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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf radiale Luftreifen, die
bei hohem Innendruck und starker Belastung verwendet werden, wie
Flugzeugreifen und dergleichen, und insbesondere auf eine Verbesserung einer
Gürtelstruktur bei dem radialen Luftreifen, aufgrund der gleichzeitig die
Schnittfestigkeit, die Haltbarkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen
ungleichmäßige Abnutzung verbessert werden können.
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Die bei hohem Innendruck und starker Belastung verwendeten Reifen
erfordern im Hinblick auf die Druckfestigkeit einen Gürtel, der eine
Vielzahl von Cordschichten aufweist. Bei den radialen Luftreifen für
Flugzeuge wird insbesondere gefordert, daß bei dem Drucktest bei einem
Druck, der viermal so hoch wie der Betriebsdruck ist, kein Bruch erfolgt.
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In diesem Zusammenhang ist eine Umfangsgürtelstruktur bekannt, die
in einer im wesentlichen zu dem Äquator des Reifens parallelen Richtung
(die nachstehend als die Umfangsrichtung bezeichnet wird) angeordnete
Cordfäden enthält, und die Anforderung bezüglich der gewünschten
Druckfestigkeit bei einer minimalen Anzahl von Gürtelschichten erfüllt.
Außerdem wird eine Verbundgürtelstruktur vorgeschlagen, die aus der obigen
Umfangscordschicht und sich überkreuzenden Cordschichten besteht, wobei
sich die Cordfäden dieser Cordschichten unter einem Winkel bezüglich des
Äquators des Reifens überkreuzen.
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Bei dem aus vielen Umfangscordschichten bestehenden Gürtel wird eine
hohe Spannung in dem Gürtel über den Umfang des Reifens erzeugt, so daß der
Reifen Schnittbeschädigungen durch auf der Fahrbahn verstreute Steine,
Eisenteile und dergleichen aushalten kann.
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Da Reifen, die für normale Fahrzeuge bestimmt sind, keinen harten
Verwendungsbedingungen unterworfen werden, gibt es nicht das Problem, daß
die Reifen platzen, selbst wenn in einem gewissen Maße äußere
Beschädigungen hervorgerufen werden. Bei Reifen, die bei hohem Innendruck und starker
Belastung verwendet werden, wie beispielsweise Flugzeugreifen, können die
Reifen jedoch infolge der äußeren Beschädigungen platzen, so daß eine
schlechte Schnittfestigkeit zu einem ernsthaften Problem wird.
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Wenn eine Vielzahl von Umfangscordschichten bei dem Gürtel verwendet
wird, ist außerdem die Dehnung des Gürtels in Umfangsrichtung behindert,
so daß das Problem, daß eine ungleichmäßige Abnutzung infolge Nachziehens
des Schulterbereichs hervorgerufen werden kann, nicht vollständig gelöst
ist.
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Andererseits kann bei der Gürtelstruktur, die aus sich überkreuzenden
Cordschichten besteht, die Cordfäden enthalten, die unter einem
Neigungswinkel von 10-70º bezüglich des Äquators des Reifens angeordnet sind,
verglichen mit dem Fall der Umfangscordschicht eine Dehnung infolge der
Änderung des Cordfadenwinkels oder einer Verformung des Gummis zwischen den
Cordfäden hervorgerufen werden, so daß die obige Widerstandsfähigkeit gegen
ungleichmäßige Abnutzung und die Schnittfestigkeit wesentlich verbessert
sind, wobei jedoch, verglichen mit der Gürtelstruktur der
Umfangscordschichten, die Anzahl der für die Druckfestigkeit erforderlichen
Gürtelschichten zunimmt, und dann, wenn die Gürtelstruktur insbesondere bei
starker Belastung verwendet wird, die Wärmestauung zunimmt, wodurch die
Temperatur des Gürtelbereichs ansteigt, und folglich vorzeitig ein
Trennungsausfall bei dem Gürtelbereich hervorgerufen wird.
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Außerdem wird auf die das Dokument US-A-3298417 hingewiesen, in dem
die Verwendung einer Cordeinlage aus einem Nylon-6,6-Polymer zur
Verstärkung von Reifen, insbesondere Diagonalreifen, beschrieben wird.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die obenerwähnten Probleme zu
beseitigen und eine Gürtelstruktur vorzuschlagen, die gleichzeitig die
Anforderungen bezüglich der Schnittfestigkeit, der Widerstandsfähigkeit
gegen ungleichmäßige Abnutzung, und der Haltbarkeit erfüllt.
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Gemäß der Erfindung wird ein radialer LKW-Luftreifen für hohen
Innendruck vorgeschlagen, mit einer Karkasse, die eine toroidförmige, radiale
Struktur aufweist, und aus einer Vielzahl von Lagen besteht, von denen jede
parallel zueinander angeordnete Cordfäden aus organischer Faser enthält,
und einem Gürtel, der über einer Krone der Karkasse angeordnet ist, um die
Reifenlauffläche zu verstärken, und der parallel zueinander angeordnete
Cordfäden aus organischer Faser enthält, wobei zum Bilden des Gürtels eine
Vielzahl von gummigetränkten Schichten angeordnet wird, von denen jede
Cordfäden enthält, die aus Fasern aus Nylon 6,6-Polymer hergestellt sind,
das nicht weniger als 95 Molprozent Polyhexamethylenadipamid-Grundeinheit
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Cordfäden eine
Festigkeit von nicht weniger als 9,0 g/d und einen anfänglichen Elastizitätsmodul
von nicht mehr als 80 g/d in dem getränkten Zustand des Cordfadens nach dem
Verdrillen und Behandeln mit einem Kleber hat.
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Vorzugsweise überkreuzen sich die Cordfäden der gummigetränkten
Schichten unter einem Neigungswinkel von 10 bis 70º bezüglich der
Aquatorebene des Reifens.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Cordfaden
eine Festigkeit von nicht weniger als 9,5 g/d in dem getränkten Zustand.
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Die Festigkeit S (g/d) des Cordfadens in dem getränkten Zustand nach
dem Verdrillen und Behandeln mit Kleber wird durch die folgende Gleichung
wiedergegeben:
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S = Sd/D (g/d), vorausgesetzt, daß D = Dd x (100/100+Pd) ist,
wobei Sd die Reißlast (g), Dd das bei dem getränkten Cordfaden gemessene
Denier-Gewicht (d), und Pd die nach der Auflösungsmethode gemessene, beim
Tränken aufgenommene Materialmenge (%) ist. Sd, Dd und Pd werden dabei
gemäß JIS L1017 gemessen.
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Außerdem ist der anfängliche Elastizitätsmodul M (g/d) ein
anfänglicher Zugfestigkeitsgrad (g/d) bei der Last/Dehnungs-Kurve des getränkten
Cordfadens bei dem Standardtest gemäß JIS L1017. Das heißt, bei der
Last/Dehnungs-Kurve wird ein maximaler Punkt von Laständerung zu
Dehnungsänderung nahe bei dem Ursprung gemessen, und nach 10% Dehnung ab dem
Schnittpunkt zwischen der Tangente an diesem Punkt und der Abszisse wird eine
senkrechte Linie gezogen, die die obige Tangente schneidet, wobei bei
diesem Schnittpunkt eine Last W gemessen wird. Die gemessene Last W wird
benutzt, um den anfänglichen Elastizitätsmodul nach der folgenden Gleichung
zu bestimmen:
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M (g/d) = 10 x W/D, vorausgesetzt, daß D = Dd x (100/100+Pd) ist.
Der anfängliche Elastizitätsmodul wird als Mittelwert von 10 oder mehr
Meßwerten angegeben.
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Der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, die Folgendes darstellen:
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Die Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht einer
Ausführungsform eines Flugzeugreifens gemäß der Erfindung.
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Die Figur 2 ist ein Diagramm, das die Berechnungsmittel des
anfänglichen Elastizitätsmoduls wiedergibt.
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Um den Trennungsausfall zu verhindern, der im Falle der
Gürtelstruktur mit sich überkreuzenden Cordschichten unvermeidlich ist, ist es
erforderlich, Cordfäden mit hoher Festigkeit zu verwenden, und die Anzahl der
in dem Gürtel verwendeten Cordschichten zu vermindern. Wenn beispielsweise
die aus Polyamid oder dergleichen hergestellten Cordfäden mit hoher
Festigkeit für den obigen Zweck verwendet werden, kann die Anzahl der
Cordschichten vermindert werden, aber in dem Endbereich des Gürtels bilden
sich immer noch Risse, die den Trennungsausfall hervorrufen.
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Die ganze Verformung wird von den sich überkreuzenden Cordschichten,
das heißt, dem Gürtel, aufgenommen, und zwar durch die Dehnung der
Cordfäden, die Verformung des Gummis zwischen den Cordfäden, und die Anderung des
Cordfadenwinkels. Im Falle eines hohen Elastizitätsmoduls, wie bei Aramid
oder dergleichen, dehnen sich die Cordfäden kaum, und folglich konzentriert
sich die Verformung auf den Gummi zwischen den Cordfäden, wodurch der
Trennungsausfall vorzeitig hervorgerufen wird. Außerdem ist eine Struktur
bekannt, die die Konzentration der Dehnung in dem Endbereich des Gürtels
verringert, wozu eine weitere Cordschicht auf besondere Weise so gefaltet
wird, daß sie den Gürtelendbereich einschließt, aber in diesem Fall ist die
Haltbarkeit noch ungenügend.
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Für diesen Zweck sind die Cordfäden, die einen niedrigen
Elastizitätsmodul und eine hohe Festigkeit haben, besonders vorteilhaft.
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Als solche Cordfäden für Reifen werden Nylon-6,6-Cordfäden infolge
ihrer guten Haftung an Gummi bei Diagonalreifen für Flugzeuge und
dergleichen häufig verwendet, wie beispielsweise in dem Dokument US-A-3298417
angegeben ist.
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In dem Fall von Radialreifen, bei denen ein Gürtel mit sich
überkreuzenden Cordschichten verwendet wird, sollte jedoch, selbst wenn die in
herkömmlicher Weise verwendeten Nylon-6,6-Cordfäden in unveränderter Form
angewandt werden, die Umfangsspannung hauptsächlich von dem gegenüber dem
Diagonalreifen verschiedenen Gürtel getragen werden, da die Carcassenlagen-
Cordfäden in der radialen Richtung angeordnet sind, so daß im Vergleich zu
dem Diagonalreifen die Gesamtdicke des Kronenbereichs zwangsläufig zunimmt,
oder im Vergleich zu dem Radialreifen, bei dem der aus den
Umfangscordschichten bestehende Gürtel verwendet wird, die Anzahl der
Gürtel-Cordschichten zunimmt. Folglich nimmt bei den großen Reifen die Wärmestauung
besonders stark zu, und daher kann das Problem der Haltbarkeit noch nicht
gelöst werden.
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Gemäß der Erfindung ist es daher erforderlich, daß
Nylon-6,6-Cordfäden von hoher Festigkeit, die nicht weniger als 95 Molprozent
Polyhexamethylenadipamid-Grundeinheit aufweisen und eine Festigkeit von nicht weniger
als 9,0 g/d, vorzugsweise nicht weniger als 9,5 g/d, und einen anfänglichen
Elastizitätsmodul von nicht mehr als 80 g/d in dem getränkten Zustand nach
dem Verdrillen und Behandeln mit einem Kleber haben, in jeder der
Gürtelcordschichten parallel zueinander angeordnet sind, und die Cordfäden dieser
Schichten sich vorzugsweise unter einem Neigungswinkel von 10 bis 70º
bezüglich des Äquators des Reifens überkreuzen. Das heißt, der Gürtel, der
aus den obigen, sich überkreuzenden Cordschichten gemäß der Erfindung
besteht, erfüllt die Anforderungen des Drucktests, ohne daß die Anzahl der
Gürtelcordschichten übermäßig erhöht wird, und der Trennungsausfall bei dem
Gürtel bereich infolge der übermäßigen Wärmestauung kann verhindert werden.
Außerdem weisen diese Cordfäden einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul
auf, so daß die Dehnungskonzentration in dem Gummi zwischen den Cordfäden
in dem Endbereich des Gürtels klein ist, und die Haltbarkeit wesentlich
verbessert ist. Außerdem besteht der Gürtel gemäß der Erfindung, wie oben
erwähnt, aus sich überkreuzenden Cordschichten, so daß er in
Umfangsrichtung leicht dehnbar ist, und die Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige
Abnutzung und die Schnittfestigkeit sind gleichzeitig verbessert.
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Um die Haltbarkeit hinsichtlich des Trennungsausfalls in dem
Endbereich des aus den sich überkreuzenden Cordschichten bestehenden Gürtels zu
verbessern, werden bei der Herstellung des Gürtels vorzugsweise beide
Endbereiche der Gürtelcordschicht gefaltet.
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Wenn der Reifen wie bei dem Flugzeugreifen als
Hochgeschwindigkeitsreifen verwendet wird, kann eine einzelne Umfangscordschicht auf dem
äußeren Umfang des obigen Gürtels angeordnet werden, um die
Widerstandsfähigkeit
gegen stehende Wellen und die Widerstandsfähigkeit gegen Ablösung
in dem Gürtel bereich infolge der Zentrifugalkraft zu verbessern. Wenn
mehrere Umfangscordschichten auf dem äußeren Umfang des Gürtels angeordnet
werden, werden die Schnittfestigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen
ungleichmäßige Abnutzung in unerwünschter Weise beeinträchtigt, wie dies
oben erwähnt wurde.
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Garne für die bei der Gürtelcordschicht verwendeten
Nylon-6,6-Cordfäden von hoher Festigkeit werden nach einem in dem ausgelegten japanischen
Patent 60-162.828 beschriebenen Verfahren hergestellt.
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Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Erfindung
wiedergegeben und stellen keine Begrenzung der Erfindung dar.
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Die in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Garne können innerhalb
eines Verdrillungskoeffizient-Bereichs von 0,3 0,6 verwendet werden,
wobei der Verdrillungskoeffizient durch die folgende Gleichung (1)
wiedergegeben wird:
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wobei NT der Verdrillungskoeffizient, T die Verdrillungszahl
(Verdrillungen/10 cm), D das gesamte Denier, und die Dichte des Cordfadens ist. Wenn
der Verdrillungskoeffizient zu klein ist, wird eine geringe
Widerstandsfähigkeit gegen Druckermüdung in dem Cordfaden erhalten, und wenn er zu
groß ist, wird die Festigkeit des Cordfadens in ungünstiger Weise
vermindert.
Tabelle 1
Vergleichsbeispiel 1
Beispiel 1
Garn Denier (d)
Gesamtes Denier (d)
Festigkeit (g/d)
Anfänglicher Elastizitätsmodul (g/d)
Reißdehnung (%)
Wärmeschrumpfung 150ºC (%)
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Die Eigenschaften der verdrillten Cordfäden mit beispielsweise einem
Verdrillungskoeffizienten von 0,46, die mit einem Kleber aus gewöhnlich RFL
behandelt wurden und danach getränkt wurden, sind in der folgenden Tabelle
2 wiedergegeben.
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Der in der Tabelle 2 wiedergegebene anfängliche Elastizitätsmodul ist
der Mittelwert von 10 oder mehr Meßwerten gemäß der folgenden Gleichung:
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M (g/d) = 10 x W/D, vorausgesetzt, daß D = Dd x (100/100+Pd) ist.
Was die gemäß JIS L1017 definierte, anfängliche Zugfestigkeit (g/d)
betrifft, so ist die Last/Dehnungs-Kurve der getränkten Cordfäden in der
Figur 2 als ausgezogene Linie wiedergegeben, bei der ein maximaler Punkt
(P) von Laständerung zu Dehnungsänderung nahe bei dem Ursprung bestimmt
wurde. Weiterhin wurde eine Tangente (gestrichelte Linie) an diesem Punkt
eingezeichnet, um einen Schnittpunkt (T) mit der Abszisse zu erhalten.
Danach wurde an einem Punkt (H), der 10% Dehnung ab diesem Punkt (T)
entspricht, eine senkrechte Linie gezogen, um einen Schnittpunkt (A) mit
der Tangente zu erhalten. Bei diesem Schnittpunkt wird eine Last (W)
abgelesen, und in die obige Gleichung eingesetzt.
Tabelle 2
Vergleichsbeispiel 1
Beispiel
Bauweise (Denier)
Verdrillungszahl (aufwärts und abwärts)
Festigkeit (g/d)
Reißfestigkeit (kg)
Anfänglicher Elastizitätsmodul (g/d)
Reißdehnung (%)
Wärmeschrumpfung (%)
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Die obigen Cordfäden wurden bei einer Cordschicht des Gürtels
verwendet, um verschiedene Reifen herzustellen, wie dies nachstehend angegeben
ist.
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In der Figur 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Flugzeugreifens wiedergegeben, wobei die Kennziffer 1 eine Karkasse, die
Kennziffer
2 einen Gürtel aus sich überkreuzenden Cordfäden, die Kennziffer 3
eine Lauffläche, und die Kennziffer 4 einen Wulstkern bezeichnet.
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Dieser Flugzeugreifen hat die Reifengrüße H46 x 18.0 R20, wobei die
Nylon-6,6-Cordfäden (1680 d/3) in der Karkasse unter einem Winkel von
ungefähr 90º bezüglich des Äquators des Reifens angeordnet sind.
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Bei dieser Ausführungsform hat die Karkasse 1 eine von oben nach
unten gerichtete Schichtstruktur aus 4 Lagen, die von der Innenseite nach
der Außenseite des Reifens um den Wulstkern 4 herum gelegt sind, und 1
Lage, die längs der Außenseite des nach oben verlaufenden Bereichs zu der
Wulstzehe hin gerichtet ist.
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Bei dieser Ausführungsform sind insgesamt 10 sich uberkreuzende
Cordschichten des Gürtels 2 vorgesehen, wobei eine Gürtellage gefaltet ist, um
zwei Gürtelschichten zu bilden, und außerdem zwei Gürtellagen, von denen
jede freie Seitenenden hat, in die gefaltete Gürtellage eingeschlossen
sind.
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In der folgenden Tabelle 3 sind die Meßergebnisse für die Gürtel
haltbarkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung (Abnutzung
der Rippe bei dem Schulterbereich), und die Schnittfestigkeit (Last, die
Gürtelbruch bei Stoßen des Vorsprungs hervorruft) bei der Gürtelstruktur
verschiedener Beispiele, einschließlich des Beispiels A der Figur 1 und der
Vergleichsbeispiele wiedergegeben.
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Die Karkassenstruktur der Reifen in der Tabelle 3 ist die gleiche wie
in der Figur 1. Außerdem ist die Anzahl der Cordschichten bei jeder
Gürtelstruktur der Tabelle 3 so gewählt, daß die Anforderungen des Drucktests
erfüllt werden (kein Bruch bei einem Druck, der dem vierfachen
Betriebsdruck entspricht).
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Der Test für die Gürtelhaltbarkeit in der Tabelle 3 wurde gemäß dem
FAA-Standard ausgeführt, wobei eine Startsimulation, bei der die
Geschwindigkeit unter Last von 0 Meilen/h bis auf 225 Meilen/h erhöht wurde, und
dann die Last weggenommen wurde, 50 Mal nacheinander ausgeführt wurde.
Danach wurde der Reifen zerschnitten, und auf Risse in dem Gürtel bereich
untersucht.
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Was die Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung betrifft,
so wird die Abnutzung der Rippe in dem Laufflächen-Schulterbereich
(mittlere Abnutzungstiefe jeder Rippe) nach dem Abnutzungs-Beschleunigungstest
auf einer Trommel durch eine Indexziffer mit der Basis 100 für die
Abnutzung bei der mittleren Rippe wiedergegeben. Wenn die Indexziffer nahe
bei 100 liegt, nähert sich die Abnutzung der Schulterrippe der Abnutzung
der Rippe in den mittleren Laufflächenbereich, woraus die Verbesserung der
Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung bei den Schulterrippen
ersichtlich ist.
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Was die Schnittfestigkeit betrifft, so wird ein Vorsprung, der eine
halbkugelförmige Spitze von 20 mm Durchmesser aufweist, gegen den Reifen
gestoßen, um die Last zu messen, die den Bruch der Gürtelcordfäden
hervorruft.
Tabelle 3(a)
Gürtelstruktur
Umfangs-Cordschicht
Sich überkreuzende Cordschichten
Gürtel-Haltbarkeit
Abnutzung der Rippe in dem Schulterbereich (Indexziffer auf der Basis 100 für die mittlere Laufflächen-Rippe)
Last, die beim Stoßen des Vorsprungs Gürtelbruch hervorruft (Indexziffer auf der Basis 100 für die normale Last)
Anzahl
Cordwinkel
Cordmaterial
Cordart
Cordfadenzahl/5 cm
abwechselnd überkreuzt unter 20º links und rechts
Nylon-6,6 von hoher Festigkeit*
50 Testläufe ausgeführt (keine Risse in dem Gürtelbereich)
kein Gürtelbruch bei 100% Last
Beispiel
Gürteltrennung nach 30 Testläufen
Vergleichsbeispiel
* Die Cordfäden der Beispiele 1 und 2 in der Tabelle 2 bestehen aus Nylon-6,6 von hoher Festigkeit,
und die Cordfäden des Vergleichsbeispiels 1 in der Tabelle 2 bestehen aus Nylon-6,6.
Tabelle 3(b)
Gürtelstruktur
Umfangs-Cordschicht
sich überkreuzende Cordschichten
Gürtel-Haltbarkeit
Abnutzung der Rippe in dem Schulterbereich (Indexziffer auf der Basis 100 für die mittlere Laufflächen-Rippe)
Last, die beim Stoßen des Vorsprungs Gürtelbruch hervorruft (Indexziffer auf der Basis 100 für die normale Last)
Anzahl
Cordwinkel
Cordmaterial
Cordart
Cordfadenzahl/5 cm
abwechselnd überkreuzt unter 20º links und rechts
Aramid
Gürteltrennung nach Testläufen
kein Gürtelbruch bei 100% Last
Vergleichsbeispiel
Nylon-6,6
50 Testläufe ausgeführt (keine Risse in dem Gürtelbereich)
Gürteltrennung bei 28 % Last
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Wie oben erwähnt wurde, können gemäß der Erfindung die
Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung, und die Schnittfestigkeit des
radialen LKW-Luftreifens gleichzeitig verbessert werden, ohne die
Haltbarkeit nachteilig zu beeinflussen, was bei den herkömmlichen Reifen bisher
nicht möglich war.
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Die erfindungsgemäßen Reifen können radiale Luftreifen sein, die bei
hohem Innendruck für Schwerlastfahrzeuge bestimmt sind.