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Verbundkörper, insbesondere Fahrzeugreifen.
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verbindung von Gummi
und gummiartigen Materialien, beispielsweise Naturgummi, Kunstgummi und elastische
Kunststoffe mit ähnlichen Materialien oder starren Materialien, insbesondere Metall
oder Kunststoffen. Ein besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet der Erfindung sind
die verschiedensten Arten von Fahrzeugreifen, insbesondere Massivreifen oder Aufpreßreifen
und gewissen Arten pneumatischen Reifen.
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Verschiedene Arten von Fahrzeugen und mechanischen Bearbeitungsanlagen
arbeiten mit festen Gummiaufpreßreifen, beispielsweise geländegängige Maschinen,
wie Gabelstapler, Schaufellader, Lastfahrzeuge und Anhãner, Kräne usw.. Diese aufgezogenen
oder geschrumpPten. Reifen weisen normalerweise
Stahlbänder oder
Innenfelgen auf, mit denen der Reifengummi verbunden ist und welche auf die Fahrzeugräder
aufgeschrumpft oder aufgepreßt sind. Bei solchen Reifen ist die Gummitiefe durch
den Rolldruck, Zerstörungen und Zugbeanspruchungen .im Bindebereich begrenzt, die
sehr kritisch an der Zwischenfläche zwischen Gummi und Rand oder Felge werden. In
der Praxis ist die Bindung der schwächste Teil des Reifens und unterliegt einem
Zusammenbruch, wenn die Belastung die kritische Grenze erreicht, was im laufe der
Reifenlebensdauer sehr rasch erfolgen kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht bei Anwendung auf feste Aufpreßreifen
darin, eine Reduktion der zerstörenden und zereißenden Kräfte im Bindebreich hervorzurufen
unddamit die Möglichkeiten eines Versagens der Bindung zu vermindern. Die Erfindung
hat aber auch ein allgemeineres Anwendungsgebiet, beispielsweise bei der Reduktion
von Zerstörungs- und Zerreißkräften in der Verbindung oder im Verbindebereich in
Fällen, wo ein weicheres biegsames Material mit einem härteren oder starreren Material
verbunden oder vereinigt ist und/oder wo Kräftekonzentrationen an der Binde- oder
Zwischenfläche auftreten. Mögliche Anwendungsgebiete sind die Bindung von Gummi
oder Kunststoffmaterialien an Walzen, Fördertrommeln, Scheiben, umlaufenden Trommeln
u. dgl.. Die Erfindung läßt sich auch anwenden auf pneumatische Gelände- und Schneereifen,
um den Basisbereich der Zugstollen solcher Reifen zu verstärken. Außerdem kann die
Erfindung im Zusammenhang mit anderen und insbesondere nicht umlaufenden Bauteilen
Verwendung finden, beispeilsweise verbundenen Aufhängeeinheiten, Schwingungsbefestigungen,
Greifbracken, Transmissionskupplungen
und Befestigungen oder Polster
für rückstrahlende Straßenschilder oder andere Straßenwegweiser, wo eine Verstärkung
einer Biegekomponente außerordentlich ainschenswert ist.
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Erfindungsgemäß enthält ein Verbundkörper einen Körper aus Gummi oder
gummiähnlichem Material und einen Körper aus Metall oder Kunststoffen oder zwei
Körper aus unähnlichem Gummi oder gummiartigen Materialien, wobei die Verbindung
verstärkt wird durch das Zwischensetzen einer Lage bestehend aus einer Verbindung
aus Gummi oder gummiartigem Material mit einer Faserverstärkung und wobei das Ganze
in einem Arbeitsvorgang, vorzugsweise in einer Form oder Dampfkammer verbunden ist.
Die Erfindung umfaßt außerdem das Verfahren zur Verbindung, wobei die Körper in
eine Form- oder Dampfkammer mit einer Zwischenschicht aus dieser Verbindung zwischen
ihnen eingesetzt werden und das Ganze anschließend ausgehärtet wird.
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In der Anwendung auf einen Massivreifen wird gemäß der Erfindung eine
äußere Umfangs schicht aus Laufreifengummi oder Kunststoffmaterial zur Lieferung
der Reifenlauffläche, ein inneres Band als Zwischenverbindung mit dem Fahrzeugrad
und eine Zwischenschicht aus der faserverstärkten Verbindung vorgesehen und alle
diese Lagen und Schichten werden in einem einzigen Aushärtvorgang miteinander verbunden.
Das innenseitige Band kann die Form eines üblichen Stahlbandes, Maschennetzes oder
von Kabeln oder aus Kunststoff- oder Harzschichtkörpern oder anderem Material bestehen,
welche sich mit der Faserverbindung in geeigneter Weise verbindet oder vereinigt.
Bei einem pneumatischen Reifen ist die Zwischenschicht zwischen dem Laufflächengummi
und dem Reifenmantel angeordnet. Die Verbindung der
Zwischenschicht
hat vorzugsweise eine willkürliche Faserverstärkung.
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Die faserverstärkte Verbindung kann ein Gummi oder Kunststoffmaterial
mit Jeder geeigneten Faserverstärkung sein, beispielsweise aus Textil-, Glas- oder
Metallfasern. Ein geeignetes Material für die Anwendung bei Massivreifen ist ein
gummiertes Schnurmaterial mit zufälligen Längen, eingebettet in der Gummi- oder
Kunststoffverbindung. Der hier verwendete Ausdruck "zufällige Fasern" soll sich
auf Änderungen in der Faserlänge und teilweise auf die Verteilung der Fasern innerhalb
der Verbindung beziehen, Jedoch können diese entsprechend dem Anwendungsgebiet variiert
werden und in einigen Fällen kann die Anordnung der Fasern mehr oder weniger gleichgerichtet
entweder über die Zwischenschicht oder über besondere Bereiche derselben gewählt
werden.
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Bei Traktorreifen oder geländegängigen Schneereifen erstreckt sich
die Zwischenschicht vorzugsweise bis in die Basis Jedes Reifenstollens, wobei die
Stollen einstückig mit einem kontinuierlichen Laufflächenteil des Reifens geformt
sind. Die Erfindung führt zu einer verminderten Durchbiegung der Stollen bei solchen
Reifen an der Stelle der größten Beanspruchung, wodurch die Laufflächenlebensdauer
erhöht und die Wahl tieferer Stollen als normalerweise ermöglicht wird. Der Reifen
wird verstärkt, wobei die Basis des Reifens starrer wird und dort, wo Einschnitte
oder das Eindringen von Fremdkörpern einen Reifen beschädigt haben, reduziert die
faserverstärkte Zwischenschicht das Wachsen solcher Schnitte und Einrisse und außerdem
die Möglichkeit des
Eindringens in den Reifenmantel, der zusammenfallen
und damit einen allenfalls vorhandenen Innenschlauch beschädigen könnte.
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Im weitesten Umfange betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden
eines biegsameren Gummi- oder gummiähnlichen Materials mit einem weniger biegsamen
starreren Material, wobei zur Steigerung der Festigkeit der Verbindung und/oder
zur Reduktion der wirksamen Biegsamkeit des biegsameren Material vorgeschlagen wird,
eine Zwischenschicht aus faserverstärktem Gummi oder gummiähnlichen Material vorzusehen
und das Ganze zu einer einheitlichen Struktur in einem einzigen Härtevorgang.zu
verbinden.
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Im folgenden sollen anhand der Zeichnungen drei Ausführungsformen
beispielsweise näher beschrieben werden.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
mit Stollen versehenen pneumatischen Reifens für einen Traktor oder ein anderes
geländegängiges Fahrzeug; Fig. 2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teiles
des Reifens nach Fig. 1 im Bereich eines Reifenstollens in vergrößerter Darstellung;
und in den Fig. 3 entsprechende Radialschnitte zweier anderer und 4 Ausführungsformen,
die Jeweils einen wAufpreß n -Massivreifen darstellen.
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Der Gelände- oder Scluleereifen 1 nach den Fig. 1 und 2 weist den
Ublichen Reifenmantel 3 auf, der auf der
Felge eines bei 2 angedeuteten
Rades sitzt. Außerdem ist eine äußere Gummilauffläche 4 vorgesehen, die im Abstand
äußere Stollen 4a trägt, die schiefwinkelig über der Lauffläche angeordnet sind.
Selbstverständlich lassen sich auch andere Stollenmuster oder Profile denken. Der
Reifen entspricht einem üblichen pneumatischen Reifen mit Ausnahme der Tatsache,
daß eine Zwischenlage 5 aus Fasermaterial im unteren Teil des Profiles und seiner
Basis und zwischen dem Gummi unterhalb der Lauffläche und der bekannten Panzerlage
angeordnet ist, wenn letztere vorgesehen ist.
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Die Stolle 4a, die dem Reifen seine guten Zugeigenschaften verleihen,
sind durch die Lage 5 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise verstärkt. Die Lauffläche
4 und die Zwischenschicht 5 sind einstfickig beide miteinander und mit dem Reifenmantel
3 geformt. Statt jedoch die Stollen 4a homogen mit dem Laufflächengummi zu formen,
können sie auch auf vorgeformten Stolleneinheiten gebunden sein. Die Schicht 5 enthält
eine Verbindung aus Gummi oder gummiähnlichem Material mit zufälliger Faserverstärkung,
beispielsweise aus Textil-, Glas- oder Metallfasern, die innerhalb der Schicht 5
verteilt sind. Eine besonders geeignete Faserverstärkung ist ein gummiertes Schnurmaterial
in zufälligen Längen, das in die Verbindung aus Gummi oder gummiartigem Material
eingebaut ist.
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Der fertige Reifen 1 wird innerhalb einer Form oder Dampfkammer gehärtet
oder gereift. Das Aushärten geschieht bei einer Temperatur und einem Druck, die
sich für das vollständige Aushärten oder Vulkanisieren der Materialien eignen, mit
dem Ergebnis, daß der gebundene Gummi in die faserverstärkte Schicht fließt und
damit ein homogener Bereich entsteht. Somit gehen die Grenzschichten ineinander
über, so daß zwischen der Basis und der Lauffläche
eine feste Verklammerung
oder Bindung entsteht.
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Man kann insbesondere aus Fig. 2 erkennen, daß sich die Zwischenschicht
5 bis in die Basis oder den Fuß Jedes Stollens 4a erstreckt. Somit liefert die faserverstärkte
Verbindung 5 einen festen biegsamen Träger für die Stollen im Bereich ihrer Schwächungspunkte,
d. h. der Basisschultern, wie es durch die Pfeile X in Fig. 2 angedeutet ist. Als
Ergebnis davom zeigt sich eine verringerte Durchbiegung der Stollen 4a im Vergleich
zu den üblichen Reifen dieser Art und damit eine erhöhte Laufflächenlebensdauer.
Darüber hinaus kann man tiefere Laufflächenstollen 4a verwenden, was wesentlich
zu der erhöhten Laufflächenlebensdauer beiträgt und in Verbindung mit der verminderten
Durchbiegung der Stollen zu einer verbesserten Zugwirkung führt. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung besteht darin, daß das "Einschnittwachstum" das allen Gunieinrissen
gemeinsam ist, wesentlich verringert wird infolge der größeren Scherfestigkeit der
faserverSErkten Verbindung in der Zwischenschicht.
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Im folgenden sollen die in Form von Radialschnitten wiedergegebenen
AusfUhrungsbeispiele nach den Fig.
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3 und 4 beschrieben werden. In Jedem Falle enthält der Massivreifen
6 oder 7 ein inneres Band oder eine ringförmige Einlage 8 oder 9 und eine äußere
Umfangsschicht 10 aus einem Körper aus Laufflächengummi, Polyurethan oder geeigneten
Kunststoffmaterial mit einer Tiefe von ca. 50 mm (2") bis 75 mm (3"). Der Umfang
der Schicht 10 kann eben sein oder Jedes gewünschte Laufflächenmuster aufweisen.
Zwischen der äußeren Laufflächenschicht 10 und der Einlage 8 und 9 ist eine Zwischenschicht
11 wiederum aus einer faserverstärkten
Gummiverbindung eingesetzt,
wobei das Ganze in einer Form- oder Dampfkammer vulkanisiert oder ausgehärtet ist,
wie es bereits im Zusammenhang mit der vorher erläuterten Ausführungsform beschrieben
wurde. Die Zwischenschicht ii besteht aus einer Faser/Gummischnur-Verbindung mit
Fasern zufälliger Länge, wie bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
erläutert.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die innere Einlage 8 ein Stahlband,
das auf ein Fahrzeugrad mit Fest- oder Paßsitz aufgezogen ist. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 4 ist die gleiche Laufflächenschicht 10 aus Gummi oder Kunststoff vorgesehen,
die homogen mit der durch zufällig angeordnete Fasern verstärkten Schicht 11 im
Bereich der Bindung ist, wobei jedoch die innere Einlage 9 aus faserverstärktem
Kunststoffmaterial besteht.
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Die beschriebenen Ausführungsformen haben den Vorteil, daß die äußere
Laufflächenschicht und die Zwischenschicht eine gleichmäßige Elastizität liefern,
wie es beispielsweiseim Hinblick auf die zweiten und dritten Ausführungsformen bei
Gabelstapelhebern erforderlich ist, ohne daß die Belastungsbeanspruchung an der
Bindungszwischenfläche mit der inneren Einlage konzentriert ist, so daß damit die
Gefahr eines vorzeitigen Versagens der Bindung herabgesetzt wird. Bei der Anwendung
auf Massivreifen der in den Fig. 3 und 4 wiedergegebenen Art überwindet die Erfindung
die Hauptprobleme der üblichen Ausführungsformen wie folgt: 1. Ein Versagen der
Verbindung wird häufig durch ein Verzerren verursacht, das durch Ausbeulen des Gummis
infolge des Gewichtes der Maschine und ihrer Belastung
entsteht,
zusammen mit besonderen Verschleißimpulsbelastungen aufgrund unebener Bodenflächen
und daraus sich ergebenden Überlastungen, 2. Die Laufflächenverschleißlebensdauer
wird verkürzt durch das Fehlen von Stabilität, insbesondere, wenn der Laufflächengummi
beträchtlich tief ist.
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3. Die Beanspruchung beim Fahren von Kurven hat die Wirkung, daß sowohl
das Steuern schwer wird, als eine beträchtliche seitliche Verformung der Reifen
auftritt.
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4, Die bisherigen Gesamtgummireifen, die an einem Stahlband gebunden
sind, unterliegen Einschnitten und Eindringungen durch hartes Metall, scharfe Steine
oder Glas, welche Materialien in die Bindung zwischen Gummi und Stahl eindringen
können. Die Zwischenschicht gemäß der Erfindung reduziert das Wachstum solcher Schnitte
und Einrisse, wenn sie in der Lauffläche oder Seitenwandung des Reifens auftreten.
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Bei der Anwendung der Erfindung auf pneumatische Reifen oder Mäntel,
entweder neue oder verschlissene oder bereits vulkanisierte, kann ein Band aus ungehärteter
faserverstärkter Verbindung um den Umfang des Reifens gerollt und Laufflächengummi
auf die Außenseite aufgebracht werden. Die faserverstärkte Verbindung, vorzugsweise
Gummiverbindung, und der Laufflächengummi werden dann in einer Form- oder Dampfkammer
gehärtet oder vulkanisiert. Bei Anwendung auf große Traktor- und Geländereifen o.
dgl. können die Stollen getrennt aufgebracht werden, wobei die faserverstärkte Verbindung
dazwischen gesetzt oder eingemischt wird. Um verschlissene Reifen zu erneuern können
der alte Gummi und die alten Stollen
abgeschliffen und vorgeformte
Stollen befestigt werden.
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- Patentansprüche: -