-
Kraftfahrzeugluftreifen mit in drei Richtungen liegenden Einlagen
Mit der stetig fortschreitenden Entwicklung der Kraftfahrzeuge zu höheren Fahrgeschwindigkeiten
kommt dem Rollwiderstand des Luftreifens in immer höherem Maße die Bedeutung eines
Hauptmerkmals für die Güte des Reifens zu. Je größer nämlich der Rollwiderstand
ist, um so größer ist der Motorleistungsaufwand bzw. der Kraftstoffverbrauch für
eine bestimmte Strecke bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit und die Materialbeanspruchung
des Reifens und damit die Ermüdung und der Verschleiß des Reifenmaterials. Der Rollwiderstand
sollte also tunlichst klein gehalten werden. Er hängt ab von Art und Größe der sich
beim Abrollen auf der Fahrbahn im Reifen abspielenden Formänderung, von der Materialanhäufung,
insbesondere an den meistbewegten Stellen des Reifenquerschnittes, und von dem Spezifischen
Formänderungswiderstand der verwendeten Reifenbaustoffe. Diese drei Abhängigkeiten
hat man zu berücksichtigen, wenn man den Rollwiderstand des Reifens beeinflussen
will. Nach Abhängigkeit des Rollwiderstandes infolge Materialanhäufung muß man bestrebt
sein, die Zone der Walkbewegung an Stellen zu verlegen, die besonders dünnwandig
ausgeführt werden können. Eine Voraussetzung hierfür ist, daß die Kontur des Laufstreifens
möglichst flach gehalten wird. Der Grund für diese Forderung ist leicht einzusehen,
wenn man sich vergegenwärtigt, daß durch Belastung der gekrümmte Laufstreifen des
Reifens auf dem Wege einer Staucharbeit in eine teils zusammengekrumpfte ebene Bodenaufstandsfläche
gepreßt wird. Ist nun die Lauffläche nur in Umlaufrichtung gekrümmt - und diese
Krümmung ist ja nicht zu vermeiden, da sie. zur Funktion des Reifens gehört: er
soll ja abrollen -, entsteht im wesentlichen auch nur in Umlaufrichtung eine Stauch-
und Biegeverformung im Laufstreifen und im Zusammenhang damit eine Relativbewegung
zwischen Reifenlauffläche und Fahrbahn, die verknüpft ist mit einer Biegeverformung
der Reifenseitenwand nahe der Bodenaufstandsfläche. Ist dagegen .die Lauffläche
zusätzlich noch quer zur Laufrichtung wesentlich gekrümmt, so kommt eine sehr unerwünschte
Stauchung des Laufstreifens quer zur Umlaufrichtung hinzu, die zu einer erheblichen
zusätzlichen Relativbewegung zwischen Reifenlauffläche und Fahrbahn in eben derselben
Querrichtung führt. Diese Relativbewegung hat bei schnellem Abrollen des Reifens
einen erheblichen Abrieb des Laufgummis, starke Ermüdungserscheinungen in den Profilrillen,
die sich in vorzeitigen Rissen äußern, und eine übermäßige Erhitzung im Innern des
Laufstreifenmaterials, besonders in der Schulterpartie, zur Folge. Diese Erscheinungen
bedingen natürlich andererseits eine erhebliche Vergrößerung des Rollwiderstandes
eines solchen Reifens gegenüber einem Reifen, dessen Lauffläche lediglich in Umfangsrichtung
gekrümmt ist, quer dazu aber eine annähernd gerade Kontur besitzt. Folglich gehört
die Flachheit des Laufstreifens heute mit zu den Hauptkonstruktionsmerkmalen eines
Reifens für schnell fahrende Kraftfahrzeuge. Auf die einzelnen konstruktiven Wege,
diese Flachheit beim in Ruhe befindlichen aufgepumpten Reifen zu erreichen, braucht
hier nicht näher eingegangen zu werden.
-
Die folgende Betrachtung befaßt sich zunächst mit dem Verhalten eines
Reifens, dessen Laufstreifen aufgepumpt im Ruhezustand flach ist. Bei Umdrehung
des Reifens unterliegt dieser in allen seinen. Bestandteilen einer der Umdrehungsgeschwindigkeit
(Winkelgeschwindigkeit) entsprechenden Fliehkraft. Der Innenluftdruck eines Reifens
wirkt nun seinerseits an allen Stellen senkrecht gleichmäßig auf die Innenwände
und hält diese unter Spannung. Der Innendruck stellt auf diese Weise die Rundhaltekraft
für den Reifenquerschnitt zur Verfügung.
-
Diese Rundhaltekraft und die Fliehkraft wirken also immer einander
entgegen, und es wird sich automatisch die Reifenquerschnittsform in Abhängigkeit
von beiden Kräften so lange ändern, his Fliehkraft und Rundhaltekraft im Gleichgewicht
stehen.
-
Je größer die Fliehkraft wird, um so mehr wird die Rundhaltekraft
überwältigt, und aus demn Rundquerschnitt der Karkasse im Ruhezustand, wind mit
wachsende@r Winkelgeschwindigkeit des Reifens - zunehmend aus dem Kreis -eine stehende
Ellipse, richtiger gesagt, ein Ei, weil ja der Wulstabstand durch das Felgenmaß
bestimmt ist und konstant bleibt.
-
Damit geht die Flachheit des Laufstreifens mehr und mehr ver'lo#ren,
und als Folge 'davon steigt der Rollwiderstand mit allen seinen oben beschriebenen
Nachteilen rapide an.
Man kennt allerdings einige Hilfsmittel, um
diesem Vorgang entgegenzuwirken, z. B. macht man den spitzen Winkel zwischen den
Karkaßfäden und der Zenitlinie des Reifens kleiner. Hier sind aber sehr enge Grenzen
gesetzt, da ein schlanker Zenitwinkel sehr stark die Rißbildung in den Profilrillen
begünstigt, wodurch die Lebensdauer eines solchen Reifens erheblich herabgesetzt
wird.
-
Man kann also von diesem Mittel nur Gebrauch machen, wenn die Wirtschaftlichkeit
des Reifens nicht im Vordergrund steht, z. B. bei Rennreifen, die von den rauben
Fahrbahnoberflächen der Rennstrekken ohnehin sehr stark abgerieben werden.
-
Außerdem kann man den Innendruck des Reifens wesentlich erhöhen, so
daß die der Fliehkraft entgegenzusetzende Rundhaltekraft entsprechend, größer wird.
Auch dieses Hilfsmittel kann höchstens bei Rennreifen angewendet werden, da mit
seiner Anwendung auf Straßen mit kleinen Unebenheiten schon jeglicher Fahrkomfort
verlorengeht. In der Weiterentwicklung sind nun verschiedene Gedanken über die Aufbauweise
von Laufstreifen-Panzerlagen bekanntgeworden, die im allgemeinen eine Änderung der
konstruktiven Abmessungen und des unteren Logenaufbaues voraussetzen. Es ist aber
sehr wertvoll, die heute übliche Reifenbauweise beizubehalten, weil diese grundsätzliche
Vorteile, wie z. B. Fahrkomfort und Seitenstabilität, hat. Insofern ist zu. erwähnen,
daß Kraftfahrzeugreifen bekannt sind, die in Umfangsrichtung verlaufende parallele
Zugstränge von geringer Dehnung aus Metall oder aus anderen geeigneten Werkstoffen
haben, die getrennt nebeneinander angeordnet sind.
-
Eine systematische Erforschung des Kräftespieles am Reifen während
der Fahrt hat nun zu folgender Erfindung geführt: Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugluftreifen
befindet sich hauptsächlich in dem Bereich zwischen Karkasse und Laufstreifen eine
an sich bekannte Einlage aus parallelen Drähten oder Fäden, die in drei verschiedenen
Richtungen liegen und sich dreieckförmig überkreuzen. Die Drähte oder Fäden bestehen
aus Metall, Kunststoff, Kunstseide, Baumwolle od. dgl.
-
Zwei dieser Lagen können so überlagert sein, daß sie in der Mittelpartie
zweilagig und am Rand einlagig ausfallen. Eine dritte Lage kann eventuell schmäler
als die Überlappungszone sein und so die schützende Wirkung noch erhöhen.
-
Das Neue der Erfindung besteht darin, daß im wesentlichen in Umfangsrichtung
verlaufende parallele Zugstränge von geringer Dehnung aus Metall oder anderen zugfesten
Fäden, wie Kunststoff, entsprechend der Fliehkraftbeanspruchung isoliert voneinander
und verschieden dicht verteilt angeordnet ; sind. Damit wird nicht nur der Fliehkraft
bei höherer Geschwindigkeit in überraschend starkem Maße entgegengewirkt, sondern
es kommt auch noch eine rückwirkenfde Beeinflussung -der Fahreigenschaften zustande,
die sich aus dem Zusammenwirken der in Umfangsrichtung verlaufenden Zugstränge,
dem sogenannten Fliehkraftkompensator, und den Einlagen ergeben. Der Reifen läuft
infolgedessen insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten erheblich ruhiger. Die Zugstränge
sind in der Mitte unter dem Laufstreifen am dichtesten gelegt, und sie liegen somit
in der Zone, wo die Zugfestigkeit infolge der Zentrifugalkräfte am meisten gebraucht
wird und wo andererseits relativ wenig Bewegung auftritt; das hat den Vorteil, daß
gerade durch die Anpassung der hier untergebrachten Zugstränge auf die Fliehkraftbeanspruchung
auch noch ein besonders günstiger Einfluß auf die Lebensdauer des Reifens erreicht
wird, wie bei praktischen Versuchen festgestellt werden konnte.
-
Nach der Erfindlung kann es auch vorgesehen sein, daß die etwa in
Umfangsrichtung verlaufenden Zugstränge zur Mitte hin einen steigenden Durchmesser
aufweisen. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Zugstränge in angenähert gleichem
Abstand eingelegt werden können, was für die Herstellung in manchen Fällen von Bedeutung
sein kann. Außerdem wird die Materialanhäufung in der Schulterpartie vermieden,
so. daß die Geschmeidigkeit des Reifens erhalten bleibt.
-
Eine andere Ausführungsform der Erfindusig besteht darin, daß, wie
an sich bekannt, die Zugstränge in mehreren Lagen angeordnet sind. Auch hier wird
bezweckt, eine genaue Anpassung an die auftretenden Fliehkraftbeanspruchungen im
Reifen sicherzustellen. Ein solcher Reifen läuft auch bei höchsten Geschwindigkeiten
mit überraschend geringem Rollwiderstand, ohne daß man mit dem Schnitt- oder Zenitwinkel
der üblichen Karkaßlagen von dem für die Rißwiderstandsfähigkeit in den Laufstreifenrillen
für Flexibilität, Weichheit bzw. Fahrkomfort optimalen Maß abgehen muß.
-
Der so hergestellte Reifen hat außerdem gerade bei höheren Geschwindigkeiten
einen überraschend geringen Abrieb und verliert nicht durch eine versteifte Breite
in sich geschlossener Ringmasse an Fahrbequemlichkeit, wie das bei älteren Erzeugnissen
in Kauf genommen werden maßte.
-
Außerdem stellt diese Konstruktion auf Grund der dabei erhalten gebliebenen
Flexibilität des gesamten Reifenhohlkörpers bei guter Anpassungsfähigkeit des Laufstreifens
an unebenen Fahrbahnoberflächen; wie Kopfsteinpflaster, einen guten Kontakt sämtlicher
Profilrillen über die Breite des Laufstreifens und damit einen guten Rutschwiderstand
des Reifens sicher.
-
Bei einer besonderen Ausbildungsart der Erfindung können die Zugstränge,
wie an sich bekannt, zwischen Karkasse und Lauffläche im Zwischengewebe und/oder
in der Polsterplatte angeordnet sein. Diese Anordnung kann insofern einen erheblichen
Vorteil haben, als die Zugstränge nun stärker voneinander isoliert werden und auch
unter ungünstigen Verhältnissen nicht zu Schäden führen.
-
Schließlich läßt die Erfindung noch eine Abänderung zu, die darin
besteht, daß mit steigender Dehnungsfähigkeit der Zugstränge diese; wie an sich
bekannt in einem entsprechend kleinen Winkel zur Umfangsrichtung verlaufen. Der
Winkel kann bis zu 15° Abweichung von der Umfangsrichtung betragen. Man erreicht
durch die Einstellung .des Winkels, daß in Umfangsrichtung ein ganz bestimmtes Maß
an Dehnungsfähigkeit eingehalten wird und so eine Anpassungsmöglichkeit an den Verwendungszweck
des Reifens gewährleistet ist. Der Winkel richtet sich natürlich nach, dem Material
der Zugstränge und dem Karkaßmaterial und wird zweckmäßigerweise am besten experimentell
bestimmt. So können z. B. bei einem Reifen aus »Nylon« die Zugstränge aus Kunstseide,
bei Kunstseide aus verstreckter Kunstseide, bei verstTeckter Kunstseide aus Glasfaser
oder Stahl'bestehen.
-
Die Kombinationen müssen so, gewählt wertdeny daß die Zugstränge bei
gleicher Belastung wenigstens um etwa 20/o weniger dehnbar sind als das für die
Karkasse und die Gewebezwisdhenlagen verwendete Gewebe.
Kommt noch
eine Winkelstellung der Zugstränge hinzu, so ändert sich zwar nur wenig an der Dehnungsgröße.
Vorteilhaft ist aber, daß nunmehr ein besonders seitensteifer Reifen entsteht, der
für besondere Anwendungsfälle sich als sehr geeignet erwiesen hat. Die Rißanfälligkeit
in den Profilrillen wird dabei verringert. Diese Gefahr kann aber auch noch dadurch
weiter herabgesetzt werden, indem als Zwischenbaugewebe eine zusätzliche Einlage
unter dem Laufstreifen vorgesehen wird, deren Fäden rechtwinklig zur Umfangsrichtung
des Reifens verlaufen.
-
Nach der Erfindung ist es schließlich noch möglich, daß die Zugstränge,
über die Breite gesehen, symmetrisch in verschiedenen von der Mitte aus progressiv
ansteigenden Winkeln gelegt werden. Diese Anordnung ist insofern vorteilhaft, als
eine zusätzliche Anpassungsmöglichkeit an die auftretenden Zentrifugalkräfte erreicht
wird. Durch die Kombination mit der Verteilung und der Lage der Zugstränge ist der
Reifen auch bei verschiedenen Fabrgeschwindigkeiten seinen Aufgaben in besonders
hohem Maße gewachsen.
-
Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden an verschiedenen Zeichnungen
beschrieben.
-
Abb. 1 bis 4 zeigen mehrere Reifenquerschnitte in unterschiedlicher
Ausführung; Abb. 5 und 6 zeigen zwei perspektivische Reifenausschnitte.
-
Abb. 1 stellt einen Querschnitt durch einen Reifen 1 dar, der mit
Gewebelagen 3 ausgestaltet ist. Bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit erfährt der Reifen
eine vorübergehende Förmveränderung 2, de zur Verdeutlichung etwas übertrieben dargestellt
worden ist. Wie bereits früher ausgeführt, wird ein solcher Reifem mit seinem in
axialer Richtung abgerundeten Profil einen erheblich erhöhten Rollwiderstand aufweisen.
-
Abb. 2 zeigt einen Reifen 1 im Querschnitt, der mit den üblichen Gewebelagen
3 ausgestaltet ist. Zwischen diesen Gewebelagen 3 und dem Laufstreifen 4 liegen
die verschieden dicht verlegten Zugstränge 5, die den eigentlichen Gegenstand der
Erfindung bilden.
-
Abb. 3 zeigt eine veränderte Ausführung gegenüber Abb. 2. Hier liegen
im Reifen 1 zwischen den Gewebelagen 3 und dem Laufstreifen 4 die Zugstränge 5.
Zwischen den einzelnen Fäden der Zugstränge ist in. diesem Fall der Abstand stets
gleich, dafür sind die in der Mitte liegenden Zugstränge, wie mit 6 dargestellt
wird, am dicksten. Die Stärke der Zugstränge nimmt dabei zum Rand des Laufstreifens
hin ab.
-
Abb. 4 zeigt einen Reifen 1 mit den Gewebelagen 3. Die Zugstränge
bestehen aus mehreren Lagen 7 und sind an den Seiten 8 so abgestuft, daß der zu
den Seiten hin abnehmenden Fliehkraft Rechnung getragen wird.
-
Abb. 5 zeigt einen Reifen in perspektivischer Ansicht. Die Zugstränge
-5 liegen in verschiedenen Schichten 9, 10, 11. Die Schicht 10 ist in einem schmalen
Winkel. dazu geneigt, während die Schicht 11 eine noch stärkere Schräglage zeigt.
Die Abstände der einzelnen Zugstränge in diesen Schichten 9, 10; 11 nehmen zur Mitte
hin ab. Über diesen Schichten liegt der Laufstreifen 4. Unter den die Zugstränge
darstellenden Schichten liegen die üblichen Gewebelagen 3, die ebenfalls in verschiedenen
Richtungen gelegt sind. Abb. 6 zeigt den Reifen in einer zur Abb. 5 veränderten
Form. Dort liegen die Zugstränge 5 in einer Schicht nebeneinander, wobei die mittleren
Zugstränge 12, seitlich davon die Zugstränge 13 und in noch größerem Abstand von
der Mitte die Zugstränge 14 in verschieden ansteigenden Winkeln in bezug auf die
Umfangsrichtung liegen. Die einzelnen Zugstränge nehmen beim Fortschreiten auf die
Mitte zu einen geringeren Abstand ein. Die einzelnen Lagen dieser Zugstränge können
seitlich überlappt gelegt sein. Über den Zugsträngen 5 liegt die Lauffläche 4, und
darunter liegen die üblichen Gewebelagen 3, ebenfalls in verschiedenen Richtungen
zur Umfangsrichtung.