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Die Erfindung betrifft einen Gummireifen mit quantitativ Silica-verstärkter
Gummilauffläche mit relativ hohem spezifischem elektrischen Widerstand, wie z. B.
einer Laufflächenkrone, die nur eine minimale Menge an Ruß-Verstärkung enthält,
mit mindestens einem dünnen, Ruß-verstärkten Gummistreifen mit wesentlich
geringerem oder kleinerem spezifischem elektrischem Widerstand, der auf der
Außenfläche der Lauffläche angeordnet und damit integriert ist, um sich quer über
die Lauffläche zu jeder der beiden Ruß-verstärkten Reifenseitenwände zu
erstrecken.
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Die Erfindung betrifft einen Gummireifen, der aus einer Ruß-verstärkten
Gummikarkasse zusammengesetzt ist und eine Gummilauffläche aufweist, die
quantitativ mit Silica und, falls überhaupt, mit einer minimalen Menge an Ruß
verstärkt ist und die ihrerseits einen dünnen, integrierten, seitwärts angeordneten,
äußeren Gummistreifen über der Außenfläche der Lauffläche aufweist, der eine
quantitative Menge an Ruß und, falls überhaupt, eine minimale Menge an Silica
enthält.
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Nach einem Aspekt erstreckt sich der schmale, äußere Gummistreifen radial
über die Außenfläche der Lauffläche, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist und mit
Ruß-verstärkten Reifenseitenwänden verbunden ist, um einen Weg mit einem
verringerten elektrischen Widerstand von der Außenfläche zur Reifenlauffläche zum
Wulstteil der Reifenkarkasse und dadurch einen solchen Weg mit vermindertem
elektrischem Widerstand von einem Fahrzeug zur Straßenoberfläche zu liefern.
Hintergrund
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Gummiluftreifen können mit einer Gummilauffläche hergestellt werden, die
aus einem oder mehreren Schwefel-vulkanisierbaren Elastomeren auf Dienbasis
zusammengesetzt ist, welche quantitativ mit Silica und, falls überhaupt, einer
minimalen Menge an Ruß verstärkt sein können. Die Reifenlauffläche ist für den
Bodenkontakt ausgelegt und weist gewöhnlich eine Gestaltung mit Stollen und Rillen
oder Rippen und Rillen auf Derartige Gestaltungen sind den Fachleuten auf dem
Gebiet wohlbekannt.
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Der Reifen kann auch einen Kronen/Protektor-Aufbau aufweisen, bei welchem
die Laufflächenkrone das äußere Teil der Lauffläche ist, das mit den damit
verbundenen Stollen und Rillen und/oder Rippen und Rillen für den Bodenkontakt
ausgelegt ist, und der Laufflächenprotektor der Laufflächenkrone unterlegt ist und
zwischen der Laufflächenkrone und der tragenden Reifenkarkasse angeordnet ist.
Derartige Reifen-Bauweisen sind dem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt.
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Es wird allgemein angenommen, daß Gummi selbst ohne zugegebene
Bestandteile im wesentlichen ein elektrischer Isolator oder mit anderen Worten ein
ziemlich schlechter elektrischer Leiter ist.
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Ein Ruß-verstärkter Fahrzeuggummireifen weist, obwohl er noch einen Grad
an elektrischem Widerstand zeigt, eine beträchtlich höhere elektrische Leitfähigkeit
oder einen geringeren elektrischen Widerstand als Gummi ohne Ruß-Verstärkung
auf.
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Silica ist grundsätzlich ein relativ schlechter elektrischer Leiter und daher
wird angenommen, daß eine im wesentlichen Silica-verstärkte
Gummireifenlauffläche, die, wenn überhaupt, nur eine geringe Menge an Ruß-Verstärkung aufweist,
ein relativ guter elektrischer Isolator ist, insbesondere im Vergleich mit einer
quantitativ Ruß-verstärkten Gummireifenlauffläche.
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Daher ist es zweckmäßig, einen geeigneten Weg mit relativ geringem
elektrischem Widerstand zwischen dem Reifenwulstteil und der
Laufflächenaußenfläche für einen derartigen Reifen mit quantitativ Silica-verstärkter Reifenlauffläche
und, wenn überhaupt, minimaler Ruß-Verstärkung bereitzustellen.
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Obwohl die Ableitung von erzeugter elektrischer Energie vielleicht nicht
vollständig verstanden wird, wird angenommen, daß nach einem Aspekt und sofern
es Fahrzeugreifen betrifft die Elektrizität überwiegend von der Metallfelge, z. B. aus
Stahl oder Aluminium, und dann über oder durch die Ruß-verstärkte
Gummioberfläche der Reifenkarkasse zur Außenfläche der Ruß-verstärkten
Gummilauffläche und dann in den Boden geleitet werden kann.
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Wie hier verwendet werden die Ausdrücke "quantitativ verstärkt mit Silica",
"quantitativ Silica-verstärkter Gummi" und dergleichen allgemein in Verbindung mit
einer Reifenlauffläche und mit einer Gummireifen-Laufflächenkrone in einem
Laufflächenkronen/Protektor-Aufbau verwendet, welche etwa 30 bis 100 ThK,
manchmal vorzugsweise etwa 30 bis 90 ThK Silica enthalten und welche auch
gegebenenfalls Ruß enthalten, wobei der Ruß mit nicht mehr als etwa 30 ThK
vorhanden ist. Es ist häufig bevorzugt, daß das Verhältnis von Silica zu Ruß
mindestens 2/1 und manchmal mindestens 10/1 beträgt.
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Der Ausdruck "ThK" wie hier verwendet und nach gängiger Praxis bezieht
sich auf "Teile eines betreffenden Materials pro 100 Gewichtsteile Kautschuk". In der
Beschreibung werden hier Kautschuk und Elastomer austauschbar verwendet.
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In der Beschreibung hier können der Ausdruck "vulkanisiert" oder
"vulkanisierbar" gelegentlich austauschbar mit den Ausdrücken "gehärtet" und
"härtbar" verwendet werden.
Zusammenfassung und Durchführung der Erfindung
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Nach dieser Erfindung wird ein Gummiluftreifen bereitgestellt, der die
Merkmale von Anspruch 1 umfaßt.
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In der Praxis hat der dünne, schmale, Ruß-verstärkte Gummistreifen eine
Dicke im vulkanisierten Zustand im Bereich von etwa 0,2 bis 1,5 mm, vorzugsweise
etwa 0,3 bis 0,9 mm.
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In der Praxis sind der Streifen oder je nach Fall die Streifen keine
Umfangsstreifen um die gesamte Umfangsaußenfläche des Reifens, sondern stellen
nur ein kleines, inkrementelles Teil der Außenseite der Laufflächenoberfläche dar.
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Ferner erstreckt sich der Streifen nicht über die gesamte Außenseite der
Reifenseitenwände, sondern die Seitenwände werden statt dessen selbst zu einem
integralen und wichtigen Teil des elektrisch leitfähigen Wegs, der durch die
Erfindung bereitgestellt wird.
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Bei der Durchführung der Erfindung ist es bevorzugt, daß einer dieser
Streifen verwendet wird, obwohl berücksichtigt wird, daß 1 bis 4 oder 5 dieser
Streifen verwendet werden können, die im wesentlichen gleich beabstandet
voneinander um den Kreisumfang der Reifenlauffläche vorliegen, mit der Maßgabe,
daß die Gesamtbreiten der genannten Streifen weniger als 8% des Kreisumfangs
der Reifenlauffläche ausmachen.
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Bei einer weiteren Durchführung der Erfindung wird der genannte Streifen
über der Außenseite der quantitativ Silica-verstärkten
Laufflächen-Gummizusammensetzung angeordnet und erstreckt sich dergestalt, daß er mit den Rußverstärkten
Miniflügeln der Lauffläche oder alternativ mit den Ruß-verstärkten
Seitenwänden des Reifens in Kontakt kommt, wobei der Kontakt des Streifens auf
den Randbereich der Seitenwände in Nachbarschaft zur Reifenlauffläche begrenzt
ist, wobei sich bei allem der Streifen nicht über die gesamte Außenseite der
Seitenwände erstreckt und sich daher nicht zu dem Wulstbereich des Reifens
erstreckt.
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Es wird angenommen, daß die Erfindung auf diese Weise eine beträchtliche
Abweichung von der bisherigen Praxis darstellt, einschließlich des US-Patents
2339546, welches auf einen "antistatischen" Reifen mit einem Streifen aus einer
elektrisch leitfähigen, Ruß enthaltenden Gummizusammensetzung gerichtet ist, der
sich den ganzen Weg von der Außenseite der Lauffläche zu dem Wulstteil des
Reifens erstreckt. Im US-Patent 2339546 verläßt man sich auf den elektrisch
leitfähigen Streifen, um einen Weg von dem Reifenwulstbereich zur Außenseite der
Lauffläche bereitzustellen, um den elektrischen Widerstand in der Reifenseitenwand
zu überwinden, während diese Erfindung darauf beruht, daß der elektrisch leitfähige
Streifen den elektrischen Widerstand in der Laufflächenkrone selbst überwindet und
die Ruß-verstärkten Reifenseifenwände den elektrisch leitfähigen Weg zwischen der
Außenseite der Reifenlauffläche und dem Wulstbereich des Reifens
vervollständigen. In dem genannten Patent wird ein Silica-verstärkter Reifen mit hohem
elektrischem Widerstand ebenfalls nicht berücksichtigt.
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Nach einem Aspekt ist es manchmal bevorzugt, daß das Gewichtsverhältnis
von Silica zu Ruß, falls Ruß verwendet wird, für die Reifenlauffläche mindestens
etwa 2/1 und vorzugsweise mindestens 10/1 beträgt.
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Bei der Durchführung der Erfindung, worauf hier vorstehend Bezug
genommen wurde, kann die Reifenlauffläche auch Ruß-verstärkte Miniflügel beinhalten, die
sich gewöhnlich vom Laufflächenprotektor ausdehnen, und in diesen Fällen erstreckt
sich der dünne, Ruß-verstärkte Gummistreifen über die Außenfläche von sowohl der
Lauffläche als auch mindestens einem Teil jedes Laufflächenminiflügels und kommt
alternativ mit dem Rand der Reifenseitenwände in Kontakt, ohne sich zum
Reifenwulstbereich zu erstrecken. Daher können die Miniflügel in diesem Fall auch
einen Teil des genannten elektrisch leitfähigen Weges bilden.
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Dieser Reifen ist vulkanisiert, wodurch der dünne, schmale, Ruß-verstärkte
Gummistreifen mit der Außenfläche der quantitativ Silica-verstärkten Lauffläche
covulkanisiert wird und somit damit integriert ist, wobei die Lauffläche eine
Anordnung mit Stollen und Rillen und/oder Rippen und Rillen aufweist.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine derartiger Reifen
bereitgestellt, bei dem die Seitenwände der Reifenkarkasse sich über einen kleinen
Bereich der äußersten Umfangsenden der Seiten der Reifenlauffläche erstrecken,
wobei der anhaftende, dünne, Ruß-verstärkte und covulkanisierte Gummistreifen der
Lauffläche seitwärts über die Außenfläche oder Außenseite der Lauffläche und (i)
mindestens einen Teil der Außenfläche von mindestens einem der
Reifenseitenwände oder (ii) zwischen der Lauffläche und mindestens einem der
Reifenseitenwände angeordnet ist, wobei er sich bei allem nicht über den Reifenwulstbereich
erstreckt.
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Die Laufflächenkomponenten, auf die Bezug genommen wurde, d. h. die
Lauffläche, die Laufflächenkrone, der Laufflächenprotektor und die Miniflügel, sind
Laufflächenkomponenten, die den Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt sind. Zur
Klärung kann auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden.
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Es wird davon ausgegangen, daß der äußere, dünne, Ruß-verstärkte
Gummistreifen in dem Sinne mit der Außenfläche der Gummilauffläche integriert ist,
daß er mit der Lauffläche covulkanisiert ist. Daher ist der äußere, dünne
Gummistreifen nicht ein einfaches Laminat, das durch Beschichten einer relativ kalten
Lauffläche mit einer Kautschukzusammensetzung auf Lösungsmittelbasis gebildet wird.
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Mit dem Ausdruck "covulkanisiert" ist gemeint, daß der vorstehend genannte
Ruß-verstärkte Gummistreifen und die vorstehend genannten Gummilaufflächen-
Kronenkomponenten zusammen mit der Gummireifenkarkasse covulkanisiert sind.
Diese Covalkanisation ist den Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt.
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Nach einem Aspekt der Erfindung ist es zweckmäßig, daß der Ruß,
insbesondere für den äußeren, Ruß-verstärkten Gummistreifen, für praktische
Zwecke in geeigneter Weise elektrisch leitend ist, d. h. daß die
Gummizusammensetzung mit dem Ruß einen geeigneten elektrischen Widerstand aufweist, um die
elektrische Energie bei Bildung in geeigneter Weise abzuleiten.
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Geeignete Rußarten, die für den Einsatz in der Erfindung erwogen werden,
sind Rußarten mit einer ausreichenden Oberfläche, die durch einen CTAB-Wert im
Bereich von etwa 40 bis 150 demonstriert wird. Es ist anerkannt, daß die meisten
Rußarten, die typischerweise für die Reifenlaufflächenverstärkung eingesetzt
werden, CTAB-Werte aufweisen, die in diesen Bereich fallen. Die Werte der CTAB-
Oberfläche und Bestimmungsverfahren für derartige Rußarten sind den Fachleuten
auf dem Gebiet wohlbekannt.
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In weiterer Entsprechung mit der Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Reifens bereitgestellt, welches umfaßt die Schritte (A) des
Aufbringens einer extrudierten Kautschuklauffläche auf den Umfang einer
Reifenkarkasse von Ruß-verstärktem Kautschuk unter Bildung eines Reifenaufbaus, (B)
des Aufbringens eines dünnen, schmalen, Ruß-verstärkten Kautschukstreifens über
die Außenfläche der Lauffläche, um mit jeder Seitenwand der Reifenkarkasse in
Verbindung zu stehen, und (C) des Vulkanisierens der sich ergebenden Aufbaus in
einem geeigneten Formwerkzeug bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck
unter Bildung eines Luftreifens.
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So wird praktisch ein zusammenhängender elektrisch leitfähiger Weg von
der Außenseite oder dem Bereich mit Bodenkontakt der Silica-verstärkten
Reifenlauffläche aufeinanderfolgend bereitgestellt von (i) dem vorstehend genannten
Streifen zu (ii) den Reifenseitenwänden und dann zu (iii) dem Reifenwulstteil. Der
elektrisch leitfähige Weg kann auch eine elektrisch leitfähige Metallreifenfelge in
Kontakt mit dem Reifenwulstteil beinhalten, wenn der Reifen auf einer elektrisch
leitfähigen Metallfelge montiert ist.
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Für die Zwecke dieser Darstellung sieht man den Reifen als aus einer
Umfangslauffläche und einer tragenden Karkasse zusammengesetzt an. Man geht
davon aus, daß die Karkasse aus relativ gewöhnlichen Elementen zusammengesetzt
ist, die Ruß-verstärkte Gummiseitenwände (obwohl ein Teil der äußeren Oberfläche
der Seitenwände durch ein geeignetes Pigment, wie z. B. weißes Titandioxid, gefärbt
sein kann und daher kein Ruß enthält), Wülste, Kernreiter, Innengummi und die
tragenden Karkasslagen, einschließlich gewebeverstärkter Lagen, beinhalten, aber
nicht darauf beschränkt ist. Ein Schulterbereich eines Reifens wird angesehen als
ein Bereich des Reifens, in dem die Seitenwand auf die Lauffläche trifft. Er stellt
normalerweise keine scharfe Grenzlinie dar und seine tatsächliche Position kann von
Reifen zu Reifen etwas variieren. Das Wulstteil der Karkasse ist typischerweise aus
einem relativ nichtdehnbaren Drahtbündel, das von Ruß-verstärktem Gummi umhüllt
ist, zusammengesetzt und für den Kontakt mit einer Metallfelge ausgelegt, auf der
der Reifen selbst montiert wird, um eine Reifen/Felgen-Anordnung zu bilden, die
ihrerseits gewöhnlich angepaßt ist, um an ein Fahrzeug, insbesondere eine Nabe
oder ein Rad eines Fahrzeugs, montiert zu werden. Die Felge ist typischerweise aus
Stahl oder Aluminium oder einer Legierung davon und ist somit elektrisch leitfähig,
da davon ausgegangen wird, daß das Metall einen sehr geringen elektrischen
Widerstand aufweist. Der Ausdruck "Metall" wie hier für die Metallfelge verwendet
soll elektrisch leitfähige Metalle bezeichnen, wie z. B. die vorstehend genannten
Stahl- und Aluminiumfelgen, wie es auch die Fachleute auf dem Gebiet verstehen
würden.
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Mit dem Ausdruck "Ruß-verstärkt" ist gemeint, daß die Gummikomponenten
des Reifenkarkassgummis, die mit Ruß verstärkt sind, eine quantitative Menge an
Ruß-Verstärkung, normalerweise mindestens 30 ThK, gewöhnlich mindestens etwa
40 ThK, und gewöhnlich, falls überhaupt, eine minimale Menge an Silica enthalten,
so daß der Ruß, soweit es Ruß und Silica betrifft, den Hauptteil darstellt.
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Es wird berücksichtigt, daß bei manchen Reifenbauweisen Ruß-verstärkte
Gummikomponenten, wie z. B. Komponenten, die manchmal als Chipper und
Wulstbänder bekannt sind, sich in der Wulstfläche oder im Wulstbereich des
Reifenaufbaus befinden können, um die Polsterung der Wulstkomponente gegen die
Metallfelge zu unterstützen. Im Kontext dieser Beschreibung soll eine Bezugnahme
auf die vorstehend genannte Wulstkomponente der Reifenkarkasse diese anderen,
damit verbundenen Gummikomponenten beinhalten, sofern nicht anders
angegeben, und dadurch sind sie ein Teil der Reifenkarkasse.
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Wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, wird der Reifen, der
manchmal als Luftreifen bezeichnet werden kann, in der Praxis auf die Metallfelge
montiert und der Hohlraum, der von der Metallfelge und der Luftreifenkarkasse
umhüllt ist, wird mit Druckluft beaufschlagt.
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Die hier vorstehend genannten Konstruktionselemente oder Komponenten
eines Luftreifens und einer Reifenkarkasse ebenso wie die Reifen/Felgen-
Zusammenstellung sind dem Fachmann für Reifentechnik auch wohlbekannt.
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Es ist verständlich, daß ein herkömmlicher Laufflächenaufbau und je nach
Fall ein Kronen/Protektor-Laufflächenaufbau typischerweise durch ein
Extrusionsverfahren hergestellt werden, wobei im Fall eines Kronen/Protektor-Aufbaus die Krone
und der Protektor gemeinsam unter Bildung eines vereinten Extrudats extrudiert
werden. Diese Laufflächenextrusionsverfahren sind den Fachleuten auf dem Gebiet
wohlbekannt.
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Es wird hier davon ausgegangen, daß ein zusammenhängender Weg mit
relativ geringem elektrischem Widerstand zwischen der elektrisch leitfähigen
Metallfelge einer Reifen/Rad-Anordnung (Reifen/Felgen-Anordnung) und der
äußeren Reifenlaufflächen-Oberfläche und dann zum Boden über das
Rußverstärkte Gummi des Reifens, einschließlich der Laufflächenkomponente für den
Bodenkontakt, für eine derartige Reifen/Felgen-Anordnung gebildet wird, die an
einem Fahrzeug montiert ist, das sich auf dem Boden bewegen soll.
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Auf diese Weise wird hier davon ausgegangen, daß potentielle elektrische
Energie, die möglicherweise durch Komponenten von oder in einem sich
bewegenden Fahrzeug, wie dessen sich drehende Räder und damit verbundene
Reifen/Felgen-Anordnungen, bei der Bewegung über den Boden erzeugt werden
kann, von der Felge einer Reifen/Felgen-Anordnung am Fahrzeug über den Weg
des Ruß-verstärkten Gummis der Reifenkarkasse und der Lauffläche oder der
Laufflächenkrone einer Lauffläche mit einem Kronen/Protektor-Aufbau in den Boden
abgeleitet wird, wobei die Lauffläche oder je nach Fall die Laufflächenkrone
normalerweise die äußere Gummioberfläche des Reifens darstellt, die den Boden
berühren soll.
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Daher wird nach einem Aspekt hier davon ausgegangen, daß das
Rußverstärkte Gummi der Reifenkarkasse und die damit verbundene Lauffläche
normalerweise einen Weg mit ausreichend geringem elektrischem Widerstand
bereitstellen, damit potentielle elektrische Energie abgeleitet wird und dadurch die
Bildung und/oder Anreicherung von elektrostatischer Ladung unter den dynamischen
Bedingungen eines sich drehenden Reifens an einem Fahrzeug, das sich über den
Boden bewegt, verzögert oder verhindert werden.
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Wie hier vorstehend ausgeführt, können in der Praxis manchmal
Rußverstärkte Gummireifen hergestellt werden, die äußere Gummilaufflächen oder
Laufflächenkronen aufweisen, die für den Bodenkontakt ausgelegt sind, die
quantitativ mit Silica verstärkt sind und nur minimale Mengen, wie z. B. 15 ThK oder
weniger, an Ruß enthalten.
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In einem derartigen Silica-verstärkten Reifenlaufflächen-Aufbau kann,
obwohl die verschiedenen anderen Gummikomponenten des Reifens, d. h. die
vorstehend genannte Gesamtreifenkarkasse, quantitativ mit Ruß mit einer minimalen
Menge, falls überhaupt, an Silica verstärkt sind und daher einen relativ niedrigen
elektrischen Widerstand in der Größenordnung von 1 Megaohm oder weniger
aufweisen können, die Silica-verstärkte Lauffläche selbst einen wesentlich höheren
elektrischen Widerstand oder eine niedrige elektrische Leitfähigkeit in der
Größenordnung von mindestens 1.000 Megaohm aufweisen und daher bildet eine derartige
Lauffläche eine gewisse elektrische Isolierung zwischen der Reifenkarkasse und
dem Boden. Ein derartiger Reifenaufbau weist eine wesentlich geringere Tendenz
auf, statische Elektrizität vom Reifen zum Boden und insbesondere von der
Metallfelge einer Reifen/Felgen-Anordnung zur äußeren Oberfläche der
Reifenlauffläche und dann zum Boden abzuleiten, die durch die dynamische Drehung des
Reifens an einem sich bewegenden Fahrzeug erzeugt werden kann.
Dementsprechend wird davon ausgegangen, daß ein Potential für die Bildung oder
Steigerung statischer Elektrizität für einen derartigen Reifenaufbau mit einer Silica-
verstärkten Lauffläche größer ist als für einen ähnlichen Reifen mit einer
Rußverstärkten Lauffläche.
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Es wird berücksichtigt, daß darüber nachgedacht werden kann, eine
Beschichtung auf Basis von organischem Lösungsmittel oder auf Wasserbasis von
einer Ruß enthaltenden Kautschukzusammensetzung auf die äußere Oberfläche der
quantitativ Silica-verstärkten Gummilauffläche aufzubringen, um einen leichteren
Weg mit relativ geringem elektrischem Widerstand zu bilden, der bei der Drehung
der Reifen am Fahrzeug den Ruß-verstärkten Gummiseitenwandbereich des Reifens
mit der äußeren Laufflächenoberfläche und dann mit dem Boden verbindet. Tatsächlich
werden Elastomer/Ruß-Beschichtungen, die entweder als
Zusammensetzungen auf Wasserbasis oder auf Basis von organischem Lösungsmittel
aufgebracht werden können und die manchmal als Anvulkanisationsanstriche bezeichnet
werden, häufig auf verschiedene Oberflächen von einem grünen oder
unvulkanisierten Reifenaufbau aufgebracht, bevor der Reifen in einem geeigneten
Formwerkzeug vulkanisiert wird. Der Zweck von derartigen Anvulkanisationsanstrichen kann
z. B. die Verringerung der Reibung zwischen dem Reifen und der damit verbundenen
Vulkanisierform und die Verbesserung der Entlüftung zwischen dem Reifen und dem
Formwerkzeug während der Vulkanisation sein. Siehe z. B. US-Patent 4857397 und
4329265.
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Es ist anerkannt, daß eine dünne, äußere Gummibeschichtung, wenn sie auf
eine Reifenlaufflächen-Oberfläche aufgebracht wird, relativ rasch beim Gebrauch
des Reifens abgenutzt wird, was die Beschichtung auf den Oberflächen innerhalb
der Rillen in einer Reifenlauffläche zurückläßt, die typischerweise eine Stollen/Rillen-
Gestaltung oder -Konfiguration aufweist. Es wird hier berücksichtigt, daß dadurch nur
ein sehr geringer Anteil der Beschichtung, d. h. die Dicke der Beschichtung an den
Wänden der Reifenlaufflächenstollen, tatsächlich für eine direkte Gegenüberstellung
oder einen direkten Kontakt mit dem Boden verfügbar ist, um leichter einen relativ
geringen elektrischen Widerstand vom Reifen zum Boden für einen Reifen mit einer
Lauffläche, die quantitativ mit Silica verstärkt ist, zu bilden.
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Es wird daher hier davon, ausgegangen, daß die Ruß-verstärkte
Gummischicht über der äußeren Oberfläche der Silica-verstärkten Gummilauffläche für die
praktische Durchführung eine dünne, schmale, Ruß enthaltende Gummischicht sein
sollte, die in der Lauffläche integriert ist und so eine gute Haftung zur Lauffläche
aufweist, insbesondere innerhalb der Reifenlaufflächen-Rillen, einschließlich der
Stollenwände, und eine ausreichende Querschnittsdicke oder Oberfläche zum
Boden des Gummistreifens an den Wänden der Stollen der Reifenlauffläche
darbietet, um wirksam zu sein, nachdem die genannte Schicht von der äußeren
Oberfläche der Laufflächenstollen abgerieben worden ist.
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Nach einem alternativen Aspekt ist es für eine Reifenlauffläche, die
herkömmlicherweise mit einer Kombination von Stollen und Rillen gestaltet ist,
zweckmäßig, daß die Rillen direkt oder indirekt mit der Ruß-verstärkten Gummischulter
des Reifens, dem Bereich des Reifens, in dem die Seitenwand und die
Lauffläche aufeinander treffen, verbunden sind, damit der Ruß-verstärkte
Gummistreifen einen zusammenhängenden elektrisch leitfähigen Weg zwischen den
Seitenwänden des Reifens über die äußere Oberfläche des Bereichs der Lauffläche
mit Bodenkontakt bereitstellt.
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Bei einem Kronen/Protektor-Aufbau einer Reifenlauffläche, die den
Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt ist, und für die Zwecke dieser Erfindung
wird ins Auge gefaßt, daß die Krone im wesentlichen mit Silica verstärkt ist und der
Protektor im wesentlichen mit Ruß verstärkt ist.
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In der Praxis ist es zweckmäßig, daß das dünne Gummi auf und über der
äußeren Oberfläche der Reifenlauffläche (i) eine quantitative Menge Ruß enthält und
einen relativ geringen elektrischen Widerstand aufweist oder eine ausreichende
elektrische Leitfähigkeit hat, um die Ableitung von elektrischer Energie unter den
vorstehend genannten Bedingungen zu unterstützen, (ii) mit der
Gummireifenlauffläche covulkanisiert ist, um mit der Lauffläche und den Wänden der Rillen einer
Reifenlaufflächen-Konfiguration aus Stollen und Rillen integriert zu sein, (iii) relativ
dünn und schmal ist, so daß er die Laufflächeneigenschaften der Lauffläche nicht
merklich beeinflußt, und (iv) dennoch dick genug ist, so daß ein Querschnitt der
Schicht an den Wänden einer Stolle in der Lauffläche mit der Stollen-und-Rillen-
Konfiguration einen geeignet niedrigen elektrischen Widerstand zum Boden bieten
kann, so daß es nicht notwendig ist, die Auswahl an Rußarten auf Rußarten mit
außerordentlich geringem elektrischem Widerstand zu beschränken. Tatsächlich ist
zu erwarten, daß ein Teil des dünnen Gummistreifens während des Gebrauchs des
Reifens von der äußeren Oberfläche der Reifenlaufflächenstollen abgenutzt wird, so
daß der Querschnitt oder die Dicke des dünnen Gummistreifens auf den
Stollenwänden der Lauffläche dafür verantwortlich ist, für einen Weg mit relativ
geringem elektrischem Widerstand von der Lauffläche zum Boden zu sorgen.
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Obwohl nicht darauf beschränkt, können verschiedene
Schwefel-vulkanisierbare Elastomere und Kombinationen davon für den Aufbau der verschiedenen
Elemente des Reifens verwendet werden.
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Elastomere, die in Erwägung gezogen werden, sind Homopolymere und
Copolymere von konjugierten Dien-Kohlenwasserstoffen und Copolymere von
konjugierten Dienen und aromatischen Vinylverbindungen, wie z. B. Styrol und α-
Methylstyrol. Veranschaulichende Beispiele für verschiedene Diene sind Isopren und
Butadien. Veranschaulichende Beispiele für verschiedene Elastomere sind z. B. cis-
1,4-Polyisopren- (natürlich und synthetisch), cis-1,4-Polybutadien, Styrol/Butadien-
Copolymere, sowohl durch Emulsions- als auch durch organische
Lösungspolymerisation hergestellte Copolymere, Isopren/Butadien-Copolymere, 3,4-Polyisopren,
Polybutadien mit einem mittleren Vinylgehalt mit etwa 30 bis 70% Vinylgehalt und
Styrol/Isopren/Butadien-Terpolymere.
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Der covulkanisierte, Ruß-verstärkte, dünne, schmale Gummistreifen auf der
äußeren Oberfläche der Reifenlauffläche liefert einen Weg mit relativ geringem
elektrischem Widerstand im Vergleich zu einer Sllica-verstärkten Reifenlauffläche
und daher einen Weg zur Ableitung von statischer Elektrizität zwischen dem Boden
und dem Reifenwulstteil und daher der Metallfelge des Fahrzeugrades, an dem der
Reifen montiert sein kann.
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Nachdem die Reifenlauffläche beim Gebrauch abgenutzt wird, so daß der
äußere Ruß-verstärkte Gummistreifen von der Außenfläche der Stollen einer
Reifenlauffläche mit einer Konfiguration aus Stollen und Rillen abgerieben worden
ist, wird der Weg zur Ableitung der statischen Elektrizität durch die Dicke des
Gummistreifens an den Wänden der Stollen einer Lauffläche mit Stollen-und-Rillen-
Konfiguration beibehalten.
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Die beigefügten Zeichnungen werden für das weitere Verständnis der
Erfindung vorgestellt, obwohl es nicht beabsichtigt ist, daß die Erfindung auf die
Darstellung der Zeichnungen beschränkt ist. Für die Zeichnungen gilt:
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Fig. 1 stellt eine perspektivische Querschnittsansicht eines unvulkanisierten
Reifens dar, einschließlich einer Zusammenstellung von einer Reifenkarkasse aus
einer oder mehreren mit Ruß verstärkten Kautschukzusammensetzungen mit relativ
hoher elektrischer Leitfähigkeit oder relativ geringem elektrischem Widerstand und
einer Kautschuk-Umfangslauffläche mit relativ hohem elektrischem Widerstand mit
einem dünnen, mit Ruß verstärkten Kautschukstreifen mit relativ geringem
elektrischem Widerstand, der auf dem Reifenaufbau angeordnet ist. Beispielsweise kann
es sich bei der Lauffläche mit relativ hohem elektrischem Widerstand um eine
Elastomerzusammensetzung handeln, die mit mindestens 40 ThK Silica und weniger
als 10 ThK Ruß zur Gummiverstärkung verstärkt ist.
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Fig. 2 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht eines geformten, aber
unvulkanisierten Reifenaufbaus mit einem einzelnen unvulkanisierten, dünnen,
Rußverstärkten Kautschukstreifen mit relativ geringem elektrischem Widerstand auf der
äußeren Oberfläche der Lauffläche, der sich seitwärts über die Lauffläche erstreckt,
um mit beiden Miniflügeln der Reifenlauffläche und alternativ mit den
Kautschukseitenwänden des Reifens mit relativ geringem elektrischem Widerstand
in Kontakt zu kommen.
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Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des Reifens von Fig. 2, der bei erhöhter
Temperatur und erhöhtem Druck vulkanisiert worden ist und den möglichen
Kronen/Protektor-Laufflächenaufbau zeigt, in welchem die Anordnung der Lauffläche
mit erhabenen Stollenbereichen und vertieften Rillen dargestellt ist. Der genannte
Streifen berührt den Laufflächenprotektor nicht und erstreckt sich überdies nicht über
die Lauffläche zu irgendeinem anderen Teil des Reifens. Ferner erstreckt sich der
Streifen nicht um den Umfang der Reifenlauffläche, sondern statt dessen, wie hier
vorstehend erläutert, seitwärts (lateral) über den Reifen.
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Fig. 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Reifens von Fig. 2,
bei dem ein Teil des vorstehend genannten dünnen, mit Ruß verstärkten
Gummistreifens auf der äußeren Oberfläche der Stollenoberflächen, die den Boden
kontaktieren sollen, abgerieben oder abgeschwabbelt ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird ein Gummireifen 1 vorgestellt,
der aus (i) einer Reifenkarkasse 2 mit zwei voneinander beabstandeten Wulstteilen 3
mit Ruß-verstärkter Gummizusammensetzung und Seitenwänden 4 mit
Rußverstärkter Gummizusammensetzung, die sich von den Wülsten zur Krone des
Reifens 1 erstrecken, und (ii) einer äußeren Gummi-Umfangslauffläche 5 mit einem
Kronen/Protektor-Aufbau aus einer Laufflächenkrone 6 aus einer mit Silica
verstärkten Gummizusammensetzung, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist, und
einem darunter liegenden Laufflächenprotektor 7 aus einer mit Ruß verstärkten
Gummizusammensetzung, um die Laufflächenkrone 6 zu tragen und auf der
Reifenkarkasse 2 zu ruhen, zusammengesetzt ist. Die Reifenlauffläche 5 weist auch
Miniflügel 8 aus einer mit Ruß verstärkten Gummizusammensetzung auf, die sich
seitwärts nach außen von dem Laufflächenprotektor 7 auf der Schulter oder dem
Rand der Reifenseitenwände 4 in Nachbarschaft zur Lauffläche erstrecken.
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Die Gummilauffläche 5 oder im Fall eines Laufflächenkronen/Protektor-
Aufbaus die Laufflächenkrone 6 sind im wesentlichen mit etwa 50 ThK gefällter
Kieselsäure Silica-verstärkt und enthalten weniger als 10 ThK Ruß zur
Gummiverstärkung und es wird daher hier davon ausgegangen, daß sie einen relativ hohen
elektrischen Widerstand aufweisen.
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Die Gummi- oder die verschiedenen Elastomerzusammensetzungen, die in
dem Laufflächenprotektor 7, den Laufflächenminiffügeln 8, den Seitenwänden 4 und
den Wulstteilen 3 enthalten sind oder einen Teil davon bilden, sind mit mindestens
40 ThK Gummi-verstärkendem Ruß Ruß-verstärkt und weisen, wenn überhaupt,
weniger als 10 ThK gefällte Kieselsäure auf und es wird daher hier davon
ausgegangen, daß sie einen relativ geringen elektrischen Widerstand im Vergleich
zu der Sllica-verstärkten Reifenlauffläche aufweisen.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein dünner, schmaler, mit Ruß verstärkter
Gummistreifen 9 auf der äußeren Oberfläche der Reifenlauffläche 5 oder im Fall
einer Lauffläche mit Kronen/Protektor-Aufbau einer Laufflächenkrone 6 angeordnet,
um sich seitwärts über die Außenseite der Lauffläche 6 zu erstrecken, so daß der
Gummistreifen mit mindestens einem der und vorzugsweise beiden
Laufflächenminiflügeln 8 in Kontakt ist, und alternativ erstreckt er sich zum Rand der Seitenwände 7
in Nachbarschaft zur Lauffläche, wobei er sich bei allem nicht auf die
Reifenwulstteile 3 erstreckt. Es ist zu berücksichtigen, daß, wenn die Lauffläche 6 oder je
nach Fall die Laufflächenkrone 7 keine Miniflügel 8 aufweisen, sich der Streifen 9
dann seitwärts über die Außenseite der Lauffläche zu den Laufflächenseitenwänden
7 erstreckt, wie z. B. durch Angrenzen oder Überlappen mit einem Teil der äußeren
Oberfläche der Seitenwände 7. Der Streifen 9 kann sich mit oder ohne die Miniflügel
8 gegebenenfalls so ausdehnen, daß ein Teil der Außenseite der Seitenwände 8 in
Nachbarschaft zur Lauffläche zu einem Endpunkt 10 in einem Bereich des Reifens,
der gewöhnlich als Schulter des Reifens bezeichnet wird, bedeckt wird.
-
Der Reifenaufbau wie in Fig. 2 gezeigt mit der Lauffläche 5, die auf der
Reifenkarkasse 4 aufgebaut ist, zusammen mit dem dünnen, schmalen, mit Ruß
verstärkten Kautschukstreifen 9, wird in einem geeigneten Formwerkzeug geformt
und vulkanisiert, um einen wie in Fig. 3 gezeigten Reifen mit einer Lauffläche zu
bilden, die mit Stollen 11 und Rillen 12 gestaltet ist, auf die hier Bezug genommen
wurde. Der dünne, schmale, mit Ruß verstärkte Gummistreifen 9, der eine äußere
Oberfläche und Wände der Laufflächenstollen 11 und die Böden der Rillen 12
überdeckt, erstreckt sich über mindestens einen Teil des mit Ruß verstärkten
Gummis der Miniflügel 8 und bedeckt sie, welche nun einen Teil der
Reifenseitenwand 5 überlappen, der sich im Schulterbereich des Reifens befindet,
wo sich die Lauffläche und die Seitenwände 5 treffen.
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Wenn der Reifen 1 auf einer geeigneten, elektrisch leitfähigen, starren
Metallfelge, wie z. B. einer Stahl- oder Aluminiumfelge, montiert und luftgefüllt worden
ist, wobei die Felge selbst an einem Rad eines Fahrzeugs montiert ist, wird ein Weg
für die elektrische Ableitung zwischen der Felge und der äußeren Oberfläche der
Lauffläche 1 und dadurch zum Boden durch den vorstehend aufgeführten elektrisch
leitfähigen, seitwärts angeordneten Gummistreifen 9 gebildet, der mit mindestens
einer anderen, mit Ruß verstärkten Gummikomponente des Reifens in Kontakt ist.
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Wenn der genannte dünne, schmale, mit Ruß verstärkte Gummistreifen 9
auf den äußeren, den Boden berührenden Oberflächen der Laufflächenstollen 11
abgerieben wird, um einen Teil 15 der darunter liegenden Lauffläche 1 oder je nach
Fall der Laufflächenkrone 6 zu zeigen, wird ein elektrisch leitfähiger Weg durch den
genannten Streifen 9 auf den Wänden der Laufflächenstollen 11, die ihrerseits den
Boden berühren, und weiter über den verbindenden Rillenweg. 14, der sich zu den
mit Ruß verstärkten Laufflächenminiflügeln 8 oder zur Schulter 3 des Reifens oder
alternativ zum Endpunkt 10 erstreckt, gebildet.
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Die herkömmlicherweise eingesetzten Kieselsäure-haltigen Pigmente
(Silica), die in Kautschukcompoundier-Anwendungen verwendet werden, sind in der
Praxis vorzugsweise gefällte Kieselsäure-haltige Pigmente (hier als Silica
bezeichnet).
-
Die Kieselsäure-haltigen Pigmente, die in der Erfindung vorzugsweise
eingesetzt werden, sind gefällte Kieselsäuren, wie z. B. solche, die durch Ansäuern
eines löslichen Silicats, z. B. Natriumsilicat, erhalten werden.
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Die Kieselsäure-haltigen Pigmente sollten z. B. eine grundlegende
Teilchengröße im Bereich von 50 bis 10.000 Å, bevorzugt zwischen 50 und 400 Å,
aufweisen. Die BET-Oberfläche des Pigments, eine Messung mit Stickstoffgas, liegt
vorzugsweise im Bereich von etwa 50 bis 300 m²/g, vorzugsweise etwa 120 bis 200
m²/g. Das BET-Verfahren zur Ermittlung der Oberfläche wird im Journal of the
American Chemical Society, Bd. 60, S. 304 (1930) beschrieben.
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Das Silica weist auch typischerweise einen Dibutylphtalat (DBP)-
Absorptionswert im Bereich von etwa 100 bis 400 und gewöhnlich etwa 150 bis 300
auf.
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Es kann erwartet werden, daß das Silica eine mittlere grundlegende
Teilchengröße von z. B. im Bereich von etwa 0,01 bis 0,05 Mikron nach Bestimmung
mittels Elektronenmikroskop aufweist, obwohl die Silicateilchen sogar kleiner sein
können.
-
Verschiedene im Handel erhältliche Silicasorten können für den Einsatz in
der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie Silicasorten, die im Handel erhältlich
sind von PPG Industries unter der Marke Hi-Sil mit den Bezeichnungen 210, 243
usw., Silicasorten, die erhältlich sind von Rhone-Poulenc, wie z. B. Zeosil 1165MP,
und Silicasorten, die erhältlich sind von Degussa AG mit Bezeichnungen wie z. B.
VN2, VN3 und 3370, was nur Beispiele sind und keine Beschränkung darstellt.
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Wenn eine quantitative Silicaverstärkung für eine Gummireifenlauffläche
gewünscht ist, wird gewöhnlich teilchenförmige, gefällte Kieselsäure mit einem
Haftvermittler, der manchmal als Silica-Haftvermittler bezeichnet wird, verwendet.
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Es werden häufig Verbindungen verwendet, die in der Lage sind, sowohl mit
der Silicaoberfläche als auch mit dem Kautschukelastomer-Molekül in einer Weise
zu reagieren, daß das Silica eine Verstärkungswirkung auf das Gummi ausübt, von
denen viele den Fachleuten auf dem Gebiet als Haftvermittler oder Haftmittel
bekannt sind. Diese Haftvermittler können z. B. mit den Silicateilchen vorgemischt
oder vorher umgesetzt werden oder zur Kautschukmischung während der
Kautschuk/Silica-Verarbeitungs- oder -Mischstufe zugegeben werden. Wenn der
Haftvermittler und das Silica getrennt zur Kautschukmischung während der
Kautschuk/Silica-Mischungs- oder -Verarbeitungsstufe zugegeben werden, wird
angenommen, daß der Haftvermittler sich dann in situ mit Silica verbindet.
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Insbesondere können diese Haftvermittler z. B. aus einem Silan
zusammengesetzt sein, das eine Konstituentenkomponente oder Gruppe (die
Silangruppierung), die in der Lage ist, mit der Silicaoberfläche zu reagieren, und
auch eine Konstituentenkomponente oder Gruppe, die in der Lage ist, mit dem
Kautschuk zu reagieren, insbesondere einem Schwefel-vulkanisierbaren Kautschuk,
der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen oder Ungesättigtheit enthält, aufweist.
Auf diese Weise wirkt der Haftvermittler dann als Verbindungsbrücke zwischen dem
Silica und dem Kautschuk und verbessert dadurch das
Kautschukverstärkungsverhalten des Silicas.
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Nach einem Aspekt bildet das Silan des Haftvermittlers anscheinend eine
Bindung mit der Silicaoberfläche, möglicherweise durch Hydrolyse, und die mit
Kautschuk reaktive Komponente des Haftvermittlers verbindet sich mit dem
Kautschuk selbst.
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Es sind zahlreiche Haftvermittler für die Verwendung zur Verbindung von
Silica und Kautschuk gelehrt worden, wie z. B. Silan-Haftvermittler mit einer
Polysulfid-Komponente oder -Struktur, wie z. B. Bis(3-triethoxysilyipropyl)tetrasulfid.
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Es ist den Fachleuten auf dem Gebiet ohne weiteres verständlich, daß die
Kautschukzusammensetzung des Laufflächenkautschuks durch Verfahren
compoundiert wird, die auf dem Gebiet der Kautschukcompoundierung allgemein
bekannt sind, wie z. B. Mischen verschiedener Schwefel-vulkanisierbarer
Konstituentenkautschuke mit verschiedenen herkömmlich verwendeten Additivmaterialien,
wie z. B. Vulkanisierhilfsmitteln, wie z. B. Schwefel, Aktivatoren, Verzögerern und
Beschleunigern, Verarbeitungsadditiven, wie z. B. Ölen, Harzen, einschließlich
klebrigmachender Harze, Silicasorten und Weichmachern, Füllstoffen, Pigmenten,
Fettsäure, Zinkoxid, Wachsen, Antioxidationsmitteln und Ozonschutzmitteln,
Peptisiermitteln und Verstärkungsstoffen, wie z. B. Ruß. Wie den Fachleuten auf dem Gebiet
bekannt ist, werden die vorstehend genannten Additive in Abhängigkeit von der
beabsichtigten Verwendung der Schwefel-vulkanisierbaren und
Schwefelvulkanisierten Materialien (Gummis) ausgewählt und in herkömmlichen Mengen in
herkömmlicher Weise verwendet.
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Typische Zugaben an Ruß, falls verwendet, sind für diese Erfindung hier
vorstehend aufgeführt. Typische Mengen an klebrigmachenden Harzen, falls
verwendet, umfassen etwa 0,5 bis 10 ThK, gewöhnlich etwa 1 bis 5 ThK. Typische
Mengen an Verarbeitungshilfsstoffen umfassen etwa 1 bis 50 ThK. Diese Verarbeitungshilfsstoffe
können z. B. aromatische, naphthenische und/oder paraffinische
Verarbeitungsöle beinhalten. Typische Mengen an Antioxidationsmitteln umfassen
etwa 1 bis 5 ThK. Veranschaulichende Beispiele für Antioxidationsmittel können z. B.
Diphenyl-p-phenylendiamin und andere sein, wie z. B. solche, die in Vanderbilt
Rubber Handbook (1978), Seiten 344-346, offenbart sind. Typische Mengen an
Ozonschutzmitteln umfassen etwa 1 bis 5 ThK. Typische Mengen an Fettsäuren,
falls verwendet, die Stearinsäure einschließen können, umfassen etwa 0,5 bis 3
ThK. Typische Mengen an Zinkoxid umfassen etwa 2 bis 5 ThK. Typische Mengen
an Wachsen umfassen etwa 1 bis 5 ThK. Häufig werden mikrokristalline Wachse
verwendet. Typische Menge an Peptisiermitteln umfassen etwa 0,1 bis 1 ThK.
Typische Peptisiermittel können z. B. Pentachlorthiophenol und
Dibenzamidodiphenylsulfid sein.
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Die Vulkanisation erfolgt in Anwesenheit eines Schwefel-Vulkanisiermittels.
Beispiele für geeignete Schwefel-Vulkanisiermittel beinhalten elementaren Schwefel
(freien Schwefel) oder Schwefel-abgebende Vulkanisiermittel, wie z. B. ein
Amindisulfid, polymeres Polysulfid oder Schwefel-Olefin Addukte. Vorzugsweise ist das
Schwefel-Vulkanisiermittel elementarer Schwefel. Wie den Fachleuten auf dem
Gebiet bekannt ist, werden Schwefel-Vulkanisiermittel in einer Menge im Bereich von
etwa 0,5 bis 4 ThK oder sogar in einigen Fällen bis zu etwa 8 ThK verwendet, wobei
ein Bereich von etwa 1,5 bis 2,5, manchmal 2 bis 2,5, bevorzugt ist.
-
Beschleuniger werden verwendet, um die Zeit und/oder die Temperatur, die
zur Vulkanisation und zur Verbesserung der Eigenschaften des Vulkanisats
erforderlich sind, zu steuern. Verzögerer werden auch für die
Vulkanisationsgeschwindigkeit verwendet. In einer Ausführungsform kann ein einzelnes
Beschleunigersystem verwendet werden, d. h. ein Primärbeschleuniger. Herkömmlicherweise
und bevorzugt werden ein oder mehrere Primärbeschleuniger in Gesamtmengen im
Bereich von etwa 0,5 bis 4 ThK, vorzugsweise von etwa 0,8 bis 1,5 ThK, verwendet.
In einer anderen Ausführungsform können Kombinationen von einem Primär-
und/oder einem Sekundärbeschleuniger verwendet werden, wobei der
Sekundärbeschleuniger in Mengen von etwa 0,05 bis 3 ThK verwendet wird, z. B. um zu
aktivieren und die Eigenschaften des Vulkanisats zu verbessern. Es ist zu erwarten,
daß Kombinationen dieser Beschleuniger eine synergistische Wirkung auf die
Endeigenschaften ausüben, die etwas besser sind als solche, die durch Gebrauch
jedes Beschleunigers allein gebildet werden. Außerdem können Beschleuniger mit
verzögerter Wirkung verwendet werden, die bei normalen
Verarbeitungstemperaturen nicht beeinflußt werden, aber eine zufriedenstellende Vulkanisation bei
gewöhnlichen Vulkanisationstemperaturen ergeben. Geeignete Beschleunigerarten,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Amine, Disulfide,
Guanidine, Thioharnstoffe, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide, Dithiocarbamate und
Xanthate. Der Primärbeschleuniger ist vorzugsweise ein Sulfenamid. Wenn ein
Sekundärbeschleuniger verwendet wird, ist der Sekundärbeschleuniger
vorzugsweise eine Guanidin-, Dithiocarbamat- oder Thiuramverbindung. Es wird davon
ausgegangen, daß die Anwesenheit und die relativen Mengen an
Schwefel-Vulkanisiermittel und Beschleuniger(n) kein Aspekt dieser Erfindung sind, die
hauptsächlich auf die Verwendung von Silica als Verstärkungsfüllstoff in Kombination mit
einem Haftvermittler gerichtet ist.
-
Die Anwesenheit und die relativen Mengen der vorstehend genannten
Additive werden nicht als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung angesehen, die
überwiegend auf einen Reifen mit einer quantitativ Silica-verstärkten Lauffläche
gerichtet ist, der einen dünnen, schmalen, integrierten, mit Ruß verstärkten
Gummistreifen auf der äußeren Oberfläche der Reifenlauffläche aufweist, um einen Weg
mit relativ geringem elektrischem Widerstand oder relativ hoher Leitfähigkeit von der
äußeren Oberfläche der Lauffläche zum Wulstteil der Lauffläche zu bilden.
-
Der Reifen kann durch verschiedene Verfahren, die den Fachleuten auf dem
Gebiet ohne weiteres ersichtlich sind, gebaut, geformt, pressgeformt und vulkanisiert
werden.
-
Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele besser
verstanden werden im denen Teile und Prozentgehalte sich auf das Gewicht
beziehen, sofern nicht anders angegeben.
Beispiel I
-
Es wurden Gummiluftreifen, die hier als Reifen A, B und C bezeichnet
werden, vom Typ und von der Abmessung P205/55R16 hergestellt. Die Reifen
wiesen, sofern es die Lauffläche (Laufflächenkrone/Protektor-Aufbau), Miniflügel,
Seitenwände und Wülste betrifft, einen mit Fig. 2 und Fig. 3 ähnlichen Aufbau auf.
Alle Reifen hatten die gleichen, mit Ruß verstärkten Gummikarkassen mit damit
verbundenen, mit Ruß verstärkten Gummiwulst- und -seitenwandkomponenten. Alle
Reifen wiesen Laufflächen mit Kronen/Protektor-Aufbau mit Miniflügeln auf, die sich
von der Lauffläche über die Seitenwände erstreckten. Alle Laufflächen wiesen den
gleichen Oberflächenaufbau mit Stollen und Rillen auf, wobei die Rillen sich mit den
Seitenwänden der Reifen im Schulterbereich verbanden. Alle Reifenlaufflächen
waren aus coextrudierten quantitativ Silica-verstärkten Reifenlaufflächenkronen,
Ruß-verstärkten Laufflächenprotektoren und Ruß-verstärkten Laufflächenminiflügeln
zusammengesetzt.
-
Reifen A ist ein Reifen mit Silica-verstärkter Reifenlaufflächenkrone mit
einer Anordnung aus Stollen und Rillen.
-
Reifen B ist dem Reifen A ähnlich, außer daß dessen Lauffläche in ähnlicher
Weise wie die Abbildung von Fig. 2 und Fig. 3 einen integrierten, dünnen,
schmalen, Ruß-verstärkten Gummistreifen mit einer Breite von etwa 3 Zoll (etwa 7,6
cm) und einer Dicke von etwa 0,015 Zoll (0,04 cm) aufweist, der sich auf der
äußeren Oberfläche der Laufflächenkrone befindet und sich seitwärts über die
Lauffläche (und die Laufflächenminiflügel) erstreckt, um mit dem Randbereich der
beiden Seitenwände des Reifens in Kontakt zu sein, ohne sich über das
Reifenwulstteil zu erstrecken.
-
Reifen C ähnelt Reifen B, außer daß ein Teil des Gummistreifens von den
äußeren Oberflächen der geeigneten Laufflächenstollen auf etwa 50% der Profiltiefe
eines neuen Reifens abgerieben worden ist, um auf ähnliche Weise wie in Fig. 4
eine verschlissene Reifenlauffläche zu simulieren.
-
Die Zusammensetzungen für die betreffende Laufflächenkrone, den
betreffenden Laufflächenprotektor und die betreffenden Miniflügel ebenso wie für
den dünnen, mit Ruß verstärkten Gummistreifen umfaßten die in den folgenden
Tabellen 1 bis 3 gezeigten Materialien.
-
Die vorstehend genannten extrudierten Laufflächen wurden in geeigneter
Weise auf den Reifenkarkassen aufgebaut, wobei der dünne, mit Ruß verstärkte
Gummistreifen seitwärts über die äußere Oberfläche der Lauffläche aufgebracht
wurde, um jeweils mit beiden Miniflügeln des Reifens in Kontakt zu kommen, welche
ihrerseits mit den beiden Reifenseitenwänden in Kontakt waren, und die sich
ergebende Zusammenstellung wurde in einem Reifenformwerkzeug etwa 15 min bei
einer Temperatur von etwa 160ºC vulkanisiert, um einen vulkanisierten Luftreifen mit
einer Laufflächengestaltung mit Stollen und Rillen zu bilden.
-
Die Reifen wurden bezüglich des elektrischen Widerstands bewertet.
Tabelle 1 (Laufflächenkrone)
nichtproduktive Mischstufen
-
E-SBR¹ 25
-
Isopren/Budadien-Kautschuk² 45
-
BR³ 20
-
Naturkautschuk&sup4; 10
-
Verarbeitungshilfsstoffe&sup5; 30
-
Fettsäure 2
-
Silica&sup7; 80
-
Ruß, Lauffläche 0
-
Haftvermittler&sup8; 12
produktive Mischstufe
-
Schwefel 1
-
Zinkoxid 4
-
ein oder mehrere Antioxidationsmittel&sup6; 3
-
Beschleuniger vom Sulfenamid- und Thiuramtyp 4
-
1) durch Emulsionspolymerisation hergestelltes SBR, erhältlich von The
Goodyear Tire & Rubber Company mit einem Styrolgehalt von etwa 40%.
-
2) Isopren/Butadien-Copolymerelastomer mit einer Tg von etwa -45ºC- und
einem Isoprengehalt von etwa 50%, erhalten von The Goodyear Tire &
Rubber Company.
-
3) cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk, erhalten als Budene® 1207 von The
Goodyear Tire & Rubber Company.
-
4) Naturkautschuk (cis-1,4-Polyisopren).
-
5) Kautschuk-Verarbeitungsöl mit etwa 9,4 Teilen im E-SBR, wobei die Menge
an E-SBR vorstehend bezogen auf das Trockengewicht (ohne Öl)
angegeben ist, und zusätzlich wurden etwa 14 Teile zusätzliches Kautschuk-
Verarbeitungsöl, Weichmacher, Harze und Wachse zugegeben.
-
6) Vom Diarylparaphenylendiamin- und Dihydrotrimethylchinolin-Typ.
-
7) Silica, erhalten als Zeopol 8745 von der Firma Huber.
-
8) Erhalten als Bis-3-(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (50% aktiv), im Handel
erhältlich als X50S von Degussa als 50150-Mischung des Tetrasulfids mit
Ruß N330 (daher als 50% aktiv angesehen).
Tabelle 2 (Gummistreifen)
nichtproduktive Mischstufen
-
E-SBR¹ 90
-
Naturkautschuk² 10
-
Verarbeitungshilfsstoffe³ 40
-
Fettsäure 2
-
Ruß, N220 70
produktive Mischstufe
-
Schwefel 1
-
Zinkoxid 4
-
ein oder mehrere Antioxidationsmittel 3
-
Beschleuniger vom Sulfenamid- und Thiuramtyp 4
-
1) Durch Emulsionspolymerisation hergestelltes SBR, erhältlich von The
Goodyear Tire & Rubber Company mit einem Styrolgehalt von etwa 23%.
-
2) Naturkautschuk (cis-1,4-Polyisopren).
-
3) Kautschuk-Verarbeitungsöl mit etwa 33,8 Teilen im E-SBR, wobei die Menge
an E-SBR vorstehend bezogen auf das Trockengewicht (ohne Öl)
angegeben ist, und außerdem etwa 11 Teile zusätzliches Kautschuk-
Verarbeitungsöl, Weichmacher, Harze und Wachse zugegeben werden.
-
4) Vom Diarylparaphenylendiamin- und Dihydrotrimethylchinolin-Typ.
Tabelle 3 (Laufflächenprotektor und Miniflügel)
nichtproduktive Mischstufen
-
BR¹ 60
-
Naturkautschuk² 40
-
Verarbeitungshilfsstoffe³ 18
-
Fettsäure 1
-
Ruß, N550 50
produktive Mischstufe
-
Schwefel 2
-
Zinkoxid 4
-
ein oder mehrere Antioxidationsmittel&sup4; 3
-
Beschleuniger vom Sulfenamid- und Thiuramtyp 0,6
-
1) cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk, erhalten als Budene® 1207 von The
Goodyear Tire & Rubber Company.
-
2) Naturkautschuk (cis-1,4-Polyisopren).
-
3) Kautschuk-Verarbeitungsöl, Weichmacher, Harze und Wachse.
-
4) Vom Diarylparaphenylendiamin- und Dihydrotrimethylchinolin-Typ.
Beispiel II
-
Die Widerstandsmessungen bezüglich der statischen Elektrizität wurden an
den Reifen A, B und C ausgeführt. Die Ergebnisse der Test sind in der folgenden
Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
-
Reifen elektrischer Widerstand¹
-
A 190 · 10&sup8;
-
B 1,6 · 10&sup8;
-
C 2,2 · 10&sup8;
-
1) Ohm
-
Die Messungen des elektrischen Widerstands zeigen, daß für einen Reifen mit einer
Lauffläche von Silica-verstärktem Gummi die Aufbringung des dünnen, integrierten,
mit Ruß verstärkten Gummistreifens auf die Außenfläche der Silica-verstärkten
Laufflächenkrone den elektrischen Widerstand des Reifens beträchtlich vermindert.
-
Insbesondere für einen Reifen mit einer quantitativ Silica-verstärkten
Lauffläche mit einem elektrischen Widerstand von etwa 190 · 10&sup8; Ohm für den Reifen A
verringerte die Aufbringung des dünnen, integrierten, mit Ruß-verstärkten
Gummistreifens (i) auf die Außenfläche der Lauffläche von Reifen B den elektrischen
Widerstand des Reifens auf etwa 1,6 · 10&sup8; Ohm oder (ii) auf die Außenfläche der
Lauffläche und anschließendes Abschwabbeln der Schicht von der Außenfläche der
Laufflächenstollen für den Reifen C den elektrischen Widerstand des Reifens auf
etwa 2,2 · 10&sup8; Ohm.
-
Im allgemeinen wurde der elektrische Widerstand des Reifens bestimmt durch
(i) Montieren des Reifens auf eine Metallfelge (Stahl) und Aufblasen des Reifens, (ii)
Stellen des Reifens mit der Außenfläche seiner Lauffläche, wobei sich insbesondere
der vorstehend genannte Ruß-Streifen über die Lauffläche der Seitenwände des
Reifens erstreckt, auf eine Edelstahlplatte, an die ein Kupferdraht (erste Elektrode)
befestigt ist, (ii) Befestigen eines Kupferdrahts (zweite Elektrode), (iii) Anlegen einer
Spannung von 100 V über die Anschlüsse der ersten und der zweiten Elektrode und
(iv) Messen des Widerstands in Ohm zwischen der Metallfelge und somit dem
Wulstteil des Reifens und der Metallplatte und somit der Außenfläche des genannten
Streifens über die Lauffläche durch einen Widerstandsmesser, der über die
Anschlüsse der ersten und der zweiten Elektrode angeschlossen ist.