DE2642096A1

DE2642096A1 - Gewebeloser luftreifen

Info

Publication number: DE2642096A1
Application number: DE19762642096
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Firestone Tire and Rubber Co
Current assignee: Bridgestone Firestone Inc
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1976-09-18
Publication date: 1977-06-08
Also published as: ES452210A1; US4006767A; AU502896B2; NO143455C; IT1068237B; AR212250A1; GB1565098A; FR2327109A1; NO143455B; CH623781A5; AU1830976A; BE846870A; PT65665A; DK443276A; SE420696B; CA1059015A; NO763378L; BR7606445A; NZ182210A; PT65665B

Description

PATENTANWÄLTE

HAMBURG-MÜNCHEN

DIPL-ΙΝΘ. VINCENZ ν. RAFFAY

17 ",- t Λί\'7ί POSTFACH 41OO

2OOO HAMBURa 13

DIPL.-CHEM. DR. HANS D. BOETERS * If . MÜNCHEN

The Firestone Tire ₍

& Rubber Company [Jnsere Akte: lo3o/459

Akron, Ohio 44 317

Gewebeloser Luftreifen

Die Erfindung betrifft einen gewebelosen Luftreifen, der mit einer Gummilauffläche aus herkömmlichem Elastomermaterial ausgerüstet ist, die auf einem gegossenen, gewebelosen Körper mit einem Elastomermaterial hohen Moduls befestigt ist. Derartige Reifen ebenso wie Reifen aus einem Elastomermaterial mit hohem Modul sind bekannt. Diese Reifen, die an Bedeutung zunehmen, werden aus Elastomermaterial gegossen und zwar entweder durch Schleudergießen, durch Spritzgießen oder durch Spritzpressgießen, wobei ein verstärkendes Gewebe in dem Körper fehlt. Ein derartiges Herstellverfahren ist einfach und preiswert. Bei diesem Herstellungsverfahren sind die Arbeits- und Ausrüstungskosten irn Vergleich zu der Herstellung herkömmlicher Reifen wesentlich geringer, da nicht verschiedene Lagen aus verstärkenden Schichten aufeinander gelegt werden müssen.

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KAMZLEl: G EFFCKEN STRASSE 6 . TELEFON : CO4O} 47 80 23 · TELEGRAMME: PATFAY. HAMBURG

Ein Reifen, der vollständig aus einem Elastomerrnaterial mit hohem Modul hergestellt ist, bringt im Betrieb Probleme, bedingt durch Lebensdauer, Haftung auf der Straße und hohen Verschleiß, mit sich. Plötzliches Bremsen oder scharfes Kurvenfahren ist mit diesen Reifen besonders schwierig, da Zuviel Wärme erzeugt wird, durch die wiederum der Verschleiß im Laufflächenbereich erhöht wird. Diese Schwierigkeiten wurden dadurch vermindert, daß eine Lauffläche aus Gummi anstelle der Luaffläche aus einem Elastomermaterial mit hohem Modul verwendet wurde. Dieser Ersatz hat aber nicht die Anforderungen hinsichtlich Lebensdauer und Verschleiß voll befriedigt. Darüber hinaus sind andere Probleme aufgetreten, die in der Verbindung oder Verklebung zwischen der Gummilauffläche und dem Körper aus Elastomermaterial und hohem Modul und einer beträchtlichen Volumenvergrößerung beim Aufblasen zu sehen waren und zwar bedingt durch den Ersatz des Materiales mit hohem Modul durch ein Material mit verhältnismäßig niedrigem Modul.

Der Reifen nach der Erfindung löst diese Probleme hinsichtlich · Lebensdauer und Volumenvergrößerung, wobei darüber hinaus der Verschleiß im Bereich der Lauffläche ebenfalls vermindert wird. Der Reifen nach der Erfindung erreiche dieses mit einer bestimmten Gestalt, bei der die Strukturfestigkeit oder Steifigkeit der kritischen Abschnitte des Reifenkörpers genau definiert und in bezug aufeinander festgelegt sind, so daß der Reifen sich ähnlich wie ein Radialgürtelreifen verhält, d.h. er weist verhältnismäßig nachgiebige und weiche Seitenwände auf, an denen ein verhältnismäßig starrer Gurt befestigt - aber in seiner Punktion relativ unabhängig - ist. Dieser Gurt befindet sich im Bereich der Reifenkrone und unter dem Bereich der die Straße berührt.

Der Reifen nach der Erfindung weist eine einheitliche Querschnittsform für den Reifenkörper auf. Hierdurch entsteht ein gutes ausgewogenes Verhältnis zwischen den kritischen Abschnitten des Reifens. Die kritischen Abschnitte liegen im

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mittleren Seitenwandabschnitt des Körpers, in den Schultern des Körpers und in der Krone des Körpers. Die Struktursteif igkeit oder Festigkeit dieser Abschnitte muß in bestimmten Verhältnissen zu der Struktur-steifigkeit und Festigkeit der anderen Abschnitte stehen, um bestimmte Aufbauverhältnisse zu erreichen und die Vorteile nach der Erfindung sicherzustellen. Die Anordnung dieser Abschnitte im Verhältnis zueinander ist ebenfalls als kritisch zu bezeichnen.

Bei einem Aufbau, der eine ßummilauffläche enthält, hat sich herausgestellt, daß das Vorhandensein der Gummilauffläche aus einem entsprechenden herkömmlichen Material für derartige Laufflächen kein Faktor zur Festlegung der Verhältnisse dieser kritischen Abschnitte darstellt. Wesentlich ist lediglich der Körper des Luftreifens, bedingt durch die Tatsache, daß die Gummilauffläche einen verhältnismäßig geringen Modul im Vergleich zu dem hohen Modul des Elastomermaterials für den Körper aufweist.

Bei allen Materialien für Reifen aus einem Elastomermaterial mit hohem Modul hat die Lauffläche einen wesentlichen Einfluß auf die Strukturgeometrie des Reifens, da dieser Modul annähernd gleich dem Modul des Materiales des Luftreifenkörpers ist. Wichtiger ist noch, daß diese Wirkung sich während des Lebens des Reifens ändert, da der Reifen einem fortlaufenden Verschleiß unterworfen ist, wodurch sich allmählich die Strukturgeometrie des Reifens ändert. Dieser Wechsel kann durch den Aufbau und die Gestaltung nicht geändert werden. Der Wechsel ist zumindest teilweise verantwortlich für den verhältnismäßig schlechten.kaufmännischen Erfolg, den derartige gegossene Reifen bisher aufzuweisen haben. Bei dem Reifen nach der Erfindung ist die Strukturgeometrie im Kronenbereich und im Seitenwandbereich wichtig und sie verbleibt während der gesamten Lebensdauer des Reifens relativ unverändert, da der Teil,der Verschleiß aufweist, die Gummilauffläche ist und diese nur einen sehr geringen Einfluß auf die .:■

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kritische Strukturgeometrie des Reifens an diesen Punkten hat. Die Strukturgeometrie der Schulter verändert sich stärker, aber nicht so stark, wie bei sämtlichen Reifen aus einem Elastomermaterial mit hohem Modul. Der Luftreifen nach der Erfindung behält also eine zufriedenstellen-.de Betriebscharakteristik während seiner gesamten Lebensdauer. Dies bedeutet, daß der Luftreifen das Verhalten eines Radialgürtelreifens während seiner gesamten Lebensdauer und nicht nur, wenn er neu ist, beibehält. Diese Tatsache stellt eine große Verbesserung hinsichtlich des Laufflächenvers chleisses und der Lebensdauer dar.

Ein Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung eines gut ausführbaren und verwendbaren Luftreifens mit entsprechender Lebensdauer, der einen gegossenen Körper aus einem Elastomermaterial mit hohem Modul und eine Gummilauffläche aufweist, die aus herkömmlichem Gummimaterial für derartige Laufflächen hergestellt ist, um die Vorteile hinsichtlich der Kosten eines derartigen gegossenen Reifens zu nutzen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung eines gegossenen Reifenkörpers, der sich während seines Lebens hinsichtlich der Strukturgeometrie nicht wesentlich ändert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung eines Luftreifens, der einen gewebelosen gegossenen Körper und eine Gummilauffläche aufweist, und der sich ähnlich einem Radialgürtelreifen während seiner gesamten Lebensdauer verhält. -

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung eines gegossenen Luftreifens ,der eine zufriedenstellende Betriebs charakteristik über seine gesamte Lebensdauer behält.

Die Geometrie des aus Elastomermaterial hergestellten Körpers des Reifens nach der Erfindung ist durch die Verhältnisse der Struktursteifigkeit oder Festigkeit der drei kritischen Abschnitte des Reifenkörpers (mittlerer Seitenwandbereich, Schulter und Krone) und die entsprechende . 709823/0244

Anordnung dieser Abschnitte gekennzeichnet. Die Dicke des Materiales in diesen Abschnitten kann sich mit der Reifengröße und mit der Verwendung eines Materiales in einem Abschnitt und eines anderen Materiales mit anderen Eigenschaften in einem anderen Abschnitt ändern. Diese Veränderungen müssen immer zu einer Struktursteifigkeit oder Festigkeit in diesen Abschnitten innerhalb bestimmter Grenzen führen, um eine zufriedenstellende Arbeitsweise und ein zufriedenstellendes Verhalten des Reifens zu erreichen. Diese zufriedenstellende Arbeitsweise wird durch die Charakteristiken deutlich, nach denen der Reifen nicht nennenswert beim Aufblasen oder während der Benutzung in seinem Volumen zunimmt. Die Volumenzunahme ist nicht so stark, daß irgendeine Beeinflussung der Arbeitsweise stattfindet. Der Reifen hat weiterhin ein gutes Verhalten auf der Straße und ein gutes Kurvenverhalten. Er weist einen beachtlichen Widerstand gegen Verschleiß auf und es wird keine Wärme erzeugt, durch die der Reifen geschwächt und die Lebensdauer verkürzt wird.

Die Struktursteifigkeit oder Festigkeit der bestimmten Abschnitte des Reifens stellt die Eigenschaft des Reifens dar, seine Beschaffenheit zu behalten, wenn er Druck, einer Belastung durch ein Fahrzeug und sich ändernden Beanspruchun- ₍

gen ausgesetzt wird. Die Struktursteifigkeit oder Festigkeit' ist eine Funktion der physikalischen Eigenschaften (insbesondere des Young-Moduls) des verwendeten Materiales und der Dicke des eingesetzten Materiales. Im Falle der Erfindung findet diese Ausdruck in dem Produkt der Stärke des Materiales hoch in dem kritischen Abschnitt und dem Young-Modul des Materiales in diesem Abschnitt. Die Verhältnisse der Struktursteifigkeit oder Festigkeit in diesen Abschnitten sind kritisch, um die Strukturgeometrie in dem Reifen zu erhalten und zu bestimmen, welche zu den Radialgürteleigenschaften des Reifens nach der Erfindung führen.

Um die Charakteristiken eines Radialgürtelreifens wie vorstehend erwähnt zu erreichen, muß die Seitenwand flexibel und der Kronenbereich des Körpers verhältnismäßig starr im Verhältnis zur Seitenwand smrr, so daß die Wirkungsweise

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eines nicht dehnbaren Gurtes vorliegt. Der Reifen nach der Erfindung hat keine Gewebeeinlagen im Gürtel, die diesen bei herkömmlichen Radialgürtelreifen undehnbar machen. Weiterhin muß der Bereich, der die Krone mit der Seitenwand, nämlich die Schulter, verbindet, nachgiebig genug sein, um für eine gewisse Unabhängigkeit der Krone von der Seitenwand zu sorgen, so daß die Eigenschaften des Radialgürtelreifens vorhanden sind und beibehalten werden, d.h. die Krone wirkt als ein nicht dehnbares Band (ähnlich einer Panzerkette), die in ihrer V/irkung von der mit ihr verbundenen Seitenwand verhältnismäßig unabhängig ist.

Der erste Bereich, der zu den kritischen zu rechnen ist, ist die mittlere Seitenwand des Körpers. Die Struktursteifigkeit oder Festigkeit der Seitenwand an diesem Punkt, der definiert ist durch den Punkt größter Reifenbreite im aufgeblasenen Zustand, muß so sein, daß der Reifen beim Aufblasen und während der gesamten Lebensdauer nicht nennenswert wächst, d.h. an Volumen zunimmt. Er muß aber nicht zu dick oder zu widerstandsfähig gegen Durchbiegen sein, daß übermäßige Wärme erzeugt wird, ein verhältnismäßig hoher /* Verschleiß entsteht, die Lebensdauer herabgesetzt wird, übermäßiges Gewicht vorliegt und unnötigerweise kritische Materialien verwendet werden müssen. Eine minimale Struktursteif igkeit oder Festigkeit muß vorliegen, um eine Volumenzunahme während der Lebensdauer und eine entsprechende Instabilität zu verhindern, und eine maximale Struktursteifigkeit oder Festigkeit sollte nicht überschritten werden, so daß die entsprechende Nachgiebigkeit der Seitenwände im Vergleich zur Krone nicht verlorengeht.

Der zweite kritische Bereich des Reifenkörpers stellt die Schulter dar. Dieser Bereich muß nachgiebig genug sein, um für eine gewisse Unabhängigkeit der Seitenwand von der verhältnismäßig undehnbaren Krone des Reifenkörpers zu sorgen, so daß die Grundzüge des Radialgürtelreifens vorhanden sind. Dieser Bereich muß nachgiebig genug sein, um sicherzustellen,

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daß die Lauffläche als ein flaches Band und relativ unabhängig von den Seitenwänden wirkt, so daß dieses Band relativ ungehindert auf der Straße ablaufen kann. Der Schulterabschnitt des Körpers muß eine minimale Festigkeit aufweisen, um Ermüdungserscheinungen während der Lebensdauer zu verhindern, es darf aber eine maximale Struktursteifigkeit und Festigkeit nicht überschritten werden, um die Unabhängigkeit nachgiebig zu beeinflussen und überschüssige Wärme zu erzeugen, durch die der Reifen weich würde.

Der dritte kritische Bereich ist die Krone oder der Kronenbereich es Körpers. Dieser Bereich muß eine ausreichende Struktursteifigkeit oder Festigkeit aufweisen, um für eine entsprechende Stabilität zu sorgen und einen Widerstand gegen Ausdehnungskräfte und Vergrößerung des Volumens während der J Lebensdauer aufzubringen. Die Struktursteifigkeit oder Festigkeit muß ausreichend sein, so daß dieser Bereich ähnlich einem nicht dehnbaren Band wirkt, wie es bei einem Radialgürtelreifen der Fall ist. Die minimale Struktursteifigkeit für diesen Bereich muß ausreichend sein, um die bandähnlichen Charakteristiken sicherzustellen, die Dicke sollte aber nicht diejenige übersteigen, die die Entstehung von übermäßiger Wärme und von Ermüdungsbrüchen bedingen würde, wodurch der Reifen geschwächt würde.

Es ist wünschenswert, die Dicke jedes dieser kritischen Bereiche so klein wie möglich zu halten, um ?4aterial zu sparen, die Möglichkeiten von Brüchen zu vermindern, eine geringere Wärmeerzeugung in dem Reifen sicherzustellen und das Gewicht herabzusetzen.

Die Struktursteifigkeit oder Festigkeit dieser kritischen Abschnitte des Reifens, ihre Verhältnisse untereinander und ihre Anordnung relativ zueinander sollte allein an dem Reifenkörper festgelegt sein und sollte die Gummilauffläche nicht berücksichtigen. Dieses ist in Verbindung mit der Erfindung wichtig.

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Unter Berücksichtigung der vorstehend geschilderten Verhältnisse "wird der Schulterabschnitt des Körpers eine geringere Struktursteifigkeit oder Festigkeit als der Kronenabschnitt des Körpers aufweisen. Unter der Annahme, daß für diese Abschnitte das gleiche Elastomermaterial mit -hohem Modul verwendet wird, bedeutet dies, daß der Schulterabschnitt dünner ist als die Krone. Diese unterschiedliche Dicke wird am besten durch eine allmähliche gleichmäßige Veränderung in der Form mit einer glatten Kurve oder Krümmung erreicht, und zwar ausgehend von dem dickeren Kronenabschnitt zu dem dünneren Schulterabschnitt. Ein scharfer Wechsel, wie er beispielsweise in der US-PS 3 2o8 5oo beschrieben ist, ist nicht brauchbar, da derartige scharfe Veränderungen Punkte hoher Belastungsspitzen bilden, die zu Ermüdungsfehlern an diesen Punkten führen können.

In gleicher Weise ist die Struktursteifigkeit oder Festigkeit der mittleren Seitenwandabschnitte beträchtlich geringer als diejenige des Kronenabschnittes und etwas geringer als diejenige der Schulterabschnitte. Wiederum muß der Wechsel von einem zum anderen· Abschnitt gleichmäßig und allmählich stattfinden. Sämtliche Wechsel in der Struktursteifigkeit oder Festigkeit des Reifenkörpers, die beschrieben wurden, sollten allmählich durchgeführt werden, um Abschnitte und Bereiche mit einer Spitzenbeanspruchung zu vermeiden.

Für diese Erfindung ist die Struktursteifigkeit oder Festigkeit für einen vorgegebenen Abschnitt wie folgt definiert

S = Et³

Die Struktursteifigkeit oder Festigkeit S ist das Produkt des Young-Moduls E des Materiales mit der Dicke t^ des Querschnittes. Bei dem Aufbau nach der Erfindung sollte der Young-Modul des Materiales in dem Körper zwischen 35o und Io5o. kg/cm⁴ liegen und zwar gemessen durch die Sekantenbildung mit 5 %

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— ψ —

-η.

Beanspruchung. Dieser Modul ist für jede Reifengröße erforderlich, die unter die Grundlagen der Erfindung fällt.

Die Dicke des Körpers mit den geschilderten Eigenschaften im Kronenbereich sollte zwischen o,3 und 0,6 Zoll liegen. Eine Dicke unterhalb dieses Wertes würde eine nicht ausreichende Stabilität der Krone bedingen. Eine Dicke oberhalb die^" see Wertes würde zuviel Wärme erzeugen und könnte zu Brüchen führen. Die Dicke des mittleren Seitenwandabschnittes sollte zwischen o,13 und o,3 Zoll liegen. Eine Dicke unterhalb dieses Wertes in dem mittleren Seitenwandabschnitt würde beim Aufblasen und in Benutzung eine zu große Volumenausdehnung bedingen. Eine Dicke oberhalb dieses Wertes würde zu unannehmbaren Laufeigenschaften führen und die angestrebten Gürtelreifeneigenschaften vermindern. Die Dicke des Schulterabschnittes sollte zwischen o,15 und 0,5 Zoll liegen. Diese Dicke und die entsprechende dadurch bedingte Struktursteifigkeit oder Festigkeit sollte so gering wie möglich sein, begründet auf einer Beanspruchungsanalyse, um die Beschaffenheit des Reifens nach dem Aufblasen und während der gesamten Lebensdauer zu erhalten. Eine Dicke unter dem angegebenen Wert würde zu Problemen hinsichtlich der Lebensdauer und zu Ermüdungserscheinungen führen. Eine Dicke oberhalb des angegebenen Wertes würde Probleme hinsichtlich der Entstehung von Wärme mit sich bringen und es würde die angestrebte Unabhängigkeit dieses Bereiches verlorengehen.

Bei dem Reifen nach der Erfindung ist berücksichtigt, daß die Kombinationen innerhalb dieser Bereiche zu den erfindungsgemäßen Vorteilen führen, wobei die Vorteile nach der Erfindung aber größer werden, wenn die Mittelwerte in den genannten Bereichen eingehalten werden. Es wird vorgezogen, die höheren Werte in dem Modulbereich mit niedrigeren Werten hinsichtlich der Stärke oder niedrigere Werte hinsichtlich des Moduls mit höheren Werten hinsichtlich der Stärke auszuwählen. Die Vor-

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teile der Erfindung werden geringer, wenn niedrige Werte für beide Bereiche oder hohe Werte für beide Bereiche ausgewählt werden.

Der kritische Paktor bei dem Reifen nach der Erfindung liegt in den Verhältnissen der strukturellen Steifheit oder Festigkeit des Kronenabschnittes, der Schulterabschnitte und der mittleren Seitenwandabschnitt. Die strukturelle Steifigkeit ode Festigkeit des Kronenabschnittes muß mindestens viermal so groß sein wie diejenige des mittleren Seitenwandabschnittes. Die strukturelle Steifigkeit oder Festigkeit des Schulterabschnittes sollte mindestens das l,5fache derjenigen des mittleren Seitenwandabschnittes betragen. Die strukturelle Steifigkeit oder Festigkeit der Schulterabschnitte ist größer als diejenige der mittleren Seitenwandabschnitte und wesentlich geringer als diejenige des Kronenabschnittes. Die oberen Werte dieser Verhältnisse werden durch die strukturelle Geometrie des Reifens festgelegt. Dieser sollte nicht zu steif in sämtlichen Bereichen sein, so daß Brüche zu befürchten sind, oder daß die erwünschten Gürtelreifeneigenschaften vermindert werden.

Die Anordnung der verschiedenen Bereiche oder Abschnitte des Reifens, die diese Verhältnisse festlegen, sind bei dem Reifen nach der Erfindung festgelegt. Die mittleren Seitenwandabschnitte liegen in dem Bereich der Seitenwand der am weitesten außen nach dem Aufblasen nach 24 Stunden unter normalen Bedingungen liegt, wobei Schutzrippen, Stangen oder Dekorationen nicht berücksichtigt wurden. Der Kronenabschnitt des Reifenkörpers ist derjenige Abschnitt, der auf der am Umfang verlaufenden Mittellinie des Reifens liegt, wenn dieser unter normalen Bedingungen aufgeblasen ist. Der Schulterabschnitt ist derjenige Abschnitt, der unterhalb der Gummi lauffläche und zwischen der Krone und den Seitenwänden lieft. Hierbei handelt es sich um den dünnsten Abschnitt des Körpers zwischen der Krone und den Seitenwänden, der unterhalb der Gummilauffläche und axial innerhalb der äußersten Kanten der Gummilauffläche liegt.

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Ά.

Es ist verständlich, daß die spezifische Dicke, wie sie vorstehend beschrieben wurde, für Fahrzeugreifen für Personenkraftwagen festgelegt wurde. Bei größeren Reifen, beispielsweise bei Lkw- oder Schlepperreifen, könnte eine größere Dicke erforderlich sein. Die Verhältnisse der strukturellen Steifigkeit oder Festigkeit untereinander und die Anordnung der einzelnen Abschnitte in dem Körper liegen jedoch, wie vorstehend definiert, fest und sind auf sämtliche Fahrzeuggrößen und Typen anwendbar, d.h. auf Reifen für Pkw, für Lkw, für Schlepper', für Flugzeuge und für Geländereifen.

Die Gummilauffläche kann aus herkömmlichen Gummiverbindungen hergestellt werden, wie sie bei herkömmlichen Luftreifen verwendet werden. Die Laufflächen dieser Reifen können eine Polybutadienlösung, eine Emulsion oder Lösung aus Mischpolymerisaten des Styrens und des Butadiens, natürliches Gummi, Polyisopren, Butyl, EPDM oder entsprechende Verbindungen dieser Stoffe enthalten. Diese Verbindungen können mit herkömmlichen Zuschlägen versehen sein, zu denen Ruß, Weichmacher, Antioxydierungsmittel, Beschleuniger und Schwefel gehört. Diese Mittel sind bekannt.

Die Erfindung ist insbesondere in Verbindung mit Laufflächen der vorstehend genannten Art brauchbar. Die Erfindung it jedoch nicht auf Laufflächen aus diesen Materialien und mit entsprechenden Zusammensetzungen beschränkt, solange die Lauffläche einen niedrigen Modul im Verhältnis zu dem Reifenkörper aufweist. Es ist offensichtlich, daß andere Materialien , wie z.B. Polyurethan mit niedrigem Modul für eine Lauffläche eines Reifens nach der Erfindung verwendet werden können.

Das Elastomermaterial mit hohem Modul für den Reifenkörper ist ebenfalls ein bekanntes Material, wie es zum Gießen gewebeloser Reifen seit langem bekannt ist. Als Beispiel sei lediglich Polyurethan genannt.

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Zusammenfassend kann daher gesagt werden, daß die Erfindung auf einen gewebelosen Luftreifen gerichtet ist, der eine Gummilauffläche und einen gegossenen Körper ohne Gewebe aus Elastomermaterial mit viskoelastischen Eigenschaften aufweist. Das Verhältnis der strukturellen Steifigkeit oder Festigkeit der mittleren Seitenwand des Reifenkörpers zu der strukturellen Steifigkeit oder Festigkeit der Schulter des Reifenkörpers und der Krone des Reifenkörpers sowie .die dadurch bedingte Gestalt des Reifenkörpers, sind kritisch, um einen Reifen mit langer Lebensdauer, stabilen Laufeigenschaften und geringem Verschleiß zu schaffen. Diese Verhältnisse schaffen einen Reifen, dessen Volumen im Querschnitt beim Aufblasen und während seiner Lebensdauer nur innerhalb nennenswerter Grenzen zunimmt und dessen Kronenbereich unabhängig (decoupled) von dem Seitenwandbereichen wirkt, so daß der Kronenbereich Eigenschaften aufweist,, die denjenigen des Gürtels eines Radialgürtelreifens ähnlich sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Reifens nach der

Erfindung in der Form, die er nach dem Gießen einnimmt; und

Fig. 2 einen Querschnitt der demjenigen der Fig. 1 entspricht, jedoch unter Normalbedingungen

in montiertem und aufgeblasenen Zustand bei

einem Druck von ca. 12o kg/m nach Verstreichen

eines Zeitraumes von 2¹J Stunden.

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' /It.

Der in der Zeichnung dargestellte Reifen ist auf einer Flege 2o montiert, und grundsätzlich mit Io bezeichnet. Er besteht aus zwei Wulsten 11, einem Reifenkörper 12 mit zwei Seitenwänden 13, zwei Schultern lH und dem Kronenbereich 15 sowie der Lauffläche 16 aus Gummi. Die Lauffläche 16 ist mit dem Körper 12 durch ein Klebemittel verbunden, das auf die Fläche 17 zwischen diesen beiden Teilen aufgebracht ist. Der mittlere Seitenwandabschnitt ist mit dem Buchstaben a bezeichnet. Er liegt in der Seitenwand dort, wo diese im aufgeblasenen Zustand die größte Breite aufweist. Der Kronen abschnitt ist mit dem Buchstaben c bezeichnet. Er liegt auf der am Umfang verlaufenden Mittellinie des Reifens. Die Schulterbereiche sind mit dem Buchstaben b bezeichnet. Sie liegen an dem ri'lnnsten Bereich des Körpers zwischen dem Kronenabschnitt und den Seitenwänden und zwar in axialer Richtung innerhalb der äußersten Kanten der Gummilauffläche und unter dieser Lauffläche.

Aus der Zeichnung ist entnehmbar, daß die innere Peripherie des Reifenkörpers zwischen diesen kritischen,genauer festgelegten Abschnitten eine glatte Kontur aufweist, um eine mögliche Beanspruchungskonzentration zu vermeiden. Die Verschiebung des Kronenbereiches radial nach außen beim Auf- J blasen wird ebenfalls deutlich beim Vergleichen der Fig. 2 mit der Fig. 1.

Die Lauffläche 16 aus Gummi kann aus bekannten Gummiverbindungen mit natürlichem und synthetischem Gummi hergestellt sein. Hierbei handelt es sich um Emulsionen oder Lösungen von Mischpolymerisaten des Styren/Butadiens, Polybutadienlösung, Naturgummi, Polyisopren, Butyl oder EPDM und entsprechende Verbindungen dieser Stoffe. Eine ausgewählte Zusammensetzung für ein Laufflächenmaterial hat eine Zugfestigkeit von 175 kg/cm , eine Shore A Durometerhärte von

ungefähr 59, einen Modul von ungefähr 67 kg/cm bei 3oo % Streckung, einer Streckung bis zum Bruch von ungefähr

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600 % und einem Hysteresewert von Ho %, gemessen bei einem Kugelrückschlagversuch bei Raumtemperatur. Dieses Material besteht im wesentlichen aus einer Lösung Styren/Butadien als Mischpolymerisat mit herkömmlichen Zusätzen, wie verstärkendem Ruß, Schwefel, Beschleuniger und dergl. wie allsgemein bekannt .

Das Material für den Körper des Reifens ist ein bekanntes viskoelastisches Material mit hohem Modul, das zur Herstellung von gewebelosen, gegossenen Reifen bekannt ist. Ein vorteilhaftes Material ist ein Polyurethangummi, wie es in dem US-Reissue-Patent 28 k2k beschrieben ist.

Ein vorteilhaftes Polyurethanelastomermaterial sollte eine Zugfestigkeit bei loo C von mindestens 126 kg/cm , eine zunehmende Reißfestigkeit bei loo° C von mindestens I¹I kg/cm , eine De Mattia-Biegebeanspruchung bei 8o° C von mindestens 2oo 000 Schwingungen und bei Umgebungstemperaturen eine Zugfestigkeit von mindestens 196 kg/cm , eine Streckgrenze von mindestens ¹IoO % und einen Young-Modul zwischen 35o und Io5o kg/cm aufweisen. Dieses Elastomermaterial sollte ein Molekulargewicht zwischen 800 und 5000 zwischen den elektrostatischen Kreuzbindungen und ein Molekulargewicht von 5I00 bis Jfo 000 zwischen den kovalenten Kreuzbindungen haben.

Es ist verständlich, daß die viskoelastischen Eigenschaften des Körpermateriales nicht merklich ein Kriechen erlauben sollten. Unter Kriechen versteht man eine Zunahme der Längsstreckung des Materiales als Punktion der Zeit für eine vorgegebene Belastung. Das Kriechen des Materiales ist abhängig von der Verminderung der Festigkeit mit der Zeit bei einer konstanten Längsstreckung. Das Material, das eine merkliche Verminderung der Festigkeit mit der Zeit aufweist, bedingt im Betrieb eine nicht annehmbare Reifenvergrößerung über einen entsprechenden Zeitraum.

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Das beschriebene Polyurethanelastomermaterial weist hinsichtlich des Kriechens über eine normale Lebensdauer eines
Reifens annehmbare Eigenschaften auf. Materialien, die stärker kriechen als das beschriebene Material weisen eine nicht
annehmbare Vergrößerung auf, wenn sie zum Gießen entsprechender Reifenkörper verwendet werden.

Es wurde ein Reifen hergestellt und untersucht. Hierbei handelte es sich um einen Reifen 165-13 mit den folgenden Abmessungen.

Der Nenndurchmesser des Wulstes betrug 13 Zoll. Die Querschnittshöhe der Schulter lag bei 2,5 Zoll. Die Querschnittshöhe der Laufflächenmittellinie lag bei 5»o7 Zoll. Die
maximale Querschnittsbreite lag bei 6,75 Zoll. Die Dicke
der Gummilauffläche lag an der Mittellinie bei o, 38 Zoll.
Die Dicke der mittleren Seitenwand (bei a in der Zeichnung)
lag bei o,l6 Zoll. Die Dicke des Kronenabschnittes des
Körpers (bei c in der Zeichnung) lag bei o,5 Zoll. Die Dicke der Schulter (bei b in der Zeichnung) lag bei 0,2¹I Zoll.

Die Abmessungen des Reifens auf einer 4 Zoll-Felge bei einem Druck von 117 kg/m wies folgende Abmessungen auf: Nenndurchmesser des Wulstes 13 Zoll. Querschnittshöhe der Laufflächenmittellinie 5,iJ Zoll. Maximale Breite 6,25 Zoll. Dicke der
Gummilauffläche im Bereich der Mittellinie ο,Μ Zoll. Dicke
der mittleren Seitenwand bei a ο,16 Zoll. Dicke des Kronenabschnittes bei c 0,17 Zoll. Dicke der Schulter bei b o,22 Zoll.

Die Lauffläche wurde mit bekannten herkömmlichen Umfangsnuten mit einer durchschnittlichen Tiefe von o,312 Zoll versehen.

Das Material für die Gummilauffläche enthielt eine Mischpolymerisatlösung aus Styren und Butadien, verstärkenden Ruß,
Weichmacher, Antioxydierungsmittel, Schwefel und härtende
Beschleuniger. Der Modul bei 3oo % Streckung dieser Verbindung betrug 67 kg/cm .

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Ein Klebemittel auf Polyurethanbasis wurde benutzt, um die Gummilauffläche auf den Körper aufzukleben.

Der Reifenkörper wurde aus einem Polyurethanpolymer mit 6»35 % NCO hergestellt. Der Young-Modul dieses Materiales lag bei 675 kg/cm . Bei einer Temperatur von loo C lag die Zugfestigkeit bei I8o kg/cm . Die zunehmende Reißfestigkeit bei 2*1 kg/cm . Bei Umgebungstemperatur lag die Zug-

2
festigkeit bei 3^5 kg/cm und die Bruchdehnung bei 55o %.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Angaben liegt die Strukturfestigkeit oder Steifheit des Kronenabschnittes bei dem 25fachen des mittleren Seitenwandabschnittes, wobei diejenige des Schulterabschnittes bei dem 2,6fachen des mittleren Seitenwandabschnittes liegt.

Der vorstehend beschriebene Reifen 165-13 wurde unter normalen Bedingungen, wie unten beschrieben und wie bei solchen Versuchen eingehalten, untersucht. Bei diesen Testen wiesen Reifen nach der Erfindung Verschleißraten bis zu 12o Meilen pro Mil. auf. Dieses übertragen auf erreichbare Gesamtmeilen ergab mehr als 3o ooo Meilen. Die Meilen pro Mil. erreichbar mit größeren gegossenen Reifen nach der Erfindung bei gleichen Versuchen lagen im Bereich von ^5 bis 6o Meilen pro Mil. Die Erfindung stellt daher eine Verbesserung im Bereich^¹ von loo % hinsichtlich des Laufflächenverschleisses bei bestimmten Versuchen dar.

Bei einem der durchgeführten Versuche liefen die Reifen 5o % der Zeit auf einer Autobahn mit 55 Meilen pro Stunde und 5o % auf einer Teststrecke mit 7 ο Meilen pro Stunde. Die Reifen wurden von vorne nach hinten jede looo Meilen gewechselt. Die Belastung auf jedem Reifen lag bei 6o kg/cm² bei einem Druck von 117 kg pro m . Nach 22 ooo Meilen wurde ein Reifen bedingt durch Laufflächenbruch entfernt. Die Meilen pro Mil · und die geschätzten profilierten Meilenzahlen oben auf den Verschleißindikator in der am schnellsten verschleißenden .

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-ίο.

Nut der Lauffläche ist in Tabelle I aufgezeichnet. Der Reifen 2 lief über 39 ooo Meilen unter den gleichen Bedingungen, um seine Eigenschaften hinsichtlich Lebensdauer zu untersuchen. Er wurde ohne Fehler nach dieser Meilenzahl entfernt. In Tabelle I sind die entsprechenden Werte für diese Meilenzahl -angegeben.

	wirkliche Meilenzahl	Tabelle I	Meilen pro Mil
Reifen	23 ooo 24 ooo 39 ooo	geschätzte pro filierte Meilenzahl	97 Ho 12o
1 2 2	25 936 29 3o8 31 8oo

Ähnliche Tests mit gleichen Reifen zeigten vergleichbare Ergebnisse. Diese Reifen liefen loo % der Zeit auf einer Autobahn mit 55 Meilen pro Stunde bei einer Last von 56 kg/cm

ρ auf den Vorderreifen und einer Last von 5o kg/cm auf den hinteren Reifen, wobei der Druck bei 98 kg/m lag. Die Reifen wurden nicht gewechselt. Ein Reifen wurde nach 22 ooo Meilen bedingt durch Laufflächenbruch und Verschleiß entfernt. Es wurden die gleichen Meßmethoden wie bei Tabelle I angewandt. Tabelle II gibt die Daten für diese Reifen wieder. Die übrigen Reifen wurden wiederum über eine größere Anzahl von Meilen untersucht, um die Lebensdauer festzustellen. Zwei Reifen wurden nach 38 ooo Meilen ohne Fehler entfernt. Ein anderer wurde nach 28 923 Meilen, bedingt durch eine Beschädigung beim Laufen unter Luftverlust, entfernt. Die Tabelle II berücksichtigt ebenfalls diese Daten.

70°' · i. L

	Lage	Tabelle II	geschätzte profilierte Meilenzahl	Meilen pro Mil
Reifen	RH	wirkliche Meilenzahl	28 7o8	111
1	LH	21 921	3o 681	118
2	RV	22 ooo	19 4o7	7o
3	LV	22 ooo	34 266	133
4	RH	22 ooo	27 333	Io5
1	LH	28 923	33 121	128
2	LV	38 000	32 552	126
4	38 000

Reifen, die den vorstehend beschriebenen identisch waren, wurden in einem Labortest untersucht und zwar laufend gegen normale herkömmliche Stahlgürtelreifen, um die dynamischen Charakteristiken zu untersuchen. Die ausgewerteten Charakteristiken waren Kurvenkraft, Rollwiderstand und selbstausrichtendes Moment. Diese Reifen liefen, wie den in Tabelle III wiedergegebenen Daten zu entnehmen, auf einem annehmbaren kommerziellen Niveau bei diesen Versuchen und hielten einem Vergleich mit herkömmlichen Stahlgürtelreifen sehr gut stand. Die Reifen wurden untersucht auf einer Laborversuchstrommel mit einem Durchmesser von 3 m bei einer Geschwindigkeit von 2o Meilen pro Stunde, wobei jeder Reifen mit 31o kg/ bei einem Druck von 117 kg/m belastet wurde.

	Tabelle	III	2°	3°	lbs)	Selhstausrichtendes	(ft.	lbs)	Roll wider
			185	245	4°	Moment	3°	4°	stand
		197	277	3oo	1° 2°	13	12	0
Schlupfwinkel	Kurvenkraft (		339	9 12	14	13	I0.3
Reifen nach der Erfindung	1°	Io 13	12.7
96
herkömmlicher Stahl gürtelreifen Io7

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Der Rollwiderstand des gegossenen Reifens nach der Erfindung ist ungefähr 2o % besser als derjenige des Stahlgürtelreifens. Das selbstausrichtende oder Ruckstellraoment des Reifens
nach der Erfindung ist vergleichbar mit demjenigen des Stahlgürtelreifens. Die Kurvenkraft des Reifens nach der Erfindung -ist, obwohl sie etwas unter derjenigen des Stahlgürtelreifens liegt, annehmbar unter kommerziellen Gesichtspunkten.

: L 4

Claims

Patentansprüche

Gewebeloser Luftreifen mit einer ringförmigen Lauffläche Gummi und einem gegossenen Körper aus viskoelastischem Material, der einen ringförmigen Kronenbereich zwischen zwei ringförmigen Schulterbereichen und den Seitenwandbereichen aufweist, die die äußeren Kanten der Schulterbereiche mit den Wulsten verbinden, wobei Kronen- und Schulterbereiche unterhalb der Lauffläche und axial innerhalb der äußersten Kanten der Lauffläche liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kronenbereich (15) einen Kronenabschnitt (c) gemessen am Umfang der Mittellinie, jeder Schulterbereich (14) einen Schulterabschnitt (b) gerne as en an der dünnsten Stelle und jeder Seitenwandbereich (13) einen mittleren Seitenwandabschnitt (a) gernessen im Bereich der stärksten Breite der Seitenwand unter normalen Druckbedingungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kronenabschnitt (c) eine Struktursteifigkeit oder Festigkeit aufweist, die mindestens viermal so groß ist wie diejenige des mittleren Seitenwandabschnittes (a) und daß der Schulterabschnitt (b) eine Struktursteifigkeit oder Festigkeit aufweist, die mindestens l,5mal so groß ist wie diejenige des Seitenwandabschnittes (a), wobei die Struktursteifigkeit oder Festigkeit des Kronenabschnittes wesentlich größer ist , als diejenige des Schulterabschnittes.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Umfang des Körpers (lo) in seiner Kontur sich gleichmäßig von einem Abschnitt zum anderen ändert.

3. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem viskoelastischen Material um ein Polyurethanpolymer handelt.

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h. Luftreifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethanmaterial einen Young-Modul von ungefähr 675 kg/cm hat.

5. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das viskoelastische Material ein Polyurethanmaterial mit einem Young-Modul zwischen 35o und Io5o kg/cm ist und daß die Stärke des Kronenabschnittes (c) zwischen o,3 und 0,6, die Stärke der Schulterabschnitte (b) zwischen o,15 und 0,5 Zolle und die Stärke der mittleren Seitenwandabschnitte (a) zwischen 0,13 und o,3 Zoll liegt.

6. Gewebeloser Luftreifen mit einer ringförmigen Gummilauffläche und einem gegossenen Körper aus Polyurethanpolymer mit einem Young-Modul von ungefähr 675 kg/cm , wobei der Körper einen ringförmigen Kronenbereich zwischen zwei ringförmigen Schulterbereichen und Seitenwandbereichen aufweist, die die äußeren Kanten der Schulterbereiche mit den Wulsten verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß Kronenbereich (15) und Schulterbereiche (14) unter der Gummilauffläche (l6) und axial innerhalb der äußersten Kanten der Gummilauffläche liegen, daß der Kronenbereich einen Kronenabschnitt (c) gemessen am Umfang der Mittellinie, der Schulterbereich (I¹I) einen Schulterabschnitt (b) gemessen an der dünnsten Stelle und jeder Seitenwandbereich (13) einen mittleren Seitenwandabschnitt (a) gemessen an dem Punkt größter axialer Breite im aufgeblasenen Zustand aufweist, daß der Kronenabschnitt (c) eine Struktursteifheit oder Festigkeit hat, die ungefähr 25mal so groß ist wie diejenige des mittleren Seitenwandabschnittes (a) und daß der Schulterabschnitt (b) eine Strulfcurateifigkeit oder Festigkeit hat, die ungefähr 2,6mal so groß ist wie diejenige des mittleren Seitenwandabschnittes (a).

7. Gewebeloser pneumatischer Reifen mit einer ringförmigen Gummilauffläche und einem gegossenen Körper aus viskoelastischem Material, der einen ringförmigen Kronenbereich zwischen zwei ringförmigen Schulterbereichen und zwei Seitenwandbereichen aufweist, die die äußeren Kanten der Schulterbereiche mit den

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Wulsten verbinden, wobei der Kronenbereich und die Schulterbereiche unter der Gummilauffläche und axial innerhalb der äußersten Kanten dieser Gummilauffläche liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kronenbereich (15) einen Kronenabschnitt (c) gemessen am Umfang der Mittellinie, die Schulterbereiche (14) ejjnen Schulterabschnitt (b) gemessen an der dünnsten Stelle und die Seitenwandbereiche (13) einen mittleren Seitenwandabschnitt (a) gemessen an dem Punkt mit der größten axialen Breite im aufgeblasenen Zustand aufweisen, daß die Struktursteif igkeit oder Festigkeit des Kronenabschnittes (c) wesentlich größer ist als diejenige der Schulterabschnitte (b) und der mittleren Seitenwandabschnitte (a) und daß die Struktursteifigkeit oder Festigkeit der Schulterabschnitte (b) größer ist als diejenige der mittleren Seitenwandabschnitte (a).

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