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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einem Verstärkungsgürtel für einen
Laufstreifen, insbesondere einen für Radialreifen geeigneten,
verbesserten Gürtel
für Personenwagen.
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Bisher
wurden Gürtelkorde
mit einer 1X2-, 1X3-, 1X4- oder 2+2-Struktur, die aus zwei oder
drei oder vier Stahlfilamenten bestand, weitverbreitet in einem
Laufstreifen-Verstärkungsgürtel eines
Radialreifens für Personenwagen
eingesetzt, weil eine Reduzierung der Anzahl der Filamente durch
Vergrößerung der
Durchmesser der Stahlfilamente vorteilhaft in Bezug auf die Kosten
und die wirtschaftliche Herstellung des Kordes ist. Dennoch ist
eine derartige Kord-Struktur nicht immer vorteilhaft für den Fahrkomfort,
der für
die neuesten hochwertigen Personenwagen besonders wichtig geworden
ist, weil die Biegesteifigkeit des Gürtels aufgrund des relativ
großen
Durchmessers der Stahlfilamente relativ hoch ist. Außerdem tritt
zwischen den Stahlkorden und der umgebenden Gummierung und dem Laufstreifengummi
ein Haftungsversagen aufgrund großer Unterschiede der vorhandenen
Steifheit auf; es besteht eine Neigung zu einer Verringerung der
Kordfestigkeit aufgrund von Korrosion und der daraus resultierenden
Abnahme der Laufstreifenhaltbarkeit. Andererseits wurde für Stahl-Korde,
die aus drei oder vier Stahl-Filamenten bestehen, zur Verbesserung
der Gummidurchdringung in einen geschlossenen Raum zwischen den
Filamenten, eine Technik vorgeschlagen, bei welcher der geschlossene
Raum zwischen den Filamenten geöffnet
wird, indem eine oder mehrere Filamente gewellt werden. In einem
derartigen Kord nimmt deshalb der Kord-Durchmesser unvermeidlich
zu und die Dicke der Gürtellage nimmt
zu. Dies ist für
das Reifengewicht und die Gürtelsteifigkeit
nicht vorzuziehen.
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Es
wird auch auf das Bekannte aus EP-A-0976583 aufmerksam gemacht,
das man als den in Bezug auf den Gegenstand des Anspruchs 1 nächsten Stand
der Technik betrachtet und welches einen Luftreifen zeigt (siehe
Kord-Ausführungsform
2), der einen Gürtel
umfasst, welcher in einem Laufstreifenabschnitt angeordnet ist,
wobei der Gürtel
Korde umfasst, die aus fünf
oder sechs Metallfilamenten mit einem Durchmesser von 0,25 bis 0,45
mm bestehen, wobei die fünf
oder sechs Metallfilamente zu einer Vielzahl von Bündeln gruppiert
sind, von denen jedes Bündel
zwei oder drei der genannten fünf
oder sechs Metallfilamente umfasst, wobei die zwei oder drei Filamente
miteinander in dem Bündel
mit einer ersten Verdrillungsteilung verdrillt sind, wobei die Bündel miteinander
in dem Kord mit einer letzten Verdrillungsteilung verdrillt sind,
wobei die letzte Verdrillungsteilung im Bereich von 10 bis 25 mm
liegt, wobei die erste Verdrillungsteilung größer als die letzte Verdrillungsteilung
ist, und wobei jedes Bündel
mindestens ein gewelltes Filament umfasst, das mit Wellenteilungen
im Bereich des 5- bis 30-fachen des Durchmessers des Filaments und
mit einer Wellenhöhe
im Bereich des 0,2- bis 3,0-fachen des Durchmessers des Filaments
zweidimensional gewellt ist.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Luftreifens,
bei welchem der Fahrkomfort verbessert ist und das Haftungsversagen
zwischen den Gürtelkorden
und den umgebenden Gummi wirksam vermieden wird.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Luftreifen einen Gürtel, der
in einem Laufstreifenabschnitt angeordnet ist, wobei der Gürtel aus
Korden hergestellt wurde, von denen jeder aus sechs bis zwölf Metallfilamenten
besteht, deren Durchmesser nicht kleiner als 0,15 mm aber kleiner
als 0,25 mm ist, wobei die sechs bis zwölf Metall-Filamente zu einer
Vielzahl von Bündeln
gruppiert sind, wobei jedes Bündel
zwei bis vier Filamente umfasst, die miteinander zu dem Bündel mit
einer ersten Verdrillungsteilung verdrillt sind, wobei die Bündel miteinander
zu dem Kord mit einer letzten Verdrillungsteilung verdrillt sind,
wobei die letzte Verdrillungsteilung im Bereich zwischen 10 und
40 mm liegt und die erste Verdrillungsteilung größer als die letzte Verdrillungsteilung
ist und jedes Bündel
mindestens ein gewelltes Filament umfasst, das mit Wellenteilungen
im Bereich des 5- bis 30-fachen des Durchmessers des Filaments und
mit einer Wellenhöhe
im Bereich des 0,2- bis 3,0-fachen des Durchmessers des Filaments
zweidimensional gewellt ist.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Radialreifens gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Erläuterung
der internen Reifenstruktur ist;
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2 ein
Schaubild ist, welches das Herstellungsverfahren des Metallkords
zeigt;
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3 eine
schematische Ansicht eines Beispiels eines gewellten Filaments zur
Erläuterung
der Wellenteilung und -höhen
ist;
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4 eine
schematische Ansicht eines Bündels
mit 3 Filamenten ist;
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5 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für einen
Gürtelkord,
welches ein Beispiel für
die Filament-Anordnung zeigt;
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6A, 6B, 6C, 7A, 7B und 8 jeweils ein anderes Beispiel der Filament-Anordnung des
Gürtelkords
zeigen; und
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9 eine
graphische Darstellung ist, welche die Kordfestigkeit und die Gummidurchdringung
als Funktion des Wertes dXh/Pw zeigt.
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In 1 hat
ein Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Laufstreifenabschnitt 2, ein Paar Seitenwandabschnitte 3 und
ein Paar Wulstabschnitte 4, so dass er die Form eines Torus
aufweist. Der Reifen 1 ist verstärkt mit einem Wulstkern 5,
der in jedem Wulstabschnitt 4 angeordnet ist, einer Karkasse 6,
die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt, und
einem Gürtel 7,
der im Laufstreifenabschnitt 2 angeordnet ist.
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In
diesem Beispiel handelt es sich bei dem Luftreifen 1 um
einen Radialreifen der Größe 165/70SR13 für Personenwagen.
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Die
Karkasse 6 umfasst mindestens eine Lage aus Korden, die
radial unter einem Winkel zwischen 70 und 90° in Bezug auf den Reifenäquator (d.h.
eine radiale oder semiradiale Lage) angeordnet sind, und sich zwischen
den Wulstabschnitten 4 durch den Laufstreifenabschnitt 2 und
die Seitenwandabschnitte 3 erstrecken, und um den Wulstkern 5 herum
in jedem Wulstabschnitte 4 von der Innenseite zur Außenseite
des Reifens umgeschlagen sind, so dass ein Paar Umschlagabschnitte 6b sowie
ein Hauptabschnitt 6a dazwischen gebildet sind. In diesem
Beispiel besteht die Karkasse 6 aus zwei Schichten 6A und 6B mit
Korden aus organischer Faser, wie zum Beispiel Polyester, Nylon,
Viskose und Ähnliches,
die in einem Winkel von ca. 90° angeordnet
sind, und jede Lage ist um die Wulstkerne 5 herum umgeschlagen.
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Zwischen
dem Hauptabschnitt 6a und dem Umschlagabschnitt 6b in
jedem Wulstabschnitt 4 ist ein Gummiwulstkernreiter 8 angeordnet,
der sich von dem Wulstkern 5 radial nach außen hin
erstreckt und konisch gegen dessen äußeren Ende zuläuft.
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Der
Gürtel 7 ist
radial auf der Außenseite
der Karkasse 6 angeordnet und umfasst mindestens zwei gekreuzte
Lagen gummierter Korde, die parallel zueinander in einem Winkel
von 15 bis 35 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegt sind. In diesem
Beispiel besteht der Gürtel 7 aus
einer radial äußeren Lage 7B und einer
radial inneren Lage 7A, die etwas breiter als die äußere Lage 7B ist.
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Im Übrigen,
um die Hochgeschwindigkeitsbeständigkeit
des Laufstreifenabschnitts zu verbessern, ist es ferner möglich, ein
Band radial auf der Außenseite
des Gürtels 7 vorzusehen,
wobei das Band (i) aus mindestens einem Kord aus organischer Faser
besteht, welcher spiralförmig
um den Gürtel
gewickelt ist, oder aus (ii) einem Streifen oder einer Bahn gummierter,
parallel zueinander liegender Korde aus organischer Faser besteht,
die um den Gürtel
herum gewickelt ist. Der Bandkordwinkel ist im Fall (i) oder (ii)
in Bezug auf den Reifenäquator
im Wesentlichen Null oder sehr klein, zum Beispiel nicht größer als
5 Grad.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung bestehen die Gürtelkorde 10 des Gürtels 7 aus
sechs bis zwölf
Metallfilamenten F, deren Durchmesser (d) nicht kleiner als 0,15
mm aber kleiner als 0,25 mm ist. Die Metallfilamente F sind zu Bündeln B
gruppiert, wobei jedes Bündel
aus zwei bis vier Filamenten besteht, und die Bündel B sind miteinander zu
dem Kord mit einer letzten Verdrillungsteilung Pc verdrillt. Wenn
die Anzahl der Metallfilamente F in jedem Bündel B größer oder gleich fünf ist,
neigt die Gummidurchdringung dazu, sich zu verschlechtern. Vorzugsweise
besteht jedes Bündel
aus zwei oder drei Metallfilamenten F.
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Wie
in 2 gezeigt, werden zwei bis vier Metallfilamente
für jedes
Bündel
zuerst zusammen zu dem Bündel
B mit einer ersten Verdrillungsteilung Pf verdrillt. Anschließend werden
die Bündel
B zusammen zu dem Kord mit einer letzten Verdrillungsteilung Pc
von 10 bis 40 mm verdrillt. Die erste Verdrillungsteilung Pf wird
auf eine relativ lange Teilung in der Größenordnung des 3- bis 20-fachen
der letzten Verdrillungsteilung Pc festgelegt. Wenn die erste Verdrillungsteilung
Pf kleiner als das 3-fache oder größer als das 20-fache der letzten
Verdrillungsteilung Pc ist, nimmt die Gummidurchdringung ab.
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In
dieser Ausführungsform
ist die Richtung der ersten Verdrillung für die Bündel B gleich der Richtung der
letzten Verdrillung für
den Kord. Sie kann jedoch umgekehrt werden.
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In
der vorliegenden Erfindung umfasst ferner jedes der Bündel B mindestens
ein gewelltes Filament FA. Mit anderen Worten, das Bündel B kann
aus (i) nur einer Vielzahl von gewellten Filamenten FA oder (ii) mindestens
einem gewellten Filament FA und mindestens einem ungewellten Filament
FB bestehen.
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Jedes
Bündel
B kann ein oder mehrere ungewellte Filamente FB umfassen, zum Beispiel
zur Steuerung der Anfangsdehnung unter einer leichten Last. In diesem
Fall ist die Anzahl der ungewellten Filamente FB vorzugsweise auf
eine Anzahl begrenzt, welche kleiner ist als diejenige des/der gewellten
Filamente(s) FA. Im Übrigen
ist das ungewellte Filament FB vor der Verdrillung gerade.
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Die
gewellten Filamente FA sind vor ihrer Verdrillung zweidimensional
gewellt.
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In 3,
die ein Beispiel des gewellten Filamentes FA zeigt, ist die Wellenform
eine dreieckige Wellenform, die aus geraden Segmenten 13 mit
im Wesentlichen gleicher Länge
besteht. Es kann auch eine Sägezahn-Wellenform, die aus
abwechselnd langen, geraden Segmenten und kurzen, geraden Segmenten
und Ähnlichem
besteht, verwendet werden. Ferner kann eine gekrümmte Wellenform ohne gerade
Segmente, wie zum Beispiel eine sinusförmige Wellenform, verwendet
werden. Für
eine gute Gummidurchdringung in den Kord wird jedoch vorzugsweise
eine Wellenform mit geraden Segmenten 13 eingesetzt.
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Die
Teilung Pw der zweidimensionalen Welle ist in einem Bereich des
5,0-bis 30,0-fachen,
vorzugsweise im Bereich des 10,0- bis 25,0-fachen des Durchmessers
(d) festgelegt. Die Wellenhöhe
(h) ist im Bereich des 0,2- bis 3,0-fachen, vorzugsweise im Bereich
des 0,5- bis 2,0-fachen des Durchmessers (d) festgelegt.
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Hier
ist die Wellenhöhe
(h) als Spitze-Spitze-Höhe
der Welle definiert und die Wellenteilung Pw ist definiert als ein
Zyklus der Welle, wie in 3 gezeigt.
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Ferner
sollte bevorzugt der Wert (d X h/Pw) im Bereich des 0,014- bis 0,028-fachen
oder stärker
bevorzugt im Bereich des 0,020- bis 0,025-fachen begrenzt werden.
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Was
das Material der Filamente F anbetrifft, werden vorzugsweise Drähte aus
hartgezogenem Stahl, mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,65 bis 0,88
Gew.-% eingesetzt.
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Vorzugsweise
sind die Metallfilamente F zur Verbesserung der Haftung an dem umgebenden
Elastomer auf der Oberfläche
mit einer Beschichtung versehen. Für die Beschichtung können verschiedene
Harze, Metall, das während
der Vulkanisation wirkt, und Ähnliches
verwendet werden.
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Wenn
der Durchmesser (d) der Metallfilamente F kleiner als 0,15 mm ist,
ist es schwierig, die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit des
Gürtels 7 zu
gewährleisten.
Andererseits, wenn der Durchmesser (d) größer als 0,25 mm ist, ist es
schwierig, einen guten Fahrkomfort zu gewährleisten.
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Wenn
die Wellenteilung Pw kleiner als das 5,0-fache des Durchmessers
(d) ist, neigt die Festigkeit des Filamentes dazu, abzunehmen. Wenn
sie größer als
das 30-fache ist, kann die Gummidurchdringung nicht verbessert werden.
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Wenn
die Wellenhöhe
(h) kleiner als das 0,2-fache des Durchmessers (d) ist, ist eine
Verbesserung der Gummidurchdringung schwierig. Wenn sie größer als
das 3,0-fache ist, neigt die Festigkeit des Filaments dazu, abzunehmen.
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Wenn
der Kohlenstoffgehalt kleiner als 0,65 Gew.-% ist, neigt die Festigkeit
des Filaments dazu, für den
Gürtelkord
unzureichend zu sein. Wenn der Kohlenstoffgehalt größer als
0,88 Gew.-% ist, nimmt die Biegesteifigkeit des Filaments ab.
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Beachten
Sie, dass in den Figuren, zur gegenseitigen Unterscheidung der gewellten
Filamente FA und der ungewellten Filamente FB, der Querschnitt des
gewellten FA als punktierte Linie dargestellt ist und der Querschnitt
des ungewellten Filaments FB aus praktischen Gründen schraffiert ist.
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5 zeigt
ein Beispiel, in welchem jedes Bündel
B nur aus gewellten Filamenten FA besteht. Weiterhin umfasst jedes
Bündel
B zwei Arten von gewellten Filamenten FA1 und FA2.
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Im
Fall des Bündels
B sind zwei oder mehrere gewellte Filamente FA enthalten und es
wird bevorzugt, dass die gewellten Filamente FA mindestens zwei
Arten von gewellten Filamenten FA umfassen, die in Bezug auf die
Wellenteilung Pw unterschiedlich sind. Eine Änderung der Wellenhöhe (h) zwischen
den verschiedenen Arten von gewellten Filamenten FA ist möglich. Es
ist jedoch vorzuziehen, die Wellenhöhe (h) nicht zu verändern, da
nämlich
die verschiedenen Arten von gewellten Filamenten FA im Wesentlichen
die gleiche Wellenhöhe
(h) haben, um eine zu starke Abnahme der Kordfestigkeit zu verhindern.
Dadurch kann die Gummidurchdringung in den Kord verbessert werden,
obwohl die Wellenhöhe
(h) relativ niedrig ist. Außerdem
wird eine ungünstige
Zunahme des Kord-Durchmessers
verhindert.
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In
dem Beispiel für
Kord 10, gezeigt in 5, sind
ein Bündel
B2, welches aus zwei Metallfilamenten F besteht (nachfolgend das „Zwei-Filament-Bündel B2"), und zwei Bündel B3, welche jeweils aus
drei Metallfilamenten F bestehen (nachfolgend das „Drei-Filament-Bündel B3"), miteinander zu
dem Kord mit der letzten Verdrillungsteilung Pc verdrillt. In diesem
Beispiel besteht das Drei-Filament-Bündel B3 aus zwei gewellten
Filamenten FA1 und einem gewellten Filament FA2, wie in 4 dargestellt.
Das Zwei-Filament-Bündel
B2 besteht aus einem gewellten Filament FA1 und einem gewelllten
Filament FA2.
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Die 6A bis 6C zeigen
weitere Beispiele des Kords, welcher aus acht Metallfilamenten F
besteht, wie der in 5 dargestellte Kord. Die 6A und 6B zeigen
jeweils ein Beispiel, das aus der Verdrillung von vier Zwei-Filament-Bündeln B2
resultiert. 6C zeigt ein Beispiel, das aus
der Verdrillung eines Zwei-Filament-Bündels B2 und zwei Drei-Filament Bündeln B3
resultiert. In den 6A und 6C umfassen die
Zwei-Filament-Bündel
B2 ein gewelltes Filament FA1 oder FA2 und ein ungewelltes Filament
FB. In 6B umfasst das Zwei-Filament-Bündel B2
ein gewelltes Filament FA1 und ein gewelltes Filament FA2. In 6C umfasst
das Drei-Filament-Bündel
B3 ein gewelltes Filament FA1, ein gewelltes Filament FA2 und ein
ungewelltes Filament FB.
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Weiterhin
zeigen die 7A und 7B Beispiele
des Kords, welcher aus zehn Metallfilamenten F besteht. 7A zeigt
ein Beispiel, das aus der Verdrillung von zwei Zwei-Filament-Bündeln B2
und zwei Drei-Filament-Bündeln B3
resultiert. 7B zeigt ein Beispiel, das aus
der Verdrillung von fünf
Zwei-Filament-Bündeln
B2 resultiert.
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8 zeigt einen Beispiel-Kord, welcher aus
zwölf Metallfilamenten
F besteht, wobei vier Drei-Filament-Bündel B3 eine letzte Verdrillung
aufweisen.
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Was
die zahlenmäßige Zuordnung
des gewellten Filaments FA1, FA2 und des ungewellten Filaments FB
für das
Zwei-Filament-Bündel
B2, das Drei-Filament-Bündel B3
und ein Vier-Filament-Bündel
B4 (nicht dargestellt) anbetrifft, sind außer den Anordnungen in den
oben genannten Figuren verschiedene Anordnungen möglich.
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Es
ist jedoch besonders vorzuziehen, dass der Metallkord 10 aus
einer Verdrillung von mindestens zwei Drei-Filament-Bündeln B3
besteht, wobei jedes Bündel
drei gewellte Filamente FA umfasst, die verschiedene Teilungen aufweisen,
weil das Zusammentreffen der Wellen des gewellten Filaments FA verhindert
wird und breitere Abstände 15 zwischen
den Bündeln
gebildet werden, um die Gummidurchdringung zu verbessern.
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In
den oben genannten Beispielen haben die Metallfilamente F denselben
Durchmesser (d). Eine Kombination von Filamenten mit zwei oder mehreren
verschiedenen Durchmessern ist jedoch eventuell möglich.
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Vergleichstests
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Es
wurden Testreifen mit einer Größe von 165/70SR13
mit der gleichen Struktur, abgesehen von den Gürtelkorden, hergestellt und
getestet. Die Karkasse bestand aus zwei Lagen mit 1100 dtex/2 Polyester-Korden, die in einem
Winkel von 90° in
Bezug auf den Reifenäquator
bei einer Kord-Zahl von 48/5 cm, angeordnet wurden, und der Gürtel bestand
aus zwei gekreuzten Lagen von parallel zueinander liegenden Korden
mit +20/-20 Grad in Bezug auf den Reifenäquator, bei einer Kord-Zahl
von 40/5 cm. Die Gürtelkord-Strukturen
sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Fahrkomfort-Test
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Ein
Personenwagen, der an allen Rädern
mit Test-Reifen ausgestattet war, wurde auf einer Reifenteststrecke
auf einer Aphaltstraße
mit einer Geschwindigkeit zwischen 50 und 100 km/h gefahren und
der Fahrkomfort wurde von dem Testfahrer bewertet. Je größer die
Index-Zahl desto besser ist der Fahrkomfort.
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Gummidurchdringungstest
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Der
Kord wurde zusammen mit seiner umgebenden Gummierung aus dem Reifen
genommen und die Gummierung wurde vorsichtig von der Kord-Oberfläche entfernt.
Anschließend
wurden zwei nebeneinander liegende Filamente über einer Länge von 10 cm mit Hilfe eines
Messers davon entnommen und es wurde die Länge eines Abschnitts, der von
den zwei entnommenen Filamenten und den übrigen Filamenten, in welche der
Gummi vollständig
eingedrungen war, umgeben ist, gemessen, um den Prozentsatz dieser
Länge in
Bezug auf die Gesamtlänge
von 10 cm als Gummidurchdringung in % zu ermitteln. Eine solche
Bestimmung wurde für
zehn Positionen pro Reifen durchgeführt und der Durchschnittswert
daraus wurde übernommen.
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Korrosions- und Reservefestigkeitstest
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Der
Reifen wurde demontiert, nachdem er etwa 200.000 km gelaufen war,
und die Stahlkorde wurden auf Korrosion geprüft. Die Ergebnisse sind durch
einen Index, basierend auf Ref.1 gleich 100, angegeben. Je kleiner
der Index desto geringer die Korrosion.
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Ferner
wurden die Stahlkorde entnommen und es wurde die Kordfestigkeit
gemessen. Die Ergebnisse sind als Prozentsatz der ursprünglichen
Festigkeit angegeben.
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Biegesteifigkeit
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Die
Biegesteifigkeit des Test-Kords wurde mit einem V-5 Steifigkeitstester,
Modell 150-D von Taber Industries, U.S.A., als Kraft in Gramm Zentimeter
gemessen, welche erforderlich ist, um den Kord um 15 Grad zu biegen.
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9 zeigt
die Kordfestigkeit und die Gummidurchdringung in Abhängigkeit
von dem Wert dXh/Pw. Hier wird die Kordfestigkeit als Verringerung
in % der Festigkeit des Test-Kords im Vergleich zu derjenigen eines
Standard-Kords gezeigt, wobei der Standard-Kord für jeden
Test-Kord ein kompakter Kord ist, welcher dem Test-Kord in Bezug
auf das Material, die Anzahl der Filamente, dem Filament-Durchmesser
und der letzten Verdrillungsteilung entspricht, jedoch mit der Ausnahme,
dass alle Filamente ungewellt sind und die erste Verdrillungsteilung
gleich der letzten Verdrillungsteilung ist. Somit gilt: Je kleiner
der Wert desto größer die
Festigkeit. Wie in dieser Figur dargestellt, kann durch die Festlegung
des dXh/Pw-Wertes
in einem Bereich von 0,014 bis 0,028 sowohl die Gummidurchdringung
als auch die Verringerungsrate der Kordfestigkeit auf einem guten
Niveau gehalten werden.
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Die
oben genannten Test-Ergebnisse haben bestätigt, dass der Fahrkomfort
verbessert wurde und gleichzeitig die Korrosionsfestigkeit verbessert
wurde, ohne die Gürtelkordfestigkeit
preiszugeben.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf Radialreifen für Personenwagen angewendet
werden. Eine Anwendung der Erfindung auf andere Luftreifen-Arten ist jedoch
ebenfalls möglich.
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