DE69104541T2

DE69104541T2 - Sicherheitsreifen.

Info

Publication number: DE69104541T2
Application number: DE69104541T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ataka
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2011-05-04
Also published as: JPH0415111A; US5299615A; EP0456437B1; EP0456437A3; DE69104541D1; EP0456437A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Reifen und insbesondere einen Sicherheitsreifen.
Von einem Plattlaufreifen wird gefordert, die Fähigkeit zu besitzen, kontinuierlich für eine relativ lange Strecke bei einer hohen Geschwindigkeit in einem (luft-)abgelassenen oder durchlöcherten Zustand zu laufen. Zum Beispiel wird, um Sicherheitslaufen auf Schnellstraßen zu schaffen, von einem Plattlaufreifen gefordert, die Fähigkeit zu besitzen, für eine Strecke von mehr als 50 km bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 80 km/h zu laufen.
Bis jetzt sind ein System, in welchem ein Last tragendes elastisches Glied innerhalb eines Reifens angeordnet ist, und ein System, in welchem ein aufgepumptes Röhrenglied wie ein Reifen kleiner Größe separat innerhalb eines Reifens angeordnet ist, um einen Doppelkammeraufbau zu bilden, vorgeschlagen worden. Derartige Systeme sind jedoch wegen des erhöhten Gewichtes und der resultierenden Abnahme der dynamischen Charakteristiken und des komplexen Aufbaus und der komplexen Wartung nicht erfolgreich gewesen.
Es ist auch vorgeschlagen worden, die Seitenwanddicke zu erhöhen und dadurch die Reifenlast unter abgelassenen Bedingungen zu tragen, indem eine Verstärkungsgummischicht verwendet wird, die axial innerhalb der Karkasse in jedem der Seitenwände angeordnet ist. Jedoch wird, wenn die Seitenwanddicke einfach erhöht wird, das Reifengewicht auch erhöht und Abstrahlung der hystereseverlusterzeugten Wärme wird behindert, was exzessive Erwärmung des Reifenaufbaus zur Folge hat, was zu einem baulichen Versagen führt. Auch wird der Fahrkomfort beeinträchtigt. Auf der anderen Seite wird, um eine derartige Dickenerhöhung zu vermeiden, wenn das elastische Modul des Gummis auf eine kompressive Belastung erhöht wird, seine Beständigkeit gegen die wiederholte Biegedeformation verloren und die Wärmeerzeugung erhöht sich noch weiter.
Ein bekannter Reifen, der die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt, ist zum Beispiel in der US-A- 4 779 658 gezeigt.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Sicherheitsreifen zu schaffen, von welchem Plattlaufleistungsfähigkeit ohne die obigen Probleme geschaffen wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Sicherheitsreifen einen Laufflächenteil, ein Paar von axial beabstandeten Wulstteilen, die jedes mit einem Wulstkern versehen sind, ein Paar von Seitenwänden, die sich zwischen den Laufflächenrändern und den Wulstteilen erstrecken, eine Karkasse, die sich zwischen den Wulstteilen erstreckt und um die Wulstkerne geschlagen ist, um daran befestigt zu sein, Gürtelverstärkungen, die zumindest zwei Lagen von Korden, die radial außerhalb der Karkasse und innerhalb der Lauffläche angeordnet sind, umfassen, eine innere Seitenwand, die auf einer axial inneren gekrümmten Seite der Karkasse in jedem Seitenwandteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Seitenwand an ihren radial äußeren und inneren Rändern verjüngt ist, um eine Halbmondquerschnittsgestalt aufzuweisen, wobei der Krümmungsradius der axial inneren Seite der Karkasse in jeder Seitenwand in dem Bereich von 0,3 bis 0,5 mal der Querschnittshöhe (H) des Reifens liegt, wobei die Gesamtdikke von jedem Seitenwandteil den folgenden Bedingungen genügt:
0,18 ≤ x/H ≤ 0,34
y < x
300 ≤ (x+y)x/y ≤ 450
wobei
x = die gesamte Dicke (mm) gemessen längs einer geraden Linie normal zu der Karkasse von dem axial äußeren Rand der radial innersten Gürtellage gezogen,
y = die Gesamtdicke (mm) gemessen bei dem Punkt maximaler Querschnittsbreite, bei welchem die Querschnittsbreite des Reifens das Maximum aufweist und
H = die Querschnittshöhe des Reifens ist, wobei die innere Seitenwand Gummi aufweist, das aus 100 Gewichtsteilen einer Gummiverbindung, 40 bis 60 Gewichtsteilen Ruß, dessen Teilchendurchmesser 70 bis 50 Nanometer beträgt, und 3 bis 8 Gewichtsteilen Schwefel zusammengesetzt ist, worin die Gummiverbindung 50 bis 80 Gewichtsteile Polybutadien umfaßt, welches 1,2-Polybutadien bei nicht weniger als 75 Gew.-% umfaßt und dessen Kristallisation nicht mehr als 15 % beträgt, und 20 bis 50 Gewichtsteile von zumindest einer Art von Gummi, die aus Polyisoprengummi, Styrol-Butadien-Gummi, cis-1,4-Polybutadiengummi und halogeniertem Butylgummi ausgewählt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert nur beispielsweise mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht ist, die einen Reifen zeigt;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht ist, die den Reifen in einem abgelassenen belasteten Zustand zeigt.
In den Figuren weist ein Sicherheitsreifen 1 ein Paar von axial beabstandeten Wulstteilen 3, von denen jeder einen Wulstkern 2 besitzt, einen Laufflächenteil 5, und ein Paar von Seitenwänden 4, die sich radial auswärts von den Wulstteilen 3 zu den Laufflächenrändern erstrekken, auf.
Der Reifen 1 weist einen radialen Reifenaufbau 11 mit einer toroidalen Karkasse 6, die sich zwischen den Wulstteilen 3 erstreckt und um die Wulstkerne 2 umgeschlagen ist, um daran befestigt zu sein, und Gürtelverstärkungen auf, die radial außerhalb der Karkasse angeordnet sind.
Die Karkasse 6 ist aus zwei Schichten 6A und 6B von Korden zusammengesetzt, die radial bei 60 bis 90 Grad zu dem Reifenäquator angeordnet sind, und die Ränder von jeder Lage sind um die Wulstkerne von der Innenseite zu der Außenseite des Reifens geschlagen, um zwei umgeschlagene Teile und einen Hauptteil dazwischen zu bilden.
Für die Karkassenkorde können Stahlkorde und organische Faserkorde, z.B. Rayon, Polyester, Nylon, Aramid oder dergleichen verwendet werden.
Für jede Seitenwand 4 beträgt der Krümmungsradius R der inneren Seite der Karkasse 0,3 bis 0,5 mal die Schnitthöhe H des Reifens. In diesem Beispiel liegt der Radius in dem Bereich von 33 mm bis 50 mm. Wenn der Radius weniger als 0,30 H beträgt, nimmt die Biegesteifheit des Seitenwandteils ab, und wenn der Radius mehr als 0,50 H beträgt, erhöht sich die Biegesteifheit.
Die Gürtelverstärkung umfaßt einen Breaker 7 und ein Band 8.
Der Breaker 7 ist aus zwei Lagen 7A und 7B, jede aus parallelen Korden, die mit Bezug auf den Reifenäquator geneigt sind, zusammengesetzt, so daß die Korde in jeder Lage die Korde in der nächsten Lage kreuzen.
Die radial innere Lage 7A ist breiter als die äußere Lage 7B.
Für die Breakerkorde werden Stahlkorde oder organische Faserkorde mit hohem Modul wie aromatische Polyamidkorde vorzugsweise verwendet. Diese können mit organischen Faserkorden mit niedrigem Modul, wie Nylon, Polyester, Rayon oder dergleichen, verwendet werden.
Jedoch kann der Breaker nur durch derartige organische Faserkorde mit niedrigem Modul gebildet werden, um dem Breaker eine bestimmte Deformation oder Dehnung gemäß der Karkassendeformation zu erlauben.
Das Band 8 ist radial außerhalb des Breakers 7 angeordnet und erstreckt sich von einem Rand zu dem anderen Rand des Breakers, um seine gesamte Breite abzudecken.
Das Band 8 ist aus zwei Lagen 8A und 8B von parallelen Korden, die in einem kleinen oder Null-Winkel zu der Umfangsrichtung gelegt sind, zusammengesetzt, und die Ränder von jeder Lage sind mit den Rändern des Breakers ausgerichtet.
Für die Bandkorde werden organische Faserkorde, z.B. Rayon, Nylon, Polyester oder dergleichen verwendet, um die Scherbeanspruchung zwischen dem relativ starren Breaker und dem Laufflächengummi zu mildern und dadurch Trennung der Breakerränder von dem Gummi zu verhindern.
Weiter ist ein Breakerkissen 9, das aus weichem Gummi hergestellt ist, zwischen jedem Rand des Breakers 17 und der Karkasse 6 angeordnet, und in jedem Wulstteil gibt es einen aus Hartgummi hergestellten Wulstreiter, der sich radial auswärts und verjüngend von dem Wulstkern 2 zwischen jedem umgeschlagenen Karkassenteil und dem Hauptteil erstreckt.
Die Lauffläche 5 wird aus Gummi hergestellt und radial außerhalb der Gürtelverstärkungen 7A, 7B angeordnet, um den Laufflächenteil 5 zu verstärken.
Die äußeren Seitenwände umfassen Gummi und sind auf den axial äußeren Seiten der Karkasse 6 angeordnet. Auch innere Seitenwände 10 sind vorgesehen, die aus Gummi hergestellt sind und auf den axial inneren Seiten der Karkasse 6 angeordnet sind.
Der radial äußere Rand D1 und der innere Rand D2 von jeder inneren Seitenwand 10 sind verjüngt, so daß die innere Seitenwand eine halbmondförmige Querschnittsgestalt aufweist.
Der radial auswärts verjüngte Teil 10B erstreckt sich etwas in das Laufflächenteil aus dem Hauptteil 10A hinein und der einwärts verjüngte Teil 10C erstreckt sich zu dem Wulstteil. Die radiale Höhe B des radial inneren Randes D&sub2; von der Wulstbasislinie L beträgt 0,1 bis 0,3 mal die Reifenquerschnittshöhe H von der Wulstbasislinie L und die radiale Höhe A des radial äußeren Randes D1 davon von der Wulstbasislinie beträgt 0,7 bis 0,8 mal die Reifenquerschnittshöhe H.
Vorzugsweise beträgt der Radius RB der Krümmung der inneren Oberfläche der inneren Seitenwand 10 mehr als der oben erwähnte Radius R der Karkasse und nicht mehr als 0,5 mal die Reifenquerschnittshöhe H, in diesem Beispiel nicht mehr als 50 mm.
In der vorliegenden Erfindung lautet die Gesamtdicke des Seitenwandteils wie folgt.
Das Verhältnis x/H einer Dicke x zu der Reifenquerschnittshöhe H beträgt nicht weniger als 0,18 und nicht mehr als 0,34, wobei die Dicke x längs einer geraden Linie N1, die normal zu der Karkasse von dem axial äußeren Rand E der innersten Breakerlage 7A benachbart der Karkasse 6 gezogen ist, gemessen wird. Basierend auf der Dicke x (mm) genügt eine Dicke y (mm) an dem Punkt F maximaler Breite den folgenden Gleichungen (1) und (2)
y < x --- 1)
300 ≤ (x+y)x/y ≤ 450 --- 2)
Der oben erwähnte Punkt F maximaler Breite ist ein Punkt auf der Außenseite des Reifenseitenwandteils, bei welchem die Querschnittsbreite des Reifens maximal wird.
Im nachfolgenden wird (x+y)x/y als der Dickenverteilungsindex bezeichnet werden.
Wenn der Dickenverteilungsindex kleiner als 300 ist, ist die Seitenwand anfällig darauf, nahe dem Gürtelrand E gefaltet zu werden. Auf der anderen Seite ist, wenn der Index mehr als 450 beträgt, die Seitenwand anfällig darauf, nahe dem Punkt F nahe der maximalen Reifenbreite gefaltet zu werden. In jedem Fall kann die Seitenwand die Reifenlast nicht tragen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Reifen 1 mit einem Wulstrückhaltesystem versehen, um Wulstversatz von den Radfelgenwulstsitzen unter einem abgelassenen, d.h. luftabgelassenen, Zustand zu verhindern.
In jedem Wulstteil ist ein relativ dickes Gummiglied 19 axial einwärts der Karkasse geformt, um einen Wulstzeh 14 zu bilden. Das Gummiglied 19 erstreckt sich radial auswärts zu dem radial inneren Rand der inneren Seitenwand 10, um mit dem oben erwähnten verjüngten Teil 10C zu überlappen, und axial auswärts zu einer Position unterhalb des Wulstkerns, um die Wulstbasis festzulegen, welche verjüngt ist.
Der Wulstzeh 14 erstreckt sich radial einwärts bei dem axial inneren Ende der Wulstbasis, um in eine Rille 16, die an dem axial inneren Ende eines verjüngten Wulstsitzes 13 einer Radfelge G gebildet ist, eingeschoben zu sein.
Weiter ist die Wulstbasis mit einer Rille 15 unmittelbar axial außerhalb des Wulstzehs 14 und innerhalb des Wulstkerns 2 vorgesehen, welche Rille 15 zu einem Hökker 17, der in dem Wulstsitz 13 der Felge G, für welche der Reifen entworfen ist, gebildet ist, paßt.
Überdies ist, um zu verhindern, daß der Wulstteil durch die Felge gescheuert wird, ein Scheuerband aus organischem Gewebe längs des Profils des Wulstteils angeordnet, um sich von der axialen Innenseite zu der Außenseite des Wulstteils zu erstrecken.
Nebenbei ist es auch möglich, einen Zeh auf nur einem der Reifenwülste zu bilden.
Das oben erwähnte innere Seitenwandgummi besteht aus 100 Gewichtsteilen einer Gummiverbindung, 40 bis 60 Gewichtsteilen Ruß, dessen Teilchendurchmesser 70 bis 50 Nanometer beträgt, und 3 bis 8 Gewichtsteilen Schwefel. Auch werden Vulkanisationsbeschleuniger, Alterungswiderstandsmittel, Weichmacher und dergleichen eingeschlossen.
Die Gummiverbindung besteht aus 50 bis 80 Gewichtsteilen Polybutadien, welches 1,2-Polybutadien bei nicht weniger als 75 Gew.-% beinhaltet und dessen Kristallisation nicht mehr als 15 % beträgt, und 20 bis 50 Gewichtsteile von zumindest einer Art von Gummi, die aus Polyisopren-Gummi, Styrol-Butadien-Gummi, cis-1,4-Polybutadien-Gummi oder halogeniertem Butylgummi besteht.
Derartiges Polybutadien, das den 1,2-Aufbau umfaßt, kann durch die Verfahren hergestellt werden, die zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung (KO- KOKU) Nr. 44-32425, 44-32426, 46-38700 und 47-1226 beschrieben sind.
Wenn das 1,2-Polybutadien weniger als 75 % ausmacht, wird das Modul der inneren Seitenwand 10 ungenügend, um den Seitenwandteil zu verstärken.
Wenn die Kristallisation mehr als 15 % beträgt, wird das vulkanisierte Gummi exzessiv hart und seine Verarbeitungsfähigkeit wird dürftig.
In der oben erwähnten Gummiverbindung wird, wenn die Menge an Polybutadien weniger als 50 Gewichtsteile beträgt, mit anderen Worten, das andere Bestandteil mehr als 50 Gewichtsteile beträgt, das Modul der Verbindung nach dem Vulkanisieren zu dürftig.
Wenn das Polybutadien mehr als 80 Gewichtsteile umfaßt, wird die Stärke und die Dehnung bei Reißen der vulkanisierten Gummiverbindung ungenügend, um die Seitenwandteile des Sicherheitsreifens auf adäquate Weise zu verstärken.
In dem oben erwähnten inneren Seitenwandgummi werden, wie oben erklärt, 40 bis 60 Gewichtsteile Ruß mit 100 Gewichtsteilen der Gummiverbindung gemischt.
Wenn der Ruß weniger als 40 Gewichtsteile ausmacht, wird der Verstärkungseffekt zu dürftig, aber wenn er mehr als 60 Gewichtsteile ausmacht, nimmt die Elastizität ab und die Verarbeitungsfähigkeit wird in großem Maße erniedrigt und die Wärmeerzeugungseigenschaft wird schlechter.
Von einem Wärmeerzeugungs- und Verstärkungseffekt her, wird es für den Ruß bevorzugt, daß die Jod-Zahl nicht mehr als 80 ml/g beträgt und die Dibutylphthalat-Ölabsorption nicht weniger als 90 ml/100 g beträgt.
Weiter werden in dem inneren Seitenwandgummi 3 bis 8 Teile, vorzugsweise 5 bis 7 Teile bezogen auf das Gewicht an Schwefel (als der Schwefel selbst und/oder der Schwefel in einem organischen Vulkanisierungsmittel) mit 100 Gewichtsteilen der Gummiverbindungung gemischt.
Wenn es weniger als 3 Gewichtsteile sind, wird der Prozentsatz der Kristallisation der vulkanisierten Zusammensetzung exzessiv hoch und der Modul davon wird in großem Maße erniedrigt, wenn die Temperatur ansteigt.
Wenn es 8 Gewichtsteile überschreitet, nimmt die Stärke rapide ab und die Stoßstärke wird erniedrigt.
Für den oben erwähnten organischen Vulkanisiermittel- Schwefel können 4,4'-Dithiodimorpholin, Alkylthiuramdisulfid, Alkylphenoldisulfid oder dergleichen verwendet werden.
Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen Testgummizusammensetzungen und ihre Charakteristiken (Stärke, Dehnung bei Zubruchgehen, 100 % Modul und Wärmeerzeugung).
Die Stärke und Dehnung bei Zubruchgehen wurden gemäß den Verfahren gemessen, die in der JIS-K6301 spezifiziert sind, und die Wärmeerzeugung wurde gemäß der ASTM D623-67 gemessen.
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Vergleichstests. Testreifen der Größe 215/50R14.5 mit dem Reifenaufbau, der in Fig. 1 gezeigt ist, und den Spezifikationen, die in Tabelle 3 gegeben sind, wurden hergestellt und getestet.
In dem Test wurde jeder Testreifen auf seiner regulären Felge der Größe LT5 aufgezogen und auf einem der Hinterräder eines Lieferwagens angebracht, dessen maximale Nutzlast 1 Tonne betrug. Die Reifen wurden bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h unter einem Nulldruckzustand abgerollt und die Laufentfernung bis Reißen wurde gemessen.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde es bestätigt, daß die Reifen der vorliegenden Erfindung exzellente Plattlaufeigenschaften aufwiesen. TABELLE 1 Gummi Nr. BESTANDTEIL (Gew.-%) Verbindung Nr. in Tabelle Polyisopron-Gummi Ruß Stearinsäure Zinkoxid Schwefel Vulkanisationsbeschleuniger Alterungswiderstandsmittel TESTERGEBNISSE Stärke (kp/cm2) Dehnung bei Reißen (%) Modul (kp/cm2) Wärmeerzeugung * Teilchendurchmesser FEF: 52 Millimikron GPF: 70 Millimikron TABELLE 2 Verbindung Nr. BESTANDTEIL (Gew.-%) 1,2-Polybutadien cis-1,4-Polybutadien TAKTIZITÄT Syndiotaktisch Isotaktisch Ataktisch Kristallisation (%) TABELLE 3 Reifen Verteilungsindex Plattlaufleistung Plattlaufentfernung (km) @ Maximale Last @ 70 % Last *) Der Reifen war nicht kaputt. In jedem Reifen wurde das Gummi Nr. 3 für die Inneren Seitenwände verwendet.

Claims

1. Ein Sicherheitsreifen mit einem Laufflächenteil (5), einem Paar von axial beabstandeten Wulstteilen (3), wovon jeder mit einem Wulstkern (2) versehen ist, einem Paar von Seitenwänden (4), die sich zwischen den Laufflächenrändern und den Wulstteilen (3) erstrecken, einer Karkasse (6), die sich zwischen den Wulstteilen (3) erstreckt und um die Wulstkerne (2) geschlagen ist, um daran befestigt zu sein, Gürtelverstärkungen (8), die zumindest zwei Lagen (8A, 8B) von Korden, die radial außerhalb der Karkasse (6) und innerhalb der Lauffläche (5) angeordnet sind, umfassen, einer inneren Seitenwand (10), die auf einer axial inneren gekrümmten Seite der Karkasse (6) in jedem Seitenwandteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Seitenwand an ihren radial äußeren und inneren Rändern (10B, 10C) verjüngt ist, um eine sichelförmige Querschnittsgestalt aufzuweisen, wobei der Krümmungsradius (R) der axial inneren Seite der Karkasse in jeder Seitenwand (4) in dem Bereich von 0,3 bis 0,5 mal der Querschnitthöhe (H) des Reifens liegt, die Gesamtdicke (y) von jedem Seitenwand-(4)Teil den folgenden Bedingungen genügt:

0,18 ≤ x/H ≤ 0,34

y < x

300 ≤ (x+y)x/y ≤ 450,

wobei:

x = die Gesamtdicke (mm) ist, die längs einer geraden Linie gemessen ist, die normal zu der Karkasse von dem axial äußeren Rand der radial innersten Gürtellage gezogen ist,

y = die Gesamtdicke (mm) ist, die an dem Maximumsquerschnittsbreitenpunkt gemessen ist, bei welchem die Querschnittsbreite des Reifens maximal ist, und

H = die Querschnittshöhe des Reifens ist,

wobei die innere Seitenwand (10) Gummi umfaßt, das aus 100 Gewichtsteilen einer Gummiverbindung, 40 bis 60 Gewichtsteilen an Ruß, dessen Teilchendurchmesser 70 bis 50 Nanometer beträgt, und 3 bis 8 Gewichtsteilen Schwefel besteht, worin die Gummiverbindung 50 bis 80 Gewichtsteile Polybutadien umfaßt, welches 1,2-Polybutadien zu nicht weniger als 75 Gew.-% umfaßt und dessen Kristallisation nicht mehr als 15 % beträgt, und 20 bis 50 Gewichtsteile von zumindest einer Art Gummi, die aus Polyisoprengummi, Styrol-Butadiengummi, cis-1,4-Polybutadiengummi und halogeniertem Butylgummi ausgewählt ist.

2. Ein Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der axial inneren Seite der Karkasse in jeder Seitenwand (4) in dem Bereich von 33 bis 50 mm liegt.

3. Ein Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe (A) des radial äußeren Randes (D1) der inneren Seitenwand (10) von der Wulstbasis (13) 0,7 bis 0,8 mal die Reifenquerschnittshöhe (H) beträgt und die radiale Höhe (B) des radial inneren Randes (D2) davon von der Wulstbasis (13) 0,1 bis 0,3 mal die Reifenquerschnittshöhe (H) beträgt.