DE2924060A1

DE2924060A1 - Selbstdichtender luftreifen

Info

Publication number: DE2924060A1
Application number: DE19792924060
Authority: DE
Inventors: William E Egan
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1978-06-14
Filing date: 1979-06-12
Publication date: 1979-12-20
Also published as: US4210187A; AU4707679A; FR2428534B1; DE2924060C2; AU521944B2; CA1104475A; JPS554285A; BR7903676A; FR2428534A1; ZA792297B; IT7923533A0; GB2024225B; GB2024225A; IT1121090B

Description

Selbstdichtender Luftreifen

Die Erfindung betrifft einen selbstdichtenden Luftreifen, und zwar insbesondere einen solchen Luftreifen, der in der Lage ist, eine Abdichtung gegen durchstechende oder -bohrende Gegenstände herbeizuführen.

Aus Sicherheitsgründen hat man schon seit langer Zeit nach Reifen gesucht, die Mittel zum Verzögern oder Verhindern ihres Luftablassens, wenn sie durchstochen werden, haben. Es wurden für diesen Zweck viele Verfahren und Reifenkonstruktionen angeregt bzw. verwendet, die jedoch für herkömmliche Personenkraftfahrzeuge, wie z.B. auf typischen Autostraßen zu betreibende Automobile, meist keinen bedeutenden kommerziellen Erfolg brachten. Flüssige Einstichloch-Dichtmittel, die durch Einfließen in das Einstichloch dichten, bringen keinen vollen Erfolg, weil sie die Tendenz dazu haben, den Reifen aus dem Gleichgewicht zu bringen bzw. weil sie eine Unwucht hervorrufen oder weil sie zu veränderlichen Kließeigenschaften über einen weiten Temperaturbereich neigen.

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ORIGINAL INSPECTED

Es wurden auch zentrale oder innere Kerne aus einem Zellmaterial vorgeschlagen, die bei einem Kin- oder Durchstechen physikalisch die iieifenform erhalten. Solche Kerne bringen aber eiae schwerwiegende Begrenzung bezüglich der Pahrzeughöchstgeschwindigkeit oder der Dauerleistung auf Grund des Abbaus oder der Verschlechterung des Kerns mit sich. Obwohl ein gewisser Erfolg mit einem inneren, integralen, kovulkanisierten, dünnen, nachgiebigen, geschlossenzelligen Gefüge erreicht worden ist. werden doch mancherlei Verbesserungen und Vervollkommnungen noch immer angestrebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen eelbstdichtenden Luftreifen zu schaffen, der gegen durchstoßende Gegenstände in überlegener Weise im Verglich zu herkömmlichen Reifen dieser Art abdichtet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen vulkanisierten Gummi-Luftreifen gelöst, der eine in seinem inneren Teil angeordnete integrale, dünnschichtige, kovulkanisierte, nachgiebige, geschlossenzellige Kautschukstruktur aufweist, wobei ' der vulkanisierte Kautschuk bzw. Gummi dieser geschlossenzelligen Struktur etwa 2 bis etwa 60 Gewichtsteile eines kompoundierten Gummiweichmacheröls enthält und d#r in seinem vulkanisierten Zustand so behandelt ist, daß er etwa 25 bis 150» vorzugsweise etwa 30 bis etwa 100 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile an Gummi eines nicht-flüchtigen, damit verträglichen 01s adsorbiert. Allgemein ist ins Auge gefaßt, daß der vulkanisierte Gummi zu etwa 60 bis etwa 100 %, vorzugsweise zu etwa 90 bis etwa 100 %, mit diesem Öl - bezogen auf 25°C - gesättigt ist.

Erfindungsgemäß wird ein ein Einstichloch dichtender Gummi-Luftreifen geschaffen, der zwei mit Abstand zueinander angeordnete undehnbare Wulste, ein eine Bodenfläche berührendes Laufflächenteil, ein Paar von einzelnen Seitenwänden, die sich radial von den Außenkanten des Laufflächenteils zu den jewei-

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ORIGINAL INSPECTED

ligen Wulsten hin erstrecken, einen tragenden Karkassenaufbau für den Laufflächenteil und die Seitenwände, der sich im allgemeinen von Wulst zu Wulst hinzieht, aufweist und der zur Einstichloch-Abdichtung ein integr-iertes, dünnschichtiges, kovulkanisiertes, nachgiebiges, geschlossenzelliges Kautschukgefüge innerhalb des tragenden Aufbaus hat, wobei der vulkanisierte Kautschuk bzw. Gummi dieses geschlossenzelligen Gefüges mit dem damit verträglichen Gummiweichtnacheröl behandelt ist und dieses adsorbiert hat. Es wird im allgemeinen eine Adsorption des Öls in einem solchen Ausmaß angestrebt, daß der vulkanisierte Gummi zu etwa 60 bis etwa 100 %, vorzugsweise zu etwa 90 bis etwa 100 %, damit bei einer Reifentemperatur von 25°C gesättigt ist.

Die Erfindung basiert darauf, daß gefunden wurde, daß die zusammenwirkende Vereinigung von 01 zur Behandlung der integralen, dünnschichtigen, kovulkanisierten, elastischen, geschlossenzelligen Strukturjdie Fähigkeit zur Durchstichlochabdichtung des Zeil- oder Schaumgefüges fördert, insbesondere wenn diese Zellen einen höheren als atmosphärischen Innendruck haben.

Es wird deshalb gefordert, daß die mit Öl versetzte bzw. behandelte Zellstruktur ein integraler, dynamischer Teil des Reifens ist.

Wahlweise und im allgemeinen nicht bevorzugterweise, äußer wenn es in einigen Fällen notwendig sein sollte, um eine übermäßige Wanderung oder Absorption des angewendeten Öls in den hauptsächlichen Teil der Reifenkarkasse zu verhindern, kann eine Ölsperrschicht als eine Grenz- oder Zwiechenflache zwischen der mit Öl behandelten geschlossenzelligen Struktur und der verstärkenden Karkasse zur Anwendung kommen.

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Es ist wichtig zu erkennen, daß die Menge an verträglichem Öl, die 7,ur Vervollkommnung dieser Erfindung notwendig ist, als zu groß angenommen wird, um in den Gummi mittels herkömmlicher Mittel eingegliedert zu werden. Das heißt mit anderen Worten, daß, wenn die Menge an notwendigem Öl anfangs mit dem unvulkanisierten Gummi gemischt werden müßte, der resultierende kOmpoundierte Gummi übermäßige VerarbeitungsSchwierigkeiten wegen seiner W_eichheit, Klebrigkeit oder Zügigkeit, wegen seiner niedrigen Viskosität und Rohbruchfestigkeit darbieten würde. Als Folge dessen wäre der Gummi schwer zu mischen, zu extrudieren, zu kalandrieren, und er würde, wenn er geformt ist, nicht in angemessener Weise seine Stärke, sein Normalmaß, seine Größe oder Kontur einhalten.

Bei Ausführung der Erfindung in der Praxis wird eine ausreichende Menge an Öl der Innenoberflache des geschlossenzelligen Gefüges zugegeben, um es in dem Sinn zu sättigen, daß tatsächlich kein freies Öl mehr an seiner Außenoberfläche wahrzunehmen ist und daß vorzugsweise wenig oder kein Öl mehr in den Gummi selbst absorbiert werden kann. Es wird in diesem Sinne bezweckt, daß der Gummi des geschlossenzelligen Gefüges zu etwa fc>0 bis etwa 100 %, vorzugsweise zu etwa 90 bis etwa 100 % gesättigtist, nachdem das Öl in den Gummi selbst absorbiert ist oder von diesem aufgesaugt worden ist.

Als ein fakultativ erwünschtes Merkmal der Erfindung wird bevorzugt, daß das für die Behandlung des vulkanisierten Gummis verwendete Weichmacheröl die Eigenschaften der Verträglichkeit mit dem vulkanisierten Gummi des geschlossenzelligen Gefüges hat, daß es aber noch immer etwas unverträglich mit dem vulkanisierten Karkassengummi ist, mit dem das geschlossenzellige Gefüge einen integre].en Bestandteil bildet. Es ist in diesem Sinn erwünscht, daß das zur Behandlung des vulkanisierten Gummis der geschlossenzelligen Struktur zur Anwendung kommende Weichmacheröl mit dieser verträglich ist, was durch eine Quelloder Blähzunahme im Bereich von etwa 30 bis etwa l80 %, vor-

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zugsweise von etwa 50 bis I50 % gekennzeichnet ist, und dali es mit dem vulkanisierten Karkassengummi relativ unverträglich ist, was durch eine Quellzunahme im Bereich von etwa O bis 10 %, vorzugsweise von etwa O bis 5 "/» nach ASTM (American Society for Testing Materials) Nr. D - 471 gekennzeichnet ist.

ßei der praktischen Durchführung der Erfindung liegt eine typische Menge von Gummiweichmacherol, die der unvulkanisierten Kautschukverbindung beigemischt wird, im Bereich von etwa 2 bis etwa bO Gewichtsteilen Öl pro 100 Gewichtsteile Kautschuk. Ferner wird bei der praktischen Ausführung der Erfindung ein zusätzlicher Gewichtsanteil von 25 bis etwa I50 Teilen Öl pro 100 Gewichtsteile Kautschuk dem vulkanisierten Gummi von geschlossener Zellstruktur zugefügt und in diesen absorbiert.

Das auf der Innenoberfläche des vulkanisierten, geschlossenzelligen Gefüges aufgebrachte Öl wird in seinen Gummi aufgesaugt oder absorbiert über einen Zeitraum, der primär von der Temperatur und der Häufigkeit der Verwendung sowie von der zyklischen Umdrehungszahl des Reifens abhängt. Deshalb liegt die Tendenz vor, daß wenigstens für eine Zeitspanne freies Öl vorhanden ist, bis es absorbiert ist.

Die Ölbehandlung selbst wird durch Zugabe des Öls auf die innenseitige, freiliegende, geschlossenzellige Oberfläche des vulkanisierten Reifens bewerkstelligt, und zwar in typischer Weise nachdem der Reifen bereits auf einem zentrierten, starren Uad montiert ist. Damit kann das Öl durch einen Ventilträger eines montierten, nicht-aufgeblasenen Gummi-Luftreifens eingebracht werden.

Es können verschiedene, mit Gummi verträgliche Öle zur Anwendung komman. Allgemein können sie als Gumtniweichmacher- oder -behandlungsöle bezeichnet werden. Vertreter dieser Öle sind paraffinische, naphthenische, aromatische, synthetische Öle wie auch

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Kienteeröle, die mit dem Polymer des geschlossenzelligen Gefüges verträglich sind.

i)ie bei dem Erfindungsgegenstand verwendeten Öle sind in der einschlägigen Technik auch als "Gummi-Extender ieichmacheröle" und als "kjmpatible Gummiwächmacheröle" bekannt. Diese Ausdrücke beziehen sich auf Öle, die mit dem vulkanisierten Gummi mischbar sind. Es ist das diese Art von 01, die auch in charakteristischer und herkömmlicher Weise mit ungehärtetem Gummi als ein Extender gemischt oder kompoundiert werden kann, und zwar auch mit anderen Zusatzstoffen, worauf der kompoundierte Gummi geformt und gehärtet wird.

Bei der praktfechen Durchführung der Erfindung läßt man das Öl vom gehärteten Gummi des integralen, geschlossenzelligen Gefüges an der Innenseite des Luftreifens aufsaugen, um dessen Eigenschaften bezüglich einer Einstichlochabdichtung zu steigern.

Die natürlichen und synthetischen Gummiweichmacheröle stammen normalerweise vom Rohöl her, obwohl sie auch von Steinkohlenteer oder aus anderen Quellen, wie z.B. Harzöl oder Terpentinharzöl, stammen können. Repräsentative Weichmacheröle sind näher in der USA-Patentschrift 3 O8l 276 beschrieben. Die Weichmacheröle sind üblicherweise primär aus paraffinischen, naphthenischen oder aromatischen Kohlenstoffen zusammengesetzt. Derartige Öle sind wohlbekannte handelsübliche Öle, die normalerweise bei der Gummikompoundierung verwendet werden und die im allgemeinen hochsiedende Rohölfraktionen sind, welche erhalten werden, nachdem Benzin, Heizöl und andere niedrigsiedende Stoffe durch Destillation entfernt wurden. Ein Beispiel für synthetisches Öl sind die Polybutene, hergestellt durch die Polymerisation von Isobutylen. Die Öle haben normalerweise eine Viskosität von 0,01 Pa · s (10 cps) bei 100°C bis etwa 1 Pa · s (1000 cps) obwohl sie vorzugsweise eine Viskosität im Bereich von etwa

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0,02 . Pa ' s (20 cps) bis etwa 0,5 Pa«5(500 cps) haben. Ihr Siedepunkt liegt üblicherweise bei etwa 50 C bis wenigstens etwa 200°C und höher, vorzugsweise bei etwa 100 C bis etwa 500°C. Beispielsweise haben viele Weichnacheröle einen Siedepunkt von wenigstens etwa 2k^r> C bei 0,013 bar (100 mm Hg-Säule) Normalerweise haben sie ein spezifisches Gewicht von etwa 0,9 bis etwa 1,05 (15,55/15,55° c).

Deshalb ist das kompatible Öl nicht eine Schicht im üblichen Sinn, weil es tatsächlich aufgenommen wird, indem es in den vulkanisierten Gummi eingesaugt oder absorbiert wird. Als Ergebnis können auch einige der Gas enthaltenden Zellen des geschlossenzelligen Gefüges etwas an Öl enthalten, d.h., sie können somit sowohl Öl wie auch Gas enthalten.

Es ist erforderlich, daß das Öl mit der geschlossenzelligen Polymerstruktur in dem Sinn verträglich ist, daß es in dem Polymer in dem Ausmaß löslich ist, daß das Polymer das öl einsaugt, was in typischer W_eise zu einem visuell wahrnehmbaren, geringfügigen Anschwellen führt.

In diesen Beziehungen kann ein Butyl-, Chlorobutyl·, oder Bromobutylkautsch.uk für die geschlossenzellige Struktur besonders geeignet sein, da das Gummiweichmacheröl mit dem gehärteten Butylkautschuk verträglich ist und diesen sowohl erweicht wie auch klebrig macht.

Der Erfindungsgegenstand ist in einzigartiger Weise für eine Luftreifenkonstrufction für typische Fahrzeuggeschwindigkeiten, wie wenigstens bis etwa 110 km/h und typischerweise bis hinauf zu wenigstens I60 km/h geeignet. Tatsächlich können Luftreifen mit einer solchen ölbehandelten, inneren Zellstruktur für Fahrzeuggeschwindigkeiten über 320 km/h hergestellt werden.

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Die ölbehandelte, integrale, dünnschichtige, geschlossenzellige Struktur kann in verschiedenen Innenabschnitten des Reifens, für die ein Schutz gegen Ein- oder Durchstiche gewünscht wird, angeordnet werden. Zum Beispiel kann sie sich in typischer Weise von Wulst zu Wulst erstrecken, um sowoh¹. die Lauffläche wie auch die Seitenwandabschnitte des Reifens zu schützen, oder sie kann einfach nach Wahl und örtlich nur innerhalb des Laufflächenteils zu einem Schutz gegen Durchstiche der Lauffläche angeordnet werden.

Es ist erforderlich, daß die innere Zellstruktur zusammen mit dem Reifen vulkanisiert wird, damit sie integraler Bestandteil der dynamischen Reifenkonstruktion, d.h. mit diesem ein Ganzes, wird. Die Zellstruktur wird als feste, unvulkanisierte Schicht, die ein durch Wärme aktivierbares Quell- oder Treibmittel enthält, auf dem inneren Teil des rohen, unvulkanisierten Reifens über einer Aufbauform errichtet und dann gestaltet, ausgeformt und unter Druck erhitzt, um sie zugleich mit dem Reifen zu vulkanisieren. Der Druck wird im allgemeinen durch eine innerhalb des Reifens angeordnete Formblase aufgebracht, die den Reifen auswärts gegen die Form drückt und ausformt. Die geschlossenzellige Struktur wird durch Aktivieren des Quellmittels durch Wärme während des Vulkanisationsvorganges, um praktisch gleichzeitig die erwähnte haftende, feste Schicht auszudehnen, gebildet. Typische Vulkanisationstemperaturen reichen von etwa 90 C bis etwa 200⁰C. Insofern ist es erforderlich, daß die Zellstruktur im wesentlichen gleichzeitig mit dem Kovulkanisierschritt gebildet wird, um die integrale Reifenkonstruktion in günstiger Weise zu steigern. Die Zellstruktur selbst ist somit mit dem Reifen ein Ganzes, sie ist nicht ein einfaches Laminat.

Bei der tatsächlichen Ausübung der Erfindung erfordert die Ausführung der vorbereitenden Schritte, daß ein Quellmittel innerhalb einer festen, gummiartigen Schicht des Reifens während seines Erhitzens, Ausformens und Vulkanisierens aktiviert wird.

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Die tun- oder geschlossene Zellstrukturjbleibt in einem komprimierten Zustand, bis der Vulkanisationsschritt im wesentlichen beendet ist. Bei Entfernung von der Form, was von einem Nachlassen des Pormdrucks begleitet ist, dehnt sich die Struktur normalerweise etwas aus.

Die integrale Zellstruktur des Reifens ist dünn, sie beansprucht in keiner -Weise ein wesentliches Innenvolumen des Reifens. Im allgemeinen reicht ihre Dicke im neutralen Zustand von etwa 0,13 bis etwa 1,8 cm, vorzugsweise von etwa 0,3 bis etwa 0,8 cm, wobei ein mehr allgemeiner Bereich sich von etwa 0,3 bis etwa 1,3 cm erstreckt. Die gewünschte Stärke hängt etwas von der Größe und der vorgesehenen Verwendung des Reifens im Einklang mit der Fähigkeit zur Einstichlochabdichtung ab, Die Skala kann beispielsweise von kleinen Industrie- oder Nutzfahrzeugreifen über PKW-Reifen für höhere Geschwindigkeiten bis zu größeren LKW- oder Geländefahrzeug-Reifen reichen.

Die Stärke der Struktur in ihrem neutralen Zustand ist die in ihrem ölbehandelten, druckausgeglichenen Zustand vorhandene Stärke. Die Struktur wird als druckausgeglichen angesehen, wenn ihr innerer Zelldruck wenigstens gleich etwa 80 % des Reifendrucks (im aufgeblasenen Zustand) oder des Atmosphärendrucks, ienn der Reifen nicht aufgeblasen ist, ausmacht.

Das dünnschichtige Zellgefüge muß elastisch sein, um wirksam gegen einen durchstechenden Gegenstand abzudichten oder einen Durchstich zu schließen« Die nachgiebige, geschlossene Zellstruktur dichtet durch ein Zusammenpressen gegen durchstechende Gegenstände und durch Ausdehnen, um einen Durchstich auszufüllen, ab. Ihre Nachgiebigkeit ist im allgemeinen etwas abhängig von dem Modul oder der Härte ihrer elastomeren Zusammensetzung, vom Zelleninnendruck und von der Zellengröße. Die Nachgiebigkeit kann dadurch gekennzeichnet werden, daß eine Kompressibilität im Bereich von etwa 68 mbar bis etwa 55 bar, vorzugsweise von

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etwa 68 mbar bis etwa 6,8 bar, bei 50%-iger Kompression bei 25°C vorhanden ist.

Das gehärtete Zellgefüge hat in typischer Weise ein beladenes spezifisches Gewicht gleich etwa 0,15 bis etwa 0,95, vorzugsweise gleich etwa 0,25 bis etwa 0,8. Der Ausdruck "beladenes spezifisches Gewicht" bezieht sich auf das gehärtete Zellmaterial, wie Gummi, das mit Pigmenten und Füllstoffen, wie Ruß, Silikamaterial, Zinkoxyd, Ölen und Quell- sowie Härteagentien, beladen ist.

Die Höhe des gewünschten inneren Gaszelldrucks ist abhängig vom Grad der angestrebten Fähigkeit zur Selbstabdichtung in Verbindung mit der Nachgiebigkeit der Zellstruktur. Für den Fachmann auf dem Gebiet der Reifentechnik ist klar, daß dir tatsächliche innere Zelldruck in einem konstanten Übergangszustand typisch ist. Wegen der natürlichen Fähigkeit der Gase, wie z.B. Luft, Stickstoff und auch anderen Gasen, durch Kautschuk sowie andere, für die Reifenherstellung typische Polymere zu diffundieren, will der innere Zelldruck nach dem tatsächlichen ReifenaufHasdruck hin streben. Der Reifenaufblasdruck kann sich über eine Zeitspanne hinweg verändern und unterliegt auch Änderungen mit Temperaturschwankungen. Es ist wohlbekannt, daß Luftreifen einen großen Bereich von Aufblasdrücken haben, beispielsweise von etwa $kk mbarü bis etwa 20,6 barü, was zum Teil von ihrem Aufbau und der beabsichtigten Verwendung abhängt. Beispielsweise kann ein PKW-Reifen einen Auslegungsaufblasdruck von etwa 1,5 barü bis etwa 2,4 barü und manchmal sogar bis etwa 3 »4 barü haben. Deshalb ist, obwolil es wichtig ist, daß die Zellen einen Innendruck haben, der größer als der Atmosphärendruck ist, beispielsweise wenigstens etwa 206 mbarü, ein tatsächlicher erwünschter innerer Zelldruck abhängig vom Grad der erwünschten Fähigkeit zur Selbstabdichtung und dem Reifenaufblasdruck.

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Der Reifen nach der Erfindung kann gegen verschiedenartige durchstechende Gegenstände selbstdichten, was in gewissem Maß abhängig ist von der Nachgiebigkeit, Stärke und dem Innendruck der geschlossenzelligen Struktur, was aber sehr viel mehr abhängig ist von der Ölbehandlung, um die Zellstruktur klebriger und geschmeidiger oder biegsamer zu machen.

In typischer Weise kann der Reifen Ein- oder Durchstiche, die von Nägeln und Gegenständen mit verschiedenen Größen herrühren, z.B. von Nägeln mit Durchmessern von vorzugsweise wenigstens bis zu 1 cm, selbst abdichten.

Der vulkanisierte Kautschukreifen und das kovulkanisierte integrale, innere, geschlossenzellige Gefüge können aus verschiedenen gehärteten oder vulkanisierten Kautschuken bestehen, z.B. aus Naturkautschuk, synthetischem Kautschuk und deren Mischungen oder Verschnitten. Es können beispielsweise zur Verwendung kommen: gummiartige Butadien-styrol-Mischpolymerisate, Butadien-akrylnitril-Mischpolymerisate, cis-1,4-Polyisoprene, Polybutadiene, Isopren-butadien-Mischpolymerisate, Butylkautschuk, halogenierter Butylkautschuk, wie z.B. Chlor- oder Brombutylkautschuk, Äthylen-propylen-Mischpolymerisate, Äthylen-propylenterpolymere und Polyuxethanelastomere.

Die verschiedenen Polymere werden in typischer Weise nach normalen Harteverfahren und -Vorschriften gehärtet oder vulkanisiert, z.B. mit Schwefel oder - im Fall von Äthylen-propylen-Mischpolymerisaten - mit Peroxyden oder - im Fall von Polyurethanelastomeren - mit Primärdiaminen.

Mit Schwefel gehärtete ader vulkanisierte Naturkautschuke und synthetische, gummiartige Polymere, wie Butadien-styrolkautschuk, cis-1,^-Polyisopren, Polybutadien, Butylkautschuk, Chlorbutylkautschuk und Brombutylkautscb.uk, werden bevorzugt. Manchmal ist es vorzuziehen und sogar erforderlich, daß eine

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gehärtete Kautschuk/Öl-Kombination gewählt wird, so daß das Öl mit dem gehärteten Gummi des geschlossenzelligen Gefüges verträglich und unverträglich mit dem Liner- oder Karkassengummi ist. In dieser Hinsicht ist es üblicherweise erwünscht, einen der Butyl- oder Halobutylgummi für die geschlossenzellige Struktur und einen der anderen Gummi oder Gummiverschnitte als Liner- oder Karkassengummi zu verwenden.

Die bei der praktischen Ausführung der Erfindung zur Herstellung eines Luftreifens verwendeten Quellmittel sind solche, die Gase freisetzen, z.B. Stickstoff und Kohlendioxyd. Ammoniumbikarbonat und Natriumbikarbonat können Kohlendioxyd freisetzen und die Bildung der integralen, inneren, geschlossenzelligen S_chicht bewirken. Üblicherweise werden Agentien, die Stickstoff bei einer Temperatur nahe oder im Bereich der Vulkanisieroder Härtetemperatur, wie z.B. etwa 100 C bis etwa l80 C, freisetzen, bevorzugt, obwohl sie im allgemeinen in geeigneter Weise den Stickstoff bei Temperaturen im Bereich von 10 C bis 20 C unter den Vulkanisationstemperaturen freisetzen. Solche Quellmittel sind Zusammensetzungen, die, wenn sie durch die Vulkanisationstemperaturen angeregt werden, Gase abgeben; typische Vertreter sind: Nitro-, Sulpho- und Azoverbindungen, wie Dinitro-pentamethylen-tetramin, N,N¹-dimethyl-Ν,Ν¹-dinitrophthalamid, Azodikarbonamid, Sulphonylhydrazide, wie z.B. Benzolsulphonyl-hydrazid, Toluolsulphonyl-hydrazid und p,p¹-Oxy-bis-(benzolsulphonyl)hydrazid, und Sulphonyl-semikarbazide, wie z.B. p-Toluol-sulphonyl-semikarbazid und ρ,ρ'-Oxy-bis (benzolsulphonyl-semikarbazid).

Nach der Kovulkanisation wird der Reifen aus der Form genommen, was üblicherweise zu dem begleitenden Ausdehnen der geschlossenzelligen Struktur, gewöhnlich in kleinem Ausmaß, führt.

Die innere, freiliegende Oberfläche der Zellstruktur an der Innenseite des Reifens wird mit dem Öl behandelt. Diese Ölbe-

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handlung kann durchgeführt werden, während der Reifen heiß
ist, d.h. eine Temperatur von etwa 100 C bis 150 C hat und
kurz nachdem er aus der Form entnommen wurde, oder sie kann
bei Umgebungstemperatur, z.⁷!. etwa 20 C bis etwa 50 C, stattfinden. Die Behandlung selbst kann durch Sprühen, Gießen oder Aufpinseln des Öls auf die Oberfläche des Zellgefüges bewerkstelligt werden. Vorzugsweise wird die Zellstruktur mit Öl
behandelt, wenn der Reifen auf einer zentralen, starren Felge befestigt ist. Es ist von Vorteil, den Reifen um seine Achse
zu drehen, so daß eine gleichmäßige Verteilung des Öls unterstüfct wird. Obwohl die Zeit verschieden sein wird, um ein wirksames Aufsaugen, Tränken oder Absorbieren des Öls in die Struktur, was etwas von der Temperatur, dem Öl, dem Zellgefüge und der Reifengröße abhängt, zu bewerkstelligen, so sind gewöhnlich etwa 1 h bis etwa 96 h ausreichend.

Wenn es gewünscht wird, dann kann der Reifen auf einer Felge
montiert und vor dem Beginn der Ölbehandlung aufgeblasen werden. In diesem Fall kann das Öl durch den Ventilträger eingebracht werden. Üblicherweise wird für diesen Arbeitsvorgang der Reifen entlüftet, nachdem er auf der Felge montiert und zu seinem Sitzen auf dieser aufgeblasen worden ist.

Der weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes dient die Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen geformten und gehärteten Luftreifen mit einer mit Öl behandelten, integralen,
dünnschichtigen, kovulkanisierten, nachgiebigen, gummiartigen, geschlossenen Zellstruktur an seiner Innenfläche;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt des Reifens von Fig. 1

an seiner Lauffläche, wobei das wirksame Verschließen oder Abdichten eines Einstichs durch die mit Öl behandelte, geschlossenzellige Struktur dargestellt ist.

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Der Gummi«Luftreifen kann durch Aufbauen, Formen und Kovulkanisieren einer Reifengrundkonstruktion 1 hergestellt werden, wobei der Reifen sein übliches Laufflächenteil 2, die üblichen Seitenwände 3, Wulste k und einen Karkassenträger 5 aufweist, der in typischer Weise Lagen zur Stützung und Versteifung der Laufflächen- und Seitenwandteile hat; der Reifen enthält ferner eine Luftsperrschicht 6 und insbesondere eine integrale, dünne, kovulkanisierte, nachgiebige, gummiartige, geschlossenzellige Schaumstruktur an seiner inneren Oberfläche. Der Reifen wird hergestellt, indem ein zylindrisch gestalteter Reifenaufbau in einer Form angeordnet wird, in welcher er ausgeformt und unter Druck erhitzt wird, um im wesentlichen gleichzeitig den Reifen und eine feste, innere, kompcundierte Schicht miteinander zu vulkanisieren wie auch ein in der kompoundierten Schicht enthaltenes Quellagens zu aktivieren, um einen Luftreifen 1 mit der integralen, dünnschichtigen, kovulkanisierten, nachgiebigen, geschlossenzelligen Gummi-Schaumstruktur 7 an seiner Innenfläche zu bilden.

Ein mit dem gehärteten Gummi der geschlossenzelligen Struktur 7 verträgliches Öl 8 wird auf die innenseitige, freiliegende Oberfläche der geschlossenzeEigen Struktur 7 durch einen Ventilträger 9 aufgebracht, nachdem der Reifen auf einer Felge montiert und, um ihn zum Sitzen zu bringen, aufgeblasen sowie dann wieder entlüftet worden ist. Nach dem erneuten Aufblasen wird der Reifen mit einer Geschwindigkeit von etwa 6On für etwa 10 h gedreht, so daß das Öl die Möglichkeit hat, in die Zellstruktur zu absorbieren bzw. zu imbibieren. Andere Verfahren zum Aufbringen des Öls auf die Reifeninnenseite können, wenn es erwünscht ist, zur Anwendung kommen.

Die Fig. 2 zeigt im einzelnen das tatsächliche Durchstechen des Luftreifens 1 mit einem Nagel 11 und das selbsttätige Abdichten des Reifens durch die nachgiebige und elastische Zellstruktur, deren Zellenwände gegen den Nagel drücken. Der Innen-

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druck der elastischen Zellstruktur bewirkt, daß die von Öl weichgemachten, innerlich klebrigen Zellenwände in den Bereich der durchstochenen Zellen sich ausdehen und rund um den Nagel abdichten. Wenn der Nagel entfernt wird, dann werden sich die Zellen mit ihren klebrigen Innenwänden ausdehnen, um das Loch abzudichten. Wird das Loch nicht völlig abgedichtet, so bewirkt ein Luftaustritt aus dem Reifen, was von einer Verminderung des Luftdrucks und von einem Anstieg des Druckdifferentials an den Zellenwänden begleitet ist, eine weitere Ausdehnung der Zellenwände und damit eine Abdichtung des Durchstichs.

Es ist klar, daß bei einem selbstdichtenden Luftreifen gemäß der Erfindung, obwohl in Fig. 1 gezeigt ist, daß er die mit Öl behandelte, integrale, geschlossenzellige Struktur auf der der Lauffläche gegenüberliegenden Innenseite trägt, die Zellstruktur sich auch tatsächlich über die gesamte innenseitige Reifenoberfläche oder über einen größeren Teil dieser erstrecken kann, und zwar auch von Wulst zu Wulst, um in den Schutz auch wenigstens den im Bereich einer der S_eitenwände liegenden Teil einzubeziehen.

Das nachfolgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes, wobei, falls nichts anderes angegeben ist, alle Teile und Prozentsätze als Gewichtsteile bzw. Gew.-% zu bewerten sind.

Beispiel

Ein ungeformter, unvulkanisierter Stahlgürtel-Polyesterkord-Diagonalreifen ist zuerst um eine Trommel von 15" (38,1 cm) aufgebaut worden, indem anfangs auf der Trommel eine Innenlage aus Gummi mit einer Stärke von etwa O,5 cm und mit folgender allgemeiner Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 angeordnet wurde.

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Tabelle 1 Mischung Teile

Roher Naturkautschuk 20

Polybutadienkautschuk 20

Bromobutylkautschuk 60 Stearinsäure 1

Gummiweichmacheröl 10 Harziger Klebrigmacher 4

Ruß 50 Zinkoxyd 5

Vulkanisiermittel 1,5

Quellagens⁺ 4

⁺ eine n-Nitrosoverbindung, wärmeaktivierbar

Über dieser Anfangslage von G-irami wurde der ütrige Reifen aufgebaut, einschließlich des Aufbringens der Luftsperrschicht, der guramiartigen Gewebelagen, des Gürtels, der Laufflächen-, Seitenwand- und Wulstteile, wie das allgemein in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt ist.

Der hergestellte Reifen wurde von der Aufbauform abgenommen und in einer Reifenform oder -presse bei einer Temperatur von etwa 92 C bis 100 C ausgeformt und vulkanisiert, um einen Reifen der Größe HR 78-15 zu bilden. Während des Ausformungsschrit· tes wurde die innere Lage aus speziell kompoundiertem Gummi gestreckt, so daß ihre Stärke etwas vermindert wurde. Während des Vulkanisationsschrittes wurde das Quellagens im kompoundierten Gummi durch Wärme aktiviert, um eine integrale, nachgiebige, gummiartige, geschloaeenzellige Struktur in einer etwas komprimierten Form zu bilden.

Nach Entfernen von der Form dehnte sich die geschlossenzellige Struktur ein klein wenig aus auf eine Stärke von etwa 0,5 cm mit einer Gesamtdichte von etwa 624,7 bis 784,8 kg/m

Der Reifen wurde an einer Metallfelge montiert und auf einen Druck von etwa 1,72 bis 2,06 bar aufgeblasen, um ihn an der Felge zum Sitzen zu bringen. Dann wurde der Reifen entlüftet

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und sein Aufblas-Ventileinsatz vom Ventilträger entfernt. Durch, diesen Ventilträger wurde eine vorbestimmte Menge eines paraffinischen/aromatischen Olgemischs, das mit dem geschlossenzellxgen Gummigefüge verträglich war, eingeführt.

Der Reifen wurde dann wieder auf einen Druck von 1,79 bar (kalt) oder 2,06 bar (heiß ) aufgeblasen und dann durch Laufenlassen gegen ein motorgetriebenes Dynamometer bei einer Geschwindigkeit von etwa 80 km/h unter einer Belastung von 583 kg geprüft. In gleicher Weise wurde ein Kontrollreifen vom Typ HR 78 - 15 ebenfalls aufgeblasen und gegen ein Dynamometer zum Laufen gebracht.

Sowohl der Prüfreifen wie auch der Kontrollreifen ohne die geschlossenzellige Struktur an seiner Innenoberfläche und ohne die Ölbehandlung wurden, wie folgt, beim Lauf gegen das Dynamometer geprüft:

Zuerst wurde ein Nagel von 0,05 cm Durchmesser in eine größere Rille der Lauffläche des Reifens und durch die Karkasse getrieben, um den Reifen zu durchstechen. Die Ergebnisse dieser Nagel-Prüfung zeigt die Tabelle 2.

Tabelle 2

(Nagel eingetrieben)

Ursprünglicher Aufblasdruck (heiß): 2,06 bar

km Luftverlust (bar)

Versuchsreifen l6 575 1,1

Kontrollreifen 7^0 1,1

Es wurde ein weiterer Versuch durchgeführt, indem der Nagel von 0,05 cm Durchmesser in eine größere Rille der Lauffläche eines Reifens nach der Erfindung und eines gleichartigen Kontrollreifens vom Typ HR 78 - 15 eingetrieben wurde, um diese zu durchstechen. Dann wurden die Nägel aus beiden Reifen her-

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ausgezogen und der Versuch an dem motorgetriebenen Dynamometer mit einer Reifengeschwindigkeit von 80 km/h unter einer Belastung von 583 kg fortgeführt. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle 3.

Tabelle 3

(Nagel herausgezogen)
Ursprünglicher Aufblasdruck (heiß): 2,06 bar

km Luftverlust (bar)

Versuchsreifen 48 84l 1,1

Kontrollreifen 96,5 1,1

Bei diesen Versuchen, deren Ergebnisse in Tabelle 2 und 3 gezeigt sind, sind der Versuchs- und der Kontrollreifen gelaufen, bis ihr Luftverlust 1,1 bar betrug, was einen Restinnendruck (heiß) von 965 mbar darstellt, welcher als Punkt für den Abbruch des Versuchs angesetzt wurde.

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Claims

Patentansprüche

Cly Selbstdichtender, gehärteter Gummi-Luftreifen mit einer integralen, dünnschichtigen, kovulkanisierten, nachgiebigen, geschlossenzelligen Gummistruktur, die im Innern des Keifens angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vulkanisierte Gummi der geschlossenzelligen Struktur etwa 2 bis etwa 60 Gewichtsteile eines kompoundierten Gummiweichmacheröls pro 100 Gewichtsteile an Gummi enthält und der Gummi in seinem vulkanisierten Zustand mit einem Öl behandelt ist, daß er etwa 25 bis 150 Gewichtsteile eines nichtflüchtigen-, mit dem Gummi verträglichen Öls pro Gewichtsteile Gummi adsorbiert.
2. iieifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vulkanisierte Gummi der geschlossenzelligen Struktur zu etwa 60 bis etwa 100 Prozent, bezogen auf 25°C, mit den kompoundierten Behandlungsölen gesättigt ist.

BÜRO MÖNCHEN: ST. ANNASTR. 11 8000 MÜNCHEN 22 TEL.: 089/22 35 44

TELEX: 1 - 856 44 INVEN d

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INVENTION

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TELEFON: BERLIN 030/891 60 37 030/892 23 82

BANKKONTO: BERLIN 31 BERLINER BANK AG. 3695716000

-2-

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ORIGINAL INSPECTED
3· Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen (1) zwei mit Abstand zueinander angeordnete undehnbare Wulste (4), ein eine Bodenfläche berührendes Lauffläch-enteil (2), ein Paar von einzelnen Seitenwänden (3), die sich radial von den axialen Außenkanten des Laufflächenteils zu den jeweiligen Wulsten hin erstrecken, einen tragenden Karkassenaufbau (5) für den Laufflächenteil und die Seitenwände, welcher sich im allgemeinen von Wulst zu Wulst erstreckt, und als Einstichloch-Abdichtung ein integrales, dünnschichtiges, kovulkanisiertes, elastisches, geschlossenzelliges Kautschukgefüge (7) innerhalb des tragenden Aufbaus (5) aufweist, wobei der vulkanisierte Kautschuk des geschlossenzelligen Gefüges mit einem damit verträglichen Gummiweichmacheröl behandelt ist und dieses adsorbiert hat in einem durch eine Quellzunahme einer Probe dieses vulkanisierten Kautschuks im Bereich von etwa 30 bis etwa I80 Prozent gemäß ASTM Nr. D - 471 bestimmten Ausmaß.
4. Reifen nach Anspruch 3> dadurch geknnnzeichnet, daß das vulkanisierte, geschlossenzellige Gefüge mit einem mit diesem verträglichen und mit dem Karkassengummi, mit dem das geschlossenzellige Gefüge ein Ganzes bildet, relativ unverträglichen Öl behandelt ist.
5. Reifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ol zur Behandlung des vulkanisierten Gummis des geschlossenzelligen Gefüges mit diesem in einem Ausmaß verträglich ist, das durch eine Quellzunahme im Bereich von etwa 30 bis etwa I80 Prozent bestimmt ist, und das mit dem vulkanisierten Karkassengummi in einem Ausmaß relativ unverträglich ist, das durch eine Quellzunahme im Bereich von etwa 0 bis etwa 10 Prozent nach ASTM Nr. D - 471 bestimmt ist.

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■292Λ060
6. Reifen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl ein Gummiweichmacheröl ist, das von wenigstens einem der paraffinischen, naphthenischen, aromatischen Öle, von Kienteeröl, von Polybutenölen und synthetischen Ölen ausgewählt ist.
7. Reifen nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß das Öl eine Viskosität im Bereich von etwa 0,01 Pa . s (10 cps) bis etwa 1 Pa . s (1ΟΌΟ cps) bei 100°C hat.
8. Reifen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossenzellige Gefüge aus einem vulkanisierten Butyl-, Chlorbutyl- oder Brombutyl-kautschuk gebildet ist.
9. Reifen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Gasdruck des geschlossenzelligen Gefüges größer als der Atmosphärendruck ist.
10. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossenzellige Gefüge ein Teil der Reifeninnenoberfläche ist und wenigstens auf der der Lauffläche gegenüberliegenden Innenseite angeordnet ist, daß es im neutralen, im wesentlichen druckausgeglichenen Zustand eine Stärke im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 1,3 cm hat, daß das Gefüge in seinem vulkanisierten Zustand behandelt ist, so daß es etwa 3° bis etwa 100 Gewichtsteile eines Gummiweichmacheröls pro 100 Gewichtsteile Gummi in einem Ausmaß adsorbiert, daß es zu etwa 60 bis etwa 100 Prozent sowohl mit dem kompoundierten Öl wie mit dem der Behandlung dienenden Gummiweichmacheröl gesättigt ist, wobei einige der geschlossenen Zellen fakultativ sowohl Öl als auch Gas enthalten, daß das Gummiweichmacheröl aus wenigstens einem der paraffinischen, naphthenischen, aromatischen, Kienteer-, Polybuten- und synthetischen Öle ausgewählt ist, daß das Öl sowie das geschlossenzellige Gefüge miteinander verträg-

lieh sind, wie es durch eine Quellzunähme von vulkanisiertem Kautschuk im Bereich von etwa ^O bis etwa I50 Prozent bestimmt ist, und daß fakultativ das Öl und ein Teil der an das geschlossenzsllige Gefüge angrenzenden Karkasse relativ unverträglich sind, wie es durch eine Quellzunahme dieses Karkassenteils im Bereich von etwa O bis etwa 10 Prozent gemäß ASTM Nr. D - 471 bestimmt ist.
11. Reifen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossenzellige Gefüge zu etwa 90 bis etwa 100 Prozent mit dem Öl gesättigt ist und daß der Kautschuk für das geschlossenzellige Gefüge sowie die Karkasse, einschließlich des inneren, an das Gefüge angrenzenden Teils, ausgewählt ist aus wenigstens einem der Butyl-, Chlorbutyl-, Brombutyl-, Naturkautschuke, aus Butadienstyrol-, Butadien-akrylnitril-Mischpolymerisaten, aus cis-1,4-Polyisopren, Polybutadien und aus Äthylen-propylen nichtkonjugierten Dienterpolymeren.
12. Reifen nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 7i dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossenzellige Gefüge zu etwa 60 bis etwa 100 Prozent mit Ul gesättigt ist, daß der Kautschuk für das geschlossenzellige Gefüge sowie die Karkasse, einschließlich des inneren, an das Gefüge angrenzenden Teils ausgewählt ist aus wenigstens einem der Butyl-, Chlorbutyl-, Brombutyl-, Naturkatschuke, aus Butadien-Styrol-, Butadien-akrylnitril-Mischpolymerisaten, aus cis-1,4-Polyisopren, Polybutadien und aus Äthylen-propylen nichtkonjugierten Dien-terpolymeren und daß das Öl ein Gummiweichmacheröl, ausgewählt aus wenigstens einem der paraffinischen, naphthenischen, aromatischen, Kienteer-, Polybuten- und synthetischen Öle, ist.

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