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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen, insbesondere
auf eine Laufflächenverstärkungsgürtelstruktur,
die in der Lage ist, die Schnelllaufhaltbarkeit und das Geräuschverhalten
zu verbessern.
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Im
Allgemeinen sind Radialreifen für
die Schnelllaufverwendung in dem Laufflächenabschnitt mit einem Breaker
und einem Band, das als Ring dient, versehen, um die Schnelllaufhaltbarkeit
zu verbessern. Um solch ein Laufflächenband zu verstärken, werden
bisher verbreitet Korde aus organischen Fasern, insbesondere Nylonkorde
verwendet, da Nylonkorde sich während
des Vulkanisierens des Reifens und der Heißhärtung nach dem Vulkanisieren
dehnen können,
um einen hohen Elastizitätsmodul
zu zeigen, der für
das Laufflächenband
erforderlich ist.
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In
den letzten Jahren besteht andererseits eine große Nachfrage nach einem Luftreifen,
der geräuscharm
ist und der eine hervorragende Haltbarkeit bei Schnelllauf aufweist.
Besonders bemerkenswert ist solch eine Nachfrage bei Personenwagenreifen.
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Die
WO-A-9 730 856 offenbart einen Reifen mit einem Band, das radial
außerhalb
einer Karkasslage in einem Laufflächenabschnitt angeordnet ist,
wobei das Band aus Korden besteht, die aus miteinander verdrillten
Metallfilamenten hergestellt sind, um einen variablen Elastizitätsmodul
mit einem Übergangspunkt
aufzuweisen. Unterhalb des Übergangspunktes
beträgt
der Elastizitätsmodul
maximal 10 kN/mm2, um das Formen des Reifens
in der Heizform zu erleichtern, und oberhalb des Übergangspunktes
beträgt
der Elastizitätsmodul
des Bandes etwa 80 kN/mm2, so dass das Band
im Betrieb beinahe undehnbar ist. Der Fahrkomfort dieses Reifens
ist noch nicht optimal.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen
bereitzustellen, dessen Fahrkomfort verbessert ist, ohne dass dies
zu Lasten der Schnelllaufhaltbarkeit bzw. des Geräuschverhaltens
geht.
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Dieses
Ziel wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
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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 eines Luftreifens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine Last-Dehnungs-Kurve eines Bandkords.
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines Bandkords.
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4 zeigt
ein gewelltes Filament.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Bandes.
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In 1 umfasst
ein Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Laufflächenabschnitt 2,
ein Paar axial beabstandeter Wulstabschnitte 4 mit jeweils
einem Wulstkern 5 darin, ein Paar Seitenwandabschnitte 3,
eine Karkasse 6, die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 durch
den Laufflächenabschnitt 2 und
die Seitenwandabschnitte 3 erstreckt, einen Breaker 7,
der radial außerhalb
der Karkasse 6 in dem Laufflächenabschnitt 2 angeordnet
ist, und ein Band 9, das radial außerhalb des Brea kers 7 angeordnet
ist. In diesem Beispiel ist der Luftreifen 1 ein Radialreifen
für Personenwagen.
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Die
Karkasse 6 besteht aus zumindest einer Lage 6A aus
unter einem Winkel von 70 bis 90 Grad in Bezug auf die Reifenumfangsrichtung
angeordneten Karkasskorden, die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 durch
den Laufflächenabschnitt 2 und
die Seitenwandabschnitte 3 erstrecken und von der Innenseite
zu der Außenseite
des Reifens um den Wulstkern 5 in jedem Wulstabschnitt 4 umgeschlagen
sind, um ein Paar Umschlagabschnitte 6b und einen Hauptabschnitt 6a dazwischen
zu bilden. Im Übrigen
ist zwischen dem Hauptabschnitt 6a und jedem Umschlagabschnitt 6b ein
Wulstkernreitergummi 8 angeordnet, der sich von dem Wulstkern 5 radial
nach außen
erstreckt, während
er sich in seiner radialen Richtung verjüngt.
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Was
das Material für
die Karkasskorde betrifft, werden im Fall von Personenwagenreifen
geeigneterweise Korde aus organischen Fasern, z. B. Nylon, Polyester,
Rayon, aromatischem Polyamid und dergleichen verwendet. Es werden
aber auch Stahlkorde gemäß der Reifengröße, -kategorie,
-verwendung und dergleichen verwendet.
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In
diesem Beispiel besteht die Karkasse 6 aus einer Lage 6A aus
Korden aus Polyethylenterphthalatfasern, die radial unter 90 Grad
in Bezug auf den Reifenäquator
angeordnet sind. Und die Umschlagabschnitte 6b erstrecken
sich radial nach außen über das
radial äußere Ende
des Wulstkernreitergummis 8 hinaus, so dass sie an den
Hauptabschnitt 6a angrenzen, und erstrecken sich weiter über den
Punkt Pm der maximalen Reifenquerschnittsbreite hinaus und enden
in dem Seitenwandabschnitt 3.
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Der
Breaker 7 besteht aus zumindest zwei gekreuzten Lagen 7A und 7B aus
Korden mit einem hohen Modul, die unter einem Winkel von 10 bis
35 Grad in Bezug auf die Reifenumfangsrichtung gelegt sind. Für die Breakerkorde
werden geeigneterweise Stahlkorde oder Korde aus organischen Fasern
mit einem hohen Modul, z. B. aromatischen Polyamidfasern, aromatischen
Polyesterfasern und dergleichen verwendet. In diesem Beispiel besteht
der Breaker 7 aus zwei gekreuzten Lagen 7A und 7B aus
unter einem Winkel von 20 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegten
Stahlkorden.
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Das
Band 9 besteht aus zumindest einer Lage 9A aus
zumindest einem Bandkord 10, dessen mit der Reifenumfangsrichtung
gebildeter Kordwinkel nicht mehr als 5 Grad beträgt. In diesem Beispiel besteht
das Band 9 aus nur einer Lage 9A, die an der radial äußeren Oberfläche des
Breakers 7 angeordnet ist und sich über die gesamte Breite des
Breakers 7 erstreckt.
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Der
Bandkord 10 weist eine derartige Last-Dehnungs-Kennlinie
auf, dass, wie in 2 gezeigt, die Last-Dehnungs-Kurve
Y einen Niedrigmodulteil YL zwischen dem Ursprung P0 und einem Punkt
P1, in welchem Teil der Elastizitätsmodul EL weniger als 1000
kgf/ mm2 beträgt, und einem Hochmodulteil
YH zwischen dem Punkt P1 und einem (nicht gezeigten) Bruchpunkt,
in welchem Teil der Elastizitätsmodul
EH mehr als 1000 kgf/mm2 beträgt, aufweist.
Somit ist der Punkt P1 der Übergangspunkt
von dem Niedrigmodulteil YL zu dem Hochmodulteil YH oder von weniger
als 1000 kgf/mm2 zu mehr als 1000 kgf/mm2. Da der Elastizitätsmodul E der Steigung der
Tangente K zu der Last-Dehnungs-Kurve Y entspricht, entspricht die
Steigung an dem Übergangspunkt
P1 dem Modul von 1000 kgf/mm2. Mit anderen
Worten, der Punkt P1 kann als solcher definiert werden.
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Was
die Position des Übergangspunktes
P1 betrifft, so ist diese in dem Dehnungsbereich von 1,0 bis 5,0
% festgelegt.
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In
diesem Beispiel ist, wie in 2 gezeigt,
der Niedrigmodulteil YL beinahe gerade. Insbesondere ist der Modul
im Wesentlichen durch zumindest 60 % der Gesamtlänge des Niedrigmodulteils YL
konstant. Der Niedrigmodulteil YL umfasst solch einen im Wesentlichen
geraden, kontinuierlichen Teil YL1.
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Es
ist zu bevorzugen, dass der durchschnittliche Elastizitätsmodul
ELn in dem Niedrigmodulteil YL in einem Bereich von 500 bis 750
kgf/mm2 festgelegt wird und der durchschnittliche
Elastizitätsmodul
EHn in dem Hochmodulteil YH in einem Bereich von 1200 bis 3000 kgf/mm2 festgelegt wird.
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Der
durchschnittliche Elastizitätsmodul
ELn ist hier definiert als ein Elastizitätsmodul, der der Steigung einer
geraden zwischen dem Ursprung P0 und dem Übergangspunkt P1 gezogenen
Linie entspricht. Der durchschnittliche Elastizitätsmodul
EHn ist definiert als ein Elastizitätsmodul, der der Steigung einer
geraden, zwischen dem Übergangspunkt
P1 und dem Bruchpunkt gezogenen Linie entspricht. Mit anderen Worten,
der durchschnittliche Elastizitätsmodul
ELn ist das Verhältnis
der Spannungsdifferenz zur Dehnungsdifferenz, jeweils zwischen dem
Ursprung P0 und dem Übergangspunkt
P1. Der durchschnittliche Elastizitätsmodul EHn ist das Verhältnis der
Spannungsdifferenz zur Dehnungsdifferenz, jeweils zwischen dem Übergangspunkt
P1 und dem Bruchpunkt.
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Beim
Vulkanisieren des Rohreifens in einer Heizform ist ein bestimmter
Grad an Dehnung für
das Rohband erforderlich, um eine Verformung des Reifens und eine
Verringerung der Reifengleichförmigkeit
zu verhindern.
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Da
der Modul des Bandkords 10 im Anfangsstadium der Dehnung
relativ klein ist, kann die notwendige Dehnung des Rohbandes gesichert
werden. Andererseits verschiebt sich in dem fertig gestellten Reifen,
da die Dehnung fixiert ist, die Last-Dehnungs-Kennlinie des Bandkords 10 in
Richtung des Hochmodulteils YH und auf Grund des sehr hohen Moduls
kann die Ringwirkung des Bandes im Vergleich mit dem herkömmlichen Kordband
aus organischen Fasern erheblich verstärkt werden, wodurch die Schnelllaufhaltbarkeit
verbessert werden kann. Ferner ändert
sich, da die Steifigkeit des Laufflächenabschnittes im Vergleich
mit dem Kordband aus organischen Fasern erhöht ist, die Schwingungsübertragungsfunktion
in vorteilhafter Weise und im Ergebnis kann das Geräuschverhalten
verbessert werden.
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Wenn
die Moduln außerhalb
der Bereiche liegen, ist es schwierig, die ausreichende Dehnung
zu sichern, und somit wird es schwierig, die Schnelllaufhaltbarkeit
und dergleichen zu verbessern. Wenn der durchschnittliche Elastizitätsmodul
EHn mehr als 3000 kgf/mm2 beträgt, verschlechtert
sich der Fahrkomfort.
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Der
Bandkord 10 besteht, wie in 3 gezeigt,
aus miteinander verdrillten Stahlfilamenten 13. Vorzugsweise
liegt die Anzahl der Stahlfilamente 13 in einem Bereich
von 2 bis 14 und der Durchmesser D der Stahlfilamente liegt in einem
Bereich von 0,10 bis 0,25 mm.
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Um
die oben erwähnte
Last-Dehnungs-Kennlinie zu erreichen, umfassen die Stahlfilamente 13 ein
gewelltes Filament 13A und ein optionales, nicht gewelltes
Filament 13B.
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Das
gewellte Filament 13A wird in einem Zustand, bevor es miteinander
verdrillt wird, in eine zweidimensionale Zickzack-Wellenform geformt,
wie in 4 gezeigt. Das nicht gewellte Filament 13B ist
in einem Zustand, bevor es miteinander verdrillt wird, im Wesentlichen
gerade.
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Als
zweidimensionale Zickzack-Wellenform kann geeigneterweise eine dreieckige
Wellenform oder Sinus-Wellenform mit einer Wellenlänge T von
0,5 bis 10,0 mm und einer Wellenhöhe H von 0,1 bis 1,0 mm verwendet
werden.
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Im
Vergleich mit einer dreidimensionalen Wellung ist solch eine zweidimensionale
Wellung einfach herzustellen, präzise
und stabil und somit zu bevorzugen. Die Anzahl der gewellten Filamente 13A beträgt vorzugsweise
zumindest 30 % der Gesamtanzahl der Metallfilamente 13.
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Daher
zeigt der Bandkord 10 auf Grund der gewellten Filamente 13 einen
niedrigeren Modul, während die
prozentuale Dehnung des Kords klein ist, bis die gewellten Filamente
sich dem geraden Zustand annähern. Nachdem
die gewellten Filamente sich dem geraden Zustand angenähert haben
und die prozentuale Dehnung jene von P1 erreicht, zeigt der Bandkord 10 einen
höheren
Modul.
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Was
die Verdrillungsstruktur des Bandkordes betrifft, werden in diesem
Beispiel alle Metallfilamente 13 als ein einziges Büschel miteinander
zu einem Bandkord 10 verdrillt, während jedes Filament um seine Längsachse
herum verdrillt wird. Demgemäß wird die
zweidimensionale Wellenform in dem fertig gestellten Kord die dreidimensionale
Wellenform und Spalte, durch die der Gummierungsgummi in den Kord
hinein eindringen kann, werden stabil zwischen den Metallfilamenten 13 gebildet.
Daher wird nicht nur die oben erklärte, notwendige Last-Dehnungs-Kennlinie
bereitgestellt, sondern es wird auch die Gummeindringung verbessert. Überdies
kann die Abnutzung der Filamente wirksam gesteuert werden, um die
Ermüdungsfestigkeit
des Kords zu verbessern.
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Neben
der oben erwähnten
Verdrillungsstruktur kann der Bandkord 10 wie folgt gebildet
werden. Zuerst werden Büschel
von zwei bis fünf
Filamenten hergestellt und dann werden die Büschel miteinander zu einem
Kord verdrillt, während
jedes Büschel
um seine Längsachse
herum verdrillt wird.
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Die
oben erwähnte
Bandlage 9A kann gebildet werden, indem ein breiter Streifen
von gummierten, parallelen Korden 10 auf die radiale Außenseite
der Karkasse aufgebracht wird und deren Umfangsenden gespleißt werden.
In diesem Beispiel jedoch wird, um Spleißprobleme zu vermeiden, die
Bandlage 9A gebildet, indem ein Gummiband 11 spiralförmig gewickelt
wird, in dem mehrere Korde 10 parallel zueinander entlang ihrer
Länge eingebettet
sind, wie in 5 gezeigt.
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In
diesem Beispiel ist das Band, wie oben erklärt, als eine einzige Lage von
Bandkorden gewickelt. Es ist aber auch möglich, zwei oder mehrere Lagen über die
gesamte Breite des Breakers zu wickeln. Überdies ist es auch möglich, in
einem bestimmten Abschnitt, insbesondere in dem Breaker-Kantenabschnitt,
teilweise doppelt und in anderen Abschnitten eine einzige Lage zu
wickeln.
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Vergleichstests
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Testreifen
der Größe 195/65R15
für Personenwagen
mit der in 1 gezeigten Struktur und den
in Tabelle 1 gezeigten Spezifikationen wurden hergestellt und auf
Schnelllaufhaltbarkeit und Geräuschverhalten getestet.
In jedem Testreifen bestand die Karkasse aus einer einzigen Lage
von unter einem Winkel von 90 Grad in Bezug auf den Reifenäquator radial
angeordneten 1670-dtex/2-Polyethylenterephthalat-Faserkorden. Der
Breaker bestand aus einer Lage von parallel zueinander unter einem
Winkel von +20 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegten 1X1X0,42-Stahlkorden und einer
Lage von parallel zueinander unter einem Winkel von –20 Grad
in Bezug auf den Reifenäquator
gelegten 1X1x0,42-Stahlkorden.
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Schnelllaufhaltbarkeitstest:
Unter Verwendung einer Reifentestwalze wurde ein beschleunigter Schnelllaufhaltbarkeitstest
durchgeführt.
Die Fahrgeschwindigkeit wurde alle zehn Minuten in Schritten von
10 km/h von einer Anfangsgeschwindigkeit von 170 km/h erhöht und die
zurückgelegte
Distanz bis zum Auftreten eines Fehlers oder Schadens wurde gemessen.
Die Umgebungstemperatur betrug 25 +/–5 Grad C. Die Reifenbelastung
betrug 150 % der maximalen, in der japanischen Industrienorm spezifizierten
Belastung. Der Reifendruck betrug 80 % des in der japanischen Industrienorm
spezifizierten Standarddruckes. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
durch einen Index angegeben, der darauf basiert, dass Ref. 1 gleich
100 ist. Je höher
der Index, umso besser die Schnelllaufhaltbarkeit.
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Fahrbahngeräuschtest:
Ein an allen vier Rädern
mit Testreifen versehener Testwagen wurde auf einem glatten Straßenbelag
mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h im Freilauf gefahren und der
Gesamtgeräuschpegel
in dB(A) wurde in der Nähe
des inneren Ohres des Fahrers gemessen.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 durch einen Index angegeben, der darauf
basiert, dass Ref. 1 gleich 100 ist. Je höher der Index, umso besser
die Fahrbahngeräusche.
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- * 1) Die prozentuale Dehnung ist gezeigt.
- Ref. 1: Die Last-Dehnungs-Kurve bestand aus einem im Wesentlichen
geraden Teil, wo der Modul beinahe 500 kgf/cm2 betrug,
und einem im Wesentlichen geraden Teil, wo der Modul beinahe 850
kgf/cm2 betrug.
- Ref. 2: Die Last-Dehnungs-Kurve war insgesamt im Wesentlichen
gerade.