DE60122425T2

DE60122425T2 - Luftreifen

Info

Publication number: DE60122425T2
Application number: DE60122425T
Authority: DE
Inventors: Sumitomo Rubber Indust. Ltd. Shinichi Kobe-shi Miyazaki; Sumitomo Rubber Indust. Ltd. Kazumi Kobe-shi Yamazaki; Sumitomo Rubber Indust. Ltd. Osamu Kobe-shi Toda
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2021-06-09
Also published as: DE60122425D1; EP1162086A3; CN1192910C; ID30463A; SG100711A1; CN1328926A; EP1162086B1; JP2001354007A; EP1162086A2; US20020011296A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen mit einem verbesserten Gürtel, der in der Lage ist, das Reifengewicht und den Rollwiderstand zu reduzieren.
In den letzten Jahren besteht die starke Nachfrage, den Kraftstoffverbrauch von Automobilen aus Umweltaspekten zu reduzieren. Demgemäß besteht die verstärkte Forderung, dass Reifen ein/en verringertes/n Reifengewicht und Rollwiderstand aufweisen.
Andererseits finden Luftreifen, die mit einem aus Stahlkorden aus verdrillten Stahlfilamenten hergestellten Laufflächenverstärkungsgürtel versehen sind, verbreitet Verwendung in verschiedenen Automobilen wie z. B. Personenwagen, Leichtlastkraftwagen, Lastkraftwagen/Bussen, etc.
Bei solchen Luftreifen wurde daher versucht, das Gewicht des Stahlkordgürtels durch Minimieren des Durchmessers der Stahlkorde zu reduzieren. Bei solchen Multifilamentstahlkorden nimmt jedoch die Biegesteifigkeit beträchtlich ab, wenn der Korddurchmesser verringert wird und infolgedessen nimmt die Seitenführungskraft ab, was die Spurhaltigkeit verschlechtert.
Die EP-A-414 892 offenbart einen Luftreifen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dieses Dokument lehrt, ein Kordbruchphänomen zu vermeiden, indem zusätzlich zu zumindest zwei Gürtellagen eine Gummiverstärkungsschicht im Wesentlichen neben der Gürtellagenschicht angeordnet wird.
Die US-A-5 524 687 offenbart einen Fahrzeugluftreifen mit zwei Monofilamentkordlagen, wobei die Monofilamentkorde in einer der zwei Monofilamentkordlagen umgekehrt zu den Monofilamentkorden in der anderen in Bezug auf den Reifenäquator geneigt sind.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen bereitzustellen, in dem das Gewicht und der Rollwiderstand des Reifens verringert sind, ohne dass dies auf Kosten der Spurhaltigkeit und dergleichen geht.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
Nun werden im Detail Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Radialreifens für Personenwagen gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht von dessen Breaker ist;
3A und 3B jeweils ein Beispiel des gewellten Monofilamentkords zeigen; und
4 eine Querschnittsansicht eines Schwerlastradialreifens für Lastkraftwagen und Busse gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
In den Zeichnungen umfasst der Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Laufflächenabschnitt 2, ein Paar Seitenwandabschnitte 3, ein Paar axial beabstandete Wulstabschnitte 4, jeweils mit einem Wulstkern 5 darin, eine Karkasse 6, die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt, und einen Gürtel, der radial außerhalb der Karkasse 6 in dem Laufflächenabschnitt 2 angeordnet ist.
Die Karkasse 6 umfasst zumindest eine Lage von Korden, die radial unter einem Winkel von 75 bis 90 Grad in Bezug auf den Reifenäquator angeordnet sind und sich zwischen den Wulstabschnitten 4 durch den Laufflächenabschnitt 2 und Seitenwandabschnitte 3 erstrecken und um den Wulstkern 5 herum in jedem der Wulstabschnitte 4 von der Innenseite zu der Außenseite des Reifens umgeschlagen sind, um ein Paar Umschlagabschnitte 6B und einen Hauptabschnitt 6A dazwischen zu bilden.
Für die Karkasskorde kann ein Kord aus organischen Fasern, z. B. aus Nylon, Rayon, Polyester, aromatischem Polyamid und dergleichen, der aus einer Anzahl von organischen Filamenten oder Fasern, die miteinander verdrillt sind, hergestellt ist, verwendet werden. Auch Stahlkorde, die aus einer Vielzahl von miteinander verdrillten Stahlfilamenten hergestellt sind, können verwendet werden.
Jeder der Wulstabschnitte 4 ist mit einem aus einer Hartgummimischung hergestellten Wulstkernreiter 8 versehen, der sich radial nach außen erstreckt, während er sich von seinem radial inneren Ende, das an den Wulstkern 5 angrenzt, zu seinem radial äußeren Ende hin verjüngt. In dem Fall, in dem die Karkasse mit den Umschlagabschnitten 6B versehen ist, ist der Wulstkernreiter 8 üblicherweise zwischen dem Karkasslagenumschlagabschnitt 6B und Hauptabschnitt 6A angeordnet.
Der Gürtel umfasst einen Breaker 7 und optional ein Band.
Der Breaker 7 umfasst zwei gekreuzte Lagen von parallelen Korden, die unter einem Winkel von 15 bis 30 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegt sind. Der Begriff „gekreuzte Lagen" bedeutet hier, dass die Korde der einen Lage zu den Korden der anderen Lage umgekehrt in Bezug auf den Reifenäquator geneigt sind.
Das Band (nicht gezeigt) ist radial außerhalb des Breakers 7 angeordnet, um den Laufflächenabschnitt zu spannen. Das Band kann gebildet werden, indem zumindest ein Kord spiralförmig gewickelt wird oder indem ein Streifen von parallelen Korden gewickelt wird. In jedem Fall ist der Kordwinkel nicht größer als 5 Grad in Bezug auf den Reifenäquator.
Was die oben erwähnten zwei gekreuzten Lagen des Breakers 7 betrifft, ist zumindest eine davon, vorzugsweise jede davon eine Monofilamentkordlage 11, die aus parallel zueinander gelegten Monofilamentkorden 10 hergestellt ist. In der Monofilamentkordlage 11 ist die Kordzahl der Monofilamentkorde 10 in einem Bereich von 30 bis 50 (/5 cm Breite) festgelegt.
Der Monofilamentkord 10 ist ein metallisches Einzelfilament F mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform. Der Durchmesser D davon ist in einem Bereich von 0,35 bis 0,70 mm festgelegt. Der Monofilamentkord 10 weist eine Zugfestigkeit von 2800 bis 3700 Newton/mm², vorzugsweise 3000 bis 3600 Newton/mm² und eine Biegesteifigkeit von 35 bis 260 gfcm, vorzugsweise 60 bis 240 gfcm auf. Die Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit des Monofilamentkords 10 ist somit deutlich erhöht. Indem solch ein Monofilamentkord 10 verwendet wird, kann eine ausreichende Seitenführungskraft erhalten werden, während eine notwendige Kordhaltbarkeit beibehalten bleibt, und eine Gewichtsreduktion kann erreicht werden, ohne dass dies auf Kosten des Fahrkomforts geht, während gute Spurhaltigkeit beibehalten bleibt.
Wenn die Zugfestigkeit weniger als 2800 Newton/mm² beträgt, wird die Kordbruchfestigkeit unzureichend, wenn die Steifigkeit des Kords richtig angepasst ist. Wenn die Zugfestigkeit mehr als 3700 Newton/mm² beträgt, sind die Festigkeit und Ermüdungsfestigkeit des Kords deutlich verringert. In jedem Fall sind die Kordhaltbarkeit und die Gürtelhaltbarkeit verringert.
Wenn die Biegesteifigkeit weniger als 35 gfcm (0,343 Newton cm) beträgt, wird der Seitenkraftbeiwert unzureichend, um die Spurhaltigkeit zu verbessern. Wenn die Biegesteifigkeit mehr als 260 gfcm (2,548 Newton cm) beträgt, verschlechtert sich der Fahrkomfort.
Die Biegesteifigkeit des Kords wurde mit einem V-5-Steifigkeitstester, Modell 150-D von Taber Industries, USA, als eine Kraft in Grammzentimeter gemessen, die zum Biegen des Kords um 15 Grad erforderlich ist.
Wenn der Durchmesser D weniger als 0,35 mm beträgt, sind die Kordbruchfestigkeit und Steifigkeit unzureichend. Wenn der Durchmesser D mehr als 0,70 mm beträgt, wird die Steifigkeit zu hoch und der Fahrkomfort verschlechtert sich.
Wenn die Kordzahl weniger als 30 (/5 cm) beträgt, wird die Gürtelsteifigkeit unzureichend, die Scherverformung zwischen den Lagen nimmt zu, und die Neigung zu Kordbruch und Gürtelkantenablösung nimmt zu. Wenn die Kordzahl mehr als 50 (/5 cm) beträgt, werden Gewicht und Kosten erhöht und die Verarbeitbarkeit der Gürtel wird schlechter.
Um die Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit bis zu den oben erwähnten Bereichen zu erhöhen, wird als Material für den Monofilamentkord vorzugsweise ein Hartstahl verwendet, dessen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,80 bis 0,98 Gew.-%, vorzugsweise 0,92 bis 0,98 Gew.-% liegt. Im Bedarfsfall kann ferner Chrom hinzugefügt werden, um den proeutektoiden Zementit davon zu steuern.
Der oben erwähnte Monofilamentkord 10 ist ein nicht gewellter Kord, der Kord ist nämlich im Wesentlichen gerade, wenn er frei von Belastung ist. Es ist aber auch möglich, einen gewellten Kord zu verwenden, wie in den 3A und 3B gezeigt. 3A zeigt ein Beispiel, das zweidimensional gewellt ist. 3B zeigt ein Beispiel, das dreidimensional gewellt (spiralförmig gewellt) ist. Vom Standpunkt der Spurhaltigkeit ist es vorzuziehen, dass die Wellenteilung P auf mehr als 14,0 mm erhöht wird und die Wellenhöhe H ist in einen Bereich vom 0,002- bis 0,02-fachen der Wellenteilung P verringert.
Personenwagenradialreifen
1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Radialreifen für Personenwagen ist.
In dieser Ausführungsform ist die Karkasse 6 aus zwei Lagen 6a und 6b aus organischen Faserkorden (Polyesterfaserkorden) zusammengesetzt, die unter fast 90 Grad in Bezug auf den Reifenäquator angeordnet sind.
Der Gürtel umfasst einen Breaker 7 und ein Band (nicht gezeigt).
Das Band ist radial außerhalb des Breakers 7 angeordnet, um zu verhindern, dass der Breaker während eines Schnelllaufes angehoben wird. Das Band wird gebildet, indem organische Faserkorde (in diesem Beispiel Nylonkorde) unter einem Winkel von nicht mehr als 5 Grad in Bezug auf den Reifenäquator spiralförmig gewickelt werden. Das Band erstreckt sich über zumindest Breakerkantenabschnitte, um deren Bewegung zu einzuschränken. Es ist selbstverständlich möglich, das Band derart zu bilden, dass es sich über die gesamte Breakerbreite erstreckt.
Der Breaker 7 ist aus zwei gekreuzten Lagen 7a und 7b von parallelen Korden zusammengesetzt, die unter einem Winkel von 15 bis 30 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegt sind.
In diesem Beispiel sind alle Breakerlagen 7a und 7b eine Monofilamentkordlage 11, die aus parallel zueinander gelegten Monofilamentkorden 10 hergestellt ist.
In dem Fall eines Personenwagenreifens ist der Durchmesser D vorzugsweise in einem Bereich von 0,35 bis 0,55 mm festgelegt.
Schwerlastradialreifen
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Schwerlastradialreifen für Lastkraftwagen und Busse ist.
In dieser Ausführungsform ist die Karkasse 6 aus einer Einzellage von Multifilamentstahlkorden zusammengesetzt, die unter 90 Grad in Bezug auf den Reifenäquator angeordnet sind.
Der Gürtel ist aus nur einem Breaker 7 zusammengesetzt.
In dem Fall eines Schwerlastradialreifens ist der Breaker 7 vorzugsweise aus drei Lagen 7a, 7b und 7c oder vier Lagen 7a, 7b, 7c und 7d zusammengesetzt. Die radial innerste erste Lage 7a ist aus parallelen Korden hergestellt, die unter einem Winkel von 45 bis 70 Grad gelegt sind. Die radial äußeren zweiten, dritten und vierten Lagen 7b, 7c und 7d sind jeweils aus parallelen Korden hergestellt, die unter einem Winkel von 15 bis 30 Grad gelegt sind. Was die Neigungsrichtung der Korde in jeder Lage in Bezug auf den Reifenäquator betrifft, sind die ersten und zweiten Breakerlagen 7a und 7b gleich, aber umgekehrt zu den dritten und vierten Breakerlagen 7c und 7d. Zum Beispiel weisen die ersten und zweiten Breakerlagen 7a und 7b rechtseitige Aufwärtsneigungen auf und die dritten und vierten Breakerlagen 7c und 7d weisen linksseitige Aufwärtsneigungen auf.
Wie oben stehend erklärt, ist/sind zumindest eine, vorzugsweise zwei der drei oder vier Breakerlagen die oben erwähnte Monofilamentkordlage 11.
In dem Fall von zwei Monofilamentkordlagen 11 ist es vorzuziehen, dass die ersten und vierten Lagen 7a und 7d oder die zweiten und dritten Lagen 7b und 7c die Monofilamentkordlage 11 sind.
Ferner ist in dem Fall eines Schwerlastradialreifens der Durchmesser D vorzugsweise in einem Bereich von 0,45 bis 0,70 mm festgelegt.
Vergleichstest
Testreifen wurden hergestellt und auf die Spurhaltigkeit, den Fahrkomfort und den Rollwiderstand getestet.
(1) Spurhaltigkeitstest
Ein an allen Rädern mit Testreifen versehener Testwagen wurde auf einem trockenen Asphaltstraßenbelag einer Reifenteststrecke gefahren, und der Testfahrer bewertete die Spurhaltigkeit in fünf Rangstufen im Hinblick auf Handlingreaktion, Steifigkeit, Straßenhaftung und dergleichen. Je höher die Rangstufe, desto besser die Spurhaltigkeit.
(2) Fahrkomforttest
Der Testwagen wurde auf trockenen rauen Straßen (einschließlich einer Asphaltstraße, steingepflasterten Straße und Schotterstraße) gefahren, und der Testfahrer bewertete den Fahrkomfort auf der Basis von Ruppigkeit, Dämpfung, Aufwärtsschub, etc in fünf Rangstufen. Je höher die Rangstufe, desto besser der Fahrkomfort.
(3) Rollwiderstandstest
Der Rollwiderstand wurde gemäß SAE J-1269 gemessen. Die Testergebnisse sind durch einen Index angegeben, der darauf basiert, dass er bei einem herkömmlichen Reifen gleich 100 ist. Je höher der Index, desto kleiner der Rollwiderstand.
(4) Reifengewicht
Die Unterschied zu einem herkömmlichen Reifen ist gezeigt.
Wie oben beschrieben, können bei dem Luftreifen gemäß der vorliegenden Erfindung das Reifengewicht und der Rollwiderstand reduziert werden, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, ohne den Fahrkomfort und die Spurhaltigkeit zu verschlechtern.
Tabelle 1 (Reifengröße: 165/70R13 für Personenwagen)
Tabelle 2 (Reifengröße: 11R22,5 für Lastkraftwagen/Busse)

Claims

Luftreifen, umfassend eine Karkasse (6), die sich zwischen Wulstabschnitten (4) durch einen Laufflächenabschnitt (2) und Seitenwandabschnitte (3) erstreckt, und einen Gürtel (7), der radial außerhalb der Karkasse in dem Laufflächenabschnitt angeordnet ist, wobei der Gürtel mindestens eine Monofilamentkordlage (7a, 7b) umfasst, wobei die Monofilamentkordlage (11) aus parallelen Monofilamentstahlkorden (10) hergestellt ist, wobei jeder Monofilamentstahlkord ein Einzelfilament (F) ist, das eine kreisförmige Querschnittsform und einen Durchmesser von 0,35 bis 0,70 mm aufweist, und die Kordzahl der Monofilamentkorde in der Monofilamentkordlage in einem Bereich von 30 bis 50/5 cm liegt, wobei das Einzelfilament (F) aus Hartstahl hergestellt ist, eine Zugfestigkeit von 2800 bis 3700 Newton/mm² und eine Biegesteifigkeit von 35 bis 260 gfcm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt des Einzelfilaments in einem Bereich von 0,92 bis 0,98 Gew.-% liegt.
Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Monofilamentkordlage (11) zwei Monofilamentkordlagen (7b) ist, und die Monofilamentkorde (11) in einer der zwei Monofilamentkordlagen umgekehrt zu den Monofilamentkorden in der anderen in Bezug auf den Reifenäquator geneigt sind.
Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gürtel ein Band umfasst, das radial außerhalb der mindestens einen Monofilamentkordlage angeordnet ist, wobei das Band aus organischen Faserkorden hergestellt ist, die unter einem Winkel von nicht mehr als 5 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gewickelt sind.
Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Monofilamentkord (10) nicht gewellt ist.
Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Monofilamentkord (10) gewellt ist, die Wellenteilung (P) größer als 14,0 mm ist, und die Wellenhöhe (H) in einem Bereich des 0,002- bis 0,02-fachen der Wellenteilung liegt.