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Die Erfindung betrifft einen Radialreifen und insbesondere
ein Laufstreifenmuster, mit dem man von den
Laufstreifennuten abgeleiteten ungleichen Verschleiß verhindern kann.
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Radialreifen mit erhöhtem Verschleißwiderstand und erhöhter
Dauerstandfestigkeit durch starre Gürtel, die aus
Metallkorden oder dergleichen hergestellt sind und zwischen dem
Laufstreifengummi und der Karkasslage liegen, werden nun weithin
bei vielen Anwendungsfällen einschließlich Personenwagen
eingesetzt.
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Bei solchen Radialreifen werden, um das Zugverhalten, das
Bremsverhalten, den Wärmewiderstand und andere Eigenschaften
zu verbessern, verschiedene Laufstreifenmuster in der
Oberfläche des Laufstreifens ausgebildet. Es sind Muster bekannt
wie der Rippentyp mit durch sich in Umfangsrichtung zick-
zack-förmig erstreckende Längsnuten A nach Fig. 10
gebildeten Rippen B, und der Blocktyp mit Blöcken D, die dadurch
gebildet werden, daß Quernuten C die Längsnuten A miteinander
verbinden, wie in Fig. 11 gezeigt.
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Bei dem Rippentyp des Laufstreifenmusters nach Fig. 10
werden jedoch beim Lauf auf gut gepflasterten Straßen
während einer langen Zeit die Ecken B1 der Rippen B, die in die
Längsnuten A vorstehen, in Form von Stufen mit einer Höhe H
nach Fig. 12 abgetragen. Diese Abtragung beginnt bei den
Ecken B1 und breitet sich dann in Axialrichtung des Reifens
und auch in Umfangsrichtung aus, so daß sich in
Umfangsrichtung eine Verbindung wie eine (Eisenbahn-)Schiene ergibt.
Dieses Phänomen ist allgemein als
Eisenbahnschienen-Verschleiß bekannt.
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Auch bei Blockmustern, wie sie in Fig. 11 gezeigt sind, wird
beim Lauf im Vergleich mit der Vorderkante D1, an der der
Block D die Straßenfläche berührt, die hintere Kante D2 in
stufenartiger Form abgetragen infolge einer Abweichung von
der Straßenfläche zusammen mit einer Bewegung zu der Quernut
C hin. Dieser Verschleiß ist allgemein als
Fersen/Zehen-Verschleiß bekannt.
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Derartige Arten von ungleichem Verschleiß beeinträchtigen
nicht nur das Aussehen des Reifens, sondern verkürzen auch
die Lebenszeit, verringern die Lenkstabilität,
beeinträchtigen das Bremsverhalten und führen verschiedene andere
Probleme herbei. Dieser ungleiche Verschleiß wird offensichtlicher
in Teilen des Boden-Aufstandsbereichs, insbesondere im
Schulterabschnitt, wo die Bewegung auf der Straßenoberfläche groß
ist, und neigt dazu, insbesondere in Radialreifen mit einer
gewissen Laufstreifensteifheit aufzutreten.
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Um derartige Probleme zu beseitigen, hat beispielsweise die
JP-OS Sho. 53-80602 vorgeschlagen, die Nutwände aus einem
Gummi mit hohem Verschleißwiderstand zu fertigen. Weiter
haben die JP-PSn Sho. 57-54325 und Sho. 57-15005 die
Ausbildung von Löcher mit Abstand in den Nutwänden offenbart, wo
wahrscheinlich ungleicher Verschleiß auftreten kann, und die
JP-PSn Sho. 50-29201 und Sho. 57-54324 versuchten, unebenen
Verschleiß dadurch zu verhindern, daß Vertiefungen in die
Nutwände eingeschnitten wurden.
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Wenn jedoch Löcher oder Vertiefungen vorgesehen wurden,
wurden beim Fahren auf rauher Straßenoberfläche die
örtlichen Spannungen erhöht und es wird ein Abschiefern
verursacht, das einen erhöhten ungleichen Verschleiß herbeiführt.
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Weiter beschreibt die JP-A-61119409 einen Reifen mit
Nutwänden, die aus einem faserverstärkten Gummi hergestellt sind
mit den in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen
Merkmalen.
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Wenn die Härte der Nutwände benutzt wird, wird die
Steifigkeit der Nutwände in Umfangsrichtung vergrößert, und das
Nachlaufverhalten in der Umfangsrichtung der Straßenfläche
in Umfangsrichtung blockiert, so daß eine große Spannung
verursacht wird, wenn die Ecken B1 der Rippen B oder Blöcke D
sich zu der Nut der hinteren Kante D2 bewegen, wodurch
ebenfalls die Entstehung von ungleichem Verschleiß gefördert
werden kann.
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Es ist daher ein primäres Ziel dieser Erfindung, einen
Radialreifen zu schaffen, mit dem der ungleiche Verschleiß wie
Eisenbahnschienen-Verschleiß und Fersen/Zehen-Verschleiß,
der von Laufstreifennuten abgeleitet ist, unterdrückt werden
kann.
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Als Ergebnis weiterer Untersuchungen von ungleichem
Verschleiß, der von Nuten abgeleitet war, haben die Erfinder
festgestellt, daß es bevorzugt werden sollte, die Spannungen
während der Bewegung des Laufstreifengummis, wenn er sich
nach außen bewegt, zu vermindern durch Absenken der
Umfangssteifigkeit in Umfangsrichtung des Reifens, und daß die
Verschleißrate an den Nutwänden vermindert werden kann durch
Verbessern der Radialsteifigkeit an den Nutwänden, d.h. der
kompressiven Drucksteifigkeit des Laufstreifengummis, so daß
der durch die Nut verursachte ungleiche Verschleiß
vermindert
werden kann durch Erhöhen des Verschleißwiderstandes
des Bereichs unter Vermindern der Spannung, die während der
Zeit der Bewegung zu der Nut an der hinteren Seite hin
verursacht wird.
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Dementsprechend schafft die Erfindung einen Radialreifen,
der einen mit einem mit einer Nut mit einander gegenüber
liegenden Nutwänden versehenen Laufstreifen besitzt, wobei die
Nutwände aus faserverstärktem Gummimaterial hergestellt
sind, das an jeder Seitenwand der Nut angelegt ist, um die
Nutwände zu bilden, das faserverstärkte Gummimaterial aus
einem Gummigrundmaterial und kurzen Fasern zusammengesetzt
ist, das Gummigrundmaterial mindestens ein Material aus
Naturgummi, Polyisoprengummi, Butadiengummi und
Polybutadiengummi umfaßt und die kurzen Fasern in jeder Nutwand aus
organischem Material hergestellt sind, 5 bis 30 Gew.-Teile
Fasern auf 100 Gew.-Teile Gummigrundmaterial in dem
verstärkten Gummimaterial gemischt und in der Tiefenrichtung der Nut
längs der Oberfläche der Nutwand ausgerichtet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß das verstärkte Gummimaterial die
folgenden Verhältniswerte zwischen seinem komplexen
Elastizitätsmodul Ea* in der Orientierungsrichtung der kurzen Fasern,
seinem komplexen Elastizitätsmodul Eb* in der zu der
Orientierungsrichtung senkrechten Richtung und dem komplexen
Elastizitätsmodul Ec* des Gummis in den anderen Teilen des
Laufstreifens außer den Nutwandteilen besitzt:
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1,2 < Ea*/Eb* < 5,
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1,2 < Ea*/Ec* < 3, und
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0,6 < Eb*/Ec* < 1.
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Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden nun im
einzelnen nur als Beispiele mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, in welcher:
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Fig. 1 eine Draufsicht ist, die eine Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 eine Schnittansicht nach Linie I-I der Fig.
1 ist.
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Fig. 3 eine Draufsicht ist, die eine andere
Ausführung zeigt;
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Fig. 4 eine Schnittansicht nach Linie II-II der
Fig. 3 ist,
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Fig. 5 eine Draufsicht ist, die eine andere
Ausführung zeigt;
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Fig. 6 eine Schnittansicht nach Linie III-III der
Fig. 5 ist;
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Fig. 7 eine perspektivische Darstellung ist, die
ein Beispiel eines Rohreifens zeigt, an dem
Streifen einer Verstärkungsgummimaterial-
Schicht angehängt sind;
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Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines
Verfahrens des Ausbildens einer verstärkten
Gummischicht ist;
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Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines
Rohreifens ist, an dem Stücke von verstärkter
Gummimaterialschicht angehängt sind zur Bildung
eines Reifens mit Blockmuster,
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Fig. 10 und Fig. 11 Draufsichten sind, die jeweils einen
herkömmlichen Reifen zeigen; und
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Fig. 12 eine Schnittansicht ist, die einen
Verschleißzustand zeigt.
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In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein Radialreifen-Laufstreifen 2 des
Rippentyps gezeigt, der mit zwei Zick-Zack-Längsnuten 3 an
jeder Seite des Reifenäquators CL und jeweiligen Zick-Zack-
Längsnuten axial außerhalb davon versehen ist, wodurch eine
Zentralrippe 5 zwischen zwei Längsnuten 3, zwei Mittelrippen
6, jeweils zwischen den Längsnuten 3 bzw. 4 und zwei
Seitenrippen 7 jeweils zwischen der axial äußeren Kante einer
Längsnut 4 und der Laufstreifenkante 2 gebildet sind.
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Die Nutwände 10 der Längsnuten 3 und 4 sind mit Verwendung
eines verstärkten Gummimaterials gebildet. Das verstärkte
Gummimaterial besitzt kurze Fasern 12, die in sein
Gummigrundmaterial 11 eingemischt sind, das mindestens ein
Material aus Naturgummi, Polyisopren, Butadiengummi und
Polybutadiengummi umfaßt, und verschiedene Zusätze und
Verstärkungsmittel wie Kohlenstoffruß und Siliziumoxid, die in das
Gummigrundmaterial eingemischt sind.
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Die in das verstärkte Material eingebetteten kurzen Fasern
12 sind in gleicher Richtung ausgerichtet. Die Eigenschaften
sind speziell wie folgt ausgewählt:
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Das Verhältnis Ea*/Eb* des komplexen Elastizitätsmoduls Ea*
in der Orientierungsrichtung der kurzen Fasern 12 des
verstärkten Gummimaterials zu dem komplexen Elastizitätsmodul
Eb* in einer auf die Orientierungsrichtung senkrechten
Richtung ist so ausgewählt, daß es zwischen 1,2 und 5 liegt, so
daß der komplexe Elastizitätsmodul Ea* in der
Orientierungsrichtung größer als der komplexe Elastizitätsmodul Eb* in
der zur Orientierungsrichtung senkrechten Richtung ist.
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Das Verhältnis Ea*/Ec* des komplexen Elastizitätsmoduls Ea*
in der Orientierungsrichtung zu dem komplexen
Elastizitätsmodul Ec* des Gummis in anderen Bereichen als den Nutwänden 10
wird zwischen 1,2 und 3 gewählt.
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Das Verhältnis Eb*/Ec* des komplexen Elastizitätsmoduls Eb*
in der zur Orientierungsrichtung senkrechten Richtung zum
komplexen Elastizitätsmodul Ec* des Laufstreifengummis wird
so ausgewählt, daß es zwischen 0,6 und 1 liegt.
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Dementsprechend ist der komplexe Elastizitätsmodul Eb* in
der zur Orientierungsrichtung senkrechten Richtung in einem
vorbeschriebenen Bereich kleiner als der komplexe
Elastizitätsmodul Ec* des Laufstreifengummis.
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Für diese Beschreibung wurde der komplexe Elastizitätsmodul
gemessen unter Verwendung eines
Viskoelastizitäts-Spektrometers, das hergestellt wurde durch IWAMOTO SIESAKUSYO, unter
Benutzung der Bedingungen einer Frequenz von 10 Hz, einer
Temperatur von 70 Grad und 2% dynamischer Verformung und
Verwendung einer Meßprobe, die 4 mm Breite, 30 mm Länge und 2
mm Dicke besaß. Für die kurzen Fasern wurden organische
Fasern wie Fasern aus Nylon, Reyon, Polyester, aromatischem
Polyamid, Zelluloseharz, kristallinem Polybutadien oder
Kohlenstoff und/oder anorganische Fasern wie Metallfasern,
Borwhisker oder Glasfasern verwendet.
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Diese kurzen Fasern können in verschiedenen Abmessungen
verwendet werden, im Bereich von etwa 1 bis 20 mm Länge und 2
bis 1 mm Dicke, so daß die angeführten komplexen
Elastizitätsmoduln Ea* und Eb* erhalten wurden.
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Wenn beispielsweise die kurzen Fasern 12 aus organischem
Material mit einer Dichte von 1 bis 2 hergestellt wurden, so
wurden, um das verstärkte Gummimaterial mit den oben
angeführten
komplexen Elastizitätsmoduln Ea* und Eb* zu
erhalten, die kurzen Fasern 12 mit zwischen 5 bis 30 Gew.-Teilen
auf 100 Gew.-Teile Gummigrundmaterial eingemischt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das verstärkte Gummimaterial
längs der Nutwandflächen W angeordnet, so daß die kurzen
Fasern 12 im wesentlichen parallel zur Nutwandfläche W
gelegen sind, und ihre Längsrichtung, d.h. die
Orientierungsrichtung, wird in Tiefenrichtung der Nut in den Nutwänden 10
angeordnet.
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Da die kurzen Fasern 12 auf diese Weise in der
Tiefenrichtung längs der Oberfläche W der Nutwände angeordnet sind,
wird die Radialsteifigkeit erhöht, jedoch gleichzeitig die
Zunahme der Umfangssteifigkeit unterdrückt, wobei zu
bemerken ist, daß der Ausdruck "in Tiefenrichtung längs der
Oberfläche W der Nutwand" bedeutet, daß die kurzen Fasern 12 mit
Bezug auf eine die Reifenachse enthaltende Radialebene
geneigt sein können, z.B. indem die kurzen Fasern 12 in der
Senkrechten zur Zick-Zack-Nutrichtung längs der
Nutwandfläche W angeordnet werden.
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Die Nutwände 10 besitzen eine Dicke T von 5 bis 30% der
Nuttiefe L. Falls es weniger als 5% sind, wird der Effekt der
Erhöhung der radialen Steifigkeit gering, und bei über 30%
wird die Herstellung schwierig.
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Wenn der komplexe Elastizitätsmodul Ea* in der
Orientierungsrichtung der kurzen Fasern 12 mehr als das Dreifache des
komplexen Elastizitätsmoduls Ec* des Laufstreifengummis
beträgt, wird die Kompressionssteifigkeit der Nutwände 10
außerordentlich hoch, und die Nutwand 10 bleibt bei der
Abnutzung beim Lauf übrig und steht von der Laufstreifenfläche
nach oben ab, wodurch das Aussehen verschlechtert wird.
Deswegen wird das Verhältnis Ea*/Ec* auf nicht mehr als 3
begrenzt.
Wenn das Verhältnis Ea*/Ec* geringer als 1,2 ist,
wird die Auswirkung auf das Unterdrücken von ungleichem
Verschleiß vermindert. Deswegen wird das Verhältnis Ea*/Ec*
vorzugsweise in den Bereich 1,6 bis 2,4 gesetzt. Wenn dabei die
Umfangssteifigkeit der Nutwände 10 größer als die des
Laufstreifengummis ist, neigt, wie bereits erwähnt, dieser Teil
dazu, an der Straßenoberfläche zu schlupfen und erhöhte
Spannungen aufzuweisen, wenn er sich zum Nut-Zentralbereich
bewegt, und dadurch wird ein Abrieb gefördert.
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Deswegen wird der komplexe Elastizitätsmodul Eb* in der
Richtung senkrecht zur Orientierungsrichtung der kurzen Fasern
12 kleiner als der komplexe Elastizitätsmodul Ec* des
Laufstreifengummis gemacht.
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Wenn außerdem das Verhältnis kleiner als 0,6 ist, wird der
Verschleißwiderstand des Gummis selbst an den Nutwänden 10
herabgesetzt.
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Deswegen wird das Verhältnis Eb*/Ec* so festgesetzt, daß es
0,6 bis 1,0 beträgt und mehr bevorzugt auf einen Wert
zwischen 0,7 und 0,9. Als Ergebnis wird das Verhältnis Ea*/Eb*
des komplexen Elastizitätsmoduls in der
Orientierungsrichtung der kurzen Fasern 12 zu dem komplexen Elastizitätsmodul
in der Richtung senkrecht dazu so festgesetzt, daß er, wie
vorstehend angegeben, 1,2 bis 5 und mehr bevorzugt zwischen
1,78 und 3 beträgt.
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Um solche Nutwände 10, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind,
auszubilden, werden Streifen einer verstärkten
Gummimaterialschicht 14, wie in Fig. 7 dargestellt, auf den Rohreifen
aufgesetzt, d.h. auf den Rohreifengummi parallel zur
Umfangsrichtung des Reifens an den Stellen, wo die Längsnuten 3
und 4 entstehen. Dann werden der Rohlaufstreifengummi und
die Streifen 14 aus der verstärkten Gummimaterialschicht
beim Formen und Vulkanisieren des Rohreifens zu Nuten
geformt.
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Die verstärkte Gummimaterialschicht ist eine breite Schicht
15, die durch Kalenderwalzen geformt oder extrudiert wird,
wie in Fig. 8 gezeigt, wobei die die darin eingebetteten
kurzen Fasern 12 gleichmäßig in Längsrichtung derselben
angeordnet sind.
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Die breite Schicht 15 wird daraufhin rechtwinklig in die
gewünschten breiten Streifen 14 und 16 geschnitten.
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Wie in Fig. 4 gezeigt, werden, wenn es erforderlich ist,
eine Nutwand mit Ausladungen 16 längs der Oberfläche der
Rippen 5, 6 und 7 auszubilden, die verstärkten
Gummimaterialstreifen wie in Fig. 3 geschnitten und gelegt.
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Um die Herstellung eines Reifens mit den in Fig. 1
dargestellten Nutwänden 10 zu unterstützen, können die aus
verstärktem Gummimaterial bestehenden Streifen 14 in Zick-Zack-
Form gebildet werden, entsprechend der Zick-Zack-Gestalt der
Längsnuten 3 und 4.
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Weiter werden bei einem Blocktypreifen nach Fig. 5 beim
Einbringen des verstärkten Gummimaterials in die Nutwände 10
der Quernuten 10, d.h. der vorderen Kanten D1 und der
hinteren Kanten D2 der Blöcke, Stücke aus verstärkter
Gummimaterialschicht 17 auf die erforderlichen Teile der Quernuten 10
aufgelegt, wie in Fig. 9 gezeigt.
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Verschiedene Arten von Lastwagen-Testreifen der Größe
10.00R20 mit fünf Rippen nach Fig. 1 wurden versuchsweise
hergestellt und als Arbeitsbeispiel-Reifen 1 bis 4 sowie als
Referenzbeispiel-Reifen 1 bis 4 entsprechend den in Tabelle
1 gegebenen Spezifikationen verwendet.
Tabelle 1
Arbeitsbeispiel-Reifen
Vergleichsreifen
Laufstreifen-Gummimasse *1
Naturgummi
Kohlenstoffruß ISAF
Faserverstärktes Gummimaterial *1
Kurze Faser *2
Nutwandteil
Dicke T (mm)
Komplexer Elastizitätsmodul
Ungleicher Verschleiß H (mm)
BEMERKUNGEN:
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*1 Tabelle 1 gibt Gewichtsteile an.
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Zusätzlich zu dem angegebenen Gummi-Grundmaterialien und -Verstärkungsmitteln waren
gemeinsam die folgenden Zusätze enthalten:
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Aromatisches Öl 2
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Anti-Alterungsmittel IPPD 1,5
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Mikrokristallin-Wachs 1,0
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Stearinsäure 2,5
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Zinkweiß 4,5
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Schwefel 1,5
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Aktivator MSA 0,75
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*2 Fasern vom Zellulose-Typus: Santwave R (Handelsname)
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Jeder Reifen wurde auf seine festgelegte Felge aufgezogen
und auf einen Innendruck von 7,25 kp/cm² aufgepumpt und nach
Lauf auf befestigten Straßen über 50.000 km wurde die durch
Verschleiß der Rippenecken B1 entstandene Stufenhöhe H an 10
Stellen gemessen. Der Mittelwert ist in Fig. 1 gezeigt.
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Bei jedem Arbeitsbeispiel-Reifen 1 bis 4 war das Ausmaß
ungleichen Verschleißes gering im Vergleich zu dem Verschleiß
bei den Referenzbeispielen.
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Bei dem Referenzbeispiel 4 mit außerordentlich großem
komplexen Elastizitätsmodul Ea* waren die Nutwände um 0,7 mm
aufgegangen.
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Es wurden die Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung
beschrieben als solche, die eine ausreichende Standhaftigkeit
gegenüber ungleichem Verschleiß besitzen.
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Wie hier auch beschrieben, kann bei den Radialreifen der
vorliegenden Erfindung, deren Nutwände durch ein mit kurzen
eingemischten Fasern verstärktes Gummimaterial gebildet sind
und bvei denen und diese kurzen Fasern in der Richtung längs
der Nutwandfläche orientiert sind, die radiale Steifigkeit
oder die kompressive Steifigkeit verbessert werden bei
gleichzeitigem Absenken der Umfangssteifigkeit, und es ist
möglich, den Verschleißwiderstand zu erhöhen bei Erniedrigen
der Spannung zum Zeitpunkt der Bewegung zu der Nut hin. Als
ein Ergebnis kann ungleicher Verschleiß wie
Eisenbahnschienen-Verschleiß und Fersen/Zehen-Verschleiß verhindert und
das Aussehen des Reifens verbessert werden, wobei
gleichzeitig die Lebensdauer des Reifens verlängert werden kann unter
Aufrechterhalten des Traktions- und Bremsverhaltens.