DE69309925T2 - Reifen mit Stahldrähten in der Karkasse - Google Patents

Description

Technisches Umfeld
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialreifen, umfassend Stahlmonofilamente in der Karkassenschicht des Reifens.
Hintergrund der Erfindung
• Üblicherweise weist die Karkasse von Radialluftreifen zur Verwendung in Pkw- und Leicht-Lkw-Anwendungen Polyesterfilamente eingebettet darin auf. Diese Filamente sind gewoben bzw. verwoben zu Korden zum Erhöhen der ultimativen Stärke bzw. Festigkeit der Karkassenschicht. Es ist ebenfalls bekannt, Monofilamente zu verwenden, hergestellt aus Glasfaser oder Polyester in dem Reifen, jedoch, bedingt durch die inhärenten Eigenschaften dieser synthetischen Polymere werden die Festigkeits- bzw. Stärkeanforderungen nicht erreicht, welche benötigt werden für die Karkasse. Daher hat kommerziell die Verwendung von Polyesterkord in der Karkasse dominiert. Unvorteilhafterweise ist das Gewicht, das die Reifen von dem Kord erhalten, hoch, und zwar als ein Ergebnis der Verwendung des Kordes in einer Karkasse. Mit dem ständig vorhandenen Wunsch der Autohersteller, die Kilometeranforderungen ihrer Fahrzeuge zu erhöhen, besteht ein großer Bedarf für leichtere Reifen, ohne ihre Festigkeitsbzw. Stärkenintegrität aufzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftradialreifen mit einer Karkassenschicht, welche eine Lage aus Stahimonofiamenten umfaßt. Die Vorteile der Erfindung umfassen einen Reifen, welcher nicht nur exzellente Handhabungsmerkmale beibehält, sondern dies tut, ohne die herkömmlichen Gewichtsaspekte von typischen Verstärkungen in der Karkasse.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Figur 1 zeigt einen Luftreifen in einer Teilschnittansicht.
• Figur 2 zeigt einen radialen Querschnitt durch einen radialen bzw. Radial-Karkassenreifen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Es ist offenbart ein Luftradiareifen, umfassend:
• (a) ein Paar von axialwärts voneinander beabstandeten ringförmigen Wülsten; und
• (b) zumindest eine Karkassenschicht, welche sich zwischen den Wülsten erstreckt, und welche darum gefaltet ist, wobei die Karkassenschicht eine Lage von Stahlmonofilamenten umfaßt, welche derart angeordnet ist, daß sie von 25 bis 124 Enden pro Inch aufweist, wenn gemessen in einer umfänglichen Richtung des Reifens bei einem Ort mit maximaler Reifenbreite,
• wobei jedes Stahlmonofilament aufweist:
• eine Zugfestigkeit bzw. -stärke von zumindest 3650 MPa,
• einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,22 mm,
• eine Gesamtdehnung bzw. -verlängerung von zumindest 2 % und
• einen Torsionswert von zumindest 20 Drehungen bzw. Wicklungen bzw.
• Windungen bei einer Materiallänge von 200 mal dem Durchmesser des Monofilamentes.
• Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 betrifft die vorliegende Erfindung einen Luftreifen 10. "Luftreifen" bedeutet eine laminierte mechanische Einrichtung von generell toroidaler Form (üblicherweise ein offener Torus) mit Wülsten, zumindest einer Karkassenschicht und einem Profil. Wenn an dem Rad eines Motorfahrzeuges montiert, stellt der Reifen durch sein Profil Traktion bereit und enthält das Fluid, welches die Fahrzeuglast stützt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Radialschichtreifen. Radialschichtreifen bedeutet einen gegürtelten bzw. mit einem Gürtel versehenen oder umfänglich eingeschränkten Luftreifen, in welchem die Karkassenschichtmonofilamente, welche sich von Wulst zu Wulst erstrecken, aufgelegt bzw. angeordnet sind bei Winkeln zwischen 75º und 105º mit Bezug auf die Äquatorialebene des Reifens.
• Der Luftreifen 10 weist eine Karkassenschicht 12 auf, welche eine Mehrzahl von Stahlmonofilamenten inkorporiert bzw. enthält. "Karkasse" bedeutet die Reifenstruktur getrennt von der Gürtelstruktur, dem Profil, dem Unterprofil und Seitenwandgummi "ber den Schichten bzw. ohne diese Elemente, umfaßt jedoch die Wülste. "Schicht" bedeutet eine kontinuierliche Lage aus gummibeschichteten parallelen Filamenten. In den Fällen, in welchen es wünschenswert ist, die Grundzüge der vorliegenden Erfindung zu verwenden für Reifen von größerer Größe, können zwei oder mehrere Karkassenschichten verwendet werden.
• Der Luftreifen 10 weist ein Paar von axialwärts beabstandeten bzw. voneinander beabstandeten ringförmigen Wülsten 14, 16 auf. "Wulst" bedeutet den Teil des Reifens, umfassend ein ringförmiges Zug- bzw. Dehnungsglied, welches umwickelt ist durch Schichtmonofilamente und geformt mit oder ohne weitere Verstärkungselemente, wie z.B. Taschen, Fahnen, Kemreiter, Spurschützer und Wulstschützer, um an die Auslegungsfelge zu passen. Die Karkassenschicht 12 erstreckt sich zwischen den Wülsten 14, 16 und ist darum gefaltet. Der Luftreifen 10 weist ein herkömmliches Profil 18 auf, welches an der Krone der Karkasse 12 angeordnet ist. "Profil" bedeutet eine geformte bzw. gegossene Gummikomponente, welche wenn an ein Reifengehäuse gebondet bzw. geklebt, den Abschnitt des Reifens umfaßt, welcher mit der Straße in Kontakt tritt, wenn der Reifen normal aufgeblasen und unter Normallast ist. Der Luftreifen 10 weist eine Gürteistruktur auf, umfassend zumindest zwei Gürtel 20, 22. "Gürtelstruktur" bedeutet zumindest zwei ringförmige Lagen oder Schichten von parallelen Korden, verwoben bzw. gewoben oder ungewoben, welche dem Profil unterliegen, unverankert mit der Wulst und mit sowohl linken als auch rechten Kordwinkeln in dem Bereich von 170 bis 270 mit Bezug auf die Äquatorialebene des Reifens. "Äquatorialebene (EP)" bedeutete die Ebene senkrecht zu der Rotationsachse des Reifens, welche durch die Mitte dessen Profiles reicht. Es wird verstanden, daß die besondere Gürtelstruktur, welche dargestellt ist in den Figuren 1 und 2 und hierin beschrieben ist, lediglich als Beispiel zu betrachten ist, verwendet in der bevorzugten Ausführungsform, und daß ein Reifeningenieur verschiedene Anordnungen von Gürtelschichten verwenden kann, und zwar gemäß den Leistungsanforderungen des besonderen Reifens, während dennoch die vorliegende Erfindung ausgeführt wird. Zum Beispiel können in jenen Fällen, in welchen ein größerer Reifen zu konstruieren ist, zur Verwendung in Radial- Leicht-Lkw-Anwendungen drei oder mehrere G"rtel verwendet werden. Zusätzlich können die Korde in den Gürtelschichten Rayon, Polyester, Glasfaser, Aramid, Stahldraht oder dergleichen sein. Bevorzugt ist der Kord ein Stahldraht bzw. Stahlseil. Übliche Durchmesser und Korde können verwendet werden in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
• Wenn der Reifen ein schlauchloser ist, so ist eine im wesentlichen luftundurchlässige Lage 24 innerhalb der Karkassenschicht 12 angeordnet und trägt bei zu einer Aufblasungs- bzw. Inflationskammer, welche definiert ist durch das Volumen, umgeben durch den Reifen 10 und die Felgenanordnung (nicht gezeigt). Insbesondere bevorzugt ist eine Barrierenlage (nicht gezeigt), zwischen der luftundurchlässigen Lage 24 und der Karkassenschicht 12 angeordnet. Die Barrierenschicht wirkt zum Trennen bzw. Separieren der luftundurchlässigen Lage von der elastomeren Lage, in welcher die Stahlmonofilamente der Karkassenschicht 12 eingebettet sind. Elastomere Seitenwände 26, 28 sind axialwärts außerhalb der Karkassenstruktur angeordnet.
• Die Karkassenschicht 12 weist eine Lage von Stahlmonofimenten 30 auf, welche derart angeordnet ist bzw. sind, daß von etwa 10 bis etwa 49 Enden pro Zentimeter (25 bis 125 EPI) vorliegen, wenn gemessen in einer umfänglichen Richtung des Reifens bei einem Ort mit einer maximalen Reifenbreite (MW). Bevorzugt ist die Lage von Stahlmonofilamenten 30 derart angeordnet, daß etwa 2 bis etwa 24 Enden pro Zentimeter (30 bis 60 EPI) an dem Ort mit einer maximalen Reifen breite MW vorliegen. In einem insbesondere bevorzugten Reifen ist die Lage von Stahlmonofilamenten 30 derart angeordnet bzw. ausgerichtet, daß etwa 14 bis etwa 22 Enden pro Zentimeter (35 bis 55 EPI) bei dem Ort mit maximaler Reifenbreite MW vorliegen. Die obigen Berechnungen für die Enden pro Zentimeter basieren auf dem Bereich von Durchmessern für das Monofilament, der Stärke bzw. Festigkeit des Monofilamentes und der praktischen bzw. praktikablen Stärke- bzw. Festigkeitsanforderung für die Karkassenschicht. Zum Beispiel würde die hohe Anzahl von Enden pro Zentimeter die Verwendung von einem kleinen bzw. geringen Durchmesserdraht mit sich bringen für eine gegebene Stärke bzw. Festigkeit, gegeniiber einer niedrigeren bzw. geringeren Anzahl von Enden pro Zentimeter für einen Draht mit geringerem Durchmesser für dieselbe Stärke bzw. Festigkeit. In der Alternative, wenn ausgewählt wird, ein Monofilament eines gegebenen Durchmessers zu verwenden, so müssen mehr oder weniger Enden pro Zentimeter verwendet werden, abhängig von der Stärke bzw. Festigkeit des Drahtes.
• Der Luftreifen 10 ist insbesondere gekennzeichnet durch die Verwendung von sehr hochtensilem bzw. zugfestem Stahlmonofilamentdraht. Die Zugfestigkeit der einzelnen Monofilamente muß mindestens 3.650 Megapascal betragen. Bevorzugt liegt die Zug- bzw. Dehnungsstärke bzw. -festigkeit zwischen etwa 3.650 Megapascal und 4.700 Megapascal, wobei ein Bereich von etwa 3.850 bis 4.200 Megapascal insbesondere bevorzugt ist. Wie es dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, wird die Zugfestigkeit eines einzelnen Filamentes generell gemessen gemäß ASTM E8M-90a.
• Der Durchmesser des Stahlmonofilamentes kann zwischen etwa 0,1 mm und 0,22 mm liegen. Bevorzugt wird der Durchmesser des Drahtes in einem Bereich liegen von etwa 0,13 mm bis 0,20 mm, wobei ein Bereich von etwa 0,15 bis 0,18 insbesondere bevorzugt ist.
• Eine weitere kritische Eigenschaft des Stahlmonofilamentdrahtes besteht darin, daß die Gesamtverlängerung bzw. -dehnung für den Reifen zumindest 2 Prozent betragen muß über eine Ausmaß- bzw. Materiallänge von 25 Zentimeter. Die Gesamtdehnung bzw. -streckung bzw. -verlängerung wird gemessen gemäß ASTM E8M-90a. Bevorzugt liegt die Gesamtdehnung zwischen etwa 2 Prozent und 4 Prozent. Ein insbesondere bevorzugter Dehnungs- bzw. Ausdehnungsbereich liegt zwischen etwa 2,3 und 3,0.
• Die Torsionswerte für den Stahlmonofilamentdraht sollten zumindest 20 Drehungen bzw. Windungen bzw. Wicklungen betragen, bei einer Ausmaß- bzw. Materiallänge von 200 mal dem Durchmesser des Drahtes. Generell liegt der Torsionswert zwischen etwa 20 und 100 Drehungen bzw. Wicklungen bzw. Windungen. Bevorzugt liegen die Torsionswerte zwischen etwa 30 und 80 Drehungen, wobei ein Bereich von etwa 35 bis 55 insbesondere bevorzugt ist. Die Torsionswerte werden bestimmt gemäß ASTM-Testverfahren E 558-83 mit Testlängen von 200 mal dem Durchmesser des Drahtes.
• Repräsentative des Types von Stahlfilamenten, welche verwendet werden können in der vorliegenden Erfindung, umfassen die Filamente, welche offenbart sind in dem südafrikanischen Patent 91/2134 mit einer Zugfestigkeit von 3.650 Megapascal und einem Durchmesser von 0,20 mm.
• Der Typ der Stahliegierung, welcher verwendet werden kann in den Stahlmonofilamenten ist dem Durchschnittsfachmann bekannt und umfaßt solche Legierungen, wie sie offenbart sind in den US-Patenten 4,960,473 und 5,066,455.
• Die Stahlmonofilamente der Karkassenschicht schneiden die Äquatorialebene (EP) des Reifens bei einem Winkel in dem Bereich von 75º bis 105º. Bevorzugt schneiden die Stahlmonofilamente (LEP) bei einem Winkel von 82 bis 98º. Wenn der Reifen eine einzelne Karkassenschicht aufweist und die Karkassenschicht die Stahlmonofilamente aufweist, liegt der bevorzugte Bereich zwischen 89º und 91º. Wenn der Luftreifen 10 zwei Karkassenschichten aufweist, so muß zumindest eine die Stahlmonofilamente verwenden. Bevorzugt verwenden beide Karkassenschichten die Stahlmonofilamente. Wenn beide Karkassenschichten die Stahimonofilamente verwenden, schneiden die Stahlmonofilamente von einer Karkassenschicht die EP bei einem rechten bzw. rechtsgerichteten Winkel in dem Bereich von etwa 85º bis 95º, und die Stahmonofilamente der anderen Karkassenschicht schneiden die EP bei einem gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten oder linken Winkel in dem Bereich von 85º bis 95º.
• Die Verwendung von Stahlmonofilamenten in der Karkasse, wie hierin offenbart, kann angewendet werden auf generelle Pkw-Radialreifen sowie auf Rennreifen, landwirtschaftliche Reifen, Motorradreifen, kleine oder mittelgroße Lkw-Reifen und Freizeitfahrzeugreifen. Bevorzugt sind die Luftreifen der vorliegenden Erfindung gerichtet auf Pkw-Reifen und mittlere bis Leicht-Lkw-Reifen.
• Ein Luftradialschichtreifen gemäß Figur 1 und 2 wurde hergestellt in einer Größe P165/80R13. Das verwendete Stahlmonofilament in der einzelnen Karkassenschicht hatte eine Zugfestigkeit von 3.950 Megapascal, einen Durchmesser von 0,15 mm und eine Dehnung von 2,2 Prozent sowie einen Torsionswert von 40 Drehungen bei einer Ausmaß- bzw. Material- bzw. Materialstärkenlänge von 200 mal dem Durchmesser des Stahlmonofilamentes. Die Stahlmonofilamente der Karkassenschicht waren ausgerichtet bei 90º mit Bezug auf die Äquatorialebene. Die Monofilamente wurden so angeordnet, daß 48 Enden pro lnch vorlagen, wenn gemessen in einer umfänglichen Richtung des Reifens bei einem Ort mit einer maximalen Reifenbreite. Die Gürtelstruktur hatte zwei Schichten von Stahlkorden (2 x 0,30 mm), dem Profil unterliegend und mit sowohl linken bzw. linksgerichteten als auch rechten bzw. rechtsgerichteten Kordwinkeln von 24º mit Bezug auf die Äquatorialebene des Reifens.
• Für Vergleichsbewertung wurde ein Luftradialreifen hergestellt in der Größe P165/80R13 unter Verwendung von Polyesterkord in der einzelnen Karkassenschicht. Die folgende Tabelle stellt einige physikalische Eigenschaften von jedem Reifen und die Reifenkonstruktion von jedem Reifen bereit. Tabelle 1
• Die obigen Daten zeigen, daß in etwa eine 5%ige Gewichtsreduktion erreicht werden kann ohne größere Verluste in den Leistungsmerkmalen des Reifens.
• Diese Vorteile sind ein Ergebnis der Verwendung der einzigen bzw. einzigartigen Monostahlverstärkung in der Karkassenschicht.

Claims (10)

1. Luftradiareifen, umfassend:

(a) ein Paar von axialwärts voneinander beabstandeten ringförmigen Wülsten; und

(b) zumindest eine Karkassenschicht, welche sich zwischen den Wülsten erstreckt und darum gefaltet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Karkassenschicht eine Lage von Stahlmonofilamenten umfaßt, welche derart angeordnet ist, daß 10 bis 49 Enden pro Zentimeter (25 bis 124 EPI) vorliegen, wenn gemessen in einer umfänglichen Richtung des Reifens bei einem Ort mit einer maximalen Reifenbreite,

wobei jedes Stahimonofiment aufweist

eine Zugfestigkeit von zumindest 3650 MPa,

einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,22 mm,

eine Gesamtdehnung von zumindest 2 %, und

einen Torsionswert von zumindest 20 Drehungen bei einer Materiallänge von 200 mal dem Durchmesser des Monofilamentes.

2. Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfestigkeit zwischen 3650 MPa und 4700 MPa liegt.

3. Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung zwischen 2% und 3% liegt.

4. Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionswert zwischen etwa 20 und 100 Drehungen liegt.

5. Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen ein Pkw-Reifen ist.

6. Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen ein Leicht-Lkw-Reifen ist.

7. Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen eine einzelne Karkassenschicht aufweist.

8. Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlmonofilamente der Karkassenschicht die Äquatorialebene des Reifens bei einem Winkel in dem Bereich von 75º bis 105º schneiden.

9. Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen zwei Karkassenschichten umfaßt mit zumindest einer Karkassenschicht, umfassend eine Lage von Stahlmonofilamenten.

10. Radialreifen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Karkassenschichten eine Lage von Stahlmonofilamenten umfaßt.