DE2925846A1

DE2925846A1 - Luftreifen mit radialer karkasse

Info

Publication number: DE2925846A1
Application number: DE19792925846
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1980-01-31
Also published as: GB2024738A; LU81474A1; SE7905965L; IT7968434A0; NL7905333A; BR7904374A; BE877441A; AU4876579A; ES482347A0; JPS5511996A; ES8202293A1; FR2430858A1

Description

- 4 Patentanwälte *7 Q 9 R P A R

Dipi.-Ing. Dipl.-Ghem Dipl.-Ing

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

26. Juni 1979

MICHELIN ft GIE

(Compagnie Generale des Etablissements MICHELIN)

Clermont-Ferrand, Frankreich

Unser Zeichen: M 1474

Luftreifen mit radialer Karkasse

Die Erfindung betrifft Luftreifen des Radialtyps, insbesondere die Karkassen- und die Scheitelbewehrungen solcher Fahrzeugluftreifen.

Ein Luftreifen des Radialtyps hat eine Karkassenbewehrung mit wenigstens einer Lage aus radial verlaufenden Fäden oder Kabeln, die in jeder Wulst wenigstens an einem Wulstkern verankert sind. Andererseits ist ein solcher Luftreifen mit einer Scheitelbewehrung versehen, die wenigstens zwei Lagen von in jeder Lage parallelen Fäden oder Kabeln enthält, die sich lagenweise kreuzen und dabei mit der Längsrichtung des Reifens spitze Winkel unter 45° einschließen.

Die Lebensdauer der Bewehrung von Radialreifen hängt oft ■von der Lebensdauer der Kautschukverbindung zwischen den Rändern der als Ganzes betrachteten Scheitelbewehrung und der Karkassenbewehrung und insbesondere von der Lebensdauer der

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23.25846.

Verbindung zwischen den Rändern der verschiedenen die Scheitelbewehrung bildenden Lagen ab. Dabei ist die Lebensdauer der Kautschukverbindung zwischen den Rändern der Scheitelbewehrungslagen nicht nur von den Laufbedingungen des Reifens, sondern auch von dem Yorspannungszustand der Kautschukmischung zwischen den Rändern der Scheitellagen abhängig, der sich aus dem der Normung entsprechenden Aufblasdruck des Reifens ergibt. Diese Vorspannungen bewirken Scherbeanspruchungen, denen gegenüber die üblicherweise verwendeten Kautschukmischungen sehr empfindlich sind.

Es sind bereits verschiedene Strukturen vorgeschlagen worden, um diese Scherbeanspruchungen zu vermindern. Sie weisen Verbesserungen der Verbindungen zwischen den Rändern der verschiedenen Scheitellagen und/oder zwischen den Rändern der Scheitelbewehrung und der darunter liegenden Karkassenbewehrung auf. Außerdem hat man mit dem gleichen Ziel den Reifen in einer Form so vulkanisiert, daß die Querschnittskrümmung der Karkassenbewehrung in den Seitenwänden zunimmt und in den Schultern abnimmt, wenn der Reifen auf seinen Nominaldruck aufgeblasen wird.

Alle diese Ausführungen konnten jedoch nicht befriedigen, da sie nicht den lokalen Änderungen der Form der Scheitelbewehrung und der sie bildenden Lagen Rechnung tragen, welche beim Aufblasen des Reifens auf seinen Nominaldruck auftreten.

Das Querschnittsprofil des Scheitels des unbelasteten, auf eine Felge montierten und auf etwa 5 bis 10 # des Nominaldruckes aufgeblasenen Reifens ist nämlich von dem Profil des auf 100 $ des Nominaldruckes aufgeblasenen Reifens verschieden. Der gesamte Scheitel dehnt sich beim Aufblasen

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aus. Die von den Fäden oder Kabeln der Scheitellagen mit der Längsrichtung des Reifens gebildeten Winkel werden kleiner, was eine Verminderung der axialen Breite der Lagen und damit der Scheitelbewehrung zur Folge hat. Diese beim Aufblasen auftretenden Verformungen erzeugen im Bereich der Ränder der Scheitelbewehrung einen Vorspannungszustand, der die Lebensdauer von Reifen der betrachteten Gattung beeinträchtigt.

Die Erfindung hat die Aufgabe, den beim Aufblasen des Reifens auftretenden schädlichen Verformungen der Scheitelbewehrungsränder abzuhelfen.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß bei auf einer Felge montiertem und mit etwa 5 bis 10 $ des Nominaldruckes aufgeblasenem, aber unbelastetem Reifen der oben erwähnten Gattung

a) der Radialabstand von der Reifenuralaufachse des Schnittpunktes der Karkassenbewehrung mit der Spur der Äquatorialebene des Reifens kleiner ist als dieser Radialabstand des sich beim Aufblasen auf den Nominaldruck ergebenden Schnittpunktes; und

b) der Schnittpunkt der Karkaasenbewehrung mit der Spur der zu der Äquatorialebene parallelen und den entsprechenden Rand der Scheitelbewehrung tangierenden Ebene einerseits von der Spur der Äquatorialebene einen axialen Abstand hat, der höchstens gleich dem Axialabstand dieses Schnittpunktes bei dem Nominaldruck dea Reifens ist, und sich andererseits von der Umlaufachse des Reifens in einem radialen Abstand befindet, der wenigstens gleich diesem radialen Abstand ist, wenn der Reifendruck dem Nominaldruck entspricht, so daß die Länge des um die Umlaufachse beschriebenen, durch den Schnittpunkt der Karkassenbewehrung mit der Spur der zu der Äquatorialebene parallelen und den entsprechenden Rand der Scheitelbewehrung tangierenden Ebene gehenden Kreises wenigstens gleich derselben Länge ist, wenn der Reifendruck dem Nominaldruck gleich ist.

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Gemäß der Erfindung tritt bei der Erhöhung des Aufblasdruckes von 5 bis 10 % des Norainaldruckes auf 100 fi des Nominaldruckes eine Verlängerung der vorstehend beschriebenen Scheitelbewehrung in der Nähe des Äquators in der Umfangsrichtung ein. Infolgedessen ist bei Querschnittskrümmungen der Karkassenbewehrung, gemessen an dem Schnittpunkt der Karkassenbewehrung mit der Äquatorialebene zwischen 50 und 300 $> und vorzugsweise zwischen 50 und 150 % der Umfangskrümmung des Reifens am Äquator, der Unterschied der radialen Abstände zwischen der Umlaufachse und den Schnittpunkten der Karkassenbewehrung mit der Spur der Äquatorialebene, gemessen bei 100 # bzw. bei 5 bis 10 # des nominalen Aufblasdruckes höchstens 2 # und vorzugsweise höchstens 1 <fo des Radialabstandes zwischen der Schnittstelle und der Uralaufachse, geraessen bei 5 fi bis 10 # des Nominaldruckes. Es ist leicht, unterhalb dieser Grenzen zu bleiben, indem beispielsweise Stahlkabel oder Stahldrähte für die Scheitelbewehrung verwendet werden. Die Umfangskrümmung am Äquator hat üblicherweise den Wert 4, wobei D der Äquatorialdurchmesser der Karkassenb^wehrung bei 100 $> des nominalen Aufblasdruckes ist.

Der Unterschied der axialen Abstände zwischen der Äquatorialebene und der zu der Äquatorialebene parallelen, den entsprechenden Rand der Scheitelbewehrung tangierenden Ebene ist gemessen bei 100 # bzw. bei 5 bis 10 $ des Nominaldruckes höchstens 10 # und zweckmäßig höchstens 5 # dieses bei 10 % des Nominaldruckes gemessenen Abstandes.

Die Erfindung sieht also vor, beispielsweise mit Hilfe einer Form mit einem geeigneten Querschnittsprofil oder eines anderen Mittels, beim Aufblasen des Reifens das Auftreten von schädlichen Scherbeanspruchungen

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zu verhindern. Sie erlaubt sogar, die Länge des von dem Rand der Scheitelbewehrung beim Aufblasen des Reifens auf seinen Nominaldruck beschriebenen Kreises zu verringern. Dieser Längenverringerung entspricht eine Kompression der Randzone der Scheitelbewehrung. Dies ist vorteilhaft, insbesondere bei Luftreifen, deren Karkassenbewehrung am Äquator eine Querschnittskrümmung hat, die kleiner ist als die äquatoriale Umfangskrümmung des Reifens, wenn der Scheitel des in Betrieb befindlichen Reifens beträchtlichen Änderungen der Querschnittskrümmung unterliegt.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar sind:

Fig. 1 ein Querschnitt durch einen bekannten Reifen des Radialtyps, vervollständigt durch einen Grundriß eines Teiles eines Kabels jeder der die Scheitelbewehrung bildenden Lagen und

Fig. 2 eine Darstellung der durch die Erfindung geschaffenen Terbesserungen des Querschnittsprofils der Karkassenbewehrung.

Der Reifen 1 hat eine Karkassenbewehrung 2, die von einem Wulstkern 3 zum anderen Wulstkern 3' verläuft. Außerhalb der Karkassenbewehrung 2 befindet sich die Scheitelbewehrung 4. Die Karkassenbewehrung 2 wird von einer Lage Stahlkabel gebildet. Die Scheitelbewehrung hat drei Lagen 41» 42 und aus Stahlkabeln. Diese Lagen haben gewöhnlich verschiedene Breiten. Die Kabel der der Karkassenbewehrung am nächsten liegenden Lage 41 bilden mit der Längsrichtung des Reifens einen Winkel C^, der größer als 45° ist. Die beiden Lagen und 43 bilden mit der Längsrichtung Winkel β bzw. γ , die kleiner als 45° sind und zweckmäßig eine Größe zwischen

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und 30° haften. Gewöhnlich wird die lage 41 als Triangulierungslage bezeichnet, während die lagen 42 und 43 Arbeitslagen genannt werden. Die Lage 41 trianguliert also die Gesamtheit der drei Lagen 41 bis 43» welche die Scheitelbewehrung 4 bilden. Indessen erstreckt sich die Erfindung auch auf den Pail, wo die Triangulierungslage 41 fehlt uid der Teil der Karkassenbewehrung 2 unterhalb der Arbeitslagen 42, 43 die Aufgabe der Triangulierungslage übernimmt. Die breiteste Arbeitslage, im vorliegenden Beispiel die Lage 42, bestimmt die Breite W der Scheitelbewehrung 4. In der später beschriebenen Fig. 2 hat die Breite L^ den Wert W/2. Der Rand dieser Lage 42 ist mit 45 bezeichnet.

Die beiden an sich bekannten Scheitelbewehrungsarten können mit Schutzschichten aus elastischen Verstärkungseletnenten abgedeckt sein, um so die Scheitelbewehrungslagen gegen Verletzungen zu schützen.

Die Karkassenbewehrung 2 steht an den Stellen C und C mit den Wulstkernen 3, 3' in Verbindung. Der entlang der Karkassenbewehrung gemessene Abstand zwischen C und C· ist die Länge der Karkassenbewehrung 2 zwischen den Wulstkernen. Diese Länge wird durch die äußeren Abmessungen des Reifens und die Gestaltung des Scheitels bestimmt. Diese Abmessungen sind ihrerseits durch die üblichen Normen für den nominalen Aufblasdruck festgelegt. Der Reifen 1 ist auf einer Felge 5 montiert und bis zu seinem nominalen Druck aufgeblasen. Die Karkassenbewehrung 2 (oder ihre mittlere Faser im Falle einer aus mehreren radial übereinander liegenden Lagen gebildeten Karkassenbewehrung) folgt dem Querschnittsprofil, das ihr durch ihre Länge, den Aufblasdruck, die Scheitelbewehrung und die Wulstkerne vorgegeben ist, so daß die Erfindung unabhängig von dem Verhältnis h/b der radialen Höhe h der Karkassenbewehrung 2 zu dem nominalen

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Radius der Felge bei der größten axialen Breite b der Karkassenbewehrung 2 ist.

In Fig. 2 ist einerseits die Hälfte des Querschnittsprofils 21 einer üblichen Karkassenbewehrung dargestellt, das einem nicht belasteten, auf einer Felge montierten und auf 100 %> des Nominaldruckes aufgeblasenen Reifens entspricht. Das Profil 21 berührt den Wulstkern bei C und geht durch den Punkt A₁ hindurch, bei dem es sich um den Schnittpunkt der Spur ZZ¹ der Äquatorialebene mit dem Profil 21 handelt. Die Länge CC der Karkassenbewehrung zwischen den Wulstkernen ist doppelt so groß wie die Länge CA,.. Der Punkt B₁, der durch den Schnittpunkt der Spur UU¹ der den entsprechenden Rand der Scheitelbewehrung tangierenden und zu der Äquatorialebene mit der Spur ZZ¹ parallelen Ebene mit der Karkassenbewehrung definiert ist, befindet sich von der Spur ZZ¹ in einem axialen Abstand L₁ und von der Umlaufachse YY¹ des Reifens in einem radialen Abstand RB-,.

Andererseite sieht die Erfindung vor, über die Karkassenbewehrung eines montierten, unbelasteten und auf 5 bis 10 % des Nominaldruckes aufgeblasenen Reifens ein Profil 22 zu wählen, bei dem der Schnittpunkt Bq der Karkassenbewehrung mit der Spur UTJ' sich radial außerhalb und axial innerhalb des Punktes B₁ befindet, der zu dem Querschnittsprofil 21 der Karkassenbewehrung unter gleichen Bedingungen, aber bei dem Nominaldruck gehört. Der Punkt B_Q befindet sich von der Spur ZZ¹ der Äquatorialebene in einem gegenüber L₁ kleineren axialen Abstand L_Q und von der Umlaufachse YY¹ in einem gegenüber RB₁ größeren radialen Abstand RB_Q. Im Gegensatz dazu wandert der Schnittpunkt A₁ des Karkassenbewehrungsprofils 21 mit der Spur ZZ¹ infolge der Umfangsverminderung der Scheitelbewehrung nach

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Aq. Der Punkt A_Q befindet sich von der Umlaufachse ΥΪ¹ in einem radialen Abstand RA_Q, der kleiner ist als der radiale Abstand RA₁ des Punktes A^.

Bei dem Reifen gemäß der Erfindung ist in seinem auf den Nominaldruck aufgeblasenen Zustand die durch den Punkt B^ gegebene Länge 2 TT RB- des Randes der Scheitelbewehrung kleiner als die Länge (2 IT RBq), welche durch den Punkt B₀ bei 5 bis 10 # des nominalen Aufblasdruckes gegeben ist.

Ein besonderer Fall liegt vor, wenn RB_Q = RB₁ ist. In diesem fall finden zwischen 5 und 10 $ des Nominaldruckes und 100 fi desselben keine Änderungen der radialen Abstände der Punkte Bq und B₁ von der Umlaufachse YY¹ statt.

Obwohl sich beim Aufblasen des Reifens die Krümmung der Karkassenbewehrung im Schulterbereich vermindert und in den Seitenwänden anwächst, so verwendet man in der Praxis zweckmäßig eine Karkassenbewehrung, -welche praktisch die gleiche Länge CC¹ zwischen den Wulsten beibehält, d.h. wenigstens eine aus praktisch undehnbaren z.B.- aus Stahldrähten bestehende radiale Lage aufweist. Man kann die radiale Lage des Punktes B_Q (Fig. 2) experimentell oder mit Hilfe eines Computers bestimmen. Die radiale Lage von Bq kann aber in erster Annäherung berechnet werden.

Angenommen r_Q ist der äquatoriale Radius der breiteren Arbeitslage 4-2, deren Kabel mit der Äquatorialebene einen Winkel yS_Q einschliessen, der kleiner als 45° ist, wenn der Reifen montiert, unbelastet und bis auf etwa 5 bis 10 % des Nominaldruckes aufgeblasen ist. Angenommen fernerhin, daß r-j der Radius des Randes 45 der Lage 42 bei einem Querschnittsprofil der Karkassenbewehrung 2 bei dem nominalen

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Aufblasdruck und bei einer nach den üblichen Normen bestimmten Karkassenbewehrungslänge und Stellung der Wulstkerne ist. Angenommen ferner, daß r^ der äquatoriale Radius der gleichen, unter dem nominalen Aufblasdruck ausgedehnten Arbeitslage 42 ist, wobei Tq experimentell bestimmt oder hypothetisch mit dem Wert T₁/1,02 und vorzugsweise gleich r^/1,01 angenommen wird, wobei diese Ausdehnung den Winkel /^₀ der Drähte auf den Wert ß* bringt und in der Annahme, daß der Einfluß der Querschnittskrümmung auf den Winkel β ^ vernachlässigt werden kann, so ermöglicht die Berechnung in für die Praxis genügender erster Annäherung, den Wert des Radius rp des Randes 45 und die Größe des Winkels A? ^an ^^etn ^^an^ der lage 42 für den montierten, auf etwa 5 bis 10 # des Nominaldruckes aufgeblasenen und unbelasteten Reifens mit Hilfe der nachfolgenden Gleichungen zu ermitteln:

r₂ =

cos /3>

sin y6p = 2 sin β* - sin/θ ,
cos /6-1 = ^l cos

Es genügt also, von der Länge Tp ^^en radialen Abstand abzuziehen, der den Rand 45 der breiteren Arbeitslage 42 von der Karkassenbewehrung 22 trennt, um den radialen Abstand des Punktes B_Q von der Umlaufachse YY' des Reifens 1 zu ermitteln und die Karkassenbewehrung 22 gemäß der Erfindung anzuordnen.

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Claims

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem, Dipl-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

26. Juni 1979

MICHELIN & CIE

(Compagnie Generale des Etablissements MICHELIN)

Clermont-Ferrand, Erankreich

Unser Zeichen; M 1474

Patentansprüche

Luftreifen mit einer Karkassenbewehrung aus wenigstens einer Lage von in jeder Reifenwulst an wenigstens einem Wulstkern verankerten radialen Fäden oder Kabeln und mit einer Scheitelbewehrung aus wenigstens zwei Lagen von Fäden oder Kabeln, die lagenweise parallel verlaufen und sich in aufeinanderfolgenden Lagen kreuzen und dabei mit der Umfangsrichtung Winkel bilden, welche kleiner als 45° sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf einer Felge (5) montiertem und mit etwa 5 bis 10 # des Nominaldruckes aufgeblasenem, aber unbelastetem Reifen

a) der Radialabstand (RA_Q) von der Reifenumlaufachse (Y-Y¹) des Schnittpurfcbes (A_n) der Karkassenbewehrung (2) mit der Spur (ZZ') der Äquatorialebene kleiner ist als dieser Radialabstand (RA₁) des sich beim Aufblaseauf den Nominaldruck ergebenden Schnittpunktes (A₁) und

b) der Schnittpunkt (Bq) der Karkassenbewehrung (2) mit der Spur (UU¹) der zu der Äquatorialebene parallelen und den entsprechenden Rand (45) der Scheitelbewehrung (4) tangierenden Ebene einerseits von der Spur (ZZ¹) der Äquatorialebene einen axialen Abstand (L_n)

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hat, der höchstens gleich dem Axialabstand (L₁) dieses Schnittpunktes (B₁) bei dem Nominaldruck des Reifens ist, und sich andererseits von der Umlaufachse (YY') des Reifens in einem radialen Abstand (RB₀) befindet, der wenigstens gleich diesem radialen Abstand (RB₁) ist, wenn der Reifendruck dem Nominaldruck entspricht, so daß die Länge 2 ff RB₀ des um die Umlaufachse (YY¹)» durch den Schnittpunkt (B₀) beschriebenen Kreises wenigstens gleich derselben Länge ist, wenn der Reifendruck dem Nominaldruck gleicht.
2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittskrümmung der Karkassenbewehrung (2) am Äquator bei dem Noininaldruck zwischen 50 $ und 300 #, und vorzugsweise zwischen 50 % und 150 % der Umfangskrümmung des Äquators beträgt und daß der Unterschied der radialen Abstände (RA₁ und RA_Q) zwischen der Umlaufachse (YY¹) und den Schnittpunkten (A₁ und A₀) der Karkassenbewehrung (2) mit der Spur (ZZ¹) der Äquatorialebene gemessen bei 100 $> bzw. bei 5 bis 10 fi des nominalen Aufblasdruckes höchstens 2 <$> und vorzugsweise höchstens 1 # des Radialabstandes (RA₀) zwischen der Umlaufachse (YY¹) und der Schnittstelle (A₀) gemessen bei 5 fi bis 10 # des Nominaldruckes ausmacht.
3. Luftreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelbewehrung aus Stahlkabeln besteht.
4. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied (L^-Lq) der zwischen den axialen Abständen (L^ und Lp) der zu der Äquatorial ebene (Spur ZZ¹) parallelen und den entsprechenden Rand (45) der Scheitelbewehrung (4) tangierenden Ebene (Spur UU¹) von der Äquatorialebene, gemessen bei 100 % bzw. bei 5 $> bis 10 # des Nominal-

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druckes höchstens 10% und vorzugsweise höchstens 5 i° des Abstandes (Iq) gemessen bei 5 % bis 10 % des Nominaldruckes betragen.
5. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Abstände (RB_Q bzw/ RB₁) der Schnittpunkte (Bq bzw. B₁) der Zarkassenbewehrung (2) und der zur Äquatorialebene parallelen und den entsprechenden Rand (45) der Scheitelbewehrung (4) tangierenden Ebene von der Uralaufachse konstant bleiben, wenn der Aufblaadruck von 5 $> bis 10 $> des Nominaldruckes bis auf 100 $> des Nominaldruckes ansteigt.
6. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Karkassenbewehrung (2) praktisch undehnbar ist, nämlich wenigstens eine radiale Stahlkabellage enthält.
7. Luftreifen nach Anspruch 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in erster Annäherung der radiale Abstand (rp) des Randes (45) der breiteren Arbeitslage (42) der Scheitelbewehrung (4) von der Umlaufachse (YY¹) des Reifens bei 5 $ bis 10 % des Nominaldruckes dem Wert des Ausdruckes r₂ = r, ^cos PTL in Verbindung mit den Ausdrücken ^cos ß\

X A

sin ^₂ = ² sin/S₁ - sin/S₀, cos/3^ = ~ · cos/3_Q entspricht, wobei r_Q der radiale Abstand der Lage (42) von der Umlaufachse, gemessen in der Äquatorialebene, fi Q der Winkel der Fäden dieser Lage mit der Äquatorialebene bei etwa 5 % bis 10 # des Nominaldruckes, r, der radiale Abstand und ß^ dieser Winkel der Fäden in der Äquatorialebene bei 100 $ des Nominaldruckes und schließlich r, der radiale Abstand des Randes (45) der Arbeitslage (42) bei 100 fi des Nominaldruckes ist.

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