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Die
Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, insbesondere für
Nutzfahrzeuge, mit einem profilierten Laufstreifen, welcher durch
eine Anzahl von Umfangsnuten in Profilrippen oder Blockreihen gegliedert
ist und welcher einen Hauptteil aus einer ersten Gummimischung sowie
zumindest den Nutgrund der Umfangsnuten auskleidende Gummischichten
aus einer zweiten, weicheren Gummimischung aufweist.
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Ein
derartiger Fahrzeugluftreifen ist beispielsweise aus der
WO 99/37489 bekannt. Die
Gummischichten, welche die Umfangsnuten auskleiden und weicher sind,
weisen einen Elastizitätsmodul (Spannungswert) bei 10%
Dehnung auf, der weniger als 80% des gleichermaßen ermittelten
Elastizitätsmoduls des Hauptteils des Laufstreifens beträgt.
Eine derartige Anordnung von Gummimischungen soll Ungleichmäßigkeiten
des Reifens durch den Fahrbetrieb vermeiden.
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Es
ist auch bekannt, spezielle Mischungen am Nutengrund von Umfangsnuten
vorzusehen, die das Rissverhalten am Nutengrund positiv beeinflussen
sollen.
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In
der
EP 1 241 026 B1 wird
beispielsweise vorgeschlagen, in unmittelbarer Nähe des
Nutgrundes der Umfangsnuten jeweils eine Gummischicht einzubringen,
die eine besonders hohe Bruchdehnung aufweist. Damit soll das Entstehen
von Einrissen im Bereich des Nutgrundes der Umfangsnuten unterdrückt
bzw. ein Weiterreißen bereits gebildeter Einschnitte verhindert
werden.
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Auch
die
DE-OS 1 194 721 befasst
sich mit dem Vermeiden von Rissbildungen in den Umfangsnuten eines
Laufstreifens. Die Umfangsnuten sind mit einer Gummischicht mit
einer hohen Ein- und Weiterreißfestigkeit ausgekleidet,
welche derart ausgeführt wird, dass ihre Dicke vom Rillengrund
zu den Rillenflanken hin abnimmt.
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Zur
Vermeidung von Rissen am Nutgrund der Umfangsnuten wird in der
JP 06191221 A vorgeschlagen,
dass die Mischung am Nutgrund einen geringen Elastizitätsmodul
aufweist und 15 bis 50 phr Polybutadien, 2 bis 5 phr aminische Alterungsschutzmittel
und 1 bis 4 phr Wachs enthält.
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Gemäß der
JP 58-033504 A enthält
die Mischung am Nutgrund zur Verbesserung des Rissverhaltens einen
Kautschuk, der nicht auf Dienen basiert. Es kann z. B. halogenierter
Butylkautschuk eingesetzt werden.
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Aus
der
DE 10 2007
003 032 A1 ist es ferner bekannt, für Reifen mit
verbessertem Rissverhalten am Nutgrund und gutem Abriebverhalten
eine Gummimischung am Nutgrund von Umfangsnuten vorzusehen, die im
Vergleich zum übrigen Laufstreifen einen niedrigeren Elastizitätsmodul
aufweist. Die Gummimischungen basieren weitgehend auf übereinstimmenden
oder vergleichbaren Polymersystemen. Der niedrigere Elastizitätsmodul
kann durch eine Reduzierung der Schwefel- und/oder Beschleunigermenge
oder einen Ruß geringerer Aktivität und/oder einen
etwas geringeren Anteil an Füllstoffen erreicht werden.
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Herstellungsbedingt
bedecken die Mischungen mit den speziellen rissbeeinflussenden Eigenschaften nicht
nur den Nutgrund von Umfangsrillen, sondern reichen zumindest in
die Nutflanken, meist sogar bis an die Laufflächenoberfläche
und beeinflussen daher auch andere Eigenschaften des Fahrzeugluftreifens,
wie Abrieb und Rollwiderstand. So bewirkt beispielsweise eine Reduzierung
der Schwefel- und/oder Beschleunigermenge eine Verschlechterung
des Rollwiderstand der resultierenden Mischung bei Verwendung im
Laufstreifen. Eine Erniedrigung des Anteils an Füllstoffen
wirkt sich oft negativ auf die Haltbarkeit des Reifens aus.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, bei einem Reifen der
eingangs genannten Art die Bildung von Rissen am Nutgrund von Umfangsnuten
weitgehend dauerhaft zu verhindern und gleichzeitig den Rollwiderstand
des Reifens und die Haltbarkeit nicht negativ zu beeinflussen.
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Gelöst
wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch,
dass die zweite weichere Gummimischung der Gummischichten zumindest
10 phr zumindest eines hochmolekularen Weichmachers mit einem Molekulargewicht
MW von mehr als 2000 g/mol enthält.
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Die
in dieser Schrift verwendete Angabe phr (Parts per hundred Parts
of rubber by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie übliche
Mengenangabe für Mischungsrezepturen. Die Dosierung der
Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird dabei stets auf 100
Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen
Kautschuke bezogen.
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Die
Zudosierung des hochmolekularen Weichmachers zu den Gummimischungen,
die sich am rissanfälligen Nutgrund von Umfangsrillen befinden,
ermöglicht die Reduzierung von Rissen durch eine weichere
Mischung. Eigenschaften wie Haltbarkeit und Rollwiderstand werden
dadurch nicht negativ beeinflusst. Es ist möglich einen
Weichmacher oder mehrere Weichmacher in Kombination einzusetzen.
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Der
Schutz vor Rissen ist durch die erfindungsgemäß eingesetzten
Weichmacher mit einem Molekulargewicht MW von
mehr als 2000 g/mol auch dauerhaft, da diese Weichmacher im Vergleich
zu herkömmlichen Mineralölweichmachern nicht aus
den Gummimischungen am Nutgrund heraus diffundieren und die Mischung im
Verlauf des Reifenlebens daher nicht nachhärtet.
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Für
eine besonders effektive Reduzierung der Rissanfälligkeit
am Nutgrund hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die
zweite, weichere Gummimischung am Nutgrund eine ShoreA-Härte
bei Raumtemperatur nach DIN 53 505 aufweist, die
um mindestens 5 Härteeinheiten kleiner ist als die ShoreA-Härte
der Gummimischung des Hauptteils des Laufstreifens.
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Als
hochmolekularer Weichmacher wird bevorzugt ein flüssiges
Dien-Polymer eingesetzt, welches gut mit den üblichen Kautschuktypen
für Laufstreifenmischungen kompatibel ist und geringe Diffusionsneigung zeigt.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz von flüssigem Polybutadien
als flüssiges Dien-Polymer. Es ist besonders gut mit den übrigen
Kautschuken verträglich und weist eine niedrige Glastemperatur
auf. Es hat daher einen geringen Einfluss auf das Hystereseverhalten
der resultierenden Vulkanisate.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das flüssige
Dien-Polymer ein Molekulargewicht MW von
weniger als 30000 g/mol auf. Bei größeren Molekulargewichten
der Dien-Polymere nimmt die weichmachende Wirkung ab.
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Die
beiden Gummimischungen für den Nutgrund und den Hauptteil
des Laufstreifens basieren vorzugsweise auf einem weitgehend übereinstimmenden
oder vergleichbaren Polymersystem. Es kommt dann nicht zu Unverträglichkeiten
zwischen den Mischungen und das Abriebverhalten ist ähnlich,
wodurch der Abrieb des Laufstreifens selbst dort, wo die unterschiedlichen
Gummimischungen in Kontakt mit dem Untergrund treten, gleichmäßig
ist.
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Gleiches
wird bewirkt, wenn die beiden Gummimischungen für den Nutgrund
und den Hauptteil des Laufstreifens auf einem weitgehend übereinstimmenden
oder vergleichbaren Füllstoffsystem basieren.
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Die
Gummimischungen basieren in der Regel auf Dienkautschuken. Zu den
Dienkautschuken zählen alle Kautschuke mit einer ungesättigten
Kohlenstoffkette, die sich zumindest teilweise von konjugierten
Dienen ableiten. Besonders bevorzugt ist, wenn der Dienkautschuk
oder die Dienkautschuke ausgewählt ist bzw. sind aus der
Gruppe, bestehend aus Naturkautschuk (NR), synthetischem Polyisopren
(IR), Polybutadien (BR), Styrol-Butadien-Copolymer (SBR) und Acrylnitril-Butadien-Kautschuk
(NBR). Diese Dienelastomere lassen sich gut verarbeiten und ergeben
in den vulkanisierten Reifen gute Reifeneigenschaften. Bei den Styrol-Butadien-Copolymeren
kann es sich sowohl um lösungspolymerisierte als auch um
emulsionspolymerisierte Typen handeln. Die Kautschuke können
auch funktionelle Gruppen tragen.
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Werden
synthetische Kautschuke eingesetzt, kann der hochmolekulare Weichmacher
zum Verstrecken der Kautschuke verwendet werden und auf diese Weise
in die Kautschukmischung eingebracht werden.
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Als
Füllstoffe werden beispielsweise Ruß und/oder
Kieselsäure in üblichen Mengen eingesetzt. Werden
Kieselsäuren in der Mischung eingesetzt, können
auch Silan-Kupplungsagenzien, wie bifunktionelle Organosilane, zur
Anbindung der Kieselsäure an die Dienkautschuke zudosiert
werden.
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Die
Gummimischung kann neben dem Kautschuk, Füllstoffen und
hochmolekularem Weichmacher weitere übliche Zuschlagstoffe
in üblichen Gewichtsteilen enthalten. Zu diesen Zuschlagstoffen
zählen weitere Weichmacher, Alterungsschutzmittel, wie
z. B. N-Phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylendiamin (6PPD), N-Isopropyl-N'-phenyl-p-phenylendiamin
(IPPD), 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydrochinolin (TMQ) und andere Substanzen,
wie sie beispielsweise aus J. Schnetger, Lexikon der Kautschuktechnik,
2. Auflage, Hüthig Buch Verlag, Heidelberg, 1991, S. 42–48 bekannt
sind, Aktivatoren, wie z. B. Zinkoxid und Fettsäuren (z.
B. Stearinsäure), Wachse, Harze, Mastikationshilfsmittel,
wie z. B. 2,2'-Dibenzamidodiphenyldisulfid (DBD) und Verarbeitungshilfsmittel,
wie Fettsäureester, Alkali-/Erdalkalimetallsalze von Fettsäureestern,
Fettsäureamiden oder Mischungen, davon.
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Die
Mischungen werden mit Schwefel und/oder Schwefelspendern in Anwesenheit
von Vulkanisationsbeschleunigern vernetzt.
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Die
Gummischichten werden ferner derart ausgeführt, dass sie
am Nutgrund eine maximale Stärke von 4 mm, an den Nutflanken
eine maximale Stärke von 6 mm aufweisen, um ein Optimum
zwischen Rissvorbeugung und Erhalt der sonstigen Reifeneigenschaften
zu erzielen.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen Reifen kann
dadurch erfolgen, dass der Laufstreifenrohling durch ein Mundstück
extrudiert wird, welches Ausnehmungen an den Positionen erzeugt,
an denen später im vulkanisierten Reifen die Umfangsnuten
zum Liegen kommen. In diese Ausnehmungen werden Streifen aus der
weicheren, noch nicht vulkanisierten Kautschukmischung eingelegt.
Der Laufstreifen wird dann auf den Reifenrohling wie bekannt aufgelegt.
Die Anordnung der Mischungen im Laufstreifenrohling kann auch durch ein
Strip-Winding-Verfahren erhalten werden. Bei der Vulkanisation in
der Reifenform wird die weichere Mischung dann an den Nutgrund und
die anliegenden Nutflanken gedrückt.
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Die
Erfindung soll nun anhand der Figur und der Tabelle 1 näher
erläutert werden.
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Die
einzige Zeichnungsfigur, 1, zeigt einen Querschnitt durch
den Laufstreifen eines Fahrzeugluftreifens mit einer Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch den Laufstreifen eines Fahrzeugluftreifens,
welcher ein LKW-Reifen in Radialbauart ist und ansonsten herkömmlich
aufgebaut sein kann, insbesondere eine luftdichte Innenschicht,
eine Radialkarkasse, die um Wulstkerne und Wulstbereiche geführt
ist, einen mehrlagigen Gürtelverband und Seitenwände
aufweist. Radial innerhalb des dargestellten Laufstreifens 1 befindet
sich die radial äußerste Gürtellage.
Der Laufstreifen 1 ist durch breite Umfangsnuten 2,
welche beispielsweise als gerade oder zick-zackförmig in
Umfangsrichtung umlaufende Nuten ausgeführt sein können,
in Profilrippen oder Blockreihen 3gegliedert. Profilrippen
sind üblicherweise durch Einschnitte, gegebenenfalls durch
sacknutartig endende Rillen strukturiert, Blockreihen bestehen aus
einer Aneinanderreihung von Profilblöcken, welche in Umfangsrichtung
voneinander durch Querrillen getrennt sind.
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Die
Umfangsnuten 2 sind durch zwei einander gegenüberliegende
Seitenflanken 2a und einen diese verbindenden, bei der
dargestellten Ausführungsform etwa U-förmig gerundeten
Nutgrund 2b begrenzt, wobei die Übergänge
zwischen dem Nutgrund 2b und den Flanken 2a fließend
sind. Eine separate Gummischicht 4 bildet bzw. umschließt
zumindest den Nutgrund 2b. Bei der dargestellten Ausführungsform
reicht die Gummischicht 4 in radialer Richtung zumindest über
einen Teil der Erstreckung der Seitenflanken 2b. Die Gummischichten 4 weisen
am Nutgrund 2b eine Stärke zwischen 2 mm und 4
mm, an den Nutflanken 2a von bis zu 6 mm auf und sind entweder über
ihre Erstreckung konstant oder im Wesentlichen konstant dick oder
derart ausgeführt, dass ihre Dicke entlang der Seitenflanken 2a in
Richtung zur Laufstreifenoberseite geringer wird. Es ist auch möglich,
die Gummimischungen 4 derart auszuführen und anzuordnen,
dass sie bis an die Laufstreifenperipherie reichen.
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Der
Laufstreifen 1 besteht somit aus einem Hauptteil 1a aus
einer ersten Gummimischung und aus die Umfangsnuten 2 zumindest
im Bereich des Nutgrundes 2b auskleidenden Gummischichten 4 aus
einer zweiten, weicheren Gummimischung.
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In
der Tabelle 1 sind Beispielsmischungen für die erste Gummimischung
des Laufstreifenhauptteils 1a und für die zweite,
weichere Gummimischung für die Gummischichten 4 mit
ihren charakteristischen Eigenschaften angegeben. Die zweite, weichere
Mischung unterschiedet sich von der ersten Mischung durch den Zusatz
von 15 phr eines hochmolekularen Weichmachers mit einem Molakulargewicht
MW von mehr als 2000 g/mol, die Menge an
Beschleuniger und Schwefel wurde zur Kompensation der Reaktion des
Weichmachers mit dem Vulkanisationssystem angepasst. Füllstoffart
und -menge sowie das Polymersystem sind gleich.
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Die
Mischungsherstellung erfolgte unter üblichen Bedingungen
in zwei Stufen in einem Labortangentialmischer. Es wurden die Mooney-Viskositäten
ML (1 + 4) bei 100°C mit Hilfe eines rotorlosen Vulkameters (MDR
= Moving Disc Rheometer) gemäß DIN 53
523 ermittelt. Aus sämtlichen Mischungen wurden
Prüfkörper durch optimale Vulkanisation unter
Druck bei 160°C hergestellt und mit diesen Prüfkörpern
für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften
mit den im Folgenden angegebenen Testverfahren ermittelt.
- • Shore-A-Härte bei Raumtemperatur
und 70°C gemäß DIN 53 505
- • Rückprallelastizität bei Raumtemperatur
und 70°C gemäß DIN 53 512
- • Zugfestigkeit bei Raumtemperatur gemäß DIN
53 504
- • Reißdehnung bei Raumtemperatur gemäß DIN
53 504
- • Spannungswerte (Modul) bei 50, 100, 200 und 300%
Dehnung bei Raumtemperatur gemäß DIN 53
504
- • Bruchenergiedichte bestimmt im Zugversuch nach DIN
53 504, wobei die Bruchenergiedichte die bis zum Bruch
erforderliche Arbeit, bezogen auf das Volumen der Probe, ist
- • Weiterreißwiderstand bei 100°C
nach Graves gemäß DIN 53515
Tabelle 1 | Bestandteile | Einheit | Mischung
für Hauptteil 1a
| Mischung
für Gummischichten 4
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| Naturkautschuk | phr | 85 | 85 |
| BRa
| phr | 15 | 15 |
| flüssiges
Polybutadienb
| phr | - | 15 |
| Ruß N220 | phr | 48 | 48 |
| Kieselsäure | phr | 6 | 6 |
| Weichmacherölc
| phr | 2 | 2 |
| Alterungsschutzmittel | phr | 2,5 | 2,5 |
| Ozonschutzwachs | phr | 2 | 2 |
| Stearinsäure | phr | 2 | 2 |
| Zinkoxidc
| phr | 3 | 3 |
| Beschleuniger | phr | 1,1 | 1,15 |
| Schwefel | phr | 1,1 | 1,15 |
| Eigenschaften | | | |
| ML
(1 + 4) bei 100°C | Mooney-Einh. | 80,2 | 58,6 |
| Härte
bei RT | ShoreA | 59,1 | 48,9 |
| Härte
bei 70°C | ShoreA | 54,5 | 43,8 |
| Rückprallelast.
bei RT | % | 47,2 | 47,1 |
| Rückprallelast.
bei 70°C | % | 58,9 | 55,9 |
| Zugfestigkeit
bei RT | MPa | 23,7 | 19,0 |
| Reißdehnung
bei RT | % | 557 | 638 |
| Modul
50% | MPa | 1,11 | 0,71 |
| Modul
100% | MPa | 1,87 | 1,14 |
| Modul
200% | MPa | 5,36 | 2,82 |
| Modul
300% | MPa | 11,01 | 6,07 |
| Bruchenergiedichte
bei RT | J/cm3
| 50,2 | 42,7 |
| Weiterreißwiderstand | - | 59,2 | 66,7 |
- aHigh-cis Polybutadien
- bflüssiges Polybutadien mit
einem Molekulargewicht MW von 2500 g/mol,
Ricon® 130 von der Firma Sartomer, USA
- cherkömmliches Weichmacheröl
des Typs MES (mild extraction solvate)
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Die
Gummischichten 4 kommen herstellungsbedingt während
des Reifenbetriebs und über die Laufdauer mit dem Untergrund
in Kontakt, so dass die Mischung für die Gummischichten 4 auch
die Reifeneigenschaften beeinflusst, die mit dem Bodenkontakt zusammenhängen,
wie Rollwiderstand und Abrieb. Die weichere Mischung für
die Gummischicht 4 weist eine um mehr als 10 Härteeinheiten
geringere ShoreA-Härte auf als die Mischung für
den Laufstreifenhauptteil 1a. Durch die unveränderte
Menge an Füllstoff in beiden Mischungen wird eine zumindest
vergleichbare Haltbarkeit der Mischungen gewährleistet
und der Reifen zeigt ein gleichmäßiges Abriebsbild.
Der Rollwiderstand der Mischungen, der sich ein der Rückprallelastizität
bei 70°C widerspiegelt, liegt auch auf ähnlichem
Niveau. Es wird auf erfindungsgemäße Weise die
Bildung von Rissen am Nutgrund unterbunden oder zumindest auf einen
wesentlich späteren Zeitpunkt verschoben bzw. in der auftretenden
Intensität deutlich reduziert, ohne dass andere Reifeneigenschaften
in Mitleidenschaft gezogen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 99/37489 [0002]
- - EP 1241026 B1 [0004]
- - DE 1194721 A [0005]
- - JP 06191221 A [0006]
- - JP 58-033504 A [0007]
- - DE 102007003032 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 53 505 [0015]
- - J. Schnetger, Lexikon der Kautschuktechnik, 2. Auflage, Hüthig
Buch Verlag, Heidelberg, 1991, S. 42–48 [0023]
- - DIN 53 523 [0033]
- - DIN 53 505 [0033]
- - DIN 53 512 [0033]
- - DIN 53 504 [0033]
- - DIN 53 504 [0033]
- - DIN 53 504 [0033]
- - DIN 53 504 [0033]
- - DIN 53515 [0033]
