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Die
Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen in Radialbauart mit
einem Laufstreifen, einem Gürtel, Wulstbereichen mit Wulstkernen
sowie mit einer zumindest einlagig ausgeführten Karkasse,
welche die Wulstkerne von radial innen nach radial außen
umläuft oder in den Wulstbereichen geklemmt ist und einer
Innenschicht, wobei zwischen Innenschicht und Karkasse zumindest
eine zusätzliche Lage in Form eines Gummistreifens angeordnet
ist, welche ringkreisförmig über den Umfang des
Reifens geschlossen ist.
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Der
Begriff Fahrzeugluftreifen umfasst PKW-, Van- und LKW-Reifen.
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Eine
derartige Reifenkonstruktion, bei der wenigstens eine zu den notwendigen
und üblichen Reifenbauteilen zusätzliche Gummilage
in Form eines Gummistreifens zwischen Karkasse und Innenschicht
angeordnet ist, ist zur Vermeidung der sogenannten „Linerpenetration” bekannt.
Die Innenschicht wird auch als „Liner” oder „Innerliner” bezeichnet.
Linerpenetrationen treten bei PKW-, Van- und LKW-Reifen während
des Reifenherstellungsprozesses bei hohen Karkassausspannungen während
des Heizpressens durch das Einpressen des Reifenrohlings in die
Vulkanisierform in der Art auf, dass die Karkassfestigkeitsträger
in die Innenschicht eindringen und diese schwächen. Die
Dauerhaltbarkeit des Reifens ist gemindert. Die Haltbarkeit eines LKW-Reifens
wird zudem durch eine Penetration der Karkassfestigkeitsträger
in die Innenschicht während des Reifenlebens herabgesetzt.
Der LKW-Reifen ist nur eingeschränkt runderneuerbar. Um
diese Linerpenetrationen zu vermeiden, ist es bekannt, einen ausreichend
dick ausgelegten Gummistreifen zwischen Innenschicht und Karkasse
anzuordnen. Die Anordnung erfolgt üblicherweise in den
Bereichen des Reifens, welche besonders in Bezug auf die Linerpenetration
gefährdet sind. Die Dicke des zusätzlichen Streifens
bringt jedoch auch Nachteile in der Art mit sich, dass die Gestehungskosten
des Reifens, die Wärmeentwicklung im Betrieb des Reifens
als auch das Gewicht des Reifens und somit sein Rollwiderstand unerwünscht
erhöht sind. In der bisher unveröffentlichten
DE 10 2007 042 179 wird
vorgeschlagen, diesen Gummistreifen mit Glasplättchen,
welche mit ihrer größten Fläche parallel
zur Innenschicht und zur Karkasse angeordnet sind, zu durchsetzen.
Zwar kann der Gummistreifen dadurch dünner ausgelegt werden,
jedoch stellt diese glasplättchendurchsetzte Gummilage
aufgrund der prozesstechnisch bedingten geringen Größe
der Glasplättchen nur eine geringfügige Penetrationsbarriere
dar. Zudem ist bei der Herstellung des glasplättchendurchsetzten
Squeegees die Glasstaubbelastung hoch.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen alternativen Fahrzeugluftreifen
bereitzustellen, dessen Dauerhaltbarkeit erhöht ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst, indem der zusätzliche Gummistreifen
zumindest im Bereich der Gürtelkanten-Korbbögen
angeordnet ist, indem der Gummistreifen aus einer Gummimischung
besteht, welche mit Fasern durchsetzt ist und indem die Fasern anisotrop
und in Umfangsrichtung des Reifens längserstreckt ausgerichtet
sind.
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Erfindungswesentlich
ist, dass die wenigstens eine zusätzliche Gummilage bzw.
der Gummistreifen Fasern aufweist und zumindest im Bereich der Gürtelkanten-Korbbögen
zwischen Innenschicht und Karkasse angeordnet ist. Der Bereich des
Korbbogens ist der Bereich des Reifenquerschnitts, dessen Kontur
am stärksten gekrümmt ist. Der Bereich befindet
sich in etwa im Übergang Gürtel zur Reifenseitenwand.
Die Fasern sind anisotrop (gerichtet) mit ihrer Längserstreckung
in Reifen-Umfangsrichtung ausgerichtet. Die Fasern liegen zudem
parallel zur flächigen Erstreckung der Karkasslage und
der Innenschicht ausgerichtet in der Gummimatrix des Squeegees.
In ihrer Konzentration sind die Fasern in der Gummimatrix regelmäßig
statistisch verteilt. Das Gummimaterial ist vorzugsweise eine übliche
Karkassgummierungsmischung, basierend auf z. B. Naturkautschuk oder
Synthesekautschuk mit Füllstoffen Ruß oder amorpher
Kieselsäure.
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Der
Bereich der Gürtelkanten-Korbbögen unterliegt
während der Reifenherstellung höchster Dehnung.
Daher besteht während der Reifenherstellung die Gefahr,
dass Karkassfestigkeitsträger bei zu starker Ausspannung
in die Innenschicht eindringen. Eine derart beschädigte
Innenschicht kann zur reduzierten Luftdichtigkeit des Reifens und
zu Rissen in der Innenschicht führen, wodurch die Haltbarkeit
des Reifens herabgesetzt ist. Eine starke Karkassausspannung ist
zudem für die Handlingeigenschaften des Reifens vorteilhaft. Durch
die definierte Einbringung des faserdurchsetzten Squeegees ist die
Barriere gegen die Karkassfestigkeitsträgerpenetration
erhöht, so dass bei der Reifenherstellung, auch bei einer
stärkeren Karkassausspannung, eine Linerpenetration, auch
bei einer vergleichsweise geringen Dicke des Squeegees, im Bereich
der Korbbögen wirksam verringert bzw. verhindert werden
kann. Durch die Ausrichtung der Faserlängserstreckung in
Umfangsrichtung liegen diese quer zu den radial angeordneten Karkassfestigkeitsträgern
und bieten somit einer möglichen Innenschichtpenetration
während der Reifenherstellung widerstand. Es ist eine stärkere
Karkassausspannung ohne Beschädigung der Innenschicht ermöglicht.
Diese stärkere Karkassausspannung wirkt sich vorteilhaft
auf die Handlingeigenschaften des Reifens und auf die Highspeed-Performance
aus. Das Gewicht des Reifens ist nur geringfügig erhöht,
während die Dauerhaltbarkeit, das Handling und die Highspeed-Performance
wesentlich verbessert sind. Linerpenetrationen sind zuverlässig
verringert bzw. vermieden.
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Bei
LKW-Reifen ist durch den eingebrachten faserdurchsetzten Squeegee
die Penetration durch die Karkassfestigkeitsträger zusätzlich
während der Lebensdauer des Reifens nicht nur verlangsamt,
sondern oftmals auch gestoppt. Die Dauerhaltbarkeit des LKW-Reifens
ist erhöht.
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In
einer Ausführungsform ist ein vom Gürtelkanten-Korbbogen
unter dem Gürtel bis zum anderen Gürtelkanten-Korbbogen
durchgehend verlaufender Gummistreifen angeordnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist unter jedem Gürtelkanten-Korbbogen
je ein Gummistreifen angeordnet, so dass die beiden Gummistreifen
voneinander axial beabstandet und nicht unterhalb des gesamten Gürtels
angeordnet sind.
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Die
Dicke des Squeegees kann für PKW- und Van-Reifen zwischen
0,2 mm bis 4,0 mm betragen und beträgt vorzugsweise zwischen
0,3 mm–1,0 mm. Vorzugsweise ist die Dicke des Squeegees über
dessen gesamte Reifenquerschnittserstreckung gleich. Die Breite
des Squeegees beträgt in der bevorzugten Ausführungsform
zwischen 30 mm–80 mm, vorzugsweise zwischen 45 mm–65
mm.
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Die
Maße des Squeegees sind von der Reifendimension, insbesondere
von der Auslegung des Gürtelpaketes abhängig zu
wählen. Wesentlich ist, dass im Bereich jedes Gürtelkanten-Korbbogens
wenigstens ein Squeegee angeordnet ist. In der bevorzugten Ausführungsform,
in der unter jedem Gürtelkanten-Korbbogen je ein Squeegee
angeordnet ist, ist dieses üblicherweise derart unter dem
Gürtelkanten-Korbbogen eines PKW- oder Van-Reifens positioniert,
dass das obere Anlagemaß a 5 mm–40 mm von der
untersten Gürtelkante beginnend in Richtung Reifenzenit
verlaufend liegt.
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Zweckmäßig
ist es, dass die in den Squeegee einzuarbeitenden Fasern eine Länge
zwischen 0,01 und 25 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 6 mm aufweisen.
Wenn die Faserlänge zu kurz ist, ist nur eine schlechte Barrierewirkung
erreicht, wenn die Faserlänge zu lang ist, ist die Verarbeitung
der Faser schwierig. Die vorgenannte Faserlänge bleibt üblicherweise
bei den meisten Faserwerstoffen auch nach dem Einarbeiten im fertig hergestellten
und im Reifen angeordneten Squeegee erhalten. Bei dem Werkstoff
Glas jedoch kann die Faserlänge im im Reifen angeordneten
Squeegee durch Bruch der Glasfasern während der Einarbeitung
verringert sein.
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Vorteilhaft
ist eine Konzentration der Fasern in der Gummimischung des Squeegees,
die zwischen 0,1 und 10,0 Vol-%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5,0
Vol-% beträgt. Mit dieser Konzentration an Fasern ist die Linerpenetration
wirkungsvoll vermieden bzw. verringert und die Karkassfestigkeitsträger
können für ein verbessertes Handling und eine
verbesserte Highspeed-Performance gut ausgespannt werden. Geeignet
sind keramische oder mineralische Faser, Fasern aus Aramid, Rayon,
PEN, Glas, Baumwolle, Polyamid, Kohlenstoff, Metall oder Polyester.
Besonders geeignet sind keramische oder mineralische Fasern oder
Glas- oder Polyesterfasern. Diese Materialien zeigen bevorzugte
Eigenschaften, um den Zielkonflikt Verarbeitbarkeit gegen Barrierewirkung
zu verbessern.
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LKW-Reifen
weisen in einer bevorzugten Ausführungsform einen mit Glasfasern
durchsetzten Squeegee auf. Glasfasern eignen sich besonders durch
ihre gute Verarbeitbarkeit des Squeegee-Compounds durch die ggf.
auftretende Reduktion der mittleren Länge der einzumischenden
Fasern im Verarbeitungsprozess.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand
der Zeichnungen, die schematische Ausführungsbeispiele
darstellen, näher erläutert. Zudem sind die Vorteile
der Erfindung anhand einer Tabelle dargestellt. Es zeigen die:
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1 einen
Teilquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Fahrzeugluftreifen;
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2 einen
Querschnitt durch den Squeegee und dessen radial benachbarte Reifenbauteile.
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In
der 1 ist ein Teilquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen
PKW-Luftreifen dargestellt. Der nicht dargestellte Teilquerschnitt
ist spiegelsymmetrisch zum dargstellten Teilquerschnitt aufgebaut.
Die strichpunktierte Linie stellt die Spiegelebene dar. Die wesentlichen
Bestandteile, aus welchen sich der dargestellte Radialreifen zusammensetzt
sind: ein profilierter Laufstreifen 1, ein bei der gezeigten
Ausführung aus zwei Lagen 2a, 2b bestehender
Gürtel 2, eine zweilagig ausgeführte
Karkasse 3, eine luftdicht ausgeführte Innenschicht 4,
Wülste 5 mit Wulstkernen 6 und Kernprofilen 7,
sowie Seitenwände 8 und Hornprofile 14 und
zwei zusätzliche Gummistreifen 9 (Squeegees),
welche mit Fasern 10 durchsetzt sind. Von den beiden Gummistreifen 9 ist
aufgrund des Teilquerschnittes nur ein Gummistreifen 9 dargestellt.
Der zweite Gummistreifen 9 ist spiegelsymmetrisch in dem
nicht dargestellten Teilquerschnitt angeordnet. Die beiden Lagen 2a, 2b des
Gürtels 2 bestehen aus in eine Gummimischung eingebetteten
Festigkeitsträgern aus Stahlcord, welche innerhalb jeder
Lage 2a, 2b parallel zueinander verlaufen, wobei
die Stahlcorde der einen Lage 2a in kreuzender Anordnung
zu den Stahlcorden der zweiten Lage 2b orientiert sind
und mit der Reifenumfangsrichtung jeweils einen Winkel zwischen
20° und 35° einschließen. Auch die Karkasse 3 kann
in herkömmlicher und bekannter Weise ausgeführt
sein und somit in eine Gummimischung eingebettete, in radialer Richtung
verlaufende Verstärkungsfäden aus einem textilen
Material oder aus Stahlcord aufweisen. Die Karkasse 3 ist
um die Wulstkerne 6 von axial innen nach axial außen
geführt, ihre Hochschläge 3a verlaufen
neben den Kernprofilen 7 in Richtung Gürtel 2.
Die Gummistreifen 9 bestehen aus einer Gummimischung, welche
eine Faserkonzentration von 1,1 Vol-% aufweist und im Bereich des
unteren Gürtelkante 11 – Korbbogens 17 zwischen
Innenschicht 4 und Karkasse 3 über den
Umfang des Reifens geschlossen angeordnet sind. Das obere Anlagemaß a
beträgt 25 mm und bemisst sich von Höhe der untersten
Gürtelkante beginnend 25 mm in Richtung Reifenzenit verlaufend.
Die in den Gummistreifen 9 enthaltenen Fasern 10 sind
Fasern aus Aramid. Die Fasern 10 sind anisotrop in der
Gummimischung des Gummistreifens 9 derart ausgerichtet,
dass sie parallel zur Fläche des Gummistreifens und in
Umfangsrichtung (in die Blattebene hinein) weisen. Die Fasern 10 sind
in den Gummistreifen 9 regelmäßig statistisch
verteilt. Die in der Gummimatrix des Gummistreifens 9 enthaltenen
Fasern 10 verhindern eine Penetration der Karkassfestigkeitsträger
in die Innenschicht 4 während der Reifenherstellung
auch bei einer vergleichsweise geringen Dicke 19 des Squeegees 9.
Die Dauerhaltbarkeit des Reifens ist erhöht. Die Karkasse 3 ist
während der Reifenherstellung stärker ausspannbar,
was sich vorteilhaft auf das Handling und die Highspeed-Performance
des Reifens auswirkt.
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Die
Fasern 10 haben etwa eine Länge 13 von
3 mm und einen Durchmesser 12 von 10–20 μm.
Der Gummistreifen 9 hat eine gleich bleibende Dicke 19 von
1 mm und eine Breite 20 von 45 mm z. B. bei der Reifendimension
235/65R16C. Die Breite 20 bemisst sich entlang der Kontur
des Reifens. Die Fasern 10 können während
der Herstellung des Squeegees z. B. durch Kalandrieren der Gummi-Fasermischung
ausgerichtet und eingeregelt worden sein.
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Die 2 zeigt
einen Querschnitt durch den Squeegee 9 der 1 und
zeigt schematisch die anisotropen Fasern 10 innerhalb des
Squeegees 9. Der Gummistreifen 9 ist mit Fasern 10 durchsetzt.
Die Fasern 10 sind mit ihrer Längserstreckung
in Umfangsrichtung und parallel zur Gummistreifenerstreckung angeordnet. Die
Fasern 10 berühren einander in der Regel nicht.
Die Konzentration der Fasern beträgt 1,1 Vol-%. Durch die
Anordnung der Fasern 10 im Gummistreifen 9 ist
einer Penetration der Innenschicht 4 während der
Reifenherstellung wirksam entgegengewirkt. Die Karkasse ist stärker
ausspannbar, wodurch das Handling und die Highspeed-Performance
des Reifens verbessert sind.
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Die
Tabelle zeigt Versuchsergebnisse von Van-Reifen der Reifendimension
235/65R16C im Hinblick auf Handling und Highspeed. Der Referenzreifen
weist je einen Kautschuk-Squeegee ohne Fasern unter jedem Gürtelkanten-Korbbogen
auf, während der erfindungsgemäße Reifen
je ein faserverstärkten Squeegee unter jedem Gürtelkanten-Korbbogen
aufweist, wobei die Fasern in Umfangsrichtung des Reifens angeordnet sind.
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Der
Squeegee des erfindungsgemäßen Reifens ist entsprechend
der in den
1,
2 beschriebenen
Ausführungsform ausgeführt.
| 235/65R16C | Referenzreifen
mit reinem Kautschuk-Squeegee | Erfindungsgemäßer
Reifen mit Faser-Squeegee |
| Comering
Stiffness [Index] | 100 | 103 |
| Highspeed
[Index] | 100 | 105 |
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Die
cornering stiffness beschreibt das Handlingpotential eines Reifens.
Das Handling ist beim erfindungsgemäßen Reifen
mit dem Index 103 um 3% gegenüber dem Referenzreifen mit
dem Index 100 verbessert. Die Highspeed-Performance ist beim erfindungsgemäßen
Reifen mit dem Index 105 um 5% gegenüber dem Referenzreifen
mit dem Index 100 verbessert.
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- 1
- Laufstreifen
- 2
- Gürtel
- 3
- Karkasse
- 4
- Innenschicht
- 5
- Wulstbereich
- 6
- Wulstkern
- 7
- Kernprofil
- 8
- Seitenwand
- 9
- Gummistreifen
(Squeegee)
- 10
- Faser
- 11
- Gürtelkante
- 12
- Durchmesser
der Faser
- 13
- Länge
der Faser
- 14
- Wulstprofil
- 17
- Korbbogen
- 18
- Zenith
- 19
- Dicke
Gummistreifen
- a
- Anlagemaß
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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