DE3522768A1 - Pneumatischer guertelreifen - Google Patents

Description

Pneumatischer Gürtelreifen

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Gürtelreifen, der eine Gürtelverstärkungsschicht besitzt, welche aus einer Schicht von Stahlkord und einer Schicht von Faserkord aus aromatischem Polyamid besteht, deren Seitenenden zueinander umgebogen sind, und dieser Reifen ist dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kordschnüre in der Schicht von Faserkord aus aromatischem Polyamid, die Zahl dieser Kordschnüre bei der Verwendung und die Eigenschaften des Überzugsgummi speziell derart eingestellt sind, daß dadurch die Dauerhaftigkeit des Reifens, besonders die Dauerhaftigkeit in den gebogenen Abschnitten der Faserkordschnüre aus aromatischem Polyamid verbessert wird.

Im allgemeinen haben herkömmliche pneumatische Gürtelreifen für Personenfahrzeuge eine Karkassenschicht, in welcher eine synthetische Faser, wie Nylonfaser und Polyesterfaser, als Material für den Kord darin verwendet wird, und eine Gürtelvertärkungsschicht, die aus zwei Stahlgürtelschichten besteht, in welchen die Kordschnüre in einer Schicht jene in der anderen kreuzen. Aufgrund des Vorhandenseins dieser Stahlgürtelschichten haben pneumatische Gürtelreifen verbesserte Dauerhaftigkeit, Hochgeschwindigkeitsstabilität und Lenkstabilität bzw. Spurhaltigkeit im Vergleich mit konventionellen Reifen. Solche Stahlgürtelschichten verursachen jedoch Vibration, welche den Fahrkomfort vermindert.

Um solche Nachteile pneumatischer Gürtelreifen zu vermeiden, wurde kürzlich ein Reifen mit einer Gürtelverstärkungsschicht vorgeschlagen, die eine Stahlgürtelschicht und eine Schicht aus Faserkord aus aromatischem Polyamid hat, dessen Seitenenden zueinander umgebogen sind und die derart ausgebildet ist, daß die Kordfaden in einer Schicht jene in der anderen kreuzen (japanische Patentveröffentlichung Nr. 53603/1983). Diese Gürtelstruktur liefert einen besseren Fahrkomfort als eine zweischichtige Stahlgürtelstruktur,

besitzt aber ein Problem derart, daß eine Neigung zur Trennung an diesen Abschnitten der Gürtelstruktur besteht, die in Nachbarschaft des Umbiegens der Schicht aus Faserkord von aromatischem Polyamid liegen. Dieses Problem tritt infolge der nachfolgenden Tatsachen auf: Während die Festigkeit der aromatischen Polyamidfaser sehr hoch ist im Vergleich mit jener von herkömmlichem Kordmaterial, ist seine Kristallinität in seiner Molekülstruktur hoch, und seine Adhäsionsaffinität zu dem Beschichtungskautschuk ist niedrig. Wenn daher Faserkord aus aromatischem Polyamid verwendet wird, ist die Trennung wahrscheinlich, ein Phänomen, bei dem der Kord und der Überzugskautschuk voneinander getrennt werden.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Dauerhaftigkeit einer Gürtelverstärkungsschicht zu verbessern und spezieller zu unterdrücken, daß in pneumatischen Gürtelreifen für Personenfahrzeuge mit einer Gürtelverstärkungsschicht, die eine Stahlkordschicht und eine Schicht aus Faserkord von aromatischem Polyamid aufweist, deren Seitenenden zueinander umgebogen sind, eine Trennung an oder um den Punkt des Umbiegens der Schicht von Faserkord aus aromatischem Polyamid wahrscheinlich auftritt.

Um dieses Ziel zu erreichen, liefert die vorliegende Erfindung einen pneumatischen Gürtelreifen für Personenfahrzeuge mit einem linken und einem rechten Wulstabschnitt, einem linken und einem rechten Seitenwandabschnitt, der kontinuierlich in den jeweiligen Wulstabschnitt übergeht, einem zwischen dem linken und dem rechten Seitenwandabschnitt angeordneten Profil, einer zwischen dem linken und dem rechten Wulstabschnitt angeordneten Karkassenschicht und einer Gürtelverstärkungsschicht, die zwichen dem Profil und der Karkassenschicht angeordnet ist, und dieser Reifen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtelverstärkungsschicht aus einer Stahlkordschicht und aus einer Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid, die an ihren beiden Seitenenden umgebogen ist, besteht, wobei die Faserkordschicht aus aromatischem

Polyamid durch Einbetten von 40 bis 70 parallel angeordneten Faserkordschnüren aus aromatischem Polyamid von 0,55 bis 0,65 mm Durchmesser je 5 cm Abstand oder Breite in der Richtung in einem rechten Winkel zu der Längsrichtung der Kordschnüre in einem Überzugskautschuk mit einem 100 %-Modul von 30 bis 70 kg/cm² gebildet wurde.

Die obigen und andere Ziele sowie Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung offenbar.

In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene perspektivische Darstellung eines halben Abschnittes eines Beispiels des pneumatischen Gürtelreifens nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwisehen dem Durchmesser eines Faserkords aus aromatischem Polyamid und seiner Dauerhaftigkeit zeigt,

Fig. 3 einen Querschnitt einer Gürtelverstärkungsschicht

in einem herkömmlichen Reifen und
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Fig. 4 einen Querschnitt einer Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid in der Gürtelverstärkungsschicht in dem Reifen nach der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 bedeutet das Bezugszeichen 1 ein Profil und 2 eine Karkassenschicht, die zwischen dem linken und dem rechten Wulstabschnitt 4 und 4 vorgesehen ist. Auf dem Abschnitt der Karkassenschicht, der dem Profil 1 gegenüberliegt, sind eine untere Gürtelverstärkungsschicht 3d, die aus Stahlkord besteht, und eine obere Gürtelverstärkungsschicht 3u, die aus Faserkord aus aromatischem Polyamid besteht, so vorgesehen, daß sie die äußere ringsum laufende Fläche des erwähnten Abschnittes der Karkassenschicht 2 bedecken. Das Bezugs-

zeichen 3u' bezeichnet einen Umfaltabschnitt der oberen Gürtelverstärkungsschicht 3u, und 5 und 5 bezeichnen linke und rechte Seitenwandabschnitte, die mit dem linken und rechten Wulstabschnitt 4 und 4 verbunden sind. Die Karkassenschicht 2 ist um die Wulstdrähte oder Wulstkerne 6 in den Wulstabschnitten 4 herum zurückgefaltet. Die Linie E-E' bezeichnet die Umfangsrichtung des Reifens.

Jede Kordschnur in der Karkassenschicht 2 besteht aus einer synthetischen Faser, wie Nylonfaser, Kunstseidefaser und Polyesterfaser. Diese Fasern haben gewöhnlich eine Festigkeit im Bereich von 5 bis 10 g/d.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht, wie oben erwähnt, die Gürtelverstärkungsschicht aus einer Stahlkordschicht und einer Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid, welche letztere an ihren beiden Seitenenden umgefaltet ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine Stahlkordschicht als die untere Gürtelverstärkungsschicht 3d gezeigt, doch liegt sie nicht notwendigerweise auf der unteren Seite und kann entweder auf der oberen Seite oder auf der unteren Seite liegen. Eine oder mehrere Stahlkordschichten können vorgesehen sein. Auch braucht die Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid nicht notwendigerweise obenauf zu liegen. Sie kann darunter liegen und an ihren beiden Seitenendabschnitten so umgebogen sein, daß sie die darüberliegende Stahkordschicht einhüllt. Jede Stahlkordschnur in der Stahlkordschicht besteht vorzugsweise aus einem Stahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,62 bis 0,87 % und einer Zugfestigkeit von nicht weniger als 250 kg/mm². Als eine sekundäre Verstärkungsschicht für diese Gürtelverstärkungsschichten kann eine Schicht über der oberen Gürtelverstärkungsschicht 3u liegen, die durch Anordnung von Nylonkordschnüren parallel zueinander in der Umfangsrichtung des Reifens gebildet wurde.

1. Für die vorliegende Erfindung erhält man den Faserkord aus aromatischem Polyamid in der Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid durch Zwirnen von aromatischen Po-

— Ο —

lyamidfasern, die Eigenschaften einschließlich einer Zugfestigkeit von nicht weniger als 150 kg/mm² und einen Dehnungselastizitätsmodul von nicht weniger als 3000 kg/ mm² haben, in solcher Weise, daß die Drahtzahl K, ausgedrückt durch die Formel K = T/D, worin T die Zahl der Zwirnungen oder Verdrehungen des Kords (Drehungen/10 cm) und D der Gesamtdenierwert ist, im Bereich von 1500 £ K £ 3500 liegt, wonach man die resultierenden gezwirnten Fafasern einer Bindungs- und Hitzebehandlung unterzieht. 10

Idealerweise ist die Drahtzahl K 2800 <. K <, 3400, um eine Verbesserung bezüglich der Beständigkeit gegen Biegeermüdung zu bekommen.

Dieser Faserkord aus aromatischem Polyamid ist besser bezüglich der Zugfestigkeit, wie in der folgenden Tabelle gezeigt ist, als synthetische Fasern, wie Nylonfasern, Kunstseidefasern und Polyesterfasern, die herkömmlicherweise als Material für Karkassekord verwendet werden.

	Aromatische	Polyester	6(6-6)-	Kunstseide
	Polyamid		Nylon
	faser	9 g/d		6 g/d
Festig			9 g/d
keit	22 g/d
(Garn)

2. Der Faserkord aus aromatischem Polyamid hat einen Durchmesser von 0,55 bis 0,65 mm für die vorliegende Erfin-0 dung.

Der Faserkord aus aromatischem Polyamid mit kleinerem Durchmesser dient wirksamer dazu, die Dauerhaftigkeit des Reifens zu verbessern. Die Starrheit je Gewichtseinheit der Gürtelverstärkungsschicht kann jedoch nicht auf einen zu niedrigen Wert eingestellt werden, um die Festigkeit dieser Schicht ausreichend hoch zu halten. Demnach ist der Durchmesser dieser Kordschnüre natürlich

begrenzt.

In Verbindung mit im Korddurchmesser unterschiedlichen Reifen (bei denen allerdings die [Zug]-Starrheit je Breiteneinheit des Reifensin der Längsrichtung der Kordschnüre im wesentlichen konstant ist) wurden Dauerhaftigkeitstests in einem Innenraum durchgeführt.

Die Tests wurden unter Verwendung von Reifen 195/70 HR 14 und Felgen 5 1/2 JJ χ 14 bei einem Luftdruck von 2,1 kg/cm² und einer Geschwindigkeit von 80 kg/h auf einer Trommel mit einem Durchmesser von 1707 mm bei einer Anfangsbelastung von 525 kg, die je Stunde jeweils um 50 kg gesteigert wurde, durchgeführt.

Die Testergebnisse sind in Fig. 2 gezeigt, in der die Abszisse den Korddurchmesser und die Ordinate die Reifendauerhaftigkeit (ausgedrückt durch Indexwerte) zeigt. Aus Fig. 2 ist verständlich, daß eine hohe Dauerhaftigkeit des Reifens von 100 oder darüber im Bereich des Korddurchmessers von 0,55 bis 0,65 mm erhalten wird. Besonders wenn der Durchmesser der Kordschnüre 0,58 bis 0,63 mm beträgt, wird die Dauerhaftigkeit derselben stark erhöht. Es ist verständlich, daß die Kordschnüre eines Durchmessers in diesem Bereich eine Dauerhaftigkeit von nicht weniger als 110 (Index) haben, was beachtlich höher als der Reifendauerhaftigkeitswert eines Kordes mit 0,27 mm Durchmesser ist, der als üblicher Reifenkord eingesetzt wird. Der Korddurchmesser wurde gemäß JIS L-1017 gemessen.

3. Der zum Einbetten von Faserkord aus aromatischem Polyamid verwendete Uberzugskautschuk hat einen 100 %-Modul von 30 bis 70 kg/cm² nach der Erfindung.
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Wenn der 100 %-Modul des Kautschuks geringer als 30 kg/ cm² ist, nimmt die Dauerhaftigkeit der Karkassenschicht ab, da der Modul von Faserkord aus aromatischem Polyamid

hoch ist. Wenn andererseits der 10 0 %-Modul des Überzugskautschuks 70 kg/cm² überschreitet, wird der Kautschuk zu hart, so daß die Produktivität abnimmt.

4. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden 40 bis 70 Faserkordschnüre aus aromatischem Polyamid je 5 cm Abstand in der Richtung des rechten Winkels zu ihrer Längsrichtung parallel zueinander in den Überzugskautschuk eingebettet, um eine · Faserkordschicht aus aromatischem PoIyamid in der Gürtelverstärkungsschicht zu bilden. Gründe, warum diese Schicht in der oben erwähnten Weise gebildet wird, sind folgende:

Die Fig. 3 und 4, die jeweils eine herkömmliche Struktur bzw. eine Struktur nach der Erfindung repräsentieren, zeigen einen Kordquerschnitt in der Gürtelverstärkungsschicht. Nunmehr soll in eine Betrachtung der Steifigkeit von Kord gegen Biegedeformation zur Zeit, wenn der Reifen einer Biegedeformation unterliegt, besonders wenn er in Berührung mit der Bodenoberfläche rotiert (wenn diese Steifigkeit höher ist, neigt Trennung leichter an den Kordenden stattzufinden), eingetreten werden. Wenn der Abstand zwischen der Mittellinie eines Kordfadens und einer Außenoberfläche lang ist, tritt leicht auf der gleichen Oberfläche eine große Spannung auf.

Die Steifigkeit D wird allgemein als ein Produkt der Multiplikation des Inertheitsmomentes I einer Fläche mit der Zugsteif igkeit E ausgedrückt.
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D=EI (E₁ = E„ = E im Falle
η 1 2.

des gleichen Materials) (1)

worin η die Anzahl der Kordenden ist.

4
Im Falle des in Fig. 3 gezeigten Kordes ist I, = *d ,/64, und im Falle des in Fig. 4 gezeigten Kordes ist

I₂ = πα /64 (2)

Angenommen, die Anzahl dieser Kordschnüre (Zahl der Kordschnüre je Breiteneinheit) ist n, und n₂, so können die Zwischenräume e, und e„ folgendermaßen ausgedrückt werden:

e, = l/n,, e„ = l/n,, (3)

Wenn die Zugsteifigkeit in der Längsrichtung jeder der Kordschnüre, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind, je Breiteneinheit konstant ist,

E A₁Ii₁ = E A₂n₂

2 2

worin A, = ird ,/4 und A„ = ird ₂/4. ^Daner kann die folgende Gleichung aufgestellt werden:

^d2lⁿl ^{= d}*2ⁿ2 ^{Oder n}2^/nl ^{= (d}l^/d2^{)2 (4)}

Unterstellt man nun, daß das Verhältnis der Steifigkeit eines in Fig. 3 gezeigten Kordes zu jenem eines in Fig. 4 gezeigten Kordes m ist, so kann m durch die folgende Formel (5) ausgedrückt werden:

,4 *^d 4

= ^l = ^{E τ}2^η2 ₌ V^ ₌ ~64~ⁿ2 ₌
^m = D₁ - E I₁Ii₂ - I₁Ii₁ - ,^₁

^d2 4 ^dl ^{2 d}2

Selbst wenn die Zugfestigkeit eines Kordes auf den gleichen Wert eingestellt wird, kann die Steifigkeit (ein Index, der den Grad der Leichtigkeit eines Auftretens einer Trennung wiedergibt) variiert werden. Demnach, wenn d₂ < d, , kann dieses Verhältnis vermindert werden, um dadurch die Möglichkeit des Auftretens einer Trennung auf ein Minimum herabzusetzen. Normalerweise gibt es jedoch eine Grenze für die

Verminderung des Durchmessers der Kordschnüre. Mit anderen Worten, wenn unter den parallel zueinander eingebetteten Kordschnüren Reibung auftritt, würden die Kordschnüre brechen.
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Um dieses Problem zu lösen, wird die Anzahl der nach der vorliegenden Erfindung verwendeten Kordschnüre auf 40 bis 70 je Weite oder Abstand von 5 cm in der Richtung in rechtem Winkel ihrer Längsrichtung beschränkt. Wenn diese Zahl geringer als 40 ist, hat der Überzugskautschuk die Tendenz, aus Positionen zwischen den Kordschnüren zu fließen und so die Steifigkeit der Gürtelverstärkungsschicht zu vermindern. Wenn die Zahl der Kordschnüre 70 übersteigt, wird der Fluß des Kautschuks zwischen den Kordschnüren nachteilig beeinflußt, so daß die Bindungsfestigkeit abnimmt. Als Ergebnis hiervon nimmt die Dauerhaftigkeit der Gürtelverstärkungsschicht ab, und die Kosten der Reifenherstellung wachsen stark an. Somit ist eine Anordnung von 45 bis 65 Kordschnüren auf den erwähnten Abstand oder die erwähnte Breite am wirksamsten.

Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung wird die Gürtelverstärkungsschicht aus einer Stahlkordschicht und einer Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid, deren beide Seitenenden zueinander umgebogen sind, gebildet, und diese an beiden Seitenenden umgebogene Schicht wird dadurch gebildet, daß in einen Überzugskautschuk mit einem 100 %-Modul von 30 bis 70 kg/cm² 40 bis 70 parallel zueinander angeordnete Faserkordschnüre aus aromatischem Polyamid mit einem Durchmesser von 0,55 bis 0,65 mm je 5 cm Breite in der Richtung in rechten Winkeln zu der Längsrichtung der Kordschnüre eingebettet werden. Daher kann die Dauerhaftigkeit des Reifens, besonders die Dauerhaftigkeit an den Biege- oder Umfaltabschnitten der Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid verbessert werden.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   20 1. Pneumatischer Gürtelreifen für Personenfahrzeuge mit einem linken und einem rechten Wulstabschnitt, einem linken und einem rechten Seitenwandabschnitt, der kontinuierlich in den betreffenden Wulstabschnitt übergeht, einem zwischen dem linken und dem rechten Seitenwandabschnitt angeordne-

   25 ten Profil, einer zwischen dem linken und dem rechten Wulstabschnitt angeordneten Karkassenschicht und einer Gürtelverstärkungsschicht, die zwischen dem Profil und der Karkassenschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtelverstärkungsschicht aus einer Stahl-

   kordschicht und einer Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid, deren Seitenenden zueinander umgebogen sind, besteht, wobei die Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid durch Einbetten von 40 bis 70 parallel zueinander angeordneten Faserkordschnüren aus aromatischem Polyamid mit einem Durchmesser von 0,55 bis 0,65 ram je 5 cm Breite oder Abstand in der Richtung in rechten Winkeln zu der Längsrichtung dieser Kordschnüre in einen Überzugskautschuk mit einem 100 %-Modul von 30 bis 70 kg/cm² gebildet wurde.
2. 2. Pneumatischer Gürtelreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtelverstärkungsschicht aus einer auf der Oberseite liegenden Stahlkordschicht und einer auf der Unterseite liegenden Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid besteht, wobei die Schicht auf der Un- _v terseite an ihren beiden Seitenendabschnitten so umgebogen ist, daß sie die Schicht auf der Oberseite umhüllt.
3. 3. Pneumatischer Gürtelreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlkordschnur in der Stahlkordschicht aus einem Stahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,62 bis 0,87 % und mit einer Zugfestigkeit von nicht weniger als 250 kg/mm² besteht.

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4. 4. Pneumatischer Gürtelreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserkord aus aromatischem Polyamid in der Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid durch Zwirnen einer aromatischen Polyamidfaser, die Eigenschaften einschließlich einer Zugefestigkeit von nicht weniger als 150 kg/mm² und eines Zugelastizitätsmoduls von nicht weniger als 3000 kg/mm² hat, in der Weise, daß ein Wert im Bereich von 1500 £ K <_ 3500 der Drahtzahl K, ausgedrückt durch die Formel K = t/d, worin T die Zahl der Zwirnungen der Kordschnur (Drehungen/10 cm) und D die Gesamtdenierzahl der Kordschnur bedeutet, und anschließendes Unterziehen der resultierten gezwirnten Fa-^% ser einer Bindungs- und Hitzebehandlung gebildet wurde.

   1 5. Pneumatischer Gürtelreifen nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Draht zahl K im Bereich von 2800 <_ K <_ 3400 ist.
5. 5 6, Pneumatischer Gürtelreifen nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser einer jeden Kordschnur in der Faserkordschicht aus aromatischem Polyamid 0,58 bis 0,63 mm beträgt.