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Die Erfindung betrifft einen Luftreifen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer umfänglich ausgebildeten Lauffläche aus einer Gummimischung, die ein Laufflächenprofil mit mindestens einer in Umfangsrichtung verlaufenden Längsrille aufweist, welche in axialer Richtung von Längsseitenwänden begrenzt ist, wobei im Bereich der Längsseitenwände zumindest bereichsweise eine Verstärkungsschicht aus einem Material mit höherer Steifigkeit als der Gummimischung der Lauffläche angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer umfänglich ausgebildeten Lauffläche aus einer Gummimischung, die eine Laufflächenprofil mit mindestens einer in Umfangsrichtung verlaufenden Längsrille aufweist, welche in axialer Richtung von Längsseitenwänden begrenzt ist, wobei im Bereich der Längsseitenwände zumindest bereichsweise eine Verstärkungsschicht aus einem Material mit höherer Steifigkeit als der Gummimischung der Lauffläche angeordnet ist, bei welchem in einem ersten Schritt ein Luftreifen-Rohling auf einer Reifenbaumaschine hergestellt wird, wobei am Außenumfang des Luftreifen-Rohlings ein Laufstreifen zur Ausbildung der Lauffläche aufgebracht wird und anschließend in einem zweiten Schritt der Luftreifen-Rohling unter Einwirkung von Druck und Temperatur zu dem Luftreifen vulkanisiert und das Laufflächenprofil in die Lauffläche eingeformt wird.
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Luftreifen der eingangs genannten Art sind bekannt und werden insbesondere als Kraftfahrzeugreifens für Personenkraftwagen, leichte Nutzfahrzeuge und LKWs eingesetzt, und zwar sowohl als Sommer-, Winter- oder Ganzjahresreifen.
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Insbesondere bei Hochleistungsluftreifen sowie rollwiderstandsoptimierten Luftreifen ist ein Zielkonflikt zwischen dem Rollwiderstand und der Steifigkeit des in die Lauffläche eingebrachten Laufflächenprofils zu lösen. Durch Verwendung von Gummimischungen zur Ausbildung der Lauffläche mit einer relativ geringen Steifigkeit wird zwar ein geringer Rollwiderstand erreicht, da diese verhältnismäßig weichen Gummimischungen eine geringe Hysterese aufweisen. Eine solche weiche Gummimischung wirkt sich jedoch häufig nachteilig auf die Fahrstabilität und die Lebensdauer des Luftreifens aus, da insbesondere die Längsrillen dazu neigen, sich bei entsprechender Last zu verformen, was beispielsweise zu einer verminderten Lenkpräzision führen kann und überdies die Gefahr birgt, dass einzelne zwischen benachbarten Längsrillen angeordnete Profilblöcke des Laufflächenprofils vorzeitig verschleißen oder ausbrechen.
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Es ist daher bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden, bei Einsatz einer rollwiderstandoptimierten weichen Gummimischung zur Ausbildung der Lauffläche die verschleißbehafteten Längsseitenwände der Längsrillen und/oder entsprechende Querseitenwände der in axialer Richtung verlaufenden Querrillen mit einer Verstärkungsschicht aus einem Material mit höherer Steifigkeit als der Gummimischung der Lauffläche auszurüsten, um in diesem Bereich höhere Steifigkeit zu generieren. Ein Beispiel eines solchen Luftreifens ist Gegenstand der
WO 2017/093673 A1 . Die dort vorgeschlagene Verstärkungsschicht wird aus einem sehr harten Kunststoffmaterial, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff einer geringen Dicke von weniger als 0,5 mm und einem entsprechend hohen E-Modul von über 300 MPa gebildet. Dies ist nicht nur fertigungstechnisch aufwendig, sondern bringt auch den Nachteil mit sich, dass entlang der Verstärkungsschicht eine Materialgrenze vorhanden ist, an der es zur Ausbildung einer Trennung zur Gummimischung der Lauffläche kommen kann, was ein entsprechendes Ausfallrisiko mit sich bringt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Luftreifen der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Luftreifens vorzuschlagen, mit welchem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines Luftreifens gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens, mit welchem die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst wird, ist Gegenstand des Patentanspruchs 5.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht einen Luftreifen vor, bei dem die Verstärkungsschicht aus einer Gummimischung mit einem E-Modul von 20 bis 100 MPa und einer Dicke in axialer Richtung von mindestens 0,5 mm gebildet ist und die Verstärkungsschicht aufgrund der Ausbildung aus einer Gummimischung integral auf die ebenfalls aus einer Gummimischung gebildete Lauffläche durch Vulkanisation aufgebracht ist. Durch Ausbildung der Verstärkungsschicht aus einer erfindungsgemäßen Gummimischung wird eine die Haftung beeinträchtigende Materialgrenze vermieden, denn die Verstärkungsschicht wird homogen mit der Lauffläche verbunden und bedeckt außenseitig die entsprechenden Längsseitenwände.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Gummimischung der Verstärkungsschicht mit einem E-Modul von 20 bis 100 MPa ist deutlich steifer als die Gummimischung der Lauffläche ausgebildet, die üblicherweise einen E-Modul von etwa 4 bis 15 MPa aufweist.
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Die im Rahmen dieser Erfindung beschriebenen Werte des E-Modul der verschiedenen Gummimischungen werden jeweils mit einer entsprechenden Vulkanisatprobe der Gummmischung bei 55 °C aus einer dynamisch-mechanischen Messung gemäß DIN 53515 ermittelt.
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Die Anwesenheit der Verstärkungsschicht reduziert die Biegung der die Längsrille begrenzenden Längsseitenwände sowie der zwischen einzelnen Längsrillen vorhandener Profilblöcke. Somit wird erfindungsgemäß eine Erhöhung der Steifigkeit des Laufflächenprofils und eine entsprechende Verbesserung der Lenkpräzision bei gleichzeitiger Optimierung des Rollwiderstands erreicht. Der Rollwiderstand wird überdies weiter verringert, da nur geringere Bewegungen der Gummimischung der Lauffläche während des Reifenumlaufs auftreten.
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Die Dicke der erfindungsgemäß vorgesehenen Verstärkungsschicht in axialer Richtung kann in weiten Grenzen variiert werden, wobei sie mindestens 0,5 mm beträgt, vorzugsweise etwa 1 bis 3 mm und weiter bevorzugt 1,0-1,5 mm.
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Es können lediglich einzelne Längsrillen des Laufflächenprofils, mehrere oder auch alle Längsrillen des Laufflächenprofils in der erfindungsgemäßen Weise mit einer Verstärkungsschicht ausgerüstet werden.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist die Lauffläche neben den Längsrillen auch quer zur Umfangsrichtung verlaufende Querrillen auf, die von Querseitenwänden begrenzt sind, wobei im Bereich der Querseitenwände zumindest bereichsweise die Verstärkungsschicht angeordnet ist.
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Darüber hinaus kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Verstärkungsschicht auch im Bereich des Nutgrundes der mindestens einen Längsrille und/oder der Querrillen angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Schritt des Vulkanisierens auf den Laufstreifen im die Längsseitenwände bildenden Bereich mindestens ein Streifen zur Ausbildung der Verstärkungsschicht aufgebracht wird, der aus einer Gummimischung gebildet ist, die nach dem Vulkanisieren einen E-Modul von 20 bis 100 MPa und eine Dicke von mindestens 0,5 mm aufweist und die Längsseitenwände zur Außenseite des Luftreifens hin bedeckt.
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Der Streifen kann insbesondere eine Dicke von bis zu 3 mm aufweisen, wobei vorzugsweise nach dem Vulkanisieren eine Dicke von 1,0-1,5 mm vorgesehen ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung umfasst die Lauffläche auch quer zur Umfangsrichtung verlaufende Querrillen, die von Querseitenwänden begrenzt sind. Erfindungsgemäß wird sodann der Streifen zur Ausbildung der Verstärkungsschicht auch im die Querseitenwände ausbildenden Bereich auf den Laufstreifen aufgebracht, um nach dem Vulkanisieren die Querseitenwände ebenfalls zu bedecken.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Streifen zur Ausbildung der Verstärkungsschicht auch im den Nutgrund der mindestens einen Längsrille und/oder der Querrillen ausbildenden Bereich auf den Laufstreifen aufgebracht werden, um im fertigen Luftreifen auch den Nutgrund zu bedecken.
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Insbesondere kann im Rahmen der erfindungsgemäßen Herstellung auf einer an sich bekannten Reifenbaumaschine vorgesehen sein, dass in den Laufstreifen eine Vorprofilierung mit Rillen entsprechend dem vorgesehenen Verlauf der mindestens einen Längsrille und/oder der Querrillen eingebracht wird und anschließend die Streifen zur Ausbildung der Verstärkungsschicht auf die Rillen aufgelegt und gemeinsam mit dem Laufstreifen vulkanisiert werden.
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Da beim erfindungsgemäßen Verfahren die Verstärkungsschicht aus Streifen einer Gummimischung gebildet wird, die auf den ebenfalls aus einer Gummimischung bestehenden Laufstreifen vor dem Vulkanisieren aufgebracht wird, entsteht während des Vulkanisierens eine homogene und nicht mehr trennbare Verbindung zwischen den beiden Gummimischungen, sodass die Verstärkungsschicht integral in die Lauffläche des Reifens bzw. dessen Laufflächenprofil eingearbeitet wird.
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Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch das Laufflächenprofil eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Luftreifens gemäß Linie V-V in 2;
- 2 die Aufsicht auf das Laufflächenprofil gemäß 1;
- 3 in schematischer Darstellung eine Reifenbaumaschine zur Herstellung eines Luftreifens;
- 4 einen Schnitt durch das Laufflächenprofil eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
- 5 einen Schnitt durch den Luftreifen-Rohling des Ausführungsbeispiels gemäß 4 im Bereich des Laufstreifens.
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Aus der 1 ist in einer schematischen Querschnittsdarstellung das Laufflächenprofil der Lauffläche 10 eines Luftreifens 1 ersichtlich, wie er beispielsweise als Kraftfahrzeugreifen, insbesondere Sommer- oder Winterreifen für Pkw und Lkw Verwendung findet.
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Man erkennt die Mittelachse M sowie die axiale Richtung A und die Umfangsrichtung U des Luftreifens 1.
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Auch in Zusammenschau mit der Aufsicht gemäß 2 ist ersichtlich, dass das Laufflächenprofil mehrere in Umfangsrichtung U verlaufende Längsrillen 11 sowie quer zur Umfangsrichtung U, d. h. in axialer Richtung A, verlaufende Querrillen 12 umfasst, zwischen denen Profilblöcke 13 ausgebildet sind. Die Längsrillen 11 und Querrillen 12 erstrecken sich bis zu einem Nutgrund 15, wobei die Längsrillen 11 in axialer Richtung A von Längsseitenwänden 110 begrenzt sind und die Querrillen 12 in Umfangsrichtung U von Querseitenwänden 120 begrenzt sind.
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Die aus den Figuren ersichtliche Lauffläche 10 mit dem vorangehend erläuterten Laufflächenprofil wird üblicherweise aus einer Gummimischung gebildet, die zur Optimierung des Rollwiderstands weich abgestimmt ist, um eine geringe Hysterese aufzuweisen. Der E-Modul der Gummimischung der Lauffläche 10 beträgt beispielsweise 4 bis 15 MPa.
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Um gleichwohl eine der Lenkpräzision und Fahrstabilität sowie Verschleißfestigkeit förderliche Steifheit der die Längsrillen 11 begrenzenden Längsseitenwände 110 sowie der von benachbarten Längsrillen 11 begrenzten Profilblöcke 13 zu gewährleisten, ist, wie aus der 1 ersichtlich, in die Längsrillen 11 als oberflächlich begrenzende Schicht eine im Querschnitt etwa L-förmig ausgebildete Verstärkungsschicht 14 eingebracht, die aus einer Gummimischung mit einem E-Modul von 20 bis 100 MPa und einer Dicke in axialer Richtung A von beispielsweise 1,2 mm ausgebildet wird und welche die Längsseitenwände 110 vollständig und den zugehörigen Nutgrund 15 der Längsrille 11 in einem Teilbereich nach außen hin bedeckt. Der E-Modul der Verstärkungsschicht 14 ist somit signifikant höher als derjenige der Gummimischung der Lauffläche 10 und die Verstärkungsschicht weist demgegenüber auch eine erhöhte Steifigkeit auf.
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Die gemessenen Werte des E-Modul der Gummimischung der Lauffläche 10 und der Verstärkungsschicht 14 wurden als dynamisches Speichermodul E'mean jeweils unter Einsatz einer entsprechenden Vulkanisatprobe der Gummimischungen bei einer Temperatur von 55 °C aus einer dynamisch-mechanischen Messung gemäß DIN 53513 ermittelt.
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Alternativ kann in einer weiteren Ausgestaltung gemäß 4 vorgesehen sein, dass die Längsrille 11 vollständig, d.h. im Bereich der Längsseitenwände 110 und des Nutgrundes 15 nach außen hin von einer U-förmig ausgeformten Verstärkungsschicht 14 bedeckt ist.
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Zur Herstellung und Anordnung dieser Verstärkungsschicht 14 im Bereich der Längsrille 11 werden gemäß Darstellung der 3 bereits bei Herstellung eines Luftreifen-Rohlings auf einer herkömmlichen Reifenbaumaschine 2 in an sich bekannter Weise auf dem rotierenden Balg 20 der Reifenbaumaschine 2 alle (nicht dargestellten) Einzelteile, wie Kern, Innenschicht, Seitenwände sowie Gewebelagen zur Ausbildung der Karkasse sowie des Gürtelpakets mit Stahlcord, Spulbandage und abschließend axial außenseitig dem Laufstreifen 100 aus einer Gummimischung zur Ausbildung der Lauffläche 10 aufgebracht und in nicht näher dargestellter Weise zusammengefügt.
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Gemäß der Darstellung in der 5 wird dazu ein Laufstreifen 100 verwendet, bei dem in dem die späteren Längsrillen 11 ausbildenden Bereich eine Vorprofilierung mit Rillen 111 entsprechend dem vorgesehenen Verlauf der mindestens einen Längsrille 11 eingebracht wird. Auf diese Rillen 111 wird anschließend jeweils ein Streifen 115 zur Ausbildung der Verstärkungsschicht 14 aufgelegt und auf der Reifenbaumaschine 2 entsprechend umlaufend außenseitig auf den Laufstreifen 100 aufgewickelt.
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Sobald nun der solchermaßen hergestellte Luftreifen-Rohling in einem anschließenden Fertigungsprozess vulkanisiert wird, wobei das Laufflächenprofil in die Lauffläche 10 eingebracht wird, werden die ebenfalls aus einer Gummimischung gebildeten Streifen 115 als Verstärkungsschicht 14 mit der Gummimischung des Laufstreifens 100 integral verbunden, sodass die aus der 4 ersichtliche Auskleidung der Längsseitenwände 110 sowie des Nutgrundes 15 der entsprechenden Längsrille 11 mit der aus der härteren Gummimischung gebildeten Verstärkungsschicht 14 bewirkt ist.
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Es können einzelne oder sämtliche im Laufflächenprofil vorgesehene Längsrillen 11 in dieser Weise mit einer Verstärkungsschicht 14 versehen werden, wie es auch möglich ist, die im Laufflächenprofil vorhandenen Querrillen 12 gleichermaßen mit der Verstärkungsschicht 14 zu bedecken.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Luftreifen
- 2
- Reifenbaumaschine
- 10
- Lauffläche
- 11
- Längsrille
- 12
- Querrille
- 13
- Profilblock
- 14
- Verstärkungsschicht
- 15
- Nutgrund
- 20
- Balg
- 100
- Laufstreifen
- 110
- Längsseitenwand
- 111
- Rille
- 115
- Streifen
- 120
- Querseitenwand
- A
- Axiale Richtung
- M
- Mittelachse
- U
- Umfangsrichtung
- V
- Ansicht im Schnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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