DE1605602B2

DE1605602B2 - Fahrzeugluftreifen mit Radialkarkasse und einer Verstärkungseinlage aus Lagengruppen von in unterschiedlichen Richtungen verlaufenden Cordfäden

Info

Publication number: DE1605602B2
Application number: DE1605602A
Authority: DE
Inventors: Tsueno Mukai; Toshiro Tezuka
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1966-03-11
Filing date: 1966-10-19
Publication date: 1980-06-04
Also published as: BE689055A; US3643723A; CH452371A; DK125578B; NO122732B; SE332574B; DE1605602A1; DE1605602C3; GB1158405A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugluftreifen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei diesem bekannten Reifen (FR-PS 11 45 600) besteht das die Lagen bildende Material entweder aus natürlichen öder" 'synthetischen Texilfäden oder aus Metall. Auch können die einzelnen Lagen von unterschiedlichen Materialien gebildet werden. Jedoch wird auf die Zuordnung der Elastizitäts-Moduln der einzelnen Lagen keinen Wert gelegt. Dies hat zur Folge, daß erhebliche Zugspannungsunterschiede in den Lagen auftreten können, die einerseits eine zu hohe oder aber eine zu geringe Steifigkeit des Reifens verursachen.

Es ist (FR-PS 14 27 886) zwar bekannt, den Elastizitäts-Modul der in den verschiedenen Lagen verwendeten Materialien bei unterschiedlichem Winkel der die Lagen bildenden Cordfäden gleichfalls unterschiedlich zu wählen. Jedoch ist die Zuordnung der entsprechenden Winkel und der Elastizitäts-Modul-Unterschiede so, daß im aufgepumpten Zustand des Luftreifens ein erstrebter Spannungsausgleich der Lagen untereinander nicht erzielt werden kann. Daraus resultiert insbesondere bei der hier nicht vorgesehenen Verwendung von Cordfäden aus Naturharz, synthetischen Harzen oder organischen flexiblen Materialien eine erheblich herabgesetzte Steifigkeit

Weiterhin (CH-PS 3 08 175) ist es bereits bekannt, die Fäden der in verschiedenen Winkeln 'angeordneten Lagen der Karkasse aus Material unterschiedlichen Dehnungsverhaltens bestehen zu lassen, wobei einerseits Fäden aus natürlichen oder künstlichen Textilstoffen wie Baumwolle oder Kunstseide und andererseits aus Metallen oder auch vollsynthetischen Fasern bestehen, um so sicherzustellen, daß die Spannungen innerhalb des Reifens gleichmäßig von allen Lagen aufgenommen werden. Hierzu werden allerdings keine Hinweise dahingehend gemächt, wie die Elastizitäts-Moduln der einzelnen Lagen im Verhältnis zu den entsprechenden Winkeln zu wählen sind, was sinngemäß entsprechend auch gegenüber daneben noch bekannten Maßnahmen (AT-PS 2 11 178 und FR-PS 13 10 491) gilt.

Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Fahrzeugluftreifen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß unter Beibehaltung einer geringen Abnutzung bei relativ geringem Materialeinsatz eine hohe Stabilität verbunden mit günstigen Fahreigenschaften erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebenden Merkmale gelöst.

Durch diese Lösungsmerkmale stehen die Winkel und die Elastizitäts-Moduln der einzelnen Lagen nach einer bestimmten Dehnung in einem solch günstigen Zusammenhang, daß die Spannungsverteilung in den einzelnen Lagen eine optimale Festigkeit gewährleistet und, daß die Seitenführungskraft des Reifens einen günstigeren Verlauf hat, als bei solchen Fahrzeugluftreifen, die lediglich eine sehr hohe Festigkeit aufweisen und insofern auch gegenüber der erfindungsgemäßen Lösung einen schlechteren Fahrkomfort auf unebenen Straßen verursachen.

Der erfindungsgemäße Reifen kann mit geringen Kosten hergestellt werden, weil die im Reifen unter verschiedenen Cordwinkeln zu verwendenden Cordelemente ggf. sogar aus dem gleichen Material hergestellt werden können und weil weiterhin die Anzahl der Cordelemente, die in der Verstärkungseinlage des Reifens eingebettet sind, kleiner gehalten werden kann.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen dem Elastizitäts-Modul eines Gürtelcordelements und der darauf ausgeübten Spannung erläutert;

F i g. 2 eine teilweise perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Reifens; ■;

Fig.3 eine Querschnittsansicht einer Hälfte des Reifens;

F i g. 4 eine Teilansicht der Lagenanordnung;

F i g. 5 und 6 Querschnitte unterschiedlicher Ausführungsformen; ..':..;';' ,' Γ- Ί

F i g. 7 eine schematische Illustration der Anordnung der Gürtelcordelemente., .,,....

Wenn ein auf einem Fahrzeug montierter Luftreifen auf einer Straße gefahren wird, dann greifen sowohl in der Umfangs- als auch in der Querrichtung des Reifens Kräfte an. Nahezu die gesamten Kräfte in der Umfangsrichtung des Reifens werden von der Verstär kungseinlage des Reifens getragen; diejenigen Cordelemente oder Cordfäden der Einlage, die unter kleinen Winkeln angeordnet sind, tragen den Hauptteil, während die unter größeren Winkeln angeordneten nur einen verhältnismäßig kleinen Teil der Beanspruchung tragen.

F i g. 1 zeigt den Elastizitäts-Modul von solchen die Einlage bildenden Cordfäden, wobei auf der Abszisse

die auf die Fäden ausgeübte Beanspruchung und auf der Ordinate deren Elastizitätsmodul aufgetragen ist, wenn sie um eine bestimmte Länge ausgedehnt werden.

Kurve a stellt den Elastizitätsmodul von Fäden dar, die unter verhältnismäßig kleinen Winkeln in einer herkömmlichen und in einer erfindungsgemäßen Einlage angeordnet sind; die Kurve a'stellt den Modul von Cordfäden dar, die mit einem verhältnismäßig großen Winkel in einer herkömmlichen Einlage angeordnet sind; die Kurve a"stellt den Modul der Kurven a und a' dar, gemessen vor der Vulkanisation, und die Kurve b stellt den Modul von Cordelementen dar, die mit einem verhältnismäßig großen Winkel in der erfindungsgemäßen Einlage angeordnet sind.

Es war bisher allgemein üblich, daß bei Reifen dieser Art sowohl die Cordelemente, die mit einem verhältnismäßig großen Winkel angeordnet sind, als auch diejenigen, die mit einem verhältnismäßig kleinen Winkel angeordnet sind, im wesentlichen die gleichen Eigenschaften besaßen. Derartige Verstärkungscordelemente werden vor der Vulkanisation des Reifens zu gummierten Lagen zusammengestellt, die dann die Einlage des Reifens bilden; während des Vulkanisations-) Verfahrens wird die Einlage ausgedehnt. Nach beendeter Vulkanisation sind die Cordfäden um einen Betrag ausgedehnt, der durch verschiedene Vulkanisationsbedingungen bestimmt wird, wie z. B. der Zugkraft und der Wärme, die während des Verfahrens ausgeübt werden.

Eine derartige Ausdehnung verursacht eine Erhöhung des Elastizitätsmoduls. Im Hinblick auf die Tatsache, daß der Ausdehnungsgrad der Cordelemente sich ändert, wenn der Winkel der Anordnung in der Einlage verändert wird, ist es selbstverständlich, daß nach Beendigung der Vulkanisation die Höhe des Elastizitätsmoduls der Fäden, welche in einem kleinen Winkel angeordnet sind, von der Höhe der Kurve a" auf die Höhe der Kurve a gehoben und dort gehalten wird, während die entsprechende Höhe des Moduls der Cordelemente mit großem Winkel ebenfalls von der Höhe der Kurve a"auf die Höhe der Kurve a' erhöht und dort gehalten wird.

Die mit einem kleinen Winkel angeordneten Cordfäden nehmen, wenn der Reifen mit Luft auf einen gewissen Druck gebracht wird, eine Zugkraft fi auf, die , einen großen Teil des gesamten Zugs darstellt, die durch den Luftdruck auf die Einlage ausgeübt wird, wobei sich ein Elastizitätsmodul Ma\ einstellt. Jene Cordelemente, die mit einem großen Winkel angeordnet sind, nehmen eine Zugkraft fc auf, welche einen kleineren Teil des gesamten Zugs darstellt, der durch den Luftdruck auf die Einlage ausgeübt wird, wobei sich ein Elastizitätsmodul Ma 2 einstellt, welcher kleiner als Ma\ ist.

Demgemäß besitzen in herkömmlichen Reifen solcher Art vorliegende Verstärkungscordelemente, die mit einem kleinen Winkel angeordnet sind, Elastizitätsmoduln, die sich von denjenigen der Cordelemente unterscheiden, die mit einem großen Winkel angeordnet sind, wie dies durch die Kurven a und a" von Fig. 1 gezeigt wird. Ein solcher Unterschied im Modul verringert die zusammengesetzte Verstärkungswirkung einer derartigen Einlage mit unterschiedlichen Winkeln. Wenn weiterhin der Reifen mit Luft auf einen gewissen Druck gebracht wird, dann bildet sich zwischen den in verschiedenen Winkeln angeordneten Cordelementen ein Zugspannungsunterschied, beispielsweise (U — ti) in F i g. 1, aus, was zur Folge hat, daß der Unterschied im Elastizitätsmodul weiter gesteigert wird, beispielsweise bis auf einen Betrag von (M% — Ma% Hierdurch wird die zusammengesetzte Verstärkungswirkung weiter herabgesetzt

Auf dieser Erkenntnis basierend werden die Cordelemente, die durch Kurve a von F i g. 1 dargestellt sind, unter einem kleinen Winkel angeordnet, während diejenigen Cordelemente, welche den durch die Kurve b dargestellten höheren Modul besitzen, mit einem großen Winkel angeordnet werden. Somit kann der Unterschied in den Elastizitätsmoduln zwischen den in

ίο verschiedenen Winkeln angeordneten Cordelementen, wie sie beispielsweise durch (a—a') dargestellt sind, nach dem Vulkanisieren sogar vernachlässigt werden. Der Elastizitätsmodul Mb gemäß der Kurve b für die Zugkraft h im mit Luft aufgefüllten Zustand wird so ausgewählt, daß er dem Elastizitätsmodul Ma\ gleich oder ähnlich ist, der gemäß der Kurve a für die Zugkraft.

fi größer ist als Mai. Somit wird eine effektive Verstärkung sichergestellt

Durch eine derart wirksame Verstärkung wird es möglich gemacht, dem Reifen die gewünschte Steifheit zu verleihen, indem sowohl eine übermäßige als auch eine zu niedrige Steifheit des Laufflächenteils vermieden wird.

Beispielsweise können die durch die Kurve b von F i g. 1 dargestellten Cordelemente aus dem gleichen Material hergestellt werden die diejenigen der Kurve a, indem sie unter ausgewählten Behandlungsbedingungen verarbeitet werden, wie z. B. durch die Verdrillung, der während des Verfahrens angewendeten Spannung usw.

Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Verwendung von Cordelementen mit einem hohen Elastizitätsmodul, die mit großen Winkeln angeordnet sind, eine wirksamere Verstärkung ergibt, ist es nun möglich, einen Fahrzeugluftreifen zu erhalten, der eine höhere Steifheit aufweist, auch wenn die Anzahl von Cordelementen verringert wird.

Der Reifen gemäß der Erfindung kann verschiedene Ausführungsformen aufweisen.
In den F i g. 2 und 3 weist der Reifen, der ganz allgemein durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, eine Lauffläche 2, Seitenwände 3 und Wulste 4 auf. Der Reifen ist auf eine Felge 5 aufgezogen. Die Seitenwände 3 sind mit Hilfe einer Karkasse 6, die aus mindestens einer gummierten Lage besteht, und deren Endteile 7 um die Wulstringe 4a der Wulste 4 geschlagen sind, verstärkt Die Cordelemente in der Karkasse 6 sind zumindest im wesentlichen in Radialrichtung angeordnet

Um eine Verstärkung des Laufflächenteils zu erzielen, ist zwischen Lauffläche 2 und Karkasse 6 eine Verstärkungseinlage 8 eingefügt Bei dieser speziellen Ausführungsform umfaßt die Einlage 8 vier gummierte Lagen 9, 10, 11 und IZ Jede Lage 9, 10, 11 oder 12 besteht dabei aus gummierten Cordfäden aus hochfle xiblen Materialien, wie z.B. natürlichen Harzen, synthetischen Harzen und anderen organischen flexiblen Materialien. Wie es in Fig.4 gezeigt ist, ist die Anordnung der Lagen 9 und 12 derart, daß die parallelen Cordfäden der Lage 9 von der Umfangsrich-

tung des Reifens um einen Winkel von 13° in einer Richtung abweichen, während die Cordelemente der Lage 12 um den gleichen Winkel von 13° jedoch in der anderen Richtung abweichen. Die Lagen 10 und 11 sind zwischen den Lagen 9 und 12 in der Weise angeordnet, daß die Richtung der parallelen Cordelemente der Lage 12 von der Umfangsrichtung des Reifens um einen Winkel von 33° in einer Richtung abweicht, während die Cordelemente der Lage 11 um den gleichen Winkel von

33° in der anderen Richtung abweichen. Diejenigen Cordelemente, die vom Umfang des Reifens um 13° abweichen, besitzen einen Elastizitätsmodul von 1,5 g/den bei einer Dehnung von 2%, während diejenigen Cordelemente, die um 33° abweichen, einen Elastizitätsmodul von 2 g/den bei einer Dehnung von 2% besitzen.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der vier Lagen 13, 14, 15 und 16 in der Einlage verwendet werden, jedoch weichen hier die Cordelemente der zweiten und vierten Lage 14 und 16 von der Umfangsrichtung des Reifens um 13° nach beiden Seiten ab, während diejenigen der ersten und der dritten Lage 13 und 15 um 33° nach beiden Seiten abweichen.

Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welchem sechs Lagen 17, 18, 19, 20, 21 und 22 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Cordfäden der Lagen 17 und 22 unter dem größeren Winkel angeordnet

F i g. 7 ist ein vereinfachtes Diagramm, welches die Anordnung der Cordelemente illustriert Diejenigen Cordelemente, die von der Umfangsrichtung Q-Q des Reifens um einen kleinen Winkel <x in entgegengesetzte Richtungen abweichen, bilden eine Anzahl von schmalen und langen Parallelogrammen, wie sie etwa durch das Parallelogramm ABCD dargestellt werden. In der Figur sind diejenigen Cordelemente, die vom Umfang des Reifens um einen großen Winkel β in entgegengesetzte Richtungen abweichen, durch Linien BE, FD, GD und HB versinnbildlicht, welche innerhalb des genannten Parallelogramms ABCD liegen. Eine Diagonallinie BD des Parallelogramms der Figur stellt ein Cordelement der Karkasse 6 dar. Es wurde festgestellt, daß besonders gute Ergebnisse erhalten werden, wenn man die Cordwinkel α und β so festlegt, daß diejenigen Cordelemente, die um den Winkel β abweichen, sich mit den Seiten des Parallelogramms ABCD an innerhalb desselben liegenden Punkten und insbesondere ungefähr an den Mittelpunkten E, F, G und //schneiden. Die Cordfäden werden durch den Gummi der Lagen miteinander verbunden, und somit dient jeder Schnittpunkt praktisch als ein Knoten des Verbundes der Einlage. Es ist aus F i g. 7 ersichtlich, daß jedes Parallelogramm, das durch Cordelemente gebildet wird, die um einen kleinen Winkel abweichen, wie z. B. das Parallelogramm ABCD, durch die anderen Cordelemerite versteift wird, die um einen großen Winkel β vom Umfang des Reifens abweichen. Demgemäß besitzt die Verstärkungseinlage eine gewisse optimale Widerstandsfähigkeit gegenüber Beanspruchungen, die von äußeren Kräften verursacht werden, wie z. B. eine Kraft in Querrichtung P-P des Reifens, eine Kraft längs der Umfangsrichtung Q-Q des Reifens, eine Kraft in einer Richtung rechtwinklig zur Ebene, die durch das Parallelogramm definiert wird, und eine zusammengesetzte Kraft der letztgenannten Kräfte in verschiedenen Richtungen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fahrzeugluftreifen mit einer Karkasse zumindest im wesentlichen radial verlaufender Cordfäden und einer zwischen Lauffläche und Karkasse angeordneten Verstärkungseinlage aus mindestens zwei Lagengruppen mit Lagen parallel verlaufender Cordfäden, die in den Lagen verschiedener Lagengruppen Winkel unterschiedlicher Größe zur Umfangsrichtung des Reifens bilden, hingegen in den Lagen einer Lagengruppe gleichgroße aber entgegengesetzt zur Umfangsrichtung geneigte Winkel bilden und aus einem Material gleichen E-Moduls bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Cordfäden der Lagen (9 und 12 bzw. 14 und 16) der ersten Lagengruppe einen Winkel von ca. 13° (zur Umfangsrichtung) bilden sowie einen E-Modul von 1,5 g/den (bei einer Dehnung von 2%) aufweisen, der Lagen (10 und 11 bzw. 13 und 15) der zweiten Lagengruppe einen Winkel von ca. 33° bilden sowie einen Ε-Modul von 2 g/den (bei einer Dehnung von 2%) aufweisen und aus Naturharz, synthetischen Harzen oder organischen flexiblen Materialien bestehen.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (12 und 9) der ersten Lagengruppe (von radial außen) als erste und vierte Lage angeordnet sind.

3. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen der ersten Lagengruppe (von radial außen) als erste und dritte Lage angeordnet sind.

4. Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlage zwei zusätzliche Lagen aufweist, die Bestandteil der ersten und zweiten Lagengruppe sind.