DE2744391A1

DE2744391A1 - Verfahren zum runderneuern von luftreifenlaufflaechen

Info

Publication number: DE2744391A1
Application number: DE19772744391
Authority: DE
Inventors: Leif Axel Bertil Bjoerkman; Lars-Erik Johan Eklund
Original assignee: Elektra Regummeringsteknik AB
Current assignee: Elektra Regummeringsteknik AB
Priority date: 1976-10-04
Filing date: 1977-10-03
Publication date: 1978-04-06
Also published as: NL188459B; JPS6031663B2; FR2366121A1; US4157930A; DE2744391C2; CA1086462A; SE7610987L; NL7710811A; GB1587889A; FR2366121B1; IT1143857B; SE441078B; JPS5345387A; NL188459C

Description

Dr.-Ing. Reinnar König · Dipl.-!ng. Klaus Bergen Cecilienallee 76 Λ Düseeidorf 3O Telefon 452ΟΟ8 Patentanwälte

30. September 1977 31 775 K

AB REGUMMERINGSTEKNIK, Uppsala. Schweden

"Verfahren zum Runderneuern von Luftreifenlaufflächen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Runderneuern von Luftreifenlaufflächen unter Verwendung einer vorvulkanisierten Lauffläche und eines Gummibandes, bei dem die Karkasse zunächst gesäubert und von Schäden befreit sowie mit einem Gummiband belegt wird.

Die hohen Rohstoffpreise und die ständig steigenden Arbeitskosten in der Reifenindustrie lassen sich nur schwer mit steigendem Produktionsvolumen auffangen. Die demzufolge steigenden Reifenpreise haben das Interesse an runderneuerten Reifen wachsen lassen. Hinzu kommt das immer notwendiger werdende Recycling.

Die herkömmlichen Runderneuerungsanlagen sind jedoch aufwendig und besitzen eine nur geringe Kapazität. Die meisten herkömmlichen Verfahren zum Runderneuern von Reifen arbeiten mit vorvulkanisierten Laufflächen. Dabei wird der Reifen nach dem Entfernen seiner alten Lauffläche mit einer neuen Lauffläche versehen, die mittels eines Verbindungsstreifens aus Gummi auf der Karkasse befestigt wird. Danach wird der Reifen, je nach dem speziellen Erneuerungsverfahren in einen Autoklaven oder in eine erhitzte Matrix gebracht. Das Erhitzen des Reifens in dem Autoklaven oder der Matrix erfolgt bei den meisten Verfahren mittels Dampf,

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es ist jedoch auch ein elektrisches Erwärmen sowohl bei dem Vulkanisierverfahren im Autoklaven als auch bei dem Verfahren in der Matrix bekannt. Die für das Vulkanisieren erforderliche Zeit schwankt bei den verschiedenen Verfahren zwischen 1,5 und 5 Stunden.

Bei einem anderen Runderneuerungsverfahren für Luftreifen wird eine neue unvulkanisierte Lauffläche auf die alte Leinwandkarkasse aufvulkanisiert.

Die Unterschiede der meisten bekannten Verfahren bestehen hauptsächlich in dem letzten Verfahrensschritt, wenn nämlich die Lauffläche auf der Karlasse befestigt wird.

Nach dem schwedischen Patent 340 524 wird eine vorvulkanisierte Lauffläche mittels eines Gummibandes an der auf eine Felge aufgezogenen Karkasse befestigt. Eine äußere Abdeckung dient zum Stabilisieren der Lauffläche während des Vulkanisierens. Die ganze Packung wird in einen Autoklaven gebracht, dort mit Druck beaufschlagt und auf eine durch Einleiten eines heißen Fluids,Temperatur von 60 bis 15O°C^bracht. Gleichzeitig wird der Reifen einem inneren Druck ausgesetzt, der dem Druck in dem Autoklaven um 1,1 bis 3,5kp/cm übersteigen soll. Die für das Vulkanisieren des Reifens erforderliche Zeit liegt bei fünf Stunden und die Vulkanisiertemperatur bei 90 bis 93°C. Die Produktionskapazität beträgt etwa ein Reifen je Mann und Stunde.

Ein weiteres bekanntes Vulkanisierverfahren basiert auf dem gleichen Prinzip. Die Reifen brauchen jedoch nicht auf eine Felge aufgezogen zu werden, sie müssen aber mit einer Gummiabdeckung, einer sogenannten Wollform versehen werden. Das Erwärmen erfolgt mit 85°C warmem,durch die Autoklavwandung geführtem Wasser. Der Druck auf den Reifen und die

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Stabilisierung des Reifens resultieren aus dem Vakuum. Die Vulkanisierungszeit streut in Abhängigkeit von der Vulkanisierungsgeschwindigkeit des Gummibandes zwischen 2,5 und 3,5 Stunden. Die Investitionskosten und die Produktionskapazität sind im wesentlichen die gleichen wie bei dem Verfahren gemäß dem schwedischen Patent 34-0 524.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird ein kleiner, nur einen oder zwei Reifen für Lastkraftwagen aufnehmender Autoklav verwendet. Die Reifen werden auf Felgen montiert, aber nicht mit einer Wollform, und mit einer einfacheren Gummiabdeckung zum Schutz der Lauffläche und des Gummibandes gegen Wasser und Dampf versehen.

Das Aufheizen geschieht mit Dampf, wobei die Dampfkammer gleichzeitig als Druckmedium und Stabilisiermittel für die Karkasse wirkt. Die Vulkanisierungszeit beträgt etwa 90 Minuten, die Produktionskapazität 0,6 Reifen je Mann und Stunde.

Nach einem weiteren bekannten Verfahren unter Verwendung eines Autoklav mit freiem Dampf wird die Karkasse nicht auf eine Felge montiert. Vielmehr wird die Lauffläche mit Längsklammern aus Stahl oder Nylon in der richtigen Position gehalten. Die Reifen werden in den Dampf enthaltenden Autoklaven gebracht und rotieren während des Vulkanisierens. Der Autoklav faßt im Normalfall zwischen sechs und sieben Lastwagenreifen. Das Vulkanisieren nimmt etwa 2,5 Stunden in Anspruch. Die Produktionskapazität liegt bei 0,6 Reifen je Mann und Stunde.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Runderneuern abgefahrener Reifen zu schaffen, dem

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die vorerwähnten Nachteile nicht anhaften, das vielmehr auf der Überlegenheit basiert, während einer nur kurzen Zeit lediglich die Gummizwischenschicht zu erweichen, ohne die vorvulkanisierte Lauffläche zu überheizen bzw. aufgrund der Wärme in der Qualität zu beeinträchtigen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die herkömmlichen Laufflächen und Gummibänder so unterschiedliche dielektrische Kenngrößen bzw. Verluste besitzen, daß die vorvulkanisierte Lauffläche höher erwärmt wird als das Gummiband und demzufolge bereits beschädigt wird, bevor die Lauffläche fest aufvulkanisiert ist»

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art zunächst auf die Karkasse ein Gummiband mit einem im Vergleich zu der Lauffläche hohen dielektrischen Verlust gelegt, darauf die Laufflächen aufgebracht und das Gummiband vom Reifeninneren her vorgewärmt und anschließend der Reifen durch Bestrahlen mit Mikrowellen vulkanisiert wird.

Auf diese Weise ergibt sich ein Verfahren mit erheblichen wirtschaftlichen und technischen Vorteilen,denn die Runderneuerung abgefahrener Reifen nimmt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr viel weniger Zeit in Anspruch als bei herköpnlichen Verfahren. Außerdem ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen infolge der erhöhten Produktivität und der verbesserten Ausnutzung der Maschinen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt ein Vulkanisieren, ohne daß die vorvulkanisierte Lauffläche längere Zeit der . nachteilhaften Einwirkung hoher Temperaturen ausgesetzt wird.

Mit dem Erwärmen durch Mikrowellen wird Zeit gespart und die Produktion je Mann und Stunde erhöht, so daß die vari-

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ablen Kosten niedriger als bei herkömmlichen Verfahren sind. Die Investitionskosten sind ebenfalls niedriger als bei herkömmlichen Verfahren. Die Qualität ist mindestens genau so hoch wie bei den bekannten Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für unterschiedliche Reifenabmessungen geeignet. Außerdem sind die Arbeitsbedingungen besser und ist das System ortsbeweglich, so daß das Verfahren an unterschiedlichen Orten durchgeführt werden kann.

Der dielektrische Verlust des Gummibandes ist bei einer bestimmten Vulkanisiertemperatur größer als derjenige der vorvulkanisierten Lauffläche. Hierdurch ist sichergestellt, daß die stärkste Erwärmung in dem Gummiband erfolgt, ohne daß dabei die Lauffläche in Mitleidenschaft gezogen wird.

Vorteilhafterweise wird der aus Karkasse, Gummiband und Lauffläche bestehende Reifen auf eine Felge aufgezogen, die mit einem dem Reifeninneren angepaßten Rohr versehen und mittels einer äußeren Abdeckung mit einem Luftauslaß umgebenwJidDanzulblge lenn zum Erwärmen des Gummibandes vom Reifeninneren her das Rohr im Reifeninneren mit heißem Wasser gefüllt werden.

Außerdem empfiehlt es sich, den aus Leinwandkörper, Gummiband und Lauffläche bestehenden Reifen in Rotation zu versetzen und von außen her mit Mikrowellen derart zu bestrahlen, daß das Gummiband weich wird, ohne die Lauffläche zu überhitzen.

Zum Vorerwärmen des Gummibandes kann Wasser mit einer Temperatur von etwa 120⁰C in das Rohr im Reifeninnern geleitet und dadurch das Gummiband zwecks Erhöhung seines dielektrischen Verlustfaktors auf eine Temperatur von etwa 60 bis 80⁰C erwärmt werden. Weiterhin können die Karkasse,

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das Gummiband und die Lauffläche mittels eines Rollers miteinander verbunden werden.

Der aus der Karkasse, dem Gummiband und der Lauffläche bestehende Reifen kann auch in einen Autoklaven zwischen zwei Druckplatten gebracht und das Innenrohr mit heißem Wasser eines Drucks von etwa 750kPa/cm sowie der Autoklav mit Luft eines Drucks von etwa 500kPa/cm gefüllt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Autoklaven zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dessen Innerem sich das gesamte Rad aus Felge und Reifen auf einer rotationsbeweglichen, angetriebenen Achse zwischen zwei Druckplatten befindet. Der Autoklav zeichnet sich daduch aus, daß an seiner Innenwandung mit Abstand von der Reifenlauffläche ein Mikrowellenstrahler zum Vulkanisieren des Reifens angeordnet ist.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Gummi besitzt die Form eines Gummibandes und besteht aus

80	bis	100	GT	Chloropren-Gummi
0	bis	20	GT	Butadi en-Gummi
	6		GT	Magnesiumoxyd
	2		GT	Harz
	3		GT	Stearinsäure
2	bis	5	GT	Beschleuniger
	VJl		GT	Verfahrens-Agens
15	bis	20	GT	Weichmacher
50	bis	55	GT	Ruß mit einer Teilchengröße
				unter 50 mn
	6		GT	Zinkoxyd und
1	bis	3	GT	Schwefel,

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wobei der dielektrische Verlust des Gummibandes bei einer bestimmten Vulkanisiertemperatur größer als der dielektrische Verlust der vorvulkanisierten Lauffläche und die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlustwinkel ist.

Um ein Material wirksam mittels Mikrowellen zu erwärmen,

ag

muß es einen hohen dielektrischen Verlust £ besitzen. Dieser Verlust erhöht sich normalerweise schnell mit der Temperatur; ein möglichst homogenes Mikrowellenfeld ist daher wichtig, insbesondere um eine Blasenbildung in dem erhitzten Gummi zu vermeiden. Je gleichmäßiger das Mikrowellenfeld ist, um so höher ist die Verfahrenstemperatür, die sich ohne Gefahr einer Blasenbildung anwenden läßt. Das bedeutet umgekehrt kürzere Verfahrensζeiten und bessere Ausnutzung der Mikr owell en en er gi e.

Seit 1950 wuiden Mikrowellen zum Vulkanisieren und Vorwärmen von Gummi vor dem Druckgießen verwendet, was sehr komplizierte Gummiprofile schnell und mit gutem Erfolg zu vulkanisieren erlaubte.

Unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen zum abschließenden Vulkanisieren von extrudierten Gummiteilen oder zum Vorwärmen von Gummiteilen vor dem Druckgießen sind in den schwedischen Patentschriften 97 304, 105 210, 125 411 und 148 079 sowie in der schwedischen Offenlegungsschrift 357 918 beschrieben, ebenso wie in den US-Patentschriften 3 471 352 und 3 639 und in der britischen Patentschrift 1 311 126, der deutschen Patentschrift 895 371 und der deutschen Offenlegungsschrift 2 122 578. Auch in der US-Patentschrift 2 541 644 wird eine Vorrichtung zum Vulkanisieren von Fahrzeugreifen mittels hochfrequenter Ströme beschrieben.

Die US-Patentschrift 3 880 693 beschreibt ein Verfahren zum

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Aufeinanderschichten vulkanisierter Filme bzw. Folien aus Gummi. Bei diesem Verfahren erzeugt eine Lage aus einer vulkanisierbaren Mischung auf der Basis eines Gummipolymers Wärme, wenn sie einem elektrischen Hochfrequenzfeld ausgesetzt wird, und wird zwischen die miteinander zu verbindendenFlächen gebracht sowie unter Druck in einem elektrischen Feld mit einer Frequenz von etwa 0,1 bis 500MHz erwärmt. Das Endprodukt soll für Dicht- und Beschichtungszwecke brauchbar sein.

Es ist nicht möglich, dieses Verfahren auf die Runderneuerung von Reifen mittels Mikrowellen zu übertragen. Der Mikrowellenbereich erstreckt sich von 1000 bis 100000MHz und unterscheidet sich daher sehr deutlich von den in der US-Patentschrift 3 880 693 genannten Frequenzen von 0,1 bis 5oo MHz. Die für das Verfahren der US-Patentschrift benutzte Vorrichtung besteht aus einer Presse, zwischen deraPlatten das Filmmaterial erhitzt wird. Eine solche Presse eignet sich nur so lange wie ihre eigenen Abmessungen kMner als 1/10 Wellenlänge sind. Demzufolge kann die Presse bei hoher Frequenz Längen bis zu einem Meter erhitzen. Für Mikrowellen mit einer gebräuchlichen Frequenz von 2450 MHz müssen die Abmessungen der Presse unter 1 cm liegen. Bei größeren Abmessungen treten unannehmbare Veränderungen beim Erwärmen ein. In der US-Patentschrift sind Dicken von 0,2 bis 20 mm als annehmbar angegeben. Die Dicke ist durch die materialabhängige Eindringtiefe begrenzt; da die Eindringtiefe umgekehrt proportional zur Frequenz ist, entsprechenjden 0,2 bis 20 mm bei Hochfrequenz 0,002 bis 0,2 mm bei Mikrowellenfrequenz. Das ist ein Grund mehr dafür, warum sich das Verfahren der US-Patentschrift nicht auf das Vulkanisieren von Reifen anwenden läßt.

Gemäß der US-Patentschrift wird ein Hochfrequenz-Gerät mit einer Elektrode auf jeder Seite des zu erhitzenden Gegenstandes eingesetzt. Das ist beim Vulkanisieren von Reifen aus

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technischen und wirtschaftlichen Gründen ausgeschlossen. Nach der US-Patentschrift müssen die dielektrischen Kenngrößen so sein, daß die Verluste in dem Gummiband größer sind als in dem umgebenden Medium. Es bleibt allerdings offen, bei welcher Temperatur das geschehen soll. Bei Raumtemperatur gilt im Vergleich zu der Erfindung das umgekehrte Verhältnis für das Gummiband. Erfindungsgemäß wird nämlich eine Temperaturerhöhung ausgenutzt, um die Verhältnisse zwischen dem umgebenden vulkanisierten Gummi und dem Gummiband zu ändern. Die Möglichkeit, die dielektrischen Verluste in dem Gummi zu ändern, läßt sich der US-Patentschrift nicht entnehmen. Vielmehr konzentrieren sich deren Ausführungen lediglich auf die Zusammensetzung des Gummibandes im Vergleich zu der Zusammensetzung der zu schichtenden Filme.

Weiterhin ergibt sich aus der US-Patentschrift, daß das Gummiband zwischen den miteinander zu verbindenden Filmen vorzugsweise die gleichen Polymere enthalten sollte wie die Filme. Bei Mikrowellen-Frequenzen sind jedoch die Verluste aller bekannten Gummisorten niedriger als bei unvulkanisiertem Gummi.

Das Vulkanisieren von Gummi erfordert eine große Wärmemenge, da die Wärmeleitung sehr gering ist, nimmt die Anwendung von Wärme und ihre Ausbreitung viel Zeit in Anspruch. Beim Vulkanisieren dicker Gummiprofile, einschließlich Reifen, muß bei herkömmlichen Verfahren die Wärme von der Oberfläche in das Material, beispielsweise die Lauffläche, eingelotet werden. Die Folge davon kann ein ungleichmäßiges Vulkanisieren über den Querschnitt des Gummiprofils mit dem geringsten Vulkanisationsgrad in Mitte der größten Abmessung des Gummiprofils sein. Je höher die Temperatur

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liegt, um so ungleichmäßiger ist die Vulkanisation. Zu hohe Temperaturen verursachen eine tJbervulkanisation in der Oberfläche der Reifenlauffläche und verschlechtern die Verschleißfestigkeit. Das bedingt eine lange Vulkanisationszeit bei relativ niedriger Temperatur, um annehmbare Eigenschaften des fertigen Reifens zu gewährleisten. Das gleiche gilt auch für auf herkömmliche Weise runderneuerte Reifen.

Es ist "RUBBER AGE", Juni 1975, Seite 43ff bekannt,daß sich die Vulkanisationszeit beim Herstellen großer Lastwagenreifen durch Vorwärmen der unvulkanäsierten Reifenlauffläche mittels Mikrowellen vor dem letzten Vulkanisieren auf ein Drittel herabsetzen läßt. Da die Mikrowellen ohne Überhitzung in den Gummi eindringen können, läßt sich eine ziemlich gleichmäßige Wärmeverteilung über die gesamte Lauffläche erreichen, solange die Temperatur nicht zu hoch ist. Nach dem Artikel beträgt die optimale Vorwärmtemperatur für einen 906 kg-Lastwagenreifen 99⁰C bei gleichmäßiger Temperaturverteilung ohne Überhitzungsgefahr. Der Artikel beschreibt auch, wie sich der Verlust einer bestimmten Gummimischung mit der Temperatur ändert, er beginnt, sich bei 85⁰C deutlich zu erhöhen. Daraus folgern die Verfasser,daß, bei einer Mikrowellenenergie und Temperaturen weit über 100⁰C die Steuerung des Erwärmens schwierig ist, Danach ist es nicht möglich, einen Reifen ausschließlich mit Mikrowellen zu vulkanisieren, weil bei Erreichen der Vulkanisationstemperatur sich der Erwärmungsprozess nicht mehr steuern läßt, um eine gleichmäßige Temperatur über die Reifendicke zu erreichen. Die Verfasser führen zudem aus, daß die Gummimischung nur einen geringen Einfluß auf die Erwärmung ausübt.

Die Verfasser sagen nichts über die Möglichkeit einer Anwendung von Mikrowellen bei der Runderneuerung von Reifen mit unvulkanisierten oder fertigvulkanisierten Reifen.

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Der Grund hierfür besteht darin, daß bekanntlich das Mikrowellenerhitzen beispielsweise für das Fertigvulkanisieren von Reifen nach bekannten Verfahren eine viel zu ungleichmäßige Wärmeverteilung und somit unterschiedliche Vulkanisationsgrade in dem Reifen ergibt. Da hohe Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von Reifen gestellt werden, ist es nicht möglich, Reifen mit Mikrowellenerwärmung zu vulkanisieren und dabei gute Ergebnisse zu erzielen.

Diese Schwierigkeiten entstehen sowohl beimHerstellen neuer als auch beimAufvulkanisieren einer unvulkanisierten Lauffläche auf die alte Karkasse eines alten Reifens.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit einer fertigvulkanisierten Lauffläche, die mit der alten Karkasse mittels eines Gummibandes durch Mikrowellenenergie vulkanisiert wird, ohne die vorvulkanisierte Lauffläche durch die angewandte Wärme zu beschädigen.

Das Risiko eines ungleichmäßigen Erhitzens des Gummibandes ist geringer als beim Vulkanisieren eines ganzen Reifens, da das Gummiband so dünn, beispielsweise 2 mm dick, ist und die Mikrowellen das Vulkanisieren des Gummibandes ohne Überhitzen der vorvulkanisierten Lauffläche bei einer so hohen Temperatur bewirken, daß sie entweder zerstört ist oder die Verschleißfestigkeit um ein beträchtliches Maß abgenommen hat. Ob das möglich ist, hängt von bestimmten Materialeigenschaften des Gummis ab, nämlich den dielektrischen Materialeigenschaften £ und tang (j. Der dielektrische Verlust £," = £ · tang rf des Gummibandes als Bindeschicht muß bei der Vulkanisiertemperatur höher sein als der der vulkanisierten Lauffläche, so daß sich die von den Mikrowellen herrührende Wärme auf das Gummiband konzentriert anstatt auf die schon fertig vulkanisierte Lauffläche zu wirken. Diese Voraussetzung ist

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für viele Materialien nicht erfüllt.

Die Wärmemenge, die in einem Material entsteht, das einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, läßt sich durch die folgende Gleichung ausdrücken

wobei P die Wärmemenge je Volumeneinheit, f die Frequenz des elektromagnetischen Feldes,

£" der dielektrische Verlustfaktor des Materials (£" =

£ tang (Γ ),

E die elektrische Feldstärke,
S die Dielektrizitätskonstante und

er Verlustwinkel ist.

Das Gummiband sollte einen höheren dielektrischen Verlust bzw. Verlustfaktor besitzen als die vulkanisierte Lauffläche, um die mittels Mikrowellen aufzuvulkanlsieren, ohne die Lauffläche durch überhitzen zu zerstören. Der höhere Verlustfaktor des Gummibandes bedingt ein schnelles Erwärmen des Gummibandes, eine relativ geringe Vulkanisationsenergie und eine niedrige Temperatur der Lauffläche.

Um zu prüfen, ob Gummibänder und fertig vulkanisierte Laufflächen die vorstehend genannten Bedingungen voll erfüllen, nämlich eine Vulkanisationsverbindung einer vulkanisierten Lauffläche mit Hilfe eines Gummibandes und Mikrowellen als Wärmequelle ermöglichen, wurden die Dielektrizitätskonstanten (£ ) und die Verlustwinkel (cf) bei einer Frequenz von 2,4GHz von fünf Gummisorten gemessen, und zwar einer fertig vulkanisierten Lauffläche, eines unvulkanisierten Gummibandes für Stahl-Radialreifen,

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eines unvulkanisierten Gummibandes für Reifen mit Vorspannung, eines unvulkanisierten Gummibandes in Form einer Platte aus natürlichem Gummi und eines unvulkanisierten Stücks Gummizwischenlage.

Die Messungen wurden bei Temperaturen von 25°C bzw. Raumtemperatur, 50°C, 100°C und 1AO⁰C durchgeführt. Die Messergebnisse sind aus der Tabelle I ersichtlich.

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Tabelle I

Vorvulkanisierte Lauffläche

Vulkanisierter hochelastischer Gummi (Basisplatte)
für Stahlradialreifen

Unvulkanisiertes Gummiband
für Stahlradialreifen

Unvulkanisiertes Gummiband
für einseitig vorgespannte
Reifen

Unvulkanisiertes Gummiband
in Form einer Platte aus
natürlichem Gummi

Gummilappenzwischenlage

4,6 4,6 4,6 4,5 3,6 3,6 4,1 4,3 3,1 3,2 3,1 3,4 3,0

3,1 3,0

3,1 3,5 3,4 3,6 3,6 3,4 3,4 3,6 4,5

Temp(°C)

0,084
0,098
0,124
0,148
0,048
0,068
0,136

0,193

£0,001

^0,001

0,005

0,017

.CO, 001

0,006

0,022

£0,001

£Ό,001

0,025

0,043

£-0,001

0,002

0,015

0,068

0,390 0,459 0,579 0,671 0,172 0,244 0,550 0,831 £.0,003 £0,003 0,015 0,057 £.0,003 «£0,003 0,019 0,068 -£0,003 -£"0,003 0,086 0,150 £.0,003 0,008

0,053 0,290

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140

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140

100

140

100

140

100

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- MT-

Auf der Basis der dielektrischen Messwerte wurde im Computer das gleichzeitige Mikrowellenerwärmen der Karkasse des Gummibandes und der fertig- bzw. vorvulkanisierten Lauffläche simuliert.

Die Ergebnisse haben gezeigt, daß bekannte Gummibänder einen niedrigeren dielektrischen Verlust besitzen als bekannte fertigvulkanisierte Laufflächen, so daß sich die Mikrowellenerwärmung bei der Runderneuerung von Reifen mit jeweils bekannten Gummibändern und fertigvulkanisierten Laufflächen nicht anwenden läßt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung des Temperaturverlaufs beim Erhitzen einer typischen Kombination Karkassekörper / bekanntes Gummiband / Lauffläche mit Mikrowellen nach dem Cbmputermodell,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit des dielektrischen Verlustfaktors von der Temperatur,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Computermo-

bis 7 delle von Erwärmungsprozessen bei unterschiedlichen Bedingungen,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Reifens im Schnitt,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Schlauchs ebenfalls im Schnitt und

Fig.10 einen Schnitt durch einen Autoklaven mit

darin befindlichem Rad aus Felge und Reifen.

Nach Fig. 1 konzentriert sich die von den Mikrowellen verursachte Wärme auf die Lauffläche anstatt auf das Gummiband. Das bei der geringsten Temperatur arbeitende Runderneuerungs-Verfahren erfordert eine Temperatur von etwa90 C

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in dem Gummiband. Bei dieser Gummibandtemperatur erreicht die Lauffläche in bestimmten Bereichen über 210⁰C, was nicht akzeptabel ist.

Hier zeigt sich die Notwendigkeit, ein neues Gummiband mit einem höheren dielektrischen Verlust als bei bekannten Gummibändern zu schaffen, um eine Vulkanisierverbindung von üblichen vulkanisierten Reifen mittels Mikrowellenerwärmung und gleichzeitig eine zufriedenstellende Bindung zwischen der Karkasse und der Lauffläche zu ermöglichen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Gummiband insbesondere deswegen auch noch vorgewärmt, um seinen mit der Temperatur stark ansteigenden dielektrischen Verlustfaktor zusätzlich zu erhöhen.

Für die infragekommenden Gummi-Mischungen wurden die Festigkeiten und die dielektrischen Eigenschaften (£ und tang Q ) ermittelt und der Verlustfaktor £" berechnet. Auf der Grundlage der Ergebnisse wurde der Erwärmungsverlauf für die Karkasse, das Gummiband und die fertigvulkanisierte Lauffläche mit Hilfe eines Computermodels bestimmt.

Die ursprüngliche Bedingung für die Produktion und die Prüfung der Gummibandverbindung legte fest, daß die Mischungen bei einer Vulkanisiertemperatur von 149⁰C in Laborversuchen (Vulkanisations-Verbindung einer Platte aus einer vulkanisierten Lauffläche herkömmlicher Zusammensetzung) eine völlig zufriedenstellende Verbindung zwischen den beiden Materialien ergeben muß. Die dielektrischen Werte wurden für die Versuchszusammensetzungen bestimmt, die diese Bedingung voll erfüllten. Der Erwärmungsverlauf der Kombination Leinwandkarkasse / Gummiband / fertigvulkanisierte Lauffläche wurde mit Hilfe eines Computers simuliert.

Versuche haben gezeigt, daß nicht alle Mischungen, die hin-

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reichende Festigkeitswerte zeigten, wie beispielsweise Klebekraft mit dem Laufflächenmaterial, den Test der Computer-Simulation bestanden haben. Diese nicht akzeptablen Verbindungen hatten bei Vulkanisiertemperatur einen Verlustfaktor, der nicht genügend höher war als derjenige der Lauffläche, um zu hohe Temperaturen in der Lauffläche während der Zeit zu verhindern, in der das Gummiband vulkanisiert wird.

Das Diagramm der Fig. 2 (Kurve 1) zeigt den Verlustfaktor

^M als Funktion der Temperatur für ein ungeeignetes Gummiband, nämlich für das beste der geprüften herkömmlichen Gummibänder, die in Tabelle 1 unter "Gummilappenzwischenlage" aufgeführt sind. Außerdem zeigt das Diagramm den Verlustfaktor für ein geeignetes Gummiband gemäß der Erfindung (Kurve 2), dessen Zusammensetzung im folgenden beschrieben wird, und schließlich den Verlustfaktor für eine vulkanisierte Lauffläche (Kurve 3) gemäß Tabelle 1. Die Beziehung zwischen der Wärmeentwicklung in der Lauffläche und in dem Gummiband hängt besonders von dem Verlustfaktor der betreffenden Werkstoffe ab. Diese Beziehung wird mit steigender Temperatur zunehmend wichtiger. Darin liegt der Grund für das Vorwärmen des Gummibandes. Aus dem Diagramm der Fig. 2 ist ersichtlich, daß ein gleichmäßiges Vorwärmen für ein herkömmliches Gummiband nicht ausreicht. Die Wärme, die in einem herkömmlichen Gummiband bei der Mikrowellenerwärmung entsteht, wird durch Wärmeleitung von der Lauffläche her eingeleitet.

Um den Unterschied zwischen zwei Gummibandtypen aufzuzeigen, wurde der Erwärmungsverlauf mit Hilfe von Computerberechnungen simuliert. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird das Gummiband aus den vorerwähnten Gründen mittels heißen Wassers einer Temperatur von 120°C auf 60 bis 80⁰C vorgewärmt. Das wurde bei der Computer-Simulation mit

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einer Vorerwärmungstemperatur von etwa 70° berücksichtigt.

Bei der Computer-Simulation des Erwärmungsverlaufs für das nicht geeignete Gummiband gemäß Kurve 1 in Fig. 2 wurde ein Vor- ,"armen nicht berücksichtigt, da sich, wie aus Fig. 2 ersichtlich, der dielektrische Verlustfaktor auf diese Weise nicht auf einen zufriedenstellenden Wert erhöhen läßt. Das Erwärmen würde die Aufheizzeit bis zur Vulkanisiertemperatur nicht merklich beeinflussen.

Bei einer Computer-Simulation eines Mikrowellenerwärmens eines nicht geeigneten Gummibandes ohne Vorerwärmen wurde zunächst mit einer Mikrowellengesamtleistung von 20 kW für einen Lkw-Reifen mit normaler Lauffläche, entsprechend einer Leistungsdichte von 50 W/cm und anschließend, um zu untersuchen, ob eine höhere Mikrowellenleistung den Heizprozess beeinflussen würde, mit einer Mikrowellengesamtleistung von 50 kW, entsprechend einer Leistungsdichte von

125 W/cm , gerechnet.

Die Ergebnisse der Computer-Simulationen mit einer Mikrowellenleistung von 20 kW und einer Leistungsdichte von 50 W/cm ist in Fig. 3 und mit einer Mikrowellenleistung von 50 kW in Fig. 4 dargestellt. Aus Fig. 3 geht hervor, daß bei Erwärmen des Gummibandes mit Mikrowellen einer Gesamtleistung von 20 kW 31 Minuten erforderlich sind, um 140⁰C zu erreichen. Bei der Extrapolation ergibt sich, daß es 36 Minuten dauern würde, um das Gummiband auf 149°C zu erwärmen, nämlich auf die Temperatur, bei der die verschiedenen Gummiproben vulkanisiert werden, um die Festigkeitswerte zu bestimmen, beispielsweise die Adhäsion zwischen dem Gummiband und der Lauffläche.

Fig. 3 zeigt, daß während der 36 Minuten, die erforderlich sind, um die Gummibandtemperatur auf 149⁰C zu bringen, das Temperaturmaximum in der Lauffläche nur geringfügig unter 180°C liegt. Zu dieser Aufheizzeit von 36 Minuten muß die

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Vulkanisierzeit bei der Runderneuerung addiert werden. Diese Vulkanisationszeit beträgt etwa 10 bis 12 Minuten. Der Grund dafür, daß dieses Gummiband nicht geeignet ist, obwohl es den Anforderungen an die Adhäsion und die Festigkeit voll genügt, liegt darin, daß die Aufheizzeit von 36 Minuten auf 149°C ( zuzüglich 10 bis 12 Minuten für das Vulkanisieren bei dieser Temperatur ) zu lang ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt hingegen eine Gesamtzeit von weniger als 30 Minuten für jeden Zyklus.

Wenn die Mikrowellenleistung für das nicht geeignete Gummiband auf 50 kW erhöht wurde, um die Aufheizzeit abzukürzen, wie aus Fig. 4 ersichtlich, waren 10,5 Minuten erforderlich, um das Gummiband auf eine Temperatur von 14O°C zu bringen. Bei der Extrapolation ergibt sich, daß das Band nach 12,5 Minuten eine Temperatur von 149 C erreicht. Während dieser Zeit steigt die Temperatur in der Lauffläche auf 210⁰C bzw. 230⁰C, was im Hinblick auf die Festigkeit der Lauffläche nicht annehmbar ist.

Die dielektrischen Werte des erfindungsgemäßen Gummibandes gemäß Kurve 2 im Diagramm der Fig. 2 sind aus der folgenden Tabelle II ersichtlich.

	Tabelle II	£"	Temp.(⁰C)
S	tanpc Cr	0,161 0,328 0,743 1,081	25 50 100 140
5,8 5,9 6,3 7,0	0,28 0,055 0,115 0,156

Die Computer-Simulation des Mikrowellenerwärmens des Gummibandes gemäß Tabelle II ist in den Diagrammen der Fig. 5» 6 und 7 für das Aufheizen mit einer Mikrowellen gesamtleistung von 5 kW, 20 kW und 76 kW dargestellt, entsprechend einer Leistungsdichte für den in Rede stehenden

Lkw-Reifen mit normaler Gummidicke, Laufflächendicke und

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Laufflächenumfang von 12,5 W/cm , 50 W/cm und 190 W/cm .

Bei einer Gesamtleistung von 5 kW (Fig. 5) entsprechend einer Leistungsdichte von 12,5 kW/cm wurde ein Vorwärmen des Gummibandes und der Karkasse auf 60° mit in die Rechnung einbezogen. Bei einer Gesamtleistung von 20 kW wurde ein Vorwärmen des Gummibandes und der Karkasse auf 60 berücksichtigt. Ebenso wurde ein Vorwärmen des Gummibandes und der Karkasse auf 60° bei einer Gesamtleistung von 76 kW berücksichtigt.

Bei einer Gesamtleistung von 5 kW (Fig. 5) dauert es 70 Minuten, bei 20 kW (Fig. 6) etwa 6 Minuten und bei 76 kW (Fig. 7) etwa 50 Sekunden, um die Temperatur in dem Gummiband auf 140⁰C zu erhöhen, was etwa 80 Minuten, 6,5 Minuten und 45 Sekunden zur Erhöhung der Temperatur auf 149°C bedeutet. Zu diesen Zeiten muß noch die Zeit für die völlige Vulkanisation bei der Vulkanisiertemperatur addiert werden. Diese Vulkanisierzeit ergab sich für das Gummiband zu 10,4 Minuten. Das gesamte Vulkanisieren für die Runderneuerung mit diesem Gummiband läßt sich somit folgendermaßen einteilen:

Vorwärmen : etwa 3 Minuten Erwärmen auf 149°C bei einer Mikrowellengesamtleistung von 20 kW ; etwa 6,5 Minuten Endvulkanisation : etwa 10,4 Minuten Insgesamt : etwa 20 Minuten

Bei Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors ergibt sich eine Vulkanisationszeit für die Runderneuerung von etwa 25 Minuten für eine Mikrowellenleistung von 20 kW. Das ist immer noch eine erhebliche Verkürzung der Vulkanisierzeit verglichen mit herkömmlichen Verfahren, bei denen die Runderneuerung zwischen einer Stunde und fünf Stunden dauert.

Der Grund dafür, daß sich die Erwärmungszeit mit dem An-

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wachsen der Leistung so stark verkürzt, liegt darin, daß sich die Mikrowellenerwarmung im Gummiband konzentriert, aber die Wärmeleitung für einen Ausgleich sorgt, d.h. E-nergie gelangt vom Gummiband in die Lauffläche und die Karkasse. Wenn die Temperatur in dem Gummiband auf 149°C angestiegen ist, erreicht die mittlere Temperatur der Lauffläche bei einer Leistung von 5 kW etwa 130⁰C, bei einer Leistung von 20 kW auch etwa 130⁰C, aber bei einer Leistung von 76 kW nur etwa 100⁰C.

Es ist natürlich sehr schwierig und zeitraubend, experimentell die gesamte Beziehung zwischen den verschiedenen Parametern zu ermitteln. Die nachfolgend errechneten experimentell ermittelten Verbindungen stellen daher nur eine Auswahl dar. Die Experimente haben gezeigt, daß bestimmte Polymere und Ruß in der Gummiband-Verbindung einen großen Einfluß auf die dielektrischen Werte der Verbindung haben.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich vor allem als Gummibandmischungen:

Chloropren-Gummi	80 bis	100	3	GT
Butadien-Gummi	0 bis	20	η
Magnesium-Oxyd	6		η
Harz	2		π
Stearin-Säure	3		η
Beschleuniger	2 bis	5	η
Verfahrens-Agens	5		η
Weichmacher	15 bis	20	η
Ruß mit einer Teilchengröße ^50nm	50 bis	55	η
Zink-Oxyd	6		η
Schwefel	1 bis	η

oder Mischung A Mischung B

(Gewichtsteile) (Gewichtsteile)

Chloropren-Gummi 98 100 Butadien-Gummi 2

Magnesium-Oxyd 6 6

Harz 2 2

Stearin-Säure 3 3

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Beschleuniger 2,33 2,33

Hocharomatisches Öl 12 12

Roh gefiltertes Leinöl

(Weichmacher) 5 5

Dioctylphtalat

(Verfahrens-Agens) 5 5

Ruß HAF 54 54

Zink-Oxyd 6 6

Schwefel-Paste 25% M-öl

75% unlöslich 2,67 2,67

198,00 198,00 Anstelle des Ruß HAF enthielt eine Mischung C Ruß FEF.

Für die Mischungen A, B und C wurden die dielektrischen Werte £ ,/d»*»4 ifund £" gemessen.

Die dielektrischen Werte für die Mischung B sind aus der vorstehenden Tabelle II ersichtlich und in Fig. 2 als Kurve 2 sowie aus der Computer-Simulation in den Fig. 5, 6 und 7.

Für die Mischung A, die mit der Mischung B übereinstimmt, außer daß als Polymer ein Gemisch aus Chloropren-Gummi und Butadien-Gummi verwandt wurde, und für die Mischung C, die mit der Mischung A übereinstimmt, außer daß Ruß HAF ersetzt wurde durch Ruß FEF, sind die dielektrischen Werte in Tabelle III angegeben:

	£	Tabelle	III	Temp.(⁰C)
	5,4		F*	25
Mischung A	5,8	0,03	0,16	50
	6,2	0,06	0,35	100
	6,6	0,11	0,68	140
	3,9	0,16	1,05	25
Mischung C	4,1	0,02	0,08	50
	4,3	0,03	0,12	100
	4,6	0,06	0,26	140
	0,10	0,46

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Ein Vergleich dieser Werte mit der graphischen Darstellung in Fig. 2 zeigt, daß die Mischung A unter die Erfindung fällt, während die Mischung C nicht unter die Erfindung fällt, d.h. für diese Mischung ist der Verlustfaktor bei der Vulkanisationstemperatur niedriger als der Verlustfaktor der Lauffläche.

Bei Laboruntersuchungen wurde die Festigkeit des Gummibandes bestimmt; die Ergebnisse sind in der Tabelle IV für die Mischung A angegeben:

Tabelle IV

Dichte 1,34

Vulkanisationstemperatur 149⁰C, 2 mm Platte

15 Minuten 45 Minuten

Vulkanisationszustand T-3,5 1,05 Minuten

T-50 2,75 "

T-90 8,35 "

T-95 10,40 "

Der Wert für T-95, d.h. 10,40 Minuten ist als die zum Fertigvulkanisieren der Probe erforderliche Zeit zu betrachten.

Haftkraft am Laufflächengummi 171 N

Bruchgrenze Modul 30096 15 Minuten 45 Minuten 15 Minuten 45 Minuten Bruchdehnung 15 Minuten 45 Minuten

In der Praxis wird die Karkasse auf ein Profil gebracht. Nach dem Ausbessern etwaiger Schaden an der Reifenkrone

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17,6 L	PN/
18,6	η
12,9	Il
16,4	η
405 96
320 96

Tl -·*· 27AA391

und dem Aufbringen einer Lösung mit derselben Zusammensetzung wie das Gummiband, wird ein Gummibandstreifen mit der Breite der Lauffläche und der Länge der Karkasse aufgezogen. Dann wird eine vorvulkanisierte Lauffläche aufgebracht, deren Länge und Breite der Breite und dem Umfang der Reifenkrone entspricht.

Die einzelnen Lagen werden dann mittels einer Rolle bei rotierendem Reifen miteinander verbunden. Dies geschieht von der Mitte der Reifenkrone her zu den Außenseiten, um Lufteinschlüsse zwischen der Lauffläche und dem Gummiband zu vermeiden.

Anschließend wird in den Reifen ein Innenrohr mit einem Wasserventil gebracht und der Reifen auf eine Schnellkupplungsfelge montiert. Aus Fig. 8 ist die Lauffläche 1, das Gummiband 2, die Karkasse 3, das Innenrohr 4, dessen Ventil 5 und die Felge 6 ersichtlich. Auf der Außenseite des Reifens befindet sich eine Kappe mit einem Luftauslaß (Fig. 9).

Der Reifen wird in einen Autoklaven zwischen zwei Druckplatten gebracht (Fig. 10). Der Autoklav kann einen oder mehrere Reifen aufnehmen. Er besteht aus einem Gehäuse 7, einer Haube 8, einer Spannvorrichtung 9, Druckplatten 10, einer Reifenfelge 11, einem Antriebsmotor 12, einem Zweiwegeventil 13, einem Zweiwegeventil 14 für den Innendruck, einem Innenrohr 15, einer Kappe 16 mit Luftauslaß und einem Mikrowellensender 17.

Nach dem Abdichten des Autoklavs wird das Innenrohr 15 mit heißem Wasser von etwa 120°C gefüllt und mit einem Druck von etwa 750 kPa/cm beaufschlagt. Das heiße Wasser wärmt das Gummiband vor, so daß es bessere dielektrische Eigenschaften für das Erwärmen und Vulkanisieren mit Mikrowellen annimmt. Der Autoklav wird mit Luft unter einen Druck von etwa 500 kPa/cm gefüllt.

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Die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck des Reifens und dem Außendruck des Reifens sollte bei etwa 200 bis 250 kPa liegen, um eine möglichst gute Adhäsion zwischen dem Leinwandgrundkörper und der Lauffläche zu gewährleisten.

Die zwischen der Lauffläche und dem äußeren Rohr eingeschlossene Luft wird durch einen Auslaß mittels des Druck unterschiedes zwischen dem Innendruck des Autoklaven und dem Atmosphärendruck entfernt. Der Druck des Autoklavs zentriert und hält den Reifen in der richtigen Lage.

Die Druckplatten 10 auf beiden Seiten des Reifens ergeben eine vollständige Abdichtung zwischen der elastischen Kappe 16 und der Reifenwandung, die Luft am Eindringen zwischen Lauffläche und Gummiband zu hindern.

Das Erwärmen durch Mikrowellen geschieht mittels des Mikrowellensenders 17, an der Innenseite des Autoklavs, während der Reifen mit einer Geschwindigkeit rotiert, die der Erwärmungsgeschwindigkeit und dem gewünschten Vulkanisationsgrad entspricht.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Runderneuern von Luftreifenlaufflächen unter Verwendung einer vorvulkanisierten Lauffläche und eines Gummibandes, bei dem die Karkasse zunächst gesäubert und von Schäden befreit sowie mit einem Gummiband belegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf die Karkasse ein Gummiband mit einem im Vergleich zu der Lauffläche hohen dielektrischen Verlust gelegt, darauf die Lauffläche aufgebracht und das Gummiband vom Reifeninneren her vorgewärmt und anschließend der Reifen durch Bestrahlen mit Mikrowellen vulkanisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Verlustfaktor des Gummibandes bei einer bestimmten Vulkanisiertemperatur größer als derjenige der vorvulkanisierten Lauffläche ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Karkasse, Gummiband und Lauffläche bestehende Reifen auf eine Felge aufgezogen wird, die mit einem dem Reifeninneren angepaßten Innenrohr und einer Kappe mit einem Luftauslaß versehen ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr mit heißem Wasser gefüllt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Karkasse, dem Gummiband und der Lauffläche bestehende Reifen in Rotation versetzt und von außen her

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mit Mikrowellen beaufschlagt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser mit einer Temperatur von 120⁰C in das Reifeninnere geleitet wird und das Gummiband auf eine Temperatur von 60 bis 80°cvorgewärmt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Karkasse, das Gummiband und die Lauffläche mittels einer Rolle miteinander verbunden werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Karkasse, dem Gummiband und der Lauffläche bestehende Reifen in einen Autoklav zwischen zwei Druckplatten gebracht wird und das Innenrohr mit heißem Wasser eines Drucks von etwa 750 kPa/cm und der Autoklav mit Luft eines Drucks von etwa 500 kPa/cm gefUllt werden.
9. Autoklav zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Druckplatten (10), einen Antriebsmotor (12), eine Radachse, ein Zweiwegventil (14) und einen am Innenumfang des Gehäuses (7) mit Abstand von der Reifenlauffläche (1) angeordneten Mikrowellensender (17).
10. Gummibandmischung zur Verwendung bei dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch 80 bis 100 GT Chloropren-Gummi 0 bis 20 ⁿ Butadien-Gummi 6 » Magnesium-Oxyd

2 » Harz

3 ■ Stearinsäure

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2 bis 5 GT Beschleuniger VJl η Verfahrens-Agens 15 bis 20 η Weichmacher 50 bis 55 η Ruß mit einer Teilchen größe unter 50 nm 6 If Zink-Oxyd und 1 bis 3 η Schwefel,

wobei der dielektrische Verlust des Gummibandes £ **£ bei einer bestimmten Vulkanisiertemperatur größer als der dielektrische Verlust der vorvulkanisierten Lauffläche ist und £ die Dielektrizitätskonstante und ff der dielektrische Verlustwinkel ist.

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