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Die
Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, umfassend einen profilierten
Laufstreifen, einen mehrlagigen Gürtelverband, eine luftdicht
ausgeführte Innenschicht, eine Karkasse, die im Wulstbereich von
axial innen nach axial außen um zugfeste Kerne und den
Kernen aufsitzenden Kernprofilen als Karkasshochschlag herumgeführt
ist, Seitenwände und zumindest eine im Bereich der Gürtelkante
ringförmig über den Umfang der Reifenschulter
geschlossene wärmeleitfähige Einlage, welche die
im Betriebszustand des Fahrzeugluftreifens im Bereich der Gürtelkante
entstehenden Wärme ableitet.
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Es
ist bekannt, dass insbesondere im Hochgeschwindigkeitsbetrieb von
Reifen um die 300 km/h im Bereich der Gürtelkanten Wärmedome,
so genannte Hot Spots, entstehen. Kautschuk ist ein schlechter Wärmeleiter,
so dass die im Fahrbetrieb entstehende Wärme nur unzureichend
abgeführt werden kann. Die Wärmeeinwirkung eines
ortsfesten Hot Spots kann zur Ermüdung des über
einen längeren Zeitraum erhitzten Kautschukmaterials führen,
so dass der Reifen verfrüht ausfallen kann.
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Um
die Wärme des im Gürtelkantenbereich im Hochgeschwindigkeitsbetrieb
entstehenden Hot Spots abführen zu können, ist
ein gattungsgemäßer Fahrzeugluftreifen beispielsweise
aus dem Patent
US 4,362,200 bekannt
geworden. Die wärmeleitfähige Einlage ist im Schulterbereich
des Reifens zwischen der Gürtelkante und der Innenschicht
angeordnet und endet im Bereich der oberen Seitenwand, in welchem
ein weiterer wärmeleitfähiger Streifen als Teil
der Reifenseitenwand überlappend mit der wärmeleitfähigen
Einlage angeordnet ist, über die die im Betriebszustand
des Reifens entstehende Wärme nach axial außen über
die Seitenwand abgleitet werden soll. Die wärmeleitfähigen
Einlagen bestehen aus elastomerem Material, welchem zur besseren Wärmeleitung
synthetischer Graphit beigefügt ist. Zwar ist durch die
Beimengung von synthetischem Graphit die Wärmeleitfähigkeit
der elastomeren Einlagenmischung verbessert. Jedoch besteht weiterhin das
Bedürfnis nach einem Reifen, der eine wärmeleitfähige
Einlage mit einer wesentlich höheren Wärmeleitfähigkeit
aufweist, um die im Fahrbetrieb, insbesondere im Hochgeschwindigkeitsbetrieb
des Reifens entstehende Wärme schnell und zuverlässig
ableiten zu können und somit die Dauerhaltbarkeit des Reifens
zu verbessern. Des Weiteren soll die wärmeleitfähige
Einlage möglichst dünn und vom Gewicht her leicht
ausgelegt sein, um einen Reifen zu schaffen, dessen Gewicht und
somit dessen Rollwiderstand trotz der zusätzlichen wärmeleitfähigen
Einlage nur unwesentlich erhöht ist. Zudem soll der Reifen einfach
und kostengünstig herzustellen sein.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fahrzeugluftreifen
zu schaffen, der insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten die in
ortsfesten Hot Spots entstehende Wärme zuverlässig
zur Verbesserung der Dauerhaltbarkeit des Reifens abführt,
ohne dass das Gewicht des Reifens oder dessen Eigenschaften wesentlich
verändert wird und der kostengünstig herzustellen
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst, indem die Einlage zur Wärmeleitung
aus einem gummierten metallischen Werkstoff besteht und dass der
Werkstoff eine Wärmeleitfähigkeit größer
40 (W/m × K) aufweist.
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Es
ist bekannt, dass metallische Werkstoffe gute Wärmeleiter
sind. Durch den Einsatz metallischer Werkstoffe, welche vorzugsweise
gummiert sind, als wärmeleitende Einlage, zumindest im
Gürtelkantenbereich des Reifens, ist durch die hohe Wärmeleitfähigkeit
eine Ableitung der Wärme des Hot Spots bzw. eine Homogenisierung
des Wärmehaushalts erreicht. Ein verfrühter Ausfall
des Reifens ist aufgrund thermisch bedingter Ermüdung des
Kautschukmaterials im Bereich des ortsfesten Hot Spots vermieden.
Da metallische Werkstoffe gute Wärmeleiter sind, kann die
wärmeleitende Einlage in ihren Dimensionen klein ausgelegt
sein. Daher ist das Gewicht des Reifens nur unwesentlich durch den
Einsatz der wärmeleitenden Einlage erhöht, wodurch der
Rollwiderstand kaum verändert ist. Da nur wenigstens eine
weitere Einlage in den Reifen als wärmeleitfähige
Einlage einzubringen ist, kann der Reifenaufbau in üblicher
Art und Weise beibehalten werden. Der Reifenaufbau ist trotz wenigstens
einer zusätzlichen Einlage einfach und kostengünstig.
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Die
Einlage kann auch über die gesamte Querschnittsbreite des
Gürtels über dessen Umfang ringkreisförmig
geschlossen angeordnet sein oder über dessen Querschnittsbreite
hinausgehend angeordnet sein.
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Als
wärmeleitfähige metallische Werkstoffe eignen
sich beispielsweise Aluminium, verzinktes Kupfer, Messing, Zink,
Bronze oder Stahl. Besonders Kupfer ist aufgrund seiner hervorragenden
Wärmeleitfähigkeit von 401 (W/m × K)
sehr geeignet. Kupfer ist zudem gering spröde und daher
für den Einsatz als Wärmeleiter in einer Einlage
eines Fahrzeugluftreifens besonders geeignet. Die metallischen Werkstoffe
können zur besseren Gummianhaftung in der dem Fachmann
bekannten Weise gummifreundlich behandelt sein.
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Die
Einlage kann eine gummierte Lage aus parallel zueinander angeordneten
Werkstoffdrähten oder ein gummiertes Gewebe aus Werkstoffdrähten mit
vorzugsweise einer Maschenweite (w) von etwa 0,50 mm und einem Drahtdurchmesser
(d) von 0,05 mm. Vorzugsweise findet Kupfer als Werkstoff Verwendung.
Dieses letztgenannte Gewebe ist vergleichsweise leicht an Gewicht,
leitet dennoch die Wärme sehr gut. Zudem ist das Gewebe
in Grenzen elastisch, um Reifenbewegungen während des Fahrbetriebs
zu ermöglichen. Die Maschenweite ist derart groß gewählt,
dass während der Gummierung dieses Gewebes das Gummi die
Maschen durchdringen kann und eine feste Gewebe-/Gummianbindung
erreicht ist. Das Gewebe kann beispielsweise ein Quadrat- oder ein
Rautenmaschengewebe sein. Bei einem Gewebe kann es zur erwünschten
Wärmeleitung ausreichend sein, wenn nur eine der beiden
Fadenrichtungen des Gewebes aus einem wärmeleitfähigen
metallischen Werkstoff besteht.
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In
einer anderen Ausführungsform ist eine weitere wärmeleitfähige
Einlage im Bereich des Apex außen auf der Karkasse aufliegend
angeordnet. Diese weitere wärmeleitfähige Einlage
ist in einer bevorzugten Ausführungsform innerhalb der
Querschnittshöhe des Wulstbereiches auf der axial innen
gelegenen Seite zwischen Karkasse und Innenschicht, auf Querschnittshöhe
des dem Kern abgelegenen Endes des Kernprofils beginnend, angeordnet
und verläuft außen auf der Karkasse um den Kern
herum und ist in ihrem weiteren Verlauf auf der axial außen
gelegenen Seite auf der Karkasse zwischen Karkasse und Seitenwandgummi
bis auf eine Querschnittshöhe des dem Kern abgelegenen
Endes des Kernprofils reichend, angeordnet.
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Der
Wulstbereich des Reifens erstreckt sich nach Definition in dieser
Anmeldung über eine Querschnittshöhe des Reifens,
die vom Reifenfuß bis zum dem Kern abgelegenen Ende des
Kernprofils reicht.
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In
einer besonderen Ausführungsform ist der Fahrzeugluftreifen
ein Fahrzeugluftreifen mit Notlaufeigenschaften bei Druckluftverlust,
wobei die Notlaufeigenschaft durch in jeder Seitenwand angeordnete, im
Querschnitt mondsichelförmige Verstärkungsprofile
erhalten ist. Derartige, im Pannenfall selbstragende Fahrzeugluftreifen
sind in verschiedenen Ausführungsformen hinreichend 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. Das Verstärkungsprofil
ist in der Seitenwand zwischen Innenschicht und Karkasse angeordnet.
Bei Druckluftverlust wird die Selbstragefähigkeit des Notlaufreifens
dadurch erreicht, dass das in der Reifenseitenwand angeordnete Verstärkungsprofil
u. a. auf Kompression beansprucht wird, während die an
dem Verstärkungsprofil anliegende Karkasse auf Zug beansprucht
wird. Durch dieses Zusammenwirken von Karkasse und Verstärkungsprofil
wird der Reifen selbstragend und der Sitz des Wulstprofils auf der
Felge bleibt erhalten. Andererseits haben die Verstärkungsprofile
die Funktion von „Federn", die im 0 bar-Fall die Radlast
tragen. Derartige Notlaufreifen werden SSR-Reifen genannt. SSR steht
für Self Supporting Runflat. Bei Hochgeschwindigkeits-SSR-Reifen
können sich ebenfalls Hot Spots im Gürtelkantenbereich
im Hochgeschwindigkeitsbetrieb bilden. Die durch die Hot Spots resultierende
thermische Belastung ist durch die wärmeleitfähige
Einlage entschärft.
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In
einer besonderen Ausführungsform des SSR-Reifens ist eine
weitere wärmeleitfähige Einlage zwischen Verstärkungsprofil
und Innenschicht zumindest innerhalb der Querschnittshöhe
des Verstärkungsprofils derart angeordnet, so dass die
Wärme vom im Notlauf im 0 bar-Fall entstehenden Hot Spot des
Verstärkungsprofils in Richtung Gürtel und/oder in
Richtung Wulst leitbar ist. Es hat sich gezeigt, dass sich im Notlauf
ein Hot Spot an der axial innen gelegenen Seite des Verstärkungsprofils
im Bereich der größten Kompression und Schubbelastung,
also in der Knickstelle des Verstärkungsprofils, entwickelt.
In herkömmlichen Notlaufreifen kann diese Wärme
aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von
Kautschuk von etwa 0,3 (W/m × K) nicht ausreichend abgeführt
werden. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ist
die weitere wärmeleitfähige Einlage axial innen
benachbart zum Verstärkungsprofil und zum axial innen zum
im Verstärkungsprofil im Notlauf auftretenden Hot Spot
angeordnet. Hierdurch ist eine zuverlässige Wärmeableitung
und Homogenisierung des Wärmehaushalts ermöglicht.
Es ist ein Notlaufreifen geschaffen, der einfach aufgebaut ist und
der zusätzlich die im Notlauf entstehende Wärme
des Hot Spots im Verstärkungsprofil ableiten kann. Die thermische
Belastung des Verstärkungsprofils ist insbesondere im Notlauf
verringert und die Lebensdauer des Verstärkungsprofils
im Notlauf ist um ein Vielfaches verlängert.
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In
einer besonderen Ausführungsform des SSR-Reifens ist die
Einlage zwischen Innenschicht und Verstärkungsprofil, zumindest
in radialer Höhe des Hot Spots beginnend, in Richtung Wulst
um den Wulstbereich herum nach axial außen geführt
und endet axial außen innerhalb oder kurz oberhalb der Querschnittshöhe
des Wulstkernprofils. Somit ist die Wärme aus dem Innenraum
des Reifens nach außen ableitbar wodurch eine besonders
effektive Wärmeableitung erreicht ist. Hierbei kann die
Einlage von axial innen zwischen Kern und Rimstrip nach axial außen
geführt sein. Somit ist eine sichere Felgenauflage des
Reifens erhalten.
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Um
eine schnelle Wärmeableitung auf kürzestem Weg
zu erreichen, wäre es vorteilhaft, wenn die Werkstoffdrähte,
vorzugsweise die Kupferdrähte, in der Einlage in radialer
Richtung orientiert sind. Um eine Elastizität der Einlage
zur Bewegungsrichtung des Gummis im Reifen zu gewährleisten,
ist es vorteilhaft, wenn die Drähte in einem von der radialen Richtung
abweichenden Winkel, vorzugsweise in einem Winkel, der mit der Radialrichtung
45° einschließt, angeordnet sind. Analoges gilt,
wenn ein gummiertes Gewebe als wärmeleitfähige
Einlage eingesetzt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Werkstoffdrähte,
so auch die Gewebefäden der Einlage zur Erzielung einer
federähnlichen/elastischen Wirkung gewellt in der Einlage
angeordnet.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist die Karkasse zusätzlich
zu ihren Karkassfestigkeitsträgern zur Wärmeleitung
wärmeleitfähige Metalldrähte auf, welche
vorzugsweise in radialer Richtung ausgerichtet sind. Die wärmeleitfähigen
Metalldrähte in der Karkasse sind zusätzlich zu
der wärmeleitfähigen Einlage, welche axial innen
vom und benachbart zum Verstärkungsprofil angeordnet ist,
angeordnet. Die Homogenisierung des Wärmehaushaltes ist
weiter verbessert.
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Der
Begriff „Einlage" meint eine wärmeleitfähige
Einlage als gummifreundlich ausgerüsteter Streifen oder
Lage. Notlaufreifen mit durch ein im Querschnitt mondsichelförmiges
Verstärkungsprofil verdickter Seitenwand werden SSR-Reifen
genannt. SSR steht für Self Supporting Runflat.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der Zeichnungen, die schematische Ausführungsbeispiele
darstellen, näher erläutert. Es zeigen die:
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1 einen
Teilquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen
SSR-Fahrzeugluftreifen mit einer wärmeleitfähigen
Einlage im Gürtelbereich,
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2 einen
Teilquerschnitt durch einen anderen SSR-Reifen.
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Gemäß dem
in 1 gezeigten Teilquerschnitt durch einen SSR-Radialreifen
für Personenkraftwagen sind die wesentlichen Bestandteile,
aus welchen sich der dargestellte Radialreifen zusammensetzt: ein
profilierter Laufstreifen 1, ein bei der gezeigten Ausführung
aus zwei Lagen 2a, 2b bestehender Gürtel 2,
eine einlagig ausgeführte Karkasse 3, eine weitgehend
luftdicht ausgeführte Innenschicht 4, Wülste 5 mit
Wulstkernen 6 und Wulstkernprofilen 7, sowie Seitenwände 8 und
etwa mondsichelförmige Verstärkungsprofile 9.
Das Verstärkungsprofil 9 kann aus einer einzigen
Gummimischung oder aus mehreren Gummimischungen bestehen. „SSR"
steht für „Self Support Runflat" und bezeichnet
Fahrzeugluftreifen mit Notlaufeigenschaften aufgrund von Verstärkungsprofilen 9 verstärkten
Seitenwänden 8. Die beiden Lagen 2a, 2b 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 2a in kreuzender Anordnung zu den Stahlcorden der
zweiten Lage 2b orientiert sind und mit der Reifenumfangsrichtung
jeweils einen Winkel zwischen 20° und 35° 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 aufweisen. Die Karkasse 3 ist
um die Wulstkerne 6 von innen nach außen geführt,
ihre Hochschläge 3a verlaufen neben den Wulstkernprofilen 7 in
Richtung Gürtel 2. Das aus elastomerem Material,
insbesondere aus einer Kautschukmischung hergestellte 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 das
Verstärkungsprofil 9 knapp oberhalb des Wulstkernes 6. Über
den überwiegenden Bereich der Länge der Seitenwand
ist das Verstärkungsprofil 9 nahezu konstant dick
ausgeführt, seine Stärke beträgt 6 bis
15 mm. Der SSR-Reifen ist hochgeschwindigkeitstauglich und bis etwa
300 km/h ausgelegt.
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Im
Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Reifens entsteht im Bereich der
Gürtelkante 15 ein Wärmedom, ein sogenannter
Hot Spot 14. Durch die wärmeleitende Einlage 10,
welche unterhalb des Gürtels 2, zwischen diesem
und der Karkasse 3 angeordnet ist, kann die Wärme
des Hot Spots 14 zur Wärmehomogenisierung Richtung
Reifenäquator abgeführt werden. Die Einlage 10 besteht
aus einem gummierten Kupfergewebe einer Maschenweite (w) von etwa 0,50
mm und einem Drahtdurchmesser (d) von 0,05 mm. Das Gewebe ist derart
ausgerichtet, dass die Gewebefäden einen Winkel von 45° zur
Radialrichtung einschließen. Die Einlage 10 weist
eine Breite auf, welche über die Breite 2 des
Gürtels hinausgehen kann, so dass der Hot Spot 14 von
der Einlage 10 zumindest teilweise überdeckt ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Einlage 10 unterhalb des
gesamten Gürtels 2 zwischen diesem und der Karkasse 3 über
die Gürtelenden hinausreichend angeordnet, so dass die
Einlage 10 breiter als der Gürtel 2 ist.
Die Wärme wird durch das Kupfergewebe der Einlage 10 in
Richtung Reifenäquator verteilt und abgeführt.
Die vorgenannte Ausführungsform der 1 ist nicht
nur auf einen SSR-Reifen beschränkt, sondern ist ebenfalls
bei Hochgeschwindigkeitsreifen ohne Notlaufeigenschaften einsetzbar.
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Die 2 zeigt
einen Teilquerschnitt durch einen anderen erfindungsgemäßen
Hochgeschwindigkeits-SSR-Reifen. Dieser Reifen unterscheidet sich
von dem in 1 gezeigten Reifen dadurch, dass
axial innen 12 vom und benachbart zum Verstärkungsprofil 9 zwischen
diesem und der Innenschicht 3 zusätzlich eine über
den Umfang der Seitenwand 8 ringförmig geschlossene
wärmeleitfähige zusätzliche Einlage 16 konturparallel
zum Verstärkungsprofil 9 angeordnet. Die wärmeleitfähige
Einlage 16 dient dazu, die im 0 bar Fall auftretende Wärme des
Hot Spots (nicht dargestellt), welche sich aufgrund der hohen Schubspannungen
im Notlaufbetrieb des Reifens axial innen im Verstärkungsprofil 9 entwickelt
und aufgrund welcher die erhaltene Notlaufstrecke vermindert sein
kann, abzuleiten und den Wärmehaushalt des Reifens zu homogenisieren.
Der Hot Spot (nicht dargestellt) bildet sich im 0 bar-Fall an der
axial innen 12 gelegenen Seite des Verstärkungsprofils 9 im
Bereich der größten Schubbelastung, also in etwa
auf mittiger Querschnittshöhe des Verstärkungsprofils 9.
Die Einlage 16 erstreckt sich wenigstens über
eine Querschnittshöhe, die von Überdeckung des
Hot Spots (nicht dargestellt), also beginnend in einer Querschnittshöhe,
welche in der dem Gürtel 2 zugewandten oberen
Hälfte des Verstärkungsprofils 9 liegt
und verläuft zwischen Innenschicht 4 und Verstärkungsprofil 9 in
Richtung Wulst 5 und endet vorzugsweise axial benachbart
innerhalb der Querschnittshöhe des Wulstkernes 6.
Die Einlage 16 weist gummierten Kupferwerkstoff auf, der
als parallel zueinander ausgerichtete Drähte oder als ein Kupfergewebe
vorliegt. Wenn die Einlage 16 parallel zueinander ausgerichtete
Kupferdrähte aufweist, sind diese vorzugsweise in einer
von der radialen Richtung abweichenden Orientierung orientiert,
um eine Elastizität der Einlage 16 zur Bewegungsrichtung
des Gummis des Reifens zu gewährleisten. Weist die Einlage 16 ein
Kupfergewebe auf, besteht dieses vorzugsweise aus einer Maschenweite
(w) von etwa 0,50 mm und einem Drahtdurchmesser (d) von 0,05 mm.
Dieses Gewebe ist vergleichsweise leicht, leitet dennoch die Wärme
sehr gut und das Gewebe ist in Grenzen elastisch, um Reifenbewegungen
während des Fahrbetriebs zu ermöglichen.
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- 1
- Laufstreifen
- 2
- Gürtel
- 2a,
b
- Gürtellage
- 3
- Karkasse
- 3a
- Karkasshochschlag
- 4
- Innenschicht
- 5
- Wulst
- 6
- Wulstkern
- 7
- Wulstkernprofil
- 8
- Seitenwand
- 9
- Verstärkungsprofil
- 10
- Wärmeleitfähige
Einlage
- 12
- Axial
innen
- 13
- Axial
außen
- 14
- Hot
Spot Gürtelkante
- 16
- Wärmeleitfähige
Einlage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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