DE102007025490A1

DE102007025490A1 - Festigkeitsträgerlage aus Hybridcorden für elastomere Erzeugnisse, insbesondere für die Gürtelbandage von Fahrzeugluftreifen

Info

Publication number: DE102007025490A1
Application number: DE200710025490
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reese; Claus Von Barneveld
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-04
Also published as: WO2008145421A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Festigkeitsträgerlage für elastomere Erzeugnisse, insbesondere für die Gürtelbandage von Fahrzeugluftreifen, wobei die Festigkeitsträger Hybridcorde sind, welche innerhalb der Lage im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und aus einem ersten verdrehten Garn aus einem ersten Material und aus einem zweiten verdrehten Garn aus einem zweiten Material, die miteinander endverdreht sind, aufgebaut sind, wobei das erste verdrehte Garn ein Aramidgarn ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Fahrzeugluftreifen, enthaltend eine Gürtelbandage und/oder einen Wulstverstärker aus einer solchen Festigkeitsträgerlage. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Festigkeitsträgerlage aus gummierten Hybridcorden für elastomere Erzeugnisse, insbesondere für die Gürtelbandage von Fahrzeugluftreifen, bereitzustellen, welche einem nur geringfügigen Schrumpf unterliegt und damit das Flatspotting weitestgehend vermieden ist. Die Aufgabe wird gelöst, indem das zweite verdrehte Garn ein PES-Garn ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Festigkeitsträgerlage für elastomere Erzeugnisse, insbesondere für die Gürtelbandage von Fahrzeugluftreifen, wobei die Festigkeitsträger Hybridcorde sind, welche innerhalb der Lage im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und aus einem ersten verdrehten Garn aus einem ersten Material und aus einem zweiten verdrehten Garn aus einem zweiten Material, die miteinander endverdreht sind, aufgebaut sind, wobei das erste verdrehte Garn ein Aramidgarn ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Fahrzeugluftreifen, enthaltend eine Gürtelbandage und/oder einen Wulstverstärker aus einer solchen Festigkeitsträgerlage.
Um bei Fahrzeugluftreifen, insbesondere im Hochgeschwindigkeitseinsatz, eine Erhebung des Reifens durch die im Fahrbetrieb auftretenden Fliehkräfte zu verhindern, ist es bekannt, bei einem Fahrzeugluftreifen eine Gürtelbandage vorzusehen. Ein Fahrzeugluftreifen radialer Bauart weist im Allgemeinen eine luftundurchlässige Innenschicht, eine Festigkeitsträger enthaltende Radialkarkasse, die vom Zenitbereich des Reifens über die Seitenwände bis in den Wulstbereich reicht und dort meist durch Umschlingen zugfester Wulstkerne verankert ist, einen radial außen befindlichen profilierten Laufstreifen und einen zwischen dem Laufstreifen und der Karkasse angeordneten Gürtel auf, welcher radial außen mit der Gürtelbandage abgedeckt ist. Die Gürtelbandage kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein und deckt zumindest die Gürtelränder ab. Die Gürtelbandage enthält üblicherweise parallel und im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Festigkeitsträger in Form von Corden, die in Gummi eingebettet sind.
Die Bandage wird bei der Reifenherstellung in Form von Lagen mit in eine unvulkanisierte Kautschukmischung eingebetteten Festigkeitsträgern aufgebracht, die auf den Gürtel gewickelt oder gespult werden. Die Festigkeitsträger werden in Kautschuk eingebettet, indem eine Schar von im Wesentlichen parallel liegenden fadenförmigen Festigkeitsträgern, die in der Regel thermisch und/oder zur besseren Haftung am einbettenden Gummi in dem Fachmann bekannter Art mit einer Imprägnierung vorbehandelt sind, in Längsrichtung einen Kalander oder einen Extruder zur Ummantelung mit der Kautschukmischung durchlaufen. Bei der Bombage mit bisher im Einsatz befindlichen Vorrichtungen und der Vulkanisation des Reifens dehnt sich der Reifen in der Regel im Schulterbereich durch die Erhebung um bis zu 2% und im Mittenbereich um bis zu 4% im Vergleich zum unvulkanisierten Rohling, wenn der Rohling auf einer flachen Trommel gewickelt wird.
Die Corde der Bandage sollen bei der Reifenherstellung eine ausreichende Erhebung bei der Bombage und in der Vulkanisationsform zulassen, damit der Reifen präzise ausgeformt werden kann, und sie sollen nach der Fertigstellung des Reifens im Fahrbetrieb eine gute Hochgeschwindigkeitstauglichkeit gewährleisten. Um diesen Anforderungen zu genügen, sollten sich die Corde bis zu einer Dehnung von ca. 4% mit mäßigem Kraftaufwand und ab einer höheren Dehnung nur noch mit sehr hohem Kraftaufwand dehnen lassen.
Eine Hybridcorde aufweisende Festigkeitsträgerlage, insbesondere als Gürtelbandage für Fahrzeugreifen, ist aus der EP 1 475 248 A1 bekannt geworden. Die Hybridcorde bestehen aus zwei verdrehten Garnen, wobei ein Garn des Cordes ein Aramidgarn und das zweite Garn ein Nylongarn ist. Die vorgenannte Festigkeitsträgerlage verleiht dem Reifen eine gute Hochgeschwindigkeitstauglichkeit. Jedoch kann der Reifen bei Verwendung des Nylongarnes durch erhöhten Schrumpf zum Flatspotting neigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Festigkeitsträgerlage aus gummierten Hybridcorden für elastomere Erzeugnisse, insbesondere für die Gürtelbandage von Fahrzeugluftreifen bereitzustellen, welche einem nur geringfügigen Schrumpf unterliegt, um damit das Flatspotting zu reduzieren. Zudem soll sich die Festigkeitsträgerlage durch ein Kraft-Dehnungs-Verhalten auszeichnen, das bei Verwendung der Festigkeitsträgerlage, insbesondere als Gürtelbandage in Fahrzeugluftreifen, einen problemlosen Reifenbau samt Vulkanisation ermöglicht und dem Reifen eine große Hochgeschwindigkeitstauglichkeit verleiht.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das zweite verdrehte Garn ein Polyester-Garn (PES-Garn) ist. Somit ist eine alternative Festigkeitsträgerlage geschaffen, deren Festigkeitsträger Hybridcorde sind, die aus zwei miteinander verdrehten Garnen bestehen, wobei ein Garn ein PES-Garn ist, während das andere Garn ein Aramidgarn ist. Als PES-Garn eignen sich insbesondere PET- oder PEN-Garne.
Erfindungswesentlich ist, dass überraschender Weise trotz der Verwendung von Aramid als eines der beiden Garnmaterialien des Hybridcordes eine ausreichende Dehnung während des Reifenherstellungsschrittes der Bombage und der Vulkanisation erhaltbar ist, so dass der Reifenrohling präzise ausformbar ist. Zudem ist der Reifen gut hochgeschwindigkeitstauglich. Es ist bekannt, dass Aramidgarne und -corde einen besonders hohen Elastizitätsmodul aufweisen. Eine Lage aus Aramidfestigkeitsträgern zeigt im fertig gestellten Reifen vorteilhafte Eigenschaften des Nicht-Schrumpfens und der geringen plastischen Verformung zeigt. Während des Reifenaufbaus hingegen erweisen sich reine Aramidfestigkeitsträgerlagen als nachteilig, weil diese eine zu geringe Dehnung ermöglichen, so dass der Reifenrohling nur ungenügend ausformbar ist und dadurch nur eine schlechte Uniformity des Reifens zu erhalten ist. Zudem ist das Aramidmaterial teuer. Somit sind Aramidcorde als Festigkeitsträger, insbesondere in Reifenanwendungen als Gürtelbandage, bisher nicht vorteilhaft als Festigkeitsträger einsetzbar. Der erfindungsgemäße Hybridcord hingegen weist eine bessere Dehnung als ein reiner Aramidcord auf. Gegenüber einem Aramid/Nylon-Cord weist er einen geringeren Schrumpf auf, weil PES dimensionsstabiler als Nylon ist, also einen geringeren Schrumpf und einen höheren Modul aufweist. Ein Fahrzeugluftreifen mit einer erfindungsgemäßen Gürtelbandage neigt nur noch geringfügig zum Flatspotting. Der Hybridcord ist vergleichsweise preiswert in der Anschaffung, weil PES in der Anschaffung günstig zu erhalten ist. Nur das Aramidgarn des Hybridcordes hat tragende Eigenschaften, während das PES-Garn quasi als Füllstoff dient und die ausreichende Erhebung während der Bombage und der Vulkanisation ermöglicht. Denn das Aramidgarn und das PES-Garn sind derart vertwistet, dass das Aramidgarn helixförmig im Cord angeordnet ist und eine federähnliche Wirkung erreicht, welche die Erhebung des erfindungsgemäßen Cordes erlaubt. Der Reifen weist eine hohe Umfangssteifigkeit auf, welche die guten Hochgeschwindigkeitseigenschaften bewirken. Es ist zudem eine präzise Ausformung während der Reifenherstellung ermöglicht, wodurch der Reifen eine gute Uniformity aufweist.
Zusätzlich kann die Dehnung des Cordes durch geeignete, dem Fachmann bekannte Dip-Verfahren gesteuert werden.
Gemäß vorteilhafter Weiterbildungen weisen das Aramidgarn eine Feinheit ≤ 1680 dtex und das PES-Garn eine Feinheit ≤ 1670 dtex auf. Somit ist ein vergleichsweise feiner Hybridcord geschaffen, der aufgrund seines geringen Gewichtes, aber auch aufgrund seiner vorbeschriebenen vorteilhaften Eigenschaften wie die Tragfähigkeit des Hybridcordes, die geringe Neigung zum Flatspotting durch nur geringe Schrumpfeigenschaften des Cordes und die gute Anbindbarkeit des Cordes an Gummi, die Performance des Reifens, insbesondere eines UHP-(Ultra-High-Performace-) Reifens, erhöht. Der Unterschied in den Feinheiten zwischen beiden Garnen sollte möglichst gering gewählt werden, um einen möglichst gleichmäßigen/symmetrischen Cord zu erhalten, der sich gut verarbeiten lässt und der eine gute Restfestigkeit nach Ermüdung aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn beide den Cord bildenden Garne eine sehr ähnliche Feinheit aufweisen.
Vorteilhaft ist es, wenn die beiden, den Hybridcord bildenden Garne mit einer Drehungszahl von 300–480 t/m endverdreht sind. Eine zu hohe Drehungszahl verlängert den Herstellungsprozess, erfordert mehr Materialeinsatz und steigert die Kosten. Bei einer zu geringen Drehungszahl verliert der Cord seine federähnliche Wirkung und eine ausreichende Erhebung des Reifenrohlings wäre nicht gewährleistbar.
Um eine zuverlässige Haftung von textilen Festigkeitsträgern zum Gummi zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die Hybridcorde mit einer Haftimprägnierung, z. B. mit einem RFL-Dip im 1- oder 2-Bad-Verfahren, zu versehen.
Als PES-Garn kommen bevorzugt PET-Garne oder PEN-Garne in Betracht. Beide Garne verhalten sich in etwa gleich, jedoch ist das PET-Garn kostengünstiger und wird daher bevorzugt eingesetzt.
Verwendet man wenigstens eine der vorbeschriebenen Festigkeitsträgerlage in einem Fahrzeugluftreifen, vorzugsweise als Gürtelbandage, so weist der Reifen eine besonders gute Hochgeschwindigkeitstauglichkeit auf und Abplattungen bei Last (Flatspotting) sind stark reduziert.
Beim Einsatz der vorbeschriebenen Festigkeitsträgerlage als Wulstverstärker in einem Fahrzeugluftreifen liegt der Vorteil darin, dass der Hybridfestigkeitsträger gegenüber üblicherweise eingesetzten Nylonfestigkeitsträgern einen nur geringen Schrumpf aufweist und damit die Neigung zum Flatspotting reduziert ist. Gegenüber bekannten Aramidfestigkeitsträgern, welche im Wulstverstärker ebenfalls Verwendung finden, sind insbesondere in Bezug auf die Materialkosten Vorteile erzielt, während aber eine ausreichende Festigkeit erhalten ist.
Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit der nachfolgenden Tabelle näher erläutert:
Ein PET-Garn mit einer Feinheit von 1440 dtex, Z-gedreht mit 370 T/m Erstverdrehung und ein Garn aus Aramid mit einer Feinheit von 1680 dtex, Z-gedreht mit 370 T/m Erstverdrehung, wurden mit einer Endverdrehung von 370 T/m zu einem Hybridcord (PET 1440 × 1 + Aramid 1680 × 1) S-verdreht.
Ein weiterer beispielhafter Hybridcord, der in der erfindungsgemäßen Festigkeitsträgerlage eingesetzt werden kann, ist ein PET-Garn mit einer Feinheit von 1100 dtex, Z-gedreht mit 420 T/m Erstverdrehung und ein Garn aus Aramid mit einer Feinheit von 1100 dtex, Z-gedreht mit 420 T/m Erstverdrehung wurden mit einer Endverdrehung von 420 T/m zu einem Hybridcord (PET 1110 × 1 + Aramid 1100 × 1) S-verdreht.
Alternativ können die Garne S- und der Cord Z-gedreht sein.
Als Vergleich zu den oben genannten erfindungsgemäßen Cordkonstruktionen wird ein Hybridcord aus Aramid und Nylon der Konstruktion Aramid 1680 × 1 + PA66 1400 × 1 aufgeführt.
Die erfindungsgemäßen Aramid/PET-Hybridcorde weisen mit ca. 1,5%–2,5% einen wesentlich geringeren Schrumpf auf, als ein Nylon/Aramid-Hybridcord mit einem Schrumpf bis max. 4% (nach ASTM D 855 bei 180°C). Somit ist beim Einsatz der erfindungsgemäßen Hybridcorde als Festigkeitsträger in der Gürtelbandage und/oder im Wulstverstärker eines Fahrzeugluftreifens das Flatspotting reduziert. Zudem sind die erfindungsgemäßen Corde kostengünstiger als die Vergleichscorde. Die sonstigen Eigenschaften beider Corde, wie z. B. das Bruchdehnungsverhalten, die Dehnung bei einer Kraftbeaufschlagung von 45 N, sind hingegen vergleichbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1475248 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ASTM D 855 [0020]

Claims

Festigkeitsträgerlage für elastomere Erzeugnisse, insbesondere für die Gürtelbandage von Fahrzeugluftreifen, wobei die Festigkeitsträger Hybridcorde sind, welche innerhalb der Lage im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und aus einem ersten verdrehten Garn aus einem ersten Material und aus einem zweiten verdrehten Garn aus einem zweiten Material, die miteinander endverdreht sind, aufgebaut sind, wobei das erste verdrehte Garn ein Aramidgarn ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite verdrehte Garn ein PES-Garn ist.
Festigkeitsträgerlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aramidgarn eine Feinheit ≤ 1680 dtex aufweist.
Festigkeitsträgerlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PES-Garn eine Feinheit ≤ 1670 dtex aufweist.
Festigkeitsträgerlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Garne zu einem Hybridcord mit 300–480 t/m endverdreht sind.
Festigkeitsträgerlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridcorde mit einer Haftimprägnierung zur Gewährleistung der Haftung der Festigkeitsträger zum Gummi versehen sind.
Festigkeitsträgerlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aramidgarn eine Feinheit von 1680 dtex aufweist und das PES-Garn eine Feinheit von 1440 dtex aufweist.
Festigkeitsträgerlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aramidgarn eine Feinheit von 1100 dtex aufweist und das PES-Garn eine Feinheit von 1100 dtex aufweist.
Festigkeitsträgerlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PES-Garn ein PET-Garn ist.
Festigkeitsträgerlage nach zumindest einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das PES-Garn ein PEN-Garn ist.
Fahrzeugluftreifen, enthaltend zumindest eine Festigkeitsträgerlage gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 1 bis 7, 9.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeitsträgerlage als Gürtelbandage und/oder als Wulstverstärker angeordnet ist.