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Gürtelabdeckung für Luftreifen
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Die Erfindung betrifft eine zumindest über den Schulterbereichen vorgesehene
Gürtelabdeckung für Luftreifen.
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Bei Stahl-Gürtelreifen werden im allgemeinen Gürtelabdeckungen über
dem 'Stahlgürtel" vorgesehen, um die Schnellauftüchtigkeit zu verbessern.
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Eine solche Gürtelabdeckung wird im allgemeinen durch eine oder mehrere
Kordlagen gebildet, die vorzugsweise in Umfangsrichtung, also in einem Winkel von
00 zur Umfangsrichtung, verlaufen. Diese Kordlagen können aus Polyamid, Polyester
oder einem anderen Textil- oder auch Stahlkord-Material bestehen.
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Der sogenannte §'Stahlgürtel" als eigentlich tragende Schicht besteht
im allgemeinen aus mindestens zwei Lagen Stahlkord oder auch einem anderen Verstärkungsmaterial
genügender Festigkeit, das in einem Winkel von ca. 150 bis 300 zur Umfangsrichtung
angeordnet ist.
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Eine solche Gürtelabdeckung kann bei verschiedenen Gürtelkonstruktionen
verwendet werden, wie bispielsweise auch für gefaltete Gürtel aus Stahl-, Textil
- oder Verbundkonstruktionen, beispielsweise Stahl und Aramid.
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Solche Gürtelabdeckungen können in zwei Ausführungsformen verwendet
werden, nämlich einmal als getrennte, nur über den Schulterbereichen vorgesehene
Streifen sowie als geschlosse-
ne Lage, die sowohl die Schulterbereiche
als auch den Laufflächenbereich bedeckt.
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Aus Gründen der Materialersparnis und damit aus Kostengründen werden
zwei getrennte Streifen nur über den Schulterbereichen bevorzugt; diese-Materialersparnis
muß jedoch mit höherem Fertigungsaufwand für die Aufbringung der beiden getrennten
Streifen erkauft werden.
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Solche Gürtelabd'eckungen bringen zwar eine Verbesserung der Sicherheit
von Hochgeschwindigkeits-Reifen im Schulterbereich, haben jedoch gleichzeitig einen
negativen Einfluß auf die Reifengleichförmigkeit, die abgekürzt häufig auch als
TU (Tyre-Uniformity) bezeichnet wird. Abweichungen in der Reifengleichförmigkeit
machen sich z. B. in - Rundlaufabweichungen bemerkbar, die in Verbindung mit den
Eigenschaften des Fahrwerks des Fahrzeugs zu Schwingungen führen, die wiederum das
Fahrverhalten ungünstig beeinflussen.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gürtelabdeckung
der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht
auftreten.
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Insbesondere soll eine Gürtelabdeckung vorgeschlagen werden, durch
die sich das Schwingungsverhalten eines solchen Luftreifens beeinflussen läßt.
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Dies wird erfindungsgemäß durch zumindest eine Lage mit mehr als einer
Stoßstelle erreicht.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgenden Uberlegungen:
Die aus technologischen Gründen meist überlappt ausgebildeten Stoßstellen der Legen
der Gürtelabdeckung sind Unstetigkeitsstellen und damit Schwingungserreger.
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Wirdnun eine Lage mit zumindest zwei StoßsteIlen versehen, d.h., besteht
eine Lage aus zumindest zwei voneinander getrennten
Stücken, so
erhöht sich die auf die Gürtelabdeckung zurückzuführende Störfrequenz, so daß sich
die Verhältnisse am Fahrzeug in jedem Fall verbessern. Denn bei einer Erhöhung der
Störfrequenzen wird das Zusammenfallen von Erregerfrequenz des Rades und kritscher
Eigenfrequenz der Radaufhängung in harmlosere Geschwindigkeitsbereiche verlagert.
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Treten also beispielsweise bei einer herkömmlichen Ausführungsform
der Gürtelabdeckung die Resonanzschwingungen des Systems "Luftreifen/Rad/Fahrzeug"
beispielsweise in einem Geschwindigkeitsbereich von etwa 90 km/h auf, so können
diese Resonanzschwingungen durch die Verwendung von Lagen mit mehreren Stoßstellen
beispielsweise zu etwa 60 km/h verlagert werden, also in einen Geschwindigkeitsbereich,
bei dem sich etwaige Reaktionen der Lenkung weniger stark bemerkbar machen.
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Ein mit solchen Luftreifen ausgerüstetes Fahrzeug zeigt also insbesondere
bei hohen Geschwindigkeiten ein wesentlich besseres Fahrverhalten.
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Als Material für die Lage können die üblichen Stoffe, insbesondere
Nylon-Kord, verwendet werden.
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Zweckmäßigerweise verläuft die Lage im wesentlichen in Umfangsrichtung,
d.h., in einem Winkel von 0 bis 20 zur Umfangsfläche.
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Obwohl im Prinzip auch zwei oder mehr Lagen übereinander angeordnet
werden können, wird im allgemeinen aus ökonomischen und fertigungstechnischen Gründen
nur eine einzige Lage verwendet.
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Diese Lage kann entweder die Schulterbereiche und den Laufflächenbereich
überdecken oder durch zwei nur über den Schulterbereichen vorgesehene Streifen gebildet
werden.
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Aus fertigungstechnischen Gründen überlappen die Stöße einander, wobei
bei den bisher verwendeten Ausführungsforien die Stoßkanten im allgemeinen senkrecht
zur Umfangsrichtung des Luftreifens verlaufen. Diese fertigungstechnisch einfachere
Ausführungsform hat jedoch den Nachteil, daß der Uebergang von der Einfachlage zur
Doppellage im Stoßbereich relativ abrupt erfolgt, wodurch sich die Ungleichförmigkeit
des Luftreifens noch weiter verstärkt.
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Es wird deshalb vorgeschlagen, schräg geschnittene Stoßkanten zu verwenden,
wobei die Stoßkante in einem Winkel von 30 bis 400 zur Umfangsrichtung des Reifens
verlaufen sollte.
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Zwar ist bei dieser Ausführungsform der fertigungstechnische Aufwand
höher, da die Stoßkanten vorher geschnitten und bei der Herstellung des Luftreifens
exakt übereinander gelegt werden müssen; bei schräg geschnittenen Stoßkanten ergibt
sich jedoch ein allmählicher Uebergang von dem - Lagenbereich zum Stoßbereich, so
daß die Gleichförmigkeit des Luftreifens nicht so stark beeinflußt wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden, schenatischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines idealen Reifens, bzw.
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eine Seitenansicht eines birnenförmig verzerrten Reifens, Fig. 2
eine für eine Gürtelabdeckung üblicherweise verwendete , überlappte Stoßstelle,
Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung der auftretenden Kräfte, Fig. 4 ein Diagramm,
in-dem die auftretenden Spannungen in Abhängigkeit.vom Umfangswinkel dargestellt
sind, und
Fig. 5 eine -Seitenansicht einer Ausführungsform einer
Gürtelabdeckung nach der vorliegenden Erfindung.
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Ein Luftreifen sollte im Idealfall in der Seitenansicht Kreisform
haben. Diese Form ist in Fig. 1 durch die durchgezogene Linie dargestellt.
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Eine Analyse von Luftreifen mit Gürtelabdeckungen zumindest über
den Schulterbereichen hat jedoch ergeben, daß diese Luftreifen etwa "birnenförmig"
verzerrt sind. Diese Form ist - etwas übertrieben - in Fig 1 durch die gestrichelte
Linie angedeutet.
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Diese "birnenförmige" Verzerrung dürfte auf folgende Ursachen zurückzuführen
sein: Eine herkömmliche Gürtelabdeckung wird durch mindestens eine, in Umfangsrichtung
über den Gürtel verlaufende Lage 1 gebildet, deren Endbereiche1a bzw. ib sich an
einer Stoßstelle 2 überlappen, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
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An dieser Stoßstelle 2 kann die maximale Kraft Fo übertragen werden,
die einerseits von der Länge der Uberlappung und andererseits von der Klebkraft
der Verbindung zwischen den beiden Endbereichen la und ib abhängt. Dabei sind weniger
die Festigkeit im fertigen Reifen, sondern vielmehr die Vorgänge bei der Reifenfertigung,
insbesondere bei der Vulkanisationspresse, entscheidend.
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In einigem Abstand von der Stoßstelle 2 können größere Kräfte als
Fo auftreten, und zwar entsprechend der Seilreibungsgleichung in Abhängigkeit von
dem Umfangswinkel a die Kraft F « Fo -
Dabei wird angenommen, daß
der Winkel a an der Stoßstelle u = 0 ist und entgegen der Richtung des Uhrzeigersinns
zunimmt, wie in Fig. 3 angedeutet ist.
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An dem der Stoßstelle gegenüberliegenden Punkt des Reifens hat der
Winkel a den Wert a = 1800 = K , so daß an diesem Punkt die maximale Kraft Fmax
= F0 e möglich ist, wie man ebenfalls Fig. 3 entnehmen kann.
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Eine Abwicklung der Gürtelabdeckung von a = 0° bis a = 1800 zeigt
den in Fig. 4 dargestellten Kraftverlauf in der Gürtelabdeckung. Es läßt sich erkennen,
daß die Kraft von F0 an der Stoßstelle, also a = 0, bis zu einem Maximum FO e Cln
beim Winkel a = 180 ansteigt, so daß die Differenz zwischen der größten und der
kleinsten Kraft # F1 ist.
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Die Spannungen Fo an der Stoßstelle bzw. Fa beim bestimmten Umfangswinkel
a rühren von Kräften in der Gürtelabdeckung her, die teilweise durch den Herstellungsprozeß,
insbesondere durch die Erwärmung bzw. Abkühlung und die Druckkräfte, teilweise durch
die Schrumpfkräfte des verwendeten Kordstbedingt sind; diese Spannungen lassen sich
durch verschiedene konstruktive und verfahrenstechnische Maßnahmen zwar verringern,
jedoch nie ganz vermeiden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Schwingungssystem "Luftreifen/Rad/Fahrwerk"
dadurch beeinflußt, daß die Gürtelabdeckung durch eine einzige Lage 10 gebildet
wird, die aus mehreren Stücken 10a, 1Ob, 10c und 10d besteht. Diese einzelnen Stücke
10a, 10b, 10c und 10d haben eine solche Länge, daß sich ihre Endbereiche jeweils
an Stoßstellen 12, 14, 16 und 18 überlappen, die in einem Winkel von 900 zueinander
angeordnet sind.
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Diese Stoßstellen 1Z, 14, 16, 18 sind Unstetigkeitsstellen und damit
Schwingungserreger, so daß sich bei einer Vergrö-
ßerung der Zahl
dieser Schwingungserreger eine Erhöhung der von der Gürtelabdeckung ausgehenden
Störfrequenzen ergibt.
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Durch eine solche Erhöhung der Störfrequenzen wird jedoch das Zusammenfallen
von Erregerfrequenz des Rades und kritischer Eigenfrequenz der Radaufhängung in
harmlosere Geschwindigkeitsbereiche verlagert, so daß sich ein verbessertes Fahrverhalten
ergibt.
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Im allgemeinen wird diese Verstimmung der Erregerfrequenzen durch
Stoßstellen erreicht, die in bestimmten, zweckmäßigerweise symmetrischen Winkelabständen
zueinander angeordnet sind.
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In Sonderfällen wird jedoch in Abhängigkeit von dem Fahrzeugtyp, bei
dem eine solche Gürtelabdeckung eingesetzt werden soll, eine optimale Verstimmung
des Schwingungssystems dadurch erreicht, daß die Stoßstellen in unregelmäßigen Winkelabständen
angeordnet werden, beispielsweise zwei Stoßstellen in einem Winkel von 900 zueinander
vorgesehen sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird eine Lage 10 verwendet, die
sowohl die Schulterbereiche als auch den Laufflächenbereich überdeckt.
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Als Alternative hierzu kann die Lage 10 jedoch auch durch zwei voneinander
getrennte Streifen gebildet werden, die jeweils nur die Schulterbereiche überdecken.
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Schließlich läßt sich das Fahrverhalten auch noch durch entsprechende
Auswahl der Form der Stoßkante beeinflussen.
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Ublicherweise werden Stoßkanten verwendet, die senkrecht zur Umfangsrichtung
des Reifens verlaufen. Dadurch ergibt sich jedoch ein relativ abrupter Uebergang
von dem einlagigen Hauptteil der Gürtelabdeckung zu den zweilagigen Stoßstellen
und wieder zu dem einlagigen Hauptbereich.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, die
Stoßkanten in einem Winkel von 30 bis 400 zur Umfangsrichtung anzuordnen, so daß
sich ein allmählicher Obergang ergibt.