WO2007042120A1 - Fahrzeugluftreifen mit gürtelkantenpolster - Google Patents

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WO2007042120A1
WO2007042120A1 PCT/EP2006/008999 EP2006008999W WO2007042120A1 WO 2007042120 A1 WO2007042120 A1 WO 2007042120A1 EP 2006008999 W EP2006008999 W EP 2006008999W WO 2007042120 A1 WO2007042120 A1 WO 2007042120A1
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WO
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belt
rubber
vehicle tire
weight
parts
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/008999
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Kleffmann
Hans-Bernd Korte
Original Assignee
Continental Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L7/00—Compositions of natural rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C9/00—Reinforcements or ply arrangement of pneumatic tyres
    • B60C9/18—Structure or arrangement of belts or breakers, crown-reinforcing or cushioning layers
    • B60C9/1835—Rubber strips or cushions at the belt edges
    • B60C9/185—Rubber strips or cushions at the belt edges between adjacent or radially below the belt plies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C9/00—Reinforcements or ply arrangement of pneumatic tyres
    • B60C9/18—Structure or arrangement of belts or breakers, crown-reinforcing or cushioning layers
    • B60C9/1835—Rubber strips or cushions at the belt edges
    • B60C2009/1864—Rubber strips or cushions at the belt edges wrapped around the edges of the belt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L21/00—Compositions of unspecified rubbers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic vehicle tire, in particular a commercial vehicle tire, having a tread, a multi-layer belt, sidewalls, a carcass ply and shoulder side with at least one arranged between the carcass ply, the respective side wall and the belt layers shoulder pads and at least one inserted between the edge portions of adjacent belt plies belt pad wherein the belt pads and the shoulder pads as well as the side walls are each made of a rubber compound.
  • a number of patents or patent applications are concerned with the reduction of heat development in the tire.
  • it is known, for example from DE-OS 1755301, to reduce the temperature development in pneumatic vehicle tires and in particular in the running surfaces by the vehicle pneumatic tire - and in particular its tread - homogeneously incorporated into the graphite rubber.
  • a tread which is made in its entirety from a graphite-containing rubber mixture, thus enabling a by its improved thermal conductivity in the earlier conventional bias tires Humidity drop in the shoulders of the tread.
  • the addition of graphite in rubber compounds especially for treads has the consequence that the properties of the vulcanized mixtures change.
  • the wet grip, the dry grip and above all the abrasion are adversely affected. This is due among other things to the sliding properties of the graphite particles.
  • EP-A-1 031 441 for the effective lowering of the temperature of rubber compounds in belt-near regions of pneumatic vehicle tires, it is proposed to arrange a rubber compound on the groove surface and / or in the region of the tire shoulders whose thermal conductivity is at least 5% higher than the thermal conductivity of them surrounding rubber compounds.
  • fillers such as aluminum, magnesium, copper, tin, nickel or metal-containing substances, such as zinc oxide, aluminum hydroxide and the like, are proposed as additives in addition to carbon black.
  • the object of the invention is to effectively reduce the unwanted temperature increases in the region of the reinforcing member ends of belt plies without impairing the abrasion or crack resistance of the tire in the region of the tread or the sidewall.
  • the object is achieved according to the invention in that the shoulder pad and / or the belt pad have a thermal conductivity which is higher by at least 15% than the thermal conductivity of the side walls. According to the invention therefore completely lying in the tire interior components, ie components that do not form a thermal bridge to the outside, provided with a higher thermal conductivity than the side walls.
  • This measure is associated with a number of advantages. It is known that the materials used to increase the thermal conductivity of rubber compounds conventionally, such as acetylene black or graphite, deteriorate the abrasion properties and the crack resistance of the vulcanizates.
  • an increased thermal conductivity of the shoulder pad and the belt pad is achieved in that they are made of rubber compounds containing acetylene black.
  • the side walls are made of a rubber mixture containing either no proportion of acetylene black or at most 15 parts by weight of acetylene black, based on 100 parts by weight of rubber in the mixture.
  • a particularly good heat distribution is achieved in that the shoulder pad and / or the belt pad between 25 and 60 parts by weight of acetylene black, based on 100 parts by weight of rubber in the mixture.
  • the crack resistance of the shoulder pad and / or belt pad is positively influenced by the fact that a combination of acetylene black and fumacoure and / or Silica is used, wherein the proportion of acetylene should be 40 to 60% of the total carbon black content or the total filler content.
  • Fumacerußen are particularly suitable, in particular type N 326 and type N 339 carbon blacks.
  • the belt edges are subject to special stresses and it is therefore advantageous if the gum blends of the belt plies contain no acetylene black or at most 15 parts by weight acetylene black, based on 100 parts by weight rubber in the mixture.
  • the belt pad and shoulder pad blends are advantageous for the belt pad and shoulder pad blends to contain a steel cord adhesion system.
  • the crack resistance of the shoulder pads and / or belt pads can be favorably influenced by being prepared from rubber mixtures comprising between 55 and 100 parts by weight of natural rubber, 0 to 35 parts by weight of butadiene rubber and up to 10 parts by weight of another rubber, each based on 100 parts by weight of rubber the mixture, included.
  • the edge sections of the belt layers can each be covered with a cover strip or the edge sections of the belt layers can each be covered on their top and bottom with a strip, which also together form an envelope.
  • these additional components are made of rubber mixtures containing no acetylene black or at most 15 parts by weight of acetylene black, based on 100 parts by weight of rubber in the mixture.
  • Fig. 1 to Fig. 3 partial cross-sections through a tire in the region of the tread and the belt with different embodiments of the invention.
  • All drawing figures show in cross-section one of the upper side wall regions and the subsequent tread region of a commercial vehicle tire.
  • the tire comprises a tread 9, a carcass ply 2, which in particular is provided with steel cords as a strength carrier, an airtight inner layer 1, a belt assembly consisting of four plies 3, 4, 5 and 6 and side walls 10, one of which is shown. Between the edge portions of the belt plies 3, 4, the carcass ply 2 and the side wall 10, a shoulder pad 11 is introduced. Between the edge portions of the belt layers 4, 5, a belt pad 12 is positioned. Not shown tire components, for example, the bead areas, may be performed in a known manner.
  • the fourth, radially outermost belt ply 6 has the smallest width of all plies and is the so-called protective ply, which terminates relatively far from the shoulder regions of the tire.
  • the first belt layer 3 is the so-called blocking position
  • the second belt layer 4 and the third belt layer 5 are the so-called working positions.
  • All belt layers 3, 4, 5 and 6 consist of a rubber compound, the Gürtelgummtechnik, embedded strength of steel cord. The steel cords are parallel to each other in each of the layers 3, 4, 5 and 6, but make an angle with the circumferential direction of the tire.
  • This angle is for the steel cords of the fourth belt layer 6 generally 5 ° to 25 °, for the steel cords of the second and third belt plies 4, 5 between 15 ° and 25 °, the steel cords of the belt plies 4, 5 intersect, and for the steel cords of the first belt layer 3 between 45 ° and 70 °.
  • the radially outer end portion of the side wall 10 laterally overlaps the tread 9, which is shown here in one piece, but may also consist of a tread cap and a tread base.
  • Other belt construction variants with 3 to 5 belt layers or 4- or 5-layer variants with belt ply angles exclusively between 5 ° and 25 ° are for a use possible. Even belt variants in which one or two layers have an angle of 0 ° to 5 ° can be used.
  • the shoulder pads 11 and / or the belt pads 12 are made of a particularly thermally conductive rubber compound.
  • the thermal conductivity of the shoulder pad 11 and / or the belt pad 12 should be at least 15% higher than the thermal conductivity of the side walls 10 also made of a rubber compound.
  • the higher thermal conductivity of the shoulder pad 11 and / or the belt pad 12 is preferably achieved by the use of acetylene black as a filler in the rubber mixtures.
  • Acetylene black is produced by thermal decomposition of acetylene and is characterized by a high specific surface area, an above-average proportion of graphite-like structures and a very low content of oxygen-containing groups.
  • Acetylene blacks typically have a DBP number (dibutyl phthalate number) in accordance with ASTM D 2414 from 150 to 260 cm3 / 100 g and an iodine adsorption number according to ASTM-D 1510 greater than 85 g / kg.
  • the particle diameters of the primary particles are between 30 and 45 nm.
  • the customary manner kg an iodine adsorption 64-180 g / and a DBP number of 70 to 180 cm3 / 100 may comprise g is increased the susceptibility to cracking of rubber mixtures, provided these as a filler acetylene black.
  • the filler content of acetylene black in the shoulder and belt pads 11, 12 has been varied and belt durability determined.
  • Belt Pads 12 present lower crack resistance can be compensated in part by the use of natural rubber.
  • Natural rubber is used either as the sole rubber component or in a proportion of at least 55 parts by weight, but it is also possible to use a second rubber component, in particular butadiene rubber, since this type of rubber can be used at low temperatures
  • Dehnamplituden has excellent crack resistance and tear strength.
  • the proportion of butadiene rubber should not be more than 35 parts by weight, based on 100 parts by weight of rubber in the mixture.
  • other types of rubber can be used in smaller amounts in the mixture, for example styrene-butadiene rubber (SBR) or isoprene rubber (IR), the total proportion of which is 10 parts by weight, based on 100 parts by weight in the mixture should exceed. Since both the belt pads 12 and the shoulder pads 11 come into direct contact with cut edges of the steel cords in the belt plies 3, 4, 5, 6, it is convenient to equip the blends for the pads 11, 12 with a Stahlkordhaftsystem.
  • the Stahlkordhaftsysteme known from the prior art can be used, for example, a higher proportion of sulfur, the addition of cobalt salts in combination with resin systems (eg resorcinol, hexamethylenetetramine, hexamethoxymelamine) and a proportion of silica, wherein additionally in the mixture adhesive resins, such as Rosin or Koresin, can be used.
  • resin systems eg resorcinol, hexamethylenetetramine, hexamethoxymelamine
  • silica wherein additionally in the mixture adhesive resins, such as Rosin or Koresin, can be used.
  • a sulfur-accelerator system in which the sulfur content is 0.5 to 2.5 times as high Accelerator component.
  • thiuram derivatives or morpholine derivatives can be used as sulfur donors.
  • the gum blends for the belt plies 3, 4, 5, and 6 should further contain no acetylene black or a proportion of acetylene black of at most 15 parts by weight.
  • FIGS. 2 and 3 show variant embodiments of measures by means of which direct contact of the shoulder pads 11 and the belt pad 12 with the belt layers 3, 4, 5 is avoided.
  • Fig. 2 shows an embodiment in which the edge portions of the belt plies 3, 4 and 5 are each covered with a cover strip 14, which is referred to as a wrap.
  • the wraps 14 consist of a rubber compound containing no or only a very small proportion of acetylene black of a maximum of 15 parts by weight.
  • Fig. 3 shows the edge portions of the belt layers 3, 4 and 5 respectively at its top and bottom with a strip 15, 16 covered from such rubber compounds, which together form an enclosure.
  • Table 1 contains examples of blends for blends of shoulder pad 11 and belt pad 12 with and without the use of acetylene black. The indicated quantities are
  • the mixtures M1 to M3 are shoulder padding mixtures, the mixtures M4 to M6 belt padding mixtures.
  • the mixture M1 and the mixture M4 contain no proportion of acetylene black.
  • Mixtures M2 and M3 are inventively designed mixtures for shoulder pads, the mixtures M5 and M6 according to the invention designed mixtures for belt pad.
  • the mixture MSW is an example of a conventional sidewall mixture.
  • test specimens were prepared by vulcanization at 160 ° C. Some of these specimens became typical for the rubber industry Material properties whose values are given in Table 2 are determined. The following test procedures were used for the tests on the test specimens:

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, insbesondere Nutzfahreugreif en, mit einem Lauf streifen (9), einem mehrlagigen Gürtel (5), Seitenwänden (10), einer Karkasseneinlage (2) und schulterseitig mit zumindest einem zwischen der Karkasseneinlage (2), der jeweiligen Seitenwand (10) und Gürtellagen angeordneten Schulterpolster (11) sowie mit zumindest einem zwischen den Randabschnitten benachbarter Gürtellagen eingefügten Gürtelpolster (12), wobei die Gürtelpolster (12), die Schulterpolster (11) und die Seitenwände (10) jeweils aus einer Kautschukmischung hergestellt sind. Um das Auftreten unerwünscht hoher Temperaturen im Bereich der Festigkeitsträgerenden von Gürtellagen wirkungsvoll zu verhindern ohne die Abrieb- oder die Rissbeständigkeit des Reifens im Bereich des Lauf streif ens oder der Seitenwand zu beeinträchtigen, weisen die Schulterpolster (11) und/oder die Gürtelpolster (12) eine Wäremeleitfähigkeit auf, die um mindestens 15 % höher ist als die Wärmeleitfähigkeit der Seitenwände (10), und sind vorzugsweise aus Kautschukmischungen hergestellt welche Acetylenruss (acetylene black) enthalten.

Description

Continental Aktiengesellschaft 205-137-PWO.1/Fo
12.09.2006
Beschreibung
FAHRZEUGLUFTREIFEN MIT GÜRTELKANTENPOLSTER
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, insbesondere einen Nutzfahrzeugreifen, mit einem Laufstreifen, einem mehrlagigen Gürtel, Seitenwänden, einer Karkasseinlage und schulterseitig mit zumindest einem zwischen der Karkasseinlage, der jeweiligen Seitenwand und den Gürtellagen angeordneten Schulterpolster sowie mit zumindest einem zwischen den Randabschnitten benachbarter Gürtellagen eingefügten Gürtelpolster, wobei die Gürtelpolster und die Schulterpolster sowie die Seitenwände jeweils aus einer Kautschukmischung hergestellt sind.
Beim Gebrauch bzw. Betrieb eines Reifens wird durch die auftretenden Walk- und
Fliehkräfte und durch die damit verbundenen dynamischen Verformungen in Folge des Hystereseverlustes der vulkanisierten Gummimischungen im Reifen thermische Energie entwickelt, die sich nur sehr schlecht abführen lässt. Insbesondere in der Nähe der Gürtelkanten tritt eine deutliche Wärmeentwicklung mit einer erhöhten Temperatur auf. Dies führt zu einer Beeinträchtigung der Reifenhaltbarkeit und Runderneuerungsfähigkeit des Reifens. Neben den in Folge des Modulsprunges an den Festigkeitsträgerenden (Gürtelkanten) auftretenden hohen Verformungen und den damit einhergehenden mechanischen Belastungen sind die Gürtelkanten auch hohen strukturellen Belastungen ausgesetzt. Die Beanspruchungen und Belastungen können Gürtelkantenlockerungen oder Gürtelkantenablösungen zur Folge haben, die bis zu einer kompletten Gürtelablösung und damit zur Zerstörung des Reifens führen können.
Eine Anzahl von Patenten bzw. Patentanmeldungen befasst sich mit der Reduktion der Wärmeentwicklung im Reifen. So ist es beispielsweise aus der DE-OS 1755301 bekannt, die Temperaturentwicklung in Fahrzeugluftreifen und insbesondere in den Laufflächen zu verringern, indem der Fahrzeugluftreifen - und insbesondere seine Lauffläche - homogen in den Kautschuk eingearbeitet Graphit enthält. Ein Laufstreifen, der in seiner Gesamtheit aus einer Graphit enthaltenden Kautschukmischung hergestellt ist, ermöglicht somit durch seine verbesserte Wärmeleitfähigkeit bei den früher üblichen Diagonalreifen eine Erniedrigung der Temperatur in den Schultern des Laufstreifens. Die Zugabe von Graphit in Kautschukmischungen speziell für Laufstreifen hat aber zur Folge, dass sich die Eigenschaften der vulkanisierten Mischungen verändern. Durch die Einmischung von Graphit in Kautschukmischungen für Laufstreifen werden beispielsweise der Nassgriff, der Trockengriff und vor allem der Abrieb negativ beeinflusst. Dies ist unter anderem auf die Gleiteigenschaften der Graphitpartikel zurückzuführen.
In der EP-A-1 031 441 wird zur effektiven Absenkung der Temperatur von Gummimischungen in gürtelnahen Bereichen von Fahrzeugluftreifen vorgeschlagen, am Profilrillengrund und/oder im Bereich der Reifenschultern eine Gummimischung anzuordnen, deren Wärmeleitfähigkeit um mindestens 5 % höher ist als die Wärmeleitfähigkeit der sie umgebenden Gummimischungen. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Mischungen werden neben Ruß Füllstoffe wie Aluminium, Magnesium, Kupfer, Zinn, Nickel oder metallenthaltende Substanzen, wie zum Beispiel Zinkoxid, Aluminiumhydroxid und dergleichen, als Zuschlagstoffe vorgeschlagen.
Es ist ferner bekannt, Acetylenruß als Füllstoff in Kautschukmischungen zu verwenden, um die Wärmeleitfähigkeit der Vulkanisate aus diesen Mischungen zu erhöhen. Die bekannten Ideen, die sich mit einer Reduktion der Temperatur im Reifeninneren befassen, verfolgen das Ziel, die entstehende Wärme nach außen abzuleiten, und zwar dadurch, dass wärmeleitfähige Bauteile derart im Reifen angeordnet werden, dass sie eine Wärmebrücke nach außen bilden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die EP-A-1 526 154 verwiesen, wobei hier vorgeschlagen wird, zumindest einen Teil der Seitenwand und/oder zumindest einen Teil jenes Wulstbereiches, welcher in Kontakt mit der Felge tritt, aus einer Gummimischung herzustellen, welche Acetylenruß enthält.
Ziel der Erfindung ist es, die unerwünschten Temperaturerhöhungen im Bereich der Festigkeitsträgerenden von Gürtellagen wirkungsvoll zu reduzieren, ohne die Abrieb- oder die Rissbeständigkeit des Reifens im Bereich des Laufstreifens oder der Seitenwand zu beeinträchtigen.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Schulterpolster und/oder die Gürtelpolster eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die um mindestens 15% höher ist als die Wärmeleitfähigkeit der Seitenwände. Gemäß der Erfindung werden daher komplett im Reifeninneren liegende Bauteile, also Bauteile, die keine Wärmebrücke nach außen bilden, mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die Seitenwände versehen. Diese Maßnahme ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden. Es ist bekannt, dass die zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von Gummimischungen üblicher Weise verwendeten Materialien, wie beispielsweise Acetylenruß oder Graphit, die Abriebeigenschaften und die Rissbeständigkeit der Vulkanisate verschlechtern. Ein verschlechterter Abrieb kann aber für die Seitenwandmischung keineswegs in Kauf genommen werden, da die Gefahr von nicht tolerierbaren Anscheuerungen der Seitenwände, beispielsweise durch Bordsteinkanten, zu befürchten wäre. Völlig überraschend ist bei der Erfindung jedoch, dass die in den Schulterbereichen an den Gürtelkanten generierte Wärmeenergie nicht durch bis nach außen reichende Bauteile aus wärmeleitfähigen Mischungen abgeführt werden muss. Dies kann unter Anderem darauf zurückzuführen sein, dass die Wärmeentwicklung bzw. das Auftreten von extrem hohen Temperaturen auf kleine lokale Ausdehnungen beschränkt bleibt. Die bisherige Vorstellung war, dass diese Wärme nach außen abgeführt werden muss, um den Reifen effektiv zu kühlen. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass eine innere Verteilung der im „Hot-Spot" auftretenden Wärme ausreichend ist, um die Gürtelhaltbarkeit und die Gürtelkantenhaltbarkeit deutlich zu verbessern.
Auf besonders einfache Weise wird eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit der Schulterpolster und der Gürtelpolster dadurch erreicht, dass diese aus Kautschukmischungen hergestellt sind, welche Acetylenruß enthalten.
Gemäß der Erfindung sind hingegen die Seitenwände aus einer Kautschukmischung hergestellt, die entweder keinen Anteil an Acetylenruß oder maximal 15 Gewichtsteile Acetylenruß, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthält.
Eine besonders gute Wärmeverteilung wird dadurch erreicht, dass die Schulterpolster und/oder die Gürtelpolster zwischen 25 und 60 Gewichtsteile Acetylenruß, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthalten.
Die Rissfestigkeit der Schulterpolster und/oder Gürtelpolster wird dadurch positiv beeinflusst, dass eine Kombination aus Acetylenruß und Fumaceruß und/oder Kieselsäure eingesetzt wird, wobei der Anteil an Acetylenruß 40 bis 60% des gesamten Rußanteiles bzw. des gesamten Füllstoffanteiles betragen sollte.
In diesem Zusammenhang sind bestimmte Typen von Fumacerußen besonders geeignet, insbesondere Ruße des Typs N 326 und des Typs N 339.
Die Gürtelkanten sind besonderen Beanspruchungen ausgesetzt und es ist daher von Vorteil, wenn die Gummierungsmischungen der Gürtellagen keinen Acetylenruß oder höchstens 15 Gewichtsteile Acetylenruß, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthalten.
Insbesondere wenn die Gürtelpolster und/oder die Schulterpolster in direkten Kontakt mit den Schnittkanten der Stahlkorde in den Gürtellagen gelangen, ist es von Vorteil, wenn die Mischungen für Gürtelpolster und die Schulterpolster ein Stahlkordhaftsystem enthalten.
Die Rissbeständigkeit der Schulterpolster und/oder Gürtelpolster kann dadurch günstig beeinflusst werden, dass diese aus Kautschukmischungen hergestellt sind, welche zwischen 55 und 100 Gewichtsteile Naturkautschuk, 0 bis 35 Gewichtsteile Butadienkautschuk und bis zu 10 Gewichtsteile eines weiteren Kautschuks, jeweils bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthalten.
Von Vorteil ist in diesem Zusammenhang auch die Maßnahme, in den Kautschukmischungen, aus welchen die Schulterpolster und/oder die Gürtelpolster hergestellt werden, den Anteil an Schwefel 0,5 bis 2,5mal so hoch zu wählen wie den Anteil an Beschleuniger.
Es können auch bauliche Maßnahmen getroffen werden, um einen direkten Kontakt der Schulterpolster und/oder Gürtelpolster zu den Festigkeitsträgern in den Gürtellagen zu vermeiden. So können beispielsweise die Randabschnitte der Gürtellagen jeweils mit einem Abdeckstreifen umhüllt werden oder es können die Randabschnitte der Gürtellagen jeweils an ihrer Ober- und Unterseite mit einem Streifen bedeckt werden, welche gemeinsam ebenfalls eine Umhüllung bilden. Auch in diesem Fall ist es von Vorteil, wenn diese zusätzlichen Bauteile aus Kautschukmischungen hergestellt sind, die keinen Acetylenruß oder maximal 15 Gewichtsteile Acetylenruß, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthalten. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher beschrieben. Dabei zeigen
Fig. 1 bis Fig. 3 Teilquerschnitte durch einen Reifen im Bereich des Laufstreifens und des Gürtels mit unterschiedlichen Ausführungsvarianten der Erfindung.
Sämtliche Zeichnungsfiguren zeigen im Querschnitt einen der oberen Seitenwandbereiche und den an diesen anschließenden Laufstreifenbereich eines Nutzfahrzeugreifens. Der Reifen weist einen Laufstreifen 9, eine Karkasseinlage 2, welche insbesondere mit Stahlkorden als Festigkeitsträger versehen ist, eine luftdichte Innenschicht 1 , einen aus vier Lagen 3, 4, 5 und 6 bestehenden Gürtelverband und Seitenwände 10 auf, von welchen die eine dargestellt ist. Zwischen den Randabschnitten der Gürtellagen 3, 4, der Karkasseinlage 2 und der Seitenwand 10 ist ein Schulterpolster 11 eingebracht. Zwischen den Randabschnitten der Gürtellagen 4, 5 ist ein Gürtelpolster 12 positioniert. Nicht dargestellte Reifenbauteile, beispielsweise die Wulstbereiche, können in bekannter Weise ausgeführt sein.
Bei der dargestellten Ausführungsform weist die vierte, radial äußerste Gürtellage 6 die geringste Breite von allen Lagen auf und ist die sogenannten Schutzlage, die vergleichsweise weit von den Schulterbereichen des Reifens entfernt endet. Die erste Gürtellage 3 ist die sogenannte Sperrlage, die zweite Gürtellage 4 und die dritte Gürtellage 5 sind die sogenannten Arbeitslagen. Sämtliche Gürtellagen 3, 4, 5 und 6 bestehen aus in eine Gummimischung, der Gürtelgummierung, eingebetteten Festigkeitsträgern aus Stahlkord. Die Stahlkorde verlaufen in jeder der Lagen 3, 4, 5 und 6 jeweils parallel zueinander, schließen jedoch mit der Umfangsrichtung des Reifens einen Winkel ein. Dieser Winkel beträgt für die Stahlkorde der vierten Gürtellage 6 im Allgemeinen 5° bis 25°, für die Stahlkorde der zweiten und der dritten Gürtellagen 4, 5 zwischen 15° und 25°, wobei die Stahlkorde der Gürtellagen 4, 5 einander kreuzen, und für die Stahlkorde der ersten Gürtellage 3 zwischen 45° und 70°. Der radial äußere Endabschnitt der Seitenwand 10 überlappt seitlich den Laufstreifen 9, welcher hier einteilig dargestellt ist, jedoch auch aus einer Laufstreifencap und einer Laufstreifenbase bestehen kann. Weitere Gürtelkonstruktionsvarianten mit 3 bis 5 Gürtellagen oder 4- oder 5-lagige Varianten mit Gürtellagenwinkeln ausschließlich zwischen 5° und 25° sind für einen Einsatz möglich. Auch Gürtelvarianten, bei denen eine oder zwei Lagen ein Winkel von 0° bis 5° aufweisen, sind einsetzbar.
Gemäß der Erfindung sind die Schulterpolster 11 und/oder die Gürtelpolster 12 aus einer besonders wärmeleitfähigen Kautschukmischung hergestellt. Die Wärmeleitfähigkeit der Schulterpolster 11 und/oder der Gürtelpolster 12 soll um mindestens 15 % höher sein als die Wärmeleitfähigkeit der ebenfalls aus einer Kautschukmischung hergestellten Seitenwände 10.
Die höhere Wärmeleitfähigkeit der Schulterpolster 11 und/oder der Gürtelpolster 12 wird bevorzugt durch den Einsatz von Acetylenruß als Füllstoff in den Kautschukmischungen erzielt.
Acetylenruß wird durch thermische Zersetzung von Acetylen hergestellt und zeichnet sich durch eine hohe spezifische Oberfläche, einen überdurchschnittlichen Anteil an graphitähnlichen Strukturen und einen sehr niedrigen Gehalt an sauerstoffhaltigen Gruppen aus. Acetylenruße weisen in der Regel eine DBP-Zahl (Dibutylphthalat-Zahl) gemäß ASTM-D 2414 zwischen 150 und 260 cm3/100 g und einen Jodadsorptionszahl gemäß ASTM-D 1510 größer 85 g/kg auf. Die Teilchendurchmesser der Primärpartikel liegen zwischen 30 und 45 nm.
Die größte Wirksamkeit bei der Verteilung der Wärme wird dann erreicht, wenn als Füllstoff in den Kautschukmischungen für die Schulterpolster 11 und/oder die Gürtelpolster 12 ausschließlich Acetylenruß eingesetzt wird. Sehr gute Ergebnisse lassen sich mit Kautschukmischungen für die Schulterpolster 11 und/oder die Gürtelpolster 12 erzielen, deren Anteil an Acetylenruß zwischen 25 und 60 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, beträgt.
Im Vergleich zu Mischungen mit Furnacerußen, die üblicher weise eine Jodadsorption von 64 bis 180 g/kg und eine DBP-Zahl von 70 bis 180 cm3/100 g aufweisen, wird die Rissanfälligkeit von Kautschukmischungen erhöht, wenn diese als Füllstoff Acetylenruß beinhalten. Je höher die Wärmeleitfähigkeit der Bauteile aus solchen Mischungen ist und je höher daher auch das Wärmeverteilungsvermögen dieser Bauteile ist, umso niedriger ist die Rissfestigkeit der Mischung. Es gibt jedoch ein Optimum bezüglich der erreichbaren Wärmeverteilung und der Rissfestigkeit solcher Bauteile. In Versuchen wurde der Füllstoffgehalt an Acetylenruß in den Schulter- und den Gürtelpolstern 11 , 12 variiert und die Gürtelhaltbarkeit ermittelt. Diese Versuche haben ergeben, dass ein Optimum an Gürtelhaltbarkeit dann erreicht wird, wenn ein Füllstoffmix aus Furnaceruß und/oder Kieselsäure, gegebenenfalls gemeinsam mit einem Organosilan, und Acetylenruß eingesetzt wird. Der Anteil an Acetylenruß im Verhältnis zu dem oder den weiteren Füllstoff(en), Furnaceruß und/oder Kieselsäure, liegt für eine optimale Gürtelhaltbarkeit bei 40 - 60%. Besonders günstig für die Rissbeständigkeit ist die Verwendung von Fumacerußen der Typen N 326 und/oder N 339.
Die durch den Anteil an Acetylenruß in den Schulterpolstern 11 und/oder den
Gürtelpolstern 12 vorliegende niedrigere Rissfestigkeit kann zum Teil durch den Einsatz von Naturkautschuk kompensiert werden. Dabei wird Naturkautschuk entweder als einzige Kautschukkomponente oder in einem Anteil von mindestens 55 Gewichtsteilen eingesetzt, es kann jedoch auch eine zweite Kautschukkomponente, insbesondere Butadienkautschuk, eingesetzt werden, da diese Kautschuktype bei niedrigen
Dehnamplituden eine hervorragende Rissfestigkeit und Weiterreißfestigkeit aufweist. Der Anteil an Butadienkautschuk sollte dabei nicht mehr als 35 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, betragen. Neben den erwähnten Kautschuken, Naturkautschuk und Butadienkautschuk, können in der Mischung weitere Kautschuktypen in kleineren Mengen eingesetzt werden, beispielsweise Styrol-Butadien- Kautschuk (SBR) oder Isoprenkautschuk (IR), deren Gesamtanteil 10 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile in der Mischung, nicht überschreiten sollte. Da sowohl die Gürtelpolster 12 als auch die Schulterpolster 11 in direkten Kontakt mit Schnittkanten der Stahlkorde in den Gürtellagen 3, 4, 5, 6 gelangen, ist es günstig, die Mischungen für die Polster 11 ,12 mit einem Stahlkordhaftsystem auszurüsten. Dabei können die aus dem Stand der Technik bekannten Stahlkordhaftsysteme verwendet werden, beispielsweise ein höherer Anteil an Schwefel, der Zusatz von Cobaltsalzen in Kombination mit Harzsystemen (beispielsweise Resorcinol, Hexamethylentetramin, Hexamethoxymelamin) und ein Anteil an Kieselsäure, wobei zusätzlich in der Mischung Klebharze, wie Kolophonium oder Koresin, eingesetzt werden können.
In den Kautschukmischungen für die Gürtelpolster 12 und/oder die Schulterpolster 11 wird ferner bevorzugt als Vulkanisationssystem ein Schwefel-Beschleuniger-System verwendet, bei dem der Schwefelanteil 0,5 bis 2,5 mal so hoch ist wie der Beschleunigeranteil. Als Schwefelspender können dabei beispielsweise Thiuramderivate oder Morpholinderivate verwendet werden.
Die Gummierungsmischungen für die Gürtellagen 3, 4, 5, und 6 sollten ferner keinen Acetylenruß enthalten oder einen Anteil an Acetylenruß von maximal 15 Gewichtsteilen.
Aufgrund der geringeren Reißfestigkeit von Gummibauteilen mit Acetylenruß als Füllstoff kann gemäß der Erfindung durch besondere Maßnahmen ein unmittelbarer Kontakt der Schulterpolster 11 und Gürtelpolster 12 zu den Festigkeitsträgern aus den Gürtellagen 3, 4, 5 vermieden werden.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen Ausführungsvarianten von Maßnahmen, durch welche ein direkter Kontakt der Schulterpolster 11 und der Gürtelpolster 12 mit den Gürtellagen 3, 4, 5 vermieden wird.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Randabschnitte der Gürtellagen 3, 4 und 5 jeweils mit einem Abdeckstreifen 14, welcher als Wrap bezeichnet wird, umhüllt sind. Die Wraps 14 bestehen aus einer Gummimischung, die keinen oder nur einen sehr kleinen Anteil an Acetylenruß von maximal 15 Gewichtsteilen enthält. Eine weitere Alternative zeigt Fig. 3, hier sind die Randabschnitte der Gürtellagen 3, 4 und 5 jeweils an ihrer Ober- und Unterseite mit einem Streifen 15, 16 aus derartigen Gummimischungen bedeckt, welche gemeinsam eine Umhüllung ergeben.
Tabelle 1 enthält Mischungsbeispiele für Mischungen von Schulterpolster 11 und Gürtelpolster 12 mit und ohne Einsatz Acetylenruß. Die angegebenen Mengen sind
Gewichtsteile (phr), die jeweils auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung bezogen sind. Die Mischungen M1 bis M3 sind Schulterpolstermischungen, die Mischungen M4 bis M6 Gürtelpolstermischungen. Die Mischung M1 und die Mischung M4 enthalten keinen Anteil an Acetylenruß. Die Mischungen M2 und M3 sind erfindungsgemäß ausgeführte Mischungen für Schulterpolster, die Mischungen M5 und M6 erfindungsgemäß ausgeführte Mischungen für Gürtelpolster. Die Mischung MSW ist ein Beispiel einer üblichen Seitenwandmischung.
Aus den Mischungen wurden Prüfkörper durch Vulkanisation bei 160° C hergestellt. Mit diesen Prüfkörpern wurden einige für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften, deren Werte in der Tabelle 2 enthalten sind, bestimmt. Für die Tests an den Prüfkörpern wurden folgende Testverfahren angewandt:
• Zugfestigkeit bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 504
• Reißdehnung bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 504 • Statischer Modul (Spannungswerte) bei 100%, 200% und 300% Dehnung bei
Raumtemperatur gemäß DIN 53 504
• Shore-A-Härte bei Raumtemperatur und 700C gemäß DIN 53 505
• Rückprallelastizität bei Raumtemperatur und 700C gemäß DIN 53 512
• Bruchenergiedichte bestimmt im Zugversuch nach DIN 53 504, wobei die Bruchenergiedichte die bis zum Bruch erforderliche Arbeit, bezogen auf das
Volumen der Probe, ist
• Wärmeleitfähigkeit mit dem Gerät Kerntherm QTM-D3-PD3 der Firma Kyoto Electronics gemäß DIN 52 612 (Ausgangstemperatur Raumtemperatur)
Tabelle 1
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Tabelle 2
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Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Fahrzeugluftreifen, insbesondere Nutzfahrzeugreifen, mit einem Laufstreifen (9), einem mehrlagigen Gürtel (5), Seitenwänden (10), einer Karkasseinlage (2) und schulterseitig mit zumindest einem zwischen der Karkasseinlage (2), der jeweiligen
Seitenwand (10) und Gürtellagen angeordneten Schulterpolster (11 ) sowie mit zumindest einem zwischen den Randabschnitten benachbarter Gürtellagen eingefügten Gürtelpolster (12), wobei die Gürtelpolster (12), die Schulterpolster (11 ) und die Seitenwände (10) jeweils aus einer Kautschukmischung hergestellt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schulterpolster (11 ) und/oder die Gürtelpolster (12) eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die um mindestens 15 % höher ist als die Wärmeleitfähigkeit der Seitenwände (10).
2. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Schulterpolster (11 ) und /oder die Gürtelpolster (12) aus Kautschukmischungen hergestellt sind, welche Acetylenruß enthalten.
3. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (10) aus einer Kautschukmischung hergestellt sind, die entweder keinen
Anteil an Acetylenruß oder maximal 15 Gewichtsteile Acetylenruß, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthält.
4. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterpolster (1 1 ) und /oder die Gürtelpolster (12) zwischen 25 und 60
Gewichtsteilen Acetylenruß, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthalten.
5. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterpolster (11 ) und /oder die Gürtelpolster (12) eine Kombination aus
Acetylenruß und Furnaceruß und/oder Kieselsäure enthalten, wobei der Anteil an Acetylenruß 40 bis 60% des gesamten Rußanteiles bzw. des gesamten Füllstoffanteiles beträgt.
6. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Furnaceruß von Ruß des Typs N 326 und/oder N 339 stammt.
7. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummierungsmischungen der Gürtellagen (3, 4, 5, 6) höchstens 15 Gewichtsteile Acetylenruß, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthalten.
8. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterpolster (11 ) und/oder die Gürtelpolster (12) aus Kautschukmischungen hergestellt sind, die ein Stahlkordhaftsystem enthalten.
9. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterpolster (11 ) und/oder Gürtelpolster (12) aus Kautschukmischungen hergestellt sind, welche 55 bis 100 Gewichtsteile Naturkautschuk, 0 bis 35 Gewichtsteile Butadien-Kautschuk und bis zu 10 Gewichtsteile eines weiteren Kautschuks, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthalten.
10. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterpolster (11 ) und/oder die Gürtelpolster (12) aus Kautschukmischungen hergestellt sind, deren Anteil an Schwefel 0,5 bis 2,5 mal so hoch ist wie der Anteil an Beschleuniger.
11. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterpolster (11 ) und/oder Gürtelpolster (12) mittels zumindest eines zusätzlich eingebrachten Bauteils von Gürtelkanten bzw. Gürtelrandabschnitten getrennt sind.
12. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Randabschnitte der Gürtellagen (3, 4, 5) jeweils mit einem Abdeckstreifen (14) umhüllt sind.
13. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Randabschnitte der Gürtellagen (3, 4, 5) jeweils an ihrer Ober- und Unterseite mit einem Streifen (15, 16) bedeckt sind, welche gemeinsam eine Umhüllung bilden.
14. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die zusätzliche(n) Bauteil(e) aus einer Kautschukmischung hergestellt ist bzw. sind, die maximal 15 Gewichtsteile Acetylenruß, bezogen auf 100
Gewichtsteile Kautschuk in der Mischung, enthält.
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