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Polyurethan-Elastomer-Massen und daraus herge-
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stellte Formkörper.
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Die Erfindung betrifft Polyurethan-wlastomer-Massen zur Herstellung
von Formkörpern mit erheblich verbesserter Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch,
der durch wiederholtes Biegen oder Verbiegen hervorgerufen werden kann, und auch
Formkörper, wie Innenreifen für Sicherungsreifen, die durch Gießen der Masse hergestellt
wurden.
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Polyurethan-Elastomere haben bisher ein weites Anwendungsgebiet in
der Industrie gefunden, da sie sich ausgezeichnet verarbeiten lassen und eine ausgezeichnete
Verschleißfestigkeit aufweisen. Sie können auch leicht mit den vorgegebenen, gewünschten
Eigenschaften hergestellt werden.
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Andererseits werden ihre Verwendungen bzw. Anwendungen sehr oft eingeschränkt
wegen ihrer geringen Gleitfähigkeit. Um Polyurethan-Elastomere mit verbesserten
Eigenschaften herzustellen, sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden,
wie ein Verfahren unter Verwendung von Ausgangsmaterialien,
die
sich von den konventionell verwendeten unterscheiden, oder ein Verfahren zur Herstellung
von Polyurethan-Elastomeren, bei dem organische oder anorganische Kurzfasern einverleibt
werden. Es wird angenommen, daß diese konventionellen Verfahren einigermaßen bei
der Herstellung der jeweiligen speziellen Polyurethan-Elastomeren effektiv sind,
um daraus Formkörper mit verbesserter Biege-Bruchfestigkeit und Kriechfestigkeit,
aber mit verminderter Ermüdungsfestigkeit herzustellen.
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Ausserdem ist Ruß, Siliciumdioxid, Molybdändisulfid oder dergleichen
in ein mahlbares Polyurethan-Elastomere einverleibt worden und hitzegehärtet worden
bei dem Versuch, eine Polyurethan-Elastomer-Masse mit verschiedenen verbesserten
Eigenschaften zu erhalten. Die auf diese Weise erhaltene Elastomer-Masse hat aber
nicht - nachdem sie verformt und gehärtet worden ist - eine zufriedenstellende Gleitfähigkeit
und Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch gezeigt, der durch wiederholtes Biegen
verursacht wurde. (Eine derartige Widerstandsfähigkeit wird nachfolgend kurz mit
Biege-Bruchfestigkeit bezeichnet).
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Es ist ein Ziel der Erfindung, Polyurethan-Elastomer-Massen zu schaffen,
die Graphitteilchen enthalten.
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Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen elastomeren festen
Hohlinnenreifen zu schaffen, der aus der Polyurethan-Elastomer-Masse hergestellt
wurde. Der elastomere Reifen, der als Innenreifen eines Sicherheitsreifens verwendet
wird, besteht aus einem Luftaussenreifen als Hauptreifen und dem Innenreifen, der
darin eingefügt ist, und auch einen Gummi-Vibrationsisolator oder ein mechanisches
Element zu schaffen, das aus der Polyurethan-Elastomer-Masse hergestellt wurde.
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Diese und andere Ziele, wie sie aus dem Nachfolgenden deutlicher
hervorgehen,
können erreicht werden, indem eine Polyurethan-Elastomer-Masse geschaffen wird,
hergestellt durch Einverleiben von Graphitteilchen in ein gießbares Polyurethan-Elastomeres.
Die so hergestellte Polyurethan-Elastomer-Masse zeigt - nachdem sie gehärtet worden
ist -eine verbesserte Biege-Bruchfestigkeit und Gleitfähigkeit.
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In Fällen, wo Formkörper, die durch Gießen der Polyurethan-Elastomer-Masse
hergestellt wurden, als mechanische Teile verwendet werden1 die der Reibung, wiederholter
Belastung und dergleichen ausgesetzt sind, nehmen sie weniger Schaden und haben
eine grössere Lebensdauer als konventionelle. Das gilt besonders für den Innenreifen
des Sicherheitsreifens.
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Die Polyurethan-Elastomer-Massen der Erfindung, die durch gleichmässiges
Verteilen von Graphitteilchen in einem gießbaren Polyurethan-Elastomeren erhalten
wurden, werden gehärtet, wodurch ein gehärtetes Graphit enthaltendes Polyurethan-Elastomeres
mit einer erheblich verbesserten Biege-Bruchfestigkeit zusammen mit einer verbesserten
Gleitfähigkeit neben einer zufriedenstellenden Härte, Zugfestigkeit, Dehnung, Reißfestigkeit,
Verarbeitbarkeit und ähnliche Eigenschaften erhalten wird.
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Die Polyurethan-Elastomeren, die erfindungsgemäß verwendet werden
können, sind gießbare. Die erfindungsgemäßen Formkörper können unter Verwendung
eines Einstufen-Verfahrens erhalten werden, bestehend aus dem Dispergieren von Graphitteilchen
in einem Polyäther oder Polyester mit aktivem Wasserstoff an ihrem Ende, dem Einverleiben
von Polyisocyanat und einem Härtungsmittel in das erhaltene Gemisch und dem anschliessenden
Gießen der Gesamtmasse. Sie können auch unter Verwendung eines Zweistufen-Verfahrens
erhalten werden, bestehend aus der Umsetzung eines Polyisocyanates mit einem derartigen
Polyäther oder Polyester, um ein Prepolymerisat
zu erhalten, das
an seinem Ende Isocyanatgruppen enthält, dem Dispergieren von Graphitteilchen in
das so erhaltene Prepolymerisat und dem anschliessenden Gießen der Gesamtmasse zusammen
mit einem Härtungsmittel für qas Prepolymerisat.
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Die Polyäther und Polyester mit aktivem Wasserstoff an ihren Enden
sind solche mit endständigen funktionellen Gruppen, die aktiven Wasserstoff enthalten,
der fähig ist, mit einem Isocyanat zu reagieren. Die funktionellen Gruppen sind
Hydroxyl-, Amino-, Mercapto- und Carboxylgruppen. Die hier verwendeten Polyäther
sind Polyäthylenglykol, Polytetramethylenglykol, Polypropylenglykol, Polypropylentriol
und andere Polyalkylentriole. Die hier verwendeten Polyester sind Reaktionsprodukte,
die durch Umsetzung einer organischen Säure, wie Phthal-, Adipin-, dimerisierte
Linolen-oder Maleinsäure, mit Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder einem Glykol,
wie Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol oder Diäthylenglykol, erhalten
werden.
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Die erfindungsgemäß verwendeten organischen Isocyanate sind übliche,
einschließlich Alkylendiisocyanate, wie 1,6-Hexamethylendiisocyanat oder Decamethylendiisocyanat,
aromatische Diisocyanate, wie 2,4-Tolylendiisocyanat, 2,6-Tolylendiisocyanat, 4,4'
-Diphenylmethandiisocyanat, 1, 5-Naphthalindiisocyanat, Tolidindiisocyanat, Methaxylendiisocyanat,
hydriertes 4,4' -Diphenylmethandiisocyanat, hydriertes Tolylendiisocyanat und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat,
enthaltend mit Carbodimid modifiziertes 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, und Gemische
und Isomere davon.
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Die hier verwendeten Härtungsmittel sind vorzugsweise Polyamine und
Polyole. Die Polyamine sind aromatische Polyamine, wie 4,4'-Methylen-bis-2-orthochloranilin,
und aliphatische
Polyamine, wie Hexamethylendiamin, Äthylendiamin
und Triäthylendiamin.
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Die Polyole sind aliphatische Polyole, wie 1,4-Butandiol, Trimethylolpropan
und Äthylenglykol, aromatische Polyole, wie p-Xylenrlykol und ß-Hydroxyäthoxybenzol,
und verschiedene Arten on Aminoalkoholen.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Polyurethan-Elastomeren sind gießbare,
die durch das Einstufen-Verfahren erhalten werden können, bestehend aus dem Einverleiben
eines Härtungsmittels in Polyäther oder Polyester, die an ihrem Ende aktiven Wasserstoff
enthalten, dem Dispergieren von Graphitteilchen in das erhaltene Gemisch, dem Vermischen
eines Polyisocyanates mit dem Graphit-dispergierten Gemisch in einer solchen Menge,
daß das Molverhältnis von Isocyanatgruppen zu aktiven Wasserstoff-enthaltenden funktionellen
Gruppen im Bereich von 0,9 - 1,2 liegt, und dem anschliessenden Umsetzen der Gesamtmasse
unter solchen kontrollierten Bedingungen, daß ein Polyurethan-Elastomeres mit einer
Viskosität von nicht mehr als 200 Poise bei der Reaktionstemperatur erhalten wird.
Die hier verwendeten gießbaren Polyurethan-Elastomeren können auch durch das Zwei-Stufenverfahren
erhalten werden, bestehend aus der Umsetzung eines Polyisocyanates mit einem Polyol
in einer solchen Menge, daß das Molverhältnis der Isocyanatgruppen zu den Hydroxylgruppen
im Bereich von mindestens 1,5 liegt, dem Einverleiben von Graphitteilchen in das
so erhaltene Isocyanat-Prepolymerisat, das bei nicht mehr als 150° C flüssig ist,
dem Mischen des Graphit-einverleibten Prepolymerisates mit einem Härtungsmittel
in einer solchen Menge, daß das Molverhältnis der Isocyanatgruppen zu den aktiven
Wasserstoff-enthaltenden funktionellen Gruppen im Bereich von 0,9 - 1,2 liegt, und
der anschliessenden Umsetzung der Gesamtmasse unter solchen kontrollierten Bedingungen,
daß ein Polyurethan-Elastomeres mit einer Viskosität von nicht
mehr
als 200 Poise erhalten wird.
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Die erfindungsgemäßen Polyurethan-Elastomer-Massen können nach irgendeinem
allgemeinen Gießverfahren gegossen werden, wie einem Verfahren unter Verwendung
einer rotierenden Form, und einem Verfahren, bestehend aus dem Entgasen eines Gemisches
der erforderlichen Materialien und dem anschliessenden Gießen des entgasten Gemisches
in eine Form zum Giessen. In Fällen, wo das Formen oder Gießen unter Verwendung
einer rotierenden Form durchgeführt wird, werden die in dem Polyurethan-Elastomeren
dispergierten Graphitteilchen in der äusseren Oberflächenschicht des erhaltenen
Formkörpers konzentriert infolge der Zentrifugalkraft der rotierenden Form. Das
macht möglich, einen Formkörper mit einer Gleitfähigkeit und Biegefestigkeit nur
an dessen gewünschten Stellen zu erhalten. (Sicherheitsreifen, die auf diese Weise
hergestellt wurden, weisen sowohl eine ausgezeichnete Gleitfähigkeit als auch ausgezeichnete
Biege-Bruchfestigkeit auf).
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Graphit hat im allgemeinen eine plattenähnliche Kristallstruktur des
hexagonalen Systems, d.h. eine Vielschicht-Struktur. Die Schichten sind untereinander
mit van der Waals' schen Kräften verbunden und der Zwischenschichtabstand beträgt
etwa 3,35 i, wodurch die Bindung zwischen den Schichten geschwächt ist.
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Der Grund, warum Graphit ausgezeichnete Leistungen als festes Gleitmittel
zeigt, beruht darauf, daß das Zwischenschichtgleiten möglicherweise auf die schwache
Grenzflächenbindung zurückzuführen ist. Es ist gut bekannt, daß Graphit eine erheblich
verbesserte Gleitmittelleistung in Gegenwart von Wasser oder Luft aufweist. Es wird
angenommen, daß der Grund dafür der ist, daß die Bindung, die durch die Elektronen
zwischen den Flächen der Graphitschichten hervorgerufen wird, durch daran adsorbierte
Gase geschwächt wird und daß dadurch
das Ablösen der Graphitschichten
voneinander erleichtert wird. Wenn Graphit in der Polyurethan-Elastomer-Masse vorliegt,
die Urethanbindungen enthält, so wird angenommen, daß die 1r-Elektronen zwischen
den Graphitschichten geschwächt werden, wodurch die Ablösung der miteinander verbundenen
Graphitschichten erleichtert wird. Es wird angenommen, daß hiermit das Elastomere,
das den Graphit enthält, eine erhöhte Oberflächengleitfähigkeit und eine verbesserte
Biege-Bruchfestigkeit aufweist, da die wiederholte Belastung, denen das Graphit
enthaltende Elastomere ausgesetzt wird, vermindert wird als Folge der Scherwirkung,
die zwischen den Schichten der dispergierten Graphitteilchen ausgebüt wird.
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Sogar wenn sehr kleine Mengen an Graphit dem Polyurethan-Elastomeren
zugesetzt werden, wird im Elastomeren eine Erhöhung seiner Gleitfähigkeit und Biege-Bruchfestigkeit
auftreten. Die Menge des in das Polyurethan-Elastomere einverleibten Graphits liegt
aber im Bereich von vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.Teilen, bevorzugter 3 - 7 Gew.Teilen
pro 100 Teile Elastomeres. Die Verwendung von Graphit in einer Menge von mehr als
10 Gew.Teilen beeinträchtigt das erhaltene, gehärtete elastomere Produkt in den
Eigenschaften.
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Der Grund dafür ist wahrscheinlich der, daß mehr als 10 Gew.
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Teile Graphit, die im Elastomeren enthalten sind, als Fremdmasse wirken,
und nicht als brauchbares Additiv. Die Teilchengröße der verwendeten Graphitteilchen
beeinflussen die Eigenschaften der erhaltenen, gehärteten elastomeren Produkte.
Je kleiner die Teilchengröße ist, umso besser sind die Teilchen. Die Teilchengröße
liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 150 /u. Graphitteilchen mit einer Teilchengröße
von weniger als 0,1 /u sind teurer in ihrer Herstellung und erhöhen die Viskosität
eines Polyurethan-Elastomeren, wenn sie darin einverleibt werden. Sie hinterlassen
in einigen Fällen ferner Blasen in der erhaltenen Polyurethan-Elastomer-
Masse.
Daher sind zu kleine Teilchen für die industrielle Verwendung ungeeignet. Andererseits
führt die Verwendung von Graphitteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 150
/u bei der Herstellung zu einem gehärteter elastomeren Produkt mit einer unbefriedigenden
Biege-Bruchfestigkeit.
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Wie oben festgestellt, besteht eines der Ziele der Erfindung darin,
Innenreifen für Sicherheitsreifen für Fahrzeuge herzustellen. Die Innenreifen werden
hergestellt, indem die Polyurethan-Elastomer-Masse gegossen und gehärtet wird. Bei
dem Sicherheitsreifen besteht der Innenreifen aus einem festen Hohlreifen mit Schlitzen
in den Seitenwänden und aus einem dazugehörigen Aussenreifen als Luftreifen. Der
feste Hohlinnenreifen wird in die Luftkammer des dazugehörigen Luftaussenreifens,
damit konzentrisch im Hinblick auf die Achse eines Rades, an das der Sicherheitsreifen
befestigt wird, eingefügt und dient auf diese Weise dazu, daß er die Last trägt,
die auf dem aufgeblasenen Aussenreifen ruht, nachdem die Verformung oder Erniedrigung
des Aussenreifens wegen des Luftverlustes infolge Durchlöcherung ein bestimmtes
Maß erreicht hat, wodurch Fahrzeuge, die mit den Sicherheitsreifen ausgestattet
sind, über weite Strecken nach Durchlöcherung des äusseren Luftreifens weiterfahren
können.
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Es sind bisher Sicherheitsreifen vorgeschlagen worden, wie (1) ein
Sicherheitsreifen, bestehens aus einem äusseren Luftreifen und einem inneren Luftreifen,
der in der Luftkammer des Aussenreifens und damit konzentrisch im Hinblick auf die
Achse eines Rades, an das der Sicherheitsreifen befestigt ist, gelegen ist, und
(2) ein Flachlaufreifen, bestehend aus einem äusseren Luftreifen und darin als Hilfsreifen
oder Lastträger eingefügte, in festgelegter Weise geformte Festsegmente.
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Der konventionelle Sicherheitsreifen (1) hat den Nachteil, daß - wenn
der Sicherheitsreifen durch Eindringen eines Nagels durchlöchert wird - dann sogar
der innere Luftreifen sehr wahrscheinlich von dem Nagel durchdrungen wird.
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Der konvenionelle Sicherheitsreifen (2) ist sicherer als der Sicherheitsreifen
(1), da der erstere aus dem Luftreifen und den darin eingefügten Festsegmenten besteht;
die Gewichtszunahme des Sicherheitsreifens (2), die sich aus dem Erfordernis ergibt,
daß die Stärke der Festsegmente groß genug sein muß, entsprechend der auf den Sicherheitsreifen
ruhenden Last, hat ungünstige Einflüsse auf die Laufleistung des Reifens. Eine derartige
Gewichtszunahme macht es sehr schwer, einen Luftreifen und die dazugehörigen festen
Segmente in einem Sicherheitsreifen herzustellen und führt zu einem sehr unbefriedigenden
Fahren, wenn versucht wird, mit einem mit Eisenrädern ausgestatteten Fahrzeug zu
fahren.
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Neben dem Innenreifen des Sicherheitsreifens oder Flachlaufreifen,
die bisher verwendet worden sind, werden als gewöhnliche Reifen cordlose Reifen
verwendet, mit verhältnismässig steifem elastomeren Material. Ein solcher cordloser
Reifen wurde als Innenreifen in den Aussenreifen eingefügt, um einen doppelten Reifen
zu bilden, der anschliessend in durchlöchertem Zustand oder unter Flachlaufbedingungen
mit dem Ergebnis gefahren wurde, daß der cordlose Reifen nicht den an ihn gestell
ten Anforderungen entsprach, beispielsweise im Hinblick auf die Ermüdung und Reibung
trat zwischen den äusseren und inneren Reifen auf. Mit anderen Worten ist die Verwendung
des cordlosen Reifens beträchtlichen Einschränkungen unterworfen.
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Insbesondere enthalten typische konventionelle Sicherheitsreifen einen
schlauchlosen Reifen als Aussenreifen und einem
darin eingefügten
Schlauchreifen als Innenreifen und haben deshalb zwei unabhängige Luftkammern. Da
der Innenreifen die Last, die auf dem Aussenreifen ruht, an dessen Stelle trägt,
wenn der Aussenreifen Luft verliert, hat der innere Reifen im wesentlichen dieselbe
vertikale Federungsgeschwindigkeit wie der Aussenreifen.
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Die konventionellen Sicherheits-Doppelreifen bringen daher Sicherheit
und komfortables Fahren, wenn sie hergestellt werden, um mit dem zu durchlöchernden
Aussenreifen noch mitzulaufen, in diesem Fall bestehen aber Möglichkeiten, daß der
Innenreifen wie der Aussenreifen durchlöchert wird.
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Bei der Herstellung der Sicherheitsreifen ist es ohne Schwierigkeiten
möglich, den Innenreifen in den Aussenreifen zu befestigen.
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Bei der Herstellung eines Sicherheitsreifens, der aus einem Aussenreifen
und darin eingefügten festen Segmenten besteht, müssen die einzufügenden oder in
der Luftkammer des Aussenreifens befestigten festen Segmente erheblich kleiner hinsichtlich
der Größe hergestellt werden, da es sonst schwierig ist, die festen Segmente, da
sie ringähnlich sind, in den Aussenreifen einzufügen. Der so erhaltene Sicherheitsreifen
ist sicherer als ein gewöhnlicher Reifen. Wenn der Sicherheitsreifen aber läuft,
führen die Anwesenheit der festen Segmente im Aussenreifen dazu, daß der Aussenreifen
sich erheblich verbiegt und bald bricht, wodurch ein Fahren über weite Strecken
mit dem Sicherheitsreifen unmöglich wird und die Laufstabilität und Kurvenstabilität
beträchtlich herabgesetzt wird. Wenn andererseits große feste Segmente in den Aussenreifen
einzufügen versucht werden, dann mUssen sie in kleinere aufgeteilt werden, um Schwierigkeiten
bei der Einfügung in den Aussenreifen zu vermeiden. Dann treten aber andere zu lösende
Probleme, wie das Verbinden und Stützen, auf. Die Sicherheitsreifen, die aus dem
Aussenreifen
und darin eingefügten festen Segmenten bestehen, haben
ausserdem den Vorteil, daß die Segmente die Last mittragen helfen, während sie den
Nachteil mit sich bringen, daß die Laufleistung erniedrigt wird infolge der Gewichtszunahme
und ein komfortables Fahren mit den Sicherheitsreifen schwer zu erreichen ist.
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Der erfindungsgemäße Sicherheitsreifen ist ein Doppelreifen, der als
Aussenreifen einen gewöhnlichen schlauchlosen Reifen und als Innenreifen einen steifen,
mit einem Elastomeren hergestellten Hohlreifen mit einem kleineren Durchmesser und
einer kleineren Breite als der Aussenreifen enthält. Der Innenreifen ist in der
Luftkammer des Aussenreifens und damit konzentrisch bezüglich der Achse eines Rades,
das mit dem Sicherheitsreifen ausgerüstet ist, gelegen.
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Im Hinblick auf das oben Ausgeführte, sollte der Innenreifen des erfindungsgemäßen
Sicherheitsreifens vorzugsweise wie folgt sein: (1) Er sollte hohl sein, um ihn
gewichtsmässig leicht zu halten.
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(2) Er sollte keine unabhängig geschlossene Luftkammer aufweisen.
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(3) Er sollte aus einem Material hergestellt sein, das weitgehend
biegbar ist, wenn er in den Aussenreifen eingefügt wird.
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(4) Er sollte aus einem Material bestehen, das Ermüdungen widersteht,
die durch Biegen oder Verbiegen hervorgerufen werden.
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(5) Er sollte derart sein, daß seine Reibung mit dem Aussenreifen
gering ist, wodurch die erzeugte Hitzemenge vermindert wird.
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(6) Er sollte einen so großen Querschnitt wie nöglichhaben, um eine
beträchtliche Verminderung der Laufleistung, der Gebrauchsdauer des Aussenreifens
und der Kurvenstabilitätsleistung zu vermeiden.
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Aus den obigen Betrachtungen ergibt sich, daß der erfindungsgemäße
Innenreifen wie folgt konstruiert worden ist.
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Der Innenreifen ist ein relativ steifer elastomerer Hohlformkörper,
der keine geschlossene Luftkammer, die Luftreifen unähnlich ist, aufweist. Er wird
in die Luftkammer des Luftaussenreifens eingefügt, die mit der des Innenreifens
durch Schlitze, die in dessen Seitenwänden vorgesehen sind, verbunden sind. Er hat
eine Steifigkeit, die dem 1- bis 2-fachen der vertikalen Federungsgeschwindigkeit
des Aussenreifens entspricht. Er hat einen so großen Querschnitt wie möglich. Seine
Seitenwände, die häufig der Biegewirkung ausgesetzt sind, sind so konkav ausgebildet
(nach innen gebogen), daß sie Druckbelastungen widerstehen und er enthält ein Gleitmittel,
um die Reibung mit dem Aussenreifen auf eine niedrige Höhe zu halten, wenn dieser
Reifen d löchert wird.
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Mit der Erfindung wird daher ein Sicherheitsreifen oder ein Doppelreifen
geschaffen, der sogar unter Flachlaufbedingungen verwendbar ist und der große Sicherheit
bietet, haltbar und leicht ist und leicht zu montieren ist.
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Die Erfindung wird im Einzelnen anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert.
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In den beigefügten Zeichnungen ist Fig. 1 eine graphische Darstellung,
die eine allgemeine
Beziehung zwischen der Graphitmenge, die in
einer Polyurethan-Elastomer-Masse enthalten ist, und der Anzahl von Biegungen der
Masse im gehärteten Zustand zeigt; Fig. 2 ist einerschnitt einer Ausführungsform
eines Sicherheitsreifens für Motorräder; Fig. 3(A) ist ein Querschnitt einer Ausführungsform
des Innenreifens eines erfindungsgemäßen Sicherheitsreifens; Fig. 3(B) zeigt die
Höhe des Innenquerschnitts eines Aussenreifens, der mit Luft auf den optimalen Luftdruck
aufgeblasen ist, ohne daß darauf eine Last ruht; Fig. 3(C) zeigt die Höhe des Innenquerschnitts
des Aussenreifens von Fig. 3(B) unter Belastung; Fig. 3(D) zeigt die Höhe des Innenquerschnitts
eines Aussenreifens unter Belastung, der der gleiche wie der in Fig. 3(B) gezeigte
ist mit der Ausnahme, daß er mit Luft auf den erlaubten Mindestluftdruck, bei dem
ein Fahrzeug, das mit solchen Reifen ausgerüstet ist, kontrollierbar gefahren werden
kann, aufgeblasen worden ist; Fig. 4 ist eine perspektivische Zeichnung eines Innenreifens
mit geschlitzten Seitenwänden gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung; Fig.
5 ist ein Querschnitt eines Innenreifens mit einem Basisring, der zwischen dessen
Randwülsten eingefügt ist;
Fig. 6 ist ein Querschnitt eines Innenreifens,
von denen einer der Randwülste mit einer Vorwölbung, die nach dem anderen Randwulst
gerichtet ist, versehen ist und Fig. 7(A) und 7(B) sind jeweils eine graphische
Darstellung, die die Haltbarkeit (ausgedrückt als Beziehung zwischen der Laufgeschwindigkeit
und der Entfernung) eines erfindungsgemäßen Sicherheitsreifens unter Flachlaufbedingungen
zeigt.
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Fig. 2, No. 10 zeigt einen Aussenreifen, der ein schlauchloser Luftreifen
ist. No. 11 zeigt das Gerüst des Aussenreifens 10, No. 12 den Randwulstdraht des
Aussenreifens, No. 20 einen Innenreifen und No. 21 den Randwulstdraht des Innenreifens
20.
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Der Randwulstdraht 21 kann in bestimmten Fällen fehlen.
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Die Rillengründe des Innenrades sind nicht in ihrer Form beschränkt,
hängen aber hinsichtlich ihrer Form von Eigenschaften ab, die im Innenreifen erforderlich
sind. No. 30 zeigt eine Felge, die in diesem Falle beispielsweise eine solche ist,
die vom Zentrum abfällt (drop center type). Die Felge kann eine flache Basisfelge
oder Schlitzfelge sein.
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Wie in Fig. 4 gezeigt, hat der Innenreifen 20 Seitenwände, die mit
Schlitzen 23 versehen sind. Dadurch wird die Luftkammer des Aussenreifens mit der
des Innenreifens verbunden und führt zu einer Verminderung dessen Gewichtes. Falls
derartige Schlitze 23 nicht in den Seitenwänden des Innenreifens vorgesehen sind,
können die Rillengründe als Ersatz für die Schlitze 23 in die Seitenwände eingelassen
sein.
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Wie in Fig. 2 gezeigt wird, wird der Innenreifen 20 in die Luftkammer
lOa des Aussenreifens 10 damit konzentrisch bezüglich der Achse eines Rades, an
das die Aussen- und Innenreifen
befestigt sind, eingefügt. Der
Innenreifen, der ein Hohlformkörper ist, hat eine Steifigkeit entsprechend der l-2fachen
vertikalen Federungsgeschwindigkeit des Aussenreifens. Da der Innenreifen aus der
oben erwähnten Polyurethan-Elastomer-Masse der Erfindung hergestellt wurde, die
durch Einverleiben von Graphit in ein gießbares Polyurethan-Elastomere erhalten
wurde, ist keine verstärkende Schicht, wie zusammenhängender Reifencord, der im
Gerüst des Aussenreifens zu sehen ist, erforderlich. Es würde natürlich keinen weiteren
Vorteil bedeuten, wenn man mit erheblich höheren Herstellungskosten steifere Innenreifen
von komplizierterer Struktur mit Hilfe von komplizierten Verformungsverfahren unter
Verwendung von Reifencord zur Verstärkung herstellen würde.
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Der Innenreifen, der aus gießbarem Polyurethan-Elastomeren und Graphit
hergestellt wurde, hat eine grössere vertikale Federungsgeschwindigkeit als ein
Innenreifen, der aus dem gleichen gießbaren Polyurethan-Elastomeren ohne Graphit
hergestellt wurde. Das Ausmaß der Formänderung, die beim Innenreifen, der aus Graphit
enthaltenden Polyurethan-Elastomeren hergestellt wurde, bei Belastung hervorgerufen
wird, ist kleiner als bei einem Innenreifen unter der gleichen Belastung, der aus
graphitfreiem Polyurethan-Elastomerem hergestellt wurde. Dadurch stellt der erstere
Reifen hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit und anderen Eigenschaften eine Verbesserung
dar.
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Der Grund dafür ist folgender. Ein Gleitmittel wird zwischen den Aussen-
und Innenreifen gebracht, aber Filme des Gleitmittels sind oft nicht zusammenhängend
infolge des Xontaktdruckes, des Rutschens, des Fliessens des Gleitmittels und dgl.,
also infolge von Vorgängen, die an der Kontaktstelle stattfinden, an der die Aussen-
und Innenreifen miteinander in Berührung kommen. Wenn der Innenreifen für sich eine
Gleitfähigkeit aufweist, so ergänzt diese die Gleitmittelwirkung
des
verwendeten Gleitmittels, wodurch die Hitzeentwicklung auf eine niedrige Höhe gehalten
wird an der Stelle, an der die Aussen- und Innenreifen Kontakt miteinander haben
(d.h.
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die Zeit, in der der Sicherheitsreifen auf die Temperatur erhitzt
wird, bei der er sich thermisch zu ;ersetzen beginnt, wird verlängert) und infolgedessen
stellt der Sicherheitsreifen als Flachlaufreifen hinsichtlich der Haltbarkeit eine
Verbesserung dar.
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Wenn der Graphit-enthaltende Hilfs- oder Innenreifen gemäß der Erfindung
ferner eine grössere Steifigkeit oder grössere vertikale Federungsgeschwindigkeit
als ein entsprechender graphitfreier Innenreifen aufweist, so kann ein derartiger
Graphit-enthaltender Reifen mit einem Gewicht hergestellt werden, das kleinerMist
als das eines Graphit-freien Innenreifens. Ein Graphit-enthaltender Reifen kann
ein solcher sein, dessen Gewicht kleiner ist als das eines Graphit-freien Reifens
durch die Menge, die äquivalent dem Ueberschuß der Steifigkeit des ersteren gegenüber
der Steifigkeit des letzteren ist in Fällen, wo vom ersteren die gleiche Leistung
wie vom letzteren erwartet wird. Die Verwendung eines derartigen Graphit-enthaltenden
Innenreifens im Sicherheitsreifen für ein Fahrzeug führt zu einer Verbesserung des
Fahrzeuges in den kinematischen Eigenschaften, wie Lenkung und Stabilität.
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Ein mit Polyurethan-Elastomeren hergestellter endloser Innenreifen
20 mit einer JIS (Japanese Industrial Standard)-Härte von 95 kann daher erhalten
werden, indem ein gießbares Polyurethan-Elastoeres mit Graphit gemischt wird, das
erhaltene Gemisch erhitzt wird, das erhitzte Gemisch in eine Form gegossen wird,
um es darin zu härten, und der erhaltene Formkörper völlig vernetzt wird.
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Dem Innenreifen kann eine vertikale Federungsgeschwindigkeit durch
geeignete Auswahl der Stärke und Form seines Kronenteiles
20a,
den Rillengründen 22, den Seitenwänden 20b und den Schlitzen 23 verliehen werden,
die ein- bis zweimal so groß ist wie die des zugehörigen Aussenreifens 10, der mit
Luft auf einen vorbestimmten Luftdruck gefüllt ist. Der Grund, warum der Innenreifen
eine solche vertikale Federungsgeschwindigkeit haben sollte, ist der, daß - wenn
der Innenreifen ein ungeeigneter mit einer geringeren vertikalen Federungsgeschwindigkeit
als der Aussenreifen wäre und angenommen wird, daß einmal der Aussenreifen durch
Durchlöcherung platt wird - der ungeeignete Innenreifen stärker gebogen bzw. verbogen
würde - wodurch notwendigerweise die Ermüdungswiderstandsfähigkeit gegenüber wiederholter
Verbiegung vermindert wird und schließlich ein solcher Sicherheitsreifen zerstört
wird, bevor er ein Fahrzeug, das mit ihm ausgerüstet ist, über eine gewünschte Entfernung
von beispielsweise 100 km bringt. Ein Innenreifen mit einer vertikalen Federungsgeschwindigkeit,
die mehr als zweimal so groß wie die des Aussenreifens ist, ist andererseits sehr
steif und schwer in die Luftkammer des Aussenreifens 10 einzufügen und setzt die
Verbiegbarkeit und die Entformbarkeit beim Biegen herab. Dadurch wird allerdings
der Innenreifen im Hinblick auf die Lebensdauer verbessert, beim Biegen ermüdet
er dagegen (die Lebensdauer wird nachfolgend als Ermüdungsfestigkeits-Lebensdauer
bezeichnet). Das führt andererseits zu einer weniger komfortablen Fahrt wegen zu
hoher Steifigkeit.
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Der Innenreifen sollte demnach vorzugsweise eine vertikale Federungsgeschwindigkeit
haben, die ein- bis zweimal so groß wie die des dazugehörigen Aussenreifens ist,
um einem Fahrzeug, das mit den Sicherheitsreifen ausgerüstet ist, zu ermöglichen,
unter Flachlaufbedingungen (oder mit durchlöchertem Aussenreifen) unter speziellen
Bedingungen gefahren zu werden, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 80
km/h über eine Entfernung von nicht weniger als 200 km, und um die gleiche bequeme
Fahrt mit den Sicherheitsreifen unter
Flachlaufbedingungen zu bieten,
wie sie mit aufgeblasenen Luft-Aussenreifen erreichbar ist.
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Die Form des Querschnittes des Innenreifens beeinflußt auch seine
Haltbarkeit. Der erfindungsgemäße Innenreifen, der keine Verstärkungen, wie Reifencord,
hat und ein ringförmiger Körper ist, der aus einem homogenen, isotropen Polyurethan-Elastomeren
hergestellt wurde, schwankt hinsichtlicht seiner Ermüdungsfestigkeits-Lebensdauer
in Abhängigkeit von dem Zustand der Verbiegung oder der Verteilung der Formänderung
des Innenreifens, wenn die Belastung darauf infolge Durchlöcherung des Haupt- oder
Aussenreifens ruht Ein Luftreifen besteht aus einer elastomeren Masse und - wenn
er verstärkt ist - aus Reifencord mit einer Festigkeit (Elastizitätsmodul), die
10 bis 100 mal so groß ist, wie die der elastomeren Masse, und wird ferner durch
Luftdruck verstärkt. Schließlich ist der Luftreifen fast kreisförmig im Querschnitt.
Der Luftreifen wird daher wiederholten Verbiegungen (bis zu etwa 10 t) unterworfen
infolge der darauf ruhenden Last, wenn er in Betrieb ist. Dieser Verbiegungsbetrag
zerstört nicht den Luftreifen und die ErmUdungsfestigkeits-Lebensdauer des Reifens
ist sehr groß, wenn der Reifen den üblichen wiederholten Verbiegungen unterliegt,
da die Lebensdauer des Reifens, der aus einer Kombination von Kautschukmaterial
und Reifencord besteht, um mehr als 106 - 107 ausgedehnt wird.
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Ein Innenreifen, der cordlos und homogen ist und in der Luftkammer
eines dazugehörigen Aussenreifens untergebracht ist, wird dagegen in Reibungskontakt
mit der Innenwand des Aussenreifens und bei hohen Temperaturen verwendet; der Innenreifen
sollte daher vorzugsweise so konstruiert sein, daß sein Rillengrundteil einer geringen
Formänderung unterliegt
und die Herstellung nicht kompliziert wird.
Dadurch wird seine Lebensdauer als Innenreifen verlängert. Wenn ein Reifen durch
eine darauf ruhende Last verbogen wird, so sind es im allgemeinen die Seitenwandteile,
die beträchtlich verbogen werden.
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Falls solch ein cordloser Reifen als erfindungsgemäßer Innenreifen
mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt wird und die Last trägt, so zeigt sich
nicht nur eine Verbiegung an den Seitenwänden, sondern auch eine komplizierte Formänderungsverteilung
am Rillengrundteil.
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Falls dagegen ein cordloser Reifen mit nach innen gebogenem Teil an
den Seitenwänden, wie in Fig. 2 unter 20b und 20c dargestellt ist, hergestellt wird,
und die Last trägt, dann zeigt sich eine vereinfachte Formänderungsverteilung am
Rillengrundteil, wodurch er hinsichtlich seiner Ermüdungsfestigkeits-Lebensdauer
verbessert wird.
-
Insbesondere besteht der Innenreifen aus den Bereichen A und B als
Seitenwände.
-
Wenn die Bereiche A und B so konstruiert sind, daß der erstere eine
geringere Biege- oder Verbiegesteifigkeit als der letztere aufweist, so zeigt der
Bereich A notwendigerweise eine grössere Verbiegung als der Bereich B, wenn die
Last darauf ruht, und führt zum Entstehen einer komplizierten Formänderung im Bereich
C. Falls dagegen der Bereich B so konstruiert ist, daß er eine geringere Biegesteifigkeit
als der Bereich A hat, so wird der Bereich B notwendigerweise mehr verbogen als
der Bereich A, wenn die Last darauf ruht. Dadurch wird die Tendenz zum Entstehen
von Formänderungen im Bereich C vermindert und die Bereiche C und A werden hinsichtlich
der Haltbarkeit unter scharfen Bedingungen (Belastung, Verbiegen und Reibung) verbessert.
-
In einem Luftreifen, wie dem Aussenreifen, ist im allgemeinen ein
nach innen gebogenes Teil im Querschnitt oder das
Profil der Seitenwände
so konstruiert, daß der Bereich D gebildet und sicherheitshalber verstärkt wird,
um die Verbiegung so weit wie möglich herabzusetzen.
-
Der erfindungsgemäße Innenreifen ist dadurch gekennzeichnet, daß er
einen konkaven oder nach innen gebogenen Teil im Querschnitt oder im Profil des
Reifens in den Bereichen B und D aufweist, wie in Fig. 3(A) dargestellt ist, und
daß die Bereiche B und D in positiver Weise verbogen werden, weil diese so konstruiert
sind, daß sie eine geringere Biegefestigkeit haben als die Bereiche A und C. Wie
oben erwähnt, sollte der Innenreifen den konkaven Teil an den Seitenwänden haben.
-
Die Querschnittsform, das ist die Querschnittshöhe H und B reite W
des Innei eifens des erfindungsgemäßen Sicherheitsreifens, beeinflußt die Steuerung
und Stabilität eines Fahrzeuges, das mit dem Sicherheitsreifen ausgerüstet ist und
das unter Flachlaufbedingungen fährt. Die Verwendung des Sicherheitsreifens, bei
dem der Aussenreifen durchlöchert ist, verleiht dem Fahrzeug Kurvenfahrfähigkeit,
Spurstabilität und Vibration, Eigenschaften, die denen unterlegen sind, die mit
einem aufgeblasenen Aussenreifen erhalten werden. Wenn das Fahrzeug aber unter Flachlaufbedingungen
mit einer bestimmten Geschwindigkeit (80 km/h beispielsweise) gefahren wird, sollte
der Sicherheitsreifen solche Reifeneigenschaften haben, daß das Fahrzeug unter Kontrolle
bleibt und nicht solche, daß der Fahrer des Fahrzeuges um die Lenkung und deren
Stabilität fürchten muß.
-
Schließlich ist es wünschenswert, daß die Querschnittshöhe H des Innenreifens,
wie sie in Fig. 3(A) dargestellt ist, fast gleich der Querschnittshöhe der Luftkammer
des dazugehörigen Aussenreifens so weit wie möglich ist. Wenn
der
Innenreifen aber steifer und/oder seine Querschnittshöhe H größer ist, so ist es
schwieriger, den Innenreifen in die Luftkammer des Aussenreifens einzufügen. Wenn
die Höhe H fast gleich der Querschnittshöhe H2 (Fig. 3(B) ) des Inneren dE.s Aussenreifens
ist, der mit Luft auf einen vorbestimmten Druck aufgeblasen ist und einer Belastung
unterworfen ist (sogar dann, wenn der Innenreifen in die Luftkammer des Aussenreifens
eingelegt worden ist), so werden die Reifeneigenschaften, wie ein bequemes Fahren,
beeinträchtigt durch die Berührung des Innenreifens mit dem Aussenreifen sogar dann,
wenn der Aussenreifen mit Luft auf einen normalen Luftdruck gefüllt ist.
-
Die Querschnittshöhe H des Innenreifens sollte demnach kleiner sein
als die Querschnittshöhe H2 (Fig. 3(B) ) der Luftkammer des dazugehörigen Aussenreifens,
der mit Luft auf den vorbestimmten (jeweils erforderlichen) Luftdruck gefüllt ist
und einer vorbestimmten Belastung unterworfen ist, und sollte größer als die Querschnittshöhe
H3 (Fig.
-
3(C) ) der Luftkammer des Aussenreifens sein, der mit Luft auf einen
so niedrigen Luftdruck gefüllt wird, daß man die Kontrolle über das Fahrzeug behalten
kann. Ein solcher niedriger Luftdruck kann bei 0,5 kg/cm2 für Reifen von Personenwagen
und bei 0,8 kg/cm2 für Reifen von Motorrädern liegen. Es ist in diesem Falle wünschenswert,
daß die Querschnittsbreite W des Innenreifens eine solche ist, daß der Innenreifen
so weit wie möglich sich annähern kann an oder in Berührung stehen kann mit den
inneren Seitenwänden des Aussenreifens. Daraus folgt, daß der Unterschied zwischen
der peripheren Entfernung der Innenseite des Aussenreifens (die Entfernung von einem
Rillengrund zum anderen längs der Innenseite des Aussenreifens in dessen Querschnitt,
wie in Fig. 2 gezeigt) und die periphere Entfernung der Aussenseite des Innenreifens
in dessen Querschnitt vermindert werden sollte.
-
Die Größe und Form der Gründe oder Falze in der Rille des Innenreifens
sowie die Größe und Form der Schlitze in dessen Seitenwänden beeinflussen die Haltbarkeit
des Innenreifens. Die Gründe, aus denen die Gründe, Falze und Schlitze vorgesehen
werden, sind erstens die Herstellung eines leichteren Innenreifens, zweitens die
Luftkammer des Aussenreifens durch die Schlitze mit dem Inneren (Luftkammer) des
Innenreifens zu verbinden und drittens, den Innenreifen vom Standpunkt des Design
attraktiv erscheinen zu lassen.
-
Es ist erwünscht, daß ein Basisring 25 zwischen die Rillen eines Innenreifens
eingefügt wird, wie es in Fig. 5 gezeigt wird. Der Basisring hat die Aufgabe, die
Rillengrundteile des Innenreifens zu stabilisieren und die Rillengrundteile eines
dazugehörigen Aussenreifens zu verstärken, die Sandwich-artig sich zwischen einem
Felgenflansch (wie unter 30 in Fig. 2 gezeigt) und dem Rillengrundteil des Innenreifens
befinden. Solche Basisringe bilden aber einen Teil der Teile, durch die die Teileanzahl
der Teile erhöht wird, und es ist daher vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt von Nachteil,
diese zu verwenden, obwohl die Stabilisierung der Rillenteile dadurch gewährleistet
wird. Es ist daher vorzuziehen, daß -wie in Fig. 6 dargestellt ist - eines der Rillenteile
des Innenreifens mit einer Vorwölbung 24 zur Stabilisierung der Rillengrundteile
anstelle des Basisringes 25 versehen wird. Es ist ausserdem nicht notwendig, daß
die Vorwölbung 24 eine ringförmige Gestalt hat und die Vorwölbung kann durch diskontinuierliche
Vorsprünge ersetzt werden, die an der Innenseite der Rillenteile vorgesehen werden
(der Basisring oder dessen Ersatz wird auch "Rillenstabilisator" genannt).
-
Der Basisring oder der Rillenstabilisator ist besonders für große
Sicherheitsreifen erforderlich und nicht immer für leichte Fahrzeuge erforderlich
(beispielsweise für Motorräder
mit einem Hubraum von nicht mehr
als 500 ccm), da Sicherheitsreifen für derartig leichte Fahrzeuge ausreichend haltbar
sind auch ohne solche Rillenstabilisatoren.
-
Falls ein Fahrzeug, das mit dem oben erwähnten Sicherheitsreifen oder
Doppelreifen ausgerüstet ist, mit dem durchlöcherten Aussenreifen gefahren wird
und wenn auf dem Innenreifen die Last des Fahrzeuges ruht, dann wird der Innenreifen
zerstört infolge Biegeermüdung bei hohen Temperaturen, nachdem das Fahrzeug über
eine Entfernung von mehreren 10 km gefahren worden ist. Selbst wenn die Kapazität
des Innenreifens in diesem Umfang die Sicherheit der Reifen gewährleistet, so ist
es doch wünschenswerter, daß dem Fahrzeug ermöglicht wird, über eine Entfernung
von etwa 200 km nach der Durchlöcherung des Aussenreifens des Sicherheitsreifens
auf einer Autobahn zu fahren. Das gilt besonders für Motorräder, da diese keinen
Ersatzreifen haben.
-
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, kann ein Gleitmittel zwischen
dem Aussen- und Innenreifen verwendet werden.
-
Typische Gleitmittel sind Silikonfette, Teflonharze, Silikonharze,
Molybdändisulfidpulver, Graphitpulver, Glimmer, weisses Wachs und ein flüssiges
Polymeres, in das ein spezielles Gleitmittel einverleibt wird, u.a. sind weisses
Wachs und ein wasserlösliches, flüssiges Polymeres, in das ein Graphitpulver einverleibt
wurde, am geeignetsten.
-
Die hier verwendeten wasserlöslichen flüssigen Polymeren sind solche,
die hergestellt wurden durch weitere Polymerisation von Alkylenoxidpolymerisaten.
Es wird ein einwertiger Alkohol (wie Äthanol, Butanol oder Benzylalkohol), ein Glykol
(wie Äthylenglykol, Propylenglykol oder 1,4-Butandiol), ein Triol (wie Glycerintrimethylolpropan)
oder
ein Aminoalkohol (wie Monoäthanolamin) als Ausgangsmaterial,
mit Propylenoxid umgesetzt, um ein Polymeres zu erhalten, das dann zusätzlich an
dessen Ende mit Äthylenoxid umgesetzt wird, um ein wasserlösliches Polymeres zu
erhalten.
-
Falls ein Gleitmittel (Graphit plus ein wasserlösliches flüssiges
Polymeres), das in dem Sicherheitsreifen verwendet wird, ein Silikonöl ist und auf
einer Straße durch Zerstörung des Sicherheitsreifens ausläuft, so wird die Straße
verschmutzt, wodurch Rutschunfälle verursacht werden können.
-
Die Gleitmittel (Graphit plus wasserlösliches flüssiges Polymeres)
sind deshalb von Vorteil, weil sie wieder mit Wasser weggewaschen werden können
und Graphit als Staub zerstreut werde. kann und keine Umweltverschmutzung verursacht.
-
Die Innenreifen werden hergestellt, indem in ein gießbares Polyurethan-Elastomeres
Graphit einverleibt wird und ein Gemisch gebildet wird, das in eine Form gegossen
und anschliessend gehärtet wird. Die so hergestellten Innenreifen und die zugehörigen
Luft-Aussenreifen werden zu Sicherheits-Doppelceifen vereinigt und anschliessend
die so vereinigten Sicherheits-Doppelreifen auf ihre Haltbarkeit hin (im Labortest)
mit dem Ergebnis geprüft, daß sie eine sehr zufriedenstellende Haltbarkeit, wie
in Fig. 7(A) für die Reifengröße 350sol8 gezeigt wird und in Fig. 7(B) für die Reifengröße
450H17 gezeigt wird, haben.
-
Diese Erfindung läßt sich besser anhand der folgenden Beispiele verstehen,
in denen Biege-Bruchfestigkeitsversuche
durchgeführt wurden, indem
Proben (152,4 mm lang x 25,4 mm breit und 6,4 mm dick) jeweils mit einer Aussparung
von 2,35 mm wiederholt einer Dehnung um 40 ta in Längsrichtung unter Verwendung
eines Demattia-Biegetestgerätes unterworfen wurden und indem N (die Anzahl bzw.
-
die Häu'igkeit der Biegungen) von Versuchsbeginn bis zum Bruch der
Probe bestimmt wird.
-
Die in den Beispielen verwendeten Graphitarten sind in Tabelle I
zusammengestellt.
-
Tabelle I Graphit Asche % Teilchengröße (/u) Teilchengröße- mittlere
Teilchenverteilung größe A 1,0 0,1 - 5,0 1,0 B 4,0 1,0 - 25 2,0 C 2,0 1,0 - 45 7,0
D 20,0 1,0 - 150 10,0 E 2,0 1,0 - 300 20,0 In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen
sind alle Teile Gewichtsteile, wenn nichts anderes angegeben wird.
-
Beispiele 1 - 6 und Vergleichsbeispiel 1 Einhundert Teile Polytetramethylenglykol
(Mw 1000) wurden mit 35 Teilen 2,4-Tolylendiisocyanat umgesetzt und ein Prepolymerisat
erhalten, das endständige Isocyanatgruppen
enthält und das insgesamt
eine Isocyanatgruppen-Konzentration von 6,3 % aufweist. Jeweils 0,1, 1, 3, 5, 10,
15 und 20 Teile Graphitteilchen A wurden in hundert Teile des so erhaltenen Prepolymerisates
einverleibt und ein Gemisch gebildet, das völlig durchgeschüttelt und entgast wurde
und in das 18 Teile 4,4'-Methylen-bis-2-chloranilin, völlig durchschüttelt und entgast,
einverleibt wurden und in eine Form zum Gießen gegossen wurden. Das Gießen wurde
unter Erhitzen (bei 1000 C) durchgeführt.
-
Im Vergleichsbeispiel 1 wurde analog den Beispielen vorgegangen mit
der Ausnahme, daß kein Graphit verwendet wurde.
-
Die in den Beispielen und dem Vergleichsbeispiel erhaltenen Ergebnisse
sind in Tabelle II zusammengefaßt. Die Beziehung zwischen der Biege-Bruchfestigkeit
und der einverleibten Graphitmenge ist in Fig. 1 dargestellt.
-
Es läßt sich aus Tabelle II und Fig. 1 klar ersehen, daß die Einverleibung
von 0,1 bis 10 Teilen Graphit wirksam ist, wenn man Produkte mit einer guten Biege-Bruchfestigkeit
erhalten will, und daß die Einverleibung von 3 - 7 Teilen am wirksamsten ist.
-
Beispiele 9 - 11 Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen mit der Ausnahme,
daß 5 Teile Graphit B, C, D und E verwendet wurden, dessen Teilegrößen voneinander
verschieden waren und sich unterschieden von der Teilchengröße des Graphits A. Die
Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt, aus denen sich ersehen läßt, daß
je größer die Teilchengröße,
umso niedriger die Biege-Bruchfestigkeit
ist. Ist dagegen die Teilchengröße kleiner, so ist die Biege-Bruchf2stigkeit größer.
-
Beispiele 12 - 17 und Vergleichsbeispiele 3 - 8 Beispiele 12 - 17
zeigen ein Zwei-Stufenverfahren.
-
100 Teile Polypropylenglykol <Mw = 700), 29 Teile Polypropylenglykol
<Mw = 1000) und 65 Teile 2,4-Tolylendiisocyanat werden miteinander umgesetzt
und ein Prepolymerisat, das endständige Isocyanatgruppen enthält und insgesamt eine
Isocyanatgruppen-Konzentration von 7 % aufweist, erhalten. In 100 Teile des so erhaltenen
Prepolymerisates wurden 5 Teile Graphit A einverleibt und ein Gemischlerhalten,
das völlig durchgeschüttelt und entGaSt wurde und in das 20 Teile 4,4'-Methylen-bis-2-chloranilin,
völlig durchgeschüttelt und entgast, einverleibt wurden und anschliessend in eine
Form (Beispiel 12) gegossen wurden.
-
Das Gießen wurde unter Erhitzen bei 1000 C durchgeführt.
-
100 Teile eines Polyesters (Xtw = 1000) aus Adipinsäure und Äthylenglykol
wurden mit 35 Teilen 2,4-Tolylendiisocyanat umgesetzt und ein Prepolymerisat, das
endständige Isocyanatgruppen enthält und das insgesamt eine Isocyanatgruppen-Konzentration
von 6,3 % aufweist, erhalten. In 100 Teile des so erhaltenen Prepolymerisates wurden
5 Teile Graphit A einverleibt, mit 18 Teilen 4,4'-Methylen-bis-2-chloranilin gemischt
und anschliessend auf die gleiche Weise wie oben behandelt (Beispiel 13).
-
100 Teile Polytetramethylenglykol bzw = 1000) wurden mit 57 Teilen
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umgesetzt und
ein Prepolymerisat,
das endständige Isocyanatgruppen enthält und insgesamt eine Isocyanatgruppen-Konzentration
von 6,1 % aufweist, erhalten.
-
In 100 Teile des so erhaltenen Prepolymerisates wurden 5 Teile Graphit
A und 13 Teile l,4-Bis-(ß-hydroxyäthoxy>-benzol als Härtungsmittel einverleibt
und anschliessend auf die gleiche Weise wie oben (Beispiel 14) gegossen.
-
In 100 Teile des gleichen Prepolymerisates wie oben wurden 5 Teile
Graphit A und 6,4 Teile 1,4-Butandiol als Härtungsmittel einverleibt und anschliessend
auf die gleiche Weise wie in Beispiel 12 (Beispiel 15) gegossen.
-
100 Teile eines Polyesters (Mw = 1000) aus Adipinsäure und Äthylenglykol
wurden mit 56 Teilen 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat ungesetzt und ein Prepolymerisat,
das endständige Isocyanatgruppen enthält und das insgesamt eine Isocyanatgruppe-Konzentration
von 6,3 % aufweist, erhalten.
-
In 100 Teile des Prepolymerisates wurden 5 Teile Graphit A und jeweils
13,5 Teile 1,4-Bis(ß-hydroxyäthoxy)benzol und 6,1 Teile 1,4-Butandiol als Härtungsmittel
einverleibt und weiter auf die -leiche Weise wie in Beispiel 13 (Beispiel 16 und
17) behandelt. Daneben wurden die Vergleichsbeispiele 3 bis 8 erhalten, indem analog
den Beispielen 12 - 17 vorgegangen wurde mit der Ausnahme, daß kein Graphit verwendet
wurde. Die durch Gießen und Härten der Elastomermassen dieser Beispiele und Vergleichsbeispiele
erhaltenen Formkörper wurden auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Die Ergebnisse
sind in Tabelle IV zusammengefaßt.
-
Beispiele 18 - 19 und Vergleichsbeispiele 9 - 10
Beispiele
18 und 19 zeigen ein Ein-Stufenverfahren.
-
In 100 Teile Polytetramethylenglykol (Mw = 1100) wurden 15 Teile 1,4-Butandiol
einverleibt und ein Gemisch wurde erhalter, das völlig durchgeschüttelt wurde und
in das 5 Teile Graphit A einverleibt wurden, die auch völlig durchgeschüttelt und
entgast waren. In das so erhaltene Gemisch wurden 71 Teile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
einverleibt, schnell durchgeschüttelt, entgast, und gegossen. Der Gießvorgang wurde
unter Erhitzen bei 1000 C (Beispiel 18) durchgeführt. In 100 Teile eines Polyesters
= = 1000) aus Adipinsäure und Butylenglykol wurden 16 Teile 1,4-Butandiol einverleibt,
um ein Gemisch zu erhalten, in das 5 Teile Graphit A, völlig durchgeschüttelt und
entgast, einverleibt wurden und 77 Teile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, schnell
durchgeschüttelt und entgast, einverleibt wurden und anschliessend in eine Form
zum Gießen unter Erhitzen bei 1000 C (Beispiel 19) gegossen wurden.
-
In den Vergleichsbeispielen 9 - 10 wurde ausserdem analog den Beispielen
18 - 19 vorgegangen mit der Ausnahme, daß kein Graphit verwendet wird. Die aus diesen
Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefaßt.
Diese Tabelle zeigt, daß die Produkte dieser Beispiele im Vergleich zu denen der
Vergleichsbeispiele ausgezeichnet im Hinblick auf ihre Biege-Bruchfestigkeit sind
und etwas verbessert im HinbliO auf die Härte, Zugfestigkeit, Dehnung und Reißfestigkeit
sind.
-
Beisniel 20 Die Innenreifen von Sicherheitsreifen dieser Erfindung
wurden hergestellt, indem die folgende Elastomer-Masse
in eine
Zentrifugal-Formmaschine mit Reifenform gegossen wurde. Die verwendete Elastomermasse
war eine solche, die durch Einverleiben von 100 Teilen eines Prepolymerisates, das
endständige Isocyanatgruppen enthält und insgesamt eine Isocyanatgruppen-Konzentration
von 6,3 % aufweist, erhalten wurde. Das Prepolymerisat wurde hergestellt, indem
100 Teile Polytetramethylenglykol (Mw = 1000) mit 35 Teilen 2,4-Tolylendiisocyanat
und 5 Teilen Graphit A umgesetzt wurden und ein Gemisch erhalten wurde, das völlig
durchgeschüttelt wurde und in das 18 Teile 4,4'-Methylenbis-2-chloranilin, völlig
durchgeschüttelt, einverleibt wurden und in eine Zentrifugal-Formmaschine gegossen
wurden.
-
Das Gießen wurde bei 100° C und bei einer Geschwindigkeit von 3000
Up21 etwa 15 Minuten durchgeführt. Die Graphitteilchen waren scheinbar gleic:mmässig
im Polyurethan-Elastomeren verteilt; in Wirklichkeit werden die Graphitteilchen
aber im Rillenteil des Innenreifens durch die Zentrifugalkraft, die während des
zentrifugalen Formens ausgeübt wird, konzentriert und die so konzentrierten Graphitteilchen
wurden in der Stellung gehalten, in der sie in dem Polyurethan-Elastomeren eingeschlossen
wurden, wodurch sie - wenn sie mit einem Gegenstand in Berührung kommen - diesen
nicht erheblich verschmutzen und schwärzen und weitgehend die Reibungskraft, die
zwischen ihnen ausgeübt wird, herabsetzen. Der so hergestellte Innenreifen wurde
in einen schlauchlosen Aussenreifen (Größe 350S18) eingefügt und ein Sicherheitsreifen
erhalten. Ein Fahrzeug, das mit dem so erhaltenen Sicherheitsreifen ausgerüstet
war, konnte unter einer Last von 205 kg/Reifen mit durchlöcherten Aussenreifen mit
einer Geschwindigkeit von 100 km/h über eine Strecke von mehr als 200 km ohne irgendwelche
Beeinträchtigungen fahren. Das zeigt in klarer Weise, daß die Innenreifen hinsichtlich
ihrer Gleitfähigkeit verbessert wurden.
-
Wie oben erwähnt, ist ein Polyurethan-Elastomeres als Material geeignet,
um daraus gehärtete Formkörper mit erheblich verbesserter Biege-Bruchfestigkeit
und Gleitfähigkeit durch Einverleibung von Graphit herzustellen.
-
Ein Fahrzeug, das mit Sicherheitsreifen ausgerüstet ist, die einen
Innenreifen enthalten, der aus einem Polyurethan-Elastomeren hergestellt wird, in
das Graphit einverleibt ist, das ist die Polyurethan-Elastomer-Masse, ist ausserdem
noch im Stande, mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h über eine Entfernung von mehr
als 200 km sogar dann zu fahren, wenn der Aussenreifen durchlöchert ist. Hochleistungssicherheitsreifen
können daher erfindungsgemäß erhalten werden.
-
Derartige Sicherheitsreifen sind besonders für Fahrzeuge, wie Motorräder,
geeignet, die keine Ersatzreifen haben.
Tabelle II Beispiel Graphit-
Biege-Bruch- Härte Zugfe- Dehnung Reiß- Verarbeitbarkeit Teile festigkeit (JIS)
stigkeit (%) festigkeit (kg/cm) (kg/cm²) 1 0,05 5x10³ 95 200 300 65 zufriedenstellen
2 0,1 5x104 95 390 390 65 " 3 1 15x104 95 410 380 65 " 4 3 25x104 95 400 350 70
" ohne anschliessende Beeinträchtigungen 5 5 " 96 390 350 70 " 6 10 1x104 97 280
320 67 " 7 15 5x10³ 97 160 200 10 etwas unbefriedigend 8 20 1x10² 97 100 150 8 nicht
zufriedenstellend Vergleichsbeispiel 0 8x10³ 95 380 400 65 zufriedenstellend
Tabelle
III Graphit Biege-Bruchfestigkeit Beispiel Teile N 9 B 5 25x104 ohne anschliessende
Beeinträchtigungen 10 C 5 20x104 11 D 5 20x104 Vergleichsbeispiel E 5 5x10³
Tabelle
IV
| I ul5r |
| C 271 2276 |
| aa |
| Z X 4 H der Gra- Biege-Bruch- Härte = Dehnung Verarbeit- |
| Q)<d I |
| <Vergleichs-) tei- N keit festig- |
| , ) le <Anzahl der) 2 keit |
| Biegungen Ú m a |
| rrnrc OI o\ co r( rl |
| 12 Polypropylenglycol o 97 rl 350 o am zufrieden- |
| « 2,4-Tolylendiiso- <5) 8x103 97 410 380 - - |
| cyanat |
| ¢S O O O O O O O O |
| 5 ~ ut OD co O eO W O |
| a, mm |
| I<u |
| E |
| | 13 s O O O O O O O O |
| t > F 5xl04 m W 400 115 |
| q |
| a @ ,» v t v t ) N n n |
| Q)c |
| +IcD |
| kH otn |
| Co Polytetramethylen- |
| I 14 glykol 20x104 96 300 480 160 |
| 0, |
| u e) < |
| 7rl a a |
| kQ, F |
| C9X ci E s om |
| af H z e benzol |
| +r N O) X X X X X X X X |
| Eri O a, u, n O ri u, co |
| Polytetramethylen- |
| mw |
| 11 |
| Z 4,4'-Diphenylmethan- 8x103 85 370 450 96 0, |
| diisocyanat |
| I I |
| 1, I II I (d |
| s4 o I U} ' ' s: s :Y C s |
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Tabelle IV Fortsetzung
| ( I -VT- /! r, LL!tj |
| ç X g |
| cua |
| ac |
| Arl (up, |
| s h 44 e |
| cdX krc = = = |
| > der Gra- Biege-Bruch- ärte Zug- Dehnung Verarbeit- |
| 9v\ Elastomer-Masse phit"'festigkeit <JIS) O rr, m N O hn
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| « I ¢ n N G ao KD ts N keit a |
| 0) Q, Q,X ri -r |
| ll le <Anzahl der) <kg/cm ) keit |
| F (kg/cm> |
| ¢S O Polyester A 25x104 85 O O O O O |
| 4,41-Diphenylme- zur3 stellend |
| 0 ~ <7) thandiisocyanat <5) 15x10 85 345 mm mm |
| 44 |
| 0, |
| cm E |
| 1 n O 0 0 0 0 0 |
| pm-rc rn 9 0 03 0 u, u, |
| s Wt 2 X X } ¢ n n N N t>J |
| ZU |
| <8) 4,4'-Dephenylme- 1x104 NO rlrl NO |
| Q)cO oC>cT> o\a |
| 0, |
| = s4 |
| u Polyester II 10xl0 91 300 320 60 |
| a |
| S 4,41-Diphenylmethan- az c) m n 290 300 75 |
| E3 X O 0 0 0 0 0 0 0 |
| I F C rf rc rl rl |
| -rlZ <d X X X X X X X X |
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| 0, um C N r( N r( |
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| PJc( |
| C ar o rZ u, |
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| 1,4-Butandiol |
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