DE3034504C2

DE3034504C2 -

Info

Publication number: DE3034504C2
Application number: DE3034504A
Authority: DE
Inventors: Noboru Ohme Tokio/Tokyo Jp Kusakabe; Masaaki Sakato Jp Morimoto; Koichi Kojima; Koichi Higashimurayama Tokio/Tokyo Jp Kojima
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1979-09-13
Filing date: 1980-09-12
Publication date: 1990-10-11
Also published as: JPS6221641B2; DE3034504A1; JPS5643008A; US4718470A; AU522985B2; IT8024644A0; CA1119086A; AU6200980A; FR2464834B1; IT1193968B; FR2464834A1; NL185616C; NL185616B; NL8005088A

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen für Personenkraftwagen mit einer Karkasse in Radialbauweise und einem um den Außenum fang der Karkasse gelegten Gürtel aus einer gummierten Stahl cordlage mit Stahlcorden aus vier oder fünf miteinander ver drehten Stahlfäden, die einen Durchmesser von 0,12 bis 0,4 mm aufweisen.

Ein derartiger Gürtelreifen unter Verwendung von Stahlcorden aus jeweils vier oder fünf miteinander verdrehten Stahlfäden ist bekannt ("Kautschuk + Gummi - Kunststoffe" Nr. 2/79, S. 103/104). Dort ist ein Stahlfadendurchmesser von 0,25 mm bei einer Obergrenze von 0,38 mm genannt. Der Durchmesserwert von 0,25 mm stellt einen Mittelwert innerhalb des eingangs genann ten üblichen Durchmesserbereichs für Stahlcordfäden dar.

Bei den vorstehend beschriebenen Luftreifen mit Stahlcorden in Radialbauweise wurden Lagentrennungen im Endabschnitt des Gür tels festgestellt. Um dem abzuhelfen, werden als Beschichtungs gummi für den Gürtel Kautschuke von hoher Elastizität und sehr großer Weiterreißfestigkeit verwendet. Mit dem Ausbau des be festigten Straßennetzes und der damit einhergehenden verstärk ten Nutzung haben auch die Reisegeschwindigkeiten allmählich zugenommen. Folglich werden die Anforderungen hinsichtlich der Luftreifenabplattung und der Hochgeschwindigkeits-Haltbarkeit allmählich größer, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, die Elastizität des Gürtel-Beschichtungsgummis weiter zu erhöhen.

Zwar wird durch die Erhöhung der Elastizität des Gürtelbe schichtungsgummis die Lagentrennfestigkeit am Gürtelendab schnitt verbessert, der Gürtel wird aber auch einer verstärkten dynamischen Walkstauchbewegung unterworfen, wodurch sich die Gefahr einer Knickermüdung der Stahlcorde im Gürtel erhöht. So kann es zu einem Bruch des Stahlcordes vor der völligen Abnut zung des Laufflächengummis kommen. Insbesondere nimmt diese Tendenz im Falle einer Eindrückung oder Abplattung des Luftrei fens zu, so daß die Haltbarkeit des Luftreifens ein ernsthaftes Problem bildet.

Im Vergleich zu Luftreifen mit Textilcorden in Radialbauweise zeigen Luftreifen mit Stahlcorden in Radialbauweise eine hohe Steifigkeit des Gürtels und eine ausgezeichnete Kurvenstabili tät bzw. Seitenführung, wogegen der Fahrkomfort gering und die Nutzung herabgesetzt ist, bedingt durch die ungleichmäßige Ab nutzung infolge der Abplattung des Luftreifens und er Ausbil dung der Luftreifenlauffläche mit Blockprofil.

Ferner sind die Stahlfäden der im Gürtel eingebetteten Stahl corde gleichbleibend in gegenseitiger Anlage miteinander ver dreht, wobei ein zentraler Hohlraum im Stahlcord entsteht, der sich nicht vollständig mit Gummi füllt, so daß bei einer von der Außenseite der Lauffläche bis zum Gürtel reichenden Reifen verletzung so in den Gürtel eindringendes Wasser sich in Längs richtung des Stahlcordes verteilt und Rost entsteht sowie sich ausbreitet. Durch den Rostbefall verringert sich die Haftung zwischen dem Stahlcord und dem Beschichtungsgummi, so daß es zur Lagentrennung kommt.

Es ist bereits bekannt, bei einem Stahlcord für Luftreifen die Stahlfäden so in offener Weise zu verdrehen, daß außer dem zen tralen Hohlraum eine Umfangslücke entsteht, die sich schrauben linienförmig längs des Cordes erstreckt (US-PS 30 90 189, Fig. 10). Daher kann der Beschichtungsgummi im wesentlichen vollständig in den Stahlcord eindringen und seinen zentralen Hohlraum ausfüllen. Trotz der vorgesehenen Umfangslücke sind die Stahlfäden in enger gegenseitiger Anlage aneinander gleich mäßig verdreht, so daß die Elastizität des Stahlcords begrenzt ist und sich auch über seine Länge nicht ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftreifen der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfacher Herstel lung verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Haltbarkeit, der Gleichmäßigkeit der Abnutzung und des Fahrkomforts auf weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü chen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich ein Vorteil im Sinne der vorgenannten Erfindungsaufgabe erreichen läßt, wenn wenigstens eine Lage Stahlcord mit offener Drehung ver wendet wird, bei der die Fäden eine spezielle, in Cordlängs richtung wechselnde Verdrillung aufweisen und in einen Be schichtungsgummi mit speziellem Modul eingebettet sind. Ver suche haben gezeigt, daß eine Variation des 100%-Moduls des Beschichtungsgummis die Fadenbruchfestigkeit, die Lagentrenn festigkeit, den ungleichmäßigen Abnutzungswiderstand und den Fahrkomfort kaum verbessert, wenn ein bisher üblicher Stahlcord verwendet wird. In Verbindung mit dem speziellen Stahlcord, bei dem alle bzw. nur ein Teil der Stahlfäden Abstand zueinander aufweisen, zeigt jedoch der 100%-Modul des Beschichtungsgummis einen unerwarteten Einfluß auf die vorgenannten Eigenschaften, die innerhalb des vorgenannten Modulbereichs eine Verbesserung erfahren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1a eine Seitenansicht eines beim herkömmlichen Luft reifen verwendeten Stahlcordfadens;

Fig. 1b vergrößerte Querschnitte durch den Stahlcord faden gemäß Fig. 1a bildende Stahleinzelfäden;

Fig. 2a eine Seitenansicht einer Aus führungsform des offen gedrehten Stahlcordfadens gemäß der Erfindung; und

Fig. 2b vergrößerte Querschnitte durch den Stahlcord faden gemäß Fig. 2a bildende Stahleinzelfäden.

Gemäß Fig. 1a weist der herkömmliche Stahlcordfaden eine geschlossene Drehungskonstruktion auf, bei der alle Stahl einzelfäden in der Längsrichtung des Cordfadens eng mitein ander verdrillt sind. Dagegen hat der ver wendete "offen gedrehte Stahlcordfaden" eine offene Drehungs konstruktion, bei der alle Stahleinzelfäden so miteinander verdrillt sind, daß sie nicht aneinander anliegen. Gemäß Fig. 2 wiederholt sich dieser Aufbau in der Längsrichtung des Cord fadens zumindest annähernd periodisch. Gemß Fig. 1a und 1b liegen alle Stahleinzelfäden in jedem Querschnitt des her kömmlichen Stahlcordfadens eng aneinander an. Dagegen weist der erfindungsgemäße Stahlcordfaden gemäß Fig. 2a und 2b eine Drehung auf, bei der alle Stahleinzelfäden in der Längs richtung des Cordfadens abwechselnd oder periodisch nicht aneinander anliegen. Gemäß Fig. 2b hat der Cordfaden ferner einen Abschnitt, in dem einige der Einzelfäden in Längs richtung des Cordfadens aneinander anliegen, die übrigen Einzelfäden dagegen nicht. Dieser Abschnitt ist vorzugsweise geeignet für das Eindringenlassen des Beschichtungsgummis ins Innere des Stahlcordfadens.

Wie weiter oben erwähnt, ist der im Luftreifen zu verwendende Gürtel aus wenigstens einer offen gedrehten Stahlcordlage aufgebaut, bei der die offen gedrehten Stahlcordfäden in einem Beschichtungsgummi mit einem 100%-Modul von 30 bis 70 kg/cm² eingebettet sind. In diesem Falle ist jeder offen gedrehte Stahlcordfaden aus 4 bzw. 5 Stahleinzelfäden zusammengesetzt und hat eine Dehnung von 0,2 bis 0,7% bei einer Belastung von 5,0 kg/Cordfaden und eine Drehungsteilung von 8 bis 16 mm.

Der Grund für die Begrenzung der bei einer Belastung von 5 kg/Cordfaden auftretenden Dehnung auf 0,2 bis 0,7% besteht darin, daß bei einer Dehnung von weniger als 0,2% Gummi nicht ausreichend in den zentralen Bereich des Cordes eindringt wie bei der Anwendung herkömmlichen Stahlcords und das Ziel der Erfindung nicht erreicht werden kann, wogegeben bei einer 0,7% übersteigenden Dehnung die Gefahr einer Störung der Drehung am durchtrennten Endabschnitt des Cordfadens besteht und daher Schwierigkeiten bei der Luftreifenher stellung hervorgerufen werden, z. B. die Stahlcordfadenenden beim Reifen aufbau so gebogen werden, daß sie in die innere Beschichtung eindringen.

Beim offen gedrehten Stahlcordfaden ist es notwendig, die Drehungsteilung des Cordfadens aus dem nachstehend genannten Grund auf 8 bis 16 mm zu beschränken.

Wenn die Drehungsteilung kleiner als 8 mm ist, nimmt die Ergiebigkeit des Cordfadens in beträchtlichem Maße ab und der Nutzwert ist praktisch gering, wogegen bei einer 16 mm übersteigenden Drehungsteilung die Bruchfestigkeit des Cord fadens infolge seiner Knickermüdung in hohem Maße abnimmt.

Für den Beschichtungsgummi, in dem die offen gedrehten Stahl cordfäden eingebettet sind, ist ein 100%-Modul im Bereich von 30 bis 70 kg/cm², vorzugsweise von 35 bis 55 kg/cm² notwendig. Beträgt der 100%-Modul weniger als 30 kg/cm², wird die im End abschnitt des Cordfadens erzeugte Beanspruchung bzw. Dehnung größer und die Lagentrennfestigkeit am Gürtelende (Weiter reißen des Gürtelbeschichtungsgummis, ausgehend vom Cord fadenende im Gürtel) wird geringer. Dagegen besteht bei einem 70 kg/cm² übersteigenden 100%-Modul die Gefahr einer Ver ringerung der Haltbarkeit des Gürtels oder eines Cordfaden bruches; gleichzeitig tritt eine beträchtliche Verschlech terung der Verarbeitbarkeit ein.

Der den offen gedrehten Stahlcordfaden bildende Stahleinzelfaden ist zweckmäßigerweise von 0,12 bis 0,4 mm Durchmesser. Wenn der Durchmesser weniger als 0,12 mm beträgt, ist die mechanische Festigkeit des Einzelfadens ziemlich niedrig, wogegen bei einem Durchmesser über 0,4 mm die Dauerfestigkeit des Einzelfadens auf einen für die prak tische Verwendung ungeeigneten Betrag herabgesetzt ist.

Um die Haftung zwischen dem Stahleinzelfaden und dem Gummi zu verbessern, kann die Oberfläche des Einzelfadens mit einem Metall, z. B. Cu, Sn, Zn u. dgl. oder mit einer Legierung davon mit einem Anteil aus Ni, Co o. dgl. beschichtet sein.

Der bei der Durchführung der Erfindung zu verwendende offen gedrehte Stahlcordfaden kann beispielsweise durch Verzwirnen einer bestimmten Anzahl von zuvor behandelten Stahleinzel fäden hergestellt werden, wobei die Einzelfäden nicht anein ander angelegt werden.

Die Lagentrennfestigkeit am Gürtelende, die Fadenbruch festigkeit, ungleichmäßiger Abnutzungswiderstand und der Fahrkomfort, die Schwächen beim herkömmlichen Stahlcord- Luftreifen in Radialbauart waren, können beim erfindungs gemäßen Luftreifen in Radialbauart zur gleichen Zeit ver bessert werden, wenn als Gürtel wenigstens eine offen ge drehte Stahlcordlage verwendet wird, bei der Stahlcordfäden in einer neuen, offen gedrehten Konstruktion aus je 4 oder 5 Stahleinzelfäden und mit einer bestimmten Dehnung und einer bestimmten Drehungsteilung in einem Beschichtungsgummi von einem bestimmten Modul eingebettet sind. Eine weitere Ver besserung ergibt sich daraus, daß der Beschichtungsgummi in der Längs- und Querschnittsrichtung des offen gedrehten Stahl cordfadens gut ins Fadeninnere eindringt, so daß anders als bei Verwendung des Stahlcordfadens mit der herkömmlichen Drehung die Rostausbreitung unterbunden wird. Die Verwendung des offen gedrehten Stahlcordfadens gemäß der Erfindung ist daher von großer Wirkung bei der Verhinderung von Lagen trennung aufgrund der korrosionsbedingten Verringerung der Haftung zwischen dem Stahlcordfaden und dem Gummi.

Beispiel 1

Es wurden verschiedene Versuchsreifen in Radialbauart für Personenkraftwagen der Größe 185/70 HR14 mit einer Karkasse aus einer gummierten Einlage aus Polyesterfaser-Cordfäden hergestellt. Als Gürtel hatten diese Versuchsreifen zwei offen gedrehte Stahlcordlagen je mit Stahlcordfäden mit ver schiedener 1×5-Konstruktion (sh. nachstehende Tabelle 1) aus offen gedrehten 5 Einzelfäden von je 0,25 mm Durchmesser, eingebettet in einen Beschichtungsgummi mit einem 100%-Modul von 35 kg/cm². Die Versuchsreifen wurden hinsichtlich der Gummieindringung, korrodierten Fadenlänge, der Fadenbruchfestigkeit im Gürtel, der Lagentrennfestigkeit am Gürtelende, des ungleichmäßigen Abnutzungswiderstandes, des Fahrkomforts und der Einfachheit der Herstellung beurteilt. Die Beurteilungsergebnisse sind in Tabelle 1 enthalten. Zu Vergleichszwecken wurde nach denselben Eigenschaften ein Vergleichsreifen (Reifen Nr. 1) beurteilt, der als Gürtel Stahlcorde mit der herkömmlichen 1×5-Konstruktion aufwies.

Bei der Beurteilung der vorstehend genannten Eigenschaften wurde folgendermaßen vorgegangen:

Gummieindringung

Nachdem der Metallcord aus dem Versuchsreifen herausgenommen war, wurde eine Länge des vollständig von Gummi durchdrungenen zentralen Abschnittes des Cords gemessen und anschließend das Verhältnis der Gummidurchdringung bezüglich der vollen Cordlänge ermittelt.

Korrodierte Cordfadenlänge

In die Bodenaufstandsfläche jedes Versuchsreifens wurde ein 3 mm Durchmesser aufweisendes Loch bis zum Metallcord gebohrt. Danach wurde der Reifen auf einer durchschnittlichen Straße 50 000 km gefahren, der Metallcord vom Reifen an der dem Loch entsprechenden Stelle herausgenommen und dann abgeschätzt, wie weit die Haftfläche zwischen dem Cord und dem Beschichtungsgummi verschlechtert war, und als korrodierte Länge mittels einer Bewertungsziffer auf der Basis 100 für den Versuchsreifen Nr. 1 bewertet, wobei die Bewer tungsziffer um so kleiner ist, je besser der Korrosionswiderstand des Cordes ist.

Cordfadenbruchfestigkeit im Gürtel

Der Versuchsreifen wurde auf einer öffentlichen Straße über eine Strecke von 40 000 km mit einem Fülldruck von 1,5 kg/cm² und anschließend auf einer festgelegten, in beiden Richtungen zu befahrenden Fahrbahn über eine Strecke von 20 000 km mit einem Fülldruck von 1,3 kg/cm² gefahren. Danach wurde der Luft reifen zur Ermittlung der Anzahl der gebrochenen Cordfäden im Gürtel aufgeschnitten. Für dieses Merkmal wurde ein Index auf der Basis 100 für den Vergleichsreifen gebildet. Je größer der Indexwert, desto kleiner die Anzahl der Bruchstellen und umso besser das Merkmal.

Lagentrennfestigkeit an der Gürtelkante

Der Versuchsreifen wurde auf einer öffentlichen Straße über eine Strecke von 60 000 km mit einem Fülldruck von 1,5 kg/cm² gefahren. Danach wurde der End- bzw. Kantenabschnitt des Gürtels aufgeschnitten, um die Rißlänge des Gummis zwischen dem Cordfadenende im Gürtel und der Gürtelinnenseite zu messen. Für dieses Merkmal wurde ein Index auf der Basis 100 für den Vergleichsreifen gebildet. Je größer der Indexwert, desto kleiner die Rißlänge und umso besser das Merkmal.

Ungleichmäßiger Abnutzungswiderstand

Der Versuchsreifen wurde auf einer öffentlichen Straße über eine Strecke von 40 000 km mit einem Fülldruck von 1,5 kg/cm² gefahren. Danach wurde in der Mitte und am Schulterabschnitt (äußerste Nut) der Lauffläche die Resttiefe der Laufflächen nuten gemessen und der ungleichmäßige Abnutzungswiderstand nach der folgenden Formel ermittelt:

Für dieses Merkmal wurde ein Index auf der Basis 100 für den Vergleichsreifen gebildet. Je größer der Indexwert, desto besser das Merkmal.

Fahrkomfort

Ein mit den Versuchsreifen ausgestattetes Fahrzeug wurde auf eine Lauftrommel aufgesetzt, an deren Oberfläche trapez förmige Schlagleisten angebracht waren. Sodann wurde die Laufgeschwindigkeit des Luftreifens von 40 auf 100 km/h er höht, wobei bei jeder Erhöhungsstufe von 10 km/h die Wellen form der Luftreifenschwingung beim Abrollen über eine Schlag leiste mit ungefederter Last gemessen wurde. Sodann wurde aus den Wellenformen je Geschwindigkeitserhöhungsstufe der maxi male Wert der Schwingungsamplitude als Durchschnittswert er mittelt und daraus nach der nachstehenden Gleichung ein Index für den Fahrkomfort errechnet:

Einfachheit der Herstellung

Bei der Einfachheit der Herstellung werden die folgenden drei Bedingungen berücksichtigt:

i) Verarbeitbarkeit des Cordfadens bei der Herstellung von Stahlcordfäden;
ii) Grad der Störung an den Cordfadenenden, wenn bei der Reifenherstellung die gummierten Cordfäden auf einer bestimmten Breite durchtrennt werden;
iii) Knetbarkeit des Beschichtungsgummis.

Bei diesem Merkmal bedeutet die Eintragung des Symbols "×" "Schwierigkeiten", des Symbols "∆" "geringe Schwierigkeiten" und des Symbols "○" "keine Schwierigkeiten" bei irgendeiner der vorstehend genannten Bedingungen.

Tabelle 1

Aus Tabelle 1 ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Luft reifen Nr. 3, 4, 5, 8 und 9 beträchtlich verbesserte Merk male aufweisen und ihre Herstellung einfach ist.

Beispiel 2

In gleicher Weise wie beim Beispiel 1 wurden verschiedene Versuchsreifen hergestellt unter Verwendung von offen ge drehten Stahlcordfäden in 1×5-Konstruktion mit einer Dehnung von 0,4%, einer Drehungsteilung von 10 mm und einem Beschichtungsgummi mit verschiedenem 100%-Modul zwischen 25 und 70 kg/cm² (sh. nachstehende Tabelle 2). Sodann wurden diese Luftreifen in derselben Weise wie beim Beispiel 1 be urteilt. Die Beurteilungsergebnisse sind in Tabelle 2 enthalten.

Tabelle 2

Aus Tabelle 2 ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Luft reifen Nr. 12, 13, 14 und 15 beträchtlich verbesserte Merk male aufweisen und ihre Herstellung einfach ist.

Beispiel 3

Es wurden dieselben Versuchsreifen wie beim Beispiel 1 her gestellt mit einer offen gedrehten Stahlcordlage aus offen gedrehten Stahlcordfäden in 1×4-Konstruktion aus 4 Stahleinzel fäden von je 0,25 mm Durchmesser (sh. Tabelle 3). Sodann wurde dieselbe Beurteilung wie beim Beispiel 1 vorgenommen. Die Beurteilungsergebnisse sind in Tabelle 3 enthalten. Hierbei wurde ein Vergleichsreifen (Luftreifen Nr. 16) benutzt, der als Gürtel Stahlcordfäden in herkömmlicher 1×4-Konstruktion aufwies.

Tabelle 3

Aus Tabelle 3 ergibt sich eine Verbesserung der Merkmale bei den erfindungsgemäßen Luftreifen Nr. 17 und 18.

Weitere Versuchsergebnisse sind in den Tabellen 4 bis 6 festgehalten, wobei wiederum Reifen Nr. 1 den Vergleichsreifen herkömmlicher Bauart darstellt und die Tabellenwerte entsprechend den vorstehenden Ausführungen gewonnen wurden.

Die Tabellen 4 und 5 sind in Fig. I bzw. Fig. II grafisch ausgewertet. Hier wird in besonderem Maße die Bedeutung des 100%-Moduls des Gummis im Falle der erfindungsgemäßen Cordgestaltung sichtbar. Im übrigen bestätigen sich die bereits aus Tabellen 1 bis 3 abzulesenden Erkenntnisse.

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Claims

1. Luftreifen für Personenekraftwagen mit eine Karkasse in Radialbauweise und einem um den Außenumfang der Karkasse ge legten Gürtel aus einer gummierten Stahhlcordlage mit Stahlcor den aus vier oder fünf miteinander verdrehten Stahlfäden, die einen Durchmesser von 0,12 bis 0,4 mm aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Stahlcorde offen gedrehte Stahlfäden mit einer Drehungs teilung von 8 bis 16 mm aufweisen, wobei die Stahlfäden derart verdrillt sind, daß in Längsrichtung der Stahlcorde Abschnitte zumindest annnähernd periodisch abwechseln, in denen einmal alle Stahlfäden einen Abstand zu einander haben und zum anderen Mal ein Teil der Stahlfäden an einander anliegt und der andere Teil der Stahlfäden einen Ab stand zueinander hat,
- daß die Stahlfäden eine Dehnung von 0,2 bis 0,7% bei einer Be lastung von 5 kg/Faden aufweisen und
- daß der Beschichtungsgummi der Stahlcordlage einen 100%-Modul von 30 bis 70 kg/cm² aufweist.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlcordabschnitte, in denen alle bzw. nur ein Teil der Stahlfäden Abstand zueinander aufweisen, periodisch abwech seln.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsgummi einen 100%-Modul von 35 bis 55 kg/cm² aufweist.