DE69929734T2

DE69929734T2 - Reifen mit einer Lauffläche die einen elektrisch leitenden Faden enthält

Info

Publication number: DE69929734T2
Application number: DE69929734T
Authority: DE
Inventors: Jean Luc Dheur; Pierre Marie Jean Dauvister
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: JP2000127720A; EP0995618A2; US6289958B1; DE69929734D1; BR9904446A; CN1253084A; EP0995618B1; EP0995618A3; CA2282962A1

Description

Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kautschukreifen und dessen Herstellung, welcher aus einer Carbon Black-verstärkten Kautschukkarkasse mit einer äußeren umfangsgerichteten Kautschuk-Laufflächenkonstruktion aus einer Kautschukzusammensetzung mit einem relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand zusammengesetzt ist. Die Reifenlaufflächenkonstruktion weist einen elektrisch leitenden filamentförmigen Faden auf, der durch die Laufflächenkonstruktion gesteppt ist und sich zwischen der Innenfläche der Lauffläche zu ihrer Außenfläche erstreckt. Hierdurch wird ein elektrisch leitender Pfad durch die Lauffläche und von der Außenfläche der Lauffläche zur Karkasse des Reifens erzeugt.
In der Praxis schließt die Unterseite der Laufflächenkonstruktion an zumindest eine andere Carbon Black-verstärkte Kautschukkomponente der Reifenkarkasse an, um dadurch einen relativ elektrisch leitfähigen Pfad von der Außenfläche der Reifenlauffläche zum Wulstbereich des Reifens und von dort zu einer Metallfelge, auf der montiert zu werden der Reifen entworfen ist, zu verschaffen.
Hintergrund
Kautschuk-Luftreifen werden konventionell mit einer Kautschuklauffläche hergestellt, die ein Gemisch verschiedener Kautschuke sein kann, die typischerweise schwefelvulkanisierbare oder schwefelvulkanisierte, je nachdem, dienbasierte Elastomere sind.
Manchmal werden die Laufflächen von Kautschukreifen aus einer Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktion hergestellt, wobei der äußere Teil der Lauffläche das Laufstreifenoberteil und der darunterliegende Teil der Lauffläche zwischen dem Laufstreifenoberteil und der tragenden Reifenkarkasse ihr Unterteil ist. Das Laufstreifenoberteil ist üblicherweise dazu entworfen, mit dem Boden in Kontakt zu kommen und hat daher die entsprechenden Eigenschaften, und das Laufstreifenunterteil liegt im allgemeinen über der Reifenkarkasse und ist üblicherweise zum Unterstützen des Laufstreifenoberteils entworfen und daher nicht, um mit dem Boden in Berührung zu kommen. Solche Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktionen sind den Fachleuten in der Technik wohlbekannt.
Die Kautschukzusammensetzungen für die meisten Komponenten eines Reifens sind typischerweise mit einer beträchtlichen Menge Carbon Black-Verstärkungsfüllmittel verstärkt und haben daher einen relativ niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand zur Dissipation statischer Elektrizität von einem in Bewegung befindlichen Fahrzeug, das solche Reifen nutzt, zur Straße. Man glaubt, dass dieses Phänomen den Fachleuten in solcher Technik wohlbekannt ist.
Manchmal ist es jedoch erwünscht, eine Lauffläche aus einer Kautschukzusammensetzung zu verschaffen, die eine beträchtliche Menge relativ elektrisch nichtleitendes Verstärkungsfüllmittel, wie beispielsweise ausgefälltes Silika, und dadurch nur eine kleinere Menge an Carbon Black-Verstärkung, falls überhaupt, in einer Menge von beispielsweise weniger als 20 ThK enthält. Eine solche Lauffläche hat aufgrund des niedrigen Gehalts an Carbon Black einen relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand und weist somit einen Widerstand gegen das Dissipieren von durch das Fahrzeug erzeugter statischer Elektrizität durch den Reifen zur Straße auf. In der Praxis kann die Kautschukzusammensetzung mit relativ hohem spezifischem elektrischem Widerstand die einheitliche Lauffläche, das Laufstreifenoberteil und/oder das Laufstreifenunterteil sein. Man glaubt, dass solches Phänomen den Fachleuten in solcher Technik wohlbekannt ist.
Es sind verschiedene Verfahren zur Verschaffung von Pfaden verringerten elektrisch Widerstands zur Außenfläche eines Laufstreifenoberteils vorgeschlagen worden. Siehe beispielsweise US-A- 1.797.545, 2.267.503 und 2.641.294 und die folgenden Patentveröffentlichungen FR-A- 1.198.271, 1.251.273, 1.279.913 und 1.546.488, DE-A- 44 17914, CH-A- 597.008 und JP-A- 57-194.109 und 1-293.208.
Dementsprechend ist es für eine Reifenlaufflächenkonstruktion, wo die Zusammensetzung der einheitlichen Lauffläche, oder die Kautschukzusammensetzung von Laufstreifenoberteil und/oder Laufstreifenunterteil einen relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand hat, insbesondere wo sie nur bis zu 20 ThK Carbon Black enthält, wünschenswert, einen geeigneten Pfad relativ niedrigen elektrischen Widerstands von der Außenfläche der Reifenlauffläche zur Innenfläche der Reifenlauffläche, oder, im Fall eines Reifens mit Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktion, zur Innenfläche des Laufstreifenoberteils oder Laufstreifenunterteils zu verschaffen, je nachdem.
EP-A-787 604 offenbart einen Luftreifen mit einer Lauffläche mit einem elektrisch leitenden Polymerstreifen als Einsatz. Der Polymerstreifen erzeugt einen elektrisch leitenden Pfad von der Außenfläche der Lauffläche zur Reifenkarkasse.
FR-A-2285258 offenbart einen Luftreifen mit flexiblen Filamenten, die durch die Lauffläche fadengesteppt sind, um einen elektrisch leitenden Pfad zu verschaffen.
Wie hierin verwendet, werden die Begriffe "im Wesentlichen, oder quantitativ, mit Verstärkungsfüllmitteln versehen, die elektrisch relativ nichtleitend sind, wie beispielsweise Silika" und dergleichen im allgemeinen in Zusammenhang mit einer Reifenlauffläche, oder, im Fall einer Lauffläche mit Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktion, einem Laufstreifenoberteil und/oder Laufstreifenunter teil, verwendet, die 30 bis 100, manchmal vorzugsweise 30 bis 90, ThK elektrisch nichtleitenden Füllmittels und nur eine minimale Menge, falls überhaupt, Carbon Black enthalten, worin das Carbon Black in nicht mehr als 20 ThK vorhanden ist. Manchmal kann das Verhältnis von nichtleitendem Füllmittel zu Carbon Black zumindest 2 :1 und manchmal sogar zumindest 10 :1 betragen.
Mit dem Begriff "Carbon Black-verstärkt" ist gemeint, dass die Kautschukkomponenten des Reifenkarkassenkautschuks, die mit Carbon Black verstärkt sind, eine quantitative Menge Carbon Black-Verstärkung, normalerweise zumindest 25 ThK, und eine Mindestmenge, falls überhaupt, relativ elektrisch nichtleitenden Verstärkungsfüllmittels, wie beispielsweise Silika, enthalten. Das Gewichtsverhältnis von Carbon Black zu solchem nichtleitenden Füllmittel kann beispielsweise zumindest 5 :1 betragen.
In der Beschreibung dieser Erfindung werden Laufflächen aus einheitlicher Kautschukzusammensetzung und Laufflächen aus Laufstreifenoberteil-/Laufstreifenunterteil-Kautschukzusammensetzungen dargelegt. Üblicherweise unterscheidet sich die Laufstreifenoberteil-Kautschukzusammensetzung von der Laufstreifenunterteil-Kautschukzusammensetzung, insbesondere, da das Laufstreifenoberteil dazu gedacht ist, mit der Straße in Kontakt zu kommen, und eine Kautschukzusammensetzung von hoher Abriebfestigkeit erfordert. Dies würde von einem Fachmann in solcher Technik verstanden. Laufflächenflügel werden oft bei einer Laufflächenkonstruktion verwendet, die sich zu einem und üblicherweise über einen Teil einer Reifenseitenwand erstreckt. Während nicht beabsichtigt ist, solche Laufflächenflügel auszuschließen, ist in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Erfindung die Beschreibung einer einheitlichen Laufflächenkautschukzusammensetzung und von Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteil-Kautschukzusammensetzungen im allgemeinen auf den Teil der Lauffläche außer den Laufflächenflügeln gerichtet, wobei es sich versteht, dass eine Laufflächenflügel-Kautschukzusammensetzung dieselbe oder oder unterschiedlich sein kann wie die der einheitlichen Laufflächenkautschuk- oder der Laufstreifenoberteil- oder Laufstreifenunterteilautschukzusammensetzung.
Eine Aufstandsfläche einer Reifenlauffläche ist derjenige Teil der Lauffläche, der, wenn in Gebrauch, mit dem Boden in Kontakt kommen soll. Eine solche Aufstandsfläche bezieht sich, insofern die Beschreibung dieser Erfindung betroffen ist, auf die Reifenlauffläche, ob der Reifen auf einer Felge oder an einem Fahrzeug unter belasteten Bedingungen montiert ist oder nicht.
Der Begriff "ThK", wie hierin verwendet, und gemäß konventioneller Praxis, bezieht sich auf "Teile eines jeweiligen Materials pro 100 Gewichtsanteile Kautschuk". In der Beschreibung hierin werden Kautschuk, Gummi und Elastomer austauschbar verwendet.
In der Beschreibung hierin können die Begriffe "vulkanisiert" oder "vulkanisierbar" gelegentlich austauschbar mit den Begriffen "ausgehärtet" und "aushärtbar" verwendet werden.
Zusammenfassung und Praxis der Erfindung
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird ein Luftreifen gemäß Anspruch 4 verschafft.
Die Beschreibung ist für einen Reifen mit einer Lauffläche, die einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand und einen elektrisch leitenden Faden durch die Lauffläche gesteppt aufweist und somit einen Reifen mit einem im Wesentlichen niedrigeren elektrischen Widerstand darstellt.
In weiterer Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird ein Prozess zur Herstellung eines Reifens gemäß Anspruch 1 verschafft.
In einem signifikanten Aspekt des Prozesses des Steppens des Fadens durch das unvulkanisierte Laufflächenmaterial ist, dass die Steppung spezifisch an einer gewünschten Stelle in dem Laufflächenmaterial plaziert oder positioniert werden kann, die bei Gelegenheit eine Laufflächenrippe oder ein Laufflächenstollen wird, die bzw. der dazu entworfen ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen.
Dementsprechend wird ein Prozess verschafft, wobei die Steppung des Filaments in dem Laufflächenmaterial positioniert wird durch Indizierung der Plazierung der Stiche mit einem zuvor festgelegten Standort einer Reifenlaufflächenrippe oder eines Reifenlaufflächenstollens, die dazu entworfen sind, mit dem Boden in Kontakt zu kommen und die geformt werden, wenn die Reifenkarkassen-/Laufflächenmaterialeinheit geformt und ausgehärtet wird.
In der Praxis wird erwogen, dass besagter Faden in einer Form einer Vielzahl kontinuierlicher Steppungen vorliegt, die sich in Umfangsrichtung um die Lauffläche erstrecken, um zumindest eine Steppung an einer Aufstandsfläche der Reifenlauffläche, die dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, vorzusehen, wobei jede Steppung sich derart durch die Lauffläche erstreckt, dass ein Abschnitt jeder Steppung des Fadens sich über einen Teil der Innenfläche besagter Lauffläche erstreckt und ein Abschnitt jeder Steppung des Fadens sich über einen Teil der Außenfläche der Lauffläche, der dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, erstreckt.
In der Praxis dieser Erfindung können verschiedene Steppkonfigurationen verwendet werden und ist es nicht beabsichtigt, dass das Steppverfahren begrenzt sein soll oder dass die durch besagtes Steppen erzeugte Naht auf eine bestimmte Steppkonfiguration begrenzt sein soll, unter Würdigung dessen, dass verschiedene industrielle Nähvorrichtungen von verschiedenen Herstellern eine Vielzahl von Steppkonfigurationen verschaffen. Beispielsweise kann die Steppung eine offene oder geschlossene Schlingenkonstruktion darstellen, unter Würdigung dessen, dass verschiedene industrielle Nähvorrichtungen eine Vielzahl offener und geschlossener Schlingennähkonfigurationen verschaffen können. In der Tat wird in Erwägung gezogen, dass eine industrielle Nähmaschine gleichzeitig zwei Fäden auf den Nähvorgang anwenden kann, wobei ein Faden durch das Öhr der Nadel der Maschine laufen kann und ein anderer von einer Spule an der gegenüberliegenden Seite des zu nähenden Teils zugeführt wird.
Beispielsweise wird für geschlossene Schlingensteppstiche erwogen, dass die Steppungen eine Serie aneinander anschließender geschlossener Schlingen des Fadens bilden können, die sich im wesentlichen in Umfangsrichtung um die Reifenlauffläche erstrecken und die beispielsweise erzeugt werden können, indem der Faden von der Innenfläche der einheitlichen Reifenlauffläche oder des Laufstreifenunterteils, je nachdem, zur Außenfläche der Reifenlaufflächenkonstruktion gesteppt wird, wo die Abschnitte der Fadenschlinge einander an der Außenfläche der Lauffläche und an besagter Innenfläche der Lauffläche gegenüberliegen. Es ist beabsichtigt, dass geschlossene Schlingensteppung, für die Zwecke dieser Erfindung, nicht auf solch beschriebene Steppung begrenzt ist, sondern jede solche Steppung sein kann, wie sie von einer verwendeten jeweiligen Nähmaschine angewendet werden kann.
In der Praxis können die Abschnitte des Fadensteppens mit geschlossener Schlinge, die sich über einen Teil der Außenfläche besagter Lauffläche erstrecken, der dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, weggeschnitten, weggeschliffen oder weggeschmirgelt werden, um eine Vielzahl aufeinanderfolgender Fadensteppungen mit offener Schlinge zu bilden, die durch ihre Abschnitte an der Innenfläche der Lauffläche verbunden sind, wobei zumindest ein Ende des Fadens der offenen Schlingen an der Außenfläche der Lauffläche, die dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, endet.
Alternativ kann der Faden mit offener Schlinge durch die Laufflächenkonstruktion gesteppt werden, um das zu erzeugen, was manchmal als eine "Rechteckwellenkonfiguration des Fadens" bezeichnet werden könnte, in dem Sinn, dass Abschnitte des Fadens an der Außenfläche der Lauffläche nicht direkt Abschnitten an einer Innenfläche der Lauffläche gegenüberliegen. Somit hat die gesteppte Fadenkonfiguration kein Aussehen geschlossener Schlingen. Es ist beabsichtigt, dass offene Schlingensteppung, falls angewendet, nicht auf dieses spezifische Beispiel begrenzt sei, da, abhängig von einem in Erwägung gezogenen Nähverfahren oder einer Nähmaschine verschiedene Variationen zur Verfügung stehen können.
Man glaubt, dass im allgemeinen die Steppstichkonstruktion mit geschlossener Schlinge und offener Schlinge den Fachleuten in dieser Technik wohlbekannt ist, ungeachtet dessen, dass es von verschiedenen industriellen Nähmaschinen angewandte Komplexitäten von Nähtechniken und -konfigurationen gibt. Wie hierin vorangehend erörtert, ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung unbedingt auf eine spezifische Nähtechnik oder -konfiguration begrenzt ist.
In einem Aspekt der Erfindung kann der Abschnitt einer geschlossenen Schlinge oder einer offenen Schlinge der Steppung an der Außenfläche der Lauffläche weggeschnitten, weggeschliffen oder weggeschmirgelt sein, sodass die Enden des Fadens an der Oberfläche der Lauffläche enden. Die gesteppte Konfiguration wird zu einer Serie offener Schlingen, die an der Außenfläche der Reifenlauffläche nicht verbunden sind. Somit erstreckt sich der Faden oder solche Steppung bis an die Außenfläche der Laufflächenkonstruktion, wobei die offenen Enden der Fadenschlinge an der Außenfläche der Laufflächenkonstruktion, die dazu entworfen ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, enden und positioniert sind.
In einem Aspekt der Erfindung kann der relativ isolierende (hoher spezifischer elektrischer Widerstand) Teil der Kautschukzusammensetzung besagter Lauffläche 30 bis 100 ThK elektrisch nichtleitender (elektrisch isolierender) Verstärkungsfüllmittel enthalten, wie beispielsweise ausgefälltes Silika und Null oder 5 ThK bis 20 ThK Carbon Black.
In einem Aspekt ist es manchmal vorzuziehen, dass für die relativ elektrisch isolierende Kautschukzusammensetzung der Reifenlauffläche das Gewichtsverhältnis von Silika zu Carbon Black, wenn Carbon Black verwendet wird, zumindest 1,2 :1 und vorzugsweise zumindest 2 :1 und manchmal zumindest 10 :1 beträgt.
Verschiedene Materialien können als filamentförmiger Faden für die Steppung dieser Erfindung verwendet werden, solange sie einen relativ niedrigen elektrischen Widerstand haben. Es versteht sich, dass manche filamentförmigen Materalien eine größere oder geringere erweiterte physische Langlebigkeit hätten, was etwas von Reifentyp, Gebrauch und Nutzung abhängt. Beispielsweise Filamente aus Kohlenstofffasern, synthetische Textilfasern, einschließlich Korden daraus (wie beispielsweise Nylon, Aramid, Polyester, Rayon), die elektrisch leitend sind (d.h. elektrisch leitend gemacht durch einen Einschluss elektrisch leitenden Elements oder Materials, wie beispielsweise einer Dispersion elektrisch leitenden Materials innerhalb ihrer Zusammensetzung oder dito Überzugs, Hülle oder Mantels), Polyethylen mit ultrahoher Molmasse, das eine Dispersion von Carbon Black enthält (wobei besagtes Polyethylen eine gewichtsdurchschnittliche Molmasse in einem Bereich von 4 Millionen bis 7 Millionen hat), sowie filamentförmige Fäden aus anderen elektrisch leitenden Materialien. Es ist nicht beabsichtigt, dass diese Erfindung auf die obigen beispielhaften Materialien begrenzt sei, obwohl vorzugsweise in den misten Fällen erwünscht ist, dass der Faden aus einer nichtmetallischen Faser besteht, obwohl das Material eines oder mehrerer Filamente eine partikelförmige Metalldispersion enthalten kann.
Der WDK 110 – Test ist ein Verfahren zur Messung des elektrischen Widerstands eines auf einer elektrisch leitenden Metallfelge (d.h. einer Stahlfelge) aufgezogenen Reifens. In dem Test wird die Aufstandsfläche der Reifenlauffläche gegen eine elektrisch leitende Metallplatte (d.h. eine Stahlplatte) gepresst. Platte und Felge sind mittels Kupferdrähten mit einem Instrument verbunden. Eine Spannung wird angelegt und der elektrische Widerstand zwischen Platte und Felge wird von einem Ohmmeter an dem Instrument abgelesen. Ein Verweis auf den WDK 110 – Test findet sich im WDK Leitlinien-Index (Mai 1998).
Die elektrisch leitenden Fäden zur Anwendung in dieser Erfindung können aus einem einheitlichen Filament (Monofilament) oder einer Vielzahl miteinander verseilter (verzwirnter) individueller Filamente zusammengesetzt sein.
Wie hierin vorangehend erläutert, können die Fäden mittels verschiedener Verfahren durch die Laufflächenkonstruktion gesteppt werden und ist es erwünscht, dass die Fäden durch geeignete automatisierte Maschinen mechanisch gesteppt werden.
Obwohl nicht darauf begrenzt, können verschiedene dienbasierte Elastomere und Kombinationen davon in den Reifenlaufflächenkonstruktionskomponenten (d.h. einheitliche Reifenlauffläche, Laufstreifenoberteil und Laufflächenunterteil) verwendet werden.
Solche dienbasierten Elastomere können Homopolymere und Copolymere konjugierter Dienkohlenwasserstoffe und Copolymere konjugierter Diene und aromatische Vinylverbindungen, wie beispielsweise Styrol und Alpha-Methylstyrol, umfassen. Repräsentativ für verschiedene Diene sind beispielsweise Isopren und Butadien. Repräsentativ für verschiedene Elastomere sind beispielsweise cis-1,4-Polyisopren (natürlich und synthetisch), cis-1,4-Polybutadien, Styrol-Butadien-Copolymere als durch Emulsionspolymerisation hergestellte Copolymere und als durch organische Lösungspolymerisation hergestellte Copolymere, Isopren-Butadien-Copolymere, Styrol-Isopren-Copolymere, 3,4-Polyisopren, Polybutadien mit relativ hohem Vinylgehalt, das 30 bis 85 Prozent Vinylgehalt enthält, und Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymere.
In der Praxis kann der Reifen zum Teil durch Bauen eines extrudierten Laufflächenmaterials auf eine Kautschukreifenkarkasse konstruiert werden. Solche Konstruktions- und Bauprozesse sind den Fachleuten in dieser Technik wohlbekannt.
Die Reifeneinheit wird in einer geeigneten Form unter erhöhten Temperaturbedingungen, beispielsweise in einem Bereich von 140°C bis 180°C, vulkanisiert.
Der durch zumindest eine Reifenlaufflächenkomponente gesteppte elektrisch leitende Faden verschafft einen Pfad mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand im Vergleich zu einer Reifenlauffläche mit relativ hohem elektrischem Widerstand und somit einen Pfad zur Dissipierung statischer Elektrizität zwischen dem Boden und dem Wulstbereich des Reifens und von daher der Metallfelge des Fahrzeugrades, woran der Reifen montiert sein kann.
In der Praxis wird, nachdem die Außenfläche der Reifenlauffläche, wenn sie im Gebrauch genutzt wird, abgeschlissen wird, sodass auch ein Teil des elektrisch leitenden Fadens zumindest teilweise weggeschlissen wird, der Pfad zur Dissipation statischer Elektrizität hierin als durch den freigelegten Teil bzw. Teile des restlichen Fadens an der Außenfläche des Laufstreifenoberteils als aufrechterhalten betrachtet, sodass zumindest ein Teil der Fadenenden in der Lage ist, den Boden zu berühren.
Die begleitenden Zeichnungen sind zum weiteren Verständnis der Erfindung vorgesehen, obwohl nicht beabsichtigt ist, dass die Erfindung auf die Darstellung der Zeichnungen begrenzt sein soll.
Es versteht sich, dass die in den Zeichnungen beschriebene Steppung eine sehr vereinfachte Beschreibung ist. Wie hierin vorangehend erläutert, wenden industrielle Nähmaschinen viele Steppprozeduren, -verfahren und daraus resultierende Konfigurationen des gesteppten Fadens an. Somit ist zu betonen, dass die Konfigurationen des gesteppten Fadens in den Zeichnungen nur zu einem allgemeinen Verständnis vorgelegt werden und dass in der Praxis die Konfigurationen des gesteppten Fadens sich wesentlich unterscheiden können.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Reifenlaufflächenmaterialverbunds von Laufstreifenoberteil- und Laufstreifenunterteilkomponenten zusammen mit einem durch das Laufflächenmaterial gesteppten elektrisch leitenden Faden. Es versteht sich, dass alternativ das Laufflächenmaterial aus einer einheitlichen Kautschukzusammensetzung statt aus einer Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktion bestehen kann.
2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines geformten und vulkanisierten Reifens mit einer Lauffläche mit einer Rippen- und Rillengestaltung einer Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktion zusammen mit einem durch das Laufflächenmaterial gesteppten elektrisch leitenden Faden. Es versteht sich, dass alternativ das Laufflächenmaterial aus einer einheitlichen Kautschukzusammensetzung statt aus einer Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktion bestehen kann. Die
3A, 3B und 3C stellen einen Querschnitt des Laufflächenmaterials dar, genommen an Schnitt 3A-3A von 1, wobei 3A den elektrisch leitenden Faden mit einer offenen Schlingensteppung abbildet, 3B den elektrisch leitenden Faden mit einer geschlossenen Schlinge abbildet und 3C das gesteppte Laufflächenmaterial abbildet, wobei der Faden an der Außenfläche der Lauffläche weggeschnitten wurde.
Unter Verweis auf die Zeichnungen ist ein Querschnitt unvulkanisierten Kautschuklaufflächenmaterials (1) dargestellt, welches Teilbereiche aufweist, die nach dem Bauen des Reifens und beim Formen und Vulkanisieren des Reifens in einer geeigneten Form, zu einem Laufstreifenoberteil (2) werden, das, für diese beispielhafte Zeichnung, einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand hat und normalerweise dazu entworfen ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, ein Laufstreifenunterteil (3) (wenn das Reifenlaufflächenmaterial nicht aus einer einheitlichen Kautschukzusammensetzung ist), das unter der Lauffläche liegt, und Laufflächenflügel (4), oder das, worauf manchmal als "Miniflügel" verwiesen wird, außenbords von sowohl dem Laufstreifenoberteil (2) als auch dem Laufstreifenunterteil (3), und die einen Teil der Seitenwand (5) überlappen.
Es versteht sich, dass alternativ die Lauffläche ohne die Miniflügel (4) vorgesehen sein kann und dass die Seitenwand (5) einen Teil der Lauffläche überlappen kann, obwohl, für die Zwecke dieser Erfindung, eine solche Konstruktion nicht bevorzugt wird.
Ein elektrisch leitender Faden (6) ist dargestellt als durch den Körper des Laufflächenmaterials (1) gesteppt und somit durch sowohl das Laufstreifenunterteil (3) als auch das Laufstreifenoberteil (2), um eine offene Schlingensteppung (3A) oder eine geschlossene Schlingensteppung (3B) oder eine offene Schlingensteppung, wo der Faden an der äußeren Laufflächenoberfläche weggeschnitten wurde (3C), zu erzeugen.
Es ist zu würdigen, dass die 3A, 3B und 3C nur beispielsweise sind und dass viele Varianten von Steppkonfigurationen verwendet werden können.
Für den gesteppten Faden (6) erstreckt sich ein Abschnitt (7) über einen kleinen Teil einer Außenfläche (8) des Laufstreifenoberteils (2), und ein kleiner Abschnitt (9) erstreckt sich über einen kleinen Teil der Innenfläche (10) des Laufstreifenunterteils.
In einem Aspekt kann der äußere Abschnitt (7) der geschlossenen Schlingensteppung an der Außenfläche (8) des unvulkanisierten Laufflächenmaterials, das dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, weggeschnitten sein, oder an der vulkanisierten Lauffläche beispielsweise mit einem Schleif- oder Schneidmittel (15) weggeschliffen sein, sodass eine Serie individueller, miteinander verbundener, offener Schlingen gebildet wird, wobei nur die Enden (11) des Fadens (6) sich zur Außenfläche (8) des Laufflächenmaterials (2) erstrecken, wie in 2 gezeigt.
Auf diese Weise, und für dieses Beispiel, ist der gesteppte Faden dargestellt als einen elektrisch leitenden Pfad mit relativ niedrigem spezifischem elektrischem Widerstand von der Außenfläche (8) des Laufstreifenoberteils (2) mit relativ hohem elektrischem Widerstand zur Innenfläche des Laufstreifenunterteils (10) verschaffend.
Es ist zu würdigen, dass alternativ das Laufstreifenunterteil (3) einer Lauffläche mit Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktion die Rolle einer elektrisch nichtleitenden Kautschukzusammensetzung mit einem relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand spielen kann.
Während die Miniflügel (4) in 1 als individuelle Kautschukkomponenten des Laufflächenmaterials (1) darstellend abgebildet sind, versteht es sich, dass die Miniflügel (4) eigentlich eine einheitliche Erweiterung und aus derselben Kautschukzusammensetzung des Laufstreifenunterteils (3) sein können.
Es ist zu würdigen, dass das Laufstreifenoberteil (2) von 1 im Wesentlichen mit relativ nichtleitendem Verstärkungsfüllmittel verstärkt ist, wie beispielsweise, jedoch nicht einschränkend, Silika, nämlich für diese Zeichnung 20 bis 90 ThK nichtleitenden Verstärkungsfüllmittels, mit nur einer geringeren Menge Carbon Black (d.h. 20 oder weniger ThK).
Somit hat das Laufstreifenoberteil (2) einen relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand und verschafft der gesteppte Faden (6) dadurch einen Pfad verringerten spezifischen elektrischen Widerstands durch das Laufflächenmaterial (1).
Für die Laufflächenkonstruktion dieses Beispiels können alle Laufflächenkomponenten, nämlich das Laufstreifenunterteil (3), das Laufstreifenoberteil (2) und die Miniflügel (4) in allgemeiner Praxis gemeinsam in einem Multiplex-Extruder koextrudiert werden, um den Laufstreifenverbund (1) zu bilden.
Die Reifenkonstruktion wird in einer geeigneten Form geformt und vulkanisiert, um einen Reifen (12) mit dem gesteppten Faden (6) an der Außenfläche einer Rippe (13) des Laufstreifenoberteils (2) zu bilden, wobei ein Beispiel der gesteppten Version in 2 dargestellt ist. Wie hierin vorangehend erläutert, wird solche gesteppte Konfiguration nur als Beispiel angeführt.
Wenn der Reifen, nachdem er auf einer geeigneten elektrisch leitenden starren Metallfelge, die selbst an einem Rad eines Fahrzeugs montiert ist, aufgezogen und befüllt wurde, über den Boden rollt, wird von dem vorgenannten gesteppten Faden (6), wenn er mit der Straße in Kontakt kommt, ein Pfad für elektrische Dissipation zwischen der Felge zu der Außenfläche (8) der Rippe (13) des Laufstreifenoberteils (2), und dadurch dem Boden, erzeugt.
Es wird erwogen, dass, wenn die Außenfläche des Laufstreifenoberteils (2) an den äußeren, mit dem Boden in Kontakt kommenden Flächen der Laufflächenrippe (13) abschleißt, wenn sie nicht bereits weggeschliffen oder – geschnitten wurde, wie hierin vorangehend erläutert, auch ein Abschnitt des Fadens (6) an der äußeren Laufflächen-Oberfläche (8) abschleißt, wobei noch stets ein Teil des Fadens (6), insbesondere die Fadenenden (11), übrigbleibt, um mit der Straßenoberfläche in Kontakt zu kommen.
Die Schaffung eines elektrisch leitenden Pfades von der Außenfläche einer relativ elektrisch nichtleitenden Lauffläche durch Steppen eines elektrisch leitenden Fadens wird für neu und erfinderisch gehalten. In der Praxis können das Filament bzw. die Filamente des Fadens an Benutzerwünsche angepasst werden, indem ihre Durchmesser und die Wahl der Zusammensetzungen verändert werden, um verschiedene Flexibilitäten und Kompatibilitäten mit den Kautschukzusammensetzungen sowie verschiedene spezifische elektrische Widerstände zu verschaffen, etwas abhängig von den Kautschukzusammensetzungen selbst und der beabsichtigten Nutzung und dem Gebrauch der Reifenlauffläche selbst.
Es wird hierin als eine signifikante Neuheit betrachtet, dass das Konzept des Steppens des elektrisch leitenden Fadens durch das Laufflächenmaterial keine signifikanten Einbußen an Extrusionsfähigkeiten des Reifenlaufflächenmaterials hervorruft, einschließlich Extruderwerkzeugmodifikationen, minimale, falls überhaupt, Abstriche an den Reifenlaufflächen-Kautschukzusammensetzungen, und ohne komplizierte zusätzliche Reifenbauschritte (das Bauen der Lauffläche auf die Reifenkarkasse).
Ein weiterer Aspekt der Neuheit dieser Erfindung ist, dass sie eine Flexibilität in sowohl der Positionierung des gesteppten Fadens an vorbestimmten spezifizierten Stellen an der Lauffläche und auch eine Variabilität der Selektierung und Wahl von Steppkonfigurationen (d.h.. offene Schlinge, geschlossene Schlinge, weggeschnittene oder weggeschmirgelte Schlinge) ermöglicht, abhängig davon, welche Steppung für einen bestimmten Reifen erwünscht sein kann, als auch dem Anbringen von mehr als einer Steppkonfiguration an derselben Reifenlauffläche.
In der Praxis ist, während verschiedene elektrisch nichtleitende Verstärkungsfüllmittel verwendet werden können, Silika beispielhaft für solche Füllmittel, obwohl es sich versteht, dass nicht beabsichtigt ist, dass die Praxis dieser Erfindung auf Silikas als das einzige geeignete nichtleitende Verstärkungsfüllmittel begrenzt sein soll.
Repräsentativ für Silikafüllmittel, als Beispiel und nicht einschränkend gemeint, sind ausgefällte Silikas. Die Anwendung solcher Silikas in der Verstärkung von Kautschukzusammensetzungen ist den Fachleuten in solcher Technik wohlbekannt.
Repräsentativ für verschiedene ausgefällte Silikas sind die, beispielsweise und ohne Einschränkung, von PPG Industries unter dem Hi-Sil-Markenzeichen mit den Bezeichnungen 210, 243 usw. erhältlichen; von Rhone-Poulenc erhältliche Silikas, wie beispielsweise Zeosil 1165MP, und von der Degussa AG erhältliche Silikas mit Bezeichnungen wie beispielsweise VN2, VN3 und BV3370GR, und von J.M. Huber als Zeopol 8746.
Wenn Silikaverstärkung, insbesondere quantitative Silikaverstärkung, für eine Kautschukreifenlauffläche gewünscht wird, so wird konventionell partikelförmiges, ausgefälltes Silika mit einem Kopplungsmittel, oder was manchmal als Silikakoppler bezeichnet wird, verwendet, das in der Lage ist, sowohl mit der Silikaoberfläche als auch dem Kautschukelastomermolekül auf eine Weise zu reagieren, dass das Silika veranlasst wird, einen Verstärkungseffekt auf den Kautschuk zu haben, wovon viele den Fachleuten in solcher Technik allgemein bekannt sind, da Kopplungsmittel, oder Koppler, oft angewendet werden.
In der Praxis kann der Reifen mittels verschiedener Verfahren gebaut, geformt, mit einer Form geformt und ausgehärtet werden, die den Fachleuten in solcher Technik deutlich sein werden.
Die Erfindung kann unter Verweis auf die nachfolgenden Beispiele besser verstanden werden, worin die Anteile und Prozentsätze gewichtsbezogen sind, wenn nicht anderweitig angedeutet.
BEISPIEL I
Dieses Beispiel wird zur Illustration eines Konzepts der Erfindung vorgelegt.
Kautschuk-Luftreifen, hierin als Reifen A, B und C identifiziert, werden als 265/35R18-Typ und Größe hergestellt. Alle Reifen haben identische Carbon Blackverstärkte Kautschukkarkassen mit zugehörigen Wülsten und Seitenwänden.
Für dieses Beispiel hatten die Reifen eine Laufflächenüber-der-Seitenwandkonstruktion, wobei die Lauffläche selbst die Konstruktion koextrudiertes Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteil-Miniflügel hatte.
All diese Laufflächen haben dieselbe vulkanisierte Laufflächengestaltung oder Oberflächenkonfiguration von Stollen und Rillen.
Insbesondere und für dieses Beispiel haben die Reifen A, B und C eine Laufflächenkonstruktion, zusammengesetzt aus einer Koextrusion von 1. einem Laufstreifenoberteil und 2. einem Laufstreifenunterteil wobei der Laufstreifenoberteilkautschuk quantitativ mit Silika verstärkt ist und eine minimale Menge Carbon Black enthält und wobei das Laufstreifenunterteil quantitativ mit Carbon Black verstärkt ist.
Reifen "A" ist ein Kontrollreifen mit einer Lauffläche mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand und somit ein Reifen mit hohem elektrischem Widerstand, jedoch ohne jede Steppung eines elektrisch leitenden Fadens durch seine Lauffläche.
Der experimentelle Reifen "B" wies einen mittels einer offenen Schlingensteppung vor dem Bauen des Laufflächenmaterials auf die Reifenkarkasse durch das Laufflächenmaterial gesteppten elektrisch leitenden filamentförmigen Faden auf, gleichartig 3A.
Der experimentelle Reifen "C" wies einen mittels einer offenen Schlingensteppung vor dem Bauen des Laufflächenmaterials auf die Reifenkarkasse durch das Laufflächenmaterial gesteppten elektrisch leitenden filamentförmigen Faden auf, gleichartig 3A, außer das der Abschnitt der Lauffläche an der Außenfläche des Laufflächenmaterials weggeschnitten war, gleichartig 3C.
Der Faden hatte einen Durchmesser von einem Millimeter und war aus einer Vielzahl verseilter Filamente aus Kohlenstofffasermaterial zusammengesetzt.
All diese Reifen hatten, nach Vulkanisieren in einer geeigneten Form, eine Lauffläche mit einer Rippen- und Rillenkonfiguration.
Die Reifen werden gemäß Test WDK 110 auf ihren elektrischen Widerstand hin ausgewertet.
Die Zusammensetzung für das Laufstreifenoberteil enthielt die in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigten Materialien. Das Laufstreifenunterteil war aus Naturkautschuk, cis-1,4-Polybutadien zusammengesetzt und mit 50 ThK Carbon Black verstärkt.
Die vorgenannten koextrudierten Laufflächen werden auf geeignete Weise auf die Reifenkarkassen gebaut und die Einheit davon in einer Reifenform auf einer Temperatur von 160°C 15 Minuten lang vulkanisiert, um ausgehärtete Luftreifen mit Laufflächenkonfigurationen von Rippen und Rillen zu bilden.

1) Durch Emulsionspolymerisation hergestelltes SBR, erhältlich von The Goodyear Tire & Rubber Company, mit einem Styrolgehalt von 40 Prozent.
2) Isopren-Butadien-Copolymerelastomer mit einer Tg von -45°C und einem Isoprengehalt von 50 Prozent, bezogen von The Goodyear Tire & Rubber Company.
3) Cis-1,4-Polybutadienkautschuk, als BUDENE^® 1207 von The Goodyear Tire & Rubber Company bezogen.
4) Naturkautschuk (cis-1,4-Polyisopren).
5) Kautschukverarbeitungsöl, als 9,4 Anteile in dem E-SBR, wobei die Menge an E-SBR oben auf einem Trockengewicht (ohne das Öl) angegeben ist, und zusätzlich wurden 15 Anteile zusätzliches Kautschukverarbeitungsöl, Weichmacher, Harze und Wachse zugesetzt.
6) Vom Di-Arylparaphenyldiamin- und Dihydrotrimethylchinolintyp.
7) Ein als Zeosil 1165MP von Rhone-Poulenc bezogenes Silika.
8) Bezogen als bis-3-(Triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (50% aktiv), kommerziell erhältlich als X50S von der Degussa AG als ein 50 :50-Gemisch des Tetrasulfids mit N330 Carbon Black (somit als 50% aktiv betrachtet).

An den Reifen A und B wurden unter Verwendung des Tests WDK 110 elektrische Widerstandsmessungen durchgeführt. Die Ergebnisse der Tests (Durchschnittswerte) sind in der nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt.

1) Megaohm.

Diese elektrischen Widerstandsmessungen demonstrieren, dass die Anwendung eines elektrischen Leiters, der an eine elektrisch nichtleitende Lauffläche gesteppt ist, einen geeigneten elektrischen Pfad verschaffen kann, um den elektrischen Widerstand des Reifens zwischen der Außenfläche der Lauffläche und der Reifenkarkassedrastisch zu senken.
In der Praxis dieser Erfindung wird ein ausgefälltes Silika für das elektrisch nichtleitende Verstärkungsfüllmittel verwendet. Es versteht sich, dass, wenn solches Silika in der Praxis dieser Erfindung als Verstärkungsfüllmittel verwendet wird, es konventionell in Kombination mit einem Silikakoppler verwendet wird.

Claims

Prozess zur Herstellung eines Reifens, der das Steppen eines elektrisch leitenden, filamentförmigen flexiblen Fadens durch einen extrudierten, unvulkanisierten Kautschuklaufflächenstreifen umfasst; wobei besagter Laufflächenstreifen (a) aus einer einheitlichen Kautschukzusammensetzung besteht, die weniger als 20 ThK Carbon Black-Verstärkung enthält, oder (b) aus einer Laufstreifenoberteil/Laufstreifenunterteilkonstruktion, wobei die Kautschukzusammensetzung besagten Laufstreifenoberteils oder besagten Laufstreifenunterteils weniger als 20 ThK Carbon Black-Verstärkung enthält; das Bauen besagten Laufflächenstreifens auf eine Carbon Black-verstärkte Kautschukreifenkarkasse, um eine Einheit daraus zu erzeugen, und Vulkanisieren besagter Einheit in einer geeigneten Form auf einer erhöhten Temperatur, um einen Reifen zu bilden wobei besagter Reifen einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von einem Ohm bis 10.000 Megaohm gemäß Test WDK 110 aufweist.
Prozess gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steppung des Filaments in dem Laufflächenmaterial positioniert wird durch Indizieren der Plazierung der Steppstiche mit einem vorbestimmten Standort einer Reifenlaufflächenrippe oder eines Reifenlaufflächenstollens, die dazu entworfen sind, mit dem Boden in Kontakt zu kommen und die geformt werden, wenn die Einheit von Reifenkarkasse und Laufflächenmaterial mit einer Form geformt und ausgehärtet wird.
Prozess gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche eine Laufstreifenoberteil-Laufstreifenunterteilkonstruktion ist, wobei das Laufstreifenoberteil Carbon Black-Verstärkung in einer Menge von 5 bis 20 ThK enthält.
Kautschuk-Luftreifen, zusammengesetzt aus einer Carbon Black-verstärkten Kautschukkarkasse, die zwei individuelle Seitenwände und zwei voneinander beabstandete Wulstbereiche enthält und die eine periphere, umfangsgerichtete Kautschuklauffläche aus (a) einer einheitlichen Kautschukzusammensetzung mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand, oder aus (b) einer Laufstreifenoberteil-/Laufstreifenunterteilkonstruktion trägt; wobei die Kautschukzusammensetzung besagten Laufflächenoberteils und/oder besagten Laufflächenunterteils einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand hat; wobei die Außenfläche der Lauffläche, oder des Laufstreifenoberteils, je nachdem, gestaltet ist, um mit dem Boden in Kontakt zu kommen, und wobei besagter spezifischer elektrischer Widerstand besagter Kautschukzusammensetzung (en) dadurch nachgewiesen wird, dass der Reifen einen elektrischen widerstand von zumindest 20.000 Megaohm gemäß Test WDK 110 aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass besagte Lauffläche einen durch besagte Lauffläche gesteppten, elektrisch leitenden, filamentförmigen, flexiblen Faden aufweist, um einen elektrisch leitenden Pfad von der Außenfläche der Lauffläche zu einer elektrisch leitenden Reifenkarkasse zu bilden und dadurch einen Reifen zu bilden, der einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von einem Ohm bis zehntausend Megaohm gemäß Test WDK 110 aufweist, wobei besagter Faden (A) in einer Form einer Vielzahl kontinuierlicher Steppungen vorliegt, die sich in Umfangsrichtung um die Lauffläche erstrecken, um zumindest eine Steppung an einem Teilbereich der Reifenlauffläche zu verschaffen, der dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen; wobei jede Steppung sich derart durch die Lauffläche erstreckt, dass ein Abschnitt jeder Steppung des Fadens sich über einen Teil der Innenfläche besagter Lauffläche erstreckt und ein Abschnitt jeder Steppung des Fadens sich über den Teil der Außenfläche der Lauffläche erstreckt, der dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen; oder (B) in einer Form einer Vielzahl kontinuierlicher Steppungen vorliegt, die sich in Umfangsrichtung um die Lauffläche erstrecken, um zumindest eine Steppung an einer Aufstandsfläche der Reifenlauffläche zu verschaffen, die dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen; wobei jede Steppung sich derart durch die Lauffläche erstreckt, dass ein Abschnitt jedes Steppstichs des Fadens sich über einen Teil der Innenfläche besagter Lauffläche erstreckt und ein Abschnitt jeder Steppung des Fadens sich über den Teil der Außenfläche der Lauffläche erstreckt, der dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen; oder (C) in einer Form einer Vielzahl kontinuierlicher offener Schlingensteppungen durch die Lauffläche gesteppt sind, welche sich in Umfangsrichtung um die Lauffläche erstrecken, wobei jede Steppung sich derart durch die Lauffläche erstreckt, dass ein Abschnitt des Fadens sich über einen Teil der Innenfläche besagter Lauffläche erstreckt und zumindest ein Teil des Fadens jeder Steppung sich bis an, ohne sich darüber zu erstrecken, eine Außenfläche der Lauffläche erstreckt, die dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen.
Reifen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Segmente besagter Fadensteppung, die sich über einen Teil der Außenfläche besagter Lauffläche erstrecken, die dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, weggeschnitten, weggeschliffen oder weggeschmirgelt sind, um eine Vielzahl aufeinanderfolgender offener Schlingenfadensteppungen zu bilden, die durch ihre Abschnitte an der Innenfläche der Lauffläche miteinander verbunden sind; wobei zumindest ein Ende des Fadens der offenen Schlingen an der Außenfläche der Lauffläche endet, welche dazu gedacht ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen.
Reifen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass besagter filamentförmiger Faden aus einer nichtmetallischen Faser besteht, die aus zumindest einer von Kohlenstofffasern, synthetischen Textilfasern, die eine Dispersion elektrisch leitenden Materials enthalten und/oder einen Überzug, eine Hülle oder einen Mantel aus elektrisch leitendem Material haben, und Polyethylen mit ultrahoher Molmasse mit einer gewichtsdurchschnittlichen Molmasse in einem Bereich von 4 Millionen bis 7 Millionen, das eine Dispersion von Carbon Black enthält, zusammengesetzt ist.