DE102009025793A1

DE102009025793A1 - Fahrzeugluftreifen

Info

Publication number: DE102009025793A1
Application number: DE102009025793A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reese; Kay Bernkurth; Martin Francke; Reinhard Ludwig
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-08-26
Also published as: WO2010094357A1; RU2521159C2; EP2398657A1; RU2011128001A; US20110240199A1; CN102317090A; JP2012517934A; BRPI0923746A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen mit einem Gürtel und einer in wenigstens eine Kautschukmischung eingebetteten Festigkeitsträgerlage, wobei der Gürtel aus einem Material besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stahl, Aramid, Kohlefasern, Naturfasern, Magnesium und Magnesiumverbindungen, wobei die Festigkeitsträgerlage in einem Winkel zwischen 0° und 5° zur Umfangsrichtung einlagig oder mehrlagig ist und aus wenigstens einem Polyestergarn und/oder Polyestercord besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen mit einem Gürtel und einer in wenigstens eine Kautschukmischung eingebetteten Festigkeitsträgerlage.
Festigkeitsträger zur Verstärkung verschiedener elastomerer Erzeugnisse sind hinreichend bekannt. So ist für Fahrzeugluftreifen bekannt, eine Gürtelbandage zu verwenden, die ein- oder mehrlagig ausgebildet ist, die Gürtelränder abdeckt und parallel und im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Festigkeitsträger in Form von im Gummi eingebetteten Corden enthält. Diese Gürtelbandage dient dazu, insbesondere im Hochgeschwindigkeitseinsatz, eine Erhebung des Reifen durch die im Fahrbetrieb auftretenden Fliehkräfte zu verhindern.
Die Bandage wird bei der Reifenherstellung in Form von Lagen, Streifen oder Einzel-Corden 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 der der fachkundigen Person bekannten 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. Bei neueren Aufbautrommeln wird nur noch eine geringere Dehnung während der Reifenherstellung von etwa max. 2% gefordert. Bei moderneren Vorrichtungen ist die Erhebung geringer. Ein weiteres Problem besteht in dem Schrumpfverhalten des jeweiligen Cordmaterials bei erhöhter Temperatur. Ein geringeres Schrumpfverhalten bedingt eine höhere Dimensionsstabilität des Fahrzeugreifens und somit ein besseres, der fachkundigen Person bekanntes, Flatspotverhalten (= Abplattungen bei Last).
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, d. h. eine gute Dimensionsstabilität, gewährleisten. Um diesen Anforderungen zu genügen, sollten sich die Corde bis zu einer Dehnung von ca. 34% mit mäßigem Kraftaufwand und ab einer höheren Dehnung nur noch mit sehr hohem Kraftaufwand dehnen lassen.
Fördergurte sind endlos gemachte Gurte, die als wesentliches Merkmal einen Festigkeitsträger meist aus Gewebeeinlagen, aufgebaut aus gleichen und/oder verschiedenen Cordmaterialien, enthalten. Das Cordgewebe unterliegt hierbei schon bei der Herstellung der Fördergurte starken mechanischen Beanspruchungen. Es wird friktioniert oder geteigt, um es haftungsfreundlich zur Belegschicht auszurüsten und danach im Kalander beidseitig belegt, mehrfach dubliert und schließlich die Deckenauflage aufkalandriert. Fördergurte müssen in der Regel erhebliche Belastungen bedingt durch hohe Transportleistungen aushalten, weshalb üblicherweise ein hoher Festigkeitsträgereinsatz nötig ist.
Für Flachriemen wird ein Zugträger aus einer Festigkeitsträgerlage bestehend aus Kabelcordfäden gebildet. Die in einer Kautschukmatrix eingebetteten Cordfäden werden durch ein oder zwei gummierte Umlagegewebe geschützt. Der Cord soll dem Flachriemen eine Übertragung hoher Kräfte bei geringen Dehnungen ermöglichen. Selbiges gilt auch für Gewebeschläuche, die hohen Innen- und Außendrucken ausgesetzt sind und daher durch eine geeignete Festigkeitsträgerlage aus einem Cordgewebe oder aus einzelnen Cordfäden verstärkt werden. Bei der Cordierung der Gewebeschläuche ist es wichtig, die Cordfäden in bestimmten Winkeln aufzutragen, um eine Längung und Verdünnung oder eine Aufweitung und Verkürzung zu verhindern.
Für aus einer oder mehreren Kautschukmatrix/Kautschukmatrizes aufgebauten Luftfederbälge ist eine Verstärkung durch eine aus Corden aufgebaute Festigkeitsträgerlage zum teilweise Abfangen der Beanspruchungen durch Druck, Zug oder Schub ebenso bedeutend. Die Anforderung an die aus Corden aufgebaute Festigkeitsträgerlage liegt wiederum in der hohen Kraftübertragung bei möglichst geringen Dehnungen.
Zum Stand der Technik sind folgende Druckschriften zu würdigen:

(D1) US 7,252,129 B2
(D2) EP 1 703 005 B1
(D3) GB 2 139 574 A
(D4) GB 2 172 251 A
(D5) US 6,016,858 A1
(D6) US 6,082,423 A1
(D7) EP 0 715 971 A2

Aus D1 ist ein Hybridkord bestehend aus Aramidfasern und einer weiteren Faser ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Nylon und Rayon bekannt. Dieser Hybridkord gewährleistet eine geringere Separierung der einzelnen Fäden der Festigkeitsträgerlage.
D2 beschreibt einen tauchbeschichteten Hybridcord umfassend ein Rayon und ein Lyocell-Garn, der sich durch gute Ermüdungsbeständigkeit auszeichnet.
Die Offenbarung von Fahrzeugreifen mit einem Festigkeitsträgerkord mit einer geringen Drehungszahl von 40 bis 100 t/m ist aus D3 bekannt. Dies soll den Rollwiderstand von Hochgeschwindigkeitsreifen verbessern.
Aus D4 ist ein Fahrzeugreifen mit einem Festigkeitsträgercord bekannt, der aus Monofilamentgarn besteht, wobei das Monofilament eine Feinheit von wenigstens 250 dtex besitzt und wobei das Monofilament nicht verdreht ist.
D5 und D6 beschreiben jeweils Leichtgewichtreifen mit optimiertem Rollwiderstandsverhalten mit einem „Overlay” aus Corden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Aramid, Rayon, PEN, PET und PVA. Die Gürtel der jeweiligen reifen bestehen hierbei aus Fiberglas (D5) oder aus Rayon (D6).
D7 offenbart einen Fahrzeugluftreifen mit einer so genannten 0° Gürtellage, welche aus Polyethylenteraphthalat- oder Nylonfasern besteht. Der Twist beträgt hierbei nicht mehr als 300 t/m.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin einen Fahrzeugluftreifen bereitzustellen, der eine aus Garnen und/oder Corden aufgebaute Festigkeitsträgerlage besitzt, die ein geringeres Schrumpfverhalten und eine höhere Dimensionsstabilität aufweisen.
Gelöst wird erfindungsgemäße Aufgabe dadurch, dass der Fahrzeugluftreifen mit einem Gürtel und einer in wenigstens eine Kautschukmischung eingebetteten Festigkeitsträgerlage dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gürtel aus einem Material besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stahl, Aramid, Kohlefasern, Naturfasern, Magnesium und Magnesiumverbindungen und dass die Festigkeitsträgerlage in einem Winkel zwischen 0° und 5° zur Umfangsrichtung einlagig oder mehrlagig ist und aus wenigstens einem Polyestergarn und/oder Polyestercord besteht.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass eine solche Festigkeitsträgerlage in einem Fahrzeugluftreifen, dessen Gürtelmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stahl, Aramid, Kohlefasern, Naturfasern, Magnesium und Magnesiumverbindungen, sich durch ein deutlich verbessertes Schrumpfverhalten und eine deutlich verbesserte Dimensionsstabilität auszeichnet.
Der der fachkundigen Person bekannte Einsatz von Polyamidgarnen und -corden in einer Festigkeitsträgerlage weist einen geringen Elastizitätsmodul auf und zeigt im fertigen Reifen den Nachteil des hohen Heißschrumpfens.
Bei Verwendung von Aramidgarnen und/oder -corden während des Reifenaufbaus zeigen sich dagegen so aufgebaute Festigkeitsträgerlagen als nachteilig, weil diese eine zu geringe Dehnung haben, so dass der Reifenrohling nur ungenügend ausformbar ist und dadurch nur eine schlechte Uniformity des Reifens zu erhalten ist.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugluftreifen mit einer Festigkeitsträgerlage aus Polyestergarn und/oder Polyestercord hingegen zeigt diese obig erwähnten Nachteile nicht. Zusätzlich ist die Verwendung von einer Festigkeitsträgerlage Polyestergarn und/oder Polyestercord deutlich kostengünstiger als die Verwendung des bisher üblichen Aramidgarnen oder -corden und/oder als die Verwendung von Hybridcorden.
Des Weiteren ist die Festigkeitsträgerlage in einem Winkel zwischen 0° und 5° zur Umfangsrichtung einlagig oder mehrlagig ausgebildet, wobei einlagig bevorzugt ist. Ausgebildet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sie in Umfangsrichtung einlagig oder mehrlagig, bevorzugt einlagig, gespult ist.
Der Gürtel des erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifen besteht aus einem Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Stahl, Aramid, Kohlefasern, Naturfasern, Magnesium und Magnesiumverbindungen, wobei Stahl bevorzugt ist.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Polyestergarn und/oder der Polyestercord ein HMLS-Polyestergarn und/oder ein HMLS-Polyestercord (High Modulus Low Shrinkage) oder ein HMHS-Polyestergarn und/oder ein HMHS-Polyestercord (High Modulus High Shrinkage) ist.
Vorzugsweise wird ein HMLS-Polyestergarn und/oder ein HMLS-Polyetsercord verwendet, wobei das gedippte Polyestergarn und/oder der gedippte HMLS-Polyestercord für die Anwendung im Reifen einen Schrumpf bei 180°C gemäß ASTM D 855 von 2% ± 1,0% haben sollte
In Fahrzeugluftreifen und in technischen Gummiartikeln wird vielfach nicht das reine Garn verwendet, sondern zumeist ein Cord. Ein Cord besteht im Gegensatz zu einem Garn aus wenigstens zwei Garnen, die miteinander vertwistet sind.
Vorteilhafterweise ist das Polyester des Polyestergarns und/oder des Polyestercords ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polycarbonat (PC).
Um eine zuverlässige Haftung von textilen Festigkeitsträgern zum Gummi zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, das Polyestergarn und/oder den Polyestercord mit einer Haftimprägnierung, z. B. mit einem RFL-Dip im 1- oder 2-Bad-Verfahren, zu versehen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Polyestercord eine Feinheit von 2000 bis 5000 dtex, bevorzugt von 3000 bis 4000 dtex, und/oder das Polyestergarn eine Feinheit von 1000 bis 1670 dtex, bevorzugt 1100 bis 1440 dtex, aufweist. Der fachkundigen Person ist bekannt, dass sich die Angaben für Corde auf den gesamten dtex beziehen.
Vorteilhaft ist es, wenn das Polyestergarn, vorzugsweise vorliegend als gedippte Corde, d. h. bereits mit einer Haftimprägnierung versehen, mit einer Drehungszahl von 250 bis 500 t/m, bevorzugt mit 370 bis 430 t/m endverdreht ist und einen Dehnungswert bei 45 N gemäß ASTM D 855 zwischen 2,0 und 5,5%, bevorzugt zwischen 2,7 und 5,0%, besonders bevorzugt zwischen 3,2 und 4,5%, hat.
Es hat sich gezeigt, dass sich bei diesen Materialcharakteristika gute Ergebnisse hinsichtlich Schrumpfverhalten und Dimensionsstabilität zeigen.
Verwendet man die in wenigstens eine Kautschukmischung eingebettete obig beschriebene Festigkeitsträgerlage in einem Fahrzeugluftreifen, vorzugsweise als Gürtelbandage und/ oder als Wulstverstärker, so weist der Reifen eine besonders gute Hochgeschwindigkeitstauglichkeit auf und Abplattungen bei Last (Flatspotting) sind stark reduziert. Hierzu beträgt die Cordfadendichte in einer besonderen Ausführungsform 80 bis 125 epdm, bevorzugt 90 bis 110 epdm.
Beim Einsatz der vorbeschriebenen Festigkeitsträgerlage als Wulstverstärker in einem Fahrzeugluftreifen liegt der Vorteil darin, dass dieser Festigkeitsträger einen höheren Modul als bisher üblicherweise eingesetzten Polyamidfestigkeitsträgerlagen aufweist und ebenfalls ein Kostenvorteil vorhanden ist.
Diese Vorteile werden auch bei der Verwendung der vorbeschriebenen Festigkeitsträgerlage zur Herstellung von weiteren elastomeren Erzeugnissen, wie Fördergurte, Flachriemen, Gewebeschläuche und Luftfederbälge erzielt.

Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit der nachfolgenden Tabelle 1 näher erläutert: Tabelle 1

	Polyamidcord (PA6.6) 940 × 2 dtex 80 epdm einlagig	Polyamidcord (PA6.6) 940 × 2 dtex 80 epdm zweilagig	Polyestercord (PET) 1440 × 2 dtex 105 epdm einlagig	Polyestercord (PET) 1440 × 2 dtex 105 epdm zweilagig
Kraft bei 1% Dehnung ASTM D 855	35 N/cm	70 N/cm	90 N/cm	180 N/cm
Kraft bei 3% Dehnung ASTM D 855	70 N/cm	140 N/cm	200 N/cm	400 N/cm
Schrumpfung bei 180°C (%) ASTM D 855	5,0	5,0	2,0	2,0
Rest-Schrumpfung (%)	3,0	3,0	1,8	1,8

Die angegebenen Kräfte sind durch die Abhängigkeit von der Dehnung eindeutig definiert. Die Schrumpfung ist durch die Abhängigkeit von der Gegenkraft definiert. Die angegebenen Werte sind Labor-Daten mit einer Vorlast von 0,5 cN/tex, d. h. bei 940 × 2 ergibt sich eine Vorlast von 94 cN und bei 1440 × 2 entsprechend eine Vorlast von 144 cN. Der höhere Modul des Polyestercord bedingt, dass die Anzahl der Lagen des Festigkeitsträgers um etwa 50% reduziert werden kann, wodurch sich auch die Menge der Kautschukmischung verringert, in die die Festigkeitsträgerlage eingebettet wird. Dadurch ergibt sich ein besseres Rollwiderstandsverhalten des Fahrzeugluftreifens und folglich ein geringerer Kraftstoffverbrauch.
Das deutlich verbesserte Schrumpfverhalten ergibt im Fahrzeugluftreifen eine erhöhte Dimensionsstabilität.
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

- US 7252129 B2 [0008]
- EP 1703005 B1 [0008]
- GB 2139574 A [0008]
- GB 2172251 A [0008]
- US 6016858 A1 [0008]
- US 6082423 A1 [0008]
- EP 0715971 A2 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ASTM D 855 [0024]
- ASTM D 855 [0029]
- ASTM D 855 [0034]
- ASTM D 855 [0034]
- ASTM D 855 [0034]

Claims

Fahrzeugluftreifen mit einem Gürtel und einer in wenigstens eine Kautschukmischung eingebetteten Festigkeitsträgerlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Gürtel aus einem Material besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stahl, Aramid, Kohlefasern, Naturfasern, Magnesium und Magnesiumverbindungen und dass die Festigkeitsträgerlage in einem Winkel zwischen 0° und 5° zur Umfangsrichtung einlagig oder mehrlagig ist und dass die Festigkeitsträgerlage aus wenigstens einem Polyestergarn und/oder Polyestercord besteht.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gürtel aus Stahl besteht.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeitsträgerlage einlagig ist.
Fahrzeugluftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyester des Polyestergarns und/oder des Polyestercords, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polycarbonat (PC).
Fahrzeugluftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyestercord eine Feinheit von 2000 bis 5000 dtex hat.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyestercord eine Feinheit von 3000 bis 4000 dtex hat.
Fahrzeugluftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyestergarn eine Feinheit von 1000 bis 1670 dtex hat.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyestergarn eine Feinheit von 1100 bis 1440 dtex hat.
Fahrzeugluftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyestergarn und/oder der Polyestercord mit einer Drehungszahl von 250 bis 500 t/m endverdreht ist.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyestergarn und/oder der Polyestercord mit einer Drehungszahl von 300 bis 430 t/m endverdreht ist.
Fahrzeugluftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyestergarn und/oder der Polyestercord einen Dehnungswert bei 45 N gemäß ASTM D 855 zwischen 2,0 und 5,5% hat.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyestergarn und/oder der Polyestercord einen Dehnungswert bei 45 N gemäß ASTM D 855 zwischen 2,7 und 5,0% hat.
Fahrzeugluftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyestergarn und/oder der Polyestercord einen Dehnungswert bei 45 N gemäß ASTM D 855 zwischen 3,2 und 4,5% hat.
Fahrzeugluftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die wenigstens in eine Kautschukmischung eingebettete Festigkeitsträgerlage eine Gürtelbandage ist.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadendichte innerhalb der Gürtelbandage 80 bis 125 epdm beträgt.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadendichte innerhalb der Gürtelbandage 90 bis 110 epdm beträgt.
Fahrzeugluftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die wenigstens in eine Kautschukmischung eingebettete Festigkeitsträgerlage eine Wulstverstärker ist.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadendichte innerhalb des Wulstverstärkers 80 bis 125 epdm beträgt.
Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadendichte innerhalb des Wulstverstärkers 90 bis 110 epdm beträgt.