Die Erfindung betrifft hochbelastbare Fahrzeugluft
reifen, insbesondere für Lastwagen und andere
Schwer- oder Großfahrzeuge, gemäß Oberbegriff des
Hauptanspruchs.
Gattungsgemäße Reifen sind aus der DE-OS 25 08 597
bekannt. Bei diesen bekannten Reifen wird gefordert,
daß eine Karkassenverstärkung vorliegt aus wenig
stens zwei gummierten Cordgewebeeinlagen, deren Cor
de sich unter einem Winkel von mehr als 60° gegen
über der Richtung der Stahldrähte der Karkassenein
lage kreuzen. Diese Karkassenverstärkung dient der
Verbesserung der Haltbarkeit im Wulstteil des Luft
reifens und der Verhinderung des Auftretens von Ver
formungen in radialer und Umfangsrichtung. Hierdurch
soll die Lostrennung des Cordes vom Kautschuk an den
abgeschnittenen Enden verhindert werden. Bei allen
Fahrzeugreifen, die Stahlseil oder ähnliche metal
lische Verstärkungselemente in Gummi eingebettet
enthalten, ergeben sich insbesondere an den Rändern
derartiger Verstärkungseinlagen Probleme. Hier lie
gen scharfe und aus dem Fertigungsvorgang unregel
mäßig geformte metallische Schnittkanten vor. Insbe
sondere gilt dies für große und entsprechend hoch
belastbare Fahrzeugreifen, da die Abmessungen der
hierzu verwendeten Stahlseile oder -kabel die der
Stahldrähte für Pkw-Reifen um ein mehrfaches über
treffen. Entsprechend groß ist das Ausmaß der mög
lichen Schäden.
Die Reifen gemäß DE-OS 25 08 597 enthalten zur Ver
hinderung dieser Schäden weiterhin eine Aussteifung
aus Kautschuk aus einem zusammengesetzten Kautschuk-
Material, das im radial oberen Teil an der Karkas
senverstärkung weicher ist als im unteren Teil im
Bereich des Wulstdrahtringes.
Gemäß Fig. 2 deckt eine harte Kautschukschicht die
geschnittenen Stahldrahtenden des Karkassenumschlags
und der Wulstverstärkerlage ab.
Gemäß Fig. 3 sind die genannten Stahldrahtenden von
dem im radial oberen Teil der Aussteifung vorgese
henen weicheren Kautschuk abgedeckt.
Gemäß Fig. 4 deckt eine zusätzliche dünne harte
Kautschukschicht die genannten Stahldrahtenden ab.
Zweifellos stellen die Reifen gemäß DE-OS 25 08 597
eine Verbesserung der Reifen ohne zusätzliche Kar
kassenverstärkung aus mindestens zwei gummierten
Reifencordlagen dar, jedoch können die bekannten
Abdeckungen der Stahldrahtenden auf Dauer eine vor
zeitige Randtrennung zwischen Stahldrahtende und
vulkanisiertem Kautschuk nicht verhindern.
Aus der DE-OS 23 13 586 ist ein Fahrzeugluftreifen,
insbesondere für Lastkraftwagen, bekannt mit einer
eine von Wulst zu Wulst reichende Verstärkung auf
weisenden Karkasse und einer zwischen dieser und der
Lauffläche angeordneten und aus wenigstens 2 Lagen
bestehenden gürtelartigen Verstärkungseinlage,
deren Ränder auf der der Lauffläche zugewandten
Seite durch einen Gummistreifen abgedeckt sind.
Die Ränder der gürtelartigen Verstärkungseinlage
sind gegenüber der Karkasse jeweils auf einem Strei
fen aus einer Hartgummimischung der Shore-A-Härte
von 70° bis 80° abgestützt. Zwischen der Hart
gummimischung und der Karkasse ist ein weiterer im
Radialschnitt des Reifens gesehen sichelförmiger
Streifen einer weicheren Zwischengummimischung der
Shore-A-Härte von 55° bis 70° mit gegenüber dem
Hartgummistreifen niedrigerem Elastizitätsmodul
angeordnet.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, gat
tungsgemäße Reifen weiter zu verbessern und insbe
sondere die Dauerhaltbarkeit des Reifenwulstes und
des Reifenschulterbereichs zwischen Karkasse und
Rand des Stahlseilgürtels zu erhöhen, ohne daß zu
sätzliche Verstärkungslagen und/oder Abdecklagen
verwendet werden. Die entsprechenden Bereiche sollen
so ausgebildet sein, daß sie Restverformungsenergie
an den Drahtenden elastisch auffangen und abbauen,
ohne daß die Relativbewegungen der Drahtenden
zerstörend wirksam sind sowie unerwünschtes Reiben
und Scheuern vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnah
men des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Aus
gestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2
bis 4.
Es wird dafür gesorgt, daß die Schnittkanten der
Stahldrähte im Reifenwulst und im Reifenschulterbe
reich fest eingebettet in einer kissenartigen Kaut
schukeinlage vorliegen. Der vulkanisierte Kautschuk
dieser Einlage weist eine Rückprallelastizität von
55 bis 65% bei gleichzeitiger niedriger Shore-A-
Härte von 50 bis 65% auf. Dieser hoch rückstell
fähige vulkanisierte Kautschuk haftet den metalli
schen Drahtenden mit hoher Festigkeit an, wobei dies
durch Verwendung von die Haftung von Kautschuk an
Stahl fördernde Zusätze, insbesondere Resorcin, Hexa
methylentetramin und aktive Kieselsäure, bewirkt wird.
Kautschuk mit einer Rückprallelastizität im Bereich
von 65% ist bekannt. Er ist beispielsweise im Sei
tenwand- und Wulstbereich von Notlaufreifen gemäß
DE-OS 23 57 140 verwendet worden. Diese Kautschuk
mischung besaß nicht die Eigenschaft zur erhöhten
Haftung von Kautschuk an Stahl durch entsprechende
Zusätze.
Es ist weiterhin prinzipiell bekannt, daß durch Zusatz
adhäsionsfördernder Mittel zur Kautschukmischung die
Bindung von Gummi an Stahl beeinflußbar ist. In
"Gummi, Asbest, Kunststoffe", 29, 749 (1976) werden
Kautschukmischungen beschrieben, die Kieselsäure,
Resorcin und Hexamethylentetramin als Mittel zur
Erhöhung der Haftfestigkeit von Kautschuk bzw. Gummi
auf Stahloberflächen enthalten. Derartige Kautschuk
mischungen sind im Reifenbau jedoch bisher nur zur
Gummierung der Stahlseile verwendet worden. Diese
Gummierung weist im allgemeinen eine hohe Shore-
A-Härte von etwa 80° auf. Großvolumige Kautschukmi
schungen, die im vulkanisierten Zustand eine Rück
prallelastizität von 55% bis 65%, eine Shore-A-
Härte von 50° bis 65° und eine erhöhte Haftung von
Kautschuk an Stahl durch fördernde Zusätze enthal
ten, sind im Reifenbau und inbesondere beim Bau
gattungsgemäßer, hochbelastbarer Reifen nicht ver
wendet worden.
Bevorzugte Gummimischungen bestehen aus einer vul
kanisierbaren Mischung gemäß Zusammensetzung nach
den Unteransprüchen 3 und 4.
Bevorzugt sind dabei Mischungen, in denen der Kaut
schukanteil aus Naturkautschuk (NR) besteht. Geeig
net sind aber auch Mischungen des Naturkautschuks
mit Butadienkautschuken (BR), wobei insbesondere dem
cis-1,4-Polybuadienkautschuk hier Bedeutung zukommt.
Geeignete Mischungsverhältnisse der Kautschukkompo
nenten sind 30 bis 100 Teile, vorzugsweise wenig
stens 80 Teile, Naturkautschuk auf 70 bis 0 Teile
der Butadienkautschuk-Komponente. Die bevorzugte
Menge des Rußes liegt bei etwa 25 Teilen, die bevor
zugte Schwefelmenge bei etwa 3 Teilen. Die aktive
Kieselsäure wird vorzugsweise an der unteren Grenze
des zuvor genannten Bereichs eingesetzt, bevorzugt
sind also Mengen von etwa 5 Teilen oder nur schwach
erhöhte Mengen. Resorcin wird zweckmäßigerweise in
einer Menge von etwa 2,5 Teilen und Hexamethylente
tramin zweckmäßigerweise in einer Menge von etwa 2
Teilen eingesetzt.
Die optimale Wahl der Mischungskomponenten ergibt
einerseits eine hohe Vernetzungsdichte des Kaut
schuks und somit die Eigenschaft der Kautschukein
lage hoher Haftung an den Drahtenden sowie anderer
seits die Eigenschaft verbesserter Rückstellfähig
keit, da die Einlage die Restverformungsarbeit ab
baut und aufnimmt. Aufgrund der hohen Haftfestigkeit
bilden Kautschukeinlage und Stahldrahtenden eine
unter Krafteinwirkung kaum oder auf Dauer nur sehr
schwer lösbare Einheit. Dieser Verbund stellt eine
Funktionseinheit dar, die einen hohen Anteil an
Restverformungsarbeit aufzunehmen vermag und in der
die zerstörerische Friktionsarbeit der Drahtenden
nicht frühzeitig wirksam werden kann. Statt dessen
werden die Eigenbewegungen der Drahtenden von dieser
Funktionseinheit aufgefangen, ohne daß sie an den
übrigen Reifenbauteilen Schaden verursachen können.
Die Kautschukeinlagen mit den daran oder darin fest
haftenden Drahtenden nehmen unter dem Einfluß der
Beanspruchungen an Bewegungen im Verband der Reifen
bauteile nach Art einer Mitgehbewegung teil, die
weder an den Drahtenden noch an den Konturen der
Kautschukeinlage zu Randtrennungen führt.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden
im folgenden anhand von Beispielen und mit Bezug auf
die Zeichnung beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nach
stehend anhand von Fig. 1 erläutert, die einen hal
ben Reifenschnitt durch einen Lkw-Reifen der Dimen
sion 12.00 R 20 auf 5° Schulterfelge zeigt:
Die Karkasse 1 besteht aus einer Stahlseillage mit
radial verlaufenden Seilen. Das Ende 2, der soge
nannte Karkassenumschlag, ist um den Wulstring 3 des
Wulstes 4 herumgeführt. Ein üblicher Verstärkungs
kautschukstreifen 5, Kernreiter genannt, erstreckt
sich radial oberhalb des Wulstringes 3. Der Streifen
5 besteht aus Hartgummi. Außerhalb von Karkasse und
Karkassenumschlag ist ein den Wulst verstärkender
Stahlcordstreifen 6 angeordnet. Die Corddrähte die
ses Streifens kreuzen sich mit den Stahlseilen der
Karkasse 1 unter einem wählbaren Winkel. Die Karkas
senseile nehmen dabei einen Winkel von 90° zur Rei
fenumfangsrichtung X-X und die Stahlseile des Strei
fens 6 einen Winkel von beispielsweise 60° ein. Die
Kautschukeinlage ist mit 7 bezeichnet. Sie besteht
aus einem in Umfangsrichtung verlaufenden Kautschuk
streifen mit linsenförmig gebogenem Querschnitt. Sie
hüllt die Drahtenden des Karkassenumschlags und des
Verstärkungsstreifens 6 sowie auf bestimmten Längen
auch deren gummierte Ränder ein. Die Kautschukein
lage 7 weist eine Härte von etwa Shore A 60° auf.
Die angrenzenden Kautschukteile des Wulstes 4, des
Kernreiters 5 sowie der Gummierung der Karkasse 1
und des Verstärkungsstreifens 6 sind merklich här
ter, z. B. Shore A 80°.
Radial außerhalb der Karkasse 1 ist in deren Kronen
bereich der sogenannte Gürtel 8 angeordnet. Er be
steht hier aus drei Stahlseillagen 8 a, 8 b, 8 c und
einer Schutzcordlage 8 d. Die Ränder der Stahlseil
gürtellagen 8 a und 8 b sind auf einer Kautschukein
lage 9 abgestützt. Dieser Einlagestreifen weist
einen sichelförmigen Querschnitt auf.
Er befindet sich im inwärtigen Bereich der Schulter
10 und reicht bis in den beginnenden Bereich der
Reifenseitenwand 11. Die Laufflächenprofildecke,
auch Lauffläche genannt, ist mit 12 bezeichnet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
in Fig. 2 veranschaulicht, die einen halben Reifen
schnitt durch einen Lkw-Reifen auf 15° Steilschult
erfelge zeigt. Die Kautschukeinlage 9 im Schulter
bereich des Reifens erstreckt sich hier auch zwi
schen die Ränder der Stahlseilgürtellagen 8 b und 8 c.
Nachfolgend ist das Beispiel einer Mischungsrezeptur
für die Kautschukeinlage angegeben:
- 100 Teile Naturkautschuk (NR),
- 25 Teile Ruß, verstärkend,
- 5 Teile aktive Kieselsäure,
- 1 Teil Zinkstearat,
- 8 Teile Zinkoxid,
- 1,25 Teile Prozeßöl,
- 2 Teile Kleberharz,
- 1-2 Teile Oxidationsschutzmittel,
- 1-2 Teile Ozonschutzmittel,
- 2,5 Teile Resorcin,
- 2,1 Teile N-Cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamid (CBS),
- 2 Teile Hexamethylentetramin (HMT),
- 3 Teile Schwefel.
Die Kautschukeinlagen werden in der nachfolgend
beschriebenen Weise hergestellt: Der geschnittene
und abgewogene Rohkautschuk wird zunächst in
einem Kneter mastiziert. Anschließend wird er zu
einem Rußmasterbatch verarbeitet, d. h. mit den
erforderlichen Zusätzen: Kieselsäure und Resorcin,
Prozeßöl, Zinkverbindungen, Ruß und den übrigen
Additiven versehen und in einem Kneter gemischt. Die
erhaltene Mischung wird in Fellform ausgewalzt, ge
wogen und in Chargen zugeschnitten. Dem Masterbatch
werden anschließend der CBS-Beschleuniger und das
HMT zugesetzt. Nach weiterem Bearbeiten in einem
Kneter, erneutem Walzen und Schneiden liegt letzt
lich ein Kautschukmaterial in Streifenform vor, das
zum Reifenbau Verwendung findet.