DE3828251A1 - Luftreifen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Luftreifen mit verbesserter Ermüdungsbeständigkeit
der eingebetteten Corde.
In großem Umfang wird bisher für die Verstärkung von Gummi Fasermaterial,
Fäden, Garne und dergleichen aus Polyvinylalkohol
(PVA) angewandt. PVA-Fäden haben jedoch geringe Ermüdungsfestigkeit
und sind in Wasser beträchtlich löslich. Durch diese
Eigenschaften der Polymeren besitzen PVA-Fäden und -Fasermaterialien
eine unzulängliche Widerstandsfähigkeit gegenüber
heißem Wasser. Verstärkende Corde in Reifen unterliegen häufigen
Biegespannungen. Sie werden als Gürtelmaterialien in
Gürtelreifen angewandt, wobei die Gürtel im allgemeinen eine
relativ geringe Vorspannung besitzen.
Nach der JP-OS 59-1 30 314 und 59-1 00 710 wird die Festigkeit
und damit die Dauerhaftigkeit von PVA-Fäden und -Fasern
verbessert durch Erhöhung des Molekulargewichts auf einen
extrem hohen Wert, zum Beispiel ein mittleres Molekulargewicht
von 400 000 und darüber. Es ist aber in der Großindustrie
schwierig, PVA mit so extrem hohem Molekulargewicht herzustellen.
Demzufolge steigen die Kosten für die Herstellung von
Cord-verstärkten Reifen aufgrund der aufwendigen Herstellung
von PVA-Corden im Vergleich zu Corden aus Polyester oder Nylon.
Daher wurde bisher PVA nicht als Material anstelle von Polyester
oder Nylon für Corde angesehen.
Es wurde nun erfindungsgemäß festgestellt, daß sich PVA-Fäden
und -Fasern in großem Maßstab mit hoher Festigkeit oder Dauerhaftigkeit
herstellen lassen, indem das Molekulargewicht von
PVA etwas angehoben wird gegenüber den üblichen PVA-Cordfasern
(z. B. JP-OS 60 126 311 und 60 126 312). Die so erhaltenen
PVA-Chemiefasern eignen sich dann sowohl vom technischen als
auch vom wirtschaftlichen Standpunkt zur Herstellung von
Reifencorden. Obwohl die erfindungsgemäßen PVA-Corde hinsichtlich
Festigkeit und Modul hinter vergleichbaren Aramidfasern
zurückstehen, ist ihre Festigkeit wesentlich erhöht gegenüber
üblichen Chemiefasern auf der Basis von Nylon, Polyester
usw. Erfindungsgemäß werden also erstmals PVA-Corde als Reifencorde
vorgeschlagen. Wie aus der JP-OS 61 108 713 hervorgeht,
haben die in obiger Weise erhaltenen hochfesten PVA-Cordfasern
verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Spannungen
im Vergleich zu üblichen. Man hat deshalb geglaubt, dies gelte
auch für die Ermüdungsfestigkeit, die für Reifencorde gefordert
wird.
Es wurde jedoch festgestellt, daß in obiger Weise hergestellte
hochfeste PVA-Fasern eine sehr schlechte Ermüdungsbeständigkeit
besitzen, d. h. den PVA-Fasern fehlt die Ermüdungsbeständigkeit,
wie sie von Reifencorden verlangt wird, und die Corde brechen
während des Fahrens auf Straßen. Demnach sind PVA-Fasern für
derartige Anwendung im Hinblick auf die Reifensicherheit gänzlich
ungeeignet.
Reifen für Personenwagen mit einer Reifengröße 195/70 SR 14
wurden mit Fadenmaterialien hergestellt, wie sie in der Tabelle
1 zusammengefaßt sind, als Karkassenlagen unter den dort
angegebenen Bedingungen. Bei derartigen Reifen wird die Rest-Festigkeit
der Corde aus der Karkasse nach dem Fahren über eine
Prüftrommel oder auf der Straße gegenüber der Festigkeit der
neuen Corde bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt.
Die Messung erfolgte an der Stelle, die in Fig. 1
mit "x" angegeben ist.
Aus Tabelle 1 ergibt sich, daß die restliche Cordfestigkeit bei
hochfesten PVA-Fasern nach dem Fahren über eine Trommel gleich
ist der von Polyesterfasern. Andererseits ist die Restfestigkeit
von Polyesterfasern nach dem Fahren über eine Straße nicht
weniger als 90%, während die der hochfesten PVA-Fasern auf 20
bis 40% abgesunken war. Darüber hinaus zeigten einige Reifen
einen Fadenbruch und führten daher leicht zum Platzen.
Die Straßenfahrt wurde an einem Reifen auf einem üblichen
Fahrzeug bei einem üblichen Innendruck von 1,7 bar (kg/cm²)
vorgenommen. Die Fahrbedingungen entsprachen im wesentlichen
den Betriebsbedingungen eines Reifens. Unter normalen
Betriebsbedingungen besteht die Möglichkeit, daß die Reifen unter
abnormalen Zustand gelangen, zum Beispiel manchmal überlastet
werden und manchmal so geringem Innendruck wie nicht mehr
als 1 bar (kg/cm²) haben. Eine Restfestigkeit des Cordes nach
50 000 km auf Straße unter geregelten Bedingungen 20 bis 40%
bedeutet, daß damit gerechnet werden müßte, daß die Reifen
nicht unter üblichen Betriebsbedingungen die gesamte erforderliche
Sicherheit gewährleisten. Dies bedeutet aber, daß derartige
Reifen in der Praxis nicht eingesetzt werden können.
Da, wie erwähnt, bestimmte Phänomene der PVA-Fasern und Corde
durch eine Prüfung des Reifens auf der Trommel oder im
Laboratorium nicht festgestellt werden können, wurde ein
sogenannter "Rohr-Ermüdungstest" durchgeführt. Zur Bestimmung
der Ermüdungsfestigkeit wurden folgende weitere Untersuchungen
vorgenommen: Zuerst wurden Personenwagenreifen der Größe P 235/75 R 15
mit gefaltetem Gürtel aus unterschiedlichen
Cordmaterialien entsprechend Fig. 2 hergestellt. An diesem
Reifen wurde die Restfestigkeit der Reifencorde nach dem Fahren
auf Straße, wie oben angegeben, bewertet. Die Ergebnisse sind
in der Tabelle 2 zusammengefaßt. Die Restfestigkeit des Gürtelcords
wurde an der mit "x" in Fig. 2 angegebenen Stelle ermittelt.
Aus der Tabelle 2 ergibt sich, daß selbst wenn hochzähe PVA-Corde
für den Gürtel verwendet wurden, die Restfestigkeit auf etwa
60% gegenüber neuem Cord abgesunken war. Es ergab sich damit
das große Problem der Ermüdungsbeständigkeit für hochfeste
PVA-Corde.
Aufgabe der Erfindung sind nun Reifen enthaltend hochfeste
PVA-Corde, deren Festigkeit nach einer Fahrstrecke auf Straße
nicht zu sehr absinkt und die eine verbesserte Dauerhaftigkeit
der Reifen bewirken.
Der erfindungsgemäße Reifen enthält nun Verstärkungscorde aus
PVA, deren in g/den gemessene Festigkeit S (g/den), wenn die
Corde aus dem Reifen präpariert sind, folgende Bedingungen erfüllt:
S≧14,5-12 N T ,
wobei N T der Verzwirnungskoeffizient ist, welcher ausgedrückt
wird durch die Beziehung
N T = N · √ · 10-3,
wobei N
die Verzwirnungszahl, also die Anzahl an Drehung je 10 cm, D
der halbe Cord-Titer und ρ die spezifische Dichte des Cords
ist. In den erfindungsgemäßen Reifen weist der Cord in absolut
trockenem Zustand eine Restfestigkeit von nicht weniger als 90%
von der Festigkeit auf, die er vor Behandlung mit siedendem
Wasser aufwies. Dieser absolut trockene Zustand bedeutet, daß
nach Behandlung des Cords mit siedendem Wasser von 120°C unter
Einspannung auf konstante Länge der Cord getrockent wurde.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand schematischer
Zeichnungen weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt eines Reifens für einen Personenwagen
der Größe 195/70 SR 14 üblicher Ausführung;
Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt eines Reifens für einen Personenwagen
P 235/75 R 15 üblicher Art; und
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hochdruckbehälters
für die Behandlung der Reifencorde mit siedendem
Wasser.
Es wurden umfangreiche Untersuchungen angestellt über die oben
beschriebene Abnahme der Festigkeit und Dauerhaftigkeit von
hochfesten PVA-Corden nach dem Fahren auf Straße. Die Corde wurden
aus einem Reifen nach einer Fahrstrecke auf Straßen herausgenommen,
in ein Epoxyharz eingebettet und Mikrotome davon angefertigt,
um diese Schnitte mikroskopisch untersuchen zu können.
Diese Untersuchungen ergaben, daß Filamente in der Nähe
sich schneidender Flächen zwischen einer Litzendrehung und
einer primären Zwirnung stark verformt waren und 10 oder mehrere
Filamente in Form eines Bündels zusammenhingen. Da die Filamente
die Aufgabe haben, die Spannung auf den gesamten Cord
zu verteilen, wird die Verringerung der Festigkeit der Filamente
oder Corde begünstigt, wenn die Filamente zusammenhängen und
daher nicht zu einer gleichmäßigen Spannungsaufteilung führen.
Um obiges Phänomen der Kohäsion der Filamente klarer zu machen,
wurden ein Seil und eine Litze aufgewickelt und die Berührungsflächen
jeweils an der Litze und dem Seil mikroskopisch untersucht.
Es ergab sich, daß bis zu 10 Filamente zu einer festen
Einheit zusammengepreßt waren und daß es nicht möglich war,
einwirkende Spannungen zu verteilen und herabzusetzen, wenn die
Filamente zusammenhingen. Eine solche Kohäsion von Filamenten
wurde bei Polyester- oder Aramid-Corden nicht beobachtet, sondern
zeigte sich lediglich bei solchen auf der Basis von PVA.
Andererseits war dieses Kohäsionsphänomen, wie es bei einem
Teil der Corde nach dem Fahren auf der Trommel (20 000 km,
Restfestigkeit 60%) auftrat, extrem gering. Es kann daher
angenommen werden, daß die Last beim Fahren auf der Trommel
doch gleichzeitig auf die Filamente verteilt wird. Bei üblichen
PVA-Corden beobachtete man nach einer Fahrstrecke von 4700 km
auf der Trommel Fadenbruch, während die Restfestigkeit obiger
hochfester PVA-Corde selbst nach 20 000 km noch 60% betrug.
Daraus ergibt sich, daß die Ermüdungsbeständigkeit von letzteren
wesentlich verbessert ist gegenüber dem, was man bei
üblichen PVA-Corden erwarten kann. Aus der allgemeinen Kenntnis
war nicht herzuleiten, daß die Cordfestigkeit selbst von
hochfesten PVA-Corden nach dem Fahren auf Straße wesentlich
verschlechtert wird.
Wurden nun Corde und Filamente nach dem Fahren auf Straßen und
nach dem Fahren auf der Trommel untersucht, so wurden folgende
Unterschiede festgestellt:
- 1) Da auf der Straße häufig gefahren und gestoppt wird, sind die Reifen einer unregelmäßigen Temperaturhysterese zwischen Raumtemperatur und 100°C ausgesetzt.
- 2) Die auf den Cord zur Einwirkung gelangenden Belastungen beim Fahren auf Straßen ändern sich ständig und Stellen, an denen sich Filamente ständig reiben, verschieben sich ständig und die aufgebrachten Reibkräfte variieren.
- 3) Andererseits sind die Corde Temperaturen nicht unter 100°C beim Fahren auf der Trommel ausgesetzt, so daß die Filamente selbst erweichen können und untereinander die Reibungskräfte abzuschwächen bestrebt sind.
Obiges läßt sich aus folgendem erklären:
Die Filamente des Cords nach dem Trommelfahren haben eine sogenannte
Diagonalschnittfläche aufgrund der Konzentration des
Reibens über die Filamente an einer Stelle, wohingegen nach
Straßenfahrt Risse oder Kratzer durch Reiben der Filamente an
einer Anzahl von Stellen an der Filamentoberfläche der Corde
beobachtet werden können. Diese Kratzer oder Risse werden an
verschiedenen Stellen der Diagonal-Schnittfläche beobachtet.
Um nun die Ermüdungsbeständigkeit der Corde aus hochfestem PVA
zu verbessern durch Herabsetzung der Last, wenn die Filamente
in Form eines Bündels zusammenhängen, muß man nur die Kohäsion
der Filamente verhindern. Die Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis.
Da PVA intramolekulare Wasserstoffbindungen aufweist, ist anzunehmen,
daß die Wasserstoffbindung eine gewisse Affinität zu
Wassermolekülen selbst in Gegenwart von nur sehr geringen Wassermengen
zeigt, was leicht zu einem Zusammenhalten der PVA-Fasern
führen kann. Es wird weiter angenommen, daß Wassermoleküle
in nicht-kristalline Teile der PVA-Fasern eintreten und zu
deren Quellung führen, da dadurch der Glasübergangspunkt herabgesetzt
wird.
Bei obigen hochfesten PVA-Fasern wird beispielsweise die hohe
Festigkeit durch Verdichten der nicht-kristallinen Teile oder
Hervorrufung hoher Orientierung beibehalten. Aus der JP-OS
61 108 713 kann man entnehmen, daß die Dampfbeständigkeit
derartiger hochfester PVA-Fasern ermöglicht werden kann. Aus obigem
ergibt sich jedoch, daß es unmöglich ist, die Ermüdungsbeständigkeit
von Corden beim Straßenfahren nur dadurch zu verbessern.
Die Überlegungen gingen nun dahin, daß - wenn die nicht-kristallinen
Teile weiter verdichtet werden oder eine sogenannte
Mantel/Kern-Struktur zur Ausbildung gelangt - die Kohäsion der
Filamente durch Wasser und Wärme verhindert werden kann, so daß
die Festigkeitsherabsetzung hochfester PVA-Corde während des
Straßenfahrens im wesentlichen ausgeschaltet wird.
Wie oben darauf hingewiesen, wird erfindungsgemäß ein cordverstärkter
Luftreifen hergestellt aus PVA-Corden, welche der Beziehung
S ≧ 14,5-12 N T
entsprechen (S =Festigkeit in g je den;
N T = N · √ · 10-3;
N =Anzahl der Drehungen des Cords auf
10 cm; D =halber Cordtiter; ρ =spezifische Dichte des Cords)
und die Restfestigkeit der Corde in absolut trockenem Zustand
nach der Behandlung in siedendem Wasser bei 120°C unter konstanter
Länge und Trocknen nicht weniger als 90% beträgt.
Daß die Corde während der Behandlung bei konstanter Länge
gehalten werden, bedeutet, daß aus dem Reifen genommener Cord
unter einer Spannung von 0,10 g/den auf einer Haspel aufgewickelt
und in dieser Form in einem Wasserbad behandelt wird,
in dem die Wassertemperatur in einen Autoklaven mit einer
Aufheizgeschwindigkeit von 4 K/min bis auf 120°C erhöht wird,
während das Filament unter konstanter Spannung gehalten wird.
Unter absolut trockenem Zustand versteht man, daß der wie oben
behandelte Cord an der Luft und dann in einem Exsikkator bei
Raumtemperatur während 48 Stunden auf etwa 2,5% getrocknet
und anschließend 20 min in einem Ofen bei 120°C bis zur Gewichtskonstanz gehalten wird.
Nach der Erfindung wurde festgestellt, daß - wenn die Restfestigkeit
von Corden nach obiger Siedewasserbehandlung und anschließendem
Trocknen - nicht weniger als 90% der Festigkeit
der Corde vor der Siedend-Wasser-Behandlung ausmacht, die Verringerung
der Cordfestigkeit nach dem Straßenverfahren bis auf
20% unterdrückt ist und damit die Corde soweit verbessert
sind, daß sie keine Sicherheitsprobleme bei dem Straßenfahren
mit sich bringen. Es wird angenommen, daß die Siedend-Wasser-
Beständigkeit in der Weise verbessert wird, indem die Verdichtung
der nicht-kristallinen Teile ansteigt und eine Umwandlung
in eine Mantel/Kern-Struktur erfolgt.
Das für die erfindungsgemäßen Reifen erforderlich hochfeste PVA
kann auch hergestellt werden aus einem Polymeren mit extrem
hohem Molekulargewicht im Vergleich zu üblichem PVA sowie einem
erhöhten Ziehverhältnis beim Spinnen. Eine andere Möglichkeit
ist das sogenannte Gel-Spinnen, bei dem das Polymer mit extrem
hohem Molekulargewicht aus einer verdünnten Lösung gesponnen
und in einem hohen Ausmaß verstreckt wird. Die Widerstandsfähigkeit
gegenüber thermischem Abbau in feuchtem Zustand und
dergleichen von PVA kann durch chemische Modifizierung verbessert
werden, bei der die verstreckten Fäden thermisch behandelt
werden oder durch thermische Umwandlung in ein Acetal, Formal
oder dergleichen.
Aus den JP-OS 61 108 711, 61 108 712 und 61 108 713 entnimmt
man, daß eine Lösung eines PVA mit einem Polymerisationsgrad
von nicht weniger als 1500 durch eine Lochplatte gepreßt werden
kann, wodurch man gelierte Filamente erhält, die dann unter
desolvatisierenden Bedingungen in einem einzigen Zug um nicht
weniger als den Faktor 13 verstreckt werden; der Gehalt an
syndiotaktischer Konfiguration soll nicht weniger als 52%
betragen. Ein weitgehendes Absinken der Cordfestigkeit nach dem
Straßenfahren kann jedoch dadurch nicht verhindert werden. Eine
Lösung von PVA wird zuerst durch eine Lochplatte gedrückt und
in einem Kühlbad enthaltend eine Flüssigkeit, die keine Affinität
zu dem Lösungsmittel der Polymerlösung zeigt, und bei
Temperaturen ausreichender Höhe für das Gelieren des Polymeren
geliert. Die gelierten Filamente werden dann von Lösungsmittel
befreit. Dabei ist es notwendig, das Austreten des Lösungsmittels
extrem langsam zu verhindern. Zum Beispiel muß die Entfernung
des Lösungsmittels langsam vorgenommen werden, wozu ein
Fällungsbad enthaltend ein Gemisch von Methanol, Ethanol oder
Aceton und DMSO (Dimethylsulfoxid) verwendet wird, oder durch
Ziehen der gelierten Filamente in der Wärme und allmähliche
Herabsetzung der Konzentration von DMSO als Lösungsmittel des
PVA in dem Fällungsbad. Durch Mischen von Wasser in DMSO wird
in dieser Weise das Lösungsmittel entfernt, wodurch die Filamente
weitgehend von einem Aneinanderhaften bewahrt werden können.
Auf diese Weise erhält man hochfeste PVA-Corde, die absolut
keine Sicherheitsprobleme beim Straßenfahren aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Luftreifen beträgt die Restfestigkeit
der hochfesten PVA-Corde aus dem Reifen nach dem Straßenfahren
nicht weniger als 80%. Die Restfestigkeit beträgt auch nicht
weniger als 80%, selbst wenn die Corde als Gürtel dienten.
Derartige hochfeste PVA-Corde erfüllen alle erfindungsgemäßen
Forderungen nach wesentlicher Verbesserung der Festigkeit und
des Elastizitätsmoduls gegenüber üblichen Nylon- und Polyestercorden.
Demzufolge kann die eingesetzte Menge an Corden gegenüber
üblichen Textilcorden herabgesetzt werden, wodurch sich
das Reifengewicht und der Rollwiderstand der Reifen verringert.
Werden erfindungsgemäß derartige Corde als Gürtelmaterial
anstelle von Stahlcord verwendet, so ist das Fahrgeräusch
geringer und der Fahrkomfort wesentlich verbessert.
Die Erfindung wird nun an folgenden Beispielen erläutert, wobei
zuerst Beispiele für die Produktion der Chemiefasern gegeben
werden.
Eine 12 gew.-%ige Dimethylsulfoxid-Lösung eines vollständig
verseiften Polyvinylalkohols (Verseifungsgrad zumindest 99,5%)
mit einem Polymerisationsgrad von 45 000 wurde hergestellt und
diese wurde dann naß oder trocken versponnen, worauf sich ein
Fällbad auf der Basis von Methanol enthaltend 85 Gew.-% DMSO
anschloß. Die Spinnplatte enthielt 750 Öffnungen mit einem
Durchmesser von 0,08 mm und war 5 cm oberhalb des Fällbades
angeordnet. Die Spinnfilamente wurden durch ein 2. Fällbad aus
60 Gew.-% DMSO und 40 Gew.-% Methanol und dann durch ein 3.
Fällbad aus 20 Gew.-% DMSO und 80 Gew.-% Methanol geleitet und
schließlich vom Lösungsmittel befreit. Die Fällbäder wurden bei
5°C gehalten. Das erhaltene Multifilamentgarn wurde zur
Entfernung von DMSO mit Methanol gewaschen und dazu fünfmal
durch das Methanolbad gezogen und anschließend in einem turbulenten
Gasstrom getrocknet. Die getrockneten und geöffneten
Multifilamentgarne wurden mit einer Verstrebung von 4,7 in
einem trocken beheizten Rohr von 240°C verstreckt und nach
Aufbringen von Öl aufgewickelt. Die im wesentlichen schmelzfreien
Garne hatten einen Nenntiter D =1500, die Anzahl der
Filamente betrug 750, der Öffnungsgrad war nicht weniger als
90%, Zugfestigkeit 18,8 g/den, der anfängliche Elastizitätsmodul
betrug 420 g/den. Der Öffnungsgrad bezeichnet den prozentualen
Anteil der Filamente, die nicht miteinander verschmolzen
sind.
Cordfilamente mit einer Zugfestigkeit von 18,9 g/den und einem
anfänglichen Elastizitätsmodul von 430 g/den wurden unter den
Bedingungen des Herstellungsbeispiels 1 mit Ausnahme des
Polymerisationsgrades von 4900, einem Verstreckungsverhältnis
in Methanol um 5,5 und einem Verstreckungsverhältnis im Heizrohr
von 4,3 erhalten.
Als Spinnlösung diente eine 15 gew.-%ige DMSO-Lösung von vollständig
verseiftem Polyvinylalkohol (Verseifungsgrad zumindest
99,5%) mit einem Polymerisationsgrad von 4300. Das Fällbad
war eine 10%ige DMSO-Lösung in Methanol, die Spinnplatte hatte
500 Düsen mit einem Durchmesser von 0,80 mm. Das Fällbad wurde
auf eine Temperatur von 30°C gehalten. Das erhaltene Filamentgarn
wurde um den Faktor 3,8 naß und warm verstreckt, dann
getrocknet und an heißer Luft von 240°C um den Faktor 5,8 verstreckt.
Dadurch erhielt man im wesentlichen schmelzfreie Garne
für Reifencorde mit einem Nenntiter von 1500. Die Anzahl der
Filamente betrug 500 und der Öffnungsgrad der Filamente war
nicht weniger als 90%, Zugfestigkeit 80,4 g/den und Anfangs-Elastizitätsmodul
415 g/den.
Nach den Anweisungen des Herstellungsbeispiels 3 wurden Garne
für Reifencorde mit einer Zugfestigkeit von 18,5 g/den und einem
anfänglichen Elastizitätsmodul von 420 g/den mit der Ausnahme,
daß in diesem Fall der Polymerisationsgrad 4600 und die
nasse Verstreckung in der Wärme um den Faktor 4 geschah.
Nach den Anweisungen des Herstellungsbeispiels 3 wurden Garne
für Reifencorde mit einer Zugfestigkeit von 18,2 g/den und einem
anfänglichen Elastizitätsmodul von 405 g/den hergestellt
mit Ausnahme, daß diesmal der Polymerisationsgrad 4600 betrug
und das nasse Verstrecken in der Wärme mit Hilfe eines Heißluftstroms
um den Faktor 5,5 erfolgt.
Übliche PVA-Filamente und Filamente aus hochfestem PVA, hergestellt
nach obigen Herstellungsbeispielen, wurden zu Corden
verzwirnt und mit einer Schlichte RFL (Resorcin), deren Zusammensetzung
im folgenden angegeben wird, versehen und anschließend
unter Last durch eine Trockenzone, eine Heizzone und
eine Normalisierungszone geführt (siehe Tabelle 3). Die Behandlungstemperaturen
und -zeiten und die Lastbeanspruchung in
diesen Zonen waren wie folgt: Trocknungszone 150°C, 120 s, Last
0,1 g/den; Heizzone: 200°C, 40 s, Last 1 g/den; Normalisierungazone:
200°C, 40 s, Last 0,5 g/den.
Die so erhaltenen Corde wurden zu einem Reifengewebe gewoben
und dann mit einer Gummiplatte belegt, um wie üblich ein gummiertes
Einlagematerial zu erhalten. Ein Gürtelreifen für Personenautos
der Größe 195/70 SR 14 wurde in üblicher Weise vulkanisiert,
wobei für den Reifenaufbau obige gummierte Einlage
als Karkassenlage verwendet wurde (siehe Tabelle 3). Derartige
Reifen entsprachen Fig. 1. Sie hatten die größte Festigkeitsabnahme
an der Stelle "x" in dem Wulstumschlagsbereich (Fig. 1)
beim Trommelfahrtest und Straßenfahrtest. Die Corde des Bereichs
"x" wurden folgenden Untersuchungen unterworfen.
Die Endzählung der Corde im Kronenbereich der zu prüfenden Reifen
wurde mit 33/5 cm festgesetzt.
Der Cord wird aus dem zu untersuchenden Stück des Reifens mit
einer Schere herausgeschnitten und bei einer Einspannlänge
von 10 cm nach JIS L 1017 dem Zugversuch unterworfen
und schließlich die Bruchfestigkeit ermittelt. Die Festigkeit S
in g/den erhält man, indem die so erhaltene Bruchfestigkeit
durch den Gesamttiter vor dem Zwirnen gebrochen wird. Der Titer
vor dem Verzwirnen wird als Gesamttiter zur Vermeidung von
Komplikationen herangezogen, da der Cord sich während dessen
Behandlung oder der Reifenvulkanisation etwas dehen oder
zusammenziehen und an ihm noch etwas Gummi haften kann.
Aus einem neuen Reifen wird ein Cord herausgenommen und nach
Entfernung des Gummis unter Zug von 0,1 g/den auf einer 5 cm
Haspel aufgewickelt. Dann wird, während die Cordenden fixiert
sind, zuerst der aufgewickelte Cord von Spannung befreit und
dann in einen mit destilliertem Wasser voll gefüllten Glas-Autoklaven
1 (Fig. 3) mit Manometer 4 gegeben. Nach dem Verschließen
des Autoklaven wird mit einer Geschwindigkeit von
4 K/min aufgeheizt und die Temperatur am Thermometer 3 beobachtet.
Hat der Glasbehälter 120°C in etwa 30 min erreicht,
werden die Ventile 2 geöffnet, um wieder einen Druckausgleich
mit der Umgebung zu ermöglichen. Dann wird der Cord herausgenommen
und an der Luft 48 h getrockent und anschließend 20 min
in einem Ofen bei 120°C gehalten. Nach Abkühlen des Cords auf
Raumtemperatur in einem Exsikkator während etwa 1 h wurde
Festigkeit und Dehnung des Cords ermittelt.
Als Autoklav diente ein Modell TEM-U (1000 Type) von TAIATSU
GLASS KOGYO CO., LTD. Die Messungen erfolgten nach JIS L 1017
bei einer Einspanlänge von 10 cm unter Cordziehbedingungen.
Nach dem Aufpumpen des Prüfreifens auf 3 bar bei 25°C±2°C
verblieb der Reifen zuerst 24 h. Dann wurde der Druck
neuerlich eingestellt und der Reifen über eine Trommel von
etwa 3 m Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von 60 kg/h
20 000 km gefahren, während der Reifen mit der doppelten
Last nach JIS beaufschlagt wurde. Dann wurde Cord aus dem
Reifen genommen und wie oben nach JIS L 1017 die Festigkeit
ermittelt.
Ein Prüfreifen wurde auf einen üblichen Personenwagen montiert,
und zwar auf einer üblichen Felge, und auf üblichen
Straßen gefahren. Die Cordzähligkeit wurde wie oben bestimmt.
Die Reifengröße war 195/70 SR 14 sowie P 235/75 R 15, während die
Fahrstrecke etwa 50 000 bzw. 32 000 km betrug.
Der Reifendruck für die beiden Prüfreifen betrug 1,7 bzw.
2,1 bar.
Nach dieser Fahrleistung waren die Reifen vollständig abgefahren.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengefaßt.
Aus der Tabelle 3 ergibt sich folgendes:
Bei Vergleichsbeispiel 1 enthielt die Karkassenlage Corde
aus üblichem PVA. Da die Corde im Umschlagteil des Wulstes
beim Trommel-Fahrtest nach 4700 km bereits gebrochen waren,
mußte der Versuch abgebrochen werden. Demzufolge wurde auch
kein Straßen-Fahrtest durchgeführt. Die Restfestigkeit des
Cords nach Behandlung mit siedendem Wasser von 120°C war auf
weniger als die Hälfte des Anfangswerts, d. h. 41%, gefallen.
In den Vergleichsversuchen 2 bis 4 und den Beispielen 1 und
2 wurden Corde aus hochzähem PVA in einer einlagigen Karkasse
angewandt. Es ergab sich, daß die Verringerung der
Restfestigkeit des Cords nach dem Trommel-Fahrtest und nach
dem Straßen-Fahrtest absank bei steigender Restfestigkeit
nach der Behandlung mit siedendem Wasser von 120°C.
Wie in der Tabelle 4 entnommen werden kann, wurden übliche PVA-
und hochfeste PVA-Corde hergestellt wie oben, also verzwirnt
und mit Schlichte versehen, unter Zug der thermischen Behandlung
der Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4
unterworfen. Die so erhaltenen Corde wurden zu Reifengeweben
verwoben und dieses dann in üblicher Weise in Gummi eingebettet.
Ein Gürtelreifen für Personenwägen mit der Größe
P 235/75 R 15 wurde unter üblichen Bedingungen vulkanisiert unter
Verwendung des obigen gummierten Gewebes als Gürtellage,
während ein zweiter Gürtel eine gefaltete Struktur mit der
Cordkonstruktion, wie sie in Tabelle 4 angegeben ist, gebildet
war. Diese Reifen entsprachen der Fig. 2. Der mit "x" bezeichnete
Teil aus dem Umschlag wurde den Versuchen unterworfen. Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengefaßt
Die Endzählung der Corde in diesem Bereich betrug bei allen
Reifen 40/5 cm.
Aus der Tabelle 4 ergibt sich folgendes:
Beim Vergleichsbeispiel 5 bestand der Gürtelcord aus
üblichem PVA. Da die Restfestigkeit nach Behandlung mit siedendem
Wasser von 120°C nur 41% und die des Cords nach dem
Straßen-Fahrtest 20 bis 30% betrug, befanden sich die Corde
fast immer in gebrochenem Zustand.
Bei den Vergleichsbeispielen 6 bis 8 und den Beispielen 3 und 4
bestand eine hervorragende Korrelation zwischen Restfestigkeit
der Corde nach Behandlung mit siedendem Wasser bei 120°C und
nach dem Straßen-Fahren. Besonders bei den Beispielen 3 und 4 -
da die Restzähigkeit des Cordes nach der Behandlung mit siedendem
Wasser von 120°C nicht weniger als 90% betrug - war auch
die Restzähigkeit nach dem Straßen-Fahren nicht auf weniger als
80% abgesunken. Es bestanden also somit keine Sicherheitsprobleme.
Claims (1)
1. Luftreifen mit Verstärkungscorden aus Polyvinylalkohol-Filamenten,
deren in g/den gemessene Festigkeit S≧14,5-12 N T
ist, worin N T der Verzwirnungs-Koeffizient, entsprechend der
Beziehung
N T = N · √ · 10-3ist, worin N die
Drehungszahl je 10 cm, D die Hälfte des Gesamttiters des Cords
und ρ die spezifische Dichte des Cords sind, und deren Restfestigkeit
in absolut trockenem Zustand nicht weniger als 90%
der Festigkeit vor Behandlung des Cords mit siedendem Wasser
ist und unter der Bezeichnung absolut trockener Zustand ein
Cord zu verstehen ist, welcher nach Behandeln in siedendem
Wasser von 120°C unter Einhaltung konstanter Länge getrocknet
worden ist.
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