DE3420120C2

DE3420120C2 - Stahlkord-Luftreifen

Info

Publication number: DE3420120C2
Application number: DE3420120A
Authority: DE
Inventors: Koji Takahira; Seiichiro Heishi
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2004-05-31
Also published as: FR2547776A1; FR2547776B1; JPS59223503A; DE3420120A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stahlkord-Luftreifen mit einem Stahlkord, der dreilagig aus insgesamt 27 Stahldrähten aufgebaut ist, wobei die innere Schicht vier umeinander gewundene Stahldrähte aufweist.

Angesichts der durch fortwährende Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Fahrzeugen, besonders Automobilen und der Ausweitung des Schnellstraßennetzes eingetretenen Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit wurden Stahlkords bereits in der Vergangenheit in großem Umfang als Verstärkungsmittel für Luftreifen verwendet, um diese widerstandsfähiger gegenüber hohen Geschwindigkeiten zu machen. Für große, an großen Schwerlastfahrzeugen oder Bussen montierte Radialreifen bringt die Verwendung von Stahlkords als Verstärkungsmittel verschiedene Nachteile mit sich. Da die Stahldrähte der Stahlkords hohe Steifigkeiten aufweisen, werden bei gegenseitiger Berührung der die Stahlkords bildenden Stahldrähte durch die dabei auftretende Reibung die Stahlkords zum Teil durchtrennt oder wenigstens die Oberfläche der Stahldrähte in unregelmäßiger Weise abgetragen. Die durch diese Unregelmäßigkeit bewirkte Verminderung der effektiven Querschnittsfläche der Stahlkords führt zu verminderter Festigkeit und gelegentlich zum Bruch. Weiterhin wurde festgestellt, daß die Stahlkords durch Wasser verrosteten, das durch Beschädigungen in der Reifenseitenwand im die Stahlkords eindrang. Das führt zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer des Reifens.

Es ist bekannt, einen dreilagigen (3+9+15)-Stahlkord der in Fig. 1 gezeigten Art zu verwenden, um die Festigkeit des Stahlkords bezogen auf die Querschnittsfläche zu vergrößern. Dieser Stahlkord umfaßt eine innere Schicht von drei Stahldrähten 1, eine mittlere Schicht von neun Stahldrähten 2 und eine äußere Schicht von fünfzehn Stahldrähten 3, wobei jeder Stahldraht mit anderen Stahldrähten derselben oder anderen Schichten entweder in enger Berührung steht oder diesen doch sehr nahekommt. Die Berührung zwischen den Stahldrähten bewirkt die oben genannten Probleme.

Als Gegenmaßnahme ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 54-50640 vorgeschlagen worden, da der (3+9+15)-Stahlkord hinsichtlich des Eindringens von Gummi in den Kord unzureichend war, Zwischenräume in den Kords durch Verminderung der Stahldrahtzahl in der inneren, mittleren und äußeren Schicht zu schaffen und dadurch das Eindringen des Gummis in die Zwischenräume zu ermöglichen. Der dort offenbarte Aufbau des Kords ist zum Beispiel (2+7+12). Dieser Kordaufbau hat jedoch folgende Nachteile: Durch die verminderte Anzahl von Stahldrähten ist der Stahlkord insgesamt von geringerer Festigkeit. Die Produktivität ist wegen der pro Zeiteinheit geringeren Produktionsmenge verringert. Dies bedingt eine Vergrößerung der Kordendenzahl bei der Reifenherstellung. Das führt im Ergebnis zur Verminderung des Abstandes zwischen benachbarten Kords und somit zur Verringerung der Widerstandsfähigkeit gegen Ablösebeschädigungen.

Aus der DE 28 29 205 A1 ist ein dreilagig aufgebautes Metallseil bekannt, das eine Seele aus vier miteinander verdrillten Stahldrähten aufweist. Das Metallseil ist aus 15 bis 27 Stahldrähten aufgebaut. Die Zwischenschicht und die äußere Schicht haben einen Freiraum zwischen 14 und 25%. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel soll der Freiraum zwischen 20 und 24% liegen.

Mit der bekannten Konstruktion ist zwar die Gummidurchdringungseigenschaft verbessert worden, jedoch einhergehend damit die Bruchlast stark verringert worden.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen Stahlkord für Stahlkord-Luftreifen anzugeben, der eine relativ hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Verschleiß aufweist und einfach herzustellen ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Luftreifen, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Der Stahlkord wird aus Stahldrähten gleichen Durchmessers hergestellt, so daß Bevorratungskosten und Herstellungsaufwand verringert werden. Bei der (4+9+14)- Konstruktion ergibt sich ein für die Gummidurchdringung noch günstiges Zwischenraumverhältnis der mittleren Schicht von etwa 14,1% und der äußeren Schicht von etwa 16,9%. Dabei weist vorteilhaft die äußere Schicht ein etwas größeres Zwischenraumverhältnis als die mittlere Schicht auf, damit beim Vulkanisieren des Luftreifens die Gummimischung bis auf die Seele des Stahlkords migrieren kann, ohne daß bereits im äußeren Bereich Materialabschottungen und damit Hohlräume in der Zwischenschicht entstehen können. Andererseits ist das Zwischenraumverhältnis auch nicht soweit vergrößert worden, daß eine entscheidende Schwächung des Stahlkords auftritt.

Die erfindungsgemäßen Stahlkords zeigen bei unverminderter Festigkeit eine wesentlich geringere Neigung zur Beschädigung durch Reibung der sie bildenden Stahldrähte aneinander.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Stahlkord- Luftreifens anhand der beigefügten Zeichnungen und Tabellen weiter erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines bekannten Stahlkords;

Fig. 2 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Stahlkords und

Fig. 3 einen Querschnitt der Hälfte eines erfindungsgemäßen Luftreifens 11 R 22.5.

Der in Fig. 2 gezeigte Stahlkord weist vier zur Bildung einer inneren Schicht umeinander gewundene Stahldrähte 1 auf. Um diese sind zur Bildung einer mittleren Schicht neun Stahldrähte 2 gewunden, auf die wiederum vierzehn Stahldrähte 3 zur Bildung einer äußeren Schicht gewunden sind. Alle Stahldrähte weisen im wesentlichen den gleichen Durchmesser auf. Der Stahlkord weist ein größeres Abstandsverhältnis zwischen den Stahldrähten sowohl der mittleren wie auch der äußeren Schicht auf, als bekannte Stahlkords, da alle Stahldrähte von ungefähr gleichem Durchmesser sind und die innere Schicht aus vier Stahldrähten besteht. Zusätzlich kann um die äußere Schicht ein Einhülldraht gewunden sein, wie im Stand der Technik bekannt ist.

Zur Bildung einer ersten Ausführungsform des Stahlkord- Luftreifens wurden die in Tabelle 1 angegebenen Stahldrähte hergestellt.

Tabelle 1

Mit den Stahldrähten der Tabelle 1 wurden die in Tabelle 2 angegebenen Stahlkorde hergestellt. Dabei wurde bei den Stahlkords der Gruppe B ein zusätzlicher dünner Stahldraht mit kleiner Steigung fest um die Stahlkords gewickelt, um den Kordaufbau zu stabilisieren, während die Stahlkords der Gruppe A keinen Wickeldraht aufwiesen.

In der Gruppe A bezeichnet A-5 den Vergleichskord mit (3+9+15) × 0,22-Aufbau; A-4 den erfindungsgemäßen Stahlkord (4+9+14) × 0,22; A-1 und A-2 Ausführungen entsprechend der offengelegten japanischen Patentanmeldung 54-50640 mit (2+7+12)×0,22 bzw. (4+8)×0,22 + 15×0,20 und wegen der reduzierten Stahldrahtzahl verminderter Festigkeit und A-3 einen Stahlkord mit 4×0,25 + (9+15)×0,22-Aufbau. Der erfindungsgemäße Stahlkord A-4 mit (4+9+14)×0,22-Aufbau weist ein größeres Zwischenraumverhältnis als der Vergleichskord A-5 auf.

Die Produktivität von Stahlkords ist ungefähr proportional dem Festigkeitsverhältnis. Die Verwendung von aus Stahldrähten verschiedener Durchmesser aufgebauten Stahlkords zeigt eine Tendenz, die Produktivität zu verschlechtern. In der Gruppe B wurden 25 bis 27 Stahldrähte des Durchmessers 0,175 verwendet; der Stahlkord B-1 hatte einen (4+8+13)×0,175 + 1-Aufbau, der Stahlkord B-2 einen 4×0,20 + (9+15)×0,175 + 1-Aufbau, der Stahlkord B-3 einen (4+9+14)×0,175 + 1-Aufbau, und der Vergleichskord B-4 einen (3+9+15)×0,175 + 1-Aufbau. In den Gruppen C und D entsprach der Aufbau bei C-1 (2+7+12)×0,15, bei C-2 einem (3+9+15)×0,15-Aufbau, bei C-3 einem (4+9+14)× 0,15, bei D-1 (3+7+12)×0,25, bei D-2 (3+9+15)×0,25 und bei D-3 (4+9+14)×0,25. Die Kord-Abmessung (Cord gage), in der Tabelle in Millimetern angegeben, umfaßt nicht den Wickeldraht. Die Kordproduktivität ist in Indexform auf die zu 100 gesetzten Vergleichskords A-5 -und B-4 bezogen.

Der Kordabstand und das Zwischenraumverhältnis sind nach den folgenden Gleichungen berechnet:

Wie Tabelle 2 zeigt, sollte beim Stahlkord A-1 geringer Festigkeit zur Erzielung einer Gürtelfestigkeit von ungefähr 32,40 N/2,5 cm die Endenzahl erhöht werden. Dies führt zu einer Verminderung des Abstandes zwischen den Kords, wie die Spalte "Kordabstand" zeigt. Im Ergebnis ist die Eindringbrücke des Gummimaterials im Stahlkord verkleinert, ebenso die Ablösekraft. Dies bedeutet, daß der in der JP-A 2 54-50640 beschriebene Stahlkord einen unerwarteten Nachteil aufweist. Eine entsprechende Tendenz ist auch in Gruppe B erkennbar. Im Gegensatz dazu weisen die erfindungsgemäßen Stahlkords A-4 und B-3 ein höheres Zwischenraumverhältnis als die Vergleichskords A-5 und B-4 auf, während sie hinsichtlich der Festigkeit, der Ablösekraft, der Endenzahl und der Kord-Produktivität so gut wie die Vergleichskorde sind.

Im folgenden wird ein Beispiel für ein Bedeckungsgummi für Stahlkords gegeben:

Bedeckungsgummimischung

Gewichtsteile
Naturkautschuk
100
HAF	55
ZnO	7
Stearinsäure	1
Trimethyl-dihydrochinon-Copolymer	2
SiO₂	8
Resorcin	2,5
Melaminderivat	2,5
Kobalt-naphthenat	2,5
Schwefel	4
Dicyclohexylbenzothiazyl-sulfenamid	0,8

Nun wurden Luftreifen 1000 R 20 14 PR unter Verwendung der Stahlkords B-1, B-2, B-3 und B-4 zur Verstärkung der Karkasse hergestellt. Ein Trommeltest wurde ausgeführt und das Erhaltungsverhältnis der Festigkeit sowie der Variationskoeffizient, wie in Tabelle 3 angegeben, bestimmt.

Tabelle 3

Erhaltungsverhältnis der Festigkeit (%)/Variationskoeffizient (%)

Die Messung erfolgte nach einer Laufstrecke von 70.000 km unter einem Reifen-Innendruck von 6 bar, einer Belastung entsprechend JIS 120% und bei einer Geschwindigkeit von 45 km/Stunde.

Der Variationskoeffizient ergibt sich aus

Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, weist der Reifen TB-1 zuviel Zwischenraum bei den mittleren Stahldrähten auf, so daß im Stahlkord eine Abweichung auftrat: Zwischen den Drähten der äußeren Schicht konnte Reibung nachgewiesen werden. Man kann sagen, daß eine an einer beliebigen Stelle der Stahlkord- Längserstreckung aufgetretene Abweichung diese Reibung verursachte. Bei dem Stahlkord des Reifens TB-2 waren vier Stahldrähte der inneren Schicht, die den Kern des Stahlkords bildet, senkrecht zur Drahtachse an einer Stelle leicht oberhalb der größten Reifenbreite durchtrennt. Eine Messung der Festigkeit war daher nicht möglich. Wegen des Bruchs der Festigkeit war daher nicht möglich. Wegen des Bruchs des Kordkerns verlagerte sich die Last auf die umgebenden Stahldrähte und die Festigkeit nahm entsprechend ab. Zudem ergab sich eine beträchtliche Streuung in der Festigkeit der Stahldrähte verschiedener Schichten, die Kordfestigkeit war daher nicht stabil. Der mit B-2 bezeichnete Kord entspricht der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 56-103093.

Im Gegensatz hierzu zeigte der erfindungsgemäße Luftreifen TB-3 gleichmäßige Ermüdung der Stahldrähte verschiedener Schichten, eine geringere Streuung der Festigkeit und ein höheres Erhaltungsverhältnis der Festigkeit Einer der Gründe hierfür liegt darin, daß der Stahlkord den (4+9+14)-Aufbau unter Verwendung von Stahldrähten ungefähr gleichen Durchmessers aufweist und daher kaum aus der Form gerät, so daß der Stahlkord den stabilen und hervorragend geeigneten Querschnittsaufbau über seine Längserstreckung, im Gegensatz zu anders aufgebauten Stahlkords, beibehält. Die geringere Verminderung der Festigkeit und die hochgradige Stabilität ohne Streuung des Stahlkords B-3 ist leicht zu verstehen, wenn man das Erhaltungsverhältnis der Festigkeit und den Variationskoeffizienten in Tabelle 3 vergleicht.

Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse mikroskopischer Untersuchung auf das Vorkommen von Rost und Abrieb nach Auseinanderwinden der Stahlkords.

Wie Tabelle 4 zeigt, weist der erfindungsgemäße Luftreifen TB-3 weder Abriebs- noch Verrostungserscheinungen in innerer, mittlerer und äußerer Schicht auf.

Es ergibt sich, daß der erfindungsgemäße (4+9+14)-Stahlkord hinsichtlich der Kordfestigkeit, der Endenzahl und der Produktivität so gut wie ein (3+9+15)-Stahlkord ist, hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber Ablösungserscheinungen zufriedenstellend ist und überlegene Eigenschaften bezüglich der Vermeidung Verrostungs- und Abriebserscheinungen aufweist, wobei die gleichmäßige Ermüdung der Stahldrähte den Ermüdungswiderstand des Kords verbessert. Ein mit dem erfindungsgemäßen Stahlkord ausgestatteter Luftreifen weist daher eine stark erhöhte Laufbelastbarkeit auf.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wurden die Stahlkords für einen Protektor verwendet. Schlauchlose Luftreifen 11 R 22,5 wurden entsprechend Fig. 3 gefertigt.

Die Zeichnung zeigt eine Lauffläche 4, einen Gürtel 5, eine Karkasse 6, den Protektor 7 und einen Wulstkern 8. Die Stahlkords B-1, B-2, B-3 und B-4 entsprechend Tabelle 2 wurden sowohl für die Karkasse, wie auch für den Protektor verwendet. Der Protektor wies unter einem Winkel von 30° geschnittene, gummibedeckte Kords auf und war unter einem Winkel von 30° zur Reifen-Umfangsrichtung angeordnet. Mit den so hergestellten Luftreifen wurde ein Trommeltest zur Bestimmung der dynamischen Haftungs-Haltbarkeit des Protektors unter stark beanspruchenden Versuchsbedingungen durchgeführt, bei denen der Wulstbereich und die diesem benachbarten Reifenbereiche erheblicher Verformung ausgesetzt wurden. Die Auswertung erfolgte hinsichtlich der in Tabelle 5 angeführten Laufstrecken und aufgetretenen Beschädigungen.

Tabelle 5

Der Versuch wurde bei einem Reifen-Innendruck von 9 bar und einer Geschwindigkeit von 25 km/Std. bei einer Belastung von 210% durchgeführt.

Beim Reifen TB-5 wurde die anzustrebende Brücke zwischen den Stahlkords des Protektors und dem umgebenden Gummi, wie die geringe Widerstandsfähigkeit gegen Ablösungsbeschädigungen in Tabelle 2 zeigt, nicht erhalten, so daß der Stahlkord im wesentlichen über den gesamten Umfang des Reifens freilag. Beim Reifen TB-6 bildeten sich am oberen Ende des Protektors Risse, die sich bis zur Außenfläche des Reifens fortsetzten, was vermutlich auf hohe Biegesteifigkeit zurückzuführen ist. Der Reifen TB-8 zeigte eine ähnliche Tendenz. Der Reifen TB-7 mit dem Stahlkord B-3 ergab die größte Laufstrecke. Die beobachtete Beschädigung war ein Luftverlust, der auf die asphaltartige Verklebung der Innenauskleidung des Reifens zurückzuführen ist, die während langer Zeit der durch die drastischen Versuchsbedingungen erzeugten hohen Temperatur ausgesetzt war.

Diese Ergebnisse zeigen die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Stahlkords B-3 zur Verstärkung eines Protektors.

In einer dritten Ausführungsform wurden verschiedene Stahlkords für die Gürtelschicht eines Luftreifens 14/80 R 20 verwendet. Für die Karkasse wurde der Stahlkord A-4 in Tabelle 2 verwendet. Die Gürtelschicht enthielt Stahlkords der Typen A-1, A-2, A-3, A-4 oder A-5 in Tabelle 2. Die Endenzahl entsprach ebenfalls der Tabelle 2. Der Kordwinkel der Karkasse betrug 90° zur Reifenumfangsrichtung. Der Kordwinkel der der Karkasse nächsten Gürtelschicht betrug 55°, für die zweite bis vierte Schicht betrug der Kordwinkel jeweils 18°. Die Ergebnisse von Laufversuchen mit diesen fünf Luftreifen in Europa sind in Tabelle 6 angegeben.

Tabelle 6

Die Reifen wurden nachfolgend einer genauen Inspektion unterzogen, deren Ergebnisse in Tabelle 7 angegeben sind.

Reifen-Nr.
Beobachteter Beschädigungsgrund
TA-1
Ablösung zwischen zweiter und dritter Schicht über den ganzen Reifenumfang. Verkürzung der Gummibrücken.
TA-2	Wie bei Reifen TB-6.
TA-3	Rißbildung am Gurtende zwischen zweiter und dritter Schicht, erstreckte sich über 50 mm zur Reifen-Innenseite.
TA-4	Riß von 3 mm am Gurtende zwischen zweiter und dritter Schicht.
TA-5	Ablösung über ganzen Reifenumfang wegen Verkürzung der Gummi-Eindringtiefe. Kords rostig.

Wie die Tabelle 7 zeigt, ergaben die in den Reifen TA-1 bzw. TA-2 jeweils verwendeten Stahlkords A-1 bzw. A-2 eine Ablösungsbeschädigung, die auf die durch die vergrößerte Endenzahl bedingte Verkürzung der Gummibrücken zurückzuführen ist. Der Reifen TA-3 mit dem Stahlkord A-3 zeigte eine Rißbeschädigung, die sich schnell erweiterte. Der Reifen TA-4 mit dem erfindungsgemäßen Stahlcord A-4 wies demgegenüber keine Rißbildung auf bzw. war das Rißwachstum stark unterdrückt. Bei dem Reifen TA-5, bei welchem das Eindringen des Gummis in den Stahlkord A-5 vermindert war, brach die oberflächige Haftung zwischen Kord und Gummi.

Aus der Beschreibung ergibt sich, daß ein Luftreifen mit (4+9+14)-Stahlkords, besonders zur Verstärkung der Karkasse, des Protektors oder der Gürtelschicht, eine deutlich verbesserte Laufbeanspruchbarkeit aufweist.

Claims

1. Luftreifen mit einer Karkasse, einem Protektor und/oder einer Gürtelschicht, die/der aus (4+9+14) Stahlkorden aufgebaut ist, wobei die Stahlkorde eine innere Schicht von vier umeinander gewundenen Stahldrähten, eine mittlere von neun um die innere Schicht gewundenen Stahldrähten und eine äußere von vierzehn um die mittlere Schicht gewundenen Stahldrähten umfassen, die alle den gleichen Durchmesser im Bereich von 0,15 bis 0,25 mm und ein Zwischenraumverhältnis der mittleren und der äußeren Schicht zwischen 14,0 und 17,0 aufweisen und wobei die Korde in der Karkasse, dem Protektor und/oder der Gürtelschicht eine Endenanzahl von 10,0 bis 14,0 pro 2,5 cm und einen Abstand zwischen 0,67 und 0,9 mm aufweisen.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Endenanzahl von 12, einen Kordabstand zwischen 0,67 und 0,68 und ein Zwischenraumverhältnis der mittleren Schicht zwischen 14,05 und 14,10 und der äußeren Schicht zwischen 16,80 und 16,90.

3. Luftreifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Endenanzahl von 12, einen Kordabstand zwischen 0,80 und 0,81 und ein Zwischenraumverhältnis der mittleren Schicht zwischen 14,05 und 14,10 und der äußeren Schicht zwischen 16,80 und 16,90.

4. Luftreifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Endenanzahl von 14, einen Kordabstand zwischen 0,82 und 0,83 und ein Zwischenraumverhältnis der mittleren Schicht zwischen 14,05 und 14,10 und der äußeren Schicht zwischen 16,80 und 16,90.