-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckluftradialreifen, und genauer gesagt
auf einen Druckluftradialreifen, der verbesserte Eigenschaften bezüglich sowohl des Widerstandes
gegen Wulstablösung von der Felge, wenn der Reifen mit nicht genügend aufgepumptem Zustand
gefahren wird, als auch bezüglich der Spurstabilität bzw. Steuerstabilität hat, wenn der Reifen
andauernd mit hoher Geschwindigkeit gefahren wird.
-
Im allgemeinen wird bei konventionellen Druckluftradialreifen für Personenwagen deren
Wulstzehenabschnitt im Ergebnis aus einem Auskleidungsgummi und einem
Cordbeschichtungsgummi gebildet, die während des Reifenformungsprozesses in diesen Bereich fließen und sich
dort sammeln, und es war im allgemeinen nicht üblich, ein bestimmtes Gummi allein für die
Ausbildung des Wulstzehenabschnittes zu verwenden. Dies bedeutet, daß keine ausreichende
Maßnahme ergriffen wurde, um eine Wulstablösung von der Felge oder das Auftreten eines
Außereingriffkommens zwischen Wulst und Felge zu verhindern, wenn der Reifen in einem
Zustand gefahren wurde, in welchem er einen ungewöhnlich niedrigen Aufpumpdruck oder einen
Aufpumpdruck hatte, der niedriger war als der vorgeschriebene Normalwert. Dann wurde als ein
Mittel für die Verhinderung der Wulstablösung in der japanischen Patentanmeldung, Kokai
Veröffentlichungs-Nr. 4-88501 (entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1) vorgeschlagen,
ein hartes Gummi in den Wulstzehenabschnitt einzuarbeiten. Dabei hat sich herausgestellt, daß
diese Maßnahme einen durchaus bemerkenswerten Effekt bei der Verhinderung der
Wulstablösung erzielt, jedoch hat diese Maßnahme keine Verbesserung in oder bezüglich der
Spurstabilität bzw. Spurtreue mit sich gebracht, wenn man den Reifen mit hoher Geschwindigkeit
laufen läßt.
-
Genauer gesagt neigen die Reifen einerseits dazu, wenn sie andauernd bzw. für längere
Zeit mit hoher Geschwindigkeit laufen, aufgrund ihrer eigenen Wärmeerzeugung und auch
deshalb, weil sie der von Bremsenteilen erzeugten Wärme ausgesetzt werden, einem
Temperaturanstieg zu unterliegen. Andererseits neigen die (verschiedenen) Gummiarten generell zu einem
Absinken ihrer ursprünglichen Härte, wenn die Temperatur höher wird, selbst wenn sie bei
Zimmertemperatur eine große Härte haben. Deshalb tritt beim Kurvenfahren während des Laufens
der Reifen wahrscheinlich das Phänomen auf, daß der Wulstabschnitt einer teilweisen,
schwimmenden Ablösung von den Felgen unterliegt, auf welchen die Reifen montiert sind und
leicht relativ bewegbar wird, was zu einem Absinken der Seitensteifigkeit und damit auch der
Spurtreue bzw. Steuerstabllltät der Reifen führt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Druckluftradialreifen
bereitzustellen, der verbesserte Eigenschaften sowohl bezüglich des Widerstandes gegen
Wulstablösung von der Felge hat, wenn der Reifen in einem unzureichend aufgepumptem Zustand
läuft als auch bezüglich der Spurstabilität, wenn er dauerhaft mit hoher Geschwindigkeit läuft.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Der Druckluftradialreifen
gemäß der Erfindung hat die strukturelle Eigenschaft, bei weicher eine Hartgummischicht, die eine
sehr geringe Empfindlichkeit gegenüber thermischen Einflüssen hat, zumindest in einen
Wulstzehenbereich eingearbeitet wird, der zwischen einem Wulstkern und einer Wulstzehe in dem
Wulstabschnitt liegt. Zusätzlich hat gemäß der Erfindung das Hartgummi die Eigenschaften, die
sich wiederspiegeln in einem dynamischen Elastizitätsmodul bei 20ºC, E'-20ºC, in einem Bereich
von 5,0 bis 11,0 MPa und auch in einem Verhältnis des dynamischen Elastizitätsmoduls bei 60ºC,
E'-60ºC, zu dem obigen Wert E'-20ºC, nämlich E'-60ºC/E'-20ºC, von zumindest 0,8.
-
Indem ein Hartgummi, welches eine geringe Empfindlichkeit auf thermische Einflüsse hat,
in den Wulstzehenberelch wie oben angegeben eingearbeitet wird, ist es möglich zu verhindern,
daß eine Wulstablösung auftritt, wenn Reifen in einem unzureichend aufgepumptem Zustand
laufen. Auch wenn die Reifentemperatur ansteigt aufgrund eines andauernden
Hochgeschwindigkeitslaufes des Reifens, unterliegt das harte Gummi fast keiner Änderung seiner ursprünglichen
Harte, so daß es möglich ist, das Absinken der Seitensteifigkelt des Reifens zu verhindern und
die Spurstabilität bzw. -Treue intakt zu halten.
-
In der bzw. für die vorliegende Erfindung bedeutet der dynamische Elastizitätsmodul eines
Gummis, E', daß der dynamische Speichermodul des Gummis, der bestimmt werden kann mit
einem Viskoelastizitäts-Spektrometer (kommerziell erhältlich beispielsweise bei Iwamoto
Seisakusho K.K., Japan), bei den jeweils beschriebenen Temperaturen und unter einem
Lastzustand, bei welchem eine Testprobe des Gummis einer anfänglichen Dehnung von 10 %
ausgesetzt wird und dann einer dynamischen Dehnung mit einer Frequenz von 20 Hz und einer
Amplitude von ± 2 % (oder 8 bis 12 % der ursprünglichen Länge der Testprobe). Die Werte des
Moduls, die man bei 20ºC fand, werden mit E'-20ºC bezeichnet, während die bei 60ºC
gefundenen Werte mit E'-60ºC wiedergegeben werden.
-
Figur 1 zeigt eine Meridianschnittansicht einer Ausführungsform pneumatischer
Radialreifen gemäß der vorliegenden Erfindung,
-
Figur 2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, welche den Wulstabschnitt des Reifens
gemäß Figur 1 zeigt, und
-
Figur 3 ist eine schematische Ansicht, die in Form eines Diagrammes den Lauftestkurs
in Form des Buchstabens J zeigt, welcher beim Durchführen von Bewertungen von Testreifen
bezüglich ihres Widerstandes gegen Wulstablösung von der Felge verwendet wurde.
-
In der oder für die vorliegende Erfindung haben Radialreifen einen Schnittaufbau, der
beispielsweise so ist, wie in Figur 1 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt. Das dargestellte
typische Beispiel von Radialreifen besteht im wesentlichen aus einem Paar von linken und rechten
Wulstabschnitten 10, die jeweils einen darin eingebetteten Wulstkern 5 haben, einem Paar von
linken und rechten Seitenwandabschnitten 2, die durchgehend mit den linken bzw. rechten
Wulstabschnitten 10 ausgebildet sind, und einem Laufflächenabschnitt 1, welcher das Paar von
Seitenwandabschnitten 2 miteinander verbindet. Auf der Innenseite des Reifens ist eine Karkasse
4 angeordnet, die zumindest eine einzelne Karkassenschicht aufweist und deren Endabschnitt von
der Innenseite des Wulstkernes 5 zu dessen Außenseite hochgewendet ist in einer Art und Weise,
daß er eine Wulstfüllung bzw. einen Wulstfüller 6 umhüllt im Laufflächenabschnitt 1 sind
zumindest zwei Gürtelschichten 7 angeordnet, und zwar in einer Cordanordnung, so daß die
Gürtelcorde einer Schicht die der anderen Schicht kreuzen. Die Bezugszahl 15 bezeichnet eine
Felge, auf weicher der Radialreifen montiert wird.
-
In dem Wulstabschnitt 10, der in Figur 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist, besteht
ein Innerer unterer Eckabschnitt aus einer Wulstzehe 11, während ein äußerer unterer
Eckabschnitt eine Wulstferse 12 ist. In einem Wulstzehenbereich, der zwischen dem Wulstkern
5 und der Wulstzehe 11 in dem Wulstabschnitt 10 liegt, ist eine Hartgummischicht 13
eingearbeitet, welche eine geringe Empfindlichkeit auf thermische Einflüsse hat. Es kann
ausreichend sein, wenn diese Hartgummischicht 13 zumindest in einen solchen begrenzten
Bereich eingearbeitet wird, der unmittelbar zwischen dem Wulstkern 5 und der Wulstzehe 11 liegt
Es ist jedoch mehr bevorzugt, wenn das Hartgummi nicht nur in einem solchen begrenzten
Bereich vorhanden ist, sondern auch in einem ausgedehnten Bereich, der radial außerhalb des
äußeren Umfanges des Wulstkernes und entlang der Innenfläche der Karkasse 4 liegt, wie in
Figur 2 dargestellt, so daß die Aufgabe der Erfindung noch in zusätzlich vorteilhafter Weise gelöst
werden kann.
-
Soweit erforderlich, ist es möglich, weiterhin eine Verstärkungsschicht 8 eines
Fasergewebes in einem Abschnitt der Außenfläche des Wulstzehenbereiches vorzusehen. Es ist
jedoch nicht immer notwendig, diese Verstärkungsschicht 8 vorzusehen, die nur bei Bedarf
eingearbeitet werden kann.
-
In einem Wulstfersenbereich 3, welcher zwischen dem Wulstkern 5 und der Wulstferse
12 liegt, ist ein Felgenpolstergummi angeordnet.
-
Wie oben beschrieben, ist in dem Radialreifen gemäß der Erfindung eine
Hartgummischicht 13 zumindest in einem Wulstzehenbereich angeordnet, der zwischen dem Wulstkern und
der Wulstzehe liegt, wodurch die Festigkeit bzw. Steifigkeit des Wulstabschnittes so gesteigert
wird, daß hierdurch das Auftreten der ansonsten wahrscheinlichen Wulstablösung von der Felge
beim Kurvenfahren verhindert werden kann, wenn der Reifen in einem Zustand gefahren wird, in
welchem er einen Aufpumpdruck unterhalb des Normalwertes hat, d.h. einen niedrigeren
Aufpumpdruck als den vorgeschriebenen Normalwert.
-
Wenn man beginnt, einen Reifen laufen zu lassen, findet ein allmählicher Anstieg der
Temperatur in dem Reifen statt und dementsprechend steigt der Druck im Inneren des Reifens,
so daß in den meisten Fällen die Erzeugung einer Wulstablösung während eines anfänglichen
Zeitabschnittes nach dem Beginn des Laufens und bevor die Innentemperatur des Reifens
angestiegen ist, stattfindet. Deshalb ist gemäß der Erfindung festgelegt, daß die Hartgummischicht
13, die in den Wulstzehenbereich in Radialreifen eingearbeitet werden soll, einen dynamischen
Elastizitätsmodul bei 20ºC, E'-20ºC innerhalb eines Bereiches von 5,0 bis 11,0 MPa haben soll.
Wenn dieser Wert E'-20ºC kleiner als 5,0 MPa ist, so ist die Festigkeit bzw. Steifigkeit in dem
Wulstzehenbereich tendenziell unzureichend und es ist dann unmöglich, einen wünschenswerten
Widerstand des Reifens gegen Wulstablösung oder das Außereingrifftreten von Wulst und Felge
zu verwirklichen, während dann, wenn er größer als 11,0 MPa ist, die Steifigkeit in dem
Wulstabschnitt tendenziell so hoch wird, daß es schwierig wird, den Reifen auf eine Felge zu
montieren.
-
Andererseits ist es, um auch die Spurstabilität während der Zeit eines andauernden
Hochgeschwindigkeitslaufes zu verbessern, notwendig, die Bedingung zu erfüllen, daß selbst
dann, wenn die Reifentemperatur relativ groß wird, wenn der Reifen läuft, die Härte des
Hartgummis in dem Wulstzehenbereich nicht geringer wird. Hierfür wird für den Reifen gemäß der
vorliegenden Erfindung zusätzlich zu der Forderung, daß das Hartgumml in dem
Wulstzehenbereich die Eigenschaft hat, daß es die obige Forderung bezüglich E'-20ºC erfüllt, gefordert,
daß das Hartgummi die Eigenschaft hat, daß es einen dynamischen Modul bei 60ºC, E'-60ºC, hat,
der zumindest das 0,8-fache des obigen Wertes E'-20ºC beträgt. Das heißt, das Hartgummi,
welches man verwendet, sollte ein solches sein, daß eine sehr geringe Empfindlichkeit auf
Wärmeeinfluß hat und ein Verhältnis E'-60ºC zu E'-20ºC, E'-60ºC/E'-20ºC, von zumindest 0,8 hat.
Wenn dieses Verhältnis E'-60ºC/E'-20ºC kleiner als 0,8 ist, ist es aus den oben beschriebenen
Gründen tendenziell schwierig, eine wünschenswerte Spurtreue bei einer andauernden
Hochgeschwindigkeitsfahrt aufrechtzuerhalten.
-
Gummizusammensetzungen, welche die obigen Anforderungen an den dynamischen
Elastizitätsmodul oder den dynamischen Speichermodul erfüllen, können durch Mischen
verschiedener Zusätze, wie z.B. Ruß, Vulkanisierungsbeschleuniger usw., in eine oder mehrere
Gummi- bzw. Kautschukkomponenten, wie z.B. Naturkautschuk (NR),
Acrylnitril-Butadienkautschuk (NBR), Isoprenkautschuk (IR), Butadienkautschuk (BR), Styrol-Butadienkautschuk (SBR)
und Isobutylen-Isoprenkautschuk (IIR), erhalten werden. Es ist möglich, in passender Weise
bestimmte Typen der Kautschuk- bzw. Gummikomponenten und der Zusätze gezielt miteinander
zu kombinieren und in ähnlicher Weise gezielt die Mischungsverhältnisse derselben zu
bestimmen.
-
Die vorliegende Erfindung wird jetzt, insbesondere mit Bezug auf Ergebnisse und
Wirkungen derselben, anhand von Beispielen genauer beschrieben.
Beispiele:
-
Es wurden drei verschiedene Gummikompositionen A, B und C hergestellt mit den
jeweiligen Mischungsspezifikationen, wie sie unten in Tabelle 1 wiedergegeben sind, und es
wurden unter Einarbeitung der Zusammensetzungen A. B bzw. C jeweils in den
Wulstzehenbereich von Radialreifen eines Reifenaufbaues, wie er in Figur 1 dargestellt ist, ein Reifen
gemäß der Erfindung, ein Vergleichsreifen I und ein Vergleichsreifen II aufgebaut bzw. hergestellt.
-
Die Reifen hatten dieselbe Reifengröße von 195/65 VR 15, die im folgenden
beschriebenen Gürtelschichten und Karkasse, sowie eine Faserverstärkungsschicht, welche ein
glattgewebtes Nylongewebe aufwies, das in einem Abschnitt der äußeren Oberfläche des
Wulstzehenbereiches vorgesehen war.
-
Gürtelschicht: 2 gummierte Schichten mit Stahlcorden aus einem 1 x 5(0,25)
Verdrillungsaufbau, mit einer Corddichte von 40 Corden/50 mm und in einer Vorspannanordnung unter 24º
relativ zur Umfangsrichtung des Reifens.
-
Karkasse: eine einzelne Schicht mit 1000 D/2 Polyesterfasercorden, in einer Corddichte
von 55 Corden/50 mm und unter einem Cordwinkel von im wesentlichen 90º zur Umfangsrichtung
des Reifens.
Tabelle 1
Mischungsbestandteile
Naturkautschuk
Zinkoxyd
Stearinsäure
Alterungsschutzmittel³)
HAF Ruß
Weichmacheröl
Schwefel
Vulkanisierbeschleuniger&sup4;)
Bemerkungen:
-
Die angegebenen Mengen der Bestandteile sind Gewichtsteile und die Werte des
dynamischen Moduls sind in MPa angegeben;
-
1): Styrol-Butadienkautschuk (Nipol 1502, ein Produkt der Nippon Zeon K.K.);
-
2): Polybutadienkautschuk (Nipol 1220, ein Produkt der Nippon Zeon K.K.);
-
3): N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin; und
-
4): N-Oxydiethylen-2-benzothiazylsulfenamid.
-
Die betreffenden Reifen wurden auf eine Felge der Größe 6 1/2 JJ x 15 aufgezogen und
es wurden Tests für die Bewertung der Reifen bezüglich des Widerstandes gegen Wulstablösung
auf einem Kurventestkurs in Form des Buchstaben J, und auch ein Slalomtest für die Ermittlung
der Spurstabilität durchgeführt, wie unten beschrieben.
Kurventest In Form des Buchstaben J:
-
Die jeweiligen Testreifen wurden an einem Testfahrzeug (Personenkraftwagen) montiert
und einem Kurvenfahrtest bei einer Geschwindigkeit von 35,5 km/h auf einem Fahrtestkurs in
Form des Buchstaben J, wie in Figur 3 dargestellt, ausgesetzt, welcher einen geraden
Kursabschnitt 30 und einen halbkreisförmigen Kursabschnitt 31 mit einem Radius von 6 m
aufweist, der kontinuierlich von dem geradlinigen Kursabschnitt 30 ausgeht. Die Versuche wurden
in einer solchen Art und Weise ausgeführt, daß der Aufpumpdruck des auf das vordere linke Rad
montierten Reifens des Testfahrzeuges schrittweise von 2,0 kg/cm² jeweils um 0.1 kg/cm²
reduziert wurde und es wurden die Aufpumpdruckwerte bestimmt, bei welchen eine
Felgenberührung bzw. ein Felgenaufsetzen oder eine Wulstablösung von der Felge stattfand.
-
Die Versuche wurden fünfmal jeweils für die obigen geänderten Aufpumpdruckwerte
durchgeführt und für eine Bewertung der Reifen wurden Kehrwerte der Aufpumpdruckwerte für
das Erzeugen bzw. Auftreten der Felgenberührung oder der Wulstablösung als Indizes
angegeben, wobei die für den Vergleichsreifen 1 ermittelten Werte auf 100 festgesetzt wurden.
Ein größerer Wert (Index) bedeutet einen höheren und wünschenswerteren Widerstand gegen die
Wulstablösung.
Slalomfahrtest:
-
Die jeweiligen Reifen, die auf Testfahrzeugen montiert wurden, wurden einem
Hochgeschwindigkeitsaufwärmlauf für etwa 30 Minuten ausgesetzt, um die Reifentemperatur zu
steigern, und unmittelbar danach wurden sie einem Slalomtestlauf auf einer geraden Asphaltbahn
ausgesetzt, welche mit fünf Verkehrskegeln versehen war, die in Abständen von 30 m angeordnet
waren. Die für das Durchfahren des Testkurses benötigte Zeit wurde bestimmt und die Ergebnisse
sind in Form von Indizes wiedergegeben, wobei der für den Vergleichsreifen 1 gefundene Wert
mit 100 festgesetzt wurde. Ein kleinerer Wert (Index) bedeutet eine größere und
wünschenswertere Spur- bzw. Steuerungsstabilität.
-
Die Ergebnisse des obigen Kurvenfahrtests in Form des Buchstaben J sowie des
Slalomlauftests sind in der folgenden Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Reifen gemäß Erfindung
Vergleichsreifen
Gummizusammensetzung in Tabelle 1
Kurvenfahrtest in Form des Buchstaben J
Slalomlauftest
-
Aus der vorstehenden Tabelle 2 erkennt man, daß im Vergleich zum Vergleichstreifen I der
Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung auffällig verbesserte Eigenschaften sowohl bezüglich
des Widerstandes gegen Wulstablösung als auch bezüglich der Spur- bzw. Steuerstabilität hat.
Im Gegensatz hierzu hat der Vergleichsreifen II fast keine Verbesserung bezüglich der
Spurstabilität, obwohl er im Vergleich zum Vergleichsreifen I eine Verbesserung bezüglich der
Wulstablösung zeigt.