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Die
Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen in radialer Bauart mit
einer ein- oder mehrlagigen Radialkarkasse, einem aus mindestens
zwei Lagen bestehenden Gürtel
und einem Laufstreifen, welcher sich in radialer Richtung aus zwei
aus unterschiedlichen Gummimischungen bestehenden Schichten, einer
Laufstreifencap und einer Laufstreifenbase, welche sich zu den Reifenschultern
erstreckt, zusammensetzt, wobei die Laufstreifenbase in axialer
Richtung einen zentralen Bereich und zwei seitliche Bereiche aufweist,
wobei der zentrale Bereich aus einer Gummimischung besteht, die
sich bezüglich
ihrer Hysterese von der Gummimischung der äußeren Bereiche unterscheidet.
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Aus
der DE-A-198 50 766 ist ein Fahrzeugluftreifen der eingangs genannten
Art bekannt, dessen Laufstreifen aus einer radial inneren, der Gürtellage
zugewandten Laufstreifenbase besteht, welche einen ersten axialen
Bereich aufweist, der sich von einer axialen Seite innerhalb der
Gürtelbreite über den
Kronenbereich zur anderen axialen Seite innerhalb der Gürtelbreite
erstreckt und aus einer ersten Laufstreifenkautschukmischung besteht.
An diesen Bereich schließen
zweite Bereiche an, die sich von axial innerhalb der Gürtelbreite über die
axiale Position der Gürtellagenkanten
im Reifenschulterbereich hinaus erstrecken und aus einer zweiten
Laufstreifenkautschukmischung bestehen. Diese zweite Kautschukmischung
ist härter
und insbesondere hysteresereicher als die erste Kautschukmischung.
Ein Reifen mit einem derart ausgeführten Laufstreifen soll einen
geringeren Rollwiderstand aufweisen.
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Es
ist erwünscht,
dass bei Winterreifen die Profilelemente auch bei tiefen Temperaturen
möglichst
beweglich sein sollen. Bislang wird eine gewisse Beweglichkeit einerseits
durch die Blockgeometrie, insbesondere die Anordnung von schmalen
Einschnitten, so genannten Lamellenfeineinschnitten, in den Profilblöcken, und
andererseits durch besondere, eine gute Flexibilität aufweisende
Laufstreifenmischungen erreicht. Dabei werden hauptsächlich Mischungen
mit hoher Elastizität
und dementsprechend niedriger Hysterese verwendet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Reifen der eingangs
genannten Art durch die Auslegung der Gummimischungen im Laufstreifen
eine Erhöhung
der Beweglichkeit der Profilpositive und damit eine Verbesserung
des Nassgriffs und generell der Winterperformance zu erzielen.
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Gelöst wird
die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der zentrale
Bereich der Laufstreifenbase aus einer Gummimischung besteht, deren
Hysterese höher
ist als jene der Gummimischung der beiden seitlichen Bereiche und
der Gummimischung der Laufstreifencap.
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Die
Grundidee dieses erfindungsgemäßen Laufstreifenkonzeptes
ist somit das Zulassen einer Erwärmung
der Laufstreifencap durch eine Basemischung mit hoher Hysterese
vom Reifeninneren her. In Reifenversuchen wurde dabei festgestellt,
dass sich nach dem erfindungsgemäßen Konzept
Reifen herstellen lassen, deren Temperatur im Bereich der Luftstreifencap
nach einer relativ kurzen Betriebsdauer bereits um 10 K höher ist
als bei herkömmlich
ausgeführten
Reifen. Die höhere
Betriebstemperatur erhöht
die Flexibilität
der Laufstreifencap und hat daher sehr positive Auswirkungen auf
alle Eigenschaften, die unter dem Begriff Winterperformance zusammengefasst
sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Gummimischung im zentralen Bereiche der
Laufstreifenbase einen Rückprallwert
bei Raumtemperatur auf, welcher kleiner als 40 ist, insbesondere
zwischen 5 und 30 beträgt.
Mit einer derartigen Gummimischung lässt sich die für eine gute
Flexibilität des
Laufstreifens günstige
Temperatur rasch erreichen. In diesem Zusammenhang ist es auch von
Vorteil, wenn die Gummimischung der Laufstreifencap und die Gummimischung
der seitlichen Bereiche der Laufstreifenbase einen Rückprallwert
bei Raumtemperatur von mindestens 40 %, insbesondere von bis zu
80 %, aufweisen.
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Die
räumliche
Ausdehnung des zentralen Bereiches der Laufstreifenbase ist ebenfalls
von Bedeutung für
eine optimale Erwärmung
der Laufstreifencap. Der zentrale Bereich sollte sich über 60 bis
80 % der Laufstreifenbreite erstrecken.
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In
der Gummimischung der Laufstreifenbase lässt sich durch einfache Maßnahmen
die erwünschte höhere Hysterese
erreichen. Zu diesen Maßnahmen
gehört
beispielsweise, dass die Gummimischung im zentralen Bereich der
Laufstreifenbase einen höheren
Anteil an Füllstoffen
enthält
als die Gummimischung in den beiden seitlichen Bereichen. Als Füllstoff
kommt Ruß in
einem Anteil von 60 bis 120 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile
Kautschuk in der Mischung, in Frage. Der Rußanteil kann zum Teil oder
auch komplett durch Kieselsäure
(Silika) ersetzt werden, da dieser Füllstoff eine höhere Wärmekapazität als Ruß aufweist und
dementsprechend auch die wärmespeichernde
Wirkung der Gummimischung positiv beeinflusst. Der Anteil an Silika
beträgt
zwischen 5 und 120 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile
Kautschuk in der Mischung.
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Es
ist bekannt, dass Gummimischungen, die einen höheren Glasübergangspunkt aufweisen, eine
höhere
Hysterese aufweisen. Die Gummimischung im zentralen Bereich ist
daher bevorzugt eine Mischung mit einem höheren Glasübergangspunkt als die Gummimischung
in den beiden seitlichen Bereichen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher beschrieben.
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen Querschnitt durch einen
Fahrzeugluftreifen im Bereich des Laufstreifens.
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1 zeigt
von den üblichen
Bauteilen eines Fahrzeugluftreifens für Personenkraftwagen einen
Laufstreifen 1, einen hier aus zwei Lagen bestehenden Gürtel 2,
eine Karkasseinlage 3 und eine luftundurchlässig ausgeführte Innenschicht 4.
Der Laufstreifen 1 ist profiliert, was hier durch eine
Anzahl von Umfangsrillen angedeutet ist. Zu den nicht dargestellten
Reifenbauteilen zählen
Wulstbereiche mit Wulstkernen und Kernprofilen. Die Breite B kennzeichnet
jenen Bereich des Laufstreifens, welcher beim Abrollen des Reifens
mit unter den in den E.T.R.T.O Standards genormten Bedingungen mit
dem Untergrund in Kontakt kommt.
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Der
Laufstreifen 1 ist aus einer radial äußeren Gummischicht, einer Laufstreifencap 5,
und einer radial inneren Gummischicht, einer Laufstreifenbase 6,
aufgebaut. Die Laufstreifenbase 6 weist eine Dicke von
etwa 1 bis 3 mm auf und ist in axialer Richtung aus zwei unterschiedlichen
Kautschukmischungen erstellt worden. Der mittlere zentrale Bereich 6a erstreckt
sich über
eine Breite von 60 bis 80 % der Breite B und besteht aus einer Gummimischung
mit einer hohen Hysterese, die beiden seitlichen Bereiche 6b bestehen
aus einer Gummimischung mit einer niedrigen Hysterese. Auch die
Laufstreifencap 5 besteht aus einer Gummimischung mit einer
niedrigen Hysterese, wobei die Laufstreifencap 5 und die
seitlichen Bereiche 6b der Laufstreifenbase 6 aus
Mischungen mit überstimmender
Hysterese bestehen können.
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Eine
Gummimischung mit niedriger Hysterese weist einen Rückprallwert
bei Raumtemperatur, ermittelt gemäß DIN 53512, zwischen 40 %
und 80 % auf, eine Gummimischung mit einer hohen Hysterese weist einen
Rückprallwert
kleiner als 40 %, insbesondere zwischen 5 % und 30 %, vorzugweise
zwischen 15 % und 25 %, auf.
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Durch
die hohe Hysterese des zentralen Bereiches der Laufstreifenbase 6 kommt
es im Betrieb des Reifens zu einer Erwärmung der Laufstreifencap 5 vom
Reifeninneren her. Der Reifen wird daher schneller auf eine höhere Betriebstemperatur
gebracht, was für
Winterreifen von Vorteil ist, insbesondere hinsichtlich der Griffeigenschaften
auf winterlichen Fahrbahnen mit schneeigem oder eisigem Untergrund.
Nachdem die beiden seitlichen Bereiche 6b der Laufstreifenbase 6 aus
einer Gummimischung mit einer niedrigeren Hysterese bestehen, besteht
keine Gefahr der Überhitzung
der Gürtelkanten.
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Die
Höhe der
Härte Shore
A der Gummimischung für
den zentralen Bereich 6a der Laufstreifenbase 6 ist
von geringerer Bedeutung, wobei es aber für bestimmte Eigenschaften,
wie beispielsweise das Handling des Reifens, von Vorteil ist, eine
gewisse Größe für die Härte Shore
A (ermittelt gemäß DIN 53505)
und auch den dynamischen Modul E' bei
80°C (ermittelt
gemäß DIN 53513)
nicht zu unterschreiten. Die Härte
Shore A sollte mehr als 55, insbesondere mehr als 65, betragen.
Was den dynamischen Modul E' bei
80°C betrifft,
so sollte dieser den Wert von 10 MPa nicht unterschreiten.
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In
der nachstehenden Tabelle 1 sind eine Referenzmischung für eine übliche Laufstreifenbase
und zwei erfindungsgemäße Mischungen,
Variante 1 und Variante 2, für
den zentralen Bereich einer erfindungsgemäßen Laufstreifenbase enthalten.
Desweiteren enthält
die Tabelle Ergebnisse von Messungen mit Prüfkörpern, die durch Vulkanisation
von Proben bei 160°C
hergestellt wurden. Mit diesen Prüfkörpern wurden die Härte Shore
A bei Raumtemperatur, der Rückprallwert
bei Raumtemperatur und der dynamische Modul E' bei 80°C ermittelt.
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TABELLE 1
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In
der Tabelle sind ferner Ergebnisse von Vergleichsversuchen mit Versuchsreifen
enthalten, deren Laufstreifenbase gemäß Variante 1 und 2 ausgeführt wurde,
wobei die Eigenschaften Handling, Nassbremsen und Trockenbremsen
untersucht und auf einen Reifen mit einer Basemischung gemäß dem Referenzbeispiel bezogen
wurden. Die Capmischungen der Versuchsreifen waren für sämtliche
Reifen identisch. Die Beurteilung des Handlings erfolgte subjektiv
durch Testfahrer bei unterschiedlichen Fahrmanövern.
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Das
Nassbremsen wurde bei ABS-Bremsungen aus einer Geschwindigkeit von
80 km/h, das Trockenbremsen bei ABS-Bremsungen aus einer Geschwindigkeit
von 100 km/h ermittelt.
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Variante
1 zeigt eine der vorteilhaften Möglichkeiten,
die Gummimischung für
den zentralen Bereich der Laufstreifenbase 6 derart auszulegen,
dass er eine hohe Hysterese aufweist. Bei der Mischung gemäß Variante
1 entsprechen die eingesetzten Kautschukkomponenten jenen gemäß der Referenzmischung,
wobei der Anteil an Ruß gegenüber der
Referenzmischung erhöht
und gleichzeitig ein Ruß höherer Aktivität eingesetzt
wurde. Der Anteil an Weichmacher in der Mischung gemäß Variante
1 entspricht jenem der Referenzmischung. Die Erhöhung der Hysterese geht daher
hauptsächlich
auf den höheren
Anteil an Ruß und
dessen höhere
Aktivität
zurück.
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Bei
der Mischung gemäß Variante
2 basiert die Erhöhung
der Hysterese hauptsächlich
auf der eingesetzten Kautschukkomponente, ESBR 1500 (Emulsions-Styrol-Butadien-Copolymer), und daher
dem Styrolanteil im Polymer. Desweiteren wurde ein aktiver Ruß in einem
höheren
Anteil von 88 Gewichtsteilen verwendet. Der Weichmacheranteil war
ferner doppelt so hoch wie jener der Referenzmischung.
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Die
in der Tabelle angegebenen Mengen der einzelnen Bestandteile der
Mischungen sind Gewichtsteile (phr), die jeweils auf 100 Gewichtsteile
Kautschuk in der Mischung bezogen sind. Die DBP-Zahl des Rußes, die
Dibutylphthalatzahl, wird gemäß ASTM-D
2414 ermittelt, die Jodadsorptionszahl wird gemäß ASTM-D 1510.
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Die
Reifentests haben ergeben, dass die Reifen mit erfindungsgemäß ausgeführten Laufstreifen
im Handling, im Nassbremsen und im Trockenbremsen auf gleich gutem
Niveau liegen wie der Referenzreifen. Die nach einer Laufstrecke
von etwa 5 km im mittleren Bereich in der Laufstreifencap gemessene
Temperatur war deutlich höher
als jene in der Laufstreifencap des Referenzreifens.
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Für die Gummimischung
im zentralen Bereich 6b der Laufstreifenbase ist es vorteilhaft,
wenn sie einen höheren
Anteil an Füllstoffen
aufweist als die Gummimischung in den beiden seitlichen Bereichen 6b.
Der Anteil an Ruß im
zentralen Bereich 6a wird zwischen 60 und 120 Gewichtsteile,
bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, gewählt und
kann zumindest teilweise durch Kieselsäure (Silika) ersetzt werden, deren
Anteil 5 bis 120 Gewichtsteile betragen kann. Eine höhere Hysterese
ist ferner mit Gummimischungen zu erzielen, welche einen höheren Glasübergangspunkt
aufweisen. Die Mischung im zentralen Bereich 6a kann daher
einen höheren
Glasübergangspunkt
aufweisen als die Mischung in den seitlichen Bereichen 6b.
