WO2018036680A1 - Nutzfahrzeugreifen - Google Patents

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WO2018036680A1
WO2018036680A1 PCT/EP2017/064340 EP2017064340W WO2018036680A1 WO 2018036680 A1 WO2018036680 A1 WO 2018036680A1 EP 2017064340 W EP2017064340 W EP 2017064340W WO 2018036680 A1 WO2018036680 A1 WO 2018036680A1
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WO
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cap layer
rubber material
tread
commercial vehicle
vehicle tire
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Application number
PCT/EP2017/064340
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English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Hallmann
Matthias-Stephan MÜLLER
Carsten Minx
Peter Schmidt
Lennert Gootjes
Original Assignee
Continental Reifen Deutschland Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • B60C11/00—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts
    • B60C11/0041—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts comprising different tread rubber layers
    • B60C11/005—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts comprising different tread rubber layers with cap and base layers
    • 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
    • B60C11/00—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts
    • B60C11/0008—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts characterised by the tread rubber
    • B60C2011/0016—Physical properties or dimensions
    • 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
    • B60C2200/00—Tyres specially adapted for particular applications
    • B60C2200/06—Tyres specially adapted for particular applications for heavy duty vehicles

Definitions

  • the invention relates to a commercial vehicle tire, in particular OTR tire, radial or diagonal design with a radially multi-layer consisting of rubber material tread with a tread base and a tread cap containing the profiling, wherein the tread in Reifenzenit at the equatorial plane has a thickness of 12.0 mm up to 70.0 mm.
  • So-called OTR tires are intended for special applications, in particular as tires for special vehicles in underground or surface mining. In mines, OTR tires are exposed to extreme debris, mud, water, heat and the like. These stresses can lead to increased occurrence of "chip & chunk" effects in the known OTR tires in the tread, under which striking damage to the tread, in particular deep cuts, but also exfoliations,
  • treads of commercial vehicle tires provided for the above purposes have high resistance to chipping & chunking
  • the usual tread rubber materials optimized for chipping & chunking are for their particular use low rigidity not suitable.
  • these rubber materials underlying rubber mixtures with to provide large quantities of fillers.
  • the low rigidity and the large filler quantities lead to an increased specific heat build-up under dynamic load. This occurs in radial tires, especially in the belt edges and bias tires especially in the area of the breaker, with the increased
  • the invention is therefore based on the object, in a commercial vehicle tire of the type mentioned the resistance of his tread to "Chipping &
  • the tread cap in the radial direction has at least two cap layers, wherein the radially outermost cap layer in Reifenzenit at the equatorial plane has a thickness of 10% to 70% of the thickness of the tread and wherein the rubber material of the radially outermost cap layer has an elongation at break according to DIN 53504 of 600% to 900%.
  • a commercial vehicle tire designed according to the invention thus has a tread that is at least three layers in the radial direction.
  • the rubber material of the radially outermost cap layer of the tread is particularly resistant to cracking due to its high elongation at break, so that treads of commercial vehicle tires according to the invention withstand the extreme loads occurring when driving in mines and the like much better than the known treads.
  • Commercial vehicle tires according to the invention can therefore also have a high TKPH value and are therefore particularly used for underground or surface mining
  • a particularly high TKPH value while maintaining high "Chip & Chunk" resistance is imparted to the tread when the rubber material of the radially outermost cap layer has an elongation at break of 650% to 750%, preferably of at least 700%.
  • the rubber material of the radially outermost cap layer has a stress value at 300% elongation according to DIN 53504 of 4.0 MPa to 10.0 MPa, preferably of at most 6.0 MPa.
  • Rubber material of the radially outermost cap layer has a high-speed breaking elongation according to DIN EN 10 045 of 18 MJ / m 3 to 25 MJ / m 3 , in particular from 19 MJ / m 3 to 21 MJ / m 3 .
  • the properties of the tread can be optimally adapted to the respective application.
  • the radially outermost cap layer in Reifenzenit along the equatorial plane has a thickness of 20% to 40% of the thickness of the tread.
  • the rubber material of the radially outermost cap layer has a Shore A hardness according to DIN ISO 7619-1 of 50 Shore A to 80 Shore A, in particular from 65 Shore A to 75 Shore A.
  • the rubber materials of the cap layers have matching Shore A hardnesses according to DIN ISO 7619-1 or Shore A hardnesses of at most 4.0 Shore A, in particular not more than 2.0 Shore A, deviating from one another.
  • the rubber material has the radially innermost cap layer directly adjoining the tread base
  • the rubber material has the radially innermost cap layer directly adjoining the tread base
  • the rubber material of the radially innermost Cap stands a rebound resilience at room temperature of 30% to 60%, in particular 40%> to 50%>, and a Resiliency at 70 ° C from 45% to 75%, in particular from 55% to 65%. Therefore, the radially innermost cap layer is particularly easy again from the recorded during rolling mechanical energy, without converting them into heat, which contributes to a particularly advantageous solution of the above-mentioned Zielkonfiiktes.
  • the rubber material of the radially innermost cap layer directly adjoining the tread base has a stress value at 300% elongation of 8.0 MPa to 12.0 MPa, so that the force applied by the Examined according to DIN 53504 stress / strain curve shows a "steep" course, which also keeps low the heat buildup in the rubber material under dynamic stress and thus also keeps the rubber-inherent deformability or the resulting heat buildup low.
  • the rubber material of the radially innermost cap layer immediately adjacent to the tread base has an elongation at break according to DIN 53512 of 450% to 700%, in particular from 530%) to 600%), in this embodiment variant, therefore, as well as the outermost cap layer, the innermost cap layer is also optimized with regard to its "chip & chunk" resistance.
  • the rubber material of the radially outermost cap layer is preferably made from a rubber mixture which contains at least one styrene-butadiene rubber (SBR), in particular at least one emulsion-produced styrene-butadiene rubber (E-SBR).
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • E-SBR emulsion-produced styrene-butadiene rubber
  • the rubber material of the radially outermost cap layer is made of a rubber mixture which contains at least one resin.
  • the rubber material of the radially outermost cap layer is made of a rubber mixture which contains exclusively carbon black as filler, in particular at least one carbon black with an iodine adsorption number of at most 125 g / kg and a DBP number of at most 115 ⁇ 10 -5 ". 5 m 3 / kg and further at least one resin (a resin).
  • the rubber material is the radially innermost cap layer directly adjoining the tread base
  • Fig. 1 shows schematically a cross section through a commercial vehicle tire in the region of the tread and the belt association with an embodiment of the invention.
  • the quantities of the constituents of rubber mixtures in the unit customary in rubber technology phr are based in each case on 100 parts by mass of the base polymer or, in the case of polymer blends, on those of the base polymers.
  • Commercial vehicle tires constructed in accordance with the present invention are radial or diagonal type tires for off-the-road (OTR) tires, in particular
  • Side walls 5 can be designed in a manner known per se.
  • the belt bandage 2 has four belt plies 2a, 2b, 2c, 2d which respectively consist of steel cords running essentially parallel to one another and embedded in a rubber compound.
  • the steel cords run at the usual acute angles to the tire circumferential direction, with the steel cords of adjacent belt plies preferably crossing each other in a known manner.
  • a shoulder pad 6 is arranged radially outside the carcass ply 3, which extends in contact with the carcass ply 3 from the respective side wall 5 under the radially innermost belt ply 2a a piece and expires there in cross section.
  • Radially outside of the shoulder pad 6 runs respectively a narrow belt edge pad 7, which extends under the respective peripheral edge of the second belt layer 2b and ends at the peripheral edge of the radially innermost belt layer 2a.
  • the tread 1 can be structured in a block-like manner by grooves in a conventional manner and has a substantially constant thickness in the radial direction at its profile negatives, such as grooves, cuts and the like, free areas, the profile positive, wherein the tread 1 in the Shoulder areas is slightly thicker than in the wider middle area.
  • the tread 1 at the equatorial plane which is indicated in Fig. 1 by the line Ii, a thickness di of 12.0 mm to 70.0 mm, which in the radial direction between the radially outermost belt layer, in the illustrated embodiment the fourth belt layer 2d, and a tread 1 enclosing the tread outer surface is determined.
  • the tread 1 is constructed in three layers in the radial direction and is composed of a tread base 8 and a profiling tread cap 9, the tread cap 9 in the radial direction at the equatorial plane has a thickness d 2 of 60% to 95% of the thickness di of the tread 1 has.
  • the tread cap 9 has a two-layer structure in the radial direction and has a radially inner cap layer 9a and a radially outer cap layer 9b which comes into contact with the ground during rolling of the tire.
  • the radially outer cap layer 9b has at the equatorial plane in the radial direction has a thickness d 3 , which is 10%> to 70%>, in particular 20%> to 40%>, the thickness di of
  • Tread is 1. All layers 8, 9a, 9b of the tread 1 are made of rubber material and are accordingly each made of a rubber mixture.
  • the rubber material of the tread base 8 is designed in a conventional manner such that it is at
  • Table 1 shows by way of example compositions of the rubber mixture of the radially inner cap layer 9a (Mg a ) and the radially outer cap layer 9b (Ms> b).
  • Table 1 also contains results of rubber materials made from these rubber blends Tensile tests according to DIN 53504, the Shore A hardness according to DIN ISO 7619-1, the rebound resilience at room temperature (RT, 25 ° C) and at 70 ° C according to DIN 53512, the high-speed breaking elongation, determined as crack energy per deformed volume at room temperature according to High Speed Tear Energy Test (HSTE) according to DIN EN 10 045, as well as the results of the examination of the heat generation in the fatigue test (flexometer) according to DIN 53533.
  • HSTE High Speed Tear Energy Test
  • the rubber material of the radially outer cap layer 9b is particularly resistant to "chipping &chunking."
  • the " Chip & Chunk” Properties of a rubber material that reflect the tendency for tread damage, such as tears, delaminations, or breakouts, are closely related to the tear properties, particularly the elongation at break, of the rubber material.
  • the "chip &chunk” resistance of a rubber material is in conflict with the degree of heat build-up under dynamic load, ie the heat build-up when rolling the tire
  • Rubber material of the radially inner cap layer 9a in particular with regard to its
  • the rubber material of the radially outer cap layer 9b has an elongation at break according to DIN 53504 of 600% to 900%, in particular from 650% to 750%, preferably of at least 700%. This high elongation at break gives the rubber material of the radially outer cap layer 9b its particularly high resistance to "chipping".
  • the stress value at 300% elongation (M300) of the rubber material is 4.0 MPa to 10.0 MPa, preferably at most 6.0 MPa, so that the stress / strain curve obtained by the test according to DIN 53504 shows a "flat" course ,
  • the rubber material of the radially outer cap layer 9b has a high-speed breaking elongation (HSTE) according to DIN EN 10 045 of 18 MJ / m 3 to 25 MJ / m 3 , in particular from 19 MJ / m 3 to 21 MJ / m 3 ,
  • HSTE breaking elongation
  • the rubber material intended for the radially outer cap layer 9b is produced in particular from a rubber mixture which comprises at least one styrene-butadiene rubber (SBR), in particular at least one E-SBR (styrene-butadiene rubber produced by emulsion polymerization), at least one carbon black iodine adsorption number of at most 125 g / kg and a DBP number of at most 115 x 10 "5 m 3 / kg, and further at least a resin (a resin) contains.
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • E-SBR styrene-butadiene rubber produced by emulsion polymerization
  • the rubber material of the radially inner cap layer 9a has a lower heat formation according to DIN 53533 than the rubber material of the radially outer cap layer 9b, this heat formation is a measure of the heat buildup of a rubber material under dynamic stress and a low temperature value means a low heat build-up.
  • the temperature of the rubber material of the radially inner cap layer 9a has a lower heat formation according to DIN 53533 than the rubber material of the radially outer cap layer 9b, this heat formation is a measure of the heat buildup of a rubber material under dynamic stress and a low temperature value means a low heat build-up.
  • the temperature of the rubber material of the radially inner cap layer 9a has a lower heat formation according to DIN 53533 than the rubber material of the radially outer cap layer 9b, this heat formation is a measure of the heat buildup of a rubber material under dynamic stress and a low temperature value means a low heat build-up.
  • the temperature of the rubber material of the radially inner cap layer 9a has
  • Cap layer 9a according to DIN 53533 (static stress of 0.9 MPa, dynamic stress ⁇ 0.8 MPa) is 60 ° C to 85 ° C. Furthermore, the rubber material of the radially inner
  • Cap ist 9a a higher resiliency, both at room temperature and at 70 ° C, as the rubber material of the radially outer cap layer 9b, so that the radially inner cap layer 9a, the mechanical energy absorbed during unrolling particularly easily returns without converting them into heat.
  • Room temperature of the rubber material of the radially inner cap layer 9a is 30% to 60%, in particular 40%> to 50%>, its rebound resilience at a temperature of 70 ° C is 45% to 75%, in particular 55% to 65%.
  • the rubber material of the radially inner cap layer 9a has a stress value at 300% elongation of 8.0 MPa to 12.0 MPa, so that after the test
  • DIN 53504 shows a "steep" curve, which also keeps the heat build-up in the rubber material under dynamic load and thus the rubber-inherent deformability or the resulting heat buildup low
  • the elongation at break of the rubber material of the radially inner cap layer 9a is 450%> to 700%>, preferably 530%> to 600%>, and is therefore slightly smaller than that of the rubber material of the radially outer cap layer 9b, but also has a very high resistance to "Chipping &Chunking" due to this elongation at break.
  • the Shore A hardness according to DIN ISO 7619-1 of the rubber material of the cap layer 9a is 50 Shore A to 80 Shore A, in particular 65 Shore A to 75 Shore A, and preferably coincides with the Shore A hardness of the rubber material of the cap layer 9b or substantially the same. Substantially identical Shore A hardnesses are understood as meaning those which deviate from one another by at most 4.0 Shore A, in particular by at most 2.0 Shore A.
  • the rubber material provided for the radially inner cap layer 9a may consist in particular of a rubber mixture with 80 phr to 100 phr of natural rubber, silica in an amount of up to 20 phr, wherein carbon black is proportionally replaced by silica, and by a plasticizer amount of at most 15 phr.
  • the combination of the two cap layers 9a and 9b makes it possible on the one hand to give the tire a particularly high resistance to "chipping and chunking" and, on the other hand, to limit the build-up of heat
  • Tire properties are optimally matched to the respective application.
  • the tread 1 may also have more than three layers in the radial direction.
  • the tread cap 9 can have more than two layers in the radial direction.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

Nutzfahrzeugreifen, insbesondere OTR-Reifen, radialer oder diagonaler Bauart mit einem in radialer Richtung mehrschichtigen aus Gummimaterial bestehenden Laufstreifen (1) mit einer Laufstreifenbase (8) und einer die Profilierung enthaltenden Laufstreifencap (9), wobei der Laufstreifen (1) im Reifenzenit an der Äquatorialebene eine Dicke (di) von 12,0 mm bis 70,0 mm aufweist. Die Laufstreifencap (9) weist in radialer Richtung mindestens zwei Capschichten (9a, 9b) auf, wobei die radial äußerste Capschicht (9b) im Reifenzenit an der Äquatorialebene eine Dicke (d3) von 10% bis 70% der Dicke (di) des Laufstreifens (1) aufweist und wobei das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) eine Reißdehnung gemäß DIN 53504 von 600% bis 900% aufweist.

Description

Beschreibung
Nutzfahrzeugreifen
Die Erfindung betrifft einen Nutzfahrzeugreifen, insbesondere OTR-Reifen, radialer oder diagonaler Bauart mit einem in radialer Richtung mehrschichtigen aus Gummimaterial bestehenden Laufstreifen mit einer Laufstreifenbase und einer die Profilierung enthaltenden Laufstreifencap, wobei der Laufstreifen im Reifenzenit an der Äquatorialebene eine Dicke von 12,0 mm bis 70,0 mm aufweist. Sogenannte OTR-Reifen sind für spezielle Einsatzzwecke, insbesondere als Reifen für Spezialfahrzeuge im Unter- oder Übertagebau, vorgesehen. In Bergwerken werden OTR- Reifen extremen Belastungen durch Geröll, Schlamm, Wasser, Hitze und dergleichen ausgesetzt. Diese Belastungen können bei den bekannten OTR-Reifen im Laufstreifen zum vermehrten Auftreten von„Chip & Chunk" - Effekten führen, unter welchen auffallende Schäden am Laufstreifen, insbesondere tiefe Einschnitte, aber auch Abblätterungen,
Ausbrüche und dergleichen verstanden werden. Treten solche Laufstreifenbeschädigungen auf, müssen die Reifen ersetzt werden. Insbesondere in Bergwerken können bekannte OTR- Reifen lediglich auf zirka 50% ihrer Profiltiefe abgefahren werden, da bereits dann die im Laufstreifen vorhandenen Einschnitte eine weitere Verwendung des Reifens nicht mehr gestatten.
Ist es daher von Bedeutung, dass Laufstreifen von Nutzfahrzeugreifen, welche für die obigen Einsatzzwecke vorgesehen sind, eine hohe Resistenz gegenüber„Chipping & Chunking" aufweisen. Die üblichen hinsichtlich„Chipping & Chunking" optimierten Gummimaterialien für Laufstreifen sind für diesen speziellen Einsatzzweck wegen ihrer zu geringen Steifigkeit nicht geeignet. Für eine hohe Rissbeständigkeit der Gummimaterialien ist es üblich, die diesen Gummimaterialien zugrundliegenden Kautschukmischungen mit großen Mengen an Füllstoffen zu versehen. Die niedrige Steifigkeit sowie die großen Füllstoffmengen führen zu einem erhöhten spezifischen Wärmeaufbau unter dynamischer Belastung. Dieser tritt bei Radialreifen insbesondere im Bereich der Gürtelkanten und bei Diagonalreifen insbesondere im Bereich des Breakers auf, wobei sich der erhöhte
Wärmeaufbau besonders nachteilig auf die Reifenhaltbarkeit auswirkt. Insbesondere weisen derartige Nutzfahrzeugreifen einen geringen„TKPH-Wert" (tons per kilometer per hour, „Tonnenkilometer pro Stunde) auf. Dieser gibt Auskunft über die Transportkapazität eines Nutzfahrzeugreifens und dient zur Ermittlung der optimalen Einsatzleistung eines Reifens. Er spezifiziert die Einsatzstunden, welche eingehalten werden sollten, um eine
Beschädigung der Gummibauteile durch Überhitzung zu vermeiden und ist direkt proportional zur Nennbelastung des Reifens und der Durchschnittsgeschwindigkeit.
Insbesondere für in Bergwerken auf Spezialfahrzeugen eingesetzte Reifen, ist ein ausreichend hoher TKPH-Wert von großer Bedeutung. Aufgrund des geringen ΤΚΡΉ- Werts der bekannten Reifen ist es jedoch erforderlich, die Einsatzzeit in Abhängigkeit der jeweiligen Reifenbelastung zu begrenzen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Nutzfahrzeugreifen der eingangs genannten Art die Resistenz seines Laufstreifen gegenüber„Chipping &
Chunking" zu erhöhen, ohne den TKPH-Wert des Reifens zu verringern.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Laufstreifencap in radialer Richtung mindestens zwei Capschichten aufweist, wobei die radial äußerste Capschicht im Reifenzenit an der Äquatorialebene eine Dicke von 10% bis 70% der Dicke des Laufstreifens aufweist und wobei das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht eine Reißdehnung gemäß DIN 53504 von 600% bis 900% aufweist.
Ein erfindungsgemäß ausgeführter Nutzfahrzeugreifen weist somit einen in radialer Richtung zumindest dreischichtigen Laufstreifen auf. Das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht des Laufstreifens ist durch seine hohe Reißdehnung besonders rissbeständig, sodass Laufstreifen erfindungsgemäßer Nutzfahrzeugreifen den beim Fahren in Bergwerken und dergleichen auftretenden Extrembelastungen wesentlich besser als die bekannten Laufstreifen standhalten. Dadurch, dass die radial äußerste Capschicht dem Laufstreifen eine sehr hohe Resistenz gegenüber„Chipping & Chunking" verleiht, ist es bei einem erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugreifen möglich, radial weiter innenliegende Schichten des Laufstreifens hinsichtlich eines geringen Wärmeaufbaus auszulegen.
Erfindungsgemäße Nutzfahrzeugreifen können daher auch einen hohen TKPH-Wert aufweisen und sind somit besonders für im Unter- oder Übertagebau eingesetzte
Spezialfahrzeuge geeignet.
Einen besonders hohen TKPH-Wert unter Beibehaltung einer hohen„Chip & Chunk" - Beständigkeit wird dem Laufstreifen dann verliehen, wenn das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht eine Reißdehnung von 650% bis 750%, vorzugsweise von mindestens 700%, aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht einen Spannungswert bei 300% Dehnung gemäß DIN 53504 von 4,0 MPa bis 10,0 MPa, vorzugsweise von höchstens 6,0 MPa, auf. Die durch die Prüfung nach
DIN 53504 erhaltene Spannungs-/Dehnungskurve zeigt daher einen„flachen" Verlauf. Dadurch werden Spannungen im Gummimaterial der radial äußersten Capschicht über einen großen Volumenbereich dieser Capschicht gleichmäßig verteilt, wodurch kaum rissinitiierende Spannungsspitzen auftreten und somit die Beständigkeit gegenüber „Chipping & Chunking" zusätzlich erhöht wird.
Ferner ist es für eine hohe„Chip & Chunk" - Beständigkeit von Vorteil, wenn das
Gummimaterial der radial äußersten Capschicht eine Hochgeschwindigkeitsbruchdehnung gemäß DIN EN 10 045 von 18 MJ/m3 bis 25 MJ/m3, insbesondere von 19 MJ/m3 bis 21 MJ/m3, aufweist.
Insbesondere durch eine Anpassung der Dicken der Capschichten können die Eigenschaften des Laufstreifens auf den jeweiligen Einsatzzweck optimal abgestimmt werden. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die radial äußerste Capschicht im Reifenzenit entlang der Äquatorialebene eine Dicke von 20% bis 40% der Dicke des Laufstreifens aufweist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsvariante weist das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht eine Shore A-Härte gemäß DIN-ISO 7619-1 von 50 Shore A bis 80 Shore A, insbesondere von 65 Shore A bis 75 Shore A, auf. Bei einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsvariante weisen die Gummimaterialien der Capschichten übereinstimmende Shore- A-Härten gemäß DIN-ISO 7619-1 oder um höchstens 4,0 Shore A, insbesondere um höchstens 2,0 Shore A, voneinander abweichende Shore- A-Härten auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht eine
Temperatur gemäß DIN 53533 bei einem statischen Stress von 0,9 MPa und einem dynamischen Stress von ±0,8 MPa von 60°C bis 85°C auf. Dies ist im Hinblick auf den zwischen der„Chip & Chunk"- Beständigkeit des Gummimateriales und dem Ausmaß des Wärmeaufbaus unter dynamischer Belastung bestehenden Zielkonflikt besonders vorteilhaft, da sich die innerste Capschicht unter dynamischer Beanspruchung nur geringfügig erwärmt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht höhere
Rückprallelastizitäten bei Raumtemperatur und bei 70° C gemäß DIN 53512 auf als das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht, wobei das Gummimaterial der radial innersten Capschicht eine Rückprallelastizität bei Raumtemperatur von 30% bis 60%, insbesondere von 40%> bis 50%>, und eine Rückprallelastizität bei 70°C von 45% bis 75%, insbesondere von 55% bis 65%, aufweist. Die radial innerste Capschicht gibt daher die beim Abrollen aufgenommene mechanische Energie besonders einfach wieder ab, ohne diese in Wärme umzuwandeln, was zu einer besonders vorteilhaften Lösung des bereits erwähnten Zielkonfiiktes beiträgt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht einen Spannungswert bei 300% Dehnung von 8,0 MPa bis 12,0 MPa auf, sodass die durch die Prüfung nach DIN 53504 erhaltene Spannungs-/Dehnungskurve einen„steilen" Verlauf zeigt, was den Wärmeaufbau im Gummimaterial unter dynamischer Beanspruchung ebenfalls gering hält und somit auch die gummiinhärente Verformbarkeit bzw. den daraus resultierenden Wärmeaufbau gering hält.
Für die„Chip & Chunk"- Beständigkeit des Laufstreifens ist es ferner vorteilhaft, wenn das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht eine Reißdehnung gemäß DIN 53512 von 450% bis 700%, insbesondere von 530%) bis 600%), aufweist. Bei dieser Ausführungsvariante ist daher neben der äußersten Capschicht auch die innerste Capschicht hinsichtlich ihrer„Chip & Chunk"- Beständigkeit optimiert.
Bevorzugter Weise ist das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht aus einer Kautschukmischung gefertigt, welche zumindest einen Styrol-Butadien- Kautschuk (SBR), insbesondere zumindest einen durch Emulsionspolymerisation hergestellter Styrol- Butadien-Kautschuk (E-SBR), enthält.
Ferner ist es von Vorteil, wenn das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht aus einer Kautschukmischung gefertigt ist, welche zumindest ein Resin enthält.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht aus einer Kautschukmischung gefertigt, welche als Füllstoff ausschließlich Ruß, insbesondere zumindest einen Ruß mit einer Jod- Adsorptions-Zahl von höchstens 125 g/kg sowie einer DBP-Zahl von höchstens 115 x 10"5 m3/kg und ferner zumindest ein Resin (ein Harz) enthält.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht aus einer
Kautschukmischung gefertigt, welche 80 phr bis 100 phr Naturkautschuk, bis zu 20 phr Kieselsäure und bis zu 15 phr Weichmacher enthält. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der einzigen Figur, Fig. 1, die schematisch einen Querschnitt durch einen Nutzfahrzeugreifen im Bereich des Laufstreifens und des Gürtelverbandes mit einer Ausführungsvariante der Erfindung zeigt, näher erläutert.
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in Tabelle 1 erfolgen die Mengenangaben der Bestandteile von Kautschukmischungen in der in der Kautschuktechnologie üblichen Einheit phr (parts per hundred parts rubber). Die Mengenangaben beziehen sich dabei jeweils auf 100 Massenteile des Grundpolymers bzw. bei Polymerblends auf jene der Grundpolymere.
Erfindungsgemäß ausgeführte Nutzfahrzeugreifen sind Reifen radialer oder diagonaler Bauart für den Off-Road-Einsatz (OTR (Off-The-Road) - Reifen), insbesondere
Nutzfahrzeugreifen für im Unter- oder Übertagebau eingesetzte Spezialfahrzeuge. Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand eines Radialreifens erläutert.
In Fig. 1 sind von den wesentlichen Bauteilen eines Nutzfahrzeugreifens in Radialbauart ein Laufstreifen 1, ein mehrlagiger Gürtelverband 2, Abschnitte einer mehrlagigen
Karkasseinlage 3 und einer luftdichten Innenschicht 4 sowie die radial äußeren Endbereiche von Seitenwänden 5 dargestellt. Die Karkasseinlage 3, die Innenschicht 4 und die
Seitenwände 5 können in an sich bekannter Weise ausgeführt sein.
Der Gürtelverband 2 weist beim gezeigten Ausführungsbeispiel vier Gürtellagen 2a, 2b, 2c, 2d auf, welche jeweils aus zueinander im Wesentlichen parallel verlaufenden Stahlkorden, die in eine Gummimischung eingebettet sind, bestehen. Die Stahlkorde verlaufen unter den üblichen spitzen Winkeln zur Reifenumfangsrichtung, wobei die Stahlkorde benachbarter Gürtellagen einander vorzugsweise in bekannter Weise kreuzen.
In jedem Schulterbereich des Nutzfahrzeugreifens ist radial außerhalb der Karkasseinlage 3 ein Schulterpolster 6 angeordnet, welcher sich in Kontakt mit der Karkasseinlage 3 von der jeweiligen Seitenwand 5 unter die radial innerste Gürtellage 2a ein Stück hineinerstreckt und dort im Querschnitt ausläuft. Radial außerhalb der Schulterpolsters 6 verläuft jeweils ein schmaler Gürtelkantenpolster 7, welcher sich unter die jeweilige Randkante der zweiten Gürtellage 2b hineinerstreckt und an der Randkante der radial innersten Gürtellage 2a endet. Der Laufstreifen 1 kann in an sich bekannter Weise durch Rillen blockartig strukturiert sein und weist an seinen von Profilnegativen, wie Rillen, Einschnitten und dergleichen, freien Bereichen, den Profilpositiven, in radialer Richtung eine im Wesentlichen konstante Dicke auf, wobei der Laufstreifen 1 in den Schulterbereichen etwas dicker ist als im breiteren mittleren Bereich. Im Reifenzenit weist der Laufstreifen 1 an der Äquatorialebene, welche in Fig. 1 durch die Linie Ii angedeutet ist, eine Dicke di von 12,0 mm bis 70,0 mm auf, welche in radialer Richtung zwischen der radial äußersten Gürtellage, beim gezeigten Ausführungsbeispiel der vierten Gürtellage 2d, und einer den Laufstreifen 1 Einhüllenden, welche die Laufstreifenaußenfläche beinhaltet, ermittelt wird. Der Laufstreifen 1 ist in radialer Richtung dreischichtig aufgebaut und setzt sich aus einer Laufstreifenbase 8 und einer die Profilierung enthaltenden Laufstreifencap 9 zusammen, wobei die Laufstreifencap 9 in radialer Richtung an der Äquatorialebene eine Dicke d2 von 60% bis 95% der Dicke di des Laufstreifens 1 aufweist. Die Laufstreifencap 9 ist in radialer Richtung zweischichtig aufgebaut und weist eine radial innere Capschicht 9a und eine beim Abrollen des Reifens mit dem Untergrund in Kontakt tretende radial äußere Capschicht 9b auf. Die radial äußere Capschicht 9b weist an der Äquatorialebene in radialer Richtung eine Dicke d3 auf, welche 10%> bis 70%>, insbesondere 20%> bis 40%>, der Dicke di des
Laufstreifens 1 beträgt. Sämtliche Schichten 8, 9a, 9b des Laufstreifens 1 bestehen aus Gummimaterial und sind dementsprechend jeweils aus einer Kautschukmischung gefertigt. Das Gummimaterial der Laufstreifenbase 8 ist in an sich bekannter Weise derart ausgelegt, dass es sich beim
Abrollen des Reifens nur wenig erwärmt, was für den Rollwiderstand des Reifens sowie für die Haltbarkeit des Gürtelverbandes 2 von Vorteil ist. In Tabelle 1 sind exemplarisch Zusammensetzungen der Kautschukmischung der radial inneren Capschicht 9a (Mga) und der radial äußeren Capschicht 9b (Ms>b) angegeben. Tabelle 1 enthält ferner von den aus diesen Kautschukmischungen hergestellten Gummimaterialien Ergebnisse von Zugversuchen gemäß DIN 53504, die Shore-A-Härten gemäß DIN ISO 7619-1, die Rückprallelastizitäten bei Raumtemperatur (RT, 25°C) und bei 70°C gemäß DIN 53512, die Hochgeschwindigkeitsbruchdehnung, ermittelt als Reißenergie pro verformten Volumen bei Raumtemperatur gemäß High Speed Tear Energy Test (HSTE) nach DIN EN 10 045, sowie die Ergebnisse der Prüfung der Wärmebildung im Dauerschwingversuch (Flexometerprüfung) gemäß DIN 53533. Die Prüfung der Wärmebildung erfolgte an zylindrischen Goodrich-Prüfkörpern mit einem Durchmesser von 0,7 Zoll (17,8 mm) und einer Höhe von 1,0 Zoll (25,4 mm) bei einem statischen Stress von 0,9 MPa und einem dynamischen Stress von ±0,8 MPa.
Tabelle 1 : Mischungszusammensetzungen und Prüfergebnisse
Figure imgf000010_0001
Wie nachfolgend erläutert wird, ist das Gummimaterial der radial äußeren Capschicht 9b besonders widerstandsfähig gegenüber„Chipping & Chunking". Die„Chip & Chunk"- Eigenschaften eines Gummimateriales, welche die Tendenz zum Auftreten von Schäden am Laufstreifen, wie Einrissen, Abblätterungen oder Ausbrüchen, wiedergeben, stehen in engem Zusammenhang mit den Reißeigenschaften, insbesondere mit der Reißdehnung, des Gummimateriales. Die„Chip & Chunk"- Beständigkeit eines Gummimateriales steht in Zielkonflikt zum Ausmaß des Wärmeaufbaus unter dynamischer Belastung, d.h. dem Wärmeaufbau beim Abrollen des Reifens. Um dem Entgegenzuwirken ist das
Gummimaterial der radial inneren Capschicht 9a insbesondere hinsichtlich seines
Wärmeaufbaues optimiert, sodass es sich unter Beanspruchung nur geringfügig erwärmt. Das Gummimaterial der radial äußeren Capschicht 9b weist eine Reißdehnung gemäß DIN 53504 von 600 % bis 900%, insbesondere von 650% bis 750%, vorzugsweise von mindestens 700%, auf. Diese hohe Reißdehnung verleiht dem Gummimaterial der radial äußeren Capschicht 9b seine besonders hohe Beständigkeit gegenüber„Chipping &
Chunking". Der Spannungswert bei 300% Dehnung (M300) des Gummimateriales beträgt 4,0 MPa bis 10,0 MPa, vorzugsweise höchstens 6,0 MPa, sodass die durch die Prüfung nach DIN 53504 erhaltene Spannungs/Dehnungskurve einen„flachen" Verlauf zeigt.
Dadurch werden Spannungen im Gummimaterial der radial äußeren Capschicht 9b über einen großen Volumenbereich dieser Capschicht 9b gleichmäßig verteilt, wodurch kaum rissinitiierende Spannungsspitzen auftreten und somit die Beständigkeit gegenüber „Chipping & Chunking" weiter erhöht wird. Für die„Chip & Chunk"-Beständigkeit ist es ferner von Vorteil, wenn das Gummimaterial der radial äußeren Capschicht 9b eine Hochgeschwindigkeitsbruchdehnung (HSTE) nach DIN EN 10 045 von 18 MJ/m3 bis 25 MJ/m3, insbesondere von 19 MJ/m3 bis 21 MJ/m3, aufweist. Die Shore A-Härte gemäß DIN-ISO 7619-1 des Gummimateriales der Capschicht 9b beträgt 50 Shore A bis
80 Shore A, insbesondere 65 Shore A bis 75 Shore A.
Das für die radial äußere Capschicht 9b vorgesehene Gummimaterial wird insbesondere aus einer Kautschukmischung gefertigt, welche zumindest einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), insbesondere zumindest einen E-SBR (durch Emulsionspolymerisation hergestellter Styrol-Butadien-Kautschuk), zumindest einen Ruß mit einer Jod- Adsorptions-Zahl von höchstens 125 g/kg sowie einer DBP-Zahl von höchstens 115 x 10"5 m3/kg und ferner zumindest ein Resin (ein Harz) enthält. Das Gummimaterial der radial inneren Capschicht 9a weist eine geringere Wärmebildung gemäß DIN 53533 als das Gummimaterial der radial äußeren Capschicht 9b auf, wobei diese Wärmebildung ein Maß für den Wärmeaufbau eines Gummimateriales unter dynamischer Beanspruchung ist und ein niedriger Temperatur- Wert einen geringen Wärmeaufbau bedeutet. Die Temperatur des Gummimateriales der radial inneren
Capschicht 9a gemäß DIN 53533 (statischer Stress von 0,9 MPa, dynamischer Stress ±0,8 MPa) beträgt 60°C bis 85°C. Ferner weist das Gummimaterial der radial inneren
Capschicht 9a eine höhere Rückprallelastizität, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 70°C, auf als das Gummimaterial der radial äußeren Capschicht 9b, sodass die radial innere Capschicht 9a die beim Abrollen aufgenommene mechanische Energie besonders einfach wieder abgibt, ohne diese in Wärme umzuwandeln. Die Rückprallelastizität bei
Raumtemperatur des Gummimateriales der radial inneren Capschicht 9a beträgt 30% bis 60%, insbesondere 40%> bis 50%>, seine Rückprallelastizität bei einer Temperatur von 70°C beträgt 45 % bis 75 %, insbesondere 55 % bis 65 % .
Ferner weist das Gummimaterial der radial inneren Capschicht 9a einen Spannungswert bei 300%) Dehnung von 8,0 MPa bis 12,0 MPa auf, sodass die durch die Prüfung nach
DIN 53504 erhaltene Spannungs-/Dehnungskurve einen„steilen" Verlauf zeigt, was den Wärmeaufbau im Gummimaterial unter dynamischer Beanspruchung und somit die gummiinhärente Verformbarkeit bzw. den daraus resultierenden Wärmeaufbau ebenfalls gering hält. Die Reißdehnung des Gummimateriales der radial inneren Capschicht 9a beträgt 450%> bis 700%>, vorzugsweise 530%> bis 600%>, und ist daher etwas kleiner als jene des Gummimateriales der radial äußeren Capschicht 9b, weist jedoch infolge dieser Reißdehnung ebenfalls eine sehr hohe Beständigkeit gegenüber„Chipping & Chunking" auf. Die Shore A-Härte gemäß DIN-ISO 7619-1 des Gummimateriales der Capschicht 9a beträgt 50 Shore A bis 80 Shore A, insbesondere 65 Shore A bis 75 Shore A, und stimmt vorzugsweise mit der Shore A-Härte des Gummimateriales der Capschicht 9b überein oder im Wesentlichen überein. Unter im Wesentlichen übereinstimmenden Shore A-Härten werden solche verstanden, welche höchstens um 4,0 Shore A, insbesondere um höchstens 2,0 Shore A, voneinander abweichen. Das für die radial innere Capschicht 9a vorgesehene Gummimaterial kann insbesondere aus einer Kautschukmischung mit 80 phr bis 100 phr Naturkautschuk, Kieselsäure (Silica) in einer Menge von bis zu 20 phr, wobei Ruß anteilsmäßig durch Kieselsäure ersetzt wird, sowie durch eine Weichmachermenge von maximal 15 phr, hergestellt werden.
Insbesondere durch die Kombination der beiden Capschichten 9a und 9b gelingt es, dem Reifen einerseits eine besonders hohe Beständigkeit gegenüber„Chipping & Chunking" zu verleihen und andererseits den Wärmeaufbau zu begrenzen. Insbesondere durch Anpassung der Dicken der beiden Capschichten 9a und 9b können die gewünschten
Reifeneigenschaften auf den jeweiligen Einsatzzweck optimal abgestimmt werden.
Abweichend von der in Fig. 1 gezeigten Variante kann der Laufstreifen 1 in radialer Richtung auch mehr als drei Schichten aufweisen. Insbesondere kann die Laufstreifencap 9 in radialer Richtung mehr als zwei Schichten aufweisen.
Bezugsziffernliste
1 Laufstreifen
2 Gürtelverband
2a, 2b, 2c, 2d ... Gürtellage
3 Karkasseinlage
4 Innenschicht 5 Seitenwand
6 Schulterpolster
7 Gürtelkantenpolster
8 Laufstreifenbase
9 Laufstreifencap 9a, 9b Capschicht di, d2, d; Dicke

Claims

Patentansprüche
Nutzfahrzeugreifen, insbesondere OTR-Reifen, radialer oder diagonaler Bauart mit einem in radialer Richtung mehrschichtigen aus Gummimaterial bestehenden Laufstreifen (1) mit einer Laufstreifenbase (8) und einer die Profilierung
enthaltenden Laufstreifencap (9), wobei der Laufstreifen (1) im Reifenzenit an der Äquatorialebene eine Dicke (di) von 12,0 mm bis 70,0 mm aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Laufstreifencap (9) in radialer Richtung mindestens zwei Capschichten (9a, 9b) aufweist, wobei die radial äußerste Capschicht (9b) im Reifenzenit an der Äquatorialebene eine Dicke (d3) von 10% bis 70%> der Dicke (di) des
Laufstreifens (1) aufweist und wobei das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) eine Reißdehnung gemäß DIN 53504 von 600% bis 900% aufweist.
Nutzfahrzeugreifen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) eine Reißdehnung von 650% bis 750%), vorzugsweise von mindestens 700%, aufweist.
Nutzfahrzeugreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) einen Spannungswert bei 300% Dehnung gemäß DIN 53504 von 4,0 MPa bis 10,0 MPa, vorzugsweise von höchstens 6,0 MPa, aufweist.
4. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) eine Hochgeschwindigkeitsbruchdehnung gemäß DIN EN 10 045 von 18 MJ/m3 bis 25 MJ/m3, insbesondere von 19 MJ/m3 bis 21 MJ/m3, aufweist.
5. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußerste Capschicht (9b) im Reifenzenit entlang der Äquatorialebene eine Dicke (d3) von 20% bis 40% der Dicke (di) des Laufstreifens (1) aufweist.
6. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) eine Shore A-Härte gemäß DIN-ISO 7619-1 von 50 Shore A bis 80 Shore A, insbesondere von
65 Shore A bis 75 Shore A, aufweist.
7. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummimaterialien der Capschichten (9a, 9b) übereinstimmende Shore- A- Härten gemäß DIN-ISO 7619-1 oder um höchstens 4,0 Shore A, insbesondere um höchstens 2,0 Shore A, voneinander abweichende Shore-A-Härten aufweisen.
8. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase (8) unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht (9a) eine Temperatur gemäß DIN 53533 bei einem statischen Stress von 0,9 MPa und einem dynamischen Stress von ±0,8 MPa von 60°C bis 85°C aufweist.
9. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase (8) unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht (9a) höhere Rückprallelastizitäten bei Raumtemperatur und bei 70°C gemäß DIN 53512 aufweist als das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b), wobei das Gummimaterial der radial innersten
Capschicht (9a) eine Rückprallelastizität bei Raumtemperatur von 30% bis 60%, insbesondere von 40%> bis 50%>, und eine Rückprallelastizität bei 70°C von 45% bis 75%), insbesondere von 55% bis 65%, aufweist.
10. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase (8) unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht (9a) einen Spannungswert bei 300% Dehnung von 8,0 MPa bis 12,0 MPa aufweist.
11. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase (8) unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht (9a) eine Reißdehnung gemäß DIN 53512 von 450% bis 700%), insbesondere von 530%> bis 600%>, aufweist.
12. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) aus einer
Kautschukmischung gefertigt ist, welche zumindest einen Styrol-Butadien- Kautschuk (SBR), insbesondere zumindest einen durch Emulsionspolymerisation hergestellter Styrol-Butadien-Kautschuk (E-SBR), enthält.
13. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) aus einer
Kautschukmischung gefertigt ist, welche zumindest ein Resin enthält.
14. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der radial äußersten Capschicht (9b) aus einer
Kautschukmischung gefertigt ist, welche als Füllstoff ausschließlich Ruß, insbesondere zumindest einen Ruß mit einer Jod- Adsorptions-Zahl von höchstens 125 g/kg sowie einer DBP-Zahl von höchstens 115 x 10"5 m3/kg und ferner zumindest ein Resin (ein Harz) enthält.
15. Nutzfahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummimaterial der an die Laufstreifenbase (8) unmittelbar anschließenden radial innersten Capschicht (9a) aus einer Kautschukmischung gefertigt ist, welche 80 phr bis 100 phr Naturkautschuk, bis zu 20 phr Kieselsäure und bis zu 15 phr Weichmacher enthält.
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