DE60205814T2

DE60205814T2 - Luftreifen

Info

Publication number: DE60205814T2
Application number: DE60205814T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Chuo-ku Miyazaki; Kazumi Chuo-ku Yamazaki; Osamu Chuo-ku Toda
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2022-06-29
Also published as: US20030010418A1; EP1270270A1; JP4283463B2; JP2003011610A; DE60205814D1; EP1270270B1; US6926053B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen, insbesondere auf eine Laufflächenverstärkungsgürtelstruktur, die in der Lage ist, die Schnelllaufhaltbarkeit und das Geräuschverhalten zu verbessern.
Im Allgemeinen sind Radialreifen für die Schnelllaufverwendung in dem Laufflächenabschnitt mit einem Breaker und einem Band, das als Ring dient, versehen, um die Schnelllaufhaltbarkeit zu verbessern. Um solch ein Laufflächenband zu verstärken, werden bisher verbreitet Korde aus organischen Fasern, insbesondere Nylonkorde verwendet, da Nylonkorde sich während des Vulkanisierens des Reifens und der Heißhärtung nach dem Vulkanisieren dehnen können, um einen hohen Elastizitätsmodul zu zeigen, der für das Laufflächenband erforderlich ist.
In den letzten Jahren besteht andererseits eine große Nachfrage nach einem Luftreifen, der geräuscharm ist und der eine hervorragende Haltbarkeit bei Schnelllauf aufweist. Besonders bemerkenswert ist solch eine Nachfrage bei Personenwagenreifen.
Die WO-A-9 730 856 offenbart einen Reifen mit einem Band, das radial außerhalb einer Karkasslage in einem Laufflächenabschnitt angeordnet ist, wobei das Band aus Korden besteht, die aus miteinander verdrillten Metallfilamenten hergestellt sind, um einen variablen Elastizitätsmodul mit einem Übergangspunkt aufzuweisen. Unterhalb des Übergangspunktes beträgt der Elastizitätsmodul maximal 10 kN/mm², um das Formen des Reifens in der Heizform zu erleichtern, und oberhalb des Übergangspunktes beträgt der Elastizitätsmodul des Bandes etwa 80 kN/mm², so dass das Band im Betrieb beinahe undehnbar ist. Der Fahrkomfort dieses Reifens ist noch nicht optimal.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen bereitzustellen, dessen Fahrkomfort verbessert ist, ohne dass dies zu Lasten der Schnelllaufhaltbarkeit bzw. des Geräuschverhaltens geht.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Luftreifens gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Last-Dehnungs-Kurve eines Bandkords.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Bandkords.
4 zeigt ein gewelltes Filament.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Bandes.
In 1 umfasst ein Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Laufflächenabschnitt 2, ein Paar axial beabstandeter Wulstabschnitte 4 mit jeweils einem Wulstkern 5 darin, ein Paar Seitenwandabschnitte 3, eine Karkasse 6, die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 durch den Laufflächenabschnitt 2 und die Seitenwandabschnitte 3 erstreckt, einen Breaker 7, der radial außerhalb der Karkasse 6 in dem Laufflächenabschnitt 2 angeordnet ist, und ein Band 9, das radial außerhalb des Brea kers 7 angeordnet ist. In diesem Beispiel ist der Luftreifen 1 ein Radialreifen für Personenwagen.
Die Karkasse 6 besteht aus zumindest einer Lage 6A aus unter einem Winkel von 70 bis 90 Grad in Bezug auf die Reifenumfangsrichtung angeordneten Karkasskorden, die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 durch den Laufflächenabschnitt 2 und die Seitenwandabschnitte 3 erstrecken und von der Innenseite zu der Außenseite des Reifens um den Wulstkern 5 in jedem Wulstabschnitt 4 umgeschlagen sind, um ein Paar Umschlagabschnitte 6b und einen Hauptabschnitt 6a dazwischen zu bilden. Im Übrigen ist zwischen dem Hauptabschnitt 6a und jedem Umschlagabschnitt 6b ein Wulstkernreitergummi 8 angeordnet, der sich von dem Wulstkern 5 radial nach außen erstreckt, während er sich in seiner radialen Richtung verjüngt.
Was das Material für die Karkasskorde betrifft, werden im Fall von Personenwagenreifen geeigneterweise Korde aus organischen Fasern, z. B. Nylon, Polyester, Rayon, aromatischem Polyamid und dergleichen verwendet. Es werden aber auch Stahlkorde gemäß der Reifengröße, -kategorie, -verwendung und dergleichen verwendet.
In diesem Beispiel besteht die Karkasse 6 aus einer Lage 6A aus Korden aus Polyethylenterphthalatfasern, die radial unter 90 Grad in Bezug auf den Reifenäquator angeordnet sind. Und die Umschlagabschnitte 6b erstrecken sich radial nach außen über das radial äußere Ende des Wulstkernreitergummis 8 hinaus, so dass sie an den Hauptabschnitt 6a angrenzen, und erstrecken sich weiter über den Punkt Pm der maximalen Reifenquerschnittsbreite hinaus und enden in dem Seitenwandabschnitt 3.
Der Breaker 7 besteht aus zumindest zwei gekreuzten Lagen 7A und 7B aus Korden mit einem hohen Modul, die unter einem Winkel von 10 bis 35 Grad in Bezug auf die Reifenumfangsrichtung gelegt sind. Für die Breakerkorde werden geeigneterweise Stahlkorde oder Korde aus organischen Fasern mit einem hohen Modul, z. B. aromatischen Polyamidfasern, aromatischen Polyesterfasern und dergleichen verwendet. In diesem Beispiel besteht der Breaker 7 aus zwei gekreuzten Lagen 7A und 7B aus unter einem Winkel von 20 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegten Stahlkorden.
Das Band 9 besteht aus zumindest einer Lage 9A aus zumindest einem Bandkord 10, dessen mit der Reifenumfangsrichtung gebildeter Kordwinkel nicht mehr als 5 Grad beträgt. In diesem Beispiel besteht das Band 9 aus nur einer Lage 9A, die an der radial äußeren Oberfläche des Breakers 7 angeordnet ist und sich über die gesamte Breite des Breakers 7 erstreckt.
Der Bandkord 10 weist eine derartige Last-Dehnungs-Kennlinie auf, dass, wie in 2 gezeigt, die Last-Dehnungs-Kurve Y einen Niedrigmodulteil YL zwischen dem Ursprung P0 und einem Punkt P1, in welchem Teil der Elastizitätsmodul EL weniger als 1000 kgf/ mm² beträgt, und einem Hochmodulteil YH zwischen dem Punkt P1 und einem (nicht gezeigten) Bruchpunkt, in welchem Teil der Elastizitätsmodul EH mehr als 1000 kgf/mm² beträgt, aufweist. Somit ist der Punkt P1 der Übergangspunkt von dem Niedrigmodulteil YL zu dem Hochmodulteil YH oder von weniger als 1000 kgf/mm² zu mehr als 1000 kgf/mm². Da der Elastizitätsmodul E der Steigung der Tangente K zu der Last-Dehnungs-Kurve Y entspricht, entspricht die Steigung an dem Übergangspunkt P1 dem Modul von 1000 kgf/mm². Mit anderen Worten, der Punkt P1 kann als solcher definiert werden.
Was die Position des Übergangspunktes P1 betrifft, so ist diese in dem Dehnungsbereich von 1,0 bis 5,0 % festgelegt.
In diesem Beispiel ist, wie in 2 gezeigt, der Niedrigmodulteil YL beinahe gerade. Insbesondere ist der Modul im Wesentlichen durch zumindest 60 % der Gesamtlänge des Niedrigmodulteils YL konstant. Der Niedrigmodulteil YL umfasst solch einen im Wesentlichen geraden, kontinuierlichen Teil YL1.
Es ist zu bevorzugen, dass der durchschnittliche Elastizitätsmodul ELn in dem Niedrigmodulteil YL in einem Bereich von 500 bis 750 kgf/mm² festgelegt wird und der durchschnittliche Elastizitätsmodul EHn in dem Hochmodulteil YH in einem Bereich von 1200 bis 3000 kgf/mm² festgelegt wird.
Der durchschnittliche Elastizitätsmodul ELn ist hier definiert als ein Elastizitätsmodul, der der Steigung einer geraden zwischen dem Ursprung P0 und dem Übergangspunkt P1 gezogenen Linie entspricht. Der durchschnittliche Elastizitätsmodul EHn ist definiert als ein Elastizitätsmodul, der der Steigung einer geraden, zwischen dem Übergangspunkt P1 und dem Bruchpunkt gezogenen Linie entspricht. Mit anderen Worten, der durchschnittliche Elastizitätsmodul ELn ist das Verhältnis der Spannungsdifferenz zur Dehnungsdifferenz, jeweils zwischen dem Ursprung P0 und dem Übergangspunkt P1. Der durchschnittliche Elastizitätsmodul EHn ist das Verhältnis der Spannungsdifferenz zur Dehnungsdifferenz, jeweils zwischen dem Übergangspunkt P1 und dem Bruchpunkt.
Beim Vulkanisieren des Rohreifens in einer Heizform ist ein bestimmter Grad an Dehnung für das Rohband erforderlich, um eine Verformung des Reifens und eine Verringerung der Reifengleichförmigkeit zu verhindern.
Da der Modul des Bandkords 10 im Anfangsstadium der Dehnung relativ klein ist, kann die notwendige Dehnung des Rohbandes gesichert werden. Andererseits verschiebt sich in dem fertig gestellten Reifen, da die Dehnung fixiert ist, die Last-Dehnungs-Kennlinie des Bandkords 10 in Richtung des Hochmodulteils YH und auf Grund des sehr hohen Moduls kann die Ringwirkung des Bandes im Vergleich mit dem herkömmlichen Kordband aus organischen Fasern erheblich verstärkt werden, wodurch die Schnelllaufhaltbarkeit verbessert werden kann. Ferner ändert sich, da die Steifigkeit des Laufflächenabschnittes im Vergleich mit dem Kordband aus organischen Fasern erhöht ist, die Schwingungsübertragungsfunktion in vorteilhafter Weise und im Ergebnis kann das Geräuschverhalten verbessert werden.
Wenn die Moduln außerhalb der Bereiche liegen, ist es schwierig, die ausreichende Dehnung zu sichern, und somit wird es schwierig, die Schnelllaufhaltbarkeit und dergleichen zu verbessern. Wenn der durchschnittliche Elastizitätsmodul EHn mehr als 3000 kgf/mm² beträgt, verschlechtert sich der Fahrkomfort.
Der Bandkord 10 besteht, wie in 3 gezeigt, aus miteinander verdrillten Stahlfilamenten 13. Vorzugsweise liegt die Anzahl der Stahlfilamente 13 in einem Bereich von 2 bis 14 und der Durchmesser D der Stahlfilamente liegt in einem Bereich von 0,10 bis 0,25 mm.
Um die oben erwähnte Last-Dehnungs-Kennlinie zu erreichen, umfassen die Stahlfilamente 13 ein gewelltes Filament 13A und ein optionales, nicht gewelltes Filament 13B.
Das gewellte Filament 13A wird in einem Zustand, bevor es miteinander verdrillt wird, in eine zweidimensionale Zickzack-Wellenform geformt, wie in 4 gezeigt. Das nicht gewellte Filament 13B ist in einem Zustand, bevor es miteinander verdrillt wird, im Wesentlichen gerade.
Als zweidimensionale Zickzack-Wellenform kann geeigneterweise eine dreieckige Wellenform oder Sinus-Wellenform mit einer Wellenlänge T von 0,5 bis 10,0 mm und einer Wellenhöhe H von 0,1 bis 1,0 mm verwendet werden.
Im Vergleich mit einer dreidimensionalen Wellung ist solch eine zweidimensionale Wellung einfach herzustellen, präzise und stabil und somit zu bevorzugen. Die Anzahl der gewellten Filamente 13A beträgt vorzugsweise zumindest 30 % der Gesamtanzahl der Metallfilamente 13.
Daher zeigt der Bandkord 10 auf Grund der gewellten Filamente 13 einen niedrigeren Modul, während die prozentuale Dehnung des Kords klein ist, bis die gewellten Filamente sich dem geraden Zustand annähern. Nachdem die gewellten Filamente sich dem geraden Zustand angenähert haben und die prozentuale Dehnung jene von P1 erreicht, zeigt der Bandkord 10 einen höheren Modul.
Was die Verdrillungsstruktur des Bandkordes betrifft, werden in diesem Beispiel alle Metallfilamente 13 als ein einziges Büschel miteinander zu einem Bandkord 10 verdrillt, während jedes Filament um seine Längsachse herum verdrillt wird. Demgemäß wird die zweidimensionale Wellenform in dem fertig gestellten Kord die dreidimensionale Wellenform und Spalte, durch die der Gummierungsgummi in den Kord hinein eindringen kann, werden stabil zwischen den Metallfilamenten 13 gebildet. Daher wird nicht nur die oben erklärte, notwendige Last-Dehnungs-Kennlinie bereitgestellt, sondern es wird auch die Gummeindringung verbessert. Überdies kann die Abnutzung der Filamente wirksam gesteuert werden, um die Ermüdungsfestigkeit des Kords zu verbessern.
Neben der oben erwähnten Verdrillungsstruktur kann der Bandkord 10 wie folgt gebildet werden. Zuerst werden Büschel von zwei bis fünf Filamenten hergestellt und dann werden die Büschel miteinander zu einem Kord verdrillt, während jedes Büschel um seine Längsachse herum verdrillt wird.
Die oben erwähnte Bandlage 9A kann gebildet werden, indem ein breiter Streifen von gummierten, parallelen Korden 10 auf die radiale Außenseite der Karkasse aufgebracht wird und deren Umfangsenden gespleißt werden. In diesem Beispiel jedoch wird, um Spleißprobleme zu vermeiden, die Bandlage 9A gebildet, indem ein Gummiband 11 spiralförmig gewickelt wird, in dem mehrere Korde 10 parallel zueinander entlang ihrer Länge eingebettet sind, wie in 5 gezeigt.
In diesem Beispiel ist das Band, wie oben erklärt, als eine einzige Lage von Bandkorden gewickelt. Es ist aber auch möglich, zwei oder mehrere Lagen über die gesamte Breite des Breakers zu wickeln. Überdies ist es auch möglich, in einem bestimmten Abschnitt, insbesondere in dem Breaker-Kantenabschnitt, teilweise doppelt und in anderen Abschnitten eine einzige Lage zu wickeln.
Vergleichstests
Testreifen der Größe 195/65R15 für Personenwagen mit der in 1 gezeigten Struktur und den in Tabelle 1 gezeigten Spezifikationen wurden hergestellt und auf Schnelllaufhaltbarkeit und Geräuschverhalten getestet. In jedem Testreifen bestand die Karkasse aus einer einzigen Lage von unter einem Winkel von 90 Grad in Bezug auf den Reifenäquator radial angeordneten 1670-dtex/2-Polyethylenterephthalat-Faserkorden. Der Breaker bestand aus einer Lage von parallel zueinander unter einem Winkel von +20 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegten 1X1X0,42-Stahlkorden und einer Lage von parallel zueinander unter einem Winkel von –20 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegten 1X1x0,42-Stahlkorden.
Schnelllaufhaltbarkeitstest: Unter Verwendung einer Reifentestwalze wurde ein beschleunigter Schnelllaufhaltbarkeitstest durchgeführt. Die Fahrgeschwindigkeit wurde alle zehn Minuten in Schritten von 10 km/h von einer Anfangsgeschwindigkeit von 170 km/h erhöht und die zurückgelegte Distanz bis zum Auftreten eines Fehlers oder Schadens wurde gemessen. Die Umgebungstemperatur betrug 25 +/–5 Grad C. Die Reifenbelastung betrug 150 % der maximalen, in der japanischen Industrienorm spezifizierten Belastung. Der Reifendruck betrug 80 % des in der japanischen Industrienorm spezifizierten Standarddruckes. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 durch einen Index angegeben, der darauf basiert, dass Ref. 1 gleich 100 ist. Je höher der Index, umso besser die Schnelllaufhaltbarkeit.
Fahrbahngeräuschtest: Ein an allen vier Rädern mit Testreifen versehener Testwagen wurde auf einem glatten Straßenbelag mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h im Freilauf gefahren und der Gesamtgeräuschpegel in dB(A) wurde in der Nähe des inneren Ohres des Fahrers gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 durch einen Index angegeben, der darauf basiert, dass Ref. 1 gleich 100 ist. Je höher der Index, umso besser die Fahrbahngeräusche.
Tabelle 1

* 1) Die prozentuale Dehnung ist gezeigt.
Ref. 1: Die Last-Dehnungs-Kurve bestand aus einem im Wesentlichen geraden Teil, wo der Modul beinahe 500 kgf/cm² betrug, und einem im Wesentlichen geraden Teil, wo der Modul beinahe 850 kgf/cm² betrug.
Ref. 2: Die Last-Dehnungs-Kurve war insgesamt im Wesentlichen gerade.

Claims

Luftreifen, umfassend: einen Laufflächenabschnitt (2), ein Paar Seitenwandabschnitte (3), ein Paar Wulstabschnitte (4), eine Karkasse (6), die sich zwischen den Wulstabschnitten (4) durch den Laufflächenabschnitt (2) und die Seitenwandabschnitte (3) erstreckt, und ein Band (9), das radial außerhalb der Karkasse (6) in dem Laufflächenabschnitt (2) angeordnet und aus zumindest einem Kord (10) hergestellt ist, der unter einem Winkel von nicht mehr als 5 Grad in Bezug auf den Reifenäquator gelegt ist, wobei der Bandkord (10) aus Metallfilamenten hergestellt ist, die so miteinander verdrillt sind, dass er einen variablen Elastizitätsmodul aufweist, der einen Übergangspunkt P1 von unter 10 kN/mm² (1000 kgf/mm²) bis über 10 kN/mm² (1000 kgf/mm²) bei einer prozentualen Dehnung in einem Bereich von 1% bis 5% aufweist, und wobei ein durchschnittlicher Elastizitätsmodul (ELn) des Kords (10) von Null Dehnung bis zu dem Übergangspunkt (P1) in einem Bereich von 5 kN/mm² bis 7,5 kN/mm² (500 bis 750 kgf/mm²) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein durchschnittlicher Elastizitätsmodul (EHn) des Kords (10) von dem Übergangspunkt (P1) bis zu einem Bruchpunkt des Kords (10) in einem Bereich von 12 kN/mm² bis 30 kN/mm² (1200 bis 3000 kgf/mm²) liegt, und wobei der durchschnittliche Elastizitätsmodul (ELn) das Verhältnis der Spannungsdifferenz zur Dehnungsdifferenz jeweils zwischen dem Ursprung (P0) und dem Übergangspunkt (P1) ist, und der durchschnittliche Elastizitätsmodul (EHn) das Verhältnis der Spannungsdifferenz zur Dehnungsdifferenz jeweils zwischen dem Übergangspunkt (P1) und dem Bruchpunkt des Kords (10) ist, wobei in Bezug auf die Last-Dehnungs-Kurve (Y) des Kords (10), dessen Elastizitätsmodul (E) der Steigung der Tangente (K) an die Belastungs-Dehnungs-Kurve (Y) entspricht, zumindest 60% des Niedermodulteils (YL), der zwischen dem Ursprung (P0) und dem Übergangspunkt (P1) definiert ist, einen im Wesentlichen konstanten Modul aufweisen.
Luftreifen nach Anspruch 1, wobei die Gesamtzahl der Metallfilamente (13) in einem Bereich von 2 bis 14 liegt, und der Durchmesser (D) der Metallfilamente (13) in einem Bereich von 0,10 bis 0,25 mm liegt.
Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Metallfilamente (13) zumindest ein gewelltes Filament (13A) umfassen, dessen Anzahl zumindest 30% der Gesamtanzahl der Metallfilamente (13) beträgt, und das gewellte Filament (13A) zu einer zweidimensionalen Wellenform geformt wird, bevor sie miteinander verdrillt werden.