DE2946579C2 - Sicherheits-Luftreifen - Google Patents

Description

Ein Sicherheits-Luftreifen soll nach einer Einstichverletzung noch sicher weitergefahren werden können, bis ein Ort erreicht ist. wo der verletzte Luftreifen zuverlässig und sicher ausgewechselt oder repariert werden kann Diese als Nollaufeigcnschaft bezeichnete l-jgcnschaft wird mit Kiementen im Aufbau des Luftreifens er/iell. welche die Abstützungen der auf den Luftreifen wirkenden Radlast anstelle des ihm fehlenden Luft-Fülldruckes zu übernehmen vermögen. Unter Radlast ist die Gesamtlast zu verstehen, mit der das Fahrzeug anteilig auf ein Rad einwirkt. Von solchen Aufbauelementen zum Abstützen der Radlast bei Einstichverletiung des Luftstreifens sind verschiedene Arten bekannt; beispielsweise sind aus der US-PS 39 54 131 Seitenwand-Verstärkungselemente aus Kautschuk bekannt, die dem Luftreifen Notlaufeigenschaf-

lu ten verleihen, ohne dessen normale Eigenschaften im unverletzten Zustand zu verschlechtern, iasbesondere ohne eine Begrenzung der normalen Laufgeschwindigkeit zu erfordern. Diese bekannte Abstützung der Radlast bei Einstich-

is Verletzung des Luftreifens sind Verstärkungselemente aus Kautschuk von halbmond- oder sichelförmigem Querschnitt, die aus einem Elastomeren von vergleichsweise hoher Elastizität hergestellt und im wtuentlichen an der Innenfläche der Luftreifenseitenwände so angeordnet sind, daß sie sich vom Wulst bis zum Ansatz der Schulter erstrecken, wobei die größte Dicke jedes Verstärkungselementes aus Kautschuk < 15%, vorzugsweise zwischen 3 und 9%, der größten Querschnittbreite des aufgeblasenen Luftreifens beträgt Diese Verstär- kungselemente verleihen den Luftreifenseitenwänden eine zusätzliche Steifigkeit, durch die sie nach einer

Einstichverletzung des Luftreifens dessen Radlast

anstelle des Fülldruckes aufzunehmen vermögen.

Bei diesem bekannten Sicherheits-Luftreifen ist

jedoch nachteilig, daß es schwierig ist, eine obere Grenze der im Notlauf zurücklegbaren Laufstrecke festzulegen, bei der nach Reparatur der Einstichverletzung die dem Luftreifen eigenen besonderen Leistungsmerkmale sichergestellt sind, da meist der Zeitpunkt der Einstichverletzung und die bis zu deren Wahrnehmung schon zurückgelegte Laufstrecke im allgemeinen unbekannt sind. Es besteht daher die Möglichkeit, daß durch zu langen Notlauf es zum Reifenbruch kommt oder aus Furcht davor ein gefährlicher Reifenwechsel an einer Straße vorgenommen wird.

Es zeigte sich, daß Wärme die Hauptursache für den durch das Fahren im Notlauf möglichen Reifenbruch durch Zerstörung des Gummis durch die Temperatursteigerung infolge der Eindrückung der Seitenwände ist und daher ein Weg zur Herabsetzung der Wärme gefunden werden müßte.

Dies berücksichtigt wurde die Notlaufeigenschaft unter verschiedenen Gesichtspunkten untersucht, insbesondere hinsichtlich der mit der Notlaufeigenschaft in Verbindung stehenden physikalischen Eigenschaft von Kautschuk, nämlich der Härte, die für die Aufnahme der Radfost bei vergleichsweise dünnen Verstärkungselementen mit verbesserter Wärmeableitung ausreichend ist, gegenüber vergleichsweise dicken Verstärkungsele menten gemäß dem Stand der Technik. Von Interesse ist hier auch der Zugspannungs- bzw. der Spannungswert von Gummi nach einer Alterungsprüfung, da der Spannungswert für die Verhinderung von Schäden oder zur Sicherung einer großen Wärmebeständigkeit des

μ Gummis eine wichtige Rolle spielt. Schließlich ist die Röckprallelasiizität wichtig, da sie zur Unterdrückung von Wärmeeentwicklung im Gummi beiträgt. Erfindungsgemäß gelingt es, die Erhaltung der Notlaufeigenschaft nachdrücklich zu verbessern.

h". Aus der DF.-OS 23 31 530 sind .Sicherheits-Luftreifen mit Seitenwand-Verstärkungen, die eine maximale Dicke von 3 bis 15% der maximalen Reifenbreite besitzen und aus einem Gummiwerkstoff bestehen, der

■4

eine jlS-Härte nicht unter 45 besitzt, bekannt.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe der Verbesserung der Notlaufeigenschaften von Sicherheits-Luftreifen wird ausgegangen von einem Reifen, bei dem sich zwischen einem Paar kreisringförmiger Wulste eine Karkasse erstreckt, an deren Außenumfangsfläche ein kreisrjngförnüger Laufflächenstreifen ausgebildet ist; zwischen je einem der Wulste und einem zugehörigen Rand von entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Rändern des Laufflä- ι ο chenstreifens erstreckt sich eine Seitenwand und an den Seitenwänden ist ein Paar von Verstärkungselementen zur Erhöhung der Steifigkeit angeordnet, damit eine auf dem Reifen wirkende Last unabhängig abgestützt werden kann. Der Laufflächenstreifen ist mit einer Gürtelschicht, eingebettet in Gummi, verstärkt und diese Gürtelschicht umschließt die Karkasse, wobei die Verstärkungselemente- aus einem Elastomermaterial enthaltend Natur- und Butadien-Kautschuk mit einer Härte nach JIS von nicht weniger als 45 bestehen. Die erfindungsgemäßen Sicherheits-Luftreifen sind nun dadurch gekennzeichnet, daß das Eiastomermateriai der aus 50 Gew.-Teilen Naturkautschuk und 50 Gew.-Teilen Butadien-Kautschuk besteht und eine Härte nach JIS von nicht weniger als 70 (nach Britisch-Standard nicht mehr als 42), eine Zugfestigkeit (Mod») von nicht weniger als 100 N/cm² nach einer 2-stündigen Alterungsprflfung in einer inerten Atmosphäre bei 140± PC und eine mit dem Dunlop-»Tripsometer« gemessene Rückprallelastizität von nicht weniger als 65% aufweist Die bevorzugten Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Sicherheit; Luftreifen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 aufgeführt

Es ist ebenfalls festgestellt worden, daß bei einem Sicherheits-Luftreifen mit obigen Verst3~kungselementen in den Seitenwänden die wiederholten Verformungen des Laufflächenstreifens während eines Notfaufes allmählich zu dessen Versagen, insbesondere an den Verbindungsstellen zwischen den Laufflächenstreifen und den Rändern einer Gürtelschicht führen. Die <o Hauptursachen dafür sind Schäden bzw. Zerstörungen durch Wärmeentwicklung infolge von Scherkräften und -spannungen und dem Wärmestau an den Rändern der Gürtelschicht. Ferner hat sich herausgestellt, daß sich das Versagen des Lauffflächengummis sehr wirkungs· voll verhindern läßt, wenn die Ränder der Gürtelschicht umgeschlagen sind oder an den Rändern der Giirtelschicht spezielle Kappen verwendet werden.

Bei der Ausbildung der Gürtelschicht mit Umschlag ist die Gürtelschicht zusammengesetzt aus einem oder so mehreren Gürteln an der Karkassenseite und mit einer bestimmten Breite sowie aus einem oder mehreren

Tabelle 2

Gürteln verschiedener Breite an der Laufflächenseite, Alle Gürtelschichten sind so übereinandergelegt, daß sieh ihre Mittellinien decken. Die Randabschnitte des oder der breiteren Gürtel, die über den oder die schmaleren Gürtel hinausragen, sind auf sie um ihre Ränder umgeschlagen. Vorzugsweise bestehen alle Gürtel aus Stahlcorden oder der oder die Gürtel an der Karkasse- oder der Laufflächenseite sind aus Polyamid-Corden. Bei der mit Kappen abgedeckten Gürtelsch'cht sind Gürtel aus Stahlcord so übereinandergelegt, daß ein oder mehrere breite Gürtel an der Innseite und ein oder mehrere schmale Gürtel an der Außenseite angeordnet sind; an jedem Gürtel sind Bänder aus Corden aus organischen Fasern, wie Nyloncorde, so angeordnet, daß sie wenigstens entgegengesetzte Ränder jedes Gürtels abdecken.

Erfindungsgemäß wird eine beträchtliche Verbesserung der Haltbarkeit eines Sicherheits-Luftreifen.« im Notlauf durch verbesserte Verstärkungselemente für die Luftreifen-Seitenwände unter Berücksichtigung der weiter oben genannten Punkte erzielt Diese Verstärkungselemente sind aus einer Mischung von Naturkautschuk NR und Butadien-Kautschuk BR sowie üblichen Zusätzen wie Ruß, Stearinsäure, Zinkweiß, Öl, Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger hergestellt

Es wurden verschiedene Gummimischungen für die Seitenwand-Verstärkungsslemente hergestellt und erprobt und zwar an Gummiproben 1 bis 5, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 enthalten ist Die Notlauf-Strecke aus Lauftrommelversuchen und die Reifen-Eigenschaften sind in Tabelle 2 enthalten.

Tabelle 1

	Probe	2	3	4	5
	1	50	25	25	25
NR*)	50	50	75	75	75
BR	50	60	60	60	60
Ruß**)	75	3	3	I	1
Stearinsäure	3	3	3	5	5
Zinkweiß	3	8	8	8	8
Öl	8	6	6	6	6
Schwefel	4	1,6	3,3	2,0	3,3
Vulkanisations	1,6
beschleuniger

*) Anstelle NR kann auch Isoprenkautschuk angewandt

werden. ·*) Probe 1 GPF, sonst FEF.

Gummiprobe Nr. 1

Härte (BS) nach JlS	71 (40)	73 (34)	79 (24)	74 (32)	77 1
Spatimingswert Mod3S (NVcm2)
vor Alterung	173	170	214	170	205
nach Alterung	105	120	152	165	163
verbleibender Spannungswert (%)	610	706	710	970	795

Rückprallelastizität mit dem Dunlop- »TriDsometer« (%)

75

73

81

Fortsetzung

Gummiprobe Nr,
I 2

Nii>tteu>laufstrecke (km)	90
195/60-15	Ul
185/70-14

166 263 310 322

380

Die TabiJle 2 zeigt deutlich die vorteilhaften io Bruchstellen festgestellt wurden, daß jedoch beim Notlaufeigenschaften der erfindungsgemäßen Reifen 1 Auftrennen der geprüften Reifen ein Versagen an den

und 2. Verbindungsstellen zwischen den Gummisphichten des

Unter »Alterung« sind die Bedingungen für die Laufflächenstreifens und den Rändern der Gürtelschich- Alterungsprüfung nach JIS K6301-4 zu verstehen mit ten festgestellt wurde,

der Abweichung, daß im Hinblick auf die speziellen 15 Um ein Versagen an den Laufflächenstreifen

Eigenschaften der Seitenwand-Verstärkungselemente auszuschalten, wurden weitere Versuche mit Luftreifen

eine inerte, insbesondere eine Stickstoff-Atmosphäre der Größe 195/60-15 durchgeführt, bei denen für die

benutzt und die Prüftemperatur auf 140+1°C gehalten Laufflächenstreifen die in der Tabelle 3 mit A bis D

wird. bezeichneten, wenig Wärme erzeugenden Gummimi-

Die unterstrichenen Versuchsergebnisse in der 20 schungen und für die Seitenwand-Verstärkungselemen- Tabelle 4 zeigen an, daß an den Luftstreifenseitenwän- te die Gummiproben 1 und 4 vimäß der Tabelle 1

den einschließlich der Seitenwand-Versiärkungsele- verwendet wurden, mente bei äußerlicher Prüfung keine Schäden oder

Tabelle 3

Versuch

A B₁ B₂ Ci C₂ D

LauflHächengummi Härte nach JIS (BS) 300-%-Modul (N/cm²) Rückprallelastizität mit Dunlop »Tripsometer« (%)

Seitenwand-Verstärkungselement Gummiprobe (Tabelle 1) größte Dicke¹) (an einer Seite) (%) eingesetztes Gewicht (g) Innentemperatur, ° C Gürtel (in 10 mm Tiefe) Mitte

Rand Seitenwand-Verstärkungselement

Schulter (in 10 mm Tiefe)

a. d. größten Breite (in 8 mm Tiefe)

Notlauf-Laufstrecke (km) Lauftrommel¹) Außenfahrbahn²)

Bemerkungen:

') Bei einer Last von 335 kg und 80 km/h.

²) Bei geöffneten Lufleinlaßventilen an den Vofderradreifen, einer Last von 450 kg und 80 km/h.

³) In % der größten Querschnittsbreite des aufgeblasenen Luftreifens.

Aus den in der Tabelle 3 angegebenen Ergebnissen weniger als 40% verwendet wird — was eine geringe

wird deutlich, daß durch die Kombinationen der Wärmeentwicklung anzeigt —, die während des

vorstehend genannten Laufflächenstreifen-Gummimi- Notlaufes im Seitenwand-Verstärkungselement entwik-

schungen mit den Seitenwand-Verstärkungselementen kelte Wärme wirkungsvoll aufgenommen wird, so daß eine beträchtliche Erhöhung der Notlauf-Laufstrecke 65 die Innentemperatur des Seitenwand-Verstärkungsele-

erzielt wurde. mentes niedrig bleibt und dadurch die Nollauf-Lauf-

Die Tabelle 3 zeigt, daß. wenn für die Laufflächen ei.1 strecke beträchtlich erhöht werden kann. Aus einem Gummi von hoher Rückprallelastizität von nicht Vergleich der Versuche B2 und C2 mit Scitenwand-Ver-

60 (60)	61 (58)	4	62 (56)	4	63 (54)
950	1000	4,4	1050	4,4	1350
35	40	160	47	160	60
1	1		1	_	1
5,4	5,4	—	5,4	-	5,4
500	500	_	500	_	500
75	70	—	65	—	60
103	92	310	83	820	73
100	92	85	85	220	76
93	89	85	78
613	819	1,251	1,443
205	V3	375	435

Stärkungselementen aus Gummiprobe 4 ergibt sich, daß durch die Verwendung des Laufflächengummis von hoher Riickprallelastizität die Notlauf-Laufstrecke um das 2,5fache oder darüber vergrößert werden kanu.

Bei dem im Versuch Cj gemäß Tabelle 3 benutzten Reifen war die Gürtelschicht zum Verstärken des Laufflächenstreifens aus Stahlcordbahnen mit einem Schnittwinkel von 70° aufgebaut, wobei die Breite der innen bzw. außen angeordneten Bahnen 171 bzw. mm betrug. Der für den Versuch C₂ gemäß Tabelle 5 benutzte Reifen diente als Kontrollstreifen bei Versuchen zur Ermittlung von Änderungen der Notlauf-Laufstrecke infolge von Veränderungen im Aufbau der Gürtelschicht. Die Ergebnisse dieser Versuche sind folgende:

1. Bei einer Verkleinerung des Bahnenschnittwinkels auf 65° verringerte sich die Notlauf-Laufstrecke (beim Lauitrommei-Versuch) auf 456 km gegenüber 820 km beim Kontrollreifen.

2. Bei einer Verkleinerung der Breiten der innen und außen angeordneten Bahnen auf 160 bzw. 150 mm, unter Beibehaltung des Schnittwinkels von 70°, verringerte sich die Notlauf-Laufstrecke geringfügig auf 810 km.

3. Eine Vergrößerung der Breiten der innen und außen angeordneten Bahnen auf 180 bzw. 170 mm brachte dagegen eine deutliche Erhöhung der Notlauf-Laufstrecke auf 1030 km.

4. Bei der abgedeckten Gürtelkonstruktion mit einer Gürtelschicht in gleicher Ausbildung wie die Gürtelschicht des Kontrollreifens, die mit einer Nyloncordbahn von 190 mm Breite abgedeckt war und deren gegenüberliegende Ränder mit Randabschnitten der Nyloncordbahn bedeckt waren, ergab sich eine starke Erhöhung der Notlauf-Laufstrecke auf 1270 km oder um etwa 50%.

5. Durch Vergrößern der Breiten der innen und außen angeordneten Bahnen der Gürtelschicht auf 240 bzw. 165 mm und durch Umschlagen der gegenüberliegenden Ränder der innen angeordneten Bahn zu einem 170 mm breiten Umschlag-Gürtel wurde die Notlauf-Laufstrecke auf 1135 km vergrößert, was eine ähnliche Verbesserung wie bei der abgedeckten Gürtelkonstruktion darstellt.

6. Bei der Umschlag-Gürtelkonstruktion nach 5.) für die Gürtelschicht, jedoch mit einer außen angeordneten Bahn aus Polyamid-Cord, wurde die Notlauf-Laufstrecke auf 1790 km vergrößert, was der zweifachen Notlauf-Laufstrecke des Kontrollreifens entspricht.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Notlaufeigenschaften der erfindungsgemäßen Sicherheits-Luftreifen so verbessert sind, daß mit dem einstichsverletzten Reifen sicher weitergefahren werden kann, ohne die Reparaturfähigkeit des Reifens im geringsten /.u beeinträchtigen und ungeachtet irgendwelcher Verzögerungen in der Wahrnehmung der Einstichverletzung oder irgendwelcher ungünstiger Bedingungen, mit denen beim üblichen Kraftfahrzeugverkehr normalerweise gerechnet wird. Folglich kann die Notwendigkeit eines gefährlichen Reifenwechsels auf einer stark befahrenen Straße völlit' ausgeschlossen werden.

Die Seitenwand-Verstärkungselemente in den erfindungsgemäßen Reifen sind an der zum Innenraum des Luftreifens weisenden Innenseite der Seitenwand, insbesondere an der Innenfläche einer inneren Gummischicht, oder zwischen der inneren Gummischicht und Karkassenlagen an der Innenfläche der Karkassenlagen uuci iwiscncM den Ksrkääscnlagcri angeordnet. Das Seitenwand-Verstärkungselement hat halbmond- oder sichelförmigen Querschnitt; mit anderen Worten, seine Dicke nommt von einem seiner Enden am zugehörigen Luftreifenwulst aus allmählich zu, erreicht einen größten Wert und nimmt dann zur Reifenschulter oder weiter zum Zentrum des Laufflächenstreifens hin wieder allmählich ab. Somit hat jedes Seitenwand-Verstärkungselement die Gestalt eines kreisringförmigen Gürtels, dei »ich in Umfangsrichtung des Reifens als ein mit dem Reifengummi fest verbundenes Teil ununter-

)o brochen urstreckt. Die größte Dicke des Seitenwand-Verstärkungselementes steht in Beziahung zn dessen Härte und ist so festgelegt, daß die Radlast im Zusammenwirken mit den Reifenseitenwänden abgestützt wird und beträgt vorzugsweise 4 bis 9% der größten Querschnittsbreite des aufgeblasenen Reifens.

Das Seitenwand-Verstärkungselement kann kurze

Fasern, Fäden, Bahnen oder andere verstärkende Bestandteile enthalten, vorausgesetzt daß dadurch die vorstehend genannten Eigenschaften in Bezug auf

■to Wärmeentwicklung und Wärmebeständigkeit nicht ungünstig beeinflußt werden. Derartige verstärkende Bestandteile können vorteilhaft sein unter dem Gesichtspunkt einer Verringerung des Reifengewichtes durch entsprechend geringere Gummimengen, was

■t5 auch zu einer Kostensenkung führen kann, und im Hinblick auf Eigenschaften eines Hochgeschwindigkeits-Reifens.

Die Erfindung ist mit Vorteil auf Reifen insbesondere in Radialbauweise für Personenkraftwagen und auch auf Reifen für Arbeitswagen mit vergleichsweise niedriger Radlast anwendbar.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Sicherheits-Luftreifen mit Notlaufeigenschaften, bei dem sich zwischen einem Paar kreisringförmiger Wulste eine Karkasse erstreckt, an deren Außenumfangsfläche ein kreisringförmiger Laufflächenstreifen ausgebildet ist, sich zwischen je einem der Wulste und einem zugehörigen Rand von entgegengesetzten Rändern des Laufflächenstreifens eine Seitenwand erstreckt, an den Seitenwänden ein Paar Verstärkungselemente zur Erhöhung der Steifigkeit angeordnet sind, damit eine auf den Luftreifen wirkende Last unabhängig abgestützt werden kann, und eine den Laufflächenstreifen verstärkende Gürtelschicht in den Gummi des Laufflächenstreifens eingebettet ist und die Karkasse umschließt, wobei die Verstärkungselemente aus einem Elastomermaterial enthaltend Natur- und Butadien-Kautschuk mit einer Härte nach JIS von nicht weniger als 45 bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomermaterial aus 50 Gew.-Teilen Natur-Kautschuk und 50 Gew.-Teilen Butadien-Kautschuk besteht und eine Härte nach JIS von nicht weniger als 70 (nach British Standard nicht mehr als 42), eine Zugfestigkeit (Mod:«) von nicht weniger als 100 N/cm² nach einer 24stündigen Alterungsprüfung in einer inerten Atmosphäre bei 140±l°C und eine mit dem Dun!op-»Tripsometer« gemessene Rückprall-Elastizität von nicht weniger als 65% aufweist

2. Sicherheits-Luftreifen nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummi des Laufflächenstreifens aus einem Elastomermaterial besteht, das zusammen mit üblichen Eigenschaften eine mit dem Dunlop-»Tripsometer« gemessene Rückprallelastizität von nicht weniger als 40% aufweist

3. Sicherheits-Luftreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Laufflächenstreifen verstärkende Gürtelschicht aus wenigstens zwei kreisringförmigen Gürteln verschiedener Breite zusammengesetzt ist und entgegengesetzte Ränder eines der breiteren Gürtel auf entgegengesetzte Ränder eines der schmaleren Gürtel umgeschlagen sind.

4. Sicherheits-Luftreifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umgeschlagene Gürtel aus Corden auf Polyamid-Basis hergestellt ist

5. Sicherheits-Luftreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß entgegengesetzte Ränder der den Laufflächenstreifen verstärkenden Gürtelschicht mit Kappen abgedeckt sind, die von Bahnen aus Cord aus organischen Fasern gebildet sind

6. Sicherheits-Luftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe von einer Nylon-Cordbahn gebildet ist.