-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckluftradialreifen und genauer gesagt
auf die Erzeugung von Lauf- bzw. Straßengeräuschen bzw. auf einen Druckluftradialreifen, ung
in dieser Hinsicht verbessert ist, ohne die Widerstandsfähigkeit gegen die Wulstablösung von der
Felge aufzugeben.
-
Mit Straßengeräusch bzw. Laufgeräusch meint man das Geräusch, das innerhalb eines
fahrenden Autos als Ergebnis davon erzeugt wird, daß die Reifen des Wagens eine rauhe
Fahrbahnfläche berühren. Das heißt, die Laufgeräuscherzeugung ist ein solches Phänomen, bei
welchem dann, wenn die Reifen durch kleine Störungen, die sie von einer Fahrbahnoberfläche
erfahren, zu Vibrationen veranlaßt werden, die Vibration der Reifen verschiedene Teile des
Fahrzeugkorpus anregen zu vibrieren über die Aufhängungsmechanismen des Wagens, wodurch
Geräusch bzw. Lärm innerhalb des fahrenden Wagens erzeugt wird. Um also die
Geräuscherzeugung zu unterdrücken, könnte man sich gut vorstellen, die Störungen, welche sie von der
Fahrbahnoberfläche empfangen, abmildern oder absorbieren zu lassen, um so das Ausmaß der
Übertragung von Vibrationen von den Reifen auf den Fahrzeugkörper bis auf ein minimales Maß
zu unterdrücken.
-
Üblicherweise ist als Mittel für die Unterdruckung der Übertragung von Vibration die
Verwendung von Gummi im Laufflächenabschnitt des Reifens vorgeschlagen worden, welches
einen großen Energieverlust hat, d.h. ein Gummi mit einem großen Verlustwinkel (Verlusttangens)
tan δ, oder das Gummivolumen zu vergrößern. Bei derart vorgeschlagenen Mitteln wird jedoch der
Abrollwiderstand des Reifens in nachteiliger Weise vergrößert und die Wirtschaftlichkeit im
Brennstoffverbrauch wird weitgehend geopfert. Daneben ist auch vorgeschlagen worden, ein
weiches Gummi in einem Bereich unter einem Wulstkern im Wulstabschnitt des Reifens
anzuordnen. Gemäß dieser vorgeschlagenen Maßnahme besteht jedoch die Tendenz, daß der
Widerstand des Reifens gegen die Wulstablösung von der Felge verschlechtert wird und der
Reifen die Tendenz bekommt, daß er nicht in der Lage ist, einen stabilen Lauf in einem Zustand
zu gewährleisten, in welchem ein niedrigerer Aufblasdruck bzw. Reifendruck vorliegt als es dem
vorgeschriebenen Normalwert entspricht.
-
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckluftradialreifen bereitzustellen,
insbesondere für Personenkraftwagen bei welchem die Erzeugung von Laufgeräuschen
unterdrückt wird ohne aas Risiko einzugehen, daß der Widerstand gegen Wulstablösung von der
Felge vermindert wird.
-
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Druckluftradialreifen bereitzustellen, bei
welchem die Erzeugung von Laufgeräuschen onne Steigerung des Abrollwiderstandes des Reifens
unterdrückt wird.
-
Der Druckluftradialreifen, welcher die obigen Ziele gemäß der vorliegenden Erfindung
erreichen soll, ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich, welcher zwischen einem
Wulstkern in einem Wulstabschnitt und zumindest einem äußeren Oberflächenabschnitt des
Wulstabschnittes, der sich in Kontakt mit der Felge befindet, auf welcher der Reifen montiert ist,
eine Gummibahn eingearbeitet ist, die einen dynamischen Elastizitätsmodul bei 20ºC, E'(20ºC),
von zumindest 6,0 MPa und ein Verhältnis dieses dynamischen Moduls E'(20ºC) zu dem
dynamischen Elastizitätsmodul bei 60ºC, E'(60ºC), also E'(20ºC)/E'(60ºC), von zumindest 1,2 hat
Bevorzugterweise sollte das obige Verhältnis E'(20ºC)/E'(60ºC) in einem Bereich von 1,2 bis 1,6
liegen und zusätzlich sollte die Gummibahn einen Tangens des Verlustwinkels, tan δ, von
zumindest 0,2 haben.
-
Durch Einarbeiten der obigen Gummibahn in einem Bereich zwischen einem äußeren
Oberflächenabschnitt des Wulstabschnittes, der sich in Kontakt mit der Felge befindet, und dem
Wulstkern, wie oben angegeben, ist es möglich, einen wünschenswerten Widerstand gegen die
Wulstablösung von der Felge zu erhalten und gleichzeitig die Erzeugung von Laufgeräuschen zu
unterdrücken. Weiterhin ist es möglich, die Laufgeräuscherzeugung ohne Steigerung dem
Rollwiderstandes des Reifens zu unterdrücken
-
Im Rahmen der bzw. für die vorliegende Erfindung bedeutet der dynamische
Elastizitätsmodul des Gummis, E', den dynamischen Speichermodul, der mit einem viskoelastischen
Spektrometer bestimmt werden kann (kommerziell erhältlich beispielsweise bei Iwamoto
Seisakusho K.K., Japan), bei den jeweils beschriebenen bzw. vorgeschriebenen Temperaturen
und unter dem Belastungszustand, bei welchem eine Testprobe aus Gummi einer anfänglichen
Dehnung von 10 % ausgesetzt wird und dann einer dynamische Dehnung bzw. Spannung mit
einer Frequenz von 20 Hz und einer Amplitude von 2 % (oder 8 bis 12 % der Originallänge der
Testprobe) ausgesetzt wird. Zum Zwecke der Beschreibung der Erfindung werden die bei 20ºC
gefundenen Werte durch E'(20ºC) wiedergegeben, während diejenigen bei 60ºC durch E'(60ºC)
wiedergegeben werden.
-
Figur 1 ist eine Meridianschnittansicht welche eine Ausführungsform eines
Druckluftradialreifens gemäß der Erfindung zeigt;
-
Figur 2 ist eine vergrößerte teilweise Schnittansicht, welche den Wulstabschnitt des
Radialreifens gemäß Figur 1 zeigt; und
-
Figur 3 ist eine schematische Ansicht, welche schematisch den nach dem Buchstaben J
geformten Lauftestkurs zeigt, auf welchem die Auswertungen für Testreifen bezüglich ihrer
Widerstandsfähigkeit gegen die Wulstablösung von der Felge durchgeführt wurden.
-
In der vorliegenden Erfindung bzw. für die vorliegende Erfindung haben die Radialreifen
einen Querschnittaufbau, wie er beispielsweise in Figur 1 der Figuren dargestellt ist. Das
dargestellte typische Beispiel eines Radialreifens besteht im wesentlichen aus einem Paar von
linken und rechten Wulstabschnitten 10, die jeweils einen darin eingebetteten Wulstkern 5 haben,
und einem Paar von linken bzw. rechten Seitenwandabschnitten 2 haben, die jeweils durchgehend
mit den linken und rechten Wulstabschnitten 10 ausgebildet sind, sowie einem Wulstabschnitt 1,
welcher das Paar von Seitenwandabschnitten 2 miteinander verbindet. Auf der Innenseite des
Reifens ist eine Karkasse 4 angeordnet, die zumindest eine einzelne Karkassenschicht aufweist
und von welcher je ein Endabschnitt von der Innenseite des Wulstkernes 5 zur Außenseite hin
hochgewendet ist in einer Art und Weise, daß er eine Wulstfüllung 6 umhüllt. In dem
Laufflächenabschnitt 1 sind zumindest zwei Gürtellagen 7 in einer solchen Cordanordnung angeordnet, daß
die Gürtelcorde der einen Lage diejenigen der anderen Lage kreuzen. Die weitere Bezugszahl 15
bezeichnet eine Felge, auf welcher der Radialreifen montiert ist.
-
In dem vergrößert in Figur 2 dargestellten Wulstabschnitt 10 ist ein innerer, unterer
Eckabschnitt eine Wulstzehe 11 und ein äußerer unterer Eckabschnitt ist eine Wulstferse 12. Die
Bezugszahl 3 bezeichnet ein Felgenpolstergummi.
-
In einem Bereich zwischen diesem äußeren Oberflächenabschnitt des Wulstabschnittes
10, welcher in Kontakt mit der Felge 15 ist, und dem Wulstkern 5 ist eine Gummibahn 13
eingearbeitet, welche ein hartes Gummi aufweist bzw. aus einem harten Gummi besteht. In einem
Bereich außerhalb des Wulstkernes in dem Bereich des Felgenpolstergummis 3 erstreckt sich die
Gummibahn 13 entlang eines nach oben gewendeten Endabschnittes der Karkasse 4 bis hinauf
zu einer Stelle, die beträchtlich oberhalb des oberen Endes eines Felgenflansches liegt. In einem
Bereich unterhalb des Wulstkernes 5 erstreckt sich die Gummibahn 13 von der Wulstferse 12 zu
der Wulstzehe 11 parallel zur Ebene eines Wulstsitzes und erstreckt sich, nachdem sie an der
Stelle der Wulstzehe 11 gewendet ist. nacn oben zu einer Stelle, die etwas oberhalb des oberen
Randes des Wulstkernes 5 liegt. An der Außenseite der Gummibahn 13 kann weiterhin je nach
Erfordernis eine Verstärkungslage 8 angeordnet sein, welche ein Fasergewebe aufweist.
-
In bzw. für die vorliegende Erfindung muß das Hartgummi, welches die Gummibahn 13
bildet, eine Eigenschaft haben, die sich in einem dynamischen Modul bei 20ºC, E'(20ºC), von
zumindest 6,0 MPa und in einem Verhältnis dieses E'(20ºC) zu dem dynamischen Modul bei
60ºC, E'(60ºC), also E'(20ºC)/E'(60ºC), von zumindest 1,2 zeigt. Das heißt, das zu verwendende
Hartgummi sollte notwendigerweise ein soiches sein, das eine Eigenschaft großer Empfindlichkeit
auf thermische Einflüsse hat, so daß es bei niedriger Temperatur einen hohen dynamischen
Elastizitätsmodul aufweisen kann, während sein dynamischer Elastizitätsmodul absinkt, wenn die
Temperatur relativ hoch wird.
-
Wenn der dynamische Modul bei 20ºC E'(20ºC), kleiner als 6,0 MPa ist, so nimmt der
Widerstand gegen die Wulstablösung tendenziell ab. Wenn die Gummibahn ein Verhältnis
E'(20ºC)/E'(60ºC) von zumindest 1,2 hat, so ist es möglich zu erreichen, daß zu der Zeit, wo die
Temperatur nach einem anfänglichen Anlaufen des Reifens erhöht ist, die Festigkeit bzw. Starrheit
in einem Bereich unterhalb des Wulstkernes abgesenkt werden kann und dadurch Störungen,
welche der Reifen von der Fahrbahnfläche möglicherweise empfängt, absorbiert und abgemildert
werden können, wodurch die Erzeugung von Laufgeräuschen unterdrückt werden kann. Wenn
jedoch das obige Verhältnis E'(20ºC)/E'(60ºC) übermäßig groß ist, so nimmt die Festigkeit in dem
Wulstabschnitt, wenn die Temperatur hoch ist, tendenziell so stark ab, daß die Spurtreue des
Reifens in nachteiliger Weise beeinflußt wird. Dementsprechend sollte das obige Verhältnis
E'(20ºC)/E'(60ºC) nicht den oberen Grenzwert von 1,6 überschreiten.
-
Man kann sich vorstellen, daß dann, wenn die Härte der Gummibahn 13 abgesenktwird,
wenn der Reifen sich auf hoher Temperatur befindet, die Festigkeit in dem Bereich unterhalb des
Wulstkernes in dem Wulstabschnitt möglicherweise so abgesenkt wird, wie oben beschrieben und
dadurch eine Wulstablösung von der Felge möglicherweise vorkommen kann. Jedoch bildet in
Zusammenhang mit der Wulstablösung von der Felge zusätzlich zu strukturellen Faktoren, wie
der Festigkeit in dem Bereich unterhalb des Wulstkernes in dem Wulstabschnitt, der
Aufpumpdruck des Reifens einen wesentlichen Faktor. Deshalb kann, wenn der Aufpumpdruck des Reifens
hinreichend hoch ist, das Risiko der Wulstablösung klein sein, auch wenn die Festigkeit in dem
Bereich unterhalb des Wulstkernes relativ niedrig ist. Das heißt, eine Wulstablösung von der Felge
ist nur während eines anfänglichen Zeitabschnittes unmittelbar nach dem Beginn des Laufes des
Reifens wahrscheinlich, wenn der Reifendruck relativ niedrig bleibt, und nachdem der Luftdruck
in dem Reifen, nachdem die Reifentemperatur aufgrund der Wärmeerzeugung des Reifens selbst
oder aufgrund der Wärme, welche der Reifen von Bremsenteilen aufnimmt, angestiegen ist, wird
das Risiko der Wulstablösung unterdrückt. Stattdessen wird aufgrund der Absenkung der Härte
der Gummibahn die Schwingungs- bzw. Vibrationsabsorption des Reifens gesteigert und die
Laufgeräuscherzeugung wird unterdrückt. Um den Effekt des Unterdrückens der
Laufgeräuscherzeugung zu steigern, sollte die Gummibann einen Verlustwinkel bzw. Tangens des
Verlustwinkels, tan δ, gemäß der vorliegenden Erfindung von zumindest 0,2 bei 60ºC haben.
-
Gummizusammensetzungen, welche die oben geforderten Eigenschaften der Gummibahn
erfüllen, kann man durch Beimischen verschiedener Zusätze wie z.B. Ruß,
Vulkanisierbeschleuniger, in einem oder mehreren Gummibestandteilen wie z.B. Naturgummi (NR),
Acrylonitrilbutadienkautschuk (NBR), Isoprenkautschuk (IR), Butadienkautschuk (BR), Styrol-
Butadienkautschuk (SBR) und Isobutylen-Isoprenkautschuk (IIR), erhalten werden. Es ist möglich,
in zweckmäßiger Weise und wahlweise bestimmte Typen von Gummi bzw.
Kautschukkomponenten und Additiven miteinander zu kombinieren und in ähnlicher Weise gezielt die
Mischverhältnisse derselben testzulegen.
-
Jetzt werden die Ergebnisse/Wirkungen der vorliegenden Erfindung genauer unter
Bezugnahme auf Erfindungsbeispiele beschrieben.
Beispiele:
-
Es wurden vier verschiedene Gummi- bzw. Kautschukzusammensetzungen A, B, C und
D hergestellt, welche jeweils unterschiedliche Mischspezifikationen hatten, wie unten in Tabelle
1 gezeigt, und unter Verwendung der Gummizusammensetzungen A, B, C bzw. D für die
Gummibahn in dem Wulstabschnitt der Radialreifen, welche einen Aufbau wie in Figur 1
dargestellt hatten, wurde ein Reifen I der Erfindung, ein Reifen II der Erfindung, ein
Vergleichsreifen I und ein Vergleichsreifen II aufgebaut.
-
Die Reifen hatten dieselbe Reifengröße von 195/65 VR 15, die im folgenden beschriebene
Gürtellage und Karkassenschicht und eine Verstärkungsschicht, welche ein glattgewebtes
Nylongewebe aufwies, die an der Außenseite der Gummibahn vorgesehen war.
-
Gürtellage: 2 gummierte Schichten mit Stahlcorden von einem 1 x 5 (0,25) gedrehten
Aufbau mit einer Corddichte von 40 Corden/50 mm und in einer vorgespannten Cordanordnung
unter 24º zur Umfangsrichtung des Reitens.
-
Karkassenschicht: eine einzelne Lage min 1000 D/2 Polyestertasercorden in einer
Corddichte von 55 Corden/50 mm und unter einem Cordwinkel von im wesentlichen 90º zur
Umfangsrichtung des Reifens.
Tabelle 1
Mischungsbestandteile
Naturkautschuk
Zinkoxid
Stearinsäure
Antialterungsmittel 3)
FEF Kohlenruß
HAF Kohlenruß
Prozeßöl
Schwefel
Vulkanisationsbeschleuniger 4)
Bemerkungen zu der obigen Tabelle 1:
-
Die Mengen der Mischbestandteile sind Gewichtsteile und die Werte für den dynamischen
Modul E'(20ºC) und E'(60ºC) sind in MPa angegeben.
-
1): Styrol-Butadienkautschuk (Nipol 1502, ein Produkt der Nippon Zeon K.K.);
-
2): Polybutadienkautschuk (Nipoi 1220, ein Produkt der Nippon Zeon K.K.);
-
3): N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin;
-
4): N-Oxydiethylen-2-benzothiazylsulfenamid.
-
Entsprechende Testreifen wurden aut eine Felge der Größe 6 1/2 JJ x 15 montiert und
einem Kurvenfahrttest in Form des Buchstabens J ausgesetzt, um den Widerstand gegen
Wulstablösung zu ermitteln und auch für gefühlsmäßige Tests der Laufgeräusche bei
Testfahrzeugen, wie unten beschrieben.
Kurventests in J-Buchstabenform:
-
Die jeweiligen Testreifen wurden an einem Testwagen (Personenkraftwagen) montiert und
einem Kurventest bei einer Geschwindigkeit von 35,5 km/h auf einem Testkurs wie in Figur 3
dargestellt, unterzogen, welcher einen geradlinigen Kursteil 30 und einen halbkreisförmigen Kursteil
31 aufweist, der einen Radius von 6 m hat und an den geradlinigen Kursteil 30 anschließt. Die
Tests wurden so durchgeführt, daß der Aufpumpdruck auf dem Reifen, welcher auf dem vorderen
linken Rad des Testfahrzeuges montiert war, schrittweise von 2,0 kg/cm² um jeweils 0,1 kg/cm²
reduziert wurde und es wurden die Aufpumpdruckwerte ermittelt, bei welchen eine
Felgenberührung oder eine Wulstablösung von der Felge stattfand.
-
Tests wurden für jeden der geänderten Aufpumpdruckwerte fünfmal durchgeführt und für
die Bewertung der Reifen wurden Kehrwerte der Aufpumpdruckwerte zum Zeitpunkt der Erzeugung
der Felgenberührung oder der Wulstablösung durch Indizes dargestellt, wobei der für den
Vergleichsreifen I gefundene Wert zu 100 gewählt wurde. Ein größerer Wert (Index) bedeutet eine
höhere und wünschenswertere Widerstandsfähigkeit gegen Wulstablösung.
Gefühlsmäßiger (sensitiver) Laufgerauschtest im Testfahrzeug:
-
Die jeweils an den Testwagen Personenkraftwagen) montierten Reifen wurden einem
Vorlauf bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h für 10 Minuten ausgesetzt, um die Temperatur des
Reifens zu erhöhen, und wurden unmittelbar danach mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 60 km/h
auf einer Straße gefahren, die große und kleine konkave oder konvexe Unregelmäßigkeiten auf
der Oberfläche hatte, wie z.B. schotterbefestigte Straßen, Kopfsteinpflasterstraßen (belgische
Straßen) und Straßen mit Rißbildung bzw. Schlaglochern, um die Lautstärke, den Klang bzw. die
Klangfarbe und das Maß der akustischen Unannehmlichkeit des in den Testwagen erzeugten
Geräusches zu bestimmen. Die Bestimmungen wurden von fünf verschiedenen Fahrern
gefühlsmäßig vorgenommen und die von ihnen ermittelten Werte wurden gemittelt.
-
Eine Rangfolge der Reifen wurde mit Hilfe der folgenden
Fünf-Punkte-Rangordnungsmethode vorgenommen, wobei die für einen Bezugsreifen vorgenommene Bewertung mit 0
festgesetzt wurde.
-
-2: am schlechtesten;
-
-1: schlecht;
-
0: Bezugsreifen;
-
+1: gut; und
-
+2: am besten.
-
Die Ergebnisse der Kurventests in Form des Buchstabens J sowie der gefühlsmäßigen
Laufgeräuschetests mit Testwagen sind unten in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Reifen gemäß der Erfindung
Vergleichsreifen
Gummizusammensetzung gemäß Tabelle 1
Kurventest in Form des Buchstaben J
Laufgeräuschtest mit Testfahrzeugen
-
Aus der vorstehenden Tabelle 2 erkennt man, daß im Vergleich zum Vergleichsreifen I
jeder der Reifen I und II gemäß der vorliegenden Erfindung auffällig verbesserte Eigenschaften
sowohl bezüglich des Widerstandes gegenüber Wulstablösung von der Felge als auch bezüglich
der Laufgeräuscherzeugung hat. Im Gegensatz hierzu hat der Vergleichsreifen II gegenüber dem
Vergleichsreifen I schlechtere Eigenschaften bezüglich der Laufgeräuscherzeugung, obwohl sein
Widerstand gegenüber Wulstablösung verbessert ist.