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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen, im Spezielleren
eine Karkassenstruktur, die in der Lage ist, das Reifengewicht zu
reduzieren.
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Seit
einigen Jahren besteht ein starker Bedarf an leichtgewichtigen Reifen,
um den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu verbessern. Daher wurde
versucht, das Karkassgewicht durch Verringern der Kordzahl für die Karkasslage
zu verringern, um das Reifengewicht zu verringern. Wie im Stand
der Technik gut bekannt, wird ein Luftreifen in einer Form vulkanisiert,
während
das Innere des Reifens unter Druck gesetzt wird. Es besteht daher
die Tendenz, dass der Gummierungsgummi der innersten Karkasslage
während
des Vulkanisierens des Reifens durch die Karkasskorde hindurch ausströmt. Demgemäß steigt,
wenn die Karkasskordzahl in der innersten Karkasslage verringert
wird, die Tendenz, dass der Gummierungsgummi ausströmt, und
wie in 5 gezeigt, nimmt die Dicke des Gummierungsgummis
(g), der die Innenseite der Karkasskorde bedeckt, beträchtlich
von (t') zu (t)
ab. Infolgedessen treten Probleme wie z. B. eine Abnahme der Luftdichtigkeit,
Kordkorrosion, Kord/Gummiablösung
und dergleichen auf, und die Haltbarkeit zeigt die Tendenz, abzunehmen.
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Die
DE-A-28 51 526 offenbart
einen flexiblen Körper,
der Textilkorde mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die
in einem gummiartigen Material eingebettet sind. Diese Textilkorde
können
beispielsweise in dem Reifengürtel
verwendet werden. Die Textilkorde können einen Reifen mit der gleichen
Stabilität
versehen wie Stahlkorde, leiten jedoch keine Wärme und können nicht korrodieren.
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Die
US-A-3 783 926 offenbart
eine Reifenkarkasse mit zwei Lagen, die sich zu einer Lage vereinigen. Aufeinander
folgende Korde einer jeden Lage sind zwischen benachbarten Korden
der anderen Lage eingesetzt, sodass die Korde der beiden Lagen im
Wesentlichen unter dem gleichen Abstand von der Innenwand des Reifens
in Gebieten der Karkasse zwischen den mittleren Höhen der
beiden Seitenwände
angeordnet sind.
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Die
GB-A-990 392 offenbart
eine Reifenkarkasse, in der Textilkorde und Metalldrähte abwechselnd
in der Umfangsrichtung des Reifens angeordnet sind. Die Textilkorde
und die Metalldrähte
weisen denselben Durchmesser auf und beide verstärken den Reifen. Diese heterogenen
Schichten, die Korde aus unterschiedlichen Materialien umfassen,
tragen dazu bei, dass die schädlichen
Spannungsdefekte verringert werden und die Haftung erhöht wird.
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Die
EP-A-555 071 offenbart
eine gummierte Schicht für
einen Radialreifen, wobei die Verstärkungskorde in eine Vielzahl
von Gruppen unterteilt sind und der Abstand zwischen aneinander
angrenzende und gegenüberliegende
Verstärkungskorde,
die nicht miteinander gruppiert sind, breiter ist als ein Abstand
zwischen aneinander angrenzenden verstärkenden Elementen, die bei
gleichen Zwischenräumen
getrennt angeordnet sind.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen
bereitzustellen, bei dem das Reifengewicht reduziert ist, ohne dass
die Haltbarkeit verschlechtert ist. Dieses Ziel wird durch einen
Luftreifen nach Anspruch 1 erreicht.
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Die
Zwischenräume
zwischen den Karkasskorden sind vorzugsweise in einem Bereich von
0,02 bis 0,80 mm festgelegt.
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Daher
wird die für
die Karkasslage erforderliche Festigkeit durch die Hauptkorde bereitgestellt
und die Zusatzkorde hindern den Gummierungsgummi am Ausströmen, was
bewirkt, dass die Dicke des Gummierungsgummis abnimmt. Demgemäß kann das
Gewicht der Zusatzkorde so weit minimiert werden, dass sie die Ausströmung während der
Vulkanisierung des Reifens verhindern können und das Gesamtgewicht
der Karkasskorde und des Gummierungsgummis kann minimiert werden,
ohne die Haltbarkeit zu beeinträchtigen.
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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 ist
eine vergrößerte schematische
Querschnittsansicht einer Karkasslage, die eine Anordnung von Hauptkorden
und Zusatzkorden zeigt.
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3 ist
eine vergrößerte schematische
Querschnittsansicht einer Karkasslage, die ein weiteres Beispiel
der Anordnung der Hauptkorde und Zusatzkorde zeigt.
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4 ist
eine grafische Darstellung, die die Funktion der Zusatzkorde erklärt.
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5 ist
eine vergrößerte schematische
Querschnittsansicht einer Karkasslage, die in Referenzreifen in
den unten erwähnten
Vergleichstests verwendet wird.
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In
den Zeichnungen umfasst ein Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung 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
einen Gürtel 7,
der radial außerhalb der
Karkasse 6 in dem Laufflächenabschnitt 2 angeordnet
ist.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Reifen 1 ein
Radialreifen für
Personenkraftwagen.
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Die
Karkasse 6 besteht aus zumindest einer Lage 6A von
Karkasskorden 10. Die Karkasskorde 10 in der Lage 6A sind
radial unter einem Winkel von 70 bis 90 Grad in Bezug auf den Reifenäquator angeordnet, und
jeder erstreckt sich zwischen den Wulstabschnitten 4 durch
den Laufflächenabschnitt 2 und
Seitenwandabschnitte 3 hindurch, und alles ist um den Wulstkern 5 herum
in jedem Wulstabschnitt 4 von der axialen Innenseite zu
der axialen Außenseite
umgeschlagen, um so ein Paar von Karkasslagen-Umschlagabschnitten 6b und
einen Karkasslagen-Hauptabschnitt 6a dazwischen zu bilden.
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Die
Karkasse 6 in diesem Beispiel besteht aus der Lage 6A und
die Korde 10 darin sind radial unter einem Winkel von 90
Grad in Bezug auf den Reifenäquator
angeordnet. Und ein Innerliner 9, der aus einem gasundurchlässigen Gummi
hergestellt ist, ist entlang der Innenseite der Karkasse 6 angeordnet,
sodass er dem Reifenhohlraum zugewandt ist. Um jedoch das Reifengewicht
weiter zu verringern, kann der Innerliner 9 weggelassen
werden, wie später
erklärt
ist.
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Während des
Aufbaus eines Reifenrohlings wird die Karkasslage 6A durch
das Aufbringen einer Bahn von gummierten Karkasskorden 10 um
die Reifenbautrommel herum gebildet. Die Karkasskorde 10 in
der Bahn werden parallel zueinander gelegt. Jede Seite der Bahn
wird mit einem Gummierungsgummi 12 (Dicke t') beschichtet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfassen die Karkasskorde 10 in der Bahn Hauptkorde 10M und Zusatzkorde 10S,
die einander in der Längsrichtung
der Bahn abwechseln. Demgemäß wechseln
in dem fertiggestellten Reifen die Hauptkorde 10M und Zusatzkorde 10S in
der Karkasslage 6A in der Umfangsrichtung des Reifens einander
ab. Zwischen den benachbart Hauptkorden 10M sind ein bis
drei Zusatzkorde 10S angeordnet.
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2 zeigt
ein Beispiel, in dem ein Zusatzkord 10S zwischen den Hauptkorden 10M angeordnet
ist.
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3 zeigt
ein Beispiel, in dem zwei Zusatzkorde 10S zwischen den
Hauptkorden 10M angeordnet sind.
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Die
Hauptkorde 10M dienen dazu, eine Unterstützung für den Reifeninnendruck
und eine Reifenbelastung bereitzustellen. Anders ausgedrückt, die
Hauptfunktion der Hauptkorde 10M besteht darin, die Karkasslage
zu verstärken.
Die Zusatzkorde 10S dienen hingegen dazu, die Ausströmung des
Gummierungsgummis 12 während
einer Vulkanisierung zu steuern.
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Um
eine Reifengewichtsreduktion zu erreichen, während die für die Karkasslage notwendige
Festigkeit erhalten bleibt, wird ein Kord mit einer hohen Festigkeit
und einem hohen Modul als die Hauptkorde 10M verwendet
und die Kordzahl der Hauptkorde 10M ist verringert.
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Wenn
ein Festigkeitsindex das Produkt aus Tm × Km der Kordfestigkeit Tm
(N) des Hauptkords 10M und der Kordzahl Km der Hauptkorde 10M pro
5 cm Lagenbreite ist, ist üblicherweise
der
Festigkeitsindex in einem Bereich von 4.000 bis 20.000 N/5 cm im
Fall von Personenwagenreifen festgelegt, und
im Fall von Schwerlastreifen
für Lastkraftwagen
und Busse ist der Festigkeitsindex in einem Bereich von 15.000 bis
100.000 N/5 cm festgelegt.
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Es
ist bevorzugt, dass die Kordfestigkeit Tm nicht weniger als 140
(N) im Fall eines Personenwagenreifens beträgt und die Kordfestigkeit Tm
im Fall von Schwerlastreifen für
Lastkraftwagen und Busse nicht weniger als 800 (N) beträgt.
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Im Übrigen kann
die Kordfestigkeit Tm durch Erhöhen
der Korddicke Dm und/oder Verwendung eines Materials mit einer überlegenen
Reißfestigkeit
erhöht
werden.
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Daher
wird es möglich,
die Festigkeit des Zusatzkords so weit zu minimieren, dass die Zusatzkorde die
Ausströmung
des Gummierungsgummis verhindern können. Somit können die
Zusatzkorde eine geringere Festigkeit und/oder eine geringere Dicke
als die Hauptkorde aufweisen. Zum Beispiel kann im Fall der Personenwagenreifen,
in denen üblicherweise
Material aus einer organischen Faser wie z. B. Nylon, Polyester,
Rayon und dergleichen in den Karkasskorden verwendet wird, die Festigkeit
durch 1) Erhöhen
der Korddicke Dm, 2) Verwenden eines Materials aus einer organischen
Faser mit einer hohen Festigkeit und einem hohen Modul wie z. B.
Hochmodul-Polyethylen, Hochmodul-Vinylon, aromatisches Polyamid,
Polyolefinketon und dergleichen, oder Stahlfasermaterial, und/oder
3) Ändern
der Kordstruktur erhöht
werden.
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Im
Fall der Schwerlastreifen, in denen herkömmlicherweise Stahlkorde als
Karkasskorde verwendet werden, kann die Festigkeit erhöht werden,
indem 1) die Korddicke Dm erhöht
wird und/oder 2) der Kordaufbau verändert wird.
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Wie
oben erklärt,
besteht die Hauptfunktion der Zusatzkorde 10S darin, die
Ausströmung
von Gummi während
der Vulkanisierung zu steuern. Daher kann die Kordfestigkeit Ts
davon bis unter die Kordfestigkeit Tm des Hauptkords 10M verringert
werden. Ferner ist es im Hinblick auf die Materialkosten und die
Gewichtsreduktion zu bevorzugen, dass das Produkt Ts × Ks aus
der Kordfestigkeit Ts und der Anzahl Ks (=1, 2 oder 3) des/der Zusatzkords/e 10S zwischen
den Hauptkorden 10M in einem Bereich von nicht mehr als
dem 0,3-fachen, bevorzugter nicht mehr als dem 0,2-fachen und noch
bevorzugter nicht mehr als dem 0,15-fachen der Kordfestigkeit Tm
festgelegt ist.
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Im Übrigen kann
die Kordfestigkeit Ts des Zusatzkords 10S verringert werden,
indem die Korddicke Ds kleiner als die der Hauptkorde 10M gemacht
wird und/oder ein Material mit einer geringeren Reißfestigkeit verwendet
wird.
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Wenn
die Kordfestigkeit Ts verringert wird, indem nur die Korddicke Ds
verringert wird, ist zu bevorzugen, dass die Korddicke Ds in einem
Bereich des 0,1 bis 0,67-fachen, bevorzugter des 0,1 bis 0,4-fachen
der Korddicke Dm der Hauptkorde 10M festgelegt ist. Wenn
die Dicke Ds mehr als das 0,67-fache der Dicke Dm beträgt, erhöht sich
das Reifengewicht im Widerspruch zu dem Zweck der vorliegenden Erfindung.
Wenn die Dicke Ds we niger als das 0,1-fache der Dicke Dm beträgt, wird
es schwierig, die Ausströmung
des Gummierungsgummis zu steuern.
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Ferner
ist, um die Ausströmung
des Gummmierungsgummis wirksam zu verhindern, die Kordzahl der Karkasskorde 10 (einschließlich 10M und 10S)
derart bestimmt, dass die Zwischenräume L dazwischen innerhalb
eines Bereiches von 0,02 bis 0,80 mm liegen und im Wesentlichen
konstant sind.
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Wenn
die Zwischenräume
L größer als
0,80 mm sind, besteht die Tendenz, dass die Ausströmung auftritt.
Wenn die Zwischenräume
L kleiner als 0,02 mm sind, besteht die Tendenz, dass ein Reibungsverschleiß zwischen
den benachbarten Korden verursacht wird, und es besteht die Tendenz,
dass eine Ablösung
von dem Gummierungsgummi auftritt.
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Der
oben erwähnte
Innerliner 9 ist aus einem luftundurchlässigen Gummi hergestellt und
erstreckt sich mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke über die
Reifeninnenfläche,
die dem Reifenhohlraum zugewandt ist. Als luftundurchlässiger Gummi
wird eine Butylkautschukmischung, die nicht weniger als 20 Gew.-%
Butylkautschuk und/oder Halogenbutyl-Kautschuk als sein Basisgummimaterial
umfasst, verwendet. Als restlicher Teil des Basiskautschukmaterials
kann, sofern erforderlich, ein Dienkautschuk verwendet werden. In
der luftundurchlässigen
Kautschukmischung kann anstelle des Butylkautschuks und/oder Halogen-Butylkautschuks auch
eine Halogenverbindung aus einem Isobutylen-Paramethylstyrol-Copolymer verwendet
werden.
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Wie
oben erwähnt,
ist es, um das Reifengewicht weiter zu reduzieren, zu bevorzugen,
dass der luftundurchlässige
Gummi als Gummierungsgummi 12 für die Karkasslage 6A verwendet
wird und der Innerlinergummi 9 weggelassen wird. In diesem
Fall ist es möglich,
dass der luftundurchlässige
Gummi nur an einem inneren Teil des Gummierungsgummis verwendet
wird, der dem Reifenhohlraum zugewandt ist, und in dem äußeren Teil
eine andere Gummimischung wie z. B. Dienkautschuk und dergleichen
verwendet wird.
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Der
oben erwähnte
Gürtel
umfasst einen Breaker 7 und optional ein Band, das radial
außerhalb
des Breakers 7 angeordnet ist. Der Breaker 7 umfasst
zumindest zwei Kreuzlagen 7A und 7B von Korden,
die parallel zueinander unter einem Winkel von 10 bis 35 Grad in
Bezug auf den Reifenäquator
gelegt sind. Für
die Breakerkorde können
geeigneterweise Stahlkorde und Hochleistungskorde aus einer organischen
Faser wie Z. B. aromatischem Polyamid und dergleichen verwendet
werden. In diesem Beispiel, das ein Personenwagen-Radialreifen ist,
ist der Gürtel 7 aus
zwei Kreuzbreakerlagen 7A und 7B zusammengesetzt.
Im Fall eines Schwerlastreifens wird üblicherweise der aus drei oder
vier Lagen zusammengesetzte Breaker 7 verwendet.
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Vergleichstests
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Radialreifen
mit einer Reifengröße von 195/65R14
für Personenwagen
und eine Reifengröße von 11R22.5
für Lastkraftwagen
und Busse wurden hergestellt und wie folgt getestet.
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Die
Testreifen wurden zerlegt, und die Dicke des Karkassgummierungsgummis,
der die Karkasskorde bedeckt, wurde als die Dicke t nach der Reifenvulkanisierung
gemessen, und die Dicke (t) ist in Tabelle 1 zusammen mit der Dicke
(t') vor der Vulkanisierung
gezeigt.
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Ferner
wurde die Welligkeit des Karkassgummierungsgummis auf Grund der
Ausströmung
während der
Vulkanisierung visuell überprüft.
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Gemäß der Position
der Grenze zwischen dem Karkassgummierungsgummi und dem Innerlinergummi
wurde der Welligkeitsgrad wie folgt bewertet:
- A:
Es war keine Welligkeit feststellbar.
- B: Die Grenze verlief nicht über
die inneren Enden der Korde hinaus, wie in 4 gezeigt.
- C: Die Grenze endete an einer Position zwischen den inneren
Enden der Korde und der Kordmittellinie H.
- D: Die Grenze lief über
die Kordmittellinie H hinaus, wie in 5 gezeigt.
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Die
Testergebnisse und die Spezifikationen der Karkasslage sind in Tabelle
1 gezeigt. Die Korddicke und Kordfestigkeit wurden gemäß der japanischen
Industrienorm (JIS) L-1017 im Falle von Korden aus einer organischen
Faser und gemäß JIS G-3510
im Falle von Stahlkorden gemessen. Tabelle 1
| Reifen | Ref.A | Bsp.A | Ref.B | Bsp.B |
| Reifengröße | 195/65R14 | 195/65R14 | 11R22.5 | 11R22.5 |
| Karkasslage | Fig.5 | Fig.2 | Fig.5 | Fig.3 |
| Hauptkord | 1100dtex//2/2 | 1100dtex//2/2 | 3
+ 8 + 13 × 0.175 | 3
+ 8 + 13 × 0,175 |
| Material | HM
Polyester | HM
Polyester | Stahl | Stahl |
| Festigkeit
Tm (N) | 280 | 280 | 1510 | 1510 |
| Dicke
Dm (mm) | 0,78 | 0,78 | 1,05 | 1,05 |
| Anzahl
Km/5cm | 45 | 45 | 26 | 26 |
| Tm × Km (N) | 12600 | 12600 | 39260 | 39260 |
| Zusatzkord | - | 490dtex | - | 1 × 3 × 0,175 |
| Material | - | 6-Nylon | - | Stahl |
| Festigkeit
Ts (N) | - | 29 | - | 189 |
| Dicke
Ds (mm) | - | 0,3 | - | 0,37 |
| Anzahl
Ks | - | 1 | - | 2 |
| (Ts × Ks)/Tm | - | 0,1 | - | 0,25 |
| Zwischenraum
L (mm) | 0,7 | 0,02 | 0,87 | 0,24 |
| Ds/Dm | - | 0,38 | - | 0,35 |
| Welligkeit | C | A | D | B |
| Dicke | | | | |
| t
(nach) (mm) | 0,17 | 0,23 | 0,4 | 0,65 |
| t' (vor) (mm) | 0,26 | 0,26 | 0,85 | 0,85 |