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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugreifen, insbesondere
auf einen verbesserten, für
Luftreifen geeigneten Laufflächengummi,
der in der Lage ist, eine Trockengriffigkeitsleistung und Nassgriffigkeitsleistung
zu verbessern.
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In
den letzten Jahren wurde ein Reifen vorgeschlagen, dessen Laufflächengummi
hauptsächlich
durch Kieselsäure
anstatt durch herkömmlichen
Ruß verstärkt ist,
um den Rollwiderstand und die Nassgriffigkeitsleistung des Reifens
zu verbessern.
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Der
mit Kieselsäure
verstärkte
Kautschuk weist eine geringe Energieverlusteigenschaft, Biegsamkeit und
entsprechende Haftung auf dem nassen Straßenbelag auf. Somit kann er
den Rollwiderstand und die Nassgriffigkeitsleistung verbessern.
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In
solch einem Laufflächengummi
nimmt jedoch die Trockengriffigkeitsleistung unweigerlich ab. Daher wurden
große
Anstrengungen unternommen, um eine Kombination eines Kieselsäuregehalts
und eines Rußgehalts
zu finden, durch die ein gutes Gleichgewicht zwischen Trockengriffigkeitsleistung
und Nassgriffigkeitsleistung erhalten werden kann.
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Wenn
der Kieselsäuregehalt
jedoch einen bestimmten Wert überschreitet,
hindert die Kieselsäure
den Ruß daran,
seine volle Wirkung zu entfalten. Wenn ferner der Rußgehalt
einen bestimmten Wert überschreitet, hindert
der Ruß die
Kieselsäure
daran, ihre volle Wirkung zu entfalten. Daher bestehen Einschränkungen
in Bezug auf die Verbesserung der Trockengriffigkeitsleistung und
Nassgriffigkeitsleistung durch Anpassen des Kieselsäuregehalts
und Rußgehalts.
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Ein
Reifen gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus der EP-A-0 847 880 bekannt.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Fahrzeugreifen
bereitzustellen, bei dem die Trockengriffigkeitsleistung, die Nassgriffigkeitsleistung
und dergleichen wirksam verbessert, wobei die oben erwähnten Probleme
vermieden werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Fahrzeugreifen einen Laufflächengummi,
der eine Bodenkontaktfläche
des Reifens bildet, wobei der Laufflächengummi in einem Bereich
von der Bodenkontaktfläche
bis zu einer bestimmten Tiefe sich in Umfangsrichtung erstreckende
breite Teile, die aus einer mit Ruß verstärkten Kautschukmischung hergestellt
sind, und sich in Umfangsrichtung erstreckende schmale Teile, die aus
einer mit Kieselsäure
verstärkten
Kautschukmischung hergestellt sind, umfasst, wobei die breiten Teile und
die schmalen Teile sich in der malen Richtung des Reifens abwechseln,
die axiale Breite jedes schmalen Teils im Bereich von 0,5 bis 1,5
mm liegt und die Anzahl der schmalen Teile, über die Bodenkontaktbreite
der Bodenkontaktfläche
gezählt,
im Bereich von 3 bis 11 liegt.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen beschrieben:
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine Draufsicht eines Beispiels des Laufflächengummis; und
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3(A), 3(B) und 3(C) sind Querschnittsansichten, die Beispiele
des schmalen Teils zeigen.
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In 1 ist
ein Reifen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Radialluftreifen für
Personenwagen. Der Reifen 1 umfasst einen Laufflächenabschnitt 2,
ein Paar Seitenwandabschnitte 3, ein Paar Wulstabschnitte 4,
jeweils mit einem Wulstkern 5 darin, eine Karkasse 6,
die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt und
um die Wulstkerne 5 umgeschlagen ist, und einen Gürtel 7,
der radial außerhalb
der Karkasse 6 in dem Laufflächenabschnitt 2 angeordnet
ist.
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Die
Karkasse 6 umfasst mindestens eine Lage, in diesem Beispiel
nur eine Lage von Korden, die unter einem Winkel von 75 bis 90 Grad
in Bezug auf den Reifenäquator
C angeordnet sind. Für
die Karkasskorde können
Korde aus organischen Fasern, z. B. Nylon, Polyester, Rayon, aromatischem
Polyamid und dergleichen sowie Stahlkorde verwendet werden.
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Der
Gürtel 7 umfasst
einen Breaker 9 und optional ein Band, das radial außerhalb
des Breakers 9 angeordnet ist.
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Der
Breaker 9 in diesem Beispiel umfasst zwei gekreuzte Lagen 9A und 9B aus
parallelen Korden, die unter einem Winkel von 15 bis 40 Grad in
Bezug auf den Reifenäquator
C gelegt sind. Für
die Breakerkorde können
Stahlkorde und Korde aus organischen Fasern mit einem hohen Modul
wie z. B. aromatischem Polyamid und dergleichen verwendet werden.
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Das
Band umfasst mindestens einen Kord, der unter einem Winkel von 0
bis 5 Grad in Bezug auf den Reifenäquator C gewickelt ist. Zum
Beispiel ist das Band aus einem spiralförmig gewickelten Nylonkord
hergestellt. Das Band bedeckt zumindest die axialen Kanten des Breakers 9.
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In
jedem von den Wulstabschnitten 4 ist zwischen dem Umschlagabschnitt 6b und
dem Hauptabschnitt 6a der Karkasse 6 ein Hartgummiwulstkernreiter 8 angeordnet.
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In
dem Laufflächenabschnitt 2 ist
radial außerhalb
des Gürtels 7 ein
Laufflächengummi
G angeordnet, um eine Laufflächenfläche S, die
die Bodenkontaktfläche
S des Reifens ist, zu bilden.
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Der
Laufflächengummi
G ist aus einer mit Ruß verstärkten Kautschukmischung
G1 und einer mit Kieselsäure
verstärkten
Kautschukmischung G2, die an der Laufflächenfläche S in der axialen Richtung
des Reifens abwechselnd auftreten, hergestellt.
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Die
mit Ruß verstärkte Kautschukmischung
G1 wird zur Verbesserung der Trockengriffigkeitsleistung verwendet.
Die mit Kieselsäure
verstärkte
Kautschukmischung G2 wird zur Verbesserung der Nassgriffigkeitsleistung
verwendet.
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Die
mit Ruß verstärkte Kautschukmischung
G1 umfasst ein Basiskautschukmaterial und ein Verstärkungsmittel.
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Was
das Verstärkungsmittel
betrifft, sind zumindest 60 Gewichtsprozent davon, vorzugsweise
mehr als 70 %, noch bevorzugter mehr als 80 %, noch bevorzugter
mehr als 90 %, noch bevorzugter im Wesentlichen 100 % ein Ruß. Somit
ist es möglich,
dass das Verstärkungsmittel
einen kleinen Anteil von Kieselsäure zusätzlich zu
dem Ruß enthält.
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Der
durchschnittliche Partikeldurchmesser Nc von dem Ruß beträgt vorzugsweise
nicht mehr als 30 nm. Somit werden vorzugsweise harte Ruße, SAF,
ISAF und HAF, verwendet.
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Für das Basiskautschukmaterial
können
Dienkautschuke, das heißt
Naturkautschuk (NR), Butadienkautschuk (BR), Styrol-Butadienkautschuk
(E-SBR und S-SBR), synthetischer Polyisoprenkautschuk (IR), Nitrilkautschuk
(NBR), Chloroprenkautschuk (CR) und dergleichen allein oder in Kombination
verwendet werden.
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Der
Verlusttangens (tan δ)
der mit Ruß verstärkten Kautschukmischung
G1 beträgt
bei einer Temperatur von 70 Grad C nicht weniger als 0,200 und eine
Spitzentemperatur, bei welcher der Verlusttangens (tan δ) ein Maximum
wird, ist in einem Bereich von –10
bis –30
Grad C festgelegt.
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Für einen
guten Rollwiderstand und dergleichen ist der Verlusttangens (tan δ) vorzugsweise
auf nicht mehr als 0,300 begrenzt.
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Der
Verlusttangens (tan δ)
wird hier mit einem von IWAMOTO SEISAKUSYO hergestellten Viskoelastizitätsspektrometer
bei einer Anfangsdehnung von 10 %, einer Amplitude der dynamischen
Beanspruchung von ± 1
% und einer Frequenz von 10 Hz gemessen.
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In
diesem Beispiel umfasst die Kautschukmischung G1, damit der Verlusttangens
(tan δ)
nicht weniger als 0,200 wird, zumindest 50 Gewichtsteile von dem
Ruß bezogen
auf 100 Gewichtsteile von dem Basiskautschukmaterial.
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Andererseits
umfasst die mit Kieselsäure
verstärkte
Kautschukmischung G2 100 Gewichtsteile von einem Basiskautschukmaterial,
30 bis 100 Gewichtsteile Kieselsäure
und 3 bis 20 Gewichtsteile Ruß.
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Für das Basiskautschukmaterial
können
Dienkautschuke wie die oben festgelegten verwendet werden.
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Vorzugsweise
weist die Kieselsäure
eine BET-Fläche,
gemessen unter Verwendung einer Stickstoffgasadsorption, in einem
Bereich von 150 bis 250 m2/g und einen Dibutyl-Phthalat-
(DBP-) Öladsorptionswert in
einem Bereich von nicht weniger als 180 ml/100 g auf. Für die Kautschuk
verstärkende
Wirkung und Kautschukverarbeitbarkeit wird vorzugsweise eine Kieselsäure mit
Kolloideigenschaften verwendet.
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In
die mit Ruß verstärkte Kautschukmischung
G1 und mit Kieselsäure
verstärkte
Kautschukmischung G2 können
allgemein verwendete Zusatzmaterialien wie Vulkanisationsmittel,
Vulkanisationsbeschleuniger, Hilfsvulkanisationsbeschleuniger, Weichmacher,
Alterungsschutzmittel, Öl,
Silanhaftmittel und dergleichen hinzugefügt werden.
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In
Tabelle 2 sind Beispiele von Kautschukmischungen gezeigt, die bei
Vergleichstests verwendet wurden.
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Der
oben erwähnte
Laufflächengummi
G besteht von der äußeren Fläche S bis
zu einer bestimmten Tiefe aus breiten Teilen 2A, die aus
der mit Ruß verstärkten Kautschukmischung
G1 hergestellt sind, und schmalen Teilen 2B, die aus der
mit Kieselsäure
verstärkten
Kautschukmischung G2 hergestellt sind, wobei die breiten Teile 2A und
schmalen Teile 2B abwechselnd in der Breitenrichtung (Axialrichtung
des Reifens) angeordnet sind und sich kontinuierlich in der Längsrichtung
(Umfangsrichtung des Reifens) erstrecken, wie in 2 gezeigt.
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Die
breiten Teile 2A und schmalen Teile 2B sind in
der Umfangsrichtung im Prinzip kontinuierlich. Dies bedeutet aber
nicht, dass Laufflächenrillen,
die sich mit diesen Teile 2A, 2B schneiden, ausgeschlossen
sind. In dem Laufflächenabschnitt 2 können daher
Umfangsrillen und/oder axiale Rillen vorgesehen sein, um verschiedene
Laufflächenprofile
zu bilden.
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Üblicherweise
erstrecken sich die breiten Teile 2A und schmalen Teile 2B über die
volle Dicke des Laufflächengummis
G von der äußeren Fläche zu der
inneren Fläche,
wie in den 3(A) und 3(B) gezeigt.
Somit erstrecken sich in diesen Beispielen sowohl die breiten Teile 2A als
auch die schmalen Teile 2B von der Laufflächenfläche S bis
zu dem Gürtel 7.
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Es
ist jedoch möglich,
die schmalen Teile 2B in einer Tiefe H, die kleiner als
die volle Dicke des Laufflächengummis
C ist, enden zu lassen, so dass das innere Ende von dem Gürtel 7 beabstandet
ist, wie in 3(C) gezeigt. In diesem Fall
ist die Tiefe H vorzugsweise in einem Bereich von nicht weniger
als 80 % der Laufflächenrillentiefe
H1 festgelegt. Hier ist die Laufflächenrillentiefe H1 als jene
mit der tiefsten Laufflächenrille
definiert. Somit erstrecken sich in diesem Beispiel die breiten
Teile 2A von der Laufflächenfläche S zu
dem Gürtel 7 hin,
die schmalen Teile 2B enden aber vor dem Gürtel 7.
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Wie
in 3(A) gezeigt, können die
schmalen Teile 2B eine im Wesentlichen konstante Breite
von dem äußeren Ende
zu dem inneren Ende aufweisen. Es ist jedoch vorzuziehen, dass die
Breite allmählich
von dem äußeren Ende
zu dem inneren Ende hin zunimmt, wie in 3(B) gezeigt,
wodurch bei der Verwendung eine Verschlechterung der Nassgriffigkeitsleistung
durch Laufflächenverschleiß auf Grund
des verringerten Laufflächenrillenvolumens
ausgeglichen werden kann.
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In
jedem Fall ist die axiale Breite W jedes schmalen Teils 2B in
einem Bereich von 0,5 bis 1,5 mm auf der Laufflächenoberfläche festgelegt.
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Die
Anzahl N der schmalen Teile 2B ist in einem Bereich von
3 bis 11 festgelegt und die Anzahl der breiten Teile 2A beträgt N + 1.
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Vorzugsweise
ist die Summe ΣW
der Breiten W von allen schmalen Teilen 2B in einem Bereich
von 1,5 bis 6,0 mm festgelegt. Ferner ist die Summe ΣW vorzugsweise
in einem Bereich von 10 bis 30 % der tatsächlichen Bodenkontaktbreite
festgelegt. Die tatsächliche
Bodenkontaktbreite entspricht hier der Laufflächenbreite WS minus der axialen
Gesamtbreite der Laufflächenrillen.
Die Laufflächenbreite
WS ist die maximale axiale Breite des Bodenkontaktbereichs in einem
Standardzustand, in dem der Reifen auf eine Standardfelge aufgezogen,
auf seinen Standarddruck aufgepumpt und dann mit einer Standaxdbelastung
belastet wird. Die Standardfelge ist die „Standardfelge" gemäß JATMA,
die „Messfelge" gemäß ETRTO,
die „Designfelge" gemäß TRA oder
dergleichen. Der Standarddruck ist der „maximale Luftdruck" gemäß JATMA,
der „Aufpumpdruck" nach ETRTO, der
maximale in der Tabelle „Tyre
Load Limits at Various Cold Inflation Pressures" (Reifenbelastungsgrenzen bei verschiedenen
kalten Aufpumpdrücken)
gemäß TRA angegebene
Druck oder dergleichen. Die Standardbelastung ist die „maximale
Tragfähigkeit" gemäß JATMA,
die „Tragfähigkeit" gemäß ETRTO,
der maximale in der oben erwähnten
Tabelle angegebene Wert gemäß TRA oder
dergleichen. Im Fall von Personenwagenreifen wird jedoch als der
Standarddruck 180 kPa verwendet.
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In
diesem Beispiel sind die schmalen Teile 2B in einer geraden
Anordnung auf der Laufflächenfläche ausgebildet.
Es ist jedoch auch möglich,
die schmalen Teile derart auszubilden, dass die Seitenkanten 10Sa jedes
schmalen Teils die gleichen Formen oder abwechselnd verschiedene
Formen wie z. B. gerade, zickzackförmige und/oder wellenförmige Formen
sind.
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Die
schmalen Teile in diesem Beispiel sind gleich oder gleich beabstandet
in der axialen Richtung des Reifens angeordnet, es ist aber auch
möglich, sie
ungleich anzuordnen, um die Bodendruckverteilung zu berücksichtigen.
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Wenn
der Verlusttangens (tan δ)
der mit Ruß verstärkten Kautschukmischung
G1 weniger als 0,200 beträgt,
ist es schwierig, eine gute Trockengriffigkeitsleistung zu erhalten.
Wenn die Spitzentemperatur, bei welcher der Verlusttangens ein Maximum
wird, mehr als –10
Grad C beträgt,
nimmt die Verschleißfestigkeit
ab. Wenn die Spitzentemperatur weniger als –30 Grad C beträgt, besteht
die Tendenz einer Abnahme der Trockengriffigkeitsleistung.
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Wenn
die axiale Breite W jedes schmalen Teils 2B weniger als
0,5 mm beträgt,
kann die Nassgriffigkeitsleistung nicht verbessert werden. Wenn
die Breite W mehr als 1,5 mm beträgt, besteht die Tendenz, dass ein
Unterschied im Verschleiß zwischen
den schmalen Teilen und breiten Teilen erkennbar wird.
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Wenn
die Anzahl der schmalen Teile weniger als 3 beträgt, ist es unmöglich, die
Nassgriffigkeitsleistung zu verbessern. Wenn die Anzahl der schmalen
Teile mehr als 11 beträgt,
besteht die Tendenz, dass die Trockengriffigkeitsleistung abnimmt.
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Wenn
die mit Kieselsäure
verstärkte
Kautschukmischung mehr als 20 Gewichtsteile von dem Ruß enthält, wird
die Kieselsäure
daran gehindert, ihre Wirkung zu entfalten. Wenn sie weniger als
3 Gewichtsteile enthält,
nimmt die Verschleißfestigkeit
ab und ein teilweiser Verschleiß wird
in den schmalen Teilen verursacht. Andererseits wird es, wenn die
Kieselsäure
100 Gewichtsteile überschreitet,
schwierig, die entsprechende Menge an Ruß zu verwenden, und im Speziellen
nimmt die Witterungsbeständigkeit
deutlich ab.
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Vergleichstests:
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Testreifen
der Größe 175/70R13
mit dem gleichen Aufbau wie in 1 gezeigt,
ausgenommen den Laufflächengummi,
wurden hergestellt und auf Trockengriffigkeitsleistung, Nassgriffigkeitsleistung
und optischer Eindruck (Verschleiß) getestet.
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Die
Reifenspezifikationen und Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Die in den breiten Teilen und schmalen Teilen verwendeten Kautschukmischungen
sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Trockengriffigkeits- und
Nassgriffigkeitsleistungstest:
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Ein
an allen Rädern
mit auf einen maximalen Druck aufgepumpten Testreifen versehener
Personenwagen wurde auf einer trockenen Asphaltstraße mit einer
Geschwindigkeit von 64 km/h gefahren, um den maximalen Reibungskoeffizienten μmax zu erhalten.
Ferner wurde der Personenwagen auf einer nassen, etwa 5 mm hoch
mit Wasser bedeckten Asphaltstraße mit einer Geschwindigkeit
von 64 km/h gefahren, um den maximalen Reibungskoeffizienten μmax zu erhalten.
Die Ergebnisse sind durch einen Index angegeben, der darauf basiert,
dass er beim Referenzreifen 1 gleich 100 ist. Je höher der
Index, umso besser die Leistung.
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Tests zum optischen Eindruck:
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Nachdem
die Testreifen 8000 km in einem auf das Doppelte der tatsächlichen
Einsatzbedingungen beschleunigten Zustand gefahren worden waren,
wurden sie auf ihren optischen Eindruck überprüft. Wenn kein Unterschied im
Verschleiß zwischen
den breiten Teilen und schmalen Teilen beobachtet wurde, wurde der
Reifen mit „Gut" bewertet. Wenn ein
Unterschied beobachtet wurde, wurde er mit „Schlecht" bewertet. Tabelle
1
Tabelle
2
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- *1 Nicht ölgestreckter
S-SBR: Styrol 15 %, Vinyl 57 % (NIHON GOUSEI GOMU, SL574)
- *2 Nicht blgestreckter S-SBR: Styrol 20 %, Vinyl 60 % (HINON
ZEON, NS116)
- *3 Nicht ölgestreckter
E-SBR: Styrol 23,5 %, Vinyl 18 % (SUMITOMO KAGAKU, SBR1502)
- *4 Hoch-cis BR: cis-Form 98 % (NIHON ZEON, BR1220)
- *5 Kieselsäure:
BET 175 m2/g, DBP 210 ml/100 g (DEGUSSA,
ULTRASIL VN-3)
- *6 Ruß:
Primärpartikeldurchmesser
16 nm (MITSUBISHI KAGAKU)
- *7 Ruß:
Primärpartikeldurchmesser
28 nm (SHOWA CABOT, N351)
- *8 Vis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (DEGUSSA, Si69)
