DE3519212C2

DE3519212C2 - Luftreifen für Personenkraftwagen

Info

Publication number: DE3519212C2
Application number: DE3519212A
Authority: DE
Inventors: Atsunori Agari; Ryoji Hanada; Shuuji Takahashi
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1984-05-31
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2005-05-30
Also published as: AU571973B2; JPS60255509A; JPH0445365B2; KR850007946A; GB2160158A; DE3519212A1; GB8513177D0; US4934431A; AU4289985A; GB2160158B

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen für Personenkraftwagen, mit einer aus Polyesterkorden gebildeten Radialkarkasse, mit einem Gürtel aus Stahlkorden und mit einer in jedem Wulst des Reifens angeordneten Verstärkungsschicht aus Kohlefaserkorden.

Ein derartiger Luftreifen ist durch die DE-OS 19 39 340 bekanntgeworden.

Im bekannten Fall wird der Aufbau der Verstärkungsschicht aus Kohlefaserkorden nur generell angesprochen, ebenso deren spezielle Wirkungen auf die Eigenschaften des Luftreifens, so daß insoweit allgemein nur von einer "Verstärkung" gesprochen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstärkungsschicht aus Kohlefaserkorden so auszubilden, daß die Steuerungs- bzw. Spurstabilität, der Fahrkomfort und die Haltbarkeit des Reifens bei hohen Geschwindigkeiten beachtlich erhöht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Reifen, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Durch die erfindungsgemäße spezielle Ausbildung der Verstärkungsschicht werden die Laufeigenschaften des Luftreifens der eingangs bezeichneten Gattung bei hohen Geschwindigkeiten beachtlich erhöht.

Die vorgenannte Druckschrift gibt keinen Hinweise auf diese konkrete Lehre. Insbesondere finden sich an keiner Stelle der Druckschrift Hinweis hinsichtlich der Einbettung der Kohlefaserkorden in einen Kautschukteil mit vorgegebenen Eigenschaften sowie hinsichtlich des Kreuzungswinkels der Kordstränge. Erst durch diese konkreten Ausbildungen aber werden durch die Erfindung des in der Figurenbeschreibung anhand von Beispielen verdeutlichten Vorteile hinsichtlich der Steuerstabilität (Spurtreue), des Fahrkomforts und der Lebensdauer bei hohen Geschwindigkeiten erreicht, zu denen in der vorgenannten Druckschrift nichts ausgesagt ist.

Durch die DE-OS 20 26 366 ist ebenfalls eine Verstärkungseinlage aus Kohlefasern in einem Pkw-Reifen bekanntgeworden, jedoch bildet in diesem Fall die Einlage die Karkasse, die sich von dem einen Wulst zum anderen erstreckt. Diese Schrift lehrt daher nicht die Ausbildung einer Verstärkungsschicht aus Kohlefaserkorden im Wulstabschnitt und sagt zudem nichts über den Aufbau der Schicht aus.

Die DE-PS 32 22 404 lehrt zwar die Ausbildung eines Verstärkungsstreifens in den Wulst bereichen eines Reifens, jedoch besteht im bekannten Fall der Verstärkungsstreifen aus Stahlkord. Hinweise auf die Verwendung von Kohlefaserkorden bzw. auf die Ausgestaltung einer entsprechenden Verstärkungsschicht, sind in dieser Entgegenhaltung nicht enthalten.

Besondere Vorteile werden erzielt, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bei einem erfindungsgemäßen Luftreifen mit jeweils einem Wulst, der einen Wulstkern und einen darüber angeordneten Wulstfüller aufweist und mit einer Karkasse, deren Korde jeweils den Wulstkern und den Wulstfüller umschlingen, die Verstärkungsschicht aus Kohlefaserkorden jeweils zwischen der Reifenaußenseite und dem dieser Außenseite zugewandten Schlingenabschnitt der Karkassen korde eingebettet ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung liegt der äußere Karkassenkord- Schlingenabschnitt sandwichartig zwischen dem Wulstfüller, der eine große Härte aufweist, und der Verstärkungsschicht aus Kohlefasern mit einer hohen Zugfestigkeit, so daß die Festigkeit im Wulstbereich gesteigert werden kann. Ferner haben bei dieser Ausgestaltung der Wulstkern, der üblicherweise aus Stahlkorden besteht, und die Verstärkungsschicht aus Kohlefaserkorden keinen direkten Kontakt miteinander, so daß diese beiden Schichten während des Reifenlaufes nicht aneinander reiben können, was zu einem Schaden in der Kohlefaserschicht führen könnte.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Luftreifens in Verbindung mit entsprechenden Vergleichsreifen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis

Fig. 3 jeweils eine Querschnittsdarstellung einer Hälfte eines Gürtelreifens für Personen kraftwagen nach der Erfindung,

Fig. 4 und Fig. 5 jeweils eine Querschnittsdarstellung einer Hälfte eines für Vergleichszwecke hergestellten Gürtelreifens für Personenkraftwagen mit herkömmlichen Materialien in der Wulst-Verstärkungsschicht,

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die drei Reifen aus der Sicht der Lenkstabilität vergleicht,

Fig. 7 eine graphische Darstellung, die jene Reifen aus der Sicht des Fahrkomforts vergleicht, und

Fig. 8 eine graphische Darstellung, die jene Reifen aus der Sicht der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit vergleicht.

Die Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bezugnehmend auf Fig. 1 besitzt ein Gürtelreifen für Personenkraftwagen nach der Erfindung eine Lauffläche 1, ein Paar von Seitenwänden 2, zwischen denen sich die Lauffläche 1 erstreckt, und ein Paar von Wülsten 9, die jeweils mit den Seitenwänden 2 verbunden sind, wobei Fig. 1 nur eine der Seitenwände 2 und eine der Wülste 9 zeigt. Eine Radialkarkasse 4 erstreckt sich zwischen den Wülsten 9, und die sie bildenden Korde liegen in einem Winkel von 70 bis 90° zum Umfang des Reifens. Zwei Gürtel 5 sind auf die Karkasse 4 in der Lauffläche 1 gelegt. Die jeden Gürtel 5 bildende Stahlkorde liegen in einem Winkel von 10 bis 35° zum Um fang des Reifens. Die einen den Gürtel 5 bildenden Korde kreuzen jenen des anderen Gürtels 5. Jeder Wulst 9 besitzt einen Ring von Wulstdraht oder einen Wulstkern 3 und einen darüber angeordneten Wulstfüller 6. Die Wulst 9 enthält auch eine Wulstverstärkungsschicht 8, die außerhalb der Karkasse 4 angeordnet ist und aus Kohlefaserkorden besteht. Eine innere Auskleidung 7 ist auf der Innenfläche des Reifens vorgesehen.

Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich der Lage der Wulstverstärkungsschicht 8, soweit sie natürlich in dem Wulst 9 vorgesehen ist. Ihre bevorzugten Lagen sind jedoch beispielshalber in den Fig. 1 bis 3 gezeigt. Fig. 1 zeigt die Wulstverstärkungsschicht 8 auf der Außenfläche des Außenteils der Karkasse 4, der um den Wulst kern 3 gebogen ist. Gemäß Fig. 2 ist sie zwischen dem Wulst füller 6 und dem Außenteil der Karkasse 4, der um den Wulst kern 3 gebogen ist, angeordnet. Fig. 3 zeigt die Wulstverstärkungsschicht 8 in dem umgebogenen Teil der Karkasse 4 angeordnet und sich um den Wulst kern 3 herum erstreckend. Es ist möglich, eine oder mehrere Wulstverstärkungsschichten 8 für jeden Wulst 9 ohne irgend eine Beschränkung im speziellen vorzusehen.

Die Wulstverstärkungsschicht 8 besitzt Kohlefaserkorde mit Kohle fasern mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 100 kg/mm² und einem Zugmodul von wenigstens 15 000 kg/mm² indem 10 bis 50% eines Klebers, bezogen auf das Ge wicht der Faser je Längeneinheit, auf die Faser aufgebracht werden und diese so weit verdrillt wird, daß der Drillkoeffizient K, ausgedrückt nach der folgenden For mel, im Bereich von 0 bis 18 000 einschließlich liegt:

worin:
K: Drillkoeffizient,
T: Zahl der Verdrillungen (Windungen/10 cm) und
D: Gesamtdenierzahl des Kordes sind.

Der Kleber kann eine gemischte Lösung sein, die aus einem Vorkondensat von Resorcin und Formalin und einem Kautschuk latex hergestellt wurde und der nachfolgend einfach als RFL bezeichnet wird. Die Kohlefaser wird mit RFL imprägniert, getrocknet, hitzebehandelt und unter Bildung von Kord verdrillt oder gezwirnt.

Es ist gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal bevorzugt, 10 bis 50% RFL auf die Kohlefaser aufzubringen. Wenn die RFL-Menge kleiner als 10% ist, ist es schwierig, eine zufriedenstellende Adhäsion des resultie renden Kords auf dem Kautschuküberzug zu bekommen, und es ist dann auch unmöglich, die Biegeermüdungsbeständigkeit der Kohlefaser zu verbessern. Wenn die Menge 50% über steigt, ist die resultierende Kleberschicht zu dick, um zu friedenstellend getrocknet zu werden, und bildet Blasen, was es schwer macht, Kord gleichmäßiger Qualität zu erhal ten. Es ist aber meistens bevorzugt, 20 bis 40% RFL auf die Kohlen faser aufzubringen.

Um die Biegeermüdungsbeständigkeit von Kohlefasern zu verbessern, ist es wichtig, das vollständige Eindringen von RFL in die Fäden der Faser zu gewährleisten. Es ist daher zu empfehlen, RFL auf die Fäden aufzubringen, nachdem diese geöffnet wurden.

Wenn RFL auf Kohlefasern aufgebracht wird, wie oben beschrieben wurde, hält es sie wirksam zusammen, selbst wenn die Fasern nicht verdrillt werden. Es ist jedoch bevorzugt, die Fasern in einigem Umfang zu verdrillen, um einen Kord zu bilden, in dem die Fasern dichter zusammengehalten werden. Kohlefasern vermindern ihre Festigkeit und ihren Zugmodul jedoch drastisch, wenn sie zu stark verdrillt werden. Es ist daher bevorzugt, sie in solchem Umfang zu verdrillen, daß der Drillkoeffizient K 1800 nicht übersteigt, und er liegt am bevorzugtesten im Bereich von 300 bis 1500 einschließlich.

Der Kord kann geschichtete Struktur haben, indem mehrere Kohlefasern zunächst einzeln verdrillt werden, um mehrere primäre Zwirne zu bilden, und danach jene primären Zwirne miteinander verdrillt werden. Stattdessen kann er auch ein einzelner Zwirn sein, der durch Verdrillen eines einzelnen Kohlefaserstranges erhalten wird.

Der wie oben beschrieben hergestellte Kohlefaserkord wird in einen Kautschuküberzug mit einem 100%-Modul von 30 bis 70 kg/cm² unter Bildung der Wulstverstärkungsschicht 8 eingebettet. Die Schicht 8 hat vorzugsweise eine Korddich te von 20 bis 60 Strängen je 5 cm.

Die Verwendung von Überzugskautschuk mit einem 100%-Modul von weniger als 30 kg/cm² führt zu einer Wulstverstärkungs schicht, die zu geringe Elastizität hat, um einen zufrieden stellenden Verstärkungseffekt zu ergeben und einen Reifen zu liefern, der vom Standpunkt der Lenkstabilität zufrieden stellend ist. Die Verwendung von Überzugskautschuk mit einem 100%-Modul, der 70 kg/cm² übersteigt, sollte auch vermieden werden, da er zu hart ist, um vom Standpunkt der Produktivität annehmbar zu sein, und beispielsweise während seiner Anwendung Hitze und Verschmorungen hervorruft. Somit ist es erwünscht, Überzugskautschuk mit einem 100%-Modul von 30 bis 70 kg/cm² zu verwenden.

Die Verwendung von mehr als 60 Strängen je 5 cm sollte ver mieden werden, da sie um sich herum nicht die Abstände ergeben, die der Überzugskautschuk füllen müßte, um eine befrie digende Bindungsfestigkeit zu ergeben. Die Verwendung von weniger als 20 Strängen ist für den Verstärkungszweck unge nügend.

Die Korde der Wulstverstärkungsschicht 8 kreuzen vor zugsweise die Korde der Karkasse 4 in einem Winkel von 20 bis 70° dazu, so daß die ersteren Korde die letzteren stark binden und dabei eine große Verstärkungswir kung erzeugen und so eine Verbesserung des Reifens vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit und vom Standpunkt der Lenkstabilität er geben. Wenn der Kreuzungswinkel kleiner als 20° ist, bekommt man eine Verminderung der Arbeitseffizienz. Die Schicht ist nicht nur schwierig zu schneiden, sondern bildet während ihrer Herstellung wahrscheinlich auch "Falten". Ein Winkel, der 70° übersteigt, ist auch unerwünscht, da er die Stärke vermindert, mit der die Korde in der Schicht 8 die Karkassenkorde binden.

Der Reifen nach der Erfindung, der entlang jedes Wulstes mit einer Wulstverstärkungsschicht versehen ist, die durch Koh lefaserkorde mit vorstehendem Aufbau gebildet wird, hat die folgenden Vorteile:

a) Er ist besser vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei hoher Geschwindigkeit und vom Standpunkt der Lenkstabilität und Spurhaltigkeit gegenüber her kömmlichen Reifen mit Wulstverstärkungsschichten, die von Korden aus organischen Fasern gebildet sind, da die Wulstverstärkungsschichten in dem Reifen nach der Erfin dung eine größere Verstärkungswirkung als jene in den herkömmlichen Reifen ergeben.
b) Er ist besser vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit für die Verwendung bei einer hohen Geschwindigkeit und vom Stand punkt des Fahrkomforts gegenüber herkömmlichen Reifen mit Wulstverstärkungsschichten, die von Stahlkorden gebil det werden, da die Wulstverstärkungsschichten in dem Reifen nach der Erfindung eine viel geringere Biegesteife besitzen.

Die Vorteile nach der Erfindung werden nun spezieller unter Bezugnahme auf einige Beispiele beschrieben.

Beispiele

Ein Reifen nach der Erfindung und Vergleichsreifen 1 und 2 wurden, wie nachfolgend beschrieben, hergestellt.

1. Reifen nach der Erfindung

Ein Reifen der Größe 165/80 R 13 wurde durch Verwendung einer Karkasse mit 1500 d/2 Korden Polyester 90, zwei Gürteln von 1 × 5 (0,25) Stahlkorden, wobei die Korde in dem einen Gürtel jene in dem anderen Gürtel in einem Winkel von 20° hierzu kreuzen, und einer Wulstverstärkungsschicht, die auf der Außenfläche des nach außen gebogenen Abschnittes der Karkasse in jedem Wulst angeordnet war, wie in Fig. 1 gezeigt ist, herge stellt. Jede Wulstverstärkungsschicht wurde durch Einbet tung von 40 Kohlefaserkorden aus 1800 d/2 Fasern auf je 5 cm in Kautschuk mit einem 100%-Modul von 45 kg/cm² hergestellt, und diese Kordstränge waren durch Verdrillen von Kohlefasern mit einer Drillzahl von 10^S × 10^Z Windungen/10 cm nach Aufbringen von 30% eines Klebers darauf hergestellt worden. Die Schicht hatte eine Breite von 40 mm und eine Dicke von 1,5 mm. Die Korde in der Wulstverstärkungsschicht wurden so gelegt, daß sie die Karkassenkorde in einem Winkel von 30° kreuzten.

2. Vergleichsreifen 1

Ein Reifen der Größe 165/80 R 13 wurde hergestellt, indem eine Wulstverstärkungsschicht aus Stahlkorden in den umge falteten Kantenabschnitt der Karkasse und außerhalb des Wulstfüllers 6 in jeder Wulst angeordnet wurde, wie bei 8′ in Fig. 4 gezeigt ist. Jede Wulstverstärkungsschicht wurde gebildet, indem 40 l×5 (0,22) Stahlkorden je 5 cm in Kautschuk mit einem 100%-Modul von 45 kg/cm² eingebettet wurden. In allen übrigen Merkmalen war der Vergleichsreifen identisch mit dem Reifen nach der Erfindung ein schließlich der Größe der Wulstverstärungsschichten und des Winkels ihrer Korde zu den Karkassenkorden.

3. Vergleichsreifen 2

Ein Reifen der Größe 165/80 R 13 wurde hergestellt, indem eine Wulstverstärkungsschicht aus Nylonkorden außerhalb der Karkasse in jedem Wulst angeordnet wurde, wie in Fig. 5 bei 8′ gezeigt ist. Jede Wulstverstärkungsschicht wurde gebildet, indem 40 Nylonkorde mit 840 d/2 Fasern je 5 cm in Kautschuk mit einem 100%-Modul von 27 kg/cm² eingebettet wurden; sie hatte eine Breite von 40 mm und eine Dicke von 1,0 mm. In jeder übrigen Hin sicht einschließlich des Winkels der Korde in den Wulstverstärkungsschichten zu den Karkassenkorden war der Reifen identisch mit dem Reifen nach der Erfin dung.

Die folgenden Versuche wurden mit dem Reifen nach der Erfin dung und den Vergleichsreifen 1 und 2 durchgeführt.

Lenkstabilitätstests

Die Tests wurden mit einer Kurvenfahrttestmaschine im Gebäude inneren mit einer Trommel mit einem von Durchmesser von 2500 mm durchgeführt. Jeder Reifen erhielt einen Rutschwinkel von 2° auf der Trommel, und die resultierende Kurvenkraft wurde durch 2 geteilt, um einen Indikator für die Lenksta bilität zu ergeben. Die Tests wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Felge: 4½ - J × 13
pneumatischer Druck, P: 1,9 kg/cm²
Gewicht, W: 425 kg
Geschwindigkeit: 20 km/h

Die Ergebnisse sind durch Indexzahlen in Fig. 6 gezeigt, wo die Lenkstabilitäten des Reifens nach der Erfindung (Säule A in der graphischen Darstellung) und des Vergleichs reifens 1 (Säule B) mit der Standardzahl von 100 verglichen sind, die dem Vergleichsreifen 2 mit Wulstverstärkungs schichten aus Nylonkorden (Säule C) zugeordnet wurde; die grö ßere Zahl zeigt dabei die bessere Lenkstabilität. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, war der Reifen nach der Erfindung etwa 5% besser als der Vergleichsreifen 2 und vergleichbar mit dem Vergleichsreifen 1 vom Standpunkt der Lenkstabilität.

Vibrations-Fahrkomforttests

Die Tests wurden mit einer Vorsprungtestmaschine im Gebäude inneren durchgeführt, die eine Trommel mit einem Durchmesser von 2500 mm besaß und mit einem halbkreisförmigen Vorsprung mit einem Durchmesser von 20 mm auf dem Außenumfang versehen war. Der zu testende Reifen wurde auf die Trommel gegeben, und wenn er über den Vorsprung lief, wurde die resultierende Axialkraft gemessen, um einen Indikator für den Fahrkomfort unter Vibration zu erhalten. Die Tests wurden unter den fol genden Bedingungen durchgeführt:

Felge: 4½ - J × 13
pneumatischer Druck, P: 1,9 kg/cm²
Gewicht, W: 300 kg
Geschwindigkeit, V: 60, 80, 100 und 120 km/h

Das Mittel der erhaltenen Ergebnisse bei diesen unterschied lichen Geschwindigkeiten wurde als das Testergebnis genom men.

Die Ergebnisse sind als Indexzahlen in Fig. 7 gezeigt, in der der Fahrkomfort unter Vibration des Reifens nach der Erfindung (Säule A in der graphischen Darstellung) und des Vergleichsreifens 2 (Säule C) mit der Standardzahl 100 ver glichen ist, die für den Vergleichsreifen 1 (Säule B) angesetzt wurde; die größere Zahl zeigt dabei den besseren Fahrkom fort an. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, war der Reifen nach der Erfindung etwa 5% besser als der Vergleichsreifen 1 und vergleichbar mit dem Vergleichsreifen 2 vom Standpunkt des Fahrkomforts unter Vibrationen.

Haltbarkeitstests bei hoher Geschwindigkeit

Die Tests wurden mit einer Testmaschine im Gebäudeinneren mit einer Trommel mit einem Durchmesser von 1707 mm unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Felge: 4½ - J × 13
pneumatischer Druck, P: 3,0 kg/cm²
Gewicht, W: 425 kg
Geschwindigkeit: Die Anfangsgeschwindigkeit war 160 kg/h und wuchs um 10 kg/h je 10 min, bis der zu testende Reifen brach.

Die Ergebnisse sind als Indexzahlen in Fig. 8 gezeigt, in der die Hochgeschwindigkeitshaltbarkeit des Reifens nach der Erfindung (Säule A) mit der Standardzahl 100 verglichen ist, die für die Vergleichsreifen 1 und 2 (Säulen B bzw. C) angesetzt wurde; die größere Zahl zeigt dabei die höhere Haltbarkeit an. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, war der Reifen nach der Erfindung etwa 10% besser als die Vergleichs reifen 1 und 2 vom Standpunkt der Hochgeschwindigkeitshalt barkeit.

Claims

1. Luftreifen für Personenkraftwagen, mit einer aus Polyesterkorden gebildeten Radialkarkas se (4), mit einem Gürtel aus Stahlkorden und mit einer in jedem Wulst (9) des Reifens angeordneten Verstärkungsschicht (8) aus Kohlefaserkorden mit folgenden Eigenschaften:

- die Verstärkungsschicht (8) weist 20 bis 60 Kohlefaserkorde je 5 cm auf;
- die Kohlefaserkorde sind in einen Kautschuk mit einem 100% Modul von 30 bis 70 kg/cm² eingebettet;
- die Kohlefaserkorde kreuzen die Karkassenkorde in einem Winkel von 20 bis 70°;
- die Kohlefaserkorde sind aus Kohlefaserkorden mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 100 kg/m² aufgebaut und weisen einen Zugmodul von wenigstens 5000 kg/mm², indem 10 bis 50% eines Klebers, bezogen auf das Gewicht der Faser je Längeneinheit, aufgebracht wird und die Fasern so verdrillt werden, daß der Drillkoeffizient im Bereich von 0-1800 liegt.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drillkoeffizient im Bereich von 300 bis 1500 einschließlich liegt.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber eine aus einem Vorkondensat von Resorcin und Formalin und einem Kautschuklatex gebildete Mischlösung ist.

4. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit jeweils einem Wulst (9), der einen Wulstkern (3) und einen darüber angeordneten Wulstfüller (6) aufweist, und mit einer Karkasse (4), deren Korde jeweils den Wulstkern (3) und den Wulstfüller (6) umschlingen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht (8) aus Kohlefaserkorden jeweils zwischen der Reifenaußenseite und dem dieser Außenseite zugewandten Schlingen abschnitt der Karkassenkorde eingebettet ist.