DE2706605A1 - Luftreifen - Google Patents

Description

MANITZ. FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den 16.02.77 '%- P/3/Wr-D

DUNLOP LIMITED
Dunlop House, Ryder Street, St. James's, London S.V.1, England

Luftreifen/l

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen.

Es ist in der Fahrzeugindustrie allgemein üblich, für eine höhere Belastung einen größeren Reifen zu verwenden. Das ist deswegen notwendig,weiLbei einer Erhöhung der Belastung eines Reifens einer bestimmten Größe die Wärmeerzeugung ansteigt. Wenn notwendig, kann die Wärmeerzeugung durch Erhöhung des Aufpumpdruckes klein gehalten werden, aber damit ist eine Komfortverminderung verbunden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gesamttragfähigkeit eines Luftreifens zu erhöhen, ohne Einbußen an Komfort oder übermäßige Wärmeerzeugung im Reifen hinnehmen zu müssen.

Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung einen Luftreifen mit einer im wesentlichen über die gesamte Breiie durch «ine

Gürtellage verstärkten Lauffläche, mit zwei gewölbten Seiten-DR. C. MANITZ ■ DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIP L. -IN C. W. C R A M K O W ZEN ,RALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN β MÖNCHEN 32. ROBERT-KOCH-STRASSE ■ 7 STUTTGART SO IBAO CANNSTATTI MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 73 TEL. 10891 22-43 II. TELEX 5-2967 2 PATMC SEELBERGSTR. 23/2S. TEL. (0711)56 72 61 POSTSCHECK , MÖNCHEN 77 06 2 - 80S

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wänden, die jeweils in einem Reifenwulst enden und mit einer sich in Radialrichtung erstreckenden verstärkenden Karkassen lage, der einen (im folgenden Abschnitt definierten) Formfaktor Q von weniger als +0,85 aufweist, wenn er auf seinen normalen Arbeitsdruck aufgepumpt ist.

Dor hierbei benutzte Formfaktor Q ist gleich dem Tangens des halben Winkels, den die idealisierte Seitenwand an ihrem Krümmungsmittelpunkt überspannt.

Vorzugsweise hat der Reifen ein Querschnittsverhältnis von 30 - 75 %.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Figur 1a eine schematische Querschnittsdarstellung einer Luftreifen/Rad-Anordnung im aufgepumpten Zustand, bei der die durch das Aufpumpen erzeugten Kräfte gezeigt sind,

Figur 1b eine schematische Seitenansicht der in Figur 1a dargestellten Anordnung,

Figur 2a einen schematischen Querschnitt einer Luftreifen/ Rad-Anordnung im aufgepumpten Zustand, bei dem die Verformung des Reifens in der Berührungsfläche zu sehen ist, wenn die Anordnung belastet wird^mit Darstellung der durch die Belastung abgeänderten Kräfte,

Figur 2b eine schematische Seitenansicht der in Figur 2a dargestellten Anordnung,

Figur 3a und 3b schematische Querschnittsdarstellungen von Luftreifen/Rad-Anordnungen im aufgepumpten Zustand mit verschiedenen Formfaktoren,

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Figur 4- die Ergebnisse von Komfort-Tests, die an den beiden in Figur Ja und Jb dargestellten Anordnungen vorgenommen wurden,

Figur 5a und 5b schematische Querschnittsdarsteilungen eines einer Gürtelreifen/Radi&genanordnung im aufgepumpten Zustand, bei der die Abmessungen eines realen Reifens auf den oben besprochenen idealisierten Reifen bezogen sind, und

Figur 6 einen schematischen Querschnitt eines Teiles einer Gürtelluftreifen/Radfelgenanordnung, bei der ein Unterschied zwischen der effektiven Felgenbreite und der effektiven Gürtelbreite gezeigt ist.

Die durch einen Reifen aufgenommene Belastung ändert sich annähernd nach der Gleichung: L = (A + BP) χ d, wobei

L a Last

A = Struktursteifigkeit BxPa pneumatische Steifigkeit P a Aufpumpdruck
b s pneumatische Konstante d a Verformung bei Arbeitslast ist.

Die in Figur 1a, 1b, 2a und 2b dargestellte Anordnung umfaßt einen Reifen 11 mit einer Lauffläche 12 und Seitenwand en 13» die in Reifenwülsten 14 enden, der an einer Rad felge 15 angebracht ist.

Im allgemeinen führt der Versuch, entweder die Struktur-

/ZU erhöhen, steifigkeit A oder die Verformung 3 zu einer übermäßigen Wärmeerzeugung, während ein Erhöhen des Aufpumpdruckes P zu einem Komfortverlust führt. Das Ziel der Erfindung ist es, die pneumatische Konstante B zu erhöhen.

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In Figur 1a und 1b ist gezeigt, daß ein Aufpumpen des Reifens 11 Spannungen erzeugt, wobei

*o ^=Pro
und f = T χ cos O₀

ist, und f_Q die Radialkomponente von t ist, die gegen den Reifenwulst 14 nach außen drückt.

Nach Figur 2a und 2b erzeugt die Anwendung einer Belastung eine Verformung der Seitenwände in der Nähe der Berührungsfläche oder Aufstandsfläche, . so daß f auf f reduziert wird, wobei

f = P χ r χ cos 0
ist.

Dadurch werden die Kräfte um die Reifenwulst um einen Betrag aus dem Gleichgewicht gebracht, der insgesamt der aufgebrachten Belastung entgegengesetzt gleich ist.

Diese Ungleichgewichtskraft ist proportional zu: (f_Q - F) = P (r_Q cos 0_Q - r cos 0).

Damit wird die pneumatische Konstante B in Beziehung gesetzt zu:

—2_ - (_r χ cos O₀- r cos 0)

und kann dadurch erhöht werden, daß man das Verhältnis: f_ö

p- - Γ_δ·Χ βθβ O₀ -

erhöht.

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Aus Figur 1a ist zu entnehmen, daß die halbe Höhe gegeben wird durch:

h₀ = r₀ χ sin θ_ο.

Durch diese Erfindung soll die Belastungsfähigkeit von Reifen von gleicher Höhe dadurch verbessert werden, daß r_Q un<30 so verändert werden, daß eine konstante Höhe h beibehalten wird, während gleichzeitig der Wert von r χ cos θ erhöht wird.

Das geschieht durch Verringern des Verhältnisses _n Y_n χ sin Q_n

r_o χ cos θ_ο
wobei ^ der Formfaktor ist.

So kann bei feststehender Querschnittshöhe und bei feststehendem Reifendruck die pneumatische Steifheit dadurch erhöht werden, daß Q> verringert wird, d. h. daß die Seitenwände gestreckt werden.

Normalerweise werden bei einem Reifen mit relativ gestreckten Seitenwänden diese wieder zu einer mehr kreisförmigen Querschnitt sf ο rm zurückkehren, wenn der Seifen aufgepumpt wird und es ist deswegen nötig, den Reifenaufbau zu ändern, um das zu verhüten. Der Reifen kehrt zu der kreisförmigeren Gestalt deswegen surück, weil die erhöhte Seitenwand-Spannung die Kanten der Gürtellagenanordnung nach innen gegen die Reifenwülste hinzuziehen trachtet, während der Aufpumpdruck die Mitte der Gürtellage nach außen drückt. Dieses Bestreben des Reifens kann dadurch klein^ehalten werden, daß der Widerstand der Gürtellagenanordnung gegen Biegemomente um die Umfangsmittellinie der Gürtellagenanordnung erhöht wird.

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Das kann dadurch erreicht werden, daß über und unter den in der Gürtellagenanordnung verwendeten Lagen mit niederem Schräglaufwinkel Lagen mit hohem Schräglaufwinkel eingesetzt werden, daß die Dicke und Steifigkeit des in der Gürtel lag enanordnung verwendeten Materials erhöht wird, daß nur Lagen mit großem Winkel in der Gürtellagenanordnung verwendet werden, bis auf Streifen von Lagen mit kleinem Winkel an den Kant en der Gurteilagenanordnung oder daß irgendeine der bekannten Fertigungstechniken angewendet wird, die die Steifigkeit verstärkter Strukturen bestimmen.

Es ist gleichfalls nötig, sicherzustellen, daß die Wirkung der anfangs gestreckten Seitenwände nicht durch Streckung infolge unzureichender Zugfestigkeit der Seitenwand verlorengeht. So werden relativ undehnbare Verstärkungskorde bevorzugt.

Der "Komfort" des Reifens, oder seine Fähigkeit, die Wirkung von Unregelmäßigkeiten der Straßenfläche zu ändern, hängt in einem gewissen Ausmaß von der Spannung der Gurtellage ab. Diese wird bestimmt durch:

T = die Umfangsspannung der Gürtellage, r = der Hauptradius der Gürtellage, W = die Breite des Gürtels, Il a der Felgen- oder Wulstradius, PxW= die auf die Umfangseiheit bezogene, nach außen

drückende Kraft,

2Mx f = die auf Einheitsumfang bezogene Gesamtkraft der beiden Seitenwände, die nach innen zieht, ist.

Die Spannung der Gürtellage ist proportional zur Differenz dieser letztgenannten beiden Kräfte.

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— ψ —

So ergibt ein Erhöhen der Kraft f oder ein Vermindern von Q ein Ansteigen der Belastung, wobei jedoch die Spannung des Gürtels zur Verkleinerung neigt, was kleine, jedoch begrenzte Komfortverbesserungen ergibt.

Die Gleichung kann umgeschrieben werden in:

T , ^2ho^M , 1
PWE y _{χ B} Q .

Auf diese Weise führt eine Verminderung von Q eventuell zu Reifenbauarten, bei denen die Spannung gleich O ist, wenn

2h_oxM

WxE
ist, und mit Druckkräften, wenn

Es ist erstens nützlich, zu erkennen, daß große Werte von W, der Breite des Gürtels, zu kleinen Werten von Q_c führen, d. h. daß die mögliche Verkleinerung von Q bei Reifen viel größer ist, bei denen W im Vergleich zu 2h groß ist.

Damit wird die Möglichkeit, die Belastungsfähigkeit zu verbessern, bei Fürtelluftreifen mit niederem Querschnittsverhältnis größer·

Zweitens hat es eich herausgestellt, daß bei Werten von Q, die viel kleiner als Q₀ sind, der Gürtel unter der Kompressionsspannung zusammenfällt, sich verzieht und Buckel bildet. Nichtsdestoweniger sind naheliegende Maßnahmen zum Stützen der Gürtellage gegen diese Art von Zusammenbruch vorgesehen, und sie können benutzt werden, wenn .die verbesserten Eigenschaften die damit

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entstehenden Extrakosten gerechtfertigt erscheinen lassen.

In Figur 3a und 3b sind die tatsächlichen Formen zweier Reifen/Radanordnungen in aufgepumpten Zustand dargestellt.

Figur 3a zeigt einen üblichen Gürtelreifen mit einem Formfaktor Q =0,90. Figur 3t» zeigt einen veränderten Reifen mit der gleichen Höhe und der gleichen Gürtellagenbreite, jedoch mit nicht so stark gekrümmten Seitenwänden und mit Gürtel-Verstärkungsmaterialschichten mit besonders hohem Winkel, die unterhalb und oberhalb der gebräuchlichen Schichten, wie sie in dem Reifen nach Figur 3a verwendet werden, angebracht sind.

Der Formfaktor dieses geänderten Reifens ist Q. = 0,70. Damit wird die Verbesserung dieses Reifens:

^100%

Tatsächlich war die erzielte Verbesserung infolge von Ungenauigkeiten und nicht Linearitäten etwas geringer. Sie betrug ungefähr 24% Zunahme in pneumatischer Steifigkeit, und wegen geringerer Struktursteifigkeit, ungefähr 20% Zunahme in Gesamtsteifigkeit.

Diese Reifen wurden abwechselnd gegen die rauhe Oberfläche einer sich drehenden Walze gepreifc'.und es wurden Frequenzspektra der Vertikalbeschleunigung der Achse, gemittelt über einen Geschwindigkeitsbereich aufgezeichnet.

Figur 4 vergleicht die Ergebnisse bei diesen beiden Reifen. Es istldAar, daß über den größten Teil des Frequenzbereichs von 10 - 100 Hz der steifere Reifen eine geringere Achsenvibration erzeugte. So ergab die Reduzierung des Wertes Qn von 0,90 auf 0,70 erhöhte pneumatische Steifigkeit, reduzierte Wärmeerzeugung und leicht γverbesserten Komfort·

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Es wird Wert darauf gelegt, daß der Faktor Q. sichaif die Form des aufgepumpten Reifens bezieht und daß die meisten Reifen Q -Faktoren zeigen, die größer als die vorerwähnten sind und meistens im Bereich von 1,10 1.50 liegen, und daß sie nicht unter 0,85 gebracht werden, ohne daß neuartige Änderungen an Fornr und Akf ibau vorgenommen werden.

Da in Praxis die Reifen keine einfachen idealisierten Formen aufweisen, ist es nötig, die Bedeutung der Begriffe "Breite der Gürtellagenanordnung", "Krümmungsmittelpunkt der Biegungszone der Seitenwand" und solche Faktoren wie "h_o" und "r_ocos 9* zu definieren·

Im allgemeinen kann ite Gestalt von Reifen mit sehr großer Annäherung gezeichnet werden, indem drei Radien benutzt werden, um die Form der inneren Seitenwand (5a) zu rekonstruieren. Der Übergangsbereich 16, der ziemlich scharf abgebogen ist, besitzt einen Krümmungsradius r,., der Biegungsbereich 17 einen Krümmungsradius r₂ und der Wulstberexh 18 einen Krümmungsradius r,. Die Gürtellagenanordnung 19 zeigt üblicherweise auch eine Krümmung, diese ist jedoch ohne Bedeutung. In Figur 5a ist die Gürtelanordnung 19 gerade eingezeichnet.

Normalerweise ist die Kante 20 der Gürtelanordnung 19 von der Seitenwand durch einen Übergangsbereich 16 getrennt, der stärker als die Seitenwand I3 ist· Venn der dünnste Teil 21 der Seitenwand 13 eine Stärke "t" besitzt, ist es möglich, eine Stelle in dem Übergangsbereich 16 zu finden, an der die Stärke » "2t" ist. Eine in Axialrichtung quer zum Seitenwandabschnitt an dieser Stelle gesogene Linie schneidet die Mittellinie der Verstärkungslagen im Funkt "fr" Der erste solche Punkt, den man antrifft, wenn man sich radial nach innen längs des Abschnitts von der Gürtelkannte

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' AA*

bewegt, ist der richtige Punkt. Die effektive Breite W der Gürtellagenanordnung ist der axial» Abstand C-C quer zum Reifen zwischen diesen Punkten.

Wenn man sich radial nach innen um den Reifenabschnitt in Richtung CA bewegt, so wird ein Bereich mit im groben konstante« Radius ¹¹T₂" angetroffen. In der Praxis ist "r_p" nicht genau konstant und der kleinste Wert von "r^" ist relevant. Der zugehörige Krümmungsmittelpunkt ist D.

Mt diesen erhaltenen Werten wird bei gegebener vertikaler Mittellinie des Abschnittes bei' gegebener Vertikallinie durch C und einem angemessenen Anfangspunkt D nach Figur 5b der idealisierte Querschnitt dadurch konstruiert, daß man einen Bogen mit dem Radius R und den Mittelpunkt D¹ so zeichnet, daß die Vertikallinie durch C am Punkt C geschnitten wird. Die wichtigen Abmessungen des idealisierten Reifens sind in dieser Darstellung angegeben. Der effektive Sfcitenwandradius r ist angenähert gleich dem Wert r« und kann dadurch gefmnden werden, daß man dem Abstand der \ Verstärkungslagen-Mittellinie von der Innenfläche des Reifens zu dem Wert r_p hinzufügt. Der sich ergebende Wert r ist im allgemeinen sehr genau gleich dem Abstand CD in Figur 5a.

Figur 6 zeigt den idealisierten Querschnitt eines Reifens, der auf einer Felge sitzt, deren Breite geringer als die effektive Gürtelbreite ¹¹W" ist. Die gewählten Parameter sind genau die gleichen wie in Figur 5i Jedoch ist die effektive Höhe des Reifens von Ä^euf 2h_Q χ cos θ geändert. Das ist jedoch nur relevant, wenn die tatsächliche Größe der ladialkraft für eine gegebene Reifenverformung be· trachtet wird.

- Patentensprüche 709833/0735

Claims (2)

1. Patentansprüche

   Luftreifen mit einem im wesentlichen in seiner Gesamtbreite durch eine Gürtellagenanordnung verstärkten Laufstreifen, mit zwei gewölbten Seitenwänden, die jeweils in einem Reifenwulst enden und einer sich radial erstreckenden Verstärkungs-Karkassenlage, dadurch gekennzeichnet , daß der Heifen einen formfaktor Q-, definiert als Tangenswert des halben, von der idealisierten Seitenwandlinie in Bezug auf ihren Krümmungsmittel-

   /besitzt punkt aufgespannten Winkels, kleiner als +0,85 ·> wenn der Heifen auf den normalen Arbeitsdruck aufgepumpt ist.
2. 2. Luftreifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Querschnittsverhältnis von 30 - 75%·

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   ORIGINAL INSPECTiO