DE3642214A1 - Guertelreifen fuer personenkraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Gürtelreifen für Personenkraftfahr­ zeuge, die mit Stahlcorden hergestellt sind - anstelle von Textilcord, wie er normalerweise für die Karkasse verwen­ det wird -, die durch besondere Haltbarkeit der Flanken und hoher Stabilität beim Kurvenfahren, guten Fahrkomfort bei Erschütterungen und Rollwiderstand als Bewegungskenn­ größen gegenüber Gürtelreifen mit Textilcorden verbessert sind.

Stahlcorde werden üblicherweise sowohl für den Gürtel als auch die Karkasse in Gürtelreifen für Lastkraftfahrzeuge und Busse eingesetzt. Andererseits ist es bei üblichen Per­ sonenkraftfahrzeug-Reifen die Praxis, im Gürtel Stahlcord und in der Karkasse Textilcord zu verwenden, z.B. aus Poly­ ester, Nylon oder Rayon. Dies geschieht im Hinblick auf die hervorragende Ermüdungsfestigkeit. Es zeigten sich je­ doch bei der Verwendung von Textilcorden in der Karkasse von Personenkraftfahrzeug-Reifen einige Probleme, nämlich
1. die Widerstandsfähigkeit der Reifenflanken gegen Be­ schädigung von außen, wie durch Scheuern am Bordstein, wird unzureichend;
2. da diese Textilcorde im allgemeinen eine geringe Biege­ und Kompressionssteifigkeit besitzen, besteht eine Grenze für die Erhöhung der Steifigkeit der Reifenflanken und in der Erreichung höherer Bewegungskenngrößen;
3. da die Festigkeit bei relativ großen Gürtelreifen für Personenkraftfahrzeuge ungenügend wird, benötigt man eine Vielzahl von Karkassencordlagen, was seinerseits wieder zu einer Beeinträchtigung der Bewegungskenngrößen führt und das Herstellungsverfahren erschwert.

Werden andererseits Stahlcorde in der Karkasse von Gürtel­ reifen für Personenkraftfahrzeuge anstelle der Textilcorde verwendet, so ergeben sich folgende Probleme:
1. Da die Corde während des Fahrens über eine lange Zeit einem wiederholten Wechsel von Biegung und Kompression unterworfen werden, schreitet die Materialer­ müdung der Corde fort und die Dauerhaftigkeit der Corde sinkt aufgrund eines Scheuerns, bei dem die Draht-Garne aneinander reiben. Wenn die Materialermüdung und die Ver­ ringerung der Dauerhaftigkeit ein bedenkliches Ausmaß er­ reichen, so beginnt die Flanke der Reifen zu brechen. Es ist daher erforderlich, die Widerstandsfähigkeit gegen Er­ müdung und Scheuern von Stahlcorden in einem solchen Aus­ maß zu verbessern, daß sie in der Karkasse von Gürtelreifen für Personenkraftfahrzeuge verwendbar werden.
2. Bei Stahlcord mit höherer Biegesteifigkeit als Textil­ cord in der Karkasse wird die Steifigkeit der Reifenflanke zu hoch. Dies führt zu einem Problem, da - wenn die Kurven­ fahrstabilität erhöht wird - der Fahrkomfort gegen Er­ schütterungen weitgehend verloren geht. Im allgemeinen ist eine Verbesserung der Kurvenfahrstabilität und eine Ver­ besserung des Fahrkomforts sich widersprechende Forderungen. Um jedoch Reifen mit hervorragenden Ergebnissen in diesen beiden Kenngrößen zu erreichen, muß dieses Problem über­ wunden werden.

Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen wird es als allgemein schwierig angesehen, Stahlcord in der Karkasse von Gürtel­ reifen für Personenkraftfahrzeuge anzuwenden und zwar auf­ grund der ungenügenden Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung und der Verschlechterung eines Teils der Bewegungskenn­ größen, insbesondere des Fahrkomforts gegen Schwingungen oder Erschütterungen.

Aus der JP-OS 58/2 21 703 ist ein Gürtelreifen für Personen­ kraftfahrzeuge mit Stahlcord in der Karkasse bekannt. Dort werden Corde mit dem Aufbau 3×3 verwendet, d.h. 3 Stränge - aus jeweils 3 Drähten verzwirnt - werden verseilt, wobei der Drahtdurchmesser zwischen 0,08 und 0,15 mm liegt. Mit diesem Cord soll eine ausreichende Berstfestigkeit gegen Schnitt in die Seitenwand, Stabilität beim Kurvenfahren und Dauerhaftigkeit beim schnellen Fahren erreicht werden. Es ergaben sich jedoch bei diesen Reifen folgende Probleme: Der dort geforderte 3×3 Stahlcord macht für den Cord eine sogenannte Strangkonstruktion erforderlich. Werden Stahl­ corde dieser Konstruktion oder dieses Aufbaus in einem Gürtelreifen für Personenkraftfahrzeuge mit ihrer großen Biegung oder Walkarbeit in der Karkasse und der großen Be­ wegung der Corde - nicht jedoch in Gürtelreifen für Last­ kraftfahrzeuge und Busse infolge des dort benötigten höheren Innendrucks - verwendet, sinkt die Dauerhaftigkeit der Corde stark ab durch einen Verschleiß durch Reibung oder Scheuern an die Berührungspunkte der Drähte und Garne, insbesondere der Stränge beim Fahren, so daß die Verwendung derartiger Stahlcorde in Gürtelreifen für Personenkraft­ wagen unvorteilhaft wird. Was nun die Ermüdungsbeständig­ keit anbelangt, so wird an die Oberflächen der Drähte bei einem Strangaufbau, einschließlich der Berührungspunkte, wiederholt und örtlich hohe Last oder Spannung einwirken. Selbst wenn feinere Drähte höherer Flexibilität oder Bieg­ samkeit verwendet werden, so besteht doch ein großes Risiko für einen Ermüdungsbruch. Bei einer Drahtstärke der Garne von 0,08 bis 0,15 mm, was eine Forderung an den bekannten Reifen ist, wird es schwierig, die Biege- und Kom­ pressionsdruck-Stauchsteifigkeit der Corde hoch zu halten, so daß die erwarteten Bewegungskenngrößen kaum zu erreichen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die oben aufgezeigten Probleme bei Gürtelreifen mit Stahlcord in der Karkasse zu lösen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß - eingebettet in dem Gummi - Stahlcord mit einem Auf­ bau aus nur einem speziellen Strang im Reifen vorliegt.

Die Erfindung betrifft somit Gürtelreifen für Personen­ kraftfahrzeuge mit hervorragenden Bewegungskenngrößen und Dauerhaftigkeit, die eine Karkasse besitzen, deren Cordlage aus Stahlcord eines einzigen Strangs entsprechend der Bezeichnung 1×n aufgebaut ist, wobei n die Anzahl der Draht­ garne bedeutet und eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist. Diese Corde sind in Gummi eingebettet, wobei die Gummistärke zwischen benachbarten Stahlcorden 0,80 bis 2 mm beträgt, gemessen in Reifen-Umfangsrichtung an einer Stelle maximaler Reifenbreite in der Anordnung der Stahlcorde dieser Kar­ kassencordlage. Das Produkt n×d ⁴, wobei d der Drahtdurch­ messer ist, soll zwischen 0,002 und 0,012 betragen, wenn der Drahtdurchmesser d 0,15 bis 0,25 mm ist.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit der Stahlcorde für die Karkasse von Gürtel­ reifen die Berührungspunkte, die den Ermüdungsbruch wegen erhöhten Abriebs und örtlicher Spannung oder Last in obigem Strangaufbau begünstigen, gering gehalten werden müssen und daß ein Einstrang-Aufbau 1×n in dieser Hinsicht am günstigsten ist. Bei dem Einstrang-Aufbau besteht zwischen den Drähten eine Berührungslinie und der Berührungsdruck ist gering. Schließlich gestattet eine besondere Verseil­ technik eine Gummiimprägnierung um die Drähte, um die gegenseitige Berührung zu verhindern und das Scheuern der Drähte aneinander weitestgehend herabzusetzen. Gleichzeitig läßt sich auf diese Weise die Möglichkeit eines Ermüdungs­ bruchs weitestgehend verringern. Im allgemeinen wird für einen Karkassencord für Lastkraftfahrzeug- und Bus-Gürtel­ reifen ein Strangaufbau oder ein Lagenaufbau mit insgesamt 10 oder mehr Drähten angewandt. Obwohl obiger Einstrang- Aufbau im Hinblick auf die Ermüdungsfestigkeit und das Scheuern hervorragend ist, wurde ein derartiger Einstrang- Aufbau bisher noch nicht angewendet, da die Dauerhaftig­ keit und Steifigkeit des Cords und dergleichen wohl kaum die erforderlichen Werte erreichen würde. Andererseits kann die Anforderung an die Dauerhaftigkeit der Corde bei Gürtelreifen für Personenkraftfahrzeuge wegen des geringen Innendrucks herabgesetzt werden, so daß hier ein Einstrang- Aufbau zufriedenstellen könnte.

Es wurde festgestellt, daß für Stahlcorde mit hoher Biege­ steifigkeit, wie sie für hohe Bewegungskenngrößen, ins­ besondere zur Verbesserung der Stabilität beim Kurvenfahren angestrebt wird, es vorteilhaft ist, daß der Durchmesser der den Cord aufbauenden Drähte sowie der Durchmesser der Corde so groß als möglich sein soll, soweit dies die Er­ müdungsfestigkeit zuläßt.

Im Hinblick auf die Verbesserung des Fahrkomforts gegen Erschütterungen und des Rollwiderstands für hohe Bewegungs­ kenngrößen können diese weiter verbessert werden durch Herabsetzung der Endzählung der Stahlcorde für die Karkasse, d.h. durch Vergrößerung der Gummischicht zwischen den Corden.

Erfindungswesentlich für den Gürtelreifen nach der Erfindung mit hervorragenden Bewegungskenngrößen und hoher Dauer­ haftigkeit ist daher:
1. In der Karkasse ist eine Cordlage aus Stahlcorden mit Einstrang-Aufbau 1×n, wobei n die Anzahl der Drahtgarne bedeutet und eine ganze Zahl von 1 bis 5 sein soll, in Gummi eingebettet. Man erhält ausreichende Dauerhaftigkeit mit einer Cordlage, da die Stahlcorde hohe Festigkeit be­ sitzen;
2. die Dicke (D) der Gummischicht zwischen den Corden soll 0,8 bis 2 mm betragen, und zwar gemessen in Umfangsrichtung des Reifens an der Stelle maximaler Reifenbreite, wobei die Stahlcorde in der Karkassenlage eine bestimmte Anordnung haben. Diese Anordnung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, welche einen Teilschnitt der Gürtelreifen- Seitenwand nach der Erfindung zeigt. In dieser befindet sich eine Seitenwand-Gummischicht (1), Stahlcorde (2) und eine innere Auskleidungsschicht (3);
3. das Produkt n×d - n Anzahl der Drahtgarne des Cords vom Einstrang-Aufbau, d Durchmesser des Drahts - soll 0,002 bis 0,012 mm betragen;
4. der Durchmesser der Drahtgarne für den Einstrang-Aufbau des Stahlcords soll 0,15 bis 0,25 mm betragen.

Ist die Anzahl der Drahtgarne, die den Cord mit Einstrang- Aufbau bilden, größer als 5 - obwohl ein ideales Profil des Einstrang-Aufbaus erhalten werden könnte -, wird der Raum innerhalb des Cords größer und der Abstand zwischen den Drähten gleichzeitig geringer, so daß das Eindringen von Kautschuk in die Corde unterbrochen und die Korrosions­ beständigkeit herabgesetzt würde. Das ideale Profil des Einstrang-Aufbaus sollte daher eine geometrisch stabile Form sein, beispielsweise eine Form, bei der die Garndrähte innerhalb des Cords sind. Die innerhalb des Cords zu liegen kommenden Drähte stehen unter einer hohen Berührungsspannung durch die umgebenden Drähte oder die Verteilung der Zug­ kraft auf die Drähte wird ungleichmäßig. Die Folge davon ist ein Ansteigen der Gefahr, daß die Ermüdungsfestigkeit absinkt.

Was nun die Endzählung der Corde bei Stahlcorden mit Ein­ strang-Aufbau für die Karkasse anbelangt, so werden die Kenngrößen um so besser je größer die Gummischicht zwischen den Corden ist. Überschreitet diese jedoch 2 mm, so ergibt sich ein Problem, nämlich die Unebenheit der Seitenwand von außen her wird wegen zu großen Abstands der Corde problematisch. Weiter wächst die Möglichkeit, daß die Corde an die Innenfläche des Reifens durch die innere Auskleidung während des Fahrens über lange Strecken eindringen. An­ dererseits ist der Abstand < 0,8 mm, geht die Überlegenheit der Bewegungskenngrößen über die üblicher Textilcorde ver­ loren. Besonders wenn der Abstand zwischen den Corden zu groß wird, besteht die Tendenz, daß die Kurvenfahrstabili­ tät sich verschlechtert, wenn die Biegesteifigkeit der Corde relativ gering ist. Um die 3 Kenngrößen, nämlich Kurvenfahrstabilität, Fahrkomfort bei Erschütterungen und Rollwiderstand, in gutem Ausgleich zu verbessern, sollte die Gummischicht zwischen den Corden bevorzugt 1,2 bis 1,7 mm betragen.

Der Grund, warum das Produkt n×d ⁴ zwischen der Anzahl der Drahtgarne, die den Stahlcord mit Einstrang-Aufbau bilden, und der vierten Potenz des Drahtdurchmessers zwischen 0,002 und 0,012 liegen soll, liegt darin, daß - obwohl dieses Produkt eine Abhängigkeit von der Biegesteifigkeit der Corde aufweist, wenn dieser < 0,002 ist, - die erwartete Kurvenfahrstabilität wegen zu geringer Cordsteifigkeit nicht erreicht wird. Andererseits beträgt dieser Wert < 0,012, wird der Corddurchmesser zu groß, so daß die Gummischicht oder die innere Auskleidungsschicht für die Corde dicker gehalten werden muß, was für die Anwendung in Gürtelreifen für Personenkraftfahrzeuge ungünstig ist. In Verbindung mit einer Stärke der Gummischicht zwischen den Corden von 1,20 bis 1,70 mm beträgt der Wert von n×d ⁴ be­ vorzugt 0,0035 bis 0,009.

Der Grund, warum der Durchmesser (d) der Drahtgarne für Stahlcorde mit Einstrang-Aufbau mit 0,15 bis 0,25 mm festgesetzt ist, liegt darin, daß bei < 0,15 mm der verseilte Cord aus diesen Drahtgarnen so weich ist, daß die Reifenwand keine ent­ sprechende Steifigkeit erhält und damit die Überlegenheit in der Kurvenfahrstabilität gegenüber Textilcord verringert wird, während andererseits bei < 0,25 mm die Oberflächen­ spannung dieser Drähte durch wiederholtes Biegen der Rei­ fen-Seitenwand ansteigt und damit ein Ermüdungsbruch zu befürchten ist. Daher wird ein Durchmesser von < 0,25 mm nicht bevorzugt.

Wie oben bereits darauf hingewiesen, wird durch die er­ findungsgemäßen Maßnahmen die Bewegungskenngrößen der Reifen, insbesondere Kurvenfahrstabilität, Fahrkomfort bei Er­ schütterungen und Rollwiderstand, verbessert und darüber hinaus die Dauerhaftigkeit der Reifen-Seitenwand weitgehend erhöht und zwar erreicht man dies durch Stahlcorde mit Einstrang-Aufbau aus Stahldrähten als Garne in der Karkassen­ lage von Gürtelreifen für Personenkraftwagen sowie Opti­ mierung des Aufbaus der Stahlcorde und des Durchmessers der Drahtgarne und der Dicke der Gummischicht zwischen den Corden in der Karkassenlage.

Die Erfindung ist nicht nur anwendbar ganz allgemein auf Gürtelreifen für Personenkraftwagen, sondern auch auf Gür­ telreifen mit niederem Profil und für hohe Geschwindig­ keit mit hohen Bewegungskenngrößen. Darüber hinaus läßt sich die Erfindung auch für Gürtelreifen anwenden, die relativ geringe Innendrucke benötigen, wie für Reifen für Rennautos, für die Landwirtschaft, Motorräder, Lastfahrzeugen kleiner oder mittlerer Größe, Freizeitvehikeln oder dergleichen.

Die Erfindung wird nun an den folgenden Beispielen und Vergleichen weiter erläutert.

Beispiele 1 und 2 und Vergleiche A und B:

Vier Reifen der Größe 185SR 14 für eine Felge 5 1/2 J×14 wurden den Untersuchungen zugrunde gelegt. Diese Reifen unterschieden sich in dem Aufbau der Corde in der Karkassen­ lage und zwar nach der Erfindung mit Einstrang-Aufbau 1×3×0,22 bzw. 1×4×0,20 und zum Vergleich mit Strang­ aufbau 3×3×0,12 und 4×4× 0,10. Die Dauerhaftigkeit dieser Reifen wurde in üblicher Weise bestimmt und die Ergebnisse in der Tabelle 1 aufgeführt.

Zur Bestimmung der Dauerhaftigkeit wurde der Reifen auf einer Trommel unter den unten angegebenen Bedingungen ge­ fahren und die Dauerhaftigkeit bewertet aus der prozentualen Abnahme der Haltbarkeit eines frischen Cordes in Folge des Scheuerns. Dieser Prozentsatz wird ermittelt mit Hilfe eines Prüfgerätes, nachdem die Corde aus dem Reifen frei­ gelegt worden sind. Die Mittelwerte ergeben sich aus 20 Bestimmungen.

Prüfbedingungen:

Last:150% nach JIS Geschwindigkeit:60 km/h Druck:2 bar Fahrstrecke:40 000 km

Tabelle 1

Aus der Tabelle 1 ergibt sich, daß die Dauerhaftigkeit um mehr als 20% bei Strangaufbau 3×3 und 4×4 absinkt, während mit den Einstrangcorden nach der Erfindung eine derartige Abnahme der Dauerhaftigkeit nicht festgestellt werden kann. Damit ist die Überlegenheit der Einstrangcorde gegenüber den üblichen Corden mit Strangaufbau bewiesen.

Beispiele 3 bis 6 und Vergleich C bis F:

Auch hier wurden 8 Reifen den Untersuchungen unterworfen, die sich hinsichtlich des Cordaufbaus in den Karkassen­ lagen unterschieden. Die Reifen hatten eine Größe von 185 SR 14. Bei zwei Karkassen waren die Cordlagen aus Polyester. Die Bewegungskenngrößen wurden ermittelt und sind in Tabelle 2 angegeben. Zur Bewertung der Bewegungs­ kenngrößen wurden nach JIS D 0202 die Kurvenfahrstabilität, der Fahrkomfort und der Rollwiderstand ermittelt und als Index angegeben, wobei der Vergleichsreifen C als 100 angenommen wurde. Je größer der Index ist, um so besser sind die Kenngrößen.

Aus Tabelle 2 geht hervor, daß bei den Vergleichsreifen D bis F die erfindungsgemäße Forderung hinsichtlich Draht­ durchmesser (d) und/oder Produkt n×d ⁴ nicht erfüllt waren. Die Bewegungskenngrößen der Prüfreifen der Beispiele 3 bis 6 waren gegenüber dem Vergleichsreifen C mit Polyester­ cord um 4 bis 8% verbessert.

Beispiele 7 bis 9 und Vergleiche G und H:

Es wurden 5 Prüfreifen untersucht, die sich hinsichtlich der Stärke der Gummischicht zwischen den Corden und damit der Endzählung der Corde in der Karkasse unterschieden, wobei der Cordaufbau 1×4×0,20 entsprechend Beispiel 4 war. Die wie in Beispiel 4 angegebenen bestimmten Be­ wegungskenngrößen sind in Tabelle 3 zusammengefaßt und wieder der Vergleichsreifen C als 100 angenommen. Die End­ zählung der Corde und damit die Dicke der Gummischicht zwischen den Corden wurde an der Stelle der maximalen Reifenbreite bestimmt.

Aus Tabelle 3 ergibt sich, daß die Kurvenfahrstabilität im wesentlichen unverändert bleibt bei Verringerung der Endzählung und Erhöhung der Dicke der Gummischicht zwischen den Corden, während der Fahrkomfort bei Erschütterungen und der Rollwiderstand eher verbessert wurden; bei 0,8 bis 2 mm erreicht man extrem gute Bewegungskenngrößen.

Claims (3)

1. Gürtelreifen für Personenkraftfahrzeuge verbesserter Be­ wegungskenngrößen und Dauerhaftigkeit, deren Karkasse Stahlcord enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in der Karkasse Stahl­ cord mit Einstrang-Aufbau 1×n, worin n die Anzahl der Draht­ garne bedeutet und eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, in Gummi ein­ gebettet ist, die Stärke der Gummischicht zwischen benachbarten Corden 0,80 bis 2 mm - gemessen in Umfangsrichtung an der Stelle maximaler Reifenbreite - beträgt und das Produkt n×d ⁴ - d=Durch­ messer der Drähte - 0,002 bis 0,012 bei einem Durchmesser d von 0,15 bis 0,25 mm ist.

2. Gürtelreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Gummi­ schicht zwischen den Corden 1,20 bis 1,70 mm beträgt.

3. Gürtelreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt n×d ⁴ 0,0035 bis 0,0090 beträgt.