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Technisches
Gebiet
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Diese Erfindung betrifft die Vulkanisation
und das Verbinden von Reifenkomponenten, insbesondere betrifft sie
die Verwendung einer Induktionserwärmung, um das Vernetzen oder
Verbinden der Reifenkomponente zu unterstützen.
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Technischer
Hintergrund
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Im Allgemeinen werden Reifen in einem
Prozess vernetzt, der als Vulkanisation bekannt ist, bei dem elastomeres
Material in Formen erwärmt
wird. Die erwärmten
Formen sind im Allgemeinen von leitender Natur und übertragen
Wärme von
der Oberfläche
des Reifens zu innenliegenden Komponenten, was eine feste Zeitdauer
bei einer gegebenen Temperatur erfordert, um ein vollständiges Vernetzen
des Reifens zu erzielen.
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Kautschuk oder Elastomermaterial
ist kein effektives leitendes Material und wirkt in etwa wie ein Isolator.
Damit ein vollständiges
Vernetzen eines Reifens eintreten kann, werden viele der Komponenten daher überkocht
oder einer größeren Wärmemenge ausgesetzt,
als normalerweise erforderlich wäre, wenn
der Reifen schnell und gleichmäßig die
Vernetzungstemperatur erreichen würde. Aufgrund der verschiedenen
Zeitdauern, die der Vernetzungsprozess umfasst, um das gesamte Material
auf die Vernetzungstemperatur zu bringen, erfordert der Vulkanisationsprozess
viele Minuten, um die Vernetzung eines Reifens abzuschließen. In
der europäischen
Patentveröf fentlichung
0 183 450 A2 ersonn Anthony James Sumner eine Form, die es erlauben
würde,
dass ein Reifen unter Verwendung eines elektrischen Stromes vernetzt
werden könnte,
der elektromagnetisch induziert werden kann. Die Form selbst wies
eine Vielfalt von isolierenden Segmenten und Seitenplatten auf,
die es erlaubten, dass variierende Mengen an Leitungswärme auf
eine solche Weise auf die Form aufgebracht werden können, dass
ausgewählte Bereiche
des Reifens mehr Wärme
in solchen Bereichen erreichen konnten, an denen der Laufstreifen und
der Wulst dicker sind. Die Form selbst war eine ziemlich komplizierte
Struktur, die ein elektromagnetisches Vernetzen der gesamten Reifenstruktur
erlaubte. Die Form lieferte jedoch die selektive Vernetzungsfähigkeit
des Reifens für
dicke und dünne
Bereiche.
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In U.S.-Patent Nr. 5,483,043, das
der General Electric Company gehört,
wurde das Induzieren von Wärme
einer Formpresse für
einen Polymermatrixverbund offenbart, wobei der Polymermatrix elektrisch
leitende Fasern hinzugefügt
wurden, um die Induktionserwärmung
des Polymers zu erleichtern. Dieses Patent betrifft eine Polymermatrix,
die im Allgemeinen in zwei Klassen fällt, nämlich warmhärtend und thermoplastisch,
die mit Fasern beladen sind. Beispiele von Materialien, die für Verstärkungsfasern typisch
sind, umfassen Kohlengraphit, Bor und seine Verbindungen (barons)
und Siliciumcarbid. Es ist davon auszugehen, dass die Polymerkomponenten,
die unter dem Patent der General Electric Company hergestellt werden,
die Flugzeugindustrie betrafen und Kautschukreifenkomponenten weder
umfassten noch einschlossen.
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In der japanischen Patentanmeldung,
die für die
Kautschukindustrie relevanter ist, offenbart Patent Nr.
JP 8216289 A ein
Verfahren zum Runder neuern von Reifen unter Verwendung von Hochfrequenzwellen,
um die Klebstoffschicht, die der Grundreifen enthält, mit
dem Wiedererwärmungselement zu
vulkanisieren. Bei diesem Patent werden die Stahlcorde in den Gürtelschichten
erwärmt,
indem eine induktive Heizspule aktiviert oder induziert wird, die
die Stahlcorde erwärmt
und wiederum eine Wärmequelle
für das
Vernetzen des bei der Runderneuerung des Reifens verwendeten Polstergummis
liefert. Während
dieses Verfahren der Verwendung von Induktionserwärmung die
Benutzung der Reifenkorde als die induktiv erwärmte Metallkomponente vorsieht, ist
festzustellen, dass derartige Korde eine begrenzte Oberfläche aufweisen
und die Wärmeübertragung um
die Gürtelkorde
herum örtlich
ziemlich begrenzt ist.
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Das relevanteste Patent ist die japanische Patentveröffentlichung
128764, die ein Verfahren zum Vernetzen einer Reifenkomponente unter
Verwendung der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 genannten Schritte
nennt, wobei die Abschnitte danach im kennzeichnenden Teil die neuartigen
Merkmale der vorliegenden Erfindung darstellen. Die abhängigen Ansprüche beschreiben
Merkmale der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung.
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In der Schrift
JP 09207241 ist ein Polstergummi
zur Verwendung bei der Runderneuerung von Reifen beschrieben, der
ein magnetisches Pulver von 5 Gewichtsteilen oder mehr aufweist.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine gleichmäßige Verteilung
von Fasern herauszufinden, die für
eine induktive Erwärmung
durch eine gesamten Reifenkomponente hindurch empfänglich sind,
so dass der Reifen selektiv vernetzt werden kann. Es ist ein weiteres
Ziel der Erfindung, eine vorgeformte Kautschukkomponente bereitzustellen,
die Fasern aufweist, die für
eine induktive Erwärmung empfänglich sind,
die es erlauben wird, dass der Reifen schneller vernetzt werden
kann, wenn dies in Kombination mit herkömmlichen Vernetzungsverfahren
verwendet wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein Verfahren zum selektiven Vernetzen
von Reifenkomponenten 10, 20, 30, 40 weist
die Schritte auf, dass eine Vielzahl von Metallteilchen 12 oder
-filamenten 12 in einer Kautschukmischung 14 verteilt wird.
Die Verteilung der Vielzahl von Metallteilchen 12 oder
Filamenten 12 in einer Kautschukmischung 14 umfasst
vorzugsweise den Schritt, dass das Material extrudiert wird, während die
Fasern 12 oder Metallteilchen 12 hineingemischt
werden.
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Die mit Fasern beladene Kautschukmischung
wird dann zu einer Reifenkomponente 10, 20, 30 oder 40 mit
einem vorbestimmten Querschnitt vorgeformt. Dann kann die Reifenkomponente
in einer Induktionsheizspule angeordnet werden, und die Heizspule
kann aktiviert werden, wodurch die Reifenkomponente innen vernetzt
wird, während
die Außenflächen der
Reifenkomponente teilweise oder vollständig unvernetzt gehalten werden.
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Um dieses selektive Vernetzen von
Reifenkomponenten zu erzielen, wird weiterhin in Betracht gezogen,
dass man ein Zeit- oder Energieprofil für eine besondere Reifenkomponente
im Voraus auswählen
würde,
um sicherzustellen, dass die äußeren Komponenten
zumindest zu Beginn unvernetzt bleiben, während das Innere der Reifenkomponente
vernetzt wird.
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Einige alternative Verfahren zum
selektiven Vernetzen von Reifenkomponenten 10, 20, 30 oder 40 weisen
ferner die Schritte auf, dass die vorgeformte Reifenkomponente,
in der überall
Faser- oder Metallteilchen 12 vorgesehen sind, in einem
Aufbau aus Reifenkomponenten angeordnet wird, bevor eine Induktionserwärmung angewandt
wird. Der gesamte Reifenaufbau 2 wird dann in einer Induktionsspule angeordnet,
die aktiviert wird, wodurch die mit Fasern beladene Komponente erwärmt wird,
und dann nach dem Vernetzen oder teilweisen Vernetzen dieser Komponente 10, 20, 30 oder 40 das
Vernetzen des Reifenaufbaus 2 in einer herkömmlichen
Vulkanisierformpresse fertig gestellt wird.
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Alternativ kann das Anordnen der
vorgeformten, mit Fasern beladenen Reifenkomponente in einem Aufbau
2 aus Reifenkomponenten vor dem Anwenden von Induktionserwärmung den
Schritt umfassen, dass der Reifenaufbau 2 in einer herkömmlichen
Vulkanisierpresse angeordnet wird und alle nicht vernetzten Außenflächen des
Reifens 2 vernetzt werden, und dann der Reifen 2 in
einer Induktionsspule angeordnet und eine Induktionserwärmung angewandt
wird, um das Vernetzen der vorgeformten Reifenkomponente oder der
vorgeformten Reifenkomponenten 10, 20, 30 oder 40 fertigzustellen.
Bei einem anderen Verfahren können
die vorgeformten Reifenkomponenten, die mit Fasern oder Metallteilchen 12 beladen
sind, in einen Aufbau von anderen Reifenkomponenten eingebaut werden,
bevor eine Induktionserwärmung
angewandt wird, und dann wird der gesamte Reifenaufbau 2 in
einer Vulkanisierformpresse angeordnet und gleichzeitig wird eine leitende
und Induktionserwärmung
vorgesehen, um die Reifenkomponenten und den Reifenaufbau in einem
einzigen Vernetzungsprozess zu vernetzen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die vorgeformte Komponente im Voraus mit induktionsempfindlichen
Teilchen 12, wie etwa Eisen, Nickel, Oxide aus Eisen, Nickel
usw., vermischt. Wenn derartige Fasern 12 durch einen Extrusionsprozess
oder irgendein anderes Verfahren in eine Kautschukmischung 14 eingebracht
und verteilt werden, ist nur ein Bruchteil von ein Prozent bis fünf Prozent
Fasern 12 pro 100 Gewichtsteilen Kautschuk notwendig, um
eine hohe Verteilung von induktionsempfindlichem Material in der
gesamten Zusammensetzung zu erzielen. Diese minimale Fasermenge 12 ermöglicht es,
dass die Komponente 10, 20, 30 oder 40 schnell
erwärmt
werden kann, um dadurch das oben beschriebene selektive Vernetzen
zu erlauben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die Erfindung kann in bestimmten
Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen Gestalt annehmen,
wobei eine bevorzugte Ausführungsform von
dieser in dieser Beschreibung im Detail beschrieben und in den begleitenden
Zeichnungen veranschaulicht werden wird, die einen Teil hiervon
bilden und in denen:
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Kernreiter-Reifenkomponente 10,
die aus Elastomermaterial vorgeformt ist, das mit induktionsempfindlichen
Teilchen oder Fasern 12 beladen ist.
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer Seitenwandeinsatz-Reifenkomponente 20, die vorgeformt
und mit induktionsempfindlichen Teilchen oder Komponenten beladen
ist.
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3 ist
ein Streifen aus Laufstreifenkautschuk 30, der mit induktionsempfindlichen
Teilchen oder Fasern 12 beladen ist.
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4 ist
ein Streifen einer Polstergummikautschuk-Reifenkomponente 40.
Der Polstergummikautschuk ist mit induktionsempfindlichen Teilchen oder
Fasern beladen, wobei der Polstergummi als eine Komponente zwischen
dem Laufstreifen und einem Reifenunterbau verwendet wird.
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Reifenaufbaus 2 und
einer Ausführungsform
des elektrischen Induktionsheizmittels 6 gemäß der Erfindung.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines Reifenaufbaus 2, der in
einer Vulkanisationsform 8 angeordnet ist, die eine Vielzahl
von Induktionsspulen 6 aufweist, die um den Umfang der
Reifenform 8 herum angeordnet sind.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die 1–4 zeigen verschiedene Reifenkomponenten,
die aus Elastomermaterial hergestellt sind, das mit induktionsempfindlichen
Teilchen oder Fasern 12 beladen ist. Die Reifenkomponenten
umfassen, sind aber nicht begrenzt auf, einen Kautschukkernreiter 10 mit
einem vorbestimmten Querschnitt, einen Seitenwandeinsatz 20 für Notlaufreifen mit
einem vorbestimmen Querschnitt, einen Laufstreifen 30 und
eine Polstergummischicht 40, die ebenfalls einen vorbestimmten
Querschnitt aufweisen. Jede dieser Kom ponenten kann in Streifen
aus nicht vulkanisiertem Kautschuk vorgesehen sein. Der Kautschuk
ist mit induktionswärmeempfindlichen Teilchen
oder Fasern 12 beladen. Das bevorzugte Verfahren ist es,
die induktionsempfindlichen Teilchen oder Fasern 12 in
der Kautschukmischung 14 vor dem Formen der Komponente 10, 20, 30, 40 vorzumischen.
Es ist davon auszugehen, dass es bevorzugt ist, Extrusion zu verwenden,
um die induktionsempfindlichen Teilchen 12 vorzumischen
und diese in der gesamten Komponente zu verteilen.
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In der Reifentechnik wird das gesamte
Kautschukprodukt im Allgemeinen durch das Hinzufügen einer allgemeinen Erwärmung aus
einer umgebenden Wärmequelle
vernetzt. Es gibt keine Kontrolle des Erwärmungsbetrages oder der Erwärmungsdauer,
die jede einzelne Komponente erfährt.
Bei dieser Erfindung kann jede mit Fasern beladene Komponente 10, 20, 30 oder 40 einen
festgelegten Betrag an Erwärmung
für eine
festgelegte Dauer unter Ausschluss von anderen Komponenten empfangen.
Dies ist möglich,
weil die Teilchen sich beim Erregen der Induktionsspule sehr schnell
erwärmen.
Deshalb kann eine Induktionsspule die Teilchen 12 an verschiedenen
Stellen des Reifens 2 sensibilisieren und einen festgelegten
Betrag an Wärme
für eine
festgelegte Dauer schaffen. Dieses Aussetzen einer vorbestimmten
Erwärmung
und Zeit kann das schnelle Vernetzen des Reifens 2 insbesondere
in den großen
dicken Abschnitten des Reifens, die in der Vergangenheit schwierig
zu vernetzen waren, unterstützen.
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Um eine optimale Induktionserwärmung der Komponente
zu erzielen, wird es als bevorzugt angesehen, empfindliche Materialien,
wie etwa Eisen, Nickel, Oxide aus Eisen oder Nickel, oder andere
induktionsempfindliche Materialien zu verwenden. Bei Experimenten,
wenn Nickelfasern oder Ei senoxidfasern in ziemlich kleinen Mengen,
gerade ein paar Prozent, im gesamten Kautschuk 14 vorgesehen
und in einer Induktionsspule angeordnet wurden, die erregt wurde,
zeigte die Kautschukkomponente beim Aktivieren der Spule eine Temperaturzunahme.
Diese Temperaturerhöhung
war ausreichend, um eine Vernetzungswirkung für die Komponente bereitzustellen.
Diese Form einer Erwärmung
der Komponente sorgte grundlegend für ein inneres schnelles Erwärmen der
Reifenkomponente, so dass ein inneres Vernetzen oder eine innere
Vulkanisation der Reifenkomponente erzielt werden konnte, während die Außen- oder
Umfangsflächen
der Komponente roh oder im Wesentlichen unvernetzt gehalten wurden. Diese
Fähigkeit,
eine Komponente innen zu vernetzen, ermöglicht es, dass der Reifenkonstrukteur
ein Teil bereitstellen kann, das sonst ein schnelles herkömmliches
Vernetzen eines Reifens verhindern würde.
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Sobald die Reifenkomponente mit den
induktionsempfindlichen Teilchen vorgemischt worden ist, sind mehrere
Verfahren zum Vernetzen des Reifens möglich. Wie es angemerkt wurde,
kann die Komponente innen teilweise vorvernetzt werden, bevor die Komponente
in einem Reifenaufbau 2 angeordnet wird. Dann kann die
vorvernetzte Komponente auf eine herkömmliche Weise fertig vernetzt
werden. Ein alternatives Verfahren ist es, die vorgeformte Reifenkomponente,
die mit induktionsempfindlichen Teilchen beladen ist, in einem Aufbau 2 aus
Reifenkomponenten anzuordnen, bevor eine Induktionserwärmung angewandt
wird, und dann den Reifenaufbau 2 in einer Vulkanisierpresse
anzuordnen und alle nicht vernetzten Außenflächen des Reifens 2 zu
vernetzen, und dann den Reifen 2 in einer Induktionsspule anzuordnen
und eine Induktionserwärmung
anzuwenden, um das Vernetzen der vorgeformten Reifenkomponenten 10, 20, 30 oder 40 abzuschließen. Eine andere
Alternative ist es, die Reihenfolge umzukehren und die vorge formte
Komponente in einem Aufbau aus Reifenkomponenten anzuordnen, bevor
eine Induktionserwärmung
angewandt wird, dann den Reifenaufbau in einer Induktionsspule anzuordnen und
eine Induktionserwärmung
anzuwenden und dann den Reifenaufbau 2 fertig zu vernetzen.
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Eine letzte Alternative ist es, die
vorgeformten Reifenkomponenten, die mit induktionsempfindlichen
Teilchen oder Fasern 12 beladen sind, in einem Aufbau aus
Reifenkomponenten anzuordnen und dann gleichzeitig eine Induktionserwärmung anzuwenden
und den Reifen 2 herkömmlich
zu vernetzen. In all den obigen Fällen geht man davon aus, dass die
Zeitdauer für
ein herkömmliches
Vernetzen durch die Verwendung einer Induktionserwärmung der
inneren Komponenten drastisch reduziert werden kann.
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Einer der vorteilhaftesten Aspekte
der Verwendung einer Induktionserwärmung kann die Vorbereitung
eines Kautschukpolsters 30 sein, das unvul-kanisiert ist und
mit induktionsempfindlichen Teilchen beladen ist, und das zwischen
dem Laufstreifen 30 eines Reifens 2 und dem Unterbau 3 angeordnet sein
kann. In diesem Fall kann, wie es in 5 gezeigt
ist, der Laufstreifen 30 vorvernetzt werden, und der Unterbau 3 kann
vorvernetzt werden. Dies ist sehr ähnlich wie die Verfahren, die
bei der Runderneuerung von Nutz-Lkw-Reifen verwendet werden, ist
aber gleichermaßen
auf die Produktion von Neureifen anwendbar. In einem solchen Fall
wird das Verbinden oder Zusammenfügen des Laufstreifens 30 mit
dem Unterbau 3 erzielt, indem ein Induktionsstrom an den
Polstergummi 40 angelegt wird, wobei die induktionsempfindlichen
Teilchen erregt werden, um ein schnelles Erwärmen der Polstergummischicht zu
erzeugen, was den Polstergummi schnell vulkanisiert und eine Verbindung
zwischen dem Reifen 2 und dem Unterbau 3 schafft.
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Es ist davon auszugehen, dass durch
die Verwendung einer Induktionserwärmung auf diese Weise Nutz-Lkw-Reifen
in nur Minuten hergestellt oder runderneuert werden können, was
die Zeit stark reduziert, um den runderneuerten Reifen oder den neuen
Reifen zu vernetzen.
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Ein alternatives Verfahren zum Vorbereiten eines
vorgeformten Polstergummis ist es, den Polstergummi 40 in
einer Klebstoffform vorzusehen, die eine flüssige Beschichtung 40 ist,
die mit Teilchen beladen ist, die auf Induktionserwärmung empfindlich sind.
In einem solchen Fall kann eine dünne Schicht an der Unterseite
des Laufstreifens 30 und auf der Krone des Unterbaus 3 aufgebracht
werden und die dünne
Schicht 40 oder der Klebstoff, der mit diesen induktionsempfindlichen
Teilchen beim Einbau beladen ist, kann in einer Induktionsspule
angeordnet werden, die dann in Betrieb gesetzt wird, was dann eine
Verbindung zwischen den beiden Klebstoffschichten schaffen wird,
wodurch der Laufstreifen 30 und der Unterbau 3 verbunden
werden.
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Bei all den oben erwähnten Verfahren
zum Herstellen eines Induktionsfüllgemisches
aus unvulkanisiertem Kautschuk und induktionsempfindlichen Teilchen
oder Fasern ist anzumerken, dass nur eine kleine Materialmenge im
Bereich eines Bruchteils von einem oder zwei Prozent Fasern pro
100 Kautschukteilen notwendig ist. Diese Fasern sind hinreichend
klein, um es dem Reifenkonstrukteur zu ermöglichen, diese in beinahe jeder
Komponente einzusetzen, ohne das Material hinsichtlich seiner Gesamtleistungseigenschaften
zu verschlechtern. Tatsächlich
erhöhen
die kurzen Fasern, die induktionsempfindlich sind, in vielen Fällen die
Steifigkeit der Reifenkomponente und können dazu verwendet werden,
zu helfen, die Komponente falls notwendig zu verstärken. In
diesen Fällen
können
höhere
Prozentsätze
von Induktionsfüllkomponenten
verwendet werden, um das Leistungsvermögen der Reifenkomponente zu
verbessern. Es ist davon auszugehen, dass es möglich ist, bis zu fünf Prozent
Material hinzuzufügen,
wenn eine erhöhte
Festigkeit notwendig ist. Während
so wenig wie 0,01% von induktionsempfindlichen Teilchen oder Fasern
pro 100 Kautschukteilen angewandt werden können, wie es festgestellt wurde,
können
5% oder weniger induktionsempfindliche Teilchen oder Fasern pro
100 Kautschukteilchen verwendet werden. Obgleich die bevorzugte
Ausführungsform
die Verwendung einer vorgeformten elastomeren Reifenkomponente als
Zwischenprodukt offenbart, das eine Kautschukzusammensetzung mit einem
Gemisch aus induktionsempfindlichen Teilchen oder Fasern 12 aufweist,
ist auch anzumerken, dass das Material ein unvulkanisierter elastomerer Reifenklebstoff
aus einer flüssigen
oder halbflüssigen Zusammensetzung
sein kann, die eine Kautschukmischung mit induktionsempfindlichen
Teilchen oder Fasern 12 aufweist. Es ist auch davon auszugehen, dass
es bevorzugt ist, dass die induktionsempfindlichen Teilchen oder
Fasern 12 aus Metall bestehen. Am stärksten bevorzugt sollten die
Metallfasern 12 aus auf Nickel oder Eisen beruhendem Material
bestehen.
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In 5 ist
eine Querschnittsansicht des gesamten Reifenaufbaus 2 zusammen
mit einem elektrischen Induktionsheizmittel 6 gezeigt.
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In 6 ist
ferner eine Querschnittsansicht des Reifenaufbaus 2 in
einer Reifenvulkanisationsform 5 mit einer Vielzahl von
Induktionsheizspulen 6 um den Umfang der Form 5 herum
gezeigt. Jede 5 und 6 zeigt Mittel zum Bewerkstelligen
der oben beschriebenen angestrebten Vernetzungsverfahren.
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Es ist einzusehen, dass die Erfindung
bei beinahe jeder Reifenkomponente verwendet werden kann, aber am
stärksten
bevorzugt bei Komponenten mit einem dicken Querschnitt, oder die
im Inneren des Reifens verdeckt sind. Es ist auch bevorzugt, dass
die Reifenkomponente einfach eine Verbindungsschicht zwischen zwei
Reifenkomponenten, wie etwa einem Laufstreifen und einem Reifenunterbau,
sein kann, wie es oben beschrieben ist, oder alternativ die Form
eines Klebstoffes annehmen kann.