DE102006009691A1

DE102006009691A1 - Fahrzeugluftreifen

Info

Publication number: DE102006009691A1
Application number: DE200610009691
Authority: DE
Inventors: Sadettin Fidan; Günter Wahl; Claus Van Barneveld; Ulrich Speckhals
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental AG
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen in radialer oder diagonaler Bauart mit einem profilierten Laufstreifen 1, einem mehrlagigen Gürtelverband 2, einer luftdicht ausgeführten Innenschicht 4, einer zumindest einlagigen Karkasse 3, Wulstbereichen mit Wulstkernen 6, Seitenwänden 8 und mit mindestens einem im Pannenfall bei Luftdruckminderung tragfähigen, im Querschnitt mondsichelförmigen Verstärkungsprofil 9 aus elastomerem Material 11. Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Fahrzeugluftreifen mit einem einfach aufgebauten Verstärkungsprofil bereitzustellen, dessen Gewicht und dessen Einfederungseigenschaften gegenüber üblichen Luftreifen nicht wesentlich unterscheidet, der aber dennoch eine gute Selbsttragefähigkeit im Notlauf aufweist. Die Erfindung besteht darin, dass eine Vielzahl von Hohlkörpern 10 in dem Verstärkungsprofil 9 voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Hohlkörper 10 fest und vollständig von elastomerem Material 11 umschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen in radialer oder diagonaler Bauart mit einem profilierten Laufstreifen, einem mehrlagigen Gürtelverband, einer luftdicht ausgeführten Innenschicht, einer zumindest einlagigen Karkasse, Wulstbereichen mit Wulstkernen, Seitenwänden und mit mindestens einem, im Pannenfall bei Luftdruckminderung tragfähigen, im Querschnitt mondsichelförmigen Verstärkungsprofil aus elastomerem Material.

Derartige, im Pannenfall selbstragende Fahrzeugluftreifen sind in verschiedenen Ausführungen schon seit langem bekannt. Die im Bereich der Seitenwände des Reifens eingebrachten Verstärkungsprofile werden bezüglich ihrer Querschnittsform und ihrer elastomeren Mischungen derart ausgeführt, dass sie in der Lage sind, den Reifen bei einem Druckluftverlust im Pannenfall selbstragend zu erhalten, so dass eine Weiterfahrt über eine gewisse Laufstrecke ermöglicht ist. Ein selbstragender Reifen der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 29 43 654 A bekannt. Der Reifen ist im Bereich seiner Seitenwände jeweils mit einem einteiligen, im Querschnitt etwa mondsichelförmigen Verstärkungsprofil versehen, welches zwischen der Innenschicht und der Karkasslage angeordnet ist und bis unterhalb des Gürtels und bis in die Nähe der Wulstbereiche verläuft. Um den Reifen im Pannenfall selbstragend zu erhalten, besteht das Verstärkungsprofil aus einer harten Gummimischung. Nachteilig an dieser bekannten Ausführung ist jedoch, dass die Seitenwände durch den elastomeren Profileinsatz versteift sind und das Gewicht des Reifens gegenüber Reifen ohne Verstärkungsprofil wesentlich erhöht ist. Dieses wirkt sich nachteilig auf das Einfederungsverhalten und auf den Fahrkomfort aus.

Um diese Nachteile zu beseitigen, weist das aus Gummi bestehende Verstärkungsprofil der bisher nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2005 052 149 eine Vielzahl von Hohlräumen mit jeweils einem Hohlraumdurchmesser von 0,5–4mm auf. Durch die Anordnung der Hohlräume ist das Gewicht des Reifens gegenüber Reifen mit Profilen aus Vollgummi verringert und die Einfederung verbessert. Jedoch ist durch diese Maßnahme ebenfalls die Selbstragefähigkeit des Reifens im Pannenfall aufgrund geringerer Biegesteifigkeit vermindert worden.

Aus der US 4,287,924 ist es weiterhin bekannt, in einem Verstärkungsprofil zwei unterschiedlichen Materialien verschiedener Härten einzusetzten, wobei axial innen ein härteres Material und axial außen ein weicheres Material angeordnet ist, wobei das weichere Material eine zelluläre Struktur aufweist. Die Herstellung eines solchen Profils ist jedoch in der Herstellung kompliziert und aufwendig.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Fahrzeugluftreifen mit einem einfach aufgebauten Verstärkungsprofil bereitzustellen, dessen Gewicht gegenüber Vollgummiprofilen verringert ist und dessen Einfederungseigenschaften wesentlich verbessert sind. Der Fahrzeugluftreifen soll aber dennoch eine gute Selbstragefähigkeit im Notlauf aufweisen.

Die Erfindung besteht darin, dass eine Vielzahl von Hohlkörpern in dem Verstärkungsprofil voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Hohlkörper fest und vollständig von elastomerem Material umschlossen sind.

Hierdurch ist ein Verstärkungsprofil für einen Luftreifen geschaffen, das durch die Anordnung von einer Vielzahl von gasgefüllten Hohlkörpern nur einen geringen Anteil an Gummimaterial aufweist, während das übrige Volumen durch kaum zum Gewicht des Profils beitragende Hohlkörper ausgefüllt ist. Es ist ein Verstärkungsprofil geschaffen, das im Vergleich zu bekannten Vollgummiprofilen wesentlich weniger Gewicht aufweist. Durch den Einsatz dieser zumeist luftgefüllten Hohlkörper ist es zudem optional ermöglicht, das die Hohlkörper umgebende Gummimaterial aus einer weichen Gummimischung zu fertigen. Somit ist zusätzlich zur Gewichtsreduktion eine gute Einfederung erreicht. Der Fahrkomfort ist im normalen Fahrbetrieb wesentlich verbessert und die voneinander beabstandet angeordneten Hohlkörper beeinflussen durch die Möglichkeit der Einfederung das Fahrverhalten nur sehr gering.

Im Pannenfall bei Druckluftverlust wird das in der Seitenwand angeordnete Verstärkungsprofil extrem hoch auf Druck beansprucht. Das Profil verbiegt sich derart, dass die in das elastische Gummimaterial eingebetteten Hohlkörper gegeneinander zur Abstützung gebracht werden und das Profil biegesteif ist. In diesem Zustand wirkt das Profil versteifend, weil es über diesen Zustand hinaus nicht weiter flexibel reagieren kann. Es kann durch die gegenseitige Abstützung der fest in die Gummimasse eingebetteten Hohlkörper die tragende Funktion im Notlauf über eine Fahrtstrecke bis ca. 150km erfüllen. Somit ist im Pannenfall ein zuverlässiger Notlauf durch eine im Pannenfall einsetzende erhöhte Biegesteifigkeit des in der Seitenwand angeordneten Verstärkungsprofils erreicht. Das Verstärkungsprofil ist zudem einfach aufgebaut.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlkörper als Kugeln oder Ellipsoide ausgebildet. Diese Formkörper reagieren auf Druckbelastung sehr stabil und sind daher besonders geeignet, im Notlauf als Versteifungselement zu dienen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Hohlkörper aus Metall, vorzugsweise vermessingtem Stahl, Kunststoff, Kautschuk, Hartgummi, Keramik und/oder Glas gefertigt sind. Es können ebenfalls Metalllegierungen eingesetzt werden. Für eine feste und dauerhafte Hohlkörper-Gummihaftung ist es notwendig, dass die Oberflächen der Hohlkörper mit Haftvermittler oder einer Beschichtung zur Haftung versehen sind. Die Haftung kann zusätzlich verbessert werden, wenn die Oberflächen der Hohlkörper rau sind oder eine Struktur aufweisen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten der Anordnung der Hohlkörper und/oder der Ausbildung der Hohlkörper innerhalb des Verstärkungsprofils. In einer Ausführungsform sind die Hohlkörper in dem gesamten Verstärkungsprofil in etwa gleichmäßig homogen verteilt.

In weiteren Ausführungsformen sind die Hohlkörper in dem Verstärkungsprofil unregelmäßig verteilt. In einem bestimmten Verstärkungsprofil sind die Hohlkörper in einem Kernbereich des Verstärkungsprofils dichter angeordnet, als in dem den Kernbereich umschließenden Randbereich. In einem weiteren Verstärkungsprofil sind nur im Kernbereich Hohlkörper angeordnet, während der den Kernbereich umschließende Randbereich keine Hohlkörper aufweist.

In wieder einer anderen Ausführungsform sind die Hohlkörper axial innen oder axial außen dichter oder ausschließlich angeordnet. Durch die Art der Anordnung der Hohlkörper innerhalb des Verstärkungsprofils können die Einfederungs- und Notlaufeigenschaften beeinflusst werden.

Die Durchmesser der Hohlkörper betragen in den vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen zwischen 0,5 bis 10mm, bevorzugt zwischen 2,0 bis 4,00mm. So ist im Pannenfall eine ausreichend hohe Biegesteifigkeit gewährleistet, aber im normalen Fahrbetrieb ist die Einfederung und der Fahrkomfort nicht wesentlich beeinträchtigt.

Die vorgenannten Ausführungsvarianten können Hohlkörper gleichen Durchmessers, aber auch Hohlkörper verschiedenen Durchmessers innerhalb eines Profils aufweisen. Durch Auswahl bestimmter Hohlkörperdurchmesser kann sowohl die Einfederung, als auch die Biegesteifigkeit für die Selbstragefähigkeit im Pannenfall bestimmt werden. Es können in bestimmten Ausführungsformen mindestens zwei verschiedene Durchmesser innerhalb eines Profils eingesetzt werden.

So können beispielsweise mit Haftvermittler versehene Stahl-Hohlkugeln mit einem Durchmesser von 4,00mm und mit einem Durchmesser von 2,00mm eingesetzt werden. Die Wandstärke beträgt bei der größeren Kugel zwischen 0,04–0,06mm und bei der kleineren Kugel 0,02–0,03mm.

Die Dichte einer Hohlkugel sollte weniger als 1,5 g/cm³, vorzugsweise weniger als 1,0 g/cm³ betragen.

Jede Hohlkugel weist vorteilhafterweise eine Wandstärke zwischen 0,02 und 0,06mm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,05mm auf.

Zur besseren Anbindbarkeit der Hohlkörper an die Gummimasse ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächen der Hohlkörper rau sind, eine Struktur und/oder eine poröse Wandung aufweisen. Die Porosität der Hohlkörper kann produktionsbedingt sein, wobei die durch die Wandung in den Hohlraum durchgehenden Kanäle oder Löcher derart klein sind, dass kein bei der Produktion verwendeter Werkstoff in den Hohlraum eindringen kann.

In allen Ausführungsformen sind die Hohlkörper derart über das Profil verteilt, dass diese die Umfangsfläche des Profils nicht berühren, sondern vollständig innerhalb des Gummimateriales des Verstärkungsprofils angeordnet sind.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen, die schematische Ausführungsbeispiele darstellen, näher beschrieben. Es zeigen die
1 einen Querschnitt durch einen Fahrzeugluftreifen mit einem Verstärkungsprofil
2 einen Querschnitt durch das Verstärkungsprofil der 1 im Notlauf
3 einen Querschnitt durch einen Fahrzeugreifen mit einem anders ausgeführten Verstärkungsprofil
4 einen Querschnitt durch ein weiteres Verstärkungsprofil
5 einen Querschnitt durch ein weiteres Verstärkungsprofil
6 eine dreidimensionale Ansicht eines Hohlkörpers
Die 1 zeigt die wesentlichen Bestandteile, aus welchen sich der erfindungsgemäße Reifen zusammensetzt. Dieses sind ein profilierter Laufstreifen 1, ein bei der gezeigten Ausführung aus drei Lagen bestehender Gürtel 2, eine Karkasse 3, eine weitgehend luftdicht ausgeführte Innenschicht 4, Wülste 5 mit Wulstkernen 6 und Wulstkernprofilen 7, sowie Seitenwände 8 und das in seiner Kontur etwa mondsichelförmige Verstärkungsprofil 9. Die Lagen des Gürtels 2 bestehen aus in eine Gummimischung eingebetteten Festigkeitsträgern aus Stahlcord, welche innerhalb jeder Lage parallel zueinander verlaufen, wobei die Stahlcorde der einen Lage in kreuzender Anordnung zu den Stahlcorden der weiteren Lage orientiert sind und mit der Reifenumfangsrichtung jeweils einen Winkel zwischen 15° und 30° einschließen. Auch die Karkasse 3 kann in herkömmlicher und bekannter Weise ausgeführt sein und somit in eine Gummimischung eingebettete, in radialer Richtung verlaufende Verstärkungsfäden aus einem textilen Material oder aus Stahlcord aufweisen. Die Kar kasse 3 ist um die Wulstkerne 6 von innen nach außen geführt, ihre Hochschläge 3a verlaufen neben den Wulstkernprofilen 7 in Richtung Gürtel 2.
Das erfindungsgemäße Verstärkungsprofil 9 weist eine Vielzahl von Hohlkörpern 10 auf, die in dem Verstärkungsprofil voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Hohlkörper fest und vollständig von elastomerem Material 11 umschlossen sind. Das Verstärkungsprofil 9 ist während des Aufbaus des Reifens auf der Innenschicht 4 positioniert worden und befindet sich daher zwischen dieser und der Karkasse 3. Die Dicke des Verstärkungsprofils 9 nimmt sowohl Richtung Gürtel 2, als auch Richtung Wulst 5 ab. Richtung Gürtel 2 reicht das Verstärkungsprofil 9 bis unter die Randbereiche desselben. Richtung Wulst 5 endet jedes Verstärkungsprofil 9 oberhalb des Wulstkernes 6. Über den überwiegenden Bereich der Länge der Seitenwand ist das Verstärkungsprofil 9 nahezu konstant dick ausgeführt, seine Stärke beträgt hier bis zu 13mm, insbesondere 9 bis 11mm. Die Hohlkörper 10 sind in Kugelform ausgebildet und sind mit Luft gefüllt. Die Hohlkörper 10 sind homogen in dem Verstärkungsprofil 9 verteilt und berühren sich nicht. Die Hohlkörper 10 sind vollständig und fest von dem Gummimaterial 11 des Verstärkungsprofils 9 umschlossen. Die Hohlkörper 10 sind quasi Einsprenglinge in einer Gummigrundmasse 11. Der Durchmesser eines Hohlkörpers beträgt 2,0mm, die aus vermessingtem Stahl gefertigte Wandung weist eine Dicke von 0,025mm auf.
In der 2 ist ein Querschnitt durch das Verstärkungsprofil 9 der 1 im Notlauf dargestellt, bei dem das Verstärkungsprofil 9 extrem stark auf Druck beansprucht ist. Das Profil 9 verbiegt sich derart, dass die in dem elastischen Gummimaterial 11 eingebetteten Hohlkörper 10 in Kugelform gegeneinander zur Abstützung gebracht werden, indem das um die Hohlkörpern 10 angeordnete Gummimaterial derart zusammengepresst ist, dass es auf Druck belastet nicht weiter elastisch reagieren kann. Das Profil 9 ist biegesteif geworden und kann den Notlauf über eine gewisse Fahrtstrecke sicherstellen.
Die 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Fahrzeugreifen mit einem anders ausgeführten Verstärkungsprofil 9. In die Gummimasse 11 dieses Verstärkungsprofils 9 sind kugelförmige Hohlkörper 10 verschiedenen Durchmessers eingebracht. Die Anordnung von Hohlkörpern 10 verschiedener Durchmesser erweist sich für gute Einfederungseigenschaften im Normalbetrieb des Reifens als besonders vorteilhaft. Die Durchmesser der Hohlkörper 10 variieren von 0,8mm bis 2,0mm. Die Hohlkörper 10 sind homogen über das gesamte Profil 9 verteilt.
Das Verstärkungsprofil der 4 zeigt im Querschnitt eine konzentrierte Anordnung von kugelförmigen Hohlkörpern 10 im zentralen Bereich, während im randlichen Bereich nur wenige Hohlkörper 10 angeordnet sind. Die Anordnung der Hohlkörper 10 kann derart in verschiedenen Profilen variieren, dass zusätzlich zur räumlichen Verteilung beispielsweise größere Durchmesser im zentralen Bereich und geringere Durchmesser im randlichen Bereich Einsatz finden.
Das Verstärkungsprofil 9 der 5 hingegen weist eine definierte Anordnung und keine homogene Verteilung der kugelförmigen Hohlkörper 10 auf. Die Anordnung ist derart gewählt, dass im normalen Betrieb des Reifens kaum eine Beeinträchtigung der Einfederung stattfindet, während im Notlauf eine hohe Biegesteifigkeit erzielt wird. Die Hohlkörper sind in etwa linear in schräg im Profil verlaufenden Bereichen parallel zueinander angeordnet.
In der 6 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Hohlkörpers 10 gezeigt, der in Vielzahl in ein Verstärkungsprofil 9 einzubringen ist. Der Hohlkörper 10 besteht aus Stahl und ist zur Anbindung an das das Verstärkungsprofil 9 bildende Gummimaterial 11 mit einem Haftvermittler versehen. Der Hohlkörper 10 hat die Form einer Kugel, so dass die Radien (r) der drei Raumrichtungen gleich groß sind. Der Durchmesser (d) des Hohlkörpers 10 beträgt 4,00mm. Die Wandstärke 12 beträgt 0,05mm und weist einen luftgefüllten Hohlraum 16 auf. Die Oberfläche 15 ist in etwa glatt und weist (produktionsbedingt) Mikroporen (nicht dargestellt) auf. Die Dichte des Hohlkörpers 10, also das Gewicht des Hohlkörpers durch das Volumen des betreffenden Hohlkörpers, beträgt weniger als 1,0 g/cm³.

1: Laufstreifen
2: Gürtel
3: Karkasse
4: Innenschicht
5: Wulst
6: Wulstkern
7: Wulstkernprofil
8: Seitenwand
9: Verstärkungsprofil
10: Hohlkörper
11: Elastomeres Material
12: Wandstärke
13: Kernbereich
14: Randbereich
15: Oberfläche
16: Hohlraum
d: Durchmesser des Hohlkörpers
r: Radius des Hohlkörpers

Claims

Fahrzeugluftreifen in radialer oder diagonaler Bauart mit einem profilierten Laufstreifen (1), einem mehrlagigen Gürtelverband (2), einer luftdicht ausgeführten Innenschicht (4), einer zumindest einlagigen Karkasse (3), Wulstbereichen mit Wulstkernen (6), Seitenwänden (8) und mit mindestens einem, im Pannenfall bei Luftdruckminderung tragfähigen, im Querschnitt mondsichelförmigen Verstärkungsprofil (9) aus elastomerem Material (11), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Hohlkörpern (10) in dem Verstärkungsprofil (9) voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Hohlkörper (10) fest und vollständig von elastomerem Material (11) umschlossen sind.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (10) Kugeln oder Ellipsoide sind.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (10) aus Metall, vorzugsweise vermessingtem Stahl, Kunststoff, Kautschuk, Hartgummi, Keramik und/oder Glas gefertigt sind.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (10) in dem gesamten Verstärkungsprofil (9) in etwa gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (10) in dem Verstärkungsprofil (9) unregelmäßig verteilt angeordnet sind.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (10) in einem Kernbereich (13) des Verstärkungsprofils dichter angeordnet sind als in dem das Kernprofil (13) umschließenden Randbereich (14).
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (10) an der axial außen gelegenen Seite des Profilquerschnitts dichter angeordnet sind als im axial innen gelegenen Bereich.
Fahrzeugluftreifen einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser (d) der Hohlkörper (10) zwischen 0,5 bis 10mm, bevorzugt zwischen 2,0 bis 4,00mm betragen.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (10) eines Profils gleiche Durchmesser (d), bevorzugt einen Durchmesser (d) von 2,5mm aufweisen.
Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (10) eines Profils verschiedene Durchmesser (d) aufweisen, bevorzugt einen Durchmesser (d₁) von 4,00mm und einen weiteren Durchmesser (d₂) von 2,00mm.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (15) der Hohlkörper (10) rau sind, eine Struktur und/oder eine poröse Wandung aufweisen.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (10) der Hohlkörper mit Haftvermittler oder einer Beschichtung zur Haftung versehen sind.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (12) einer Hohlkugel (10) zwischen 0,02 und 0,06mm, vorzugsweise zwischen 0,025 und 0,05mm beträgt.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte eines Hohlkörpers (10) weniger als 1,5 g/cm³ beträgt.