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Die
Erfindung betrifft die Herstellung von Reifen. Genauer gesagt, betrifft
sie Verfahren, bei denen ein Reifenrohling auf einen Kern konfektioniert
und das Ganze dann in eine Vulkanisierungsform gesetzt wird.
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Eine
Besonderheit bei solchen Verfahren ist der letzte Schritt, bei dem
der Kern entfernt wird (auch „Kernausstoßen" genannt). Denn der
Kern (um den herum der Reifen konfektioniert und dann geformt wird)
muss am Ende der Vulkanisierung vom Reifen abgezogen werden können, ohne
den Reifen dauerhaft zu beschädigen
oder zu verformen.
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Hierzu
ist es beispielsweise bekannt, einen starren Kern aus mehreren Elementen
zu verwenden, die sich (radial) zueinander bewegen können. Die
Elemente lassen sich dann eines nach dem anderen vom geformten Reifen
abziehen. Diese Technik ist dadurch eingeschränkt, dass die Elemente Abmessungen
haben müssen,
die es erlauben, sie radial von der torusförmigen Aushöhlung des ausgehärteten Reifens
abzuziehen. In der Praxis bringt diese Technik daher nur bei Reifen
zufrieden stellende Ergebnisse, deren Flankenhöhe gegenüber dem Innendurchmesser begrenzt
ist. Beispielsweise lässt
sich ein Reifen mit den Maßen
225/45/17 viel leichter von einem solchen Kern abziehen als ein
Reifen mit den Maßen
225/75/15.
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Darüber hinaus
kann, wenn mittels eines starren Kerns vulkanisiert wird, der einen
Teil der den Reifen enthaltenden Form darstellt, der Vulkanisierungsdruck
nicht unabhängig
von der Temperatur kontrolliert werden.
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Es
ist auch bekannt, Kerne aus festen Teilchen (beispielsweise Sand
oder Glaskugeln) zu konfektionieren, die wie Fluide behandelt und
durch Erzeugen eines Unterdrucks in Form gehalten werden; nach dem
Vulkanisieren werden sie beispielsweise durch Abpumpen entfernt.
Diese Technik ist ebenfalls mit Einschränkungen verbunden, da sie eine
Zirkulation der festen Teilchen erfordert. Sie verursacht insbesondere
Probleme der Reibung und des Verschleißes der Werkzeuge und ist im
Hinblick auf den Wärmeaustausch
bei der Vulkanisierung nicht ganz befriedigend.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest einige der erwähnten Nachteile
zu beheben, um die Eignung eines Kerns zum Formen von Reifen hoher
Qualität
zu verbessern, wobei die Qualität
insbesondere auch nach zahlreichen Formzyklen konstant bleiben soll;
damit wird das gesamte Verfahren vereinfacht und insbesondere der
Platzbedarf der Fertigungsanlagen auf dem Boden verringert.
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Die
Erfindung schlägt
ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Kerns zum Formen eines
Reifens vor, wobei der Kern eine elastische ringförmige Membran
aufweist, das die folgenden Schritte aufweist:
- – Platzieren
der Membran in einer Form zum Rotationsformen,
- – Einführen eines
schmelzbaren Stoffs ins Innere der Membran, dessen Schmelzpunkt
zwischen 80 und 250° liegt,
wobei der Stoff im flüssigen
Zustand eingeführt
wird,
- – Rotationsformen
zum Erhalt eines hohlen Kerns, der im Wesentlichen aus einer Kruste
des Stoffs in seinem festen Zustand besteht.
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Vorzugsweise
ist der schmelzbare Stoff ein Metall, eine Metalllegierung oder
ein Wachs mit einem Schmelzpunkt zwischen 100 und 160°C.
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Vorzugsweise
umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
darüber
hinaus einen Schritt, der darin besteht, dass innerhalb der Membran
ein Unterdruck erzeugt wird, nachdem die Kruste gebildet wurde.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zur Herstellung eines Reifens, das ein solches Verfahren
zur Herstellung eines Kerns einschließt. So schließt jeder
Herstellungszyklus eines Reifens einen Zyklus zur Herstellung eines
Kerns ein oder es geht ihm ein solcher voraus.
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Vorzugsweise
umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines Reifens darüber hinaus einen Schritt, bei
dem der Kern mit einem wärmeübertragenden
Fluid gefüllt
wird, dessen Temperatur höher
ist als der Schmelzpunkt des schmelzbaren Stoffes. Vorzugsweise
wird zudem der Druck des wärmeübertragenden
Fluids kontrolliert, um das Volumen des Kerns während des Endformens des Reifens
zu erhöhen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines Reifens kann darüber hinaus einen Schritt aufweisen,
der darin besteht, die Membran zumindest teilweise zu leeren, sowie
einen Schritt, der darin besteht, dann den Kern vom geformten Reifen abzuziehen.
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Vorzugsweise
ist das wärmeübertragende Fluid
im Wesentlichen der gleiche schmelzbare Stoff wie der Stoff, der
die Kruste des Kerns bildet.
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Die
Erfindung betrifft weiter einen Reifen, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erhalten wird.
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Die
Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Herstellen von Reifen
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit einer Felge, die eine elastische Membran trägt, wobei die Vorrichtung Mittel
zum Rotationsformen aufweist, die es ermöglichen, unter der Membran
eine Kruste zu bilden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung verschiedener
Ausführungsarten
der folgenden Zeichnungen hervor:
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1 zeigt
im Radialschnitt einen Teil des erfindungsgemäßen Kerns vor dem Rotationsformen.
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2 zeigt
den Kern am Ende des Rotationsformens im Radialschnitt.
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3 zeigt
im Radialschnitt den Kern, an dem der Reifenrohling montiert ist.
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4 zeigt
im Radialschnitt den Schritt, in dem der Reifen geformt wird.
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5 zeigt
den Schritt vor dem Kernausstoßen
des geformten Reifens im Radialschnitt.
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1 zeigt
im Schnitt einen Kern 1, der in einer Form zum Rotationsformen 2 platziert
ist. Der Kern 1 umfasst eine Felge 3 und eine
verformbare Membran 4. Die Form 2 ist hier verschlossen,
das heißt
sie ist bereit für
den Vorgang des Rotationsformens des Kerns. Die Membran 4 passt
sich beispielsweise unter der Wirkung eines Überdrucks in ihrem Innenraum 5 gegenüber dem
Atmosphärendruck
an das Profil der Form 2 an. In dieser Figur ist das ringförmige Volumen 5 zwischen
der Membran 4 und der Felge 3 teilweise mit einem
schmelzbaren Stoff 6 im flüssigen Zustand gefüllt. Der
Kern wurde willkürlich
in einer Position dargestellt, in der seine Achse vertikal verläuft, um
die verschiedenen Elemente und insbesondere den schmelzbaren Stoff 6 in seinem
flüssigen
Zustand zu veranschaulichen. Über Kanäle 15 lässt sich
die Temperatur der Form 2 kontrollieren. Es wurde darauf
verzichtet, die Mittel zur Versorgung mit schmelzbarem Stoff 6 sowie
die Mittel zur Kontrolle des Innendrucks des Kerns 1 darzustellen.
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Der
Vorgang des Rotationsformens kann auf herkömmliche Weise durchgeführt werden,
das heißt durch
die bekannte Kombination aus einer Drehbewegung der vom Kern 1 und
der Form 2 gebildeten Einheit um ihre Achse XX und Schwingungen
der Ebene YY des Kerns auf beiden Seiten einer vertikalen Ebene
(siehe 2). Das Rotationsformen ermöglicht es, eine gewisse Dicke
des schmelzbaren Stoffs 6 zu verteilen, der beim Abkühlen eine
Kruste 7 aus verfestigtem Stoff bildet. Der Fachmann auf dem
Gebiet des Rotationsformens weiß,
wie er ein gutes Formen erreicht, indem er die verschiedenen Parameter
des Verfahrens insbesondere abhängig von
der Menge und den Merkmalen des verwendeten schmelzbaren Stoffs
sowie der Temperatur der Elemente des Kerns und der Form 2 anpasst.
Beispielsweise wurde mithilfe von Schwingungen der Ebene YY in der
Größenordnung
von 45° auf
beiden Seiten der Vertikalen eine gute Verteilung der Dicke erhalten.
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Die
Mittel zum Rotationsformen sind hier nicht vollständig dargestellt.
Man hat nur die Form zum Rotationsformen 2 abgebildet und
die (an sich bekannten) Mittel, die eine Drehung in zwei verschiedenen
Achsen ermöglichen,
weggelassen.
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Wenn
der Vorgang des Rotationsformens beendet und der schmelzbare Stoff 6 ausreichend abgekühlt und
damit ausreichend starr ist, wird die Form 2 geöffnet und
der Kern 1 daraus entfernt. Man verfügt dann über einen harten Kern, an dem
man einen Reifenrohling (das heißt einen Reifen, der zum Vulkanisieren
bereit ist) montieren (man spricht auch von „konfektionieren") kann. Alternativ
zum Rotationsformen, das ein wesentliches Merkmal der Erfindung
ist, kommen auch andere Verfahren zum blinden Erhalten eines hohlen
Kerns infrage, beispielsweise durch Spritzen oder durch Gießen und
dann teilweises Entleeren von einem geeigneten schmelzbaren Stoff.
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3 zeigt
einen Reifenrohling 8, der auf dem erfindungsgemäßen Kern 1 montiert
ist. Vorzugsweise wird zumindest für die Dauer des Montierens
das innere Volumen 5 einem Unterdruck ausgesetzt, um die
Membran 4 gegen die Kruste 7 gedrückt zu halten.
Das ist besonders in den hohlen Teilen des Profils wie dem niedrigen
Bereich 9 des Reifens nützlich.
Das Konfektionieren kann auf viele verschiedene Arten erfolgen,
beispielsweise durch schrittweises Aufbringen und/oder Aufrollen
der Bestandteile des Reifenrohlings auf den Kern 1, wie
es bekannt ist.
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Wenn
der Reifenrohling 8 zum Formen bereit ist, wird die Einheit
aus Kern und Reifenrohling in eine Vulkanisierungsform 10 gesetzt
(siehe 4). Vorzugsweise füllt dann ein wärmeübertragendes Fluid 11 die
innere Aushöhlung
des Kerns, um zum einen eine für
die Vulkanisierung des Reifens nützliche
Wärmeenergie
heranzuführen
und zum anderen die Kruste (7) des fest gewordenen schmelzbaren Stoffes
zum Schmelzen zu bringen.
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So
kann man, wenn der Vorgang des Formens abgeschlossen ist, das innere
Volumen 5 von dem gesamten oder einem Teil des schmelzbaren Stoffes
und des wärmeübertragenden
Fluids entleeren, um den Platzbedarf des Kerns so weit zu verringern,
dass er sich aus dem geformten Reifen 12 entfernen lässt. 5 zeigt
diesen Schritt; darin ist die Membran 4 flexibel und für das Kernausstoßen entbläht. Der
Kern 1, wie in 5 dargestellt, kann nachdem
er abgezogen wur de, einen neuen Zyklus des Rotationsformen durchlaufen
und für
die Herstellung eines neuen Reifens verwendet werden. Vorteilhafterweise
kann man auch mehrere Kerne zum Formen an jeder Reifen-Produktionsstraße verwenden.
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Das
wärmeübertragende
Fluid 11 kann beispielsweise ein Öl oder Dampf sein, die auf
eine geeignete Temperatur abhängig
von der durch die Vulkanisierung des Reifens aufgenommene Energiemenge,
der Masse des schmelzbaren Stoffs 6 und den Merkmalen des
schmelzbaren Stoffes 6 (insbesondere sein Schmelzpunkt,
latente Schmelzwärme und
spezifische Wärme)
erhitzt wurden. Das wärmeübertragende
Fluid 11 kann darüber
hinaus in einer Schleife zwischen dem inneren Volumen 5 des
Kerns und den Heizmitteln zirkulieren, um nach und nach die für den Zyklus
des Formens des Reifens nötige Wärmeenergie
herbeizuführen.
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Wenn
der Kern geleert wird, führt
das wärmeübertragende
Fluid 11 den gesamten oder einen Teil des schmelzbaren
Stoffs 6 mit sich, der sich dann in seiner flüssigen Form
befindet. Man kann dann beispielsweise durch die Schwerkraft das
wärmeübertragende
Fluid vom schmelzbaren Stoff trennen, als Vorbereitung auf den nächsten Produktionszyklus.
Ein Vorteil der Verwendung eines Öls oder jedes anderen Stoffes,
der bei Umgebungstemperatur im Fluid-Zustand bleibt, besteht in
einer leichten Handhabung ohne besondere Einschränkungen insbesondere im Hinblick
auf die Anschlüsse.
Wasserdampf kann ebenfalls ein interessantes wärmeübertragendes Fluid 11 sein.
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Nach
einer interessanten Variante der Erfindung kann das wärmeübertragende
Fluid 11 aus dem gleichen Stoff sein wie der schmelzbare
Stoff 6. Bei dieser Alternative ist ein System zum Trennen
des Fluids vom schmelzbaren Stoff überflüssig.
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Vorzugsweise
ist der schmelzbare Stoff 6 ein Metall oder eine Metalllegierung
mit niedrigem Schmelzpunkt – beispielsweise
zwischen 100 und 160°C –, etwa
eine Legierung, die in geeigneten Anteilen eines oder mehrere der
folgenden Metalle enthält:
Wismut, Zinn, Blei, Zink, Kadmium.
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Außerdem kann
der schmelzbare Stoff Partikel oder Kugeln aus einem anderen Zusatzstoff
enthalten, dessen Schmelzpunkt höher
ist, sodass er während
des gesamten Zyklus des Kerns fest bleibt. Der Vorteil eines solchen
Einschlusses besteht darin, die Energiemenge zu senken, die nötig ist,
um den schmelzbaren Stoff 6 zu verflüssigen. Denn selbst wenn die
zusätzlichen
Kugeln oder Teilchen fest bleiben, erlaubt das Schmelzen des schmelzbaren
Stoffs 6 den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens. Vorzugsweise
besitzt der Zusatzstoff eine ähnliche Dichte
wie der schmelzbare Stoff 6, damit die Mischung möglichst
homogen ist.
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Wie
man sieht, kann der harte und hohle Kern (aus dem schmelzbaren Stoff
in seiner festen Form) zum Montieren des Reifens erfindungsgemäß, wenn
er mit dem wärmeübertragenden
Fluid von einer geeigneten Temperatur gefüllt ist, ein im Wesentlichen
massiver und flexibler Kern werden – mit allen Vorteilen, die
das für
das Formen und Entformen mit sich bringt.
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Dank
der Erfindung lässt
sich der Innendruck und das Volumen des Kerns während des Formens variieren,
um beispielsweise das Formen der Details der Lauffläche zu optimieren
und/oder die verstärkende
Struktur des Reifens unter Spannung zu setzen (insbesondere die
Textil- oder Metallverstärkungen
der Karkasse und der Lauffläche).
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Vorzugsweise
wird während
des Füllens
des Kerns ein Unterdruck unter der Membran 4 aufrechterhalten,
damit genügend
wärmeübertragendes
Fluid 11 eingefüllt
werden kann, um die gesamte Kruste zu schmelzen oder zumindest so
weit zu reduzieren, dass sie sich auflöst und dann in die flüssige Masse integriert
wird.
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Vorzugsweise
werden die Eigenschaften, die Temperatur und die Menge an wärmeübertragendem Fluid
so gewählt,
dass das Füllen
des Kerns abgeschlossen oder praktisch abgeschlossen ist, bevor die
Kruste insbesondere unter der Wirkung des unter der Membran 4 herrschenden
Unterdrucks nachgibt.
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Wenn
in der vorliegenden Anmeldung die Adjektive „flüssig" oder „fluidförmig" verwendet werden, um den physischen
Zustand des schmelzbaren Stoffs 6 zu beschreiben, ist damit
ein ausreichend fluidförmiger
Zustand gemeint, der beispielsweise das Fließen des Stoffs oder sein Pumpen
ermöglicht.
In der Praxis kann der Stoff also als flüssig bezeichnet werden, selbst
wenn er in der Form kleiner fester Teile bleibt.
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Alternativ
kann man das erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen eines Kerns bei Verfahren zum Formen von Reifen durch
Spritzgießen
oder Spritzpressen verwenden.
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Allgemein
schließt
der hier verwendete Begriff des „Reifens" natürlich
jede Art von elastischer Luft- oder Nicht-Luftbereifung ein, da
die Erfindung im Wesentlichen das Formen des Reifens und nicht seine
Funktionsweise betrifft.