DE3886594T2

DE3886594T2 - Verfahren zur runderneuerung von reifen.

Info

Publication number: DE3886594T2
Application number: DE3886594T
Authority: DE
Inventors: Byron Shank
Original assignee: Hercules Tire and Rubber Co
Current assignee: Hercules Tire and Rubber Co
Priority date: 1987-01-12
Filing date: 1988-01-11
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2008-01-12
Also published as: EP0296239B1; AU1189488A; WO1988004988A1; EP0296239A4; DE3886594D1; EP0296239A1; AU606654B2; ZA88129B; CA1333268C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Runderneuerung von Reifen und insbesondere die Verwendung eines bestrahlten, vorgehärteten Gummis bei einem solchen Verfahren.
Wenn sich das Profil eines vom Hersteller stammenden Reifens abnutzt, ist es allgemein üblich, den alten Mantel mit einem neuen Profil zu versehen. Das Runderneuerungsverfahren und die Zulieferung von für das Verfahren benötigten Teilen sind aufgrund der damit zusammenhängenden Rationalisierungsmöglichkeiten zu wichtigen Industriezweigen geworden. Eine der gängigsten Methoden der Runderneuerung von Reifen besteht darin, Gummi rings um den Umfang eines Reifenmantels anzuordnen, ihn mit einem vorgehärteten Profil zu bedecken und diese Kombination mit Hilfe von Wärme und Druck aushärten zu lassen. Zwar ist dieses Verfahren im allgemeinen zufriedenstellend, Jedoch sind Zeit, Kosten und Effektivität des Vorhärtens entscheidende Faktoren für den Erfolg des Runderneuerungsverfahrens. Ein Beispiel für ein solches Verfahren wird in der US-A-4 434 018 beschrieben. In der Industrie übliche Verfahrensweisen sind auch in den Bulletins der Rubber Manufacturing Association, Inc. (RMA), insbesondere in den Ausgaben Nr. 8, 10, 14, 18, 19, 23 und 25, veröffentlicht worden.
Bei dem in den RMA-Bulletins gezeigten Verfahren wird typischerweise ein ca. 1, 52 mm (60 Milli-Zoll) dicker Gummi verwendet. Es wird ca. 7, 5 Minuten bei etwa 138ºC (280º F) vorgehärtet. Danach entspricht der Gummi mit einer Zugfestigkeit von 24, 1 MPa (3500 psi), einem 300 %-Modul mit 7, 24 MPa (1050 psi) und einer Dehnung von 550 % den Industrienormen. Bei Verwendung des durch Wärme vorgehärteten Gummis dauert das engültige Aushärten von Mantel, Gummi und Profil meist etwa fünf Stunden.
In weiteren Verfahren sind die in US-A-3 698 975 und US-A-4 176 702 beschriebenen Methoden enthalten.
US-A-3 698 975 beschreibt ein Verfahren, in dem Wärme ausgehend von einem Aushärtungsband durch ein vorgehärtetes Profil hindurch angewendet wird, um das Gummikissen zwischen Profil und Reifen auszuhärten.
US-A-4 176 702 offenbart ein Verfahren zum Vorhärten der Profilbasis, in dem sich Haftung durch teilweises Aushärten eines Reifens durch Elektronenbestrahlung und teilweises Aushärten einer Profilbasis durch Elektronenstrahlung erzielen läßt. Profilbasis und Reifengewebe sind mit Schwefel versetzt und werden unter Druck zusammengefügt und durch Wärme ausgehärtet.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren, das die für das Vorhärten des Gummis durch Wärme und für das engültige Aushärten des runderneuertein Reifens benötigte Zeit um ca. 40 % reduziert. Durch diese Reduzierung der Vorhärtungs- und Aushärtungszeit verdoppeln sich annähernd Leistung und Kapazität bei gleichbleibender Menge an Geräten und Maschinen.
Weiterhin reduziert die Erfindung die im Runderneuerungsverfahren benötigte Dicke des Gummis auf etwa die Hälfte. Diese Einsparungen an Zeit und Werkstoff und Steigerungen der Produktivität gehen weit über den Stand der Technik hinaus.
Bei der Erfindung werden kürzere Aushärtungszeiten dadurch erreicht, daß der Gummi vor seiner Vorhärtung mit Kernstrahlung bestrahlt wird. Der Gummi ist normalerweise Naturgummi in Streifenform mit herkömmlichen Zusatzstoffen und mit einer dünnen, entfernbaren, thermoplastischen Beschichtung auf jeder Seite. Die Gummistreifen werden an einer Kernstrahlungsquelle vorbeigeleitet, die die Molekülbindungen in eine stabilere Form bringt. Obwohl der Gummi nur etwa 0, 76 mm (30 Milli-Zoll) dick ist, bleibt er nach der Bestrahlung ziehfest. Der bestrahlte Gummi wird anschließend anstelle der üblichen 7 bis 7, 5 Minuten etwa 4 Minuten lang durch Wärme ausgehärtet. Das endgültige Aushärtungsverfahren dauert ca. 3 Stunden anstelle der bisherigen 5 Stunden. Die Rationalisierung liegt klar auf der Hand.
Das Verfahren zur Vorbereitung von Gummi zur Runderneuerung eines Reifenmantels beinhaltet das Versetzen von Rohgummi mit Zusatzstoffen, um einen Gummi zu erhalten, der sich zu Streifen formen und durch Strahlung und Wärme vorhärten läßt. Der Gummi wird anschließend um einen Mantel herum angeordnet, ein Profil wird über dem Gummi angeordnet, und diese Kombination wird schließlich durch Zusammenwirken von Wärme und Druck ausgehärtet.
Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Vorhärtung eines für die Runderneuerung von Reifen zu verwendenden Gummis, wobei der Gummi einer Bestrahlung mit Kernstrahlung unterzogen wird.
Die Erfindung beinhaltet außerdem ein Verfahren zur Runderneuerung eines Reifens mit den Schritten:
a) Vorbereiten der Oberfläche des Mantels eines Reifens, so daß sie keine größeren Mängel aufweist, die das Haftvermögen an dem Profil beinträchtigen würden;
b) Bestrahlung eines Gummis mit Kernstrahlung, um den Gummi wenigstens teilweise auszuhärten;
c) Anordnen des bestrahlten Gummis um den Umfang des Mantels herum;
d) Anbringen des vorgehärteten Profils über dem Gummi; und
e) Aushärten des Profils und des Gummis auf dem Mantel.
Die Erfindung wird weiterhin anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der für die Behandlung des Gummis verwendeten Kernstrahlung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Grades der Dosierung gegen Eindringen, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur endgültigen Aushärtung eines Reifens.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Runderneuerung eines Reifenmantels. Der Reifen wird zunächst nach herkömmlichen, aus dem Stand der Technik gut bekannten Verfahrensweisen abgeschliffen und repariert. Ein Beispiel für ein solches Verfahren wird in Bulletin Nr. 8 der Rubber Manufacturing Association erwähnt. Im allgemeinen werden die Reifen zunächst gereinigt sind auf Fremdkörper und jegliche Art von undichten Stellen oder Schnitten hin überprüft. Anschließend wird der Reifen gereinigt, repariert und abgeschliffen. Das Abschleifen sollte gleichmäßig erfolgen und es sollte jeglicher Schaden am Mantel vermieden werden.
Danach wird ein Zement, wie beispielsweise der Haftzement der Hercules Tire & Rubber Company auf dem Reifen angeordnet, um einen bestrahlten Gummi zu fixieren. RMA Bulletin Nr. 10 ist ein Beispiel für dieses Zementierungsverfahren. Das Profil wird über den Gummi zementiert, und die Kombination wird ausgehärtet. Speziell bei dieser Erfindung wird der Gummi zuerst zu einem Streifen geformt und dann bestrahlt.
Die verwendbare Gummiart ist als Model Ultra Cushion 06 von der Hercules Tire & Rubber Company erhältlich. Sie enthält natürlichen Gummi sowie herkömmliche Gummizusatzstoffe wie Ruß, Zinkoxid, Stearinsäure, und Antioxidations- und Anti-Ozon-Wirkstoffe. Auch mit anderen Gummiarten würde sich in diesem Verfahren arbeiten lassen. Solche Gummiarten können Polymere sein aus zusammengefügten Dien-Monomeren mit 9 bis 12 - vorzugsweise 4 bis 6 - Kohlenstoffatomen oder können mit einem vinylsubstituierten Aromat mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen kombiniert sein. Beispiele dieser speziellen Dien-Monomere sind unter anderem Butadien, Isopren, Pentadien, Hexadien, etc., wobei Butadien und Isopren bevorzugt werden. Ein Beispiel für ein bevorzugtes vinylsubstituiertes Aromat ist Styrol. Ebenfalts bevorzugt wird Poly(-Butadien-Styrol), ein aus Butadien und Styrol bestehendes Kopolymer. Bisher war der Gummi ca. 1, 5 mm (0,060 Zoll) dick. Dies war nötig um unter Beibehaltung des Haftungsvermögens den gewünschten Grad an Vorhärtung zu erreichen. Dies bedeutet, daß der Gummi mit dem Zement klebrig genug sein mußte, um während der Zusammensetzung des Reifens und dem endgültigen Aushärtungsverfahren das Profil auf dem Mantel zu fixieren. Für eine 90-prozentige Aushärtung wurden bei dem 1, 5 mm (60 Milli-Zoll dicken Gummi bei 138ºC (280ºF) 7 bis 7, 5 Minuten benötigt. Der zu 90 % ausgehärtete Gummi hatte schließlich Eigenschaften wie eine ca. 241 bar (3500 psi) betragende Zugfestigkeit, ein 300 %-Modul mit 72 bar (1050 psi) und eine 550-prozentige Bruchdehnung. Waren diese physikalischen Eigenschaften nach der Aushärtung gegeben und die Profile zu 90 % vorgehärtet, so wurden für die Kombination aus Profil, Gummi und Mantel ca. 5 Stunden für das endgültige Aushärtungsverfahren benötigt. Dem endgültigen Aushärtungsverfahren sowie der Zeit zur Vorhärtung und der Bearbeitung des Gummis galten bei der Herstellung runderneuerter Reifen größere kostentechnische und zeitliche Überlegungen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde bei dieser Erfindung festgestellt, daß sich die weitere Vorhärtungsbehandlung des Gummis, sowie das engültige Aushärtungsverfahren stark reduzieren, wenn die Gummischicht zunächst mit Kernstrahlung bestrahlt wird. Die wesentlich verbesserte Effizienz des Verfahrens zur Herstellung runderneuerter Reifen verbessert auch stark die Nutzungsmöglichkeiten bereits existierender maschineller Einrichtungen und liefert ein erstklassiges Produkt.
Es wird angenommen, daß es mehrere Arten von für diese Erfindung verwendbaren Bestrahlungsverfahren und von verwendbarer Kernstrahlung gibt. Dazu würden ohne Einschränkung die Elektronen- und Gammastrahlung gehören. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein Gummistreifen 10, der vorzugsweise auf jeder Seite eine dünne, thermoplastische Schicht aufweist, zwischen zwei Strahlungsquellen 20 und 22 hindurchgeführt. Die thermoplastischen Schichten verhindern, daß der Gummi während des Vorhärtungsverfahrens an sich selbst und an anderen Gegenständen haftenbleibt. Eine einzige Strahlungsquelle könnte benutzt werden, wenn man den Streifen zweimal - einmal pro Seite - daran vorbeiführen würde. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Strahlungsquellen 20 und 22 kontinuierliche Elektronenstrahlen mit einer Leistung von 10 bis 30 Megarad auf jeder Seite. Meist werden 20 Megarad (10 pro Seite) auf einen 0,76 mm (30 Milli-Zoll) dicken Gummistreiften abgegeben. Das tatsächlich auf den Gummistreifen abgegebene Maß an Strahlung hängt von der Strahlungsintensität sowie der Geschwindigkeit und Dicke des Gummistreifens ab. Es gibt zwar verschiedene Varianten der Bestrahlung des Gummis bis zu dem benötigten Grad an Vorhärtung, jedoch wurde bei einem erfolgreichen Beispiel der Gummi mit 15, 2 m pro Minute (50 Fuß pro Minute) in einer von Energy Sciences Inc. gebauten Electrocurtain-TM-Maschine befördert. Es wird angenommen, daß der Gummi mit 6, 10 bis 61, 0 m pro Minute (20 bis 200 Fuß pro Minute) befördert werden kann und daß Strahlungsstärken verwendet werden können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Strahlungsquelle ein Fenster von 38, 1 mm x 1, 02 m (1, 5 Zoll x 40 Zoll) verwendet, um die Elektronenstrahlen auf beiden Seiten des Gummistreifens zu fokussieren. Die Größe des Fensters hängt von der Größe des in Bestrahlung befindlichen Streifens ab und ist größer als sie. Von einer Walze 12 aus wird der Gummistreifen 10 über Rollen 14 und 16 geleitet, durch die bei Bedarf eine Kühlflüssigkeit angewendet werden kann, da die Bestrahlung eine gewisse Erwärmung des Gummis hervorruft. Der Gummi wird dann auf einer Endrolle 18 aufgewickelt.
Die Intensität der Elektronenquelle ist abhängig von der für die Strahlungsquelle (Fig. 3) verwendeten Spannung und der Stromstärke. 20 Megarad (10 pro Seite) würden beispielsweise auf einen Gummistreifen abgegeben werden, der mit 15, 24 m pro Minute (50 Fuß pro Minute) befördert wird und in der obengenannten Maschine 100 Milliampere benötigt. Es muß bei allen Parametern so sein, daß molekulare Veränderungen auftreten, durch die der Gummi vorgehärtet wird. Solche molekularen Veränderungen sind bekannt (siehe beispielsweise US-A-4 221 253)
Die Bestrahlung des Gummistreifens bewirkt ein gewisses Maß an Vorhärtung, die sich bei den physikalischen Eigenschaften des Gummis zeigt. Der Grad der Vorhärtung wird nachgewiesen durch weitere Aushärtung eines Probestücks durch Wärme, um die Wirksamkeit der Strahlung zu überprüfen. Der Nachweis ist erbracht, wenn der Gummi die Eigenschaften eines zu 90 % ausgehärteten Gummis - wie oben beschrieben - aufweist.
Der Gummi kann eine Dicke zwischen 0, 25 und 1, 52 mm (10 bis 60 Milli-Zoll) haben, wenn zur Erlangung der benötigten teilweisen Aushärtung geeignete Spannungen und Stromstärken an der Strahlungsquelle anliegen. Mit zunehmender Dicke des Gummis wird jedoch mehr Strahlung benötigt, und der Gummi sollte daher so dünn wie möglich sein, wobei er aber die für ein erfolgreiches endgültiges Aushärtungsverfahren notwendigen physikalischen und molekularen Eigenschaften beibehalten muß.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das auf der y-Achse die verschiedenen Dosen bei variierender Eindringtiefe auf der x-Achse darstellt. Bei dem Diagramm wird die Oberfläche gleich 100 % gesetzt. Die Strahlungsdosis in Prozent wird in verschiedenen Tiefen aufgezeichnet. Bei der 150 kV-Kurve liegen bei einer Tiefe von ca. 4 Milli-Zotl nur 50 % der Oberflächenstrahlung vor. Daher muß bei Benötigung größerer Eindringtiefen die Spannung erhöht werden. Als Alternative dazu kann die Stromstärke erhöht oder die Dichte des Gummis verändert werden. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel wird die in dieser Erfindung beschriebene Gummiart verwendet. Es ist offensichtlich, daß sich die Kurven bei Veränderungen des Werkstoffs ändern.
Nach der Bestrahlungsbehandlung wird der Gummi physikalisch ausgehärtet, indem er ca. vier Minuten lang in eine Umgebung mit Temperaturen zwischen 121ºC und 144ºC (250ºF bis 300ºF) gebracht wird. Diese Zeit kann lediglich zwei oder bei Bedarf bis zu sechs Minuten betragen. In der Praxis ist die Aushärtungszeit wesentlich kürzer und beträgt annähernd die Hälfte der vorangegangenen, für die gleiche Gummiart bei gleichem Verwendungszweck benötigten 7 bis 7, 5 Minuten. Es gibt daher im Aushärtungsverfahren durch die Anwendung von Bestrahlung eine erhebliche Zeitersparnis.
Ist die Vorhärtung des Gummis durch Bestrahlung und Erwärmung erfolgt hat er Eigenschaften ähnlich denen eines 7 bis 7, 5 Minuten lang erhitzten Gummis. Beispielsweise hat er eine Zugfestigkeit von ca. 2500 bis ca 3500 psi (vorzugsweise ca. 3000 psi), ein 300 %-Modul mit ca. 800 bis 1200 psi (vorzugsweise 1000 psi) und eine Dehnung von ca. 400-600 % (vorzugsweise 500 %). Generell können verschiedene Zeiten, Geschwindigkeiten, Dosen etc. zur Anwendung kommen, jedoch sollte der Gummi nach der Bestrahlung und dem Vorhärten durch Wärme zu ca. 90 % ausgehärtet sein.
Meist wird der Gummi dann entweder durch den die Runderneuerung durchführenden Hersteller oder den Händler verarbeitet, indem der zuvor aufgebrachte Kunststoff von dem Gummi entfernt und der Gummi auf einen vorbereiteten Mantel aufgerollt wird. Dann wird vorgehärtetes Profil über dem Gummi angeordnet. Es wird aus dem Stand der Technik bekannter Zement verwendet. Das endgültige Aushärtungsverfahren kann während jedes einzelnen von mehreren Verfahren durchgeführt werden. Wie im Bulletin Nr. 28 über Runderneuerung mit vorgehärtetem Profil der Rubber Manufacturing Associated, Inc. insbesondere ausgeführt ist, gibt es mindestens fünf verschiedene Kammern, in denen die endgültige Aushärtung stattfinden kann. Diese Kammern sind bekannt als glatte Matrix, als äußere Dampfkammer, Matrixkammerhülle, Matrix-Kammer-Membran und Druckkammertasche.
Fig. 4 ist ein Beispiel für die Umgebung, in der der engültige Aushärtungsvorgang stattfindet. Es handelt sich um die als "Druckkammertasche" bekannte Variante. Sie besitzt unter anderem eine Druckkammer 30, die Luft- oder Flüssigkeitsdruck auf die Außenwand 32 ausübt, und einen Schlauch 34 im Reifen 36. Eine Hülle 38 umgibt die Reifenaußenseite und wird von einem Rand 40 fixiert. Luft wird durch ein Ventil 42 und Leitung 44 abgeführt. Durch Leitung 46 und Ventil 48 wird Luftdruck zugeführt.
Der in Fig. 4 gezeigte Reifen wurde ca. 5 Stunden lang vorgehärtet. Durch Anwendung der in dieser Beschreibung erwähnten Bestrahlung, ist die engültige Aushärtungszeit auf ca. 3 Stunden reduziert worden. Diese Zeitersparnis von 40 % stellt einen großen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik dar und ist ein unerwartetes Ergebnis.
Die Erfindung wurde zwar im Hinblick auf eine bestimmte erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt und beschrieben, jedoch dient dies dem Zweck der Veranschaulichung, nicht der Eingrenzung.
Die hier gezeigte und beschriebene Ausführungsform wird sich in vollem Umfang mit dem Stand der Technik vertrauten Personen erschließen.

Claims

1. Verfahren zum Vorhärten eines Gummis (10) für den Gebrauch beim Runderneuern von Reifen (36), das den Schritt aufweist, den Gummi (10) einer Bestrahlung mit Kernstrahlung (20, 22) auszusetzen.

2. Verfahren zum Runderneuern eines Reifens, das die folgenden Schritte aufweist:

(a) Vorbereiten der Oberfläche des Mantels eines Reifens (36), so daß sie keine größeren Mängel aufweist, die ihr Haftvermögen an dem Profil beeinträchtigen würden,

(b) Bestrahlen eines Gummis (10 mit Kernstrahlung nach Anspruch 1, um den Gummi (10) wenigstens teilweise auszuhärten,

(c) Anordnen des bestrahlten Gummis (10) um den Umfang des Mantels herum,

(d) Anbringen des vorgehärteten Profils über dem Gummi (10) und

(e) Aushärten des Profils und des Gummis (10) auf dem Mantel.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine Strahlung die Molekülbindungen der Moleküle verändert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die Strahlung in Form eines ununterbrochenen Elektronenstrahls emittiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Gummi (10) eine Dicke zwischen 0, 25 und 1, 52 mm (10 bis 60 Milli-Zoll) hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Gummi (10) zwischen 0, 25 und 0, 76 mm (10 bis 30 Milli- Zoll) dick ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der Gummi (10) zwischen 0, 51 und 0, 76 mm (20 bis 30 Milli- Zoll) dick ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem der Gummi (10) mit insgesamt etwa 20 Megarad bestrahlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der Gummi (10) mit ungefähr 10 Megarad pro Seite bestrahlt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei welchem das Profil, der Gummi (10) und der Mantel etwa 2 bis 4 Stunden lang bei 121 bis 149 ºC (200 bis 300 ºF) ausgehärtet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem das Profil, der Gummi (10) und der Mantel etwa 3 Stunden lang bei 138 ºC (280 ºF) ausgehärtet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei welchem der Gummi (10) auf beiden Seiten bestrahlt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei welchem der Gummi (10) durch Strahlungsquellen auf beiden Seiten des Gummis bestrahlt werden.

14. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der Gummi (10) zur weiteren Aushärtung erwärmt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem der Gummi (10) bis zu einem solchen Grad bestrahlt und erwärmt wird, daß er eine Zugfestigkeit zwischen 172 und 241 bar (2500 bis 3500 psi) und ein 300%-Modul von etwa 72 bar (1050 psi) hat.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem der bestrahlte Gummi (10) etwa 2 bis 4 Minuten lang mit einer Wärme von 121 bis 149 ºC (250 bis 300 ºF) vorgehärtet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem der bestrahlte Gummi (10) mit einer Wärme von etwa 130 ºC (280 ºF) etwa 4 Minuten lang ausgehärtet wird.