DE2821041C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen mit einer Karkasse, mit einer Lauffläche und mit der Befestigung des Reifens an einer Radfelge dienenden Wulsten.

Aus der DE-25 44 167-A1 ist ein Sicherheitsstreifen bekannt, der im luftleeren Zustand verwendet werden kann. Der Reifen ist mit der üblichen Textil- oder Matallfadenlage ausgestat­ tet, die die Karkassenlage verstärkt und sich von Wulst zu Wulst erstreckt. Zwischen der Lauffläche und dem inneren Scheitel der Reifenkarkasse liegt eine Gürtelstruktur. Die Textilfadenlage läuft durch den Reifenscheitel, um den Reifen zu verstärken. Die Kordverstärkungslage erstreckt sich vom Wulstfuß radial außen längs der Innenfläche des Reifens, ver­ läuft dann zur Außenseite der Seitenwand hin bis zur Mittel­ linie der Seitenwand und von hier längs der Außenfläche der Seitenwand. Dann nähert sich diese Fadenlage der Reifen­ schulter und von dort wieder der Innenfläche des Reifens, sie verläuft längs der Innenseite der Reifenkrone bis zum anderen Schulterteil und hier in gleicher Weise zur anderen Wulst. Die Dicke der Kautschukmasse ist folglich im Mittelbe­ reich der Seitenwände am größten. Die im Querschnitt von der Mittellinie nach oben und nach unten hin abnehmende Kautschukmasse wirkt als ein inneres Druckglied.

Der bekannte Reifen wird im platten Zustand im wesentlichen durch die verdickten Seitenwandelemente, die unter eine Druckbelastung gelangen, geschützt. Die große, sichelförmige Gestalt der Gummimasse in jeder der Seitenwände wird unter einen radialen Druck gesetzt und bildet vertikale Träger, die die querliegende Lauffläche stützen. Die vergrößerten, massiven und verdickten Gummiwände stützen den Reifen und verhindern ein Zusammenklappen auf die Felgen. Die Laufflä­ che des Reifens wird durch Querdrähte an einem Krümmen oder Verziehen gehindert.

Eine derartige Ausbildung eines Reifens ist mit mehreren Nachteilen behaftet. Ein solcher Reifen ist schwerer als ein normaler Reifen. Das Reifengewicht ist aber ein bedeutsamer Faktor in der Konstruktion eines Fahrzeugs. Ein Reifen, der schwerer ist, als ein normaler Reifen, trägt zusätzlich dyna­ mische Belastungen in das Aufhänge- und Lenkungssystem eines Fahrzeugs ein. Die meisten normalen Fahrzeuge sind für ein Fahren mit Reifen konstruiert, die dünne Seitenwände haben und weniger als ein Reifen nach der DE-25 44 167-A1. Diese Reifenkonstruktion mit dem vermehrten Gewicht bean­ sprucht und belastet das Aufhänge- und Lenkungssystem von nor­ malen Fahrzeugen oder macht zur sicheren Verwendung Abwand­ lungen an normalen Fahrzeugen erforderlich. Darüber hinaus treten Schwierigkeiten in der Herstellung eines solchen Rei­ fens auf, da er nicht mit herkömmlichen Einrichtungen und nach üblichen Verfahren gefertigt werden kann, so daß die Kosten für den Reifen ansteigen.

Aus der DE-OS 15 05 096 ist ein Fahrzeugrad, das aus einer Felge und einem Luftreifen besteht, bekannt. Was den Reifen betrifft, so handelt es sich um einen solchen mit einem Ver­ stärkungsring oder -band von beträchtlicher Steifigkeit, das zwischen die Lauffläche und Karkasse eingebettet ist. Die Karkasse selbst ist so bemessen, daß bei luftleerem Reifen durch die Karkasse die maximale Exzentrizität des Laufflä­ chenteils gegenüber der Felge begrenzt wird, so daß eine aus­ reichende Entfernung von Metallringen von der Felge an der Belastungsstelle gesichert ist. Im normal aufgepummten Zu­ stand trägt das federnde Band eine Versteifung des Reifens in dem Maß ein, daß die Radlast nicht länger vom Luftdruck­ allein abgestützt wird. In der Tat zwingt das Band den gesam­ ten Karkassen- und Laufflächenanteil des Reifens in eine zu dessen Achse exzentrische Lage. Das hat zum Ergebnis, daß die Reifenlast teils vom Innen-Luftdruck, teils von der Kar­ kasse, die mit Bezug zur Achse exzentrisch verformt wird, getragen wird.

Da das Band bei dem Reifen nach der DE-OS 15 05 096 dazu be­ nötigt wird, die Reifenkarkasse exzentrisch verformt zu halten und den Reifen zu versteifen, wenn er luftlos läuft, und weil die Karkasse so bemessen ist, daß sie das Anstoßen des Ban­ des an der Felge bei Luftverlust verhindert, macht es diese Konstruktion erforderlich, die Wulste an der Felge eindeutig festzulegen, wozu ein Klemmring benötigt wird, so daß sich die Karkasse durch die Anordnung des Klemmrings nicht von der Felge ablösen kann. Damit ist dieser Reifen nicht an Stan­ dardräder verwendbar, sondern nur an einem Rad, das eine ganz bestimmte, für den Reifen geeignete Ausbildung aufweist.

Ausgehend von dem durch die DE-25 44 167-A1 bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Reifen zu schaffen, der bei normalem Gewicht durch seine Kon­ struktion ein größtmögliches Maß an Sicherheit gegen Insta­ bilität im Fall eines Luftaustritts bei hohen Geschwindigkei­ ten für Personenkraftwagen, Lastkraftwagen mit angekuppelten Anhängern und Flugzeuge bieten, dabei aber nach herkömmlichen Verfahren und mit herkömmlichen Einrichtungen bei niedrige­ ren Kosten, als die für gleich leistungsfähige Reifen aufzu­ wenden sind, gefertigt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Reifen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Reifens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 15.

Das elastische, ringförmige Band aus hochfestem Material, das keinen Gürtel darstellt und einem solchen auch nicht gleichzusetzen ist, bildet einen bogenförmigen Druckträger zwischen den benachbarten, gespannten, speichenartigen und radialen Verstärkungsselementen, der die Belastung aufnimmt. Bei einem Plattwerden des Reifens gemäß der Erfindung wirken die innenliegenden Radialelemente und das dünne Ringband zu­ sammen, um ein flexibles, speicherartiges Rad zu bilden. Die radialen Elemente gelangen unter Zugspannung wie die Speichen eines Rades eines Fahrrades. Das elastische Ringband wider­ steht den Belastungenskräften, die bestrebt sind, das Band zu­ sammenzupressen. Dieses Zusammenwirken eines flexiblen Ban­ des, das Druckkräften zusammen mit den speicherartigen Ra­ dialelementen widersteht, erzeugt vorübergehend oder zeitwei­ se eine Art von Speicherradstütze innerhalb eines platten Luftreifens. Im Gegensatz zu dem Reifen nach dem Stand der Technik stehen die radialen Elemente in der Seitenwand unter Druck und nicht unter Zug. Insofern sind das Belastungsdia­ gramm und die Stützkonstruktion beider Reifen völlig unter­ schiedlich. Bei dem Reifen nach der DE-25 44 167-A1 verläßt man sich auf die von den komprimierten, verdickten Gummisei­ tenwänden erzeugte Abstützung. Im Gegensatz hierzu kommen bei dem erfindungsgemäßen Reifen normale Seitenwände zur An­ wendung, wobei ein Reifen von geringerem Gewicht geschaffen wird, was durch das Ringband-Kompressionselement, das mit den radialen, speichenartigen Zugspannungselementen zusammenwirkt, erreicht wird.

Wie bereits erwähnt wurde, bildet bei dem bekannten Reifen die zusätzliche Gummimasse in den abnormal dicken Seitenwän­ den eine Druckstütze, wenn der Reifen luftleer wird. Im Gegensatz hierzu kann der Reifen gemäß der Erfindung die Ge­ wichtsanforderungen von normalen Reifen erfüllen und darüber hinaus noch eine Plattlauffunktion bieten. Diese Funktion wird durch das Zusammenwirken eines eine Kompressionsbela­ stung aufnehmenden Teils und der radialen Verstärkungskorde erreicht. Wenn ein üblicher Radialreifen luftleer wird, so bieten die radialen Korde keine Stütze, der Reifen wird platt und kann in Stücke zerrissen werden, wenn das Fahrzeug nicht schnell zum Halten kommt. Der Reifen gemäß der Erfindung be­ seitigt dieses Problem, indem die radialen Korde für eine weitere Funktion genutzt werden.

Wenn der erfindungsgemäße Reifen luftleer wird, so gelangen die radialen Korde unter Zugspannung. Diese Zugspannung wird durch die Reifenkarkasse auf das die Kompressionskraft auf­ nehmende ringförmige Band übertragen. Betrachtet man den obe­ ren Teil des Reifens, d. h. denjenigen Teil, der diametral dem ebenen oder auf der Straße aufliegenden Teil im Betrieb gegenüberliegt, so unterliegt und widersteht dieses Band einer Kompressionsbelastung, und es ist elastisch, so daß es sich um ein geringes Maß verformt. Die radialen Korde lie­ gen derart, daß die Verformung des Bandes bewirkt, daß die Korde unter Zugspannung gelangen. Die gespannten Korde er­ strecken sich von einer Seitenwand über die Krone (Laufflä­ che) hinweg zur anderen Seitenwand. Folglich stehen die Korde in den Seitenwänden unter Zugspannung und wirken somit wie die Speichen eines Rades eines Fahrrades.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen für einen erfindungsgemäßen Reifen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines auf einer Felge montierten erfindungsgemäßen Reifens in einer ersten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Anordnung mit dem Reifen und der Felge nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm der Achsenhöhe als Funktion des Auf­ pumpdrucks eines erfindungsgemäßen Reifens;

Fig. 4 einen zu Fig. 1 gleichartigen Schnitt eines erfin­ dungsgemäßen Reifens in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 5, 6 und 7 Schnittdarstellungen einer dritten bis fünf­ ten Ausführungsform von erfindungsgemäßen Reifen;

Fig. 8 einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Bandes als Reifen-Druckelement;

Fig. 9 eine weitere Schnittdarstellung eines erfindungsge­ mäßen Reifens in einer sechsten Ausführungsform;

Fig. 10 und 11 Schnittdarstellungen des ringförmigen Bandes des Reifens von Fig. 9 in bestimmten Betriebszu­ ständen;

Fig. 12 einen zu Fig. 1 und 4 gleichartigen Schnitt eines auf einer Felge montierten erfindungsgemäßen Rei­ fens in einer siebenten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 ist der Reifen 10 auf ein Rad 12 mit einer Tief­ bettfelge 14 montiert, wobei die Felge mit einem Radkörper 16 verschweißt ist. Auf dem Rad kann eine Radkappe 19 (Fig. 2) sitzen. Der Reifen 10 umfaßt eine Karkasse 20 mit einer äuße­ ren Lauffläche 22 im Kronenbereich und mit Seitenwänden 24, die sich auf beide Seiten von der Krone zu Wulsten 26 am Innenumfang der Seitenwände erstrecken. Die Lauffläche 22 kann Profilrillen und -rippen 23 enthalten oder sie kann mit Stollen zur Verbesserung der Reifentraktion oder zur Erzie­ lung anderer bekannter Vorteile versehen sein. Die Wulste 26, die in bekannter Weise mit ringförmigen Drähten 28 ver­ stärkt sein können, sind so gestaltet, daß sie luftdicht an der Felge 14 anliegen, wenn der Reifen an der Felge angebracht ist. Die Seitenwände 24 der Karkasse sind durch die üblichen schußfadenlosen Radialelemente 30 verstärkt, die einen zwei­ lagigen Textilaufbau besitzen können. Wie bekannt ist, kön­ nen die Lagen aus Rayon-, Nylon-, Polyester- oder ähnlichen Fäden bestehen oder unter Verwendung von Stahldrähten gefer­ tigt sein. Eine weitere Verstärkung des Reifens kann in sei­ ner Krone durch den üblichen ringförmigen Gürtel oder durch mehrer Gürtel 32 (Fig. 5) vorgesehen sein, wobei diese aus Lagen geeigneter Textilfäden oder Stahldrähten bestehen kön­ nen. Die bei der Herstellung der radialen Elemente 30 verwen­ dete Materialien können auch für die Gürtel 32 verwendet werden. Korde aus Glasfasern oder aus Kevlar (einem Aramid der Firma Dupont) sind gleichfalls zur Verwendung geeignet. Der auf der Felge montierte Reifen 10 kann durch ein Felgen­ ventil im Rad aufgepummt werden. Eine gute Leistung im Be­ trieb in freiem Gelände und unter anderen Betriebsbedingungen ist mit teilweise oder vollständig drucklosem Reifen erreich­ bar. Die beste Leistung bei anderen Betriebsbedingungen kann den vollen Aufpumpdruck erforderlich machen.

Im Kronenbereich des Reifens 10 unterhalb seiner Lauffläche 22 befindet sich ein ringförmiges Band 24 als Druckelement oder -band, das in die Karkasse 20 eingegliedert oder innig mit dieser verbunden ist. Das Band 34 kann aus einem massiven Streifen eines hochfesten Matalls oder einer Legierung oder aus einem hochfesten Verbundmaterial bestehen, das beispiels­ weise durch Graphit oder Kevlar verstärkt ist. In diesem Zu­ sammenhang bedeutet der Ausdruck "hochfest" Materialien mit einer Zugfestigkeit im Bereich von 100 000 N/cm² und darüber. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, kann das Band 34 einen gekrümm­ ten Querschnitt besitzen, wobei die konvexe Krümmungsseite radial nach außen gerichtet ist. Eine Krümmung von etwa 4,8 mm bei einer Breite von 152 mm hat sich im Betrieb als zufriedenstellend erwiesen.

Bei dem Reifen trägt die Stabilisierung des ringförmigen Druckbandes 34 durch die Radialelemente 30 in hohem Maß zu den im Betrieb erzielten optimalen Ergebnis­ sen bei. Verschiedene Baumaterialien können für die Radial­ elemente und das Band benutzt werden; in bezug auf den Aufbau des erfindungsgemäßen Reifens hat sich die Verwendung von Auslegungsparametern als besonders erfolgreich erwiesen, die der Beziehung

genügen. Hierin sind:

M im Bereich von 10 bis 100;
r = der Außenradius des unverformten Reifens;
K _s = das radiale Federkonstanten-Äquivalent der drucklosen Seitenwand in kg/cm;
E _b = der Elastizitätsmodul des ringförmigen Bandes;
I _b = das Trägheitsmoment dieses Bandes; und
C _b = der Umfang des Bandes.

Das Produkt aus Elastizitätsmodul und Trägheitsmoment des Bandquerschnitts sollte nahezu konstant bleiben. Erhöhte Werte (bis zu 50%) haben gute Ergebnisse erzielt bei Materi­ alien mit einem niedrigen Elastizitätsmodul (3-5 × 10⁶). Die Werte für K _s liegen typischerweise im Bereich von 350 N/cm bis 1050 N/cm.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die niedrigeren Werte des Aus­ drucks

zu einer kleineren Änderung im Bodenaufstand beitragen und ein steifes Versteifungsband ergeben, wodurch ein "federna­ benartiges" Verhalten erzielt wird. Bei höheren Werten der Konstanten erhöht sich der Bodenkontakt und das Band über­ nimmt einen größeren Anteil der Last. Es ist klar, daß bei höheren Werten der Konstanten das Band höheren Biegespannun­ gen unterliegt. Vorspannverfahren, um die nicht unter Druck stehenden Seitenwandelemente in Spannung zu versetzen, er­ geben ein Anwachsen des Wertes K _s und vermindern einen Anteil der Erfindung. Änderungen in der Dicke des Bandes ändern die Größe der Bodenaufstandsfläche und anderer Eigenschaften des Reifens. In Fig. 3 ist als Beispiel die Achsenhöhe als Funktion des Reifenaufpumpdrucks gezweigt, und zwar für einen Standard-GR-15-Radialreifen mit 2-ply-Polyester-Radialkord­ verstärkungselementen, an einem üblichen Personenkraftwagen mit einem Gewicht von 1540 kg. Der Reifen ist mit einem Ver­ stärkungsband von 1,5 mm (.060 Gauge) Stärke aus auf etwa 124 000 N/cm² wärmebehandeltem Stahl vom Typ 4130 versehen. Während der Testläufe des Fahrzeugs mit nicht-aufgepumpten Reifen schien die innere Wulsthaftung an der Felge zufrieden­ stellend zu sein, die nur mit der Vorspannung infolge der Felgengeometrie und des anfänglichen Aufpumpdrucks beim Mon­ tieren des Reifens an der Felge erzielt wurde. Zusätzliche Techniken zur Sicherstellung einer guten Wulstbefestigung sind dem Fachmann bekannt und umfassen mechanische Mittel, haftende Elemente u. dgl., um die Adhäsion zwischen Radfelge und Reifenwulst zu erhöhen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das ringförmige Ver­ stärkungsband 34 im Kronenbereich der Karkasse, und zwar un­ terhalb der Lauffläche, angebracht. Das Ringband kann jedoch auch an anderer Stelle des Reifens angeordnet sein, wie bei­ spielsweise an der Karkasseninnenseite (Fig. 4). Gemäß Fig. 4 umfaßt der Reifen 10 A eine Karkasse 20 mit einer Lauffläche 22 und sich von dort zu den Wulsten 26 erstreckenden Seiten­ wände 24. Das Rad 12, für das der Reifen 10 A bestimmt ist, weist den üblichen Radkörper 16 auf, an dem eine Tiefbett­ felge 14 angeschweißt ist. Radiale Verstärkungskorde oder -drähte 30 A erstrecken sich von einer Reifenwulst über die Krone zur Reifenwulst an der gegenüberliegenden Seite. Bei dieser Ausführungsform ist das ringförmige Band 34 A mit der Innenfläche der Karkasse innig verbunden oder verklebt, und zwar in dem Bereich des Reifens, der radial innerhalb der Lauffläche 22 liegt.

Das Band 34 A kann aus einer Länge eines 4130-Hochfest-Stahl­ bandes mit Dicken im Bereich von 1,5 bis 2,0 mm gefertigt sein, wobei die Enden stoßend miteinander verschweißt sind; es kann aber auch aus irgendeinem anderen geeigneten hochfe­ sten Material mit angemessener Dicke und Breite hergestellt sein. Beispielsweise kann man ein Druckelement 34 A aus einem massiven Ringband fertigen, das aus zusammengesetzten Materi­ alien mit Fasern oder Fäden aus hochfestem Material, wie Graphit, Glas, Kevlar u.dgl., besteht, die in eine Harzmatrix eingebettet sind. Die Herstellung solcher zusammengesetzter Ringbänder kann unter Einsatz von Fadenwicklertechniken vor sich gehen, bei denen beispielsweise ein Kevlarfaden auf einen länglichen Dorn gewickelt wird, dessen Außendurchmesser annä­ hernd dem Innendurchmesser des fertigen Bandes entspricht. Der kontinuierliche Faden wird mit dem allgemein aus einem Epoxidharz bestehenden Matrixmaterial getränkt und auf den Dorn gewickelt. Nach dem Aushärten werden Ringe oder Bänder der erforderlichen Breite von dem länglichen, fertiggestell­ ten Band abgetrennt. Derartige Fadenwickeltechniken und Ver­ bundwerkstoffe, bei denen Fäden aus hochfestem Material in einer Harzmatrix eingebettet sind, sind in der einschlägigen Technik bekannt und werden deshalb hier nicht näher erläutert.

Im allgemeinen bildet die Breite des zur Verstärkung des Reifens benutzten Bandes keine kritische Größe, und sie kann im wesentlichen der Breite der Stahldraht­ gürtel entsprechen, die üblicherweise im Radialreifen mit Stahlgürteln Verwendung finden. Die Breite des Bandes wird durch die Breite der Reifenschulter bestimmt. Erfindungsgemäß wird ein Band bevorzugt, das etwa 19 mm auf jeder Seite von der Schulter nach innen hin liegt, wenn ein normaler Perso­ nenkraftwagenreifen verwendet wird. Da ein an der Schulter breiterer Reifen bei bestimmter Reifenabmessung die Ver­ wendung eines dünneren Bandes erlaubt, ist erkennbar, daß ein Niederprofilreifen ein verbessertes Verhalten im Betrieb ergibt.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 4 erstreckten sich die radialen Verstärkungselemente wie üblich vom einen Reifen­ wulst quer über den Kronenbereich zur gegenüberliegenden Wulst. Es ist jedoch klar, daß die Radialelemente auch so gestaltet sein können, daß sie nur über einen Teil der Strecke von Wulst zu Wulst verlaufen, beispielsweise von der Wulst zu einem im Kronenbereich der Karkasse gelegenen Punkt. Zusätzlich kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, das radiale Ele­ ment 30 C des Reifens 10 C sich von einer (nicht gezeigten) Wulst und der Seitenwand 24 des Reifens 10 C zum Kronenbereich der Karkasse erstrecken und von dort über die Außenflächen 40 des ringförmigen Verstärkungsbandes 34 C zur anderen Sei­ tenwand und der dort gelegenen Wulst verlaufen. Ein eigener Verbindungsschritt kann in den Reifenherstellerprozeß aufgenom­ men werden, um, wenn erforderlich, die über das Verstärkungs­ band hinweg laufende Radialelement 30 C mit dessen Oberflä­ che 40 zu verkleben.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Hierbei ist eine Schicht oder Lage 42 aus einem Material, wie z. B. Glasfaser, unter Benutzung bekann­ ter Verfahren mit der Außenfläche 44 des Verstärkungsbandes 34 D der Karkasse 20 des Reifens 10 D innig verbunden. Der Rand­ abschnitt 46 der Lage 42, der sich über die Kanten des Bandes 34 D hinaus erstreckt, kann an der Stelle 48 mit der Außenflä­ che 50 der radialen Elemente 30 D verbunden oder verklebt werden.

Die zur Stabilisierung des Ringbandes verwendeten radialen Verstärkungselemente können auch auf andere Weise als aus Lagen von Radialkorden oder -drähten unter der Voraussetzung aufgebaut sein, daß die Elemente die erforderliche Radialver­ stärkung erbringen und ein hohes Maß von Flexibilität in Scherrichtung in bezug zueinander besitzen. Ein solcher Auf­ bau ist in der gegossenen Reifenausführung 10 B (Fig. 7) ver­ wirklicht; dieser gegossene Reifen besitzt die übliche Karkas­ se 20 mit einer Lauffläche 22, Seitenwänden 24 und Wulsten 26. Bei der Gußreifenausführung gemäß der Erfindung wird eine Struktur von radialen Elementen 30 B mit erhabenen Rippen oder Stegen 36 und Kehlen 38 zwischen diesen Rippen in die Seitenwände 24 eingegossen. Es ist klar, daß auch (nicht ge­ zeigte) Radialrippen an den Innenflächen der Seitenwände des Reifens 10 B zusätzlich zu den Rippen 36 an den Außenflächen oder statt dieser Rippen ausgebildet werden können. Bei die­ ser Ausführungsform ist das ringförmige Druckelement 34 B mit der Innenfläche der Karkasse in dem radial innerhalb der Lauf­ fläche 22 liegenden Bereich des Reifens verbunden oder ver­ klebt.

Das in den Reifen eingegliederte Druckele­ ment kann nicht nur aus verschiedenen hochfesten Materialien aufgebaut sein, sondern auch eine andere Gestalt als den ge­ bogenen Querschnitt nach Fig. 1 und 4 aufweisen. Das Druck­ element kann beispielsweise ein einfaches flaches Band 34 D nach Fig. 6 sein, es kann einen Querschnitt mit veränderli­ cher Stärke haben oder kann, wie im Querschnitt in Fig. 8 dar­ gestellt ist, ein gewelltes Band 34 E sein; es kann auch noch andere Formen besitzen. Zusätzlich kann, statt das Band durch Stoßschweißen der Enden eines Streifens von angemesse­ ner Länge herzustellen, ein Streifen aus dünnflächigem Ma­ terial schraubenförmig gewunden und in geeigneter Weise mit einander verbunden sein, um ein laminares Band der erforder­ lichen Größe zu erhalten.

Die in den Reifen nach Fig. 1 bis 8 enthal­ tenen Druckelemente sind aus einem massiven, homogenen Ring­ band aus hochfestem Material gebildet. Eine weitere Konstruk­ tion des ringförmigen Druckelements besteht darin, daß min­ destens zwei konzentrische Ringbänder zwischen sich eine Schicht aus elastischem oder nachgiebigem Material enthal­ ten wie für die Reifen 10 F von Fig. 9 dargestellt ist. Der Reifen 10 F ist im wesentlichen gleichartig wie der Reifen in Fig. 1 aufgebaut und besitzt eine gleichartige Karkasse 20 mit der Lauffläche 22, den Seitenwänden 24, den radialen Elementen 30 usw.; das Druckelement 34 F besteht jedoch aus einem äußeren, massiven Ringband 34 F 1 und einem inneren, radial einwärts von diesem gelegenen massiven Ringband 34 F 2. Zwischen den beiden Ringbändern und verbunden mit den einander zugewandten Flächen dieser Bänder befindet sich die Lage 52 aus elastischem Material. Dieses Material kann irgendein geeignetes, bekanntes Elastomer umfassen; es kann aus dem in der Reifenkarkasse selbst verwendeten Gummi hergestellt sein. Die Ringbänder selbst können aus irgendeinem hochfesten Mate­ rial mit den aufzunehmenden Belastungen angemessenen Stärken und Breiten gefertigt sein. Wie bereits festgestellt wurde, hängt die Breite im allgemeinen von der Schulterbreite des Reifens selbst ab. Die Stärke wird dann durch die erforderli­ che Festigkeit u. dgl. festgelegt und liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 2,4 mm.

Bei Betrieb des Reifens 10 F im aufgepumpten Zustand laufen dieser und das darin enthaltene Druckelement 34 F mit im we­ sentlichen kleinen Abweichungen von der konzentrischen Kreis­ form, und der Reifen benimmt sich mehr oder weniger als ob kein Druckelement vorhanden wäre. Bei im wesentlichen einer Kreisform des Reifens sind die äußeren und inneren Bänder 34 F 1 bzw. 34 F 2 und die dazwischenliegende elastomere Schicht 52 des Druckelements in relativ unverformtem Zustand, und die Bänder verhalten sich wie individuelle Biegeelemente. Wenn der Reifen jedoch einen niederen Druck oder einen druck­ losen Zustand aufweist, ergibt sich eine merkliche Abweichung von der Kreisform, wenn sich der Reifen bei Berührung der Straße oder Bodenfläche unter Druck verformt. Diese Abwei­ chung von der ursprünglichen Kreisform bedingt eine Relativ­ bewegung zwischen dem äußeren und inneren Band, der die elastomere Schicht 52 einen Widerstand entgegensetzt (Linie 53 in Fig. 10 und 11). Dadurch wird ein Spannungszustand er­ zeugt, so daß sich die Bänder wie Deckelemente eines Ver­ bundträgers verhalten und dadurch das Druckelement 34 F ver­ steifen. Es ist einzusehen, daß diese Versteifung des Druck­ elements bei einem Unterdruckzustand oder vollständig druck­ losen Zustand des Reifens dazu dient, den von dem Druckele­ ment übernommenen Lastanteil zu erhöhen, und dieser Betrag erlaubt einen Betrieb des Reifens in diesem Zustand ohne schädliche Auswirkungen.

Eine alternative Anordnung des aus mehreren Bändern bestehen­ den Druckelements ist bei dem Reifen 10 G in Fig. 12 darge­ stellt. Dieser Reifen 10 G ist gleichartig wie der Reifen 10 von Fig. 1 aufgebaut, jedoch enthält der Reifen 10 G nicht nur ein Ringband 34 G 1, das dem Band 34 des Reifens 10 ent­ spricht, sondern es ist noch ein weiteres Ringband 34 G 2 mit dem Innenunfang der Karkasse 20 innig verbunden. Im Betrieb ist das Verhalten der Ringbänder 34 G 1 und 34 G 2 sowie des Kar­ kassenabschnitts 54 zwischen diesen Bändern gleichwertig dem des Druckelements 34 F des Reifens 10 F in Fig. 9 bis 11. Es sei darauf hingewiesen, daß das innere Band 34 G 2 etwas schma­ ler als das äußere Band 34 G 1 ist; das innere Band kann jedoch auch die gleiche Breite oder sogar eine größere Breite als das äußere Band aufweisen, wenn es aus Auslegungsgründen erforderlich ist.

Der Reifen weist für Reifen dieser Art und Klasse einzigartige Eigenschaften auf. Bei üblichen "Notlauf"- Reifen (d. h. Reifen, die in drucklosem Zustand betrieben wer­ den können) erhöht sich die "Federkonstante" des Reifens, wenn dieser drucklos wird, wodurch sich eine zunehmende Fahr­ härte ergibt und mögliche Handlingprobleme auftreten. Bei dem erfindungsgemäßen Reifen erniedrigt sich dessen "Feder­ konstante", wenn der Innendruck des Reifens nachläßt. Bei­ spielsweise erhöht sich bei einem üblichen Notlaufreifen bei Druckverlust die Federrate auf einen Wert im Bereich von 455 N/mm; wenn ein erfindungsgemäßer Reifen drucklos wird, ermäßigt sich seine Federkonstante auf etwa 96 N/mm. Die Fe­ derkonstante bei normalem Aufpumpdruck liegt im Bereich von 175 bis 210 N/mm.

Die Erfindung offenbart einen aus elastischem Material ge­ fertigten Luftreifen, der durch ein radial stabilisiertes Druckelement so verstärkt ist, daß das damit ausgerüstete Fahrzeug sicher in der dem Normalzustand entsprechenden Weise ohne Rücksicht auf den Druckzustand des Reifens betrieben werden kann. Das Druckelement kann ein massives, flexibles Band aus hochfestem Metall oder Kunststoff sein oder kann einen Schichtaufbau umfassen, bei dem mindestens zwei kon­ zentrische Metallbänder mit zwischenliegendem elastischen Schichtmaterial vorhanden sind. Das Druckelement wird durch Radialelement stabilisiert, beispielsweise durch Lagen, die radiale Korde oder radiale Drähte umfassen. Die radialen Ele­ mente besitzen Scherfreiheit mit bezug zueinander und tragen zur Lastaufnahme von radialen Belastungen bei, die auf das Druckelement und den Reifen einwirken, so daß sie das Druck­ element sowie den Reifen verstärken und stabilisieren. Alter­ nativ können die radialen Stabilisierungsglieder radial ge­ richtete rippenartige Elemente sein, die in die Seitenwand des Reifens integriert durch Gießen oder Formen ausgebildet sind. Das radial stabilisierte Band benimmt sich wie ein schmiegsames, zugfähiges Element, wenn der Reifen im aufge­ pumpten Zustand betrieben wird, und wirkt als stabilisiertes, strukturelles Druckelement bei drucklosem Betrieb.

Dieser Reifen ist im tatsächlichen Einsatz an einem Fahrzeug erprobt worden. Dieser Reifen besaß eine Karkasse eines GR 78-15 Radialreifens mit einem im Kronenbe­ reich der Karkasse unterhalb der Lauffläche haftend angeord­ neten massiven Band aus Stahl der Sorte 4130, das auf 124 000 N/m² wärmebehandelt war, eine Breite von 111,8 mm und eine Dicke oder Stärke von 1,65 mm hatte. Bei diesem Reifen waren die radialen Verstärkungselemente in der Seitenwand zwei Lagen von radialen Polyesterkorden. Zwei Stahldrahtlagen wurden zur Verstärkung der Lauffläche benutzt. Die Anfangs­ erprobung wurden mit einem am linken Hinterrad eines Per­ sonenkraftwagens mit einem Gewicht von 1540 kg montierten Reifen durchgeführt. Eine Reihe von Testläufen wurde mit Höchstgeschwindigkeiten im Bereich von 72 bis 80 km/h und mit Reifendrücken von 1,72 bar, 0,86 bar und 0 bar durchge­ führt. Eine Bewertung der Auswirkung einer Seitenbelastung auf den Reifen im drucklosen Zustand wurde dadurch erhalten, daß das Fahrzeug in relativ enge S-Kurven mit einer Geschwin­ digkeit von etwa 65 km/h gelenkt wurde. Es ergab sich keine erkennbare Verschlechterung bei der Beschleunigung oder beim Abbremsen oder in den Handlingeigenschaften des Fahrzeugs bei irgendeinem Testlauf. Auch ein schädliches strukturelles oder dynamisches Verhalten wurde nicht erkennbar, selbst dann nicht, wenn willkürlich verteilte Klötze mit den Aus­ maßen 50×100 mm überfahren wurden. Ein Seitenführungskoeffi­ zient, der den eines üblichen Radialluftreifens um 50 bis 100% übertraf, ist Zeugnis für die hohe Lenk- oder Steuer­ wirkung des Reifens.

Claims (15)

1. Luftreifen mit einer Karkasse,

• - mit einer Lauffläche,
• - mit Wulsten und
• - mit einem radial innerhalb der Lauffläche (22) angeord­ neten, ringförmigen Band (34, 34 A-34 G) aus hochfestem Material mit einer Zugfestigkeit von <100 000 N/cm², mit einer etwa der Laufflächenbreite entsprechenden Breite und mit einer Stärke von 0,369 bis 2,38 mm und
• - mit einer Vielzahl von eng beabstandeten, radial sich erstreckenden, speicherartigen Verstärkungselementen (30, 30 A-30 D), die in den Seitenwänden (24) des Rei­ fens angeordnet und mit den Wulsten (26) verbunden sind, wobei die Verstärkungselemente (30, 30 A-30 D) wenig­ stens teilweise mit dem ringförmigen Band (34) durch die Karkasse (20) verbunden sind.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslegungsparameter für den Aufbau des Reifens in der Beziehung stehen, worin ist:
M = 10-100,
r = der Außenradius des unbelasteten Reifens,
K _s = das radiale Federkonstanten-Äquivalent der Seiten­ wand bei nicht unter Druck stehenden Reifen in kg/cm,
E _b = der Elastizitätsmodul des ringförmigen Bandes;
I _b = das Trägheitsmoment des ringförmigen Bandes;
C _b = der Umfang des ringförmigen Bandes.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfeste Material des ringförmigen Bandes (34, 34 A-34 G) ein Metall ist.

4. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das ringförmige Band (34 A) aus einem Ver­ bundmaterial besteht.

5. Luftreifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial eine Harzmatrix umfaßt, in die Fasern aus hochfestem Material eingebettet sind.

6. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Band (34 F) aus wenig­ stens zwei konzentrischen Streifen (34 F 1, 34 F 2) aus hoch­ festem Material, zwischen denen eine mit beiden Streifen verbundene Schicht (52) aus Elastomermaterial vorhanden ist, besteht.

7. Luftreifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (52) aus Elastomermaterial ein Teil der Kar­ kasse (20) ist.

8. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Verstärkungselemente mindestens eine Lage von radialen Textilkorden umfassen.

9. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Verstärkungselemente mindestens eine Lage von radialen Metalldrähten umfassen.

10. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Verstärkungselemente wenigstens an den Außenflächen der beiden Seitenwände (24) einstückig mit diesen ausgestaltete Rippen (36) sind.

11. Luftreifen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß radiale Rippen an den Innenflächen der beiden Seitenwände ausgebildet sind.

12. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Band (34 A, 34 C) ra­ dial innerhalb der radialen Verstärkungselemente angeord­ net ist.

13. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Band (34, 34 F, 34 G 1) radial außerhalb der radialen Verstärkungselemente ange­ ordnet ist.

14. Luftreifen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Band (34 A, 34 G 2) mit der Innefläche der Reifenkarkasse verbunden ist.

15. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Federrate des Reifens bei norma­ lem Aufpumpen im Bereich von 690-830 N/cm² und bei einem Aufpumpdruck Null im Bereich von etwa 380 N/m² liegt.