DE60133567T2

DE60133567T2 - Unterstützungsvorrichtung für eine lauffläche

Info

Publication number: DE60133567T2
Application number: DE60133567T
Authority: DE
Inventors: Patrick Bernadot; Sebastien Drap; Michael Cogne
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Michelin Recherche et Technique SA France; Societe de Technologie Michelin SAS
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Michelin Recherche et Technique SA France; Societe de Technologie Michelin SAS
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: FR2814118B1; ATE391612T1; KR20030030024A; FR2814118A1; DE60133567D1; AU2001283906A1; EP1322485A1; WO2002024476A1; US20030168142A1; JP2004520210A; CN1461268A; EP1322485B1; US7347236B2; CN1295088C; CA2422704A1; BR0114024A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Unterstützungsvorrichtungen für eine Lauffläche, die innen in Reifen verwendet werden, um im Fall eines Reifendruckverlustes die Last zu tragen. Genauer betrifft sie Unterstützungen, die an ihrer Basis eine im Wesentlichen nicht ausdehnbare Verstärkungsbewehrung aufweisen, die mittels Verstärkungselementen des Typs, die die Reifen verstärken bzw. aussteifen können, verwirklicht sind. Sie betrifft außerdem die Herstellungsarten solcher Unterstützungen.
Die Patentanmeldung EP 0 796 747 beschreibt ein besonderes Beispiel einer solchen Unterstützung aus einem nachgiebigen Material, beispielsweise auf der Basis von Elastomeren mit gesättigten Ketten wie etwa des EPDM-Kautschuks. In 1 der genannten Anmeldung und in dem entsprechenden Absatz der Beschreibung ist zu sehen und zu lesen, dass die Basis der Unterstützungsvorrichtung durch Elemente verstärkt ist, die im Wesentlichen am Umfang angeordnet sind.
Es sind verschiedene Techniken zur Herstellung eines in Form hergestellten Gegenstands bekannt: das Formpressen und das Formen durch Materialtransport, wobei dieser Kategorie das Spritzgießen sowie das Pressspritzen zugeordnet werden können. Das Formpressen setzt das Einführen des notwendigen Kautschukvolumens in die Form, bevor diese geschlossen wird, voraus, während das Spritzgießen oder das Pressspritzen vor der Einführung des Kautschukvolumens oder der notwendigen Produkte das Schließen der Form voraussetzen. Das Spritzgießen besteht darin, das Material, das das Endprodukt bildet, unter gegebenen Druck- und Temperaturbedingungen in die geschlossene Form einzuspritzen; was das Pressspritzen anbelangt, unterscheidet sich dieses vom Spritzgießen dadurch, dass die Basisprodukte unter genauen Betriebsbedingungen in die Druckgussform eingeführt werden, wobei diese Basisprodukte in der Form miteinander reagieren, um das Material der Endproduktes zu ergeben.
Die verschiedenen Techniken, die die Einführung von Material in eine geschlossene Form bedeuten, eignen sich schlecht für inhomogene Endprodukte und vor allem für Produkte, die durch flexible Verstärkungselemente verstärkt sind. Die genannten Techniken sind schlecht geeignet, wenn die Verstärkungen Kordlagen mit voneinander getrennten Garnen oder Seilen sind: Der in die Form gedrängte Kautschuk zieht die Verstärkungselemente mit sich oder verformt und/oder verlagert wenigstens die genannten Elemente sehr stark, woher die praktische Unmöglichkeit rührt, eine genaue Positionierung dieser Elemente in dem Endprodukt zu gewährleisten und folglich korrekte, gleichmäßige und sich wiederholende Verstärkungseigenschaften zu erhalten. Dies ist einer der Hauptgründe, weshalb sich die Technik des Drängens von Material in eine geschlossene Form bei durch Garne oder Seile verstärkten Teilen aus Kautschuk nie als vorteilhaft und günstig für das Erhalten von Spitzenprodukten erwiesen hat. Es ist beispielsweise wohlbekannt, dass die gewöhnlichen Reifen trotz zahlreichen Versuchen gegenwärtig nicht gespritzt oder durch Vergießen erhalten werden: Es wird zuerst ein nicht vulkanisierter oder roher Vorformling mit einer Form, die der endgültigen Fertigungsform nahe kommt, hergestellt, wobei der Vorformling die Verstärkungselemente enthält, die an die gewünschten Stellen zwischen den verschiedenen Schichten aus elastomerem Material eingeführt werden und anschließend das Formen sichergestellt wird, indem die eng anliegenden Elemente der Vulkanisationsform um den Vorformling gelegt werden.
Um die genannten Probleme der Positionierung der Verstärkungselemente bei der Herstellung einer Unterstützung durch eine Technik des Drängens von Material zu lösen, schlägt die Anmeldung EP-A-1 000 774 , die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, vor, den Verstärkungselementen der Basis der Unterstützung am Umfang angeordnete, im Wesentlichen unausdehnbare und in Form einer kalandrierten Kordlage aus Kautschukmaterial verwendete Elemente zuzuordnen, wobei komplementäre Verstärkungselemente, die wenigstens teilweise radial außerhalb der am Umfang angeordneten Verstärkungselemente und axial bezüglich der auf Höhe des Abstützkörpers angeordneten Beschickungspunkte angeordnet sind. Vorzugsweise umfassen die komplementären Verstärkungselement Elemente, die in Bezug auf die Umfangsrichtung in einem Winkel von über 60° orientiert sind und ebenfalls die Form einer kalandrierten Kordlage aus Kautschukmaterial aufweisen.
Die oben beschriebene Lösung ist trotz der Fortschritte, die hinsichtlich der für eine korrekte Funktion und die Haltbarkeit der Unterstützungsvorrichtung erforderlichen Genauigkeit erzielt werden, sowohl vom Gesichtspunkt der Gewichtsverringerung und der Betriebsselbstkosten als auch der Haltbarkeit der Unterstützung nicht optimal. Die Erfindung schlägt eine andere Lösung vor, die auf der Wahl günstigerer Materialien, die der Unterstützung die gesuchten Eigenschaften verleihen, basiert. Diese Lösung kombiniert die Verwendung eines Gitters, das aus Verstärkungselementen gebildet ist, die überkreuz zueinander angeordnet sind, als Verstärkungsbewehrung der Basis der betreffenden Unterstützung mit der Verwendung eines Polymers, dessen Modul größer als 30 MPa ist, als Grundmaterial der Unterstützung.
Das Modul des Polymers ist ein Transversaldehnungsmodul unter einer relativen Ausdehnung von 10%; wobei das Modul gemäß der Norm ASTM 638 bei 80°C gemessen wird.
Das verwendete Polymer kann ein Plastomer oder ein Elastomer sein. Vorteilhafterweise wird ein Elastomer verwendet, dessen Reißdehnung bei Temperaturen im Bereich zwischen –30° und +80°C größer als 200% ist. Die genannten Eigenschaften können beispielsweise durch die Familie der thermoplastischen Elastomere oder auch durch die Polyurethanelastomere erhalten werden.
Ein thermoplastisches Elastomer ist ein lineares elastomeres Polymer, das Einsatztemperaturen besitzt, die kleiner als 400°C sind, und dessen rheologische Eigenschaften es ermöglichen, Verarbeitungsverfahren wie etwa das Spritzen oder die Extrusion in Betracht zu ziehen. Es ist in jedem Fall eine Struktur, die zwei nicht kompatible Phasen umfasst, wovon eine die thermoplastischen Sequenzen der Kette sammelt, die somit in der elastomeren Phase dispergiert sind. Ohne die folgende Aufzählung als einschränkend zu betrachten, können angeführt werden:

a) die sequenzierten Styrol-Butadien- und Styrol-Isopren-Copolymere,
b) die thermoplastischen Elastomere, die von Polyolefinen, physikalischen Mischungen eines Propylen-Homopolymers oder Propylen-Copolymers mit einem nicht vulkanisierten Elastomer des Typs EPM oder EPDM (Ethylen- oder Propylen-Kautschuk) abgeleitet sind,
c) die Polyether-Polyester-Blockamide, lineare und regelmäßige Kettenbildung aus starren Polyamidsegmenten und Polyethersegmenten oder weichen Polyestern,
d) die Polyesterelastomere.

Die Polyurethanelastomere entstammen der Reaktion eines aromatischen oder aliphatischen Diisocyanats an einem Polyol (Polyether oder Polyester) und können drei großen Familien zugeordnet werden: den vergießbaren, den thermoplastischen und den knetbaren, wobei die beiden ersten Familien besonders interessant für die Erfindung sind.
Unter "Gitter" wird eine Verstärkungsbewehrung verstanden, die aus wenigstens einer Schicht aus wenigstens zwei Kordlagen mit Verstärkungselementen, die in jeder Kordlage parallel zueinander und von einer Kordlage zur anderen unter Bildung der Winkel α und β mit der Umfangsrichtung überkreuz angeordnet sind, zusammengesetzt ist. Vorzugsweise sind die Winkel null oder nahezu null bzw. gleich oder im Wesentlichen gleich 90°, wobei die Elemente zum einen mit einer Substanz umhüllt sind, die es ermöglicht, eine wirksame Bindung mit den Kreuzungspunkten zwischen Elementen zu erhalten, und zum anderen in jeder Kordlage um einen Abstand oder eine Schrittweite voneinander getrennt sind, die, senkrecht zu ihrer gemeinsamen Richtung gemessen, größer als 5 mm ist, so dass in dem Gitter als solches Lücken zwischen Elementen vorhanden sind.
Die Verstärkungselemente des Gitters sind vorzugsweise Elemente aus Glasfaser, einem Material, das Robustheit mit Leichtheit verbindet. Die Umhüllungssubstanz der Verstärkungselemente der Kordlagen des Gitters ist vorzugsweise ein Harz. Die genannten Merkmale ermöglichen eine gute Kohäsion des Gitters mit dem polymeren Material, das in die Form zur Herstellung der Unterstützung gespritzt oder vergossen wird. Unter den Umhüllungsharzen können die Polyolefine wie beispielsweise das Polypropylen (PP), die Vinylpolychloride (PVC), die Styrol-Copolymere wie beispielsweise das Styrol-Butadien angeführt werden. Vorzugsweise werden wärmeaushärtende Materialien wie etwa die Epoxidharze und ungesättigte Polyester verwendet.
Unter "Verstärkungselement" wird sowohl ein Monofilament als auch eine Anordnung von Elementarfilamenten gleicher oder verschiedener Art wie etwa Litzen und/oder Seile verstanden.
Das erfindungsgemäße Gitter kann auf mehrere Arten erhalten werden. Die erste Ausführungsform besteht darin, auf einer Konfektionswalze einen zylindrischen Ring, der aus zwei Kordlagen mit blanken Verstärkungselementen gebildet ist, herzustellen und anschließend den Ring in ein Bad mit einem gewählten Harz, beispielsweise einem wärmeaushärtenden Harz, zu tauchen. Unter einem wärmeaushärtenden Harz wird ein Polymer verstanden, dessen Temperatur für den Übergang in den flüssigen Zustand höher als 400°C ist, wobei die in Betracht kommenden Harze vorzugsweise Epoxidharze sein können. Das verwendete Harz gewährleistet durch Aushärtung im Freien bzw. an Luft die Vereinigung zwischen den kreuzweise angeordneten Elementen der Kordlagen mit Verstärkungselementen. Mehrere Ringe können dann konzentrisch zueinander angeordnet werden und so das Gitter zur Verstärkung der Unterstützung bilden.
Das zweite Verfahren besteht darin, ausgehend von im Voraus mit dem gewählten Harz umhüllten Elementen, den Ring aus wenigstens zwei Kordlagen herzustellen und auf einer Walze den Ring zu bilden. Der Ring wird dann mit einem wärmeschmelzbaren Bindemittel imprägniert und mehrfach gewickelt, um das Gitter zu bilden, wobei die verschiedenen Wicklungen durch Schmelzung des Bindemittels und ihre nachträgliche Verfestigung miteinander verbunden werden. Die Bindemittel, deren Verwendung bevorzugt wird, sind Vinylacetate oder Ethylenvinylacetat-(EVA)-Copolymere, jedoch können sie auch Polyacryle (PMMA) oder Polyolefine wie etwa das Polyethylen sein.
Die Bindung unter den Wicklungen kann notwendig sein lediglich zu Beginn der Wicklung, bei der Bedeckung der Ausgangskante der Wicklung oder am Ende der Wicklung bei der Überlappung des Rings durch die Endkante der Wicklung: Das notwendige Bindemittel zwischen den Schichten oder Ringen wird dann mittels eines geeigneten Klebstoffs verwirklicht. Die möglichen Klebstoffe sind Polyurethane und vorzugsweise Cyanoacryle. Der Klebstoff Cyanolit^® ist eines der besten Beispiele.
Die Verwendung eines Gitters wie etwa des oben beschriebenen verleiht der Verstärkungsbewehrung der Basis des Unterstützung eine praktisch perfekte Positionierung, jedoch hat sie auch das Ziel, den Widerstand des Gitters gegenüber Beanspruchungen, die entweder durch das Herstellungsverfahren oder die Wirkungsweise der Unterstützung beim Rollen der montierten Gesamtheit bedingt sind, zu erhöhen. Der Widerstand ist umso höher, je fähiger die Unterstützungsvorrichtung ist, das Gitter in homogener Weise zu umgeben, wobei eine solche Möglichkeit durch das Verfahren zur Herstellung der Unterstützung verschafft wird. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren besteht darin, das oben beschriebene im Voraus gefertigte Gitter, das eine axiale Weite besitzt, die an die Weite der Basis der Unterstützung angepasst ist, auf den Kern einer Druckguss- oder Spritzform, der an seinem Umfang mit Höckern für die Positionierung eines Gitters versehen ist, aufzulegen, die Form zu schließen und das gewählte polymere Material oder die zur Bildung des Materials notwendigen Bestandteile in die Form zu übertragen.
Die Erfindung wird besser verstanden anhand der zu der Beschreibung beigefügten Zeichnung, die ein nicht einschränkendes Beispiel der Ausführung eines erfindungsgemäßen Reifens zeigt, der in Verbindung mit einer passenden Felge eine leistungsfähige Reifen-Felge-Gruppe bildet. In der Zeichnung zeigt 1 schematisch eine erfindungsgemäße Unterstützungsvorrichtung für eine Lauffläche, während 2 in einer Perspektive ein aus mehreren Ringen zusammengesetztes Gitter zeigt.
In 1 ist in einem Querschnitt eine erfindungsgemäße Unterstützungsvorrichtung für eine Lauffläche gezeigt. Die Unterstützung 1 umfasst eine Basis 10 und einen Körper 20, die im Allgemeinen ringförmig sind. Der Körper 20 umfasst einen Scheitel 21 sowie eine Reihe von Aussparungen 22, die sich axial in den Mittelteil des Körpers erstrecken und sich an einer einzigen Seite öffnen. Die Aussparungen sind über den gesamten Umfang des Körpers 20 gleichmäßig verteilt. Der Scheitel des Körpers weist außerdem Ausstülpungen 23 auf, die durch die Ausführung der Unterstützung durch Materialtransport in eine vor der Einführung des Materials geschlossene Form bedingt sind. Die Ausstülpungen geben das Vorhandensein von Materialbeschickungspunkten an und sind am Umfang des Scheitels 21 gleichmäßig verteilt.
Die Basis 10 ist durch ein Gitter 11, das aus zwei Wicklungen eines Rings 12 gebildet ist, der aus zwei Kordlage 120 und 121 mit Glasfaserseilen zusammengesetzt ist, verstärkt, wobei die radial innere Kordlage 120 Seile besitzt, die in Umfangsrichtung orientiert sind, und die radial obere Kordlage 121 Seile besitzt, die axial orientiert sind. Die Seile sind mit einem wärmeaushärtenden Harz 13 und im vorliegenden Fall mit einem Epoxidharz umhüllt, wobei die Zusammenfügung der zwei Kordlagen 120 und 121 an den Kreuzungspunkten der Seile der zwei Kordlagen vor dem Wickeln um die Walze zur Anfertigung des Gitters 11 durch Aushärtung des Epoxidharzes bei Umgebungstemperatur unter der Einwirkung von Ultraviolettstrahlen verwirklicht wird. Der Abstand e zwischen zwei umhüllten Seilen, senkrecht zur gemeinsamen Richtung der Seile einer selben Kordlage 120 (oder 121) und in der Ebene der Kordlage gemessen, beträgt 10 mm, was einer Schrittweite zwischen Seilen entspricht, die ohne Weiteres die Zirkulation des eingespritzten oder eingepressten Materials 14 zwischen den Seilen in der Pressspritzform ermöglicht. Auf beiden Seiten des Rings 12 wird ein wärmeschmelzbares Bindemittel, im vorliegenden Fall ein Vinylacetat, aufgesprüht. Das Bindemittel wird nach dem zweimaligen Wickeln um eine Walze zur Anfertigung des Rings durch Wärmezufuhr mittels eines Warmluftstroms, der durch ein geeignetes Mittel wie etwa einen Industrietrockner erhalten wird, geschmolzen, was anschließend, nach einer Umwicklung und durch Abkühlung, die Vereinigung der Verstärkungselemente der inneren Kordlage 120 des Rings 11 mit den Verstärkungselementen der äußeren Kordlage 121, die dann auf die Kordlage 120 gewickelt ist, ermöglicht. Der Umfangsrand des Rings 120, der den Beginn der Wicklung bildet, wird über eine Umfangslänge l, die im Wesentlichen 1% des inneren Umfangs der Wicklung beträgt, mittels eines Klebstoffs wie etwa Cyanolit^®, der auf die Verstärkungselemente des Rings 12 aufgetragen wird, auf die Innenseite der zweiten Wicklung geklebt. Das Gleiche gilt für das Ende der Wicklung, das auf den nach innen gewandten Abschnitt geklebt wird, derart, dass es eine Überlappung zwischen dem Anfang und dem Ende der Wicklung gibt.
Das so erhaltene Gitter 11 mit eine Weite L, die wenigstens gleich der um 10 mm verminderten Weite l der Basis 10 der Unterstützung und in dem beschriebenen Fall gleich der Weite l ist, wird auf den zylindrischen Kern der Spritz- oder Druckgussform für die Unterstützung aufgelegt, wobei der Kern an seinem Umfang und insbesondere in seinem mittleren Bereich mit Höckern oder Keilen für die Positionierung des Gitters 11 versehen ist. Die Höcker, die als Abstandshalterunterstützung für das Gitter 11 dienen, besitzen eine solche Höhe, dass sich das Gitter in dem Endprodukt, das die Unterstützungsvorrichtung 1 ist, radial im Wesentlichen in der Mitte des Basis 10 der Unterstützung befindet. Der so geschaffene Raum zwischen der Außenseite des Kerns und der Innenseite des Verstärkungsgitters 11, der der Höhe der Höcker entspricht und im Bereich zwischen 0,5 und 2 mm, je nach Abmessungen der Unterstützung, liegt, wird durch Material für die Befüllung der Form in homogener Weise befüllt, was zu einer Verbesserung der mechanischen Verankerung des Gitters in dem Material der Unterstützung 1 führt, jedoch auch insbesondere zur Erhöhung des Widerstands des Gitters 11 der Basis 10 der Unterstützung 1 gegen eine Knickung beim Herausziehen der Unterstützung 1 aus der Form am Umfang führt.
Im Fall einer Weite des Gitters, die kleiner als die Weite l der Basis der Unterstützung ist, ist es auch möglich, vor dem Spritzen oder Vergießen des polymeren Materials, mittels des Dehnungsvermögens der Spritzform den Halt des Gitters zu gewährleisten; das Gitter ist dann unter hinreichende Spannung gesetzt, um während des Spritzens oder Vergießens seinen Halt zu bewahren.

Claims

Unterstützungsvorrichtung (1) für eine Lauffläche, wobei die Unterstützung (1) eine Basis (10) mit einer Verstärkungsbewehrung (11) aus wenigstens zwei Kordlagen mit Verstärkungselementen (120, 121) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung aus einem Gitter (11) gebildet ist, das aus Verstärkungselementen, die in jeder Kordlage parallel zueinander und von einer Kordlage zur anderen überkreuz angeordnet sind, in Kombination mit der Verwendung eines Polymers, dessen Modul größer als 30 MPa ist, als Grundmaterial (14) der Unterstützung (1) gebildet ist.
Unterstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente mit der Umfangsrichtung Winkel bilden, die im Wesentlichen 0° bzw. 90° betragen.
Unterstützung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (14) der Unterstützung (1) aus einem Elastomer gebildet ist.
Unterstützung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer des Grundmaterials (14) der Unterstützung (1) eine Reißdehnung besitzt, die größer als 200% ist.
Unterstützung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (14) der Unterstützung (1) aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist.
Unterstützung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (14) der Unterstützung (1) aus einem elastomeren Polyurethan gebildet ist
Unterstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente der Unterstützung (1) Elemente aus Glasfaser sind.
Unterstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente mit einem Harz (13), das das Erhalten einer wirksamen Bindung mit den Kreuzungspunkten zwischen Elementen ermöglicht, umhüllt sind und in jeder Kordlage um eine Schrittweite oder einen Abstand voneinander getrennt sind, der, senkrecht zu ihrer gemeinsamen Richtung gemessen, größer als 5 mm ist.
Verfahren zur Herstellung der Unterstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, das oben beschriebene im Voraus gefertigte Gitter (11), das eine axiale Weite L besitzt, die wenigstens gleich der um 10 mm verminderten Weite l der Basis (10) der Unterstützung ist, auf den Kern einer Druckguss- oder Spritzform, der an seinem Umfang mit Höckern für die Positionierung eines Gitters versehen ist, aufzulegen, die Form zu schließen und das gewählte polymere Material (14) oder die zur Bildung des Materials notwendigen Bestandteile in die Form zu übertragen.