DE1804585A1 - Elastischer Reifen fuer Fahrzeugraeder,Gleiskettenfuehrungsraeder,Reibraeder u.dgl.sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Elastischer Reifen für Fahrzeugräder, Gleiskettenführungsräder, Reibräder und dgl. sowie Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen elastischen Reifen für Fahrzeugräder, Gleiskettenführungsräder, Reibräder und dgl. sowie Verfahren zu seiner Herstellung.
• Reifen der erfindungsgemäßen Art weisen eine poröse Innenseele und in der Außenschicht eine bei Betrachtung mit dem unbewehrten Auge massiv erscheinende, jedoch feinporige Struktur auf.
• Bei der Herstellung von langgestreckten Formkörpern, bei denen eine poröse Innenseele von einer massiven Gummischicht umhüllt wird, geht man in der Regel von zwei verschieden aufgebauten Gummimischungen aus. Die eine dieser Gummimischungen enthält Blähmittel, während die andere, in der Regel außenliegende Gummischicht, blähmittelfrei aufgebaut ist. Bei der Herstellung des Formkörperrohlings muß der Volumenzunahme durch die Blähung der Innenseele Rechnung getragen werden, d.h. also, daß der Formkörperrohling bei einer Vulkanisation in einer Form diese zunächst nicht voll ausfüllen darf. Bei einem solchen Herstellungsverfahren treten hinsichtlich der Vulkanisation Schwierigkeiten insofern auf, als eine festeVerbindung zwischen poröser Innenseele und massiver Außenhaut nicht immer zu erreichen ist. Werden die Formartikel dgnamisch beansprucht, wie dies insbesondere bei Fahrzeugreifen der Fall ist, so machen sich selbst dann Ablösetendenzen zwischen Innenseele und Außenhaut bemerkbar, wenn eine Vulkanisationsverbindung zwischen Innenseele und Außenhaut stattgefunden hat.
• Diese Erscheinung ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß ein Teil der vom Blähmittel freigesetzten Gase sich vorzugsweise an der Grenzfläche zwischen poröser Innenseele und massiver Außenhaut festsetzt, möglicherweise auch in die Grenzfläche der massiven Außenhaut eintritt, und die Verbindung zwischen Innenseele und Außenhaut schwächt.
• Aus diesen Gründen wohl haben sich die nach bisher bekannten Herstellungsverfahren für die Herstellung von dynamisch beanspruchten Formkörpern gefertigten Fahrzeugreifen mit poröser Innenseele nicht bewährt und konnten sich nicht durchsetzen.
• Durch die Erfindung nun wird ein elastischer Reifen für Fahrzeugräder, Gleiskettenführungsräder, Reibräder und dgl. aus Gummi oder gummielastischen Kunststoffen mit poröser Innenseele und einer Außenschicht geschaffen, bei dem der Gesamtquerschnitt des Reifens eine poröse Struktur aufweist, in der Weise, daß in der etwa 1/10 bis 2/3 des Querschnittshalbmessers einnehmenden Außenschicht eine mit dem unbewehrten Auge nicht oder kaum wahrnehmbare Porosität vorhanden ist und der mittlere Porendurchmesser und/ oder die Zahl der Poren in der Seele größer ist als in der Außenschicht.
• In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reifen geschaffen, der im Grenzbereich zwischen Außenschicht und Seele eine Ubergangszone mit von außen nach innen steigender Porosität enthält.
• Durch die Feinporosität der Außenschicht wird einerseits die Rutschsicherheit verbessert, da die Lauffläche stets mit angeschnittenen Poren versehen ist und diese eine bessere Bodenhaftung bewirken, andererseits aber weisen die erfindungsgemäßen Reifen einen geringen Rollwiderstand und gute Federungseigenschaften auf.
• Die Herstellung der erfindungsgemäßen Reifen erfolgt vorteilhaft in einem die Wärmewanderung zur Steuerung der Vulkanisation bzw.
• Vernetzung ausnützenden Verfahren, indem eine Form, die gegenüber dem Sollquerschnitt des fertigen Reifens um 10 - 30 X unterdimensioniert ist, mit einem Beifenrohling aus einer blähmittelhaltigen Mischung aus Kautschuk oder vernetzbaren Kunststoffen, die weiter die üblichen Mischungsbestaildteile und Zuschlagstoffe enthält, ausgefüllt wird, nach dem Schließen der Form die Vernetzung eingeleitet und nach Erreichen eines Vulkanisationsgrades, in dem der Außenbereich voll vernetzt, der Innenbreich Jedoch nur anvulkanisiert-und das Zentrum möglichst noch unvulkanisiert ist, wieder abgebrochen wird, worauf nach dem Entformen des Formkörpers das Blähmittel gegebenenfalls durch weitere Wärmezufuhr zur Entfaltung gelangt und die Vernetzung des dadurch vergräßerten Formkörpers zuende geführt wird.
• Die für die Herstellung der Formkörper erfindungsgemäß verwendeten Formen werden entsprechend der vorausberechenbaren Volumenzunahme unter der Wirkung des Blähmittels unterdimensioniert ausgelegt verwendet. Für die Herstellung des Formkörperrohlings werden blähmittelhaltige Mischungen auf der Grundlage der oben genannten Polymeren verwendet, die ggf. ganz oder teilweise mit einer blähmittelfreien Mischung gleichen oder anderen Aufbaus umhüllt sein können um in einzelnen Bereichen, z.B. im Bereich der Auflagefläche auf die Felge, in an sich bekannter Weise besondere Effekte zu erzielen.
• Uberraschenderweise wurde gefunden, daß bei Anwendung des erfinfungsgemäßen Verfahrens die Herstellung des Formkörperrohlings wesentlich vereinfacht werden kann, indem diese aus einer einheitlichen blähmittelhaltigen Mischung hergestellt werden. Dies ist insbesondere dadurch möglich, daß man die Vernetzung so einstellt, daß zum Zeitpunkt des Entformens, in dem das Blähmittel wirksam wird, die Verfestigung in den Außenbereichen des Formkörpers so weit fortgeschritten ist, daß selbst nach einer Zersetzung des Blähmittels eine Aufblähung dieser Außenbereiche nicht mehr stattfinden kann. Das aus dem Blähmittel abgespaltene Gas bildet kaum sichtbare Poren, während mit zunehmender Entfernung von der Außenfläche der Vulkanisationsgrad abnimmt und gleichzeitig der mittlere Porendurchmesser wächst. Durch die Steuerung des Vulkanisationsgrades in Abhängigkeit von der Wärmewanderung auf diese Weise Formkörper hergestellt werden, die eine massiv erscheinende Außenschicht aufweisen, wobei diese Außenschichtüberraschenderweise keine nennenswerte Porenbildung aufweist.
• Die in erfindungsgemäßer Weise vorvernetzten Formkörper werden der Form entnommen, die noch nicht vernetzte Innenseele zur Expansion gebracht und anschließend die Vernetzung in an sich bekannter Weise weitergeführt.
• Die Dicke der sich ausbildenden massiven Außenschicht kann in Abhängigkeit vom Maß der ersten Vernetzungastufe gesteuert werden.
• Die Dicke dieser massiven Schicht kann 50 X des ursprünglichen Formkörperradius erreichen oder diesen Betrag sogar überschreiten.
• Die poröse Innenseele weist eine überwiegend-geschlossenzellige Feinstruktur auf. In der Grenzzone zwischen massiver Außenschicht und poröser Innenseele bilden sich feinere Poren aus, als im Zentrum der Innenseele. Dies ist darauf -zurückzuführen, daß beim Abbrechen der ersten Vernetzungsstufe im Inneren des Forikörpers in der erwähnten Grenzzone eine Anvnlkanisation stattgefunden hat, die einer Expaßsion des Blähmittels teilweise entgegenwirkt0 Damit wird ein allmählicher, die Festigkeit der Verbindung zwischen poröser Innenseele und massiver Außenschicht erhöhender Ubergang geschaffen.
• Die bei gegebener-Vulkanisationazeit und -temperatur bei einer bestimmten Mischung nach dem Entformen eintretende Volumenvergrößerung ist annähernd konstant. Diese Konstante kann für die Dimensionierung der Formen zur Erzielung von Formkörpern bestimmter Abmessungen zugrundegelegt werden. Die Konstante läßt sie in einfacher Weise empirisch ermitteln.
• Als Elastomere im Sinne der vorliegenden Erfindung sind neben Naturkautschuk auch Synthesekautschuk wie Butadienstyrolcopolymerisate, Butadien-acrylnitrilpolymerisate, Butylkautschuk und dgl.
• sowie sterospezifische Polymere und auch Polyurethan-Elastomere verwendbar.
• Die Mischungsherstellung erfolgt nach der in der Kautschukindustrie üblichen Weise.
• Als Blähmittel werden vorzugsweise solche verwendet, die bei oder in der Nähe der Vernetzungstemperatur zur Entfaltung kommen, wie z.B. das Dinitrosopentamethylentetramin, die Sulfohydrazde, z,B.
• das Benzolsulfohydrazid und dergl.
• Das vorliegende Verfahren ist nicht an die Art eines bestimmten Blähmittels gebunden. Die Auswahl der Blähmittel erfolgt vielmehr in erster Linie im Hinblick auf die Zersetzungstemperatur und Zersetzungsgeschwindigkeit.
• In erfindungsgemäßer Weise hergestellte Vollreifen zeigen überraschenderweise einen verringerten Rollwiderstand, eine niedrigere Wärmebildung im Gebrauch und einen höheren Fahrkomfort gegenüber Massivreifen.
• Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert: Ausführungsbeispiel 1: Eine Naturkautschukmischung folgenden Aufbaus NK 100,-Weichmacher 7,50 Stearinsäure 1,50 Füllstoffe 71,-Schwefel 2,40 Beschleuniger 1,70 Zinkweiß 4,-Blähmittel 1,50 Harnstoffderivate 1 ,-wird entsprechend der Formendimensionierung zu einem Rohling vorgeformt und mit den so erhaltenen Rohlingen die Formennester einer Mehrfachform gefüllt. Die Füllung der einzelnen Formennester ist dabei so dimensioniert, daß ein geringer Austrieb beim Schließen der Formen erfolgt. Die Formen werden schnell auf Vulkanisationstemperatur aufgeheizt. Bevor die Vulkanisation das Zentrum des Rohlings erreicht hat, wird in Abhängigkeit von der gewünschten Außenschichtdicke entformt und in entformten Zustand nach in der Kautschukindustrie üblichen Methoden die Vulkanisation zu Ende geführt. Beim Entformen tritt eine Volumenvergrößerung um etwa 10 - 20 % ein. Das Maß dieser Volumenvergrößerung ist abhängig von der Dimensionierung der hergestellten Formkörper, von der Vulkanisationszeit* -temperatur und vom Blähmittelgehalt der Mischung. Die Formkörper zeigen im Zentrum eine fast kreisrunde, sichtbar poröse Innenseele mit einer engbegrenzten Ubergangszone, in der eine feinere Porosität deutlich erkennbar ist. Im Außenbereich sind die Poren in der HaM$sache nur mit einer stark vergrößernden Lupe erkennbar.
• Ausführungßbeispiel 2.: Eine Kautschukmischung wie im Beispiel 1, jedoch anstelle von Naturkautschuk mit Butadien-Styrol-Copolymerisat mit 28 % Styrol wird in der im Ausführungsbeispiel 1 angegebenen Weise verformt und behandelt. Der erhaltene Formkörper entspricht demnach Beispiel 1 erhaltenen.
• Bei einer genauen Betrachtung des Formkörperquerschnitts ist feststellbar, daß die poröse Innenseele in ihrer äußeren Randzone eine poröse Feinstruktur aufweist und die Porengröße nach dem Zentrum hin leicht und stetig anstsigt. Es kann angenommen werden, daß dieser Ubergang die außerordentliche dynamische Festigkeit bedingt.
• In der die poröse Innenseele umgebenen Außenschicht sind, obwohl auch sie ursprünglich blähmittelhaltig war, Poren mit dem unbewehrten Auge kaum feststellbar.
• Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, das Verfahren auch für die Herstellung von Schichtkörpern anzuwenden.
• So ist es beispielsweise möglich, bei der Herstellung von Fahrzeugreifen die Laufflächenebene mit einer besonders abriebfesten Gummischicht zu versehen. Es ist auch möglich und liegt ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bei Fahrzeugreifen z.B. im Bereich des Reifenbodens und/oder in den mit den Felgenhörnern nach der Radmontage in Berührung kommenden Zonen Verstärkungsschichten aus Kautschukmischungen besonders hoher Scherfestigkeit oder Kerbzähigkeit anzubringen. In diesen Fällen sollte die Schichtdicke der aufgebrachten verstärkenden Kautschukmischungen nicht größer sein als die Schichtdicke der zu erwartenden massiven Außenschicht. Dadurch wird gewährleistet, daß eine sichere Verbindung zwischen den nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, nicht porösen Material der Außenzone und der Auflage hergestellt wird.
• Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
• Eine Form, z.B. Reifenform, mit dem in der Zeichnung dargestellten Querschnittsprofil wird mit einer blähmittelhaltigen Sautschuk-Mischung voll ausgefüllt. Die Form ist gegenüber dem zeichnerisch dargestellten Profil um etwa 10 bis 20 % unterdimensioniert.
• Nach dem Einleiten der Vulkanisation bildet sich innerhalb der Form zunächst die massive Außenschicht 2 aus, sodann wird entformt Bei der Entformung, spätestens aber bei weiterer Wärmezuführung bis auf einen Wert nahe der Vulkanisationstemperatur kommt nunmehr das Blähmittel im Bereich 1 zur Entfaltung und hat eine Volumenvergrößerung des Rohlings um etwa 10 bis 20 % zur Folge.
• Wie schon erwähnt, bringt die vorliegende Erfindung besondere Vorteile bei der Herstellung von dynamisch beanspruchten Formkörpern aus Elastomeren, die eine poröse Innenseele aufweisen, wie z.B. bei Vollgummireifen, Rollen, dynamisch beanspruchten ProfiZn irgendwelcher Art in der Maschinenbautechnik, Dichtungen, Schnünn und dergl.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elastischer Reifen für Fahrzeugräder, Gleiskettenführungsräder, Reibräder und dgl. aus Gummi oder gummielastischen Kunststoffen mit poröser Innenseele und einer Außenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer einheitlichen, blähmittelhaltigen Gummimischung aufgebaute Gesamtquerschnitt des Reifens eine poröse Struktur aufweist, in der Weise, daß in der etwa 1/10 bis 2/3 des Querschnittshalbmessers einnehmenden Außenschicht eine mit dem unbewehrten Auge nicht oder kaum wahrnehmbare Porosität vorhanden ist und der mittlere Porendurchmesser und gegebenenfalls auch die Zahl der Poren in der Seele größer ist als in der Außenschicht.

2. Elastischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Grenzbereich zwischen Außenschicht und Seele eine Ubergangszone mit von außen nach innen steigender Porosität vorhanden ist.

3. Verfahren zur Herstellung von elastischen Reifer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form, die gegenüber dem Sollquerschnitt des fertigen Reifens um 10 -30 % unterdimensioniert ist, ein Reifenrohling aus einer blähmittelhaltigen Mischung auf der Grundlage von Kautschuk oder vernetzbaren Kunststoffen, die weiter die üblichen Mischungsbestandteile und Zuschlagstoffe enthält, ausgefüllt wird, nach dem Schließen der Form die Vernetzung eingeleitet und nach Erreichen eines Vulkanisationsgrades, in dem der Außenbereich voll vernetzt, der Innenbereich jedoch nur anvulkanisiert und das Zentrum möglichst noch unvulkanisiert ist, wieder abgebrochen wird, worauf nach dem Entformen des Formkörpers das Blähmittel gegebenenfalls durch weitere Wärmezufuhr zur Entfaltung gelangt und die Vernetzung des dadurch vergrößerten Formkörpers zuende geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörperrohling aus einer einheitlichen blähmittelhaltigen Gummmischung auf Grundlage von natürlichen oder synthetischen Elastomeren besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß organische Blähmittel verwendet werden, die sich bei oder in der Nähe der Vernetzungstemperatur zersetzen.

6. Verfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Formkörperrohlings ganz oder teilweise mit blähmittelfreien Gummischichten abgedeckt wird.

Leerseite