DE60106236T2

DE60106236T2 - Kraftfahrzeugreifen mit einem niedrigen Rollwiderstand

Info

Publication number: DE60106236T2
Application number: DE60106236T
Authority: DE
Inventors: Antonio Serra; Angela Amaddeo; Luciano Garro; Marco Nahmias Nanni
Original assignee: Pirelli Pneumatici SpA; Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA; Pirelli Tyre SpA
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: CN1216752C; ES2230320T3; CN1438943A; EP1284874A1; BR0111256A; BR0111256B1; AU2001274006A1; JP2003534964A; ATE278562T1; WO2001092039A1; DE60106236D1; JP4732666B2; EP1284874B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Reifen für ein Kraftfahrzeug, wobei der Reifen einen niedrigen Rollwiderstand (R.R.) hat. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Reifen, der eine Kombination einer Seitenwandkautschukmischung/Karkassenlagenbeschichtungskautschukmischung hat, die in der Lage ist, den R.R. des Reifens zu reduzieren.
Eine der dringendsten Forderungen der Kraftfahrzeughersteller ist, bezogen auf die Reifenleistung, ein niedriger R.R.
Im Hinblick auf diese Forderung haben Reifenhersteller bisher große Anstrengungen unternommen, den R.R. zu reduzieren, ohne andere wesentliche Eigenschaften wie das Handling, den Komfort und den Abriebswiderstand nachteilig zu beeinflussen.
Von den verschiedenen Bauelementen, die einen Reifen bilden, ist die Komponente, die den R.R. am stärksten beeinflusst, deutlich das Laufflächenband, da diese Komponente in direktem Kontakt mit dem Boden kommt.
Deshalb haben in den vergangenen Jahren Techniker auf diesem Gebiet ihre Anstrengungen auf Modifizierungen der Laufflächenkautschukmischung konzentriert. Insbesondere wurden Versuche unternommen, Hystereseeigenschaften der Laufflächenkautschukmischung dadurch zu modifizieren, dass insbesondere der Verlustfaktor modifiziert wurde, der als tanδ = E"/E' definiert ist, wobei E' der Elastizitätsmodul (Speichermodul) und E" der Viskositätsmodul (Verlustmodul) ist. Die Techniker auf diesem Gebiet meinen tatsächlich, dass ein hervorragender Kompromiss zwischen einem niedrigen R.R. und einer guten Nasshaftung des Reifens mit Hilfe einer Kautschukmischung erreicht werden kann, die einen niedrigen Wert für tanδ bei mittleren Temperaturen (50 bis 70°C) und einen hohen Wert für tanδ bei niedrigen Temperaturen (0 bis 10°C) hat.
Diesbezüglich hat man eine besonders bemerkenswerte Modifizierung des Hystereseverhaltens der Kautschukmischungen dadurch erhalten, dass man herkömmliche Verstärkungsfüllstoffe basierend auf Ruß durch so genannte „weiße" Füllstoffe und insbesondere durch Siliziumdioxyd ganz oder teilweise ausgetauscht hat (siehe beispielsweise Patent EP 501 227 ).
Zusätzlich wurden Versuche ausgeführt, R.R. dadurch zu verbessern, dass die Kautschukmischung der Laufflächenunterschicht und der Karkassenlagen oder der Seitenwände des Reifens modifiziert wurden.
Die US-A-4 319 619 beschreibt einen Gürtelreifen, bei welchem der Kautschukteil wenigstens einer Karkassenlage und der Laufflächenunterschicht aus einem Kautschuk hergestellt werden, der eine visko-elastische Eigenschaft tanδ ≤ 0,2 und einen Elastizitätsmodul ≥ 120kg/cm² hat. Bei diesem Reifen wird der R.R. reduziert, ohne das Verhalten beim Bremsen, die Stabilität, den Komfort und den Abriebswiderstand zu verschlechtern.
Nach der US-A-5 929 157 kann der R.R. eines Reifens reduziert werden, ohne den Abriebswiderstand und das Handling auf nassem Boden zu verringern und ohne den elektrischen Widerstand des Reifens insgesamt zu erhöhen, wenn die Kautschukmischung der Reifenseitenwand hergestellt wird unter Verwendung einer speziellen Art von Ruß als verstärkender Füllstoff, wobei Ruß teilweise durch eine spezielle Art von Siliziumdioxyd ausgetauscht wird, und, insbesondere unter Verwendung einer spezifischen Menge eines Silans als Koppelungsmittel (Spalte 1, Zeilen 32 bis 39).[0009]
Man nimmt allgemein an, dass Hystereseeigenschaften anderer Teile des Reifens keinen merklichen Einfluss auf den Gesamt-R.R. des Reifens haben. Diese Tatsache wird durch Berechnungen an Modellen bestätigt, die unter Verwendung der Finite-Element-Analyse durchgeführt werden [siehe beispielsweise J.L. Locatelli und Y. De Puydt in „Tire Technology International" (Juni 1999, Seiten 50 bis 55)].
Eine Modifizierung anderer Teile des Reifens zur Reduzierung des R.R. wird auch nicht empfohlen, da bei einem Versuch, eine mögliche geringfügige Verbesserung bei dem R.R. zu erreichen, die Gefahr besteht, andere wesentliche Eigenschaften negativ zu beeinflussen und somit die Gesamtleistung des Reifens zu verschlechtern.
Die Anmelderinnen haben nun erkannt, dass die Kautschukmischung, die die Karkassenlage beschichtet, und die Kautschukmischung der Seitenwände einen synergistischen Effekt bei der Reduzierung des R.R. eines Reifens ausüben können, ohne die anderen Eigenschaften des Reifens, wie insbesondere das Handling und den Komfort nachteilig zu beeinflussen.
Die Anmelderinnen haben auch gefunden, dass das oben erwähnte Ziel mit Hilfe einer Kautschukmischung zum Beschichten der Karkassenlage, die einen E' bei 70°C von ≤ 5,0 MPa und einen E" bei 70°C von ≤ 0,50 MPa und mit Hilfe einer Kautschukmischung für die Seitenwände erreicht werden kann, die einen E' bei 70°C von ≥ 3,5 MPa und einen E" bei 70°C von ≤ 0,50 MPa hat.
Deshalb bezieht sich die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt auf einen Reifen für ein Kraftfahrzeug mit einem niedrigen Rollwiderstand, wobei der Reifen wenigstens

– ein Laufflächenband,
– eine kautschukbeschichtete Karkassenlage, deren gegenüberliegende seitliche Ränder mit entsprechenden rechten und linken Wulstdrähten verbunden sind, wobei jeder Wulstdraht jeweils in einen Wulst eingeschlossen ist,
– einen Gurtaufbau, der längs der Umfangserstreckung der kautschukbeschichteten Karkassenlage aufgebracht ist,
– eine rechte und eine linke Seitenwand aufweist, die außen auf der Kautschuk beschichteten Karkassenlage aufgebracht sind und sich in einer axial äußeren Position von dem jeweiligen Wulst zu dem jeweiligen Ende des Gurtaufbaus erstrecken, und sich dadurch auszeichnet,
– dass die Karkassenlage mit einer Kautschukmischung beschichtet ist, die einen E' bei 70°C von ≤5,0 MPa und einen E" bei 70°C von ≤ 0,50 MPa hat und
– dass die Seitenwände von einer Kautschukmischung gebildet werden, die einen E' bei 70°C von ≥ 3,5 MPa und einen E" bei 70°C von ≤ 0,50 MPa hat.

Vorzugsweise hat die Kautschukmischung für die Beschichtung der Karkassenlage einen Wert von E' bei 70°C von ≤ 4,5 MPa und besonders bevorzugt von 1,5 bis 4,0 MPa, sowie einen Wert von E" bei 70°C von 0,10 bis 0,45 MPa und besonders bevorzugt von 0,20 bis 0,40 MPa.
Die Kautschukmischung für die Seitenwände hat ihrerseits bevorzugte Werte von E' bei 70°C von 4,0 bis 10,0 MPa, besonders bevorzugt von 4,5 bis 6,0 MPa, sowie einen Wert von E" bei 70°C von 0,10 bis 0,48 MPa und besonders bevorzugt von 0,20 bis 0,45 MPa.
Erfindungsgemäß basiert die Kautschukmischung für die Beschichtung der Karkassenlage vorzugsweise auf natürlichem Kautschuk (NR) wahlweise in Kombination mit wenigstens einem synthetischen Kautschuk, während die Kautschukmischung für die Seitenwände vorzugsweise auf einer Mischung aus natürlichem Kautschuk (NR) und wenigstens einem synthetischen Kautschuk basiert.
Der synthetische Kautschuk ist gewöhnlich ein elastomeres Diolefinpolymer, das mittels einer Lösungs- oder Emulsionspolymerisation von einem oder mehreren konjugierten Dienmonomeren erhalten werden kann, denen wahlweise ein vinylaromatischer Kohlenwasserstoff zugemischt ist, wobei der letztere in dem Polymer in einer Menge vorhanden ist, die insgesamt nicht größer als 50 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers ist.
Vorzugsweise enthält das elastomere Dienpolymer bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers 30 bis 70 Gewichtsprozent Diolefineinheiten mit einer 1,2-Struktur.
Für die Zwecke der Erfindung wird das konjugierte Dienmonomer vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die 1,3-Butadien, Isopren, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien, 1,3-Pentadien, 1,3-Hexadien und Mischungen davon enthält, während der vinylaromatische Kohlenwasserstoff vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt wird, die Styrol, α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, Vinyltoluol, Vinylnaphthalen, Vinylpyirdin und Mischungen davon aufweist.
In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck „Diolefineinheiten mit einem 1,2-Aufbau" verwendet, um die Fraktion von Einheiten anzuzeigen, die sich aus einer 1,2-Polymerisation des konjugierten Dienmonomers ableitet. Wenn beispielsweise das konjugierte Dienmonomer 1,3-Butadien ist, haben die oben erwähnten Diolefineinheiten mit einem 1,2-Aufbau die folgende Strukturformel:
Vorzugsweise wird das elastomere Diolefinpolymer aus der Gruppe ausgewählt, die Styrol-/1,3-butadienkopolymere (SBR), Poly-1,3-butadien (BR), Styrol-/Isoprenkopolymere und dergleichen oder Mischungen davon aufweist.
Vorzugsweise weist die Polymerbasis der Kautschukmischung zum Beschichten der Karkassenlage nach der Erfindung 50 bis 100 phr NR, 0 bis 30 phr BR und 0 bis 30 phr SBR auf.
Vorzugsweise weist die Polymerbasis der Kautschukmischung für die Seitenwände nach der Erfindung 30 bis 70 phr NR, 30 bis 70 phr BR und 0 bis 20 phr SBR auf.
In der vorliegenden Beschreibung und den folgenden Ansprüchen bedeutet der Ausdruck „phr" (pro hundert Kautschuk), dass die Mengen der verschiedenen Komponenten als Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Elastomerbasis ausgedrückt werden.
Vorteilhafterweise weisen die Kautschukmischungen zur Beschichtung der Karkassenlage und für die Seitenwände nach der Erfindung auch Ruß als verstärkenden Füllstoff in einer Menge von insgesamt 30 bis 60 phr, vorzugsweise von 35 bis 55 phr auf.
Übliche Beispiele für Ruß, der in den Kautschukmischungen des Reifens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, sind diejenigen, die durch die Abkürzungen N110, N121, N134, N220, N231, N234, N299, N326, N330, N339, N347, N351, N358, N375 und N660 in Übereinstimmung mit den ASTM-Normen identifiziert sind.
Im Falle der Kautschukmischungen zur Beschichtung der Karkassenlage und für die Seitenwände des Reifens nach der vorliegenden Erfindung werden Ruße der Reihen No. 3, wie die Typen N326 und N375, sowie diejenigen der Reihe No. 6, beispielsweise N660, bevorzugt.
Natürlich können die Kautschukmischungen des Reifens nach der Erfindung auch Schwefel und/oder andere Vulkanisiermittel, sowie andere herkömmliche Komponenten oder Zusatzstoffe, wie Aktivierungsmittel, Weichmacher, Antioxidantien, Beschleuniger und dergleichen aufweisen.
Gewöhnlich können die Weichmacher aus denen ausgewählt werden, die beim Stand der Technik üblicherweise verwendet werden. Vorteilhafterweise werden sie aus Mineralölen, Pflanzenölen, synthetischen Ölen und dergleichen oder Mischungen davon, beispielsweise aus aromatischen Ölen, naphthetischen Ölen, Phtalaten, Sojabohnenöl und dergleichen, ausgewählt.
Erfindungsgemäß liegt bei den Kautschukmischungen zum Beschichten der Karkassenlage die Menge der Weichmacher insgesamt im Bereich von 2 bis 20 phr, vorzugsweise von 5 bis 15 phr, während bei den Kautschukmischungen für die Seitenwände die Weichmachermenge im Allgemeinen weniger als 7 phr und vorzugsweise 5 phr beträgt.
Darüber hinaus weist die Kautschukmischung zur Beschichtung der Karkassenlage vorzugsweise auch wenigstens ein Mittel zur Beschleunigung des Bindens zwischen den Verstärkungskorden und der beschichteten Kautschukmischung auf. Es können aus dem Stand der Technik bekannte Produkte als Bindungspromotoren verwendet werden, wie wärmehärtende Harze, Kobaltsalze, Kobalt-Nickel-Komplexe oder Mischungen davon.
Der Reifen nach der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise auch eine oder mehrere der folgenden strukturellen Eigenschaften haben.

a) eine Unterschicht aus einer Kautschukmischung mit einem Verlustfaktor (tanδ = E"/E') bei 70°C von ≤ 0,120 und einen Elastizitätsmodul E' bei 70°C von 5,0 bis 14 MPa. Vorzugsweise reicht der Wert des Verlustfaktors bei 70°C von 0,020 bis 0,100 und besonders bevorzugt von 0,030 bis 0,070, während der Wert des Elastizitätsmoduls E' bei 70°C vorzugsweise von 6,5 bis 10,0 MPa und besonders bevorzugt von 7,0 bis 9,0 MPa reicht;
b) ein Antiverschleißband, das aus einer Kautschukmischung erhalten wird, die einen Verlustfaktor (tanδ = E"/E') bei 70°C von s 0,130 und einen Elastizitätsmodul E' bei 70°C von ≥ 6,0 MPa hat. Vorzugsweise reicht der Wert des Verlustfaktors bei 70°C von 0,050 bis 0,120, besonders bevorzugt von 0,080 bis 0,110, während der Wert des Elastizitätsmoduls E' bei 70°C vorzugsweise von 6,5 bis 18,0 MPa, besonders bevorzugt von 7,0 bis 12,0 MPa reicht;
c) einen Null-Grad-Verstärkungsaufbau, der wenigstens einen Verstärkungskord einschließt, der durch eine Kautschukmischung beschichtet ist, die einen Elastizitätsmodul E' bei 70°C von 2,5 bis 9,0 MPa und einen Viskositätsmodul E" bei 70°C von ≤ 0,50 MPa hat. Vorzugsweise reicht der Wert des Elastizitätsmoduls E' bei 70°C von 3,0 bis 8,0 MPa und besonders bevorzugt von 3,5 bis 7,0 MPa, während der Wert des Viskositätsmoduls E" bei 70°C vorzugsweise von 0,10 bis 0,48 MPa und besonders bevorzugt von 0,20 bis 0,45 MPa reicht.

Eine typische Eigenschaft der Kautschukmischungen der oben erwähnten Unterschicht und des Antiverschleißbandes besteht darin, dass sie eine Komponente aufweisen, die in der Lage ist, ihren Elastizitätsmodulwert E' bei 70°C zu erhöhen, beispielsweise ein wärmehärtbares Harz, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die Resorzinol-/Methylen abgebende Mischharze, Epoxiharze, Alkydharze und Mischungen davon aufweist.
Die geeignete Menge des wärmehärtbaren Harzes ändert sich von Fall zu Fall abhängig von Parametern, die dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise von der Anzahl der vernetzenden Gruppen in dem verwendeten wärmehärtbaren Harz und/oder von seiner Art (Doppelkomponente oder in vorkondensierter Form).
Vorzugsweise ist das wärmehärtbare Harz vom Typ Resorzinol+Methylen-Donator oder hat die Form von zwei Komponenten, die das wärmehärtbare Harz in situ bilden oder liegt in vorkondensierter Form vor (kondensiert, bevor es der Kautschukmischung zugesetzt wird). Gewöhnlich ist der Methylendonator Hexamethoxymethylmelamin (HMMM) oder Hexamethylentetramin (HMT). Im Falle von HMMM liegt das Gewichtsverhältnis bezogen auf Resorzinol im Bereich von 0,5 bis 3.
Alternativ können wärmehärtbare Harze einer anderen Art verwendet werden, beispielsweise Epoxyd/Polyol, Epoxyd/Diamin, Epoxyd/Karbonsäure oder Alkohol/Disäure (Alkylharze). Auch in diesem Fall können die beiden Komponenten, die in situ kondensiert sind, oder das gesondert vorkondensierte Harz der Kautschukmischung zugesetzt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung hat der Reifen nach der Erfindung ein Laufflächenband mit einem niedrigen R.R., der durch Ausformen einer Kautschukmischung erhalten wird, die einen Wert des Verlustfaktors tanδ bei 70°C von ≤ 0,140, vorzugsweise ≤ 0,120 und einen Elastizitätsmodulwert E' bei 70°C von 5,0 bis 8,0 MPa, vorzugsweise von 5,5 bis 7,0 MPa hat.
Die Werte der elastischen Eigenschaften, die in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnt sind, wurden unter dynamischen Bedingungen gemessen.
Insbesondere wurden die Werte des Elastizitätsmoduls E' und des Verlustmoduls E" unter Verwendung von im Handel verfügbarer Vorrichtungen bestimmt, die von INSTRON hergestellt werden.
Die Messungen, bei denen das dynamische INSTRON verwendet wurde, wurden unter den folgenden Bedingungen ausgeführt:

– zylindrisches Versuchsstück (Länge 25 mm und Durchmesser 14 mm)
– Vorverformung 20%
– angelegte Verformung 7,5%
– Frequenz 100 Hz.

Die Härte in IRHD-Graden wurde an Teststücken der Kautschukmischung (vulkanisiert bei 151 °C über 30 Minuten) entsprechend ISO-Norm 48 bestimmt.
Charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, das als nicht beschränkendes Beispiel in der beiliegenden 1 gezeigt ist, die eine Querschnittsansicht eines Teils eines erfindungsgemäß hergestellten Reifens zeigt.
„a" bedeutet eine Axialrichtung, „r" eine Radialrichtung. Zur Vereinfachung zeigt 1 nur einen Teil des Reifens, der restliche, nicht gezeigte Teil ist identisch und symmetrisch bezüglich der Radialrichtung „r" angeordnet.
Der Reifen (100) hat wenigstes eine kautschukbeschichtete Karkassenlage (101), deren gegenüberliegenden Seitenrändern jeweils Wulstdrähte (102) zugeordnet sind. Die Verbindung zwischen der Karkassenlage (101) und den Wulstdrähten (102) wird gewöhnlich dadurch ausgeführt, dass die gegenüberliegenden Seitenränder der Karkassenlage (101) um die Wulstdrähte (102) zurückgefaltet werden, so dass die so genannten Karkassenfalten (101a) gebildet werden, wie es in 1 gezeigt ist.
Alternativ können die herkömmlichen Wulstdrähte (102) durch ein Paar am Umfang nicht dehnbare ringförmige Einlagen ausgetauscht werden, die von langgestreckten Elementen gebildet werden, die in konzentrischen Windungen (in 1 nicht gezeigt) (siehe beispielsweise Europäische Patentanmeldungen EP-A-0 928 680 und EP-A-0 928 702) angeordnet sind. In diesem Fall ist die Karkassenlage (101) nicht um die ringförmigen Einlagen herum gefaltet. Die Verbindung erfolgt durch eine zweite Karkassenlage (in 1 nicht gezeigt), die auf die Außenseite der ersten Lage aufgebracht wird.
Die mit Kautschuk beschichtete Karkassenlage (101) wird im Allgemeinen von einer Vielzahl von Verstärkungskorden gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind und wenigstens teilweise mit einer Schicht einer elastomeren Mischung beschichtet sind. Diese Verstärkungskorde bestehen gewöhnlich aus Stahldrähten, die miteinander verlitzt und mit einer Metalllegierung beschichtet sind (beispielsweise Kupfer/Zink, Zink/Mangan, Zink/Molybdän/Kobalt und dergleichen).
Die mit Kautschuk beschichtete Karkassenlage (101) weist üblicherweise die Gürtelbauweise auf, d.h. sie schließt Verstärkungskorde ein, die in einer Richtung angeordnet sind, die im Wesentlichen senkrecht bezüglich einer Umfangsrichtung ist. Jeder Wulstdraht (102) ist in einen Wulst (103) eingeschlossen, der längs eines inneren Umfangsrandes des Reifens (100) gebildet wird, wo der Eingriff des Reifens auf einer Felge (in 1 nicht gezeigt) erfolgt, die einen Teil eines Fahrzeugrades bildet. Der von jeder Karkassenfalte (101a) gebildete Raum enthält ein Wulstfüllelement (104), in dem die Wulstdrähte (102) eingebettet sind. Gewöhnlich ist ein Antiverschleißband (105) in einer Position axial auf der Außenseite bezogen auf die Karkassenfalte (101a) angeordnet.
Alternative Prozesse für die Herstellung eines Reifens oder Teile von ihm ohne Verwendung von Halbfabrikaten werden beispielsweise in den oben erwähnten Patentanmeldungen EP-A-0 928 680 und EP-A-0 928 702 beschrieben.
Längs der Umfangserstreckung der mit Kautschuk beschichteten Karkassenlage (101) wird ein Gurtaufbau (106) aufgebracht. Bei der speziellen Ausgestaltung von 1 hat der Gurtaufbau (106) zwei Gunstreifen (106a, 106b), die eine Vielzahl von gewöhnlich aus Metall bestehenden Verstärkungskorden einschließen, die in jedem Streifen parallel zueinander sind und die sich bezüglich benachbarter Streifen schneiden und so ausgerichtet sind, dass sie einen vorgegebenen Winkel bezüglich einer Umfangsrichtung bilden. Wahlweise kann wenigstens eine Null-Grad-Verstärkungslage (107) auf den radial äußersten Gunstreifen (106b) aufgebracht werden, wobei die Verstärkungslage insgesamt eine Vielzahl von gewöhnlich aus Textil bestehenden Verstärkungskorden einschließt, die mit einem Winkle von wenigen Grad bezogen auf die Umfangsrichtung angeordnet sind.
Auf die Außenseite der mit Kautschuk beschichteten Karkassenlage (111) ist auch eine Seitenwand (108) aufgebracht, die sich in einer axial äußeren Position von dem Wulst (103) zum Ende des Gurtaufbaus (106) erstreckt.
Am Umfang ist in einer Position radial außen an dem Gurtaufbau (106) ein Laufflächenband (109) aufgebracht, dessen Seitenränder mit den Seitenwänden (108) verbunden sind. Nach außen hin hat das Laufflächenband (109) eine Abrollfläche (109a), die für ein in Kontakt kommen mit dem Boden vorgesehen ist. Die Fläche (109a), die zur Vereinfachung in 1 als glatt gezeigt ist, ist gewöhnlich mit Umfangsnuten versehen, die durch quer verlaufende Einkerbungen (nicht gezeigt) verbunden sind, wodurch eine Vielzahl von Blöcken unterschiedlicher Formen und Abmessungen gebildet wird, die über der Abrollfläche (109a) verteilt sind.
Wahlweise kann in der Verbindungszone zwischen den Seitenwänden (108) und dem Laufflächenband (109) ein Kautschukstreifen (110) (genannt „Mini-Seitenwand") vorgesehen werden, der gewöhnlich durch Koextrusion mit dem Laufflächenband erhalten wird und das mechanische Zusammenwirken zwischen dem Laufflächenband (109) und den Seitenwänden (108) verbessert. Alternativ bedeckt der Endteil der Seitenwand (108) den Seitenrand des Laufflächenbandes (109) direkt. Zwischen dem Gurtaufbau (106) und dem Laufflächenband (109) kann wahlweise eine Unterschicht (111) angeordnet werden, die zusammen mit dem Laufflächenband (109) einen Aufbau bildet, der als „Kappe und Basis" bekannt ist.
Im Falle von schlauchlosen Reifen kann auch eine Kautschukschicht (112), die gewöhnlich „Auskleidung" genannt wird, in einer radial inneren Position bezogen auf die mit Kautschuk beschichtete Karkassenlage (101) vorgesehen werden, wobei die Auskleidung die benötigte Undurchlässigkeit bezüglich der Luft gewährleistet, mit der der Reifen aufgepumpt ist.
Der Reifen nach der vorliegenden Erfindung kann mit jedem bekannten Verfahren hergestellt werden, das wenigstens einen Schritt der Vorbereitung des Rohreifens und wenigstens einen Schritt seiner Vulkanisierung einschließt.
Insbesondere weist das Reifenherstellungsverfahren die Schritte auf, vorher und getrennt voneinander eine Reihe von halbseitigen Komponenten herzustellen, die den verschiedenen Teilen des Reifens entsprechen (Karkassenlage, Gurtaufbau, Wulstdrähte, Füllelemente, Seitenwände und Lauftlächenband), die dann mit Hilfe einer geeigneten Montagemaschine zusammengefügt werden. Der darauf folgende Vulkanisierschritt verbindet dann die oben erwähnten halbfertigen Bauelemente unter Bildung eines monolithischen Blocks, d.h. des fertig gestellten Reifens, miteinander.
Natürlich geht dem Schritt der Herstellung der vorstehend erwähnten halbfertigen Komponenten ein Schritt der Zubereitung und Ausbildung der relevanten Kautschukmischungen nach herkömmlichen Verfahren voraus, die die halbfertigen Komponenten bilden.
Der so erhaltene Rohreifen wird dann den darauf folgenden Ausformungs- und Vulkanisierschritten unterworfen. Für diesen Zweck wird eine Vulkanisierform verwendet, die so ausgelegt ist, dass sie den zu behandelnden Reifen innerhalb eines Formhohlraums aufnimmt, der gegengeformte Wände hat, die die Außenfläche des Reifens bilden, wenn die Vernetzung einmal abgeschlossen ist. Das Ausformen des Rohreifens kann dadurch ausgeführt werden, dass in den von der Innenfläche des Reifens gebildeten Raum ein unter Druck stehendes Fluid eingeführt wird, um die Außenfläche des Rohreifens gegen die Wände des Formhohlraums zu drücken. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schritt des Vulkanisierens des ungehärteten elastomeren Materials, das in dem Reifen vorhanden ist, ausgeführt. Für diesen Zweck wird die Außenwand der Vulkanisierform in Kontakt mit einem Heizfluid (im Allgemeinen Dampf) gebracht, so dass die Außenwand eine maximale Temperatur von im Allgemeinen 100°C bis 200°C erreicht. Gleichzeitig wird die Innenfläche des Reifens auf die Vulkanisiertemperatur unter Verwendung des gleichen Druckfluids erhitzt, das dazu verwendet wird, den Reifen gegen die Wände des Formhohlraums zu drücken. Wenn die Vulkanisierung einmal abgeschlossen ist, wird der Reifen aus der Vulkanisierform herausgezogen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Beschichtung der Karkassenlage (101) unter Verwendung einer Kautschukmischung ausgeführt, die die Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften hat, die in Tabelle I angegeben sind. Die Seitenwände (108) werden ihrerseits unter Verwendung einer Kautschukmischung erhalten, die die Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften hat, die in Tabelle II angeben sind.
Die Tabelle I vergleicht die Zusammensetzung einer Kautschukmischung zum Beschichten der Karkassenlage (101) nach der Erfindung (CI) mit der einer Vergleichskautschukmischung für die Beschichtung der herkömmlichen Art (CC).
Tabelle II vergleicht die Zusammensetzung einer Kautschukmischung für eine Seitenwand (108) nach der Erfindung (FI) mit der einer Vergleichskautschukmischung der herkömmlichen Art (FC).
Die numerischen Werte in den Tabellen I und II geben die Mengen eines jeden Bestandteils ausgedrückt in phr an.
Tabelle I
Tabelle II
Die Tabellen I und II zeigen, dass verglichen mit den bekannten Vergleichskautschukmischungen der Elastizitätsmodul (E' bei 70°C) der Kautschukmischung für die Beschichtung der Karkasse verringert worden ist, während der der Kautschukmischung der Seitenwand vergrößert worden ist.
Der erfindungsgemäße Reifen (PI) wurde mit einem identischen herkömmlich gebauten Reifen (PT) verglichen, wobei die einzige Änderung in der Zusammensetzung der Kautschukmischungen für die Karkassenlagenbeschichtung und die Seitenwände bestand, die im Falle des herkömmlichen Reifens (P6000 powergy^TM PIRELLI^®) CC und FC waren, während im Falle des erfindungsgemäßen Reifens dies CI und FI (Tabellen I, II) waren. Zur Bewertung des synergistischen Effekts der Erfindung wurden zwei Vergleichsreifen bewertet, die zu dem herkömmlichen Reifen (P6000 powergy^TM PIRELLI^®) vollständig identisch waren, mit der Ausnahme, dass im Falle des ersten Vergleichsreifens (P_C1) die Kautschukmischung für die Karkassenlagenbeschichtung vom Typ CI und im zweiten Fall (P_C2) die Kautschukmischung der Seitenwände vom Typ FI waren.
Die Größe der beiden Reifen war 195/65 R15.
Bei dem Versuch hatten alle Reifen ein Laufflächenband mit niedrigen R.R., das durch Ausformen einer Kautschukmischung erhalten wurde bestehend aus:
Die Kautschukmischung hatte nach dem Vulkanisieren einen Wert für den Verlustfaktor tanδ bei 70°C von 0,112 und einen Wert E" bei 70°C von 6,2 MPa.
Die Reifen wurden einer Reihe von Standardversuchen unterworfen, um ihren Rollwiderstand und ihre Leistung auf der Straße, nämlich weiches Handling (Fahren bei Normalbedingungen), hartes Handling (Fahren bei Extrembedingungen) und den Komfort zu bewerten.
Der Rollwiderstand wurde entsprechend den Normen ISO 8767 und insbesondere unter Verwendung des so genannten „Drehmomentverfahrens" bewertet, das in Abschnitt 7.2.2. der genannten Norm angegeben ist, wobei eine herkömmliche Laborvorrichtung verwendet wurde.
Messungen wurden bei einer konstanten Geschwindigkeit von 100 km/h ausgeführt, wobei die parasitären Verluste unter Verwendung des „Skimm-Leseverfahrens" gemessen wurden, das in Abschnitt 6.6.1. der oben erwähnten Norm ISO 8767 angegeben ist.
Die Ergebnisse sind in Tabelle III gezeigt.
Die Leistungsbewertung in Ausdrücken des Komforts, des Handlings bei Normalbedingungen (weiches Handling) und des Handlings bei Extrembedingungen (hartes Handling) wurden auf der Versuchsstrecke in Vizzola ausgeführt, wobei die Reifen auf Audi A3 PKWs mit einem Hubraum von 1600 cm³ montiert waren. Die vier Typen der geprüften Reifen (PI, PT, P_C1, und P_C2) wurden von zwei unabhängigen Testfahrern geprüft, die basierend auf ihrer subjektiven Meinung eine Bewertung im Bereich von Null bis 10 gaben, soweit es das Handling und den Komfort bei normalen und extremen Fahrbedingungen angeht. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Ausdruck „extreme Fahrbedingungen" die Ausführung von all denjenigen Manövern eines Testfahrers, die ein Durchschnittsfahrer in unerwarteten und gefährlichen Situationen ausführen können muss, nämlich abrupte Steuerbewegungen bei hoher Geschwindigkeit, plötzliche Änderungen der Fahrtrichtung zur Vermeidung von Hindernissen, plötzliches Bremsen und dergleichen.
Für die Gesamtmeinung, ausgedrückt für den herkömmlichen Reifen (PT), wurde auch in diesem Fall ein Index von 100 für weiches Handling, hartes Handling und Komfort zugeordnet, während eine Prozentsatzzunahme bei diesem Index den drei Reifen PI, P_C1, und P_C2 abhängig von der entsprechenden Leistungsverbesserung in Ausdrücken des während des Versuchs auftretenden Handlings und Komforts zuerkannt wurde. D.h. mit anderen Worten, dass der Index umso höher ist, je besser die Leistung des geprüften Reifens war.
Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III gezeigt.
Tabelle III
Bei einer anderen bevorzugten Ausführung ist der erfindungsgemäße Reifen zusätzlich dazu, dass er eine Beschichtung der Karkassenlage (101), die mit einer Kautschukmischung erhalten wird, die die Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften von Tabelle I hat, und Seitenwände (108) aufweist, die mit einer Kautschukmischung erhalten werden, welche die Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften von Tabelle II hat, zusätzlich mit einer Unterschicht (111), die aus einer Kautschukmischung erhalten wird, die die Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften von Tabelle IV hat, mit einem Antiverschleißband (105), das aus einer Kautschukmischung erhalten wird, die die Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften von Tabelle V hat, und mit einem Null-Grad-Verstärkungsaufbau (107) versehen, die eine Vielzahl von Nylonkorden einschließt, die mit der gleichen Kautschukmischung wie in Tabelle I beschichtet ist, die für die Beschichtung der Karkassenlage (101) verwendet wird.
Darüber hinaus vergleichen die Tabellen IV und V die Zusammensetzungen der Kautschukmischung einer erfindungsgemäßen Unterschicht (111) (SI) und einem erfindungsgemäßen Antiverschleißband (105) (LI) jeweils mit einer Kautschukmischung einer Vergleichsunterschicht (SC) und eines Vergleichs-Antiverschleißbandes (LC) in herkömmlicher Bauweise.
Tabelle IV
Tabelle V
Unter Verwendung der oben beschriebenen Kautschukmischungen wurden fünf Reifen des Typs P3000 175/65 R14 hergestellt, die einer Reihe von Standardversuchen unterworfen wurden, um ihren Rollwiderstand und ihre Leistung auf der Straße zu bewerten, wobei die Reifen an einem Fiat Brava PKW mit einem Hubraum von 1400 cm³ montiert wurden. Auch in diesem Fall hatten die untersuchten Reifen ein Laufflächenband mit einem niedrigen R.R., beispielsweise wie das oben angegebene.
Tabelle VI zeigt die verschiedenen Kombinationen und Ergebnisse der Versuche. Die Abkürzungen in Tabelle VI haben die oben angegebene Bedeutung, während die neuen Abkürzungen NC und NI die herkömmlichen bzw. die neuen Kautschukmischungen für die Beschichtungen der Korde des Null-Grad-Verstärkungsaufbaus (107) bezeichnen. Wie oben erwähnt, sind bei dieser Ausführungsform diese Kautschukmischungen die gleichen wie in Tabelle I, die bereits für die Beschichtung der Karkassenlage (101) verwendet wurden. Deshalb sind die Kautschukmischungen NC und NI identisch zu den Kautschukmischungen CC und CI.
Tabelle VI

Claims

Reifen (100) für ein Kraftfahrzeug, wobei der Reifen einen niedrigen Rollwiderstand und wenigstens – ein Laufflächenband (109), – eine kautschukbeschichtete Karkassenlage (101), deren gegenüberliegende seitliche Ränder mit entsprechenden rechten und linken Wulstdrähten (102) verbunden sind, wobei jeder Wulstdraht (102) jeweils in einen Wulst (103) eingeschlossen ist, – einen Gurtaufbau, der längs der Umfangserstreckung der kautschukbeschichteten Karkassenlage (101) aufgebracht ist, und – eine rechte und eine linke Seitenwand (108) aufweist, die außen auf der kautschukbeschichteten Karkassenlage (101) aufgebracht sind und sich in einer axial äußeren Position von dem jeweiligen Wulst (103) zu dem jeweiligen Ende des Gurtaufbaus (106) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, – dass die Karkassenlage (106) mit einer Kautschukmischung beschichtet ist, die einen E' bei 70°C von ≤ 5,0 MPa und einen E" bei 70°C von ≤ 0,50 MPa hat und – dass die Seitenwände (108) von einer Kautschukmischung gebildet werden, die einen E' bei 70°C von ≥ 3,5 MPa und einen E" bei 70°C von ≤ 0,50 MPa hat.
Reifen (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Karkassenlage mit einer Kautschukmischung beschichtet ist, die einen E' bei 70°C von ≤ 4,5 MPa hat.
Reifen (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Karkassenlage (106) mit einer Kautschukmischung beschichtet ist, die einen E' bei 70°C von 1,5 bis 4,0 MPa hat.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Karkassenlage (106) mit einer Kautschukmischung beschichtet ist, die einen Wert von E" bei 70°C von 0,10 bis 0,45 MPa hat.
Reifen (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Karkassenlage (106) mit einer Kautschukmischung beschichtet ist, die einen Wert von E" bei 70°C von 0,20 bis 0,40 MPa hat.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (108) von einer Kautschukmischung gebildet werden, die einen Wert von E' bei 70°C von 4,0 bis 10,0 MPa hat.
Reifen (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (108) von einer Kautschukmischung gebildet werden, die einen Wert von E' bei 70°C von 4,5 bis 6,0 MPa hat.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (108) von einer Kautschukmischung gebildet werden, die einen Wert von E" bei 70°C von 0,10 bis 0,48 MPa hat.
Reifen (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände von einer Kautschukmischung gebildet werden, die einen Wert E" bei 70°C von 0,20 bis 0,45 MPa hat.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Karkassenlage mit einer Kautschukmischung beschichtet ist, die 50 bis 100 phr Naturkautschuk (NR), 0 bis 30 phr BR und 0 bis 30 phr SBR aufweist.
Reifen (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung weiterhin 30 bis 60 phr Ruß aufweist.
Reifen (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung auch 2 bis 20 phr eines Weichmachers aufweist.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (108) von einer Kautschukmischung gebildet werden, die 30 bis 70 phr Naturkautschuk (NR), 30 bis 70 phr BR und 0 bis 20 phr SBR aufweist.
Reifen (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung auch 30 bis 60 phr Ruß aufweist.
Reifen (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung einen Weichmacher in einer Menge von weniger als 7 phr aufweist.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welcher weiterhin eine Unterschicht (111) aufweist, die aus einer Kautschukmischung erhalten wird, welche einen Verlustfaktor tan δ bei 70°C von 5 0,120 und einen Elastizitätsmodul E' bei 70°C von 5,0 bis 14,0 MPa aufweist.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, welcher weiterhin ein Antiverschleißband (105) aufweist, das aus einer Kautschukmischung erhalten wird, die einen Verlustfaktor tan δ bei 70°C von ≤ 0,130 und einen Elastizitätsmodul E' bei 70°C von ≥ 6,0 MPa aufweist.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, welcher weiterhin eine Null-Grad-Verstärkungslage (107) aufweist, in die wenigstens ein Verstärkungskord eingeschlossen ist, der mit einer Kautschukmischung beschichtet ist, die einen Elastizitätsmodul E' bei 70°C von 2,9 bis 9,0 MPa und einen Viskositätsmodul E" bei 70°C von ≤ 0,50 MPa aufweist.
Reifen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei welchem das Laufflächenband (101) durch Ausformen einer Kautschukmischung erhalten wird, die einen Wert des Verlustfaktors tan δ bei 70°C von ≤ 0,140 und einen Elastizitätsmodulwert E' bei 70°C von 5,0 bis 8,0 MPa hat.