DE2613563A1

DE2613563A1 - Sicherheitsluftreifen

Info

Publication number: DE2613563A1
Application number: DE19762613563
Authority: DE
Inventors: Harold Gordon Schwartz
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1975-04-04
Filing date: 1976-03-30
Publication date: 1976-10-14
Also published as: JPS51122201A; CA1040085A; FR2306096A1; IT1059266B; FR2306096B1; US3941176A; JPS6047605U; GB1543597A

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler f 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

5 Köln 1, d. 29.März 1976

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

Pu/Ax

E.I. Du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Del./USA

Sicherheitsluftreifen

Luftreifen für Automobile, Nutzfahrzeuge und andere Fahrzeuge werden seit vielen Jahren verwendet. Während die ersten Reifen aus ziemlich porösem Gummi bestanden und in Verbindung mit einem Luftschlauch verwendet werden mußten, wurden etwa 1950 schlauchlose Reifen eingeführt. Diese sind in der Autoindustrie allgemein üblich geworden. Schlauchlose Reifen haben auf ihrer Innenwand eine spezielle Auskleidung, die luftdichtend ist und den Luftdruck aufrecht zu erhalten vermag. Wenn ein Luftreifen durch einen scharfen Gegenstand, z.B. einen Nagel, durchbohrt wird, verliert er Luft und ist nicht mehr in der Lage, das Gewicht des Fahrzeugs zu tragen. Der Reifen (oder der Luftschlauch, wenn der

'Helfen nicht schlauchlos ist) muß dann repariert werden. Häufig tritt jedoch eine Reifenpanne in verhältnismäßig

■ großer Entfernung von einer Werkstatt oder Tankstelle ein, wo die Reparatur vorgenommen werden kann. Da durch Fahren mit luftleer gewordenem Reifen der Luftreifen zerstört würde, muß das Rad gewechselt werden, so daß 609842/0317

ORIGINAL INSPECTED

es notwendig ist, immer einen Reservereifen, der auf , einem Rad montiert ist, mit sich zu führen.

Es gibt jedoch zahlreiche Personen, die nicht in der , Lage sind, einen Radwechsel aufgrund der Größe oder des
Gewichts des Rades vorzunehmen. Ein Radwechsel bei Nacht ·■ oder an einer stark befahrenen Fernverkehrsstraße · könnte auch für diejenigen gefährlich sein, die diese '' Arbeit bewältigen könnten. Das Reserverad wird im allge- ' meinen im Kofferraum eines Automobils mitgeführt, wo es
wertvollen Stauraum in Anspruch nimmt. Wenn Gepäck im j Kofferraum mitgeführt wird, muß es häufig ausgeladen ί werden, bevor das Reserverad zugänglich ist. Die ideale j Lösung des Probl-ems wären Reifen, die entweder nicht
durchlöchert werden können oder, auch wenn sie durch- j stoßen sind, eine erhebliche Strecke gefahren werden
könnten, ohne daß ein sofortiger Radwechsel oder eine \ sofortige Reparatur erforderlich ist. J

Verschiedene Sicherheitsreifen sind bereits vorgeschlagen! worden. Häufig weisen sie die Zweikammerkonstruktion auf,i

bei der eine Innenkammer als Reifen innerhalb eines

Reifens dient und das Gewicht des Fahrzeugs über eine !

gewisse Strecke zu tragen vermag. Die bekannten Sicher- I

heitsreifen haben zahlreiche Nachteile. Die häufigsten j

Probleme sind erstens die Schwierigkeiten, beide Kammern j auf die gleiche Felge zu montieren, und zweitens die ! Neigung beider Kammern im luftleer gewordenen Zustand,
selbst bei mäßigen Geschwindigkeiten von der Felge zu
fallen. Einige dieser Konstruktionen brachten außerdem
erhebliche Probleme hinsichtlich des Auswuchtens mit
sich.

Ferner erforderten die bekannten Zweikammer-Sicherheitsreifen eine Gewebeverstärkung der Innenkaramer, um sie
praktisch undehnbar bei den Betriebsdrücken zu machen,
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■ Diese Voraussetzung erforderte komplizierte Herstellungsverfahren. Einige z.Zt. erhältliche Sicherheitsreifen ', haben die Einkammerkonstruktion und können luftleer ; gefahren werden. Dieses Ergebnis wird durch Verdickung ^; der Seitenwände, Verwendung eines inneren Gleitmittels : und Montieren der Reifen auf Spezialfeigen erreicht. Die verdickten Seitenwände haben hohe Betriebstempera- j türen auch im aufgeblasenen Zustand und hohe Kosten zur Folge.

Es besteht somit ein großes Bedürfnis für einen Sicherheitsreifen, der leicht zu montieren ist, im -luftleer gewordenen Zustand während des Betriebs des Fahrzeuges auf der Felge bleibt und im luftleer gewordenen Zustand das Gewicht des Fahrzeugs über eine erhebliche Strecke bei mäßigen Geschwindigkeiten gut zu tragen vermag.

Gegenstand der Erfindung ist ein Sicherheitsluftreifen, der aus einer nicht porösen Außenkammer mit Gewebearmierung und einer gesonderten, ringförmigen Innenkammer, ohne Gewebearmierung besteht, wobei die Wand der Innen- j kammer aus einem thermoplastischen Elastomeren aus der aus Copolyätherestern und' Polyurethanen bestehenden Gruppe hergestellt ist, das, wenn es eine Minute einer Zugspannung von 21,09 kg/cm bei 91°C unterworfen wird, eine Dehnung von nicht mehr als 10 % hat und, wenn es dieser Zugspannung 100 Minuten bei 91°C unterworfen wird, eine Dehnung von nicht mehr als 15 % hat, die Dicke der Innenkammer in den Bereichen der Seitenwand und Laufflächen des Reifens so gewählt ist; daß die Vektorsumme der Hauptdehnungen der Kammer in diesen

Bereichen unter einem Druck von 1,69 kg/cm nicht höher ist als 10 % und die maximale Kriechfestigkeit bei 1,69 kg/cm und einer Temperatur von 91 C nach 100 Minuten 5 % (vorzugsweise 3 $>) beträgt, die Außenkammer und Innenkammer durch gesonderte Ventile auf den normalen

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Betriebsdruck von etwa 1,7 bis 2,1 kg/cm aufblasbar sind und die Größe der Innenkammer im aufgeblasenen Zustand so gewählt ist, daß die Innenkammer mehr als 50 °/o des Volumens im Luftreifen ausmacht.

Ein typischer Luftreifen gemäß der Erfindung ist in der Abbildung im Querschnitt dargestellt.

Der Sicherheitsreifen gemäß der Erfindung wird auf eine übliche Felge montiert. Als Außenkammer dient ein üblicher schlauchloser Reifen, der durch Einsetzen eines Ventils modifiziert ist. Damit die Innenkammer das fahrende Fahrzeug mit luftleer gewordener Außenkammer zu tragen vermag, muß die Innenkammer aus einem Elastomeren, das einen hohen Elastizitätsmodul und hohe Kriechfestigkeit hat, hergestellt sein.

Das Querschnittsprofil der Innenkammer wird so gewählt, daß es die Querschnittsform des Luftreifens oder der Außenkammer, in der sie verwendet wird, ergänzt. Für die Innenkammer wird eine Größe von 70 bis 8o % des Volumens innerhalb des Luftreifens bevorzugt,- wodurch die Änderung des Raddurchmessers im Falle einer Verletzung des Luftreifens minimal gehalten wird. Der Toroid oder Ring ist so geformt, daß er den Luftreifen während der Fahrt unter vollem Betriebsdruck nur im Bereich der Reifenwulste berührt. Der Abstand zwischen dem höchsten Punkt der Innenkammer und dem Luftreifen im Bereich der Lauffläche ist nicht entscheidend wichtig. Die verringerte Möglichkeit, daß die Innenkammer defekt oder verletzt 'wird, hängt mehr von der Trennung der Innenkammer von der Außenkammer als vom Abstand von der Außenkammer ab.

Ein Querschnitt durch die Mittelebene eines typischen Sicherheitsreifens gemäß der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt. Hierbei ist A der Luftreifen oder die Außenkammer mit drei Hauptabschnitten! Lauffläche 609842/031 7

(1), Seitenwände (2) und Reifenwulste (3)· B ist die Innenkammer, die im Bereich (4) des Wulstes dickere Seitenwände hat, um richtigen Sitz der Kammer während des Vorganges des Füllens der Kammer sicherzustellen und die Kammer während der Fahrt im luftleer gewordenen Zustand in der richtigen Lage zu halten. Die Kammer ist im Schulterbereich mit schmalen dünneren Abschnitten (5) versehen, um richtiges Halten der Kammer für die Fähigkeit, bei vollständig luftleerem Zustand im Falle der Verletzung beider Kammern "platt" zu laufen, sicherzustellen. Diese dünneren Abschnitte brauchen nicht mehr als eine auf der Oberfläche und den Umfang verlaufende Kerbe der Kammeroberfläche um die Kammerwand zu sein. Der Kammerquerschnitt (6) an der höchsten Stelle, d.h. dort, wo der Abstand zwischen Felge und Lauffläche relativ zum Abstand zwischen den Seitenwänden gering ist, is> verdickt, um eine Form mit niedrigem Profil zu halten. Eine solche Ausbildung hat die beste Fähigkeit, luftleer zu laufen. Aus diesem Grunde wird als Luftreifen ein Radialreifen mit niedrigem Profil bevorzugt. ,

Der in der Abbildung dargestellte Luftreifen hat zwei Lagen (7) und (8) im Unterbau und zwei Stahlgürtellagen (9) und (10). Der Luftreifen ist an der Innenseice mit : einer elastomeren Innenauskleidung (11) versehen, die gewöhnlich aus Naturkautschuk, Chlorbutylkautschuk oder einer Kombination dieser Kautschuke besteht. Der Luftreifen ist mit einem eingebauten Ventil (12) zum Füllen j mit einem mit Nadel versehenen Füllschlauch versehen. -Die Innenkammer wird durch ein gewöhnliches Reifenventil j (15) gefüllt, das in der Radfelge (14) angeordnet ist. Die Reifenwulste sind beispielsweise mit Stahldraht (15) verstärkt.

Die Wandstärke der Innenkammer im Bereich (lo) der Felge sollte vorzugsweise so gewählt werden, daß eine Vektor-609842/0317

summe der Hauptdehnungen von wenigstens 20 % bei einem Fülldruck von 1,7 kg/cm erhalten wird. Die Wandstärke der Kammer in den übrigen Bereichen kann gleichmäßig oder unterschiedlich sein.

Der Ausdruck "Vektorsumme der Hauptdehnungen der Kammer" ist dem Fachmann bekannt. Sie wird gemessen, indem Dehnungsmeßstreifen auf die Oberfläche der Kammer aufgebracht werden, die Kammer auf den vorgeschriebenen Druck aufgeblasen wird und die Dehnungen notiert und ihre Vektorsumme berechnet wird.

Es ist zu bemerken, daß ein typischer Sicherheitsreifen, wie er in der Abbildung dargestellt ist, eine Anzahl erwünschter oder bevorzugter Merkmale aufweist, die für die Verwirklichung der Erfindung nicht wesentlich sind, sondern lediglich zusätzliche Zweckmäßigkeit ergeben. Die entscheidend wichtigen Voraussetzungen sind die Dehnungs- und Kriechwerte für die Kammerwände in den Bereichen der Seitenwände des Luftreifens und der Laufflächen, wie dies vorstehend in der Zusammenfassung der Erfindung dargelegt wurde.

Die Dehnungs-Spannungs-Beziehung, die für die Elastomeren erforderlich ist, die für den Aufbau der inneren Kammer geeignet sind, wird nach der ASTM-Methode D-674 bestimmt.

Bevorzugt für den Aufbau der inneren Kammer werden ; Elastomere, die eine Dehnung von nicht mehr als 10 %

haben, wenn sie eine Minute einer Zugspannung von ^!

15 kg/cm bei 91°C unterworfen werden. Elastomere, die ;

diese in der Zusammenfassung der Erfindung genannten Spannungs-Dehnungs-Voraussetzungen nicht erfüllen, würden unzweckmäßig dicke Wände in den Bereichen der Ssitenwände und Lauffläche erfordern, um zu verhindern, daß die Kammer durch eine Verletzung im Luftreifen hin-

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durchdringt. Ferner würde eine Kammer aus einem solchen Elastomeren das Gewicht des Luftreifens erhöhen und ; aufgrund ihrer Masse den Einbau im Luftreifen erschweren.

Besonders geeignet als Elastomere sind die Copolyätherester, die in der US-PS 3 86o 052 beschrieben sind. Diese Copolyätherester enthalten eine Vielzahl von langkettigen Estereinheiten und kurzkettigen Estereinheiten in Kopf-Schwanz-Verknüpfung über Esterbindungen. Die Ester sind von einer Dicarbonsäure mit einem Molekulargewicht von weniger als etwa 300 und einem Oxyalkylenglykolpolymeren oder einem Glykol abgeleitet. Im Falle des langkettigen Esters hat das Oxyalkylenglykol- ' polymere ein Zahlenmittel-Molekulargewicht von etwa 600 bis 3000 und ein Kohlenstoff/Sauerstoff-Atomverhält- ^l nis von etwa 2,0 bis 4,3· Im Falle der kurzkettigen ι Estereinheiten hat das Glykol ein Molekulargewicht von ; weniger als etwa 250. Die kurzkettigen Estereinheiten machen etwa 35 bis 95 Gew.-% des Copolyätheresters aus, und wenigstens 70 % der kurzkettigen Diolgruppen sind 1,4—Butylengruppen, während wenigstens 70 % der Dicarbonsäuregruppen in den langen und kurzen Estereinheiten ; insgesamt Terephthalsäuregruppen sind. Ein Copolyätheresterelastomeres dieser Art ist im Handel unter der ' Bezeichnung "Hytrel" erhältlich (hergestellt von der \ Anmelderin). >

Geeignete Polyurethane werden ebenfalls in der vorste- ■■ hend genannten US-PS 3 860 052 beschrieben. Zu ihnen : .gehören gießbare flüssige Prepolymere oder thermoplastische Elastomere, die gegossen oder gepreßt werden können. Ein flüssiger Polyäther, der endständige Isocyanatgruppen und etwa 6,3 Gew.-^ -NCO-Gruppen enthält und durch Mischen von 1 Mol Tetramethylenoxydglykol- · polymerisat mit einem Zahlenmittel-Molekulargewicht von 1000 mit 2 Mol 2,4-Toluoldiisocyanat und Erhitzen für ß09842/0317

3 bis 4 Stunden auf 80 C hergestellt worden ist, ist ein typisches Polyurethan. Diese Polyurethane können vulkanisiert werden, indem sie mit einer organischen Verbindung, die wenigstens 2 aktive Wasserstoffatome enthält, z.B. einem Diol oder Diamin, gemischt werden und das Gemisch stehengelassen wird, bis ein preßbares festes Material erhalten worden ist. Eine endgültige Vulkanisation durch . Erhitzen unter Druck ist notwendig, wenn das vorvulkanisierte Material noch freie -NCO-Gruppen enthält. Viele geeignete Polyurethanprepolymere und mehrere geeignete Vulkanisationsmittel sind im Handel erhältlich.

Das für die Herstellung der Innenkammer verwendete thermoplastische Elastomere kann im orientierten oder ' nicht orientierten Zustand vorliegen. Wenn das Elastomere '< orientiert ist, kann die Orientierung monoaxial oder biaxial sein. Wenn sie monoaxial ist, sollte sie in radialer Richtung verlaufen. Verfahren zum Orientieren von Polymerisaten sind allgemein bekannt. Die Orientierung erfolgt gewöhnlich durch Erhitzen und Kühlen des Polymerformteils im gereckten oder zusammengedrückten Zustand. | Die Orientierung ist auf dem Gebiet der Herstellung von ^; Kunststoffolien und Pasern besonders gut bekannt, jedoch wurde sie auch auf dem Gebiet der Elastomeren beschrieben. Zu den Veröffentlichungen, die sich mit der Orientierung von Polymerisaten befassen, gehören beispielsweise die ! US-PSen 3 257 489 und 5 758 442 und die CA-PS 621 569. : Orientierte Elastomere sind stärker und kriechfester als nicht orientierte Elastomere, und eine innere Kammer, die ^l aus einem orientierten Elastomeren besteht, würde mit dünneren Wänden eoensogut funktionieren. ;

Der Sicherheitsreifen gemäß der Erfindung wird für den j Fährbetrieb auf einen Betriebsdruck von etwa 1,7 bis 2,1 kg/cm pro Kammer gefüllt. Es ist zwar nicht notwendig, in beiden Kammern gleiche Drücke aufrechtzu-

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erhalten, jedoch ist dies zu empfehlen. Wenn der Luftreifen durchlöchert wird, hat die innere Kammer genügende Festigkeit, um das Fahrzeug bei normalen oder fast normalen Geschwindigkeiten bis etwa l6o km/Std. fahren zu können. Der Luftreifen kann in der gleichen Weise repariert werden, wie es bei schlauchlosen Reifen im allgemeinen der Fall ist, wenn sie defekt; werden, d.h. durch Einsetzen eines Elastomerstopfens in das Loch und Verkleben in seiner Lage mit einem geeigneten Klebstoff auf Elastomerbasis. Wenn sowohl die Außenkammer als auch die innere Kammer durchlöchert sind, ein Vorkommnis, das weniger wahrscheinlich ist, ist es dem Fahrer aufgrund der vereinigten Dicken des Luftreifens und der inneren Kammer im Bereich der Lauffläche möglich, das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von etwa 64,4 bis 80,5 km/Std. über eine Strecke bis etwa 64,4 bis 80,5 km weiterzufahren. In einem solchen Fall ist jedoch zu empfehlen, daß die Reparatur sofort durchgeführt wird, um Beschädigung des Reifens zu vermeiden, wenn er längere Zeit luftleer läuft. Der Reifen muß von der Felge genommen und wieder montiert werden. Die innere Kammer wird durch Heißverschweißen und Lösungsmittelverschweißen repariert,¹ um das Loch zu verschließen. Da es möglich ist, mit den Sicherheitsreifen gemäß der Erfindung im luftleeren Zustand nach dem Defektwerden über eine erhebliche Strecke weiterzufahren, erübrigt sich das Mitführen eines Reservereifens. In der Praxis ist der Fahrer immer in der Lage, mit eigener Kraft und ohne Radwechsel eine Werkstatt oder Tankstelle zu erreichen. j

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Claims

Patentansprüche

Ö Sicherheitsluftreifen, der zur Montage auf Standardradfelgen geeignet ist, gekennzeichnet durch

a) eine nicht-poröse, faserarmierte Außerkammer (A) mit Lauffläche (1), Seitenwänden (2) und Reifenwülsten

O) und

ringförmige

b) eine in der Außenkammer (A) angeordnete/innere Kammer

(B), die keine Gewebearmierung aufweist und eine solche Größe hat, daß sie mehr als 50 % des Volumens innerhalb der Außenkammer (A) ausmacht, wenn die Außenkammer und die innere Kammer mit dem Betriebs-

2 druck von etwa 1,7 bis 2,1 kg/cm gefüllt sind, wobei die innere Kammer (B) aus einem thermoplastischen Elastomeren aus der aus Copolyätherestern und Poly- ! urethanen bestehenden Gruppe besteht, die eine Dehnung von nicht mehr als 10 % aufweisen, wenn sie

einer Zugspannung von 21,1 kg/cm für eine Minute bei 91°C unterworfen werden, und eine Dehnung von nicht ₍ mehr als 15 % aufweisen, wenn sie dieser Zugspannung 100 Minuten bei 91°C unterworfen werden, die Dicke ; der inneren Kammer angrenzend an die Seitenwand- und Laufflächenbereiche der Außenkammer so gewählt ist, daß die Vektorsumme der Hauptdehnungen der Kammer in

2 diesen Bereichen unter einem Fülldruck von 1,7 kg/cm .

nicht größer ist als 10 $ und das maximale Kriechen ■ bei 1,7 kg/cm bei einer Temperatur von 91⁰C nach 100 Minuten 5 % beträgt,

i und die Außenkammer (A) und die innere Kammer (B) durch getrennte Ventile füllbar sind.

2. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kammer (B) eine Größe von etwa \ bis 8ü fi: des VcIuksf-e inner-halb der Außenkammer (A) '.

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hat, wenn beide Kammern bis zu einem Betriebsdruck von etwa 1,7 bis 2,1 kg/cm gefüllt sind.

J. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das maximale Kriechen der inneren Kammer (B) bei 1,7 kg/cm nach 100 Minuten bei 91°C angrenzend an die Seitenwände (2) der Außenkammer (A) und am höchsten Punkt (6) j5 % beträgt.

K. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Elastomere, aus dem die innere Kammer (B) besteht, eine Dehnung von nicht mehr als 10 % hat, wenn es für eine Minute einer Zugspannung von 35*15 kg/cm bei 91 C unterworfen wird.

5. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkammer (A) in einer der Seitenwände (2) mit einem Ventil (12) versehen ist, durch das die Außenkammer (A) mit einem mit Nadel versehenen Füllschlauch gefüllt werden kann.

6. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kammer (B) am höchsten Punkt (6) eine dickere Wand hat als in den an die Seitenwände (2) der Außenkammer (A) angrenzenden Bereichen.

7. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der inneren Kammer (B) angrenzend an die Wulstbereiche (4) der Außenkammer (A) dicker sind als in den an die Seitenwände (2) der Außenkammer (A) angrenzenden Bereichen.

8. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kammer (B) aus einem orientierten thermoplastischen Elastomeren besteht.

9. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch

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gekennzeichnet, daß das Elastomere biaxial orientiert ist.

10. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomere monoaxial orientiert ist.

11. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung des Elastomeren in radialer Richtung ausgerichtet ist.

12. Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkammer (A) ein faserarmierter Radialreifen ist.

13· Sicherheitsluftreifen nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vektorsumme der Hauptdehnungen der inneren Kammer (B) im Pelgenbereich (16) bei einem PUlldruck von 1,7 kg/cm wenigstens 20 % beträgt.

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