DE69801911T2

DE69801911T2 - Kostengünstiger, leichter, radialer reifen

Info

Publication number: DE69801911T2
Application number: DE69801911T
Authority: DE
Inventors: Paterson Craig; Gerard Packbier; Emile Roesgen; Atte Smits; Catherine Thise-Fourgon
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2018-05-16
Also published as: CA2293652A1; ATE206366T1; WO1998056601A1; KR20010013460A; JP2002503179A; ZA984578B; US6082423A; EP0988159A1; CN1259906A; EP0988159B1; BR9815542A; DE69801911D1; AU728223B2; KR100457612B1; CN1097525C; AU7491398A

Description

Gebiet

Diese Erfindung betrifft Luftreifen und insbesondere leichte Radialreifen mit einem Aspektverhältnis von weniger als 0,8.

Hintergrund der Erfindung

Reifeningenieure haben in der Vergangenheit versucht, sehr dauerhafte Mantelaufbauten zu bauen, die die harten Fahrbedingungen überstehen können, denen sie durch die Fahrzeugbediener ausgesetzt werden.
Früher waren Reifen sehr schwer und wandten viele Schrägcordschichten oder -lagen an. Das Hauptziel war es, einfach die Luft festzuhalten und eine Reifenpanne oder eine Druckverlust zu vermeiden.
Über einen Prozeß nicht endender Forschung, um haltbarere und bessere Reifenaufbauten zu entwickeln, sind neue Materialien und bessere Konstruktionen entwickelt worden.
Die Einführung des Radialreifens machte es in die Praxis umsetzbar, Reifen mit so wenig wie nur einer einzigen Karkaßlage zu entwickeln. Die Lage war in Radialrichtung durch einen Gürtelaufbau eingeschlossen. Um die Haltbarkeit des Reifens zu verbessern, entwickelten sich diese Gürtelaufbauten dahingehend, daß sie vorwiegend stahlverstärkt wurden. Diese stahlverstärkten Gürtel ergaben und liefern gegenwärtig einen sehr haltbaren Aufbau.
Diese mit einem Stahlgürtel versehenen Reifen besitzen viele Vorzüge, die ihren Gebrauch attraktiv machen. Die Stahlcorde sind nicht wärmeempfindlich, d. h., ihre physikalischen Eigenschaften sind ungeachtet der Betriebstemperatur des Reifens ziemlich konstant. Die Stahlcorde sind im wesentlichen nicht dehnbar, und die Corde können mit feinen Filamenten, die eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit aufweisen, mit sehr hoher Festigkeit hergestellt werden. Nichts desto weniger haben diese mit Stahlcorden versehenen Gürtel in Reifen zu der Notwendigkeit geführt, ein Kautschukmaß direkt über den Gürtel in dem Bereich, der gewöhnlich als Unterprotektor bezeichnet wird, in den Gürtelschichten selbst und in den Bereichen der Gürtelkanten hinzuzufügen und zwar alles in einem Versuch, zu verhindern, daß diese Stahlcorde freigelegt werden oder sich an den Kanten strukturell bedingt lösen. In vielen Fällen wird die Festigkeit des Stahlgürtels nicht benötigt, und das Gewicht von alternativen organischen Corden ist viel geringer.
Der resultierende Effekt ist gewesen, daß die mit einem Stahlgürtel versehenen Radialreifen tatsächlich schwerer sind, da sie mehr Gummi im Laufstreifenbereich und in den Reifenschultern verwenden. Genau in diesen Bereichen muß ein großer Teil der Leistung bezüglich des Laufstreifenverschleißes und der Empfindlichkeit auf Abrollwiderstand des Reifens am höchsten sein muß. Je mehr Gummi in diesem Bereich ist, desto höher sind die Hystereseeffekte und desto höher sind die Temperaturen unter Fahrbedingungen.
Es ist nun ein Ziel von Reifenkonstrukteuren, Reifen zu entwickeln, die einen geringeren Kraftstoffverbrauch des Wagens erzeugen. Dies kann erreicht werden, indem kühl laufende Reifen konstruiert werden, die eine geringe Masse und eine geringe Rotationsträgheit aufweisen, während die Handhabungsleistung des Reifens erhöht und der Laufstreifenverschleiß des Reifens verringert wird, wobei außerdem der Ingenieur sicherstellen muß, daß die Aufstandsfläche und die Kontaktfläche des Laufstreifens des Reifens eine gleichmäßige Druckverteilung aufweisen, um einen gleichmäßigen Verschleiß zu erreichen.
Mit dem Aufkommen von Hochleistungsreifen mit sehr niedrigen Aspektverhältnissen ist die Verwendung von Gürtelaufbauten mit Auflagen aus synthetischen Corden aus Nylon oder Aramid üblich geworden. Um die Hochgeschwindigkeitsleistung weiterhin zu erreichen, ist die Laufstreifendicke auf einem Minimum gehalten worden. Eine dicke Laufstreifenmasse möchte bei hohen Geschwindigkeiten einfach vom Reifen wegfliegen. Da diese Reifen zu der dem Ingenieur bekannten Reifenkonstruktionsgrenze geschoben werden, hatte er die gesamten Parameter des Reifens zu überdenken. In manchen Fällen bedeutet dies ein Zurückgehen und erneutes Analysieren der Konzepte, die in der Vergangenheit verwendet wurden, aber wegen denen in der Technik, die einen unterschiedlichen Weg verfolgten, aufgegeben wurden.
Ein Weg, den der Ingenieur zu betrachten hat, ist, wie man die größten Vorzüge eines leichten Reifens bekommt, ohne die beträchtlichen Kostennachteile von einigen der Reifenkomponenten auf sich zu laden, die verwendet worden sind, um die sehr hohe Geschwindigkeitshaltbarkeit der teureren Tourenleistungsreifen zu erzielen.
Der nächstliegende Stand der Technik ist in der Schrift EP-A-412 928 zu finden, die die allgemein im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Merkmale offenbart. Der Gürtel dieses bekannten Reifens weist mit Rayon verstärkte Schichten mit Cordwinkeln im Bereich von 15º bis 30º auf. Die vorliegende Erfindung stellt einen Reifen von dieser bekannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmalen bereit. Die Merkmale in den abhängigen Ansprüchen spiegeln die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Radialreifen 10, der ein sehr geringes Gewicht und einen niedrigen Rollwiderstand aufweist, besitzt ein Aspektverhältnis im Bereich von 0,2 bis 0,8. Der Reifen 10 umfaßt zwei parallele, ringförmige Wulstkerne 26, eine oder mehrere radiale Karkaßlagen 38, wobei zumindest eine radiale Karkaßlage 38 um die Wulstkerne 26 herumgewickelt ist, einen Gürtelaufbau 36, der radial außen in bezug auf die eine oder mehreren radialen Karkaßlagen 38 in einem Kronenbereich des Reifens 10 angeordnet ist, und eine Auflage 59 mit einer Breite, die im wesentlichen mit der Breite des Gürtelaufbaus 36 zusammenfällt. Ein Laufstreifen 12 ist radial außen in bezug auf die Auflage 59 angeordnet, und eine Seitenwand 20 ist zwischen dem Laufstreifen 12 und den Wülsten 26 angeordnet.
Die Auflage 59 weist Filamente oder Corde 70 auf, wobei die Corde 70 aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt sind, die vorzugsweise keine relative Wärmeschrumpfung aufweisen, wobei die Gruppe Rayon, PET, Aramid, PEN oder PVA ist, die in einem Elastomer eingebettet sind. Der Gürtelaufbau 36 ist aus zwei mit Rayoncord verstärkten Schichten 50, 51 hergestellt, die Cordwinkel im Bereich von 16º bis 28º, vorzugsweise ungefähr 22º aufweisen. Das Rayoncordmaterial weist vorzugsweise von 1840/2 bis 2440/2/2, stärker bevorzugt 2440/3, mit einer EPI von 18 bis 30 (7 bis 12 EPcm) auf.
Die Auflage 59 ist vorzugsweise spiralförmig radial außen und benachbart in bezug auf den Gürtelaufbau 36 gewickelt. Die Auflage 59 ist aus einem kontinuierlichen Streifen aus Verstärkungsband mit einer Breite von 1/2 Zoll bis 1 1/2 Zoll (1,3 bis 3,8 cm) mit 4 bis 45 darin eingebetteten, parallelen Verstärkungsfilamenten oder -cord 70 hergestellt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Corde 70 aus Aramid, jedoch können genauso gut Corde mit hoher Zugfestigkeit und geringer Wärmeschrumpfung, wie beispielsweise Rayon, PEN, PET oder PVA verwendet werden.
Der Reifen 10 gemäß der Erfindung weist einen sehr dünnen Unterprotektor 13 auf, wobei der Unterprotektor 13 von der radial äußeren Oberfläche der Corde 70 der Auflage 59 zu einer Umfangsrille mit voller Tiefe gemessen wird. Die Dicke (t) des Unterprotektors 13 ist kleiner als 2 mm, vorzugsweise über 1 mm.
Um die Handhabungsleistung weiter zu verbessern, wendet der Reifen 10 einen harten Kernreiter 46 an, der sich von jedem Wulstkern 26 und neben der Lage 38 radial nach außen erstreckt. Der Kernreiter 46 weist eine Shore-D-Härte von größer als 50 auf.
Um die Seitenstabilität zu verbessern, kann der Reifen 10 zwei Seitenwandeinsätze anwenden, wobei sich ein Einsatz in jeder Seitenwand 20 befindet. Jeder Seitenwandeinsatz weist zwei Schichten 52, 53 aus Schrägcordverstärkungen auf. Die Corde der ersten Schicht 52 sind gleich aber entgegengesetzt zu den Corden der zweiten Schicht 53 orientiert, wobei die beiden Schichten 52, 53 zwischen dem Kernreiter 46 und dem Umschlagende 32 der Karkaßlage 38 angeordnet sind. Die Corde jeder Schicht sind unter einem Winkel von 25º bis 60º in bezug auf die Radialrichtung orientiert. Vorzugsweise weisen die erste und die zweite Schicht 52, 53 ein radial inneres Ende 54 und ein radial äußeres Ende 55 auf, wobei die jeweiligen Enden 54, 55 von einer Schicht relativ zu den Enden 54, 15 der entgegengesetzten Schicht versetzt angeordnet sind. Das radial äußere Ende 55 von einer Schicht ist bei ungefähr einer Hälfte der Querschnittshöhe SH des Reifens oder an einem Ort h wie gezeigt angeordnet.
Der Reifen 10 kann ferner einen geräuschdämpfenden Gummistreifen 42 aufweisen, der unter den Gürtelkanten liegt und sich bis zu ungefähr 50% der Querschnittshöhe SH des Reifens 10 erstreckt.
Die Corde 41 von einer oder mehreren Karkaßlagen 38 können aus der Gruppe von Rayon, Nylon, PEN, PET, Stahl oder Aramid ausgewählt sein. Der bevorzugte Reifen 10 wandte eine Rayonkarkaßlage 38 an.
Der Reifen 10, der die oben beschriebene neuartige Kombination verwendet, kann mit sehr geringem Gewicht bei im Vergleich mit herkömmlichen, Auflagen aufweisenden Reifen maßvollen bis sehr niedrigen Kosten hergestellt werden.
Der erfinderische Reifen 10 kann eine annehmbare bis gute Leistung, insbesondere bei der Handhabung, mit dem zusätzlichen Vorzug eines sehr niedrigen Rollwiderstandes zeigen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Hälfte des Reifens 10 nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die entgegengesetzte Hälfte eine ähnliche Form und einen ähnlichen Aufbau aufweist,
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der kostengünstigen Version des Reifens 10 ähnlich wie Fig. 1.

Definitionen

"Aspektverhältnis" bezeichnet das Verhältnis seiner Querschnittshöhe zu seiner Querschnittsbreite.
"Axial" und "in Axialrichtung" bezeichnet die Linien oder Richtungen, die parallel zur Drehachse des Reifens liegen.
"Wulst" oder "Wulstkern" bezeichnet im allgemeinen denjenigen Teil des Reifens, der ein ringförmiges Zugelement umfaßt, wobei die radial inneren Wülste dem Halten des Reifens auf der Felge zugeordnet, durch Lagencorde umwickelt und mit oder ohne andere Verstärkungselemente, wie beispielsweise Wulstfahnen, Chipper, Kernreiter oder Kernfahnen, Zehenschützer und Wulstbänder, geformt sind.
"Gürtelaufbau" oder "Verstärkungsgürtel" bezeichnet mindestens zwei ringförmige Schichten oder Lagen aus parallelen Corden, gewoben oder nicht gewoben, die der Lauffläche unterlegt sind, nicht an dem Wulst verankert sind und sowohl linke als auch rechte Cordwinkel im Bereich von 17º bis 27º in bezug auf die Äquatorialebene des Reifens aufweisen.
"Umfangs-" bezeichnet Linien oder Richtungen, die sich entlang des Umfangs der Oberfläche des ringförmigen Laufstreifens senkrecht zur Axialrichtung erstrecken.
"Karkasse" bezeichnet den Reifenaufbau abgesehen von dem Gürtelaufbau, dem Laufstreifen und dem Unterprotektor, jedoch einschließlich der Wülste.
"Mantel" bezeichnet die Karkasse, den Gürtelaufbau, die Wülste, Seitenwände und alle anderen Bestandteile des Reifens mit Ausnahme des Laufstreifens und des Unterprotektors.
"Wulstbänder" bezeichnet schmale Materialstreifen, die um die Außenseite des Wulstes herum angeordnet sind, um Cordlagen vor der Felge zu schützen und Biegevorgänge über die Felge zu verteilen.
"Cord" bezeichnet einen der Verstärkungsstränge, aus denen die Lagen in dem Reifen bestehen.
"Äquatorialebene (EP)" bezeichnet die Ebene, die senkrecht zur Drehachse des Reifens steht und durch die Mitte seines Laufstreifens verläuft.
"Aufstandsfläche" bezeichnet die Kontaktfläche oder den Bereich des Kontaktes des Reifenlaufstreifens mit einer ebenen Fläche bei einer Geschwindigkeit von Null und unter normaler Last und normalem Druck.
"Innerliner" bezeichnet die Schicht oder Schichten aus Elastomer oder anderem Material, die die Innenfläche eines schlauchlosen Reifens bildet und die das Füllfluid innerhalb des Reifens hält.
"Normaler Fülldruck" bezeichnet den spezifischen Konstruktionsfülldruck und die spezifische Konstruktionslast, die von der zuständigen Normungsorganisation für den Betriebszustand des Reifens festgelegt werden.
"Normale Last" bezeichnet den spezifischen Konstruktionsfülldruck und die spezifische Konstruktionslast, die von der zuständigen Normungsorganisation für den Betriebszustand des Reifens festgelegt werden.
"Lage" bezeichnet eine Schicht aus gummibeschichteten, parallelen Corden.
"Radial" und "in Radialrichtung" bezeichnet Richtungen radial in Richtung der Drehachse des Reifens oder von dieser weg.
"Radialreifen" bezeichnet einen mit einem Gürtel versehenen oder in Umfangsrichtung festgelegten Luftreifen, bei dem mindestens eine Lage Corde aufweist, die sich von Wulst zu Wulst erstrecken und unter Cordwinkeln zwischen 65º und 90º in bezug auf die Äquatorialebene des Reifens gelegt sind.
"Querschnittshöhe" bezeichnet den radialen Abstand vom Nennfelgendurchmesser zum Außendurchmesser des Reifens an seiner Äquatorialebene.
"Querschnittsbreite" bezeichnet den maximalen geradlinigen Abstand parallel zur Achse des Reifens und zwischen dem Äußeren seiner Seitenwände, wenn und nachdem er auf einen Normaldruck für 24 Stunden aufgepumpt worden aber unbelastet ist, wobei Erhöhungen der Seitenwände aufgrund von Kennzeichnung, Dekoration oder Schutzbändern ausgeschlossen sind.
"Schulter" bezeichnet den oberen Abschnitt der Seitenwand knapp unter dem Laufstreifenrand.
"Seitenwand" bezeichnet den Abschnitt eines Reifens zwischen dem Laufstreifen und dem Wulst.
"Laufstreifenbreite" bezeichnet die Bogenlänge der Laufstreifenoberfläche in der Axialrichtung, das heißt, in einer Ebene parallel zur Drehachse des Reifens.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Der Reifen 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wendet einen einzigartigen Aufbau an. Der Reifen 10, wie er in Fig. 1 veranschaulicht ist, ist ein Radialreifen für Personenwagen oder Leicht-LKW, wobei der Reifen 10 mit einem mit dem Boden in Eingriff tretenden Laufstreifenabschnitt 12 versehen ist, der in den Schulterabschnitten an den jeweiligen Seitenkanten 14, 16 des Laufstreifens 12 endet. Zwei Seitenwandabschnitte 20 erstrecken sich jeweils von den Laufstreifenseitenkanten 14, 16 und enden in zwei Wulstbereichen 22, die jeweils einen ringförmigen, nicht dehnbaren Wulstkern 26 aufweisen. Der Reifen 10 ist ferner mit einem Karkaßverstärkungsaufbau 30 versehen, der sich vom Wulstbereich 22 durch einen Seitenwandabschnitt 20, einen Laufstreifenabschnitt 12, den entgegengesetzten Seitenwandabschnitt 20 zum Wulstbereich 22 erstreckt. Die Umschlagenden 32 von zumindest einer Radiallage 38 des Karkaßverstärkungsaufbaus 30 sind um Wulstkerne 26 herumgewickelt und erstrecken sich radial nach außen zu einem Anschlußende 33. Die Umschlagenden 32 können an ungefähr dem radialen Ort der maximalen Querschnittsbreite bei der Ausführungsform von Fig. 1 enden. Der Reifen 10 kann einen herkömmlichen Innerliner 35 umfassen, der die Innenumfangsfläche des Reifens 10 bildet, wenn der Reifen von der schlauchlosen Art sein soll. Bei dem bevorzugten Reifen 10 ist der Innerliner 35 aus 100% Brombutyl oder alternativ Halogenbutyl hergestellt.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann der Reifen 10 eine einzige synthetische Lage anwenden, die über den Wulstkern 26 gewickelt ist und sich bis zu einem hohen Umschlagsende 32 erstreckt, das ein Anschlußende 33 aufweist, das bei ungefähr dem radialen Ort des maximalen Querschnittsdurchmessers (h) angeordnet ist. Ein den Laufstreifen verstärkender Gürtelaufbau 36 ist in Umfangsrichtung um die radial äußere Oberfläche des Karkaßverstärkungsaufbaus 30 unterhalb des Laufstreifenabschnitts 12 angeordnet. Bei der veranschaulichten besonderen Ausführungsform umfaßt der Gürtelaufbau 36 zwei geschnittene Gürtellagen 50, 51, und die Corde 80 der Gürtellagen 50, 51 sind unter einem Winkel von ungefähr 22 Grad in bezug auf die Mittelebene in der Mitte des Umfangs des Reifens orientiert.
Die Corde 80 der Gürtellage 50 sind in einer entgegengesetzten Richtung zur Mittelebene in der Mitte des Umfangs und gegenüber derjenigen der Corde 80 der Gürtellage 51 angeordnet. Jedoch kann der Gürtelaufbau 36 irgendeine Anzahl von Gürtellagen umfassen, und die Corde 80 können unter irgendeinem gewünschten Winkel angeordnet sein, vorzugsweise im Bereich von 18º bis 26º. Ein wichtiges Merkmal der Schichten 50, 51 ist, daß jede Schicht 50, 51 eine einzelne geschnittene Schicht ist, wobei keine Schicht umgeschlagene Kanten aufweist. Der Gürtelaufbau 36 stellt eine Seitensteifigkeit über die Gürtelbreite hinweg bereit, um ein Anheben des Laufstreifens 12 von der Straßenoberfläche während des Betriebes des Reifens 10 zu minimieren. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird dies bewerkstelligt, indem die Corde 80 der Gürtellagen 50, 51 aus Rayon hergestellt sind und vorzugsweise die folgenden Materialeigenschaften des Aufbaus aufweisen: 1840/ 2 (Verdrillung 6/ 6 bis 12 / 12 tpi) bis zu 2440/2/2 (Verdrillung 3/3 bis 10/ 10 tpi), jedoch vorzugsweise 244(7/3 (Verdrillung 6,5/6,5 tpi) mit einem EPI von 18 bis 24 (EPcm von 7 bis 9,4) und einem ausgeheizten Winkel von 16º bis 28º nach der Vulkanisation, vorzugsweise 22º, mit einer Dichte von 15-25 EPI (6-10 EPcm).
Der Karkaßverstärkungsaufbau 30 umfaßt zumindest einen Verstärkungslagenaufbau 38. Bei der besonderen, in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform ist ein Verstärkungslagenaufbau 38 mit einem radial äußeren Lagenumschlag 32 versehen, wobei dieser Lagenaufbau 38 vorzugsweise eine Schicht aus parallelen Corden 41 aufweist. Die Corde 41 des Verstärkungslagenaufbaus 38 sind unter einem Winkel von mindestens 75 Grad in bezug auf die Mittelebene in der Mitte des Umfangs CP des Reifens 10 orientiert. Bei der veranschaulichten besonderen Ausführungsform sind die Corde 41 unter einem Winkel von ungefähr 90 Grad in bezug auf die Mittelebene in der Mitte des Umfangs CP orientiert. Die Corde 41 können aus irgendeinem Material hergestellt sein, das normalerweise zur Cordverstärkung von Gummigegenständen verwendet wird, beispielsweise, aber ohne Begrenzung, Rayon, Nylon und Polyester, Aramid oder Stahl. Die Corde sind vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Hafteigenschaft an Kautschuk und einer hohen Wärmebeständigkeit hergestellt.
Für die Karkaßcorde 41 werden üblicherweise organische Fasercorde mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von 250 bis 600 kgf/sq mm, wie beispielsweise Nylon 6, Nylon 6-6, Rayon, Polyester, oder Corde mit hohem Modul, verwendet. In dem Fall von 340-bis-2100 dTex werden derartige Fasercorde vorzugsweise mit einer Dichte von 17 bis 30 EPI (6, 7 bis 12 EPcm) verwendet.
Andere Hochmodulfasern umfassen Aramid, Vinylon, PEN, PET, PVA, Kohlefaser, Glasfaser, Polyamide. Alternativ könnten Stahlcorde aus Stahl mit sehr hoher Zugfestigkeit verwendet werden, die Filamente mit einem dünnen Durchmesser aufweisen und eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit zeigen. Bei der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten, besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Corde 41 aus Rayon hergestellt. Die Corde 41 weisen einen Modul E von X und eine prozentuale Dehnung von Y auf. Der bevorzugte Rayoncord 41 weist X-Werte im Bereich von bis zu mindestens 10 GPa und prozentuale Dehnungen in dem Bereich auf, der üblicherweise in dem besonderen Material des Cordes zu inden ist.
Wie es in Fig. 1 weiter veranschaulicht ist, weisen die Wulstbereiche 22 des Reifens 10 jeweils einen ringförmigen, im wesentlichen nicht dehnbaren ersten bzw. zweiten Wulstkern 26 auf.
Der Wulstkern 26 ist vorzugsweise aus einem kontinuierlich gewickelten Einzel- oder Monofilamentstahldraht aufgebaut. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist Stahldraht mit hoher Zugfestigkeit und einem Durchmesser von 0,038 Zoll (0,97 mm) in vier Schichten von radial innen bis radial außen mit jeweils vier Drähten gewickelt, wodurch ein 4·4-Aufbau gebildet ist.
Innerhalb des Wulstbereiches 22 und der radial inneren Abschnitte der Seitenwandabschnitte 20 befinden sich Hochmodulelastomer-Kernreitereinsätze 46, die jeweils zwischen dem Karkaßlagenverstärkungsaufbau 38 bzw. den Umschlagenden 32 angeordnet sind. Die Elastomerkernreitereinsätze 46 erstrecken sich jeweils von dem radial äußeren Abschnitt der Wulstkerne 26 bis in den Seitenwandabschnitt hinein, wobei ihre Querschnittsbreite allmählich abnimmt. Die Elastomereinsätze 46 enden an einem radial äußeren Ende in einem Abstand G radial innen in bezug auf die maximale Querschnittsbreite des Reifens an dem Ort (h), wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Bei der veranschaulichten besonderen Ausführungsform erstrecken sich die Elastomerkernreitereinsätze 46 jeweils von ihren jeweiligen Wulstkernen 26 bis zu einem Abstand G von annähernd 25 Prozent (25%) der Querschnittshöhe des Reifens.
Zu den Zwecken dieser Erfindung soll die maximale Querschnittshöhe SH des Reifens als der radiale Abstand, gemessen vom Nennfelgendurchmesser NRD des Reifens zum radial äußersten Teil des Laufstreifenabschnitts des Reifens angesehen werden. Ebenso zu den Zwecken dieser Erfindung sei der Nennfelgendurchmesser der Durchmesser des Reifens, wie er durch seine Größe gekennzeichnet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Wulstbereiche 22 ferner mindestens ein cordverstärktes Element 52, 53, das zwischen dem Kernreitereinsatz 46 und dem Lagenumschlagende 32 angeordnet ist. Das cordverstärkte Element oder die cordverstärkten Elemente 52, 53 weisen ein erstes Ende 54 und ein zweites Ende 55 auf. Das erste Ende 54 befindet sich axial und radial innen in bezug auf das zweite Ende 55. Das cordverstärkte Element oder die cordverstärkten Elemente 52, 53 nehmen im radialen Abstand von der Drehachse des Reifens 10 als Funktion des Abstandes von ihrem ersten Ende 54 zu. Wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist, umfaßt das cordverstärkte Element zwei Bestandteile 52, 53 mit einer Breite von ungefähr 4 cm. Der axial innere Bestandteil 52 weist ein radial inneres Ende 54 auf, das sich radial bei oder geringfügig über den ersten und zweiten Wulstkernen 26 befindet. Der axial äußere Bestandteil 53 weist ein radial inneres Ende auf, das sich ungefähr 1 cm radial außen in bezug auf die Außenfläche des Wulstkerns 26 befindet. Die axial inneren und axial äußeren Bestandteile 52, 53 weisen vorzugsweise eine Rayon-, Nylon-, Aramid- oder Stahlcordverstärkung auf, wobei bei der bevorzugten Ausführungsform des Reifens Corde aus Nylon 1400/2 dTex verwendet wurden. Das zweite Ende 55 des cordverstärkten Elements 53 ist radial außen in bezug auf den Wulstkern 26 und das Anschlußende 33 des Umschlagendes 32 der ersten Lage 38 angeordnet, und es ist radial in einem Abstand von mindestens 50% der Querschnittshöhe SH, wie von dem Nennwulstdurchmesser gemessen, angeordnet.
Die Corde der Elemente 52, 53 sind vorzugsweise geneigt, wobei sie einen eingeschlossenen Winkel in bezug auf die radiale Richtung in einem Bereich von 25º bis 75º, vorzugsweise 55º, bilden. Wenn zwei Elemente angewandt werden, sind die Cordwinkel vorzugsweise gleich aber entgegengesetzt angeordnet. Das Cordverstärkungselement 52, 53 verbessert die Handhabungseigenschaften des Reifens 10 der vorliegenden Erfindung. Die Elemente 52, 53 verringern stark die Neigung des Wagens zum Übersteuern, was ein bedeutendes Problem ist, auf das bei herkömmlichen Reifen getroffen wird, die nicht aufgepumpt oder zu wenig aufgepumpt gefahren werden.
Ein gewebeverstärktes Element 61 kann den Wulstbereichen 22 des Reifens 10 hinzugefügt sein. Das gewebeverstärkte Element weist ein erstes und ein zweites Ende 62, 63 auf Das Element ist um die erste Lage 38 und den Wulstkern 26 herumgewickelt. Sowohl das erste als auch das zweite Ende 62, 63 erstrecken sich radial über und außen in bezug auf den Wulstkern 26.
Die Seitenwandabschnitte 20 des Reifens 10 der bevorzugten Ausführungsform sind mit zwei ersten geräuschdämpfenden Wulstfahnen 42 versehen. Die ersten geräuschdämpfenden Wulstfahnen 42 werden zwischen dem Innerliner 35 und der Verstärkungslage 38 angewandt. Die ersten Wulstfahnen 42 erstrecken sich von unterhalb jeder Gürtelkante im Schulterbereich des Reifens 10 nach radial innen in bezug auf das Ende 55 des verstärkten Elements. Wie es bei der in Fig. 1 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist, umfassen die Seitenwandabschnitte 20 jeweils eine erste geräuschdämpfende Wulstfahne 42 und einen Kernreitereinsatz 46. Die ersten Wulstfahnen 42 sind wie oben beschrieben positioniert. Die Kernreitereinsätze 46 sind zwischen der ersten Lage 38 bzw. den Umschlagenden 32 der Lage 38 angeordnet.
Zu Zwecken dieser Erfindung wird die maximale Querschnittsbreite (SW) des Reifens parallel zur Drehachse des Reifens von den axial äußeren Flächen des Reifens gemessen, wobei Zeichen, Verzierung und desgleichen ausgeschlossen sind. Ebenfalls zu Zwecken dieser Erfindung ist die Laufstreifenbreite der axiale Abstand quer durch den Reifen senkrecht zur Äquatorialebene (EP) des Reifens, wie von der Aufstandsfläche des Reifens gemessen, der auf den maximalen normalen Fülldruck aufgepumpt, wie veranschlagt belastet und auf ein Rad aufgezogen ist, für das er konstruiert wurde.
Der Reifen 10, der in Fig. 1 des Reifens der bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht ist, weist eine Gewebeauflage 59 auf, die um den den Laufstreifen verstärkenden Gürtelaufbau 36 herum angeordnet ist. Es können beispielsweise zwei Lagenschichten, die Corde aus PEN, PET, PVA, Rayon oder Aramid aufweisen, über jedem Verstärkungsgürtelaufbau 36 angeordnet sein, wobei die seitlichen Enden sich an den seitlichen Enden der Gürtelaufbauten 36 vorbei erstrecken. Alternativ kann eine einzige Schicht aus spiralförmig gewickeltem, verstärktem Gewebe als eine Auflage angewandt werden. Der Reifen 10 der bevorzugten Ausführungsform wandte spiralförmig gewickelte Aramidcorde 70 mit flexten 1670/3 oder stärker bevorzugt 1100/2dTex an. Das Aramidmaterial weist einen wesentlich höheren Elastizitätsmodul als Nylon auf und führt dementsprechend zu einer stabileren Reifenverstärkung als zwei Schichten aus Nylon. Die Anmelder haben herausgefunden, daß eine Zunahme der Hochgeschwindigkeitsfähigkeit in einem Reifen mit der einzigen Schicht aus einer Aramidauflage erreicht werden kann, die mindestens 14 EPI 95,5 EPcm), vorzugsweise ungefähr 17 EPI (6,6 EPcm) aufweist. Im allgemeinen wird die Verwendung von Aramidmaterial bei Anwendungen von Personenwagenreifen vermieden, und zwar zum Teil aufgrund der Tatsache, daß das Material schlechte Geräuscheigenschaften aufweist, die Töne durch die relativ dünnen Seitenwände des Personenwagenreifens in Resonanz treten lassen. Der Reifen der Anmelder der vorliegenden Erindung wendet einen geräuschdämpfenden Einsatz 42 in den Seitenwänden 20 an, der die durch den Reifen erzeugten Geräusche merklich dämpft. Diese geräuschdämpfenden Seitenwände 20 erlauben die Verwendung einer Aramidauflage, ohne unannehmbare Geräuschpegel zu erfahren.
Die Corde 70 der Auflage 59 können alternativ aus Rayon, PET, PEN oder PVA hergestellt sein. Es kann ein PEN-Filament mit einer Dichte von 240 dTex bis 2200 dTex angewandt werden, und stärker bevorzugt kann 1440/2 dTex mit sowohl einer Garn- als auch Cordverdrillung von zwischen 4 und 12 tpi (zwischen 1,6 und 4,7 tpcm), vorzugsweise 7Z/9S angewandt werden.
Die Kernreitereinsatzfahnen 46 können wie gezeigt aus einem oder zwei oder mehr verschiedenen Elastomermaterialien hergestellt sein. Die bevorzugten Ausführungsformen wandten nur eine einzige Mischung oder ein Material in den Kernreitereinsätzen 46 an, die sich von dem Wulstkern 26 aus erstreckte. Das bevorzugte Kernreitereinsatzmaterial ist sehr hart, wobei es eine Shore-D-Härte von 50 oder mehr, vorzugsweise 50 bis 55, aufweist. Die Härte des Einsatzes 46 wurde durch quervernetzte Verstärkungsharze erreicht, die durch ein üblicherweise bekanntes Mischverfahren gemischt wurden, um eine hohe Härte zu erreichen, die es gestattet, daß eine minimale Materialmenge verwenden werden kann, um den Kernreitereinsatz 46 zu bilden.
Die Einsätze 46 können alternativ mit kurzen Fasern gefüllt sein, die vorzugsweise unter einem Winkel von mindestens 45º orientiert sind, um die Radial- und Seitensteifigkeit des Einsatzes zu verbessern, wobei die Fasern vorzugsweise alle radial orientiert sind. Die kurzen Fasern sind vorzugsweise aus textilen oder synthetischen Materialien, wie Rayon, Nylon, Polyester oder Aramid hergestellt. Diese kurzen Fasern können radial gerichtet sein oder unter Schrägwinkeln angeordnet sein, vorzugsweise zumindest 45º, sollten sich aber nicht in Umfangsrichtung erstrecken.
Ein Scheuern des Reifens 10 im unteren Wulstbereich radial außen in bezug auf den Karkaßaufbau 30 neben dem Felgenflansch kann insbesondere während der Verwendung des Reifens in einem zu wenig aufgepumpten Zustand durch Vorsehen eines harten Gummiwulstbandabschnitts 60 minimiert werden.
Der Gürtelaufbau 36 weist nicht umgeschlagene Gürtel 50, 51 auf, die mit vorzugsweise verwendeten Rayoncorden von 1840/2 (Verdrillung 6/6 bis 12/ 12 tpi) bis zu 2440/2/2 (Verdrillung 3/3 bis 10/ 10 tpi), jedoch vorzugsweise 2440 / 3 (Verdrillung 6,5 / 6,5 tpi), mit einer Dichte von 18 bis 24 EPI (7 bis 9,5 EPcm) verstärkt sind. Die Gürtel 50, 51 wiesen eine Breite von ungefähr 98% der Formlaufstreifencordbreite auf, die gewöhnlich als die Laufstreifenbogenbreite (TAW) bezeichnet wird.
Um die Leistung des Reifens 10 und seine Merkmale eines geringen Gewichtes weiter zu verbessern, wurde der Laufstreifen 12 mit einem minimalen Maß oder einer minimalen Dicke (t) des Unterprotektors 13 aufgebaut. Herkömmlich wird der Unterprotektor für einen Hochleistungspersonenwagenreifen auf zwischen 2 und 5 mm reduziert. Der Reifen der vorliegenden Erfindung wies einen Unterprotektor von weniger als 2 mm, vorzugsweise ungefähr 1 mm auf, wie von den radial äußeren Corden 70 der Auflage 59 zu einem Grund einer Umfangsrille mit voller Tiefe gemessen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Um sicherzustellen, daß der erfinderische Reifen 10 die ihm eigenen Spannungen reduzierte, die geschaffen werden, wenn ein Reifen mit Rayongürteln 50, 51 geformt wird, wurde festgestellt, daß die Form am Laufstreifen breit und eben sein sollte. Der Laufstreifenradius von 315 mm und eine Laufstreifencordbreite von 141 mm wurden mit akzeptablen Ergebnissen bewertet. In einer Reifengröße von 195/65R15 91V ergaben ein Laufstreifenradius von 914 mm und eine Laufstreifencordbreite von 152 mm die überlegensten Ergebnisse. Die Erfinder nehmen an, daß ein flacher Laufstreifenradius von größer als 300 mm über eine Laufstreifencordbreite von ungefähr 125 mm oder mehr akzeptable Ergebnisse liefern wird. Stärker bevorzugt sollte der Laufstreifenradius R größer als 500 mm für eine Laufstreifencordbreite von größer als 150 mm sein, und besonders bevorzugt sollte R mindestens 750 mm betragen. Dieser breite, flache Laufstreifenbogen läßt es zu, daß die Gürtelcorde 80 eine minimale Wärmeschrumpfungsverzerrung erfahren, die die Corde der Lage 51 neben der Karkaßlage 38 beanspruchen könnte. Dies bedeutet in Kombination mit den Lagencorden 41 mit geringer Wärmeschrumpfung und einer Auflage 59 mit ähnlich niedriger Wärmeschrumpfung, daß der Reifen 10 derart hergestellt und in Gebrauch versetzt werden kann, daß die Auflage 59, die Lage 38 und die Gürtel 50, 51 es ohne nachteilige Verzerrungen überstehen werden, einer Wärmedehnung und -kontraktion ausgesetzt zu werden.
Es wurde ein Testkontrollreifen mit einer Größe von 195/65R15 91V mit den herkömmlichen Stahlgürteln hergestellt, wobei das Reifengewicht 9,4 kg betrug. Der Reifen mit der gleichen Größe, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt war, wies ein Gewicht von ungefähr 7,1 kg auf, wobei, abhängig von der Abstimmung des Reifens 10, das Gewicht, wenn die oben beschriebenen erfinderischen Konzepte angewandt wurden, eine Gewichtsspanne im Bereich von 6,9 bis 7,4 kg aufgewiesen hat.
Diese Gewichtsverringerung in und aus sich selbst war eine am stärksten vorteilhafte Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, da sie den Beitrag der kinetischen Energie des Reifens reduzierte, sowohl Translations- als auch Rotationsenergie herabsetzte und somit den Kraftstoffverbrauch reduzierte.
Zusätzlich gestattet das reduzierte Gewicht der ungefederten Reifenmasse, daß die Autohersteller die Aufhängung mit Bauteilen mit verringertem Gewicht neu konstruieren können, so daß das Autogewicht, die Leistung und die Handhabung verbessert werden.
Der Reifen der vorliegenden Erfindung bewirkte eine Rollwiderstandsverbesserung von ungefähr 10% bis 18% gegenüber den Kontrollreifen mit einem klassischen Aufbau, der in der gleichen Form mit der gleichen Laufstreifenmischung und einem normalen Stahlgürtel hergestellt wurde.
Es wurden Verbesserungen des Laufstreifenverschleißes von 0 bis 10% in einem Standardverschleißtest des Reifens 10 gegenüber dem herkömmlichen Aufbau beobachtet. Es wurde bemerkt, daß der Reifen 10 weniger empfindlich auf Radpositionsverschleiß war. Der Schulterverschleiß der Lenkposition und der Mittellinienverschleiß der Hinterradposition waren bei leichter Belastung im erfinderischen Reifen 10 im Vergleich mit den Reifen nach dem Stand der Technik viel weniger ausgeprägt.
Die Abplattungsbildung des erfinderischen Reifens war gegenüber Reifen nach dem Stand der Technik im Hinblick auf die Zeitdauer, die erforderlich ist, um ein störungsfreies Fahren wiederzuerlangen, sehr verbessert. Abplattungsbildung ist ein Zustand, der gewöhnlich auftritt, wenn ein Fahrzeug, nachdem es gefahren worden ist, geparkt wird, wobei bewirkt wird, daß sich der warme Reifen abkühlt, so daß der Aufbau einen örtlich abgeflachten Mantelaufbau aufweist.
Das wichtigste ist, daß der erfinderische Reifen eine ausgezeichnete Dauerhaftigkeit gezeigt hat, und Stößeltests, Karkaßdauerermüdungstests auf der Straße, Elastizitätsmessertests im Freien, Bordsteinaufpralltest, Straßenstößeltests und gesetzliche geforderte Qualifikationstests nach DOT und ECE R30 bestanden hat.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, kann der Reifen 1 mit noch geringeren Kosten hergestellt werden, indem die Verstärkungen 52, 53 und der geräuschdämpfende Einsatz 42 beseitigt werden. Zusätzlich können die Auflagecorde 70 Rayon mit geringeren Kosten bezüglich der Verwendung von Aramid sein.

Claims

1. Radialluftreifen (10) mit einem Aspektverhältnis von 0,2 bis 0,8, umfassend zwei parallele, ringförmige Wulstkerne (26), eine oder mehr radiale Karkaßlagen (38), wobei zumindest eine radiale Karkaßlage (38) zwei Umschläge (32) aufweist, die um die Wulstkerne (26) herumgewickelt sind, einen Gürtelaufbau (36), der radial außen in bezug auf die eine oder mehreren radialen Karkaßlagen (38) in einem Kronenbereich des Reifens (10) angeordnet ist, und eine Auflage (59), die eine Breite aufweist, die im wesentlichen mit der Breite des Gürtelaufbaus (36) zusammenfällt, einen Laufstreifen (12), der radial außen in bezug auf die Auflage (59) angeordnet ist, wobei die Auflage (59) Verstärkungsfilamente oder -corde (70) aufweist, wobei die Corde (70) aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt sind, wobei die Gruppe Rayon, PET, Aramid, PEN oder PVA ist, die in einem Elastomer eingebettet sind, und wobei der Gürtelaufbau (36) aus zwei oder mehr mit Rayoncord verstärkten Schichten (50, 51) hergestellt ist, und eine Seitenwand (20) 1, die zwischen dem Laufstreifen (12) und den Wulstkernen (26) angeordnet ist, wobei der Reifen (10) dadurch gekennzeichnet ist, daß die mit Rayoncord verstärkten Schichten Cordwinkel im Bereich von 16º bis 28º aufweisen, wobei der Laufstreifen (12) einen flachen Laufstreifenradius (R) von größer als 300 mm über eine Laufstreifencordbreite von 125 mm oder mehr aufweist, wobei der flache Laufstreifenradius (R) vorzugsweise 500 mm oder mehr für Laufstreifencordbreiten von 150 mm oder mehr beträgt, und daß der Laufstreifen (12) einen Unterprotektor (13) aufweist, wie von der radial äußeren Fläche der Corde (70) der Auflage (59) zu einer Umfangsrille mit voller Tiefe gemessen, wobei der Unterprotektor (13) eine durchschnittliche Dicke (t) von weniger als 2 mm aufweist.

2. Reifen (10) nach Anspruch 1, wobei die Auflage (59) radial außen in bezug auf den Gürtelaufbau (36) spiralförmig gewickelt ist und einen durchgehenden Streifen aus Elastomerverstärkungsband umfaßt, das eine Breite von 1/2 Zoll bis 1 1/2 Zoll (1,3 bis 3,8 cm) und 4 bis 45 darin eingebettete, parallele Verstärkungsfilamente oder -corde (70) aufweist.

3. Reifen (10) nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfilamente (70) der Auflage (59) PEN-Filamente mit einer Dichte von 240 dTex bis 2200 dTex sind.

4. Reifen (10) nach Anspruch 3, wobei die PEN-Verstärkungscorde (70) einen Verdrillungsmultiplikator von 5 bis 10 aufweisen.

5. Reifen (10) nach. Anspruch 4, wobei die PEN-Verstärkung (70) 1440/2 dTex-Corde (70) mit einer Garn- und Cordverdrillung von zwischen 4 und 12 tpi (zwischen 1,6 und 4,7 tpcm) sind.

6. Reifen (10) nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfilamente (70) der Auflage (59) aus Aramid bestehen.

7. Reifen (10) nach Anspruch 5, wobei die Verstärkungsfilamente (70) der Auflage (59) flexten 1100/2 dTex sind.

8. Reifen (10) nach Anspruch 6, wobei die Filamente (70) ein Ende pro Zoll (EPI) von ungefähr 15 bis 30 (6 bis 12 EPcm) aufweisen.

9. Reifen (10) nach Anspruch 8, wobei der Unterprotektor (13) eine Dicke (T) von ungefähr 1 mm aufweist.

10. Reifen (10) nach Anspruch 1, der einen Kernreiter (46) aufweist, der sich radial über jedem der Wulstkerne (26) nach außen und neben der Lage (38) erstreckt, wobei der Kernreiter (46) eine Shore-D-Härte von größer als 50 aufweist.

11. Reifen (10) nach Anspruch 9 mit zwei Seitenwandeinsätzen, und zwar einem Einsatz in jeder Seitenwand, wobei jeder Einsatz aus zwei Elastomerschichten (52, 53) besteht, die mit Schrägcorden verstärkt sind, wobei eine erste Schicht (52) gleich aber entgegengesetzt zur zweiten Schicht (53) orientiert ist, wobei die beiden Schichten zwischen dem Kernreiter (46) und dem Umschlag (32) der Karkaßlage (38) angeordnet sind.

12. Reifen (10) nach Anspruch 10, wobei die erste und die zweite Schicht (52, 53) Schrägcordwinkel von 25º bis 60º aufweisen.

13. Reifen (10) nach Anspruch 11, wobei jede erste und zweite Schicht (52, 53) ein radial inneres Ende (54) und ein radial äußeres Ende (55) aufweist, wobei die jeweiligen Enden (54, 55) von einer Schicht (52, 53) in bezug auf die Enden (54, 55) der entgegengesetzten Schicht (52, 53) versetzt angeordnet sind, wobei das radial äußere Ende (55) von einer Schicht bei ungefähr einer Hälfte der Querschnittshöhe (SH) des Reifens angeordnet ist.

14. Reifen (10) nach Anspruch 1 mit einem Innerliner (35) und einem geräuschdämpfenden Elastomereinsatz (42), wobei der Einsatz (42) zwischen dem Innerliner (35) und der Lage (38) unter einer Gürtelkante liegt und sich bis zu ungefähr 50% der Querschnittshöhe (SH) des Reifens (10) erstreckt.

15. Reifen (10) nach Anspruch 1, wobei die Karkaßlagen (38) radiale Corde (41) aus Rayon aufweisen.

16. Reifen (10) nach Anspruch 1, wobei die Karkaßlagen (38) radiale Corde (41) aus Polyester aufweisen.

17. Reifen (10) nach Anspruch 1, wobei die Karkaßlagen (38) radiale Corde (41) aus PEN aufweisen.

18. Reifen (10) nach Anspruch 1, wobei die Karkaßlagen (38) radiale Corde (41) aus Aramid aufweisen.

19. Reifen (10) nach Anspruch 1, wobei die Karkaßlagen (38) radiale Stahlcorde (41) aufweisen.