DE2947149A1 - Luftreifen mit radialer karkasse - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl-Ing Dipl -Clian I >ipl-Ing

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

F r η s h *? r y ο t ^ci t r ;( s S f? 1 ^L>

8 München 60

22. November 1979

MIGHELIN & CIE

(Compagnie Generale des Etablissements MICHELIN)

Clermont-Ferrand, Frankreich

Unser Zeichen: M 1487

Luftreifen mit radialer Karkasse

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen für Fahrzeuge mittlerer und größerer Belastbarkeit, wie Lieferund Lastwagen mit einer radialen in jeder Wulst wenigstens an einem Wulstkern verankerten Karkassenbewehrung und mit einer Scheitelbewehrung aus wenigstens zwei schrägen Lagen mit in jeder Lage parallelen, sich jedoch lagenweise kreuzenden Fäden, Drähten oder Kabeln.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf schlauchlose Reifen dieser Art zur Montage auf dichten Radfelgen mit kegligen Wulstsitzen. Derartige Radfelgen entsprechen Normen und haben schräge Wulstsitze, welche zur Umlauiachse des Rades in einem Winkel von etwa 1i?° verlaufen. Schlieiilich

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betrifft die Erfindung Luftreifen der vorstehend beschriebenen Gattung, bei denen das Verhältnis H/B der radialen Höhe H des Reifens über der Felge zur größten axialen Breite B des Reifens zwischen 0,6 und 1 liegt.

Um die Beladung von Fahrzeugen mittlerer und großer Belastbarkeit zu erleichtern und wirtschaftlicher zu machen, geht daa Bestreben dahin, die Höhe der Ladeflächen dieser Fahrzeuge zu verringern. Dies führt, sofern eine Vervielfachung der Achsen vermieden werden soll, zu einer Aufrechterhaltung oder Verminderung des Außendurchmessers und zu einer beträchtlichen Uberbelastung von 30 bis 100 % gegenüber der von dem Hersteller oder den Normen vorgesehenen Nominalbelaatung solcher Reifen. Dieser Nominalbelastung entspricht ein nominaler Aufblasdruck.

Eine Lösung des Problems besteht in einer Erhöhung des Aufblasdruckes solcher Reifen. Nun wirkt sich diese Lösung jedoch einerseits ungünstig auf die Abnutzung der Lauffläche aus, während andererseits die Spannung der Karkassenbewehrung im Wulstbereich und damit die Spannung der Wulstkerne, woran die Karkassenbewehrung im allgemeinen mit einem zurückgeschlagenen Teil verankert ist, zunimmt. Um der Spannungszunähme Rechnung zu tragen, ist es erforderlich, gleichzeitig die Karkassenbewehrung und die Wulstkerne zu verstärken, damit der Reifen eine angemessene Lebensdauer behält. Das ist aber wiederum mit einer beträchtlichen Kostensteigerung verbunden.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Nominalbelastung von Luftreifen der beschriebenen Gattung um 30 bis 100 1>, vorzugsweise um wenigstens 50 % zu steigern, ohne weder an der Spannung der Wulstkerne noch an der Eindrückung

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des Reifens, welche der Nominalbelastung und dem Nominaldruck entspricht, etwas zu ändern, wobei die Vergrößerung der Spannung der Karkassenbewehrung im Reifenquerschnitt höchstens gleich der Vergrößerung des Aufblasdruckes sein soll, der notwendig ist, um die Eindruckung des Reifens etwa auf ihrem Nominalwert zu halten.

Das Prinzip der Lösung gemäß der Erfindung besteht darin, im Reifenquerschnitt ein natürliches Gleichgewichtsprofil der mittleren Faser der Karkassenbewehrung derart zu wählen, daß die Spannung der Wulstkerne etwa der Spannung unter der Einwirkung des Nominaldrucks gleich ist und daß die Zunahme der im Reifenquerschnitt auftretenden Spannung der Karkassenbewehrung im Bereich der Wulstkerno kleiner bleibt als die Vergrößerung des Aufblasdruckes.

Der Luftreifen gemäß der Erfindung hat demzufolge eine radiale Karkassenbewehrung, deren mittlere Faser zwischen den Wulstkernen und dem Scheitel dem natürlichen Gleichgewi chtsprafil in bezug auf den Reifen gleicher Abmessungen (im Folgenden sowie in den Ansprüchen "Nominalreifen" oder "Bezugsreifen" genannt) folgt, das der folgenden Gleichung entspricht:

2 2

m ^R " ^Re1

cos ψ =

R²R^{7 K}81 ^Ke1

_p In dieser Gleichung ist (R_g1 ² - R_el ²) = k ~ (R_gQ R₆/). Der Winkel /3ii unter welchem die Karkassenbewehrung den Wulstkern tangiert, ist so bemessen, daß sin fi , = P Q

k ist. Hierin ist k ein positiver Koeffizient zwischen 1 und £i_» der jedoch stets von den Grenzwerten (1 f- k 7 ^1

Po ^po

ρ
verschieden ist. Die Größe R_e1 ist gleich

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R_t ² - cob /J₁ (R_sl ² - R_e1 ²).

Einerseits fol^t das natürliche Gleichgewichtsprofil der neutralen Faser im Querschnitt einer radialen Karkassenbewehrung dem Gesetz

_n2 _R 2
(1) con ψ = ^K " ^we

? 7 '
^Rs - «e

Hierin sind:

l/»der von tier Tangente an das Profil mit der Utnlaufachse des Reifens in einem Punkt gebildete Winkel, der eich von der Achse in dem Radialabstand R befindet, wobei cos «^ bei R <R_Q kleiner als Null und bei R > R. größer als Null ist,

R^ der Radialabstand von der Umlaufachse des Punktes, wo das Profil mit der Utnlaufachse eine parallele Tangente hat und

R der Radialabstand von der Umlaufachse des Punktes, wo das Profil seine größte axiale Breite aufweist bzw. wo das Profil eine Tangente hat, die zu der Umlaufachse rechtwinklig verläuft.

Andererseits ergibt sich die Spannung T des Wulstkernes aus der Gleichung

(?) T = p einfi *

2 2
8 - ^Re

Hierin ist ρ der Aufblasdruck und β der Winkel, der von der Umlaufachse des Reifens und der Tangente gebildet wird, die die Karitas β enbewenrung oder deren mittlere Faser an der Berührungsstelle zwischen dieser und dem Wulstkern berührt.

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Die Querschnittsapannung t (je Einheit der Umfangslänge) der Karkasgenbewehrung im Wulstbereich ergibt sich aus der Gleichung

2 2
(3) t = ρ ^Rs - ^Re

^{C R}t

In dieser Gleichung ist R. der radiale Abstand der Berührungsstelle der Karkassenbewehrung mit dem Wulstkern von der Uralaufachse des Reifens.

Bei dem Nominaldruck ρ , der für die Nominalbelastung des Nominalreifens vorgesehen ist, lauten die vorstehenden Gleichungen (1), (2), (3) wie folgt:

R — R

cos ψ = ~ eo (nominales natürliches Gleichgewichts- ~ 2 Z ? profil)
^Kso " ^Keo

R — R
T = ρ sin ß so eo (Nominalspannung des Wulstkernes)

2 2
R — R

t = ρ ^__________ (Nominalspannung der Karkassenbe-

o ο λ »,

t wehrung im Wulatbereich).

Gemäß der Erfindung ist bei dem Druck p.. , der ausreicht, damit die Eindrückung des Reifens bei überlastung etwa der Eindrückung des Nominalreifens entspricht, einerseits die Spammg T₁ des Wulstkernes nahezu gleich der nominalen Spannung T , während die Spannung t-) der Karkassenbewehrung den Wert k . t_Q erreicht, wobei k zwischen dem Wert 1 und dem Verhältniswert

liegt. Es folgt nun die Gleichung

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- ^κ - —i * —S-L· 5LL__ und daraus

P₀ (R - R )

so eo

2 2 der Wert des Ausdrucks (R_a1 - R_q1 ^£), der in die Beziehung

SI G I

einzubringen ist, welche das natürliche Gleichgewichtsprofil der neutralen Faser der Karkassenbewehrung gemäß der Erfindung ergibt.

Aus der Gleichwertigkeit der Spannungen T. und T des Wulstkernes erhält man den Wert ßy des Winkels ψ im Wulstbereich, wobei der obige Wert des Ausdruckes (R_s1 - R_-| ) gemäß der Erfindung berücksichtigt wird. Es ist somit sinβ_λ = ^sin/3p

2
Nun kann man die Größe R .. berechnen, wobei man von dem Ausdruck _n 2 _D 2

cos A, = t ~ el

'Λ 2 2 ausgeht, und wozu zu bemerken

^Rs1 " ^Re1
ist, daß COSy^₁ <0 ist.

In der Praxis erlaubt die Erfindung die Wahl einer Spannung und damit der Verstärkung der Karkassenbewehrung, die kleiner ist als die Vergrößerung des Aufblasdruckes, der geeignet ist, um eine gleichbleibende Reifeneindrückung zu gewährleisten. Zweckmäßig liegt k zwischen 1,15 und 1,30.

Zweckmäßig findet auch eine Karkassenbewehrung Verwendung, die im wesentlichen von einer einzigen Lage aus Kabeln, vorzugsweise aus Stahldrähten, gebildet wird. In diesem Falle wird angenommen, daß die mittlere im Reifenquerschnitt verlaufende Faser der Kabelachse folgt. Bei einer Karkassenbewehrung aus mehreren Lagen wird angenommen, daß sich die mittlere Faser auf halbem Abstand der äußeren und inneren Lagen befindet.

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Das nachfolgend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte AusfUhrungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Luftreifen 1 mit den Nominalabmessungen von 9,5-17,5 Zoll. Die einzige Figur der Zeichnung ist ein nicht maßstäblicher Halbquerschnitt durch den Reifen.

Der Radius R. des Wulctsitzes der diesem Reifen entspre-J

chenden Felge lot 222 mm lang und die Sitze 3 haben eine Schräge von 15 · Nach den Normen ist für den Nominalreifen eine Belastung von 1700 kg bei einem Druck von 6,75 bar und eine statische Eindrückung von etwa 33 mm vorgesehen.

Der Berührungspunkt 8 zwischen der Karkassenbewehrung 6 und dem Wulstkern 7 befindet sich von der Umlaufachse YY' des Reifens in einem Abstand R. = 238 mm. Im übrigen hat der Reifen ein Verhältnis H/B von 0,9.

Für eine Belastung von 2Gb5 kg muß der Reifen auf einen Druck von 8,5 bar aufgeblasen werden, damit man eine Eindrückung von 36 mm nahe der nominalen Eindrückung des Nominalreifens (Überlast = 57 %) erhält.

Der dargestellte Reifen 1 ist auf einer Felge 2 mit einem kegligen, gegenüber der Umlaufachse des Rades um einen Winkel von 15° geneigten Wulstsitz 3 montiert. Die Umlaufachse des Rades ist durch die Gerade YY¹ dargestellt. Die Spur XX¹ der Äquatorialebene auf der Zeichenebene ist Symmetrie-Achse des Querschnittes des Reifens 1. Die halbe maximale Axialbreite des Reifens ist B/2 und die Höhe H über der Felge ist von dem Ende des Radius R · des

J Wulstsitzes 3 aus gemessen, wie dies nach den Normen für

den Nominalreifen vorgesehen ist.

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Der Reifen 1 hat unter dem Laufstreifen 4 eine Scheitelbewehrung aus zwei Kabellagen 51 und 52. Die Karkassenbewehrung b tangiert die Scheitelbewehrung 5 an der Stelle 8¹ und den Kern 7 der Wulst 10 an der Stelle 8. Die neutrale (mittlere) Faser folgt der Linie 6. Der Radius R_t ist derjenige der Stell π 6. Die einlagige Karkassenbewehrung b ist mittels einen umgeschlagenen Endteiles b¹ an dem Wulstkern 7 vernnkert.

Im Gegensatz zu der Üblichen Struktur mit einer von einer aus Stahlkabeln bestehenden einzigen Lage gebildeten Karkassenbewehrung, wie sie in der Zeichnung bei b gezeigt ist, befindet sich das Ende 6·¹ des zurückgeschlagenen Karkassenteils b' radial außerhalb des entsprechenden Endes 9' der WulstversteÜüngslage 9. Die Versteifungslage 9 besteht aus schräg verlaufenden Kabeln und ist axial außerhalb des zurückgeschlagenen Teiles 6¹ der Karkassenbewehrung angeordnet. Die Erfindung bietet somit die Möglichkeit, die Breite der Versteifungslage 9 zu verringern·Das andere radial innere Ende 9¹¹ der Versteifungslage befindet sich von der Spur XX¹ der Äquatorialebene in einem axialen Abstand A, der größer ist als der axiale Mindestabstand a der Karkassenbewehrung 6 in der Wulst 10. Daraus ergibt sich trotz einer Vergrößerung des Aufblasdruckes eine größere Flexibilität der Wulst.

Vorzugsweise beträgt der radiale Abstand d des Endes 6'· des zurückgeschlagenen Karkassenteiles 6' von dem Scheitel 11 des Felgenhorns 2· zwischen 5 und 20 # der Höhe H des Reifens 1.

Im Falle des als Beispiel gezeigten Luftreifens mit den Abmessungen 9,5-17,5 Zoll muß der Koeffizient k zwischen

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1 und jf^ = 1,2b liegen, k ist hier 1,20.

Für den Bezugsreifen, der für die Nominalbelastung vorgesehen ist, ergeben sich folgende Werte:

R₃₀ = 393 mra

R = 320 mm und

2 2 Daraus ergibt sich der Wert des Ausdrucken (R_q1 - R_o1 ) mit 49.tOO mm , der dem Reifen gemäß der Erfindung entspricht. Weiterhin ist /^₁ = 34°.

Geht man davon aus, daß für zwei Stellen des natürlichen Gleichgewichtsprofils entsprechend den Radien R. und R_?

2 2
cos Y₁ = ^R1 " ^Re1 und

P 2 2
coslp₂ = 2 ⁿe1

ist, so kann man leicht schrittweise das natürliche Gleichgewichtsprofil der neutralen Faser der Karkassenbewehrung gemäß der Erfindung mit Hilfe eines Computers aufzeichnen, der sich der Gleichung

2 2

^R1 ~ ^R2
cos ψ* - cos Ip₂ =

" ^Re1

bedient, wobei von den Werten ß* = 34 und R, = ?3B ram ausgegangen wird.

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Aus der Aufzeichnung kann man die berechneten Werte R_s1 = 384 mm

R_el = 313 mm

entnehmen. Gemäß der Erfindung hat sich die Spannung des Wulstkernes praktisch nicht verändert:

T₀ beträgt 1198 kg und

T₁ 1179 kg.

Die Spannung der Karkassenbewehrung hat sich dagegen gemäß der Erfindung um etwa 20 # vergrößert.

t_Q beträgt 7,38 kg/mm und

t-j 8,86 kg/mm,
während der Aufblasdruck um 26 % größer ist.

Andererseits is"t zu bemerken, daß trotz einer Erhöhung der Belastung um 57 <f>, bezogen auf die Nominalbelastung,der Rollwiderstand des Reifens gemäß der Erfindung bei 1000 kg Belastung und einer Geschwindigkeit von 70 km/h um 8 # kleiner als derjenige des bekannten Nominalreifens 1st.

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Claims (3)

Dipl -Ir») ΠιρΙ -Chcm Uipl Inq E.Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser t ι M >. he r (|c r s I r η r, se I1I 8 München 60 22. November 1979 MICHl5ILIM ft CIE (Compaqnie Generale deo Etablissements MICHELIN) Clermont-Ferrand, Frankreich Unser Zei^h^n: M M07 Patentansprüche

1. Schlauchloser Luftreifen mit einem Höhen-Breitenverhältnis H/B zwischen 0,0 und 1 für Fahrzeuge mittlerer und größerer Belastbarkeit, wie Liefer- und Lastwagen, mit einer radialen, in jeder Wulst wenigstens an einem Wulstkern verankerten Karkassenbewehrung und mit einer Scheitelbewehrung aus wenigstens zwei schrägen Lagen mit in jeder Lage parallelen, sich jedoch lagenweise kreuzenden Fäden, Drähten oder Kabeln zur Montage auf Radfelgen mit kegligen Wulstsitzen, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem montierten und aufgeblasenen, jedoch unbelasteten Reifen die mittlere Faser seiner Karkassenbewehrung (6) zwischen den Berührungsstellen (8, 8¹) dieser Bewehrung mit dem Wulstkern (7) und der Scheitelbewehrung dem natürlichen Gleichgewichtsprofil in bezug auf den Nominalreifen derart folgt, daß

R² - R ² cos y = el ist, wobei der

^Rsi" - «el" Ausdruck R₃ ^ - R_e1 ² ungefähr den Wert von

P₀ 2 2
^k p~j" ( ^Rso " ^Reo ) ^hat» ^worin P₀ der nominale Aufblas-

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druck und p. ein Aufblasdruck ist, bei dem der Reifen unter der Wirkung einer Überlastung die Eindrückung des Nominal reifens beibehält, worin k ein positiver Koeffizient zwischen 1 und dem Verhältniswert £i_ ist und worin der

P₀

von der an die Karkassenbewehruny (6) an ihrer Berührungsatelle (8) mit dem Wulstkern gelegten Tangente und der Umlauiachse (ΪΥ¹) des Reifens gebildete Winkel (/^₁) eine Größe hat, bei der sin ß* = ⁸ⁱⁿ *o ist, wobei der Wert R_e1 ² dem Ausdruck R_t - cos ß^ (^Η _Βι' ~ ^R _ei ' entspricht.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Koeffizient k zwischen 1,15 und 1,30 beträgt.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (6¹¹) des um den Wulstkern (7) umgeschlagenen Teiles (6·) der Karkassenbewehrung (6) sich radial außerhalb des entsprechenden Endes (9¹) einer axial außerhalb des Teiles (6¹) gelegenen Verstärkungslage

(9) der Wulst (10) befindet und daß das Ende (6¹¹) des umgeschlagenen Teiles (6¹) der Karkaesenbewehrung (b) von dem Scheitel (11) des Felgenhorns (2·) einen Abstand hat, der vorzugsweise b bis 20 Ί» der Höhe (H) des Reifens ausmacht.

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