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Fahrzeugluftreifen
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen mit einer von Wulst zu Wulst reichenden Karkasse und einer in dem Bereich unterhalb der Lauffläche zwischen den Gewebeschichten der Karkasse und dem Laufbelag eingefügten, ebenfalls aus Gewebeschichten bestehenden Verstärkungseinlage.
Die üblichen Fahrzeugreifen werden so hergestellt, dass eine Anzahl Gewebeeinlagen das feste Gerüst des Reifens bilden. Die Cordfäden oder Drahtseile dieser Einlagen sind unter dem Laufbelag des Reifens in einem Winkel von 28 bis 450 zur Umfangsrichtung desselben angeordnet. Die Abstände dieser Cordfäden oder Drahtseile voneinander sind bei den unterschiedlichen Reifen und deren einzelnen Schich- ten mehr oder weniger gross gehalten. Über diesem Unterbau sind unter dem Laufbelag gewöhnlich noch eine oder mehrere Lagen gleicher Gewebe wie vorstehend erläutert aufgebracht, die etwa die gleichen Fadenwinkel besitzen und deren einzelne Fäden oder Seile gleiche oder grössere Abstände voneinander aufweisen wie diejenigen der benachbarten letzten Einlage des Unterbaues.
Diese unmittelbar unter dem Laufbelag liegenden Einlagen, die auch als Zwischenbau bekannt sind, enden etwa unter der Kante der Lauffläche des Reifens. Die den Zwischenbau bildenden Einlagen erstrecken sich also nicht wie die Einlagen des Unterbaues bis zu den Wülsten des Reifens.
Ergänzend zu dieser allgemein üblichen Reifenkonstruktion sind in neuerer Zeit noch Gestaltungen von Reifen bekanntgeworden, bei denen die Cordfäden oder Drahtseile des Reifenunterbaues ganz oder nahezu in radialen Ebenen liegen, d. h. gegenüber der Umfangsrichtung des Reifens einen Winkel von 90 bis 800 bzw. 700 einschliessen. Ein derartiger Unterbau nimmt je mehr sich dessen Fadenwinkel 900 nä- hern nur die vom Innendruck des Reifens herrührenden Querspannungen auf. Zur Aufnahme der vom Innendruck erzeugten Längsspannungen und ausserdem der beim Umlaufen des Rades auftretenden Umfangs-
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Lagen mit Winkeln von 900 in sich einschliessen können, gewählt wird.
Weiterhin wurde bereits für Reifen mit geringen Fahrgeschwindigkeiten vorgeschlagen, die Cordfäden der beiden Cordgewebelagen in einem Winkelbereich von 45 bzw. 55 bis 750. insbesondere unter einem Winkel von 600 zur Mittellinie des flachen Reifenmantels verlaufen zu lassen. Dies geschah jedoch lediglich zu dem Zweck, eine höhere Lebensdauer für ausschliesslich langsam laufende nicht maschinell angetriebene Reifen von relativ kleinem Querschnittsdurchmesser gegenüber dem Aussendurchmesser zu erreichen.
Die oben erwähnten Reifenbauarten entsprechen den Anforderungen, die an einen Fahrzeugreifen gestellt werden müssen, in unterschiedlicher Weise. Die bekannten Reifen mit einer Fadenrichtung von nahezu 900 der Karkasse sind z. B. in bezug auf Rollwiderstand und Laufflächen-Abnutzung vorteilhaft. Demgegenüber bieten die konventionellen Reifenbauformen bei Fahrten in der Kurve eine grössere Sicherheit gegen ein Ausbrechen in der Fahrbahn, da sich bei diesen ein Ausbrechen ankündigt und dieses nicht unverhofft und plötzlich eintritt. Auch ein Platzen des Reifens ist bei konventionellen Reifen weniger zu befürchten, wenn die zwischen Karkasse und Lauffläche liegenden Verstärkungseinlagen defekt werden sollten oder deren Lösung von der Karkasse einträte.
Obwohl vorstehend die Vor- und Nachteile der bekannten Reifenbauarten nicht erschöpfend dargestellt sind, kann deren Aufzählung doch entnommen werden, dass die bekannten Reifenbauformen im einzelnen nicht alle geforderten Eigenschaften vermitteln.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine möglichst optimale Erfüllung sämtlicher an einen
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Fahrzeugreifen zu stellenden Anforderungen in ein-und demselben Reifen zu erreichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Fäden der einzelnen Gewebeschichten der Karkasse unter der Lauffläche eines Winkel von 50 bis 600, vorzugsweise von 550, und die Fäden der in dem Bereich unterhalb der Lauffläche angeordneten Verstärkungseinlage wie an sich bekannt einen spitzen Winkel, zweckmässig zwischen 0 und 250, mit der Umfangsrichtung des Reifens einschliessen, wobei die Karkasse in Abhängigkeit vom Innendruck des Reifens und die Verstärkungseinlage in Abhängigkeit von den während des Betriebes auftretenden Fliehkräften bemessen ist, derart, dass für grössere Innendrücke eine stärkere Karkasse bzw.
für mit höherer Fahrgeschwindigkeit zu betreibende Reifen eine kräftigere Verstärkungseinlage vorgesehen ist.
Durch eine derartige Gestaltung des Reifens wird die Aufnahme aller vom Aufblasedruck herrührenden Wandspannungen, u. zw. sowohl der Quer- als auch der Längsspannungen unter der Lauffläche, von der Karkasse erreicht, während die durch den Umlauf bzw. von Zentrifugalkräften hervorgerufenen Spannungen von den Verstärkungseinlagen aufgenommen und dadurch von der Karkasse praktisch ferngehalten werden. Eine Winkelverschiebung der Fäden der Karkasse durch solche Spannungen ist damit ebenfalls ausgeschlossen. Die oben erwähnte Verteilung der Beanspruchungen im Reifen bewirkt in der Praxis, dass z. B. der Laufbelag des Reifens sich annähernd wie ein kompakter Schrumpfring auf dem Reifen verhält.
Dadurch führt die Lauffläche an der jeweils belasteten Stelle des Reifens gegenüber der Strassenoberfläche viel geringere Relativbewegungen aus, als es bei den konventionellen Reifen der Fall ist. Daraus ergibt sich eine geringere Abnutzung des Reifenlaufbelages.
Auch für den Rollwiderstand ergeben sich durch den erfindungsgemässen Aufbau des Reifens wesentlich bessere Werte, da der als kompakter Ring wirkende Laufbelag eine geringere Walkarbeit aufnimmt als derjenige des konventionellen Reifens. Bei dem neu vorgeschlagenen Reifen wird die federnde Wirkung nämlich nicht nur durch die walkende Eindrückung an der belasteten Stelle allein, sondern auch dadurch erzielt, dass der ganze Laufflächenring infolge seiner Kompaktheit sich exzentrisch zur Radachse einstellt.
Diese Wirkung ähnelt derjenigen bekannter Reifen, deren Karkass-Fäden in einem Winkel von 900 zur Reifenumfangsrichtung verlaufen. Demgegenüber unterscheidet sich jedoch der erfindungsgemässe Reifen dadurch, dass dessen kompakt wirkender Laufbelag mit einem Reifenunterbau kombiniert ist, dessen Fadenverlauf von dem der bekannten Reifenbauarten abweicht. Dadurch weist die Karkasse des neuen Reifens gegenüber Reifen mit einer 900-Fadenlage bei dem Einwirken seitlich gerichteter Kräfte eine grössere Kurvenfestigkeit auf, die überraschenderweise durchaus noch an das gute Kurvenverhalten konventioneller Reifen heranreicht.
Durch seinen besonders vorteilhaften Aufbau ist der erfindungsgemässe Reifen bei einer etwaigen Zerstörung der zwischen Karkasse und Laufbelag liegenden Verstärkungseinlagen bzw. bei deren Ablösung genau so wenig von einem Platzen bedroht wie ein konventioneller Reifen. Durchaus gegensätzlich dazu verhalten sich Reifen mit 90 -Fadenlagen der Karkasse, die bei Zerstörung oder Ablösung der Verstärkungseinlagen in Umfangsrichtung eine nur noch sehr geringe Festigkeit besitzen.
Aus dem Dargelegten ergibt sich zusammenfassend, dass durch den erfindungsgemässen Reifenaufbau die günstigen Eigenschaften unterschiedlich gestalteter einzelner Reifen weitgehend in einem einzigen Reifen vereinigt sind, ohne dass dabei die ungünstigen Eigenschaften dieser bisherigen Reifen mit übernommen worden sind.
Die Erfindung geht von der bekannten Tatsache aus, dass bei einem geraden, unter Innendruck stehenden Rohr die Normalspannungen von in Achsrichtung verlaufenden Schnitten der Rohrwand doppelt so gross sind als die Normalspannungen in Schnitten senkrecht zur Achsrichtung. Wird dieses Rohr zu einem in sich geschlossenen Ring, der der Gestalt eines Reifens entspricht, gebogen und wird das Rohr in dieser Form weiterhin einem Innendruck ausgesetzt, dann ist dieses Verhältnis zwischen den Axial- und Querspannungen der Rohrwände nicht mehr konstant, da die Normalspannungen von in Achsrichtung laufenden Schnitten der Rohrwand an jeder Stelle des Rohrquerschnittes (Reifenquerschnittes) verschieden sind.
Es ist sicher, dass die gegenüber der Achsenrichtung des Rohres, die der Umfangsrichtung des Reifens entspricht, verlaufenden Quer- und Längsspannungen restlos von dem Unterbau bzw. der Karkasse des Reifens aufgenommen werden, wenn die Cordfäden oder Drahtseile desselben so gelegt werden, dass sie in Richtung der Resultierenden dieser beiden Spannungen liegen. Es ist errechenbar, dass diese Resultierende gegenüber der Umfangsrichtung des Reifens einen Winkel um 550, je nach den Durchmesserverhältnissen des Reifens, einnimmt. Dieser Winkel weicht von den Winkeln üblicher Reifen erheblich ab.
Bei einer in solcher Winkellage von etwa 550 symmetrisch zur Mittelebene des Reifens gekreuzten Anordnung der Cordfäden oder Drahtseile des Reifen-Unterbaues wird die höchstmögliche Festigkeit desselben gegenüber dem statischen Innendruck erreicht bzw. bei einer verlangten Festigkeit der geringstmögliche Gewebeaufwand erzielt.
Reifen mit einem derart stumpfen Anordnungswinkel der Fäden oder Seile konnten bisher nicht in den
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Verkehr gebracht werden, weil sie infolge der auf sie einwirkenden Fliehkräfte beim Umlaufen ihren Durchmesser vergrössern. Es waren daher bei der üblichen Bauart des Reifens wesentlich spitzere Winkel der Fäden oder Seile der den Unterbau bildenden Einlagen erforderlich, u. zw. je nach der vorgesehenen Höchstgeschwindigkeit des Reifens mehr oder weniger spitzere Winkel.
Um das mögliche Wachstum der erfindungsgemäss gestalteten Karkasse bei dem Umlaufen des Reifens zu verhindern und insbesondere aber auch Schnittflächen der Fäden oder Seile in den Lagen des Zwischenbaues, die leicht zu einem Sich-Lösen aus dem sie umgebenden Gummi führen, zu vermeiden, werden für den Zwischenbau nicht mehr aus einer Kalanderbahn geschnittene, Fäden oder Drahtseile in sich einschliessende, Einlagen verwendet. Der Zwischenbau wird vielmehr aus dicht nebeneinander liegenden schraubenlinienförmigen Windungen eines gummierten, d. h. imprägnierten oder umspritzten, Cordfadens
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kasse aufgespulter Cordfaden bzw. ein aufgespultes Drahtseil nur an Anfang und Ende der durchgehenden Windungen je eine Schnittfläche auf.
Diese beiden, also wenigen, Schnittflächen ermöglichen eine besondere Behandlung derselben, die zu einem sicheren Vermeiden eines Sich-Lösens der Cordfaden-oder Seilenden von dem sie umgebenden Gummi führt. Der aus einer oder mehreren solcher Windungsfolgen bestehende Zwischenbau wird unter Zwischenlage einer mehr oder weniger dicken und irgendwie gestalteten Kautschukschicht auf der Karkasse aufgebracht. Nach der-vorstehend erläuterten Anordnung liegen die Cordfäden oder Drahtseile der Verstärkungsschicht im wesentlichen unmittelbar In Umfangsrichtung des Reifens, d. h. in Richtung der Umfangskräfte desselben und nicht mehr in einem mehr oder weniger grossen Winkel geneigt dazu.
Werden mehrere Windungsfolgen als Verstärkungsschicht auf dem Unterbau aufgespult, so werden auch zwischen den aufeinanderfolgenden Windungsfolgen beliebig starke Gummizwischenlagen vorgesehen. Eine so dicht wie mögliche Anordnung der Windungsfolgen der Verstärkungschicht an die Reifenoberfläche ist zweckmässig und erstrebenswert. Der ganze Reifen, im wesentlichen bestehend aus Unterbau, Zwischenbau und Laufbelag, wird auf einem an sich bekannten Dom oder Schlauch aufgebaut und in der bisher üblichen Weise vulkanisiert.
In der vorstehenden Weise gestaltete Reifen sind bei genügend starker Ausbildung der in Umfangsrichtung verlaufenden Windungen der Cordfäden oder Drahtseile des Zwischenbaues geschwindigkeitsunabhängig, da infolge der Aufnahme aller Kräfte durch die Cordfäden oder Drahtseile unmittelbar in der jeweiligen Kraftrichtung zu Formänderungen des Reifens keine Möglichkeit mehr gegeben ist. Dadurch, dass die Cordfäden oder Drahtseile der Karkasse bzw. des Unterbaues in Richtung der Resultierenden der durch den Innendruck des Reifens entstehenden Quer- und Längsspannungen verlaufen, werden diese Spannungen durch den Reifenunterbau allein aufgenommen.
Hingegen werden alle bei einem Umlauf des Rades auftretenden Kräfte, d. h. die Fliehkräfte, allein von den Cordfäden oder Drahtseilen der Windungen oder Windungsfolgen des Zwischenbaues aufgenommen, ohne dass zu diesem Zweck der Unterbau stärker ausgebildet werden muss, als es zur Aufnahme nur des Reifendruckes erforderlich ist.
Es bleibt unbenommen, statt der Windungen auf den erfindungsgemässen Unterbau auch die bereits bekannten Verstärkungseinlagen mit Schnittkanten aufzulegen, wobei aber die Fäden oder Drähte einen möglichst spitzen Winkel (etwa 250 und kleiner) mit der Umfangsrichtung des Reifens einschliessen müssen.
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Pneumatic vehicle tires
The invention relates to a pneumatic vehicle tire with a carcass extending from bead to bead and a reinforcing insert, likewise made of fabric layers, which is inserted in the area below the tread between the fabric layers of the carcass and the tread.
The usual vehicle tires are manufactured in such a way that a number of fabric inserts form the solid frame of the tire. The cords or wire ropes of these inserts are arranged under the tread of the tire at an angle of 28 to 450 to the circumferential direction of the same. The distances between these cords or wire ropes are kept more or less large for the different tires and their individual layers. Above this substructure, one or more layers of the same fabric as explained above are usually applied under the tread, which have approximately the same thread angle and whose individual threads or ropes have the same or greater distances from one another as those of the adjacent last insert of the substructure.
These inserts, which are located directly under the tread and are also known as intermediate structures, end approximately under the edge of the tread of the tire. The inserts forming the intermediate structure do not extend, like the inserts of the substructure, to the beads of the tire.
In addition to this generally customary tire construction, designs of tires have recently become known in which the cords or wire ropes of the tire substructure lie entirely or almost in radial planes, ie. H. make an angle of 90 to 800 or 700 with respect to the circumferential direction of the tire. Such a substructure only absorbs the transverse tensions resulting from the internal pressure of the tire the closer its thread angle 900 approaches. To absorb the longitudinal stresses generated by the internal pressure and also the circumferential stresses that occur when the wheel rotates
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Layers with angles of 900 can be included, is selected.
Furthermore, it has already been proposed for tires with low travel speeds to allow the cord threads of the two cord fabric layers to run in an angular range of 45 or 55 to 750, in particular at an angle of 600 to the center line of the flat tire casing. However, this was only done for the purpose of achieving a longer service life for exclusively slow-running, non-machine-driven tires with a relatively small cross-sectional diameter compared to the outer diameter.
The tire types mentioned above correspond to the requirements that must be placed on a vehicle tire in different ways. The known tires with a thread direction of almost 900 of the carcass are z. B. advantageous in terms of rolling resistance and tread wear. On the other hand, conventional tire designs offer greater security against breaking out of the road when driving in a curve, since a breakaway is announced and this does not occur unexpectedly and suddenly. In the case of conventional tires, there is also less of a risk of the tire bursting if the reinforcement inserts between the carcass and the tread should become defective or if they would come loose from the carcass.
Although the advantages and disadvantages of the known types of tires are not shown exhaustively above, it can be seen from the list that the known types of tire do not convey all the required properties in detail.
The invention is now based on the object of the best possible fulfillment of all of the one
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Vehicle tires to achieve the requirements to be set in one and the same tire. This object is achieved in that the threads of the individual fabric layers of the carcass under the tread an angle of 50 to 600, preferably 550, and the threads of the reinforcement insert arranged in the area below the tread, as known per se, an acute angle, expediently between 0 and 250, with the circumferential direction of the tire, the carcass being dimensioned as a function of the internal pressure of the tire and the reinforcement insert being dimensioned as a function of the centrifugal forces occurring during operation, in such a way that a stronger carcass resp.
a stronger reinforcement insert is provided for tires that are to be operated at higher speeds.
With such a design of the tire, the absorption of all wall stresses resulting from the inflation pressure, u. between both the transverse and the longitudinal stresses under the tread, reached by the carcass, while the stresses caused by the circulation or centrifugal forces are absorbed by the reinforcing inserts and thereby practically kept away from the carcass. An angular displacement of the threads of the carcass due to such tensions is also excluded. The above-mentioned distribution of the stresses in the tire causes in practice that, for. B. the tread of the tire behaves almost like a compact shrink ring on the tire.
As a result, the tread executes much smaller relative movements than is the case with conventional tires in relation to the road surface at the respective stressed point on the tire. This results in less wear on the tire tread.
The structure of the tire according to the invention also results in significantly better values for rolling resistance, since the tread acting as a compact ring absorbs less flexing work than that of the conventional tire. In the case of the newly proposed tire, the resilient effect is achieved not only by the flexing indentation at the stressed point, but also by the fact that the entire tread ring is eccentric to the wheel axis due to its compactness.
This effect is similar to that of known tires whose carcass threads run at an angle of 900 to the tire circumferential direction. In contrast, however, the tire according to the invention differs in that its tread, which appears compact, is combined with a tire substructure, the thread course of which deviates from that of the known types of tire. As a result, the carcass of the new tire has a greater cornering strength than tires with a 900-thread layer when laterally directed forces act, which surprisingly comes close to the good cornering behavior of conventional tires.
Due to its particularly advantageous structure, the tire according to the invention is just as little threatened with bursting as a conventional tire if the reinforcing inserts between the carcass and tread are destroyed or if they are detached. Tires with 90-thread layers of the carcass behave in the opposite way, which have only a very low strength in the circumferential direction if the reinforcement inserts are destroyed or detached.
In summary, from what has been set out, the tire construction according to the invention largely combines the favorable properties of differently designed individual tires in a single tire without the unfavorable properties of these previous tires being taken over.
The invention is based on the known fact that, in a straight pipe under internal pressure, the normal stresses in sections of the pipe wall running in the axial direction are twice as large as the normal stresses in sections perpendicular to the axial direction. If this tube is bent into a closed ring, which corresponds to the shape of a tire, and if the tube continues to be subjected to internal pressure in this form, then this ratio between the axial and transverse stresses of the tube walls is no longer constant, since the normal stresses of sections of the pipe wall running in the axial direction are different at each point of the pipe cross-section (tire cross-section).
It is certain that the transverse and longitudinal stresses running opposite the axial direction of the tube, which corresponds to the circumferential direction of the tire, are completely absorbed by the substructure or the carcass of the tire when the cords or wire ropes of the same are laid so that they are in Direction of the resultant of these two tensions. It can be calculated that this resultant assumes an angle of 550 with respect to the circumferential direction of the tire, depending on the diameter ratios of the tire. This angle differs considerably from the angles of conventional tires.
With an arrangement of the cords or wire ropes of the tire substructure crossed symmetrically to the center plane of the tire in such an angular position of about 550, the highest possible strength of the same against the static internal pressure is achieved or, with a required strength, the lowest possible fabric expenditure is achieved.
Tires with such an obtuse angle of arrangement of the threads or ropes could not previously be in the
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Are brought into circulation because they enlarge their diameter as a result of the centrifugal forces acting on them when rotating. It was therefore with the usual type of tire much more acute angles of the threads or ropes of the sub-structure forming deposits required, u. between more or less acute angles depending on the intended maximum speed of the tire.
In order to prevent the possible growth of the carcass designed according to the invention as it rotates around the tire and, in particular, to avoid cut surfaces of the threads or ropes in the layers of the intermediate structure, which easily lead to detachment from the rubber surrounding them, are for the Intermediate structure no longer used inserts cut from a calender sheet, threads or wire ropes enclosed in itself. The intermediate structure is rather made up of closely spaced helical turns of a rubberized, i.e. H. impregnated or overmolded cord thread
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Cash wound cord or a wound wire rope only has a cut surface at the beginning and end of the continuous turns.
These two, that is to say few, cut surfaces allow a special treatment of the same, which leads to a reliable avoidance of the cord or rope ends becoming detached from the rubber surrounding them. The intermediate structure consisting of one or more such winding sequences is applied to the carcass with a more or less thick and somehow shaped rubber layer interposed. According to the arrangement explained above, the cords or wire ropes of the reinforcement layer lie essentially directly in the circumferential direction of the tire, i.e. H. in the direction of the circumferential forces of the same and no longer inclined at a more or less large angle to it.
If several winding sequences are wound onto the substructure as a reinforcement layer, rubber intermediate layers of any thickness are also provided between the successive winding sequences. An arrangement of the winding sequences of the reinforcement layer on the tire surface as close as possible is expedient and desirable. The entire tire, consisting essentially of the substructure, intermediate structure and tread, is built on a known dome or tube and vulcanized in the usual way.
Tires designed in the above manner are speed-independent if the turns of the cords or wire ropes of the intermediate structure running in the circumferential direction are sufficiently strong, since there is no longer any possibility of changing the shape of the tire due to the absorption of all forces by the cords or wire ropes directly in the respective direction of force. Because the cords or wire ropes of the carcass or the substructure run in the direction of the resultant of the transverse and longitudinal stresses caused by the internal pressure of the tire, these tensions are absorbed by the tire substructure alone.
On the other hand, all forces occurring during one revolution of the wheel, i. H. the centrifugal forces, absorbed solely by the cords or wire ropes of the windings or winding sequences of the intermediate structure, without the substructure having to be made stronger for this purpose than is necessary to absorb only the tire pressure.
It remains unaffected to place the already known reinforcing inserts with cut edges instead of the windings on the substructure according to the invention, but the threads or wires must enclose as acute an angle as possible (about 250 and smaller) with the circumferential direction of the tire.