DE69104521T2

DE69104521T2 - Hohe Geschwindigkeitsluftreifen für LKW.

Info

Publication number: DE69104521T2
Application number: DE1991604521
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hoshino; Mikio Takatsu; Kiyoshi Ueyoko
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2011-03-14
Also published as: EP0447200A2; EP0447200B1; DE69104521D1; JPH0481301A; EP0447200A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochgeschwindigkeitsschwerlastreifen.
In jüngerer Zeit sind in derartigen Reifen und insbesondere Reifen für Flugzeuge radiale Karkassen in Benützung gekommen, um die strukturelle Beständigkeit, die Laufleistungsfähigkeit, die Treibstoffverbrauchs-Leistung und dergleichen zu verbessern.
In Radialreifen für Flugzeuge sind die Wulstteile einer großen Biegedeformation unter Schwerlastbedingungen unterworfen und die interne Temperatur des Wulstteiles wird in hohem Maß durch Hochgeschwindigkeitsabrollen während des Abhebens und Landens erhöht. Dies verursacht Wulstschaden, z.B. Trennungsversagen zwischen den benachbarten Schichten und zwischen Verstärkungscorden und dem umgebenden Gummi.
Selbst wenn die Abrollgeschwindigkeit niedrig ist, wird, wenn die Abrollzeit lang ist, z.B. während des Rollens, die interne Temperatur erhöht. In diesem Fall kann, zusätzlich zu den oben erwähnten Schäden, eine Gummibeschädigung, die sich von den Corden zu der äußeren Oberfläche der Reifenseitenwand erstreckt, bei einer Position nahe der Karkassenränder auftreten.
Um derartige Versagen zu verhindern, indem die Temperaturerhöhung verringert wird, ist ein Gummi mit einer niedrigen Wärmeerzeugungseigenschaft in dem Wulstteil und in den unteren Seitenwandteilen verwendet worden. Es ist jedoch gefunden worden, daß ein derartiges Gummi mit niedriger Wärmeerzeugung dazu neigt, Wulstschäden in einem frühen Stadium des Reifenlebens während sowohl dem Hochgeschwindigkeitsabrollen als auch dem Abrollen mit niedriger Geschwindigkeit entgegen den Erwartungen herbeizuführen.
Ein bekannter Reifen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist z.B. in der EP-A-0 323 208 gezeigt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Reifen für Hochgeschwindigkeits- und Schwerlastverwendung zu schaffen, in welchem der Wulstteil bezüglich der Beständigkeit verbessert ist.
Die Erfinder entdeckten, daß die Abstände zwischen den benachbarten Karkassencorden, die in dem Wulstteil und dem unteren Seitenwandteil angeordnet sind, einen unerwarteten Einfluß auf die Wulstbeschädigung besitzen.
Jedoch ist gefunden worden, daß Gummi mit einer niedrigen Wärmeerzeugungseigenschaft, z.B. durch Biegedeformation verursachter Wärmeerzeugung, eine dürftige Stärke aufweist. So wird, falls mit kleinen Abständen zwischen benachbarten Corden verwendet, die Scherbeanspruchung, die in dem Gummi zwischen den Corden erzeugt wird, groß und verursacht Trennungsversagen der Karkassencorde von dem umgebenden Gummi.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Reifen für Hochgeschwindigkeits- und Schwerlastverwendung ein Paar von Wulstteilen, ein Laufflächenteil, ein Paar von Seitenwandteilen, die sich zwischen den Laufflächenrändern und den Wulstteilen erstrecken, ein Paar von Wulstkernen, wovon einer in jedem Teil angeordnet ist, eine radiale Karkasse mit zumindest einer Lage von gummierten Corden, die sich zwischen den Wulstteilen erstrekken und um die Wulstkerne umgeschlagen sind, eine Lauffläche, die radial außerhalb der Karkasse angeordnet ist und eine Gürtellage, die radial außerhalb der Karkasse und innerhalb der Lauffläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Reifen auf seiner regulären Felge aufgezogen ist und zu seinem regulären inneren Druck aufgepumpt ist, zumindest 60 % der Beabstandungen in der Zahl zwischen den benachbarten Karkassencorden, die in einem Reifenseitenteil angeordnet sind, der zwischen zwei Punkten P1 und P2 definiert ist, nicht kleiner als ein 1/4 mal und nicht größer als 2mal die Dicke D der Karkassencorde sind, worin der Punkt P1 auf der äußeren Oberfläche des Reifens bei einer Höhe entsprechend der Höhe eines Felgenflansches Rb angeordnet ist, und der Punkt P2 auf der äußeren Oberfläche des Reifens bei einer Höhe von 1/3 mal der Reifenquerschnittshöhe H angeordnet ist, und das Karkassencord überziehende Gummi die folgenden Eigenschaften aufweist: ein 100 % Modul von nicht weniger als 40 kg/cm² und nicht mehr als 70 kg/cm², eine Dehnung bei Zubruchgehen von nicht weniger als 200 % und nicht mehr als 350 % und eine Beanspruchung bei Zubruchgehen von nicht weniger als 150 kg/cm² und nicht mehr als 300 kg/cm².
Eine Reifengröße von 46 x 17 R 20 für Flugzeugreifen als ein Beispiel nehmend, wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nun detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Fig. 1 eine Halbschnittansicht eines Reifens ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die den Wulstteil und den unteren Seitenwandteil zeigt;
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die längs der Linie 1-1 von Figur 2 genommen ist; und
Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Dicke des unteren Seitenwandteils und der internen Temperatur davon zeigt.
Der Reifen 1 ist auf seiner regulären Felge R aufgezogen und zu seinem regulären inneren Druck aufgepumpt gezeigt. Dieser Zustand wird im nachfolgenden als der "Normaldruckzustand" bezeichnet.
Der Reifen 1 weist ein Paar von axial beabstandeten Wulstteilen 3, ein Laufflächenteil 5 und ein Paar von Seitenwandteilen 4 auf, die sich zwischen den Laufflächenrändern und den Wulstteilen 3 erstrecken. Der Reifen umfaßt weiter ein Paar von Wulstkernen 2, wovon einer in jedem Wulstteil 3 angeordnet ist, und eine Karkasse 7, die sich zwischen den Wulstteilen durch die Seitenwandteile 4 und den Laufflächenteil 5 erstreckt.
Die Felge R umfaßt ein Paar von verjüngten Wulstsätzen Ra und ein Paar von Flanschen Rb, die sich radial auswärts von den axial äußeren Rändern der Wulstsitze Ra erstrecken. Die Bodenseite 3a und die Seitenfläche 3b von jedem Wulstteil 3 berührt den Wulstsitz Ra bzw. den Flansch Rb der Felge.
Die Karkasse 7 umfaßt eine Vielzahl von Schichten von gummierten Corden, die sich zwischen den Wulstteilen erstrecken und um die Wulstkerne geschlagen sind.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Karkasse aus zwei Schichten 7A und 7B zusammengesetzt, worin die innere Schicht 7A aus pluralen Lagen 7a (in diesem Beispiel vier Lagen) zusammengesetzt ist, die um die Wulstkerne 2 von der Innenseite zu der Außenseite des Reifens umgeschlagen sind, und die äußere Schicht 7B aus pluralen Lagen 7b (in diesem Beispiel zwei Lagen) zusammengesetzt ist, die in der umgekehrten Richtung um die Wulstkerne von der Außenseite zu der Innenseite des Reifens umgeschlagen sind, um sich um den umgeschlagenen Teil der inneren Schicht 7A zu wickeln.
Jede Karkassenlage 7a der inneren Schicht weist einen toroidalen Hauptteil 70 auf, der sich zwischen den Wulstteilen 3 durch die Seitenwandteile 4 und den Laufflächenteil 5 erstreckt und um die Wulstkerne 2 von der axialen Innenseite zu der Außenseite davon geschlagen ist, um umgeschlagene Teile 71 zu bilden.
Jede Karkassenlage 7b der äußeren Schicht weist einen toroidalen Hauptteil 73 auf, der sich zwischen den Wulstteilen 3 durch die Seitenwandteile 4 und den Laufflächenteil 5 erstreckt und um die Wulstkerne 2 von der axialen Außenseite zu der Innenseite davon umgeschlagen ist, um umgeschlagene Teile 74 zu bilden.
In jeder der Karkassenlagen 7a und 7b sind die Karkassencorde 6 radial bei einem Winkel von 70 bis 90º mit Bezug auf den Reifenäquator angeordnet und in einer sich verjüngenden Gummiverbindung 8 eingebettet.
In den benachbarten Karkassenlagen der Karkasse 7 in diesem Ausführungsbeispiel sind die Corde von einer Karkassenlage in Richtung auf eine Seite des Reifenäquators geneigt und die Corde der anderen Karkassenlage in Richtung auf die andere Seite des Reifenäquators geneigt, so daß die Karkassencorde in jeder Lage die Corde der benachbarten Karkassenlage kreuzen.
Für die Karkassencorde 6 können organische Fasercorde z.B. Rayon, Polyester, VINYLON (Warenzeichen), Nylon, aromatisches Polyamid oder dergleichen verwendet werden.
Jeder Wulstteil 3 ist mit einem Wulstreiter 9 zwischen dem oben erwähnten Hauptteil 70 und dem umgeschlagenen Teil 71 versehen. Der Wulstreiter 9 erstreckt sich verjüngend radial auswärts von dem Wulstkern 2 zu einer Position über dem radial äußeren Rand des Felgenflansches Rb.
In dem oben erwähnten Laufflächenteil ist eine Gürtellage 10 radial außerhalb der Karkasse 7 und radial innerhalb der Gummilauffläche 5 angeordnet.
Die Gürtellage 10 ist aus einer Vielzahl von Lagen 10a (in diesem Beispiel 8 Lagen) zusammengesetzt. Die axial äußeren Ränder der Gürtellagen sind so ausgerichtet, daß jeder Rand der Gürtellage 10 im wesentlichen Parallel zu der äußeren Oberfläche des Reifens liegt. Die Gürtellage 10 weist eine Breite von 70 bis 85 % der Reifenschnittbreite auf, um so die Karkasse eng zu binden, um weiter die Starrheit des Reifens zu erhöhen und dadurch die Laufleistungsfähigkeit zu verbessern. Die Corde von jeder Gürtellage 10a sind in einem Winkel von 0 bis 20º mit Bezug auf den Reifenäquator und parallel zueinandergelegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Abstände zwischen den benachbarten Corden 6 spezifisch in einem spezifischen Teil 12 definiert, der durch einen Punkt P1 und einen Punkt P2 definiert ist. Dieser Teil 12 ist ein Teil, in welchem eine große Biegedeformation auftritt, wenn in dem Boden berührenden Fleck des Reifens und so ist dieser Teil, wo Schaden am anfälligsten ist, aufzutreten.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist der oben erwähnte Punkt P1 auf der äußeren Oberfläche des Reifens bei einer Höhe h1 entsprechend der Höhe des Felgenflansches Rb angeordnet, und der Punkt P2 ist auf der äußeren Oberfläche des Reifens bei einer Höhe H1 von 1/3 mal der Reifenguerschnittshöhe H angeordnet. Beide der oben erwähnten Höhen werden radial von einem Fersenpunkt Q gemessen, welcher als der Schnittpunkt zwischen einer Verlängerungslinie der Wulstbodenseite 3a und einer Verlängerungslinie der Wulstseitenfläche 3b definiert ist.
Der oben erwähnte Teil 12 ist dazu definiert, als zwischen einer gerade Linie L1, die senkrecht zu der äußeren Oberfläche des Reifens von dem Punkt P1 gezogen ist, und einer geraden Linie L2 zu liegen, die senkrecht zu der äußeren Oberfläche des Reifens von dem Punkt P2 gezogen ist.
In diesem ringförmigen Teil 12 von jeder Seitenwand des Reifens, wie in Figur 3 gezeigt, sind unter dem oben erwähnten Normaldruckzustand die Abstände zwischen den benachbarten Karkassencorden, präziser die Abstände d1 zwischen den benachbarten Karkassencorden in jeder der Karkassenlagen 7a und 7b, und der Abstand d2 zwischen den Corden von jeder Karkassenlage und jenen der nächsten Karkassenlage dazu eingestellt, nicht weniger als 1/4 mal und nicht mehr als 2 mal die Dicke D der Karkassencorde zu betragen, wodurch die Scherspannung, die zwischen den Karkassencorden und zwischen den Karkassenlagen durch gebogene Deformation verursacht wird, durch das Gummi, welches zwischen den Karkassencorden vorliegt, d.h. das Karkassengummi 8, gemildert und als eine Folge die Gummibeschädigung und das Cordtrennungsversagen verhindert und die Beständigkeit verbessert wird.
Beiläufig muß, um dies zu erreichen, die oben erwähnte Regulierung der Abstände d1 und d2 von zumindest 60 % oder mehr der Anzahl der Abstände d1 und d2 eingehalten werden, bevorzugterweise nicht weniger als 80 % und insbesondere bevorzugt nicht weniger als 90 % der Anzahl der Abstände.
Wenn die Abstände d1 und d2 kleiner als 1,4 mal die Dicke D sind, wird die Scherbeanspruchung nicht vollständig gemildert und Gummischaden tritt noch auf.
Wenn die Abstände größer als 2 mal die Dicke D sind, wird die Dicke T des Teils 12 exzessiv erhöht, und als eine Folge wird die interne Temperatur davon durch die Biegedeformation erhöht, was die Wulstbeständigkeit erniedrigt.
Figur 4 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke T1 des unteren Seitenwandteils 12 gemessen bei einer Höhe von 1/5 mal der Reifenquerschnittshöhe H von dem oben erwähnten Fersenpunkt Q und der internen Temperatur während des Hochgeschwindigkeitslaufens. Wie aus der Figur ersichtlich ist, steigt die interne Temperatur grob in direkter Proportion zu einem Anstieg der Dicke T an.
Mit Bezug auf die oben erwähnten Abstände d2, welche die Cordbeabstandungen d2 zwischen den benachbarten Lagen sind, umfassen jene benachbarten Lagen alle möglichen Kombinationen, z.B. die Hauptteile 70 und 70, die Hauptteile 70 und 73, die Hauptteile 73 und 73, die umgeschlagenen Teile 71 und 71, die Hauptteile 70 und den umgeschlagenen Teil 71, und die Hauptteile 73 und den umgeschlagenen Teil 71.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für das oben erwähnte Karkassengummi 8 eine Gummiverbindung mit den folgenden Charakteristiken verwendet:
Das 100 % Modul beträgt nicht weniger als 40 kg/cm² und nicht mehr als 70 kg/cm²; die Dehnung bei Zubruchgehen beträgt nicht weniger als 200 % und nicht mehr als 350 %; und die Belastung bei Zubruchgehen beträgt nicht weniger als 150 kg/cm² und nicht mehr als 300 kg/cm².
Demgemäß weist das Karkassengummi eine höhere Stärke im Vergleich zu einer bekannten Gummiverbindung mit niedriger Wärmeerzeugung auf und wird die Beständigkeit verbessert.
Wenn das 100 % Modul kleiner als 40 kg/cm² gemacht wird, wenn die Dehnung bei Zubruchgehen größer als 350 % ist oder wenn die Belastung bei Zubruchgehen mehr als 300 kg/cm² beträgt, wird die Wärmeerzeugung erhöht und die Hochgeschwindigkeitsbeständigkeit des Wulstteils ist anfällig darauf, erniedrigt zu werden.
Wenn das 100 % Modul mehr als 70 kg/cm² beträgt, wenn die Dehnung bei Zubruchgehen weniger als 200 % beträgt, oder wenn die Beanspruchung bei Zubruchgehen kleiner 150 kg/cm² ist, wird die Stärke des Gummis ungenügend und eine Verringerung der Wulstbeständigkeit durch Gummibeschädigung tritt wahrscheinlich auf.
Bevorzugterweise beträgt das 100 % Modul 45 bis 55 kg/cm², die Dehnung bei Zubruchgehen beträgt 280 bis 340 % und die Beanspruchung bei Zubruchgehen beträgt 200 bis 250 kg/cm².
Testreifen der Größe 46 x 17 R 20 für ein Flugzeug mit dem Reifenaufbau, der in Figur 1 gezeigt ist, wurden hergestellt und auf Wulstbeständigkeit getestet.
Die Spezifikationen der Testreifen sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 2 zeigt die Komponenten und Eigenschaften der Karkassengummis A, B und C, die in Tabelle 1 gezeigt sind.
In den Wulstbeständigkeitstests wurden die Hochgeschwindigkeitsbeständigkeit und die Niedergeschwindigkeitsbeständigkeit evaluiert, und weiter wurde die Wärmeerzeugung gemessen.
Der Hochgeschwindigkeitsbeständigkeitstest war der Überlast-Abhebe-100-Zyklustest, und zwar mit einer 150 % Last der normalen Reifenlast in Übereinstimmung mit der "Technial Standard Order TSO-C 62 c" der Bundesflugbehörde in den USA.
Nach dem 100-Zyklustest wurde die Differenz zwischen den Wulsttemperaturen vor und nach dem Test gefunden und dann wurde der Reifen geschnitten und auf Beschädigung des Karkassengummis inspiziert.
Der Wärmeerzeugungsindex in Tabelle 2 ist die oben erwähnte Differenz, d.h. die Erhöhung der Temperatur während der Tests geteilt durch die Temperatur vor dem Test.
Für den Niedergeschwindigkeitstest wurde der Test bei einer Geschwindigkeit von 11 km/h unter einer 120 %-Last der normalen Reifenlast durchgeführt und die Abrolldistanz zum Wulstschaden wurde gemessen. In alternativer Weise wurde, wenn die Gesamtablaufdistanz 3000 km erreichte, der Test beendet.
Für den Kohlenstoff in Tabelle 1 wurde Kohlenstoff mit einem mittleren Teilchendurchmesser des HAF oder ISAF- Grades und einer Oberflächenbedeckung zu Jod von 70 bis 130 mg/g verwendet.
Für den Beschleuniger kann einer der folgenden Beschleuniger oder eine Kombination von zumindest zwei der folgenden Beschleuniger verwendet werden:
(1) Thiazol-Beschleuniger: M, DM, MZ
(2) Sulfenamid-Beschleuniger: CZ, NZ, MSA, DZ
(3) dithiocarbamischer Beschleuniger: EZ, BZ, PX, ZP
(4) Guanidin-Beschleuniger: D, DT, BG, PR
(5) Thiuran-Beschleuniger: TT, TET, TBT, TS
(6) aldehyd Ammonium- Beschleuniger: HMT.
Wie oben beschrieben ist in dem Hochgeschwindigkeitslastreifen gemäß der vorliegenden Erfindung die Karkasse in dem spezifischen Teil spezifisch mit Bezug auf die Cordbeabstandungen und die Gummieigenschaften definiert, wodurch verhindert wird, daß das Karkassengummi beschadigt wird, und sowohl die Hochgeschwindigkeitsbeständigkeit als auch die Niedergeschwindigkeitsbeständigkeit des Wulstes in großen Maße verbessert werden. Tabelle 1 Karkasse Korddicke Abstand Hochgeschwindigkeitsbeständigkeit Wärmeerzeugungsindex Gummi-Beschädigung keine beschädigt locker offen *1: beschädigt in frühem Stadium *2: locker: Eine Karkassenlage-Umschlaglockerheit trat auf offen: Eine Seitenwand-Gummi-Beschädigung, die sich von der Karkasse an der äußeren Oberfläche der Reifenseitenwand erstreckte, trat auf Tabelle 2 Karkassenkord-Überziehendes Gummi Komponenten (Gewicht %) näturliches Gummi Kohlenstoff Stearinsäure Zinkoxid Schwefel Beschleuniger Physikalische Eingeschaften 100 % Modul Dehnung bei Reißen Belastung bei Reißen

Claims

1. Ein Reifen für Hochgeschwindigkeits- und Schwerlastverwendung mit einem Paar von Wulstteilen (3), einem Laufflächenteil (5), einem Paar von sich zwischen den Laufflächenrändern und den Wulstteilen (3) erstreckenden Seitenwandteilen (4), einem Paar von Wulstkernen (2), wovon einer in jedem Teil (3) angeordnet ist, einer radialen Karkasse (7) mit zumindest einer Lage von gummierten Corden, die sich zwischen den Wulstteilen (3) erstrecken und um die Wulstkerne (2) geschlagen sind, einer Lauffläche (5), die radial außerhalb der Karkasse (7) angeordnet ist, und einer Gürtellage (10), die radial außerhalb der Karkasse (7) und innerhalb der Lauffläche (8) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet

daß, wenn der Reifen auf seiner regulären Felge aufgezogen und zu seinem regulären inneren Druck aufgepumpt ist, zumindest 60 % der Beabstandungen (d1, d2) an der Zahl zwischen den benachbarten Karkassencorden (6), die in einem Reifenseitenteil (3) angeordnet sind, das zwischen zwei Punkten P1 und P2 festgelegt ist, nicht weniger als ein 1/4 mal und nicht mehr als 2 mal die Dicke D der Karkassencorde betragen, worin der Punkt P1 auf der äußeren Oberfläche des Reifens bei einer Höhe entsprechend der Höhe eines Felgenflansches Rb angeordnet ist und der Punkt P2 auf der äußeren Oberfläche des Reifens bei einer Höhe von 1/3 mal der Reifenquerschnittshöhe H angeordnet ist, und das Karkassencord überziehende Gummi die folgenden Eigenschaften aufweist: ein 100 % Modul von nicht weniger als 40 kg/cm² und nicht mehr als 70 kg/cm², eine Bruchdehnung von nicht weniger als 200 % und nicht mehr als 350 %, und eine Bruchspannung von nicht weniger als 150 kg/cm² und nicht mehr als 300 kg/cm².

2. Ein Reifen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet

daß der 100 % Modul des Karkassencord überziehenden Gummis 45 bis 55 kg/cm² beträgt, die Bruchdehnung davon 280 bis 340 % beträgt, und weiter die Bruchspannung davon bei 200 bis 250 kg/cm² liegt.

3. Ein Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß in der oder jeder Karkassenlage (7) die Dicke des Überzugsgummis gemessen von der Oberfläche der Karkassencorde in dem Bereich von 1/8 bis 1 mal die Dicke der Karkassencorden liegt.

4. Ein Reifen nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet

daß zumindest 80 % der Beabstandungen an der Zahl aller der Beabstandungen (d1, d2), die in dem Reifenseitenteil vorliegen, das zwischen den zwei Punkten (P1 und P2) festgelegt ist, nicht weniger als 1/4 mal und nicht mehr als 2 mal die Dicke (D) der Karkassencorde betragen.

5. Ein Reifen nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet

daß alle der Beabstandungen (d1, d2) zwischen den benachbarten Karkassencorden (6) in dem Reifenseitenteil, das zwischen den zwei Punkten (P1 und P2) festgelegt ist, nicht weniger als 1/4 mal und nicht mehr als 2 mal die Dicke (D) der Karkassencorden betragen.