DE102010017443A1

DE102010017443A1 - Fahrzeugluftreifen

Info

Publication number: DE102010017443A1
Application number: DE201010017443
Authority: DE
Inventors: Dr. Schunack Michael; Lars Sonnenberg; Dr. Wahl Günter; Carole Justine
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2011-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen (1) in Radialbauart mit einer Karkasse (4) und mit an die Karkasse (4) angrenzenden Bauteilen (9, 10), wobei auf wenigstens einer der beiden Oberflächen der Karkasse (4) fädenförmige Elemente (11, 12) angeordnet sind, die während des Reifenaufbaus einer Luftabführung von eingeschlossener Luft zwischen der Karkasse (4) und den angrenzenden Bauteilen (11, 12) dienen. Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit des Fahrzeugluftreifens (1) sind einige der fadenförmigen, luftabführenden Elemente (11) elektrisch leitfähig gestaltet oder durch elektrisch leitfähige, fadenförmige Elemente (12) ersetzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen in Radialbauart mit einer Karkasse und mit an die Karkasse angrenzenden Bauteilen, wobei auf zumindest einer der beiden Oberflächen der Karkasse fädenförmige Elemente angeordnet sind, die während des Reifenaufbaus einer Luftabführung von eingeschlossener Luft zwischen der Karkasse und den angrenzenden Bauteilen dienen.
Radialreifen mit fadenförmigen Elementen zur Luftabführung sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Ein derartiger Fahrzeugluftreifen ist beispielsweise aus der DE 3014 268 A1 bekannt. Radialreifen zeichnen sich durch einen radialen Verlauf der Karkassfestigkeitsträger aus. Die Karkasse wird in einem Textilkalander hergestellt, indem die Einlage mit einer Mischungsschicht aus Kautschuk umzogen wird.
Um beim Reifenbau zu verhindern, dass Luft zwischen aneinandergefügten Bauteilen eingeschlossen und somit die Qualität des Reifens gemindert wird, wird das Bauteil Karkasse nach seiner Herstellung in dem Textilkalander auf der Oberfläche der Mischungsschicht mit fadenförmigen, parallel zueinander angeordneten Elementen zur Luftabführung belegt. Diese Belegung kann einseitig, also nur auf einer der beiden Oberflächen der Karkasse, oder beidseitig auf beiden Oberflächen der Karkasse erfolgen. Die Belegung mit den fadenförmigen luftabführenden Elementen erfolgt üblicherweise in einem Abstand von 25 bis 40 mm. Die luftabführenden Elemente sind beispielsweise Baumwollfäden mit einem Durchmesser von 0,1–1 mm. Im Reifen verlaufen die fadenförmigen Elemente zur Luftabführung in radialer Richtung und überspannen die volle Karkasslagenbreite.
Um die im Betrieb des Reifens auftretende elektrostatische Aufladung ableiten zu können, sind der mit der Fahrbahnoberfläche in Kontakt tretende Kopfbereich, der mit der Reifenfelge in Kontakt tretende Wulstbereich und wenigstens ein Bauteil, wie Innenschicht, Karkasse oder Seitenwand, welche den Laufstreifen und den Wulstbereich miteinander verbindet, elektrisch leitfähig gestaltet. Dieses kann beispielsweise durch die Verwendung elektrisch leitfähiger Kautschukmischungen erfolgen. Elektrisch leitfähig bedeutet, dass der Reifen einen elektrischen Widerstand von höchstens 1 × 10⁸ Ω aufweist.
Der Begriff „Kopfbereich” meint die Bauteile Laufstreifen, Gürtel, Gürtelbandage und Zwischenschichten zwischen den vorgenannten Bauteilen.
Nun geht die Entwicklung dahin, den Rollwiderstand des Reifens zu reduzieren. Ein Ansatz, den Rollwiderstand zu reduzieren ist der Einsatz rollwiderstandsarmer Mischungen. Diese werden bevorzugt als sogenannte „Body-Mischungen” im Seitenwandbereich, für die Innenschicht und die Karkasse eingesetzt. Die Hysterese dieser rollwiderstandsarmen Mischungen lässt sich vor allem durch den Einsatz niedriger aktiver Füllstoffe, geringerer Mengen an Füllstoff oder durch den Austausch von Ruß durch Silika verringern. Der Einsatz dieser rollwiderstandsarmen Mischungen führt jedoch zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstandes dieser Mischungen, so dass die elektrische Leitfähigkeit sinkt. Der geforderte elektrische Widerstand des Gesamtreifens von höchstens 1 × 10⁸ Ω zur Ableitung der elektrostatischen Aufladung kann nicht sichergestellt werden.
Oftmals werden zur Abhilfe sogenannte leitfähige Russe in geringsten Konzentrationen verwendet. Diese haben allerdings eine sehr hohe verstärkende/versteifende Wirkung und wirken sich auch negativ auf das Hystereseverhalten und somit den Rollwiderstand aus. Um eine geforderte geringe Steifigkeit einer Mischung, z. B. im Seitenwandbereich, nicht zu überschreiten, muss als Kompensation für die leitfähigen Russe der Füllgrad mit sonstigen verstärkenden Füllstoffen weit reduziert werden. Dies kann in weichen Bauteilen wie der Seitenwand dazu führen, dass der Gesamtfüllgrad sehr niedrig wird. Als Folge ist eine Dispersion der hochoberflächigen Leitfähigkeitsruße nicht mehr zufriedenstellend möglich mit den Nachteilen wir beispielsweise Festigkeit oder auf Abriebsfestigkeit ist. Zudem ist eine solche Maßnahme basierend auf leitfähigen Russen teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen, qualitativ hochwertigen Fahrzeugluftreifen bereitzustellen, der mit einfachen Maßnahmen eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem Oberbegriff und den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 dadurch, dass zumindest einige der fadenförmigen, luftabführenden Elemente elektrisch leitfähig gestaltet sind oder durch elektrisch leitfähige Elemente ersetzt sind.
Erfindungswesentlich ist, dass durch die einfache Maßnahme der elektrisch leitfähigen Gestaltung einiger fadenförmiger, luftabführenden Elemente (Luftabführungsfäden) oder durch den Ersatz einiger Luftabführungsfäden durch fadenförmige, elektrisch leitfähige Elemente die elektrische Leitfähigkeit des Fahrzeugluftreifens verbesserbar ist. Es ist sichergestellt, dass die Ableitung der elektrostatischen Aufladung von der Felge über den Wulst über die elektrisch leitenden Elemente bis zum elektrisch leitenden Laufstreifen verbessert erfolgen kann. Der Fahrzeugluftreifen ist dennoch von hoher Fertigungsqualität, da die während des Reifenbaus zwischen den Bauteilen eingeschlossene Luft weiterhin durch die verbleibenden Luftabführungsfäden zuverlässig abführbar ist. Es ist mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen die elektrische Leitfähigkeit des Fahrzeugluftreifens verbessert. Es muss keine aufwendige konstruktive Maßnahme am Reifen erfolgen.
Dabei kann das fadenförmige Element zur Luftabführung vollständig durch ein elektrisch leitendes Element ersetzt sein oder das fadenförmige Element zur Luftabführung kann zusätzlich zu seiner luftabführenden Eigenschaft elektrisch leitfähig gestaltet sein.
Es verbleiben jedoch derart viele luftabführende fadenförmige Elemente, so dass sowohl die Luft zuverlässig abführbar, als dass auch die elektrische Leitfähigkeit des Reifens verbesserbar ist.
Das fadenförmige, elektrisch leitfähige Element kann auf der äußeren Oberfläche oder auf der inneren Oberfläche oder sowohl auf der äußeren Oberfläche als auch auf der inneren Oberfläche der Karkasse angeordnet sein.
„Äußere Oberfläche” meint die Oberfläche der Karkasse, die zur Seitenwand weist, während „innere Oberfläche” diejenige Fläche meint, die zur Innenschicht weist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zur Sicherstellung oder Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit vorgesehen, dass zwischen 1 und 20, vorzugsweise zwischen 3 und 10 elektrisch leitfähige fadenförmige Elemente auf der/den Oberfläche/n der Karkasse angeordnet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige fadenförmige Element im unvulkanisierten Reifen eine Dehnbarkeit von 1% bis 500%, vorzugsweise von 2% bis 100%, besonders bevorzugt von 5% bis 50% und ganz besonders bevorzugt von 2,5% bis 35% aufweist. Das elektrisch leitfähige fadenförmige Element erlaubt derart eine ausreichende Dehnung während der Reifenherstellung und neigt nicht zum Bruch.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Durchmesser des elektrisch leitfähigen fadenförmigen Elements zwischen 0,01 und 1,00 mm beträgt und sich somit vorteilhaft nicht von der Dimension der üblich eingesetzten Luftabführungsfäden unterscheidet.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige fadenförmige Element ein einfach getwistetes Garn oder Kord aus elektrisch leitfähigem Material ist, wodurch eine ausreichende Dehnung des Kordes erhaltbar ist. Das einfach getwistete Garn oder Kord kann beispielsweise auf Metall oder Carbonfaser bestehen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kord ein Hybridkord aus leitfähigen und nichtleitfähigen Materialien ist. Dabei kann jeweils ein Garn/Filament des Kordes leitfähig sein, während das andere Garn/Filament nicht leitfähig gestaltet ist. Es kann aber auch ein Garn innerhalb eines Kordes leitfähige und nicht-leitfähige Filamente aufweisen und ein Hybridgarn bilden. Die nicht-leitfähigen Garne/Filamente können luftabführend gestaltet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hybridkord aus kupferummanteltem PET besteht und einen Durchmesser von 0,3 mm aufweist. Es ist eine gute Anbindung an das Gummi ermöglicht.
Die nicht leitfähigen Materialien der fadenförmigen Elemente können beispielsweise PES, Polyamid oder Baumwolle sein.
Die leitfähigen Materialien der fadenförmigen Elemente können beispielsweise Kupfer, Eisen, Carbon, Messing oder vermessingte Varianten davon sein, um eine gute Anbindung an die Gummimatrix zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fahrzeugluftreifen einen Laufstreifen und Wulstbereiche aus elektrisch leitfähigen Kautschukmischungen auf, während die Kautschukmischung(en) der Karkasse und/oder des Seitenwandbereiches und/oder der Innenschicht unzureichend elektrisch leitend ist/sind. Trotz der Verwendung von rollwiderstandsoptimierten, schlecht elektrisch leitfähigen Kautschukmischungen im Seitenwandbereich und/oder in der Karkasse und/oder in der Innenschicht ist eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit durch die elektrisch leitfähige Gestaltung zumindest einiger Luftabführungsfäden erreicht. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Ableitung der elektrostatischen Aufladung von der Felge über den Wulst über die elektrisch leitenden Elemente bis zum elektrisch leitenden Laufstreifen ausreichend erfolgt. Der Fahrzeugluftreifen ist dennoch von hoher Fertigungsqualität, da die während des Reifenbaus zwischen den Bauteilen eingeschlossene Luft weiterhin zuverlässig über die luftabführenden fadenförmigen Elemente abführbar ist. Aufwendige konstruktive Maßnahmen am Fahrzeugluftreifen sind durch den einfachen Ersatz von Luftabführungsfäden durch elektrisch leitfähige fadenförmige Elemente vermieden.
Mit „unzureichend elektrisch leitfähigen Kautschukmischungen” sind Mischungen gemeint, mit denen der Reifen einen elektrischen Widerstand von > 1 × 10⁸ Ω aufweist.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Ausführungsbeispielen anhand einer Figur und anhand einer Grafik näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen radialen Teilschnitt durch einen PKW-Fahrzeugluftreifen. Der aus Kautschukmischungen bestehende Fahrzeugluftreifen 1 hat eine sich von Wulstbereich 2 zu Wulstbereich 3 erstreckende Radialkarkasse 4, welche aus einer in Kautschuk eingebetteten Einlage aus Festigkeitsträgern besteht und um zugfeste Wulstkerne 5 von axial innen nach axial außen in einem Karkasshochschlag 8 endend herumgeführt ist. Der Fahrzugluftreifen 1 weist weiterhin einen Laufstreifen 6 und an die Karkasse 4 angrenzende Bauteile wie die Innenschicht 9 und die Seitenwand 10 auf. Zwischen der Karkasse 4 und dem Laufstreifen ist der Gürtel 7 angeordnet. Die Innenschicht 9 grenzt an die innere Oberfläche der Karkasse 4, während die Seitenwand 10 an die äußere Oberfläche der Karkasse 4 angrenzt. Auf wenigstens einer der beiden Oberflächen der Karkasse 4 sind fädenförmige Elemente in Form von Luftabführungsfäden 11 aus Baumwolle angeordnet. Die Luftabführungsfäden 11 dienen dazu, die während des Reifenaufbaus eingeschlossene Luft zwischen der Karkasse 4 und den angrenzenden Bauteilen Innenschicht und/oder Seitenwand 9, 10 abzuführen. Hier sind die Luftabführungsfäden 11 auf der äußeren Oberfläche der Karkasse 4 angeordnet.
Die Luftabführungsfäden 11 sind in einem Abstand von 25 bis 40 mm – in Umfangsrichtung gemessen – auf der Oberfläche der Karkasse 4 in radialer Orientierung angeordnet und weisen einen Durchmesser von < 0,3 mm, vorzugsweise von 0,15 mm auf. Die Luftabführungsfäden 11 überspannen die volle Karkasslagenbreite.
Zwischen 1 und zehn Stück der Luftabführungsfäden 11 sind elektrisch leitfähig gestaltet oder durch elektrisch leitfähige, fadenförmige Elemente 12 ersetzt, während die übrigen Luftabführungsfäden 11 wie bekannt gestaltet sind. Dabei sind – über den Umfang des Reifens verteilt- etwa drei Luftabführungsfaden 11 durch drei elektrisch leitfähige, fadenförmige Elemente 12 ausgetauscht. Das elektrisch leitfähige, fadenförmige Element ist vorteilhafterweise ein Hybridkord 12 aus kupferummanteltem PET mit einem Durchmesser von 0,3 mm. Die Kupferummantelung stellt die elektrische Leitfähigkeit sicher und ermöglicht gleichzeitig eine gute Anbindung an das Gummi. Der elektrisch leitfähige Hybridkord 12 sowie die Luftabführungsfäden 11 sind über die gesamte axiale Breite der Karkasse 4 angeordnet.
Grafik
Die Grafik zeigt elektrische Widerstände in Ohm eines Referenz-PKW-Fahrzeugluftreifens (reference) und von sechs erfindungsgemäßen PKW-Fahrzeugluftreifen (Reifen 1–6), welche leitfähige, fadenförmige Elemente aufweisen und deren Position relativ zur Karkasse. Der Referenzreifen und die erfindungsgemäßen Reifen weisen den gleichen Aufbau auf. Der Wulstbereich und der Kopfbereich weisen elektrisch leitfähige Kautschukmischungen auf, während die Seitenwand- und/oder die Karkass- und/oder die Innenschichtmischung nicht elektrisch leitfähig sind. Es sind Luftabführungsfäden auf der äußeren und/oder inneren Oberfläche der Karkassgummierung angeordnet. Die Reifen weisen die Dimension 205/55 R16 auf. Die erfindungsgemäßen Reifen unterscheiden sich von dem Referenzreifen darin, dass einige der fadenförmigen, luftabführenden Elemente (Luftabführungsfäden) durch elektrisch leitfähige, fadenförmige Elemente (Fäden) ersetzt sind. Die elektrisch leitfähigen, fadenförmigen Elemente weisen einen Durchmesser von 0,3 mm auf und bestehen aus kupferummanteltem PET. Die elektrischen Widerstände der Reifen sinken, ausgehend vom Referenzreifen ohne leitfähige Luftabführungsfäden (> 1 E10 Ohm), je nach Anzahl und Ausführung der verwendeten leitfähigen Fäden auf Werte von etwa 1 × 10⁵ bis 1 × 10⁷ Ohm ab.
Der Reifen 1 weist drei elektrisch leitfähige Fäden auf der äußeren Oberfläche der Karkasse auf. Der Reifen 2 weist drei elektrisch leitfähige Fäden auf der inneren Oberfläche der Karkasse auf. Der Reifen 3 weist zwei elektrisch leitfähige Fäden auf der äußeren Oberfläche und zwei elektrisch leitfähige Fäden auf der inneren Oberfläche der Karkasse auf. Der Reifen 4 weist acht elektrisch leitfähige Fäden auf der äußeren Oberfläche der Karkasse auf. Der Reifen 5 weist vier elektrisch leitfähige Fäden auf der äußeren Oberfläche und vier elektrisch leitfähige Fäden auf der inneren Oberfläche der Karkasse auf. Der Reifen 6 weist sechzehn elektrisch leitfähige Fäden auf der äußeren Oberfläche der Karkasse auf.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugluftreifen
2: Wulstbereich
3: Wulstbereich
4: Karkasse
5: Wulstkern
6: Laufstreifen
7: Gürtel
8: Karkasshochschlag
9: Innenschicht
10: Seitenwand
11: Luftabführungsfaden
12: elektrisch leitfähiger Hybridkord

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3014268 A1 [0002]

Claims

Fahrzeugluftreifen (1) in Radialbauart mit einer Karkasse (4) und mit an die Karkasse (4) angrenzenden Bauteilen (9, 10), wobei auf wenigstens einer der beiden Oberflächen der Karkasse (4) fädenförmige Elemente (11, 12) angeordnet sind, die während des Reifenaufbaus einer Luftabführung von eingeschlossener Luft zwischen der Karkasse (4) und den angrenzenden Bauteilen (11, 12) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass einige der fadenförmigen, luftabführenden Elemente (11) elektrisch leitfähig gestaltet sind oder durch elektrisch leitfähige, fadenförmige Elemente (12) ersetzt sind.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem und 20, vorzugsweise zwischen drei und 10 elektrisch leitfähige, fadenförmige Elemente (12) auf der/den Oberfläche/n der Karkasse (4) angeordnet sind.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige, fadenförmige Element (11, 12) im unvulkanisierten Reifen eine Dehnbarkeit von 1% bis 500%, vorzugsweise von 2% bis 100%, besonders bevorzugt von 5% bis 50% und ganz besonders bevorzugt von 2,5% bis 35% aufweist.
Fahrzeugluftreifen nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des elektrisch leitfähigen, fadenförmigen Elements (11, 12) zwischen 0,01 und 1,00 mm beträgt.
Fahrzeugluftreifen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige, fadenförmige Elemente (12) ein einfach getwistetes Garn aus elektrisch leitfähigen Garnen/Filamenten ist.
Fahrzeugluftreifen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige, fadenförmige Element (11, 12) ein aus wenigstens zwei Filamenten/Garnen bestehendes/r Garn/Hybridkord (12) aus leitfähigen und nichtleitfähigen Materialien ist.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridkord (12) aus kupferummanteltem PET besteht und einen Durchmesser von 0,3 mm aufweist.
Fahrzeugluftreifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischungen des Laufstreifens (6) und der Wulstbereiche (2, 3) des Fahrzeugluftreifens (1) elektrisch leitfähige Kautschukmischungen aufweisen, während die Kautschukmischung(en) der Karkasse (4) und/oder des Seitenwandbereichs (10) und/oder der Innenschicht (9) unzureichend elektrisch leitfähig ist/sind.