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Die Erfindung betrifft eine Festigkeitsträgerlage für Fahrzeugluftreifen, wobei die Festigkeitsträgerlage zumindest einen Festigkeitsträger aufweist, welcher in elastomeres Material eingebettet ist, wobei der Festigkeitsträger ein Band ist, dessen Querschnitt der Bedingung h < w entspricht, wobei h die Querschnittshöhe und w die Querschnittsbreite des Bandes definiert, wobei das Band eine Folie aufweist, wobei sich die Folie über die gesamte Erstreckungsfläche des Bandes erstreckt und wobei das Band in der Festigkeitsträgerlage derart angeordnet ist, dass die Erstreckungsrichtung von w in etwa parallel zur flächigen Erstreckung der Festigkeitsträgerlage ausgerichtet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Fahrzeugluftreifen, enthaltend zumindest eine solche Festigkeitsträgerlage der Gürtelbandage und/oder der Karkasse und/oder der Wulstverstärkung.
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Festigkeitsträgerlagen für elastomere Erzeugnisse, insbesondere für die Karkasse, die Gürtelbandage und/oder die Wulstverstärkung von Fahrzeugluftreifen, sind dem Fachmann in Material und Aufbau in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Der mindestens eine Festigkeitsträger dieser Festigkeitsträgerlage wird hierbei, z.B. durch Kalandrieren, in eine Elastomermischung eingebettet, um als Festigkeitsträgerlage im Elastomerprodukt eingesetzt werden zu können. Es ist bekannt und üblich, für die Festigkeitsträger von Festigkeitsträgerlagen von Fahrzeugreifen, insbesondere für die Festigkeitsträgerlagen der Karkasse und/oder der Gürtelbandage und/oder der Wulstverstärkung, Garne oder Korde zu verwenden, welche einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen.
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Die Reifenentwicklung geht dahin, Fahrzeugluftreifen mit geringem Rollwiderstand bereitzustellen.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Höhe der Festigkeitsträgerlagen von Fahrzeugreifen großen Einfluss auf den Rollwiderstand des Fahrzeugluftreifens hat. Die Höhe einer Festigkeitsträgerlage wird im Wesentlichen durch die Querschnittshöhe h des zumindest einen Festigkeitsträgers der Festigkeitsträgerlage sowie die Dicke der Elastomerschicht, welche den Festigkeitsträger ummantelt, bestimmt. Eine Reduzierung der Höhe einer Festigkeitsträgerlage durch Reduzierung der Höhe des Festigkeitsträgers und/oder Reduzierung der Dicke der ummantelnden Elastomerschicht bedingt eine geringere Hysterese und somit eine Verbesserung des Rollwiderstandes, insbesondere durch die mit der reduzierten Höhe einhergehende Reduzierung des eingesetzten Materials. Die Reduzierung insbesondere von elastomerem Material wirkt sich auch über die Gewichtsreduzierung positiv auf den Rollwiderstand aus. Für die ummantelnde Elastomerschicht ist eine Mindestschichtdicke erforderlich. Oftmals ist diese Mindestschichtdicke schon erreicht. Eine Verbesserung des Rollwiderstandes durch Reduzierung der Höhe der Festigkeitsträgerlagen ist somit beim Einsatz der üblichen Festigkeitsträger mit rundem Querschnitt schwierig, da auch der Durchmesser, also die Querschnittshöhe, der Festigkeitsträger durch die geforderten Materialeigenschaften, wie beispielsweise der Festigkeit, nach unten hin begrenzt ist.
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Aus der
US 2012/0090755 A1 ist ein Fahrzeugluftreifen bekannt, der mindestens eine Festigkeitsträgerlage des Gürtels, der Karkasse und der Gürtelbandage enthält und dessen Gürtel durch mindestens eine Festigkeitsträgerlage, beinhaltend Festigkeitsträger aus einem Polymermaterial, die mit der Umfangsrichtung des Reifens einen Winkel von 10 Grad bis 80 Grad einschließen und einen Querschnitt mit h < w aufweisen, verstärkt ist. Die Querschnittshöhe ist hierbei geringer als der Durchmesser der für eine solche Festigkeitsträgerlage üblichen Festigkeitsträger runden Querschnitts. Somit ist auch die Höhe der Festigkeitsträgerlage verringert. Die Offenbarung schweigt sich über die Eignung einer Verwendung besagter Festigkeitsträgerlagen für die Karkasse, die Gürtelbandage oder die Wulstverstärkung eines Fahrzeugluftreifens aus.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Festigkeitsträgerlage für Fahrzeugluftreifen bereitzustellen, durch welche der Rollwiderstand des Fahrzeugluftreifens weiter verbesserbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Folie aus Aramid besteht und indem die Festigkeitsträgerlage eine Festigkeitsträgerlage der Gürtelbandage und/oder der Karkasse und/oder der Wulstverstärkung eines Fahrzeugluftreifens ist.
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Überraschenderweise eignen sich diese flachen Bänder aus Aramid als Festigkeitsträger für Festigkeitsträgerlagen der Gürtelbandage und/oder der Karkasse und/oder der Wulstverstärkung eines Fahrzeugluftreifens. Trotz der geringen Höhe der Bänder kann somit eine Festigkeitsträgerlage zur Verfügung gestellt werden, die die Anforderungen an eine Festigkeitsträgerlage der Karkasse, beispielsweise eine hohe Bruchdehnung sowie ein stark von der Position im Reifen abhängender Arbeitspunkt bzgl. Last und Spannung, oder die Anforderungen an eine Gürtelbandage, erfüllt.
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Bedeutend ist hierbei, dass durch den Einsatz von Bändern mit sehr flachem Querschnitt eine Festigkeitsträgerlage der Karkasse und/oder der Gürtelbandage und/oder der Wulstverstärkung mit geringer Höhe bereitgestellt wird. Bedeutend ist hierbei, dass das Band in Erstreckungsrichtung der Bandbreite w in etwa parallel zur Erstreckungsrichtung der Festigkeitsträgerlage ist. Hierdurch ist die Festigkeitsträgerlage sehr dünn ausführbar und dünner als beispielsweise bei Verwendung von Festigkeitsträgern mit gleicher Querschnittsfläche aber rundem Querschnitt.
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Durch die geringe Querschnittshöhe h des zumindest einen Festigkeitsträgers ist die Höhe der Festigkeitsträgerlage der Karkasse und/oder der Gürtelbandage und/oder der Wulstverstärkung reduziert. Dies bedingt eine geringere Hysterese des Fahrzeugluftreifens. Auch durch die Einsparung an elastomerem Material sowie an Festigkeitsträgermaterial sind Hysterese sowie Gewicht reduziert. Beim Einsatz in Fahrzeugluftreifen kann somit ein weiter verringerter Rollwiderstand erwirkt werden.
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Der Querschnitt des Bandes weist eine sehr flache Form auf. Querschnittshöhe h und Querschnittsbreite w sind entlang der Erstreckungslänge des Bandes weitgehend konstant, können aber im Rahmen von Toleranzen variieren. Die flächige Erstreckung der mindestens einen Folie des Bandes erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte flächige Erstreckung des Bandes.
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Im Querschnitt der Festigkeitsträgerlage sind die Festigkeitsträger in etwa parallel zueinander ausgerichtet. Hierbei kann es sich um mindestens zwei Festigkeitsträger handeln, die parallel zueinander ausgerichtet sind, oder um einen Festigkeitsträger, der parallel zueinander ausgerichtete Abschnitte aufweist. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Festigkeitsträger der Festigkeitsträgerlage der Gürtelbandage eines Fahrzeugluftreifens handeln, der in etwa parallel zur Umfangsrichtung des Fahrzeugluftreifens mit mehr als zwei Umwicklungen um einen Bereich des Gürtels entlang der axialen Breite gewickelt ist. Die Festigkeitsträger können überlappend, insbesondere mit einem Überlapp c < w/2, beabstanded, insbesondere mit einem in der Längserstreckung des Querschnittes der Festigkeitsträgerlage definierten Abstand d, welcher die Bedingung d < w erfüllt, oder zumindest abschnittsweise berührend, also mit einem Abstand d, der zumindest abschnittsweise die Bedingung d=0 erfüllt, angeordnet sein.
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Aramide sind aromatische Polyamide, in deren Makromolekülen nach Definition der amerikanischen Federal Trade Commission mindestens 85 % der Amid-Gruppen direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind. Die Gruppe der Aramide beinhaltet meta-Aramide, para-Aramide und para-Aramid-Copolymere. Aramide sind Polymerisate, die auf zumindest den Monomeren Terephthaloyldichlorid (TDC) und monomeren Aminen basieren. Beispielsweise sind para-Aramide Polymerisate, die auf den Monomeren TDC und para-Phenylendiamin (PPD) basieren, meta-Aramide Polymerisate, die auf den Monomeren TDC sowie meta-Phenylendiamin basieren. Para-Aramid-Copolymeren sind Polymerisate, die auf den Monomeren TDC und PPD sowie einem weiteren Monomer basieren.
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Es ist bekannt, dass Aramid einen besonders hohen Elastizitätsmodul aufweist und als Festigkeitsträger einer Festigkeitsträgerlage im fertig hergestellten Reifen vorteilhafte Eigenschaften des Nicht-Schrumpfens, der hohen Bruchkraft und/oder hohen Reißfestigkeit und der geringen plastischen Verformung zeigt.
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Die mindestens eine Folie des Bandes kann, aber muss nicht, mehrachsig vorgestreckt sein. Die Eigenschaften des verwendeten Bandes, beispielsweise in Hinblick auf Festigkeit, Elastizitätsmodul oder Bruchdehnung, Ermüdung, Hafteigenschaften oder Hysterese, sind vom Fachmann in bekannter und angemessener Weise den geforderten Anfordernissen der entsprechenden Festigkeitsträgerlage, insbesondere von Karkasse, Gürtelbandage und/oder Wulstverstärkung, anzupassen.
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Vorteilhaft ist weiter, dass die erfindungsgemäße Festigkeitsträgerlage in Aufbau und Einsatz sehr ähnlich zu üblichen Festigkeitsträgerlagen von Fahrzeugluftreifen ist, wodurch die Gesamtkonstruktion des Reifens weitgehend unverändert bleiben kann, wodurch eventuell nachteilige Effekte einer Veränderung der Gesamtkonstruktion vermieden werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Verarbeitung von Bändern der beschriebenen Art zu Festigkeitsträgerlagen von elastomeren Erzeugnissen weitgehend analog zur Verarbeitung von herkömmlichen Festigkeitsträgern mit rundem Querschnitt erfolgen kann. Somit ist bei der Herstellung von Fahrzeugluftreifen nur eine minimale Anpassung der Produktionsschritte und/oder der Produktionsmaschinen erforderlich.
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Es ist zweckmäßig, wenn das Band aus genau einer Folie gebildet ist. Hierdurch kann eine Festigkeitsträgerlage der Karkasse und/oder der Gürtelbandage und/oder der Wulstverstärkung eines Fahrzeugluftreifens bereitgestellt werden, durch welche der Rollwiderstand des Fahrzeugluftreifens weiter verbesserbar ist.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Folie aus para-Aramid ist. Durch Einsatz spezieller Aramide können die Eigenschaften der Festigkeitsträgerlage optimiert werden.
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Es ist zweckmäßig, wenn das Band ein Laminat enthaltend mindestens eine Folie sowie mindestens eine flächige Schicht ist. Die Folie und die flächige Schicht erstrecken sich hierbei jeweils im Wesentlichen über die gesamte flächige Erstreckung des Bandes. Sie können insbesondere unmittelbar übereinander angeordnet sein. Das Laminat enthält somit neben einer Folie aus Aramid mindestens eine flächige Schicht. Die flächige Schicht kann eine Folie sein. Die flächige Schicht kann auch aus dem flächigen Werkstoff Papier, der im Wesentlichen aus Fasern besteht, sein, und damit verschieden zu einer Folie sein. Die Folie und/oder die Schicht kann kalandriert sein. Durch die Kombination mehrerer Materialien können positive Eigenschaften der Materialien kombiniert und die Eigenschaften des Bandes gezielt eingestellt werden.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Querschnittshöhe h des Bandes der Bedingung 10 µm < h < 1500 µm, vorzugsweise 30 µm < h < 800 µm, bevorzugt 40 µm < h < 400 µm, entspricht. Der Fahrzeugluftreifen, der solche Festigkeitsträger in Festigkeitsträgerlagen der Gürtelbandage und/oder der Karkasse und/oder der Wulstverstärkung aufweist, ist besonders in Bezug auf den Rollwiderstand bei guten übrigen Eigenschaften des Reifens verbessert.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Querschnittsbreite w des Bandes der Bedingung 100 µm < w < 30000 µm, bevorzugt 300 µm < w < 10000 µm, genügt, und dass das Verhältnis von Querschnittsbreite w zu Querschnittshöhe h die Bedingung 4000 > w/h > 1.5, insbesondere 500 > w/h > 10, insbesondere 200 > w/h > 40, erfüllt.
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Um eine zuverlässige Haftung des Festigkeitsträgers zum elastomeren Material zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, den Festigkeitsträger mit einer Haftimprägnierung, z.B. mit einem RFL-Dip im 1- oder 2-Bad-Verfahren, zu versehen.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Festigkeitsträgerlage zumindest zwei in Material und/oder Aufbau unterschiedliche Festigkeitsträger aufweist. Dabei kann es sich um Bänder handeln, die sich in der Bandbreite w und/oder der Bandhöhe h und/oder dem Material und/oder dem Bandaufbau unterscheiden. Es kann mindestens ein Band enthaltend eine Folie aus einem Aramid, beispielsweise para-Aramid, mit mindestens einem weiteren Band enthaltend eine Folie aus einem dazu verschiedenen Aramid, beispielsweise meta-Aramid oder ein para-Aramid-Copolymer, kombiniert werden. Es kann ein Band aus einer Folie mit einem Band aus einem Laminat kombiniert werden. Die Festigkeitsträgerlage kann auch neben mindestens einem Band enthaltend eine Folie aus Aramid mindestens ein weiteres Band enthaltend eine Folie aus einem zu Aramid verschiedenen Material gebildet sind. Das weitere Band kann insbesondere eine Folie aus Polyester (PE) oder aus einem zu Aramid verschiedenen Polyamid (PA), insbesondere PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 10.10, PA 11 und/oder PA12, beinhalten. Bei dem Polyester kann es sich insbesondere um die Polyester Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET)Polybutylenterephthalat (PBT), Polybutylennaphttalat (PBN), Polpropylenterephthalat (PPT), Polypropylennaphthalat (PPN) oder High-Modulus Low-Shrinkage-PET (HMLS-PET), insbesondere um thermoplastische Polyester oder vernetzte ungesättigte Polyester, handeln. Durch Einsatz spezieller Materialien können die Eigenschaften der Festigkeitsträger der Festigkeitsträgerlage optimiert werden. Die Festigkeitsträgerlage kann auch neben mindestens einem Band enthaltend eine Folie aus Aramid mindestens einen anderen dem Fachmann bekannten Festigkeitsträger enthalten. Bei der so geschaffenen Festigkeitsträgerlage können beispielsweise Folien aus Aramid mit Festigkeitsträgern wie Korden oder Folien aus PA 6.6 kombiniert werden. Die Anordnung der unterschiedlichen Festigkeitsträger in der Festigkeitsträgerlage kann alternierend erfolgen. Durch die Verwendung unterschiedlicher Festigkeitsträger können die Vorteile der einzelnen Festigkeitsträger kombiniert werden.
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Die Erfindung umfasst insbesondere einen Fahrzeugluftreifen, der zumindest eine erfindungsgemäße Festigkeitsträgerlage der Gürtelbandage und/oder der Karkasse und/oder der Wulstverstärkung enthält. Es handelt sich dabei vorzugsweise um einen PKW-Reifen oder einen Nutzfahrzeugreifen.
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In einer vorteilhaften Ausführung beim Einsatz in Fahrzeugluftreifen orientiert sich die Erstreckungsrichtung und Länge der erfindungsgemäßen Festigkeitsträgerlagen sowie die Anordnung der darin enthaltenen Festigkeitsträger an den für Fahrzeugluftreifen üblichen Festigkeitsträgerlagen sowie Festigkeitsträgern. Eine übliche Festigkeitsträgerlage kann dabei auch durch zwei oder mehr erfindungsgemäße Festigkeitsträgerlagen ersetzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Oberfläche des Bandes zur Steigerung der Haftung zwischen Band und Haftimprägnierung oder Band und elastomerem Material mechanisch, physikalisch und/oder chemisch aktiviert.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Figuren, die schematische Ausführungsbeispiele darstellen, näher beschrieben. Dabei zeigt die:
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1 einen Teilradialschnitt durch einen Fahrzeugluftreifen;
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2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Festigkeitsträgerlage 13 gemäß der Erfindung;
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3 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer anderen Festigkeitsträgerlage 13 gemäß der Erfindung;
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4 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer weiteren Festigkeitsträgerlage 13 gemäß der Erfindung.
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Die 1 zeigt die rechte Hälfte eines Querschnittes durch einen Fahrzeugluftreifen für einen Personenkraftwagen. Die wesentlichen Bauteile, aus welchen sich der dargestellte Fahrzeugluftreifen zusammensetzt, sind eine weitgehend luftundurchlässige Innenschicht 1, eine zumindest eine Festigkeitsträgerlage 13 beinhaltende Karkasse 2, die in herkömmlicher Weise vom Zenitbereich des Fahrzeugluftreifens über die Seitenwände 3 bis in die Wulktbereiche 4, enthaltend mindestens eine Festigkeitsträgerlage 13 als Wulstverstärkung, reicht und dort durch Umschlingen zugfester Wulstkerne 5 verankert ist, einen radial oberhalb der Karkasse 2 befindlichen profilierten Laufstreifen 6 und einen zwischen dem Laufstreifen 6 und der Karkasse 2 angeordneten, zwei Festigkeitsträgerlagen 13 beinhaltenden Gürtel 7, welcher in herkömmlicher Weise radial außen mit der Festigkeitsträgerlage 13 der Gürtelbandage 8 abgedeckt ist.
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Bei Fahrzeugluftreifen in wie in 1 gezeigter radialer Bauart sind die Festigkeitsträger der Festigkeitsträgerlage 13 der Karkasse 2 in etwa parallel zueinander in etwa in radialer Richtung 14 angeordnet. Die Festigkeitsträgerlage 13 der Gürtelbandage 8 beinhaltet einen Festigkeitsträger, der kontinuierlich entlang der axialen Breite gewickelt ist.
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Die 2 bis 4 zeigen jeweils einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Festigkeitsträgerlage 13, beinhaltend zwei Bänder 9 als Festigkeitsträger, welche in elastomeres Material 10 eingebettet sind. Die Querschnittsebene steht hierbei senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Bänder.
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In 2 sind die Bänder 9 aus jeweils genau einer Folie 11 aus para-Aramid gebildet. Die Querschnittshöhe h genügt der Bedingung h = 50 µm, das Verhältnis von Querschnittsbreite w zu Querschnittshöhe h genügt der Bedingung w/h = 120. Die Bänder 9 sind mit einem RFL-Dip zur Haftimprägnierung versehen.
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Die in 3 dargestellte Festigkeitsträgerlage 13 unterscheidet sich von der Festigkeitsträgerlage 13 in 2 darin, dass die Folie 11a des rechten Bandes 9a der in 3 dargestellten Bänder 9 aus PET gebildet ist und eine Querschnittsbreite w, welche der Bedingung w/h = 60 genügt, aufweist.
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Die Festigkeitsträger 9 der in 4 dargestellten Festigkeitsträgerlage 13 sind ein Laminat aus einer Folie 11 aus para-Aramid und einer flächigen Schicht 12 aus eine Polyesterfolie. Das Laminat weist eine Querschnittshöhe h von h = 100 µm sowie eine Querschnittsbreite w, welcher der Bedingung w/h = 60 genügt, auf. Die Bänder 9 sind mit einem RFL-Dip zur Haftimprägnierung versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenschicht
- 2
- Karkasse
- 3
- Seitenwand
- 4
- Wulstbereich
- 5
- Wulstkern
- 6
- Laufstreifen
- 7
- Gürtel
- 8
- Gürtelbandage
- 9
- Band
- 9a
- Band
- 10
- elastomeres Material
- 11
- Folie
- 11a
- Folie
- 12
- flächige Schicht
- 13
- Festigkeitsträgerlage
- 14
- radiale Richtung
- 15
- axiale Richtung
- h
- Querschnittshöhe des Bandes
- w
- Querschnittsbreite des Bandes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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