Stahlkord zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines

Fahrzeugluftreifens

Die Erfindung betrifft einen zweilagigen Stahlkord der Konstruktion 1+N mit N größer 3 zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens, wobei die äußeren Filamente das einzige innere Filament berühren. An die Gürtelkorde in den Gürtellagen von Fahrzeugluftreifen, insbesondere von

Nutzfahrzeugreifen, werden hohe Anforderungen gestellt. Neben einer gewissen Zug- und Biegesteifigkeit sowie einer gewissen Festigkeit werden eine hohe

Ermüdungsbeständigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit erwartet. Stahlkorde für Gürtellagen weisen üblicherweise eine mehrlagige Konstruktion aus inneren und äußeren Stahlfilamenten auf, wobei für die Haltbarkeit und Lebensdauer der Gürtellagen eine hohe Stabilität des Stahlkordes gegen eine Verschiebung seiner Filamente und eine gute Haftung in der umgebenden Gummierungsmischung von Bedeutung sind. Selbstverständlich spielen auch die Kosten der Herstellung der Stahlkorde eine Rolle, je aufwändiger die Kordkonstruktion umso höher sind die Herstellkosten. Zielkonflikte bestehen insbesondere zwischen der durch Laufstreifenabrieb bestimmten Lebensdauer eines Fahrzeugluftreifens - der Abriebslebensdauer -, der Gürtelkantenhaltbarkeit und den Herstellkosten des Gürtelpakets, welche vor allem durch die Herstellkosten der Stahlkorde bestimmt wird. Wird durch eine bestimmte Maßnahme einer dieser Parameter bzw. eine dieser

Eigenschaften verbessert, so geht dies meist zu Lasten zumindest einer der beiden anderen Eigenschaften bzw. Parameter. Wird beispielsweise die Steifigkeit des Gürtelpakets, etwa durch die Verwendung steiferer Stahlkorde oder durch eine Erhöhung der Stahlkorddichte in den Gürtellagen, erhöht, so erhöht sich die Abriebslebensdauer des Reifens. Eine geringere Stahlkorddichte in den Gürtellagen verbessert hingegen die Gürtelhaltbarkeit. Um aus Gründen der Verbesserung der Abriebslebensdauer eine konstante Zugsteifigkeit einzustellen, können mit Korden eines größeren Durchmessers eine niedrigere

Stahlkorddichte und damit ein größerer gegenseitiger Stahlkordabstand eingestellt werden. Diese Maßnahme ist daher vorteilhaft für die Gürtelhaltbarkeit. Bei gleicher Steifigkeit und gleich gelassener Stahlkorddichte in den Gürtellagen sind Stahlkorde mit größerem

Durchmesser jedoch nachteilig für die Gürtelhaltbarkeit und erhöhen die Kosten wegen der größeren Dicke der Gürtellagen und des damit verbundenen größeren

Gummierungsvolumens.

Zweilagig ausgeführte Stahlkorde sind in unterschiedlichen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt. So ist beispielsweise aus der DE 30 06 488 AI ein Stahlkord für die Gürtellagen eines Fahrzeugluftreifens bekannt, welcher ein einzelnes inneres Filament mit einem Durchmesser von 0,12 mm bis 0,22 mm und mindestens drei äußere Filamente mit einem Durchmesser von höchsten 0,28 mm aufweist. Es handelt sich dabei um eine offene Kordkonstruktion bei der die äußeren Filamente zwar das innere Filament berühren, jedoch zueinander eine gewissen Abstand aufweisen. Die Verwendung derartiger Stahlkorde in den Gürtellagen von Fahrzeugluftreifen soll den Rollwiderstand des Reifens verringern. Ein weiterer Stahlkord mit einer offenen Konstruktion ist aus der

WO 89/09305 AI bekannt. Der Stahlkord weist ein einziges inneres Filament auf, dessen Durchmesser zwischen 0,17 mm und 0,38 mm beträgt und welches von sechs

Stahlfüamenten umgeben ist, deren Durchmesser um höchstens 0,5 mm von jenem des inneren Filamentes abweicht. Die Stahlfilamente sollen eine Zugfestigkeit von mindestens 2850 N/mm ² aufweisen. Dieser bekannte Kord soll besonders korrosionsbeständig sein. Durch die geringen Unterschiede der Durchmesser des inneren und der äußeren Filamente umhüllen die sechs äußeren Filamente nahezu vollständig das innere Filament, ein

Eindringen von Gummimaterials in die Filamentzwischenräume ist kaum möglich. Das innere Filament ist daher gegen Verschiebung nicht fixiert. Diese Problematik wird bei den aus der US 5,584,169 B und der US 5,606,852 B bekannten Stahlkordkonstruktionen dadurch umgangen, dass das innere Filament der zweilagigen Stahlkordkonstruktion wellenförmig bzw. spiralig vorverformt wird, was zu einem offeneren Querschnitt des Stahlkordes führt, da die äußeren Filamente nun unter einem größeren gegenseitigen Abstand angeordnet sind. Damit wird ein gutes Eindringen der Gummierungsmischung zwischen die äußeren Filamente gewährleistet. Durch die Vorverformung leidet jedoch die Kompaktheit des Stahlkordes, der größere Durchmesser des Stahlkordes verringert bei gleich gelassener Korddichte in der Gürtellage die gegenseitigen Kordabstände, was, wie oben erläutert, nachteilig ist für die Gürtelhaltbarkeit sowie für die Dicke der Gürtellagen, wodurch das benötigte Volumen an Gummierungsmischung und somit die Kosten erhöht sind.

Eine weitere zweilagige Stahlkordkonstruktion ist aus der JP 60038208 A bekannt. Diese Druckschrift betrifft eine 1+5 Kordkonstruktion mit einem maximalen

Filamentdurchmesser von 0,342 mm. Um eine ausreichende Zugsteifigkeit der

Gürtellagen, insbesondere in Nutzfahrzeugreifen, zu erzielen, müssten diese Stahlkorde mit einer höheren Korddichte angeordnet werden, was jedoch, wie erwähnt, für die

Gürtelkantenhaltbarkeit von Nachteil ist.

Mehrlagige Stahlkordkonstruktionen mit zwei oder mehr Filamenten in der ersten Lage sind ebenfalls in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Die meisten der

Gürtelkorde dieser Konstruktionen weisen Querschnittsflächen größer als 0,5 mm ² auf und sind 2- oder 3-Lagenkorde mit zwei bis vier Filamenten in der erste Lage. Abgesehen von der aufwendigeren Kordherstellung, die mit höheren Kosten verbunden ist, weisen diese Gürtelkorde eine relativ geringe Kompaktheit und eine geringe Steifigkeit bei gegebenem Korddurchmesser auf. Dies beeinträchtigt die Abrieblebensdauer und steht in Konflikt zur Gürtelkantenhaltbarkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahlkord der eingangs genannten Art für einen Einsatz als Gürtelkord in Gürtellagen von Nutzfahrzeugreifen zu verbessern, so dass die erwähnten Zielkonflikte zwischen Abrieblebensdauer, Gürtelkantenhaltbarkeit sowie Herstellkosten beseitigt werden. Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das innere Filament einen Durchmesser zwischen 0,30 mm und 0,45 mm und die äußeren Filamente einen Durchmesser zwischen 0,35 mm und 0,50 mm aufweisen, wobei das Verhältnis der Durchmesser des inneren Filamentes zum Durchmesser der äußeren Filamente zwischen 0,7 und 1,1 und die Anzahl der äußeren Filamente zwischen vier und sechs beträgt.

Bei erfindungsgemäß ausgeführten Stahlkorden sind die Durchmesser der Filamente und die Anzahl der äußeren Filamente derart optimal aufeinander abgestimmt, dass eine gute Penetration des Gummimaterials der Gürtellage in die Zwischenräume zwischen den äußeren Filamenten gewährleistet ist und somit das innere Filament gegen Verschieben fixiert ist. Erfindungsgemäße Stahlkorde weisen einen Korddurchmesser auf, der es gestattet, die Stahlkorde in der Gürtellage unter gegenseitigen Abständen anzuordnen, die für die Gürtelkantenhaltbarkeit vorteilhaft sind. Gleichzeitig lässt sich mit

erfindungsgemäßen Stahlkorden eine Steifigkeit der Gürtellagen bzw. des Gürtelpakets erzielen, die für die Abriebslebensdauer vorteilhaft ist.

Zur Fixierung des inneren Filamentes ist es wichtig, eine bestimmte Offenheit der zweiten Lage sicherzustellen, um eine gute Penetration von Gummimaterial in Zwischenräume zwischen den Filamenten der zweiten Lage zu gewährleisten. Die Offenheit O der äußeren Filamente wird gemäß Gleichung III, wonach O [%] = N x A _M / π x Do mit A _M als arithmetischen Mittelwert der kleinsten gegenseitigen Abstände der äußeren Filamente, bestimmt. Dabei werden erfindungsgemäß ausgeführte Stahlkorde derart ausgelegt, dass die Offenheit zwischen 10 % und 25 % beträgt. Für die Gürtelkantenhaltbarkeit und die Steifigkeit der Gürtellagen ist es von besonderem Vorteil, wenn der Durchmesser des inneren Filamentes zwischen 0,35 mm und 0,42 mm und der Durchmesser der äußeren Filamente zwischen 0,38 mm und 0,45 mm beträgt. In diesem Zusammenhang ist es auch besonders günstig, wenn das Verhältnis des

Durchmessers des inneren Filamentes zum Durchmesser der äußeren Filamente zwischen 0,8 und 1,0 beträgt. Erfindungsgemäße Stahlkorde eignen sich vor allem als Festigkeitsträger in den

Gürtellagen des Gürtelpakets von Nutzfahrzeugreifen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgeführten Stahlkord.

Erfindungsgemäß ausgeführte Korde sind vom Typ 1+N, wobei N zwischen vier und sechs beträgt. Der in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Stahlkord weist die Konstruktion 1+5 auf und besteht daher in der erste Lage aus einem einzigen inneren Filament 1 und fünf mit dessen Außenseite in Kontakt stehenden äußeren Filamenten 2 in der zweiten Lage. Die äußeren Filamente 2 sind in bekannter Weise gemeinsam um ihre Längsachse und um das innere Filament 1 verdrillt.

Die Filamente 1 und 2 können im Querschnitt als Kreise betrachtet werden, wobei der Durchmesser Di des inneren Filamentes 1 zwischen 0,30 mm und 0,45 mm, der für sämtliche äußeren Filamente 2 gleich große Durchmesser D der äußeren Filamente 2 zwischen 0,35 mm und 0,50 mm beträgt. Der Durchmesser Di des inneren Filamentes 1 beträgt insbesondere zwischen 0,35 mm und 0,42 mm, der Durchmesser D _N der äußeren Filamente 2 insbesondere zwischen 0,38 mm und 0,45 mm. Erfindungsgemäß ausgeführte Stahlkorde werden derart ausgeführt, dass das Verhältnis des Durchmessers Di des inneren Filamentes 1 zum Durchmesser D der äußeren Filamente 2 zwischen 0,7 und 1 , 1 , insbesondere zwischen 0,8 und 1 ,0, beträgt.

Der Stahlkord weist eine offene Konstruktion auf, bei welcher die äußeren Filamente 2 zwar in Kontakt mit dem inneren Filament 1 stehen, jedoch einander zumindest zum Teil nicht berühren. Es können daher die äußeren Filamente 2 sämtlich zueinander beabstandet sein, es können jedoch einige, beispielsweise zwei oder drei äußere Filamente 2, einander berühren. Wie die Figur zeigt können die gegenseitigen Abstände A _N i bis A _N5 der

Filamente 2 - ermittelt an jenen Stellen, wo der gegenseitige Abstand der einander benachbarten äußeren Filamente 2 am geringsten ist - unterschiedlich groß sein. An den Stellen des geringsten Abstandes gezogene gerade Linien sind, im Querschnitt betrachtet, Sehnen eines Kreises eines Durchmesser D ₀ , welcher sich gemäß nachstehender Gleichung

1 wie folgt ermitteln lässt:

Gleichung I: D ₀ = (Di+D _N ) x cos(360 2N)

Der durchschnittliche Abstand A M (arithmetischer Mittelwert) der äußeren Filamente 2, die durchschnittliche Sehnenlänge am Kreis mit dem Durchmesser Do, lässt sich gemäß Gleichung II ermitteln:

Gleichung II: A _NM = avg (A _Nh ... A _NN ) = [(Di + D _N ) x sin(360 2N)] - D _N

Die Gleichungen I und II gelten exakt lediglich bei einer gleichmäßigen Anordnung der äußeren Filamente 2 um das innere Filament 1 , bei einer ungleichmäßigen Anordnung, bei unterschiedlichen gegenseitigen Abständen A _N i bis A _N N ergibt sich eine geringe

Ungenauigkeit, die jedoch unbeachtet bleiben kann.

Bei erfindungsgemäß ausgeführten Stahlkorden ist es wesentlich, eine bestimmte Offenheit der zweiten Lage sicherzustellen, die eine gute Penetration des Gummimaterials in die Zwischenräume zwischen den Filamenten 2 der zweiten Lage sicherstellt, sodass das innere Filament 1 gegen Verschiebung fixiert wird. Die Offenheit O der äußeren Filamente

2 ergibt sich aus Gleichung III: Gleichung III: O [%] = N x A _NM / π x D ₀

Erfindungsgemäß ausgeführte Stahlkorde werden derart ausgelegt, dass O zwischen 10 % und 25 % beträgt. Bei einer Offenheit O kleiner als 10 % ist eine ausreichende

Gummipenetration zwischen die äußeren Filamente 2 nicht mehr sichergestellt und es besteht die Gefahr einer Verschiebung des inneren Filamentes 1 , der Stahlkord wird korrosionsanfällig. Bei einer Offenheit größer als 25 % leidet die Kordsteifigkeit bezogen auf den Kordaußendurchmesser. Eine geringere Kordsteifigkeit hat im Allgemeinen eine Verschlechterung der Abriebperformance des Laufstreifens des Reifens zur Folge. Würde man zusätzlich die Kordanzahl erhöhen und damit den gegenseitigen Kordabstand verringern, wird die Gürtelkantenhaltbarkeit beeinträchtigt.

Nachstehend werden einige Beispiele für erfindungsgemäß ausgeführte Stahlkorde und die gemäß Gleichung III ermittelte Offenheit angegeben:

Erfindungsgemäß ausgeführte Stahlkorde eignen sich vorrangig als Festigkeitsträger in Gürtellagen von Fahrzeugluftreifen, insbesondere Gürtellagen von Nutzfahrzeugreifen. Bei der Herstellung der Gürtellagen werden die zueinander parallel ausgerichteten und unter einem vorab bestimmten gegenseitigen Abstand angeordneten Stahlkorde in eine

Kautschukmischung, die Gummierungsmischung, eingebettet.

Sowohl das innere Filament 1 als auch die äußeren Filamente 2 sind Stahlfilamente mit üblichen Zugfestigkeiten von mindestens 2800 N/mm ² (Normal-Tensile- Ausführung) bis zu 4100 N/mm ² (Ultra-High-Tensile- Ausführung).

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Bezugszeichenliste

1 Filament

2 Filament

ANI Abstand

A _N2 Abstand

A _N? Abstand

AN4 Abstand

A _N5 Abstand

Do Durchmesser

Di Durchmesser

D _N Durchmesser