DE2138632A1 - Formkörper aus einem elastomeren Material, sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung - Google Patents
Formkörper aus einem elastomeren Material, sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner HerstellungInfo
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Description
Case 6718
DEUTSCHE SEHPERIT GESELLSCHAFT M.B.H.
Formkörper aus einem elastomeren Material, sowie Verfahren und Vorrichtungen zu seiner
_____- _—___—__ Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Formkörper aus einem elastoraeren
Material mit im wesentlichen orientiert eingebetteten Fasern, z.B. Transportband, Luftreifen, Konfektions- oder Heizbalg, sowie auf
Verfahren und Vorrichtungen zu seiner Herstellung.
Es ist bekannt, Formkörper au<i elastomere!« Material durch Spritzen
oder Pressen in Formen herzustellen. Man kann dabei auch in die Form
vor dem Spritz- oder Preßvorgang eine Verstärkungseinlage einlegen. Um diesen zusätzlichen Arbeitsgang zu vermeiden, wurde bereits
vorgeschlagen, Verstärkungselemente, z.B. kurze Glasfaser-, Textil- oder Metallfäden in die Mischung einzubringen, und die solche Fasern
enthaltende Mischung in die Form einzuspritzen. Nach diesem Verfahren
kann man natürlich auch Stranggut hßrstellen. Da in beiden Fällen ein Fließvorgang stattfindet, bei welchem einzelne Materialanteile
zueinander eine Relativbewegung ausführen, werden die Fäden oder Fasern in Fließrichtung i.in wesentlichen in eine zueinander
parallele Richtung gebracht, sie werden orientiert. Es wird also ein
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Formkörper erhalten, der durch die orientierten Fäden in
Orientierungsrichtung festigkeitsmäßig verstärkt ist, während
er senkrecht zur Orientierungsrichtung eine geringere Festigkeit
aufweist» Diese bei vielen Körpern erwünschten Ff»stigkeitsunterschiede
sind in allen Abschnitten des Körpers gleich. Tn vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert, daß ?\m bestimmten Gründen in
verschiedenen Abschnitten des Formkörper.«* unterschiedliche Festigkeitsverhältnisse
herrechen.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein ForwVörp*"*, bei welchem diese
gewünschten unterschiedlichen Festigkeit^vir^ältnissr erreicht
werden, und der dadurch n»>kc"n7,eichnpt ist, daß der Formkörper zwei
oder mehr Abschnitte mit ν 3ni»innri'ler urit^rThifrH irher Crientierunnsrichtung
dor Fnsern aufweist.
Die Festigkeit, eines faearverstärl't'in Material.«·, bzw. eines noly-
:iier«n Materials, in welchem Fasern eingebettet sind, h^ngt von
einer Vielzahl von Parametern ab, darunter insbesond*»-/* von r'*ri
Mengenverhältnis und den Fest igk·» it «werten des elastomere·« 'Materials,
bzw. des Fasernjaterl« Is, von der nwiwchen rl«n beiden Materialien
erzielten Haftung ur.d ir»sb/*-s?orider» von dem Verhältnis der Cripntierunr
richtung der Fasern tu der Be^nspruchungsrichtung d*?s Formkörpers.
Zur Erzielung besonderer Effekte, wie z.U. einer gewissen Gleichmäßigen
Elastizität dos For;.ikörp«rs im Hint] ick auf Zugbeanspruchung
in einer bestimmten Richtung kann es besonder^ r.werkraäßia sein,
wenn wenigstens zwei Lagen aus el astoTjerem Material mit Fasern in
wenigstens zwei unterschiedlichen Orientierungsrichtungen ?n einem
Schichtstoff verbunden sind.
Man hat bisher häufig versucht, Formkörper in verschiedenen Anwendungsgebieten in bestimmten Richtungen Festigkeit dadurch zu
verleihen, daß in ein die Grundmasse bildendes polymeres Material
BAD OfIIGfNAL
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durchlaufende Fäden, wie z.B. Zwirn- oder Cordlagen, gebündelte
Cordpakete oder auch Gewebeschichten eingebettet waren. Daraus ergibt sich jedoch immer eine mehr oder weniper starke Anisotropie,
die zu einer unglei ermäßigen Kräftevertei lunq führt und daher im
Ganzen gesehen meistens eine stärkere bzv. aufwendin^re Konstruktion
erfordert, um b-stim-nten Beanspruchungen gewachsen zu sein. Tm
Gencnsatz dazu i«t bei dem erfindunnsgemäßen Formkörper auch unter
Berücksichtigung der verschiedenen Abschnitte mit unterschiedlicher
Orientieruncisrichtung der eingebetteten Fasern die Kräfteverteilung
günstiger, selbst wenn die spezifische Festigkeit des Gesamtverbandes
geringer ist, da die vielen dünnen, die Kräfte aufnehmenden Fasern
gleichmäßiger verteilt sind. Außerdem wird die Ha ftflache zwischen
dem elastomeren Material und dem Verstär'-ungsmater ial wesentlich
vergrößert.
Das polymere Material für den erfindunnpgeniäßen Formkörper kann
praktisch jede beliebige und bekannte Kunststoff- oder Kautschukmatrix
sein. Es ist ja bereits bekannt geworden, Platten mit eingebetteten Stapelfasern mit orientiertem rnserver1auf dadurch herzustellen,
daß Kunststoff- bzw. IIautschukmischungen mit Fasern auf einem Kalander
zu Platten gezogen odor an einer Extrusionsspritzraaschine durch eine
Breitschlitzdüse extrudiert werden. In beiden FHllen findet in Abhängigkeit
von der Verarbeitungsviskosität des polymeren Materials, der Plattendicke und der Steifigkeit der Fasern eine mehr oder
weniger vollständige Orientierung der Stapelfasern in Fließrichtung,
bzw. senkrecht zum Walzenspalt statt. Es hat sich gezeigt, daß die Faserorientierung umso besser und vollständiger verläuft, je
niedriger die Viskosität des polymeren Materials und je kleiner der
Walzenspalt (bzw. je dünner die Breitschlitzdüse) ist, bzw. je steifer die Fasern sind. Andererseits erleidet jede Faser, je steifer sie ist,
eine desto größere Zerstörung durch Reißen oder Brechen in der Knet- oder Mischmaschine, wenn das polymere Material eine relativ hohe
Viskosität aufweist. Es hat sich daher als zweckmäßig erwiesen, den
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Formkörper aus zwei solchen Materialien herzustellen, bei denen
ein möglichst hoher Elastizitätsmodul des Fasermaterials und eine
möglichst niedrige Mooney-Plastizität, bzw. Viskosität des polymeren
Materials bei seiner Verarbeitungstemperatur kombiniert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn, wie soeben ">rwähnt, wenigstens ein
Abschnitt des Formkörpers einem weiteren Fließvorgang unterworfen werden
soll. Als besonders vorteilhaft muß es angesehen werden, wenn das elastomere Material ein sogenannter "Liquid Rubber?! ist, z.B.
Polybutadien mit Hydroxylgruppen, die mit Isocyanat vernetzt sind, oder Polybutadien mit Karboxylgruppen, di« mit Epoxyharzen vernetzt
sind. Mit einem solchen' polymeren Material, welches erst nach erfolgter Formgebung verfestigt wird, ist es möglich, auch Fasern größerer
Steifigkeit und Länge durch geeignete Fließvorgänge zu orientieren, ohne sie zu zerbrechen.
Flexiblere Fasern, wie z.B. Kunstseide, werden bei gleicher
Orientierungsbehandlung weniger gut ausgerichtet als steif« Fasern.
Unter Umständen überstehen jrtdoch steifere Fasern, wie z.B. au3
Polyester, infolge ihrer größeren mechanischen Festigkeit trotzdem den
Misch- und Knetproz<*ß besser als flexiblere Kunst neidenfasern*
Weiters ist es vorteilhaft, wrnn als polymer;*.·; Materini Kautschukmischungen
auf Naturkä:it@chukbasis verwendet sind, in das :5?ier Io Gew.^,
vorzugsweise 2o bis 4c Gev.% eingebettet pjn'J. Diese besitzen die
nötige Grünfestigkeit, um daraus am Kalander Platten ziehen r>u können.
Um die·erforderliche Grünfestigkeit zu erzielen, trotzdem absr eine
billige und gut verarbeitbare Mischung an der Hand zu haben, ist es vorteilhaft, wenn ein Verschnitt auf der Basis von ?o Gewichtsteilen Naturkautschuk, 2o Gewichtsteilen Polybutadienkautschuk und
3o Gewichtsteilen ölv<*rstrecktem Styrolbutadi^nkautschuk eingesetzt
ist, wobei in an sich bekannter 'Veise durch den Zusatz von Nitrosoverbindungen
die Verarbeitbarkfit verbessert ist, sodaß sich die Mischung gut am Kalander ziehen läßt.
BAD ORIGINAL
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Die Fasern weisen vorzugsweise eine durchschnittliche Länge von 8-80 mm
auf. Bei Einbettungen in "Liquid Rubber" ist ein Wert von 4o-?5 mm
zweckmäßig, bei hochviskosen Mischungen sind Fasern mit einer durchschnittlichen
Länge von 15-4o ;nm vorteilhaft.
Soferne der firfindungpsgemäße Formkörper als Luftreifen ausgebildet
werden soll, ist es wie erwähnt möglich, die einzelnen bisher
üblicherweise aus gummiertem Cord bestehend-m Lagen nunmehr aus
orientierte Fasern enthaltendem polynserem Material zu bilden und
in an sich bekannter Weise zu einem Rohreifen zu konfektionieren. Es ist dabei zweckmäßig, wenn er Karkasslagen mit annähernd in
Radialrichtung orientierten Fasern aufweist. Es werden dabei also Karkasslagen mit einer FaserorientiTunn in radialer oder von der
radialen geringfügig abweichenden "iichtung um die Wulstkerne geschlagen.
Die Gürtellagen können mit Faserorientierung annähernd in Uhfangsrichtung
oder in einer zu der Umfannsrichtung geringfügig abweichenden
Richtung (dann aber paarweise mit jeweils gegensinniger Abweichung von ier
Umfangsrichtung) angeordnet sein. In diesem Fall sind vorzugsweise
Gürtellagen mit Faserorientierung annähernd in Unfangsrichtuno,
angeordnet, sodaß sich bei der Vulkanisation ein Wrlauf der Kanten
ergibt. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß die Gürtellagen
seitlich unter bildung einer Verjüngung abgeschrägt sind. Es hat
sich nämlich gezeigt, daß in d-in Überriangsbereich die K^rkapsenlage-n
links und rechts neben dem Gürtel durch di*s Vulkanisierdrücke, die
sich durch die Lauffläche fortsetzen, ungebührlich deformiert werden.
Es kommt in diesen Bereichen durch Zusammenpressen des Karkassrnverbandes
sehr leicht zu Schwachstellen, die zu einer vorzeitigen
Ze.£ä.t,örung. de» Reifens führen können«
Es kann auch zweckmäßig sein, einen oder mehrere der Abschnitte mit unterschiedlicher Faserorientierung gleichzeitig mit unterschiedlicher
Härte zu wählen, wie z.B. brai einem Luftreifen die Gürtellagen mit einem Material geringerer Härte (z.B. mit Fasern
etwa 9o° Sh.*) als die Karkasslagenietwa 85° Sh.)au?gestattet sind.
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Außerdem kann eine Deformierung der Karkasslagen dadurch vermieden
werden, daß zwischen Gürtel und Karkasslagen eine härtere, z.B.
vorvulkanisierte Lage vorgesehen ist, die vorzugsweise breiter, als
die Gürtellage ist. Es hat sich weiters als zweckmäßig erwiesen, wenn das Verhältnis der Moduli in Faserorientierungsrichtung und quer
dazu zwischen Jo : 1 und 2oo : 1, vorzugsweise zwischen 5o : 1 und loo :
liegt.
Für den erfindungsgemäßen Formkörper kommen als Fasermaterial nicht
nur wie bereits erwähnt Polyester - oder Kunstseidefasern, sondern auch solche aus Polyamid, Glas, Metall od.dgl. in Frage. Das
Festigkeits-/Dehnungsverhältiiis der organischen Fasern, und damit
indirekt deren Steifigkeit, sowie die Bruchlast eines Fadens ist der folgenden Tabelle zu entnehmen.
Faserart Festigkeit der reinen Dehnung in % Bruchlast eines
Faser in g/den - Grundgarnes (einmal
verzwirnt)von 3,3 den
Polyester 8 9 Λ 26
Nylon 66 9 16,5 Jn
Nylon 6 8 18 26
Rayon 5,4 - 5,9 11,4 18 -
Die Polyesterfaser ist aufgrund ihres höheren Moduls steifer und orientiert sich daher leichter. Sie würde aufgrund der höheren Steifigkeit
wie bereits erwähnt stärker zum Zerbrechen in kleinere Stücke beim Mischvorgang neigen, wenn nicht ihre höhere Festigkeit dem
wiederum entgegenwirken würde. Glasfasern und Metallfäden haben eich
bisher als zu steif erwiesen und bieten außerdem große Haftungsprobleme. Unter Einsatz des erwähnten "Liquid Rubber" wird es jedoch möglich, erfindungsgemäß
in ihren Eigenschaften ganz besonders vorteilhafte Formkörper zu erzeugen.
Die Haftung der Fasern insbesondere gegenüber Kautschuk-Polymeren kann
in an sich bekannter Weise erzielt und beianielsweise durch den
Zusatz formaldehydabspaltender Mittel zusammen mit fein verteilten
KieselsSurefüllstQffen verbessert werden« BAD
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Wenn die Seitenwand aus f?iner faserfrei«r\ Kautschukmischung besteht,
ergibt sich der Vorteil, daß eine bessere Oberflächengüte erreicht
und eine Rißbildung durch die Fasern vermieden wird.
Darüber hinaus können auch Förderbänder mit unterschiedlich orientierten Fasern ausgeführt werden. Solche Förderbänder können
beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, daß der Bodenabschnitt
in Längsrichtung orientiert« Fasern enthält, während Seitenwände in Querrichtung orientierte Fasern aufweisen. Dadurch ergibt sich bei
großer Längsfestigkeit eine gute Elastizität bei Umlenkungen.
Der erfindungsgemäße Formkörper kann dadurch hergestellt werden,
daß einzelne Teil formkörper, wobei in jedem orientierte Fasern eingebettet
sind, in an sich bekannter Weise, z.B. durch Zusammenkonfektionieren,
Kleben od.dgl. miteinander verbunden werden. Als besonders zweckmäßig hat es sich jedoch erwiesen, wenn ein Formkörper
mit orientiert eingebetteten Fasern hergestellt wird, worauf
wenigstens ein Abschnitt des Formkörpers eipotn einhielten Fließvorgang
in einer von der ursprünglichen Orientierunnsrichtunq der Fasern abweichenden
Flioßrichtung ausgesetzt winl. Dieser Fli^ßvcrgang kann
beispielsweise dadurch erzielt wer^«p, daß d*r Abschnitt ein^r Zug-
und/oder Drucltheanspruchunr· ausgesetzt wirr?. Eine Umorisntierung wird
jedoch auch dann erreicht, w«nn das Material des betreffenden Abschnittes
Relativbewenunaen, ζ.Π. durch gegeneinander und/oder parallel
zueinander bewegte Formteil* ausgesetzt wird. Dabei kann die Neuorientierung
beispielsweise durch eine iewisse Scherwirkung beim
Gegen«inanderver?chieben von überrinandorlipgenden Materialschichten
erfolgejio
Soferne nicht Abschnitte des Formkörpers später einem weiteren Fließvorgang unterzogen werden sollen, sondern eine Zusammensetzung
aus Teilen mit verschiedener Faserorientierung erfolgt, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Verschnittmischungen auf der Basis 7o
Gewichtsteilß Naturkautschuk und 3° Gewichtsteile Styrolbutadienkaiatschuk
zu verwenden, die nicht so empfindlich gegenüber der Heizung sind« Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß vor und/oder während und/oder
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- ο —
nach dem Fließvorgans die nicht diesem Vorgang unterworfenen Abschnitte
des Formkörpers vorvulkanisiert werden. Dadurch kann man einerseits eine exakte Übergangszone zwischen den Orientierungsrichtungen, andererseits erhalten sie eine Festigkeit bevor sie zu
dem Formkörper verarbeitet werden, wodurch koine nachträgliche
Änderung der Faserorientierung bei der weiteren mechanischen Bearbeitung des Formkörpers mehr erfolgen kann.
In eine· weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, bei der eine Hohlform wenigstens eine Nebenkammer aufweist, aus der
eingebrachtes Material durch einen beispielsweise als Kolben ausgebildeten beweglichen Abschnitt in einen von Material zunächst
noch freien Teil des Formhohlraumes verdrängbar ist. Es ist von Vorteil, wenn wenigstens ein Abschnitt der Hohlform in einem Winkel
zu den orientierten Fasern des in der Hohlforra befindlichen Materials, im wesentlichen parallel zu der mit diesem Abschnitt in
Kontakt befindlichen Materialoberfläche bewegbar ist.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Luftreifens ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Achse der Reifenhohlform
wenigstens eine Kammer vorgesehen ist, wobei ein in dieser angeordneter
Kolben gegen die Reifenhohlform bewegbar ist. In diese Kammer wird
ein Materialteil mit orientierten Fasern derart eingelegt, daß er die Reifenhohlform teilweise ausfüllt und mit wenigstens einem Abschnitt
in die Kammer zu liegen kommt. Nun wird der in der Kammer angeordnete Kolben gegen die Reifenhohlform bewegt, wobei das durch
den Kolben verdrängte Material in die Reifenhohlform gepreßt wird, und
diese zur Gänze ausfüllt. Das dem Fließvorgang ausgesetzte Material weist nun eine andere Orientierungsrichtung der Fasern auf, während
der übrige Materialabschnitt noch die ursprüngliche Orientierung
aufweist. Um den Reifen gleich in seiner endgültigen Form herstellen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Arbeitsfläche des Kolbens
einen Teil der Reifenhohlform bildet. Man kann beispielsweise in den
Schulterbereichen zwei konzentrische Kammern vorsehen, wobei da»
BAD GRfOiMAL 1Q9887/1337 __
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— Q —
Material im Laufflächenbereich eingelegt wird und niit seinen seitlichen
Abschnitten in die Kammern ragt. Das Material ist durch in Reifenumfangsrichtung
orientierte Fasern verstärkt. Durch die Bewegung der Kolben fließt das Material in die Seitenwandabschnitte der Reifen-.hohlform
und erhält eine im wesentlichen zur Laufflächenorientierung
senkrechte Orientierung.
Die Orientierungsrichtung kann während oder nach dem Fließvorgang
erfindungsgemäß dadurch geändert werden, daß wenigstens ein Formenabschnitt gegenüber den übrigen Abschnitten in Umfangsrichtung bewegbar
ist. Dieser Formenabschnitt kann im Laufflächenbereich und/oder
wenigstens in einem Wulstbereich angeordnet sein. Durch diese Maßnahme kann man in diesen Bereichen eine exakte Orientierung in Umfangsrichtuncj
erreichen.
Bestimmte Richtungsänderungen bzw. Überganflszonen zwischen zwei
Orißntierungsricbtungen können auch dadurch «»reicht werden, daß in
der Reifenhohlform Umlenkripnen und/oder -rillen vorgesehen sind.
Durch diese Rippen oder Rillen kann .«ehr leicht und exakt die Fließrichtung
des Materials und damit die Orientierungsrichtung der
Fasern geändert werden.
Die Erfindung wirrt nun im folgenden be-ispielswris* anhand von in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigon c!ie
Fig. 1 und 2 verschieden« Arbeitsphasen einer ersten erfindungsrjeniäßen
Ausführungsform; Fig. 3 eine Weiterentwicklung der Ausführung)?form
nach den Fig. 1 und Γ; die Fig. k ua·! 5 ein« aweitn erfindunnsgemäße
Ausführungsform während verschiedener Arbeitsphasen} Fia. 6 eine
Weiterentwicklung der Au-sführungsform nach den Fig. '♦ und 5 im Schnitt;
die Fig. 7 einen Ti»il der Vorrichtung nach Fig. 6 in Ansicht; Fig. B
einen erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifen,die Fig. 9 bis 12
weitere Fahrzeugreifen oder Teile davon in Schnitt, Fig. I3 ein
Transportband im Schnitt und die FiQ. l't und 15 verschiedene Arbeitsphasen wahrend der Herstellung des Transnortbandec nach Fip. I3.
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-Io - "
Die Vorrichtung nach den Firj. 1 und 2 besteht aus zwei Formhälften 1
und 2 für die Außenflächen einer Luftreif«ni=eitenvand und einem ringförmigen
Formteil 3 für die Laufflächenprofilierunp eines Reifens.
Innerhalb dieser Formenteile ist ein Formenkern 4 angeordnet. Die Formhälften i und 2 weisen im Schulterbereich des Reifens ringförmige
zur Reifenachse konzentrische Kammern 5 und f>
auf, in welchen in Achsrichtung des Reifens gegen die Reifenhohlform 7 bewegbare ringförmige
Kolben 3 und 9 angeordnet sind. Die Arbeitsflächen Io und 11 der Kolben 8 und 9 bilden einen Teil der Reifenhohlform.
Zu Beginn der Reifenherstellung werden in die Reifenhohl form eine
Lauffläche 12 und Wulstkerne 14 eingelegt, wobei diese zur Fixierung
der Lage nicht gezeigte Stützeinrichtungen aufweisen können. Dann wird
eine Materialbahn 15 mit in Umfangsrichtung orientierten Fasern eingelegt
(siehe Fig. l). Darauf werden die Kolben 8 und 9 gegen die Reifenhohlform gedrückt, wobei das in den Kammern 5 und 6 befindliche
Material in die Seitenwandbereiche 16 und 17 der Hohlform 7 fließt,
wie in Fig. 2 dargestellt ist. Während dieses Fließvorganges werden die Fasern im Seitenwandbereich umorientiert und liegen nach Beendigung
des Fließvorganges im wesentlichen in Radialrichtung orientiert. Im Formenkern 4 vorgesehene Rillen 18 dienen zur Stabilisierung
der Fließr-ichtung. Im Schulterbereich sind die Fasern nach Beendigung
des Fließvorganges im wesentlichen in Wirrlage, wodurch eine gute
Übergangszone geschaffen wird. Der Laufflächenabschnitt der Materialbahn
15 wird keiner Fließbewegung ausgesetzt, sodaß die Umfangsorientierung
nicht verändert wird.
In der Fig. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die in ihrem Aufbau
der in den Fig. 1 und 2'dargestellten Vorrichtung ähnelt. Diese Vorrichtung
weist zusätzlich im Wulstbereich zwei ringförmige Formabschnitte 19 und 2o auf, die in Umfangsrichtung drehbar sind.
Während oder nach Beendigung des Fließvorganges werden diese beiden
Forraabechnitte in Drehbewegung versetzt, wodurch das im Wulstabschnitt
befindliche Material in Umfancjsrichtung bewegt wird und die Fasern in
diesem Abschnitt in der gleichen Richtung orientiert werden. Bei ausreichender Orientierung kann dabei auf die Wulst-Kerne verzichtet werden.
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Bei der Vorrichtung nach den Fig. 4 und 5 sind in den Formhälften
21 und 22 im Wulstbereich des Reifens Kammern 23 und 24 vorgesehen,
die den Kammern 5 und 6 der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2
entsprechen. In diesen Kammern 23 und 24 sind wieder Kolben 25 und
geführt. Das Material wird wie in Fig. 4 dargestellt ist, nach
Einlegen der Lauffläche 12 in Form von zwei Ringen im Wulstbereich eingelegt, wobei die Fasern in Umfangsrichtung orientiert sind undder
Wulstkern 14 gegebenenfalls bereits in dem Material eingebettet sein kann. Durch Gegeneinanderbewegen der Kolben 25 und 26 wird
der Fließvorgang des Materials eingeleitet. Durch im Formenkern 27 angeordnete Rippen 28 wird das Material im Seitenwandbereich 7,
wie in Fig. 5 dargestellt, zunächst im wesentlichen in Radialrichtung
und im Laufflächenbereich im wesentlichen in Umfangsrichtung geleitet.
Um im Laufflächenbereich eine bessere Orientierung in Umfangsrichtung
zu erreichen ist bei der Vorrichtung nach Fig. 6 im Formenkern 29 ein ringförmiger Abschnitt 3° unmittelbar unter dem Laufflächenbereich
vorgesehen, der gegenüber dem feststehenden Formenkern 29 in Umfangsrichtung bewegbar ist. Der Abschnitt 3° weist wie insbesondere aus
Fig. 7 ersichtlich ist, Rippen 31 auf, die zur Verbesserung der
Orientierung im Lauf-flächenbereich dienen. Um im Seitenwandbereich
die radiale Fließrichtung aufrechtzuerhalten sind im Formenkern 29
Rillen 32 vorgesehen.
Bei allen Ausführungsformen hängt die Form und Anzahl der Rippen bzw.
Rillen von der gewünschten Orientierung in den einzelnen Abschnitten ab.
Beispielsweise können die Rillen bzw. Rippen bei zwei gegenüberliegenden
Flächen der Reifenhohl form sich kreuzend nnrjeordnet sein. Dadurch
werden die Fasern in 7vsi übereinanderliegenden Schichten in unterschiedlicher
Richtung orientiert, wodurch annähernd ein Kreuzverband erreicht wird.
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Bei vulkanisierbaren Elastomeren kann die Reifenhohl form oleichaeitig
Vulkanisierf or*i sein.
Die Fig. 8 zeigt einen erfinriungsgemäßen Reifen in Schnitt, wob^i die
Fasern 33 im Laufflächenbereich Jk und in den Wul3tbereichen 35
in Umfangsrichtuηπ orientiert sind. Die Fasern 36 in den Seitenwandhereichen
37 «und χ·η wesentlichen senkrecht zur Umfang«richtung
orientiert.
In gleicher Weise können auch Konfektions- oder Hriizbälge für
die Reifenerzeuguncj hergestellt werden,
Eine unterschiedliche Orientierung der Fasarn in verschiedenen
Reifenabschnitten kann auch vie bereits erwähnt durch Konfektionierung
von Lagen mit entsprechend unterschiedlich orientiert eingebetteten
Fasern erfolgen.
Der Luftreifen nach Fig. 9 besteht ans zwei je etwa 1,2 mm starken
Karkassenlagen 41, 42, in welchen in radialer Richtung orientierte
Fasern eingebettet sind. Im Laufflächenbereich ist auf der äußeren
Karkassenlage 2 eine Gürtellage 43 angesetzt, in welcher in Umfangsrichtung
orientierte Fasern eingebettet sind. Die Seitenwandabschnitte des Reifens sind durch Seitenstreifen 44 verstärkt, die
in Radialrichtung orientiert eingebettete Fasern aufweisen. Die Gürtellage
43 und teilweise auch die Seitenstreifen 44 werden von einer
Lauffläche 45 überdeckt.
Der Luftreifen gemäß Fig. Io weist vier Karkassenlagen 4fi, 47, 48
und 49 auf. Durch diese Maßnahme können die einzelnen Lagen dünner,
nämlich auf je etwa 0,6 mm gehalten werden, wodurch bei deren Herstellung eine bessere Orientierung oar eingebetteten Fasern erreicht
wird. Die Lagen werden in bekannter Art durch .Spritzen oder Kalandrieren hergestellt, wobei d«»r Grad der Orientierung von der
Verarbeitungsgeschwindigkeit (Fließgeschwindigkeit) und von dem
Querschnitt abhängig ist.
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Die Seitenwand 5° besteht bei diesem Beispiel aus einer faserfreien
Kautschukmischung, um in diesem Bereich eine bessere Oberflächengüte
zu erreichen, und eine oberflächliche Rißbildung durch die Fasern zu vermeiden. Der Wulstkeil 51 besteht aus einer Kautschukmischung mit
in Umfangsrichtung orientiert eingebetteten Fasern. Dadurch wird in
diesem Bereich des Reifens eine optimale Steifigkeit gegeben. Die Gürtellage weist seitliche Abschrägungen 53 auf, damit im Schulterbereich
54 des Reifens ein besserer Übergang gebildet wird.
Bei der Ausführungsforra nach Fig. 11 wird die Abschrägung durch
übereinanderliegende unterschiedlich breite Teilgürtellagen 551
56, 57 erreicht, wodurch ein stufenförmiger Übergang geschaffen wird. Die Orientierungsrichtung der Fasern in diesem Schichtverband ist
in jeder der drei Lagen unterschiedlich und zwar beträgt sie in der Lage 55 3o , in der Lage 56 +78 und in der Lage 57 -78 zur
Radialrichtung, sodaß in an sich bekannter Weise ein Dreiecksverband gebildet wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 wird die erwähnte Fehlerquelle
dadurch vermieden, daß zwischen der Karkasse 58 und dem Gürtel 59 eine Lage 60.angeordnet ist, die breiter als die Gürtellage ist
und ein Eindrücken der Gürtellage und der Lauffläche in die Karkasse
in diesem Bereich vermeidet. Die Lage 60 kann aus einem härteren Material oder aus einem dem Laufflächenmaterial ähnlichen, jedoch
vorvulkanisierten Material bestehen.
Durch spezielle Ausgestaltung der Reifenhohl form, z.B. durch unterschiedliche
Ausgestaltung der Dimensionen und/oder der Rillen oder Rippen, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch asymmetrische
Reifen hergestellt werden.
Fig. 13 zeigt ein Förderband im Schnitt,das aus einem Bodenabschnitt
61 und zwei Seitenwänden 62 besteht. Im Bodenabschnitt 61 sind die
Fasern 63 in Längsrichtung und in den Seit'-nw/inden in Querrichtung
orientiert. Dadurch erhält man ein Förderband, da3 mit dem Boden-
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abschnitt die Zugkräfte aufnimmt, während die Seitenwände genügend
elastisch sind, um im Bereich der Umlenkrollen unterschiedliche
Dehnungen aufnehmen zu können.
In den Fig. 14 und 15 ist eine Vorrichtung zur Herstellung des Förderbandes
61 nach Fig. I3 dargestellt.
Fig. 14 zeigt die erste Arbeitsphase, während welcher ein Halbfabrikat
des Förderbandes in die Formen 64 eingelegt wird. Die
Enden 65 des Halbfabrikates liegen dabei in Nebenkammern 66 der
Form 64, in welchen kolbenförmige Abschnitte 67 verschiebbar angeordnet sind.
Während der zweiten Phase (siehe Fig I5) 'werden die Abschnitte 67
gegen den Formhohlraum bewegt, wobei die Arbeitsfläche 6B der
Abschnitte 67 in ihrer Endstellung Teile der Hohlform bilden. Die Enden 65 des Halbfabrikates werden in die restlichen Hohl formteile
69 gedrängt, wobei eine Umorientierung der Fasern eintritt.
Eine Naturkautschukmischung wird im Kneter mit 2o Gew.% 80 mm lange
Polyesterfasern, die einen Titer von 3,3 den aufweisen, versetzt.
Daraus werden am Kalander Platten gezogen und in an sich bekannter
Weise vulkanisiert. D^r Vergleich der erzi-lten Eigenschaften einer
solchen Faserlage gegenüber einer cor<'verst*-\rkten Guramilage, bzw.
einer Cordgewebelage mit Gummiaufpressung findet sich in der folgenden
Tabelle, und zwar jeweils getrennt für die Längs- bzw. Querrichtung
zur Faserorientierung angegeben.
cordverstärkt faserverstärkt
1 | 1,5 | q | 1 | •'».5 | q | |
Festigkeit in kß/m | looo | 8o | 52o | 74 | ||
Bruchdehnung in % | 14 | 4oo | 21 | 2tfO | ||
η M loo in kg/cm (Modul) |
- | 22 | - | 43 | ||
ο Dehnung in % bei loo kg/cm" Belastung |
_ |
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Solche Platten werden beispielsweise zur,erfinrfungsgemäßen
Konfektion von Luftr^ifenrohlingen, beispielsweise wie in Fig. 11
beschrieben, herangezogen. Es zeigt sich, daß selbst die in Längsrichtung
gegenüber einer cordverstärkten Lage auf die Hälfte reduzierte Festigkeit infolge der besseren Homogenität ausreicht, da eine gleichmäßigere
Kräfteverteilung asugegen ist. Dadurch kann ein Reifen mit
dieson Einlagen eine gleiche Lebensdauer aufweisen, wie herkömmliche
Reifen. Obwohl es auch bekannt ist, daß insbesondere bei Radialkarkassen
für Gürtelreifen die Bruchdehnung in Querrichtung möglichst hoch sein sollte, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß
die von den erfindung^gemäßen Faserlagen erzielte Bruchdehnung in Querrichtung von 2oo % ist für das Fahrverhalten wesentlich besser,
als beispielsweise eine Bruchdehnung von 4oo % bei den herkömmlichen
Reifen, da bei letzterer eine zu große Weichheit gegeben ist.
In analoger Weise wie in Beispiel 1 angegeben wird eine Kautschukmischung
auf der Basis von 7 ο % Naturkautschuk und Jo %'ölverstrecktcm
Styrolbutadienkautschuk mit 25 Gew.% (auf die Gesamtmischung bezogen)
8 mm langer Glasfasern versetzt,die einen Durchmesser von o,ol-o,otimm
aufweisen. Je kurzer die Faserstücke in dem faserhaltigen polymeren
Material werden, desto höher muß und kann das polymere Material mit
Fasern gefüllt werden, um einen gewünschten Modul zu erreichen, und desto besser muß das Haftsystem ausgebildet sein« Je hoher die Faserfüllung des polymeren Materials liegt, desto höher wird auch der
Modul. Damit wird aber die Mischung auch steifer und schlechter zu
verarbeiten, und ergibt im ausvulkanisierten Zustand im allgemeinen
eine höhere Wärmeentwicklung. Andererseits steigt der Modul auch mit der Länge der Faserstücke in dem polymeren Material.
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben werden in eine
Kautschukmischung auf der Basis von ?o % Naturkautschuk, 2o % Polybutadien
und 3o % Styrolbutadien je 15 Gew.°i (auf die gesamte Mischung
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bezogen) 4o ram lange Polyamidfasern der Stärke o,ol - 0,03 ram und
60 mm lange Polyesterfasern mit einem Titer von 3i3 den eingemischt! Mit einer solchen Mischung kann besonders zweckmäßig das Verhältnis
der Moduli in Längs- und Querrichtung möglichst groß gehalten werden, wodurch bei Verwendung solcher faserverstärkten Platten in zwei verschiedenen Richtungen (nämlich annähernd radial für die Karkasse und annähernd in Reifenlaufrichtung zu den Gürtel) ausgeprägte Radialreifeneigenschaften erzielbar sind.
60 mm lange Polyesterfasern mit einem Titer von 3i3 den eingemischt! Mit einer solchen Mischung kann besonders zweckmäßig das Verhältnis
der Moduli in Längs- und Querrichtung möglichst groß gehalten werden, wodurch bei Verwendung solcher faserverstärkten Platten in zwei verschiedenen Richtungen (nämlich annähernd radial für die Karkasse und annähernd in Reifenlaufrichtung zu den Gürtel) ausgeprägte Radialreifeneigenschaften erzielbar sind.
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Claims (1)
- Patentan'sprü c h e1./ Formkörper aus einem elastomeren Material mit im wesentlichen orientiert eingebetteten Fasern beliebigen Materials als Festigkeitsträger z.B. Transportband, Luftreifen, Konfektions- oder Heizbalg, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper zwei oder mehr Abschnitte mit voneinander unterschiedlicher Orientierungsrichtung der Fasern aufweist»2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Lagen aus elastomerem Material mit Fasern in wenigstens zwei unterschiedlichen Orientierungsrichtungen zu einem Schichtstoff verbunden sind.3. Formkörper nach Anspnch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material ein "Liquid Rubber" ist, z.B. ein Polybutadien mit Hydroxylgruppen, die mit Isocyanat vernetzt sind, oder Polybutadien mit Karboxylgruppen, die mit Epoxyharzen vernetzt sind.4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elastomeres Material Kautschukmischungen auf Naturkautschukbasis verwendet sind, in das über Io Gew.%, vorzugsweise 2o bis 4o Gew.?o Fasern eingebettet sind.5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschnitt auf der Basis von ?o Gewichtsteilen Naturkautschuk, 2o Gewichtsteilen Polybutadienkautschuk und 3° Gewichtsteilen ölverstreckten Styrolbutadienkautschuk eingesetzt ist, wobei in an eich bekannter Weise durch den Zusatz von Nitrosoverbindungen die Verarbeitbarkeit verbessert ist.BAD ORIGINAL 109887/13376. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte unterschiedlicher Faserrichtung auch unterschiedliche Härte aufweisen.7· Formkörper nach ein«n der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Modtili in Faserorientierungsrichtung und quer dazu zwischen 3° * 1 und 2oo : 1, vorzugsweise zwischen 5o : 1 und loo : 1 liegt.8. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß in dem elastomeren Material Io - 2o Gew.% Polyamidfasern und 2o - Io Gew.?S Polyesterfasern eingebettet sind.9· Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine durchschnittliche Länge von 8 - 8o mm, vorzugsweise 4o - 75 mm aufweisen.10. Luftreifen nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er Karkasslagen mit annähernd in Radialrichtung orientierten Fasern aufweist.11. Luftreifen nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß Gürtellagen mit Faserorientierung annähernd in Urafangsrichtung angeordnet sind.12. Luftreifen nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtellagen seitlich unter Bildung einer Verjüngung abgeschrägt sind.13. Luftreifen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Gürtellagen schmäler als die inneren sind.14. Luftreifen nach einem der Ansprüche Io bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtellagen mit einen Material geringerer Härte als <ii·- Karkasslacjen ausgestattet sinlBAD ORIGINAL 10 9887/133715. Luftreifen nach »in^ni der Ansprüche In bis 13» dadurch gekennzeichnet-, daß zwisehen Gürtel und Karkasslagen eine härtere, z.B. vorvulkanisierte Laye (6o) vorgesehen ist, die vorzugsweise breiter, als die Giirtellage ist.16. Luftreifen nach einem der Ansprüche Io bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Laufflachonbereich (3^) und/oder im Wulstbereich (33) des Luftreifens die Fasern (33) i*n wesentlichen in Umfangs-- richtung orientiert sind.17. Luftreifen nach einem der Ansprüche! Io bis 1*5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Seitenwand (37) die Orientierunnsrichtung dar Fasern (36) von derjenigen in Lauf f la'chenhereich (3Ό abweicht, und daß im Schulterbereich und/oder in ri«r ÜbergangsTSOne zwischen Seitenwand- und '.tftilstbereich eine kontinuierliche Übergangszone der Orientiertinqsrichtung lieot.18. Luftreifen nach tanr-a der Anspruchs Io - 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (5o) aus einer faserfreien Kautschukmischung besteht.19. Förderband nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß der T3odenabschnitt (6l) in Längsrichtung orientierte Fasern enthält, während Seitenwände (62) in Querrichtung orientierte Fasern aufweisen.20. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Teilformkörper, in deren jeden orientierte Fasern eingebettet sind, in an sich bekannter Weise, z.B. durch Zusammenkonfektionieren, Kleben od.dgl. untereinander verbunden werden.109887/1337Anspruch«! 1 b«a&h acSmitt2.3· Vsrfftlurcti mvoh toetia&itvt&h Ql <&ä<&? SS * daswerden»25* VepjpieSi-fcang weet Ansprach« 11* Ibis S-4, a&uwteh 9*k«ftttifei^h¥iet', ^aA «i«e wenigstens «i»« N*"b%#.ta»ffi*r awfwei Material «iii%»<, "b«iapi*lsWÄiaft Als Abacnnitt in «in%Ä vomist»26» V®rricMwiig na«;h Anapjfttek £3,«in Aibs©linitt def iföMiWffi ift *ίη««ι ¥l»k*i au i» <β#**· rait Material©berfläeh* bevÄgba*· 1st*BAD ORIGINAL109887/133727. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche Io bis 13, für die Herstellung von Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Achse der fteifenhohlforra wenigstens eine Kammer (55 6) vorgesehen ist» wobei ein in dieser angeordneter Kolben (8, 9) gegen die Reifenhohlforsa bewegbar ist.28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß dis Arbeitsfläche des Kolbens (8, 9} einen Teil der Reifenhohlform bildet.29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, für die Her&elltrag von Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß wenicjstens ein Porraosnabschnitt (19, 3o) gegenüber den übrigen Abschnitten in Urnfangsrichtung bewegbar ist.30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennaelehnet, daß der bewegliche Formenabschnitt (199 3o) i"» Laufflächenbereieh und/oder in wenigstens einem Wulstbereich angeordnet ist03I0 Vorrichtung nach einem d?»r Ansprüche 27 bis 3O9 dadurch gakeranzeichnet, daß in d«r Re i fonhohl form Umlsnkrippen (3ΙΪ »tnä/oder -rillen (32) vorgesehen sind.DEUTSCHEESELLSCHAFfrM.S.HBAD ORIGINAL·109887/1337itLeerseite
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