DE3018585C2

DE3018585C2 - Stahlgürtel-Radialreifen für Schwerfahrzeuge

Info

Publication number: DE3018585C2
Application number: DE3018585A
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Iruma Kamiya; Sota Sayama Nakajima
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1979-05-15
Filing date: 1980-05-14
Publication date: 1982-07-01
Also published as: JPS55152611A; DE3018585A1

Description

In einem Stahlgürtel-Radialreifen für Schwerfahrzeuge mit Stahlcord als Einlage besteht im allgemeinen die Einlage oder der Gürtel aus drei zusammen laminieren Lagen, wovon zwei zugfest sind und die Cordfäden dieser beiden Lagen sich mit der Umfangslinie des Reifens schneiden, während die äußerste Lage, nämlich der Breaker, über den zugfesten Lagen angeordnet ist und diese ausreichend schützen kann, damit sie ihre Festigkeit für diese Reifenart in vollem Umfang entwickeln können. In der Praxis zeigte sich jedoch, daß sich an den beiden Seitenkanten des Gürtels (üblicherweise als Gürtelende bezeichnet) übermäßige Spannungen aufbauen, welche zu einer Herabsetzung der Lebensdauer des Reifens führen. Die Folge davon war, daß bei der Konstruktion derartiger Reifen es üblich wurde, eine weitere Lage anzuwenden und diese zwischen Karkasse und Gürtel aus zugfesten Lagen und Breakcrlage anzuordnen. Diese üblichen Reifen haben somit einen vierschichtigen Gürtelaufbau und darüber hinaus noch zwei stoßaufnehmende Lagen aus Gummi, die weich sind und sich hinsichtlich des Wärmestaus oder Wärmeaufbaus nicht gut verhalten und zwischen Gürtel und Karkasse angeordnet sind. Es war damit notwendig, eine zusätzliche Stahlcordlage vorzusehen, die im Hinblick auf die Festigkeit des Reifens nutzlos ist, die jedoch das Gewicht des Reifens erhöht und den Treibstoffverbrauch steigert.

Eine der Ursachen für hohe Spannung an dem Gürtelende eines dreitägigen Gürtels besteht in der starken Deformation infolge der Kompression der zwischen Gürtelende und Karkasse angeordneten stoßaufnehmenden Schicht Besteht aber die stoßaufnehmende Schicht aus einem Gummi hoher Härte, so wird der Wärmeaufbau groß und damit auch wieder die Lebensdauer des Reifens herabgesetzt.

Aus der DE-OS 22 47 287 ist zu entnehmen, daß sich in einem Luftreifen für Fahrzeuge mit zwei Cordlagen

ίο an den Schultern des Reifens ringförmige Cummilagen befinden, in weiche Partikel eines Materials eingebettet sind, das einen Elastizitätsmodul von weniger als 5000 kg/cm² besitzt Diese Partikel können Glasfasern mit einer Stärke von 2 bis 20 μπι und einer Länge von 0,1 bis 1 mm sein. Irgendwelche Angaben zu dem Gummi, in welchem die Glasfasern eingebettet sein sollen, ist dieser DE-OS nicht zu entnehmen. Durch Zumischung von Glasfasern zu Kautschuk kann möglicherweise die Druckfestigkeit des Gummis erhöht werden, jedoch wird gleichzeitig das Verhalten dieser Gummilage hinsichtlich Wärmeaufbau beträchtlich verschlechtert. Die Glasfasern selbst wirken als Keim für eine Rißbildung. Die Folge davon ist eine drastische Verschlechterung der Haltbarkeit der Reifen.

V-. Aus der DE-OS 23 13 586 sind Reifen - beispielsweise für Lastwagen — bekannt, deren Gürtelenden in einer Hartgummimasse eingebettet sind, an die sich eine Weichgummimai_;e anschließt. Nähere Angaben zu den Gummimassen enthält dieser Stand der Technik nicht.

Die einzige Forderung an die Hartgummi- bzw. Weichgummimasse ist der 150% Modul in der Größenordnung von 60 bis 80 kg/cm² bzw. der 300% Modul von 45 bis 70 kg/cm².

Aufgabe der Erfindung sind Stahlgürtel-Radialreifen für Schwerfahrzeuge, die obige Nachteile nicht aufweisen, sondern durch geringes Gewicht und damit erreichbare Treibstoffeinsparung ausgezeichnet sind. Ausgehend von einem Stahlgürtel-Radialreifen aus einer toroidalen Karkasse aus gummierten Cordlagcn in

4(i Radialebene des Reifens oder in '.iner Ebene, die nur um einen kleinen Winkel zur Radialebene geneigt ist, und einem Gürtel auf dem oberen Teil der Karkasse aus gummiertem Stahlcord, der dreilagig ist und von den drei Lagen zwei zugfest sind, deren Corde um einen

αϊ Winkel <30° zur Umfangslinie des Reifens geneigt sind und sich die Corde der beiden Lagen an den Umfangslinien des Reifens kreuzen, und die oberste Breaker-Lage aus Stahlcord besteht, der in einem Winkel <30° zur Umfangslinie des Reifens angeordnet

ίο ist, und zwischen der unteren Fläche der beiden Seiten des Gürtels und der Karkasse eine Lage aus einer abstützenden Gummimischung vorgesehen ist, wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an beiden Enden ein stoßaufnehmender Keil aus

■v> A. einem vulkanisierten Polybutadien, der ein Blockoder Pfropfpolymer von cis-l,4-Polybutadien mit syndiotaktischem (syn)-1.2-Polybutadien ist, 6 bis 20Gew.-% syn-l,2-lsomer enthält, von denen zumindest 40 Gew.-% kristallin sind und in Form

en kurzer Fasern mit einer mittleren Stärke von 0,05 bis 1 μΐη und einer mittleren Länge von 0,8 bis 10 μπι vorliegen, oder

B. aus einer Mischung von zumindest 10 Gew. % dieses Polybutadiens neben Naturkautschuk oder

μ einem anderen Dienkautschuk
vorgesehen ist.

Als besonders geeignet erwies sich die Breaker-Lage aus Stahlcord hoher Dehnung, so daß die Bruchdehnung

zumindest 4% beträgt

Gegenüber dem Stand der Technik in Form der DE-OS 23 13 586 wird erfindungsgemäß für die stoßaufnehmenden Keile an den Gürtelenden ein ganz spezieller Gummi angewandt, welcher durch mehrere essentielle Merkmale charakterisiert ist Durch diese erfinderische Auswahl des Gummis für die stoßaufnehmende Lage werden besondere Vorteile erreicht, nämlich:

Bei Gürtelreifen dieser Art kommt es durch übermäßige Spannung an den Gürtelenden zu einer Verringerung der Betriebsfähigkeit des Reifens gegenüber Reifen mit einem Aufbau enthaltend vier Cordlagen im Vergleich zu Reifenstrukturen mit drei Cordlagen, wie sie der erfindungsgemäße Reifen enthält Bei diesen dreilagigen Reifenaufbauten gelingt es mit Hilfe der speziellen Gummimasse nach der Erfindung, die nachteilige Wirkung der erhöhten Spannung an den Gürtelenden zu vermeiden, ohne daß dies auf Kosten der thermischen Eigenschaften geht. Der erfindungsgemäß angewandte Gummi zeichnet sich durch hohe Druckfestigkeit aus. Derartige keilförmige stoßaufnehmende Schichten mit hoher Dmckfeitigkeit weisen die Reifen nach der DE-OS 23 13 586 nicht auf. Diese bekannten Reifen haben keine äußere Breaker-Lage. Sie sind sehr empfindlich auf Fadenbruch und neigen damit zu einem gewissen Bersten. Kommt es jedoch in der zugfesten Lage, enthaltend Stahlcord, zu Rissen oder dergleichen, so ist dieser durch Eindringen des Wassers der Korrosion ausgesetzt, welche ihrerseits wieder das Platzen des Reifens begünstigt. Derartige Erscheinungen treten jedoch bei der erfindungsgemäßen Reifenkonstruktion nicht auf.

Was nun die Reifenkonstruktion nach der DE-OS 22 47 287 anbelangt, so besteht dagegen erfindungsgemäß ein grundsätzlicher Unterschied. Nach dem Stand der Technik ist ein anorganisches Material wie Glas in einem nicht näher gekennzeichneten Gummi eingebettet. Nach der Erfindung besteht die Gummimasse aus einem Polybutadiengemisch der verschiedenen Isomeren, wobei das syn-l,2-Isomer zu einem gewissen Bruchteil kristallin und faserig ist und die Fasern spezielle Dimensionen besitzen. Mit anderen Worten enthält die erfindungsgemäß angewandte Gummimischung Fasern auf der Basis der gleichen Monomeren in einer in dem Gummi vorliegenden stereoisomeren Form. Dadurch können auch im Gegensatz zum Stand der Technik die Fasern in der Gummimasse nach der Erfindung nicht als Keim für eine Rißbildung wirken, da der Gummi und die Fasern aus dem gleichen Material bestehen und dah?r keine Inhomogenitäten des Werkstoffs unter den herrschenden Bedingungen darstellen. Durch die Vermeidung dieser Inhomogenitäten bei den erfindungsgemäßen Reifen zeichnen sie sich durch hohe Dauerhaftigkeit bei sehr zufriedenstellendem Verhalten gegenüber Wärmeaufbau aus.

Die Erfindung wird an der Zeichnung weiter erläutert. Diese zeigt einen Schnitt durch die linke Hälfte des erfindungsgemäßen Stahigürtel-Radialreifens für Schwerfahrzeuge.

Die Kautschukmischung für die stoßaufnehmende Lage ist vorzugsweise derart zusammengesetzt, daß die vulkanisierte Kautschukmasse oder der Gummi einen Zugmodul X von 20 bis 40 kg/cm² und einen Druckmodul Y entsprechend Gleichung (1) in Abhängigkeit vom Zugmodul aufweist.

18(daN/cm²)

X ist der Zugmodul für 100% Dehnung in daN/cm² und Y der Wert für den Druckmodul bei einer Kompression von 20% in daN/cm². Die Anwendung von einem Paar stoßaufnehmender Lagen obigen Gummis gewährleistet eine gute Anpassung an die Karkassenverstärkung durch die Anwesenheit des dreilagigen Gürtels und einer wirksamen Verhinderung des Anstiegs der Spannungen an den Gürtelendan, ohne daß dies auf Kosten des Verhaltens gegenüber den-. Wärmeaufbau in der stoßaufnehmenden Schicht ginge.

Bei obiger dreilagiger Gürtelkonstruktion sind die sich im Gürtel aufbauenden Spannungen wesentlich erhöht, wenn die äußerste Breaker-Lage aus Stahlcord so hoher Dehnung besteht, daß die Bruchdehnung zumindest 4% beträgt zur Verbesserung der Einbettung der Fäden, die gefordert wird, wenn der Reifen unerwarteter Weise über Fremdkörper läuft, und damit die »Verwundbarkeit« des Reifens verringert wird. Die Folge davon ist, daß es unmöglich wird, die äußerste Breaker-Lage aus Stahlcord mit obiger hoher Dehnung herzuGLellen. Andererseits bietet die Anwendung obiger stoßaufnehmender Lage nacl. der Erfindung den wesentlichen Vorteil, daii es praktisch möglich wird, die äußerste Breaker-Schicht aus einem Stahlcord obiger hoher Dehnung herzustellen, womit die äußere Verwundbarkeit des Stahlgurtel-Radialreifens für Schwerfahrzeuge merklich verringert wird.

Liegt in der MikroStruktur der Polybutadien weniger als 6 Gew.-% syn-1,2- Isomer vor, kann die stoßaufnehmende Lage nicht die an den oberen und unteren Seiten der Enden der drei Lagen, welche aus vulkanisiertem Butadienkautschuk mit in der Hauptsache nur cis-1,4-Isomer bestehen, auftretenden Belastungen aufnehmen. Übersteigt andererseits der Anteil an syn-l,2-Isomer 20Gew.-%, so wird die Viskosität der Kautschukmischung für die stoßaufpehmende Lage übermäßig hoch, wodurch die Verarbeitbarkeit bei der Reifenherstellung nachteilig beeinflußt wird.

Die Anwendung von syn-l,2-Polybutadien in Form von kurzen Fasern gewährleistet eine Vergrößerung des Druckmoduls der stoßaufnehmenden Lage, wodurch die Spannungen aufgehoben oder unterdrückt werden, die sich an den oberen und unteren Flächen der Gürtelenden aufbauen, ohne nachteiliger Beeinflussung des Verhaltens hinsichtlich Wärmestau der stoßaufnehmenden Lage. In dieser Hinsicht sind syn-1.2-Polybutadien-Fasern mit einer mittleren Stärke von 0,05 bis 1 μιη und einer mittleren Länge von 0,8 bis 10 um besonders geeignet. Bei einer mittleren Stärke <0,05 μηι wird die Bruch-Widerstandsfähigkeit der stoßaufnehmenden Lage schlecht, während bei einer mittleren Stärke > 1 μπι die Widerstandsfähigkeit gegenüber Biegung und das Verhalten bei Wärmeaufbau verschlechtert werden. Liegt die mittlere Länge unter 0,8 mm, nimmt uas Weiterreißen zu, während bei einer mittleren Länge über 10 μπι die Verarbeitbarkeit schlechter wird.

Schließlich müssen zumindest 40% des vorliegenden syn-l,2-Polybutadiens kristallin sein. Bei einem geringeren Anteil an kristallinem Polybutadien sinkt der Schmelzpunkt der Fasern ab und damit werden die physikalischen Eigenschaften des Gummis, die von der Temperatur abhängen, und sein Verhalten bei der Wärmeentwicklung verschlechtert.

Wie oben erwähnt, ist das Polybutadien als solches bzw. im Gemisch mit Naturkautschuk oder anderen Dien-Kautschularten für die stoßaufnehmende Lage geeignet. In einem Gemisch, in dem der Polybutadienanteil unter 10% liegt, ist das Verhalten beim Wärmeauf-

bau schlechter, wodurch auch die Lebensdauer des Reifens herabgesetzt wird. Als Dien-Kautschukarten kommen Styrol/Butadien-Copolymere. Polybutadien. Polyisopren. Äthylen-Propylen-Terpolymere oder Halogenbutyikautschuk in Frage.

Obige stoßaufnehmende Lage wird im Hinblick auf den geforderten Gummi und dessen physikalischen Eigenschaften hergestellt. Dabei kommt es zu einer Orientierung der kurzen Fasern, was zur Erhöung des Druckmoduls V gegenüber dem Zugmodul X führt. Die Beziehung zwischen Kund X in einer stoßaufnehmenden Lage, die keine kur/cn kristallinen lcxtilartigen Fasern enthält, ist

V < I.I ,V 4- 18.

Enthält jedoch die stoßauf nehmende Lage derartige Fasern, so werden diese orientier! und die Relation /wischen Kund A'ist dann

Durch die Anwendung einer solchen stoßaufnehmenden Lage laßt sich in der Praxis eine Breaker-Lage ansvcndcn Die Breaker-Lage besteht aus einem Stahkord hoher Dehnung, dessen Bruchdehnung /^mindest 4⁰A. vorzugsweise 4 bis 10%. beträgt und zur \ rnntrening der äußeren Verwundbarkeit dient.

Der Stahlcord der Broker-Lage mit einer Bruchdehnung von zumindest 4, vorzugsweise 4 bis 10%, läßt sich beispielsweise mit folgender Konstruktion und Festigkeit aufbauen:

Litz.enkonstruktion 3 · 7 · 0,225

Kettgarne 4(s)/6(s), Bruchfestigkeit je Cordfaden 175 kg, Bruchdehnung 8%.

Beispiel

Lin crfindtingsgemäOer Reifen ist in der Zeichnung dargestellt. F.r besteht aus der Karkasse I. dem Gürtel 2 und der stoßaiifnehmenden Lage 3 Der Gürtel selbst ist dreilagig. wobei die Lagen 2a und 2b zugfest sind und 2c die Breaker-Lage ist. Die stoßaufnehmende Lage ist keilförmig.

Im Beispielsfall handelt es sich um einen Reifen der

ι -.r,.n„ uifwi «on

Karkasse

Stärke des Cordfadens 1,09 mm. Il Stahlcord zu je 28 Stahklrähten sind auf 25,4 mm parallel angeordnet, d h. die Anzahl der Corde je Längseinheit ist 11 auf 25.4 mm. Es liegt somit eine Karkassenlage vor. deren Corde einen Winkel von 0" zur Radialebene des Reifens haben.

Gürtel

ί i: :!"' . ν I\-t 'iim

\ ;■-' irkuHi:. Mrjit-j <mmJ

1 I .lüc

150

Alle Cordwinke! zur l.'mfangsrichtung des Reifens sind 20 \

S'oßaufnehmende Lage

Polybutadien enthaltende kristalline Fasern (KF).
MikroStruktur

SvT; - 1.2-

trans-!.4-cis-1.4-

2.4 Gew.-°/o
Rest

2 Lage	λ laue
1.20	3X7X0.225 mm.
	4(s)/6(s)
Ί	Bnichfestigkeit
	ic Cord 175 kg
9	S Bruchdehnung
ISO	IMl
rn mittlere Dicke	D 0.25 um
mittlere Länge	L 3.1 um
D/L im Mittel	0.08

kristall. syn-1.2-Polybutadien49 Gew.-%

Nähere Angaben zur Kautschukzusammensetzung, den physikalischen Eigenschaften und der Eignung der stoßaufnehmenden Lage sind in folgender "abelle zusammengestellt

Mischuns Ge'-v.-Teil·
KF
NR

Ruß
HAF
FhF

1. Vulkanisationsbeschleuniger

	35	100	30	25	20	30	50	20	10
	0				50	80	90
40				28

1.2 0.8

0.6

100

IR SBR

43

JO 18 585

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15(K)

Der 1. Vulkanisationsbeschleiini!. ·ι ;.' N ■ ix-,,l;.itlvien-2-beriZothiazolvlsulfenamici und Jrr 2 P :■■- rhi t cvklisulfid. Der Wärmeaufbau u;t<.! η; ^;' NSIN' D623-fi7 ermittelt. Die Laufstrecke ^ !<■ I . '·'' W-v Innendruck 7.25 bar (IIS), Last (IS r-<)".'„ _1]nd - < is: ir :. Seitenkraft ermittelt.

Α'·5 der Tabelle ergibt sich folgendes Der Prufreiie. 1. dessen Modul nach der Vulkanisation dei keil¹' inn: gen stoßaufnehmenden Lage übermäßig hoch '■:. ha' geringe Spannung in den Gürtelenden, jedoch wild vie: Wärme aufgebaut, womit die Paue-hafiigkeit des Reifens beeinir.ichtigt wird. Andererseits ist beim Prüfreifen 5 der Modul der vulkanisierten s-oßaufnch inenden Lage extrem klein. Jic Spannungen an de;n Giirielende r:d<vh sehr grr'3. ⁵ ■ d.:J .!ic Haltbarkeit d:s Reifens verbinden

Die Prüfreifer. 9. 10 und I : in d·- Anteil -m Poly¹ -.ldien <!0 ca nachteilig is·. se^:st wenn der V'odui

-.iifseni Gvur.-.' ird e- <■ inrii d--r

-.¹T.!^f — ν ι- ; >.her würde haben ι ne wesentlich geringere Haltbarkeit als ·. iiche Reuen mit νlerlagigem Gürtel.

l);e l'rüfr; fen 2 bis 4 und b bis 8 nach der Erfindung 'hie.'en e ;n ('''immi mit zumindest 10% Polybuta-

! . n. ".as »elv vorteilhaft ist und wodurch die ■ iiif»trecke iuf der Trommel wesentlich besser ist als

ί üblichen Reifen. Wenn die stoßaufnehmende Lage : iledingiing entspricht, daß der /ugmodul Λ' 20 bis ι· daN'crtv und der Druckmodul V > 1.1 X + 18 sein n-.uQ. kann die Haltbarkeit wirksam verbessert werden. nlbst wenn der Gürtel dreilatrig ist. im Vergleich zu den Prüfreifen 9 bis 11. die obige Bedingung nicht erfüllten.

Nach der Erfindung wird die Anwendung eines ''iilagigen Gürtels für die Praxis ermöglicht, was bisher v.-^grn f°h!-'\ie^r Haltbarkeit derartiger Reifen nicht in frage kam und d^;e di-iiberhinaus noch eine verbesserte i f;iitb.!:Vce:t jnd -:-;n geringeres Gewicht haben unc d.imr -.-ine I '

r an Treibstoffkosten gestatten.

Claims

Patentansprüche:

1. Stahlgürtel-Radialreifen für Schwerfahrzeuge aus einer toroidalen Karkasse aus gummierten Cordlagen in Radialebene des Reifens oder in einer Ebene, die nur um einen kleinen Winkel zur Radialebene geneigt ist, und einem Gürtel auf dem oberen Teil der Karkasse aus gummiertem Stahlcord, der dreitägig ist und von den drei Lagen zwei zugfest sind, deren Corde um einen Winkel < 30° zur Umfangslinie des Reifens geneigt sind und sich die Corde der beiden Lagen an der Umfangslinie des Reifens kreuzen, und die oberste Breaker-Lage aus Stahlcord besteht, der in einem Winkel <30° zur Umfangslinie des Reifens angeordnet ist, und zwischen der unteren Fläche der beiden Seiten des Gürtels und der Karkasse eine Lage aus einer abstützenden Kautschukmischung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden eii.stoßaufnehmender Keil aus

Λ. einem vulkanisierten Polybutadien, der ein Block- oder Pfropfpolymer von cis-l,4-Polybutadien mit syndiotaktischern(syn)-l,2-Polybutadien ist, 6 bis 20 Gew.-°/o syn-l,2-Isomer enthält, von denen zumindest 40 Gew.-% kristallin sind und in Form kurzer Fasern mit einer mittleren Stärke von 0,05 bis ί μπι und einer mittleren Länge von 0,8 bis 10 μπι vorliegen, oder

B. aus einer Mischung von zumindest 10Gew.-% dieses Polybutadiens neben Naturkautschuk oder i'inem anderen Dienkautschuk

vorgesehen ist.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brcaker-Lage aus Stahlcord hoher Dehnung besteht, so daß die Bruchdehnung zumindest 4% beträgt.