DE2558154A1 - Pneumatischer reifen fuer gelaendefahrzeuge - Google Patents

Description

Pneumatischer Reifen für Geländefahrzeuge

Die Erfindung betrifft pneumatische Reifen für Geländefahrzeuge, beispielsweise Baufahrzeuge, wie Muldenkipper, Straßenhobel, Lader u. ä., Ackerbaufahrzeuge, wie Waldarbeitsfahrzeuge u. ä. j und Industriefahrzeuge, wie Gabelstapler, Lagerplatzfahrzeuge, Anhänger u. ä.

Solche pneumatische Reifen werden im Gelände gebraucht, wo Hindernisse, wie große Steine, zerbrochene Metall- und Glasstücke, Baumstümpfe herumliegen. Zusätzlich ist die Belastung, der ein Reifen ausgesetzt ist, im allgemeinen groß. Als Folge müssen solche pneumatischen Reifen eine hohe Widerstandsfähxgkext gegen Beschädigung aufgrund von Schnitten (im folgenden Schnittfestigkeit genannt) haben und müssen über lange Zeitdauer verwendbar sein.

Die wichtigsten Eigenschaften, die solche Reifen haben müssen, sind die Schnittfestigkeit, die Widerstandsfestigkeit gegen Ablösungen in und zwischen Schichten am Kronenbereich und anderen Teilen des Reifens (nachfolgend Ablösefestigkeit genannt),und die Abriebfestigkeit. Insbesondere hat sich eine Erhöhung der Schnittfestigkeit als notwendig herausgestellt.

Zur Erhöhung der Schnittfestigkeit solcher Reifen wurden mehrere Versuche gemacht. Sie führten aber nicht immer zu einer Er-

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höhung der Schnittfestigkeit des Reifens. Zusätzlich hat der Reifen schwerwiegende Nachteile bezüglich der Ablösefestigkeit am Kronenbereich und anderen Teilen des Reifens, so daß es schwer war, den Reifen für Geländefahrzeuge zu verwenden.

Bei einer ersten Art konventioneller Reifen wurde vorgeschlagen, einen sogenannten "Draht unter Lauf fläche "Feif en (im folgenden WUT-Reifen genannt) zu verwenden. Der WUT-Reifen weist eine gummierte Schicht auf, in der dünne metallische Drahtfilamente eingebettet sind, die jeweils eine Länge von etwa 10 mm haben und zwischen dem Laufflächengummiund der Karkasse angeordnet sind, um ein Wachsen einer Beschädigung zu verhindern, die auf von der Reifenlauffläche ausgehende und in den inneren Bereich des Reifens eindringenden Schnitte zurückgeht," und ist beispielsweise in den US-PSen 3 085 616, 3 095 026, 3 095 027, 3 097 915, 3 057 389, 3 050 098 und 3 043 357 beschrieben. Es wurde versucht, den WUT-Reifen am Markt zu verkaufen. In der Praxis aber hat sich herausgestellt, daß, wenn die Menge der in der gummierten Schicht eingebetteten metallischen Drahtfilamente erhöht wird, um eine ausreichend große Schnittfestigkeit zu erreichen, häufig innerhalb einer "Draht unter Lauffläche schicht"(im folgenden WUT-Schicht genannt) oder zwischen der WUT-Schicht und dem Laufflächengummi oder zwischen der WUT-Schicht und der Karkasse eine Ablösung auftritt, wodurch der Reifen infolge vorzeitiger Ablösung ausfällt bevor die erhöhte Schnittfestigkeit in Erscheinung tritt.

Wenn dagegen die Menge der in die gummierte Schicht eingebetteten metallischen Drahtfilamente vermindert wird, um einen Ausfall des Reifens infolge vorzeitiger Ablösung zu verhindern, kann die erwünschte Schnittfestigkeit nicht erreicht werden. Im Ergebnis konnten die Versuche, die Lebensdauer des WUT-Reifens zu verbessern, nicht befriedigen.

Eine zweite Art konventioneller Reifen ist ein Reifen mit einem Stahlfadenprotektor bzw. Stahlfadenzwischenbau. Wie bekannt, ist

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ein typischer Stahlfaden aus einem Faden zusammengesetzt, der durch Verdrillen einer Mehrzahl von Garnen gebildet ist,^ wobei jedes Garn durch Verdrillen einer Mehrzahl dünner, länglicher Filamente mit jeweils einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,15 mm bis 0,3 mm hergestellt ist. Eine gummierte Schicht, in der die beschriebenen Stahlfäden unter gleichmäßigem gegenseitigen Abstand eingebettet sind_f ist zwischen der Karkasse und dem Laufflächengummi derart angeordnet, daß das Wachsen einer Beschädigung aufgrund von Schnitten verhindert wird, die vom Kronenbereich des Reifens ausgehen und in das Innere des Reifens vordringen. Die vorhergehenden Ausführungen enthalten das Wesentliche der zweiten Art herkömmlicher Reifen mit dem Stahlfadenprotektor.

Die Tatsache, daß der Stahlfadenprotektor die Schnittfestigkeit des Reifens in einem gewissen Ausmaß vergrößert und somit beispielsweise das Auftreten von Löchern in Automobilreifen, die im allgemeinen durch Nägel bedingt sind, vermindert, ist bekannt .

Es hat sich aber herausgestellt, daß die Verwendung des Stahlfadenprotektors für einen pneumatischen Reifen für Geländefahrzeuge nicht zu einer Verbesserung der Schnittfestigkeit unter bestimmten Betriebsbedingungen führt, daß im Stahlfadenprotektor* eine Beschädigung infolge vorzeitiger Ablösung auftritt und daß die Gesamtlebensdauer des Reifens in keiner Weise erhöht werden kann.

Dies beruht auf Eigenschaften, die dem aus Stahlfäden gebildeten Verstärkungselement eigen sind.

Um zu einem richtigen Verständnis der folgenden Erfindung zu führen, wird im folgenden die Erkenntnis des Erfinders beschrieben, die auf experimenteilen . Ergebnissen bezüglich des allgemeinen Mechanismus des Auftretens von Beschädigungen aufgrund von Schnitten in pneumatischen Reifen von Geländefahrzeugen gewonnen wurde,
* (Stahlcordprotektor)

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Die Beschädigung aufgrund von Schnitten tritt im wesentlichen

auf die folgenden beiden Arten auf: Bei der ersten Art treten

, inneren

Schnitte in der Laufflächengummioberflache auf und dringen in den/ Bereich des Reifens vor, wie in Fig. 1A dargestellt. Bei der zweiten Art treten die Schnitte nicht an der Oberfläche auf, sondern innerhalb der Laufflächenschicht, wie in Fig. 1b dargestellt, oder innerhalb der Protektorschicht, wie in Fig. 1C dargestellt.

Die in Fig. 1A dargestellte erste Art Schnitte tritt auf, wenn der Reifen auf Hindernisse, wie scharfe Steine, Metall— oder Glasteile, Baumstümpfe, Holzteile u. ä. gerät, und die Hindernisse von der Laufflächenoberfläche in die Karkasse eindringen, als ob eine scharfe Schneidkante eines Schneidwerkzeugs von der Laufflächenoberfläche in die Karkasse eindringt.

Das heißt, die Stelle mit maximaler Spannung bewegt sich von der Laufflächenoberfläche entsprechend Schnitten im Gummi in die Karkasse.

Die zweite Art Schnitte gemäß Fig. 1B und 1C tritt auf, wenn der Reifen über ein Hindernis mit relativ großem Winkel oder abgerundeten Ecken gerät. In diesem Fall tritt die maximale Spannung oder Belastung innerhalb der Laufflächenschicht (Fig. 1B) oder Protektorschicht (Fig. 1C) auf, wo der anfängliche Bruch auftritt und dann wächst und sich entwickelt.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, sind die erste Art und die zweite Art Schnitte bezüglich ihres Erzeugungsmechanismus aufgrund unterschiedlicher Schärfe bzw. Größe der Winkel der Hindernisse und entsprechend unterschiedlicher Lagen der lokal konzentrierten anfänglichen Spannung verschieden.

Zusätzlich gibt es andere Schnitte, die der zweiten Art Schnitte ähnlich sind. Bei diesem Phänomen treten die anfänglichen Schnitte in der Protektorschicht oder der Karkassenschicht auf, wenn ein mit hoher Geschwindigkeit drehender Reifen auf Hindernisse mit relativ großem Winkel oder abgerundeten Ecken bzw. Kanten trifft.

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Der Schnitter zeugungsmechanismus bis zu diesem Stadium ist ähnlich dem der Fig. 1C. Bei diesen weiteren Schnitten aber wird der Reifen, wenn er unter hoher Drehgeschwindigkeit auf die*Hindernisse trifft, rasch verformt, wodurch die dynamische Federkonstante des Reifens insgesamt erhöht wird und das Stoßabsorktionsvermögen des Reifens vermindert wird.Dies führt dazu, daß die aufgrund der Kollision erzeugte Energie lokal im Reifen konzentriert wird, die maximale lokale Spannung bzw. Belastung also sehr groß wird. Die hohe Verformungsgeschwindigkeit bewirkt, daß sich die Viskosität und entsprechend der Elastizitätsmodul des Laufflächengummis merklich erhöht. Als Folge ändert sich der Spannungsverteilungszustand, so daß sich die Lage maximaler Spannung bzw. Belastung in die Protektorschicht oder Karkassenschicht verlagert. Der Faden der Protektorschicht oder der Karkassenschicht erreicht auf diese Weise seine Bruchlast, wodurch der Faden durchtrennt wird und weiter ein stoßartiges Zerreißen hervorgerufen wird.

Diese Beschädigung wird im allgemeinen von der Schnittbeschädigung unterschieden und wird im weiteren entsprechend dieser herkömmlichen Praxis so beschrieben. Der Mechanismus, nach dem dieser Ausfall auftritt aber ist ähnlich dem der Schnittbeschädigung.

In der weiteren Beschreibung soll die Bezeichnung "durch die Erfindung zu verhindernde Schnitte des Reifens" so verwendet werden, daß

(1) Schnitte der Reifenoberfläche,

(2) Schnitte im inneren Bereich des Reifens und

(3) Fadendurchtrennungen oder Reifenstoßbruch umfaßt werden.

Wie oben beschrieben, hat der herkömmliche Stahlfadenprotektor den Nachteil, daß die Schnittfestigkeit unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie oben beschrieben, nicht verbessert werden kann, und daß zu einer relativ frühen Zeit eine Beschädigung infolge von Ablösung auftritt, wodurch die Gesamtlebensdauer des Reifens nicht vergrößert ist. Dies wird im folgenden anhand der vorne erwähnten SchnitterZeugungsmechanismen beschrieben.

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Das Eindringen des Oberflächenschnittes in den inneren Bereich des Reifens kann mit Hilfe einer Stahlprotektoreinlage gestoppt werden,weil deren Stahlfaden eine ausreichend hohe Zugfestigkeit hat.

Wenn aber der innere Schnitt oder ein Fadenbruch oder ein Stoßbruch auftreten, kann sich die Spannung auf die Stahlfäden konzentrieren, weil der Zugmodul der Elastizität des Stahlfadens viel größer ist als der des Laufflächengummis oder des Fadens aus organischer Faser der Karkassenlage. Zusätzlich ist die Bruchdehnung des Stahlfadens etwa 0,08 bis 0,11 mal kleiner als die des Fadens aus organischer Faser der Karkassenlage, so daß der Stahlfaden leicht bricht.

Derjenige Teil des Stahlfadens, der vorzeitig bricht, ruft ein vorzeitiges Ablösen hervor, wodurch die Gesamtlebensdauer des Reifens nicht verbessert werden kann.

Ein Stahlfaden mit extrem hohem Zug- und Druckmodul der Elastizität führt bei einem pneumatischen Reifen für Geländefahrzeuge zu folgenden Nachteilen:

(1) Es kann eine stärkere Ablösung auftreten.

Wenn beispielsweise der Reifen mit innerem Druck beaufschlagt oder unter Last gedreht wird, wird das Ausmaß der Verschiebung zwischen Stahlfaden und umgebendem Gummi verschieden, so daß die Ablösung an den Endrändern des Stahlfadens bzw. der Stahleinlage und jedwelchen anderen Bereichen auftreten wird.

(2) Die Fäden können brechen.

Wenn der Reifen unter Last gedreht wird, wird der Faden des Protektors bzw. der Protektor einer axialen Kompressionskraft ausgesetzt. Eine solche axiale Kompressionskraft könnte vom Stahlfaden bzw. der Stahleinlage infolge des hohen Druckmoduls der Elasti-

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zität nicht aufgenommen werden, wodurch der Stahlfaden bzw. die Stahleinlage häufig einknickt und eine Wiederholung dieses Vorgangs einen Bruch der Profcektoreinlage hervorruft.

(3) Eine Beschleunigung des Laufflächenschnittabriebs. Der Stahlfadenprotektor bewirkt eine Erhöhung der Biegesteifigkeit des Reifenkronenbereiches, wodurch das Hüllvermögen des Reifens, das ist das Vermögen des Reifens, kleine Bodenhindernisse mit Laufflächengummi zu umgeben, wenn der Reifen auf sie gerät, vermindert wird und der Reifen einer Anzahl kleiner und mittlerer Schnitte ausgesetzt wird, die den Abrieb aufgrund von Schnitten vergrößern. Solche Schnitte führen im Betrieb zu einem Verschleiß des Laufflächengummis .

Zusammengefaßt muß das Verstärkungselement, das die Schnittschutzschicht des pneumatischen Reifens für Betrieb auf grobem Untergrund bildet, folgende Eigenschaften haben:

(1) Eine Zugfestigkeit, die für die Schnittschutzwirkung notwendig und ausreichend ist,

(2) eine Bruchdehnung, die für den Schutz gegen "alle Arten von Schnitten" notwendig und ausreichend ist, und

(3) Zug-Druckmodul der Elastizität innerhalb eines Bereiches, der die Ablösung und den Laufflächenschnittabrieb nicht beschleunigt und nicht zu einem "Fadenbruch" bzw. "Cordgewebebruch" führt.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, sind die Schnittschutzschicht sowohl des WUT-Reifens, die als erste Art des herkömmlichen Reifens vorgeschlagen wurde und aus metallischen Filamenten mit einer Länge von etwa 10 mm zusammengesetzt war, .als auch des Reifens mit Stahlfadenprotektor, die als zweite Art des herkömmlichen Reifens vorgeschlagen wurde und durch Ver-

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drillen mehrerer länglicher Stahlfilamente gebildet war, nicht als Schnittschutzschicht für pneumatische Reifen von Geländefahrzeugen geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dritte Art Verstärkungselement zu schaffen, das als Schnittschutzschicht für pneumatische Reifen von Geländefahrzeugen geeignet ist.

Nach umfassender Suche nach einer solchen dritten Art eines Verstärkungselements studierten die Erfinder helixförmige bzw. schraubenförmige· Filamente, wie sie in der US-PS 3 682 222 beschrieben ist.

WLe/Detail in der genannten Druckschrift ausgeführt, wurden die schraubenförmigen Filamente als das Gürtelmaterial für den Radialreifen oder den mit Gürtel versehenen Diagonalreifen (belted bias tire)verwendet. Insoweit die schraubenförmigen Filamente die Eigenschaft haben, in Umfangsrichtung des Reifens als Spannungsunterstützungsglieder zu wirken, sind sie im wesentlichen nicht verlängerbar und ähnlich der oben erwähnten zweiten Art Stahlfadenprotektor. Im Ergebnis könnte, auch wenn die schraubenförmig gebildeten Filamente an sich für den Reifen als Schnittschutzschicht verwendet werden, keine besondere Wirkung erwartet werden.

Experimentelle Versuche, die durchgeführt wurden, um alle mit herkömmlichen Reifen verbundenenNachteile zu vermeiden, haben zu dem Ergebnis geführt, daß die Verwendung eines "Bündels schraubenartig geformter Filamente", die ohne Verdrillung zusammengefügt sind, als dritte Art Verstärkungselement eine Verlängerung der Bruchdehnung ergibt, die für die Schnittschutzschicht des pneumatischen Reifens für Geländefahrzeuge notwendig und ausreichend ist und eine merkliche Verbesserung der Gesamtlebensdauer dieser Art Reifen mit sich bringt.

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Die Konstruktion und die Wirkung eines solchen Bündels schraubenförmiger Filamente wird im folgenden beschrieben.

Als Verstärkungselement kann ein Faden verwendet werden, der aus einem Bündel von zwei bis fünfzig, vorzugsweise drei bis dreißig relativ dünnen Filamentenmit jeweils einem Durchmesser von 0,1 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,13 mm bis 0,5 mm zusammengesetzt ist und gebildet ist, indem diese nur zusammen gebracht sind, ohne daß sie miteinander verdrillt oder mittels äußerer Bindedrähte verbunden sind und jedes Filament aus einem Material mit einer Zugfestigkeit im folgenden Bereich besteht und in nachgiebiger und dauerhafter Weise schraubenförmig geformt ist.

Das schraubenförmige Filament kann aus Stahl oder anderen Metallen mit hoher Schnittfestigkeit oder Glas oder organischen Materialien bestehen. Material wie Nylon, Rayon und ähnliches, das normalerweise für den Reifenfaden verwendet wird und eine Zugfestigkeit in der Größenordnung von 80 kp/mm² bis 110 kp/mm² aufweist, ist als Schnittwiderstandsmaterial im allgemeinen ungeeignet. Das Schnittwiderstandsmaterial muß eine Zugfestigkeit von wenigstens 140 kp/mm² aufweisen, vorzugsweise mindestens 170 kp/mm² _# und mindestens 200 kp/mm² , wenn eine große Schnittfestigkeit erforderlich ist.

Dieser Zugfestigkeitswert ist ein minimaler Wert, der nötig ist, um das Wachsen und das Eindringen von von der Laufflächenoberfläche ausgehenden Schnitten durch die Protektorschicht zu verhindern und Faden- bzw. Gewebeschnitte und Reifenstoßbrüche zu verhindern.

Die Bruchdehnung des aus dem Bündel schraubenförmiger Filamente zusammengesetzten Verstärkungselements, dessen wichtigste Größe, muß maximal 1,7 mal, vorzugsweise 1,4 mal größer sein als die des Fadens bzw. Gewebes aus organischer Faser der Karkasse.

Dies hat seinen Grund darin, daß, falls die Bruchdehnung des Verstärkungselements diejenige des Cordfadens aus organischer Faser der Karkasse nicht um das 1,7-fache übersteigt, der Karkassenfaden seine Bruchdehnung erreicht bevor das Verstärkungs-

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element des Protektors seine Bruchdehnung erreicht, wodurch die Bruchstelle des Verstärkungselements von einer Bewegung in diesen Bereich abgehalten ist.

Die minimale Bruchdehnung des Verstärkungselements muß wenigstens das 0,15-fache, vorzugsweise wenigstens das 0,25-fache derjenigen des aus organischer Faser bestehenden Cordfadens der Karkasse betragen. Dies entspricht einer Bruchdehnung, die zwei- bis dreimal größer als die des herkömmlichen Stahlfadens ist und nicht dadurch erreicht werden könnte, daß ein Stahlfaden durch gegenseitiges Verdrillen von Stahldrähten erhalten wird.

Die Schnitte treten lokal an jeder Stelle der Reifenkrone auf und die Anzahl der Schnitte hängt vom Ort auf der Reifenkrone ab. Der Bereich, innerhalb dessen Spannungen und Verformungen aufgrund von Schnitten auftreten, ist lokal beschränkt, so daß die oben erwähnte Bruchdehnung des Verstärkungselements in der Schnittschutzschicht an jeder Stelle des Reifens erfüllt sein muß. Die oben erwähnte Bruchdehnung ist daher so definiert, daß sie auf jeweils einer Länge von 25 mm des Verstärkungselements erfüllt sein muß.

Die oben erwähnte Bruchdehnung und der Elastizitätsmodul können mit einem Durchmesser θ des schraubenförmigen Filaments , einem mittleren Durchmesser D einer Helix, die durch einen Gang des schraubenförmigen Filaments gegeben ist, und einem Gang erzielt werden, die auf folgende Weise definiert sind:

In Fig. 2A ist eine Seitenansicht eines ichraubenförmigen Filaments und in Fig. 2B ist eine durch einei Gang des schraubenförmigen Filaments gemäß Fig. 2A begrenzte Helix dargestellt. Die ideale Form der durch einen Gang des schraubenförmigen Filaments gegebenen Helix sollte ein echter Kreis sein, damit die aufgebrachte Spannung ausgeglichen wird, Es hat sich herausgestellt, daß,wenn das Verhältnis des maximalen Durchmessers (Dm^x) der Helix zum minimalen Durchmesser (Drain) innerhalb/ später zu beschreibenden Bereiches liegt, die auf die Helix aufgebrachte Spannung in etwa gleich verteilt wird, so daß ein vorzeitiger Ermüdungs-

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bruch nicht auftritt. Zu diesem Zweck ist in Fig.2B ein Verhältnis des maximalen Durchmessers Dmax zum minimalen Durchmesser Dmin, d.h. ■=—-. erforderlich, das zwischen 1 und* 1,5

liegt.

Zusätzlich hat sich herausgestellt, daß ein mittlerer Durchmesser D, d.h. _{der Helix}^ begrenzt d'irch das schraubenförmige Filament, 2 φ bis 20 φ, vorzugsweise 3 φ bis 15 0 betragen sollte, wobei φ der Durchmesser des schraubenförmigen Filaments ist.

Als ein Verfahren zum Erhalten einer erwünschten Dehnung des Protektors ohne Filamente miteinander zu verdrillen, von denen jedes aus einem Material mit hoher Zugfestigkeit, beispielsweise Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil, besteht, könnte daran gedacht werden, gewellte Filamente parallel zueinander in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen. In diesem Fall aber würde die Spannung in die gebogenen Bereiche des gewellten Filaments entsprechend einer Zug- oder Druckbeanspruchung in dessen Längsrichtung konzentriert werden. Zusätzlich ist diese Spannung eine Biegespannung, die in einem Teil des Querschnitts der von dem Filament begrenzten Helix konzentriert wird, so daß in den gebogenen Bereichen des Filaments häufig ein vorzeitiger Ermüdungsbruch auftritt. Im Ergebnis können die beschriebenen Maßnahmen in der Praxis nicht verwendet werden.

Die Verwendung schraubenförmiger Filamente dagegen ermöglicht eine notwendige Dehnung. In diesem Falle wird die Spannung, die bei einer Verlängerung oder Kompression in Längsrichtung des schraubenförmig gebildeten Filaments erzeugt wird, im wesentlichen gleichmäßig über jeden Bereich in dessen Längsrichtung verteilt. Zusätzlich ist diese Spannung eine Torsions-Scherspannung, die in einfacher Weise relativ gleichmäßig über den Querschnitt des Filaments verteilt wird, so daß es möglich ist, einen Ermüdungsbruch vollständig zu verhindern.

Experimentelle Versuche haben das Ergebnis erbracht, daß bei der Verwendung schraubenförmiger Filamente aus Stahl für ein Verstärkungselement einer Schnittschutzschicht die Schnittfestigkeit des Reifens vom Gesamtquerschnitt derjenigen Filamente abhängt,

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die in der schnittbrechenden Oberfläche enthalten sind, aber nicht von jeder Querschnittsfläche der zugehörigen Filamente abhängt. Als Ergebnis wäre es wünschenswert, ein Fllame'nt zu verwenden, dessen Durchmesser möglichst klein ist. Die Verwendung eines Filaments, dessen Durchmesser φ kleiner als 0,1 mm ist, führt aber zum Auftreten von Einschnitten an den Filamenten in nicht zulässiger Frequenz beim Formen des schraubenförmigen Filaments.

Wenn dagegen ein Filament mit einem Durchmesser φ größer als 1,0 mm verwendet wird, wird die innere Spannung, die in dem Filament bei dem Ausbilden der Schraubenform erzeugt wird, unzulässig groß. Zusätzlich konzentriert sich die Torsionsscherspannung, die beim Dehnen oder Stauchen des Filaments in Längsrichtung auftritt, auf die von Filament um grenzte Helix. Dies führt dazu, daß der gesamte Querschnitt, der zum Aufrechthalten der für die Widerstandsfähigkeit gegenüber der gleichen äußeren Kraft ausreichenden Festigkeit erforderlich ist, größer wird als derjenige, d^er für ein dünnes Filament notwendig ist, wodurch viel Material erforderlich ist. Die Verwendung eines Filaments mit einem Durchmesser von mehr als 1,0 mm ist daher unwirtschaftlich.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, muß der Durchmesser Φ des Filaments innerhalb eines Bereiches zwischen 0,1 und 1,0 mm liegen.

Im folgenden wird die Beziehung zwischen dem Durchmesser φ des Filaments und dem mittleren Durchmesser D der von einem Gang des schraubenförmigen Filaments gegebenen Helix beschrieben. Wenn D kleiner als 2 0 ist, muß der Gang des schraubenförmigen Filaments sehr klein sein, um die erwünschte Dehnung zu erhalten. Dies führt dazu, daß die Einschnitte am Filament häufig in nicht zulässiger Frequenz in gleicher Weise erscheinen wie in dem Fall, in dem ein Filament mit sehr kleinem Durchmesser verwendet wird. Gleichzeitig wird die innere Spannung, die beim schraubenartigen Ausformen des Filaments erzeugt wird, unzulässig groß.

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Wenn dagegen D größer als 20 φ ist, ist die zwischen den am meisten vorstehenden Oberflächen der beiden benachbarten schraubenförmigen Filamente, die im Reifen als Verstärkungselement angeordnet giMjfzu^ein^um^i^MSfyi Strecke dazwischen zu bilden, die zum Aufrechterhalten der erforderlichen Ablösefestigkeit notwendig ist. Eine ausreichend hohe Schnittfestigkeit könnte somit nicht erhalten werden. Wenn dagegen eine ausreichend hohe Schnittfestigkeit erzielt werden soll, könnte der oben erwähnte Abstand, der zwischen den beiden benachbarten Elementen erforderlich ist, nicht errreicht werden, so daß eine genügend hohe Ablösefestigkeit nicht erzielbar wäre. Zusätzlich müssen, um die genügend hohe Ablösefestigkeit zu erreichen, nicht nur die oben erwähnte, zwischen den beiden benachbarten schraubenförmigen Filamenten erforderliche Entfernung sondern auch die Entfernung zwischen dem Laufflächengummi und dem Verstärkungselement und die Entfernung zwischen dem Verstärkungselement und der Karkasse bei einer gummierten Schicht, die das Verstärkungselement enthält, innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. Zusätzlich muß auch die Entfernung zwischen den beiden benachbarten Verstärkungselementen innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten werden, wenn wenigstens zwei gummierte Schichten verwendet werden. Desweiteren muß die letzterwähnte Entfernung zwischen den am weitesten vorstehenden Flächen der beiden benachbarten Verstärkungselemente gemessen werden, so daß eine dicke gummierte Schicht mit dem darin eingebetteten Verstärkungselement notwendig ist, wodurch die Wirtschaftlichkeit merklich leidet. Wie aus dem obigen ersichtlich, sollte der mittlere Durchmesser D der von eine. Gang des schraubenförmigen Filaments begrenzten Helix etwa 2 bis 20 mal größer als der Durchmesser φ des Filaments sein.

Die Ganghöhe des schraubenförmigen Filaments wird in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des Filaments, don Durchmesser φ des Filaments und dem mittleren Durchmesser D der durch einen Gang des schraubenförmigen Filaments gegebenen Helix für eine optimale Bruchdehung und einen optimalen Elastizitätsmodul, die für den Gebrauch des Reifens erforderlich sind, gewählt.

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Im folgenden wird die Anzahl der schraubenförmigen Filamente

erläutert, die ohne gegenseitige Verdrillung zusammengefügt

.einziges

werden, um das Verstärkungselement zu bilden. Wenn ein/schraubenförmiges Filament verwendet wird, wird dessen Durchmesser φ unzulässig groß, um die erforderliche Schnittfestigkeit des Reifens zu erhalten. Dies führt zu dem oben erwähnten Problem; gleichzeitig nimmt die Wirkung auf die Verbesserung der Bindungskraft zwischen Verstärkungselement und Gummi ab. Wenn dagegen mehr als 50 schraubenförmige Filamente verwendet werden, wird der Durchmesser der von dem schraubenförmigen Bündel gegebenen Helix zu groß,selbst wenn der mittlere Durchmesser D der durch das. Filament gegebenen . Helix klein gehalten wird. Folglich tritt das gleiche Problem wie bei einem zu großen mittleren Durchmesser D der von dem Filament gegebenen . Helix auf. Die Anzahl der schraubenförmigen Filamente, die statistisch zusammengebracht werden, um das Verstärkungselement zu bilden, liegt also im Bereich zwischen 2 und 5O, vorzugsweise 3 und 30, wobei einerseits ein Ausgleich zwischen der Schnittfestigkeit und anderen für den Gebrauch der Reifen erforderlichen Eigenschaften und andererseits der Wirtschaftlichkeit erfolgt.

Die Beziehung zwischen der Kraft, die auf das gemäß obiger Beschreibung erfindungsgemäß konstruierte Verstärkungselement und einen herkömmlichen aus Garnen zusammengedrillten Stahlcordfaden einerseits aufgebracht wird und deren Dehnungen andererseits wird im folgenden anhand eines praktischen Beispiels erläutert.

In Fig. 3 sind Zugspannungsversuchsergebnisse dargestellt, wobei die Kraft in kp/Faden oder kp/Bündel als Ordinate und die Dehnung in Prozent als Abzisse aufgetragen sind. Eine gestrichelte Kurve--3C zeigt ein Dehnungsversuchsergebnis mit einem herkömmlichen Stahlfaden, einer Garnkonstruktion von 1x5, Filamentdurchmesser φ von 0,25 mm und Fadendurchmesser von 0,68 mm; die durchgezogenen Kurven ß und P" zeigen Dehnungsversuchsergeb-

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mit erfindungsgemäßen Verstärkungselementen. Das mit der Kurve i* angegebene Versuchsergebnis wurde mit einem Verstärkungselement erzielt, das aus einem Bündel zusammengesetzt war, das erfindungsgemäß aus fünf Filamenten mit je einem Filamentdurchmesser ψ von 0,25 mm, einem mittleren Durchmesser D der von eingm Gang

des Filaments gegebenen ,Helix von 0,95 mm, =1,25, D e.iner gebildet war. Dmm

= 3,8 und/Ganghöhe von 10,5 mm/ Die Kurver;'zeigt ein Dehnungs-

Versuchsergebnis eines Verstärkungselements, das aus einem erfindungsgemäßen Bündel von 14 Filamenten zusammengesetzt war, von denen jedes einen Filamentdurchmesser φ von 0,175 mm aufwies, wobei der mittlere Durchmesser D der von einem Gang des Filaments begrenzten Helix 1,1 mm, = 1,20, 5 =6,3 und

die Ganghöhe 11 mm betrug. Eine weitere gestrichelte Kurve S zeigt ein Dehnungsversuchsergebnis mit einem herkömmlichen Nylonfaden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ergeben die erfindungsgemäßen Verstärkungselemente die ideale Beziehung zwischen der auf die Verstärkungselemente aufgebrachten Kraft und deren Dehnung. Diese Beziehung ist für die Schnittschutzschicht pneumatischer Reifen von Geländefahrzeugen geeignet.

Als Gummi, der zusammen mit dem Verstärkungselement die Schnittschutzschicht bildet, kann eine Gummizusammensetzung verwendet werden, deren Härte, nach JIS K 6301 mit einem Federhärtetest (Α-Typ) bei Raumtemperatur gemessen 50° bis 85° beträgt; mit einem 300 % Elastizitätsmodul von 100 bis 250 kp/cm²; mit einer Zugfestigkeit von 150 bis 250 kp/cm² und einer Zugfestigkeit bei 100° C von 75 bis 160 kp/cm². Um die Ablösefestigkeit des Reifens weiter zu verbessern, wird vorteilhafterweise ein Gummi mit einem höheren Elastizitätsmodul innerhalb des oben erwähnten Bereiches als Gummi neben dem Verstärkungselement verwendet, und ein Gummi mit einem niederen Elastizitätsmodul innerhalb des oben erwähnten Bereiches als Gummi verwendet, der äusserhalb des oben erwähnten Gummis angeordnet ist. Das heißt, die Gummischicht ist eine zweischichtige Konstruktion, bei der sich der Elastizitätsmodul stufenweise ändert.

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Wenn nur eine Gummischicht verwendet wird, ist es vorteilhaft, Gummi mit einem niederen Elastizitätsmodul innerhalb des oben erwähnten Bereiches für solche pneumatischen Reifen zu verwenden, die für langsam fahrende und kurzlebige Schwerlastfahr zeuge, beispielsweise einen Lader u. ä. vorgesehen sind, und Gummi mit einem höheren Elastizitätsmodul innerhalb des oben erwähnten Bereiches für pneumatische Reifen zu verwenden, die für schnell fahrende und langlebige wenig belastete Fahrzeuge verwendet werden, wie beispielsweise einen Muldenkipper, einen Straßenhobel oder ähnliches. Insbesondere ist es für Seitenkanten des Verstärkungselements vorteilhaft, Gummi mit einem hohen Elastizitätsmodul zu verwenden.

Wie beschrieben, ist das erfindungsgemäß aus einem Bündel schraubenförmiger Filamente gebildete Verstärkungselement sehr leicht verformbar, so daß das Ausmaß der relativen Verschiebung zwischen dem Gummi und dem Verstärkungselement vermindert wird. Als Ergebnis ist es möglich, die Ablösung an den Seitenkanten des Verstärkungselements zu vermindern. Zusätzlich sind die schraubenförmigen Filamente, die das Verstärkungselement bilden, nicht gegenseitig verdrillt, wie bei dem Stahlfaden,sondern sind nur statistisch zusammengefügt, um ein Bündel zu bilden. Auf diese Weise ist es möglich, den Gummi in den Spalt zwischen den Filamenten genügend eindringen zu lassen, wodurch die mechanische Bindungskraft eine ungenügende Verstärkung der chemischen Bindungskraft Element-Gummi ausgleichen kann.

Die Verwendung des aus einem Bündel schraubenförmiger Filamente erfindungsgemäß zusammengesetzten Verstärkungselements bewirkt eine starke Verminderung des Kompressionsmoduls der Elastizität des Verstärkungselements, so daß dieses die augenblicklich auf es einwirkende Kompressionskraft aufnehmen kann, ohne daß es zu Knickungen kommt, wodurch das Auftreten von Fadenbrüchen merklich verringert wird.

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Der Unterschied zwischen dem Kompressionsmodul der Elastizität und der Kompressionsermüdung des erfindungsgemäßen Verstärkungselements gegenüber den gleichen Eigenschaften herkömmlicher, aus Garnen aufgebauter bzw. verdrillter Stahlfäden bzw. Gewebe für Reifen wird im folgenden anhand praktischer Beispiele erläutert.

In Fig. 4 sind Druckversuchsergebnisse dargestellt. Die Druckkraft ist in kp als Ordinate angegeben und die DrUGkverformung ist in Prozent als Abszisse angegeben. Bei diesem Versuch wurden zwei Versuchsstücke verwendet, eines war aus einem zylindrischen Gummi mit einem konventionell aus Garnen aufgebauten Stahlfaden

■ darin aufgebaut und das andere war aus einem zylindrischen Gummi mit einem darin eingebetteten erfindungsgemäßen Bündel zusammengesetzt.

In Fig. 4 gibt eine gestrichelte Kuve-C die Beziehung zwischen dem herkömmlich aus Garnen aufgebauten Stahlfaden mit einer Konstruktion von 1x5, Filementdurchmesser f)⁼ 0,25 mm und Fadendurchmesser O,68 mm und der darin hervorgerufenen Druckverformung in Prozent. Die ausgezogene Kurve (j zeigt die Beziehung zwischen der auf ein erfindungsgemäßes Verstärkungselement aufgebrachten Druckkraft und der darin entstehenden Druckverformung. Das erfindungsgemäße Verstärkungselement war aus fünf Filamenten mit je einem Durchmesser φ von 0,25 mm und einem mittleren Durchmesser D der von dem Filament gebildeten. Helix von 0,95 mm, ·=—-.— =1,25,-3 =3,8 und Ganghöhe 10,5 mm zusammengesetzt.

Gemäß Fig. 4 zeigt eine gestrichelte Kurve E den gleichen Zusammenhang bezüglich eines Testteils, das nur aus Gummi gebildet war. Der Gummi aller drei Testteile hat die gleiche Zusammensetzung.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Kompressionsmodul der Elastizität des erfindungsgemäßen Verstärkungselements sehr klein, wobei sein Wert nahe dem Wert der Gummiprobe liegt.

Fig. 5 zeigt ein Druckermüdungstestergebnis. Ein Prozentanteil der Zugfestigkeit, der nach der Beaufschlagung eines neuen

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Reifens mit Zugspannung verbleibt, d.h. die Zugfestigkeitshaltbarkeit, ist als Ordinate in Prozent angegeben und die Anzahl an Verformungswechseln ist an die Abszisse angegeben. Es wurden zwei Versuchs stücke verwendet, eines war ein rechteckiger Gummikörper mit einer Mehrzahl darin eingebetteter herkömmlicher Stahlfäden, und das andere war ein rechtwinkliger Gummikörper mit einer Mehrzahl darin eingebetteter erfindungsgemäßer Bündel. Beide Versuchsstücke wurden intermittierend fünfprozentigen, sich wiederholenden Druckverformungen ausgesetzt.

In Fig. 5 zeigt eine gestrichelte Linie *i> die Dauerkrafthaltbarkeit in Abhängigkeit der Anzahl der wiederholten Verformungen bei dem herkömmlichen Stahlfaden mit verdrillten Garnaufbau aus 1x5, Filamentdurchmesser φ = 0,2 5 mm und Fadendurchmesser = 0,68 mm. Eine ausgezogene Kurve'.; zeigt eine ähnliche Beziehung für ein aus fünf Filamenten zusammengesetztes erfindungsgemäßes Verstärkungselement mit einem Filamentdurchmesser ψ von jeweils 0,25 mm, einem mittleren Durchmesser D der von dem Filament gegebenen Helix von 0,95.mm, 5™j^ = 1,25, S = 3,8 und Ganghöhe 10,5 mm. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist die Zugfestigkeitshaltbarkeit des erfindungsgemäßen Verstärkungselements weit besser als die des herkömmlichen Stahlfadens.

Der erfindungsgemäße Protektor ist weder undehnbar noch in hohem Ausmaß starr, sondern ist im Gegensatz zum herkömmlichen Stahlfadenprotektor flexibel und dehnbar und hat ein hohes Hüllvermögen, wodurch Schnittabrieb vermindert wird, der Gummiverschleiß aufgrund von Schnitten bedeutet.

Im folgenden wird die Anordnung des erfindungsgemäß aus einem Bündel schraubenförmiger Filamente zusammengesetzten Verstärkungselements beschrieben.

Erfindungsgemäß kann wenigstens eine gummierte Schicht mit darin eingebetteten Verstärkungselementen verwendet werden. Das Verstärkungselement ist relativ zur Äquatorlinie des Reifens zwischen 20 bis 70°, vorzugsweise 30 bis 55° geneigt. Wenigstens

ß o s R ι, 7 / η ? η ι

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zwei der oben erwähnten gummierten Schichten können verwendet werden, um den Reifen zusätzlich vor Schnitten wirksam zu schützen. In diesem Falle ist vorteilhaft, daß sich die zu einer dieser Schichten gehörenden Verstärkungselemente in entgegengesetzter Richtung erstrecken wie die Verstärkungselemente der anderen Schicht, so daß eine Schnittschutzschicht geschaffen wird, deren Verstärkungselemente in Maschen eines Netzes angeordnet sind,

Die Achse des schraubenförmigen Filaments ist ebenfalls um 20° bis 70°, vorzugsweise 30° bis 55° gegenüber der Äquatorlinie des Reifen geneigt,

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die wie oben konstruierte Schnittschutzschicht, d. h. die Protektoieinlage, zwischen der Laufflächengummischicht und der Karkassenschicht angeordnet. Die Schnittschutzschicht kann aber auch innerhalb der Laufflächengummischicht und an demjenigen Teil zwischen den Karkassenlagenschichten angeordnet sein, der nahe der Laufflächen ist.

Die Breitenlage der erfindungsgemäßen Schnittschutzschicht kann entsprechend den Erfordernissen der Seitenschnittfestigkeit ausgewählt werden. Die Schnittschutzschicht kann kontinuierlich von einem Wulst zu dem anderen Wulst erstreckt werden. Zusätzlich kann die Schnittschutzschicht in ihrer Breitenrichtung in jedwelche Anzahl von Teilen untergliedert werden, die sich voneinander im Abstand befinden.

Zusätzlich kann wenigstens eine gummierte Schicht mit darin eingebetteten Fäden verwendet werden, die aus organischen Fasern, beispielsweise Nylon u. ä. bestehen. Eine solche gummierte Schicht wird im folgenden Zusatzschicht genannt. Auf die erfindungsgemäße Protektorschicht mit dem Schnittschutzvermögen kann über eine Breite,die größer als die Breite des Protektors ist/ wenigstens eine solche Zusatzschicht aufgelegt werden oder über jeden Seitenrand nur der Protektorschicht gelegt werden, wodurch die Neuprofilierung des Reifens erleichtert wird.

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2 5 B 8 IbA

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Der aus organischem Fasern bestehende Faden, der für die Karkassenlage und die oben erwähnte Zusatzschicht verwendbar ist, kann aus Nylon, Rayon, Vinylon (Polyvinyl Alkohol), Polyester u. ä. bestehen. Das schraubenförmige Filament, das das Verstärkungselement des Protektors bildet, kann aus an sich metallischem Filament gebildet sein oder aus metallischem Filament, das so behandelt ist, daß das Gummi/Filamentbindungsvermögen verbessert ist, beispielsweise vermessingtes Stahlfilament oder aromatisches Polyamid mit hohem Elastizitätsmodul, Glasfaser u. ä..

Die Verwendung des beschriebenen Verstärkungselements als Protektorschicht hat folgende Wirkung:

(1) Die Bruchdehnung des Verstärkungselements liegt innerhalb eines Bereiches, der bezüglich der Bruchdehnung des Karkassenfadens nötig und ausreichend ist und daher bezüglich aller Schnittarten eine ausgezeichnete Schnittfestigkeit ergibt.

(2) Das Verstärkungselement ist aus einem Faden aus schraubenförmigen Filamenten zusammengesetzt, der die nötige Dehnung gibt. In diesem Falle wird die von einer Dehnung oder Stauchung in Längsrichtung des Filaments hervorgerufene Spannung im wesentlichen gleichmäßig über alle Bereiche des Filaments in dessen Längsrichtung verteilt. Zusätzlich ist die Spannung eine Torsions-Scherspannung, die relativ gleichmäßig verteilt werden kann, wodurch es möglich ist, einen Ermüdungsbruch vollständig zu verhindern.

(3) Das Verstärkungselement kann extrem leicht verformt werden, wodurch das Ausmaß der relativen Verschiebung zwischen Gummi und Verstärkungselement vermindert wird, so daß Ablösungen an den Enden und anderen Bereichen des Verstärkungselements vermindert werden. Zusätzlich ist das Bündel der Filamente, die das Verstärkungselement bilden, durch bloßes statistisches Zu-

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2558

sammenfügen von 2 bis 50 Filamenten, ohne daß diese miteinander verdrillt werden wie bei herkömmlichem Stahlfaden, hergestellt. Dies führt dazu, daß eine genügende Gummimenge in Zwischenräume zwischen den Filamenten des Bündels eindringen kann, so daß eine ungenügende chemische Bindungskraft zwischen Gummi und Filament durch die mechanische Bindungskraft ausgeglichen werden kann, wodurch eine ausgezeichnete Ablösefestigkeit erzielt wird.

(4) Das Verstärkungselement hat einen bemerkenswert kleinen Kompressionsmodul der Elastizität und kann entsprechend unmittelbar auf es einwirkende Kompressionskräfte aufnehmen, wodurch keine Gefahr des wiederholten Einknickens des Verstärkungselements besteht und das Auftreten eines "Fadenbruches" merklich verringert wird.

(5) Die Protektorschicht, die das Verstärkungselement verwendet, ist nicht undehnbar und nicht sehr steif, sondern biegsam und in hohem Maß dehnbar, wodurch die Protektorschicht ein bemerkenswert großes Hüllvermögen hat. Abrieb aufgrund von Schnitten, der zu einem Verschleiß der Oberfläche des Laufflächengummis führt, kann dadurch merklich verringert werden.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, vermittelt das aus einem Bündel schraubenförmiger Filamente zusammengesetzte Verstärkungselement, das bei der Bruchspannung eine notwendige und genügende Dehnung aufweist, eine ausgezeichnete Schnittfestigkeit gegenüber allen Schnittarten und kann gleichzeitig alle Nachteile herkömmlicher schnittfester Reifen "vermeiden, wodurch die Gesamthaltbarkeit eines solchen Reifens merklich verbessert wird.

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Die oben erwähnte dritte Art von Reifen hat, wie die Erfinder festgestellt haben, unter gewissen Betriebsbedxngungen einen Nachteil. Das heißt, wenn der Reifen lange verwendet wird, verschlechtert sich seine Ablösefestigkeit.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, einen pneumatischen Reifen für Geländefahrzeuge zu schaffen, der alle Nachteile herkömmlicher Reifen vermeidet und nicht nur die Schnittfestigkeit verbessert, die für solche Reifen von großer Wichtigkeit ist, sondern auch die Ablösefestigkeit und die Verschleißfestigkeit verbessert, die beide ebenfalls wichtige Eigenschaften solcher Reifen sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen pneumatischen Reifen für Geländefahrzeuge zu schaffen, der eine gute Schnittfestigkeit bezüglich aller Schnittarten mit ausgezeichneter Ablösefestigkeit vereint.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß mit einem pneumatischen Reifen für Geländefahrzeuge gelöst, der

Ay einen Karkassenkörper aufweist, der

a)aus mehreren, übereinander gelegten, gummierten Lagen mit darin eingebetteten Fäden aus organischen Fasern zusammengesetzt ist, und

b)in sogenannter Bias-Bauweise ausgeführt ist, bei der die Fäden etwa einer Hälfte der Karkassenlagen sich in entgegengesetzter Richtung zu den Fäden der restlichen Karkassenlagen erstrecken, und

By eine Protektor einlage aufweist, die a)über den Karkassenkörper gelegt ist und aus wenigstens einer gummierten Schicht zusammengesetzt ist, von denen jede darin eingebettete Verstärkungselemente enthält, die aus einem durch bloßes Zusammenfügen ohne Verdrillen schraubenförmiger Filamente gebildeten Bündel aufgebaut sind, wobei

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- 23 - 47 498 2 558 ISA

b) die Verstärkungselemente aus einem Material mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 140 kp/mm² und

c) einer Bruchdehnung besteten, die das O,15-bis 1,7-fache der des Fadens des Karkassenkörpers beträgt, und die Protektorschichten insgesamt dehnbar sind.

Erfindungsgemäß ist, um die Ablösefestigkeit des pneumatischen Reifens für Geländefahrzeuge weiter zu verbessern, ein Verhältnis^ einer Entfernung zwischen zwei benachbarten Verstärkungselementen zu einer Entfernung zwischen den Mittellinien der Verstärkungselemente gegeben durch:§= —^ =

0,11 bis 0,78, vorzugsweise O,17 bis 0,78, wo S eine Entfernung zwischen den Mittelachsen der beiden benachbarten Verstärkungselemente in mm, D ein mittlerer Durchmesser einer von einen Gang. eines schraubenförmigen Filaments gebildeten Helix in mm und d ein Bündeldurchmesser in mm ist, der durch 1,25 χ JW χ Filament-Durchmesser φ gegeben ist, wobei N die Anzahl von Filamenten zum Aufbau des Verstärkungselements ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten beschrieben.

Es stellen dar:

Fig.iA, 1B und 1C Schnitte, die eine Laufflächenschicht,

■ eine Protektorschicht und eine Karkassenschicht eines Reifens zeigen und Arten von Schnitten darstellen,

Fig. 2A eine Seitenansicht eines schraubenförmigen

Filaments zum Aufbau eines erfindungsgemässen Verstärkungselements,

Fig. 2B eine Endansicht zur Darstellung einer

von einem Element gemäß Fig. 2A begrenzten Helix,

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2558 IS.A

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Fig. 3 Kurven zur Darstellung von Spannungsversuchsergebnissen mit erfindungsgemäßen Verstärkungselementen im Vergleich zu denen herkömmlicher Stahlfäden,

Fig. 4 Kurven zur Darstellung von Druckversuchsergebnissen eines erfindungsgemäßen Verstärkungselements im Vergleich zu herkömmlichem Stahlfaden und Gummifaden,

Fig. 5 Kurven zur Darstellung der Ergebnisse von Kompressionsermüdungsversuchen mit einem erfindungsgemäßen Verstärkungselement im Vergleich zu einem herkömmlichen Stahlfaden,

Fig. 6 eine Querschnittansicht einer Hälfte eines ersten Beispiels eines erfindungsgemäßen Reifens, wobei die Teile in senkrechter Schnittansicht durch die Drehachse des Reifens gezeigt sind,

Fig. 7 A Versuchsergebnisse bezüglich der Schnittfestigkeit des Reifens gemäß Fig, 6 im Vergleich zu herkömmlichen Reifen, durchgeführt mit Hilfe eines spitzen Messers,

Fig. 7B das spitze Messer, wie es gegen den zu untersuchenden Reifen gedrückt wird,

Fig. 8A Versuchsergebnisse ähnlich denen der Fig. 7A, durchgeführt mit Hilfe eines zylindrischen Druckstücks,

Fig. 8B das gegen den zu untersuchenden Reifen gedrückte zylindrische Druckstück,

Fig. 9 Versuchsergebnisse bezüglich der Ablösefestigkeit des Reifens gemäß Beispiel 1 im Vergleich zu denen mit herkömmlichen Reifen,

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603847/02R 1

- 25 - 47 498

Fig. 10 die Schälfestigkeit des Reifens gemäß Beispiel 1 im Vergleich zu der eines Reifens mit herkömmlichem Stahlprotektor,

Fig. 11 einen Querschnitt einer Hälfte eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reifens, geschnitten durch die Drehachse des Reifens,

Fig. 12A Versuchsergebnisse der Schnittfestigkeit des Reifens gemäß Fig. 11 im Vergleich zu denen mit herkömmlichen Reifen, durchgeführt mit Hilfe eines spitzen Messers,

Fig. 12B das gegen den zu untersuchenden Reifen gedrückte spitze Messer,

Fig. 13A Versuchsergebnisse ähnlich denen der Fig. 12A im Vergleich zu denen mit herkömmlichen Reifen, gewonnen ir.it Hilfe eines zylindrischen Druckstücks,

Fig. 13B das zylindrische Druckstück gegen einen zu untersuchenden Reifen gedrückt,

Fig. 14 Versuchsergebnisse bezüglich der Ablösefestigkeit des zweiten Ausführungsbeispiels des Reifens im Vergleich zu denen herkömmlicher Reifen und

Fig. 15

bis 23 Querschnittansichten verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reifens, jeweils durch die Drehachse des Reifens geschnitten.

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fin9iU7/n?r, ι

2 5 5 8 ί S 4

Wie bereibs beschrieben,kann das erfindungsgemäße Verstärkungselement, das aus einem Bündel schraubenförmiger Filamente gebildet ist, auf extrem leichte Weise verformt werden. Dies führt dazu, daß es möglich ist, das Ausmaß der relativen Verschiebung zwischem dem Gummi und dem Verstärkungselernent zu verringern,, Zusätzlich ist das Verstärkungselement aus einem Faden schraubenförmiger Filamente zusammengesetzt, der gebildet ist, indem 2 bis 50 Filamente statistisch zusammengesetzt werden, ohne daß diese gegenseitig verdrillt werden, im Gegensatz zu herkömmlichem Stahlfaden, der durch Verdrillen von Stahlfilamenten gebildet ist. Als Ergebnis kann Gummi in einfacher Weise in die Zwischenräume zwischen den Filamenten eingebracht v/erden, wodurch die Gummi-zu-Verstärkungselement Bindekraft erhöht wird, indem der chemischen Bindungskraft die mechanische Bindungskraft aufaddiert wird. Auf diese Weise ist die Ablösefestigkeit des erfindungsgemäßen Verstärkungselements weit größer als die herkömmlicher Stahlfäden.

Der Reifen für Geländefahrzeuge ist unter schweren Betriebsbedingungen großen Belastungen ausgesetzt, die diejenige Grenze der Bindungskraft zwischen Gummi und Verstärkungselement überschreiten, die durch den Herstellungszustand eines solchen Reifens als ein Massenprodukt gegeben ist, auch wenn das Verstärkungselement aus einem Faden schraubenförmiger Filamente zusammengesetzt ist. Dies führt dazu, daß_)twenn der Reifen über relativ lange Zeitdauer benutzt wird und entsprechend wiederholt Belastungen ausgesetzt wird, der Gummi nahe dem Verstärkungselement oder die Bindung zwischen Gummi und Verstärkungselement etwas bricht bzw. einreißt. Dieser zunächst kleine Schaden wächst und entwickelt sich zu einer Ablösung.

Der Reifen von Geländefahrzeugen wird schweren Belastungen unterworfen und in hartem Einsatz benutzt. Auch wenn die Ablösefestigkeit des Reifens vergrößert ist, wird ihr Grenzv/ert

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häufig überschritten. Die Erfindung zielt daher darauf die Bindungskraft zwischen Gummi und Verstärkungselement oder die Bruchfestigkeit des Gummis nahe dem Verstärkungselement in einem solchen Ausmaß zu vergrößern, daß diese Vergrößerung die Wirtschaftlichkeit der Herstellung auch bei Massenherstellung nicht hindert, aber die Bruchgefahr auf das letztmögliche Maß beschränkt und ein Wachsen des Bruches verhindert.

Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein Verhältnis eines zwischen zwei benachbarten Elementen zu einer Abstand ' zwischen Mittellinien dieser Elemente durch folgende Bedingung definiert: £ = S-(D+d) = 0,11 bis 0,78, vorzugs-

S
weise 0,17 bis 0,78, wobei S ein Abstand zwischen Mittellinien zweier benachbarter Elemente in mm, D ein mittlerer Durchmesser einer von einem Gang. . eines schraubenförmigen Filamentes gebildeten Helix in mm α ein Bündeldurchmesser in mm, der durch 1,25 χ /ν χ Filamentdurchmesser <j), wobei N die Anzahl der Filamente zum Aufbau des Verstärkungselementec ist.

Wie aus dem Obigen ersichtlich, kann erfindungsgemäß die Anzahl von in der gummierten Potektorschicht eingebetteten Verstärkungselementen verringert v/erden.

Wenn der Reifen lange Zeit verwendet wird, wird das Verstärkungselement vom Gummi der Potektoreinlage auf folgende Art getrennt: Zunächst bricht der Gummi nahe dem Verstärkungselement oder bricht die Gummi-zu-Verstärkungselement Bindung und ruft eine kleine lokale Trennung bzw. Ablösung hervor. Dann v/erden diese lokal voneinander getrennten Bereiche untereinander verbunden, so daß sie eine kontinuierlich anwachsende Ablösung in der Potektorschicht oder zwischen diesen Schichten hervorrufen. Dies wurde als Ergebnis der von den Erfindern durchgeführten Bruchbeschleunigungsversuche an pneumatischen Reifen von Geländefahrzeugen erkannt.

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- 28 - ■ 47 498 2 5 5 B i B A

Die oben®®⁸⁰ *^eijä9.eine lokale Abtrennung bzw. Ablösung im Anfangsstadium ist im Betrieb des Reifens von Geländefahrzeugen unvermeidbar, insbesondere bei relativ langer Be,triebszeit und bei Verwendung des oben beschriebenen Verstärkungselementes mit hoher Schnittfestigkeit, die die Gummi-zu-Verstärkungselement Bindungskraft begrenzt.

Die Erfinder haben herausgefunden, daß, wenn die Verstärkungselemente in der Potektorschicht angeordnet und durch einen relativ großen Abstand voneinander getrennt sind, es möglich ist, die kleinen lokalen Abtrennungen am Wachsen zu einer kontinuierlichen Abtrennung zu hindern, und daß die beschriebenen Maßnahmen wirksam einen Ausfall infolge Ablösung verhindern.

Das Verhältnis <f der Entfernung zwischen den beiden benachbarten Elementen zu der Entfernung zwischen den Mittellinien dieser Elemente liegt zwischen 0,11 und 0,78.

Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß, wenn £ den Wert von O₅78 übersteigt, eine Erhöhung der Schnittfestigkeit nicht erzielt v/erden kann und daß, wenn 6 kleiner als 0,11 ist, die Scherkraft, die im die Verstärkungselemente umgebenden Gummi erzeugt wird, schnell anwächst und daß ein kleiner Zwischenraum zwischen den beiden benachbarten Elementen bewirkt, daß der oben beschriebene anfängliche Bruch schnell wächst und sich

Die Entfernung S zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Elemente ist auf der Basis der mittleren Anzahl an Elementen hergeleitet, die auf einer Länge von 100 mm in der gummierten Potektorschicht in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der im mittleren Kronenbereich des Reifens angeordneten Elemente eingebettet sind. Der Durchmesser d des Bündels der Filamente wird aus der oben erwähnten Formel d = 1,25 x >/N χ Filamentdurchmesser <f) hergeleitet.

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75B8 i SA

Die Karkasse des erfindungsgemäßen pneumatischen Reifens für Geländefahrzeuge kann eine Bias-Konstruktion mit einer Vielzahl gummierter Lagen sein, von denen in jeder Faden aus organischer Faser eingebettet ist. Die Fäden der Karkasse sind um 23 bis 45 relativ zur Äquatorlinie des Reifens entsprechend einem herkömmlichen Reifen mit einer Karkasse in Bias-Bauweise geneigt. In diesem Falle müssen die Fäden etv/a einer Hälfte der Mehrzahl der Karkassenlagen zu denen der anderen Karkassenlagen entgegengesetzt geneigt sein.

Erfindungsgemäß kann die schnittverhindernde Schicht, die wie oben ausgeführt aufgebaut ist, zwischen der Lauffläehengummischicht und der Karkassenschicht angeordnet sein. Je nach Verwendung der Reifen kann die scbnittverhindernde Schicht in der Laufflächengummischicht oder in den Teil der Karkassenschicht eingebettet sein, der nahe der Lauffläche ist.

Die schnittverhindernde Schicht kann sich bezüglich ihrer Breite ohne jede Begrenzung soweit erstrecken, wie es bezüglich der Seitenschnittfestigkeit des Reifens erforderlich ist. Nötigenfalls kann die schnittverhindernde Schicht von einem Wulst zum anderen Wulst erstreckt werden. Zusätzlich kann die Länge der schnittverhinderriden Schicht bezüglich ihrer Breite in einzelne Bereiche unterteilt werden.

Auf die schnittverhindernde Schicht kann wenigstens eine Zusatzschicht mit Fäden gelegt werden, die aus organischer Faser, wie Nylon u.a. bestehen» Eine solche Zusatzschicht kann breiter oder schmaler als die sclinittverhindernde Schicht sein. Die sclimale Zusatzschicht kann lediglich um jeden Seitenrand der schnittverhindernden Schicht gelegt sein. Die Zusatzschicht dient zur Verbesserung de^r Neuprofilierung des Reifens.

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zur Verwendung für Baufahrzeuge

Ein erfindungsgemäßer pneumatischer ReifehYwird. im folgenden anhand praktischer Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Fig. 6 zeigt einen durch die Drehachse gelegten Querschnitt einer Halfte eines Reifens. Dieser Reifen ist einer der dritten Reifenart für Baufahrzeuge gemäß JIS D 6401, d.h. ein breitbasiger Reifen mit einer gleichmäßigen Lauffläche und einer Größe von 17.5-25 12PR, wobei 12PR auf der Basis von Baumwollgarn gegeben ist.

Der Reifen weist einen aus 2 Sätzen von Wulstkernen 1a, 1b zusammengesetzten Wulstteil 1 und eine Karkassenlage 2 auf, die aus O Lagen zusammengesetzt ist, von denen jede aus Nylonfaderi von 1 260 den/2 Garne zusammengesetzt ist.

4 Lagen 2a der insgesamt 8 Lagen sind um den Wulstkern 1a von innen nach außen gewunden und am Wulstteil 1 befestigt. Ähnlich sind 2 Lagen 2b der insgesamt 8 Lagen um den Wulstkern 1b von innen nach außen gewunden und am Wulstteil 1 befestigt. Schließlich erstrecken sich die beiden äußersten Lagen 2c von außen längs der unteren Fläche der Wulstkerne 1b, 1a nach innen und sind an ihren inneren Enden an einem Zehen- bzw. Endbereich 1c des Wulstteils 1 befestigt. Die Fäden dieser Karkassenlagen sind in jeder Lage angeordnet und erstrecken sich in zwei Richtungen, die relativ zur Äquatorlinie des Reifens symmetrisch in einem Winkel von etv/a 36 geneigt sind.

Auf diese Karkassenlagen 2 sind 2 Potektoreinlagen bzw. Potektorschichten 7a und 7b gelegt, von denen jede aus einem Bündel schraubenförmiger Filamente zusammengesetzt ist und sich in einem Kronenbereich 5 über im wesentlichen die gesamte Breite der Lauffläche erstreckt. Jede Potektorschicht 7a, 7b ist aus gummiertem Gewebe mit einem Bündel 5

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- 31 - 47 498

schraubenförmiger Stahlfilamente zusammengesetzt, das ein Verstärkungselement bildet. Jedes Filament hat einen Durchmesser b vorQ25 mm, einen mittleren Durchmesser D einer von dem Filament gebildeten Helix von 0,95 mm, Dmax/Dmin = 1,25,

eine

D/<p = 3,8 und Ganghöhe von 10,5 mm. Die Anzahl der Verstärkungselemente je 100 mm gummiertem Gewebe beträgt etwa 32. Diese Verstärkungselemente sind in jeder gummierten Schicht angeordnet und erstrecken sich längs 2 zur Äquatorlinie des Reifens syini
Richtungen.

Reifens symmetrisch in einem Winkel von etwa 36°verlaufenden

Das Verstürkungselement ist das gleiche wie das mit den Versuchsergebnissen der Kurve ß in Fig. 3. Das schraubenförmige Filament besteht aus Material mit einer Zugfestigkeit von

280 kp/mm und einer Bruchdehnung gleich dem 0,34fachen der des Karkassenfadens. Das Verhältnis 6 beträgt 0,47.

Fig. 7A zeigt Versuchsergebnisse bezüglich der Schnittfestigkeit des Reifens gemäi3 Fig. 6 in Vergleich zu denen herkömmlicher Reifen; alle Reifen wurden Schnitten gemäß Fig. 1A ausgesetzt.

In Fig. 7A ist die Belastung in kp auf der Ordinate und die Verschiebung eines Hessers in mm auf der Abszisse angegeben.

Um die Versuchsergebnisse gemäß Fig. 7A zu erhalten, wurde ein zu untersuchender Reifen T gemäß Fig. 7B auf eine Standardfelge R der Größe 14.00 χ 2.5 aufgezogen und mit Standardinnendruck von 3,5 kp/cm beaufschlagt. Der Reifen T wurde für etwa 24 h unverändert belassen und dann auf einer Testmaschine nach Amsler montiert, die ein spitzes Messer 9 (Fig. 7B) verwendet, dessen Spitzenwinkel etwa 15° beträgt und dessen Klingenbreite 60 mm beträgt. Das Messer 9 wurde gegen den zu untersuchenden Reifen T mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min gemäß Fig. 7B gedrückt. Die Schnittfestig-

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~ ³² " 2 b Ό H ί h

keit des zu untersuchenden Reifens wurde in Bezug zur Bruchlast als Funktion der Verschiebung des Messers 9 in den Reifen T hinein beobachtet.

In Fig. 7A zeigt eine voll ausgezogene Kurve A das Versuchsergebnis mit dem erfindungsgemäßen Reifen des Beispiels 1. Eine gestrichelte Kurve B zeigt das Versuchsergebnis mit einem Reifen mit herkömmlicher Stahlpntektoreinlage, die Botektorschichten aus verdrilltem Stahlfaden verwendet, wobei der Stahlfaden aus dem gleichen Material besteht und gleiche Querschnittsfläche hat wie das erfindungsgemäße Verstärkungselement des Beispiels 1 mit einem Garnaufbau von 1x5, Filamentdurchmesser φ von 0,25 mm und Fadendurchmesser von 0,68 mm, die Fadenzahl je Einheitslänge gummierter Schicht die gleiche wie des erfindungsgemäßen Beispiels 1 ist und der andere Aufbau- die gleiche ist wie die des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 1. Eine weitere gestrichelte Kurve C zeigt Versuchsergebnisse eines Reifens mit Nylonpotektoreinlage, die zwei Fotektorschichten aufweist, von denen jede 34 Nylonfäden je 50 mm Sotektorschicht enthält und jeder Nylonfaden aus 840 den/2 Garne zusammengesetzt ist und der andere Aufbau der gleiche wie der des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 1 ist.

Wie aus Fig. 7A ersichtlich, ist die Bremsenergie in kp χ mm des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 1, die in der voll ausgezogenen Kurve A angegeben ist, größer als die des Reifens mit herkömmlicher Stahlpotektoreinlage und dem Reifen mit Nylonpotektoreinlage, die durch die gestrichelten Kurven B und C angegeben sind. Die Brensenergie des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 1 war etwa 12 % größer als die des Reifens mit herkömmlicher Stahlprotektoreinlage gemäß der gestrichelten Kurve B.

In der Praxis treten Einschnitte statistisch auf, so daß der Unterschied zwischen der Bremsenergie des erfindungsgemäßen Reifens und der Bremsenergie des herkömmlichen Reifens

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2 558 ISA

im Betrieb bemerkenswert groß wird, wenn der Reifen im Gelände gefahren wird.

Fig. 8A zeigt eine verbesserte Schnittfestigkeit des Reifens gemäß Fig.6 gegenüber Schnitten der Art gemäß Fig. IB und 1C.

In Fig. OA ist die Belastung in kp als Ordinate und die Verschiebung in mm als Abszisse angegeben.

Der Versuch wurde in gleicher V'eise wie in Fig» 7B durchgeführt, indem ein zylindrisches Druckstück 10 mit einem Durchmesser von 58 mm und einem halbkugeligen vorderen Ende anstelle des spitzen Messers 9 gemäß Fig. 7B verwendet wurde.

In Fig. 8A zeigen Kurven A und B Versuchsergebnisse mit einem Reifen, dessen Aufbau gleich dem Reifen ist, der für die Versuche der Fig.7A verwendet wurden. Die gestrichelte Kurve B zeigt, daß die Stahlprotektorschicht des herkömmlichen Reifens an einem Punkt a gebrochen ist, während die Protektorschicht des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 1 am Punkt b der ausgezogenen Kurve A gebrochen ist, d.h. an einem Punkt, der weit jenseits des Punktes a der gestrichelten Kurve B liegt. Wie aus Fig. 8A ersichtlich, kann mit der Erfindung die Schnittfestigkeit des Reifens verbessert werden,. Wie bei den Versuchsergebnissen der Fig. 7A wird der Unterschied zwischen den Schnittfestigkeiten der Kurven A und B in der Praxis bemerkenswert groß, wenn der Reifen verwendet wird. Beide Reifen waren am Punkt c der Kurven A und B gebrochen, wo das Druckstück 10 gemäß gemäß Fig. bB beide Reifen durchdrungen hatte.

Fig. 9 zeigt ein Versuchsergebnis bezüglich der Ablösefestigkeit des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 1 im Vergleich zu herkömmlichen Reifen. In Fig. 9 ist das

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- ³⁴ - 75BB iS4

Produkt aus Belastung und Geschwindigkeit in Tonnen χ km/h auf der Ordinate und die Laufzeit in Stunden auf der Abszisse angegeben.

Der Test wurde beschleunigt auf einer Prüfmaschine mit Innentrommel durchgeführt. Der Reifen wurde auf einen Innendruck von 3,5 kp/cn^" gebracht. Die Belastung wurde gemäß Fig. 9 stufenweise von 60 % auf 170 % erhöht, die Geschwindigkeit betrug konstant 11 km/h. 100 % Belastung entspricht in diesem Falle 6 135kp auf der Basis der Standardbelastung für einen 17.5-25 Reifen, durch JIS gegeben.

In Fig. 9 zeigt ein Punkt A die Stelle, an der ein Ausfall des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 1 infolge einer Ablösung auftrat; ein Punkt B zeigt die Ablösestelle eines Reifens, der ein Verstärkungselement aus zv/ei gummierten Schichten verwendet, von denen jede etwa 44 Verstärkungselemente je 100 mm gummierter Schicht enthält und jedes Verstärkungselement aus einem Bündel von 14 schraubenförmigen Filamenten zusammengesetzt ist, von denen jedes einen Durchmesser φ von 0,25 mm, einen mittleren Durchmesser D der vom Filament gebildeten Helix von 0,95mm, Dmax/Dmin = 1,25, D/φ = 3,0 und eine Ganghöhe von 10,5 mm aufweist. Der andere Aufbau des Reifens ist gleich dem des Erfindungsbeispiels 1. Das Filament besteht aus Material mit einer Zugfestigkeit von 2öO kp/mm^. Die Bruchdehnung des Verstärkungselementes ist 0,34 χ größer als die des Fadens der Karkasse. Das Verhältnis <S des zwischen zwei benachbarten Verstärkungselementen zum Abstand zwischen den Mittellinien dieser Elemente beträgt 0,07, d.h. ist viel kleiner als das des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 1. In Fig. 9 zeigt ein Punkt C die Ablösestelle eines Reifens mit Nylonprotektoreinlage .

Wie durch den Punkt B gezeigt, überschritt der Reifen mit herkömmlicher Stahlprotektoreinlage seine Grenztemperatur

^W ^ 255HiSA

beim vierten Schritt der 130 5'oigen Belastung, woraus die Ablösung durch Überhitzung resultierte. Der erfindungsgemäße Reifen gemäß B_eispiel 1 dagegen überstand, wie durch deli Punkt A gezeigt, diese vierte Stufe und erreichte die fünfte Stufe der 100 >oigen Belastung, wo die Ablösung auftrat. Diese Ablösefestigkeit des erfindungsgemüßen Reifens gemäß Beispiel 1 ist etwa gleich groß wie die des Reifens mit Nylonprotektoreinlage, wie durch den Funkt C gezeigt.

Fig. 10 zeigt eine verbesserte "Schälwiderstandskraft", deren Verwendung anstelle der Ablösefestigkeit weit verbreitet ist. Die Schälwiderstandskraft ist in Fig. 10 in kp/25 mm als Ordinate und die Reifenart als Abszisse angegeben.

In diesem Versuch wurde ein Versuchsteil aus dem mittleren Kronenbereich des fertigen Reifens mit einer Breite von 25 mm und einer Umfangslänge von 250 rom genommen. Die Schälwiderstanskraft an Punkten a, b für den erfindungsgemäßen Reifen A des Beispiels 1 und an den Punkten A', B¹ für den Reifen B mit herkömmlicher Stahlprotektoreinlage wurden bei Zimmertemperatur gemessen.

Die Reifen A und B der Fig. 10 haben den gleichen Aufbau wie diejenigen der Kurven A und B der Fig. 7A. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, ist die Schälwiderstandskraft des erfindungsgemäßen Reifens A des Beispiels 1 um etwa 50 % größer als die des Reifens mit herkömmlicher Stahlprotektoreinlage aus Stahlfaden.

Das Verstärkungselement gemäß Beispiel 1 ist das gleiche wie das bezüglich der Kurve ß der Fig. 3, 4 und 5 und hat ebenfalls die "Fadenbruchfestigkeit" gemäß Fig. 4 und 5.

Beispiel 2

Fig. 11 zeigt eine Hälfte eines Querschnitts durch die Drehachse des Reifens. Der Reifen ist von der ersten Reifen

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- 36 - 47 496 _o t; , ο -, r ,

2 b b 8 ι S k

art für Baufahrzeuge, wie nach der JIS-D 6401 Norm definiert, d.h. ein normaler Reifen mit einer Extra-Lauffläche und einer Größe 18.00-25 32PR, wobei 32PR auf der Basis von Baumwollgarn angegeben ist.

Der Reifen gemäß Fig. 11 weist ein aus drei Sätzen von innerem, mittlerem und äußerem Wulstkern 1a, Ib und 1c zusammgesetzten Wulstteil 1 und eine Karkassenlage 2 auf, die aus 22 Lagen zusammengesetzt ist, von denen jede aus Nylonfaden von 1 260 den/2 Garne besteht.

8 Lagen 2a der insgesamt 22 Lagen sind um das innere Wulstbündel bzw. den inneren Wulstkern 1a von innen nach außen gewunden und am Wulstteil 1 befestigt. 6 mittlere Lagen 2b der insgesamt 22 Lagen sind ähnlich um den mittleren Wulstkern 1b von innen nach außen gewunden und am Wulstteil 1 befestigt. 4 innere Lagen 2c' von 8 äußeren Lagen 2c der insgesamt 22 Lagen sind von innen nach außen um den äußeren Wulstkern 1c gewunden und am Wulstteil 1 befestigt.

Schließlich erstrecken sich 4 äußere Lagen 2c'' der 8 äußeren Lagen 2c der insgesamt 22 Lagen längs der unteren Fläche des äußeren, mittleren und inneren Wulstkerns 1c, 1b und 1a und sind an ihren inneren Enden an einem Zehen- bzw. Endbereich 1d des Wulstteils 1 befestigt.

Die Fäden dieser Karkassenlagen sind in jeder der Lagen angeordnet und erstrecken sich in zwei Richtungen, die zur Äquatorlinie des Reifens symmetrisch in einem Winkel von etwa 35 verlaufen.

Über diese Karkassenlagen 2 sind Protektorschichten 7a, 7b gelegt, die sich im wesentlichen über die Gesamtlaufflächenbereite erstrecken. Jede Protektorschicht 7a, 7b besteht aus gummiertem Gewebe mit einem Bündel von 14

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- ³' - ^/+7 498₂ 5 5 8 I S

schraubenförmigen Stahlfilamenten, die als ein Verstärkungselement dienen. Jedes Filament hat einen Durchmesser φ von 0,175 mm, einen mittleren Durchmesser D der von dem Filament gebildeten Helix von 1,1 mm, Dmax/Dmin = 1,20, D/<$> = 6,3 und eine Ganghöhe von 11 mm. Die Anzahl der Verstärkungselemente je 100 mm gummierten Gewebes beträgt etwa 30. Diese Verstärkungselemente sind in jeder gummierten Schicht angeordnet und erstrecken sich längs 2 symmetrisch in einem Viinkel von ι
Richtungen.

Viinkel von etwa 35 zur Äquatorlinie des Reifens geneigten

Das Verstärkungselement ist das gleiche wie das, das die Versuchsergebnisse gemäß der Kurve/in Fig. 3 erbrachte. Das schraubenförmige Filament besteht aus Material mit einer Zugfestigkeit von 2öO kp/mm und einer Bruchdehnung, die das O,75fache des Karkassenfadens beträgt. Das Verhältnis S beträgt 0,42.

Über die Protektorschichten 7s» 7b sind Schichten Sa, &b aus Nylbnfaden gelegt, die sich über eine größere Breite als die der Protektorschichten 7a, 7b erstrecken. Diese Nylonfadenschichten dienen, als Protektorschutzschicht, die

,verhalten

das Reprofilierungs-d®⁸ Reifens verbessern kann. Die Nylonfäden erstrecken sich längs zwei zur Äquatorlinie des Reifens symmetrisch geneigten Richtungen.

Fig. 12A zeigt Versuchsergebnicse bezüglich der Schnittfestigkeit des Reifens gernäß Fig. 11, wenn dieser Schnitten der Art der Fig. 1A unterworfen wird, im Vergleich zu Versuchs er gebni,ösen mit Reifen mit herkömmlicher Stahlfadenprotektoreinlage und Reifen mit IJylonprotektoreinlage.

In Fig. 12A ist die Belastung in kp auf der Ordinate und die Verschiebung in mm auf der Abszisse angegeben.

Der Versuch wurde wie folgt durchgeführte

6O9S47/n?G1

47 490 ? .S 5 8 1 h

Zuerst wurden die zu untersuchenden Reifen T auf Standardfelgen R der Größe 13.00 χ 65 aufgezogen und mit einem Standardinnendruck von 5,6 kp/cm beaufschlagt. In diesem Zustand blieben die Reifen T für etwa 24 h und wurden dann an einer Testmaschine nach Amsler montiert, die ein spitzes Messer 9 mit einem Spitzen-Winkel von etwa 15° und einer Klingenbreite von 60 mm verwendet. Das Hesser 9 wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 rnm/min gemäß Fig. 11B gegen den Reifen ΐ vorgeschoben. Die Schnitte wurden in Abhängigkeit von der Belastung als Funktion der Verschiebung des Messers 9 beobachtet.

In Fig. 12A zeigte die voll ausgezogene Kurve A das Versuchsergebnis des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 2, eine gestrichelte Kurve B zeigt das Versuchsergebnis eines Reifens mit herkömmlicher Stahlfadenprotektoreinlage mit etwa 15 Stahlfäden je 100 mm Protektorschicht, wobei jeder Stahlfaden aus dem gleichen Material wie das erfindungsgomäße Verstärkungselement gemäß Beispiel 2 hergestellt ist und einen Garnaufbau von 1x4+ 6x4 + 1, einen Filamentdurchmesser <b von 0,175 mm und einen Fadendurchmesser von 1,26 mm hat. Der Querschnitt des Stahls je gleichem Umfangsbereich der Protektorschicht und der andere Aufbau sind gleich denen des erfindungsgemäßen Beispiels 2. Eine gestrichelte Kurve C zeigt das Versuchsergebnis mit einem Reifen mit Nylonprotektor bzw. -zwischenbau, der 2 gummierte Protektorschichten mit je 30 Nylonfäden je 50 mm Protektorschicht enthält, wobei jeder Nylonfaden ein Faden mit 840den/ 2 Garne ist.

ΐ/ie aus Fig. 12A ersichtlich, ist die Bremsenergie kp χ m des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 2, die durch die voll ausgezogene Kurve A gegeben ist, um etwa 22 % größer als die des Reifens mit herkömmlicher Stahlprotektorschicht gemäß Kurve B.

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⁴⁷⁴^SbBIbA

Fig. 13A zeigt Versuchsergebnisse bezüglich der Schnittfestigkeit gegenüber Schnitten der Arten gemäß Fig. 1B und 1C. Die Belastung ist in kp auf der Ordinate, die Verschiebung in mm auf der Abszisse angegeben.

Der Versuch wurde mittels eines zylindrischen Druckstückes 10 mit halbkugeliger Endfläche anstelle des scharfen, spitzen Messers der Fig_o 12B in gleicher Weise wie der Versuch gemäß Fig. 12A durchgeführt.

In Figo 13A zeigt in voll ausgezogener Kurve A das Versuchsergebnis mit einem Reifen, dessen Bauart gleich der des Reifens mit dem Versuchsergebnis gemäß der voll ausgezogenen Kurve A in Fig. 12A ist, während eine gestrichelte Kurve B das Versuchsergebnis mit einem Reifen zeigt, dessen Bauart gleich der des Reifens gemäß Kurve B in Fig. 12A ist.

Wie aus Fig. 13A ersichtlich, zeigen die Protektorschichten sowohl des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 2 als auch des Reifens mit herkömmlicher Stahlprotektoreinlage nicht den vorzeitigen Bruch gemäß Fig. 8A, der bei einem Reifen mit der Größe 17.5-25 12PR des erfindungsgemäßen Beispiels 1 auftrat. Diese Protektorschichten brechen zur gleichen Zeit wie die Reifen insgesamt. Wie aus Fig. IJ)A ersichtlich, ist die Bremsenergie des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 2 nach der ausgezogenen Kurve A um etwa 25 % größer als die des Reifens mit herkömmlicher Stahlprotektoreinlage gemäß Kurve B.

Fig. 14 zeigt ein Versuchsergebnis bezüglich der Ablösefestigkeit des erfindungsgemäßen Reifens des/Beispiels 2 im Vergleich zu einem Reifen mit herkömmlicher Stahlfadenprotektoreinlage und einem Reifen mit Nylonprotektoreinlage.

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- 4O -

In Figo 14 ist das Produkt aus Belastung und Geschwindigkeit in Tonnen χ km/h als Ordinate und die Laufzeit in Stunden als Abszisse angegeben. ■ ~

Der Versuch wurde beschleunigt durchgeführt und zwar auf einem Testgerät mit Imientrommel. Der Reifen wurde mit einem Innendruck von 5,6 kp/cm beaufschlagt. Die/Jelastung wurde stufemtfeise von 40 % auf 150 %, wie in-FIg_n 14 gezeigt, vergrößert. Die Geschwindigkeit betrug konstant 15 kg/h. In diesem Falle entspricht eine 100 %ige Belastung 8530 kp auf der Basis der Standardbelastung für einen 18.00-25 Reifen, definiert nach der JIS-Norm.

In Fig. 15 zeigt ein Punkt A diejenige Stelle, die einen Ausfall infolge Ablösung des erfindungsgemäßen Reifens gemäß Beispiel 2 angibt, ein Punkt B die Ablösestelle eines Reifens mit herkömmlicher Stahlfadenprotektoreinlage, wie er oben anhand Fig. 12A beschrieben wurde, und ein Punkte eine Ablösestelle des Reifens mit Nylonprotektoreinlage, dessen Aufbau dem des Reifens gemäß der gestrichelten Kurve C der Fig. 12A entspricht.

Wie aus dem Punkt B ersichtlich, überschreitet der Reifen mit herkömmlicher Stahlfadenprotektoreinlage seine Grenztemperatur bei der sechsten Stufender 140 folgen Belastung, woraus, die Protektorablösung aufgrund von Überhitzung resultiert. Wie durch den Punkt A angegeben, überstand der erfindungsgemäße Reifen des Beispiels 2 die sechste Stufe und erreichte die siebte Stufe der 150 %igen Belastung, bei der die Protektorschichtseparation auftrat.

Wie aus Fig. 14 ersichtlich, kann mit der Erfindung die Ablösefestigkeit eines pneumatischen Reifens für Geländefahrzeuge vergrößert v/erden.

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47 493

- ⁴¹■ - 2558 1 F>4

Erfindungsgeraäß können die beiden Protektorschichten 7a, 7b durch, eine oder mehr als zwei ProteKtorscliichten ersetzt werden, die symmetrisch und/oder unsymmetrisch relativ*zur Mittellinie eines Querschnitts des Reifens angeordnet sein können.

Fig. 15 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reifens. Die Protektorschichten 7a, 7b sind dort bezüglich ihrer Breite in mehrere Teile unterteilt, die in gegenseitigem Abstand voneinander sind. Die nahe der Reifenlauffläche angeordnete Protektorschicht 7b ist bezüglich ihrer Breite schmaler· als die Protektorschicht 7a.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reifens. Dort erstrecken sich beide Protektorschichten 7a, 7b bis in die Seitenbereiche des Reifens, um diese Bereiche abzudecken.

Fig. 17 zeigt eine weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reifens. Bei dieser Ausführungsf orm v/ird nur eine Protektorschicht 7 verwendet, die sich über die Seitenbereiche des Reifens erstreckt, um diese Bereiche abzudecken.

Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reifens, bei der die Protektorschichten 7a, 7b in- der Laufflächenschicht angeordnet sind.

Gemäß Fig. 19 sind die Protektorschichten 7a, 7b zwischen den nahe der Lauffläche angeordneten Karkassenlagen untergebracht.

Fig. 20 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reifens, bei der eine Zusatzschicht 8 vorgesehen ist, die über die Protektorschichten 7a, 7b gelegt ist und sich so weit erstreckt, daß sie auch deren Seitenränder überdeckt.

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- 25 581 b'4

Fig...21 zeigt eine weiter abgeänderte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Reifens, bei der eine Zusatzschicht
8¹ nur über jeden Seitenrand der Protektorschicht 7 gehegt ist, um diesen abzudecken.

Gemäß Fig. 22 erstreckt sich bei einer weiteren Ausführungsform des erf indungs gernäß en Reifens eine Zusatzschicht 8" längs der Seitenbereiche des Reifens und reicht fast bis zu den Wülstteilen.

Fig.- 23 stellt eine weiter abgeänderte Ausführungsform
des erfindungsgetaafieii Reifens dar. Dort werden zwei Zusatzschichten 8a, Sb verwendet, die aus diagonal gelegten Karkassenlagen bestehen,· die' einen Teil der Karkassenlagen bilden und sich über die untere Fläche d.es Wulstteils bis in dessen Ende hinein erstrecken.

Patentansprüche;

609847/02

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1J Pneumatischer Reifen für Geländefahrzeuge, gekennzeichnet durch einen Karkassenkörper (2), der aus mehreren, übereinander gelegten, gummierten Lagen mit darin eingebetteten Fäden aus organischen Fasern zusammgesetzt ist und in sogenannter Bias-Bauweise ausgeführt ist, bei der die Fäden etwa einer Hälfte der Karkassenlagen sich in entgegengesetzter Richtung zu den Fäden der restlichen Karkassenlagen erstrecken, und eine über den Karkassenkörper gelegte Protektoreinlage (7), die aus wenigstens einer gummierten Schicht zusammengesetzt ist, von denen jede darin eingebettete Verstärkungselemente enthält, die aus einem durch bloßes Zusammenfügen ohne Verdrillen schraubenförmiger Filamente gebildeten Bündel aufgebaut sind, wobei die Verstärkungselemente aus einem Material mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 140 kp/mm und einer Bruchdehnung besteht, die das 0,15 bis 1,7fache der des Fadens des Karkassenkörpers beträgt, und die Protektorschichten insgesamt dehnbar sind.

   2, Pneumatischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bruchdehnung etwa das 0,25 bis 1,4fache derjenigen des aus organischen Fasern zusammengesetzten Fadens des Karkassenkörpers (2) beträgt,

   ^. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der aus organischer Faser zusammengesetzte Faden des Karkassenkörpers (2) aus Nylon besteht.

   60<?Β47/02Γ>1

   47 458

   4. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das schraubenförmige Filament der Protektoreinlage (7) aus Stahl besteht,

   5. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der mittlere Durchmesser D einer Helix eines Ganges des schraubenförmigen Filaments mit einem Durchmesser <t) gegeben ist durch D = 2 φ bis 20 φ.

   6. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein Durchmesser φ des schraubenförmigen Filaments in der Größenordnung von 0,1 bis 1,0mm, vorzugsweise 0,13 bis 0,5 rom liegt„

   7. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der schraubenförmigen Filamente 2 bis 50, vorzugsweise 3 bis 30 beträgt.

   8. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verstärkungselement mit der Äquatorlinie des Reifens einen Winkel von 20 bis 70°, vorzugsweise 30 bis 55° bildet und die aus organischer Faser bestehenden Fäden des Karkassenkörpers(2) mit der-Äquatorlinie des Reifens einen Winkel von 23 bis 45° bilden.

   9. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis (Γ eines Abstandes zwischen zwei benachbarten Verstärkungselementen zu einem Abstand zwischen den Mittellinien der Verstärkungselemente durch € =S-(D+d) = 0,11 bis 0,78 gegeben ist, wo-

   S
   bei S ein Abstand zwischen Mittellinie zweier benachbarter Verstärkungselemente in mm , D ein mittlerer Durchmesser einer von einem Gang eines schraubenförmigen Filaments ge-

   — 3 —

   09847/0261

   bildeten. Helix In mm und ä ein Buaaeldurctomesser' in Him ist, der gegeben ist durch 1,25 χ # χ Fiiamentdurchmesser φ, wobei N die Anzahl der Filamente ist, die das Verstärkungselement bilden.

   10. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 9, dadurch g e kenn ze ich net , daß das Verhältnis zwischen 0,17 und 0,7ö beträgt. .

   11. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gummierte Schicht der Protektoreinlage( 7) aus einer Gummizusammensetzung mit einer nach der JIS K 6301 Norm, die einen Federhärtetest (A-Typ) verwendet, bei Raumtemperatur gemessenen Härte von 50 bis 85, einem 300 % Elastizitätsmodul von 100 bis 250 kp/cm² und einer Zugfestigkeit von 150 bis 250 kp/cm besteht.

   12. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser Dmax einer von einem Gang eines schraubenförmigen Filaments gebildeten Helix zu deren minimalem Durchmesser Dmin 1 bis 1,5 beträgt.

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   L e e r s e ί t e