EP4532225A1 - Fahrzeugluftreifen aufweisend eine festigkeitsträgerlage mit stahl-monofilamenten - Google Patents

Fahrzeugluftreifen aufweisend eine festigkeitsträgerlage mit stahl-monofilamenten

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EP4532225A1
EP4532225A1 EP23721273.3A EP23721273A EP4532225A1 EP 4532225 A1 EP4532225 A1 EP 4532225A1 EP 23721273 A EP23721273 A EP 23721273A EP 4532225 A1 EP4532225 A1 EP 4532225A1
Authority
EP
European Patent Office
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reinforcement layer
monofilaments
pneumatic vehicle
vehicle tire
monofilament
Prior art date
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Pending
Application number
EP23721273.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel De Castro Pinho
Mihail Catana
Thomas Kramer
Michael Schunack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Reifen Deutschland GmbH
Original Assignee
Continental Reifen Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a pneumatic vehicle tire, in particular of a radial design, with a reinforcement layer comprising reinforcements made of steel, which are arranged essentially parallel and spaced apart from one another within the reinforcement layer and are embedded in a rubber material, each of the reinforcements being designed as a monofilament, the monofilaments having a cross-sectional area from 98 mm 2 to 125 mm 2 per meter of reinforcement layer and the steel has a carbon content of at least 0.86% by weight.
  • a pneumatic vehicle tire generally has an airtight inner layer, a carcass having at least one carcass strength support layer, the carcass extending from the zenith area of the tire over the side walls into the bead area and being anchored there by wrapping around tensile bead cores, a profiled tread located radially on the outside and one between the Tread strip and the carcass arranged belt strength support layers belt, which can be covered radially on the outside with a belt bandage.
  • the belt bandage can be designed in one or more layers and covers at least the belt edges.
  • reinforcement supports it is usual for reinforcement supports to be embedded in rubber material to produce a reinforcement layer, in particular the belt or carcass, by a group of essentially parallel reinforcement supports passing through a calender or an extruder in the longitudinal direction for coating with the rubber material. These webs are usually cut transversely to their longitudinal direction so that the parts can be used individually or together as reinforcement layers in the tire.
  • the belt generally has at least two belt strength support layers which are arranged crossing each other at an angle. The belt ensures the rigidity of the tread in the longitudinal and transverse directions. This serves to transmit power when driving, improves cornering and reduces wear on the tire.
  • the carcass has at least one carcass strength support layer, wherein in a pneumatic vehicle tire of radial design, the strength members of the at least one carcass layer are arranged in the side walls at an angle of 0° to 10°, preferably from 0° to 8°, to the radial direction.
  • DE 10 2016 225231 A1 discloses a belt strength support layer comprising ultra-tensile steel monofilaments with a small diameter of 0.35 mm, which are arranged in the strength support layer to compensate for the small diameter with a high thread density of 90 epdm up to 130 epdm.
  • the increased thread density to compensate for the lower strength of the thin monofilaments compared to the multi-steel filament cords leads to various challenges that affect, for example, the life of the tire due to the higher number of reinforcements and the smaller reinforcement spacing.
  • the high thread density can result in increased crack formation and crack propagation.
  • the Deformation properties of the reinforcement layer, and thus in particular the handling properties of the tire are influenced by the design of the reinforcement.
  • the task is therefore a pneumatic vehicle tire that has improved durability while still having advantageous rolling resistance.
  • the monofilaments have a brass coating with a copper content of 61% to 70% by weight and a zinc content of 30% to 39% by weight, and that the monofilaments each have a linear density of 92 g / 100 m to 105 g / 100 m, that the monofilaments each have a tensile density Td of 34 MPa / (g / 100m) to 39 MPa / (g / 100m) and that the reinforcement layer has a surface strength AS of 109 Nmm 2 up to 166 Nmm 2 and that the rubber material has an elongation at break of 300% to 450%.
  • the surface strength AS of a reinforcement layer is given as the product of a breaking force and a diameter of a reinforcement of the reinforcement layer and a distance between the reinforcement and an adjacent reinforcement of the reinforcement layer. The distance plus the diameter is therefore the repetition distance of the reinforcements.
  • the breaking force of the reinforcement is measured according to ASTM D 2969.
  • the cross-sectional area of a monofilament runs perpendicular to an extension direction of the monofilament.
  • the tensile density Td of a reinforcement is given by the quotient of tensile strength and linear density of the respective reinforcement.
  • Tensile strength is measured according to ASTM D 2969.
  • the elongation at break of the rubber material is measured at room temperature according to DIN 53504.
  • the high carbon content of the steel of the monofilaments of at least 0.86% by weight enables an advantageous high tensile strength of the monofilaments.
  • the design of the reinforcements as monofilaments allows particularly good penetration of the rubber material, which prevents the spread of corrosion promoted by the high carbon content.
  • the design of the reinforcements as monofilaments allows the reinforcement layer to continue to be thin and thus a further low rolling resistance.
  • the brass coating of the monofilaments with a copper content of 61% to 70% by weight and a zinc content of 30% to 39% by weight promotes optimal adhesion between the steel and the rubber material. Together this results in improved durability of the tire while at the same time maintaining low rolling resistance.
  • the comparatively high linear density of the monofilaments measured in g per 100 m length of the respective monofilament, from 92 g / 100 m to 105 g / 100 m, leads to improved compression properties and thus to improved handling properties when used as a belt layer.
  • this high linear density in conjunction with the low tensile density Td of 34 MPa/(g/100m) to 39 MPa/(g/100m) ensures lower fatigue and thus greater durability.
  • the surface strength takes into account and combines the breaking force with the diameter of the monofilaments and the distance to an adjacent monofilament. It has been found that a surface strength AS of 109 Nmm 2 to 166 Nmm 2 in connection with the high linear density according to the invention and the elongation at break of the rubber material, in particular arranged between the strength members, of 300% to 450%, represents an excellent compromise between service life and handling properties and robustness of the tire enabled.
  • Such a reinforcement layer has improved properties with regard to crack formation and crack propagation.
  • a pneumatic vehicle tire is thus provided which, due to the arrangement and weight distribution of steel to rubber material in the reinforcement layer as well as the material properties of the rubber material, has a further advantageous rolling resistance with improved durability.
  • the advantages arise in particular in a vehicle tire that has the reinforcement layer as a belt layer.
  • Such a pneumatic vehicle tire has advantageous handling properties.
  • a pneumatic vehicle tire Compared to a reinforcement layer with reinforcements of a standard 2x high-tensile construction, a pneumatic vehicle tire is possible that has improvements in rolling resistance, handling and plunger while at the same time maintaining an advantageous service life and robustness of the tire.
  • the monofilaments have a compression modulus of 138 GPa to 155 GPa and/or a compression displacement of 0.95% to 1.05% and/or a compression stress. from 1400 MPa to 1500 MPa.
  • this combination of steel monofilaments and rubber material in the reinforcement layer together with the compression modulus of 138 GPa to 155 GPa and/or the compression stress of 0.95% to 1.05% and/or the compression stress of 1400 MPa up to 1500 MPa enables a high compression force until the monofilaments buckle. This results in further improved deformation properties of the reinforcement layer. When used as a belt layer, this results in a pneumatic vehicle tire that is further improved in terms of handling properties. It is advantageous if the monofilaments have a compression modulus of 138 GPa to 155 GPa and a compression stress of 0.95% to 1.05% and a compression stress of 1400 MPa to 1500 MPa.
  • the determination of the compression modulus, the compression and the compression stress of a steel strength member, in particular a monofilament are known to those skilled in the art.
  • a sample from a rubber cylinder, in particular a rubber cylinder made of the same rubber material as the rubber material of the reinforcement layer, having the monofilament arranged along the axis of rotation of the cylinder is generally used in comparison with a sample from a corresponding rubber cylinder, which is free of such a monofilament.
  • the respective cylinder can have a diameter of 15 mm and a length of 25 mm and the test can be carried out at room temperature with a preload of 2N and a test speed of 5 mm/min.
  • the difference between the two samples with and without monofilament must be taken into account.
  • the monofilaments each have an out-of-plane bending stiffness of 270 Nmm 2 to 340 Nmm 2 .
  • the bending stiffness of a steel strength member, in particular the monofilament can be determined using the 3-point bending test known to those skilled in the art.
  • the bending stiffness of the Monofilament is determined as a result of a force acting perpendicular to the direction of extension of the monofilament on the reinforcement. A straight piece of monofilament is tested, whereby the test length and the distance between two contact points on which the monofilament rests depend on the linear density of the monofilament.
  • the monofilaments each have a tensile strength of 3500 MPa to 3700 MPa, preferably that a force of 285 N to 325 N must be applied for an elongation of 1%.
  • the monofilaments with such tensile strength have an advantageous high breaking strength.
  • the tensile strength and the force at 1% elongation are measured according to ASTM D 2969,
  • the reinforcement layer has a weight proportion of steel of 47% by weight to 63.5% by weight, preferably from 48.9% by weight to 62.3% by weight, particularly preferably of 52% by weight to 58% by weight and that the reinforcement layer has a spacing factor S of 2.00 to 2.67, preferably from 2.05 to 2.57, particularly preferably from 2.10 to 2.50 .
  • the distance factor S takes into account the coating of the monofilaments with the rubber material of the reinforcement layer.
  • the distance factor S characterizes the reinforcement layer, particularly with regard to the probability of crack propagation and the absorption of shear forces.
  • the reinforcement layer designed in this way also has reduced crack formation and crack propagation, which further improves the durability of the reinforcement layer.
  • the reinforcement layer preferably has the same amount of rubber material above and below the reinforcement.
  • An advantageous embodiment is provided in that the monofilaments have a twist angle of a maximum of 10°, preferably a maximum of 1°.
  • Such a small twist angle of a maximum of 10° has only a minor effect on the properties of the monofilament. With such a low twist, a stable coating process of the reinforcement with the rubber material is possible. A twist angle of a maximum of 1° is particularly advantageous. At the same time, the orientation and uniform distribution of the monofilaments within the reinforcement layer is made easier.
  • the twist angle is calculated as atan(irxd/P )X180/TT, where d denotes a diameter of the monofilament and P denotes a twist pitch (pitch) of the twist.
  • the monofilament can be examined using a light microscope.
  • the diameter d (in millimeters) as well as a value that corresponds to half the twist distance P (in millimeters) can be determined.
  • the value is determined using a drawing mark on the surface of the monofilament.
  • the value is multiplied by 2 to obtain the twist distance P.
  • the reinforcement layer preferably has the same amount of rubber material above and below the reinforcement.
  • the rubber material has a tensile strength of 15 N/mm 2 to 22 N/mm 2 .
  • the tensile strength of the rubber material is measured at room temperature according to DIN 53504. Such a tensile strength enables an advantageous compromise between service life and rolling resistance properties of the reinforcement layer, in particular the belt layer, of the tire.
  • the rubber material has a Shore hardness of 77 to 81 (ShoreA).
  • the Shore hardness of the rubber material is measured at room temperature in accordance with DIN 53505.
  • Such a Shore hardness enables an advantageous compromise between the service life and rolling resistance properties of the reinforcement layer, in particular the belt layer, of the tire.
  • the rubber material has a rebound elasticity of 38 to 45.
  • the rebound elasticity of the rubber material is measured at room temperature in accordance with DIN 53512. Such rebound elasticity enables an advantageous compromise between the service life and rolling resistance properties of the reinforcement layer, in particular the belt layer, of the tire.
  • the pneumatic vehicle tire has a belt and that the reinforcement layer is a reinforcement layer of the belt, preferably that the belt has two such reinforcement layers, the reinforcement layers of which intersect at an angle of 18° to 45°.
  • a pneumatic vehicle tire having such a belt with at least one reinforcement layer according to the invention as a belt reinforcement layer has advantageous durability properties and handling properties with good rolling resistance.
  • it is a tire of radial design.
  • the vehicle tire having the belt designed according to the invention is preferably a tire for a passenger car, a light truck or a commercial vehicle. It is preferably a passenger car or a light truck.
  • An advantageous embodiment is provided in that the pneumatic vehicle tire, in particular of the radial design, has a carcass and in that the reinforcement layer is a reinforcement layer of the carcass.
  • a pneumatic vehicle tire, in particular of a radial design, having a carcass with at least one reinforcement layer according to the invention as a carcass reinforcement layer has advantageous durability properties with good rolling resistance. If it is a pneumatic vehicle tire of radial design, the reinforcements of the carcass reinforcement layer are arranged in the side walls at an angle of 0° to 10°, preferably from 0° to 8°, to the radial direction.
  • the vehicle tire in particular of radial design, having the carcass designed according to the invention is preferably a tire for a passenger car, a light truck, a commercial vehicle or the like. It is preferably a pneumatic vehicle tire for a passenger car.
  • Motor vehicles driven by an electric motor, in particular such passenger cars, having one or more tires according to the invention benefit particularly from low rolling resistance with improved handling properties and improved durability.
  • the tire is characterized by the fact that the monofilaments have a brass coating with a copper content of 61% to 70% by weight and a zinc content of 30% to 39% by weight, and that the monofilaments each have a linear Density of 92 g / 100 m to 105 g / 100 m, the monofilaments each have a tensile density Td of 34 MPa / (g / 100m) to 39 MPa / (g / 100m), where the tensile density Td is defined as a quotient from tensile strength and linear density of the reinforcement layer, that the reinforcement layer has a surface strength AS of 109 Nmm 2 to 166 Nmm 2 , the surface strength AS being a product of a breaking force and a diameter of a monofilament of the reinforcement layer and a distance between the monofilament and an adjacent one Monofilament of the reinforcement layer is given and that the rubber material has an elongation at break of 300% to 450%.
  • the monofilaments can have a compression modulus of 138 GPa to 155 GPa, a compression strain of 0.95% to 1.05% and/or a compression stress of 1400 MPa to 1500 MPa.
  • the monofilaments can have an out-of-plane bending stiffness of 270 Nmm 2 to 340 Nmm 2 each.
  • the monofilaments can each have a tensile strength of 3500 MPa to 3700 MPa, preferably that a force of 285 N to 325 N must be applied for an elongation of 1%.
  • the reinforcement layer can have a weight proportion of steel of 47% by weight to 63.5% by weight, preferably from 48.9% by weight to 62.3% by weight, particularly preferably from 52% by weight to 58 % by weight, the reinforcement layer having a spacing factor S of 2.00 to 2.67, preferably from 2.05 to 2.57, particularly preferably from 2.10 to 2.50.
  • the monofilaments can have a twist angle of a maximum of 10°, preferably a maximum of 1°.
  • the monofilaments can be free from twist around their own axis.
  • the rubber material of the reinforcement layer can have a tensile strength of 15 N/mm 2 to 22 N/mm 2 .
  • the rubber material of the reinforcement layer can have a Shore hardness of 77 to 81 (ShoreA).
  • the rubber material of the reinforcement layer can have a rebound elasticity of 38 to 45.
  • Such a pneumatic vehicle tire is particularly advantageous if the reinforcement algae is a belt layer. It is even more advantageous if both belt layers, which intersect at an angle of 18° to 45°, are designed in this way.
  • a reinforcement layer described above can also be a carcass layer of a pneumatic vehicle tire.
  • These are radial pneumatic vehicle tires in size 175/65 R15, each with two belt layers.
  • the belt layers are designed as reinforcement layers, which have reinforcements made of steel, which are arranged essentially parallel and spaced apart from one another within the respective reinforcement layer and are embedded in a rubber material.
  • the strength members of the two belt layers of the respective tire cross each other at an angle of 18° to 45°.
  • Reference tires 2 and tires according to the invention were tested.
  • the Reference tires 1, reference tires 2 and the example tires only differ from each other in the design of their belt layers.
  • Table 1 lists the parameters of a belt ply or a reinforcement (FT) of the belt ply of a reference tire 1, reference tire 2 and an example tire according to the invention.
  • Table 2 shows a comparative assessment of the properties of the tested tires.
  • the belt ply of an example tire according to the invention listed in Table 1 has monofilaments as strength carriers, the steel having a carbon content of at least 0.86% by weight.
  • the monofilaments have a twist angle of a maximum of 1°. In particular, they are free from twist around their axis.
  • the reinforcement layer in particular has a weight proportion of steel of 57.8% and a spacing factor S of 2.19.
  • the belt ply of a reference tire 1 listed in Table 1 has standard steel cords of construction x2 with a lay length of 14 mm as strength carriers.
  • the steel has a carbon content of less than 0.86% by weight.
  • the belt ply of a reference tire 2 listed in Table 1 has steel monofilaments as strength carriers with a lower linear density than the monofilaments of the example ply, the steel also having a carbon content of at least 0.86% by weight.
  • the monofilaments have a twist angle of a maximum of 1°. In particular, they are free from twist around their axis.
  • the strength members of the belt layers of the test tires each have a brass coating with a copper content of 61% to 70% by weight and a zinc content of 30% to 39% by weight.
  • the rubber material of the belt layers each has an elongation at break of 300% to 450%.
  • the tensile strength and the force at 1% elongation as well as the breaking force of the respective reinforcement are measured according to ASTM D 2969.
  • the elongation at break of the rubber material is measured at room temperature according to DIN 53504.
  • the tensile strength of the rubber material is measured at room temperature according to DIN 53504.
  • the Shore hardness of the rubber material is measured at room temperature according to DIN 53505.
  • the rebound elasticity of the rubber material is measured at room temperature according to DIN 53512.
  • a sample from a rubber cylinder in particular a rubber cylinder made of the same rubber material as the rubber material of the reinforcement layer, having the steel reinforcement arranged along the axis of rotation of the cylinder, was compared with a sample from a corresponding rubber cylinder , which is free of such a reinforcement, tested.
  • the respective cylinder has a diameter of 15 mm and a length of 25 mm and the test was carried out at room temperature with a preload of 2N and a test speed of 5 mm/min.
  • the difference between the two samples with and without reinforcement is taken into account.
  • the out-of-plane bending stiffness of the respective reinforcement is measured using a standard 3-point bending test.
  • the bending stiffness of the steel reinforcement is determined as the result of a force acting on the reinforcement perpendicular to the direction of extension of the reinforcement.
  • a straight piece of steel reinforcement is tested, whereby the test length and the distance between two contact points on which the reinforcement rests depend on the linear density of the reinforcement.
  • the measurement of the bending stiffness of the monofilament of the example was carried out with a test length of 50.02 mm Distance between the two contact points of 20.02 mm, a speed of 2.503 mm/s and a preload of 0.03 N.
  • the twist angle is calculated as atan(irxd/P )X180/TT, where d is the diameter of the monofilament and P is the twist pitch (pitch) of the twist.
  • d the diameter of the monofilament
  • P the twist pitch (pitch) of the twist.
  • the monofilament is examined using a light microscope.
  • the diameter d (in millimeters) and a value that corresponds to half the twist distance P (in millimeters) are determined.
  • the value is determined using a drawing mark on the surface of the monofilament.
  • the value is multiplied by 2 to obtain the twist distance P.
  • Table 2 shows a comparative assessment of the properties of the tested tires.
  • the determined tire durability of the reference tires 1 is rated as 100%. It turns out that the reference tires 2 have a lower tire durability than the reference tires 1.
  • the example tires according to the invention have a tire durability comparable to the reference tires 1. It is important that the tire durability is improved in comparison to the reference tires 2, which, like the example tires according to the invention, have steel monofilaments as strength carriers. This is made possible by the lower tensile density Td compared to the reference tires 2 and the higher surface strength AS together with the increased linear density and the continued high elongation at break of the rubber material of the example tires according to the invention.
  • the linear density of the monofilaments and the reinforcement cross-sectional area per meter of the reinforcement layer of the example tires and the reference tires 2 are greatly reduced in contrast to the reference tires 1, which in each case enables a further advantageously reduced rolling resistance compared to the reference tires 1.
  • Table 2 the determination of the handling properties of the test tires revealed an advantage of the example tires according to the invention, especially compared to the reference tires 2.
  • the increased linear density has proven to be advantageous.
  • the increased values of the compression modulus, the compression compression and the compression stress as well as the greatly increased out-of-plane bending stiffness have also proven to be advantageous.
  • the increased force at 1% elongation with only a slight decrease in tensile strength has proven to be beneficial.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen mit einer Festigkeitsträgerlage aufweisend Stahl-Monofilamente mit einer Querschnittsfläche von 98 mm² bis 125 mm² pro Meter Festigkeitsträgerlage, wobei der Stahl einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist. Aufgabe ist eine verbesserte Dauerhaltbarkeit bei weiterhin vorteilhaftem Rollwiderstand. Dies wird dadurch erreicht, dass die Monofilamente eine Messingbeschichtung mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% aufweisen, dass die Monofilamente eine lineare Dichte von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine Zugdichte Td von 34 MPa/(g/100m) bis 39 MPa/(g/100m) aufweisen, wobei die Zugdichte Td definiert ist als Quotient aus Zugfestigkeit und linearer Dichte des jeweiligen Festigkeitsträgers, dass die Festigkeitsträgerlage eine Flächenfestigkeit AS von 109 Nmm² bis 166 Nmm² aufweist, wobei die Flächenfestigkeit AS als Produkt aus einer Bruchkraft und einem Durchmesser eines Monofilaments sowie einem Abstand zwischen dem Monofilament und einem hierzu benachbarten Monofilament der Festigkeitsträgerlage gegeben ist und dass das Kautschukmaterial eine Bruchdehnung von 300 % bis 450 % aufweist.

Description

Beschreibung
Fahrzeugluftreifen aufweisend eine Festigkeitsträgerlage mit Stahl- Monofilamenten
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, mit einer Festigkeitsträgerlage aufweisend Festigkeitsträger aus Stahl, welche innerhalb der Festigkeitsträgerlage im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander angeordnet und in ein Kautschukmaterial eingebettet sind, wobei jeder der Festigkeitsträger als Monofilament ausgebildet ist, wobei die Monofilamente eine Querschnittsfläche von 98 mm2 bis 125 mm2 pro Meter Festigkeitsträgerlage einnehmen und wobei der Stahl einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist.
Ein Fahrzeugluftreifen weist im Allgemeinen eine luftundurchlässige Innenschicht, eine Karkasse aufweisend zumindest eine Karkassfestigkeitsträgerlage, wobei die Karkasse vom Zenitbereich des Reifens über die Seitenwände bis in den Wulstbereich reicht und dort durch Umschlingen zugfester Wulstkerne verankert ist, einen radial außen befindlichen profilierten Laufstreifen und einen zwischen dem Laufstreifen und der Karkasse angeordneten Gürtelfestigkeitsträgerlagen aufweisenden Gürtel auf, welcher radial außen mit einer Gürtelbandage abgedeckt sein kann. Die Gürtelbandage kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein und deckt zumindest die Gürtelränder ab.
Üblich ist, dass zur Herstellung einer Festigkeitsträgerlage, insbesondere des Gürtels oder der Karkasse, Festigkeitsträger in Kautschukmaterial eingebettet werden, indem eine Schaar von im Wesentlichen parallel liegenden Festigkeitsträgern in Längsrichtung einen Kalander oder einen Extruder zur Ummantelung mit dem Kautschukmaterial durchlaufen. Diese Bahnen werden in der Regel quer zu ihrer Längsrichtung durchschnitten, so dass die Teile einzeln oder zusammengefügt als Festigkeitsträgerlagen im Reifen eingesetzt werden zu können. Der Gürtel weist in der Regel zumindest zwei Gürtelfestigkeitsträgerlagen auf, die sich in einem Winkel kreuzend angeordnet sind. Der Gürtel sorgt für die Steifigkeit der Lauffläche in Längs- und Querrichtung. Dieses dient beim Fahren der Kraftübertragung, verbessert die Seitenführung und verringert den Abrieb des Reifens.
Die Karkasse weist zumindest eine Karkassfestigkeitsträgerlage auf, wobei bei einem Fahrzeugluftreifen radialer Bauart die Festigkeitsträger der zumindest einen Karkasslage in den Seitenwänden unter einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt von 0° bis 8°, zur radialen Richtung angeordnet sind.
Es ist bekannt und üblich, Stahlkorde als Festigkeitsträger des Gürtels einzusetzen. In PKW-Luftreifen verbaute Gürtelfestigkeitsträgerlagen weisen häufig Stahlkorde aus mehreren high-tensile Stahlfilamenten, z.B. der Konstruktion 2x, 3x, 2+1 etc., auf. Nachteilig an den Gürtelfestigkeitsträgerlagen mit vorgenannten Stahlkorden ist, dass diese vergleichsweise dick und schwer an Gewicht sind, was sich nachteilig auf den Rollwiderstand auswirkt.
Zur Erzielung dünnerer rollwiderstandsoptimierter Festigkeitsträgerlagen ist es auch bekannt, dünne Stahl-Monofilamente mit einer hohen Festigkeitsträgerdichte einzusetzen. So offenbart die DE 10 2016 225231 A1 eine Gürtelfestigkeitsträgerlage aufweisend ultra-tensile Stahl-Monofilamente mit einem geringen Durchmesser von 0,35 mm, die zur Kompensation des geringen Durchmessers mit einer hohen Fadendichte von 90 epdm bis zu 130 epdm in der Festigkeitsträgerlage angeordnet sind.
Die erhöhte Fadendichte als Ausgleich der geringeren Festigkeit der dünnen Monofilamente im Vergleich zu den Korden aus mehreren Stahlfilamenten führt jedoch zu verschiedenen Herausforderungen, die sich beispielsweise auf die Lebensdauer des Reifens aufgrund der höheren Anzahl an Festigkeitsträgern und des geringeren Festigkeitsträgerabstandes auswirken. Die hohe Fadendichte kann in einer erhöhten Rissbildung und Rissausbreitung resultieren. Auch die Verformungseigenschaften der Festigkeitsträgerlage, und damit insbesondere die Handlingeigenschaften des Reifens, sind durch die Ausgestaltung der Festigkeitsträger beeinflusst.
Es war die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik auszuräumen oder zumindest zu verringern.
Aufgabe ist daher ein Fahrzeugluftreifen, der eine verbesserte Dauerhaltbarkeit bei weiterhin vorteilhaftem Rollwiderstand aufweist.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Monofilamente eine Messingbeschichtung mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine lineare Dichte von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine Zugdichte Td von 34 MPa/(g/100m) bis 39 MPa/(g/100m) aufweisen, dass die Festigkeitsträgerlage eine Flächenfestigkeit AS von 109 Nmm2 bis 166 Nmm2 aufweist und dass das Kautschukmaterial eine Bruchdehnung von 300 % bis 450 % aufweist. Die Flächenfestigkeit AS einer Festigkeitsträgerlage ist gegeben als Produkt aus einer Bruchkraft und einem Durchmesser eines Festigkeitsträgers der Festigkeitsträgerlage sowie einem Abstand zwischen dem Festigkeitsträger und einem hierzu benachbarten Festigkeitsträger der Festigkeitsträgerlage. Der Abstand plus der Durchmesser sind somit der Wiederholungsabstand der Festigkeitsträger. Die Bruchkraft des Festigkeitsträgers ist gemessen gemäß ASTM D 2969.
Die Querschnittsfläche eines Monofilaments verläuft senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Monofilaments. Die Zugdichte Td eines Festigkeitsträgers ist im Rahmen der Erfindung der Quotient aus Zugfestigkeit und linearer Dichte des jeweiligen Festigkeitsträgers gegeben. Die Zugfestigkeit ist gemessen gemäß ASTM D 2969.
Die Bruchdehnung des Kautschukmaterials ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53504. Der hohe Kohlenstoffanteil des Stahls der Monofilamente von mindestens 0,86 Gew.-% ermöglicht eine vorteilhafte hohe Zugfestigkeit der Monofilamente. Die Ausbildung der Festigkeitsträger als Monofilamente erlaubt eine besonders gute Durchdringung mit dem Kautschukmatenal, wodurch die durch den hohen Kohlenstoffanteil begünstigte Korrosionsausbreitung vermieden wird. Gleichzeitig erlaubt die Ausführung der Festigkeitsträger als Monofilamente eine weiterhin dünne Ausgestaltung der Festigkeitsträgerlage und somit einen weiterhin geringen Rollwiderstand. Die Messingbeschichtung der Monofilamente mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% fördert dabei eine optimale Haftung zwischen dem Stahl und dem Kautschukmaterial. Zusammen ergibt sich somit eine verbesserte Dauerhaltbarkeit des Reifens bei gleichzeitig niedrigem Rollwiderstand.
Die vergleichsweise hohe lineare Dichte der Monofilamente, gemessen in g pro 100 m Länge des jeweiligen Monofilaments, von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m führt zu verbesserten Kompressionseigenschaften und somit beim Einsatz als Gürtellage zu verbesserten Handlingeigenschaften. Gleichzeitig gewährleistet diese hohe lineare Dichte in Zusammenhang mit der geringen Zugdichte Td von 34 MPa/(g/100m) bis 39 MPa/(g/100m) geringere Ermüdungserscheinungen und damit einer größeren Dauerhaltbarkeit.
Es hat sich herausgestellt, dass dem Zusammenspiel aus Festigkeitsträgem und dem die Festigkeitsträger ummantelnden Kautschukmaterial, insbesondere der Menge an ummantelndem Kautschukmaterial sowie dessen Bruchdehnung, für die Reifeneigenschaften eine besondere Bedeutung zukommt. Die Flächenfestigkeit berücksichtigt und kombiniert dabei die Bruchkraft mit dem Durchmesser der Monofilamente sowie mit dem Abstand zu einem benachbarten Monofilament. Es hat sich herausgestellt, dass eine Flächenfestigkeit AS von 109 Nmm2 bis 166 Nmm2 in Zusammenhang mit der erfindungsgemäß hohen linearen Dichte und der Bruchdehnung des, insbesondere zwischen den Festigkeitsträgem angeordneten, Kautschukmaterials von 300 % bis 450 % einen hervorragenden Kompromiss zwischen Lebensdauer, Handlingeigenschaften und Robustheit des Reifen ermöglicht. Eine solche Festigkeitsträgerlage weist bezüglich Rissbildung und Rissausbreitung verbesserte Eigenschaften auf.
Somit ist ein Fahrzeugluftreifen zur Verfügung gestellt, der durch die Anordnung und Gewichtsverteilung von Stahl zu Kautschukmaterial in der Festigkeitsträgerlage sowie den Matenaleigenschaften des Kautschukmaterials bei verbesserter Dauerhaltbarkeit einen weiterhin vorteilhaften Rollwiderstand aufweist. Die Vorteile ergeben sich insbesondere bei einem Fahrzeugreifen, der die Festigkeitsträgerlage als Gürtellage aufweist. Ein solcher Fahrzeugluftreifen weist vorteilhafte Handlingeigenschaften auf.
Verglichen mit einer Festigkeitsträgerlage mit Festigkeitsträgem einer üblichen 2x- Konstruktion high-tensile ist ein Fahrzeugluftreifen ermöglicht, der Verbesserungen im Rollwiderstand, im Handling und Plunger bei gleichzeitig weiterhin vorteilhafter Lebensdauer und Robustheit des Reifens aufweist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente einen Kompressionsmodul (compression module) von 138 GPa bis 155 GPa und/oder eine Kompressionsstauchung (compression displacement) von 0,95 % bis 1 ,05 % und/oder eine Kompressionsspannung (compression stress) von 1400 MPa bis 1500 MPa aufweisen.
Es hat sich gezeigt, dass diese Kombination aus Stahl-Monofilamenten und Kautschukmaterial in der Festigkeitsträgerlage zusammen mit dem Kompressionsmodul von 138 GPa bis 155 GPa und/oder der Kompressionsstauchung von 0,95 % bis 1 ,05 % und/oder der Kompressionsspannung von 1400 MPa bis 1500 MPa eine hohe Kompressionskraft bis zum Verknicken der Monofilamente ermöglicht. Hieraus resultieren weiter verbesserte Verformungseigenschaften der Festigkeitsträgerlage. Beim Einsatz als Gürtellage ergibt sich somit ein Fahrzeugluftreifen, der bezüglich Handlingeigenschaften weiter verbessert ist. Vorteilhaft ist es, wenn die Monofilamente einen Kompressionsmodul von 138 GPa bis 155 GPa und eine Kompressionsstauchung von 0,95 % bis 1 ,05 % und eine Kompressionsspannung von 1400 MPa bis 1500 MPa aufweisen.
Die Bestimmung des Kompressionsmoduls, der Kompressionsstauchung sowie der Kompressionsspannung eines Stahl-Festigkeitsträgers, insbesondere eines Monofilaments, sind der fachkundigen Person bekannt. Zur Bestimmung des jeweiligen Merkmals des Monofilaments wird in der Regel eine Probe aus einem Gummizylinder, insbesondere ein Gummizylinder aus dem gleichen Kautschukmaterial wie das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage, aufweisend das entlang der Rotationsachse des Zylinders angeordnete Monofilament im Vergleich mit einer Probe aus einem entsprechenden Gummizylinder, welcher frei von einem solchen Monofilament ist, getestet. Der jeweilige Zylinder kann einen Durchmesser von 15 mm und eine Länge von 25 mm aufweisen und die Prüfung kann bei Raumtemperatur mit einer Vorlast von 2N und einer Prüfgeschwindigkeit von 5 mm/min durchgeführt werden. Zur Bestimmung der Kompressionseigenschaften des Monofilaments ist der Unterschied der beiden Proben mit und ohne Monofilament zu berücksichtigen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente jeweils eine Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene (out-of-plane bending stiffness) von 270 Nmm2 bis 340 Nmm2 aufweisen.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Kombination aus Stahl- Monofilamenten und Kautschukmatenal in der Festigkeitsträgerlage zusammen mit der hohen Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene der Monofilamente von jeweils 270 Nmm2 bis 340 Nmm2 einen bezüglich der Verformungseigenschaften der Festigkeitsträgerlage optimierten Fahrzeugluftreifen ergibt. Beim Einsatz als Gürtellage ergibt sich somit ein Fahrzeugluftreifen, der bezüglich Handlingeigenschaften weiter optimiert ist.
Die Biegesteifigkeit eines Stahl-Festigkeitsträgers, insbesondere des Monofilaments, kann durch den der fachkundigen Person bekannten 3-Punkt Biegeversuch ermittelt werden. Es wird dabei die Biegesteifigkeit des Monofilaments als Resultat einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Monofilaments auf den Festigkeitsträger wirkenden Kraft ermittelt. Getestet wird dabei ein geradliniges Stück Monofilament, wobei die Testlänge und die Distanz zwischen zwei Kontaktpunkten, auf welchen das Monofilament aufliegt, von der linearen Dichte des Monofilaments abhängt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente jeweils eine Zugfestigkeit von 3500 MPa bis 3700 MPa aufweisen, bevorzugt dass für einer Dehnung von 1 % eine Kraft von 285 N bis 325 N aufzuwenden ist.
Die Monofilamente derartiger Zugfestigkeit weisen eine vorteilhafte hohe Bruchkraft auf. Die Zugfestigkeit sowie die Kraft bei 1 % Dehnung sind gemessen gemäß ASTM D 2969,
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Festigkeitsträgerlage einen Gewichtsanteil an Stahl von 47 Gew.-% bis 63,5 Gew.- %, bevorzugt von 48,9 Gew.-% bis 62,3 Gew.-%, besonders bevorzugt von 52 Gew.-% bis 58 Gew.-% aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage einen Abstandsfaktor S von 2,00 bis 2,67, bevorzugt von 2,05 bis 2,57, besonders bevorzugt von 2,10 bis 2,50, aufweist.
Der Abstandsfaktor S ist im Rahmen der Erfindung gegeben als: S=1 + ((y+y'+x)/(2xd)), wobei y eine Dicke der Festigkeitsträgerlage auf einer ersten Seite eines Monofilaments der Festigkeitsträgerlage, y‘ eine Dicke der Festigkeitsträgerlage auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Monofilaments, jeweils gemessen senkrecht zu einer flächigen Erstreckung der Festigkeitsträgerlage, x den Abstand zwischen dem Monofilament und einem hierzu benachbarten Monofilament der Festigkeitsträgerlage und d den Durchmesser des Monofilaments bezeichnet, y, und y‘ sind Maße für die Gummierungsdicke der Festigkeitsträgerlage über und unter Kord, wobei y+y‘+d die gesamte Dicke der Festigkeitsträgerlage ergibt, gemessen senkrecht zur flächigen Erstreckung der Festigkeitsträgerlage. Weiter ergibt d+x den Wiederholungsabstand (pitch) der Monofilamente.
Der Abstandsfaktor S berücksichtigt die Ummantelung der Monofilamente mit dem Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage. Der Abstandsfaktor S charakterisiert die Festigkeitsträgerlage, insbesondere bezüglich der Wahrscheinlichkeit der Rissausbreitung und der Aufnahme von Scherkräften.
Die hohe lineare Dichte der Monofilamente von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m zusammen mit der hohen Querschnittsfläche der Monofilamente von 98 mm2 bis 125 mm2 pro Meter Festigkeitsträgerlage ermöglichen in Zusammenhang mit dem vergleichsweise moderaten Gewichtsanteil der Festigkeitsträgerlage an Stahl von 47 Gew.-% bis 63,5 Gew.-%, bevorzugt von 48,9 Gew.-% bis 62,3 Gew.-%, besonders bevorzugt von 52 Gew.-% bis 58 Gew.-%, eine bezüglich Lagendicke und Lagengewicht weiterhin bezüglich des Rollwiderstands vorteilhafte, insbesondere als Gürtellage geeignete, Festigkeitsträgerlage. In Zusammenhang mit dem Abstandsfaktor S von 2,00 bis 2,67, bevorzugt von 2,05 bis 2,57, besonders bevorzugt von 2, 10 bis 2,50, welcher die Ummantelung der Monofilamente mit dem Kautschukmatenal weiter charakterisiert und eine vorteilhafte Aufnahme von Scherkräften durch das ummantelnde Kautschukmaterial ermöglicht, sowie der Bruchdehnung von 300 % bis 450 % des ummantelnden Kautschukmaterials, weist die derart gestaltete Festigkeitsträgerlage auch eine verringerte Rissbildung und Rissausbreitung auf, wodurch die Dauerhaltbarkeit der Festigkeitsträgerlage weiter verbessert ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente frei von einem Twist um ihre Achse sind.
Hierdurch ist ein stabiler Ummantelungsprozess der Festigkeitsträger mit dem Kautschukmaterial ermöglicht. Gleichzeitig ist die Orientierung und gleichmäßige Verteilung der Monofilamente innerhalb der Festigkeitsträgerlage erleichtert. Bevorzugt weist die Festigkeitsträgerlage oberhalb und unterhalb der Festigkeitsträger die gleiche Menge an Kautschukmaterial auf. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente einen Verdrehungswinkel von maximal 10°, bevorzugt von maximal 1 °, aufweisen.
Ein derart geringer Verdrehungswinkel von maximal 10° hat nur eine geringfügige Auswirkung auf die Eigenschaften des Monofilaments. Bei einer so geringen Verdrehung ist ein stabiler Ummantelungsprozess der Festigkeitsträger mit dem Kautschukmaterial ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist ein Verdrehungswinkel von maximal 1 °. Gleichzeitig ist die Orientierung und gleichmäßige Verteilung der Monofilamente innerhalb der Festigkeitsträgerlage erleichtert.
Der Verdrehungswinkel ist berechnet als atan(irxd/P )X180/TT, wobei d einen Durchmesser des Monofilaments und P einen Verdrehungsabstand (Ganghöhe) der Verdrehung bezeichnet. Das Monofilament kann hierfür mittels eines Lichtmikroskops untersucht werden. Dabei kann der Durchmesser d (in Millimetern) als auch ein Wert, der der Hälfte Verdrehungsabstandes P (in Millimetern) entspricht, ermittelt werden. Der Wert wird mittels einer Ziehmarkierung auf der Oberfläche des Monofilaments ermittelt. Der Wert wird mit 2 multipliziert, um den Verdrehungsabstand P zu erlangen.
Bevorzugt weist die Festigkeitsträgerlage oberhalb und unterhalb der Festigkeitsträger die gleiche Menge an Kautschukmaterial auf.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass das Kautschukmaterial eine Zugfestigkeit von 15 N/mm2 bis 22 N/mm2 aufweist.
Die Zugfestigkeit des Kautschukmaterials ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53504. Eine derartige Zugfestigkeit ermöglicht einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Lebensdauer und Rollwiderstandseigenschaften der Festigkeitsträgerlage, insbesondere der Gürtellage, des Reifens.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass das Kautschukmaterial eine Shore-Härte von 77 bis 81 (ShoreA) aufweist. Die Shore-Härte des Kautschukmaterials ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53505. Eine derartige Shore-Härte ermöglicht einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Lebensdauer und Rollwiderstandseigenschaften der Festigkeitsträgerlage, insbesondere der Gürtellage, des Reifens.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass das Kautschukmaterial eine Rückprallelastizität von 38 bis 45 aufweist.
Die Rückprallelastizität des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53512. Eine derartige Rückprallelastizität ermöglicht einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Lebensdauer und Rollwiderstandseigenschaften der Festigkeitsträgerlage, insbesondere der Gürtellage, des Reifens.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass der Fahrzeugluftreifen einen Gürtel aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage eine Festigkeitsträgerlage des Gürtels ist, bevorzugt dass der Gürtel zwei derartige Festigkeitsträgerlagen aufweist, deren Festigkeitsträger sich in einem Winkel von 18° bis 45° kreuzen.
Ein Fahrzeugluftreifen aufweisend einen solchen Gürtel mit zumindest einer erfindungsgemäßen Festigkeitsträgerlage als Gürtelfestigkeitsträgerlage weist vorteilhafte Dauerhaltbarkeitseigenschaften und Handlingeigenschaften bei gutem Rollwiderstand auf. Es handelt sich insbesondere um einen Reifen radialer Bauart.
Der Fahrzeugreifen aufweisend den erfindungsgemäß ausgeführten Gürtel ist bevorzugt ein Reifen für einen Personenkraftwagen, einen Light-Truck oder ein Nutzfahrzeug. Bevorzugt handelt es sich um einen Personenkraftwagen oder einen Light-Truck. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass der Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, eine Karkasse aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage eine Festigkeitsträgerlage der Karkasse ist.
Ein Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, aufweisend eine Karkasse mit zumindest einer erfindungsgemäßen Festigkeitsträgerlage als Karkassfestigkeitsträgerlage weist vorteilhafte Dauerhaltbarkeitseigenschaften bei gutem Rollwiderstand auf. Handelt es sich um einen Fahrzeugluftreifen radialer Bauart so sind die Festigkeitsträger der Karkassfestigkeitsträgerlage in den Seitenwänden unter einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt von 0° bis 8°, zur radialen Richtung angeordnet.
Der Fahrzeugreifen insbesondere radialer Bauart aufweisend die erfindungsgemäß ausgeführte Karkasse ist bevorzugt ein Reifen für einen Personenkraftwagen, einen Light-Truck, ein Nutzfahrzeug oder dergleichen. Bevorzugt handelt es sich um einen Fahrzeugluftreifen für einen Personenkraftwagen. Durch einen Elektromotor angetriebene Kraftfahrzeuge, insbesondere derartige Personenkraftwagen, aufweisend einen oder mehrere erfindungsgemäße Reifen profitieren besonders von einem geringen Rollwiderstand bei verbesserten Handlingeigenschaften und einer verbesserten Dauerhaltbarkeit.
Alle in dieser Beschreibung wiedergegebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifens stellen Beispiele der Ausgestaltung der Erfindung dar und sind nicht einschränkend zu sehen. Entsprechend sind auch durch einzelne oder mehrere Merkmale einer Ausführungsform alleine oder die Kombination der Merkmale verschiedener Ausführungsformen weitere Ausführungsformen der Erfindung gegeben, die Gegenstand der Erfindung sind, soweit diese nicht explizit anders in der Beschreibung erläutert wird. Ferner sind auch Kombinationen von bevorzugten und besonders bevorzugten Ausführungsformen untereinander miteinander kombinierbar. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifens gegeben. Es handelt sich um einen Fahrzeugluftreifen radialer Bauart mit einer Festigkeitsträgerlage aufweisend Festigkeitsträger aus Stahl, welche innerhalb der Festigkeitsträgerlage im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander angeordnet und in ein Kautschukmaterial eingebettet sind, wobei jeder der Festigkeitsträger als Monofilament ausgebildet ist, wobei die Monofilamente eine Querschnittsfläche von 98 mm2 bis 125 mm2 pro Meter Festigkeitsträgerlage einnehmen und wobei der Stahl einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist.
Der Reifen zeichnet sich dadurch aus, dass die Monofilamente eine Messingbeschichtung mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine lineare Dichte von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine Zugdichte Td von 34 MPa/(g/100m) bis 39 MPa/(g/100m) aufweisen, wobei die Zugdichte Td definiert ist als Quotient aus Zugfestigkeit und linearer Dichte des Festigkeitsträgers, dass die Festigkeitsträgerlage eine Flächenfestigkeit AS von 109 Nmm2 bis 166 Nmm2 aufweist, wobei die Flächenfestigkeit AS als Produkt aus einer Bruchkraft und einem Durchmesser eines Monofilaments der Festigkeitsträgerlage sowie einem Abstand zwischen dem Monofilament und einem hierzu benachbarten Monofilament der Festigkeitsträgerlage gegeben ist und dass das Kautschukmaterial eine Bruchdehnung von 300 % bis 450 % aufweist.
Die Monofilamente können einen Kompressionsmodul von 138 GPa bis 155 GPa, eine Kompressionsstauchung von 0,95 % bis 1 ,05 % und/oder eine Kompressionsspannung von 1400 MPa bis 1500 MPa aufweisen. Die Monofilamente können eine Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene von jeweils 270 Nmm2 bis 340 Nmm2 aufweisen. Die Monofilamente können jeweils eine Zugfestigkeit von 3500 MPa bis 3700 MPa aufweisen, bevorzugt dass für einer Dehnung von 1 % eine Kraft von 285 N bis 325 N aufzuwenden ist. Die Festigkeitsträgerlage kann einen Gewichtsanteil an Stahl von 47 Gew.-% bis 63,5 Gew.-%, bevorzugt von 48,9 Gew.-% bis 62,3 Gew.-%, besonders bevorzugt von 52 Gew.-% bis 58 Gew.-% aufweisen, wobei die Festigkeitsträgerlage einen Abstandsfaktor S von 2,00 bis 2,67, bevorzugt von 2,05 bis 2,57, besonders bevorzugt von 2,10 bis 2,50, aufweist.
Die Monofilamente können einen Verdrehungswinkel von maximal 10°, bevorzugt von maximal 1 °, aufweisen. Die Monofilamente können frei von einem Twist um ihre eigene Achse sein.
Das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage kann eine Zugfestigkeit von 15 N/mm2 bis 22 N/mm2 aufweisen. Das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage kann eine Shore-Härte von 77 bis 81 (ShoreA) aufweisen. Das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage kann eine Rückprallelastizität von 38 bis 45 aufweisen.
Ein solcher Fahrzeugluftreifen ist besonders vorteilhaft, wenn die Festigkeitsträgeralge eine Gürtellage ist. Noch vorteilhafter ist es, wenn beide Gürtellagen, welche sich unter einem Winkel von 18° bis 45° kreuzen, derart ausgebildet sind. Eine vorbeschriebene Festigkeitsträgerlage kann aber auch eine Karkasslage eines Fahrzeugluftreifens sein.
Es wurden Reifenversuche zur Ermittlung der Reifenhaltbarkeit von Reifen durchgeführt. Es handelt sich um Fahrzeugluftreifen radialer Bauart der Größe 175/65 R15 mit jeweils zwei Gürtellagen. Die Gürtellagen sind als Festigkeitsträgerlagen ausgebildet, welche Festigkeitsträger aus Stahl aufweisen, welche innerhalb der jeweiligen Festigkeitsträgerlage im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander angeordnet und in ein Kautschukmaterial eingebettet sind. Die Festigkeitsträger der beiden Gürtellagen des jeweiligen Reifens kreuzen sich in einem Winkel von 18° bis 45°.
Es wurden nicht erfindungsgemäße Vergleichsreifen (Referenzreifen 1 ,
Referenzreifen 2) sowie erfindungsgemäße Reifen (Beispielreifen) getestet. Die Referenzreifen 1 die Referenzreifen 2 und die Beispielreifen unterscheiden sich lediglich in der Ausgestaltung ihrer Gürtellagen voneinander.
In der Tabelle 1 sind die Parameter einer Gürtellage bzw. eines Festigkeitsträgers (FT) der Gürtellage eines Referenzreifens 1 , Referenzreifens 2 und eines erfindungsgemäße Beispielreifens angeführt.
In der Tabelle 2 ist eine vergleichende Bewertung der Eigenschaften der getesteten Reifen angeführt.
Die in Tabelle 1 angeführte Gürtellage eines erfindungsgemäßen Beispielreifens weist als Festigkeitsträger Monofilamente auf, wobei der Stahl einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist. Die Monofilamente weisen einen Verdrehungswinkel von maximal 1 ° auf. Sie sind insbesondere frei von einem Twist um ihre Achse. Die Festigkeitsträgerlage weist insbesondere einen Gewichtsanteil an Stahl von 57,8 % und einen Abstandsfaktor S von 2,19 auf.
Die in der Tabelle 1 angeführte Gürtellage eines Referenzreifens 1 weist als Festigkeitsträger übliche Stahl-Korde der Konstruktion x2 mit einer Schlaglänge von 14 mm auf. Der Stahl weist einen Kohlenstoffanteil von weniger als 0,86 Gew.-% auf.
Die in Tabelle 1 angeführte Gürtellage eines Referenzreifens 2 weist als Festigkeitsträger Stahl-Monofilamente mit einer geringeren linearen Dichte als die Monofilamente der Beispiellage auf, wobei der Stahl ebenfalls einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist. Die Monofilamente weisen einen Verdrehungswinkel von maximal 1 ° auf. Sie sind insbesondere frei von einem Twist um ihre Achse.
Die Festigkeitsträger der Gürtellagen der Versuchsreifen weisen jeweils eine Messingbeschichtung mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% auf. Das Kautschukmaterial der Gürtellagen weist jeweils eine Bruchdehnung von 300 % bis 450 % auf. Die Zugfestigkeit und die Kraft bei 1 % Dehnung sowie die Bruchkraft des jeweiligen Festigkeitsträgers ist gemessen gemäß ASTM D 2969.
Die Bruchdehnung des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53504. Die Zugfestigkeit des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53504. Die Shore-Härte des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53505. Die Rückprallelastizität des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53512.
Zur Bestimmung des Kompressionsmoduls, der Kompressionsstauchung sowie der Kompressionsspannung wurde eine Probe aus einem Gummizylinder, insbesondere ein Gummizylinder aus dem gleichen Kautschukmaterial wie das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage, aufweisend den entlang der Rotationsachse des Zylinders angeordneten Stahl-Festigkeitsträger im Vergleich mit einer Probe aus einem entsprechenden Gummizylinder, welcher frei von einem solchen Festigkeitsträger ist, getestet. Der jeweilige Zylinder weist einen Durchmesser von 15 mm und eine Länge von 25 mm auf und die Prüfung wurde bei Raumtemperatur mit einer Vorlast von 2N und einer Prüfgeschwindigkeit von 5 mm/min durchgeführt. Zur Bestimmung der Kompressionseigenschaften des Festigkeitsträgers ist der Unterschied der beiden Proben mit und ohne Festigkeitsträger berücksichtigt.
Die Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene (out-of-plane bending stiffness) des jeweiligen Festigkeitsträgers ist gemessen mittels üblichem 3-Punkt Biegeversuch. Es wird dabei die Biegesteifigkeit des Stahl-Festigkeitsträgers als Resultat einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Festigkeitsträgers auf den Festigkeitsträger wirkenden Kraft ermittelt. Getestet wird dabei ein geradliniges Stück Stahl-Festigkeitsträger, wobei die Testlänge und die Distanz zwischen zwei Kontaktpunkten, auf welchen der Festigkeitsträger aufliegt, von der linearen Dichte des Festigkeitsträgers abhängt. Die Messung der Biegesteifigkeit des Monofilaments des Beispiels wurde mit einer Testlänge von 50,02 mm, einer Distanz zwischen den zwei Kontaktpunkten von 20,02 mm, einer Geschwindigkeit von 2,503 mm/s und einer Vorspannung von 0,03 N durchgeführt.
Der Verdrehungswinkel ist berechnet als atan(irxd/P )X180/TT, wobei d den Durchmesser des Monofilaments und P den Verdrehungsabstand (Ganghöhe) der Verdrehung bezeichnet. Das Monofilament wird hierfür mittels eines Lichtmikroskops untersucht. Dabei wird der Durchmesser d (in Millimetern) als auch ein Wert, der der Hälfte Verdrehungsabstandes P (in Millimetern) entspricht, ermittelt. Der Wert wird mittels einer Ziehmarkierung auf der Oberfläche des Monofilaments ermittelt. Der Wert wird mit 2 multipliziert, um den Verdrehungsabstand P zu erlangen.
Tabelle 1
In der Tabelle 2 ist eine vergleichende Bewertung der Eigenschaften der getesteten Reifen angeführt.
Tabelle 2
Die ermittelte Reifenhaltbarkeit der Referenzreifen 1 wird als 100% gewertet. Es zeigt sich, dass die Referenzreifen 2 eine geringere Reifenhaltbarkeit als die Referenzreifen 1 aufweisen. Die erfindungsgemäßen Beispielreifen hingegen weisen eine mit den Referenzreifen 1 vergleichbare Reifenhaltbarkeit auf. Wesentlich ist, das die Reifenhaltbarkeit im Vergleich zu den Referenzreifen 2, welche wie die erfindungsgemäßen Beispielreifen Stahl-Monofilamente als Festigkeitsträger aufweisen, verbessert ist. Dies ist durch die im Vergleich zu den Referenzreifen 2 geringere Zugdichte Td sowie die höhere Flächenfestigkeit AS zusammen mit der vergrößerten linearen Dichte und der weiterhin hohen Bruchdehnung des Kautschukmatenals der erfindungsgemäßen Beispielreifen ermöglicht.
Gleichzeitig ist die lineare Dichte der Monofilamente sowie die Festigkeitsträger- Querschnittsfläche pro Meter der Festigkeitsträgerlage der Beispielreifen und der Referenzreifen 2 im Gegensatz zu den Referenzreifen 1 stark verringert, wodurch jeweils ein im Vergleich zu den Referenzreifen 1 weiterhin vorteilhaft verringerter Rollwiderstand ermöglicht ist. Wie in der Tabelle 2 angeführt hat die Ermittlung der Handlingeigenschaften der Versuchsreifen einen Vorteil der erfindungsgemäßen Beispielreifen vor allem gegenüber den Referenzreifen 2 ergeben. Auch hierbei hat sich die vergrößerte lineare Dichte als vorteilhaft erwiesen.
Für weiterhin vorteilhaften Rollwiderstand, höhere Robustheit und verbesserte Handlingeigenschaften der erfindungsgemäßen Beispielreifen gegenüber den Referenzreifen 2 haben sich auch die erhöhten Werte des Kompressionsmoduls, der Kompressionsstauchung und der Kompressionsspannung sowie die stark erhöhte Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene als vorteilhaft herausgestellt. Ebenso haben sich die erhöhte Kraft bei 1 % Dehnung bei nur geringfügiger Abnahme der Zugfestigkeit als vorteilhaft herausgestellt.

Claims

Patentansprüche
1 . Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, mit einer Festigkeitsträgerlage aufweisend Festigkeitsträger aus Stahl, welche innerhalb der Festigkeitsträgerlage im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander angeordnet und in ein Kautschukmatenal eingebettet sind, wobei jeder der Festigkeitsträger als Monofilament ausgebildet ist, wobei die Monofilamente eine Querschnittsfläche von 98 mm2 bis 125 mm2 pro Meter Festigkeitsträgerlage einnehmen und wobei der Stahl einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
• die Monofilamente eine Messingbeschichtung mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% aufweisen,
• dass die Monofilamente jeweils eine lineare Dichte von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m aufweisen,
• dass die Monofilamente eine Zugdichte Td von 34 MPa/(g/100m) bis 39 MPa/(g/100m) aufweisen, wobei die Zugdichte Td definiert ist als Quotient aus einer Zugfestigkeit und der linearen Dichte des jeweiligen Festigkeitsträgers,
• dass die Festigkeitsträgerlage eine Flächenfestigkeit AS von 109 Nmm2 bis 166 Nmm2 aufweist, wobei die Flächenfestigkeit AS als Produkt aus einer Bruchkraft und einem Durchmesser d eines Monofilaments der Festigkeitsträgerlage sowie einem Abstand x zwischen dem Monofilament und einem hierzu benachbarten Monofilament der Festigkeitsträgerlage gegeben ist,
• dass das Kautschukmatenal eine Bruchdehnung von 300 % bis 450 % aufweist.
2. Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Monofilamente einen Kompressionsmodul von 138 GPa bis 155 GPa und/oder eine Kompressionsstauchung von 0,95 % bis 1 ,05 % und/oder eine Kompressionsspannung von 1400 MPa bis 1500 MPa aufweisen. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Monofilamente jeweils eine Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene von 270 Nmm2 bis 340 Nmm2 aufweisen. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Monofilamente jeweils eine Zugfestigkeit von 3500 MPa bis 3700 MPa aufweisen, bevorzugt dass für einer Dehnung von 1% eine Kraft von 285 N bis 325 N aufzuwenden ist. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeitsträgerlage einen Gewichtsanteil an Stahl von 47 Gew.-% bis 63,5 Gew.-%, bevorzugt von 48,9 Gew.-% bis 62,3 Gew.-%, besonders bevorzugt von 52 Gew.-% bis 58 Gew.-% aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage einen Abstandsfaktor S von 2,00 bis 2,67, bevorzugt von 2,05 bis 2,57, besonders bevorzugt von 2,10 bis 2,50, aufweist, wobei S=1 + ((y+y'+x)/(2xd)), wobei y eine Dicke der Festigkeitsträgerlage auf einer ersten Seite eines Monofilaments der Festigkeitsträgerlage, y‘ eine Dicke der Festigkeitsträgerlage auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Monofilaments, x einen Abstand zwischen dem Monofilament und einem hierzu benachbarten Monofilament der Festigkeitsträgerlage und d einen Durchmesser des Monofilaments bezeichnet. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Monofilamente frei von einem Twist um ihre Achse sind. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Monofilamente einen Verdrehungswinkel von maximal 10°, bevorzugt von maximal 1 °, aufweisen. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kautschukmatenal eine Zugfestigkeit von 15 N/mm2 bis 22 N/mm2 aufweist. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kautschukmatenal eine Shore-Härte von 77 bis 81 (ShoreA) aufweist. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kautschukmatenal eine Rückprallelastizität von 38 bis 45 aufweist. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, einen Gürtel aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage eine Festigkeitsträgerlage des Gürtels ist, bevorzugt dass der Gürtel zwei derartige Festigkeitsträgerlagen aufweist, deren Festigkeitsträger sich in einem Winkel von 18° bis 45° kreuzen. Fahrzeugluftreifen gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, eine Karkasse aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage eine Festigkeitsträgerlage der Karkasse ist.
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