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Gürtelreifen
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Radialreifen bzw.
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Gürtelreifen und betrifft insbesondere einen pneumatischen bzw. Luftgürtelreifen,
bei welchem der Energieverlust, welcher durch innere Reibungen zwischen Bestandteilen
des Reifens hervorgerufen wird, und zwar durch eine Deformation des Reifens während
des Laufens hervorgerufen, verringert wird, um den Rollwiderstand des Reifens zu
reduzieren.
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Um dem derzeitigen Bedürfnis zum Energiesparen zu genügen, sind verschiedene
Versuche unternommen worden, um den Laufwiderstand des Reifens zu verringern und
die Menge des von Kraftfahrzeugen verbrauchten Kraftstoffes zu vermindern. Der Roll-
bzw.
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Laufwiderstand eines Reifens kann in wirksamer Weise dadurch reduziert
werden, daß der innere Reibungsverlust verringert wird, welcher durch eine Deformation
des Reifens während eines Laufes hervorgerufen wird. Eine bekannte Maßnahme zur
Verringerung des Reibungsverlustes ist die Verwendung eines Kautschuks, der ein
Kennzeichen bzw. eine Eigenschaft geringen inneren Reibverlustes wie das Material
des Abdeck- bzw. Kappenprofils des Reifens hat.
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Die Höhe des inneren Reibungsverlustes des vorerwähnten Kautschuks
beeinträchtigt jedoch erheblich die allgemeinen Eigenschaften des Reifens, wie z.
B. Bremsleistung, Lenkvermögen,
Komfort, Abriebfestigkeit usw. Wenn
z. B. ein Kautschuk mit einem geringen inneren Reibverlust verwendet wird, um den
Rollwiderstand des Reifens während des Laufens zu reduzieren, werden verschiedene
nachteilige Erscheinungen während des Fahrens mit hoher Geschwindigkeit oder des
Laufes auf feuchter Straße hervorgerufen, wie z. B. Erhöhung des Bremsweges, Beeinträchtigung
der Steuerstabilität, verringerter Komfort bzw. verminderte Behaglichkeit, verkleinerter
Abriebwiderstand usw. Dies ist für einen Reifen recht unerwünscht.
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Das Aufsatz- bzw. Abdeckprofil eines bekannten Reifens, welches den
größtenVolumenanteil des Reifens ausmacht, wurde aus einem Kautschuk hergestellt,
der zwangsläufig einen großen inneren Reibungsverlust hat, um die vorerwähnten Reifencharakteristiken
bzw. -eigenschaften zu verbessern. Der Versuch zur Verringerung des Rollwiderstandes
des Reifens durch Verkleinerung des inneren Reibungswiderstandes hängt daher unvermeidlich
mit einer gewissen Beeinträchtigung der Reifeneigenschaften zusammen.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Luftgürtelreifen zu schaffen,
der einen verringerten Rollwiderstand hat, wobei dennoch die vorstehend erwähnten
Probleme bei bekannten Reifen ausgeschaltet sind.
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Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Kautschuk mit einer viskoelastischen
Eigenschaft kleinen Reibungsverlustes und hohen elastischen Moduls in mindestens
einem Unterprotektor
bzw. einer Unterprofillauffläche und einer
Karkassenschicht, welche den Reifen bilden, angeordnet. Durch diese erfindungsgemäße
Maßnahme ist es möglich, den Rollwiderstand des Reifens während des Laufens bemerkenswert
zu verringern, ohne eine Beeinträchtigung der Reifeneigenschaften beim Fahren mit
hoher Geschwindigkeit oder während des Laufens auf einer nassen Strasse in Kauf
nehmen müssen, wie z. B. eine Erhöhung des Bremsweges, Beeinträchtigung der Lenkstabilität,
Verringerung des Komforts und Reduktion des Abriebwiderstandes.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
im Zusammenhang mit der einzigen Zeichnung. Diese zeigt die Schnittansicht eines
Teils eines erfindungsgemäß aufgebauten Gürtelreifens.
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Ein mit radialen Schichten aufgebauter bzw. ein Gürtelreifen gemäß
der Erfindung ist gemäß Darstellung in der Zeichnung Fig.1 aus einem Abdeckprofil
8, welches die Straßenoberfläche berührt, einem Unterprotektor 5, der innerhalb
des Abdeckprofiles 8 angeordnet ist, einer Riemen- bzw. Gürtellage 4 innerhalb des
Unterprotektors 5, einer toroidischen bzw. ringförmigen Karkassenschicht 2, die
innerhalb der Gürtellage 4 angeordnet ist, und einer äußeren Beschichtungs- oder
Auskleidungslage 7 und einer inneren Auskleidungslage 6 aufgebaut, welche die innerste
Lage ist.
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Die Karkassenschicht 2 besteht aus einer Mehrzahl von Kordeln oder
Seilen, die zur Äquator- bzw. Gurtelebene des Reifens
unter einem
Winkel von 70 bis 90 ° (oder 90 bis 110 0) angeordnet sind, und wird an ihren beiden
Enden durch Wulst- bzw. Umlegedrähte 1 gehalten.
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Der Teil der Karkassenschicht 2 hinter dem Protektor wird durch die
Gürtellage 4 verstärkt.
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Erfindungsgemäß wird ein Kautschuk mit einer viskoelastischen Eigenschaft
eines Verlusttangens (tg i) von 0,2 oder weniger und eines Speicher- bzw. Einlager-Moduls
(G) von 120 kg/cm2 oder höher entweder für beide oder für einen Kautschuk verwendet,
welcher die Karkassenschicht 2 belegt oder beschichtet, und der Kautschuk des Unterprotektors
5.
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Vorzugsweise wird ein Kautschuk mit der vorgenannten Viskoelastizität
verwendet für einen oder beide der Kautschuksorten, welche die innere Auskleidungslage
6 und die äußere Auskleidungslage 7 bilden.
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Der Begriff "Verlusttangens (tag 6 )" bzw. Dämpfungstangens wird hier
als das Verhältnis zwischen dem Verlustmodul und dem Einlagermodul verwendet und
wird allgemein durch "tag b dargestellt.
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Die vorgenannte Aufgabe gemäß der Erfindung wird dadurch gelöst, daß
man einen Kautschuk verwendet mit einer Viskoelastizität tg b von 0,2 oder weniger
und einem Einlagermodul (hier als "G" bezeichnet) von 120 kg/cm2 oder höher, und
zwar entweder als
der Kautschuk des Unterprotektors 5 oder als Beschichtungskautschuk
der Karkassenschicht 2. Die Verbesserung der Viskoelastizitäten der inneren Auskleidungslage
6 und der äußeren Auskleidungslage 7 können jedoch allein nicht irgendeinen bemerkenswerten
Effekt schaffen, denn diese Auskleidungslagen haben geringe Dicken.
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Es ist deshalb bevorzugt, daß die Viskoelastizität der inneren und
der äußeren Auskleidungslagen 6 und 7 über die Verbesserung im Kautschuk, welcher
den Unterprotektor 5 oder den die Karkassenschicht 2 belegenden bzw. beschichtenden
Kautschuk bildet, hinaus verbessert wird.
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Es ist ferner bevorzugt, daß die Dicken der Kautschuklagen in der
Karkassenschicht 2 und der inneren Auskleidungslage 6 soweit wie möglich verringert
werden, ohne daß damit eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Reifens einhergeht.
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Im Hinblick auf die Dicke des Protektors oder Profiles ist es ferner
bevorzugt, wenn innerhalb eines Bereiches, der für die verschiedenen, oben erwähnten
Reifeneigenschaften nicht schädlich ist, die Dicke des Abdeckprofils 8 weitestmöglich
reduziert wird und die des Unterprotektors 5 komplementär bzw. ergänzend erhöht
wird.
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Der Kautschuk (die Masse) mit den Werten tag 6 von 0,2 oder niedriger
und G gleich 120 kg/cm2 oder höher, was bei der Praxis gemäß der Erfindung in zweckmäßiger
Weise verwendet wurde, kann durch das folgende Verfahren bzw. den folgenden
Prozeß
erzeugt werden.
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Aus einer Gruppe, die aus Naturkautschuk (Polyisoprenkautschuk), Dienkautschuk,
Gemischkautschuksorten aus Natur- und Dienkautschuk bei beliebigem Mischverhältnis
und Kautschuksorten, die durch Mischen eines Diencopolymerkautschuks mit den vorgenannten
Kautschuksorten mit gewünschtem Verhältnis erhalten werden, wird ein vulkanisierbarer
Kautschuk ausgewählt. Zu 100 Gewichtsteilen dieses Kautschuks werden 2,50 bis 3,50
Gewichtsteile Schwefel als Härtungsmittel, 1,00 bis 2,00 Gewichtsteile Vulkanisationsbeschleuniger
aus der Sulfenamidgruppe und 40 bis 65 Gewichtsteile Ruß mit einer Teilchengröße
zwischen 25 und 77 m/u als Verstärkung zugegeben. Ein geeignetes Verstärkungsmittel,
Füllstoff, Antioxidationsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Weichmacher und dergleichen,
die gewöhnlich als Kautschukadditive verwendet werden, kann außer den vorgenannten
Mitteln notwendigenfalls zugegeben werden.
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Wenn man nur auf den Wert für tg & allein achten muß, kann man
eine große Menge Schwefel und einen Vulkanisationsbeschleuniger verwenden und eine
kleine Menge Ruß großer Teilchengröße einarbeiten. Die somit präparierte Kautschukmasse
hat jedoch beim Verarbeiten für das Mischen und andere Verarbeitungstätigkeiten
eine Schwierigkeit, und wenn sie mit dem Vulkanisationsbeschleuniger einer großen
Menge im besonderen verarbeitet ist und zum Belegen oder Beschichten von Karkassenkord-
bzw. kordeln verwendet wird, kann sie nicht mehr gewünschte Eigenschaften von Adhäsion
und Bindung bezüglich des Karkassenkords und/oder
einer benachbarten
Kautschuklage haben und kann kaum der praktischen Verwendung zugeführt werden.
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Stellt man die physikalischen Eigenschaften in Rechnung, wie z. B.
die Zerreißfestigkeit, Zugfestigkeit usw. des Kautschuk, sind die Zusammensetzungsverhältnisse
des Schwefels und des Vulkanisationsbeschleunigers 2,50 bis 3,50 Gewichtsteile und
1,00 bis 2,00 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile Kautschuk. Bevorzugt werden Schwefel,
Vulkanisationsbeschleuniger und Ruß mit einer Teilchengröße zwischen 45 und 77 m/u
in Mengen von 2,70 bis 3,20 Gewichtsteilen, 1,20-1,70 Gewichtsteilen bzw. 45 - 60
Gewichtsteilen zugegeben.
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Nachfolgend werden Ergebnisse von Versuchen mit einem Reifen gemäß
der Erfindung beispielsweise beschrieben.
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Der Wert bzw. die Größe von tg& des Kautschuks,der bei den Beispielen
verwendet wurde,wurde durch ein bekanntes Verfahren gemessen, welches darin besteht,
daß man eine Kautschukprobe vorbereitet mit einer Länge von 10,0 mm, einer Breite
von 9,0 mm und Dicke von 2,0 mmdie Probe an ein Spektrometer bringt (hergestellt
von IWAMOTO SEISAKUSHO) und eine Scherschwingung mit einer Frequenz von 50 Hertz
und einer dynamischen Beanspruchung bzw. Verformung von 5% bei einer Temperatur
von 40°C vornimmt.
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Beispiel 1 Kautschuksorten mit in Figur 1 gezeigten Massen bzw. Zusammensetzungen
wurden präpariert, und der Wert G sowie der Wert tgb
wurden bei
diesen Kautschuksorten gemessen.
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Die unten gezeigten Radialschichtungsreifen A-T bzw. Gürtelreifen
A-T wurden unter Verwendung der Beispiele Nummern 1-7 gemäß Tabelle 1 hergestellt.
Diese Gürtelreifen wurden getestet, um die Rollwiderstände zu messen, und zwar mittels
einer Trommelprüfmaschine mit einem Durchmesser von 170,7 cm 2 unter einem Luftdruck
von 1,9 kg/cm , einer Belastung von 420 kg und mit Geschwindigkeiten von 40, 60
und 80 km/h.
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Die Rollwiderstände sind in den Tabellen 2 bis 6 gezeigt in Vergleichszahlen,
welche den Widerstand des Reifens A auf bzw. durch 100 darstellen.
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T A B E L L E 1
Erfindungsgemäß verwendete Kautschukmassen Vergleichskautschuk- |
massen |
Geprüfte Kautschuk- |
sorten Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 |
Bestandteile |
Naturkautschuk (einschließlich) |
Polyisoprenkautschuk) 100 80 55 80 40 80 55 |
Cis-1,4-Polybutadienkautschuk 15 20 15 |
Styrol Butadienkautschuk 20 30 20 40 20 30 |
Zinkweiß 5 5 5 5 5 5 5 |
Stearinsäure 3 3 2 3 2 3 2 |
Antioxidationsmittel RD 1 1 1 1 1 1 1 |
aromatisches Öl 5 5 5 5 5 8 8 |
HAF (Ruß) 45 40 20 50 |
FEF (Ruß) 25 |
GPF (Ruß) 50 60 55 |
Schwefel 2.8 3.0 2.8 2.5 2.7 2.5 2.5 |
Vulkanisationsbeschleuniger 1.7 1.2 1.5 1.0 1.0 1.0 1.2 |
Verlusttangens: tg # 0.10 0.18 0.15 0.20 0.20 0.22 0.15 |
Einlagermodul: G (kg/cm²) 135 160 140 120 135 170 118 |
A.. Kautschukmasse Nr. 6 wurde als die Materialien aller Bestandteile
des Reifens als Bezug verwendet.
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B.. Kautschukmasse Nr. 1 wurde nur für den Unterprotektorkautschuk
verwendet.
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C.. Kautschukmasse Nr. 3 wurde nur für den Unterprotektorkautschuk
verwendet.
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D.. Kautschukmasse Nr. 5 wurde nur für den Unterprotektorkautschuk
verwendet.
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E.. Kautschukmasse Nr. 7 wurde nur für den Unterprotektorkautschuk
verwendet.
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F.. Kautschukmasse Nr. 2 wurde nur für den die Karkassenschicht beschichtenden
Kautschuk verwendet.
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G.. Kautschukmasse Nr. 3 wurde nur für den die Karkassen beschichtenden
Kautschuk verwendet.
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H.. Kautschukmasse Nr. 4 wurde nur für den die Karkassenschicht beschichtenden
Kautschuk verwendet.
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I.. Kautschukmasse Nr. 5 wurde nur für den die Karkassenschicht beschichtenden
Kautschuk verwendet.
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J.. Kautschukmasse Nr. 1 wurde sowohl für den Unterprotektorkautschuk
als
auch für den die Karkassenschicht beschichtenden Kautschuk verwendet.
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K.. Kautschukmasse Nr. 2 wurde sowohl für den Unterprotektorkautschuk
als auch für den die Karkassenschicht beschichtenden Kautschuk verwendet.
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L.. Kautschukmasse Nr. 4 wurde sowohl für den Unterprotektorkautschuk
als auch für den die Karkasse beschichtenden Kautschuk verwendet.
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M.. Kautschukmasse Nr. 1 wurde nur für die äußere Auskleidungslage
verwendet.
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N.. Kautschukmasse Nr. 4 wurde nur für die innere Auskleidungslage
verwendet.
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O.. Kautschukmasse Nr. 1 wurde für die Unterprotektorlage, die äußere
Auskleidungslage und die innere Auskleidungslage verwendet.
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P.. Kautschukmasse Nr. 2 wurde für den die Karkassenschicht beschichtenden
Kautschuk, die äußere Auskleidungslage und die innere Auskleidungslage benutzt.
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Q.. Kautschukmasse Nr. 1 wurde für alle Bestandteile des Reifens verwendet.
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R.. Kautschukmasse Nr. 2 wurde für alle Bestandteile des Reifens verwendet.
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S.. Kautschukmasse Nr. 4 wurde für alle Bestandteile des Reifens verwendet.
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T.. Kautschukmasse Nr. 4 wurde nur für den Abdeckprofilkautschuk verwendet.
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TABELLE 2 Der Rollwiderstand der Reifen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen
von Unterprotektorkautschuk
Geschwindigkeit 40 km/hr ; 60 km/hr 80 km/hr |
Reifen |
A 100 100 100 |
B 93 92 93 |
C 94 94 95 |
D 98 99 99 |
E 99 100 100 |
TABELLE 3 Rollwiderstand des Reifens mit unterschiedlichen Zusammensetzungen des
die Karkassenschicht beschichtenden Kautschuks
Geschwindigkeit |
40 km/hr 60 kmlhr 80 km/hr |
Reifen |
A 100 100 |
F 97 98 |
H 99 99 |
1 98 99 100 |
TABELLE 4 Rollwiderstände von Reifen mit unterschiedlichen Bestandteilen
des Unterprotektorkautschuks und des die Karkassenschicht beschichtenden Kautschuks
Geschwindigkeit |
40 40 km/hr 60 km/hr 80 km/hr |
Reife |
o |
A 100 100 100 |
J 88 87 88 |
K 95 95 96 |
L 97 97 97 |
TABELLE 5 Rollwiderstände von Reifen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen der
äußeren Auskleidungslage und der inneren Auskleidungslage
Geschwindigkeit |
40 40 km/hr 60 km/hr 80 km/hr |
Reifen |
A 100 100 100 |
M - 99 100 i 100 |
N 100 99 100 |
0 91 91 92 |
P 96 96 97 |
TABELLE 6 Rollwiderstand von Reifen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen
aller Bestandteile
Geschwindigkeit |
40 km/hr 60 km/hL- 80 km/hr |
Reife |
A 100 100 100 |
Q 86 86 87 |
R 92 93 94 |
S 96 97 96 |
T 80 80 81 |
Beispiel 2 Um zu bestätigen, daß der Reifen gemäß der Erfindung gut auch anderen
Erfordernissen genügt, d. h. der Wahrung des Bremsvermögens, wurden Reifen, die
als repräsentative Stücke aus den in den Tabellen 2 bis 6 gezeigten ausgewählt wurden,
an einem Automobil angebracht, um den Bremsweg auf einer nassen Straße zu messen,
und die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt, bei welcher due größere Vergleichszahl
ein höheres Bremsvermögen zeigt. Unter identischen Bedingungen bezüglich der nassen
Straßenoberfläche und anderem wurden Bremswege bei 60 km/hr in Verbindung mit dem
Fahrzeug mit dem Versuchs reifen bestimmt. /Diese Bestimmung erfolgte auf der Fahrteststrecke
der Firma Nippon Jidosha Kenkyo-sho
(Institut für Entwicklung und
Forschung für Automobile von Japan)7. Die in Tabelle 7 gezeigten Vergleichszahlen
wurden so erhalten, daß man für folgende Gleichung als X die Bremswegwerte einsetzte,
die für die Reifen A, B, F, K, P, Q, R und T gefunden wurden: Für Reifen A gefundener
Bremsweg x 100.
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X TABELLE 7 Bremswegindex bzw. -zahl auf nasser Straße
Reifen A B F K P Q R T |
Index bzw. |
Vergleichs- |
zahl 100 99 100 100 100 99 100 70 |
Aus den bis hier beschriebenen Versuchsergebnissen versteht sich eindeutig, daß
die erfindungsgemäß aufgebauten Reifen, d.h. die Reifen B, C, D, F, G, H, I, J,
K, L, O, P, Q, R und S verringerte Rollwiderstände zeigen im Vergleich zu herkömmlichen
Reifen A, E, M, N und T, ohne daß erhebliche Beeinträchtigungen des Bremsvermögens
hiermit einhergingen.
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Es sei auch bemerkt, daß erfindungsgemäß der Kautschuk (die Masse),
wie er bei dem Reifen gemäß der Erfindung benutzt wurde, es ermöglicht, einen größeren
G-Wert zu erhalten ohne wesentlichen
Abfall von tgd im Vergleich
zu Kautschuk (Masse) t wie er in herkömmlichen Reifen verwendet wird. Dies bedeutet,
daß die Wanddicke des Reifens verringert ist, um die Gewichtsverminderung des Reifens
zu ermöglichen. Dies wiederum trägt zu einer weiteren Verminderung des Rollwiderstandes
bei, zusätzlich zu den vorerwähnten Wirkungen. Das reduzierte Gewicht des Reifens
hat auch vom Gesichtspunkt der Energieersparnis Bedeutung,wodurch in Verbindung
mit der Energieeinsparwirkung durch den verringerten Rollwiderstand die gesellschaftlichen
Bedürfnisse getroffen werden.Folglich wird erfindungsgemäß ein Gürtelreifen bzw.
ein Reifen mit radialer Schichtung als pneumatischer bzw. Luftreifen geschaffen,
der überragende Eigenschaften hat und auch zumEnergiesparen beiträgt, wodurch der
Anforderung der Gesellschaft genüge getan wird.