DE2923348C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Luftreifen mit Radialkarkasse,
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-OS 19 21 750 ist bereits ein Luftreifen mit
Radialkarkasse bekannt, dessen Laufstreifenbewehrung aus
zwei übereinanderliegenden Gürtellagen besteht, die jeweils
aus sich lagenweise kreuzenden Fäden oder Kabeln bestehen
und mit der Längsrichtung des Reifens einen Winkel von 20°
bilden. Um eine dynamisch weiche Lauffläche zu erreichen,
ist die Radialkarkasse im Bereich mittig unterhalb des
Laufstreifens unterbrochen oder durch einen elastisch dehnbaren
Abschnitt gebildet. Dieser unterbrochene oder elastisch
dehnbare Abschnitt der Radialkarkasse ist durch eine
Zusatzeinlage abgedeckt, die sich zwischen Karkasse und
Laufstreifenbewehrung befindet und aus einer Gruppe von
zwei sich kreuzenden Lagen von geringerer Breite als die
Laufstreifenbewehrung besteht.
Weiterhin ist allgemein bekannt, daß Luftreifen mit radialer
Karkasse und mit Scheitelbewehrung gegenüber dem Laufstreifen
von Luftreifen mit sogenannter Kreuzkarkasse insbesondere
eine beträchtliche Vergrößerung des Abnutzungswiderstandes
des aus einem elastomeren Gemisch bestehenden
Laufstreifens aufweisen. Die Vergrößerung des Abnutzungswiderstandes
ist im wesentlichen dem Umstand zuzuschreiben,
daß durch den Aufbau dieser Luftreifen eine geeignete Trennung
zwischen den Funktionen der Seitenwände und des Scheitels
bewirkt wird und daß dadurch eine bessere Verteilung
der Auflagedrücke des Reifens sowie eine Verminderung der
Relativbewegungen der Oberfläche des Laufstreifens beim
Abrollen des Luftreifens eintritt.
Man mußte jedoch selbst dann, wenn man der Scheitelbewehrung
eine kleinere Durchschnittskrümmung gab als der darunterliegenden
Karkasse, feststellen, daß die Ränder der
Scheitellagen und insbesondere der sogenannten Arbeitslagen,
welche zu der Längsrichtung unter einem Winkel zwischen
10 und 45° verlaufen und gewöhnlich zweifach vorhanden
sind, die Neigung haben, sich vorzeitig voneinander zu
trennen. Die Trennung zwischen den Rändern der Arbeitslagen
ist der Erhitzung und der Ermüdung des elastomeren Gemisches
zuzuschreiben, welches die Fäden bzw. Kabel umhüllt.
Die Erhitzung erfolgt durch die beim Abrollen des Reifens
zwischen den Arbeitslagen auftretenden Scherbeanspruchungen.
Die Trennung zeigt sich vorzeitig, sobald die axialen Breiten
der Arbeitslagen in der Praxis einen gewissen Grenzwert
überschreiten, der erheblich kleiner ist als der axiale
Abstand, der die Ränder des Laufstreifens voneinander trennt.
Daraus ergibt sich, daß das vorzeitige Auftreten einer Spaltbildung
zwischen den Rändern der Arbeitslagen zahlreiche
Vorschläge unbrauchbar macht, die darauf zielen, die Scheitelbewehrung
zur Verminderung der Abnutzung des Laufstreifens
zu verbreitern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Luftreifen
der eingangs angegebenen Art es zu ermöglichen, die
Breite der Arbeitslagen über den vorgenannten kritischen
Grenzwert zu vergrößern, und dabei das Auftreten einer
Trennung zwischen den Rändern dieser Lagen zu verzögern
oder sogar zu beseitigen.
Die Lösung dieser Aufgabe
ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Luftreifens wird
in unerwarteter Weise der Abnutzungswiderstand des gesamten
Laufstreifens beträchtlich erhöht, wobei eine schnellere
Abnutzung der Ränder unterbunden wird.
Gegenstand der auf eine ältere Anmeldung zurückgehenden
DE-OS 29 09 428 ist bereits ein gattungsgemäßer Luftreifen,
bei dem eine Zusatzeinlage aus zwei sich kreuzenden
Lagen von Fäden oder Kabeln zwischen der Laufstreifenbewehrung
und der Radialkarkasse angeordnet ist. Diese Zusatzeinlage
bildet einen Begrenzungsblock, der geeignet
ist, die Laufstreifenbewehrung gegen den Dehnungsdruck der
Radialkarkasse abzuschirmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Luftreifen liegt die optimale
axiale Breite der schmalsten Arbeitslage bei einem Verhältnis
(H/B) nahe 1 etwa bei 57% und bei einem Verhältnis (H/B)
nahe 0,5 bei etwa 78% der maximalen axialen Breite B des
gesamten Reifenquerschnitts.
Zweckmäßig finden in der einen Begrenzungsblock bildenden
Zusatzeinlage Kabel aus Stahl Verwendung, wobei die mehrdrähtigen
Kabel eine große Schlaglänge haben, die zwischen
dem Zwölf- und Zwanzigfachen des Scheindurchmessers des
Kabels liegt, wobei die relative Dehnung des Kabels bei
einer Belastung von 10% seiner Bruchlast kleiner als 0,2
ist.
Um den Übergang zwischen den Rändern der Gruppe der beiden
Lagen und den Bewehrungen des Laufstreifens und der Karkasse
zu verbessern, ist es vorteilhaft, daß die Ränder
einer der Lagen gegenüber den Rändern der anderen Lage
leicht zurückversetzt sind. Der axiale Breitenunterschied
beträgt dann höchstens 10% der axialen Breite der breiteren
Lage. Die Zusatzeinlage kann jedoch auch von einer einzigen
zurückgefalteten Lage oder von zwei übereinanderliegenden
Lagen gleicher Breite gebidet werden.
Die Zusatzeinlage bildet einen Block, der die natürliche
Ausdehnung der darunterliegenden Radialkarkasse unter dem
Einfluß des Aufblasdruckes begrenzt. Dieser begrenzende Block,
dessen innerer Durchmesser höchstens gleich dem natürlichen
Außendurchmesser der Karkassenbewehrung ist, nimmt die von
der Karkassenbewehrung herrührenden Ausdehnungskräfte auf.
Diese werden daher nicht auf die Scheitel-, d. h. Laufstreifenbewehrung
und auf den Laufstreifen selbst übertragen.
Es scheint, daß sich dies auf den mit dem Boden in Berührung
stehenden Teil des Luftreifens, sowohl was die zwischen
den Rändern der Arbeitslagen der Laufstreifenbewehrung
auftretenden Beanspruchungen als auch die Ursachen
der Laufstreifenabnutzung anbelangt, günstig auswirkt. Die
Verbesserung des Abnutzungswiderstandes beträgt gegenüber
Radialreifen der üblichen Struktur zwischen 10 und 25%.
Da kein Verstärkungsfaden, -draht oder -kabel in Wirklichkeit
undehnbar ist, sieht die Erfindung vor, die Kabel der
beiden Lagen des Begrenzungsblocks zweckmäßig unter einem
Winkel zur Längsrichtung des Reifens zu verlegen, der von
Null verschieden ist. Durch die so bewirkte Kreuzung der
Lagen kann man die Meridiankrümmung des Begrenzungsblocks
im Reifenquerschnitt unter dem Einfluß des radial wirkenden
Innendruckes verringern oder vergrößern und auf diese Weise
das Querschnittsprofil der Karkasse einstellen, indem man
den von den beiden Lagen gebildeten Winkel kleiner oder
größer macht. Zweckmäßig beträgt der von den Lagen der
Gruppe oder des Blocks mit der Längsrichtung gebildete
Winkel etwa 5 bis 10°. Es ist vorteilhaft, in dem Begrenzungsblock
Lagen mit dicht beieinanderliegenden Kabeln zu
benutzen.
Die Erfindung sieht ganz allgemein vor, die Kabel der Lagen
der Zusatzeinlage unter Winkeln verlaufen zu lassen, deren
Größe höchstens der Hälfte des kleinsten Winkels (oder des
Winkels, wenn die Arbeitslagen mit der Längsrichtung gleiche
aber entgegengesetzte Winkel bilden) entspricht, den
die Arbeitslagen mit der Längsrichtung einschließen. Die
Spannung T je Einheit der in der Axialrichtung gemessenen
Breite, die auf eine Lage der Zusatzeinlage durch die Karkasse
übertragen wird, ist in erster Annäherung
wobei p der Aufblasdruck, R der von der Umlaufachse des
Reifens aus gemessene Radius der Lage und α der Winkel ist,
den die Kabel der Lagen mit der Längsrichtung einschließen.
Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß die Spannung einer
Lage der Zusatzeinlage stets kleiner als die Spannung ist,
die in der Arbeitslage der Laufstreifenbewehrung auftritt,
welche mit der Längsrichtung den kleinsten Winkel einschließt.
Infolgedessen ist die Dehnung der Zusatzeinlage unter dem
Einfluß der von der Karkasse herrührenden Spannung geringer
als diejenige, die in der Arbeitslage auftreten würde. Man
vermeidet so die Übertragung dieser Spannung auf die Laufstreifenbewehrung.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung, und
zwar sind:
Fig. 1 ein Querschnitt durch einen Luftreifen gemäß der
Erfindung mit dem Verhältnis H/B nahe 1,
Fig. 1A ein teilweiser Grundriß der für das Verständnis
der Erfindung wesentlichen Kabellagen,
Fig. 2 ein Querschnitt entsprechend Fig. 1 eines Luftreifens
gemäß der Erfindung, bei dem das Verhältnis
H/B nahe 0,5 beträgt,
Fig. 2A ein teilweiser Grundriß der für das Verständnis
der Erfindung wesentlichen Kabellagen,
Fig. 3 ein Querschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform,
Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung
der Grenzen der axialen Breite des Begrenzungsblocks
gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von den
Werten des Verhältnisses H/B zwischen 0,3 und 1,2
und
Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung
der Grenzen der axialen Breite der schmälsten
Arbeitslage in Abhängigkeit von den Werten des
Verhältnisses H/B zwischen 0,3 und 1,2.
In den Fig. 1, 1A, 2 und 2A ist XX′ die Längsrichtung
des Reifens und ZZ′ die Spur der Äquatorialebene des
Reifens auf der Zeichenebene. H ist die Radialhöhe
des Reifens, während seine maximale axiale Breite mit
B bezeichnet ist. Diese beiden Abmessungen entsprechen den
üblichen Normen.
Da der Reifen 1′ nach Fig. 2 und 2A sich von dem Reifen 1
nach Fig. 1 und 1A nur hinsichtlich des Verhältnisses H/B
unterscheidet, so wurden für alle diese Figuren die gleichen
Bezugszeichen verwendet.
In den Fig. 1A und 2A sind die Kabel der Lagen
der Laufstreifenbewehrung und diejenigen der Lagen des Begrenzungsblocks
zwecks größerer Klarheit sehr weit auseinanderliegend
dargestellt, während sie sich in Wirklichkeit
sehr nahe beieinander befinden und die Kabel der
Lagen des Begrenzungsblocks sogar eng beieinander liegen.
Die Luftreifen nach den Fig. 1, 1A, 2, 2A haben jeweils
eine Radialkarkasse 2, deren Enden um einen
Wulstkern 3 zurückgeschlagen sind. Ferner haben die Reifen
einen Laufstreifen 4, dessen Bewehrung sich aus zwei Arbeitslagen
5 A, 5 B zusammensetzt, deren Kabel mit der
Längsrichtung XX′ des Reifens einen Winkel zwischen etwa
10° und etwa 45° einschließen, so daß die Kabel
sich lagenweise kreuzen.
Zwischen der Karkasse 2 und der Laufstreifenbewehrung
5 A, 5 B ist in der Äquatorialzone E, längs deren diese
beiden Bewehrungen miteinander parallel verlaufen, eine einen
Begrenzungsblock bildende Zusatzeinlage 6 angeordnet, dessen Breite l₁ kleiner als
die Breite der Äquatorialzone E ist. Die Zusatzeinlage 6 besteht
aus zwei Lagen 6 A, 6 B. Die Breite l₂ der gegenüber der Lage
6 A radial außen liegenden Lage 6 B ist kleiner als die Breite
l₁ der Lage 6 A. Die Zusatzeinlage 6 verläuft parallel zu der Karkasse
und ist auf der Äquatorialebene mit der
Spur ZZ′ zentriert, wobei l₁ zwischen 12 und 20% (Fig. 1, 1A)
und zwischen 36 und 60% (Fig. 2, 2A) der maximalen axialen
Gesamtbreite B des Reifens liegt.
Aus dem Grundriß nach Fig. 1A, der in den radialen Querschnitt
der Fig. 1 eingezeichnet ist, sieht man, daß der
Winkel α der Stahlkabel der Lagen 6 A, 6 B der Zusatzeinlage
6 kleiner als die Hälfte des Winkel β ist, wobei
es sich bei β um den kleineren der Winkel β und γ der
Arbeitslagen 5 A und 5 B handelt. Die gegenüber der Lage 5 A
radial außen liegende Arbeitslage 5 B hat eine Breite L, die
kleiner ist als diejenige der Lage 5 A. Die Breite L beträgt
57% der maximalen axialen Gesamtbreite B des gesamten Luftreifenquerschnitts.
Die Zusatzeinlage 7 nach Fig. 3 wird von einer Lage 71
gebildet, deren beide Ränder radial nach außen umgefaltet
sind, um zwei Randstreifen 71′ zu bilden, deren gesamte
Breite gleich derjenigen des nicht umgefalteten Teiles ist,
so daß die beiden Randstreifen 71′ bei 72 aneinanderstoßen.
In Fig. 4 gibt die Linie M b die größte axiale Breite l₁
der Zusatzeinlage gemäß der Erfindung und die Linie m b
ihre geringste axiale Breite in Prozenten der maximalen
axialen Gesamtbreite B (als Ordinate) des Luftreifens in
Abhängigkeit von dem Verhältnis H/B (als Abszisse)
an.
Es ist somit zu erkennen, daß die Breite der Zusatzeinlage
abnimmt, wenn das Verhältnis H/B anwächst. Bei
einem Verhältnis H/B über etwa 1,2 ist die Zusatzeinlage
unnötig, da die Karkasse ihre natürliche
Gleichgewichtsgestalt über den ganzen Scheitelbereich
annimmt und keine Neigung hat, sich radial auszudehnen.
Man erkennt auch, daß bei H/B = 1, M b = 20% und m b = 12%
und bei H/B = 0,5, M b = 60% und m b = 36% sind.
In Fig. 5 zeigt die Linie M a die maximale axiale Breite
L der weniger breiten Arbeitslage 5 B der Laufstreifenbewehrung
gemäß der Erfindung und die Linie m a die minimale
axiale Gesamtbreite der gleichen Lage in Prozenten der
maximalen axialen Breite B (als Ordinate) des Reifens in
Abhängigkeit von dem Verhältnis H/B (als Abszisse) an.
Wie man sieht, ist bei dem Verhältnis H/B = 1, M a = 60%,
m a = 55% und bei dem Verhältnis H/B = 0,5, M a = 85% und
M a = 70%.
Da die Kurven der Fig. 4 und 5 praktisch linear verlaufen,
so kann man daraus schließen, daß bei Verhältniswerten
H/B zwischen 0,3 und 1,2 M b der Beziehung M b = -80 H/B + 100
und m b der Beziehung m b = -48 H/B + 60 und M a der Beziehung
M a = -50 H/B + 110 und m a der Beziehung m a = -30 H/B + 85
entsprechen. Die Werte M b, m b, M a und m a sind Prozentwerte
der maximalen axialen Gesamtbreite B des Reifens.
Claims (6)
1. Luftreifen mit einer Radialkarkasse, einer Laufstreifenbewehrung
mit wenigstens zwei übereinanderliegenden
Gürtellagen mit in jeder Lage parallel, sich jedoch lagenweise
kreuzenden und dabei mit der Längsrichtung des Reifens
Winkel zwischen 10° und 45° einschließenden Fäden
oder Kabeln und mit einer zwischen der Karkasse und der
Laufstreifenbewehrung befindlichen Zusatzeinlage aus einer
Gruppe von zwei sich kreuzenden Lagen von geringerer Breite
als die Laufstreifenbewehrung, dadurch gekennzeichnet,
daß
- a) die Zusatzeinlage (6) aus Stahldrahtkabeln gebildet ist, deren relative Dehnung bei einer Belastung mit 10% ihrer Bruchlast unter 0,2% liegt,
- b) die Zusatzeinlage (6) in einer Äquatorialzone mit parallelem Verlauf zwischen der Radialkarkasse (2) und der Laufstreifenbewehrung (5 A, 5 B) angeordnet ist,
- c) die Stahldrahtkabel der Zusatzeinlage (6) mit der Längsrichtung (XX′) des Reifens einen Winkel bilden, der höchstens gleich der Hälfte des kleineren Winkels ist, den die Arbeitslagen (5 A, 5 B) der Laufstreifenbewehrung mit der Längsrichtung (XX′) des Reifens bilden,
- d) die Zusatzeinlage (6) eine axiale Breite (l₁) aufweist, die zwischen 60 und 100% der axialen Breite der Äquatorialzone (E) liegt, und bei einem Verhältnis (H/B) zwischen 0,3 und 1,2 der radialen Gesamthöhe (H) des Reifenquerschnitts über der Felge zur maximalen axialen Gesamtbreite (B) des Reifenquerschnitts zwischen einem Maximalwert M b = -80 (H/B)+100 und einem Minimalwert m b = -48(H/B)+60 liegt, wobei M b und m b als Prozentsatz der maximalen axialen Gesamtbreite (B) des Reifenquerschnitts ausgedrückt sind,
- e) bei einem Verhältnis (H/B) zwischen 0,3 und 1,2 die axiale Breite (L) der schmälsten Arbeitslage (5 B) oder die gemeinsame axiale Breite der Arbeitslage der Laufstreifenbewehrung zwischen einem Maximalwert M a = -50 H/B+110 und einem Minimalwert m a = -30H/B+85 liegt, wobei M a und m a als Prozentsatz der maximalen axialen Gesamtbreite (B) des Reifenquerschnitts ausgedrückt sind.
2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die axiale Breite (l₁) der Zusatzeinlage (6) bei einem Verhältnis
H/B von etwa 1 zwischen 12 und 20% und bei einem
Verhältnis H/B von 0,5 zwischen 36 und 60% der maximalen
axialen Gesamtbreite (B) des Reifenquerschnitts beträgt und
daß die axiale Breite (L) der schmäleren Arbeitslage (5 B) der
Laufflächenbewehrung bei einem Verhältnis H/B von etwa 1 zwischen
55 und 60% und bei einem Verhältnis H/B von etwa 0,5
zwischen 70 und 85% der maximalen axialen Gesamtbreite (B)
des Reifenquerschnitts liegt.
3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die axiale Breite (L) der schmäleren Arbeitslage
oder die gemeinsame axiale Breite der Arbeitslagen
(5 A, 5 B) bei einem Verhältnis H/B von etwa 1 etwa 57% und
bei einem Verhältnis H/B von etwa 0,5 etwa 78% der maximalen
Gesamtbreite (B) beträgt.
4. Luftreifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stahldrahtkabel der Zusatzeinlage (6)
eine Schlaglänge zwischen dem zwölf- und zwanzigfachen des
Scheindurchmessers des Kabels aufweisen.
5. Luftreifen nach einem oder meheren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die axiale Breite der schmäleren der
beiden die Zusatzeinlage (6) bildenden Lagen (6 A, 6 B) höchstens
um 10% von der Breite der breiteren Lage abweicht.
6. Luftreifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zusatzeinlage (6) aus einer zurückgeschlagenen
Lage (71) besteht.
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