Fahrzeugluftreifen aufweisend eine Festigkeitsträgerlage mit Stahl- Monofilamenten

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, mit einer Festigkeitsträgerlage aufweisend Festigkeitsträger aus Stahl, welche innerhalb der Festigkeitsträgerlage im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander angeordnet und in ein Kautschukmaterial eingebettet sind, wobei jeder der Festigkeitsträger als Monofilament ausgebildet ist, wobei die Monofilamente eine Querschnittsfläche von 98 mm ² bis 125 mm ² pro Meter Festigkeitsträgerlage einnehmen und wobei der Stahl einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist.

Ein Fahrzeugluftreifen weist im Allgemeinen eine luftundurchlässige Innenschicht, eine Karkasse aufweisend zumindest eine Karkassfestigkeitsträgerlage, wobei die Karkasse vom Zenitbereich des Reifens über die Seitenwände bis in den Wulstbereich reicht und dort durch Umschlingen zugfester Wulstkerne verankert ist, einen radial außen befindlichen profilierten Laufstreifen und einen zwischen dem Laufstreifen und der Karkasse angeordneten Gürtelfestigkeitsträgerlagen aufweisenden Gürtel auf, welcher radial außen mit einer Gürtelbandage abgedeckt sein kann. Die Gürtelbandage kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein und deckt zumindest die Gürtelränder ab.

Üblich ist, dass zur Herstellung einer Festigkeitsträgerlage, insbesondere des Gürtels oder der Karkasse, Festigkeitsträger in Kautschukmaterial eingebettet werden, indem eine Schaar von im Wesentlichen parallel liegenden Festigkeitsträgern in Längsrichtung einen Kalander oder einen Extruder zur Ummantelung mit dem Kautschukmaterial durchlaufen. Diese Bahnen werden in der Regel quer zu ihrer Längsrichtung durchschnitten, so dass die Teile einzeln oder zusammengefügt als Festigkeitsträgerlagen im Reifen eingesetzt werden zu können. Der Gürtel weist in der Regel zumindest zwei Gürtelfestigkeitsträgerlagen auf, die sich in einem Winkel kreuzend angeordnet sind. Der Gürtel sorgt für die Steifigkeit der Lauffläche in Längs- und Querrichtung. Dieses dient beim Fahren der Kraftübertragung, verbessert die Seitenführung und verringert den Abrieb des Reifens.

Die Karkasse weist zumindest eine Karkassfestigkeitsträgerlage auf, wobei bei einem Fahrzeugluftreifen radialer Bauart die Festigkeitsträger der zumindest einen Karkasslage in den Seitenwänden unter einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt von 0° bis 8°, zur radialen Richtung angeordnet sind.

Es ist bekannt und üblich, Stahlkorde als Festigkeitsträger des Gürtels einzusetzen. In PKW-Luftreifen verbaute Gürtelfestigkeitsträgerlagen weisen häufig Stahlkorde aus mehreren high-tensile Stahlfilamenten, z.B. der Konstruktion 2x, 3x, 2+1 etc., auf. Nachteilig an den Gürtelfestigkeitsträgerlagen mit vorgenannten Stahlkorden ist, dass diese vergleichsweise dick und schwer an Gewicht sind, was sich nachteilig auf den Rollwiderstand auswirkt.

Zur Erzielung dünnerer rollwiderstandsoptimierter Festigkeitsträgerlagen ist es auch bekannt, dünne Stahl-Monofilamente mit einer hohen Festigkeitsträgerdichte einzusetzen. So offenbart die DE 10 2016 225231 A1 eine Gürtelfestigkeitsträgerlage aufweisend ultra-tensile Stahl-Monofilamente mit einem geringen Durchmesser von 0,35 mm, die zur Kompensation des geringen Durchmessers mit einer hohen Fadendichte von 90 epdm bis zu 130 epdm in der Festigkeitsträgerlage angeordnet sind.

Die erhöhte Fadendichte als Ausgleich der geringeren Festigkeit der dünnen Monofilamente im Vergleich zu den Korden aus mehreren Stahlfilamenten führt jedoch zu verschiedenen Herausforderungen, die sich beispielsweise auf die Lebensdauer des Reifens aufgrund der höheren Anzahl an Festigkeitsträgern und des geringeren Festigkeitsträgerabstandes auswirken. Die hohe Fadendichte kann in einer erhöhten Rissbildung und Rissausbreitung resultieren. Auch die Verformungseigenschaften der Festigkeitsträgerlage, und damit insbesondere die Handlingeigenschaften des Reifens, sind durch die Ausgestaltung der Festigkeitsträger beeinflusst.

Es war die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik auszuräumen oder zumindest zu verringern.

Aufgabe ist daher ein Fahrzeugluftreifen, der eine verbesserte Dauerhaltbarkeit bei weiterhin vorteilhaftem Rollwiderstand aufweist.

Dies wird dadurch erreicht, dass die Monofilamente eine Messingbeschichtung mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine lineare Dichte von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine Zugdichte Td von 34 MPa/(g/100m) bis 39 MPa/(g/100m) aufweisen, dass die Festigkeitsträgerlage eine Flächenfestigkeit AS von 109 Nmm ² bis 166 Nmm ² aufweist und dass das Kautschukmaterial eine Bruchdehnung von 300 % bis 450 % aufweist. Die Flächenfestigkeit AS einer Festigkeitsträgerlage ist gegeben als Produkt aus einer Bruchkraft und einem Durchmesser eines Festigkeitsträgers der Festigkeitsträgerlage sowie einem Abstand zwischen dem Festigkeitsträger und einem hierzu benachbarten Festigkeitsträger der Festigkeitsträgerlage. Der Abstand plus der Durchmesser sind somit der Wiederholungsabstand der Festigkeitsträger. Die Bruchkraft des Festigkeitsträgers ist gemessen gemäß ASTM D 2969.

Die Querschnittsfläche eines Monofilaments verläuft senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Monofilaments. Die Zugdichte Td eines Festigkeitsträgers ist im Rahmen der Erfindung der Quotient aus Zugfestigkeit und linearer Dichte des jeweiligen Festigkeitsträgers gegeben. Die Zugfestigkeit ist gemessen gemäß ASTM D 2969.

Die Bruchdehnung des Kautschukmaterials ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53504. Der hohe Kohlenstoffanteil des Stahls der Monofilamente von mindestens 0,86 Gew.-% ermöglicht eine vorteilhafte hohe Zugfestigkeit der Monofilamente. Die Ausbildung der Festigkeitsträger als Monofilamente erlaubt eine besonders gute Durchdringung mit dem Kautschukmatenal, wodurch die durch den hohen Kohlenstoffanteil begünstigte Korrosionsausbreitung vermieden wird. Gleichzeitig erlaubt die Ausführung der Festigkeitsträger als Monofilamente eine weiterhin dünne Ausgestaltung der Festigkeitsträgerlage und somit einen weiterhin geringen Rollwiderstand. Die Messingbeschichtung der Monofilamente mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% fördert dabei eine optimale Haftung zwischen dem Stahl und dem Kautschukmaterial. Zusammen ergibt sich somit eine verbesserte Dauerhaltbarkeit des Reifens bei gleichzeitig niedrigem Rollwiderstand.

Die vergleichsweise hohe lineare Dichte der Monofilamente, gemessen in g pro 100 m Länge des jeweiligen Monofilaments, von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m führt zu verbesserten Kompressionseigenschaften und somit beim Einsatz als Gürtellage zu verbesserten Handlingeigenschaften. Gleichzeitig gewährleistet diese hohe lineare Dichte in Zusammenhang mit der geringen Zugdichte Td von 34 MPa/(g/100m) bis 39 MPa/(g/100m) geringere Ermüdungserscheinungen und damit einer größeren Dauerhaltbarkeit.

Es hat sich herausgestellt, dass dem Zusammenspiel aus Festigkeitsträgem und dem die Festigkeitsträger ummantelnden Kautschukmaterial, insbesondere der Menge an ummantelndem Kautschukmaterial sowie dessen Bruchdehnung, für die Reifeneigenschaften eine besondere Bedeutung zukommt. Die Flächenfestigkeit berücksichtigt und kombiniert dabei die Bruchkraft mit dem Durchmesser der Monofilamente sowie mit dem Abstand zu einem benachbarten Monofilament. Es hat sich herausgestellt, dass eine Flächenfestigkeit AS von 109 Nmm ² bis 166 Nmm ² in Zusammenhang mit der erfindungsgemäß hohen linearen Dichte und der Bruchdehnung des, insbesondere zwischen den Festigkeitsträgem angeordneten, Kautschukmaterials von 300 % bis 450 % einen hervorragenden Kompromiss zwischen Lebensdauer, Handlingeigenschaften und Robustheit des Reifen ermöglicht. Eine solche Festigkeitsträgerlage weist bezüglich Rissbildung und Rissausbreitung verbesserte Eigenschaften auf.

Somit ist ein Fahrzeugluftreifen zur Verfügung gestellt, der durch die Anordnung und Gewichtsverteilung von Stahl zu Kautschukmaterial in der Festigkeitsträgerlage sowie den Matenaleigenschaften des Kautschukmaterials bei verbesserter Dauerhaltbarkeit einen weiterhin vorteilhaften Rollwiderstand aufweist. Die Vorteile ergeben sich insbesondere bei einem Fahrzeugreifen, der die Festigkeitsträgerlage als Gürtellage aufweist. Ein solcher Fahrzeugluftreifen weist vorteilhafte Handlingeigenschaften auf.

Verglichen mit einer Festigkeitsträgerlage mit Festigkeitsträgem einer üblichen 2x- Konstruktion high-tensile ist ein Fahrzeugluftreifen ermöglicht, der Verbesserungen im Rollwiderstand, im Handling und Plunger bei gleichzeitig weiterhin vorteilhafter Lebensdauer und Robustheit des Reifens aufweist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente einen Kompressionsmodul (compression module) von 138 GPa bis 155 GPa und/oder eine Kompressionsstauchung (compression displacement) von 0,95 % bis 1 ,05 % und/oder eine Kompressionsspannung (compression stress) von 1400 MPa bis 1500 MPa aufweisen.

Es hat sich gezeigt, dass diese Kombination aus Stahl-Monofilamenten und Kautschukmaterial in der Festigkeitsträgerlage zusammen mit dem Kompressionsmodul von 138 GPa bis 155 GPa und/oder der Kompressionsstauchung von 0,95 % bis 1 ,05 % und/oder der Kompressionsspannung von 1400 MPa bis 1500 MPa eine hohe Kompressionskraft bis zum Verknicken der Monofilamente ermöglicht. Hieraus resultieren weiter verbesserte Verformungseigenschaften der Festigkeitsträgerlage. Beim Einsatz als Gürtellage ergibt sich somit ein Fahrzeugluftreifen, der bezüglich Handlingeigenschaften weiter verbessert ist. Vorteilhaft ist es, wenn die Monofilamente einen Kompressionsmodul von 138 GPa bis 155 GPa und eine Kompressionsstauchung von 0,95 % bis 1 ,05 % und eine Kompressionsspannung von 1400 MPa bis 1500 MPa aufweisen.

Die Bestimmung des Kompressionsmoduls, der Kompressionsstauchung sowie der Kompressionsspannung eines Stahl-Festigkeitsträgers, insbesondere eines Monofilaments, sind der fachkundigen Person bekannt. Zur Bestimmung des jeweiligen Merkmals des Monofilaments wird in der Regel eine Probe aus einem Gummizylinder, insbesondere ein Gummizylinder aus dem gleichen Kautschukmaterial wie das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage, aufweisend das entlang der Rotationsachse des Zylinders angeordnete Monofilament im Vergleich mit einer Probe aus einem entsprechenden Gummizylinder, welcher frei von einem solchen Monofilament ist, getestet. Der jeweilige Zylinder kann einen Durchmesser von 15 mm und eine Länge von 25 mm aufweisen und die Prüfung kann bei Raumtemperatur mit einer Vorlast von 2N und einer Prüfgeschwindigkeit von 5 mm/min durchgeführt werden. Zur Bestimmung der Kompressionseigenschaften des Monofilaments ist der Unterschied der beiden Proben mit und ohne Monofilament zu berücksichtigen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente jeweils eine Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene (out-of-plane bending stiffness) von 270 Nmm ² bis 340 Nmm ² aufweisen.

Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Kombination aus Stahl- Monofilamenten und Kautschukmatenal in der Festigkeitsträgerlage zusammen mit der hohen Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene der Monofilamente von jeweils 270 Nmm ² bis 340 Nmm ² einen bezüglich der Verformungseigenschaften der Festigkeitsträgerlage optimierten Fahrzeugluftreifen ergibt. Beim Einsatz als Gürtellage ergibt sich somit ein Fahrzeugluftreifen, der bezüglich Handlingeigenschaften weiter optimiert ist.

Die Biegesteifigkeit eines Stahl-Festigkeitsträgers, insbesondere des Monofilaments, kann durch den der fachkundigen Person bekannten 3-Punkt Biegeversuch ermittelt werden. Es wird dabei die Biegesteifigkeit des Monofilaments als Resultat einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Monofilaments auf den Festigkeitsträger wirkenden Kraft ermittelt. Getestet wird dabei ein geradliniges Stück Monofilament, wobei die Testlänge und die Distanz zwischen zwei Kontaktpunkten, auf welchen das Monofilament aufliegt, von der linearen Dichte des Monofilaments abhängt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente jeweils eine Zugfestigkeit von 3500 MPa bis 3700 MPa aufweisen, bevorzugt dass für einer Dehnung von 1 % eine Kraft von 285 N bis 325 N aufzuwenden ist.

Die Monofilamente derartiger Zugfestigkeit weisen eine vorteilhafte hohe Bruchkraft auf. Die Zugfestigkeit sowie die Kraft bei 1 % Dehnung sind gemessen gemäß ASTM D 2969,

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Festigkeitsträgerlage einen Gewichtsanteil an Stahl von 47 Gew.-% bis 63,5 Gew.- %, bevorzugt von 48,9 Gew.-% bis 62,3 Gew.-%, besonders bevorzugt von 52 Gew.-% bis 58 Gew.-% aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage einen Abstandsfaktor S von 2,00 bis 2,67, bevorzugt von 2,05 bis 2,57, besonders bevorzugt von 2,10 bis 2,50, aufweist.

Der Abstandsfaktor S ist im Rahmen der Erfindung gegeben als: S=1 + ((y+y'+x)/(2xd)), wobei y eine Dicke der Festigkeitsträgerlage auf einer ersten Seite eines Monofilaments der Festigkeitsträgerlage, y‘ eine Dicke der Festigkeitsträgerlage auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Monofilaments, jeweils gemessen senkrecht zu einer flächigen Erstreckung der Festigkeitsträgerlage, x den Abstand zwischen dem Monofilament und einem hierzu benachbarten Monofilament der Festigkeitsträgerlage und d den Durchmesser des Monofilaments bezeichnet, y, und y‘ sind Maße für die Gummierungsdicke der Festigkeitsträgerlage über und unter Kord, wobei y+y‘+d die gesamte Dicke der Festigkeitsträgerlage ergibt, gemessen senkrecht zur flächigen Erstreckung der Festigkeitsträgerlage. Weiter ergibt d+x den Wiederholungsabstand (pitch) der Monofilamente.

Der Abstandsfaktor S berücksichtigt die Ummantelung der Monofilamente mit dem Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage. Der Abstandsfaktor S charakterisiert die Festigkeitsträgerlage, insbesondere bezüglich der Wahrscheinlichkeit der Rissausbreitung und der Aufnahme von Scherkräften.

Die hohe lineare Dichte der Monofilamente von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m zusammen mit der hohen Querschnittsfläche der Monofilamente von 98 mm ² bis 125 mm ² pro Meter Festigkeitsträgerlage ermöglichen in Zusammenhang mit dem vergleichsweise moderaten Gewichtsanteil der Festigkeitsträgerlage an Stahl von 47 Gew.-% bis 63,5 Gew.-%, bevorzugt von 48,9 Gew.-% bis 62,3 Gew.-%, besonders bevorzugt von 52 Gew.-% bis 58 Gew.-%, eine bezüglich Lagendicke und Lagengewicht weiterhin bezüglich des Rollwiderstands vorteilhafte, insbesondere als Gürtellage geeignete, Festigkeitsträgerlage. In Zusammenhang mit dem Abstandsfaktor S von 2,00 bis 2,67, bevorzugt von 2,05 bis 2,57, besonders bevorzugt von 2, 10 bis 2,50, welcher die Ummantelung der Monofilamente mit dem Kautschukmatenal weiter charakterisiert und eine vorteilhafte Aufnahme von Scherkräften durch das ummantelnde Kautschukmaterial ermöglicht, sowie der Bruchdehnung von 300 % bis 450 % des ummantelnden Kautschukmaterials, weist die derart gestaltete Festigkeitsträgerlage auch eine verringerte Rissbildung und Rissausbreitung auf, wodurch die Dauerhaltbarkeit der Festigkeitsträgerlage weiter verbessert ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente frei von einem Twist um ihre Achse sind.

Hierdurch ist ein stabiler Ummantelungsprozess der Festigkeitsträger mit dem Kautschukmaterial ermöglicht. Gleichzeitig ist die Orientierung und gleichmäßige Verteilung der Monofilamente innerhalb der Festigkeitsträgerlage erleichtert. Bevorzugt weist die Festigkeitsträgerlage oberhalb und unterhalb der Festigkeitsträger die gleiche Menge an Kautschukmaterial auf. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Monofilamente einen Verdrehungswinkel von maximal 10°, bevorzugt von maximal 1 °, aufweisen.

Ein derart geringer Verdrehungswinkel von maximal 10° hat nur eine geringfügige Auswirkung auf die Eigenschaften des Monofilaments. Bei einer so geringen Verdrehung ist ein stabiler Ummantelungsprozess der Festigkeitsträger mit dem Kautschukmaterial ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist ein Verdrehungswinkel von maximal 1 °. Gleichzeitig ist die Orientierung und gleichmäßige Verteilung der Monofilamente innerhalb der Festigkeitsträgerlage erleichtert.

Der Verdrehungswinkel ist berechnet als atan(irxd/P )X180/TT, wobei d einen Durchmesser des Monofilaments und P einen Verdrehungsabstand (Ganghöhe) der Verdrehung bezeichnet. Das Monofilament kann hierfür mittels eines Lichtmikroskops untersucht werden. Dabei kann der Durchmesser d (in Millimetern) als auch ein Wert, der der Hälfte Verdrehungsabstandes P (in Millimetern) entspricht, ermittelt werden. Der Wert wird mittels einer Ziehmarkierung auf der Oberfläche des Monofilaments ermittelt. Der Wert wird mit 2 multipliziert, um den Verdrehungsabstand P zu erlangen.

Bevorzugt weist die Festigkeitsträgerlage oberhalb und unterhalb der Festigkeitsträger die gleiche Menge an Kautschukmaterial auf.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass das Kautschukmaterial eine Zugfestigkeit von 15 N/mm ² bis 22 N/mm ² aufweist.

Die Zugfestigkeit des Kautschukmaterials ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53504. Eine derartige Zugfestigkeit ermöglicht einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Lebensdauer und Rollwiderstandseigenschaften der Festigkeitsträgerlage, insbesondere der Gürtellage, des Reifens.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass das Kautschukmaterial eine Shore-Härte von 77 bis 81 (ShoreA) aufweist. Die Shore-Härte des Kautschukmaterials ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53505. Eine derartige Shore-Härte ermöglicht einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Lebensdauer und Rollwiderstandseigenschaften der Festigkeitsträgerlage, insbesondere der Gürtellage, des Reifens.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass das Kautschukmaterial eine Rückprallelastizität von 38 bis 45 aufweist.

Die Rückprallelastizität des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53512. Eine derartige Rückprallelastizität ermöglicht einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Lebensdauer und Rollwiderstandseigenschaften der Festigkeitsträgerlage, insbesondere der Gürtellage, des Reifens.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass der Fahrzeugluftreifen einen Gürtel aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage eine Festigkeitsträgerlage des Gürtels ist, bevorzugt dass der Gürtel zwei derartige Festigkeitsträgerlagen aufweist, deren Festigkeitsträger sich in einem Winkel von 18° bis 45° kreuzen.

Ein Fahrzeugluftreifen aufweisend einen solchen Gürtel mit zumindest einer erfindungsgemäßen Festigkeitsträgerlage als Gürtelfestigkeitsträgerlage weist vorteilhafte Dauerhaltbarkeitseigenschaften und Handlingeigenschaften bei gutem Rollwiderstand auf. Es handelt sich insbesondere um einen Reifen radialer Bauart.

Der Fahrzeugreifen aufweisend den erfindungsgemäß ausgeführten Gürtel ist bevorzugt ein Reifen für einen Personenkraftwagen, einen Light-Truck oder ein Nutzfahrzeug. Bevorzugt handelt es sich um einen Personenkraftwagen oder einen Light-Truck. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass der Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, eine Karkasse aufweist und dass die Festigkeitsträgerlage eine Festigkeitsträgerlage der Karkasse ist.

Ein Fahrzeugluftreifen, insbesondere radialer Bauart, aufweisend eine Karkasse mit zumindest einer erfindungsgemäßen Festigkeitsträgerlage als Karkassfestigkeitsträgerlage weist vorteilhafte Dauerhaltbarkeitseigenschaften bei gutem Rollwiderstand auf. Handelt es sich um einen Fahrzeugluftreifen radialer Bauart so sind die Festigkeitsträger der Karkassfestigkeitsträgerlage in den Seitenwänden unter einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt von 0° bis 8°, zur radialen Richtung angeordnet.

Der Fahrzeugreifen insbesondere radialer Bauart aufweisend die erfindungsgemäß ausgeführte Karkasse ist bevorzugt ein Reifen für einen Personenkraftwagen, einen Light-Truck, ein Nutzfahrzeug oder dergleichen. Bevorzugt handelt es sich um einen Fahrzeugluftreifen für einen Personenkraftwagen. Durch einen Elektromotor angetriebene Kraftfahrzeuge, insbesondere derartige Personenkraftwagen, aufweisend einen oder mehrere erfindungsgemäße Reifen profitieren besonders von einem geringen Rollwiderstand bei verbesserten Handlingeigenschaften und einer verbesserten Dauerhaltbarkeit.

Alle in dieser Beschreibung wiedergegebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifens stellen Beispiele der Ausgestaltung der Erfindung dar und sind nicht einschränkend zu sehen. Entsprechend sind auch durch einzelne oder mehrere Merkmale einer Ausführungsform alleine oder die Kombination der Merkmale verschiedener Ausführungsformen weitere Ausführungsformen der Erfindung gegeben, die Gegenstand der Erfindung sind, soweit diese nicht explizit anders in der Beschreibung erläutert wird. Ferner sind auch Kombinationen von bevorzugten und besonders bevorzugten Ausführungsformen untereinander miteinander kombinierbar. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifens gegeben. Es handelt sich um einen Fahrzeugluftreifen radialer Bauart mit einer Festigkeitsträgerlage aufweisend Festigkeitsträger aus Stahl, welche innerhalb der Festigkeitsträgerlage im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander angeordnet und in ein Kautschukmaterial eingebettet sind, wobei jeder der Festigkeitsträger als Monofilament ausgebildet ist, wobei die Monofilamente eine Querschnittsfläche von 98 mm ² bis 125 mm ² pro Meter Festigkeitsträgerlage einnehmen und wobei der Stahl einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist.

Der Reifen zeichnet sich dadurch aus, dass die Monofilamente eine Messingbeschichtung mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine lineare Dichte von 92 g / 100 m bis 105 g / 100 m aufweisen, dass die Monofilamente jeweils eine Zugdichte Td von 34 MPa/(g/100m) bis 39 MPa/(g/100m) aufweisen, wobei die Zugdichte Td definiert ist als Quotient aus Zugfestigkeit und linearer Dichte des Festigkeitsträgers, dass die Festigkeitsträgerlage eine Flächenfestigkeit AS von 109 Nmm ² bis 166 Nmm ² aufweist, wobei die Flächenfestigkeit AS als Produkt aus einer Bruchkraft und einem Durchmesser eines Monofilaments der Festigkeitsträgerlage sowie einem Abstand zwischen dem Monofilament und einem hierzu benachbarten Monofilament der Festigkeitsträgerlage gegeben ist und dass das Kautschukmaterial eine Bruchdehnung von 300 % bis 450 % aufweist.

Die Monofilamente können einen Kompressionsmodul von 138 GPa bis 155 GPa, eine Kompressionsstauchung von 0,95 % bis 1 ,05 % und/oder eine Kompressionsspannung von 1400 MPa bis 1500 MPa aufweisen. Die Monofilamente können eine Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene von jeweils 270 Nmm ² bis 340 Nmm ² aufweisen. Die Monofilamente können jeweils eine Zugfestigkeit von 3500 MPa bis 3700 MPa aufweisen, bevorzugt dass für einer Dehnung von 1 % eine Kraft von 285 N bis 325 N aufzuwenden ist. Die Festigkeitsträgerlage kann einen Gewichtsanteil an Stahl von 47 Gew.-% bis 63,5 Gew.-%, bevorzugt von 48,9 Gew.-% bis 62,3 Gew.-%, besonders bevorzugt von 52 Gew.-% bis 58 Gew.-% aufweisen, wobei die Festigkeitsträgerlage einen Abstandsfaktor S von 2,00 bis 2,67, bevorzugt von 2,05 bis 2,57, besonders bevorzugt von 2,10 bis 2,50, aufweist.

Die Monofilamente können einen Verdrehungswinkel von maximal 10°, bevorzugt von maximal 1 °, aufweisen. Die Monofilamente können frei von einem Twist um ihre eigene Achse sein.

Das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage kann eine Zugfestigkeit von 15 N/mm ² bis 22 N/mm ² aufweisen. Das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage kann eine Shore-Härte von 77 bis 81 (ShoreA) aufweisen. Das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage kann eine Rückprallelastizität von 38 bis 45 aufweisen.

Ein solcher Fahrzeugluftreifen ist besonders vorteilhaft, wenn die Festigkeitsträgeralge eine Gürtellage ist. Noch vorteilhafter ist es, wenn beide Gürtellagen, welche sich unter einem Winkel von 18° bis 45° kreuzen, derart ausgebildet sind. Eine vorbeschriebene Festigkeitsträgerlage kann aber auch eine Karkasslage eines Fahrzeugluftreifens sein.

Es wurden Reifenversuche zur Ermittlung der Reifenhaltbarkeit von Reifen durchgeführt. Es handelt sich um Fahrzeugluftreifen radialer Bauart der Größe 175/65 R15 mit jeweils zwei Gürtellagen. Die Gürtellagen sind als Festigkeitsträgerlagen ausgebildet, welche Festigkeitsträger aus Stahl aufweisen, welche innerhalb der jeweiligen Festigkeitsträgerlage im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander angeordnet und in ein Kautschukmaterial eingebettet sind. Die Festigkeitsträger der beiden Gürtellagen des jeweiligen Reifens kreuzen sich in einem Winkel von 18° bis 45°.

Es wurden nicht erfindungsgemäße Vergleichsreifen (Referenzreifen 1 ,

Referenzreifen 2) sowie erfindungsgemäße Reifen (Beispielreifen) getestet. Die Referenzreifen 1 die Referenzreifen 2 und die Beispielreifen unterscheiden sich lediglich in der Ausgestaltung ihrer Gürtellagen voneinander.

In der Tabelle 1 sind die Parameter einer Gürtellage bzw. eines Festigkeitsträgers (FT) der Gürtellage eines Referenzreifens 1 , Referenzreifens 2 und eines erfindungsgemäße Beispielreifens angeführt.

In der Tabelle 2 ist eine vergleichende Bewertung der Eigenschaften der getesteten Reifen angeführt.

Die in Tabelle 1 angeführte Gürtellage eines erfindungsgemäßen Beispielreifens weist als Festigkeitsträger Monofilamente auf, wobei der Stahl einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist. Die Monofilamente weisen einen Verdrehungswinkel von maximal 1 ° auf. Sie sind insbesondere frei von einem Twist um ihre Achse. Die Festigkeitsträgerlage weist insbesondere einen Gewichtsanteil an Stahl von 57,8 % und einen Abstandsfaktor S von 2,19 auf.

Die in der Tabelle 1 angeführte Gürtellage eines Referenzreifens 1 weist als Festigkeitsträger übliche Stahl-Korde der Konstruktion x2 mit einer Schlaglänge von 14 mm auf. Der Stahl weist einen Kohlenstoffanteil von weniger als 0,86 Gew.-% auf.

Die in Tabelle 1 angeführte Gürtellage eines Referenzreifens 2 weist als Festigkeitsträger Stahl-Monofilamente mit einer geringeren linearen Dichte als die Monofilamente der Beispiellage auf, wobei der Stahl ebenfalls einen Kohlenstoffanteil von mindestens 0,86 Gew.-% aufweist. Die Monofilamente weisen einen Verdrehungswinkel von maximal 1 ° auf. Sie sind insbesondere frei von einem Twist um ihre Achse.

Die Festigkeitsträger der Gürtellagen der Versuchsreifen weisen jeweils eine Messingbeschichtung mit einem Kupferanteil von 61 Gew.-% bis 70 Gew.-% und einem Zinkanteil von 30 Gew.-% bis 39 Gew.-% auf. Das Kautschukmaterial der Gürtellagen weist jeweils eine Bruchdehnung von 300 % bis 450 % auf. Die Zugfestigkeit und die Kraft bei 1 % Dehnung sowie die Bruchkraft des jeweiligen Festigkeitsträgers ist gemessen gemäß ASTM D 2969.

Die Bruchdehnung des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53504. Die Zugfestigkeit des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53504. Die Shore-Härte des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53505. Die Rückprallelastizität des Kautschukmatenals ist gemessen bei Raumtemperatur gemäß DIN 53512.

Zur Bestimmung des Kompressionsmoduls, der Kompressionsstauchung sowie der Kompressionsspannung wurde eine Probe aus einem Gummizylinder, insbesondere ein Gummizylinder aus dem gleichen Kautschukmaterial wie das Kautschukmaterial der Festigkeitsträgerlage, aufweisend den entlang der Rotationsachse des Zylinders angeordneten Stahl-Festigkeitsträger im Vergleich mit einer Probe aus einem entsprechenden Gummizylinder, welcher frei von einem solchen Festigkeitsträger ist, getestet. Der jeweilige Zylinder weist einen Durchmesser von 15 mm und eine Länge von 25 mm auf und die Prüfung wurde bei Raumtemperatur mit einer Vorlast von 2N und einer Prüfgeschwindigkeit von 5 mm/min durchgeführt. Zur Bestimmung der Kompressionseigenschaften des Festigkeitsträgers ist der Unterschied der beiden Proben mit und ohne Festigkeitsträger berücksichtigt.

Die Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene (out-of-plane bending stiffness) des jeweiligen Festigkeitsträgers ist gemessen mittels üblichem 3-Punkt Biegeversuch. Es wird dabei die Biegesteifigkeit des Stahl-Festigkeitsträgers als Resultat einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Festigkeitsträgers auf den Festigkeitsträger wirkenden Kraft ermittelt. Getestet wird dabei ein geradliniges Stück Stahl-Festigkeitsträger, wobei die Testlänge und die Distanz zwischen zwei Kontaktpunkten, auf welchen der Festigkeitsträger aufliegt, von der linearen Dichte des Festigkeitsträgers abhängt. Die Messung der Biegesteifigkeit des Monofilaments des Beispiels wurde mit einer Testlänge von 50,02 mm, einer Distanz zwischen den zwei Kontaktpunkten von 20,02 mm, einer Geschwindigkeit von 2,503 mm/s und einer Vorspannung von 0,03 N durchgeführt.

Der Verdrehungswinkel ist berechnet als atan(irxd/P )X180/TT, wobei d den Durchmesser des Monofilaments und P den Verdrehungsabstand (Ganghöhe) der Verdrehung bezeichnet. Das Monofilament wird hierfür mittels eines Lichtmikroskops untersucht. Dabei wird der Durchmesser d (in Millimetern) als auch ein Wert, der der Hälfte Verdrehungsabstandes P (in Millimetern) entspricht, ermittelt. Der Wert wird mittels einer Ziehmarkierung auf der Oberfläche des Monofilaments ermittelt. Der Wert wird mit 2 multipliziert, um den Verdrehungsabstand P zu erlangen.

Tabelle 1

In der Tabelle 2 ist eine vergleichende Bewertung der Eigenschaften der getesteten Reifen angeführt.

Tabelle 2

Die ermittelte Reifenhaltbarkeit der Referenzreifen 1 wird als 100% gewertet. Es zeigt sich, dass die Referenzreifen 2 eine geringere Reifenhaltbarkeit als die Referenzreifen 1 aufweisen. Die erfindungsgemäßen Beispielreifen hingegen weisen eine mit den Referenzreifen 1 vergleichbare Reifenhaltbarkeit auf. Wesentlich ist, das die Reifenhaltbarkeit im Vergleich zu den Referenzreifen 2, welche wie die erfindungsgemäßen Beispielreifen Stahl-Monofilamente als Festigkeitsträger aufweisen, verbessert ist. Dies ist durch die im Vergleich zu den Referenzreifen 2 geringere Zugdichte Td sowie die höhere Flächenfestigkeit AS zusammen mit der vergrößerten linearen Dichte und der weiterhin hohen Bruchdehnung des Kautschukmatenals der erfindungsgemäßen Beispielreifen ermöglicht.

Gleichzeitig ist die lineare Dichte der Monofilamente sowie die Festigkeitsträger- Querschnittsfläche pro Meter der Festigkeitsträgerlage der Beispielreifen und der Referenzreifen 2 im Gegensatz zu den Referenzreifen 1 stark verringert, wodurch jeweils ein im Vergleich zu den Referenzreifen 1 weiterhin vorteilhaft verringerter Rollwiderstand ermöglicht ist. Wie in der Tabelle 2 angeführt hat die Ermittlung der Handlingeigenschaften der Versuchsreifen einen Vorteil der erfindungsgemäßen Beispielreifen vor allem gegenüber den Referenzreifen 2 ergeben. Auch hierbei hat sich die vergrößerte lineare Dichte als vorteilhaft erwiesen.

Für weiterhin vorteilhaften Rollwiderstand, höhere Robustheit und verbesserte Handlingeigenschaften der erfindungsgemäßen Beispielreifen gegenüber den Referenzreifen 2 haben sich auch die erhöhten Werte des Kompressionsmoduls, der Kompressionsstauchung und der Kompressionsspannung sowie die stark erhöhte Biegesteifigkeit außerhalb der Ebene als vorteilhaft herausgestellt. Ebenso haben sich die erhöhte Kraft bei 1 % Dehnung bei nur geringfügiger Abnahme der Zugfestigkeit als vorteilhaft herausgestellt.