DE69929263T2

DE69929263T2 - Verfahren zum Herstellen, Formen und Vulkanisieren von Fahrzeugreifen

Info

Publication number: DE69929263T2
Application number: DE69929263T
Authority: DE
Inventors: Renato Caretta; Cristiano Bette'
Original assignee: Pirelli Pneumatici SpA; Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli Tyre SpA
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: BR9903300A; CN1325242C; DE69929263D1; DE69911700D1; CN1246405A; TR200400703A2; DE69911700T2; EP1358997B1; EP1358997A3; AR023038A1; EP1358997A2; ATE314923T1; RU2239559C2; EP0976534B1; TR199901822A1; JP2000061945A; ATE251029T1; EP0976534A3; ES2209295T3; EP0976534A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen, Ausformen und Vulkanisieren von Reifen für Fahrzeugräder. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen, Ausformen und Vulkanisieren von Reifen für Fahrzeugräder, bei dem für die Zuführung eines unter Druck stehenden Fluids direkt in Kontakt mit dem Rohreifen gesorgt wird, d.h. bei Fehlen eines Vulkanisierbalges.
In einem Zyklus für die Herstellung eines Fahrzeugradreifens ist vorgesehen, dass nach einem Fertigungsprozess, bei dem die verschiedenen Reifenkomponenten hergestellt und montiert werden, ein Ausform- und Vulkanisierprozess zu dem Zweck ausgeführt wird, dem Rohreifen eine gewünschte geometrische Form und ein spezielles Laufflächenmuster zu geben und anschließend diese Form durch Vulkanisieren des den Reifen bildenden elastomeren Materials zu stabilisieren.
Für diesen Zweck wird der Rohreifen in einen Formhohlraum eingeschlossen, der in einer Vulkanisierform ausgebildet ist und dessen Form mit der der Außenfläche des herzustellenden Reifen übereinstimmt.
Innerhalb des Rahmens der vorliegenden Beschreibung ist unter "Rohreifen" das Produkt zu verstehen, das nach dem Fertigungsschritt erhalten wird, bei dem die unterschiedlichen Reifenkomponenten montiert sind und das elastomere Material noch nicht der Vulkanisierung unterworfen worden ist. Unter "Außenfläche" ist die Reifenfläche zu verstehen, die sichtbar ist, wenn der Reifen einmal auf der Radfelge montiert ist, während unter "Innenfläche" die Reifenfläche zu verstehen ist, die in Kontakt mit dem Aufpumpfluid des Reifens steht.
Bei einem der am weitesten verbreiteten Ausformungsverfahren wird vorgesehen, dass ein Vulkanisierbalg aus Kautschuk mit Dampf aufgepumpt wird und/oder ein anderes erhitztes Hochdruckfluid in den Rohreifen eingeführt wird, der in dem Formhohlraum eingeschlossen ist. Auf diese Weise wird der Reifen in zweckmäßiger Weise gegen die Innenwände des Formhohlraums gepresst und in der ihm aufgeprägten geometrischen Form als Folge des Ver netzungsprozesses verfestigt, dem das den Reifen bildende elastomere Material unterworfen wird. Die Vernetzung erfolgt aufgrund der Wärmezufuhr, die von dem Dampf durch den Balg sowie aus den Formwänden übertragen wird.
Da der Vulkanisierbalg aufgrund seiner eigenen Natur ein verformbares Element ist, hat sein Einsatz mehrere Nachteile, beispielsweise geometrische Ungenauigkeiten in dem Reifen als Folge von möglichen Verformungen, der der Balg unterliegt, und durch Bildung von Pressgraten, insbesondere an den Wulsten, aufgrund eines unerwünschten Entweichens eines Teils des elastomeren Materials zu Beginn des Vulkanisierprozesses. Zusätzlich stellt die thermische Trägheit, die typisch für das den Vulkanisierbalg bildende Material ist, ein Hindernis für die Wärmeübertragung auf den Reifen durch das Fluid dar, das dem Balg zugeführt wird.
Bekannt sind auch Vulkanisierverfahren, bei denen Dampf oder ein anderes unter Druck stehendes Heizfluid der Innenseite des in dem Formhohlraum eingeschlossenen Reifens bei Fehlen eines Vulkanisierbalgs direkt zugeführt wird. Ausformungsverfahren mit Hilfe der oben erwähnten Vulkanisierbalge sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4,236,883, 4,400,342, 5,127,811 und 5,597,429 beschrieben.
Bei anderen Ausformungsverfahren ist vorgesehen, dass anstelle des aufpumpbaren Vulkanisierbalgs ein starrer torusförmiger Träger, der die gleiche Form wie die Innenfläche des herzustellenden Reifens hat, in dem Reifen angeordnet wird. Beispielsweise ist ein solches Verfahren in dem europäischen Patent EP-242,840 beschrieben, bei welchem ein starrer torusförmiger Träger verwendet wird, um dem in der Form eingeschlossenen Reifen die Endform und Größen aufzuprägen. Nach der Offenbarung des obigen Patents wird der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen dem metallischen torusförmigen Träger und dem elastomeren Material, aus dem der Rohreifen hergestellt wird, zum Erreichen eines geeigneten Ausformdrucks verwendet.
Der in dem Patent EP-242,840 beschriebene Prozess hat jedoch in seiner praktischen Ausführung viele Nachteile. Zuallererst ist eine sehr genaue und auch sehr schwierige Steuerung der Volumina des bei der Fertigung des Reifens verwendeten Materials erforderlich. Außerdem ist es nicht möglich, dass auf den Reifen eine geeignete radiale und/oder Umfangsausdehnung ausgeübt wird, beispielsweise um einen gewünschten Vorbelastungseffekt bei den verstärkenden Aufbauten zu erreichen, die bei seiner Herstellung verwendet werden. Schließlich ist das Erreichen einer genauen und effizienten Wärmeübertragung auf das Reifeninnere ziemlich schwierig.
In der anhängigen europäischen Patentanmeldung 98830473.9, eingereicht am 31. Juli 1998 im Namen der gleichen Anmelderin, ist ein Ausform- und Vulkanisierprozess für einen Reifen mit Hilfe eines starren torusförmigen Trägers beschrieben, bei welchem das erforderliche Pressen des rohen elastomeren Materials gegen die Formwände durch Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids in einen Diffusionszwischenraum ausgeführt wird, der zwischen der Innenfläche des Rohreifens und der Außenfläche des torusförmigen Trägers geschaffen wird. Auf diese Weise wird während des Pressschritts eine radiale Expansion auf den Reifen durch die Wirkung der Zuführung des Druckfluids bei einer Steigerung des Reifenumfangs zwischen 1,5% und 2,5%, gemessen an der Äquatorialebene des Reifens, ausgeübt. Die Druckfluidzuführung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von Zuführkanälen, die in dem torusförmigen Träger ausgebildet sind und an der Außenfläche des letzteren enden. Während der Druckfluidzuführung steht der Reifen in dichtem Eingriff an seinen inneren Umfangsrändern zwischen den Wänden des Formhohlraums und der Außenfläche des torusförmigen Trägers, so dass der Diffusionszwischenraum an den inneren Umfangsrändern des Reifens hermetisch abgegrenzt ist. Vorteilhafterweise erfolgt die Zuführung der für die Vulkanisierung erforderlichen Wärme durch Zuführen eines Heizfluids in den Diffusionszwischenraum. Dieses Heizfluid kann das gleiche Druckfluid, das zur Ausführung des Pressschritts verwendet wird, oder wenigstens ein Teil von ihm sein.
Die US 2,795,262 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung einer Luftreifenkarkasse, bei welchem auf die unvulkanisierte Innenfläche einer Karkasse ein fortlaufender Film eines Siliconpolymerelastomers aufgebracht und dann der Reifen in einer Umgrenzungsform vulkanisiert wird, während ein Innendruck durch ein Fluid in direktem Kontakt mit einem solchen Film ausgeübt wird. Das Siliconelastomer verhindert eine Fluidwanderung in den Rohreifen. Ein solches Elastomer ist jedoch in hohem Maße mit dem den Rohreifen bildenden Kautschukmaterial unverträglich. Dies macht es erforderlich, Haft-Promoter zu verwenden, um das Lösen der Siliconschicht von dem vulkanisierten Reifen zu vermeiden, da sonst ein Schritt des Entfernens des Materials von dem Reifen vorgesehen werden muss. Dieses Problem der Kompatibilität macht sich besonders bemerkbar, wenn ein schlauchloser Reifen hergestellt wird, da eine schlechte Haftung der Schicht das Aufpassen des Reifens auf die Felge des Rades nachteilig beeinflussen könnte mit der Folge, dass die Luftdichtigkeit schlecht ist.
Darüber hinaus ist das von Frank vorgeschlagene Siliconmaterial weniger leicht vulkanisierbar als das Material, welches die anderen Teile des Rohreifens bildet. Dies führt zu der Notwendigkeit eines langen Vorvulkanisierschritts der Siliconmaterialschicht, der sorgfältig ausgeführt werden muss, um ein unerwünschtes Vulkanisieren der anderen Materialien des Rohreifens vor dem Vulkanisierschritt in der Form zu vermeiden.
Das deutsche Patent DE 355,909 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Reifen, bei dem eine Flüssigkeit unter Druck in direkten Kontakt mit der Innenfläche des Reifens vor oder während des Vulkanisierens gesetzt wird. Vor dem Vulkanisieren wird eine innere Schicht des Reifens so behandelt, dass sie für die Flüssigkeit undurchlässig wird. Diese Behandlung wird durch teilweises Vulkanisieren der Schicht(en) ausgeführt, die die oben erwähnte innere Schicht bildet/bilden, bevor oder nachdem die anderen Schichten, die den Reifen bilden, aufgelegt werden. Die Zusammensetzung der inneren Schicht ist nicht beschrieben.
Die US 3,769,122 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung einer Innenauskleidung für einen schlauchlosen Luftreifen, bei welchem auf die gesamte Innenfläche einer Reifenkarkasse eine fortlaufende, sprühbare, selbsthärtbare Kautschuk-Zementbeschichtung aus Butylkautschuk oder halogeniertem Butylkautschuk aufgebracht wird, der ein mittleres Viskositätsmolekulargewicht zwischen etwa 28.000 und etwa 285.000 und Füllstoffe und Härtemittel bis zu einem Gesamtfeststoffgehalt zwischen etwa 20 bis etwa 80 Gew.-% hat.
Die US 4,221,253 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Reifens, der Komponenten aufweist, von denen wenigstens zwei Schichten aus elastomerem Material bestehen und von denen wenigstens eine durch Elektronenbestrahlung härtbar ist, wobei das Verfahren eine Teilhärtung wenigstens eines Teils der einen Schicht durch Aussetzen der Elektronenbestrahlung oder einer anderen Bestrahlung, die den gleichen Härteeffekt auf den Kautschuk hat, und das Zusammenfügen des teilweise gehärteten, elastomeren Materials der anderen Schicht sowie die Formung der Schichten zu im Wesentlichen der Form des Reifens sowie das Härten der äußeren Schicht des elastomeren Materials aufweist.
Nach Kenntnis der Anmelderin können Verfahren ohne Vulkanisierbalg, wie oben beschrieben, bei denen ein direkter Kontakt zwischen dem Rohreifen und einem unter Druck stehenden Fluid vorgesehen wird, viele Nachteile aufgrund des Eindringens von Fluid in die Struk tur des noch nicht vulkanisierten Reifens verursachen. Tatsächlich kann das Eindringen des Fluids beispielsweise entweder zu Trennungen zwischen benachbarten Mischungsschichten führen oder die Haftprozesse zwischen dem elastomeren Material und den metallischen oder textilen Verstärkungsaufbauten nachteilig beeinträchtigen oder auch Korrosionserscheinungen in den metallischen Verstärkungsmaterialien begünstigen.
Nach der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass ein Behandlungsschritt eingeschlossen wird, der an der Innenfläche des Rohreifens in dem Reifenfertigungsprozess ausgeführt wird, so dass dieser Schritt das Eindringen von unter Druck stehendem Fluid in die Reifenstruktur verhindert.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung deshalb auf ein Verfahren zum Herstellen, Ausformen und Vulkanisieren von Reifen für Fahrzeugräder mit dem Merkmalen, wie sie im Anspruch 1 angegeben sind.
Nach Ansicht der Anmelderin ist der Vorvulkanisiergrad der der Innenfläche des Reifens zugeordneten Schicht zum Erreichen einer ausreichenden mechanischen Festigkeit gegen Diffusion und Eindringen des unter Druck stehenden Fluids und gleichzeitig einer hohen Ermüdungsfestigkeit insbesondere während der ersten Ausformschritte des Reifens geeignet, um die Bildung von Rissen und Sprüngen zu vermeiden.
Im Einzelnen umfasst die Stufe der Behandlung der Innenfläche des Rohreifens die folgenden Schritte: Ausbilden wenigstens einer Schicht aus rohem elastomeren Material auf einer Außenfläche eines torusförmigen Trägers, dessen Form im Wesentlichen der der Innenfläche des Reifens entspricht, Fertigen des Rohreifens auf dem torusförmigen Träger, der die Schicht aus rohem elastomeren Material trägt, und Vorvulkanisieren der Schicht aus rohem elastomeren Material vor dem Einführen des Rohreifens in die Vulkanisierform.
Eine Vorvulkanisierung der elastomeren Schicht wird zweckmäßigerweise wenigstens teilweise während der Fertigung des Reifens auf dem torusförmigen Träger ausgeführt.
Im Einzelnen erfolgt die Vorvulkanisierung der elastomeren Schicht durch Wärmeübertragung auf die elastomere Schicht durch Erhitzen des torusförmigen Trägers.
Vorzugsweise wird das Erhitzen des torusförmigen Trägers wenigstens teilweise durch den torusförmigen Träger selbst in einem vorhergehenden Ausform- und Vulkanisierzyklus eines Reifens erreicht.
Die Bildung der Schicht aus rohem elastomeren Material kann dadurch erreicht werden, dass eine vulkanisierbare flüssige Mischung (auf die im Folgenden als "Grundierung" Bezug genommen wird) auf die Außenfläche des torusförmigen Trägers aufgebracht wird.
Vorzugsweise weist die Grundierung eine polymere Basis und ein Vulkanisiersystem auf, das für das Aktivsein während des Fertigungsschritts des Rohreifens geeignet ist.
Nach der vorliegenden Erfindung kann das in der Grundierung enthaltene Vulkanisiersystem nur aktiviert werden, wenn es in Kontakt mit dem rohen elastomeren Material gebracht wird, das die innerste Schicht des Reifens bildet. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Vorvulkanisierung der Grundierung vor ihrem Aufbringen auf den torusförmigen Träger vermieden. D.h. mit anderen Worten, dass die Grundierung in der Zeit stabil ist, so dass sie entsprechend den Produktionsanforderungen vorbereitet und auch eine lange Zeit vor ihrer reellen Verwendung gespeichert werden kann, wobei dies die industrielle Durchführung des Prozesses leichter macht.
Die Grundierung kann entweder in Form einer Lösung in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel durch Aufsprühen auf die Außenfläche der torusförmigen Trommel und anschließend Verdampfen des Lösungsmittels oder durch Eintauchen des torusförmigen Trägers in die Grundierung, Ziehen des torusförmigen Trägers aus der Lösung und Verdampfen des Lösungsmittels aufgebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Grundierung in Form einer wässrigen Emulsion durch Eintauchen oder vorzugsweise durch Aufsprühen und anschließendes Verdampfen des Lösungsmittels aufgebracht (wobei hier in der Emulsion Wasser enthalten ist). Auf diese Weise kann eine vorvulkanisierte Schicht hoher Kompaktheit und Gleichförmigkeit ohne die Notwendigkeit erhalten werden, irgendwelche organischen Lösungsmittel zu verwenden, die bekanntlich Entsorgungs- und Umweltverunreinigungsprobleme hervorrufen können, so dass deshalb die Anwendung des Prozesses vom industriellen Gesichtspunkt aus unzweckmäßig wird.
Vorzugsweise wird, nachdem die Grundierung aufgebracht und das Lösungsmittel verdampft worden ist, eine Schicht aus elastomerem Material, die zur Gewährleistung des Haltens des Aufblähfluids des Reifens geeignet ist (auf die gewöhnlich als "Auskleidung" Bezug genommen wird), auf die so erhaltene Schicht aus elastomerem Material aufgebracht.
Vorzugsweise wird die Auskleidung vorher in Form einer dünnen Bahn gefertigt und aufgebracht, um die Außenfläche des torusförmigen Trägers abzudecken.
Das Aufbringen wenigstens einer Zwischenschicht, die die gleiche Zusammensetzung wie die Zusammensetzung der Auskleidung hat, kann ebenfalls vorgesehen werden, wobei sie zwischen der Grundierung und der Auskleidung angeordnet wird. Das Aufbringen dieser Zwischenschicht soll die Co-Vulkanisierung zwischen Grundierung und Auskleidung begünstigen und dabei die Bindung der vorvulkanisierten Schicht an der darüber liegenden Auskleidung und deshalb mit dem Reifen als Ganzes stark verbessern.
Genauso wie die Grundierung kann das Aufbringen der Zwischenschicht durch Aufsprühen oder Eintauchen erfolgen, wobei entweder eine Lösung oder vorzugsweise eine wässrige Emulsion verwendet wird, die die Mischung für die Auskleidung enthält.
Wenn die Behandlung der Innenfläche des Reifens, wie vorstehend beschrieben, vollendet ist, werden die anschließenden Herstell-, Ausform- und Vulkanisierschritte nach dem Stand der Technik ausgeführt.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Die Beschreibung erfolgt nachstehend in Form eines nicht begrenzenden Beispiels unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen
1 eine Querschnittsansicht eines Reifens zeigt, der in eine Vulkanisierform eingeschlossen ist, und
2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zeigt, die zur Durchführung des Behandlungsschritts der Innenfläche eines Reifens verwendet wird, um das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung abzuschließen.
Unter Bezugnahme insbesondere auf 1 ist ein Reifen 1, der aus rohem elastomerem Material auf für den Fachmann herkömmliche Weise vorgefertigt wurde, in eine Vulkanisierform 2 eingeschlossen, der eine Vulkanisierpresse zugeordnet ist, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist.
Bei dem gezeigten Beispiel hat die Form 2 eine untere Hälfte 2a und eine obere Hälfte 2b, die in Eingriff mit einer Bettplatte 3a bzw. einem Schließabschnitt 3b der Presse 3 stehen.
Jede Hälfte der Form 2, d.h. die untere 2a und die obere 2b, hat einen unteren Kasten 4a und einen oberen Kasten 4b sowie eine Krone von oberen Sektoren 5a und unteren Sektoren 5b.
Die untere Hälfte 2a und die obere Hälfte 2b sind bezüglich einander zwischen einem offenen Zustand, in dem sie in Axialrichtung voneinander beabstandet sind, und einer Schließstellung, die in 1 gezeigt ist und in der sie aufeinander so geschlossen sind, dass sie einen Formhohlraum 6 bilden, dessen Innenwände von den Kästen 4a, 4b und von den Sektoren 5a, 5b gebildet werden, beweglich und geben die geometrische Form der Außenfläche 1a des herzustellenden Reifens 1 wieder.
Im Einzelnen sind die Kästen 4a und 4b so ausgelegt, dass sie die Außenflächen der gegenüberliegenden Seitenwände 7 des Reifens 1 bilden, während die Sektoren 5a, 5b so ausgelegt sind, dass sie das so genannte Laufflächenband 8 des Reifens bilden, in welchem eine Reihe von Längs- und Quereinschnitten erzeugt werden, die entsprechend einem gewünschten Laufflächenmuster in geeigneter Weise angeordnet sind.
Beim Schließen der Form 2 kommt jeder der inneren Umfangsränder 7a des Reifens 1 in einen dichtenden Eingriff an den inneren Umfangsabschnitten des unteren Kastens 4a und des oberen Kastens 4b beispielsweise mit Hilfe expandierender Verankerungselemente (in 1 nicht gezeigt), die erhalten werden, wie es beispielsweise in dem US-Patent 5,127,811 beschrieben ist. Dadurch greift der Reifen 1 abdichtend an den Wänden des Formhohlraums 6 an, so dass die Außenfläche 1a bezüglich einer Innenfläche 1b des Reifens hermetisch isoliert erhalten wird, bis die Form, wenn der Ausform- und Vulkanisierzyklus vorüber ist, wieder in ihren offenen Zustand gebracht wird.
Wenn das Schließen der Form 2 abgeschlossen ist, wird ein Fluid unter Druck dem Raum zugeführt, der von der Innenfläche 1b des Reifens 1 gebildet wird, und aufgrund der Wirkung dieses Fluids wird die Außenfläche 1a des Reifens gegen die Wände des Formhohlraums 6 gedrückt, so dass das Laufflächenband 8 dazu gebracht wird, dass die erhabenen Abschnitte, die an den Sektoren 5a, 5b vorgesehen sind, sicher und vollständig eindringen und dadurch die genaue Ausbildung des Laufflächenmusters auf dem Reifen bestimmen.
Gleichzeitig mit dem Zuführen des unter Druck stehenden Fluids wird die Zuführung von Wärme zu dem Reifen 1 so ausgeführt, dass die Vernetzung des elastomeren Materials, aus dem der Reifen besteht, veranlasst wird.
Die Zuführung von Wärme zu dem Rohreifen 1 wird vorteilhafterweise durch Zuführen eines Heizfluids, vorzugsweise unter Druck stehendem Dampf, ausgeführt. Das Heizfluid besteht aus dem gleichen unter Druck stehenden Fluid oder weist es wenigstens teilweise auf, das während des Pressschritts der Außenfläche 1a des Rohreifens 1 gegen den Formhohlraum 6 verwendet wird.
Die Zuführung von Dampf oder eines anderen unter Druck stehenden Heizfluids kann beispielsweise über einen oder mehrere Zuführkanäle 9, 10 erfolgen, die innerhalb der Vulkanisierpresse 3 angeordnet sind und in den Formhohlraum 6 münden.
Den Hohlräumen 11a, 11b, 12a, 12b, die nahe bei den jeweiligen Kästen 4a, 4b und den Sektoren 5a, 5b ausgebildet sind, kann weiterer unter Druck stehender Dampf zugeführt werden, um die Wärmeübertragung von außerhalb des Reifens durch die Wände der Form 2 zu veranlassen.
Zu dem Verfahren nach der Erfindung gehört die Ausführung einer vorläufigen Stufe der Behandlung der Innenfläche 1b des Reifens 1, bevor der letztere in die Form 2 eingeführt wird, oder auf jeden Fall bevor das unter Druck stehende Heizfluid zur Innenseite des Reifens zugeführt wird.
Im Einzelnen wird die Behandlung in die Praxis umgesetzt, indem wenigstens eine Schicht eines vorvulkanisierten elastomere Materials, das in etwa durch die gestrichelte Linie 13 in 1 dargestellt ist, der Innenfläche 1b des Reifens 1 zugeordnet wird.
Insbesondere unter Bezug auf 2 wird die Stufe der Behandlung der Innenfläche 1b vorzugsweise als ein vorläufiger Schritt eines Fertigungsprozesses des Reifens 1 auf einem torusförmigen Träger 11 ausgeführt, beispielsweise des Fertigungsprozesses, der ausgeführt wird, wie es in den europäischen Patentanmeldungen 97830633.0 oder 97830731.2 im Namen der gleichen Anmelderin offenbart ist, wobei die Ausbildung und/oder Zusammenfügung der unterschiedlichen Reifenkomponenten, wie der Karkassenlagen, der Wulstverstärkungsaufbauten, der Gurtlagen, der Seitenwände und des Laufflächenbands direkt auf einem starren torusförmigen Träger ausgeführt wird, dessen Form im Wesentlichen der Form der Innenfläche des herzustellenden Reifens entspricht.
Nach der Erfindung kann deshalb die Behandlung der Innenfläche 1b des Reifens 1 dadurch ausgeführt werden, dass bei einer Außenfläche 14a des torusförmigen Trägers 14 wenigstens eine Schicht aus elastomerem Material ausgebildet oder aufgebracht wird, die während der folgenden Reifenfertigungsschritte vorvulkanisiert wird, bis sie einen solchen Vorvulkanisiergrad beim Einführen des Reifens 1 in die Vulkanisierform 2 erreicht, dass das Eindringen des unter Druck stehenden Heizfluids in die Reifenstruktur wirksam verhindert wird.
Um einen ausreichenden Grad der Vorvulkanisierung der Grundierung zu erreichen, bevor der Reifen 1 in die Form eingeführt wird, ist es zweckmäßig, dass das Gemisch aus elastomerem Material, das die vorvulkanisierte Schicht bildet, entsprechend formuliert wird, um die Vernetzung bei relativ niedrigen Temperaturen, die etwa 150°C nicht überschreiten und vorzugsweise zwischen 80° und 120°C liegen, während eines Zeitraums zu erreichen, der nicht länger als 45 Minuten dauert und vorzugsweise zwischen 20 und 35 Minuten liegt.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, hat die Grundierung vorzugsweise eine Polymerbasis und ein Vulkanisiersystem, wie es nachstehend beschrieben wird.
Als Polymerbasis kann ein Polymer verwendet werden, das ausgewählt wird aus Naturkautschuk (NR), Epoxid-Naturkautschuk (ENR), Chloropren, Acrylnitril-Butadien-Copolymeren (NBR), halogeniertem Butylkautschuk (XIIR) (insbesondere Chlorbutyl- oder Brombutylkau tschuk), Styrol-Butadien-Copolymer (SBR), Isobutylen/p-Methylstyrol-Copolymeren, halogenierten Isobutylen/p-Methylstyrol-Copolymeren, Polybutadien oder Mischungen davon. Im Falle der Verwendung einer Grundierung in Form einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel besteht die Polymerbasis aus einer Chlorbutylkautschuk- und Naturkautschukmischung mit einem Gewichtsverhältnis von XIIR/NR insgesamt zwischen 40:60 und 90:10. Im Falle der Verwendung einer Grundierung in Form einer wässrigen Emulsion wird die Polymerbasis vorzugsweise ausgewählt aus Styrol/Butadien-Copolymeren, Chloropren, Naturkautschuk, Acrylnitril-Butadien-Copolymeren oder Mischungen davon, beispielsweise eine Mischung von SBR/NR mit einem Gewichtsverhältnis von SBR/NR, das insgesamt zwischen 80:20 und 20:80 liegt.
Vor dem Aufbringen auf den torusförmigen Träger 14 kann die Grundierungsmischung in einem organischen Lösungsmittel mit einer Konzentration zwischen 10 und 25 Gew.-% gelöst werden. Das organische Lösungsmittel wird so ausgewählt, dass man Grundierungslösungen erhält, die eine niedrige Viskosität haben und in der Lage sind, Entleerungszeiten des Ford-Viskositätsbechers Nr. 4 zu geben, die zwischen 10 und 60 Sekunden (gemessen nach ASTM-Standard D1200-94) liegen, um das Aufbringen leichter und homogener zu machen. Zusätzlich hat das Lösungsmittel vorzugsweise eine hohe Flüchtigkeit, so dass es nach dem Aufbringen der Grundierung leicht und schnell entfernt werden kann. Geeignete Lösungsmittel können beispielsweise ausgewählt werden aus der Gruppe, die Ethylacetat, Octan, Cyclohexan, Trichlorethylen, Toluol, Xylole und dergleichen oder Mischungen davon aufweist.
Vorzugsweise wird die Grundierung in Form einer wässrigen Emulsion verwendet, die beispielsweise dadurch erhalten wird, dass die Polymerbasis in Form eines Latex mit dem Vulkanisiersystem bei Vorhandensein von Tensiden, um die Emulsion zu stabilisieren, und fakultativ von Absetzverhinderungsmitteln gemischt wird. Bekannte Produkte für die Latexstabilisierung, wie Fettsäuresalze, Alkylsulfonate und dergleichen, können als Tenside verwendet werden. Die Menge der Polymerbasis, die in der Emulsion vorhanden ist, liegt im Allgemeinen zwischen 20 und 60 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 30 und 50 Gew.-%.
Das Vulkanisiersystem hat sowohl für Lösungen als auch Emulsionen wenigstens einen Vulkanisierbeschleuniger, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Dithiocarbamaten, Thiouramen, Thiazolverbindungen oder Mischungen davon besteht. Als Vulkanisierbeschleuniger wird eine Mischung besonders bevorzugt, die 1 bis 20 phr, vorzugsweise 2 bis 15 phr Dithio carbamat oder Thiourain, 0,4 bis 10 phr, vorzugsweise 1 bis 5 phr einer Thiazolverbindung aufweist (phr = Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen Kautschuk).
Um die Vulkanisiergeschwindigkeit weiter zu erhöhen und/oder um die Temperatur zu verringern, die zum Erreichen eines ausreichenden Vorvulkanisiergrades erforderlich ist, kann den vorstehend erwähnten Vulkanisierbeschleunigern vorteilhafterweise ein Stickstoff enthaltender Co-Beschleuniger zugesetzt werden, der beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt wird, die N-Cyclohexyl-N-ethylamin, Diphenylguanidin und dergleichen in Mengen insgesamt zwischen 2 und 15 phr, vorzugsweise zwischen 5 und 10 phr aufweist.
Von den Dithiocarbamaten werden N,N-dialkyl-dithiocarbamate und Zink-, Bismut-, Cadmium- und Blei-, Kupfer-, Selen-, Tellur- oder Eisen-N-alkyl-N-aryl-dithiocarbamate, wie Zink-N-phenyl-N-ethyl-dithiocarbamat, Zink-N,N-diethyl-dithiocarbamat und dergleichen oder Mischungen davon besonders bevorzugt.
Von den Thiazolverbindungen werden 1-Mercaptobenzothiazol (MBT), 2-Mercaptobenzothiazoldisulfid (MBTS), N-Cyclohexyl-2-Benzothiazyl-Sulfenamid (CBS), 2-Dicyclohexyl-Benzothiazyl-Sulfenamid (DCBS), N-Terbutyl-2-Benzothiazyl-Sulfenamid (TBBS), N-Morpholin-2-Benzothiazyl-Sulfenamid (MBS), N-Terbutyl-Dithiobenzothiazol (TBSI) und dergleichen oder Mischungen davon besonders bevorzugt.
Außerdem können der Grundierungsmischung Füllstoffe, die üblicherweise für schwefelvulkanisierte Mischungen verwendet werden, wie ZnO, Ruß, Kaolin, Calciumcarbonat, Siliciumdioxid, Silicate und dergleichen, sowie Vulkanisierzusatzstoffe (beispielsweise Stearinsäure), Antioxidanzien, Stabilisatoren und dergleichen zugesetzt werden.
Um zu vermeiden, dass das elastomere Material, das zur Bildung der vorvulkanisierten Schicht 13 verwendet wird, spontan vernetzt, bevor es auf den torusförmigen Träger 14 aufgebracht wird, wird vorzugsweise kein Schwefel, der eine der wesentlichen Komponenten des Vulkanisierprozesses ist, der Grundierungszusammensetzung zugesetzt. Auf diese Weise erfolgt die Vorvulkanisierung der Grundierungsschicht nur, wenn die letztere in Kontakt mit einer Schwefel enthaltenden, vulkanisierbaren Mischung gebracht wird, beispielsweise der der Auskleidung. Tatsächlich gilt die Schwefelmenge, die in der Grundierungs-/Auskleidungstrennfläche vorhanden ist, als ausreichend, um einen ausreichenden Vorvernetzungsgrad der Grundierung zu erhalten, der die Wasserdichtheit der Innenfläche 1b des Reifens 1 ermöglicht.

Eine typische Zusammensetzung für eine schwefelfreie Grundierung für die Verwendung in Form einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel ist folgende:

Bestandteil	phr
Chlorbutylkautschuk	50
Naturkautschuk	50
Ruß	50
ZnO	3
Zink-N-Phenyl-N-Ethyl-Dithiocarbamat	8
N-Cyclohexyl-N-Ethylamin	5
Aromatisches Öl	10
Stearinsäure	2
6-PPD	2

Wie vorstehend erwähnt, wird nach dem Aufbringen der Grundierung und der Lösungsmittelverdampfung eine Schicht aus einer Auskleidung, gewöhnlich in Form einer dünnen Bahn 15, vorzugsweise auf die so erhaltene Materialschicht aufgebracht, um die Außenfläche 14a der torusförmigen Trommel 14 abzudecken.
Die Auskleidungszusammensetzung kann unter denen ausgewählt werden, die im Stand der Technik für diese Art von Reifenelement bekannt sind. Beispielsweise kann als Polymerbasis ein Butylkautschuk verwendet werden, insbesondere ein Isobuten/Isopren- oder ein Isobuten/p-Methylstyrol-Copolymer entweder in einer halogenierten Form oder nicht. Vorzugsweise wird der Butylkautschuk in einer halogenierten Form verwendet und ist fakultativ mit Naturkautschuk (NR), fakultativ mit einem Epoxynaturkautschuk (ENR) oder mit einem nicht halogenierten Butylkautschuk gemischt. Als Vulkanisiersystem für die Auskleidung kann beispielsweise Schwefel vermischt mit einem Thiazolbeschleuniger verwendet werden, der beispielsweise aus den oben erwähnten ausgewählt wird.
Wie vorher gezeigt ist, kann, um die Co-Vulkanisierung zwischen der vorvulkanisierten Schicht und der Innenfläche des Reifens zu verbessern, eine Zwischenschicht mit einer vulka nisierbaren Zusammensetzung der gleichen Formulierung wie die der Auskleidung für das Aufbringen über der Grundierungsschicht und vor dem Aufbringen der Auskleidung vorgesehen werden.
Eine typische Zusammensetzung für die Zwischenschicht ist folgende:

Bestandteil phr

Brombutylkautschuk 100

Ruß 60

ZnO 2

Stearinsäure 1

Schwefel 1

MBTS 2

Aromatisches Öl 10

6-PPB 0,5
Das Aufbringen der Zwischenschicht kann beispielsweise durch Drehen der torusförmigen Trommel 14, die vorher mit der Grundierung behandelt wurde, erreicht werden, wobei die torusförmige Trommel 14 mit ihrem unteren Teil in die Lösung eintaucht, die die Zwischenschicht bilden soll, und durch darauf folgende Lösungsmittelverdampfung.
Beispielsweise ist in 2 schematisch eine Vorrichtung 16 gezeigt, die zur Bildung der vorvulkanisierten Schicht 13 nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
Die Vorrichtung 16, die zweckmäßigerweise in eine Reifenfertigungsstraße integriert werden kann, hat einen Führungsaufbau 17, längs dessen durch für den Fachmann als zweckmäßig erachtete Einrichtungen ein oder mehrere torusförmige Träger 14, von denen auf jeden ein entsprechender Reifen 1 auszubilden ist, dazu gebracht werden, sich in einer schrittweisen Bewegung vorwärts zu bewegen.
Längs des Führungsaufbaus 17 trifft jeder torusförmige Träger 14 auf eine erste Aufbringstation 18, an der die Grundierung, die in Lösung vorhanden ist, einer oder mehreren Abgabedüsen 19 oder äquivalenten Einrichtungen zugeführt wird, um sie gleichförmig durch Versprü hen auf die Außenfläche 14a des torusförmigen Trägers aufzubringen, der auf irgendeine dem Fachmann bekannte, zweckmäßige Weise in Drehung versetzt wird.
Wie in 2 gezeigt ist, wird die in der Lösung vorhandene Grundierung den Abgabedüsen oder äquivalenten Einrichtungen so zugeführt, dass ihr gleichförmiges Aufbringen auf die Außenfläche 14a des torusförmigen Trägers 14 durch Aufsprühen und anschließende Verdampfung des oben erwähnten Lösungsmittels erreicht wird, was vorteilhafterweise durch Wärmeübertragung durch den torusförmigen Träger 14 begünstigt werden kann.
Für diesen Zweck kann der torusförmige Träger 14 einem Vorerhitzungsschritt ausgesetzt werden, was beispielsweise mit Hilfe von Infrarotstrahlen erreicht wird. Alternativ kann die Vorerhitzung des torusförmigen Trägers 14 durch Einführen desselben in einen Formhohlraum 6 während eines vorhergehenden Ausform- und Vulkanisierzyklus eines anderen Reifens erreicht werden. Weiterhin kann auf diese Weise die gesamte Vorrichtung einschließlich der Vulkanisierpresse 3 und des torusförmigen Trägers 14 hinsichtlich Wärmeausnutzung besser eingesetzt werden.
Stromab von der ersten Aufbringstation trifft die torusförmige Trommel 14 auf eine mögliche Zwischenstation 20 zum Aufbringen der oben erwähnten Zwischenschicht. In dieser Zwischenstation 20 wird ein Behälter 21, der auf vertikalen Führungen 22 beweglich ist und die Auskleidungskomponenten in Lösung bereithält, nach oben unter den torusförmigen Träger 14 bewegt, bis letzterer wenigstens teilweise in die Lösung eintaucht.
Aufgrund der der Trommel 14 gegebenen Drehung wird ein gleichförmiges Aufbringen der Auskleidungskomponenten in Lösung auf die Außenfläche 14a des torusförmigen Trägers erhalten.
In diesem Fall wird auch die schnelle Verdampfung der Lösungsmittel gleichzeitig mit der Überführung des torusförmigen Trägers 14 zu einer zweiten Aufbringstation 23 herbeigeführt, wo das Aufbringen der Auskleidung in Form einer dünnen Bahn 15 durchgeführt wird.
Die dünne Bahn 15 (Auskleidung) kann beispielsweise von einer Extrusionseinheit 24 kommen, die an der zweiten Aufbringstation 23 für ein solches Aufbringen angeordnet ist, dass die Außenfläche 14a des torusförmigen Trägers 14 unmittelbar nach dem Austreten aus der Extrusionseinheit bedeckt wird.
Wenn das Aufbringen der dünnen Auskleidungsbahn 15 abgeschlossen ist, wird der torusförmige Träger 14 von der zweiten Aufbringstation 23 entfernt und durch anschließende Überführung zu entsprechenden Arbeitsstationen (nicht gezeigt, da für die Zwecke der Erfindung nicht relevant) einer Folge von Arbeitsschritten unterworfen, die in dem Reifenfertigungsprozess vorgesehen sind.
Während der Reifenfertigung wird die Grundierungsschicht 13 dem Vorvulkanisierungsprozess mit Hilfe der Wärmezuführung unterworfen, die durch den torusförmigen Träger hindurch vorgesehen ist.
In diesem Fall kann ebenfalls das Erhitzen des torusförmigen Trägers zur Überführung von Wärme zur Grundierungsschicht 13 durch Infrarotstrahlen oder äquivalente Einrichtungen, wie elektrische Widerstände, erreicht werden, die in dem torusförmigen Träger angeordnet sind.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, das Einführen des torusförmigen Trägers 14 in einen Formhohlraum 6 zusammen mit dem in Herstellung befindlichen Reifen vorgesehen ist, kann das Erhitzen des torusförmigen Trägers auch, wenigstens teilweise, als Folge seines Einsatzes in einem Ausform- und Vulkanisierzyklus erhalten werden, der vorher an einem anderen Reifen ausgeführt wurde.
Für die Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht nach Ansicht der Anmelderin der Vorvulkanisierungsgrad, den die Grundierungsschicht 13 erhält, aus, wenn sie in der Lage ist, am Ende des Herstellungsprozesses des Reifens 1 und auf alle Fälle beim Einführen des Reifens in die Vulkanisierform 2 die Undurchlässigkeit gegenüber Dampf oder einem anderen verwendeten Heizfluid bis zu einem Druck von wenigstens 3 bar, vorzugsweise von wenigstens 5 bar, zu erreichen.
Die Anmelderin hat tatsächlich festgestellt, dass der kritischste Schritt in Verbindung mit der Verbreitung des Heizfluids in dem elastomeren Material, das den Reifen 1 bildet, zu Beginn der Fluidzuführung innerhalb des Reifens auftritt, wenn der von dem Heizfluid ausgeübte Druck relativ niedrig (insgesamt niedriger als 5 bar) und der Vernetzungsgrad des den Reifen bildenden elastomeren Materials noch schlecht ist.
Bei Erhöhung des Heizfluiddrucks unterliegt das elastomere Material einer Art von Kompaktierung durch die Wirkung des Drucks, wodurch der Widerstand gegen eine von dem Material gebotene Wärmediffusion zunimmt.
Aufgrund des Vorhandenseins der vorvulkanisierten Schicht 13 wird deshalb verhindert, dass Dampf oder irgendein anderes Heizfluid in die Gesamtstruktur des Reifens 1 genau während der kritischsten Schritte des Vulkanisierprozesses eindringt.
Dadurch wird jegliches Problem einer Oxidation der in dem Reifen verwendeten Metallstrukturen aufgrund von Durchdringen des Dampfs durch den Reifen und/oder aufgrund der Bildung von Gasblasen, wenn Inertgase zusätzlich zu oder anstelle von Dampf verwendet werden, beseitigt.
Der torusförmige Träger 14, der in dem vorstehend beschriebenen Beispiel verwendet wird, kann aus dem Reifen 1 vor seinem Einführen in die Form 2 entfernt werden. Alternativ kann der torusförmige Träger 14 in dem Reifen 1 bleiben, beispielsweise zum Durchführen eines Vulkanisierprozesses, wie es in der vorstehend erwähnten, anhängigen europäischen Patentanmeldung 98830473.9 beschrieben ist, bei dem das Heizfluid einem Zwischenraum zugeführt wird, der zwischen der Außenfläche des torusförmigen Trägers und der Innenfläche des Reifens gebildet wird.
Das Fehlen irgendeines starren oder im Wesentlichen starren Elements in Kontakt mit der Innenfläche des Reifens während des Vulkanisierprozesses hat den Vorteil, dass ein fertiger Reifen mit einer perfekt glatten und gleichförmigen Innenfläche ohne irgendwelche Markierungen und/oder Unebenheiten erhalten wird, die üblicherweise durch die Vulkanisierbalge oder die torusförmigen Trommeln verbleiben, die nach dem Stand der Technik verwendet werden. Ferner ist die Innenfläche des Reifens mit einer vorvulkanisierten Schicht 13 bedeckt, die, wenn die Vulkanisierung vorbei ist, dazu beiträgt, den Reifen luftdicht zu machen.

Claims

Verfahren zum Herstellen, Ausformen und Vulkanisieren von Reifen für Fahrzeugräder, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen eines Rohreifens (1), der ein rohes elastomeres Material aufweist, – Einschließen des Rohreifens (1) in einen Formhohlraum (6), der in einer Vulkanisierform (2) ausgebildet ist und Wände hat, deren Form der Form einer äußeren Oberfläche (1a) des Reifens (1) entspricht, wenn die Vulkanisierung abgeschlossen worden ist, – Zuführen eines Druckfluids zu dem Raum, der von einer inneren Oberfläche (1b) des Reifens (1) begrenzt wird, um die äußere Oberfläche (1a) des Rohreifens gegen die Wände des Formhohlraums (6) zu drücken, und – Aufbringen von Wärme auf den Reifen (1) zur Erzeugung der Vulkanisierung des rohen elastomeren Materials, – wobei vor dem Schritt des Zuführens des Druckfluids ein Vorbereitungsschritt der inneren Oberfläche (1b) des Rohreifens (1) erfolgt, um die innere Oberfläche (1b) mit einer Behandlung zu versehen, die geeignet ist, das Eindringen von Druckfluid ins Innere des Reifens zu unterbinden, dadurch gekennzeichnet, – dass die Behandlung wenigstens eine Schicht (13) aus einem elastomeren Material mit einer polymeren Basis und einem vulkanisierenden System aufweist, wobei das vulkanisierende System nur dann aktiviert werden kann, wenn es in Kontakt mit dem rohen elastomeren Material gebracht wird, das die innerste Schicht des Reifens (1) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die polymere Basis aus natürlichem Kautschuk, Epoxid-Naturkautschuk, Chloropren, Acrylnitril-Butadien-Copolymeren, halogeniertem Butylkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymeren, Isobutylen/p-Methylstyrol-Copolymeren, halogeniertem Isobutylen/p-Methylstyrol-Copolymeren, Polybutadien oder Mischungen davon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das vulkanisierende System Dithiocarbamate, Thiourame, Thiazol-Verbindungen oder Mischungen davon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das vulkanisierende System weiterhin N-Cyclohexyl-N-ethylamin oder Diphenylguanidine aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt der Behandlung der inneren Oberfläche (1b) des Rohreifens (1) die folgenden Schritte aufweist: – Bilden wenigstens einer Schicht (13) aus rohem elastomeren Material auf einer äußeren Oberfläche eines torusförmigen Trägers (14), dessen Form im Wesentlichen der Form der inneren Oberfläche (1b) des Reifens entspricht, – Herstellen des Rohreifens (1) auf dem torusförmigen Träger (14), der die Schicht (13) aus rohem elastomerem Material trägt, und – Vorvulkanisieren der Schicht (13) aus rohem elastomerem Material vor dem Einführen des Rohreifens (1) in die Vulkanisierform (2).
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Vorvulkanisierung der elastomeren Schicht (13) wenigstens teilweise während der Herstellung des Reifens (1) auf dem torusförmigen Träger (14) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Vorvulkanisierung der elastomeren Schicht (13) durch Erhitzen des torusförmigen Trägers (14) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Erhitzen des torusförmigen Trägers (14) wenigstens teilweise auf die Verwendung des torusförmigen Trägers (14) in einem vorherigen Ausform- und Vulkanisierzyklus des Reifens (1) folgend erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welchem die Ausbildung der Schicht (13) des rohen elastomeren Materials dadurch in die Praxis umgesetzt wird, dass eine vulkanisierbare flüssige Zusammensetzung auf die äußere Oberfläche (14a) des torusförmigen Trägers (14) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem das vulkanisierende System in der Lage ist, während des Rohreifen-Herstellungsschritts aktiv zu sein.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem das vulkanisierende System nicht mit Schwefel zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Vorvulkanisierung der Schicht der vulkanisierbaren flüssigen Zusammensetzung nur dann erfolgt, wenn die Schicht der vulkanisierbaren flüssigen Zusammensetzung in Kontakt mit einem Schwefel enthaltenden vulkanisierbaren Gemisch gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die vulkanisierbare flüssige Zusammensetzung die Form einer Lösung in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel hat.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die vulkanisierbare flüssige Zusammensetzung die Form einer wässrigen Emulsion hat.