DE3124119C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugluftreifen.

Nach der DE-PS 16 80 482 ist ein Fahrzeugluftreifen mit einem durch eine gürtelartige Einlage verstärkten Laufstreifen und mit einer Karkasse bekannt, die aus zwei Gewebelagen besteht, deren radial innere Lage den Wulstring mit Kernreiter von axial innen nach außen umfaßt und ein Umschlagende bildet und deren radial äußere Lage die innere Lage auf der gesamten Umfangslänge umgreift und axial außen vom Umschlagende im Bereich des Wulstringes endet.

Bei der bekannten Karkasse sind die Festigkeitsträger der inneren Lage in Radialrichtung und die Festigkeitsträger der äußeren Lage in einer um 5° bis 45° von der Radialrichtung abweichenden Richtung verlaufend angeordnet. Dadurch sind bezogen auf die Laufrichtung die Festigkeitsträger asymmetrisch orientiert und dienen dazu, auftretende Vibrationen und Geräusche bei ungünstiger Aufstandsfläche während des Abrollvorganges zu mindern.

Es ist des weiteren nach DE-OS 19 27 047 bekannt, eine oder mehrere zwischen den Gürtellagen angeordnete oder diese überdeckende Gewebelagen vorzusehen, die die gürtelartige Einlage beidseitig überragen und sich zumindest bis etwa zur halben Seitenwandhöhe erstrecken. Die Geweblagen können im Vergleich zur Karkassenlage eine geringe Fadendichte und/oder Fäden geringer Zugfestigkeit aufweisen. Diese Gewebelagen sind ein Hilfsmittel, um eine Lageverschiebung der gürtelartigen Einlage während der Reifenherstellung zu verhindern.

Der ferner nach DE-OS 16 80 412 bekannte Fahrzeugluftreifen weist eine wenigstens zweilagige Karkasse auf, bei der die Lagen zwischen Wulst und Lauffläche divergierend verlaufen, wobei sich wenigstens eine Lage von der Reifenwand mehr entfernt als die übrigen Lagen.

Derartige Gürtelradialreifen sind Standard sowohl für die PKW- als auch für die LKW-Bereifung. Die Karkasse besteht dabei aus zwei gleichen Kord-Gewebelagen, deren Kordfadenverlauf im wesentlichen 90° ± Toleranz beträgt, gemessen in bezug auf die Reifenumfangsmittenebene.

Die Kordgewebelagen bestehen aus den bewährten Kordmaterialien, wie Rayon, Polyamid oder Polyester und weisen je nach Material, Kordkonstruktion und Kordpackungsdichte eine Festigkeit auf, die gewährleistet, daß die Karkasse die Wechselspannungen aufnimmt, die in den Karkassenkorden durch Luftdruck und Belastung auftreten. Eine solche Karkasse verfügt des weiteren über eine Festigkeitsreserve, die bezüglich Sicherheit gegen Platzdruck ein Mehrfaches von dem beträgt, das erforderlich ist.

Die bekannten Karkassen, die aus zwei identischen, gleichwertigen Kordgewebelagen mit voller Packungsdichte und Gummierung gebildet sind, stellen einen erheblichen Anteil des Reifengewichts. An diesem Karkassengewicht ist bislang nichts geändert worden.

Bei heutzutage an den Reifen gestellten Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Fahrverhalten, Wirtschaftlichkeit und Komfort drängt sich stets ein Grundsatz in den Vordergrund, nämlich so leicht wie möglich zu bauen, jedoch nicht auf Kosten der Sicherheit.

Leichtgewichtige Reifen reduzieren den Rollwiderstand erheblich, und geringer Rollwiderstand bedeutet Einsparung an Energie. Dies ist in Zeiten der Rohstoffknappheit besonders wichtig.

Eine Ein-Lagen-Karkasse wird unter Umständen eine hohe Gewichtsreduzierung liefern. Ein mit solch einer Karkasse ausgerüsteter Gürtelradialreifen würde jedoch den erheblichen Nachteil ungünstigen Fahrverhaltens aufweisen. Die Flexionszone des Reifens, d. i. der Abschnitt des Reifens, der sich zwischen Laufflächenschulter und Reifenwulst, befindet, würde ungünstig groß, und sie beeinflußt die Seitenstabilität und die Stabilisierung nach Fahrtrichtungsänderung sowie das Kurvenverhalten bei Gürtelradialreifen negativ.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Fahrzeugluftreifen so auszubilden, daß eine gewichtsreduzierte Karkasse geschaffen werden soll, die den Festigkeitsansprüchen gerecht wird und dem Reifen im Fahrverhalten vergleichbar gute Eigenschaften verleiht wie bei einem Reifen mit Zweilagenkarkasse.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung stellt die innere Karkassenlage im wesentlichen den Festigkeitsträger der Karkasse, und die äußere Karkassenlage erfüllt die Funktion der Sicherstellung des guten Fahrverhaltens und gewährleistet die Gewichtsreduzierung. Die Flexionszone des Reifens wird günstiger im Vergleich zu einem wie beschriebenen Standardreifen.

Die neutrale Faser der Biegebeanspruchung der Seitenwand befindet sich günstig im Bereich der Nähe der inneren Karkassenlage. Dies wird mit einer radial äußeren Karkassenlage als Hilfslage erreicht, die eine um mindestens 20% geringere Zugfestigkeit aufweist.

Die radial äußere Karkassenlage weist dazu bevorzugt eine zwischen 20 und 70% geringere Kordfadenpackungsdichte auf im Vergleich zur Packungsdichte der inneren Lage aus normalfädigem Kordgewebe. Die innere Lage weist bevorzugt eine zwischen 55% und 95% liegende Packungsdichte auf.

Die radial äußere Karkassenlage kann als geringerfädige Hilfslage bezüglich der Kordfadenkonstruktion und das Gewebematerials von der den Festigkeitsträger bildenden inneren Karkassenlage abweichen.

Zusätzlich kann auch die Gummierungsdicke der Hilfslage reduziert vorliegen. Vorzugsweise kann die Dicke um bis 50% über Kord- bzw. Fadendurchmesser reduziert vorliegen.

Beispielsweise kann die Gesamtlagendicke D gleich d (Korddurchmesser) +2×0,05 mm betragen. Die Hilfslage kann des weiteren bezüglich der Gummierung einen höheren Modul aufweisen im Vergleich zur radial inneren Karkasse. Der Modul der Hilfslage kann erheblich über den Normalwerten von im Bereich von 10,0 MPa für 300% Modul, nämlich bei 15,0 bis 20,0 MPa liegen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die radial äußere Karkassenlage aus Garnen an Stelle der Korde bestehen. Hierfür bieten sich eine Reihe von technischen Garnen an. So ist beispielsweise Einfachgarn aus Polyamid oder aromatischem Polyamid wegen des günstigen spezifischen Gewichts und der bei Aramid den Metallfäden vergleichbaren Zugfestigkeit u. a. physikalischer Eigenschaften in der Hilfslage vorzusehen.

In allen Anwendungsfällen, einschließlich der Mischbauweise bei Karkassen, ergibt sich eine mehr oder minder hohe Gewichtsreduzierung der Karkasse und insoweit auch des Reifens, der dadurch geringeren Rollwiderstand aufweist.

Auf diese Weise können verhältnismäßig leichtgewichtige Karkassenlagen erhalten werden, deren untereinander im wesentlichen parallele Kordfäden im verhältnismäßig weiten Seitenabstand zueinander in der Hilfslage vorliegen. Wegen der wenigen vorhandenen Schußfäden gleichen sie einem gummierten weitmaschigen Netz, das über der den Festigkeitsträger bildenden inneren Lage angeordnet ist.

Anhand der Zeichnungsfiguren wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Fahrzeugluftreifen und Fig. 2 eine Einzelheit der Karkasse in räumlicher Teildarstellung.

Der Fahrzeugluftreifen 1 nach Fig. 1 weist eine Radialkarkasse 2 auf, die aus zwei Kordgewebelagen 12, 14 und zwei Wülsten 3, besteht. Der Laufstreifen ist mit 6 und die Laufflächenverstärkung ist mit 7 bezeichnet.

Die Verstärkung 7 besteht aus zwei oder drei Kordlagen 8, 9, die gürtelartig zwischen der Karkasse 2 und der Lauffläche angeordnet sind. Innen ist die Karkasse 2 von einer Gummischutzschicht 10 bedeckt, die bei einem Schlauchlosreifen aus einer Gummimischung besteht, die wenig luftdurchlässig ist. Als Material kommt zum Beispiel Halobutylkautschuk in Betracht. Außen ist die Karkasse 2 durch einen Gummistreifen 11 abgedeckt, der im wesentlichen die Reifenseitenwand bildet. Die radial innere Karkassenlage 12 umgreift den Wulstring 4, der aus Stahldrähten gebildet ist, und den Kernreiter 5, der aus einer Gummimischung besteht, von axial innen nach außen. Die Enden der Lage bilden Karkassenumschläge 13 im Bereich des Kernreiters 5.

Die radial innere Karkassenlage 12 besteht aus gummierten Kordfäden, die normalfädig vorliegen, d. h. verhältnismäßig dicht gepackt sind. Die Packungsdichte, d. i. die Anzahl der Kordfäden pro Dezimeter, gemessen im Bereich oberhalb des Wulstringes, beträgt z. B. bei Rayonkord des Garntyps 1840/2 etwa 100 bis 130 Kordfäden (epdm = ends pro Dezimeter). Anstelle des Rayon sind auch Nylon- und Polyestergarne häufig gewählte Karkassenkordmaterialien. Es sind des weiteren noch aromatische Polyamidkorde oder auch flexible dünne Metallkorde als Karkassenmaterial möglich. Die verhältnismäßig hohe Packungsdichte der Karkassenlage 12 sichert die für die Radialreifen notwendige Festigkeit zur Aufnahme der Wechselspannungen, die durch Luftdruck und Last hervorgerufen werden und die für gutes Fahrverhalten und Komfort gewünschte Flexibilität. Sie verhindert zugleich, daß die Butylkautschukschicht 10 in die Karkasse eindringen kann.

Die radial äußere Karkassenlage 14 umgreift die innere Lage 12 auf der gesamten Umfangslänge und liegt im Wulstbereich axial außen vom Kernreiter 5 und Karkassenumschlag 13 vor.

Diese Karkassenlage 14 ist geringfädig ausgebildet. Sie kann insoweit eine geringe Packungsdichte und/oder je Kordfaden eine geringe Fadenzahl aufweisen. Bevorzugt ist die Packungsdichte zwischen 20 und 70% geringer als die in der inneren Lage; im Minimum sind 20% Packungsdichte noch zulässig. An Kordmaterialien können Rayon, Nylon, Polyester und aromatische Polyamide gewählt werden.

Eine radial äußere Karkassenlage 14, die pro Dezimeter lediglich 25 bis 60 Kordfäden je nach Garnmaterial und Kordtyp enthält, verringert das Gewicht der Karkasse erheblich.

Die geringerfädige Hilfslage erfüllt die wichtige Funktion der Sicherstellung guten Fahrverhaltens. Sie liegt - wie Fig. 2 es zeigt - wie ein weitmaschiges Netz infolge der vorhandenen Schußfäden auf der Karkassenlage 12 auf. Die Karkassenlage 14 schafft insoweit eine günstig ausgebildete Flexionszone 15.

Diese Zone ist schmaler im Vergleich zu einer Ein-Lagen-Karkasse, jedoch breiter im Vergleich zu einer Zwei-Lagen Karkasse, die aus zwei identischen, hochgepackten Kordgewebelagen besteht. Des weiteren liegt auf Grund der Anordnung der als Hilfslage ausgebildeten Karkassenlage 14 die neutrale Faser 16 der Biegebeanspruchungen der Seitenwand günstig im Bereich der Nähe der radial inneren Karkassenlage 14. Durch beide Maßnahmen wird das allgemeine Fahrverhalten des Gürtelreifens verbessert. Den günstigen Rollwiderstand erhält der Reifen aufgrund der Gewichtseinsparung bei der Karkasse.

An Luftreifen werden unterschiedliche Anforderungen hinschichtlich Sicherheit, Fahrverhalten, Wirtschaftlichkeit und Komfort gestellt. Zum allgemeinen Fahrverhalten zählt u. a. das Führungs- und Lenkverhalten. Es umfaßt die Fahrtrichtungsstabilität, die Lenkpräzision, die Stabilisierung nach Fahrtrichtungsänderungen, die Beherrschbarkeit in Grenzfällen und das Rückstellmomentverhalten. Dieses Fahrverhalten ist aufgrund Ausbildung und Anordnung der Hilfslage gut.

Zur Sicherheit zählt das Luftdruckhaltevermögen gegen Platzdruck. Zur Wirtschaftlichkeit gerechnet wird neben vertretbaren Kosten u. a. auch der geringe Rollwiderstand, der geringere Energiekosten zur Folge hat.

Zum Komfort zählen Einfederungsvermögen, Reifengleichheit (Uniformity) und Laufruhe. Gute Werte beim Einfederungsvermögen werden aufgrund der Hilfslage erreicht.

Tabelle

Zweilagig ausgebildete Karkasse mit Minimal-Packungsdichte

Innere Karkassenlage

Äußere Karkassenlage (Hilfslage)

Beispiele für Karkassenausbildungen, bei denen die radial äußere Lage eine Hilfslage ist.

Beispiel 1

Die radial innere Lage 12 besteht aus Rayon des Kordtyps 1840/3fach. Vorhandene Fadenenden pro Dezimeter: 76. Das entspricht einer Packungsdichte von 65%. Die Zugkraft beträgt 25 kp (Angabe pro Faden).

Die äußere Lage 14 als Hilfslage besteht aus Rayon des Kordtyps 1220/2fach. Vorhandene Fadenenden pro Dezimeter: 116. Das entspricht einer Packungsdichte von 70%. Die Zugkraft beträgt 10,2 kp (Angabe pro Faden).

Aufgrund des gewählten Kordtyps ist die Hilfslage geringerfädig. Die Zugkraft und damit auch die Gewebefestigkeit ist um rund 37% geringer als die radial innere Lage.

Beispiel 2

Die radial innere Lage 12 besteht aus Rayon des Kordtyps 1840/2fach. Vorhandene Fadenenden pro Dezimeter: 130. Das entspricht einer Packungsdichte von 93,6%. Der Fadendurchmesser beträgt 0,72 mm. Die Lagendicke beträgt 1,38 mm; die Gummierungsdicke somit 0,33 über Fadendurchmesser.

Die Zugkraft beträgt 18,5 kp. Die Gewebefestigkeit beträgt 2405 kp/dm. Der 300% Modul der Gummierungsmischung beträgt 9,1 MPa. Das Gewebegewicht wurde mit 1503 gr/m² ermittelt. Die äußere Lage 14 als Hilfslage besteht aus Nylon des Kordtyps 1400/1fach. Vorhandene Fadenenden pro Dezimeter: 110. Das entspricht einer Packungsdichte von 47,3%. Der Fadendurchmesser beträgt 0,43 mm. Die Gummierungsdicke beträgt 0,11 mm.

Die Zugkraft beträgt 11,4 kp. Die Gewebefestigkeit beträgt 1254 kp/dm.

Der 300%-Modul der Gummierungsmischung beträgt 19 MPa. Das Gewebegewicht wurde mit 750 gr/m² ermittelt.

Die Gewebefestigkeit der Hilfslage ist um 48% geringer im Vergleich zur radial inneren Lage. Die Gewichtsreduzierung bei der Hilfslage beträgt 50%, gemessen im Vergleich zur inneren Lage. Die Reduzierung der Gummidicke über Fadendurchmesser bei der Hilfslage liegt bei 67%. Der 300%-Modul der Gummierung der Hilfslage ist um 109% höher im Vergleich zur Gummierung der inneren Lage.

Durch Verwendung der beschriebenen Hilfslage wird das Reifengewicht erheblich geringer. Die Hilfslage verbessert die Stabilität im Rahmen des Fahrverhaltens, und sie stellt eine Sicherheitsreserve dar. Die Hilfslage verbessert des weiteren die eingefederte Karkassenkontur. Durch die erhaltene günstige Flexionszone werden wiederum günstig die Dauerhaltbarkeit, die Hochgeschwindigkeitseignung und der Rollwiderstand verbessert.

Claims (2)

1. Fahrzeugluftreifen (1) mit einem durch eine gürtelartige Einlage (7) verstärkten Laufstreifen (6) und mit einer Radialkarkasse (2), die aus zwei Gewebelagen besteht, deren radial innere Lage (12) den Wulstring (4) mit Kernreiter (5) von axial innen nach außen umfaßt und ein Umschlagende (13) bildet und deren radial äußere Lage (14) die innere Lage (12) auf der gesamten Umfangslänge umgreift und axial außen vom Umschlagende (13) im Bereiche des Wulstringes (4) endet,
wobei das Gewebe der inneren Karkassenlage (12) eine Kordfadenpackungsdichte zwischen 55 und 95% und das Gewebe der äußeren Karkassenlage (14) eine zwischen 20 und 70% geringere Kordfadenpackungsdichte als das der inneren Karkassenlage (12) aufweist, und/oder die äußere Karkassenlage (14) eine geringere Fadenzahl je Kordfaden aufweist als die radial innere Karkassenlage (12) und/oder die radial äußere Karkassenlage (14) eine um bis zu 50% reduzierte Gummierungsdichte über dem Festigkeitsträgerdurchmesser aufweist,
so daß die radial äußere Lage (14) eine um mindestens 20% geringere Zugfestigkeit als die innere Karkassenlage (12) hat.

2. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Garnen, die gummiert die äußere Karkassenlage (14) bilden.