DE2924060C2

DE2924060C2 - Selbstdichtender Luftreifen

Info

Publication number: DE2924060C2
Application number: DE2924060A
Authority: DE
Inventors: William E. Tallmadge Ohio 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: 1986-01-30
Also published as: AU521944B2; GB2024225A; US4210187A; BR7903676A; JPS554285A; FR2428534B1; IT1121090B; ZA792297B; CA1104475A; FR2428534A1; AU4707679A; DE2924060A1; IT7923533A0; GB2024225B

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstdichtenden Luftreifen, und zwar insbesondere einen solchen Luftreifen,

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der in der Lage 1st, eine Abdichtung gegen durchstechende oder -bohrende Gegenstände herbeizuführen.

Aus Sicherheitsgründen hat man schon seit langer Zelt 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 Elnstichlocli-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 Fließeigenschaften über einen weiten Temperaturbereich neigen.

Es wurden auch zentrale oder Innere Kerne aus einem Zelimaterial vorgeschlagen, die bei einem EIn- oder Durchstechen physikalisch die Reifenform erhal- M ten. Solche Kerne bringen aber eine schwerwiegende Begrenzung bezüglich der Fahrzeughöchstgeschwindigkeit oder der Dauerleistung auf Grund des Abbaus oder der Verschlechterung des Kerns mit sich. Obwohl ein gewisser Erfolg mit einem Inneren, integralen, kovulka- " nlsierten, dünnen, nachgiebigen, geschlossenzelligen Gefüge erreicht worden Ist, werden doch mancherlei Verbesserungen und Vervollkommnungen noch immer angestrebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstdichtenden Luftreifen zu schaffen, der gegen durchstoßende Gegenstände In überlegener Wels? im Vergleich 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 Gummiwelchmacheröls enthält und der in seinem vulkanisierten Zustand so behandelt Ist, daß er etwa 25 bis 150, vorzugsweise etwa 30 bis etwa 100 Gewichtstelle pro 100 Gewichtstelle an Gummi «5 eines nicht-flüchtigen, damit verträglichen Öls 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 jeweiligen Wulsten hin erstrecken, einen tragenden Karkassenaufbau für den Laufflächenteil und die Seltenwände, der sich im allgemeinen von Wulst zu Wulst hinzieht, aufweist und der zur Einstichloch-Abilichtung ein integriertes, dünnschichtiges, kovulkanisiertes, nachgiebiges, geschlossenzelllges Kautschukgefüge innerhalb des tragenden Aufbaus hat, wobei der vulkanisierte Kautschuk bzw. Gummi dieses geschlossenzelligen Gefüges mit dem damit verträglichen Gummlweichmacheröl behandelt Ist und dieses adsorbiert hat. Es wird Im allgemeinen eine Adsorption des Öls in einem solchen Ausmaß angestrebt, daß der vulkanisierte

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65 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 Öl zur Behandking der Integralen, dünnschichtlgen, kovulkanlsierten, elastischen, geschlossenzelligen Struktur die Fähigkeit zur Durchstischlochabdichtung 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.

Wahlwelse und im allgemeinen nicht bevorzugterweise, außer 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 Zwlschenfläche zwischen der mit Öl behandelten geschlossenzelligen Struktur und der verstärkenden Karkasse zur Anwendung kommen.

Es ist wichtig zu erkennen, daß die Menge an verträglichem Öl, die zur Vervollkommnung dieser Erfindung notwendig 1st, 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 Verarbeitungsschwierigkelten wegen seiner Weichheit, 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 Irmenoberfläche des geschlossenzelligen Gefüges zugegeben, um es In dem Sinn zu sättigen, daß tatsächlich kein freies Öl mehr an seiner Außenoberfläche wahrzunehmen 1st 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 60 bis etwa 100%, vorzugsweise zu etwa 90 bis etwa 100% gesättigt 1st, nach dem 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 Integralen 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 Quell- oder Blähzunahme Im Bereich von etwa 30 bis et-wa 180%, vorzugsweise von etwa 50 bis 150% gekennzeichnet ist, und daß es mit dem vulkanisierten Karkassengummi relativ unverträglich 1st, was druch eine Quellzunahme im Bereich von etwa 0 bis 10%, vorzugsweise von etwa 0 bis 5% nach ASTM (American Society for Testing Materials) Nr. D-471 gekennzeichnet Ist.

„m.

Bei der praktischen Durchfahrung der Erfindung liegt eine typische Menge von Gummlwelchmacheröl, die der unvulkanisierten Kautschukverbindung beigemischt wird. Im Bereich von etwa 2 bis etwa 60 Gewichtstellen Öl pro 100 Gewichtsteile Kautschuk. Ferner wird bei 5 der praktischen Ausführung der Erfindung ein zusätzlicher Gewichtsanteil von 25 bis etwa 150 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 ^|5 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, geschlossenzelllge Oberfläche des vulkanisierten Reifens bewerkstelligt, und zwar in typischer Weise, nachdem der Reifen bereits auf einem zentrierten, starren Rad 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 kommen. Allgemein können sie als Gummiweichmacher- oder -behandlungsöle bezeichnet werden. Vertreter dieser Öle sind paraffinische, naphthenische, aromalische, synthetische Öle wie auch Kienteeröle, die mti dem Polymer des geschlossenzelligen Gefüges verträglich sind.

Die bei dem Erfindungsgegenstand verwendeten Öle sind in der einschlägigen Technik auch als »Gummi-Extenderweichmacheröle« und als »kompatible Gummiweichmacheröle« bekannt. Diese Ausdrücke beziehen sich auf Öle, die mit dem vulkanisierten Gummi mischbar sind. Es ist das diese Art von Öl, die auch in charakteristischer und herkömmlicher Weise mit ungehärtetem Gummi als ein Extender gemischt oder kompoundlert werden kann, und zwar auch mit anderen Zusatzstoffen, worauf der kompoundierte Gummi geformt und gehärtet wird.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung läßt «5 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 US-PS 30 81 276 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 allge- °° meinen 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 ^6S Isobutylen. Die Öle haben normalerweise eine Viskosität von 0,01 Pa - s (10 cps) bei 100° C bis etwa 1 P - s (1000 cps), obwohl sie vorzugsweise eine Viskosität im Bereich von etwa 0,02 Pa ■ s (20 cps) bis etwa 0,5 Pa · s (500 cps) haben. Ihr Siedepunkt Hegt üblicherweise bei etwa 50°C bis wenigstens etwa 200⁰C und höher, vorzugsweise bei etwa 100⁰C bis etwa 300⁰C. Beispielsweise haben viele Weichmacheröle einen Siedepunkt von wenigstens etwa 245° C bei 0,013 bar (100-mm-Hg-Säule). Normalerwelse 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, well 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 geschiossenzeiligen Polymerstruktur in dem Sinn verträglich ist, daß es in dem Polymer in dem Ausmaß löslich 1st, daß das Polymer das Öl einsaugt, was in typischer Weise zu einem visuell wahrnehmbaren, geringfügigen Anschwellen führt.

In diesen Beziehungen kann ein Butyl-, Chlorobutyl- oder Bromobutylkautschuk für die geschlossenzelllge Struktur besonders geeignet sein, da das Gummlweichmacheröl mit dem gehärteten Butylkautschuk verträglich 1st und diesen sowohl erweicht wie auch klebrig macht.

Der Erfindungsgegenstand ist in einzigartiger Weise für eine Luftreifeiikonstruktion für typische Fahrzeuggeschwindigkeiten, wie wenigstens bis etwa 110 km/h und typischerweise bis hinauf zu wenigstens 160 km/h geeignet. Tatsächlich können Luftreifen mit einer solchen ölbehandelten, inneren Zellstruktur für Fahrzeuggeschwindigkeiten über 320 km/h hergestellt werden.

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 Welse von Wulst zu Wulst erstrecken, um sowohl 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, unvulkanisierien 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 200° C. Insofern ist es erforderlich, daß die ZeII-struktur 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 tatsachlichen Ausübung der Erfindung erfordert die Ausführung der vorbereitenden Schritte, daß ein Quellmittel innerhalb einer festen, gummiartigen Schicht des Reifens während seines Erhitzens, Ausformens und Vulkanisieren aktiviert wird.

Die um- oder geschlossene Zellstruktur bleibt in einem komprimierten Zustand, bis der Vulkanisationsschritt Im wesentlichen beendet ist. Bei Entfernung von der Form, was von einem Nachlassen des Formdrucks begleitet ist, dehnt sich die Struktur normalerweise etwas aus.

Die Integrale Zellstruktur des Reifens ist dünn, sie beansprucht in keiner Welse 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%ig des Reifendrucks (im aufgeblasenen Zustand) oder des Atmosphärendrucks, wenn 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 Zeilengröße. Die Nachgiebigkeit kann dadurch gekennzeichnet werden, daß eine Kompressibilität im Bereich von etwa 68 mbar bis etwa 55 bar, vorzugsweise von etwa 68 mbar bis etwa 6,8 bar, bei SOprozentiger 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 RuS, Siükaraatcrlal, 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 derfReifentechnik ist klar, daß der 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 typsiche Polymere zu diffundieren, will der innere Zelldruck nach dem tatsächlichen Reifenaufblasdruck 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 344 mbarü bis etwa 20,6 barü, was zum Teil von Ihrem Aufbau und der beabsichtigten Verwendung abhängt. Beispielswelse kann ein PKW-Reifen einen Auslegungsaufblasdruck von etwa 1,5 barü bis etwa 2,4 barü und manchmal sogar bis etwa 3,5 barü haben. Deshalb 1st, obwohl es wichtig 1st, 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.

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 geschlossenzelllgen 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-Mischpolymerlsate, Butadien-akrylnitril-Mischpolymerisate, cis-1,4-Polyisoprene, Polybutadiene, Isopren-butadlen-MischpolymerSsate, Butylkautschuk, halogenierter Butylkautschuk, wie z. B. Chlor- oder Brombutylkautschuk, Äthylen-propylen-Mischpolymerisate, Äthylenpropylen-terpolymere und Poiyurethanelastomere.

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

Mit Schwefel gehärtete oder vulkanisierte Naturkautschuke und synthetische, gummiartige Polymere, wie Butadien-styrolkautschuk, eis- 1,4-Poly isopren. Polybutadien, Butylkautschuk, Chlorbutylkautschuk und Brombutylkautschuk, werden bevorzugt. Manchmal Ist es vorzuziehen und sogar erforderlich, daß eine gehärtete Kautschuk/Öl-Kombination gewählt wird, so daß das Öl mit dem gehärteten Gummi des gesehlösseftzel-Hgen Gefüges verträglich und unverträglich mit dem Liner- oder Karkassengummi ist. In dieser Hinsicht ist es überlicherwelse 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 Schicht bewirken. Üblicherweise werden Agentlen, die Stickstoff bei einer Temperatur nahe oder im Bereich der Vulkanisier- oder Härtetemperatur, wie z. B. etwa

100° C bis etwa 18O⁰C, freisetzen, bevorzugt, obwohl sie Im allgemeinen In geeigneter Weise den Stickstoff bei Temperaturen im Bereich von 1O⁰C 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-pentamethylentetramin, NX-dlmethyl-N.N'-dinltrophthalamid, Azodlkarbonamld, Sulphonylhydrazlde, wie z. B. Benzolsul- m phonyl-hydrazld, Toluolsulphonyl-hydrazld und p,p'-Oxy-bls-(benzolsulphonyl)hydrazid, und Sulphonylsemlkarbazlde, wie z. B. p-Toluol-sulphonylsemikarbazid und ρ,ρ'-Oxy-bis (benzolsulphonyl-semlkarbazid).

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

Die Innere, freiliegende Oberfläche der Zellstruktur an der Innenseite des Reifens wird mit dem Öl behandelt. Diese ölbehandlung kann durchgeführt werden, während der Reifen heiß ist, d. h. eine Temperatur von etwa 100°C bis 15O⁰C hat und kurz nachdem er aus der Form entnommen wurde, oder sie kann bei Umgebungstemperatur, z. B. 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 1st von M Vorteil, den Reifen um seine Achse zu drehen, so daß eine gleichmäßige Verteilung des Öls unterstützt 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, M 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. Üblicherwelse wird für diesen Arbeitsvorgang der Reifen entlüftet, nachdem er auf der Felge montiert und zu seinem Sitzen auf dieser aufgeblasen worden ist. "⁵

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

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen geformten und gehärteten Luftreifen mit einer mit Öl behandelten, integralen, dünnschichtigen, kovulkanislerten, nachgie- so bigen, gummiartigen, geschlossenen Zellstruktur an seiner Innenfläche;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt des Reifens von F i g. 1 an seiner Lauffläche, wobei das wirksame Verschließen oder Abdichten eines Einstichs durch die mit Öl behandelte, geschlossenzellige Struktur dargestellt ist.

Der Gummi-Luftreifen kann durch Aufbauen, Formen und Kovulkanlsieren einer Reifengrundkonstruktion 1 hergestellt werden, wobei der Reifen sein übliches Laufflächenteil 2, die üblichen Seitenwände 3, Wulste 4 und einen Karkassenträger S aufweist, der in typischer Welse Lagen zur Stützung und Versteifung der Laufflächen- und Seitenwandteile hat; der Reifen enthält ferner eine Luftsperrschicht 6 und insbesondere ^6S eine integrale, dünne, kovulkanisierte, nachgiebige, gummiartige, geschlossenzellige Schaumstruktur an seiner inneren Oberfläche. Der Reifen wird hergestellt, indem ein zylidrisch 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, kompoundierte Schicht miteinander zu vulkanisieren wie auch ein In der kompoundlerten Schicht enthaltenes Quellagens zu aktivieren, um einen Luftreifen 1 mit der Integralen, dünnschichtigen, kovulkanisierten, nachgiebigen, geschlossenzelllgen Gumml-Schaumstruktur 7 an seiner Innenfläche zu bilden.

Ein mit dem gehärteten Gummi der geschlossenzelllgen Struktur 7 verträgliches öl 8 wird auf die Innenseitige, freiliegende Oberfläche der geschlossenzelllgen Struktur 7 durch einen Ventilträger 9 aufgebracht, nachdem der Reifen auf einer Felge 10 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 60n 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 F1 g. 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 Zellenwänds gegen den Nagel drücken. Der Innendruck der elastischen Zellstruktur bewirkt, daß die von Öl weichgemachten, innerlich klebrigen Zellenwände in den Bereich der durchstochenen Zellen sich ausdehnen 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 Ausdehung 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 Seitenwände 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. Gewichtsprozent 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 0,5 cm und mit folgender allgemeiner Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 angeordnet wurde.

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

20

Über dieser Anfangslage von Gummi wurde der übrige Reifen aufgebaut, einschließlich des Aufbringens der Luftsperrschicht, der gummiartigen Gewebelagen, des Gürtels, der Laufflächen-, Seitenwand- und Wulstteile, wie das allgemein in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt

Tabelle 2

(Nagel eingetrieben)

Ursprünglicher Aufblasdruck (heiß): 2,06 bar

km Luftverlust (bar)

Versuchsreifen
Kontrollreifen

16 575
740

1,1
1,1

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 Ausformungsschrittes wurde die innere Lage aus speziell kompoundtertem Gummi gestreckt, so daß ihre Stärke etwas vermindert wurde. Während des Vulkanisationsschrittes wurde aus Quellagens im kompoundierten Gummi durch Wärme aktiviert, um eine integrale, nachgiebige, gummiartige, geschlossenzellige 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/m³.

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 und sein Aufblas-Ventlleinsatz vom Ventilträger entfernt. Durch diesen Ventilträger wurde eine vorbestimmte Menge eines paraffinischen/aromatischen Ölgemischs, das mit dem geschlossenzelligen Gummlgefüge verträglich war. eingeführt. 5"

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 Kontrollstreifen 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. ^6S Die Ergebnisse dieser Nagel-Prüfung zeigt die Tabelle 2. 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 elngetriegen wurde, um diese zu durchstechen. Dann wurden die Nägel aus beiden Reifen herausgezogen und der Versuch art dem motorgetriebenen Dynamometer mit einer Reifengeschwindigkeit von 80 km/h unter einer Belastung von 583 kg forgeführt. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle 3.

Tabelle 3

(Nagel herausgezogen)

Ursprünglicher Aufblasdruck (heiß): 2,06 bar

km

Luftverlust (bar)

Versuchsreifen
Kontrollreifen

48 841
96,5

1,1
1,1

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstdichtender, gehärteter Gummi-Luftreifen mit einer integralen, dünnschichtigen, kovulkanisierten, nachgiebigen, geschlossenzelligen Gummistruktur, die im Innern des Reifens angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vulkanisierte Gummi der geschlossenzelligen Struktur etwa 2 bis etwa 60 Gewichtsteile eines kompoundienen Gummiweichmacheröls pro 100 Gewichtsteile an Gummi enthält und der Gummi in seinem vulkanisierten Zustand mit einem Öl behandelt ist, daß er etwa 25 bis ISO Gewichtsteile eines nichtflüchtigen, mit dem Gummi verträglichen Öls pro IS 100 Gewichtsteile Gummi adsorbiert.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vulkanisierte Gummi der geschiossenzelhgen Struktur zu etwa 60 bis etwa 100 Prozent, bezogen auf 25° C, mit den kompoundierten Behänd- 2" iungsölen gesättigt ist.

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 Laufflächenteil (2), ein Paar von einzelnen Seitenwänden (3), die sich radial von den axialen Außenkanten des Laufflächenteils zu den jeweiligen Wulsten hin erstrekken. einen tragenden Karkassenaufbau (S) für den Laufflächenteil und die Seltenwände, welcher sich ^o Im allgemeinen von Wulst zu Wulst erstreckt, und als Einstichloch-Abdichtung ein integrales, dünnschichtiges, kovulkanlsiertes, elastisches, geschlossenzelllges Kautschukgefüge (7) Innerhalb des tragenden Aufbaus (S) 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 180 Prozent gemäß ASTM Nr. D-471 bestimmten Ausmaß.

4. Reifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vulkanisierte, geschlossenzellige Gefüge mit einem mit diesem verträglichen und mit dem Karkassengummi, mit dem das geschlossenzellige Gefüge eine Ganzes bildet, relativ unverträglichen Ul behandelt ist.

5. Reifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl zur Behandlung des vulkanisierten so Gummis des geschlossenzelligen Gefüges mit diesem in einem Ausmaß verträglich ist, das durch eine Quellzunahme im Bereich von etwa 30 bis etwa 180 Prozent bestimmt 1st, 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.

6. Reifen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl ein Gummlwelchmacheröl 1st, das von wenigstens einem der paraffinischen, naphthentlschen, aromatischen Öle, von Kienteeröl, von Polybutenölen und synthetischen Ölen ausgewählt Ist.

7. Reifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl eine Viskosität Im Bereich von etwa 0,01Pas (lOcps) bis etwa 1 Pa · s (lOOOcps) bei 100⁰C hat.

8. Reifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossenzellige Gefüge aus einem vulkanisierten Butyl-, Chlorbutyl- oder Brombutylkautschuk 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 1st 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 30 bis etwa 100 Gewichtstelle 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 1st, wobei einige der geschlossenen Zellen fakultativ sowohl öl aus auch Gas enthalten, daß das Gummlwelchmacheröl aus wenigstens einem der paraffinischen, naphthenlschen, aromatischen, Kienteer-, Polybuten- und synthetischen öle ausgewählt Ist, daß das Öl sowie das geschlossenzellige Gefüge miteinander verträglich sind, wie es durch eine Quellzunahme von vulkanisiertem Kautschuk im Bereich von etwa SO bis etwa 150 Prozent bestimmt ist, und daß fakultativ das öl und ein Teil der an das geschlossenzellige Gefüge angrenzenden Karkasse relativ unverträglich sind, wie es durch eine Quellzunahme dieses Karkassenteils im Bereich von etwa 0 bis etwa 10 Prozent gemäß ASTM Nr. D-471 bestimmt 1st.

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 GefUge angrenzenden Teils, ausgewählt ist aus wenigstens einem der Butyl-, Chlorbutyl-, Brombutyl-, Naturkautschuke, aus Butadienstyral-, Butadienakrylnliril-Mlschpolymerisaten, aus cls-1,4-PoIyisopren. Polybutadien und aus Äthylen-propylen nlchtkonjuglerten Dienterpolymeren.

12. Reifen nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossenzellige Gefüge zu etwa 60 bis etwa 100 Prozent mit öl 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-, Naturkautschuke, aus Butadien-Styrol-, Butadien-akrylnltril-Mlschpolymerisaten, aus cis-l,4-Polyisopren, Polybutadien und aus Äthylenpropylen nlchtkonjugierten Dlen-terpolymeren und daß das öl ein Gummlwelchmacheröl, ausgewählt aus wengistens einem der paraffinischen, naphthenlschen, aromatischen, Kienteer-, Polybuten- und synthetischen Öle, ist.