DE102018214913A1

DE102018214913A1 - Nutzfahrzeugreifen

Info

Publication number: DE102018214913A1
Application number: DE102018214913.5A
Authority: DE
Inventors: Jens Kleffmann; Fabian Wachmann; Ingwer Hansen; Patricia Egede
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Nutzfahrzeugreifen in Radialbauart mit einem Gürtelverband (1, 1') mit zumindest vier Gürtellagen (2, 3, 4, 5; 2', 3', 4', 5', 6'), wobei die Gürtellagen (2, 3, 4, 5; 2', 3', 4', 5', 6') in eine Gürtelgummierung eingebettete Festigkeitsträger enthalten, die in jeder Gürtellage (2, 3, 4, 5; 2', 3', 4', 5', 6') jeweils parallel zueinander verlaufen, und wobei eine der mittleren Gürtellagen eine 0°-Gürtellage (3, 4, 3', 4') ist, deren Festigkeitsträger High-Elongation-Stahlkorde (7) sind, die in Umfangsrichtung oder zur Umfangsrichtung unter einem Winkel, welcher von der Umfangsrichtung um maximal +/- 5° abweicht, verlaufenDie High-Elongation-Stahlkorde (7) in der 0°-Gürtellage (3, 4, 3', 4') sind vollständig vom Gummimaterial der Gürtelgummierung durchdrungen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nutzfahrzeugreifen in Radialbauart mit einem Gürtelverband mit zumindest vier Gürtellagen, wobei die Gürtellagen in eine Gürtelgummierung eingebettete Festigkeitsträger enthalten, die in jeder Gürtellage jeweils parallel zueinander verlaufen, und wobei eine der mittleren Gürtellagen eine 0°-Lage ist, deren Festigkeitsträger High-Elongation-Stahlkorde sind, die in Umfangsrichtung oder zur Umfangsrichtung unter einem Winkel, welcher von der Umfangsrichtung um maximal +/-5° abweicht, verlaufen.
Es ist bekannt und üblich, in vier- oder fünftägigen Gürtelverbänden von Nutzfahrzeugreifen eine sogenannte 0°-Lage vorzusehen, die eine innere Gürtellage ist, also eine Gürtellage, die innerhalb der radial innersten und der radial äußersten Gürtellage verläuft, und deren Festigkeitsträger High-Elongation-Stahlkorde (HE-Stahlkorde) sind. HE-Stahlkorde werden in verschiedenen Konstruktionen von Kordherstellern erzeugt und angeboten, beispielsweise von der belgischen Firma Bekaert etwa Stahlkorde der Konstruktionen 3x7x0,22 HE, 3x6x0,22 HE, 4x4x0,22 HE, 3x4x0,22HE, 3x7x0,20HE oder 4x2x0,34HE. Die Verwendung von HE-Stahlkorden in 0°-Lagen ist üblich, da sie einen Kraft-Dehnungs-Verlauf aufweisen, bei welchem bis zu einer Dehnung von etwa 2 % nur geringe Kräfte erforderlich sind. Dieser Bereich wird oft als Hochdehnungsbereich bezeichnet. Eine Dehnung über 2 % erfordert deutlich größere Kräfte, das heißt, dass die Kordsteifigkeit ab einer Dehnung von etwa 2 % deutlich zunimmt. Die in den 0°-Gürtellagen eingesetzten HE-Stahlkorde haben insbesondere den Vorteil, dass sie infolge ihres Kraft-Dehnungsverlaufes dafür sorgen, dass der noch nicht vulkanisierte Reifenrohling in der Reifenheizform problemlos eingeformt werden kann, insbesondere ist eine problemlose Dehnung des Reifens während der sogenannten Resterhebung, dem Einformen in die das Profil ausbildenden Elemente der Reifenheizform, möglich. Ein bekanntes Phänomen in 0°-Gürtellagen von vulkanisierten Reifen ist, dass, über die axiale Breite der 0°-Gürtellagen betrachtet, HE-Stahlkorde vorliegen, die sich noch immer im Hochdehnungsbereich befinden und Stahlkorde vorliegen, die sich bereits im Bereich mit der hohen Kordsteifigkeit befinden. Dieses Phänomen führt dazu, dass sich beim Befüllen des Reifens mit Luft ein uneinheitliches Reifenwachstum über die axiale Breite des Gürtelverbandes einstellen kann, wodurch beispielsweise ein ungleichmäßiger Abrieb des Laufstreifens auftreten kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme aufzufinden, die dafür sorgt, dass sich möglichst sämtliche HE-Stahlkorde in der 0°-Gürtellage nach der Vulkanisation des Reifens im Bereich mit der erhöhten Steifigkeit befinden, um ein einheitliches Wachstum des Reifens über die Breite des Gürtels während des Befüllens mit Luft sicherzustellen.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die High-Elongation-Stahlkorde in der 0°-Gürtellage vollständig von Gummimaterial der Gürtelgummierung durchdrungen sind.
Eine vollständige Gummidurchdringung bedeutet, dass, bis auf wenige herstellungstechnisch nicht vermeidbare, einzelne kleine Fehlstellen, sämtliche Zwischenräume zwischen den einzelnen Filamenten, aus welchen die HE-Stahlkorde aufgebaut sind, mit dem Gummimaterial der Gummierung dieser Gürtellage aufgefüllt sind. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass im vulkanisierten Zustand des Reifens eine vollständige Gummidurchdringung der in der 0°-Gürtellage befindlichen HE-Stahlkorde zur Folge hat, dass sich die HE-Stahlkorde im Kraft-Dehnungsdiagramm im Bereich mit der hohen Steifigkeit befinden. Die HE-Stahlkorde in der 0°-Gürtellage besitzen daher zumindest im Wesentlichen eine gleich große Steifigkeit, was dafür sorgt, dass beim Setzen des Reifens unter Innendruck ein einheitliches Reifenwachstum gewährleistet ist.
Bevorzugt sind die High-Elongation-Stahlkorde Stahlkorde der Konstruktion 3x7x0,22 HE, 3x6x0,22 HE, 4x4x0,22 HE, 3x4x0,22HE, 3x7x0,20HE oder 4x2x0,34HE. Diese HE-Stahlkordtypen eignen sich gut für eine Gummidurchdringung, werden üblicherweise in 0°-Lagen verwendet und sind bei Kordherstellern erhältlich.
Für ein einheitliches Reifenwachstum beim Setzen des Reifens unter Innendruck und die Fahr- und Abriebeigenschaften ist es von Vorteil, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführung die 0°-Gürtellage die zweite oder die dritte Gürtellage ist.
Bevorzugt ist ferner eine Ausführung, bei welcher die 0°-Gürtellage die breiteste Gürtellage ist und insbesondere die zweitbreiteste Gürtellage seitlich jeweils um mindestens 5,0 mm und vorzugsweise um bis 15,0 mm überragt. Eine derart breite Ausführung der 0°-Gürtellage ist, wie sich herausgestellt hat, für einen geringen Rollwiderstand des Reifens und einen gleichmäßigen Abrieb des Laufstreifens von Vorteil.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der schematischen Zeichnung, die Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen

1 und 2 Ausführungsvarianten von vierlagigen Gürtelverbänden,
3 und 4 Ausführungsvarianten von fünftägigen Gürtelverbänden,
5 ein Kraft-Dehnungs-Diagramm eines einzelnen High-Elongation-Stahlkordes und
6 Kraft-Dehnungs-Diagramme von drei, einem vulkanisierten Reifen entnommenen High-Elongation- Stahlkorden.

Die 1 bis 4 zeigen jeweils schematisch und im Querschnitt die Gürtellagen von Gürtelverbänden 1, 1' in Nutzfahrzeugreifen, beispielsweise in Reifen für Lastkraftwagen oder Busse. Die weiteren, üblicherweise vorhandenen Bauteile des Nutzfahrzeugreifens, wie ein profilierter Laufstreifen, eine Innenschicht, eine Karkasseinlage, Wulstbereiche mit Wulstkernen und Wulstverstärkerlagen, sind nicht dargestellt. Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen weist der Gürtelverband 1 vier Gürtellagen 2, 3, 4 und 5 auf, wobei beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 die dritte Gürtellage 4, beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 die zweite Gürtellage 3 eine 0°-Lage ist, welche außerdem jeweils die breiteste Gürtellage ist. Sämtliche Gürtellagen 2, 3, 4, 5 bestehen aus in eine Gummimischung, der sogenannten Gürtelgummierung, eingebetteten Festigkeitsträgern, die in jeder Lage parallel zueinander verlaufen.
Die Festigkeitsträger in der 0°-Lage 4 (3) und 3 (4) sind High-Elongation-Stahlkorde 7 (HE-Stahlkorde). Die Festigkeitsträger in den weiteren Gürtellagen 2, 3, 5 bzw. 2, 4, 5 sind insbesondere Stahlkorde, können jedoch auch Hybridkorde oder Korde auf der Basis von Polyamiden, Polyester, Glasfasern und dergleichen sein. Die HE-Stahlkorde 7 in der 0°-Lage verlaufen in Umfangsrichtung bzw. unter einem Winkel zur Umfangsrichtung, welcher von der Umfangsrichtung um maximal +/- 5° abweicht. Beim vierlagigen Gürtelverband 1 gemäß 1 verlaufen die Festigkeitsträger in der ersten Gürtellage 2 insbesondere unter einem Winkel > 30° zur Umfangsrichtung, in der zweiten Gürtellage 3 insbesondere unter einem Winkel von 15° bis 30° und in der vierten Gürtellage 5 insbesondere unter einem Winkel von -15° bis -30° zur Umfangsrichtung. Im Gürtelverband 1 gemäß 2 verlaufen die Festigkeitsträger in der ersten Gürtellage 2 insbesondere unter einem Winkel > 30° zur Umfangsrichtung, die Festigkeitsträger in der dritten Gürtellage 4 insbesondere unter einem Winkel von 15° bis 30° und die Festigkeitsträger in der vierten Gürtellage 5 insbesondere unter einem Winkel von -15° bis -30°.
Bei dem in den 3 und 4 dargestellten Gürtelverbänden 1' mit fünf Gürtellagen 2', 3', 4', 5' und 6' ist ebenfalls entweder die dritte Gürtellage 4' (3) oder die zweite Gürtellage 3' (4) die breiteste Gürtellage und eine 0°-Lage, wie bereits beschrieben, mit Festigkeitsträgern aus HE-Stahlkord. Die weiteren Gürtellagen enthalten Festigkeitsträger wie bereits beschrieben.
Die Festigkeitsträger in den Gürtellagen 2', 3' und 5' (3) bzw. 2', 4' und 5' (4) verlaufen insbesondere analog zu den Festigkeitsträgern in den entsprechenden Gürtellagen der ersten beiden Ausführungsvarianten. Die jeweils fünfte Gürtellage 6' ist die schmalste Gürtellage, ihre Festigkeitsträger verlaufen insbesondere unter einem Winkel von -15° bis - 30° zur Umfangsrichtung.
Wie bereits erwähnt, sind die Stahlkorde in den 0°-Lagen 3, 4, 3', 4' High-Elongation-Stahlkorde und sind insbesondere Stahlkorde der Konstruktion 3x7x0,22 HE, 3x6x0,22 HE, 4x4x0,22 HE, 3x4x0,22HE, 3x7x0,20HE oder 4x2x0,34HE. Die erste Zahl gibt in bekannter Weise die Anzahl der innersten Filamente, die zweite die Anzahl der um die inneren Filamente spiralförmig verlaufenden äußeren Filamente wieder. Der Durchmesser sämtlicher Filamente beträgt 0,22 mm. Diese Stahlkordtypen sind an sich bekannt und sind bei Stahlkordherstellern, beispielsweise bei der Firma Bekaert erhältlich. Durch ihren speziellen Aufbau, welcher zum Stand der Technik gehört, weisen HE-Stahlkorde einen besonderen Kraft-Dehnungsverlauf auf. 1 zeigt beispielhaft ein Kraft-Dehnungsdiagramm (ermittelt gemäß ASTM D 2969-04) eines einzelnen HE-Stahlkordes des Typs 3x7x0,22 HE wobei ersichtlich ist, dass bis zu einer Dehnung von etwa 2 % nur sehr geringe Kräfte erforderlich sind. Dieser Bereich wird daher üblicherweise als Hochdehnungsbereich bezeichnet. Ab einer Dehnung von etwa 2 % liegt ein linearer oder nahezu linearer Anstieg der Kraft mit zunehmender Dehnung vor, dieser Bereich kennzeichnet einen Bereich hoher Steifigkeit.
Gemäß der Erfindung sind die in den 0°-Lagen eingesetzte HE-Stahlkorde vom Gummimaterial der Gürtelgummierung vollständig durchdrungen. Bei der Reifenfertigung, dem Einformen des noch nicht vulkanisierten Reifenrohlings in die Reifenheizform, erfolgt wie bekannt im Hochdehnungsbereich der HE-Stahlkorde die sogenannte Resterhebung, das Ausdehnen des Rohreifens im letzten Stadium des Einformens. Die vollständige Gummidurchdringung der HE-Stahlkorde hat nun überraschenderweise zur Folge, dass sich im vulkanisierten Zustand des Reifens die HE-Stahlkorde in der 0°-Lage im Bereich mit der hohen Steifigkeit befinden, sodass, wenn der vulkanisierte Reifen unter Innendruck gesetzt wird, ein gleichmäßiges Reifenwachstum über die axiale Breite des Gürtelverbandes stattfinden kann.
Die vollständige Gummidurchdringung der in der 0°-Gürtellage eingesetzten HE-Stahlkorde erfolgt beispielsweise bereits während des Kalandrierprozesses der 0°-Gürtellage indem unter höherem Druck kalandriert wird oder durch das Verwenden einer speziellen Gummierungsmischung und höherem Druck bei der Vulkanisation des Reifens in der Heizform.
Im letzteren Fall wird beispielsweise eine Gummierungsmischung verwendet, deren Viskosität gering ist und die im Beschleunigersystem zumindest einen Beschleuniger auf Basis von Sulfenamiden, insbesondere Thiazolsulfenamiden, beispielsweise DCBS (N-Dicyclohexyl-2-Benzthiazylsulfenamid) enthält, wobei diese Beschleuniger eine vergleichsweise lange Induktionszeit bewirken. Die Kautschukmischung der Gummierung wird insbesondere derart zusammengesetzt, dass sie eine Mooney-Viskosität gemäß DIN 53523 kleiner 75 Mooney ML 1+3 (100°C) aufweist. Wie dem Reifenfachmann bekannt ist, kann eine geringe Mooney- Viskosität durch Verwendung eines geringen Füllstoffanteiles in einer Kautschukmischung oder durch Anwendung einer hohen Anzahl an Mischstufen während der Mischungsherstellung erreicht werden. Zusätzlich wird dafür gesorgt, dass bei der Vulkanisation des Reifens auf der Reifeninnenseite im Heizbalg (Reifenkavität) ein hoher Druck des Heizmediums von mindestens 25 bar für mindestens 25 Minuten herrscht.
2 zeigt ein Kraft-Dehnungs-Diagramm mit drei Messkurven, ermittelt mit HE-Stahlkorden der Konstruktion 3x7x0,22 HE, die vollständig von Gummi durchdrungen sind und nach der Vulkanisation, einem vulkanisierten Reifen entnommen worden sind. Die gemessenen Kurven befinden sich sämtlich im „Hochsteifigkeitsbereich“.
Wie bereits erwähnt ist die 0°-Lage 3, 4 bzw. 3', 4' vorzugsweise die breiteste Gürtellage im Gürtelverband, sie überragt seitlich die zweitbreiteste Gürtellage um mindestens 5 mm und insbesondere um bis zu 15 mm. Die vollständig von Gummimaterial durchdrungenen Stahlkorde 7 in dieser Gürtellage sind gemeinsam mit der breiten Ausführung dieser Gürtellage, wie sich herausgestellt hat, auch in anderer Hinsicht von Vorteil, so wird etwa der Rollwiderstand der Reifen geringer und der Laufstreifens der Reifen zeigt einen besonders gleichmäßigen Abrieb.
Bezugszeichenliste
(Bestandteil der Beschreibung)

1, 1': Gürtelverband
2, 3, 4, 5: Gürtellage
2', 3', 4': Gürtellage
5', 6': Gürtellage
7: HE-Stahlkord

Claims

Nutzfahrzeugreifen in Radialbauart mit einem Gürtelverband (1, 1') mit zumindest vier Gürtellagen (2, 3, 4, 5; 2', 3', 4', 5', 6'), wobei die Gürtellagen (2, 3, 4, 5; 2', 3', 4', 5', 6') in eine Gürtelgummierung eingebettete Festigkeitsträger enthalten, die in jeder Gürtellage (2, 3, 4, 5; 2', 3', 4', 5', 6') jeweils parallel zueinander verlaufen, und wobei eine der mittleren Gürtellagen eine 0°-Gürtellage (3, 4, 3', 4') ist, deren Festigkeitsträger High-Elongation-Stahlkorde (7) sind, die in Umfangsrichtung oder zur Umfangsrichtung unter einem Winkel, welcher von der Umfangsrichtung um maximal +/- 5° abweicht, verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die High-Elongation-Stahlkorde (7) in der 0°-Gürtellage (3, 4, 3', 4') vollständig vom Gummimaterial der Gürtelgummierung durchdrungen sind.
Nutzfahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die High-Elongation-Stahlkorde (7) Stahlkorde der Konstruktion 3x7x0,22 HE, 3x6x0,22 HE, 4x4x0,22 HE, 3x4x0,22HE, 3x7x0,20HE oder 4x2x0,34HE sind.
Nutzfahrzeugreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 0°-Gürtellage (3, 4, 3', 4') die zweite oder die dritte Gürtellage ist.
Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die 0°-Gürtellage (3, 4, 3', 4') die breiteste Gürtellage ist.
Nutzfahrzeugreifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die 0°-Gürtellage (3, 4, 3', 4') die zweitbreiteste Gürtellage seitlich jeweils um mindestens 5,0 mm überragt.
Nutzfahrzeugreifen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die 0°-Gürtellage (3, 4, 3', 4') die zweitbreiteste Gürtellage seitlich jeweils um bis zu 15,0 mm überragt.