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Die vorliegende Erfindung hat einen Reifen zum Gegenstand, der mehrere
Mischungen besitzt, die als Hauptzuschlag Silizium aufweisen, oder Mischungen, die einen
geringen Rußzuschlag aufweisen, wobei eine dieser Mischungen die Lauffläche ist.
Sie betrifft mehr im einzelnen einen Reifen, der dazu bestimmt ist, schwere Lasten
zu tragen, wie einen Reifen für "Schwerlastfahrzeuge".
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Die Umweltprobleme, die immer entscheidender werden, die Einsparungen an
Treibstoff und der Kampf gegen Schäden, die durch Kraftfahrzeuge erzeugt werden,
haben Priorität erreicht, wobei es eines der Ziele der Hersteller von Reifen ist, einen
Reifen zu verwirklichen, der gleichzeitig einen sehr geringen Widerstand gegenüber
dem Abrollen, eine hervorragende Haftung sowohl auf trockenem Boden wie auch
auf nassem, schneebedecktem oder vereistem Boden, eine sehr gute Beständigkeit
gegenüber Abnutzung und endlich auch ein verringertes Abrollgeräusch besitzt.
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Um dieses Ziel zu erreichen, wurde in der europäischen Patentanmeldung EP-A-501
227 ein Reifen vorgeschlagen, der eine Lauffläche besitzt, die als verstärkenden
Hauptzuschlag Silizium aufweist. Wenn es diese Lösung auch gestattet, den besten
Kompromiss zwischen der Gruppe sehr widersprüchlicher Eigenschaften zu
erhalten, die oben erwähnt sind, hat es sich indessen herausgestellt, daß, in
Abhängigkeit von den Fahrzeugen, die Reifen, die eine Lauffläche einsetzen, die als
verstärkenden Hauptzuschlag Silizium aufweist, den Nachteil darbieten, in einem
mehr oder weniger wesentlichen Ausmaß statische Elektrizität aufzubauen, die sich
durch die Reibung des Reifens auf der Straße aufgrund der Abwesenheit einer
elektrischen Leitfähigkeit des Silizium bildet.
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Die statische Elektrizität, die sich so in einem Reifen aufgebaut hat, ist dann, wenn
bestimmte, besondere Bedingungen zusammenkommen, imstande, einen einen
unangenehmen, elektrischen Schlag bei einem Benutzer des Fahrzeugs hervorzurufen,
wenn er dabei ist, die Karosserie des Fahrzeugs zu berühren. Sie ist außerdem
imstande, das Altern des Reifens aufgrund des Ozons zu beschleunigen, der durch
die elektrische Entladung erzeugt wurde. Sie kann auch, abhängig von der Art des
Bodens und des Fahrzeugs, der Ursprung einer schlechten Funktion des Radios sein,
das ins Fahrzeug eingebaut ist, aufgrund der Interferenzen, die sie erzeugt.
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Dieses Problem des Aufbaus statischer Elektrizität in einem Reifen und der
Hauptteil der Ungelegenheiten, die damit verbunden sind, ist recht alt und hat sich
schon gestellt, als der benutzte, verstärkende Zuschlag noch Ruß war. So wurde es
im Patent US-A-2 329 332 vorgeschlagen, auf der Außenseite der Karkasse eine
Lage aus Gummimischung auf der Grundlage von Azetylenruß anzuordnen, der eine
hohe elektrische Leitfähigkeit hat, die sich von einem Wulst des Reifens zum
anderen erstreckt, und ein schmales Band dieser selben Mischung in
Umfangsrichtung zwischen der Karkasse und der Lauffläche anzuordnen. Das
Patent GB-A-544 757 beschreibt eine Vervollkommnung der vorangehenden
Lösung, und diese Vervollkommnung besteht darin, einen oder mehrere, feine
Einschnitte mit der Breite Null über die gesamte Dicke der Lauffläche des noch
nicht vulkanisierten Reifens hinweg einzubringen und dort Gummi mit erhöhter
elektrischer Leitfähigkeit zu injizieren, um die leitfähige Lage, die sich an der
Oberfläche der Lauffläche von Wulst zu Wulst erstreckt, in Berührung mit dem
Boden zu versetzen. Es wurde im Patent US-A-2 339 546 auch vorgeschlagen, eine
Verbindung zwischen dem Chassis des Fahrzeugs und der Straße mittels einer stark
leitfähigen Gummilage auf der Grundlage von Azetylenruß herzustellen, die in
Berührung mit der Radfelge steht, auf die der Reifen montiert ist, und sich vom
Wulst des Reifens bis zur Oberfläche der Lauffläche entweder auf deren Rändern
oder in deren Innerem erstreckt.
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Die Anmeldung EP 0 658 452 A1 beschreibt die Anpassung bekannter Prinzipien
bei einem sogenannten modernen Reifen, und zwar eine Anpassung, die es gestattet,
die prinzipiellen Probleme zu lösen, die den Lösungen zukommen, die in den
obengenannten Dokumenten vorgeschlagen sind, und besonders die unheilvollen
Heterogenitäten, die in die Aufbauten der Reifen eingebracht sind. Die Lösung
besteht darin, ein Leiterband aus Gummimischung einzuführen, das sich bevorzugt
über den gesamten Umfang des Reifens erstreckt und die Oberfläche der Lauffläche
entweder mit einer der Scheitellagen oder der Karkassenbewehrung oder mit
irgendeinem anderen Teil des Reifens verbindet, der ausreichend leitfähig für
Elektrizität ist, wobei die notwendige elektrische Leitfähigkeit durch das
Vorhandensein eines geeigneten Rußes herbeigeführt wird.
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Die Anmeldung EP 0 747 243 A, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht,
beschreibt einen Reifen mit einer Lauffläche, die aus einer nicht oder wenig
leitfähigen Gummimischung gebildet ist, und zwar einer Lauffläche, unter der eine
Schicht mit guter elektrischer Leitfähigkeit angeordnet ist, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß eine leitfähige Schicht zwischen die beiden Stirnflächen der
Lauffläche eingelegt ist, die zusammengefügt sein müssen, wobei die genannte
Schicht die Oberfläche der Lauffläche mit der Schicht mit guter Leitfähigkeit
vereint.
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Eine solche Lösung ist aber nicht für einen Reifen optimiert, der mehrere Schichten
aus Gummimischungen über der Scheitelbewehrung und Gummischichten zwischen
der Scheitelbewehrung und der Karkassenbewehrung aufweist, wie es für jeden
Reifen der Fall ist, der imstande ist, mit einer stabilisierten erhöhten
Funktionstemperatur abzurollen. Sie ist weder in ihrer industriellen Ausführung
noch in ihrem Aufbau optimiert, was den Gesichtspunkt der Kosten sowie der
erreichten Leistungen angeht.
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So ist es eines der Ziele der Erfindung, in einem Reifen, der mehrere, die
Elektrizität nicht leitende Mischungen hat, die elektrostatischen Ladungen
abzuleiten, die durch das Abrollen des Reifens induziert wurden, ohne das Niveau
der Eigenschaften des Reifens merklich zu beeinträchtigen, das andere Ziel ist es,
einen Reifen zu erhalten, der möglichst einfach ist und geringere Kosten aufweist,
was den Gesichtspunkt der Materialkosten wie auch den der Herstellungskosten
angeht.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dank der Merkmale erreicht, die in den
Ansprüchen umrissen sind.
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Die radial obere Lage der Lauffläche des Reifens ist für Elektrizität dank des
Vorhandenseins einer leitenden Gummieinlage leitfähig gemacht, die die
Oberfläche der Lauffläche, die dazu bestimmt ist, mit dem Boden in Berührung zu
treten, mit der radial inneren Fläche der genannten Schicht verbindet, wobei sich
diese ringförmige Einlage über den gesamten Umfang der Oberfläche der
Lauffläche erstreckt und senkrecht zur gewissermaßen zylindrischen
Scheitelbewehrung steht.
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Die Gummizusammensetzung, die die genannte Einlage und die elektrische
Verbindung zwischen zwei leitenden Schichten bildet, kann eine Zusammensetzung auf
der Basis eines speziellen, für elektrischen Strom leitfähigen Gummis sein. Indessen
ist gemäß einer bevorzugten Variante die Gummizusammensetzung, die die leitende
Verbindung für elektrostatische Ladungen bildet, eine Zusammensetzung auf der
Grundlage eines natürlichen Gummis oder synthetischer Gummis, die bei der
Konfektion von Reifen und besonders von Laufflächen für gewöhnlich verwendet
werden, die als verstärkenden Zuschlag einen leitenden Ruß haben, der bevorzugt
üblicherweise bei der Herstellung von Reifen verwendet wird.
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Die elektrische Verbindung mit der Montagefelge erfolgt bevorzugt durch die
Karkassenbewehrung, die sich um die Wulstkerne herumlegt und dabei in Kontakt
mit der Gummimischung steht, die von außen die Wülste des Reifens abdeckt.
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Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Hilfe der der
folgenden Beschreibung angefügten Zeichnung noch besser verstanden, wobei in
der Zeichnung:
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Fig. 1 schematisch, im Meridianschnitt gesehen, einen Reifen nach Art eines
"Schwerlastreifens" gemäß der Erfindung darstellt,
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Fig. 2 schematisch und teilweise, im Schnitt in einer zur Äquatorialebene parallelen
Ebene gesehen, den selben Reifen darstellt, und.
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Fig. 3 schematisch eine Variante der Anordnung des leitenden Bandes darstellt, das
an der Schweißstelle der radial inneren Schicht der Lauffläche angeordnet ist.
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Der Reifen mit der Abmessung 315/80.R.22.5, der dazu konzipiert ist, einen
geringen Rollwiderstand zu haben, weist eine Karkassenbewehrung (1) auf, die aus
einer Metall-Lage zusammengesetzt ist, die aus undehnbaren Metallseilen gebildet
ist, die in eine Kalandriermischung eingehüllt sind, die zum Leiter für
elektrostatische Ladungen durch Wirkung eines Rußes gemacht ist, der
üblicherweise als verstärkender Zuschlag in den Mischungen verwendet wird. Die
genannte Karkassenbewehrung (1) ist, wie bekannt, mittels mindestens eines
Wulstkernes (2) in jedem Wulst verankert, um einen Umschlag (10) zu bilden.
Zwischen dem genannten Umschlag (10) und der Karkassenlage (1) ist mindestens
ein Verstärkungszwickel (3) angeordnet. Im Inneren der genannten
Karkassenbewehrung (1) befinden sich die üblichen Verstärkungsschichten, und die
sogenannten inneren Schichten, die aus bekannten, im allgemeinen für die
Aufpumpgase undurchlässigen Schichten gebildet sind. Das bzw. die Ende(n) dieser
inneren Schicht(en) ist bzw. sind durch den axial inneren Teil der Schutzschicht (4)
des Wulstes abgedeckt, einer Verschleißschicht, deren axial äußerer Teil gegen die
Montagefelge anliegt, wobei die genannte Schicht im allgemeinen einen hohen
Zuschlag an Ruß aufweist und demnach sehr leitfähig ist.
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Über der Karkassenbewehrung (1) ist an ihrem Scheitel eine Scheitelbewehrung (9)
angebracht, die im beschriebenen Beispiel zusammengesetzt ist aus zwei Halblagen,
die Triangulationslagen genannt sind und aus undehnbaren Metallseilen gebildet
sind, die in bezug auf die Umfangsrichtung unter einem Winkel ausgerichtet sind,
der zwischen 30º und 90º liegen kann; dann radial darüber aus zwei sogenannte
Arbeitslagen, die aus undehnbaren Metallseilen zusammengesetzt sind, die von
einer Lage zur folgenden überkreuz laufen und dabei zur Umfangsrichtung Winkel
bilden, die gleich oder ungleich sein können, und mit einem Absolutwert, der
zwischen 10º und 30º liegt; dann, im allgemeinen, an letzter Stelle, aus mindestens
einer sogenannten Schutzlage, die aus elastischen Seilen gebildet ist, die zur
Umfangsrichtung einen Winkel bilden, der in Richtung und Wert gleich ist dem
Winkel der Arbeitslage, die radial am weitesten außen liegt. Alle Seile dieser
Scheitellage (9) sind in eine oder mehrere Gummi-Kalandriermischung(en)
eingehüllt, die dank eines Rußes, der üblicherweise als verstärkender Zuschlag in
den Mischungen verwendet wird, leitfähig für elektrostatische Ladungen ist bzw.
sind.
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Die Scheitelbewehrung (9), die nicht dasselbe Querprofil wie das der
darunterliegenden Karkassenbewehrung (1) besitzt, ist von der genannten
Karkassenbewehrung (1) durch eine Gummi-Baugruppe (6) mit geringer Dicke auf
dem axial mittigen Teil (61) getrennt, wo die beiden Bewehrungen im wesentlichen
parallel verlaufen, und, beiderseits des axial mittigen Teils (61), mit einer Dicke, die
zunimmt, wenn man zur Außenseite des Reifens läuft, um Keile (62) zu bilden. Aus
Gründen der Erwärmung sind diese Keile aus Gummi und die Verbindungslage (61)
nicht aus leitfähigen Gummimischungen hergestellt, denn sie haben einen sehr
geringen Rußzuschlag. Radial über der Scheitelbewehrung ist die Lauffläche
angeordnet, die aus der radial inneren Schicht (7), der sogenannten Unterschicht, die
aus einer Mischung mit überwiegend Siliziumzuschlag gebildet ist,
zusammengesetzt ist, wobei radial über der Unterschicht (7) ihrerseits die radial
obere Schicht (8) angebracht ist, die Rollschicht genannt ist und einen sehr hohen
Siliziumzuschlag aufweist. Die Lauffläche (7, 8) ist mit den Wülsten durch
Flankenmischungen (5) verbunden, die ebenfalls einen sehr hohen Siliziumzuschlag
besitzen.
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Die Rollschicht (8) ist, wie an sich bekannt, mittels einer Gummieinlage (11)
leitfähig gemacht, die sich in Form eines kreisringförmigen Ringes über die gesamte
Höhe der Rollschicht (8) darbietet, um die Oberfläche der Lauffläche, die in
Berührung mit dem Boden gelangt, mit der radial oberen Fläche der Unterschicht
(7) zu verbinden. Diese Einlage (11) mit sehr geringer axialer Breite ist im
gezeigten Fall eine einzige und gegenüber der Äquatorialebene X-X' des Reifens
außer Mitte. Sie könnte auch zentriert sein, besonders im Fall, wenn keine mittigen
Rille in der Lauffläche vorliegt; es könnte dort zwei Einlagen (11) geben, die zum
Beispiel symmetrisch in bezug auf die Äquatorialebene, oder aber auch noch axial
in jeder Weise derart angeordnet, daß die Berührung mit dem Boden hergestellt
werden kann, wie auch das Maß der Abnutzung der Lauffläche sein mag. Diese
Einlage(n) (11), die Leiter für elektrostatische Ladungen ist bzw. sind, kann bzw.
können durch alle geeigneten Mittel hergestellt werden, und dies ebenso im
Augenblick der Konfektion des Reifens in nicht vulkanisierten Zustand wie nach der
Vulkanisierung. Die leitende(n) Einlage(n) (11) kann bzw. können während der
Konfektion der radial oberen Schicht (8) der Lauffläche im noch nicht
vulkanisierten Zustand durch Koextrusion oder durch Einspritzen oder durch Einschneiden
der Schicht durch jedes geeignete Mittel und Auftrag der leitenden
Gummizusammensetzung in Form einer Gummilösung hergestellt werden. Im
beschriebenen Fall ist bzw. sind die Einlage(n) (11) in Form eines Ringes bzw. von
Ringen durch Koextrusion während der Konfektion der oberen Schicht der
Lauffläche hergestellt. Die radial innere Schicht (7) wurde gesondert durch
Extrusion erhalten, und die elektrische Verbindung zwischen der Rollschicht (8)
und der radial äußeren Lage der Scheitelbewehrung (9), die aus Metallseilen
gebildet sind, die in eine Gummimischung eingehüllt sind, die Kohlenstoff als
Zuschlag aufweist, der üblich und ein Leiter ist, wird durch das Gummiband (12)
hergestellt, das vorteilhafterweise aus einem Elastomer gebildet ist, das identisch ist
mit einem derer, die in einer Rezeptur einer radial äußeren Schicht (8) verwendet
werden, oder mit einem derer, die in einer Rezeptur einer radial inneren Schicht (7)
benutzt werden, ob die genannten Schichten nun überwiegend einen
Siliziumzuschlag aufweisen oder ob sie in normaler Weise einen Rußzuschlag
aufweisen. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat das genannte Band (12) eine axiale Breite e&sub1;&sub2;,
die bevorzugt größer ist als die sehr geringe, axiale Breite e&sub1;&sub1; der Einlage (11), was
große Einfachheit und Sicherheit in der Herstellung gestattet. Im Fall der
beschriebenen Abmessung sind die Breiten e&sub1;&sub2; und e&sub1;&sub1; 20 bzw. 0,4 mm. Was die
Dicke des genannten Bandes (12) angeht, ist sie, wie in Fig. 2 gezeigt, sehr gering
und beträgt einige Zehntelmillimeter, z.B. 0,6 mm. Die Länge des Bandes kann in
drei Teile unterteilt werden: ein oberer Teil (120), der zwischen der oberen Schicht
(8) der Lauffläche axial auf der Höhe des Einschubes (11) und der unteren Schicht
(7) der genannten Lauffläche angeordnet ist, ein mittlerer Teil (121), der zwischen
die beiden Stirnflächen der Schweißstelle S der Schicht (7) eingeführt ist, und zwar
Stirnflächen, die im allgemeinen in bezug auf die radiale Richtung um einen Winkel
in der Nähe von 45º geneigt sind, und ein unterer Teil (122), der den Kontakt mit
dem Umhüllungsgummi der radial oberen Lage der Scheitelbewehrung (9)
sicherstellt und auf die genannte Lage aufgelegt ist. Der obere und untere Teil haben
geringe Längen, und sind in diesem genauen Fall 10 mm lang, könnten aber,
entsprechend den Abmessungen der behandelten Reifen, zwischen 5 mm und 25
mm liegen.
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Die elektrische Verbindung zwischen der Scheitelbewehrung (9) und der
Karkassenbewehrung (1) erfolgt durch dasselbe System, das heißt durch Verwendung eines
Bandes (13) mit derselben Ausbildung und im wesentlichen denselben
Abmessungen wie das Band. (12), wobei die axiale Breite kleiner sein kann als die
axiale Breite des Bandes (12); die Übereinstimmung zwischen den axialen
Ausbildungen der leitenden Mittel ist kein Problem mehr. Das genannte Band (13)
ist auf die Karkassenbewehrung (1) aufgelegt, dann zwischen die beiden
Stirnflächen der Schweißstelle S' des Profils (6), und dann auf die radial obere
Fläche des genannten Profils. Die Anwesenheit zweier Bänder (13) kann sich als
nützlich erweisen, besonders zweier Bänder (13), die axial auf Höhe der Keile (62)
und in bezug auf die Äquatorialebene X-X' symmetrisch angeordnet sind, wie das
gestrichelt in Fig. 1 gezeigt ist. Die Schweißstelle S' des Profils (6) ist im
allgemeinen, in Umfangsrichtung, nicht an derselben Stelle wie die Schweißstelle S
angeordnet, und die Umfangslage des Bandes (13) ist in bezug auf die
Umfangslage des Bandes (12) versetzt, wie dies im rechten Teil der Fig. 2 gezeigt ist.
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In manchen Herstellungsformen werden die Schichten (7) und (8) koextrudiert. Es
ist dann kaum möglich, den oberen Teil (120) eines Bandes (12) zwischen die obere
Schicht und die untere Schicht einzuführen. Um die herzustellende, elektrische
Verbindung sicherzustellen, genügt es, zwischen den beiden Stirnflächen der
Schweißstelle S die Anordnung aus oberem Teil und mittleren Teil des Bandes (12) (Fig. 3)
anzuordnen, wobei der obere Teil (120) in Kontakt mit der Einlage (11) auf der
Höhe der Stirnflächen der Schweißstelle S gelangt, die den beiden Schichten der
Lauffläche gemeinsam ist.
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Der vollständige Anschluß wird nun durch die Mischung der Umhüllung der Seile
der Karkassenbewehrung sichergestellt, die im Bereich der Wülste mit der
Verschleißschicht (4) in Kontakt steht, die den Wulst umgibt, wobei es dieser Anschluß
demzufolge gestattet, als Gummimischungen, die die Flanken des Reifens bilden,
Mischungen zu benutzen, die sehr stark oder vollständig Silizium als Zuschlag
aufweisen. Die kombinierte Verwendung von Mischungen mit Silizium-Zuschlag
für die Bildung der Schichten der Lauffläche, der Flanken und der Schichten
zwischen der Scheitelbewehrung und der Karkassenbewehrung eines
"Schwerlastreifens" gestattet einen beträchtlichen Gewinn im Rollwiderstand und
demzufolge im Brennstoffverbrauch.