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Die
Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, insbesondere für
Nutzfahrzeuge, mit einer Radialkarkasse, einem mehrlagigen Gürtel
und einem Laufstreifen, welcher im Boden berührenden Bereich
aus mindestens zwei Umfangsabschnitten besteht, die aus unterschiedlichen
Kautschukmischungen hergestellt sind.
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Aus
der
US-A-4,385,653 ist
ein für Personenkraftwagen vorgesehener Fahrzeugluftreifen
bekannt, dessen Laufstreifen einen zentralen Abschnitt aus einer
ersten Gummizusammensetzung und zwei Schulterabschnitte aus einer
zweiten Gummizusammensetzung aufweist. Die eine Gummizusammensetzung
soll einen geringen Hystereseverlust aufweisen und basiert beispielsweise
auf Naturkautschuk, Isoprenkautschuk und Butadienkautschuk. Die
zweite, einen hohen Hystereseverlust aufweisende Gummizusammensetzung enthält
als Kautschukkomponente beispielsweise ausschließlich Styrol-Butadien-Kautschuk
(SBR). Die Gummizusammensetzung mit dem geringen Hystereseverlust
wird im zentralen Abschnitt des Laufstreifens eingesetzt. Ein Reifen
mit einem derartigen Laufstreifen soll verbesserte Bremseigenschaften
und einen geringen Rollwiderstand aufweisen.
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Beim
Einsatz beziehungsweise bei der Verwendung unterschiedlicher Kautschukmischungen
zur Herstellung von in Umfangsrichtung umlaufenden Laufstreifenabschnitten
in Laufstreifen von Reifen ist es meist wünschenswert,
dass die Laufstreifenabschnitte weitgehend übereinstimmende
Abriebseigenschaften aufweisen, um einen gleichmäßigen
Abrieb über die Laufstreifenbreite zu gewährleisten.
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Unterschiedliche
Abriebseigenschaften der eingesetzten Mischungen führen
beim üblichen gleichzeitigen Kontakt der Laufstreifenabschnitte
mit dem Untergrund zu einem unregelmäßigen Abrieb,
da weniger abriebsresistente Umfangsabschnitte im Laufstreifen schneller
abgetragen werden als abriebsresistentere. Andere Eigenschaften
des Laufstreifens, wie beispielsweise die Dämpfungseigenschaften,
die Reißfestigkeit oder der Wärmeaufbau, sollen
sich hingegen in bestimmten Umfangsabschnitten voneinander unterscheiden, insbesondere
ist es für die Gürtelhaltbarkeit von Vorteil wenn
der Wärmeaufbau schulterseitig gering ist. Es ist ferner
bekannt, dass in Laufstreifen von Nutzfahrzeugreifen, welche insbesondere
an Fahrzeugen mit Baustelleneinsatz verwendet werden, auffallende
Schäden im mittleren Bereich des Laufstreifens, die Einrisse,
Abblätterungen oder Ausbrüche sind und als „Chipping
und Chunking” bezeichnet werden, auftreten. Die seitlichen
Bereiche des Laufstreifens zeigen weitaus weniger Einrisse und Ausbrüche.
Bei der Ausführung der Kautschukmischungen aus unterschiedlichen
Polymersystemen ist zudem damit zu rechnen, dass sich Zielkonflikte
ergeben: Wird eine Eigenschaft verbessert, wird meist eine andere
unerwünscht verschlechtert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Reifen der eingangs
genannten Art einen weitgehend gleichmäßigen Abrieb über
die Laufstreifenbreite sicherzustellen, jedoch die zur Herstellung
der Laufstreifenabschnitte verwendeten Kautschukmischungen derart
auszulegen, dass andere Eigenschaften, insbesondere die Reißfestigkeit
und die Dämpfungseigenschaften, welche Einfluss auf den
Rollwiderstand, die Gürtelhaltbarkeit und den Nassgriff
nehmen, in den einzelnen Laufstreifenabschnitten gezielt geändert
bzw. eingestellt werden können.
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Gelöst
wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch,
dass das Polymersystem der einen Kautschukmischung SSBR eines bestimmten
Typs und das Polymersystem der anderen Kautschukmischung SSBR eines
anderen Typs enthält, wobei der eine SSBR-Typ eine Glasübergangstemperatur
(Tg) aufweist, die um bis zu 20°C höher ist als
jene des anderen SSBR-Types, wobei die beiden Polymersysteme ansonsten zumindest
weitgehend übereinstimmende Komponenten in zumindest weitgehend übereinstimmenden
Anteilen aufweisen.
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Werden
solche Kautschukmischungen zur Herstellung von Laufstreifenabschnitten
verwendet, zeigen die Laufstreifenabschnitte ein zumindest im Wesentlichen übereinstimmendes
Abriebsbild. Die Dämpfungs- und Reißeigenschaften
der Laufstreifenabschnitte aus diesen Mischungen unterscheiden sich
jedoch voneinander, sodass durch einen gezielten Einsatz der Kautschukmischungen
in bestimmten Laufstreifenabschnitten deren Eigenschaften beeinflusst
werden können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollte die Differenz
in der Glasübergangstemperatur Tg der beiden SSBR-Typen
höchstens 10°C beträgt. Mit derartigen
Kautschukmischungen lässt sich die gewünschte
Eigenschaftsverbesserung optimal einstellen.
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Für
die Abriebsbeständigkeit der Laufstreifenabschnitte ist
es von Vorteil, wenn die eine Kautschukmischung im Polymersystem
einen SSBR-Typ enthält, dessen Glasübergangstemperatur
Tg zwischen –70°C und –30°C
beträgt und die andere Kautschukmischung im Polymersystem
einen SSBR-Typ enthält, dessen Glasübergangstemperatur
zwischen –60°C und –20°C beträgt.
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Für
einen möglichste geringen Wärmeaufbau in bestimmten
Laufstreifenabschnitten ist es von Vorteil, wenn die Kautschukmischung
in diesen Abschnitten einen endgruppenmodifizierten SSBR-Typ enthält.
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Der
Anteil an SSBR in jeder Kautschukmischung sollte zwischen 10 und
50 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polymere in der
Mischung, betragen.
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Um
gezielt die Dämpfungseigenschaften und die Reißfestigkeit
der Laufstreifenabschnitte zu beeinflussen, ist es von Vorteil,
wenn der bzw. die Anteil(e) an sonstigem Polymer bzw. sonstigen
Polymeren in der einen Mischung sich von jenem Anteil bzw. jenen
Anteilen in der anderen Mischung um höchstens 5 phr unterscheidet,
wobei die Polymersysteme der beiden Mischungen als weitere Polymere
vorzugsweise Naturkautschuk und Butadienkautschuk enthalten sollten.
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn der Anteil
an Ruß und/oder Silica in der einen Kautschukmischung sich
vom Anteil an Ruß und/oder Silica in der anderen Kautschukmischung
um höchstens 5 phr unterscheidet.
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Die
Gürtelhaltbarkeit lässt sich gezielt verbessern,
wenn die Kautschukmischung, welche den SSBR-Typ mit der niedrigeren
Glasübergangstemperatur enthält, im Schulterabschnitt
des Laufstreifens eingesetzt ist.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand
der Zeichnung, die schematisch Ausführungsbeispiele darstellt,
näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 und 2 unterschiedliche
Ausführungsformen der Erfindung anhand von Querschnitten
durch einen Fahrzeugluftreifen im Bereich des Laufstreifens.
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Die
beiden Figuren zeigen jeweils vereinfacht den Querschnitt durch
die Laufstreifenbereiche von Luftreifen für Nutzfahrzeuge,
wobei von den üblichen Bauteilen des Reifens ein Laufstreifen 1,
ein Gürtel 2 bestehend aus vier Gürtellagen
mit in Gummi eingebetteten, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Festigkeitsträgern,
und eine ebenfalls mit Festigkeitsträgern verstärkte
Radialkarkasse 3 dargestellt sind. Von den Seitenwänden
des Reifens sind lediglich die beiden radial äußeren
Endabschnitte gezeigt. Nicht dargestellt sind Wulstbereiche mit
Wulstkernen, Kernprofilen und sonstigen Wulstbauteilen.
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Bei
beiden Ausführungsvarianten ist der Laufstreifen 1 in
bekannter Weise in einen Laufstreifenoberteil 5 (1)
sowie 5' (2) und einen Laufstreifenunterteil 6 geteilt.
Der insbesondere herkömmlich ausgeführte Laufstreifenunterteil 6 weist
eine zumindest im Wesentlichen konstante Dicke in der Größenordnung
von 2 mm bis 3 mm auf und besteht vorzugsweise aus einer der für
Laufstreifenunterteile von Nutzfahrzeugreifen üblichen
Gummizusammensetzungen. Der Laufstreifenoberteil 5, 5' ist
jener Teil des Laufstreifens 1, welcher mit einer in den
Figuren nicht gezeigten Profilierung aus Umfangsnuten, Quernuten,
Einschnitten und dergleichen versehen ist. Die Breite W kennzeichnet
jeweils jenen Bereich des Laufstreifens 1, welcher beim
Abrollen des Reifens (unter den in den E. T. R. T. O. Standards
genormten Bedingungen) mit dem Untergrund in Kontakt kommt. Der
Laufstreifenoberteil 5, 5' weist insgesamt eine
Dicke in der Größenordnung von 12 mm bis 24 mm auf,
je nach Dimension und Einsatzzweck des Nutzfahrzeugreifens.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsvariante besteht
der Laufstreifenoberteil 5 aus zwei in Umfangsrichtung
umlaufenden Schulterabschnitten 5a, welche aus einer ersten
Kautschukmischung erstellt sind, und einem mittleren Abschnitt 5b,
welcher aus einer zweiten Kautschukmischung erstellt ist, die sich
von der ersten Kautschukmischung, wie noch beschrieben wird, unterscheidet.
Die Schulterabschnitte 5a weisen insbesondere übereinstimmende
Breiten von jeweils 10% bis 20% der Laufstreifenbreite W auf.
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Die
eine Kautschukmischung wird im Folgenden als Mischung A, die andere
als Mischung B bezeichnet, wobei jede dieser Mischungen A, B wahlweise
in den Schulterabschnitten 5a oder im mittleren Abschnitt 5b eingesetzt
werden kann. Die Kautschukmischungen A und B basieren auf unterschiedlichen
Polymersystemen, derart, dass die Polymersysteme unterschiedliche
Typen von SSBR (Solution-Styrol-Butadien-Rubber) enthalten. Dabei
werden SSBR-Typen eingesetzt, die unterschiedliche Glasübergangstemperaturen
Tg aufweisen, wobei der eine SSBR-Typ eine Glasübergangstemperatur
Tg aufweist, die um maximal 20°C, insbesondere bis zu 10°C,
höher ist als die Glasübergangstemperatur Tg des
anderen SSBR-Typs. Wie bekannt, korrelieren mit der Glasübergangstemperatur
Tg der Vinyl-Anteil und der Styrol-Anteil im SSBR. Je höher
der Vinyl-Anteil und je höher der Styrol-Anteil eines SSBR
ist, umso höher ist seine Glasübergangstemperatur
Tg. Der Unterschied im Vinyl-Anteil der beiden SSBR-Typen sollte
maximal 25 M% (Molprozent), insbesondere bis zu 15 M% betragen,
der Unterschied im Styrol-Anteil sollte maximal 10 M%, insbesondere
bis zu 5 M%, betragen. Es ist ferner bekannt, dass die Abriebsbeständigkeit
von Vulkanisaten aus einer Kautschukmischung, welche SSBR enthält,
umso besser ist, je niedriger der Glasübergangspunkt Tg
des SSBR-Typs ist. Die erwähnten Unterschiede in der Glasübergangstemperatur
Tg der beiden SSBR-Typen haben in der Praxis, wenn entsprechende
Kautschukmischungen zur Herstellung des mittleren Abschnittes 5b und
der Schulterabschnitte 5a eines Laufstreifens verwendet
werden, keinen nennenswerten Unterschied im Abriebsverhalten zur
Folge. Der Laufstreifen zeigt einen gleichmäßigen
Abrieb über seine Breite W.
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Die
erwähnten Unterschiede in der Glasübergangstemperatur
Tg des einen SSBR-Typs, welcher in der einen Kautschukmischung A,
zu jener des anderen SSBR-Typs, welcher in der anderen Kautschukmischung
B eingesetzt wird, haben jedoch unterschiedliche Dämpfungseigenschaften
und Reißfestigkeiten der aus den betreffenden Kautschukmischungen
hergestellten Laufstreifenabschnitte zur Folge. Ein Laufstreifenabschnitt,
welcher aus der Kautschukmischung A, welche den SSBR-Typ mit der
geringeren Glasübergangstemperatur Tg enthält,
hergestellt ist, weist eine geringere Reißfestigkeit auf,
als ein Laufstreifenabschnitt, welcher aus der Kautschukmischung
B hergestellt ist, generiert aber weniger Wärme. Als Maß für
die Reißfestigkeit wird der Weiterreißwiderstand
nach Graves bei Raumtemperatur gemäß DIN
53515 herangezogen, ermittelt mit Gummiproben, die bei
160°C über 15 Minuten geheizt wurden. In Vulkanisaten
aus der Kautschukmischung A beträgt der Weiterreißwiderstand
zwischen 35 N/mm und 65 N/mm, in Vulkanisaten aus der Kautschukmischung
B zwischen 40 N/mm und 75 N/mm. Als Maß für die
Dämpfungseigenschaften wird der Rückprallwert
bei Raumtemperatur, ermittelt gemäß DIN
53512, herangezogen. Vulkanisate bzw. Laufstreifenabschnitte
aus der Kautschukmischung A weisen einen Rückprallwert
bei Raumtemperatur zwischen 40 und 55 auf, jene aus der Kautschukmischung
B einen Rückprallwert zwischen 30 und 50.
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Zumindest
in einer der Mischungen A oder B kann zumindest ein Teil des eingesetzten
SSBR-Typs endgruppenmodifiziert sein, insbesondere mit Aminogruppen
und/oder Alkoxysilylgruppen und/oder OH-Gruppen und/oder Epoxidgruppen
und/oder Carboxylgruppen und/oder Mercaptogruppen. Ein Anteil eines
derartigen SSBR-Typs in einem Laufstreifenabschnitt reduziert den
Wärmeaufbau.
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Um
besonders gezielt die erwähnten Eigenschaften – Dämpfungseigenschaften
und Reißfestigkeit – zu beeinflussen, ist es von
Vorteil, wenn, abgesehen vom eingesetzten SSBR-Typ, die Polymersysteme
der Mischungen A und B zumindest weitgehend übereinstimmen.
In beiden Mischungen A und B sind als weitere Polymerbestandteile
vorzugsweise Naturkautschuk und Butadienkautschuk verwendet, Naturkautschuk
in einem Anteil von 40 bis 85, Butadienkautschuk in einem Anteil
von 0 bis 30. Der Unterschied in den Anteilen an Naturkautschuk
und Butadienkautschuk in den beiden Kautschukmischungen A und B
sollte 5 phr nicht übersteigen. Bezüglich des
Anteiles an Ruß und des Rußtypes sowie gegebenenfalls
eines Anteiles an Silica und des Silicatypes sollte ebenfalls eine
zumindest weitgehende Übereinstimmung in den beiden Kautschukmischungen
A und B sein. Auch hier gilt, dass Abweichungen im Anteil in den
beiden Kautschukmischungen A und B jeweils maximal 5 phr betragen
sollten.
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Bei
der in 2 gezeigten Ausführungsvariante besteht
der Laufstreifenoberteil 5' in radialer Richtung aus zwei,
insbesondere übereinstimmend dick ausgeführten
Schichten 15a und 15b. Die Schicht 15b schließt unmittelbar
an den Laufstreifenunterteil 6 an und erstreckt sich über
die komplette Laufstreifenbreite W. Die radial äußere
Schicht 15a ist analog zum Laufstreifenoberteil 5 der
Ausführungsform gemäß 1,
in zwei Schulterabschnitte 5a und einen mittleren Abschnitt 5b geteilt.
Die Schulterabschnitte 5a und der mittlere Abschnitt 5b werden
wahlweise aus einer der beschriebenen Kautschukmischungen A und
B hergestellt, die Schulterabschnitte 5a bevorzugt aus
der Kautschukmischung A. Die zur Herstellung der Laufstreifenschicht 15b verwendete
Kautschukmischung entspricht bevorzugt jener, die zur Herstellung
des mittleren Abschnittes 5b verwendet wird.
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Tabelle
1 enthält ein Beispiel einer Kautschukmischung A und ein
Beispiel einer Kautschukmischung B. Die Kautschukmischung A ist
besonders dafür geeignet, in den Schulterabschnitten
5a des
Laufstreifens
1 eingesetzt zu werden. Die Kautschukmischung
B wird daher vorzugsweise im mittleren Abschnitt
5b des
Laufstreifens
1 verwendet. Tabelle 1 enthält Ergebnisse
von Messungen (Rückprall bei Raumtemperatur, Weiterreißfestigkeit
nach Graves bei Raumtemperatur, Härte ShA), ermittelt mit
Prüfkörpern, die durch Vulkanisation von Proben über
15 Minuten bei 160°C hergestellt wurden.
| Bestandteile | Mischung
A | Mischung
B |
| NR | 50
phr | 50
phr |
| BR | 15
phr | 15
phr |
| Calprene
1204* | 35
phr | |
| Nipol
NS112R** | | 35
phr |
| Ruß | 50
phr | 50
phr |
| Weichmacher | 3
phr | 3
phr |
| Alterungsschutzmittel | 2
phr | 2
phr |
| Schwefel/Beschleuniger | 2
phr | 2
phr |
| Härte
(ShA) | 62 | 63 |
| Rückprall
RT (%) | 52 | 46 |
| Modul
300% Dehnung (Mpa) | 13 | 12,5 |
| Reißdehnung
(%) | 450 | 500 |
| Reißfestigkeit
(Mpa) | 21,5 | 22 |
| Reißfestigkeit
Graves RT (N/mm) | 47 | 52 |
| Monsanto
LTA 35% Dehnung (kcyclen) | 22 | 28 |
- * Dynasol Elastomers Tg = –56
- ** Zeon Corporation, Tg = –65
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Die
in den Tabellen angegebenen Anteile der einzelnen Bestandteile der
Mischungen A und B sind Gewichtsteile (phr), die jeweils auf 100
Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung bezogen sind.
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Die
Erfindung ist auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen
nicht eingeschränkt. Erfindungsgemäß ausgeführte
Reifen können Laufstreifen mit zwei Umfangsabschnitten,
einer hergestellt aus der Mischung A, der andere aus der Mischung
B, aufweisen. Einer dieser Umfangsabschnitte ist ein Schulterabschnitt,
wie beschrieben. Der Laufstreifen kann ohne Laufstreifenunterteil
erstellt sein. Des Weiteren kann der Laufstreifen beziehungsweise
kann der Laufstreifenoberteil aus mehr als zwei, insbesondere aus
bis zu fünf Schichten aufgebaut sein, wobei sich die Schichten
vor Allem durch ihren SSBR Typ unterscheiden.
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- 1
- Laufstreifen
- 2
- Gürtel
- 3
- Radialkarkasse
- 5
- Laufstreifenoberteil
- 5'
- Laufstreifenoberteil
- 5a
- Schulterabschnitt
- 5b
- mittlerer
Abschnitt
- 6
- Laufstreifenunterteil
- 15a
- Laufstreifenschicht
- 15b
- Laufstreifenschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN 53515 [0020]
- - DIN 53512 [0020]