DE3519212A1 - Guertelreifen - Google Patents

Guertelreifen

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Description

-3- ' 3119211
Gürtelreifen
Die Erfindung betrifft Gürtelreifen für Automobile, die vom Standpunkt der Lenkstabilität bzw. Spurhaltigkeit, des Fahrkomforts und der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit ausgezeichnet sind.
Die Entwicklung eines Autobahnnetzwerkes und die Verbesserung der Leistung von Automobilen führte zu verschiedenen ständig sich verändernden Anforderungen an Reifen höherer Leistung. Beispielsweise gab es einen Bedarf an HR-Reifen, die geeigneter für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit sind als SR-Reifen, einen Bedarf an VR-Reifen, die noch geeigneter für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit sind, und einen Bedarf an Flachreifen, die einen höheren Grad an Lenkstabilität oder Spurhaltigkeit ergeben. Andererseits machten es bestimmte Beschränkungen, die durch Reifengehäuse, die in Automobilen verfügbar sind, auferlegt werden, erwünscht, Reifen mit einem Abplattungsverhältnis gleich dem herkömmlicher Reifen zu entwickeln, die aber geeignet sind für hohe Geschwindigkeit und einen hohen Grad an Lenkstabilität ergeben.
Um diesen Forderungen zu genügen, haben die Reifenhersteller die Verwendung einer Wulstverstärkungsschicht vorgeschlagen, die einen Verstärkungsbogen aus Schnüren organischer Fasern aufweisen. Soweit dieser Verstärkungsbogen aus im wesentlichen dem gleichen Material wie die herkömmliche Karkasse besteht, erwies er sich jedoch als unzureichend für den Verstärkungszweck und als unzulänglich, dem Erfordernis für Reifen mit einem Abplattungsverhältnis gleich dem herkömmlicher Reifen zu genügen, die für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit geeignet sind und einen hohen Grad an Lenk-Stabilität ergeben.
Nach ihren erfolglosen Versuchen haben sie die Verwendung des Wulstverstärkungsbogens aus Stahlseilen vorgeschlagen.
1 Obwohl die Verstärkungsbögen aus Stahlseilen sich als wirksam zur Verbesserung von Reifen vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit und der Lenkstabilität erwiesen, erwies sich eine weitere Verbesserung als notwendig vom Standpunkt des Fahrkomforts, da die hohe Starrheit von Stahlseilen den Fahrkomfort in unerträglichem Maße verschlechtert.
Unter diesen Umständen ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, Gürtelreifen zu bekommen, die vom Standpunkt der Lenkstabilität bzw. Spurhaltigkeit, des Fahrkomforts und der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit ausgezeichnet sind und die für die Verwendung bei Automobilen geeignet sind, die mit hoher Geschwindigkeit fahren.
15
Diese Aufgabe wird durch einen Gürtelreifen für Automobile mit einer wulstverstärkenden Schicht gelöst, die aus Kohlenstoff aserseilen aufgebaut sind.
Diese und andere Ziele dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offenbar.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 bis
Fig. 3 jeweils eine Querschnittsdarstellung einer Hälfte eines Gürtelreifens für Automobile nach der Erfindung,
30
Fig. 4 und
Fig. 5 jeweils eine Querschnittsdarstellung einer Hälfte eines herkömmlichen Gürtelreifens für Automobile, 35
Fig. 6 eine graphische Darstellung, die drei Reifen aus der Sicht der Lenkstabilität vergleicht,
-s- , 3519112
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die jene Reifen aus der Sicht des Fahrkomforts vergleicht/ und
Fig. 8 eine graphische Darstellung, die jene Reifen aus der Sicht der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit vergleicht.
Die Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Bezugnehmend auf Fig. 1 besitzt ein Gürtelreifen für Automobile nach der Erfindung eine Lauffläche 1, ein Paar von Seitenwänden 2, zwischen denen sich die Lauffläche 1 erstreckt, und ein Paar von Wülsten 9, die jeweils mit den Seitenwänden 2 verbunden sind, obwohl Fig. 1 nur eine der Seitenwände 2 und eine der Wülste 9 zeigt. Eine Karkasse 4 erstreckt sich zwischen den Wülsten 9, und der sie bildende Kord liegt in einem Winkel von 70 bis 90° zum Umfang des Reifens. Zwei Gürtel 5 sind auf die Karkasse 4 in der Lauffläche 1 gelegt. Der jeden Gürtel 5 bildende Kord liegt in einem Winkel von 10 bis 35° zum Umfang des Reifens. Der einen der Gürtel 5 bildende Kord kreuzt jenen des anderen Gürtels 5. Jede Wulst 9 besitzt einen Ring von Wulstdraht oder Wulstkern 3 und einen darüber angeordneten Wulstfüller 6. Die Wulst 9 enthält auch eine Wulstverstärkungsschicht 8, die außerhalb der Karkasse 4 angeordnet ist und aus Kohlenstoffaserkord besteht. Eine innere Auskleidung 7 ist auf der Innenfläche des Reifens vorgesehen.
Es gibt keine besondere Begrenzung bezüglich der Lage der Wulstverstärkungsschicht 8, soweit sie natürlich in der Wulst 9 vorgesehen ist. Ihre bevorzugten Lagen sind jedoch beispielhalber in den Fig. 1 bis 3 gezeigt. Fig. 1 zeigt die Wulstverstärkungsschicht 8 auf der Außenfläche des Außenteils der Karkasse 4, der um den Wulstdraht oder Wulstkern 3 gebogen ist. Gemäß Fig. 2 ist sie zwischen dem Wulstfüller 6 und dem Außenteil der Karkasse 4, der um den Wulstkern odor WuI st draht 3 qoboqen ist, angeordnet. Fig. 3 zeigt die Wulstverstärkungsschicht 8 in dem umgebogenen Teil der
Karkasse 4 angeordnet und sich um den Wulstdraht oder Wulstkern 3 herum erstreckend. Es ist möglich, eine oder mehrere Wulstverstärkungsschichten 8 für jede Wulst 9 ohne irgendeine Begrenzung im speziellen vorzusehen.
5
Jede Wulstverstärkungsschicht 8 kann aus irgendwelchem Kohlenstoff aserkord bestehen. Es ist möglich, Kohlenstoffaserkord ohne irgendeine besondere Begrenzung zu verwenden. Es ist jedoch bevorzugt, Kord zu benutzen, der aus Kohlenstofffasern mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 100 kg/mm2 und einem Zugmodul von wenigstens 15 000 kg/mm* gebildet wurde, indem 10 bis 50 % eines Klebers, bezogen auf das Gewicht der Faser je Längeneinheit, auf die Faser aufgebracht werden und diese so weit gezwirnt oder verdrillt wird, daß der Drillkoeffizient K, ausgedrückt nach der folgenden Formel, im Bereich von 0 bis 18 000 einschließlich liegen kann:
K = T/D
worin K: Drillkoeffizient,
T: Zahl der Verdrillungen oder Verzwirnungen (Windungen/10 cm) und
D: Gesamtdenierzahl des Kordes sind.
Der Kleber kann eine gemischte Lösung sein, die aus einem Vorkondensat von Resorcin und formalin und einem Kautschuklatex hergestellt wurde und der nachfolgend einfach als RFL bezeichnet wird. Die Kohlenstoffaser wird mit RFL imprägniert, getrocknet, hitzebehandelt und unter Bildung von Kord verdrillt oder gezwirnt.
Es ist bevorzugt, 10 bis 50 % RFL auf die Kohlenstoff aser aufzubringen. Wenn die RFL-Menge kleiner als 10 % ist, ist es schwierig, eine zufriedenstellende Adhäsion des resultierenden Kords auf dem Kautschuküberzug zu bekommen, und es ist dann auch unmöglich, die Biegeermüdungsbeständigkeit der Kohlenstoffaser zu verbessern. Wenn die Menge 50 % übersteigt, ist die resultierende Kleberschicht zu dick, um zu-
friedenstellend getrocknet zu werden, und bildet Blasen, was es schwer macht, Kord gleichmäßiger Qualität zu erhalten. Es ist stärker bevorzugt, 20 bis 40 % RFL auf die Kohlenstof faser aufzubringen.
Um die Biegeermudungsbestandigkeit von Kohlenstoffasern zu verbessern, ist es wichtig, das vollständige Eindringen von RFL in die Fäden der Faser zu gewährleisten. Es ist daher zu empfehlen, RFL auf die Fäden aufzubringen, nachdem diese geöffnet wurden.
Wenn RFL auf Kohlenstoffasern aufgebracht wird, wie oben beschrieben wurde, hält es sie wirksam zusammen, selbst wenn die Fasern nicht verdrillt oder gezwirnt werden. Es ist jedoch bevorzugt, die Fasern in einigem Umfang zu zwirnen oder zu verdrillen, um einen Kord zu bilden, in dem die Fasern dichter zusammengehalten werden. Kohlenstoffasern vermindern ihre Festigkeit und ihren Zugmodul jedoch drastisch, wenn sie zu stark verdrillt werden. Es ist daher bevorzugt, sie in solchem Umfang zu verdrillen oder zu zwirnen, daß der Drillkoeffizient K 1800 nicht übersteigt, und er liegt stärker bevorzugt im Bereich von 300 bis 1500 einschließlich.
Der Kord kann geschichtete oder gefaltete Struktur haben, indem mehrere Kohlenstoffasern einzeln verdrillt werden, um mehrere primäre Zwirne zu bilden, und jene primären Zwirne miteinander verdrillt werden. Stattdessen kann er ein einzelner Zwirn sein, der durch Verdrillen oder Zwirnen eines einzelnen Kohlenstoffaserstranges erhalten wird.
30
Der wie oben beschrieben hergestellte Kohlenstoffaserkord wird in einen Kautschuküberzug mit einem 100 %-Modul von 30 bis 70 kg/cm2 unter Bildung der Wulstverstärkungsschicht 8 eingebettet. Die Schicht 8 hat vorzugsweise eine Korddichte von 20 bis 60 Strängen je 5 cm.
Die Verwendung von Überzugskautschuk mit einem 100 %-Modul von weniger als 30 kg/cm2 führt zu einer Wulstverstärkungs-
schicht, die zu geringe Elastizität hat, um einen zufriedenstellenden Verstärkungseffekt zu ergeben und einen Reifen zu liefern, der vom Standpunkt der SteuerStabilität zufriedenstellend ist. Die Verwendung von Überzugskautschuk mit einem 100 %-Modul, der 70 kg/cm2 übersteigt, sollte auch vermieden werden, da er zu hart ist, um vom Standpunkt der Produktivität annehmbar zu sein, und beispielsweise während seiner Anwendung Hitze und Verschmorungen hervorruft. Somit ist es erwünscht, Überzugskautschuk mit einem 100 %-Modul von 30 bis 70 kg/cm2 zu verwenden.
Die Verwendung von mehr als 60 Strängen je 5 cm sollte vermieden werden, da sie um sich herum nicht die Abstände ergeben, die der Überzugskautschuk füllen müßte, um eine befriedigende Bindungsfestigkeit zu ergeben. Die Verwendung von weniger als 20 Strängen ist für den Verstärkungszweck ungenügend.
Die Kordstränge der Wulstverstärkungsschicht 8 kreuzen vorzugsweise die Kordstränge der Karkasse 4 in einem Winkel von 20 bis 70° dazu, so daß die ersteren Kordstränge die letzteren stark binden und dabei eine große Verstärkungswirkung erzeugen und so eine Verbesserung des Reifens vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit und vom Standpunkt der Steuerstabilität ergeben. Wenn der Kreuzungswinkel kleiner als 20° ist, bekommt man eine Verminderung der Arbeitseffizienz. Die Schicht ist nicht nur schwierig zu schneiden, sondern bildet während ihrer Herstellung wahrscheinlich auch "Falten". Ein Winkel, der 70° übersteigt, ist auch unerwünscht, da er die Stärke vermindert, mit der die Kordstränge in der Schicht 8 die Karkassenkordstränge binden.
Der Reifen nach der Erfindung, der entlang jeder Wulst mit einer Wulstverstärkungsschicht versehen ist, die durch Kohlenstoffaserkord gebildet wird, wie hier beschrieben wurde, hat die folgenden Vorteile:
la) Er ist besser vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit und vom Standpunkt der Steuerstabilität und Spurhaltigkeit gegenüber herkömmlichen Reifen mit Wulstverstärkungsschichten, die.
von Kord als organischen Fasern gebildet sind, da die Wulstverstärkungsschichten in dem Reifen nach der Erfindung eine größere Verstärkungswirkung als jene in den herkömmlichen Reifen ergeben.
b) Er ist besser vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei einer hohen Geschwindigkeit und vom Standpunkt des Fahrkomforts gegenüber herkömmlichen Reifen mit Wulstverstärkungsschichten, die von Stahlkord gebildet werden, da die Wulstverstärkungsschichten in dem Reifen nach der Erfindung eine viel geringere Biegestarrheit besitzen.
Die Vorteile nach der Erfindung werden nun spezieller unter Bezugnahme auf einige Beispiele beschrieben. 20
Beispiele
Ein Reifen nach der Erfindung und Vergleichsreifen 1 und wurden, wie nachfolgend beschrieben, hergestellt. 25
Ein Reifen der Größe 165/80 R 13 wurde durch Verwendung einer Karkasse von 1500 d/2 Kordstränge Polyester 90, zwei Gürteln von 1 χ 5 (0,25) Stahlkordsträngen, wobei die Kordstränge in dem einen Gürtel jene in dem anderen Gürtel in einem Winkel von 20° hierzu kreuzen, und einer Wulstverstärkungsschicht, die auf der Außenfläche des nach außen gebogenen Abschnittes der Karkasse in jeder Wulst angeordnet war, wie in Fig. 1 gezeigt ist, hergestellt. Jede Wulstverstärkungsschicht wurde durch Einbettung von 40 Kohlenstoffaserkordsträngen von 1800 d/2 Stränge je 5 cm in Kautschuk mit einem 100 %-Modul von
45 kg/cm2 hergestellt, und diese Kordstränge waren durch Verdrillen der Kohlenstoffasern mit einer Zwirn- oder
S Z
Drillzahl von 10 χ 10 Windungen/10 cm nach Aufbringen von 30 % eines Klebers darauf hergestellt worden. Die Schicht hatte eine Breite von 40 mm und eine Dicke von 1,5 mm. Die Kordstränge in der Wulstverstärkungsschicht wurden so gelegt, daß sie die Karkassenkordstränge in einem Winkel von 30° kreuzten.
2. Vergleichsreifen_l
Ein Reifen der Größe 165/80 R 13 wurde hergestellt, indem eine Wustverstärkungsschicht aus Stahlkord in den umgefalteten Kantenabschnitt der Karkasse und außerhalb des Wulstfüllers 6 in jeder Wulst angeordnet wurde, wie bei 8' in Fig. 4 gezeigt ist. Jede Wulstverstärkungsschicht wurde gebildet, indem 40 1 χ 5 (0,22) Stahlkordstränge je 5 cm in Kautschuk mit einem 100 %-Modul von 45 kg/cm2 eingebettet wurden. In allen übrigen Hinsichten war der Reifen identisch mit dem Reifen nach der Erfindung einschließlich der Größe der Wulstverstärkungsschichten und des Winkels ihrer Kordstränge zu den Karkassenkordsträngen.
3. Vergleichsreifen_2
Ein Reifen der Größe 165/80 R 13 wurde hergestellt, indem eine Wulstverstärkungsschicht aus Nylonkord außerhalb der Karkasse in jedem Wulst angeordnet wurde, wie in Fig. 5 bei 81 gezeigt ist. Jede Wulstverstärkungsschicht wurde gebildet, indem 40 Nylonkordstränge mit 840 d/2 Stränge je 5 cm in Kautschuk mit einem 100 %-Modul von 27 kg/cm2 eingebettet wurden, und hatte eine Breite von 40 mm und eine Dicke von 1,0 mm. In jeder übrigen Hinsieht einschließlich des Winkels der Kordstränge in den Wulstverstärkungsschichten zu den Karkassenkordsträngen war der Reifen identisch mit dem Reifen nach der Erfindung.
Die folgenden Versuche wurden mit dem Reifen nach der Erfindung und den Vergleichsreifen 1 und 2 durchgeführt.
Die Tests wurden mit einer Kurvenfahrttestmaschine im Gebäudeinneren mit einer Trommel mit einem Durchmesser von 2500 mm durchgeführt. Jeder Reifen erhielt einen Rutschwinkel von 2° auf der Trommel, und die resultierende Kurvenkraft wurde durch 2 geteilt, um einen Indikator für die SteuerStabilität zu ergeben. Die Tests wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Felge: 4 1/2 - J X 13
pneumatischer Druck, P: 1,9 kg/cm2
Gewicht, W: 425 kg
Geschwindigkeit: 20 km/h
Die Ergebnisse sind durch Indexzahlen in Fig. 6 gezeigt, wo die Steuerstabilitäten des Reifens nach der Erfindung (Säule A in der graphischen Darstellung) und des Vergleichsreifens 1 (Säule B) mit der Standardzahl von 100 verglichen sind, die für den Vergleichsreifen 2 mit Wulstverstärkungsschichten aus Nylonkorn (Säule C) genommen ist, und die größere Zahl zeigt die bessere Steuerstabilität. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, war der Reifen nach der Erfindung etwa 5 % besser als der Vergleichsreifen 2 und vergleichbar mit dem Vergleichsreifen 1 vom Standpunkt der Steuerstabilität.
Vibrationsfahrkomfgrttests
Die Tests wurden mit einer Vorsprungtestmaschine im Gebäudeinneren durchgeführt, die eine Trommel mit einem Durchmesser von 2500 mm besaß und mit einem halbkreisförmigen Vorsprung mit einem Durchmesser von 20 mm auf dem Außenumfang versehen war. Der zu testende Reifen wurde auf die Trommel gegeben, und wenn er über den Vorsprung lief, wurde die resultierende Axialkraft gemessen, um einen Indikator für den Fahrkomfort
unter Vibration zu ergeben. Die Tests wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Felge:
5 pneumatischer Druck, P: Gewicht, W: Geschwindigkeit, V:
4 1/2 - J χ 13
1,9 kg/cm2
300 kg
60, 80, 100 und 120 km/h
Das Mittel der erhaltenen Ergebnisse bei diesen unterschiedliehen Geschwindigkeiten wurde als das Testergebnis genom
men.
Die Ergebnisse sind durch Indexzahlen in Fig. 7 gezeigt, in der der Fahrkomfort unter Vibration des Reifens nach der Erfindung (Säule A in der graphischen Darstellung) und des Vergleichsreifens 2 (Säule C) mit der Standardzahl 100 verglichen ist, die für den Vergleichsreifen 1 (Säule B) genommen wurde, und die größere Zahl zeigt den besseren Fahrkomfort an. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, war der Reifen nach der Erfindung etwa 5 % besser als der Vergleichsreifen 1 und vergleichbar mit dem Vergleichsreifen 2 vom Standpunkt des Fahrkomforts unter Vibrationen.
Die Tests wurden mit einer Testmaschine im Gebäudeinneren mit einer Trommel mit einem Durchmesser von 1707 mm unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
30 Felge:
pneumatischer Druck, P: Gewichts, W: Geschwindigkeit:
4 1/2 - J χ 13
3,0 kg/cm2
425 kg
Die Anfangsgeschwindigkeit war 160 kg/h und wuchs um 10 kg/h je 10 min, bis der zu testende Reifen brach.
Die Ergebnisse sind durch Indexzahlen in Fig. 8 gezeigt,
in der die Hochgeschwindigkeitshaltbarkeit des Reifens nach der Erfindung (Säule A) mit der Standardzahl 100 verglichen ist, die für die Vergleichsreifen 1 und 2 (Säulen B bzw. C) genommen wurde, und die größere Zahl zeigt die höhere Haltbarkeit an. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, war der Reifen nach der Erfindung etwa 10 % besser als die Vergleichsreifen 1 und 2 vom Standpunkt der Hochgeschwindigkeitshaltbarkeit.

Claims (1)

  1. Dr. Dieter Weber Klaus Seiffert
    Patentanwälte
    I)IpI. <Ίμ·ιμ. Dr. DU.ii'i·Wi-lMT-nipl.-l'hyH.Kimm Kolffcit I'iiHifiic-li <ΙΜΓ>·(Ι200 Wli-Hlm.l.-n
    D-6200 Wiesbaden 1
    Deutsches Patentamt Zweibrückenstr.
    8000 München
    1 498393 DP
    Be 25 Toli-fcm 0(1121/S7 27 20 +!172580
    Teli>x:4-lf)0247
    T.-lckopIcrcr Or. Ill ORI21/3721 U
    PosiHCheck: Frankfurt/Main 67 63-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden. Konto-Nr.27680700 (BLZ51080060)
    Datum 28. Mai 1985
    We/Wh
    The Yokohama Rubber Co., Ltd.
    36-11, Shimbashi 5-chome
    Minato-ku, Tokyo, Japan
    Gürtelreifen
    Priorität: Japanische Patentanmeldung
    Nr. 59-109626 vom 31. Mai 1984
    Patentansprüche
    20 1. Gürtelreifen für ein Automobil mit einer Verstärkungsschicht entlang jeder Wulst, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht von Kohlenstoffaserkord gebildet ist.
    25 2. Gürtelreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht 20 bis 60 Kohlenstoffaserkordstränge je 5 cm, eingebettet in einen Überzugskautschuk mit einem 100 %-Modul von 30 bis 70 kg/cm2 aufweist.
    3. Gürtelreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Kordstränge der Wulstverstärkungsschicht Kordstränge in einer Karkasse in einem Winkel von 20 bis 70° kreuzen.
    4. Gürtelreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffasern eine Zugfestigkeit von wenigstens 100 kg/mm2 und einen Zugmodul von wenigsten 5000 kg/mm2 haben und daß der Kohlenstoffaserkord durch Aufbringung von 10 bis 50 % eines Klebers auf den Kohlenstoffasern, bezogen auf deren Gewicht je Längeneinheit, und Verdrillen oder Verzwirnen dieser Fasern so weit, so daß der Drillkoeffizient K, ausgedrückt nach der folgenden Formel, im Bereich von 0 bis 1800 einschließlich liegt:
    K = T/D
    worin K: der Drillkoeffizient,
    T: die Zahl der Verdrillungen oder Verzwirnungen
    (Windungen/10 cm) und
    D: die Gesamtdenierzahl des Kordes sind.
    5. Gürtelreifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber eine aus einem Vorkondensat von Resorcin und Formalin und einem Kautschuklatex gebildete gemischte Lösung ist.
    6. Gürtelreifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drillkoeffizient K im Bereich von 300 bis 1500 einschließlich liegt.
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