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Luftreifen für Fahrzeugräder und Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Luftreifen für Fahrzeugrader und betrifft insbesondere einen Luftreifen, dessen Karkasse ein charakteristisches Schichtengeftige aufweist.
Es ist bekannt, dass bei üblichen Re1fenhilllen. die Karkasse ein Gefüge aufweist, das durch zwei oder mehr Schichten von Cordlagen gebildet wird, von denen jede zueinander parallele Cordfäden enthält,
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während der Arbeitsvorgänge vor der Gummierung zusammenzuhalten.
Die Cordsch1chten werden schief zu den Cordfäden zugeschnitten und so Auf eine Formtrommel aufgelegt, dass jeweils die Cordfäden einer Schicht gegen eine zur Trommelachse senkrechte Ebene unter einem Winkel geneigt sind, der gleich und symmetrisch dem Neigungswinkel der Cordfäden der benachbarten Schicht oder Schichten ist.
Der Winkel der schiefen Zuschnittlinie, welcher dem Winkel entspricht, unter dem die Cordfäden der auf der Formtrommel liegenden Cordschichten die zur Trommelachse senkrechte Ebene schneiden, liegt bei üblichen Reifen im allgemeinen zwischen 550 und 650.
Bei der Herstellung des Reifens nimmt infolge der Umformung der zylindrischen Rohform in die To- roidfonn der ursprünglich konstante Neigungswinkel jedes Cordfadens von einer Stelle zur andern verschiedene, vom Wulst zur Lauffläche abnehmende Werte an, die am Wulst etwa 700 und im Bereich der Lauffläche etwa 40 gegen die Relfenumfangsl1nien betragen. Diese Winkeländerung ergibt sich, weil die einander kreuzenden Cordfäden der übereinanderliegen. den, durch eine dünne Gummischicht miteinander verbundenen Cordschichten einander während der bei der Umformung und Vulkanisierung stattfindenden Verschiebungsbewegungen gegenseitig verzerren.
Infolge dieser Vorgänge nehmen die Cordfäden im fertigen Reifen geometrische Lagen ein, bei welchen die den Cordfäden erteilen Zugspannungen viel grösser sind als bei einer solchen Anordnung der Cordfäden, beiwelcher die Fadenrichtung an jeder Stelle mit der Richtung der auf den Faden einwirkenden Zugkraft übereinstimmt.
Aus diesem Grunde sind schon Luftreifenhüllen vorgeschlagen worden, bei denen die Schichten der Karkasse eine andere als die oben beschriebene gekreuzte Anordnung aufweisen, z. B. LuftreifenhSllen, bei denen die Schichten der Karkasse durch radial angeordnete Cordfäden gebildet werden, d. h. durch Cordfäden, die In radialen, durch die Drehachse des Reifens verlaufenden Ebenen liegen.
Luftreifen mit solchem Gefügeaufbau haben jedoch den Nachteil, dass sie sowohl gegen Verformung In vertikaler Querschnittsrichtung durchdie Fahrzeuglastalsauch gegen Verformung In horizontaler Querschnittsrichtung durch den beim Durchfahren von Kurven auftretenden Seitenschub zu nachgiebig sind.
Diese Karkassentype wird aber doch mit gutem Erfolg in Kombination mit Verstärkungsbändern verwendet, die zwischen der Karkasse und dem Laufband liegen.
'\ Eine weitere, bereits vorgeschlagene Reifenhüllentype weist eine Karkasse mit einer sogenannten "geodätischen"Fadenordnung auf, d. h. eine Karkasse, bei welcher die Cordfäden bei der Umformung in die Toroidform Ihre Lage frei annehmen können und die Winkel, unter denen sie gegen die Umfangslinie des Reifens geneigt sind, zur Lauffläche hin wachsen, anstatt, wie bei üblichen Karkassengefügen mit gekreuzten Cordfäden, abzunehmen.
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Ein solcher Verlauf der Cordfäden In der Karkasse bietet beträchtliche Vorteile hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Festigkeit gegen Zugspannungen und Gewicht des Reifens. Eine solche Karkasse hat aber einen grossen Nachteil, weil einerseits eine hypothetische Struktur, bei der alle Cordfäden nur nach einer Richtung geneigt sind, zu-einer Unsymmetrie der Widerstandsfähigkeit des Reifens gegen Zugspannungen führen, würde, was eine Verdrehung der einen Seitenwand der Karkasse gegenüber der andern Seitenwand zur Folge hätte, so dass der Reifen unbrauchbar wäre. Anderseits erfordert die Herstellung einer Karkasse, bei der in zwei einander kreuzenden Richtungen verlaufende Cordfäden bei der Umformung ihre Lage frei annehmen können, sehr komplizierte Einrichtungen, die für eine Standardfertigung grossen Umfanges nicht geeignet sind.
In allen normalen Reifenhüllen und auch in den bekannten Sonderausführungen von Reifenhüllen haben die Karkasseschichten eine gewisse Symmetrie sowohl des Gefüges als auch der Widerstandsfähigkeit, die darauf beruht, dass jeder längs einer bestimmten Richtung angeordnete und durch einen bestimmten Punkt verlaufende Cordfaden in diesem Punkt von einem andern Cordfaden gekreuzt wird, der längs einer Richtung verläuft, welche bezüglich der durch die Drehachse des Reifens und durch den betrachteten Punkt gehenden Radialebene des Reifens zur Richtung des ersten Cordfaden symmetrisch ist.
Aber auch bei den sogenannten unsymmetrischen Reifen wird eine gewisse Symmetrie erreicht, indem einer Lage von nach einer Richtung orientierten Cordfäden zwei oder mehr Lagen von nach verschiedenen andem Richtungen orientierten Cordfäden derart zugeordnet werden, dass die Summenwirkung der Cordfäden der letzteren Schichten äquivalent der Wirkung der Cordfäden der ersten Schicht ist.
Eswurde nun ein Karkassegefüge gefunden, welches unter Vermeidung aller angeführten Nachteile die Vorteile sowohl einer Karkasse mit einander kreuzenden Cordfäden als auch einer Karkasse mit sogenanntemgeodätischemVerlaufderCordfädenbietet und in üblicherweise mit Einrichtungen hergestelltwerden kann, die bereits bei der üblichen Erzeugung von normalen Reifenhüllen mit Karkassen aus gekreuzten Cordfäden angewendet werden.
Die Erfindung schafft einen Luftreifen, bei dem die Karkasse ein besonderes Gefüge der Schichten aufweist, das auf einem neuen Prinzip beruht, bei dem die während der Formgebung des Reifens auftretenden Änderungen der Neigungswinkel der Cordfäden ausgenützt werden.
Es wurde dazu von einem Luftreifen ausgegangen, dessen Karkasse wenigstens eine Schicht aus von einem bis zum andern Wulst durchlaufenden Cordfäden und an beiden Seiten des Reifens wenigstens je einen seitlichen Streifen aus von den Wülsten in die Seitenwände des Reifens sich erstreckenden Cordfäden aufweist, Das Wesentliche der Erfindung besteht darin.
dass die Cordfäden der durchgehenden Schicht schräg zu den Reifenumfangslinien verlaufen und gegen diese Umfangslinien an den betreffenden Kreuzungspunkten unter einem entlang des Cordfadenverlaufs allmählich veränderlichen Winkel geneigt sind, dessen Grösse von einem Wulst bis etwa zur Mittelzone der Seitenwand abnimmt, dann bis zum Bereich der Lauffläche wieder zunimmt, im Kreuzungspunkt mit der Reifenäquatorlinie den Höchstwert erreicht, hierauf In umgekehrter Reihenfolge vom Laufflächenbereich bis etwa zur Mittelzone der andern Seitenwand abnimmt und von hier bis zum andern Wulst wieder bis zum gleichen Wert wie am ersten Wulst zunimmt, und dass sich die seitlichen Streifen von den Wülsten des Reifens in dessen Seitenwandteile mindestens bis zu der Zone erstrecken, in welcher der Reifen seine grösste Breite hat,
wobei die Cordfäden der seitlichen Streifen in entgegengesetzter Richtungwie die durchlaufenden Cordfädensehräg zu den Reifenumfangslinie verlaufen und gegen diese Umfangslinie an den betreffenden Kreuzungspunkten unter einem entlang des Cordfadenverlaufs allmählich veränderlichen Winkel geneigt sind, dessen Grösse von seinem Höchstwert im Wulstbereich bis etwa zur Mittelzone der Seitenwand abnimmt und dann gegebenenfalls bis zum Rand des Streifens wieder zunimmt, wodurch die vereinigten Schichten ein Karkassengefüge bilden, welches in den Zonen der seitlichen Streifen nach entgegengesetzten Richtungen geneigte, einander kreuzende Cordfäden, in der zwischen den Rändern der seitlichen Streifen liegenden Mittelzone hingegen nur nach einer Richtung schräg gegen die Äquatorlinie des Reifens geneigte Cordfäden enthält.
Die seitlichen Streifen können über die Zone der grössten Reifenbreite bis unter die Lauffläche reichen, wobei aber die Breite der zwischen den Rändern der beiden seitlichen Streifen verbleibenden Mittelzone mit nur nach einer Richtung gegen die Äquatorlinie des Reifens geneigten Cordfäden mindestens ein Drittel der Breite der Lauffläche betragen muss.
Vorteilhaft können die durchgehende Schicht und die zwei seitlichen Streifen durch Verwendung einer einzigen, schief zugeschnittenen Schicht grösserer Breite erhalten werden, indem die Randteile dieser Schicht um die beiden Wulstdrähte herumgebogen werden, so dass sie sich in die Seitenwände des Reifens erstrecken.
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Es können auch mehrere durchgehende Schichten verwendet werden, deren Cordfäden alle unter dem gleichen Winkel und untereinander parallel in der gleichen Richtung gegen die Reifenumfangslinien geneigt sind ; ebenso können auch in jeder Seitenzone mehrere seitliche Streifen verwendet werden, wobei
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parallel zueinander und unter gleich grosser Winkelneigung angeordnet sind.
Bei Verwendung mehrerer Schichten können die seitlichen Streifen bzw. die umgebogenen Randteile in den Seitenwänden der Reifenhülle eine untereinander gleiche oder verschiedene Breite haben, wobei aber die Breite jedes Streifens bzw. Randteils entsprechend den oben angeführten Grenzen zu bemessen ist.
Die Ränder der mehrschichtigen seitlichen Streifen oder umgebogenen Randteil sind bei zueinander unterschiedlichen Breiten vorzugsweise gegeneinander stufenförmig versetzt.
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Streifen a) unter einem Winkel zugeschnitten werden, der gegensinnig und verschieden vom Zuschnittwinkel der durchgehenden Schichten ist ; b) aus einem vom Material der durchgehenden Schicht verschiedenen Material hergestellt werden ; c) aus Cordfäden hergestelltwerden, die einen andern Durchmesser und/oder eine andere Zusammensetzung und/oder eine andere Dichte als die Cordfäden der durchgehenden Schicht aufweisen ;
d) in einer von der Anzahl der durchgehenden Schichten verschiedenen Anzahl vorgesehen werden.
Ein erfindungsgemässer Reifen wird vorteilhaft mit den üblichen Einrichtungen hergestellt, indem auf eine Aufbautrommel für Übliche Luftreifen zumindest eine unter einem Winkel von 550 bis 65 schief zu den Cordfäden zugeschnittene Schicht mitnur nacheiner einzigen Richtung schräg gegen die Äquatorlinie des Reifens liegenden Cordfäden und unter Freilassung der mittleren Zone dieser Schicht seitliche Streifen mit gegensinnig schief verlaufenden und daher die Cordfäden der ersterwähnten Schicht kreuzenden Cord- fäden aufgelegt und dabei durch eine Gummilösung od. dgl. miteinander verbunden werden, wonach das so gebildete Band in bekannter Weise von der zylindrischen Form in eine Toroidform übergeführt wird.
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den der durchgehenden Schicht oder der Schichten bzw. der seitlichen Streifen mit den zur Drehachse des Reifens senkrechten Ebenen einschliesst, derart, dass die Cordfäden den erfindungsgemässen Verlauf nehmen.
Zur Angabe von Zahlenwerten für die Winkel, unter welchen beim erfindungsgemässen Luftreifen die Cordfäden in den Wulst- und Seitenwandteilen und in der Laufflächenzone der Karkasse geneigt sind,
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400 fürkasse dieses Reifens wurden Schichten unter einem Winkel von 600 gegen die Cordfäden zugeschnitten und die umgebogenen Randteil dieser Schichten reichten bis etwa zur Mitte der Zone zwischen der grössten Reifenbreite und den Laufflächenrändern.
Bei dieser Karkasse verlaufen die Cordfäden im Wulstteil unter einem Winkel von etwa 700 (im Vergleich zueinem Nelgungswinkel von etwa 40 bei normalen Karkassen mit gekreuzten Cordfäden).
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in den durchgehenden Schichten und in den seitlichen Streifen, von der Breite der seitlichen Streifen oder umgebogenen Randteil und vom Verhältnis zwischen dem grössten Durchmesser der Form und dem Durchmesser der Auflagetrommelab und kann daher entsprechend dengewünschten Eigenschaften des herzustellenden Reifens vorbestimmt werden.
Verschiedene Prüfungen haben ergeben, dass die Unsymmetrie des Karkassegefüges im Mittelteil, welche sich dadurch ergibt, dass in diesem Teil alle Cordfäden nur nach einer einzigen Richtung geneigt sind, praktisch keinerlei Unzukömmlichkeiten verursacht.
Dies ist vermutlich darin begründet, dass einerseits infolge des grossen Neigungswinkel der Cordfäden gegen die Parallelkreis im Laufflächenteil der Karkasse die Querkomponente der unsymmetrisch wirkenden Kräfte sehr klein ist und dass anderseits der symmetrische Teil der Karkasse zur Gänze oder mindestens zum grössten Teil unter dem Laufband liegt, welches durch eine dicke Verbundschicht mit einer im Vergleich zur Karkasse relativ grossen Härte gebildet wird.
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Cordfäden der darnnterl1egenden Karkasseschichten oder von diesen verschieden sein.
Wenn aber die Protektoreinlage aus einer Lage von Cordfaden hergestellt ist oder mindestens eine Schicht mit Cordfäden enthält, die entgegengesetzt zu den Cordfäden der darunterliegenden Schichten geneigt sind, dann soll vorzugsweise diese Einlage erst nach der Fertigformung der. Karkasse angebracht
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frei jenen Verlauf annehmen können, der ein wesentliches Merkmal der Erfindung bildet.
Wenn Protektoreinlagen nicht erforderlich sind, dann. kann die Festigkeit und Haltbarkeit des Reifens durch Anwendung von Reifenformen erhöht werden, bei welchen das Verhältnis zwischen der Höhe und der Sehne des Reifenquerschnitts wesentlich grösser als l ist. Bekanntlich dehnt sich ein in einer Form dieser Art vulkanisierter Luftreifen beim Aufpumpen unter Verkleinerung seines Durchmessers aus und setzt dadurch das Laufband unter Druckspannung.
Es ist erkennbar, dass bei der besonderen Ausbildung der Karkasse des erfindungsgemässen Luftreifens und bei den zu seiner Herstellung angewendeten Verfahren sowohl in der Karkasse als auch in gegebenenfalls vorgesehenen Protektoreinlagen für die Cordfäden alle normalerweise bei der Reifenherstellung übli-
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; so können z,thetischen Textilmaterialien oder auch aus metallischen Materialien bestehen. Ferner kann das Material der Cordfäden der Karkasse verschieden vom Material der Cordfäden der Protektoreinlagen sein und die durchgehenden Schichten der Karkasse können, wie bereits erwähnt, aus anderem Material als die seitlichen Streifen bestehen.
In der bisherigen Beschreibung wurde immer angegeben, dass die seitlichen Streifen oder umgebogenen Randteile der durchgehenden Schicht überlagert sind, d. h. an der Aussenfläche dieser Schicht liegen ; es ist jedoch ohne weiteres ersichtlich, dass das gleiche Ergebnis erzielt werden kann, wenn die seitlichen Streifen oder umgebogenen Randteil unter der durchgehenden Schicht, d. h, an ihrer Innenseite, liegen.
An Hand der Zeichnung soll nun ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemässen Luftreifens für Fahrzeugräder erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine durchgehende Schicht und zwei seitliche Streifen, die zusammen die Karkasse des Reifens bilden. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Luftreifen, dessen Karkasse aus den in Fig. 1 dargestellten Schichten und seitlichen Streifen gebildet ist und in Fig.
3 ist ein In eine Ebene ausgebreitete Re1fenabschnitt veranschaulicht, wobei der Verlauf, den die Cordfäden in der durchgehenden Schicht und den seitlichen Streifen der Karkasse nach der Umformung der Karkasse zur Toroidform und nach Vulkanisierung der ReifenhUlle aufweisen, mit vollen Linien dargestellt ist, wogegen die strichlierten Linien den Verlauf der Cordfäden andeuten, den diese bei der Umformung des Reifens zur Toroidform annehmen wurden, wenn die durchgehende Schicht der Karkasse anstatt nur mit zwei seitlichen Streifen mit einer weiteren durchgehenden Schicht bedeckt wäre, deren Cordfäden die Cordfäden
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dieerstrecken.
Mit l ist die durchgehende Karkasseschicht bezeichnet, welche sich aber dite ganze Breite der Reifenhülle erstreckt und mitihren Rändern um die Wulstdrähte gebogen ist ; 2 bezeichnet die seitlichen Streifen,
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welche der Reifen seine grösste Breite hat. Bei dem in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Luftreifens reichen die seitlichen Streifen 2 so weit bis unter den Laufflächenteil, dass zwischen den einander zugekehrten Rändern der beiden seitlichen Streifen eine Zone freibleibt, deren
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- bRichtung geneigt und die Cordfäden 20 der seitlichen Streifen 2 haben den gleichen Neigungswinkel wie die Cordfäden 10, sind aber in entgegengesetzter Richtung wie diese geneigt.
Bei der Umformung des Reifens aus der zylindrischen Form, den die Karkasseschicht und die seitlichen Streifen auf der Auflagetrommel haben, in die Toroidform der Karkasse und bei der darauffolgenden Vulkanisierung nehmen, wie festgestellt wurde, die Cordfäden 10 und 20 den in Fig. 3 mit vollen Linien angegebenen Verlauf an, wobei sie in den seitlichen Zonen A-B und E-F gleich wie bei normalen Karkassen mit gekreuzten Cordfäden verlaufen ;
in der Mittelzone C-D, welche infolge des Fehlens einer entsprechenden, überlagerten Schicht mit in Gegenrichtung geneigten Cordfäden nur eine Neigungsrichtung der Cordfäden, nämlich die der Cordfäden 10, aufweist, nehmen diese einen freien Verlauf, bei dem die Neigungswinkel der an die Cordfäden in aufeinanderfolgenden Punkten angelegten Tangenten mit zunehmendem Durchmesser der Reifenumfangslinien sich vergrössern und an allen Punkten viel grösser als die Winkel sind, die in dieser Zone auftreten würden, wenn hier Schichten miteinander kreuzenden Cordfäden
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vorhanden wären.
Dies ist aus Fig. 3 klar ersichtlich, in welcher die strichlierten Linien 10t und 20t den Verlauf angeben, den die Cordfäden bei der Umformung einer Karkasse annehmen würden, in welcher auch die Mittelzone C-D vollständig und durchgehend einander kreuzende Cordfäden aufweist.
In den Zwischenzone B-C und D-E zeigen die Cordfäden 10 im umgeformten Reifen den in Fig. 3 mit vollen Linien angegebenen Verlauf, der an den Punkten B und C bzw. D und E an die den Verlauf der Cordfäden 10 in den Längszonen A-B und C-D bzw. E-F und C-D angebenden Linien anschliesst.
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kreuzten Verlauf der Cordfäden, wie in den Zonen A-B und E-F, doch zeigen die Neigungswinkel der in aufeinanderfolgenden Punkten der Cordfäden 10 angelegten Tangenten einen allmählichen Übergang von der Winkelgrösse In der Zone A-B bzw. E-F mit gekreuzten Cordfäden zur Wlnkelgrösse in der Zone C-D, in der die Cordfäden bei der Umformung ihre Lage frei annehmen.
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Erfindung in. Einzelheiten abgewandelt und dem Verwendungszweck des Reifens angepasst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Luftreifen fUr Fahrzeugräder aller Art, dessen Karkasse wenigstens eine Schicht aus von einem bis zum andern Wulst durchlaufenden Cordfäden und an beiden Seiten des Reifens wenigstens je einen seitlichen Streifen aus von den Wülsten in die Seitenwände des Reifens sich erstreckenden Cordfäden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Cordfäden (10) der durchgehenden Schicht (1) schräg zu den Reifenumfangslinien verlaufen und gegen diese Umfangslinie an den betreffenden Kreuzungspunkten unter einem entlang des Cordfadenverlaufs allmählich veränderlichen Winkel geneigt sind, dessen Grösse von einem Wulst (3) bis etwa zur Mittelzone (B-C) der Seitenwand abnimmt, dann bis zum Bereich der Lauffläche (a-b) wieder zunimmt,
im Kreuzungspunkt mit der Reifenäquatorlinie den Höchstwert erreicht, hierauf in umgekehrter Reihenfolge vom Laufflächenbereich (a-b) bis etwa zur Mittelzone (D-E) der andern Seitenwand abnimmt und von hier bis zum andem Wulst (3) wieder bis zum gleichen Wert wie am ersten Wulst
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(B-C, D-E) mindestens bis zu der Zone erstrecken, in welcher der Reifen seine grösste Breite hat, wobei die Cordfäden (20) der seitlichen Streifen (2) in entgegengesetzter Richtungwie die durchlaufenden Cordfäden (10) schräg zu den Reifenumfangslinien verlaufen und gegen diese Umfangslinie an den betreffenden Kreuzungspunkten unter einem entlang des Cordfadenverlaufs allmählich veränderlichen Winkel geneigt sind, dessen Grösse von.
seinem Höchstwert im Wulstbereich (3) bis etwa zur Mittelzone (B-C, D-E) der Seitenwand abnimmt und dann gegebenenfalls bis zum Rand (C, D) des Streifens (2) wieder zunimmt, wodurch die vereinigten Schichten ein Karkassengeftige bilden, welches in den Zonen (A-C, D-F) der seitlichen Streifen nach entgegengesetzten Richtungen geneigte, einander kreuzende Cordfäden (10, 20), in der zwischen den Rändern der seitlichen Streifen liegenden Mittelzone (C-D) hingegen nur nach einer Richtung schräg gegen die Äquatorlinie des Reifens geneigte Cordfäden (10) enthält.