DE3420120C2 - Stahlkord-Luftreifen - Google Patents
Stahlkord-LuftreifenInfo
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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.
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.
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.
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.
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 (4)
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.
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1984
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