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Beschreibung
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Radialreifen für Schwerfahrzeuge Die Erfindung betrifft Radialreifen
für Schwerfahrzeuge, insbesondere Stahlgürtelreifenlin denen ein Stahlband oder
Einlage zur Verstärkung dient.
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In einem Radialreifen für Scerfahrzeuge mit Stahlcord als Einlage
besteht im allgemeinen die Einlage oder der Gürtel aus drei zusammen laminierten
Lagen, wovon zwei zugfest sind und die Cordfäden dieser beiden Lagen sich mit der
Umfangslinie des Reifens schneiden, während die äußerste Lage, nämlich der Breaker
über den zugfesten Lagen angeordnet ist und diese ausreichend schützen kann, damit
sie ihre FestiQreit für diese Reifenart in vollem Umfang entwickeln können. In der
Praxis zeigte sich jedoch, daß sich an den beiden Seitenkanten des Gürtels (üblicher
Weise als Gürtelende bezeichnet) übermäßige Spannungen aufbauen, welche zu einer
Herabsetzung der Lebensdauer des Reifens führen. Die Folge davon war, daß bei der
Konstruktion derartiger Reifen es üblich wurde, eine weite Lage anzuwenden und diese
zwischen Karkasse und Gürtel aus zugfesten Lagen und Breakerlage anzuordnen.
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Diese üblichen Reifen haben somit einen vierschichtigen Gürtelaufbau
und darüberhinaus noch zwei stoßaufnehmende Lagen aus Kautschuk, die weich sind
und sich hinsichtlich des Wärmestau oder Wärme aufbaus nicht gut verhalten und zwischen
Gürtel und Karkasse angeordnet sind. Es war damit notwendig, eine zusätzlich Stahlcordlage
vorzusehen, die im Hinblick auf die Festigkeit des Reifens nutzlos ist, die jedoch
das Gewicht des Reifens erhöht und den Treibstoffverbrauch steigert.
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Eine der Ursachen für hohe Spannung an dem Gürtelende eincs dreilagigen
Gürtels besteht in der starken Deformation infolge der Kompression der zwischen
Gürtel ende und Karkasse angeordneten stoßaufnehmenden Schicht.
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Besteht aber die stoßaufnehmende Schicht aus einem Kautschuk hoher
Härte, so wird der Wärmeaufbau groß und damit auch wieder die Lebensdauer des Reifens
herabgesetzt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Stahl gürtel-Radisireifen
für schwere Fahrzeuge zu bringen, weicher obige Nachteilenicht besitzt, der leicht
ist und damit eine Treibstoffeinsparung gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a) eine toroidale
Karkasse aus einer gummierten Cordlage vorgesehen wird, die in einer Radialebene
des Reifens oder einer Ebene, die in einem sehr geringen Winkel zur Radialebene
geneigt ist, liegt und b) ein Gürtel über dem obersten Teil der Karkasse angeordnet
ist, bestehend aus einer gummierten Stahlcordlage, wobei erfindungsgemäß der Gürtel
aus drei laminierten Lagen besteht, von denen zwei zugfest sind und ihren Cordfäden
in einem Winkel 430° zur Umfangslinie des Reifens geneigt sind. Die Cordfäden einer
dieser beiden Schichten kreuzen sich mit dem der anderen Schicht an der Umfangslinie
und diese zugfesten Lagen sind überdeckt mit einer Breaker-Lage, deren Cordfäden
in einem Winkel 30O zur Umfangslinie des Reifens geneigt sind, und c) zwischen der
unteren Fläche der beiden Seiten des Gürtels und der Karkasse zwei keilförmige stoßaufnehmende
Schichten vorhanden sind, die aus einer Kautschukmischung bestehen, welche entweder
im wesentlichen aus Polybutadien besteht und ein Block- bzw. Pfropfpolymerisat von
cis-1,4-Polybutadien und syndiotaktischem (syn)-1,2-Polybutadien enthält, und der
Polybutadien-Kautschuk
6 bis 20 Gew.-0/c sn-1,2-Isomer enthält, von denen zumindest 40 Gew.-% kristallis.iert
sind, und der Polybutadien-Kautschuk in Form von kurzen Fasern mit einem mittleren
Durchmesser von 0,05 bis 1 /um und einer mittleren Länge von 0,8 bis 10 /um vorliegt
oder im wesentlichen aus einem Kautschukgemisch enthaltend zumindest 10 Gew.-% obigen
Polymers, Rest Naturkautschuk oder ein anderer Dienkautschuk,besteht.
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Die Erfindung wird an der beiliegenden Zeichnung weiter erläutert.
Diese zeigt einen Schnitt durch die linke Hälfte des erfindungsgemäßen hadial-StahlgUrtelreifens
für Schwerfahrzeuge.
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Die Kautschukmischung für die stoßaufnehmende Lagen ist vorzugsweise
derart zusammengesetzt, daß die vulkanisierte Kautschukmasse einen Zugmodul X von
20 bis 40 kg/cm2 und einen Druckmodul Y entsprechend Gleichung (1) in Abhängigkeit
vom Zugmodul aufweist.
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Y >1,1X + 18 (kg/cm2) (1) X ist der Zugmodul für 100 % Dehnung
in kg/cm2 und Y der Wert für den Druckmodul bei einer Kompression von 20 % in kg/cm2.
Die Anwendung von einem Paar/stoßaufnehmender Lagenobiger Kautschukmischung gewährleistet
eine gute Anpassung an die Karkassenverstärkung durch die Anwesenheit des dreilagigen
Gürtels und einer wirksamen Verhinderung des Anstiegs der Spannungen an den Gürtel
enden, ohne daß dies auf Kosten des Verhaltens gegenüber dem Wärmeaufbau in der
stoßaufnehmenden Schicht ginge.
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Bei obiger dreilagiger Gürtelkonstruktion sind die sich im Gürtel
aufbauenden Spannungen wesentlich erhöht, wenn die äußerste Breakw-Lage aus Stahlcor
% her Dehnung besteht, daß die Bruchdehnung zumindest 4 % beträgt
zur
Verbesserung der Einbettung der Fäden, die gefordert wird, wenn der Reifen unerwarteter
Weise über Fremdkörper läuft und damit die "Verwundbarkeit" des Reifens verringert
wird. Die Folge davon ist, daß es Wõglich wird, die äußerste Breaker-Lage aus Stahlcord
mit obiger hoher Delmung herzustellen. kldererseits bietet die Anwendung obiger
Stoß aufnehmender Lage nach der Erfindung den wesentlichen Vorteil, daß es praktisch
möglich wird, die äußerste Breaker-Schicht aus einem Stahlcord obiger hoher Dehnung
herzustellen, womit die äußere Verwundbarkeit des Stahlgürtel-Radialreifens für
Schwerfahrzeuge merklich verringert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Reifen bestehen die Cordfäden der Karkasse
aus einem organischen Textilmaterial oder sonst üblicherweise angewandten Textilien
oder auch aus Metall, insbesondere Stahl. Diese Cordfäden müssen jedoch im Hinblick
auf einen Radialreifen angeordnet sein, d.h.
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sie sind in einer Radialebene oder in einer Ebene, die nur wenig gegen
die Radialebene des Reifens geneigt ist, angeordnet.
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Die Karkasse muß toroidal sein und im obersten Bereich, welcher sich
über einem verstärkten Gürtel befindet, vorliegen. Der Gürtel besteht aus drei Lagen,
von denen zwei zugfest sind und deren Cordfäden in einem Winkel <300, vorzugsweise
100 bis 25°, zur Umfangslinie des Reifens liegen und sich die Cordfäden der beiden
Lagen an der Umfangslinie kreuzenoDie äußerste Breaker-Lage befindet sich über den
zugfesten Lagen; ihre Cordfäden sind in einem Winkel <300, vorzugsweise 100 bis
250, gegen die Umfangslinie des Reifens geneigt. Alle Cordfäden bestehen aus Stahl.
Die Bündelkonstruktion und die anderen Strukturmerkmale und Dimensionen sind die
üblicher Radialreifen0 Zwischen der unteren Fläche der beiden Kanten des Gürtels
und der Karkasse sind zwei keilförmige stoßaufnehmende
Lagen aus
obiger Kautschukmischung vorgesehen. Der Polybutadienkautschuk hat eine solche Mikrostruktur,
daß er 6 bis 20 Gew.-%syn-1,2-Isomer aufweist. Liegt weniger als 6 Gew.-% syn-1,2-Isomer
vor, kann die stoßaufnehmende Lage nicht die an den oberen und unteren Seiten der
Enden der drei Lagen, welche aus Butadienkautschuk mit in der Hauptsache nur cis-1,4-Isomer
bestehen, auftretenden Belastungen aufnehmen. Übersteigt andererseits der Anteil
an syn-1,2-Isomer-20 Gew.-%, so wird die Viskosität der Kautschukmischung für die
stoßaufnehmende Lage übermäßig hoch, wodurch die Verarbeitbarkeit bei der Reifenherstellung
nachteilig beeinflußt wird.
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Die Anwendung von syn-1,2-Polybutadien in Form von kurzen Fasern gewährleistet
eine Vergrößerung des Druckmoduls der stoßaufnehmenden Lage, wodurch die Spannungen
aufgehoben oder unterdrückt werden, die sich anden oberen und unteren Flächen der
Gürtelenden aufbauen, ohne nachteiliger Beeinflußung des Verhaltens hinsichtlich
Wärmestau der stoßaufnehmenden Lage. In dieser Hinsicht sind syn-1,2-Polybutadienfasern
mi-t einer mittleren Stärke von 0,05 bis 1 /um und einer mittleren Länge von 0,8
bis 10 /um besonders geeignet.
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Bei einer mittleren Stärke (0,05 /um wird die Bruch-Widerstandsfähigkeit
der stoßaufnehmenden Lage schlecht, während bei einer mittleren Stärke 71 /um die
Widerstandsfähigkeit gegenüber Biegung und das Verhalten bei Wärmeaufbau verschlechtert
werden. Liegt die mittlere Länge unter 0,8 mm, nimmt das Weiterreißen zu, während
bei einer mittleren Länge über 10 /um die Verarbeitbarkeit schlechter wird.
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Schließlich müssen zumindest 40 % des vorliegenden syn-1,2-Polybutadiens
kristallin sein. Bei einem geringeren Anteil an kristallinem Polybutadien sinkt
der Schmelzpunkt der Fasern ab und da die physikalischen Eigenschaften des Kautschuks
von der Temperatur und seinem Verhalten bei der Wärmeentwicklung abhängen, werden
sie zerstört.
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Wie oben erwähnt, ist das Polymere selbst oder ein Gemisch enthaltend
zumindest 10 GewO-% Polymer neben Naturkautschuk oder anderen Dien-Kautschukarten
mit der stoßaufnehmenden Lage verträglich. In einem Gemisch, in dem der Polymeranteil
unter 10 % liegt, ist das Verhalten beim Wärmeaufbau schlechter, wodurch auch die
Lebensdauer des Reifens herabgesetzt wird. Als Dien-Kautschukarten kommen Styrolbutadienkautschuk,
Butadienkautschuk, Polyisoprenkautschuk, Äthylen-Propylen-Terpolymere, Halogenbutylkautschuk
oder dergleichen in Frage.
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Obige stoßaufnehmende Lage wird im Hinblick auf die geforderte Kautschukmischung
und deren physikalischen Eigenschaften hergestellt. Dabei kommt es zu einer Orientierung
der kurzen Fasern, was zur Erhöhung des Druckmoduls r gegenüber dem Zugmodul X führt.
Die Beziehung zwischen Y und X in einer stoßaufnehmenden Lage, die keine kurzen
kristallinen textilartigen Fasern enthält, ist Y <= 1,1 X + 18.
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Enthält jedoch die stoßaufnehmende Lage derartige Fasern, so werden
diese orientiert und die Relation zwischen Y und X ist dann y>1,1X+ 18.
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Durch die Anwendung einer solchen stoßaufnehmenden Lage läßt sich
in der Praxis eine Breaker-Lage anwenden. Die Breaker-Lage besteht aus einem Stahlcord
hoher Dehnung, dessen Bruchdehnung zumindest 4 %, vorzugsweise 4 bis 10 %, beträgt
und zur Verringerung der äußeren Verwundbarkeit dient.
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Der Stahlcord der Breaker-Lage mit einer Bruchdehnung von zumindest
4, vorzugsweise 4 bis 10 ,, läßt sich beispielsweise
mit folgender
Konstruktion und Festigkeit aufbauen: Litzenkonstruktion 3x7x0,225 Kettgarne 4 (s
)/6 (s), Bruchfestigkeit Je Cordfaden 175 kg, Bruchdehnung 8% Beispiel Ein erfindungsgemäßer
Reifen ist in beiliegender Zeichnung dargestellt. Er besteht aus der Karkasse 1,
dem Gürtel 2 und der stoßaufnehmenden Lage 3o Der Gürtel selbst ist dreilagig, wobei
die Lagen 2a und 2b zugfest sind und 2c die Breaker-Lage ist. Die stoßaufnehmende
Lage ist keilförmig0 Im Beispielsfall handelt es sich um einen Reifen der Größe
1000 R2O.
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Karkasse: Stärke des Cordfadens 1,09 mm, 11 Stahlcord zu je 28 Stahldrähten
sind auf 25,4 mm parallel angeordnet, d.h. die Anzahl der Corde je Längseinheit
ist II auf 25,4 mm. Es liegt somit eine Karkassenlage vor, deren Corde einen Winkel
von 0° zur Radialebene des Reifens haben.
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Gürtel: 1. Lage 2. Lage 3. Lage Cord (mm) 1,20 1,20 3x7x0,225 mm,
4(s)/6(s) Drähte 9 9 Bruchfestigkeit je Cord 175 kg Drähte Je 25,4 mm 9 9 8 % Bruchdehnung
Verstärkung, Breite 150 180 160 mm
Alle Cordwinkeln zur Umfangsrichtung
des Reißens sind 200.
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Stoßaufnehmende Lage Polybutadienkautschuk enthaltend kristalline
Fasern (KF).
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Mikrostruktur syn-1,2- 12,6 Gew.-% trans-1, 4- 2, 4 Gew.-% cis-1,4-
Rest Fasern mittlere Dicke D 0,25 µm mittlere Länge L 3,1 /um L/D im Mittel 12,4
Kristallines syn-1,2-Polybutadien 49 Gew.-% Nähere Angaben zur Kautschukzusammensetzung,
den physikalischen Eigenschaften und der Eignung der stoßaufnehmenden Lage sind
in folgender Tabelle zusammengestellt.
| Prüfreifen Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
| Mischung KF 100 50 20 10 0 30 |
| Gew.-Tei- NR IR 50 |
| le 0 50 80 90 100 SBR 20 |
| Ruß HAF 40 35 30 25 20 30 - 35 43 32 |
| FEF - 28 - - - |
| 1. Vulkani- 1,2 0,8 0,6 0,5 0,8 |
| satiensbe- |
| schleuniger |
| 2. Vulkani- 0,2 0,1 - 0,2 |
| satiensbe- |
| schleuniger |
| Rest Zinkweiß 4, Stearinsäure 2, Prozessöl 2, Schwefel 3 |
100 % Zugmodul (X) 42 38 33 21 18 33 34 32 31 30 38 32 1,1X + 18 64,2 59,8 54,3
41,1 37,8 54,3 55,4 53,2 52,1 51,0 59,8 53,2 20 % Druckmodul (Y) 85 79 74 62 55
65 62 57 51,5 49 55 54,5 Wärmeaufbau 16 14 12 10 9 11 11 12 11 11 15 13 Laufstrecke
(km) 610 2,410 2,450 1,720 970 2,010 2,260 1,530 990 880 730 1,620 4 laminierter
Gürtel 1,500 Ergebnis x 0 0 0 x 0 0 0 x x x 0
Der erste Vulkanisationsbeschleuniger
ist N-Oxydiäthylen-2-benzothiazolylsulfenamid, der zweite Vulkanisationsbeschleuniger
Dibenzothiacyldisulfid. Der Wärmeaufbau wurde nach ASTM D623-67 ermittelt. Die Laufstrecke
wurde bei 60 km/h,Innendruck 7,25 kg/cm2 (JIS), Last JIS 100 96 und konstanter Seitenkraft
ermittelt.
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Aus der Tabelle ergibt sich folgendes: Der Prüfreifen 1, dessen Modul
nach der Vulkanisation der keilförmigen stoßaufnehmenden Lage übermäßig hoch ist,
hat geringe Spannung in den Gürtelenden, jedoch wird viel Wärme aufgebaut, womit
die Dauerhaftigkeit des Reifens beeinträchtigt wird. Andererseits ist beim Prüfreifen
5 der Modul der vulkanisierten stoßaufnehmenden Lage extrem klein, die Spannungen
an dem'Gürtelende jedoch sehr groß, so daß aus diesem Grund die Haltbarkeits des
Reifens vermindert wird.
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Die Prüfreifen 9, 10 und 11, in deren Kautschukmischung der Anteil
an Polybutadien <10 Gew.-% beträgt- was nachteilig ist, selbst wenn der Modul
entsprechen würde -haben eine wesentlich geringere Haltbarkeit als übliche Reifen
mit vierlagigem Gürtel.
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Die Prüfreifen 2 bis 4 und 6 bis 8 enthielten eine Kautschukmischung
mit zumindest 10 s Polybutadien, was sehr vorteilhaft ist und wodurch die Laufstrecke
auf der Trommel wesentlich besser ist als bei üblichen Reifen.
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Wenn die stoßaufnehmende Lage der Bedingung entspricht, daß der Zugmodul
X 20 bis 40 kg/cm2 und der Druckmodul Y > 11X + 18 sein muß, kann die Haltbarkeit
wirksam verbessert werden, selbst wenn der Gürtel dreilagig ist, im Vergleich zu
den PrUfreifen 9 bis 11, die obige Bedingung nicht verfüllten.
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Nach der Erfindung wird die Anwendung eines dreilagigen
Gürtels
für die Praxis ermöglicht, was bisher wegen fehlender Haltbarkeit derartiger Reifen
nicht in Frage kam und die darUberhinaus noch eine verbesserte Haltbarkeit und ein
geringeres Gewicht haben und damit eine Einsparung an Treibstoffkosten gestatten.
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