DE3411909A1

DE3411909A1 - Guertelreifen

Info

Publication number: DE3411909A1
Application number: DE19843411909
Authority: DE
Inventors: Isamu Tokorozawa Saitama Imai; Norio Fuchu Tokio/Tokyo Inada; Kazuo Kodaira Tokio/Tokyo Oshima; Kenichi Tanaka
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1983-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1984-10-11
Also published as: DE3411909C2; JPS59186702A; JPH0120081B2; CA1209021A; US4708185A; AU549312B2; AU2600384A

Description

Gürtelreifen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen in Radialbauweise bzw. Gürtelreifen, vor allem auf einen Gürtelreifen für Personenkraftfahrzeuge, kleine Lastkraftwagen und ähnliche Fahrzeuge.
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Die Erfindung bezweckt die Verbesserung des Rollwiderstandes bei gleichzeitiger Ausgewogenheit von Leistungen, die allgemein bei Reifen dieser Art gefordert werden, wie Kurvenstabilität, Fahr- bzw. Abrollkomfort gegen Erschütterungen, Rutschfestigkeit auf nasser Straße und ähnliches mehr, durch gleichzeitige Rationalisierung des Radialoder Gürtelprofils der Karkasse und Optimierung der Eigenschaften des Karkassencords; sie liegt hauptsächlich auf dem technischen Gebiet der Innenverstärkung von Luftreifen.

Um den Rollwiderstand von Reifen zu verringern, sind in jüngerer Zeit verschiedene Maßnahmen bekannt geworden, darunter vor allem zwei Maßnahmen, die das Kautschuk- bzw. Gummimaterial des Laufflächenbereiches bzw. der Aufstandsfläche betreffen, das am meisten zu dem Rollwiderstand beiträgt. Gemäß der einen dieser Maßnahmen wird der Laufflächenkautschuk bzw. -gummi in zwei Bereiche geteilt, in Übereinstimmung mit den Leistungen, die für jeden dieser Bereiche gefordert werden; gemäß der anderen Maßnahme wird der Abriebverlust des Gummis in dem Bereich, der mit dem Boden in Berührung tritt, verringert. Diese Maßnahmen kön-

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nen zwar den Rollwiderstand bis zu einem gewissen Grad verbessern, d.h. verringern; ist jedoch beabsichtigt, eine Verbesserung übar dieses Maß hinaus zu erreichen, so geht dies notwendigerweise zu Lasten der grundlegenden Eigenschäften, die von Haus aus für Luftreifen gefordert werden, wie Rutschfestigkeit auf nasser Unterlage, Abriebfestigkeit und ähnliches mehr.

Weiterhin wurde versucht, als Maßnahme für den Innenaufbau des Reifens die Karkassenlinie des Reifens durch Verringerung des Aspektverhältnisses, d.h. des Verhältnisses von Höhe zu Breite des Reifens in eine elliptische Form zu bringen, womit vor allem beabsichtigt ist, den Rollwiderstand zu unterdrücken durch Verringerung der Scherbeanspruchung, die von den Wirkungen der vertieften und erhabenen Bereiche des Profils in dem Bereich der Seitenwand, der den Boden berührt, begleitet ist. In diesem Fall ist der Stoß, der beim Fahren über Unebenheiten, wie Fugen im Straßenbelag und ähnliches hervorgerufen wird, um so stärker, je kleiner das Höhen-/Breitenverhältnis ist. Weiterhin muß, um den Rollradius des Reifens mit diesem niedrigen Querschnitt demjenigen eines Reifens üblicher Größe anzugleichen, eine Felge verwendet werden, die doppelt oder dreifach so groß ist, wie die üblicherweise verwendete Felge; dies führt zu einer Zunahme des Fahrzeuggewichtes und hebt gelegentlich den verminderten Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges aufgrund des verminderten Rollwiderstandes auf.

Ziel der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu beheben und den Rollwiderstand von Luftreifen zu verringern und zu verbessern, vor allem von Luftreifen, die für Personenkraftfahrzeuge, kleine Lastkraftwagen und ähnliche Fahrzeuge verwendet werden.

Ein diese Aufgabe lösender Gürtelreifen ist mit seinen Ausgestaltungen in den Patentansprüchen angegeben.

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Hinsichtlich der Innenverstärkung eines solchen Reifens geht die vorliegende Erfindung von der JP-Anmeldung 57/187 821 aus, die hauptsächlich ein Radial- oder Gürtelprofil (radial profile) der Karkasse betrifft, mit dem die Verringerung der Scherbeanspruchung bei der Wirkung der vertieften und erhabenen Bereiche des Profils in dem den Boden berührenden Bereich der Seitenwand unter wirksamer Kontrolle bzw. Regelung der Biegedeformation in dem dem Wulstbereich benachbarter» Bereich der Seitenwand erreicht werden kann. Erfindungsgemäß wird die Profilkurve eines Schulterbereichs mit starker Krümmung in der Karkassenlinie mit der Profilkurve eines Basisbereichs mit schwacher Krümmung in der Karkassenlinie mit einem speziellen Radialprofil kombiniert und eine neue vorteilhafte Anpassung von Polyesterfasern als Lagen- oder Schichtcord für die Karkasse vorgenommen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig.1 eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen dem Radialprofil der Karkasse (ausgezogene Linie) und dem Bezugsbogen (gestrichelte Linie) in einem Gürtelreifen nach der Erfindung; Fig.2 eine schematische Ansicht des Verformungsverhaltens des Reifens bei normaler Belastung; und

Fig.3 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Reifens im Querschnitt.

Wenn die üblicherweise verwendeten Corde aus organischen Fasern, wie Nylon-6-Fasern, Nylon-66-Fasern, gewöhnlichen Polyesterfasern (PET = Polyethylentherephthalat) oder ähnlichem, als Lagencord für die Karkasse verwendet werden, selbst wenn die Karkassenlinie das obige Karkassen-Radialprofil annehmen soll, werden die Lagencords frei von Spannung, wenn der aufgebaute Reifen unmittelbar nach der Vulkanisation aus der Form entnommen wird, um die Kontraktion

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- it -

des Reifens zu bewirken, so daß es tatsächlich schwierig ist, eine gewünschte Karkassenlinie im Seitenwandbereich des Reifens zu erhalten. Weiterhin wird, wenn man den erhaltenen Reifen nach der Vulkanisation unter hohem Innendruck erkalten läßt (PCI), das endgültige Reifenprofil vollständig verschieden von der Form, die während der Formgebung gegeben worden ist.

In zahlreichen wiederholten Untersuchungen hinsichtlich des Polyestercords wurde nun gefunden, daß die angestrebte Leistung bzw. Güte des Reifens zunächst dadurch erhalten werden kann, daß man die Dehnung ΔΕ unter einer Spannung von 18 g/tex (2 g/d) auf nicht weniger als 5 % einstellt und die Summe aus AS und 0,4 ΔΕ (wobei AS die Wärmeschrumpfung bedeutet) auf nicht mehr als 5,0 % in der Polyesterfaser.

Als Polyestercord wird vorteilhafterweise ein solcher verwendet, der erhalten wird durch Verzwirnen von mehreren Polyesterfasern derart, daß die durch die Gleichung (1)* angegebene Verzwirnungskonstante innerhalb des Bereichs von 0,4 bis 0,6 liegt, anschließendes Aufbringen einer RFL-Lösung, das heißt einer durch Mischen erhaltenen wäßrigen Lösung von Resorcin, Formaldehyd und Latex, die üb-1icherweise als Klebmittel Verwendung findet, auf den erhaltenen Cord und anschließende Wärmebehandlung des so beschichteten Cords bei einer Temperatur von 230⁰C bis zum Schmelzpunkt. Vorzugsweise soll die Polyesterfaser Mikroeigenschaften aufweisen, zu denen eine Grenzviskositätszahl von 0,75 bis 1,10, ein spezifisches Gewicht ρ von 1,356 bis 1,390, eine Doppelbrechung ΔΝνοη 155 bzw. 165x10~³ bis 195 χ 10~³ sowie eine Anzahl endständiger Carboxylgruppen von nicht mehr als 20 Äquivalenten je Tonne gehören .

NT = N X /0,139 χ D/2p X 10~³ /5

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Zwar kann durch Verwendung von Stahlcord, Cord aus Kevlar® [Polyd,4-phenylenterephthalamid)] oder ähnlichem die oben erwähnte Kontraktion bzw. Schrumpfung unterdrückt werden, weil der Elastizitätsmodul dieser Corde zu hoch liegt; es besteht aber die Gefahr, daß dabei der Fahrkomfort beeinträchtigt wird. Andererseits ist bei Verwendung von Reyoncord, der als allgemein verwendbarer Cord weit verbreitet ist, die Abnahme der Festigkeit in einem Karkassenbereich entsprechend der Profilkurve des Schulterbereiches deutlieh sichtbar; außerdem ist dann der Widerstand gegenüber Stoßen von der Straßenoberfläche gering.

Erfindungsgemäß liegt der Grund, warum das Verhältnis R/R¹ in der Profilkurve des Schulterbereiches auf den Bereich von 0,65 bis 0,85 begrenzt ist, in der Tatsache, daß, wenn das Verhältnis kleiner als 0,65 ist, die Biegesteifigkeit der Karkasse im Schulterbereich sehr stark verringert wird und die Deformation sich in einer relativ dickeren Region des Schulterbereichs konzentriert, um dazu beizutragen, daß keine Verminderung des Rollwiderstandes eintritt; übersteigt andererseits das Verhältnis den Wert von 0,85, so wird die Biegesteifigkeit zu hoch aufgrund der Zunahme der Spannung, die auf die Karkasse einwirkt, so daß dies nicht nur zu keiner Verminderung des Rollwiderstandes führt, sondern auch noch den Fahrkomfort verschlechtert.

Hinsichtlich der Profilkurve des Basisbereiches in der Karkassenlinie wird - wenn die größte Entfernung f von dem Bezugsbogen weniger als 5 mm beträgt - nicht die erforderliche Steifigkeit in den Wulstbereichen erreicht, so daß eine ausreichende Stabilität beim Kurvenfahren nicht sichergestellt werden kann. Wenn andererseits f größer ist als 10 mm, so ist es allgemein schwer, das

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Verhältnis R/R¹ im Bereich 0,65 bis 0,85 festzulegen bzw. einzustellen und der Fahrkomfort wird verschlechtert. Deshalb muß der Wert für f innerhalb des Bereiches von 5 bis 10 mm liegen.
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Erfindungsgemäß wird allgemein bevorzugt, daß der Polyestercord eine geringe Wärmeschrumpfung und einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweist. Im einzelnen ist es für den Polyestercord erforderlich, daß die Dehnung ΔΕ unter einem Zug von 18 g/tex nicht weniger als 5 % beträgt und daß die Summe aus 0,4 ΔΕ und der Wärmeschrumpfung AS nicht mehr als 5 % beträgt. Der Begriff "Wärmeschrumpfung AS" ist hier definiert durch die Schrumpfung einer 50 cm langen Cordprobe, nachdem sie 30 Minuten bei 177⁰C unter einer Last von 50 g gehalten worden ist. Wenn die Dehnung ΔΕ nicht weniger als 5 % beträgt und der Wert AS + 0,4 ΔΕ über 5,0 % hinausgeht, wird Δε mehr als 3 % und in diesem Falle ist es schwer, das angestrebte Karkassen-Radialprofil zu erreichen. Liegt außerdem ΔΕ unter 5 %, so wird der Fahrkomfort nachteilig verändert.

Der Grund, warum die Verzwirnungskonstante NT des Polyestercords, angegeben durch die Gleichung (1), auf den Bereich von 0,4 bis 0,6 begrenzt ist, beruht auf der Tatsache, daß wenn die Verzwirnungskonstante NT weniger als 0,4 beträgt, der Widerstand gegenüber Biegeermüdung außerordentlich gering ist, während andererseits, wenn NT mehr als 0,6 beträgt, es unmöglich ist, die erforderliche Festigkeit und Wärmeschrumpfung zu erzielen und es vor allern unmöglich ist, den Wert AS + 0,4 ΔΕ in einem Bereich von nicht mehr als 5 % zu halten.

Wenn die Grenzviskositätszahl nicht mehr als 1,10 beträgt, erweist sich die Wärmeschrumpfung der Polyesterfaser für den obigen Cord als vorteilhaft; liegt hingegen

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die Grenzviskositätszahl unterhalb 0,75, so wird keine ausreichende Festigkeit und Ermüdungebeständigkeit erreicht. Derartige Fasern sind daher nicht für den Lagencord der Karkasse geeignet. Liegt andererseits die Grenz-Viskositätszahl über 1,10, so ist es schwierig, das oben erwähnte Erfordernis von AS + 0,4 ΔΕ S 5% als Cordeigenschaften nach der Wärmebehandlung im Anschluß an das Eintauchen in die RFL-Lösung (gemischte wäßrige Lösung von Resorcin, Formaldehyd und Latex), die üblicherweise als Klebstoff bzw. Klebmittel verwendet wird, zu erfüllen. Beträgt die Doppelbrechung ΔΝ weniger als 165 χ 10~³, so ist die Beständigkeit gegenüber Wärmeabbau und die Festigkeit nach der Eintauch-Behandlung unzureichend; liegt andererseits die Doppelbrechung über 195 χ 10~³, so ist es unmöglich, vollständig beständige (stabile) kristalline und amorphe Zustände des Cords zu erreichen. Beträgt schließlich die Anzahl der endständigen Carboxylgruppen mehr als 20 Äquivalente je Tonne, so sind die daraus erhaltenen Corde ungeeignet als Reifencord aufgrund der Beeinträchtigung des Widerstandes gegenüber Abbau in der Hitze der Corde im Kautschuk bzw. Gummi.

Bei der Reifenherstellung durch Vulkanisation in der Form nach dem allgemeinen Reifenaufbau unter Verwendung der Polyestercorde mit den oben näher bezeichneten Eigenschaften als Lagencord für die Karkasse und unter Einstellung des Karkassen-Radialprofils, wie oben angegeben, wird der Reifen vorzugsweise unmittelbar nach der Vulkanisation aus der Vulkanisationstemperatur unter einem Innendruck

30 von nicht mehr als 1,47 bar abgekühlt.

Das erfindungsgemäße Karkassen-Radialprofil ist ein Profil, das sich absichtlich von der natürlichen Gleichgewichtsform unterscheidet und auf Reifen mit beliebigen Aspekt- bzw. Höhen-/Breitenverhältnissen anwendbar ist.

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Dieses Profil wurde vor allem aufgrund von Ergebnissen

der nachfolgenden Untersuchungen über den Deformationszustand der Seitenwandbereiche beim Fahren des Gürtelreifens unter Belastung entwickelt. 5

Allgemein wird die Deformation des Seitenwandbereiches als Biegedeformation und als Scherdeformation

klassifiziert bzw. unterschieden. In diesem Zusammenhang haben die Erfinder weitere detaillierte Untersuchungen angestellt und einen solchen Unterschied im Deformationstypus festgestellt, daß die Biegedeformation (Krümmungsdeformation) überwiegend auf einen niederen Bereich (oder einen Bereich nahe des Wulstbereiches) des Seitenwandbereiches zutrifft, während die Scherdeformation hauptsächlich einen oberen Bereich (d.h. den Bereich nahe der Lauffläche bzw. Aufstandsfläche) des Seitenwandbereiches betrifft.

1 . Wird der Reifen mit Belastung gefahren, so ist die ■■ Scherdeformation in dem oberen Bereich

des Seitenwandbereiches in einer Stellung gerade unterhalb der Last gering, nimmt aber in der Nähe der vertieften und erhabenen Bereiche gegenüber dem Boden, d.h. des Profils, stark zu und trägt somit beträchtlich zum Energieverbrauch insgesamt bei.

2. Da die Scherdeformation bzw. Deformation unter Scherbeanspruchung und die Biegedeformation umgekehrt proportional sind, nimmt die Scherdeformation ab, wenn die Biegedeformation zunimmt.

Da der obere Bereich des Seitenwandbereiches allgemein eine relativ geringe Stärke aufweist, kann der Energieverbrauch insgesamt verringert werden, indem die Scher-

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-JB-

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ο / ι ί -ί η ο ο4 ι IJoJ

deformation verringert wird, die in so hohem Maße zum Energieverbrauch beiträgt, selbst wenn die Biegedeformation, die konzentriert in der Stellung gerade unterhalb der Last bzw. Beladung auftritt, leicht erhöht bzw. verstärkt wird.

Um die Biegedeformation im oberen Bereich des Seitenwandbereiches zu verstärker oder zu erhöhen, muß die Krümmung in der Profilkurve des Schulterbereiches der Karkasse größer, d.h. stärker gemacht werden, der dem oberen Bereich des Seitenwandbereiches entspricht, wenn der Reifen unter normalem Innendruck auf eine normale Felge montiert ist. Aufgrund zahlreicher Untersuchungen hinsichtlich des Krümmungsradius R dieser Profilkurve wurde das Verhältnis R/R', in dem R¹ der Radius des Bezugsbogens, wie in Fig.1 gezeigt, ist, innerhalb des oben definierten Bereiches festgelegt.

In diesem Falle sei darauf aufmerksam gemacht, daß zwar der Bogen BEC, wie in Fig.1 gezeigt, lediglich ein Bezugsbogen ist und sich wesentlich von dem Karkassen-Radialprofil entsprechend der natürlichen Gleichgewichtsform unterscheidet, weil der obere Bereich des Seitenwandbereiches eine relativ geringe Stärke aufweist und relativ wenig starr ist, aber das Karkassen-Radialprofil, das auf der natürlichen Gleichgewichtsform basiert, sich sehr stark einem Teil EC des Bogens annähert.

Dies bedeutet, daß der Wert von 0,65 bis 0,85 für das Verhältnis R/R¹ nicht erreicht werden kann, wenn nicht die natürliche Gleichgewichtsform vorsätzlich verändert wird.

Ist das Verhältnis R/R¹ größer als 0,85, so ist es unmöglich, den Effekt der Verbesserung des Rollwiderstandes durch Abnahme der Scherdeformation im oberen Bereich des Seitenwandbereiches durch vorsätzliche Abweichung von der

natürlichen Gleichgewichtsform zufriedenstellend zu erreichen, wie im nachfolgenden Beispiel beschrieben. Andererseits konzentriert sich, wenn das Verhältnis R/R¹ weniger als 0,65 beträgt, die Biegedeformation in einem relativ starken Stützbereich (buttress portion) _r wodurch die Verbesserung des Rollwiderstandes durch die Abnahme der Scherdeformation aufgehoben wird, wie oben erwähnt.

Der Energieverbrauch aufgrund der Biegedeformation in dem unteren Bereich des Seitenwandbereiches kann allgemein durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

Energieverbrauch = A-E-tan δ·(ΔΟ²·ε ... (2),

in der A eine bestimmte Konstante ist, E den Elastizitätskoeffizienten des unteren Bereiches der Seitenwand (des Reifens) bedeutet, AC die durch die Biegedeformation hervorgerufene Änderung der Krümmung im unteren Bereich der Seitenwand bedeutet und S die Länge des unteren Bereiches der Seitenwand bezeichnet, gemessen von einem Punkt aus, der der maximalen Breite der Karkasse entspricht.

Es ergibt sich hieraus, daß, wenn E, tanfi und S im wesentlichen konstant gehalten werden, der Energieverbrauch (AC)² proportional ist. Nun wurde die Änderung der Krümmung im unteren Bereich der Seitenwand gemessen, wenn tatsächlich eine Last auf den Reifen angewandt bzw. einwirken gelassen wurde; hierdurch wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Wie in Fig.2 gezeigt, wird beim Einwirken einer normalen Last auf den Reifen der untere Bereich der Seitenwand zu einem Profil von umgekehrtem R deformiert. An-

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oo ι y ι

ders gesagt, das konvexe Außenprofil mit dem Krümmungsradius R₁ vor der Deformation wird zu dem konkaven Außenprofil mit dem Krümmungsradius R₂ nach der Deformation unter Last verändert. Darüber hinaus kann die Änderung der Krümmung (ΔΟ² im unteren Bereich der Seitenwand nach Gleichung (2) durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

(ΔΟ² = (1- + l-)² ... (3)

R₁ R₂

Ist der Reifen auf eine normale Felge unter normalem Innendruck montiert, so beträgt - wenn der untere Bereich der Seitenwand bereits das umgekehrte R-Profil aufweist die Änderung der Krümmung (Δ0')²:

15 (AC¹)² = (j~- - |-)² ... (4) ,

die deutlich geringer ist als (ΔΟ² der Gleichung (3), so daß der Energieverbrauch in Übereinstimmung mit der Gleichung (2) gesenkt werden kann.

Unter diesem Gesichtspunkt ist es wirksam, das umgekehrte R-Profil dem unteren Bereich der Seitenwand zu geben, wenn der Reifen auf Normalinnendruck aufgepumpt ist oder wird. Es wird vor allem bevorzugt, die Krümmung der Karkasse selbst umzukehren unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Biegedeformation hauptsächlich an der Karkasse produziert wird, die dem erzeugten Innendruck (charged internal pressure) ausgesetzt ist.

Es wurden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt hinsichtlich des Grades der Umkehr der Krümmung der Karkasse. Als Ergebnis wurde gefunden, daß dieser Grad wiedergegeben werden kann durch den maximalen Abstand (größte Entfernung) f zwischen der Karkassenlinie FB und dem

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Bogen BE, wie in Fig.1 gezeigt, und der angemessene Bereich für f macht 5 bis 10 mm aus, wie oben definiert.

Wie zuvor erwähnt, ist der Bogen BEC lediglich der Bezugsbogen und unterscheidet sich von dem Karkassen-Radialprofil, das auf der natürlichen Gleichgewichtsform basiert. Vor allem wird der untere Bereich der Seitenwand ein Bereich mit relativ hoher Steifigkeit, weil die Karkasse um den Wulstkern herum radial nach außen gerichtet umgeschlagen und ein Kautschuk- bzw. Gummifüllstoff zwischen die Karkasse und deren ümschlagteil oder -bereich eingefüllt ist, um den Wulstbereich zu verstärken; das auf der natürlichen Gleichgewichtsform beruhende Karkassen-Radialprofil liegt daher allgemein innerhalb des in Fig.1 ge-

15 zeigten Bogens BE.

Der Wert von 5 bis 10 mm für f nach der Erfindung kann jedoch nur erreicht werden, wenn die Karkassenlinie vorsätzlich gegenüber der natürlichen Gleichgewichtsform verändert und die Krümmung der Karkasse in dem unteren Bereich der Seitenwand umgekehrt wird, was sich deutlich von der üblichen Gleichgewichtsform unterscheidet. Liegt der Wert für f unterhalb 5 mm, so kann der Energieverbrauch in Übereinstimmung mit den obigen Gleichungen (2) bis (4) nicht zufriedenstellend entwickelt bzw. erreicht werden; macht f hingegen mehr als 10 mm aus, so wird nicht nur die Spannung der Karkasse in dem unteren Bereich der Seitenwand unter dem erzeugten Innendruck zu hoch und beeinträchtigt die Dauerhaftigkeit, sondern es gerät auch die Karkasse in das Innere des Reifens und infolgedessen befindet sich die Außenfläche des Reifens relativ innerhalb des Reifens, so daß der Sitz von Reifen und Felge verschlechtert wird.

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Auf diese Weise nimmt die Deformation unter dem erzeugten Innendruck im unteren

Bereich der Seitenwand (des Reifens) unterhalb der Stellung entsprechend der maximalen Breite der Karkasse zu und dies beeinflußt die Spannungsverteilung der Karkasse. Infolgedessen ist die Spannung der Karkasse in der Nähe des Wulstbereiches groß bzw. stark, der eine größere Deformation nach außen aufweist, um eine größere scheinbare Steifigkeit aufzuweisen, während die Außendeformation bzw. Deformation nach außen gering ist in einem Bereich, der sich von dem oberen Bereich der Seitenwand zu dem Stützbereich hin erstreckt, so daß die Spannung der Karkasse in diesem Bereich relativ gering ist und zu einer geringeren scheinbaren Steifigkeit führt.

Hierdurch wird der Rollwiderstand verbessert, während gleichzeitig die übrigen Eigenschaften, wie Kurvenstabilität, Fahr- bzw. Abrollkomfort gegen Erschütterungen und Rutschfestigkeit auf nasser Straße, ausgewogen bleiben, wie weiter unten noch angegeben.

Wenn dem Reifen ein Gleitwinkel gegeben wird, wirkt eine Seitenkraft auf den Reifen und verursacht die seitliche Deformation des Reifens. Beim erfindungsgemäßen Reifen hingegen wird die Steifigkeit gegenüber der Seitendeformation größer, da die Spannung der Karkasse in der Nähe des Wulstbereiches hoch und die scheinbare Steifigkeit groß ist, so daß eine hohe Kurvenfahrkraft und besonders gute Kurvenstabilität bei einem großen (weiten) Gleitwinkel entwickelt werden.

Dieser verbesserte Effekt wird besonders deutlich auf trockener Straßenoberfläche, aber auch auf nasser Straßenoberfläche beobachtet. Beispielsweise ergibt sich dieser Effekt deutlich durch den Unterschied in der Fahrzeit, ie für die gleiche Slalomstrecke auf nasser Straße (wie

auf trockener Straße) bei gleicher Entfernung benötigt wird.

Als nächstes wird der Fahrkomfort gegenüber Erschütterungen erläutert, wenn die Reifen über auf einer Straßenoberfläche willkürlich verteilte Erhöhungen fahren. Bei einem gewöhnlichen Gürtelreifen ist, da der Gürtel aus mehreren Gürtellagen, die jeweils Corde mit einem hohen Elastizitätsmodul in einem sehr engen bzw. spitzen Winkel zur Reifenmittelebene* enthalten, über dem Laufflächenbereich bzw. der Aufstandsfläche der Karkasse angeordnet ist, die Biegesteifigkeit in der Richtung der Dick« bzw. stärke der Lauffläche außerordentlich hoch. Infolgedessen wird die Lauffläche beim Fahren über Erhebungen der Straßenoberfläche kaum vollständig deformiert, so daß nicht der gesamte Stoß, der an der Lauffläche erzeugt wird, vom Seitenwandbereich absorbiert bzw. aufgefangen werden kann und ein Teil dessen durch den Wulstbereich und den Felgen- bzw. Radkranz auf die Reifen-Achswelle übertragen wird und dadurch Vibrierungen bzw. Erschütterungen erzeugt. Die Verbesserung des Fahrkomforts gegenüber derartigen durch Stoß erzeugten Erschütterungen beruht hauptsächlich darauf, wie der Stoß durch eine Fläche oder einen Bereich, die bzw. der sich vom Seitenwandbereich zum Wulstbereich hin erstreckt, absorbiert und gedämpft wird. Im Falle des erfindungsgemäßen Karkassen-Radialprofils ist die Spannung der Karkassenlage in dem Bereich niedrig, der sich von dem oberen Bereich der Seitenwand zu dem Stützbereich hin erstreckt und die scheinbare Steifigkeit ist gering; dies bedingt die Verbesserung der stoß-absorbierenden Eigenschaft.

Für die Dämpfungseigenschaft gegenüber durch Stoß erzeugte Erschütterung ist die Funktion der gedämpften Vibration oder Erschütterung maßgeblich, die durch folgende Gleichung wiedergegeben wird:

* bzw. Äquatorialebene

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F(t) = B e"^Ytsin[2n(t-t₀)/T] ... (5)

in der F(t) die Schlagkraft, B die Amplitude der Erschütterung (bzw. Schwingung), γ der Dämpfungskoeffizient und T die Periode der Erschütterung (bzw. Schwingung) ist. Die Zeit, die zum Dämpfen der Amplitude der Erschütterung B auf B/e benötigt wird, wird durch die folgend« Gleichung als Dämpfungszeit definiert:

In diesem Zusammenhang wurde das Karkassen-Radialprofil nach der Erfindung mit einem Karkassen-Radialprofil auf der Basis der natürlichen Gleichgewichtsform verglichen. Im Falle des Karkassen-Radialprofils nach der Erfindung ist die Spannung (der Zug) der Karkassenlage in dem Bereich, der sich von dem oberen Bereich der Seitenwand zum Stützbereich hin erstreckt, gering, ebenso die scheinbare Steifigkeit, so daß die Dämpfungszeit länger wird, d.h. die Stoß-Erschütterung läßt sich schwer dämpfen. Infolgedessen kann, wenn die Dämpfungseigenschaft verbessert werden kann, unter Verwendung des Karkassen-Radialprofils nach der Erfindung, das Problem, daß die Verbesserung des Rollwiderstandes zu einer Verschlechterung von anderen Eigenschaften bzw. Leistungen des Reifens führt, wie oben angegeben, gelöst werden.

Wie in Fig.3 gezeigt, umfaßt der Gürtelreifen nach der Erfindung eine Verstärkung für den Reifenkörper, bestehend aus einer Karkasse 3 zusammengesetzt aus mindestens einer gummierten Cordlage, enthaltend Corde aus organischen Fasern, angeordnet in im wesentlichen der radialen bzw. Gürtelebene des Reifens, wobei diese Lage um jeden Wulstkern 1 von innen nach außen gewickelt ist, so daß ein Kautschuk- bzw. Gummifüller 2 dazwischen angeordnet ist,

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die sich vorzugsweise weiter nach außen in radialer Richtung erstreckt, sowie einen Gürtel 4, der um den Kronenbereich der Karkasse 3 herum über der Karkasse angeordnet ist und aus mindestens zwei gummierten Lagen besteht, die jeweils Corde mit hohem Elastizitätsmodul enthalten, die in einem relativ kleinen bzw. spitzen Winkel zur Reifenmittelebene angeordnet sind und die einander überkreuzen; der Reifen umfaßt weiterhin ein Kautschukteil oder . -element für einen Seitenwandbereich 5 auf jeder Seite der Karkasse 3 sowie einen Kautschukteil für den Laufflächenbereich 6 auf dem Außenumfang des Gürtels 4. In montiertem Zustand dieses Reifens auf einer normalen Felge 7 unter normalem Innendruck weist die Karkasse ein solches Gürtel- bzw. Radialprofil im Reifenquerschnitt auf, daß das Verhältnis R/R¹ innerhalb des Bereiches von 0,65 bis 0,85 liegt und der Wert für f innerhalb des Bereiches 5 bis 10 mm, wobei R der Radius eines Kreises ist, der durch die Punkte F, I und C geht, R¹ der Radius eines Kreises ist, der durch die Punkte B, E und C geht und f der maximale Abstand zwischen einem Teil FB der Karkasse 3 und einem Bogen BE ist, gesehen aus der normalen Richtung dieses Bogens, mit der Maßgabe, daß ein Punkt A ein (alienating) Punkt der Außenfläche des Reifens von der Felgenaußenseite ist, ein Punkt B einen Schnittpunkt bedeutet zwischen der Karkasse 3 und einer Geraden, die sich von dem Punkt A zum Reifeninneren parallel zur Rotationsachse des Reifens erstreckt, ein Punkt C einen Schnittpunkt zwischen der Karkasse 3 und einer rechtwinkligen Geraden ist, die vom Punkt B in radialer Richtung des Reifens gezogen ist, ein Punkt D den Mittelpunkt des geraden Segmentes BC darstellt, ein Punkt E einen Schnittpunkt zwischen einer Geraden, die durch den Mittelpunkt D parallel zur Rotationsachse des Reifens verläuft und einer Geraden ist, die durch einen Punkt F an der maximalen Breite der Karkasse geht und senkrecht zur Rotationsachse des Reifens gezogen ist, ein Punkt G, der ein Schnittpunkt ist

Vl -

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f-34 1 1 309

zwischen einer Geraden, die vom Punkt F zum Reifeninneren hin parallel zur Rotationsachse des Reifens gezogen ist und des Segmentes BC, ein Punkt H, der der Mittelpunkt ist eines geraden Segmentes GC, und ein Punkt I, der ein Schnittpunkt ist zwischen der Karkasse 3 und einer Geraden, die parallel zur Rotationsachse des Reifens durch den Punkt H verläuft.

Die obige Erläuterung ist anhand der linken Hälfte des Reifens, wie in Fig.3 gezeigt, gegeben; die rechte Hälfte des Reifens ist in der Zeichnung nicht berücksichtigt, da der Reifen in seiner linken und seiner rechten Hälfte symmetrisch mit Bezug auf die Äquatorialebene 0-0 des Reifens aufgebaut ist.

Erfindungsgemäß werden die Polyestercorde mit den oben erwähnten Eigenschaften für die Karkasse 3 verwendet und der Gürtel 4 ist aus mehreren Lagen zusammengesetzt, die nicht streckbare bzw. nicht dehnbare Corde enthalten, wie Metallcorde, beispielsweise Stahlcorde, Corde aus organischen Fasern, beispielsweise Reyon, Polyester, aromatische Polyamidfasern oder ähnliches, Glasfasercorde und anderes mehr, die in einem spitzen Winkel von 10 bis 25° mit Bezug auf die Äquatorialebene des Reifens (Reifenmittelebene) angeordnet sind und einander überkreuzen.

Die Anordnung des Gürtels 4 kann nach beliebig bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise werden die einzelnen Lagen des Gürtels 4 übereinander um den Kronenbereich an beiden freien Enden aufgebracht; oder es wird mindestens eine Lage mit in der Wärme schrumpfbaren Corden, wie Nyloncorden, die parallel zur Äquatorialebene des Reifens angeordnet sind, auf der Außen-Umfangslinie des Gürtels 4 als zusätzliche oder Hilfslage aufgebracht, um zumindest die Kanten bzw. freien Enden der Gürtellage zu bedecken; oder es wird mindestens eine Lage des Gürtels an beiden

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Enden bzw. Kanten nach der Innenseite oder der Außenseite der anderen Lagen gefaltet bzw. umgeschlagen.

Beim erfindungsgemäßen Reifen wird das Karkassen-Gürtelprofil (bzw. -Radialprofil), das absichtlich von der natürlichen Gleichgewichtsform abweicht, wie oben angegeben, beibehalten, wenn der Reifen unter normalem Innendruck aufgepumpt wird, wodurch beabsichtigt ist, die Dämpfungseigenschaft gegen Stoß-Erschütterung zu verbessern. Der Gummifüller 2 kann aus einer einzigen Gummimasse, wie in Fig.3 gezeigt, oder aus zwei oder mehr Gummimassen bestehen. Im letzteren Falle wird vorzugsweise eine Gummimasse mit dem größten Volumen unter diesen Massen mit Eigenschaften hoher Härte und Hysterese versehen.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Gürtelreifens wird im folgenden Beispiel näher erläutert.

Es wurden zehn Reifen getestet, wobei Reifen Nr.1 zur

20 Kontrolle bzw. Blindprobe diente, Reifen Nr.2 und 3

nach der Erfindung aufgebaut waren und die Reifen Nr.4 bis 10 zum Vergleich dienten. Die Herstellung erfolgte gemäß den Angaben in der nachfolgenden Tabelle 1. Bei diesen Reifen bestand die Karkasse 3 aus einer einzelnen Cordlage, enthaltend 1500 D/2 Polyestercorde, die in einem Winkel von 90° zur Äquatorialebene des Reifens angeordnet waren; der Gürtel 4 bestand aus zwei Lagen, die jeweils Stahlcorde enthielten (Verzwirnungs- bzw. Verdrehungskonstruktion 1x5x0,25 mm) und die in einem Winkel von 17° mit Bezug auf die Äquatorialebene des Reifens angeordnet waren, wobei sich die Corde der beiden Lagen gegenseitig überkreuzten. Die Ergebnisse der Vergleiche zwischen den einzelnen Reifen sind in der folgenden Tabelle 1 anhand einer Bewertung angegeben, bei der mit 100 die Reifeneigenschaften bzw. -leistungen einschließlich des Rollwiderstandes des Kontrollreifens Nr.1

be ze ichnet werden.

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^: 34 1 1ÜÜ9

Der Rollwiderstand wurde weiterhin wie folgt bewertet: Der Testreifen wurde auf einer Stahltrommel mit Durchmesser 707 mm rotiert, die durch einen Motor bis zu einer Geschwindigkeit von 50 km/h oder 100 km/h angetrieben wurde; dann wurde der Motorantrieb gestoppt und die Trommel drehte sich aufgrund ihrer Trägheit alleine weiter. Aufgrund der Geschwindigkeitsabnahme bzw. Verlangsamung der Trommel wurde der Rollwiderstand berechnet.

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Wie oben angegeben, kann der Rollwiderstand in weitem Maße in einem gut ausgeglichenen Verhältnis zusammen mit Kurvenstabilität, Fahrkomfort gegen Erschütterung und Rutschfestigkeit auf nasser Straße verbessert werden, indem das Radialprofil der Karkasse rationalisiert und mit dem Material und den Eigenschaften der Corde für die Karkassenlage kombiniert wird.

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Tabelle 1(a)

Reife-η- Nk„	• Sp iniwerf ähren	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Grenzviskositäts- zahl	übliches Spinnen	spinnen: unter Zug *	wie 2	wie 2	wie 2	wie 2	wie 2	wie 2	wie 2	wie 2
	spezifisches Ge wicht g/iTil Doppelbrechung (ΔΝ) χ 10~³	0,90	1,00	1,00	1.00	0,70*	1,15*	1,00	1,00	1,00	1,00
Polyester faser	Zahl der endständi gen Carboxylgrup pen	1,385 215*	1,383 180	1,383 180	1,383 180	1,390 195	1,383 190	1,383 180	1,383 180	1,383 180	1 1,383 · 180
	Titer, den	30	20	20	20	20	20	20	20	20	20 '
	Zwirnung Seil (r/10cm)	1500D/2	1500D/2	1500D/2	1500D/2	1500D/2	1500D/2	1500D/2	1500D/2	1500D/2	1500D/2 !
	Zw-irnung Lage (r/lOcm)	40	40	40	40	40	40	40	, 40	30	55
Cord	NT	40	40	40	40	40	40	40	40	30	55
	0,49	0,49	0,49	0,49	0,49	0,49	0,49	0,49	0,37*	0,68*

bzw. mit hoher Geschwindigkeit

CD CD

	Bedin	Tempera tur (⁰C)	1	245	2	Tabelle 1(	3	4	b)	5	6	7	8	9	10
	gungen			245	245	245	245	245	245	245	245	245
		Zug (q/den)	0,20
Reifen Nr.		(g/tex)	1,80	0,20	0,15	0,45	0,15	0,25	0,20	0,20	0,20	0,20
		^restigke1t (kg/Cord)	22,0	1,80	1,35	4,05	1,35	2,25	1,80	1,80	'. U80	1,80
				21,5	21,5	21,5	18,0	23,0	21,5	21,5	22,0	21,5
		ΔΕ (%)	5,5
				5,5	7,0	3,5*	5,5	5,5		5,5	5,5	5,5
		AS (%)	4,3
durch Ein	physika			2,0	1,5	4,3	1,5	3,5	2,0	2,0	1,0	3,5
tauchen	lische	AS+0.4ΔΕ			J
behandelte	Eigen	(%)	6,5*
Corde	schaften			V	4,3	5,7*	3,7	5,7*	S2		3,2	5,7*
		Biegeer-
		müdungs-
		beständig· keit (min	400
		Wärme-Al -		1200	1200	1200	50	1200	1200	1200	50	1200 !
		terungs-	45
		beständig-		55	55	55	30	55	55	55	50	55
		keit {%)

CO CD CO

Tabelle 1(c)

Reifen Nr.	Profil	R/R¹ f	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Reifen lei stung	Rollwiderstand (50 km/h ) Rollwiderstand (100 km/h ) Seitliche Feder konstante (Index) C (Index) E (40 km/h ) Lebensdauer	0,50* 4,5*	0_f75 7,0	0,80 8,0	0,55* 6,0	0,80 8,0	0,55* 5,0	0_;50* 6,0	0,90* 7,0	0,80 8,0	0_f55* 5,0
100 100 100 100 100 100	115 115 104 105 100 100	116 116 105 105 105 100	100 lOO 103 104 85 100	116 116 105 105 105 60	102 102 102 101 100 100	100 100 ■ 103 103 100 100	102 102 105 105 95 100	116 116 105 105 105 50	102 102 102 101 100 100

Reifengröße 165SR13 Normale Felge 4mJ-13 Normal-Innendruck 1,67 bar

CO

CO CD CO

Claims

Patentansprüche

\1·\ Gürtelreifen, umfassend einen torusförmigen Reifen-Korper, der sich von den Wulstbereichen über Seitenwandbereiche zum Laufteilbereich erstreckt, eine Verstärkung
für den Reifenkörper, bestehend aus einer Karkasse aus
mindestens einer Polyestercord enthaltenden Cordlage, die um einen Wulstkern gewickelt ist, der in jedem der Wulstbereiche von der Innenseite des Reifens zur Außenseite hin eingebettet ist, sowie einen Gürtel aus mindestens zwei
übereinanderliegenden Lagen um den Laufteilbereich der Karkasse herum, enthaltend Corde, die in einem relativ kleinen Neigungswinkel zur Reifenmittelebene angeordnet sind und einander überkreuzen,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Karkassenlinie des Reifenkörpers bei dem auf eine normale Felge unter normalem Innendruck montierten Reifen ein solches Radialprofil im Reifenquerschnitt ergibt, daß das Verhältnis R/R¹ im Bereich von 0,65 bis 0,85 liegt,
wobei R¹ der Radius eines Bezugsbogens ist, der durch
einen Schnittpunkt B zwischen der Karkassenlinie und einer Geraden geht, die vom Rand der Felge aus durch einen Punkt der Außenfläche des Wulstbereiches und parallel zur Rotationsachse des Reifens verläuft, sowie durch einen Schnittpunkt C zwischen der Karkassenlinie und einer Geraden, die senkrecht zur obigen Geraden verläuft und vom Schnittpunkt B ausgeht, und durch einen Punkt, der von der Geraden BC in

/2

einem Abstand entfernt liegt, der gleich ist der Entfernung zwischen der Geraden BC und der maximalen Breite der Karkassenlinie, wenn die Gerade BC als Sehne genommen wird, und wobei R der Krümmungsradius der Profilkrümmung im Schulterbereich der Karkassenlinie ist, die sich zum Schnitt^ punkt C hin erstreckt, und daß der größte Abstand f zwischen dem Bezugsbogen und der Profilkrümmung in einem Basisbereich der Karkassenlinie, die glatt an die obige Profilkrümmung anschließt und einen einzigen Winkelpunkt zum

10 Schnittpunkt B hin hat, 5 bis 10 mm beträgt;

und daß der Polyestercord eine Dehnung ΔΕ unter einem Zug von 18 g/tex von nicht weniger als 5 % und einen Wert von AS + 0,4 ΔΕ von nicht mehr als 5,0 aufweist, wobei AS die Wärmeschrumpfung des Cords ist.
2. Gürtelreifen nach Anspruch 1, bei dem der Polyestercord zusammengesetzt ist aus einem Bündel aus einer Vielzahl von Fasern mit einer Zwirnungskonstante NT von 0,4 bis 0,6, definiert durch die folgende Gleichung (1):

NT = N χ /0,139 χ D/2p χ 10"³ ... (1),

in der N die Zwirnungszahl je 10 cm Cordlänge, D den Gesamttiter des Cordes und ρ das spezifische Gewicht der Faser ist.
3. Gürtelreifen nach Anspruch 1, bei dem der Polyestercord solche Mikroeigenschaften als Faser hat, daß die Grenzviskositätszahl 0,75 bis 1,10, das spezifische Gewicht 1,356 bis 1,390, die Doppelbrechung ΔΝ 155 χ 10~³ bis 195 χ 110~³ beträgt und die Anzahl der endständigen Carboxylgruppen nicht mehr als 20 Äquivalente je Tonne ausmacht.