DE69403117T2

DE69403117T2 - Sicherheitsluftreifen mit Notlaufseigenschaften

Info

Publication number: DE69403117T2
Application number: DE1994603117
Authority: DE
Inventors: Peter Raymond Appleton
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2898531B2; EP0613795A1; EP0613795B1; DE69403117D1; GB9304363D0; JPH0732828A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf pneumatische Reifen und im besonderen auf Sicherheitsreifen, die im entlüfteten Zustand betrieben werden können.
In dem herkömmlichen pneumatischen Reifen wird die Reifenkarkasse durch den inneren Reifendruck gespannt, dementsprechend wird eine ausreichende Steifigkeit in der Reifenseitenwand geschaffen, um dem Reifen zu ermöglichen Last zu tragen. Wenn der innere Druck aus irgendeinem Grund verloren geht, dann geht die Karkassenspannung und dementsprechend die Seitenwandsteifigkeit verloren und die Seitenwand erfährt eine starke Durchbiegung, welche schnell eine große Warmemenge erzeugt. Zusätzlich können die Reifenseitenwände vollständig zusammenbrechen, so daß die oberen und unteren inneren Oberflächen in Berührung kommen und der Differentialschlupf zwischen diesen Reibungswärme erzeugt, die zusätzlich zu dem Temperaturanstieg des Reifens beiträgt. Dementsprechend verschlechtert die erzeugte hohe Temperatur in einer sehr kurzen Zeit das Karkassenmaterial und der Reifen wird zerstört. Folglich hat der herkömmliche pneumatische Reifen kein praktisches Luftleerfahrtsvermögen.
Um eine Luftleerfahrtsleistungsfähigkeit für einen pneumatischen Reifen zu schaffen wurden verschiedene Strukturen vorgeschlagen. Zum Beispiel wurden in der durch den Reifen und die Felgenbaueinheit gebildeten Innenkammer ein elastisches Bauteil oder eine aufblaßbare Struktur, um eine unabhängige Luftkammer zu bilden, vorgeschlagen, um Lastabstützung in dem Fall eines Reifendruckverlusts zu schaffen.
Derartige Strukturen haben jedoch in dem modernen Reifen keine Gebrauchseignung gefunden, da das Gewicht des Reifens und der Felgenbaueinheit stark zunimmt, wodurch das Hochgeschwindigkeitsleistungsvermögen signifikant verringert wird.
Alternativ wird vorgeschlagen die Lasttragfähigkeit der Reifenseitenwand unter entlüfteten Bedingungen durch erhöhen der Seitenwanddicke zu verbessern, um ihre Steifigkeit zu erhöhen. Obwohl das Luftleerfahrtsvermögen solcher Reifen verbessert ist, ist ihr Leistungsvermögen aufgrund der Art der herkömmlichen Gummimischungen beschränkt. Demgemäß ist die notwendige Seitenwanddicke, um eine volle Lastabstützung zu schaffen, so, daß normale Ausbiegung, wenn die Seitenwand die Aufstandsfläche passiert, Wärme erzeugt, welche aufgrund der schlechten Leitfähigkeit von Gummi in der Seitenwandmasse zurückgehalten wird. Deshalb ist der Reifen im Luftleerfahrtsgebrauch in der Maximalgeschwindigkeit und in der Reichweite beschränkt, so daß der Reifen nicht überhitzt.
Ein Hochleistungsreifen mit Selbstabstützungsvermögen ist zum Beispiel aus EP-A-0385192 bekannt. Dieser bekannte Reifen weist in dem Seitenwandbereich ein linsenförmig geformtes Bauteil aus elastomerem Material auf, in das textile Verstärkungscorde inkorporiert sind. Ein Reifen mit einer Seitenwand, in die kurze Fasern einschließlich Aramidfasern eingebaut sind, ist aus JP-A-2162101 bekannt. Jedoch sind in beiden dieser bekannten Reifen die zusätzlichen Verstärkungscorde oder Fasern unter einem erheblichen Winkel zu der radialen Reifenrichtung angeordnet, um ein übermäßiges Ansteigen der Seitenwandbiegesteifigkeit und dadurch einen Verlust an Laufkomfort zu vermeiden.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb einen pneumatischen Reifen zu schaffen, welcher im Luftleerfahrtsleistungsvermögen verbessert ist, ohne Hochgeschwindigkeitsfahren oder Reichweite aufzugeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein pneumatischer Reifen einen Laufflächenabschnitt, ein Paar axial beabstandete Wulstabschnitte, ein Paar sich zwischen den Laufflächenkanten und den Wulstabschnitten erstreckende Seitenwände, ein Paar Wulstkerne, von denen einer in jedem Wulstabschnitt angeordnet ist, eine sich zwischen den Wulstabschnitten durch die Seitenwände und den Laufflächenabschnitt erstreckende Karkasse und einen radial außerhalb der Karkasse angeordneten Gürtel, der sich quer über den Laufflächenabschnitt erstreckt, in dem jede Seitenwand axial innerhalb der Karkasse mit einem sich radial nach innen zu dem Wulstabschnitt und radial nach außen in den Laufflächenbereich erstreckenden Einlagefüllkörperstück versehen ist, wobei das Füllkörperstück eine faserverstärkte Gummimischung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverstärkung Aramidfasern in der Form von kurzen, diskontinuierlichen, feinfaserigen Fasern aufweist, welche längs unter einem Winkel von weniger als 5º zu der Reifenradialrichtung ausgerichtet sind.
Vorzugsweise sind die Aramdidfasern 0,2 bis 5mm lang. Sie können auch oder alternativ 2-20 Mikrometer dick sein. Ihr Oberflächeninhalt kann auch in dem Bereich von 4 bis 20 m²/gramm sein. Vorzugsweise sind die Fasern in der Gummimischung in einer Menge in dem Bereich von 2-20 Teilen pro hundert Gewichtsteile Gummi vorhanden. Höchst vorzugsweise sind die Fasern in dem Bereich von 8 bis 12 Teilen pro hundert Gummi vorhanden.
Zusätzliche Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung am Beispiel von nur einer Ausführungsform in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung ersichtlich, in der:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Reifenhälfte gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 1 zeigt einen pneumatischen Sicherheitsreifen nach der vorliegenden Erfindung für Hochgeschwindigkeitsgebrauch. Die Reifengröße ist 225/55VR16 und ist für Fahrzeuge konstruiert, die für Geschwindigkeiten oberhalb von 210 km/h tauglich sind.
Der Reifen umfaßt einen Laufflächenabschnitt 1, ein Paar axial beabstandete Wulstabschnitte 2, ein Paar sich zwischen den Laufflächenkanten und den Wulstabschnitten erstreckende Seitenwände 31 eine ringförmige Karkasse 5, die sich zwischen den Wulstabschnitten 2 erstreckt und um die Wulstkerne 4, von denen einer in jedem Wulstbereich 2 gelegen ist, von dem axial Inneren zum dem Äußeren umgeschlagen ist und einen Gürtel 6, der radial außerhalb der Karkasse 5 und innerhalb der Lauffläche angeordnet ist.
Der Reifen hat ein Aspektverhältnis, definiert als das Verhältnis H/2xW der Reifenquerschnittshöhe H zu der maximalen Querschnittsbreite 2xW, von 0,55.
Die Karkasse 5 umfaßt eine Lage aus radial unter einem Winkel von 70 bis 90 Grad angeordneten Corden. In dieser Ausführungsform sind die Karkassencorde Polyester, aber andere organische Fasercorde so wie Nylon, Rayon, Aramid oder dergleichen oder Stahl können verwendet werden.
Der Gürtel 6 umfaßt einen Breaker, der die Einlagen 6B und 6C und einen Bandagengürtel 6A umfaßt. Jeder der Gürteleinlagen 6B und 6C setzt sich aus parallelen Corden zusammen, die unter einem kleinen Winkel im Bezug auf den Reifenäquator gelegt sind und angeordnet sind, um sich zu kreuzen. Für die Zwischenbaugürtelcorde können Stahlcorde oder hochmodulige organische Corde verwendet werden.
Der Bandagengürtel umfaßt parallele Corde, im wesentlichen unter 0º zu dem Reifenäquator. Für die Corde des Bandagengürtels 6A können organische Fasercorde so wie Rayon, Nylon oder Polyester oder dergleichen verwendet werden.
In jedem der Seitenwandabschnitte 3 ist ein Einlagefüllkörperstück 7 innerhalb der Karkasse 5 und außerhalb der lufthaltenden Innenauskleidung 8 angeordnet. Das Einlagefüllkörperstück 7 ist im Profil zu seinen radial inneren und äußeren Enden hin verjüngt. Das radial innere Ende erstreckt sich bis in den Wulstbereich 2 und wird radial außerhalb des Wulstkerns 4 beendet. Das radial äußere Ende des Einlagefüllkörperstücks 7 erstreckt sich bis in den Laufflächenabschnitt 1 und endet unterhalb des axial äußeren Abschnitts des Gürtels 6.
Das Einlagefüllkörperstück 7 weist eine faserverstärkte Gummizusammensetzung auf, die 2 bis 20 Gewichtsteile kurze, verstärkende Fasern pro 100 Gewichtsteile Gummi enthält. Die kurzen Fasern werden aus Aramidmaterial hergestellt, welches aufgefasert wird, um einen Faserstoff mit einem hohen Oberflächeninhalt zu erzeugen. Die Fasern haben eine Länge in dem Bereich 0,2 bis 5 mm, einen Querschnittsdurchmesser in dem Bereich von 2-20 Mikrometer und eine verfügbare Oberfläche in dem Bereich 4-20 m²/g.
Die kurzen, verstärkenden Fasern sind im wesentlichen in der radialen Reifenrichtung ausgerichtet.
Testreifen von Größe und Aufbau gemäß Figur 1 wurden hergestellt und für das Luftleerfahrtsleistungsvermögen getestet. Beispielreifen gemäß der vorliegenden Erfindung inkorporieren ein Einlagefüllkörperstück mit Gummizusammensetzung A aus Tabelle 1, die 10 Gewichtsteile an KEVLAR Aramidfaserstoff (KEVLAR ist ein eingetragenes Warenzeichen von EI Du Pont de Nemours) pro hundert von Gummi enthält. Der KEVLAR Faserstoff wurde in die Zusammensetzung in der Form einer Grundmischung aus 44,4 Gewichts-% Faserstoff, 44,4 Gewichts-% Ruß und 11,2% Naturkautschuk inkorporiert.
Die faserenthaltende Zusammensetzung wurde durch bekannte Techniken verarbeitet, um die Fasern in einer Richtung auszurichten und die Reifen wurden mit radial in dem Reifen ausgerichteten Fasern zusammengebaut. Es wurden auch Vergleichsreifen mit einem Einlagefüllkörperstück aus einer herkömmlichen Gummimischung, Zusammensetzung B aus Tabelle 1, hergestellt.
Diese zwei Reifentypen wurden auf einem Jaguar XJ6 bei einer Last von 490 kg pro Reifen getestet. Die Reifen wurden auf einer normalen Straßenoberfläche bei Null Druck (Ventileinsatzkern entfernt) bei einer konstanten Geschwindigkeit von 60 km/h bei Verhältnissen gefahren, die zu 80% trocken waren. Die Vergleichsreifen mit einem Einlagefüllkörperstück aus einer herkömmlichen Gummimischung liefen bei diesen Verhältnissen über eine Strecke von 16 km, bevor sie aufgrund von Überhitzung versagten. Die Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung, die das faserverstärkte Einlagefüllkörperstück inkorporiert hatten, legten eine Strecke von 185 km zurück, bevor der Test gestoppt wurde. Tabelle 1

Claims

1. Ein pneumatischer Reifen mit einem Laufflächenabschnitt (1), einem Paar axial beabstandete Wulstabschnitte (2), ein Paar sich zwischen den Laufflächenkanten und den Wulstabschnitten (2) erstreckende Seitenwände (3), ein Paar Wulstkerne (4), von denen einer in jedem Wulstabschnitt (2) angeordnet ist, eine sich zwischen den Wulstabschnitten (2) durch die Seitenwände (3) und den Laufflächenabschnitt (1) erstreckende Karkasse (5) und einen radial außerhalb der Karkasse (5) angeordneten Gürtel (6), der sich quer über den Laufflächenabschnitt (1) erstreckt, in dem jede Seitenwand axial innerhalb der Karkasse (5) mit einem sich radial nach innen zu dem Wulstabschnitt (2) und radial nach außen in den Laufflächenbereich (1) erstreckenden Einlagefüllkörperstück (7) versehen ist, wobei das Füllkörperstück eine faserverstärkte Gummimischung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverstärkung Aramidfasern in der Form von kurzen, diskontinuierlichen, feinfaserigen Fasern aufweist, welche längs unter einem Winkel von weniger als 5º zu der Reifenradialrichtung ausgerichtet sind.

2. Ein Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aramidfasern eine Lange in dem Bereich 0,2 bis 5 mm haben.

3. Ein Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aramidfasern einen Querschnittsdurchmesser in dem Bereich 2-20 Mikrometer haben.

4. Ein Reifen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aramidfasern einen Oberflächeninhalt von 4 bis 20 m²/g haben.

5. Ein Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aramidfasern in der Gummimischung des Einlagefüllkörperstücks in einer Menge von 2-20 Teilen pro hundert Gewichtsteile Gummi vorhanden sind.

6. Ein Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aramidfasern in der Gummimischung des Einlagefüllkörperstücks in einer Menge von 8-12 Teilen pro hundert Gewichtsteile Gummi vorhanden sind.

7. Ein Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummimischung 10 bis 50 Gewichtsteile Styrol-Butadien-Kautschuk pro 100 Gewichtsteile Gummi aufweist.

8. Ein Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummimischung 50 bis 100 Gewichtsteile Isoprenkautschuk pro 100 Gewichtsteile Gummi aufweist.

9. Ein Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummimischung 20 bis 50 Teile Butadienkautschuk pro 100 Gewichtsteile Gummi aufweist.

10. Ein Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummimischung 30 bis 60 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile Gummi aufweist.

11. Ein Reifen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß einer oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe mit ASTM Ref. N326, N375 und N220 ist.