DE4137529C2

DE4137529C2 - Radial-Luftreifen

Info

Publication number: DE4137529C2
Application number: DE4137529A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Oku
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1990-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2011-11-15
Also published as: DE4137529A1; GB2251831A; GB2251831B; GB9124008D0; JP2912980B2; JPH04183604A; US5242002A

Description

Die Erfindung betrifft einen Radial-Luftreifen mit einem Gürtel, der mindestens eine Gürtellage mit einer Vielzahl von Gürtelkorden in paralleler Anordnung umfaßt, die durch Verdrillen einer Vielzahl von Stahlfäden oder von zwei oder mehr Strängen gebildet werden, die jeweils aus einer Vielzahl von Stahlfäden bestehen. Solche Radial-Luftreifen sind beispielsweise aus den Schriften DE 35 05 240 A1, DE 31 08 140 C2, DE 30 46 005 C2 und DE 29 21 822 C2 bekannt.

Fig. 6 zeigt einen üblichen Radial-Luftreifen dieser Bauart mit der Bezeichnung a mit einem ringförmigen Laufstreifen b mit einem darin aufgenommenen Gürtel, einem Paar Seitenwänden c, die sich radial von beiden Enden des ringförmigen Laufstreifens b nach innen erstrecken, und Wulstabschnitten d, die an den inneren Enden der Seitenwände vorgesehen sind und jeweils einen Wulstkern besitzen.

Beim Lauf mit hoher Geschwindigkeit wird eine starke Zentri fugalkraft auf den ringförmigen Laufstreifen b des Reifens a ausgeübt, und unter Einwirkung dieser Zentrifugalkraft ver formt sich der ringförmige Laufstreifen b radial nach außen, wie durch die gestrichelte Linie b₁ angezeigt, wodurch ein "Anheben" (ein vergrößerter Außendurchmesser des Reifens) verursacht wird.

Das Ausmaß der Reifenverformung infolge von Anheben ist in der Axialrichtung (d. h. in der Breitenrichtung des Reifens) des ringförmigen Laufstreifens b nicht gleichförmig und auf grund der Steifigkeitsunterschiede des Gürtels ist die Ver formung der Schultern an beiden Enden des Laufstreifens b größer als die Verformung des Mittelabschnitts (l₀<l₁).

Die Verformung infolge des Anhebens erhöht auch die Tempera tur der Schulter und kann möglicherweise die Verbindung zwi schen dem Gummi und den Stahlkorden in dem Schultergürtel zerstören. Zusätzlich kann die sich ergebende Formänderung des die Straßenoberfläche berührenden Reifenabschnitts oft mals eine schlechte Steuerbarkeit bei hoher Geschwindigkeit und unzureichendes Griffvermögen verursachen.

Das übliche Mittel zur Lösung dieses Problems besteht darin, die Gürtelsteifigkeit zu verbessern entweder durch Erhöhen des Durchmessers oder der Anzahl der Gürtelkorde oder durch Hinzufügung einer Verstärkungsschicht, die radial außerhalb des Gürtels liegt.

Durch diese Verfahrensweise wird jedoch das Reifengewicht erhöht, so daß es unmöglich ist, leichtere Reifen zu bauen; die Forderung nach leichteren Reifen wird jedoch zur Zeit immer dringender, da das Fahrverhalten der Fahrzeuge kon stant verbessert wird. Weiter führt eine Erhöhung der Gürtel steifigkeit zu einer höheren Laufstreifen-Steifigkeit und die sich ergebende Zunahme der Längs-Steifigkeit des Reifens führt im ganzen gesehen unvermeidbar zu schlechteren Fahr eigenschaften.

Die erhöhte Laufstreifen-Steifigkeit verursacht oft andere Probleme, wie höheres Straßengeräusch, geringere Lebensdauer und schlechtes Naßverhalten des Reifens.

Die vorliegende Erfindung ist zur Überwindung dieser be schriebenen Probleme entwickelt worden und setzt sich zum Ziel die Schaffung eines Luftreifens mit ausgezeichneter Hochgeschwindigkeits-Beständigkeit, Manövrierbarkeit und gutem Griffvermögen, der dabei geringeres Gewicht und dazu noch einen geringeren Abrollwiderstand zur Sicherstellung eines besseren Fahrverhaltens besitzen soll.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß bei einem Reifen der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß mindestens ein Stahlfaden durch einen aus einer Formgedächtnis-Legierung mit einer vorbestimmten Wärmeeinstell-Temperatur gebildeten Faden ersetzt ist.

Bei der vorliegenden Erfindung liegt die bevorzugte Wärmeein stell-Temperatur zwischen 100 und 140°C.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird der Faden der Legie rung mit Formgedächtnis, bevor er entweder als Gürtelkord oder als Strang zur Bildung eines Gürtelkords verdrillt wird, in solcher Weise eingestellt, daß er bei einer Tempe ratur unter der Wärmeeinstell-Temperatur eine lineare Form besitzt, jedoch bei einer Temperatur über der Wärmeein stell-Temperatur eine wellige Form erhält.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführung wird der Gürtel aus zwei oder mehreren Gürtellagen gebildet und die Gürtelkorde in den einzelnen Gürtellagen überqueren einander mit einem Winkel (d. h. den Winkeln R₁ und R₂) von 5 bis 40° (vorzugs weise 15 bis 25°), bezogen auf die Umfangsrichtung des Rei fens, wie in Fig. 2a dargestellt.

Wenn die Temperatur des ringförmigen Laufstreifens beim Radial-Luftreifen der vorliegenden Erfindung während einer Hochgeschwindigkeitsfahrt so ansteigt, daß die Temperatur des Gürtels die Wärmeeinstell-Temperatur überschreitet, ver formt sich das Fadenwerk einer Legierung mit Formgedächtnis, das in dem Gürtelkord verdrillt ist, z. B. zu einer Wellen form; dieses als Gürtelkord verdrillte Fadenwerk ist jedoch einer Spannung unterworfen und kann sich deshalb nicht ver formen.

Aus diesem Grund baut sich ein Spannungszustand in den Fäden der Legierung mit Formgedächtnis auf und ihr scheinbarer Ela stizitätsmodul steigt dadurch so an, daß sich die Biegestei figkeit aus der Gewebeebene heraus erhöht, wodurch die Biege verformung des Gürtels unterdrückt und dadurch das Ausmaß des "Anhebens" verringert wird.

Da insbesondere die Schulterbereiche des Reifens wärmer als die anderen Abschnitte werden, erhöht sich die Biegesteifig keit aus der Ebene des Gürtels heraus an den Schultern beson ders, während sich die Biegesteifigkeit aus der Gürtelebene heraus in anderen Abschnitten (beispielsweise der Reifenkro ne V nach Fig. 5) nicht erhöht. Damit wird die Anhebung in den Schultern unterdrückt, jedoch nicht in den anderen Ab schnitten, wodurch die Verformung des ringförmigen Laufstrei fens infolge Anhebens in Axialrichtung (d. h. in der Breiten richtung des Reifens) gleichförmiger und gleichzeitig die sonst auftretende Verschlechterung der Fahreigenschaften durch diese Erhöhung der Gesamtgürtelsteifigkeit verhindert wird.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert; in den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung des erfindungs gemäßen Radial-Luftreifens,

Fig. 2a eine Draufsicht auf den Reifengürtel,

Fig. 2b eine Querschnittsansicht des Gürtels,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Gür telkords,

Fig. 4a eine perspektivische Darstellung eines Fadens einer Legierung mit Formgedächtnis bei einer Temperatur, die unter der Wärme- Einstelltemperatur liegt,

Fig. 4b eine perspektivische Darstellung desselben Fadens bei einer Temperatur, die höher als die Wärme-Einstelltemperatur liegt,

Fig. 5 ein Schaubild des Arbeitsprinzips des erfin dungsgemäßen Radial-Luftreifens, und

Fig. 6 eine Teilschnittdarstellung zur Verdeutli chung der Verformung eines üblichen Radial- Luftreifens bei Hochgeschwindigkeitsfahrt.

Wie die Fig. 1 zeigt, umfaßt der Radial- Luftreifen 1 einen ringförmigen Laufstreifen 2, zwei Seiten wände 3 und 3′, die von den beiden Enden des ringförmigen Laufstreifens nach innen abstehen, und Wulstabschnitte 5 bzw. 5′, die radial innen in den Seitenwänden 3 bzw. 3′ vor gesehen und jeweils mit einem Wulstkern 4 bzw. 4′ versehen sind.

Der Radial-Luftreifen 1 umfaßt eine Karkasse 6 aus einer Lage oder mehreren Lagen, die unter dem ringförmigen Lauf streifen 2 und durch die Seitenwände 3 und 3′ durchläuft, und der Endabschnitt dieser Karkasse ist um die jeweiligen Wulstkerne 4 bzw. 4′ nach außen aufgefaltet. Ein Gürtelstrei fen 7 ist unter dem ringförmigen Laufstreifen 2 in einem Be reich eingesetzt, der radial außerhalb der Karkasse 6 liegt, und die Wulstreiter 8 bzw. 8′ sitzen radial außerhalb der Wulstkerne 4 bzw. 4′. Die Wulste 5 und 5′ sind zum Aufziehen auf eine Radfelge 9 (wie in Fig. 5 gezeigt) ausgelegt.

Wie in Fig. 2a vergrößert dargestellt, besteht der Gürtel 7 aus einer äußeren Gürtellage 7A und einer inneren Gürtella ge 7B. Jede Gürtellage besteht aus einer Anzahl von Lagenkor den 70, die in einen Gummierungskautschuk 71 (s. Fig. 2b) eingebettet sind. Die Gürtelkorde in der äußeren Gürtellage 7A sind parallel zueinander mit vorbestimmten Zwischenräumen angeordnet und mit einem vorbestimmten Winkel R₁ mit Bezug auf die Umfangsrichtung des Reifens geneigt, und die Gürtel korde der inneren Gürtellage 7B sind ebenfalls parallel zu einander mit vorbestimmten Abständen angeordnet, jedoch um einen vorbestimmten Winkel R₂ in zu den Gürtelkorden in der außeren Gürtellage 7A umgekehrter Richtung geneigt.

Wie Fig. 3 zeigt, enthält jeder Gürtelkord 70 mindestens einen Faden 701 aus einer Legierung mit Formgedächtnis, der mit einer Vielzahl von Stahlfäden 702 zusammengedrillt ist.

Vor dem Verdrillen der Gürtelkorde 70 wird der Faden der Formgedächtnislegierung 701 bei einer vorbestimmten Wärmeein stell-Temperatur Ts von 100 bis 140°C so eingestellt, daß der Faden bei einer Temperatur unter Ts die in Fig. 4a dar gestellte lineare Form besitzt, jedoch entsprechend Fig. 4b wellig wird, wenn die Temperatur über Ts liegt.

Wenn die Temperatur des ringförmigen Laufstreifens in dem Radial-Luftreifen erfindungsgemäßer Art mit dem beschrieben en Aufbau während einer Hochgeschwindigkeitsfahrt so an steigt, daß die Temperatur des Gürtels die Wärmeeinstell-Tem peratur überschreitet, will sich der in den Gürtelkord einge drillte Faden aus der Formgedächtnis-Legierung zu seiner Wel lenform nach Fig. 4b verformen; da jedoch der Faden mit den anderen Korden verdrillt ist, unterliegt er einer Span nung und ist dadurch an einer Verformung gehindert.

Aus diesem Grunde baut sich eine Zugspannung in dem Faden aus der Formgedächtnislegierung auf und sein scheinbarer ela stischer Modul erhöht sich, so daß die Biegesteifigkeit aus der Ebene des Gürtels ansteigt unter Unterdrückung der Biege verformung des Gürtels aus der Ebene heraus, und so das Ausmaß der "Anhebung" verringert wird.

Dabei werden, wie in Fig. 5 dargestellt, die Schultern (I und II) des Reifens heißer als die anderen Abschnitte wie z. B. die Krone (V), und ihre Temperatur übersteigt die Wärme einstell-Temperatur Ts, so daß sich die Biegesteifigkeit des Gürtels an den Schultern (I und II) gegen Verbiegung aus der Ebene des Gürtels heraus infolge des höheren scheinbaren Ela stizitätsmoduls infolge des dort vorhandenen höheren schein baren Elastizitätsmoduls erhöht, während die Biegesteifig keit des Gürtels in den anderen Abschnitten (III-V) nicht an steigt. Damit wird das Ausmaß der Anhebung in den Schultern (I und II) unterdrückt, jedoch in den anderen Abschnitten (III-V) nicht unterdrückt, wobei das Ausmaß l der Verfor mung infolge der Anhebung des ringförmigen Laufstreifens 2 in Axialrichtung (d. h. in der Breitenrichtung) des Reifens gleichmäßig wird, und dadurch die auf die in der Einleitung besprochenen Weise sonst auftretende Verschlechterung der Fahrcharakteristiken infolge der Gesamtgürtel-Steifigkeit verhindert werden kann.

Die Wärmeeinstell-Temperatur Ts liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 100 bis 140°C. Ist Ts niedriger als 100°C, so entstehen folgende Probleme: Bei einer Gürteltemperatur von unter 100°C wird der Zusammenhalt der Gürtelkorde mit dem Gummi nicht zerstört und es ist deswegen nicht notwen dig, die Gürtelsteifigkeit zu erhöhen. Da die Gürteltempera tur jedoch den Einstellwert Ts übersteigt, wird ein uner wünschtes Ansteigen der Gürtelsteifigkeit während des Laufs hervorgerufen, das zu schlechten Fahreigenschaften führt.

Bei der Reifenherstellung wird nach dem Vulkanisieren in einer Vulkanisierform oft ein Nachhärtungs-Aufpumpen (postcu ring inflation = PCI) vorgenommen, bei dem der auf einen vor bestimmten Luftdruck aufgepumpte Reifen abgekühlt wird, um so die Eigenschaften der einzelnen Reifenbestandteile zu sta bilisieren und die Reifendimensionen zu vergleichmäßigen. Falls die Wärmeeinstell-Temperatur Ts unter der Temperatur des Reifengürtels unmittelbar nach PCI liegt, wird der Ela stizitätsmodul der Gürtelkorde nach Abnahme des durch das PCI erzielten Aufpumpdrucks ansteigen, so daß die Gürtelkor de sehr stark zum Schrumpfen neigen, so daß möglicherweise Unregelmäßigkeiten in den Reifenabmessungen und der Reifen form auftreten.

Wenn andererseits die Wärmeeinstell-Temperatur Ts höher als 140°C liegt, kommt die Temperatur, bei der sich die Gürtel steifigkeit erhöht, in die Nähe von der oder sogar höher als die Temperatur, bei der der Zusammenhalt zwischen den Gür telkorden und der Gummierung zerstört wird, so daß es schwie rig wird, die Hochgeschwindigkeits-Beständigkeit des Reifens zu verbessern.

Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung gilt nur für Gürtelkorde, die durch Verdrillen einer Vielzahl von Stahlfäden 702 mit einem Faden 701 aus Formgedächtnis-Legierung gebildet sind. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß es nach der vorliegenden Er findung es auch möglich ist, die Gürtelkorde durch Verdril len von zwei oder mehreren Strängen miteinander zu bilden, wobei jeder Strang durch Verdrillen einer Vielzahl von Stahl fäden mit einem Faden aus der Formgedächtnis-Legierung gebil det ist.

Ein Radial-Luftreifen der vorliegenden Erfindung mit dem be schriebenen Aufbau bietet folgende Vorteile:
Wenn die Temperatur des ringförmigen Laufstreifens in dem er findungsgemäßen Radial-Luftreifen während einer Hochgeschwin digkeitsfahrt so ansteigt, daß die Temperatur des Gürtels die Wärmeeinstell-Temperatur überschreitet, wird der in den Gürtelkord eingedrillte Faden einer Formgedächtnis-Legierung sich beispielsweise in eine Wellenform verformen wollen; da jedoch der Faden als Gürtelkord einer Spannung unterworfen ist, ist er unfähig, sich zu verformen, und es baut sich aus diesem Grund in dem Faden der Formgedächtnis-Legierung eine Zugspannung auf und sein scheinbarer Elastizitätsmodul steigt an, so daß dadurch die Biegesteifigkeit aus der Ebene des Gürtels heraus ansteigt unter Unterdrückung der Biege- Verformung des Gürtels aus seiner der Ebene zur Reduzierung des Ausmaßes der "Anhebung".

Insbesondere werden die Reifenschultern heißer als die ande ren Reifenabschnitte, so daß die Biegesteifigkeit des Gür tels aus der Ebene heraus an den Schultern zunimmt, während die Biegesteifigkeit aus der Ebene heraus in den anderen Ab schnitten nicht anwächst. Damit wird das Anheben in den Schultern unterdrückt, jedoch nicht in den anderen Abschnit ten, wodurch das Verformungsausmaß des Anhebens des ringför migen Laufstreifens in Axialrichtung des Reifens vergleichmä ßigt und gleichzeitig die Verschlechterung der Fahreigen schaften verringert wird, die sonst infolge der Erhöhung der Gesamtbiege-Steifigkeit auftritt.

Claims

1. Radial-Luftreifen (1) mit einem Gürtel (7), der mindestens eine Gürtellage mit einer Vielzahl von Gürtelkorden (70) in paralleler Anordnung umfaßt, die durch Verdrillen einer Vielzahl von Stahlfäden (702) oder von zwei oder mehr Strängen gebildet werden, die jeweils aus einer Vielzahl von Stahlfäden (702) bestehen, wobei mindestens ein Stahlfaden ersetzt ist durch einen aus einer Formgedächtnis-Legierung mit einer vorbestimmten Wärmeeinstell-Temperatur gebildeten Faden (701).

2. Radial-Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der aus einer Formgedächtnis-Legierung bestehen de Faden (701), bevor er zu einem Gürtelkord verdrillt oder zu einem zum Aufbau eines Gürtelkords verwendeten Strang verdrillt ist, in solcher Weise wärmeeingestellt wurde, daß seine Form linear ist (Fig. 4a) bei einer Temperatur unter der Wärmeeinstell-Temperatur, jedoch wellig (Fig. 4b) ist bei einer Temperatur über der Wär meeinstell-Temperatur.

3. Radial-Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Gürtel (7) aus zwei oder mehr Gürtella gen (7A, 7B) gebildet ist, wobei die Gürtelkorde (70) in den einzelnen Gürtellagen einander mit einem Winkel von 5 bis 40° bezüglich der Umfangsrichtung des Reifens über kreuzen.