DE19534808A1

DE19534808A1 - Fahrzeugluftreifen, Gürtel und Wulstverstärker

Info

Publication number: DE19534808A1
Application number: DE1995134808
Authority: DE
Inventors: Heinrich Meier; Reinhard Dr Teves
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental AG
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-03-27

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, einen Gürtel für Fahrzeugluftreifen und einen Gewebestreifen zur Verstärkung des Reifenwulstes.

Es ist üblich, Fahrzeugluftreifen mit Radialkarkasse mit einem über der Karkasse angeordneten Gürtel auszubilden, der aus mehreren übereinander angeordneten Gürtellagen besteht, wobei die Gürtel lagen zur Erhöhung der elastischen Kraftaufnahmekapazität für die auftretenden Belastungen während des Betriebs aus parallelen Stahlcorden aufgebaut ist. Bei Fahrzeugluftreifen mit Radialkarkasse ist es dabei üblich, die Stahlcorde der einzelnen Lagen so anzuordnen, daß die Stahlcorde einer Lage in Umfangsrichtung gesehen unter Einschluß eines Winkels zur Äquatorebene des Reifens schräg verlaufen und auch die Stahlcorde der darüber angeordneten Lage ebenfalls unter Einschluß eines Winkels zur Äquatorebene in Umfangsrichtung, jedoch in die entgegengesetzte Achsrichtung des Reifens, schräg verlaufen, so daß die Drahtcorde der benachbarten Lagen diagonal zueinander ausgerichtet sind. Die Stahlcorde sind dabei jeweils in einfacher Weise aus mehreren einzelnen, verdrillten Drahtfilamenten aufgebaut. Sie reichen von der einen den Reifen in Achsrichtung begrenzenden Reifenseite über die Äquatorebene hinweg zur anderen den Reifen in Achsrichtung begrenzenden Reifenseite.

Durch diese bekannte diagonale Anordnung der Stahlcorde ist unter Einbeziehung der bekannten radialen Ausrichtung der Textilfäden der Radialkarkasse die bekannte Dreieckslage für die Aufnahme der im Betrieb auf den Reifen wirkenden Kräfte in Form eines Kraftaufnahmedreiecks in optimaler Weise ermöglicht.

Derartige Stahlcorde sind durch ihre Verwicklung aus mehreren Drahtfilamenten zum einen schwergewichtig, wodurch die im Betrieb rotierende träge Masse des Reifens unerwünscht erhöht wird, zum anderen bringen sie auch Probleme des Frettings durch Reibung zwischen den der im Stahlcord befindlichen Filamenten mit sich. Andererseits ermöglichen sie recht zuverlässig die Aufnahme der während des Betriebs auf den Reifen einwirkenden Kräfte. Daher ist es wünschenswert, die mehrfilamentartig aufgebauten Drahtcorde im Stahlgürtel unter Beibehaltung ihrer im herkömmlichen Gürtel vorteilhaften Diagonallage aus einzelnen von einer Reifenseite zur anderen verlaufenden Stahlcorden durch gewichtsgünstigere und hinsichtlich möglicher Fretting-Erscheinungen problemlosere und auch kostengünstigere Einzelfilamente bei Beibehaltung der Zuverlässigkeit des Reifens zu ersetzen. Derartige Drahtfilamente kamen bislang noch nicht zur Anwendung, da die Einzeldrahtfilamente zwar die genannten Vorteile aufweisen, jedoch bereits bei relativ geringen Stauch- und Zugspannungen leicht brechen können.

Darüber hinaus ist ein Gürtel mit derartigen Monofilamenten aus Stahl immer noch sehr schwer. Sowohl das Gewicht des Reifens als auch die zu rotierende Masse bringen zusätzliche Probleme mit sich. Die hohe rotierende, träge Masse verursacht bei hohen Geschwindigkeiten die Gefahr von unerwünscht hohem und über die Reifenachse unterschiedlichem radialem Wachstum des Reifens. Mit aufwendigen Maßnahmen, beispielsweise mit einer zusätzlichen Gürtelbandage, in der Regel mit Festigkeitsträgern aus Nylon mit einer Ausrichtung im wesentlichen in Umfangsrichtung, wird diesem Wachstum entgegengewirkt. Die Bandage bedeutet zusätzlichen Aufwand und zusätzliches Gewicht.

Es wurde bereits vorgeschlagen, anstelle von Stahl Polyamid als Festigkeitsträger zu verwenden. Polyamid bietet aufgrund seiner geringen Steifigkeit relativ geringen Widerstand gegenüber einwirkenden Belastungen. Darüber hinaus unterliegen derartige Festigkeitsträger aus Polyamid großen Formveränderungen über die Zeit und über die Umfangslänge des Reifens. Das hohe Schrumpfmaß von Polyamid führt zu hohen Streuungen in der Formstabilität innerhalb eines Reifens ebenso wie zwischen verschiedenen Reifen und führt zu ungleichem und ungenauem Rundlaufverhalten. Auch wenn gegenüber Gürtellagen aus Stahl Gewicht eingespart wird und die Bruchgefahr reduziert werden kann, sind derartige Festigkeitsträger in Gürtellagen eines Reifens hinsichtlich der Formstabilität nur bedingt geeignet. Die möglichen unerwünschten Abweichungen und Veränderungen in der Gürtelsteifigkeit verschlechtern die Handlingeigenschaften in undefiniertem Umfang.

Von Gürtelbandagen ist beispielsweise aus der DE 33 08 965 C2 bekannt zusätzlich zu Gürtellagen radial außerhalb der äußersten Gürtellage zur Beherrschung des Reifenwachstums bei hohen Geschwindigkeiten eine leichte Abdecklage außerhalb der äußersten Gürtellage anzuordnen, in der Festigkeitsträger mit einer Ausrichtung in Umfangsrichtung angeordnet sind, die aus Einfachgarn aus Polyamid oder Polyester bestehen. Eine derartige Abdecklage dient nur zur zusätzlichen Bandage und unterliegt nicht den hohen Anforderungen, denen die eigentlichen Gürtellagen Stand halten müssen.

Bei herkömmlichen Fahrzeugreifen ist außerdem bekannt, die Fahrzeugreifen in ihrem Wulstbereich zur Erzielung hinreichender Biegesteifigkeit für ein gutes Handling mit zusätzlichen Wulstverstärker aus schwerem Gummimaterial auszubilden. Derartige Wulstreiter sind aufwendig in der Herstellung und bringen zusätzliches Gewicht mit sich. Es ist bekannt, die Versteifung durch Auflegen zusätzlicher Gewebestreifen aus Polyamidcord herzustellen. Polyamid bringt, wie bereits dargestellt, aufgrund seiner geringen Steifigkeit und seinem hohen Schrumpfverhalten Probleme hinsichtlich der Gleichförmigkeit mit sich. Innerhalb eines Wulstes kann bei Dauerbelastungen eine über den Umfang des Reifens und über die Zeit unerwünscht hohe Streuung hinsichtlich einer gleichbleibenden Steifigkeit und Formstabilität auftreten. Zwischen den unterschiedlichen Fahrzeugreifen ist ebenfalls eine ungewünscht hohe Streuung möglich. Ein gleichmäßiger sicherer Sitz des Reifens auf der Felge, Uniformity und gute Handlingeigenschaften sind hierdurch gefährdet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugluftreifen mit Karkasse und Gürtel zu schaffen, der auch bei hohen Dauerbelastungen gleichbleibendere Sicherheit der Reifeneigenschaften, insbesondere der Handlingeigenschaften, bei geringem Gewicht ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausbildung des Fahrzeugluftreifens gemäß den Merkmalen von Anspruch 1, durch einen die Ausbildung eines Gürtels gemäß den Merkmalen von Anspruch 7, durch die Ausbildung eines Gewebestreifens zur Verstärkung des Wulstes gemäß den Merkmalen von Anspruch 10 sowie durch die Verwendung von Monofilamenten gemäß den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst.

Durch die Ausbildung eines Gürtels mit mehreren Gürtellagen, von denen wenigstens eine Gürtellage parallele Monofilamente aus Polyester als Festigkeitsträger aufweist, wird gegenüber einem reinen Stahlgürtel sowohl Gewicht gespart und gegenüber einem Stahlgürtel mit Monofilamenten aus Stahl die Bruchfestigkeit verbessert. Fretting und andere Probleme, die durch Ausbildung von Cord mit den zwischen den einzelnen Filamenten eines Cordes auftretenden Hohlräumen verursacht werden, entfallen. Die hohe Steifigkeit des Polyesters auch gegenüber Polyamid sowie das geringe Schrumpfverhalten ermöglichen eine gleichbleibende Formstabilität des Reifens während der Herstellung und während des Betriebs.

Die für gute Handlingeigenschaften eines Reifens gewünschte Steifigkeit des Gürtels wird erzielt. Die Streuung der Formstabilität innerhalb eines Reifens über dessen Umfang und Lebensdauer sowie zwischen den Reifen einer Produktionslinie wird gegenüber Polyamid deutlich reduziert. Der Rollwiderstand wird verbessert. Aufgrund des reduzierten Gürtelgewichts wird die Gefahr von ungewünschtem Gürtelwachstum reduziert. Zusätzliche Bandagen können häufiger entfallen.

Bevorzugt ist die Ausbildung eines Gürtels mit mehreren Gürtellagen mit Monofilamenten aus Polyester. Durch Ausbildung des Gürtels mit radial übereinander angeordneten Gürtellagen mit entgegengesetzter Steigungsrichtung wird der herkömmliche Diagonalverband herkömmlicher Stahlgürtelreifen komplett unter Nutzung der Vorteile der Polyestermonofilamente ersetzt. Der Gürtel wird besonders leicht und zuverlässig formstabil.

Durch Einbindung einer Stahlgürtellage zwischen zwei Gürtellagen mit in zu dem Festigkeitsträger aus Stahl entgegengesetzt gerichteten Monofilamenten aus Polyester wird das Gürtelpaket zusätzlich, wie durch sandwich-Bauweise, radial versteift. Neben der Gewichtsreduzierung gegenüber herkömmlichen Stahlgürtelreifen mit drei Lagen wird auch hier zusätzlich die Gefahr des Aneinanderreibens von Stahlfestigkeitsträgern benachbarter Gürtellagen vermieden.

Bevorzugt werden Monofilamente aus Polyethylennaphthalat oder aus Polybutylennaphthalat eingesetzt. Beide Materialien sind extrem steif. Zur Erzielung besonders steifer Gürtellagen werden aufgrund der höheren Kettenlänge Monofilamente aus Polybutylennaphthalat bevorzugt.

Bevorzugt werden Monotilamente mit rundem oder mit ovalem Querschnitt, wobei der ovale Querschnitt in der Reifenumfangsebene im wesentlichen flachliegend ausgebildet ist. Hierdurch kann der radiale Lagenabstand der übereinander angeordneten Lagen bei gleicher minimaler Schichtstärke verkleinert werden.

Durch Ausbildung eines Gewebestreifens als Wulstverstärker mit parallelen Monofilamenten aus Polyester kann der Wulstreiter aus Gummi in seinen Ausmaßen deutlich reduziert und somit Gewicht eingespart werden. Der Gewebestreifen ermöglicht durch die Monofilamente aus Polyester eine gleichbleibend hohe Steifigkeit über den Umfang des Reifens sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb. Aufgrund des geringen Schrumpfverhalten des Polyesters wird die Steifigkeit des Wulstes und somit das Handlingverhalten des Reifens sowohl über die Lebensdauer eines Reifens als auch zwischen den einzelnen Reifen einer Produktionsserie vergleichsmäßigt. Aufgrund der besonders hohen Steifigkeit werden Monofilamente aus Polyethylennaphthalat oder mit noch höherer Steifigkeit aus Polybutylennaphthalat bevorzugt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.

Hierin zeigen

Fig. 1 perspektivische Querschnittsdarstellung eines Fahrzeugluftreifens mit Wulstverstärker und Gürtellagen

Fig. 2 weitere Anordnung von Gürtellagen.

In Fig. 1 ist der Aufbau eines Fahrzeugluftreifens beispielhaft dargestellt, bei dem um einen Kern 2 mit Kernprofil 4 eine erste Karkassenlage 8 außerhalb einer luftundurchlässigen Innenschicht 6 aus Kautschuk über den rechten Schulterbereich und den Laufflächenbereich zu dem linken Schulterbereich und dem linken Kern 2 mit Kernprofil 4 reicht, um den sie in herkömmlicher Weise gelegt ist. Auf die erste Karkassenlage 8 ist in herkömmlicher Weise eine zweite Karkassenlage 9 aufgelegt, die sich ebenfalls von der in Fig. 1 rechts dargestellten Seite des Reifens bis zur links dargestellten Seite erstreckt.

Beide Karkassenlagen sind in herkömmlicher Weise aus einer Karkassenlagenkautschukmischung und mit darin eingebetteten, innerhalb einer Karkassenlage jeweils zueinander parallel ausgerichteten textilen Fäden 8 bzw. 9 bekannter Bauart hergestellt.

Im Kernbereich ist über einen Wulststreifen 23 und einen Wulstverstärker 3 ein Hornprofil 5 und von diesem ausgehend bis in den Schulterbereich reichend ein Seitenstreifen 7 aufgelegt. Über den Umfang des Reifens reichen außerhalb der Karkassenlagen liegend zwei Gürtellagen 11 und 13 mit dazwischen befindlichem Gürtelkantenschutz 12 bekannter Art.

Im Schulterbereich sind zusätzliche Schulterstreifen 10 aufgelegt. Den Abschluß des Reifenaufbaus bildet in bekannter Weise ein Laufstreifen 1.

Die Gürtellage 11 weist in Kautschuk eingebettete Monofilamente 17 aus Polyethylennaphthalat (PEN) auf, die parallel zueinander angeordnet sind und die zur Umfangsrichtung unter einem Winkel β verlaufen. Die Gürtellage 13 ist mit in Kautschuk eingebetteten Monofilamenten aus Polyethylennaphthalat (PEN) ausgebildet, die parallel zueinander angeordnet sind und zur Umfangsrichtung unter einem Winkel α verlaufen. Die Monofilamente 17 und 18 schneiden die Umfangslinie in entgegengesetzter Richtung. α und β liegen in einem Winkelbereich zwischen 10° und 30°, bevorzugt 15° bis 25°. Der Durchmesser d der Monofilamente beträgt 0,3 bis 0,6 mm mit einer Fadendichte von 80 bis 100 epdm (epdm bedeutet: Fäden pro zehn Zentimeter quer zur Fadenrichtung). Am Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist der Betrag von α gleich dem Betrag von β gewählt. Es ist auch denkbar, daß die Beträge unterschiedlich gewählt sind.

Die Monofilamente weisen einen Titer von 2000 bis 4000 dtex, im Beispiel von Fig. 1 3500 dtex auf (dtex: Gewicht pro Faden pro Länge in Gramm pro 10 km).

Die Monofilamente sind, wie in Fig. 3a am Beispiel der Monofilamente 17 der Gürtellage 11 dargestellt ist, mit kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser d ausgebildet. Zur dünneren Lagengestaltung und zur engeren Anbindung der benachbarten Gürtellagen ist es auch denkbar, wie in Fig. 3b am Beispiel der Monofilamente 17′ der Gürtellage 11 dargestellt ist, die Monofilamente 17′ oval auszubilden, wobei die kleinere Hauptachse d′ in radialer Richtung und die größere Hauptachse d′′ in Umfangsebene liegt.

Ebenso ist es denkbar, wie in Fig. 2 dargestellt ist, anstelle der Gürtellagen 17 und 18 drei Gürtellagen 11, 24 und 21 radial übereinander anzuordnen, wobei die Gürtellagen 11 und 21 jeweils zueinander parallele und zur Umfangsrichtung unter einem Winkel β ausgerichtete, in Kautschuk eingebettete Monofilamente aus Polyethylennaphthalat aufweist. Zwischen den beiden Gürtellagen 11 und 21 ist eine weitere Gürtellage 24 angeordnet, die in Kautschuk eingebettete Festigkeitsträger aus Stahlcord 19 aufweist, die parallel zueinander und unter einem Winkel α zur Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Die Monofilamente 17 und die Stahlcorde 19 schneiden die Umfangsrichtung in entgegengesetzter Richtung. Die Festigkeitsträger 19 sind aus einem Stahlcord des Typs 2 × 0,30 mit einer Dichte von 60 bis 110 epdm ausgebildet. Es ist auch denkbar, einen anderen geeigneten Stahlcord, beispielsweise einen Stahlcord des Typs 2 + 2 × 0,25 mit 50 bis 100 epdm einzusetzen. Es ist auch denkbar, falls den Anforderungen entsprechend geeignet anstelle des Stahlcordes Monofilamente aus Stahl, beispielsweise des Typs 1 × 0,30 mit 90 bis 180 epdm, einzusetzen.

Anstelle des zur Erzielung hinreichender Steifigkeit eingesetzten Polyethylennaphthalats (PEN) für die Monofilamente ist es auch denkbar, Monofilamente aus anderen Polyestern, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat auszubilden. Polyethylenterephthalat ist aufgrund seiner geringeren Steifigkeit jedoch nur für geringere Anforderungen geeignet. Für besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Steifigkeit sind Monofilamente aus Polybutylennaphthalat (PBN) denkbar.

Es ist denkbar, falls erforderlich, wie in Fig. 1 dargestellt um die äußerste Gürtellage zusätzlich eine Bandage 14 herkömmlicher Art mit in Umfangsrichtung ausgerichteten Festigkeitsträgern, beispielsweise auf Monofilamenten aus Nylon oder Polyester, auszubilden.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist seitlich auf den Wulst 2 ein Gewebestreifen 23 als Wulstverstärker gelegt, der in Kautschuk eingebettete parallele Monofilamente aus Polyethylennaphthalat aufweist. Der Durchmesser der Monofilamente beträgt 0,3 bis 0,6 mm. Die Fadendichte beträgt 80 bis 100 epdm. Sie verlaufen im wesentlichen in radialer Richtung und versteifen somit den unteren Seitenwandbereich. Das Kernprofil 4 kann somit relativ klein ausgebildet werden. Es ist denkbar, auf dieses ganz zu verzichten. Es ist auch denkbar, zur Erzielung zusätzlicher Steifigkeit einen oder mehrere weitere Gewebestreifen mit Monofilamenten aus Polyethylennaphthalat auf zulegen. Zur verbesserten Steifigkeit können die Monofilamente der einzelnen Lagen zu denen der anderen Lagen unter eingesetzten Steigungswinkel zur Radialen verlaufen.

Auch für die Monofilamente 22 der Gewebestreifen 23 ist es denkbar, diese aus anderen Polyestern, beispielsweise bei geringeren Anforderungen an die Steifigkeit aus Polyethylenterephthalat (PET) oder bei besonders hohen Anforderungen an die Steifigkeit aus Polybutylennaphthalat (PBN) herzustellen.

Bezugszeichenliste

1. Laufstreifen
2. Kern
3. Wulstverstärker
4. Kern-Profil
5. Horn-Profil
6. Innenschicht
7. Seitenstreifen
8. Karkassenlage
9. Karkassenlage
10. Schulterstreifen
11. Gürtellage
12. Gürtelkantenschutz
13. Gürtellage
14. Gürtelbandage
15. Karkassfaden
16. Karkassfaden
17. Monofilament
18. Monofilament
19. Stahlcord
20. Nylonfaden
21. Gürtellage
22. Monofilament
23. Wulststreifen
24. Gürtellagen

Claims

1. Fahrzeugluftreifen,

- mit Karkasse radialer Bauart,
- mit einem in axialer Richtung von Schulter zu Schulter des Reifens reichenden über den Umfang des Reifens ausgebildeten Gürtel radial oberhalb der Karkasse, der wenigstens zwei Gürtellagen mit in Kautschuk eingebetteten, jeweils innerhalb einer Lage parallelen Festigkeitsträgern, die jeweils unter einem Winkel von 10° bis 35° zur Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei die Festigkeitsträger der einen Lage mit einer zur Steigungsrichtung der Festigkeitsträger der anderen Lage entgegengesetzten Steigungsrichtung ausgebildet sind,
- wobei die Festigkeitsträger wenigstens einer dieser Gürtellagen Monofilamente aus Polyester sind.

2. Fahrzeugluftreifen gemäß den Merkmalen von Anspruch 1,

- wobei die Festigkeitsträger beider Gürtellagen Monofilamente aus Polyester sind.

3. Fahrzeugluftreifen gemäß den Merkmalen von Anspruch 1,

- wobei die Festigkeitsträger wenigstens zweier Gürtellagen Monofilamente aus Polyethylennaphthalat oder aus Polybutylennaphthalat bestehen.

4. Fahrzeugluftreifen gemäß den Merkmalen von Anspruch 1,

- wobei die Monofilamente aus Polyester in ihrem Querschnitt rund oder oval, in der Umfangsebene flach liegend ausgebildet sind.

5. Fahrzeugluftreifen gemäß den Merkmalen von Anspruch 1,

- wobei der Gürtel wenigstens drei radial übereinander angeordnete Lagen mit in Kautschuk eingebetteten Festigkeitsträgern ausgebildet ist, von denen die untere und die obere Lage Festigkeitsträger aus Monofilamenten aus Polyester ausgebildet ist, die mit einem Winkel von 15° bis 25° zur Umfangsrichtung mit gleicher Steigungsrichtung verlaufen und bei der die zweite dazwischen gelegene Lage Festigkeits träger aus Stahlcord mit einem Winkel von 15° bis 30° zur Umfangsrichtung mit einer zur Steigungs richtung der Festigkeitsträger der ersten und dritten Lage entgegengesetzten Steigungsrichtung ausgebildet ist.

6. Fahrzeugluftreifen gemäß den Merkmalen von Anspruch 1,

- mit zwei Kernwülsten mit wulstverstärker aus Gewebestreifen, wobei die Gewebestreifen in Kautschuk eingebettete parallel zueinander angeordnete Monofilamente aus Polyester, bevorzugt aus Polyethylennaphthalat (PEN) oder aus Polybutylennaphthalat (PBN), ausgebildet sind.

7. Gürtel für Fahrzeugreifen mit mehreren Lagen mit in Kautschuk eingebetteten parallelen Festigkeitsträgern, die in spitzem Winkel zur Umfangsrichtung verlaufen, wobei die Festigkeitsträger benachbarter Gürtellagen entgegengesetzt gerichteten Steigungsverlauf aufweisen,

- mit wenigstens einer derartiger Gürtellagen, deren Festigkeitsträger Monofilamente aus Polyester, bevorzugt aus Polyethylennaphthalat oder aus Polybutylennaphthalat, ausgebildet sind.

8. Gürtel gemäß den Merkmalen von Anspruch 7, bei dem die Festigkeitsträger beider Gürtellagen Monofilamente aus Polyester sind.

9. Gürtel gemäß den Merkmalen von Anspruch 7,

- wobei zwischen zwei Gürtellagen mit in gleicher Steigungsrichtung ausgebildeten Monofilamenten aus Polyester eine Gürtellage mit entgegengesetzt steigenden Monofilamenten oder Corden aus Stahl angeordnet ist.

10. Gewebestreifen zur Verstärkung des Reifenwulstes von Fahrzeugluftreifen,

- mit parallelen in Kautschuk ausgebildeten Monofilamenten aus Polyester, bevorzugt aus Polyethylennaphthalat oder aus Polybutylen naphthalat.

11. Verwendung von Monofilamenten aus Polyethylennaphthalat oder aus Polybutylennaphthalat zur Herstellung einer Gürtellage oder eines Gewebestreifens für den Einsatz als Wulstverstärker eines Fahrzeugluftreifens.