Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von vulkanisierten
Kautschukoberflächen sowie insbesondere ein Verfahren zur Runderneuerung von Reifen.
Das Runderneuern von Reifen wird derzeit auf zwei verschiedene Weisen
durchgeführt:
- A. Form-Vulkanisieren, wobei die Karkasse mit einem Laufstreifen aus unvulkanisierem
Gummi mit einer der Karkasse zugewandten Bindegummischicht vorbereitet und dann
vulkanisiert wird. Hierbei wird das Reifenprofil in den Laufstreifen eingedrückt
und die Verbindung mit der Karkasse durch das Andrücken und die Wärme in einer Form
sichergestellt, wobei die Form lediglich einen Reifen zur gleichen Zeit aufnimmt.
Die Arbeitstemperatur liegt bei etwa 150°C. Dieses Verfahren ist kapitalintensiv.
- B. Runderneuern mittels Vorvulkanisieren, wobei ein bereits in einer flachen
oder Ringform vulkanisierter und mit einem Profil versehender Laufstreifen mit einer
Größe, die bereits zu der Karkasse paßt, mittels einer dünnen Schicht von zuvor
unvulkanisiertem Bindegummi angeschweißt wird. Dies wird bei einer wesentlich geringeren
Temperatur (zwischen 95°C und 120°C) und einem geringeren Druck in einem
Autoklav durchgeführt, in welchem üblicherweise eine Mehrzahl von Reifen zur gleichen
Zeit behandelt werden können. Dieses Verfahren ist erheblich weniger kapitalintensiv.
Beide Verfahren erfordern die Vorbereitung der Karkasse, die Entfernung
des abgefahrenen Laufstreifens und ein Abschälen/Abrauhen zur Erzeugung eine gleichmäßigen
Oberfläche, die in einer Ebene parallel zur Achse des Reifens gekrümmt ist (der
sogenannte "Rauhradius" und die "Rauhkontur"). Hierbei entsteht ein vorbestimmter
Grad der Rauhigkeit, um das Anschweissen des neuen Laufstreifens zu ermöglichen.
Besonders bei der Runderneuerung von Lastwagenreifen, die je erheblich
größere werte als Personenwagenreifen darstellen, erfolgt ein getrenntes Ausbessern
einzelner örtlicher Schäden, die sich in der Karkassenoberfläche zeigen. Dies wird
durch ein Ausschleifen durchgeführt, um eine aufgerauhte und unzerklüftete Oberfläche
bereitzustellen. Danach werden die Löcher mit erwärmten Reparaturmaterial, das ebenfalls
meist Bindegummi ist, ausgefüllt. Dies wird häufig mit kleinen Extrudern in der
Größe von Handwerkzeugen durchgeführt, ist jedoch arbeitsintensiv und erfordert
viel Sorgfalt und Aufmerksamkeit.
Besonders bei dem Runderneuern mit Vorvulkanisieren wurde das Bindemittel
– historisch bedingt – durch Kalandern als breite Platte erzeugt, wobei
die Arbeitstemperaturen nicht mehr als 80°C betrugen. Das Bindegummi wurde gekühlt
und mit Kunststoff-Zwischenschichten aufgerollt, wobei es später in die an unterschiedliche
Reifengrößen angepaßten Breiten geschnitten wurde, und als ein Teil des arbeitsintensiven
Verfahrens des "Aufbauens" eines vorvulkanisierten Reifens aufgebracht.
Genauso kann der Bindegummi bzw. die Bindegummischicht direkt aufextrudiert
werden.
Eine vorteilhafte Runderneuerungsvorrichtung ist beispielsweise in
der EP 0 637 506 B1, die hier durch Bezugnahme in die Offenbarung aufgenommen wird,
offenbart.
Kritisch ist in jedem Fall die Erzeugung einer geeigneten Oberfläche
der Karkasse zum Aufbringen des Bindegummis bzw. zur Belegung (Verbindung) mit der
Lauffläche. Nach solchen Verfahren besteht ein kontinuierlicher Bedarf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war somit die Bereitstellung eines
Verfahrens, das eine optimale Verbindung vulkanisierter Kautschukoberflächen, insbesondere
bei der Runderneuerung von Reifen, ermöglicht, sowie die Bereitstellung einer entsprechenden
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Plasma gilt neben Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen als sogenannter
"vierter Aggregatszustand". Es handelt sich um eine Art Gaswolke mit elektrisch
geladenen Teilchen (Ionen), die sehr reaktionsfreudig sind. Im Stand der Technik
macht man sich diese Eigenschaft zu Nutze, um glatte Oberfläche bereitzustellen,
beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie zur Erzeugung geeigneter glatter
Oberflächen für eine Verklebung. Dabei werden die Teile vor dem Verkleben mit Hilfe
von Plasma optimal gereinigt.
Aus der EP 0 870 595 A2
ist weiterhin bekannt, die Konfektionsklebrigkeit von Kautschukmischungen für die
Herstellung von Fahrzeugreifen zu erhöhen, indem die Oberfläche einer unvulkanisierten
Kautschukmischung plasma- und/oder flammenbehandelt wird. Eine Plasmabehandlung
der Oberfläche mindestens einer vulkanisierten Kautschukmischung wird nicht vorgeschlagen.
Aus der DE 690 27 303 T2
ist ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Polymeren bekannt, bei denen verstärkende
Polymere für eine direkte Bindung an Kautschuk in einer Plasmakammer behandelt werden,
die ein polymerisierendes Gas oder eine polymerisierende Gasmischung enthält.
Auch die EP 0 591 843 B1
offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines eine polymere Verstärkung enthaltenden
Kautschukgegenstandes, wobei die polymere Verstärkung plasmabehandelt wird und anschließend
in eine unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung eingebracht wird.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die Verbindung bzw. Haftung
zwischen zwei vulkanisierten Kautschukoberflächen erheblich gesteigert werden kann,
indem zumindest eine der vulkanisierten Kautschukoberflächen vor der Aufbringung
des Bindegummis bzw. der Bindegummimischung, die in der Regel eine nicht-vulkanisierte
Kautschukmischung darstellt, mit einem Plasma behandelt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden beide vulkanisierten
Kautschukoberflächen plasmabehandelt. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein,
wenn auch die Bindegummimischung plasmabehandelt wird. Falls der Bindegummi direkt
aufextrudiert wird, kann die Plasmabehandlung des Bindegummis vorteilhafterweise
nach der Aufbringung des Extrudats erfolgen. Falls jedoch der Bindegummi in Form
einer kalandrierten Schicht aufgebracht wird, kann die Plasmabehandlung des Bindegummis
auch vor der Aufbringung auf die vulkanisierte Kautschukoberfläche erfolgen.
Besonders vorteilhafte Ergebnisse liefert die Erfindung bei einem
Verfahren zur Runderneuerung von Reifen gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10.
So wurde überaschend gefunden, dass sowohl die Benetzbarkeit der Karkasse
und des Laufstreifen gegenüber dem Bindegummi, als auch die Haftung bzw. Verbindung
(Vernetzung) nach dem Vulkanisieren des Bindegummis bzw. der Bindegummischicht durch
die erfindungsgemäße Plasmabehandlung erheblich verbessert werden kann.
Obwohl die genaue Ursache für die erheblichen positiven Auswirkungen
nicht genau bekannt ist, wird angenommen, dass durch die Plasmabehandlung die chemische
Reaktivität bzw. Vernetzbarkeit der Oberfläche des vulkanisierten Kautschuks erhöht
wird. Zugleich scheint eine besonders problemlose und blasenfreie Aufbringung des
Bindegummis möglich. Besonders gravierend ist die Wirkung der Plasmabehandlung auf
die Oberfläche der aufgerauhten Karkasse, die bei herkömmlichen Verfahren häufig
nicht zuletzt durch die verfahrensbedingte Lagerung und Alterung der Karkassenoberfläche
Probleme bereitet. Der positive Einfluss der Plasmabehandlung ist auch insoweit
überraschend, als durch die Plasmabehandlung eigentlich eine weitere Aufoxidation
der Oberfläche zu erwarten war, die einer Vernetzung beim Vulkanisieren abträglich
wäre. Zudem ist der Effekt nicht wie bei unvulkanisierten Kautschukmischungen auf
eine Erhöhung der Konfektionsklebrigkeit zurückzuführen.
Zur Erzeugung des bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Plasmas
kann jedes dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannte Verfahren eingesetzt werden.
Unter Plasmabehandlung soll hier die Einwirkung durch Gasentladung
entstandener Teilchen, (z.B. radikale Ionen, Elektronen, Moleküle) auf eine Kautschukoberfläche
verstanden werden. Bei der Plasmabehandlung wird im allgemeinen zwischen Niederdruckplasma
und Normaldruckplasma unterschieden. Bei einem Niederdruckplasmaverfahren wird in
einer Prozesskammer bei einem verringerten Druck (z.B. 0,5 bis 2 mbar) ein Gas oder
ein Gasgemisch eingeleitet. Durch Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung wird
eine Gasentladung (Plasma) gezündet, wobei das Gas in den ionisierten Zustand überführt
wird. Als Gas können vorzugsweise Luft, Edelgase, Sauerstoff oder Stickstoff, insbesondere
Luft, verwendet werden. Die entstandenen Fragmente des Gases oder des Gasgemisches
treffen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Oberfläche der vulkanisierten
Kautschukmischungen und bewirken deren Modifizierung. Vorteilhaft am Niederdruckplasmaverfahren
ist die hohe Effizienz, da die Lebensdauer der aktiven Teilchen bei vermindertem
Druck hoch ist. Aufgrund des abeschlossenen Prozessraumes können definierte Gase
oder Gasgemische zur Anwendung kommen. Des weiteren wird eine inhomogene oder unzureichende
Aktivierung vermieden.
Aufgrund der leichteren Handhabbarkeit in einer Werkstatt und des
geringeren apparativen Aufwands wird allgemein die Verwendung von Normaldruckplasmen
bevorzugt. Im Unterschied zum Niederdruckplasmaverfahren findet die Gasentladung
nicht in einem abgeschlossenen Raum statt, so daß dieses unter atmosphärischen Bedingungen
wie Normaldruck und Luft arbeitet. Als bevorzugtes Verfahren findet die Korona-Entladung
Anwendung. Prinzipiell kann auch ein Hochtemperaturplasma verwendet werden.
Bezüglich der Plasmabehandlung und der Flammenbehandlung wird auf
folgende Literatur verwiesen: Jörg Friederich: Plasmabehandlung von Polymeren, Kleben
& Dichten – Adhäsion, Jahrgang 41,1-2/97, S. 28–33; Gerhard Liebel:
Plasmabehandlung von Polyolefinen, GAK 8/1990, S. 421ff.; Fritz Bloss: Zur Koronabehandlung
von Formteilen, Sonderdruck aus Oberfläche+Jot 12/88 (Vorbehandeln);
Thomas Hl. Herrling. J., Rakowski W., Höcker, H.: Umweltfreundliche Veredelungsverfahren
für Wolle durch Vorbehandlung mit elektrischen Gasentladungen (Plasmen), ITP 1/93,
S. 42–49.
Erfindungsgemäß können Kautschukmischungen aus verschiedenen Materialien
eingesetzt werden. So können Mischungen, die als Kautschukkomponente z.B. Naturkautschuk
(NR), Butadienkautschuk (BR), Styren-Butadien-Copolymer (SBR), Butylkautschuk, synthetisches
Polyisopren, Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer sowie weitere schwefelvernetzbare Kautschuke
und Mischungen hieraus enthalten, verwendet werden. Die genannten Kautschukmaterialien
finden mit üblichen Zusatzstoffen versehen insbesondere bei der Herstellung von
Vollgummireifen und Luftreifen für PKWs und LKWs Verwendung.
Besonders bevorzugt ist, wenn als Plasmabehandlungsverfahren die Korona-Entladung
angewandt wird. Dieses Verfahren ist kostengünstig und mit apparativen geringem
Aufwand zu bewerkstelligen. Für die Korona-Entladung sind verschiedene Verfahrensweisen
bekannt, wie z.B. die Hochfrequenzfunkenentladung und die Niederfrequenszfunkenentladung.
Bei einer Hochfrequenzentladung besteht die Möglichkeit eine Einzelelektrode, an
die Hochspannung anliegt (< 15 kV) Korona absprühen zu lassen. Die unmittelbar in
der Nähe befindliche Katuschukoberfläche dient als Auftrittsfläche dieser Gasentladung.
Der Vorteil der Hochfrequenzfunkenentladung besteht darin, daß die Koronabehandlung
der Oberfläche energisch reguliert und optimiert werden kann.
Im Gegensatz zur Hochfrequenzfunkenentladung (Bereiche um 25 KHz)
arbeitet die Niederfrequenzfunkenentladung bei 50 bis 60 Hz. Durch eine quer zur
Entladungsrichtung verlaufende Luftströmung wird das entladene Gas aus dem Elektrodenbereich
herausgedrückt und kann auf die zu behandelnde Oberfläche (Katuschukoberfläche)
einwirken. Die niederfrequente Entladung wird für das erfindungsgemäße Verfahren
bevorzugt, da eine einfache Umsetzung aufgrund des geringeren apparativen Aufwandes
erfolgen kann.
Als Gasmedium wird vorzugsweise Luft verwendet. Aufgrund der einfachen
Handhabung der damit verbundenen Vorrichtung kann unkompliziert die Oberfläche behandelt
werden. Prinzipiell sind aber auch andere Gase denkbar, die in der Lage sind, die
Oberfläche geeignet zu modifizieren, wie Sauerstoff, Halogene und Stickstoff. Um
den Vulkanisationsprozeß an der Grenzfläche zum Bindegummi positiv zu beeinflußen,
ist es denkbar, als Gas bzw. Gasgemisch auch schwefelentaltende Substanzen zu verwenden.
Geeignete Vorrichtungen zur Plasmabehandlung von Oberflächen sind
beispielsweise aus der DE 298 05 999 A1
der Firma Agodyn Hochspannungstechnik GmbH sowie aus der DE
195 32 412 A1 der gleichen Anmelderin bekannt. So ist es nach neueren Verfahren
zur Plasma(vor)reinigung von Oberflächen möglich, die Oberflächenbehandlung bei
Normaldruck durchzuführen, z.B. mit dem Plasmatreat-System der Firma Agrodyn Hochspannungstechnik
GmbH, Steinhagen.
Die vorstehenden Druckschriften betreffend Verfahren und Vorrichtungen
zur Plasmaerzeugung bzw. -behandlung werden hier ausdrücklich durch Bezugnahme in
die Offenbarung aufgenommen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zur Plasmaerzeugung
eingesetzte Vorrichtung so dimensioniert, daß die zu behandelnde vulkanisierte Kautschukoberfläche
flächig plasmabehandelt werden kann.
In einigen Fällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, nur Teilbereiche
bzw. Abschnitte der Oberfläche mit Plasma zu behandeln. Dazu können ein oder mehrere
Vorrichtungen zur Plasma-Oberflächenbehandlung parallel oder sequenziell eingesetzt
werden. Beispielsweise kann die Oberfläche der Karkasse in einem spiralförmigen
Band oder in mehreren parallelen Bändern um den Umfang der Karkasse plasmabehandelt
werden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Ausführunsbeispiele anhand der Zeichnungen.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Bindegummiextruder
der CTC-(Cushion-To-Casing)-Art auf der Basis der EP
0 637 506 B1, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird, bei welchem die
Karkassenoberfläche plasmabehandelt wird bevor das Bindegummi auf die Karkasse aufgebracht
wird.
2 eine erfindungsgemäße Ausführungsform
eines Bindegummiextruders, in Form einer integrierten Einheit gemäß der
EP 0 637 506 B1 auf die vollinhaltlich
Bezug genommen wird, die ebenfalls Laufstreifen aufbringt, wobei wiederum die CTC-Art
des Extruders vorliegt und ein sogenannter Swing-Builder gemäß der nicht vorveröffentlichten
DE 42 03 027 A1 auf die vollinhaltlich
Bezug genommen wird, verwendet wird, und eine Plasmabehandlung der Karkassenoberfläche
erfolgt.
Bei der Ausgestaltung gemäß 1 ist ein
Bindegummiextruder 10 mit einem Extrusionskopf 11 und einem Extrusionsmundstück
12 versehen. Eine Karkasse 13 ist in einer Reifenaufbauanlage
14 mit bekannter Konstruktion gelagert, wobei ein Mittenantrieb für das
Drehen der Karkasse 13 vorgesehen ist. Der Extruder 10 ist gleitbeweglich
in Richtungen auf die Karkasse zu und von der Karkasse weg geführt, mittels vier
Kugellagerboxen 16, von denen zwei dargestellt sind und die ein leichtes
Gleiten des Extruders 10 auf Schienen 17 erlauben. Ein Arbeitszylinder
18 bewegt den Extruder relativ zu der Reifenaufbauanlage 14, bevorzugt
pneumatisch, was zusätzlich eine leicht einstellbare Annäherungskraft für den Auftragsschuh
des Düsenmundstücks 12 für das Verformen der Karkasse 13 ermöglicht,
wie es weiter unten erläutert ist.
Die Reifenaufbauanlage 14 weist darüberhinaus eine Anrollvorrichtung
19 für den vorvulkanisierten Laufstreifen auf, nachdem dieser auf die mit
Bindegummi versehene Oberflächen 15 der Karkasse 13 in bekannter
Weise aufgebracht ist.
Die Plasmabehandlungsvorrichtung 28 ist so angeordnet, daß
die Plasmabehandlung der Karkassenoberfläche unmittelbar vor der Aufbringung des
Bindegummis erfolgt. Sie weist einen Elektrodenkopf mit zwei Elektroden (nicht dargestellt)
auf, und wird in einem Abstand von etwa 4 bis 15 mm an die zu behandelnde Karkassenoberfläche,
die z.B. aus herkömmlichen Kieselsäure enthaltenden Kautschukmischung besteht, herangeführt,
so daß die während der Zündung der Elektroden entladenen Gasteilchen (Luftteilchen)
auf die Oberfläche einwirken können. Eine entsprechende Luftströmung bewirkt, daß
die entladenen Teilchen aus dem Zwischenraum der Elektroden herausgetragen werden
und auf die Katuschukoberfläche auftreffen. Die Behandlungszeit beträgt ca. 0.17
bis 0.3 Sec. Für die angegebene Anlage (Arcojet PG 051) lag die Summe der Behandlungszeiten
beider Kautschukoberflächen ca. > 0,8 Sec.
2 zeigt eine integrierte Einheit eines
Bindegummiextruders 10 und einer Reifenaufbauanlage, wobei gleiche Bezugszeichen
auf gleiche Teile wie in 1 hinweisen. Anstelle der
Vorrichtung für die Erzeugung einer horizontalen Bewegung des Extruders
10 gegen die Karkasse 13 zeigt hier die Reifenaufbauanlage einen
Schwenkarm 20, der um einen Schwenkpunkt 21 durch einen linearen
Schraubenantrieb 22 verschwenkbar ist, der durch einen Elektromotor
23 betätigt wird.
Diese Anordnung erlaubt es, daß sich die Reifenkarkasse
13 in der dargestellten Position in einem Kreisbogen bewegen kann, der
an die Horizontale angenähert ist, und im wesentlichen radial gegen die erfindungsgemäße
Extrusionsdüse 12 gedrückt wird, wobei eine Annäherungskraft durch den
Antriebsmotor 23 des Linearantriebs 22, der auf den Schwenkarm
20 wirkt, überwacht wird.
Bei Bewegungen weg von den Extruder 10 kann der Schwenkarm
20 dazu dienen, eine leichte Montage der Karkasse 13 vom Fußboden
aus zu erlauben, wie auch, die Karkasse 13 in die Einheit für das Aufbringen
des Laufstreifens und das Anrollen 24 zu drücken, die zu der Karkasse hin
für das Führen des vorvulkanisierten Laufstreifens von dem Rolltisch 25
und für das Anbringen mindestens der Anrollkraft gegen die Karkasse mittels der
Rolle 26 geschwenkt werden kann.
Diese Ausführungsform erzeugt eine besonders wirksame und schnelle
Integration aller Arbeitsschritte für das Reifenaufbauen bei einem vorvulkanisierten
Verfahren, wobei Einzelheiten aus der – nicht vorveröffentlichten –
DE-A1-42 03 027, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird, ersichtlich sind.
Die Plasmabehandlungsvorrichtung 28 ist auf ähnliche Weise
integriert wie bei der Vorrichtung gemäß 1. Es kann
auch eine zusätzliche Plasmabehandlungsvorrichtung (nicht dargestellt) zur Behandlung
der dem Bindegummi zugewandten Seite des Laufstreifens vorgesehen sein, insbesondere
nach dem Drehtisch 25 oder auf der Höhe der Einheit für das Aufbringen
des Laufstreifens und das Anrollen 24.
Bei den beiden dargestellten Einheiten können die verschiedenen Bewegungen
der Teile relativ zueinander wie auch die Extrusionsgeschwindigkeit durch eine Prozeß-Steuereinheit
koordiniert werden, wobei verschiedene Aktionen gestartet und erforderlichenfalls
durch einen Bediener über eine Steuerpanel 27 festgelegt werden können,
das in 2 dargestellt ist, jedoch gleichermaßen auch
in 1 anwendbar ist.
