DE4037714A1

DE4037714A1 - Luftreifen zur ganzjahresanwendung

Info

Publication number: DE4037714A1
Application number: DE4037714A
Authority: DE
Inventors: Masashi Kida; Shingo Midorikawa; Akinori Tokieda; Makoto Misawa
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1991-05-29
Also published as: CA2030087A1; JPH03167005A; KR910009478A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Luftreifen, die für Kraft fahrzeuge bestimmt sind, und insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem solchen Reifen, der ein stabiles Fah ren nicht nur bei trockenen und nassen Fahrbahnen sondern auch auf Eis und Schnee ermöglicht.

In der Jahreszeit mit Schnee und Eis wurden an den Fahr zeugen üblicherweise mit Spikes versehene Reifen montiert, oder es wurde eine Radkette angebracht. Derartige Gleit schutzeinrichtungen werden in Abriebkontakt mit der Fahr bahnoberfläche während des Laufs des Reifens gebracht. Dies führt zu einem engen Kontakt mit der Fahrbahnoberflä che, und es können sich eventuell im trockenen Zustand Um weltverschmutzungen ergeben.

Spikelose Reifen werden heutzutage überwiegend im Hinblick auf die Fahrsicherheit und den Umweltschutz eingesetzt.

Sie werden mit einem hohen Reibbeiwert auf Eis und Schnee empfohlen, ohne daß man Gleitschutzeinrichtungen bzw. Rutschsicherungen benötigt.

In den offengelegten japanischen Patentanmeldungen No. 55- 135 149, No. 58-199 203 und No. 60-137 945 sind gewisse spi kelose Reifen angegeben, die am Laufflächenteil bei nied riger Temperatur weniger hart sind und somit ein Gleit schutzverhalten auf Eis haben. Diese Reifen sind mit einem Laufflächenteil versehen, das aus einer Gummimischung ge bildet wird, die eine große Menge an Weichmachern oder Plastifizierungsmittel enthält. Diese Zusätze gestatten ein adäquates Verhalten hinsichtlich des Laufverhaltens auf Eis, es ergibt sich aber ein unzulängliches Bremsver mögen und ein instabiles Laufverhalten auf nassen Fahrbah nen bei hoher Temperatur.

Alternativ ist es bekannt, daß Schaumgummi zur Laufflä chenherstellung eingesetzt werden kann, wie dies in in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen No. 62-283 001 und No. 63-90 402 angegeben ist. Dieser übliche Gummi ist jedoch nicht vollständig zufriedenstellend, da er eine zu geringe Härte hat, um Schneid- und Wasserableitungswirkun gen zu erzeugen, die von den geschlossenen Zellen herrüh ren. Hierdurch bleibt die Schwierigkeit vorhanden, daß die hierbei erhaltene Reifenlauffläche zum Rutschen auf Eis und Schnee neigt. Eine geringe Härte führt ferner zu einem beträchtlichen Verschleiß auf trockenen und nassen Fahr bahnen.

Gemäß den offengelegten japanischen Patentanmeldungen No. 63-89 547 und No. 64-63 401 wurde vorgeschlagen, daß man die Reifenlaufflächen durch die Verwendung eines Schaumgummis ausreichend hart macht, indem man diesen mit kurzen Fasern vermischt, um hierdurch ein sicheres Laufverhalten auf trockenen und nassen Fahrbahnen zu erreichen. Ein an die Lauffläche angrenzendes Schulterteil wurde ebenfalls ver steift, um den abschließend erhaltenen Reifen hinsichtlich seiner Eigensteifigkeit zu verbessern. Es bleibt aber hin sichtlich des praktischen Einsatzes noch viel Verbesse rungsbedürftiges übrig.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Laufflä chengummi mit einer Zusammensetzung, die geschlossene Zel len in einer spezifischen Verteilung hat, in vollständiger Weise die Einschneid- und Wasserablaufwirkungen bei nied riger Temperatur zeigen kann, woraus resultiert, daß das Brems- und Fahrverhalten auf Eis und Schnee sich verbes sern lassen, während zugleich das Fahrverhalten auf troc kenen und nassen Fahrbahnen mit günstigen Werten erhalten bleibt. Obgleich Schaumgummi vorzugsweise weniger hart sein sollte, hat es sich nunmehr gezeigt, daß man ein ein zigartiges Verhalten bei speziellen Gummihärten und bei speziellen Zellverteilungen erhält.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen neuartigen Luftreifen bereitzustellen, der bisher bekannte hinsicht lich den Reibungskräften, d. h. beim Bremsen und Fahren auf Eis und Schnee und selbst beim Laufen auf trockenen und nassen Fahrbahnen übertrifft, so daß man über das ganze Jahr hinweg ein sicheres und günstiges Fahrverhalten bei entsprechend bereiften Fahrzeugen sicherstellen kann.

Insbesondere gibt die Erfindung einen Luftreifen an, der ein Laufflächenteil, das von einem Schaumgummi mit einer geschlossenzelligen Struktur gebildet wird, wobei der Schaumgummi den folgenden physikalischen Anforderungen ge nügt (a) eine Härte von 60 bis 70 bei 0°C gemessen durch die JIS-Verfahrensweise (b) eine mittlere Fläche der Zel len in dem Bereich von 500 bis 6000 µm² bestimmt auf einem Flächenausschnitt des Laufflächenteils, (c) einen Ände rungskoeffizienten der Zellflächen in dem Bereich von 0,5 bis 0,8 bestimmt auf dem Flächenausschnitt des Laufflä chenteils und definiert durch die Gleichung K = S/, wobei K ein Variationskoeffizient, eine mittlere Fläche der Zellen in µm², und S eine Standardabweichung der Zellflä chen in µm² ist, und (d) einen Füllfaktor der Zellen in dem Bereich von 10 bis 40% bestimmt auf dem Flächenaus schnitt des Laufflächenteils und definiert als eine Zell fläche pro Flächeneinheit des Schaumgummis.

Luftreifen nach der Erfindung sind so gestaltet, daß sie ein Laufflächenteil haben, das aus einer gewünschten Klasse von Schaumgummiarten mit einer geschlossenzelligen Struktur ausgebildet ist. Hierbei zum Einsatz kommende Schaumgummiarten können dadurch erzeugt werden, daß man ein Blasmittel mit einer Gummimasse mischt, die gewöhnlich zur Ausbildung von Laufflächen eingesetzt wird, und daß man dann anschließend das Gemisch auf übliche Weise vulka nisiert. Basispolymere zum Einsatz bei dem Schaumgummi können vorzugsweise eine Glasumwandlungstemperatur von niedriger als -30°C haben, um eine Rißbildung während der Fahrt auf Eis und Schnee an der fertiggestellten Reifen lauffläche zu verhindern. Das Blasmittel ist keinen spe ziellen Beschränkungen unterworfen, sondern es kann in ge eigneter Weise aus einer Vielzahl von organischen oder an organischen Verbindungen ausgewählt werden. Typische Bei spiele umfassen organische Blasmittel, wie Benzolsulfonyl hydrazid, Dinitrosopentamenthylenetetramin, Azodicar bonamid und dergleichen, und anorganische Blasmittel, wie Natriumcarbonat, Amoniumcarbonat, Amoniumnitrit und der gleichen.

Verschiedene weitere Zusätze welche an sich bekannt sind, können verwendet werden, welche aus der Gruppe gewählt sind, die Ruß, Weichmacher, Antioxidationsmittel, Wachse, Vulkanisierungsmittel, Vulkanisierungsbeschleuniger und dergleichen umfaßt.

Reifenlaufflächen sind zweckmäßig bei der Darstellung der Erfindung in Form der Protektorkonstruktion ausgelegt, die zwei oder mehr integral laminierte Lagen umfaßt. Dies trägt im starken Maße zu den günstigen Eigenschaften des Reifens sowohl bei Eis und Schnee als auch bei trockenen und nassen Verhältnissen bei.

Gemäß einem wesentlichen Gedanken nach der Erfindung soll der Schaumgummi die nachstehend angegebenen physikalischen Erfordernisse erfüllen.

1. Härte in einem Bereich von 60 bis 70 bei 0°C gemessen nach der JIS-Methode (JIS K-6301) und
2. mittlere Zellfläche in dem Bereich von 500 bis 6000 µm² bestimmt auf einem Oberflächenausschnitt eines Laufflächenteils.
3. Änderungskoeffizient der Zellfläche in einem Bereich vom 0,5 bis 0,8 gemäß der vorstehend angegebenen Defi nition.
4. Füllfaktor der Zellen in dem Bereich von 10 bis 40% bestimmt auf dem Laufflächenoberflächenausschnitt und definiert als Zellfläche pro Flächeneinheit des Schaumgummis.

Die Härte bei 0°C sollte in einem Bereich von 60 bis 70, vorzugsweise von 63 bis 68 liegen. Wenn sie kleiner als 60 wird, läßt sich keine bemerkenswerte Verbesserung hin sichtlich des Brems- und Fahrverhaltens auf Eis und Schnee feststellen, und ferner ist hierbei die Neigung zu einem beträchtlichen Abtrag und einem ungenügenden Fahrverhalten auf trockenen und nassen Fahrbahnflächen gegeben. Wenn dieser Wert größer als 70 wird, ergibt sich ein Reifen mit einem instabilen Fahrverhalten auf Eis und Schnee.

Die mittlere Zellfläche sollte im Bereich von 500 bis 6000 µm², vorzugsweise von 1000 bis 4000 µm² liegen. Wenn dieser Parameter kleiner als 500 µm² würde, hätte dies keine Auswirkung hinsichtlich der Verbesserung der Reifeneigenschaft auf Eis und Schnee, und wenn diese Größe einen Wert von größer als 6000 µm² annimmt, wäre ein ver stärkter Abrieb während des Laufs auf trockenen und nassen Fahrbahnen zu erwarten.

Der Änderungskoeffizient der Zellfläche sollte zwischen 0,5 und 0,8 liegen. Bei einem Wert unter 0,5 würde sich ein ungenügender Einschneideffekt ergeben, mit der Folge eines instabilen Laufverhaltens sowohl auf Eis und Schnee als auch auf trockenen und nassen Fahrbahnen. Bei einem Wert über 0,8 würde sich ein verringerter Wasserablei tungseffekt ergeben, was bedeutet, daß man ein sicheres Fahrverhalten auf trockenen und nassen Fahrbahnen aber un ter Inkaufnahme einer Reduzierung der Brems- und Fahrlei stung auf Eis und Schnee erhält.

Der vorstehend angegebene spezifische Bereich der Ände rungskoeffizienten wurde aufgrund von Untersuchungen be stimmt, die hinsichtlich des Verhaltens von sich ändernden Zellen in Schaumgummi durchgeführt wurden. Hierbei hat sich gezeigt, daß die Zellform und der Füllfaktor einen bedeutenden Einfluß auf eine gute Ausgewogenheit hinsicht lich der Fahreigenschaften sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen haben.

Der Variationskoeffizient ist durch die nachstehend ange gebene Gleichung definiert.

K = S/

wobei
K: Änderungskoeffizient
: mittlere Zellfläche (µm²)
S: Standard-Abweichung der Zellfläche (µm²)

Der Füllfaktor der Zellen sollte nicht von einem Bereich von 10 bis 40% abweichen. Kleinere Faktoren wären hin sichtlich einer Qualitätsverbesserung auf Eis und Schnee unwirksam, während größere Faktoren dazu führen würden, daß die erhaltene Reifenlauffläche auf trockenen und nas sen Fahrbahnen stärker verschleißt. Diese Einflußgröße ist als eine Zellfläche pro Flächeneinheit des Schaumgummis definiert.

Die nachstehenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Er findung.

Unterschiedliche Radialluftreifen der Größe 185/70R13 85Q wurden hergestellt, welche mit zwei Stahlbändern verstärkt und mit einem Blockmuster bzw. Blockprofil beschaffen sind. Das Leistungsvermögen der Testreifen wurde unter den nachstehend angegebenen Bedingungen ermittelt, wobei die hierbei erhaltenen Ergebnisse in den Tabellen aufgeführt sind.

Mittlere Zellfläche, Änderungskoeffizient der Zellfläche und Füllfaktor der Zellen

Eine Probe wurde aus einem Laufflächenteil jedes Testrei fens herausgetrennt und zu einer flachen Gestalt geformt. Anschließend erfolgte eine Bildverarbeitung mit einer Ver größerung von 165 mittels eines Prozessors (NEXUS 6400, Kashiwagi Kenkyusho Co.). Die Messungen von N = 5 wurden gemittelt.

Härte

Die Messung der Härte bei 0°C einer aus der jeweiligen Reifenlauffläche herausgeschnittenen Probe erfolgte nach Maßgabe von JIS K-6301.

Bremsen auf Eis

Jeder Testreifen lief auf Eis bei einer Anfangsgeschwin digkeit von 30 km/h. Es erfolgte eine Bestimmung des Brems weges, und es wurde ein Index mit einem Reifen eines Ver gleichsbeispiels 1 ermittelt, welches zu Kontrollzwecken den Wert 100 hat. Je größer der Index desto besser das Bremsverhalten.

Traktionsverhalten auf Schnee

Schnee wurde auf die Fahrbahn gestreut, und ein Personen kraftwagen wurde abwechselnd beschleunigt und abgebremst. Es wurde eine Steigungsfahrt auf dem rutschigen Schnee mit einer Steigung von 5% (2,9°) durchgeführt. Es wurde die Beschleunigungszeit erfaßt, die bei der Steigungsfahrt für eine Strecke von 30 m bei einem Anfahren von Null benötigt wird. Je größer der Index desto günstiger das Fahrverhal ten.

Laufstabilität auf trockener Fahrbahn

Das Fahrverhalten wurde mittels eines Fünffahrer-Instru mententeils mit einer Vollnotierung von 10 Punkten ermit telt. Je größer der Index ist, desto stabiler ist das Rei fenlaufverhalten.

Abriebfestigkeit auf trockener Fahrbahn

Der Abrieb wurde gemessen, nachdem jeder Testreifen auf einer trockenen Fahrbahn mit einer Fahrleistung von 20 000 km unter Arbeitsbelastungsbedingungen und Luftdruck bedingungen gelaufen ist, die von JATMA (Japanische Auto reifenherstellervereinigung) festgelegt sind. Je größer der Index desto kleiner der Abrieb.

Wie sich aus den in den Tabellen aufgeführten Ergebnissen ersehen läßt, haben sich die Reifen nach den erfindungsge mäßen Beispielen 1 bis 4 als äußerst zufriedenstellend be züglich allen diesen Testeigenschaften erwiesen.

Eine zu niedrige Härte war unbrauchbar, wie sich dies aus dem Vergleichsbeispiel 2 ergibt, und zwar im Hinblick auf das Traktionsvermögen auf Schnee und der Laufstabilität sowie der Abriebfestigkeit auf trockenen Fahrbahnen. Im Gegensatz hierzu erwies sich eine zu hohe Härte bei dem Vergleichsbeispiel 3 als unzulänglich beim Bremsen auf Eis.

Eine mittlere Zellfläche außerhalb des Bereichs nach der Erfindung war unzufriedenstellend hinsichtlich des Brem sens auf Eis, wie dies das Vergleichsbeispiel 4 zeigt.

Abweichungen der Änderungskoeffizienten von dem spezifisch angegebenen Bereich zeigten sich gemäß den Vergleichsbei spielen 5 und 6 als unzulänglich hinsichtlich des Brems verhaltens bei Eis und unzufriedenstellend hinsichtlich der Abriebfestigkeit bei trockenen Verhältnissen.

Ein zu großer Füllfaktor führt zwar zu einem akzeptierba ren Bremsverhalten auf Eis und einem akzeptierbaren Trak tionsverhalten auf Schnee, es ergab sich aber ein instabi les Laufverhalten und ein beträchtlicher Abrieb auf einer trockenen Fahrbahn, wie sich dies deutlich aus dem Ver gleichsbeispiel 7 ergibt.

Die vorstehend angegebenen Einflußgrößen der Zellvertei lung und der Gummihärte sind zur Erzielung der verbesser ten Reifeneigenschaften sowohl im Hinblick auf niedrige als auch auf hohe Temperaturen wesentlich. Das Verzichten auf eine dieser Einflußgrößen sollte zum Ausschluß von ge ringfügigen Qualitätsunterschieden vermieden werden.

Tabelle 1

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Claims

1. Luftreifen mit einem Laufflächenteil, das von einem Schaumgummi mit einer geschlossenzelligen Struktur gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumgummi die folgenden physikalischen Eigenschaf ten hat:

a) eine Härte von 60 bis 70 bei 0°C gemessen nach der JIS-Vorgehensweise;
b) eine mittlere Zellfläche im Bereich von 500 bis 6000 µm² bestimmt auf einem Flächenausschnitt des Laufflächenteils;
c) einen Änderungskoeffizienten der Zellfläche in einem Bereich von 0,5 bis 0,8 bestimmt auf dem Flächenausschnitt des Laufflächenteils und defi niert durch die Gleichung K = S/, wobei K ein Änderungskoeffizient, ein Mittelwert der Zellen in µm² ist, und S eine Standardabweichung der Zellfläche in µm² ist, und
d) einen Füllfaktor der Zellen in dem Bereich von 10 bis 40% bestimmt auf dem Flächenausschnitt des Laufflächenteils und definiert als eine Zellflä che pro Flächeneinheit des Schaumgummis.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufflächenteil einen mehrlagigen Aufbau hat.