DE3443229C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Luftreifen mit gutem Verhalten bei hoher Fahrgeschwindigkeit, insbesondere Gürtelreifen für Personenkraftwagen mit verbesserter Lenkempfindlichkeit.

Im allgemeinen wird von einem Laufstreifengummi gefordert, daß er besondere Eigenschaften besitzt wie Wiederstandsfähigkeit gegen Nässe, Einschneiden, Rutschen und dergleichen und darüber hinaus den Rollwiderstand zu beeinflussen vermag, der sich auf den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs sehr nachhaltig auswirken kann. Von diesen Anforderungen steht insbesondere die Rutschfestigkeit in einem gewissen Konflikt zu dem Rollwiderstand, so daß ein hinsichtlich der einen Eigenschaft günstiger Gummi hinsichtlich der anderen nachteilhaft sein kann und vice versa. Um nun gleichzeitig beide sich entgegenstehenden Eigenschaften zu verbessern, hat man bereits Laufstreifengummi in Verbundstruktur hergestellt, bei der ein Gummi hervorragender Abriebfestigkeit in dem beim Fahren dem Abrieb ausgesetzten Bereich vorgesehen wird und in den restlichen Bereichen ein Gummi mit entsprechendem Rollwiderstand.

Zur Verbundstruktur des Laufstreifengummis ist aus der US-PS 37 59 306 bekannt, einen Gummi mit beträchtlich hohem Spannungsmodul an der Basis der Rillen des Profils vorzusehen, um ein Wegbiegen der Stollen an ihrer Wurzel während des Fahrens eines Personenkraftwagens mit hoher Geschwindigkeit zu verhindern, während für die dem Abrieb ausgesetzten Bereiche ein Gummi mit hervorragender Abriebfestigkeit und einem relativ niederen Spannungsmodul vorgesehen wurde.

Aus der DE-OS 30 46 716 ist ein Luftreifen für Motorfahrzeuge bekannt, dessen Laufflächenteil aus zwei Lagen unterschiedlicher Gummimassen besteht. Die innere Lage soll einen Hystereseverlustindex von nicht mehr als 0,010 J/cm² bei 25°C und nicht höher als 0,006 J/cm² bei 70°C besitzen. Das Verhältnis des radialen Abstandes H der Seitenkanten des Verstärkungsringes vom Rand des Wulstkerns und der Breite des Reifenquerschnitts soll <0,60 sein. Für die Innenlage soll die Gummimasse einen Elastizitätsmodul bei einer Dehnung von 100% von zumindest 15, vorzugsweise 20 bis 30 kg/cm² haben. Auf diese Weise soll der Abrollwiderstand und damit der Energieverbrauch bzw. Kraftstoffverbrauch herabgesetzt werden, während auch die Richtungssteuerstabilität bzw. Lenkstabilität verbessert werden soll.

Aus der DE-OS 30 45 765 ist ein Gürtelreifen mit einer Laufflächenschicht bekannt, wobei sich unterhalb des Laufflächengummis eine Dämpfungsschicht aus Gummi befindet, deren Elastizitätsverlustmodul 2 bis 12 kg/cm² und deren Rückprallelastizität 60 bis 85% betragen muß. Auf diese Weise soll die Haltbarkeit des Reifens bei einem Reifen mit hoher Geschwindigkeit verbessert werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der Steuerempfindlichkeit von Gürtelreifen bei hoher Geschwindigkeit mit Hilfe einer besonderen Verbundstruktur des Laufstreifens. Diese Aufgabe wird von dem im Hauptanspruch gekennzeichneten Gürtelreifen gelöst. Besondere Ausgestaltungsformen finden sich in den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird in der Zeichnung näher erläutert. Diese stellt einen Halbschnitt eines Gürtelreifens 1 dar, dessen Seitenwände 2 sich toroidal von den beiden Kanten des Laufstreifens 3 erstrecken. Es ist nur der rechte Halbreifen gezeigt; O-O ist die Symmetrieebene.

Ein Wulstring 4 ist in üblicher Weise in dem inneren Teil der Seitenwände 2 eingebettet; die Karkasse 5 erstreckt sich zwischen den beiden Wulstringen 4, so daß die gesamten Seitenwände und der Laufstreifen von ihr unterstützt werden.

Die Karkasse 5 besteht aus einer oder mehreren Lage(n), jede Lage enthält Corde aus organischen Fäden wie Polyester, Nylon oder Reyon, angeordnet im wesentlichen senkrecht zur Ebene O-O. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Karkasse 5 aus einer Lage, deren beide Kanten um die Wulstringe 4 unter Bildung eines Umschlags 6 umgelegt sind. Ein Hartgummifüller 7 befindet sich in dem Raum, der von der Karkasse 5, dem Umschlag 6 und dem Wulstring 4 gebildet ist und sich in Richtung zum Laufstreifen verjüngt. Der dynamische Modul des als Füller verwendeten Gummis soll 6000-15 000 N/cm² (600-1500 kg/cm²) betragen.

Zwischen Karkasse 5 und Laufstreifen 3 befindet sich bei dem Gürtelreifen, wie üblich, ein Gürtel 8, um die Steifigkeit des Laufstreifens als Ganzes zu verbessern. Die Verstärkung des Gürtels geschieht durch Corde aus Metall, wie Stahl, oder hoch elastischen Fäden wie aus Glas, Polyester, Reyon oder Polyaramid. Diese Corde können als solche oder in Form einer Kombination von Metallcord und Textilcord verarbeitet sein. Der Gürtel 8 besteht aus mehreren Cordlagen, jeweils in einem Neigungswinkel von 5-25° zu der Ebene O-O, wobei sich die Corde überschneiden.

Der Gürtel kann aufgebaut sein aus 2 übereinandergelegten Stahlcordlagen 8-1 und 8-2 in der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform oder in gefalteter Struktur, wobei die Cordlage 8-1 breiter ist und beide Kantenbereiche um die Cordlage 8-2 gelegt sind. Es ist auch möglich, daß eine oder höchstens 2 Lagen in der Wärme schrumpfende Textilcorde enthalten, wie Nylon, zu der Ebene O-O parallel oder nur in einem kleinen Winkel angeordnet, die sich direkt auf dem Gürtel befinden, um diesen teilweise oder ganz zu bedecken.

Der Laufstreifen 3 ist aufgebaut aus einer Außenschicht 9, die im Profil die Aufstandsfläche bildet, und einer Innenschicht 10 zwischen Gürtel 8 und Außenschicht 9.

Die Außenschicht 9 hat einen Verlustwinkel tan δ von zumindest 0,25 und einen dynamischen Modul E′ von 700-1500 N/cm², während die Innenschicht 10 einen dynamischen Modul E von 1000- 2500 N/cm² besitzt. Das Verhältnis E : E′ soll zumindest 1,15 betragen.

Bei dem erfindungsgemäßen Reifen zeichnet sich die Außenschicht 9 durch verbesserte Straßenhaftung zusätzliche zu ihrer hervorragenden Verschleißfestigkeit aus. Ausgedehnte Versuche zeigten, daß - wenn dasVerhältnis der dynamischen Moduln den oben angegebenen Wert besitzt - die Bodenhaftung beim Steuern während der Fahrt bei gleichzeitiger Flexibilität des Laufstreifengummis (d. h. des Profils) in der Aufstandsfläche besonders verbessert wird. In diesem Fall hat die Außenschicht 9 einen Verlustwinkel tan δ von zumindest 0,25, vorzugsweise 0,3-0,5, und einen dynamischen Modul von 700-1500 N/cm², vorzugsweise 800-1400 N/cm² (80-140 kg/cm²), und die Innenlage 10 von 1000-2500 N/cm², vorzugsweise 1100-2000 N/cm² (110- 200 kg/cm²). Das Verhältnis der dynamischen Moduln von Innenschicht zu Außenschicht ist zumindest 1,15, vorzugsweise 1,25- 2. Was nun das Verhältnis der Stärke der Innenschicht zur Außenschicht angelangt, so erhält man gute Ergebnisse, wenn die mittlere Dicke der Innenschicht 10 zur Außenschicht 9 0,15- 0,35 : 1 ist. Der Grund, warum die Stärke oder Dicke jeder Gummischicht als Mittel angegeben ist, beruht darauf, daß beim Aufbau des Laufstreifens 3 aus beispielsweise Rippen 14, die durch eine große Anzahl von Rillen 13 unterteilt sind, die Grenzfläche zwischen Innen- und Außenschicht wellig wird, wie aus der Zeichnung hervorgeht.

In der dargestellten Ausführungsform besteht der Laufstreifen aus 2 Schichten, jedoch kann auch eine dritte oder sogar vierte Schicht vorgesehen werden.

Wie aus der dargestellten Ausführungsform zu entnehmen ist, erstreckt sich in dem gesamten Laufstreifen die Außenschicht im wesentlichen über die Innenschicht und beide Kanten erstrecken sich keilförmig in den Seitengummi 12, wodurch die Reifenschulter 11 gute Flexibilität erhält. Die Innenauskleidung 15 besitzt gute Luftdurchlässigkeit.

Um nun die überlegenen Eigenschaften der Reifen zu zeigen, wurden in einem Rundkurs von 2,04 km eine Testserie mit Reifen der Größe 205/60R 15 durchgeführt, um die benötigte Zeit, die Steuerempfindlichkeit, Stabilität, das Rutschverhalten und den Fahrkomfort bei hoher Geschwindigkeit zu bestimmen und auf üblichen Straßen das Fahrverhalten abzuschätzen. Das Fahrverhalten in einem Rundkurs ergibt sich aus der Gesamtbewertung von Fahr- und Bremseigenschaften, Steuerempfindlichkeit, Straßenhaftung während des Steuerns und Steuerbarkeit jenseits der Rutschgrenze.

Es wurden diese Untersuchungen mit den Reifen A, B und C nach der Erfindung und einem Vergleichsreifen D durchgeführt. Alle Reifen hatten zwei gummierte Lagen von Polyestercorden im rechten Winkel zur Ebene O-O des Reifens, von innen nach außen umgeschlagen um den Wulstring 4, wie in der Zeichnung angegeben. Zwischen Karkassenlage und Umschlag befand sich ein Füller 7 mit einem beträchtlich hohen dynamischen Modul. Der Gürtel bestand aus zwei Lagen 8-1 und 8-2 von Metallcorden mit einem Neigungswinkel von 20° zur Ebene O-O, so aufeinander laminiert, daß sich die Corde wie in der Zeichnung dargestellt überkreuzten. Zwei Verstärkungsschichten enthaltend Nyloncorde in einem Winkel von 0° zur Ebene O-O (nicht gezeigt) befanden sich in jedem Kantenbereich der Lage 8-2, um eine besondere Verstärkung der Seitenteile des Gürtels zu erreichen.

Aufbau des Reifens und Zusammensetzung der Laufstreifen-Kautschukmischung sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefaßt. Der dynamische Modul und der Verlustwinkel wurden an einem Prüfstreifen, Breite 5 mm, Länge 20 mm, Dicke 2 mm, mit einem viskoelastischen Spektrometer (Iwamoto Seisakusho) bei einer Frequenz von 50 Hz, einem dynamischen Zug von 1% und einer Temperatur von 25°C bestimmt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Diese Reifen wurden auf eine Felge aufgezogen, auf 2,2 bar (kg/cm²) aufgepumpt, auf ein Fahrzeug montiert und dieses dann gefahren. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt. Für die Eigenschaften mit Ausnahme der Rundenzeit wurde der Vergleichsreifen D als Standard mit 100 angenommen. Die Indices der Eigenschaft der erfindungsgemäßen Reifen geben um so besseres Verhalten, je höher der Wert ist, an.

Tabelle 3

Wie oben bereits darauf hingewiesen, gelingt es nach der Erfindung die Lenkempfindlichkeit bei hoher Geschwindigkeit gezielt zu verbessern.

Claims (4)

1. Gürtelreifen für hohe Geschwindigkeiten

• - mit einer Radialkarkasse (5) aus zumindest einer Cordlage aus organischen Fäden,
• - einem Gürtel (8) zwischen Karkasse und Lauffläche aus mehreren nicht dehnbaren Cordlagen,
• - einem Hartgummifüller (7), der sich in dem Raum, der von der Karkasse (5), dem Karkassenumschlag (6) und dem Wulstkern (4) gebildet ist, befindet, und
• - einem zumindest zweilagigen Laufstreifen, wobei die Innenschicht (10) des Laufstreifens (3) einen dynamischen Modul E von 1000-2500 N/cm² und die Außenschicht (9) einen dynamischen Modul E′ von 700-1500 N/cm² und einen Verlustwinkel tan δ ≧ 0,25 aufweist, das Verhältnis E/E′ zumindest 1,15 beträgt, das Verhältnis der mittleren Dicke der Innenschicht zur Außenschicht (0,15-0,35) : 1 ist und sich die Außenschicht über die Innenschicht erstreckt und die Kanten beider Schichten keilförmig in die Gummischicht (12) der Seitenwände (2) erstrecken.

2. Gürtelreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Modul E der Innenschicht 1100-2000 N/cm² beträgt.

3. Gürtelreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Modul E′ der Außenschicht 800-1400 N/cm² und der Verlustwinkel tan δ 0,3 bis 0,5 beträgt.

4. Gürtelreifen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Moduln E : E′ 1,25 bis 2 beträgt.