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Laufflächengummi mit plastisch-elastischen Eigenschaften
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und mit hoher Adhäsion zur Fahrbahn Die Erfindung betrifft einen Laufflächengummi
mbt hoher Adhäsion, namentlich zur nassen und vereisten Fahrbahn.
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Die Adhäsion der Reifenlaurfläche zur vereisten, verschneiten und
feuchten Fahrbahnoberfläche ist üblich wesentlich kleiner als zur trockenen Fahrbahn
während der warmen Jahreszeit.
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Schnee und Eis auf der Fahrbahn verringern in großem Maß die Sicherheit
des Straßenverkehrs und führen zur Notwendigkeit, die Transportgeschwindigkeiten
wesentlich herabzusetzen.
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Oft entstehen Situationen, bei welchen der Straßenverkehr von Kraftwagen
und anderen Fahrzeugen für eine kürzere oder auch längere Zeit unterbrochen oder
auch ganz verhindert ist.
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Alljährlich kommt es zu großen Schäden, und zwar sowohl zu direkten
- an beschädigten Fahrzeugen, Straßeneinrichtungen u.a. - als auch zu indirekten,
die aus einem wesentlichen Herabsetzen der Effektivität des Straßenverkehrs hervorgehen.
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Deshalb wird den Fahreigenschaften des Kraftwagens und namentlich
den Reifen eine große Aufmerksamkeit gewidmet. Die Konstruktion
der
Kraftwagen, deren Antriebs- und Steuersysteme, die Radhöhe und das Anbringen der
Rinden asw., haben einen großen Einfluß auf die Fahreigenschaften der Fahrzeuge
unter Winterbedingungen. Einen grundsätzlichen Einfluß auf die Fahreigenschaften
der Kraftwagen hat jedoch der Reifen und sein Aufbau. Für den Betrieb unter Winterbedingungen
sind die Reifen mit Spezialdessins, die den Eingriff und die Adhäsion an der mit
Schnee bedeckten oder vereisten Fahrbahn erhohen, ausgerüstet. Hin und wieder werden
bei komplizierten Bedingungen Ketten und chemische Oberflächenbehandlungen der Reifen
angewandt. Versuche für Spezialkonstruktionen der Reifen sind keine Seltenheit.
Eine Reihe ähnlicher Maßnahmen verbessern zwar ein wenig die Eingriffseigenschaften
der Reifen für Winterbedingungen und verkürzen ein wenig den Bremsweg, die Bremseigenschaften
bleiben jedoch noch völlig unbefriedigend, da der Bremsweg des Fahrzeuges mehrfach
länger als auf trockener Fahrbahn ist, woraus eine Reihe negativer Polgen für die
Fahrsicherheit hervorgeht.
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Es ist ebenso bekannt, daß der Aufbau der für die Lauffläche angewandten
Kautschukmischung einen Einfluß auf die Adhäsion des Reifens zur Fahrbahn hat und
die daraus resultierenden Fahreigenschaften des Kraftwagens beeinflußt. Ebenso bekannt
ist der Zusammenhang zwischen den Eigenschaften eines gebremsten und eines eingreifenden
Reifens. Es zeigt sich, daß die erwähnten Bahreigenschaften etwa indirekt proportional
zum Abrieb sind, d.h., je mehr sich der Laufflächengummi beim Bremsen abreibt, um
so kürzer ist unter vergleichbaren Bedingungen der Bremsweg und um so größer sind
die Eingriffseigenschaften beim Anfahren des Wagens. Für manche Rennwagen werden
deshalb sehr weiche Kautschukmischungen angewandt, aus denen durch die Vulkanisation
ein Laufflächengummi mit guten Adhäsionseigenschaften für vereiste und verschneite
Fahrbahnen entsteht. Die Lebensdauer solcher
Reifen sinkt jedoch
sehr schnell und deren Anwendungs möglichkeit mit Ausnahme von Rennfahrten, wird
als völlig unökonomisch betrachtet, und zwar mit Hinsicht auf die geringe Lebensdauer.
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Der Versuch, die Adhäsionseigenschaften der Reifen frir ver schneite
oder vereiste Fahrbahnen mit Hilfe von Spikes zu losen, brachte in welweitem Maßstab
keine genügend befriedigenden Resultate. Die Fahreigenschaften der mit Spikes ausgestatteten
Reifen sind zwar auf vereisten Oberflächen grundsätzlich besser, man verzichtete
jedoch in fast allen Ländern auf sie, sie wurden sogar verboten.
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Die mit Stahispikes ausgerüsteten Reifen beschädigen die Oberfläche
der Fahrbahnen sehr stark, denn nur in wenigen Fällen ist die Fahrbahnoberfläche
immer gleichzeitig mit Eis und Schnee bedeckt. Unter manchen Umständen können diese
Reifen sogar gefährlich sein.
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Die Erfindung vermindert diese Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung,
durch Anwendung von bestimmten Eautschukkompositionen eine wesentliche Verbesserung
der Haftung von Automobilreifen auf verschneiten und vereisten Fahrbahnen zu erzielen,
ohne allzugroße Verluste an Lebensdauer zu haben und ohne Schäden an eis- und schneefreien
Straßendecken hervorzurufen.
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Die Erfindung besteht in einem Mischungsaufbau für die Reifenlaufflächen,
der sich dadurch auszeichnet, daß auf loo Gewichtsteile von Smoked Sheets, hellem
oder braunem Crepe-kautschuk oder einem durch 15 bis So Gewichtsteile eines aromatischen
Öls gestreckten Natur- oder synthetisob Butadien-Styrenkautschuk oder von Butadien-Styrenkautschuk
gestreckt durch 15 bis 40 Gewichtsteile eines.aromatischen Öls, von cis-Polybutadienkautschak
oder cis-Polyisoprenkautschuk, auch direkt gestreckt durch 15 bis
40
Gewichtsteile eines aromatischen Öls, 70 bis loo Gewichtsteile von Ruß kommen mit:
einem Größenbereich der Partikel von 175 bis 350 9 einer spezifischen Oberfläche
von 62 bis 135 m2/g, einer polzahl von 120 bis 140 einem Wasserstoffinhalt von 0,20
bis o,34 Gewichtsprozenten einem Sauerstoffinhalt von 0,27 bis 1,45 Gewichtsprozenten,
30 bis 70 Gewichtsteilen eines aromatischen Öls mit einer relativen Dichte von 0,960
bis 1,o75 einer Viskosität bei 98,9°C von 14,10-6 bis 50,10-6 m²/s-1 einem Anilinpunkt
von 10,00 bis 50,00°C und einem Vulkanisationssystem mit einem Inhalt von elementarem
Schwefel bis 1,5 Gewichtsteilen, mit Vorteil von o,2 bis o,8 Gewichtsteilen und
mit einem sulfamidischen, thiasolischen, guanidinischen oder thiuramischen Beschleunigertyp,
als auch deren Kombination in einer Menge von höchstens 3 Gewichtsteilen, wobei
eine Mischung fur die schwefellose Vulkanisation bis 6 Gewichtsteile eines thiuramischen
Beschleunigertyps enthält.
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Aus diesen Kautschukkompositionen wird der Laufflächenteil des Reifens
hergestellt, und zwar am besten mit der Ausnutzung eines geeigneten Winterdessins.
In der Welt ist eine ganze Reihe von Wintermustern für Reifenlaufflächen bekannt
und die Reifenentwicklung für die Fahrt in komplizierten Witterungs- und Winterbedingungen
geht in weitem Maß weiter.
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Die Kautschukkomposition gemäß der Erfindung hat plastischelastische
Eigenschaften, die bisher für den Laufflächenteil des Reifens nicht typisch waren.
Der Gummi dieser Erfindung hat einen hohen Friktionskoeffizient auf der Fahrbahn,
wobei der angeführte hohe Adhäsionseffekt mit Hinsicht sowohl auf die hohen Friktionseigenschaften
insbesondere auf nasser, schneebedeckter und vereister Fahrbahn als auch
auf
die guten Abriebeigenschaften des Laufflächengummis erreicht wird. Die erwähnten
plastisch-elastischen Eigenschaftten, die die Reifenlaufflächen der Erfindung sehr
günstig von den bisher bekannten Kautschukmischungen für Laufflächen unterscheiden,
werden durch eine kombinierte gleichzeitige Anwendung mehrerer Faktoren erreicht.
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Der optimale Aufbau der Mischung dieser Erfindung sichert ein gröberes
Vulkanisationsnets des Gummis im Laufflächenteil des Reifens, als es bisher üblich
ist, was zusammen mi dem hohen Weichmachergehalt und namentlich dem Rußinhalt plastisch-elastische
Eigenschaften dieses Gummis bei Bewahrung einer hohen Festigkeit des Vulkanisates
sichert.
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Der Gummi dieser Erfindung verliert einen Teil seiner elastischen
Eigenschaften ii Vergleich mit einem üblichen Laufflächengummi, und zwar zu Gunsten
der durch die räumlich beschränkte Plastizität bestimmten Eigenschaften.
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Solch ein Gummi ist in gewissem Maß verforibar, insbesondere bei niedrigen
Spannungen. Die mit diesem Gummi versehene Oberfläche der Reifenlauffläche paßt
sich während der Fahrt sehr wirksam und formgemäß bis auf kleinste Einzelheiten
der Fahrbahnoberfläche an. Die hohe Festigkeit der Vulkanisationsstraktur verhindert
aber gleichzeitig den außerordentlich erhöhten Abrieb des Gummis bei den erwähnten
Rennwagenreifen, so daß der Reifen mit dem Laufflächengummi nach dieser Erfindung
eine Lebensdauer in annehmbaren Grenzen hat, und zwar bei außerordentlich hohen
Adhäsionseigenschaften auf vereisten, feuchten oder verschneiten Fahrbahnen.
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Der Inhalt an gebundenem Schwefel ist relativ niedrig, doch sein verhältnismäßig
weiter Bereich ermöglicht erfindungsgemäß Gummisorten mit einer ganzen Stufenfolge
plastisch-elastischer Eigenschaften herzustellen. Die Auswahl des Aufbaus der Mischung
wird dann vor allem von
konkreten Einsatzbedingungen des Reifens
abhängig sein.
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Gummis mit einem ausdrucksvolleren Anteil des plastischen Bestandteiles
werden wirkungsvoller bei Reifen für einen überwiegenden Gebirgebetrieb während
des Winters sein, wo ein großer Anteil vereister und verschneiter Fahrbahnen zu
erwarten ist. Die Verschleißbeständigkeit auf trockenen Straßen wird jedoch etwas
niedriger sein. Der m;ig erhöhte Inhalt elementaren Schwefels in Kombination mit
einer mäßig herabgesetzten Menge von Weichmachern ermöglicht es, die Lebensdauer
der Reifen bei ihrem Einsatz im fiefland oder Gebirgavorland, wo Glatteis und verschneite
Fahrbahnabschnitte auch in der Winterzeit weniger vorkommen und wo Abschnitte ohne
Schnee und Eis überwiegen, zu steigern. Die plastisch-elastischen Eigenschaften
werden in diesem Fall immer noch mehr als genügend sein, und zwar bei relativ höherer
Abriebfestigkeit der Lauffläche.
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Das Wesen dieser Erfindung wird anhand folgender Beispiele von Laufflächenmischungen
näher erläutert: Beispiel 1 Gewichtsteile Smoked Sheets loo Zinkoxyd 3 Stearinsäure
1 Ruß / ASTM N-220, N-330/ 75 aromatischer Weichmacher 50 Herzextrakt 3 Phenylbetanaphthylamin
1,5 N-oxydiethylen Benzothiazol Sulfonamid 2,5 gemahlter Schwefel o,5 Beispiel 2
Gewichtsteile Naturkautschuk gestreckt durch 25 Gewichtsteile eines aromatischen
Öls loo Zinkoxyd 3
Stearinsäure 1 Ruß/ ASTM-220 oder N 350/ 80 aromatischer
Weichmacher 55 Herzextrakt 2 PhenYlb e t anaphthylamin 1 Merkaptobenzothiazol 1,2
Diphenylguanidin 0,2 gemahlter Schwefel 0,5 Beispiele 3 bis 5 Gewichtsteile Smoked
Sheets 80 - 70 Naturkautschuk, gestreckt durch 25 Gewichtlsteile eines aromatischen
Öls - 90 -cis-Polybutadien 20 lo -cis-Polybutadien, gestreckt durch 37,5 Gewichtsteile
eines aromatischen Öls - - 30 Zinkoxyd 3 3 3 Stearinsäure 1 1 1 Ruß / ASTM N - 220
oder N-330 75 75 75 aromatischer Weichmacher (Triumf) 40 4o 4o Harzextrakt 2 2 2
Phenylbetanaphthylamin 1 1 1 N-oxydiethylen benzothiazol Sulfenmid 2,5 2,5 2,5 gemahlter
Schwefel 0,7 0,7 0,7 Beispiel 6 Gewichsteile cis-polyizopren Kautschuk 100 Zinkoxyd
3 Stearinsäure 1 Ruß/ ASTM N-220 oder 330/ 75 aromatisher Weichmacher 50 Harzextrakt
3 Phenylbetanphtylamin 1,3
N-oxydiethylen benzothiazol Sulfenmid
2,5 gemahlter Schwenfel 0,66 Beispiel 7 Gewi chtsteile Sioked Sheets /RSS No. 2/
loo -Naturkautschuk, gestreckt durch 25 Gewichts.
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teile eines aromatischen Öls - 100 Zinkoxyd 3 3 Stearinsäure 1 1 Ruß/
ASTM N-220 oder N-350/ 75 75 aromatischer Weichmacher 50 40 Harzextrakt 3 3 Phenylbetanaphthylamin
1,5 1 Tetramethylthiuramidisulfid 5 5 Zum Vergleich dieser Erfindung mit einer üblichen
Laufflächenmischung fiihren wir typische Eigenschaften der Mischung nach Beispiel
2 an: Vergleichsmischung Gewichsteile Butadien-Styrenkautschuk 32 Butadien-Styrenkautschuk
gestreckt durch 15 Gewichsteile eines aromatischen Öls 28 cis-Polybutadien 40 Zinkoxyd
3 stearinsäure 2 Ruß/ ASTM N-220/ 67 aromtaischer Weichmacher 15 Phenylbetanaphthylamin
1 N-izopropyl-N-phenyl-p-phenylendiamin 1 Parafin 1 N-cyklohexyl-2-benzothiazole
Sulfenamid 1 Diphenylguanidin 0,16 gemahlter Schwefel 1,60
Vergleichs-
Mischung mischung nach Beisp. 2 Vukanisationsoptimum 25'/150°C 30'/150°C Dichte,
g/sm3 1,15 1,12 Festigkeit, NFa 17,17 14,40 Bruxhdehnung, % 520 610 Modul 200 %,
MPa 4,84 1,95 300 %, MPa 9,10 4,24 Shorehärt e 62 42 Elastizität, % 21 18 Gleiten
bei Nässe 45 52 Gleiten auf Trockenem 96 129 Abriebbeständigkeit Bussen-Schlobach
187 kann wegen dem plastisch-elastischen Charakter nicht bestimmt werden Werte eines
Reifens mit einem Laufflächengummi für Winterverkehrsbedinungen.
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Die Auswertung ist auf glattem Eis mit einer Temperatur von -2 bis
30 a durchgeführt worden.
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Bedingungen: Belastung der Vorderachse - 58o kg Belastung der Hinterachse
- 70Q kg Luftdruck im Reifen - 200 kPa Geschwindigkeit - 20 km/h Verzögerung Fahrt
max 100 % Schlup im Kreis Slalom Wintermischung 119 117 1o8 105 übliche Produktionsmischung
100 100 100 100 Die Erfindung kann auch auf dem Fachgebiet der Runderneuerung von
abgefahrenen Reifen ausgenutzt werden.