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Wulstkern zum Einbau in die
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Wülste von Fahrzeugluftreifen Die Erfindung betrifft Wulstkerne zum
Einbau in die Wülste von Fahrzeugluftreifen, die mit ihren zwischen dem Laufstreifen
und den Wülsten befindlichen Flanken die zugehörige Felge umgreifen, wobei die Wülste
in Sitzflächen am inneren Umfang der Felge einsetzbar sind, bestehend aus einer
über ihre gesamte Erstreckung gleichbleibenden Querschnitt aufweisenden, ringförmig
geschlossenen Seele und mindestens einer endlos um die Seele gewickelten Wickeldrahtlage.
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Derartige Wulstkerne sind aus den DE-OS 30 00 428 und 30 19 742 bekannt.
Die in diesen Offenlegungsschriften beschriebenen neuen Fahrzeugluftreifentypen
bergen die besondere Problematik insich, daß im Gegensatz zu den bisher üblichen
Reifen die Wulstkerne im Betrieb des Reifens nicht auf Zug,
sondern
im wesentlichen auf Druck belastet sind.
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Deswegen müssen diese Wulstkerne über eine ausreichend große Drucksteifi
gkeit in Umfangsrichtung bzw. Tangentialrichtung verfügen. Dies ist auch in den
obengenannten Offenlegungsschriften beschrieben, wobei dort gesagt ist, daß die
Drucksteifigkeit durch eine geeignete Werkstoffwahl oder durch eine besondere Vereinigung
einzelner KerneLemente erzeugt werden könnte. Bei den bisher verwendeten Wulstkernen
wird üblicherweise eine Seele aus Stahldraht von Wickeldrahtlagen ebenfalls aus
Stahldraht umgeben, so daß ein verseilter Wulstkern entsteht. Zur Montage eines
derartigen Reifens auf einer entsprechenden Felge muß der Reifen zunächst in axialer
Richtung etwa elliptisch verformt werden, damit die Felge quer zum Reifen eingeschoben
werden kann. Daran anschließend wird die Felge um 90O verdreht, so daß Reifen und
Felge koaxial zueinander angeordnet 5 i. nd. Dabei liegen die mit den Wulstkernen
versehenen Würste
scitlich außen neben den Felgenhörnern. Die Querschnittsform
des Reifens ist dabei etwa trapezförmig. Zur Montage des Reifens auf der Felge müssen
nun die Seitenflanken mit den Wulstkernen nach innen geschwenkt werden und die Wul
stkerne über die Felgenhörner gedrängt werden, so daß sie nach vorübergehender Stauchung
in die Sitzfläche unter der ihnen eigenen Federvorspannung ei.nrasten.
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I)i.ese montagetechnischen Notwendigkeiten haben zur folge, daß die
erforderliche hohe Drucksteifigkeit oder Knicksteifigkeit nicht durch eine entsprechende
massive Ausbildung des Wulstkernes zu erreichen ist, da dann die Montage der Felge
entweder überhaupt nicht oder nur unter bleibender Verformung des Wulstkernes möglich
wäre.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Wulstkerne
der eingangs beschriebenen Art z schaffen, die einerseits eine hohe
Knicksteifigkeit
im Betrieb des damit versehenen Reifens gewährleisten, andererseits aber auch die
Montage des Reifens auf der zugehörigen Felge ohne plastische Deformation des Wulstkernes
ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Seele polygonale
Querschnittsform aufweist, mindestens die äußerste Wickeldrahtlage mindestens annähernd
eine rohrförmige Umhüllung kreisförmigen Querschnitts aufspannt und daß mindestens
die äußerste Wickeldrahtlage relativ zu der ihr benachbarten inneren Wickellage
bzw. zur Seele um die Mittelachse der Seele mindestens begrenzt drehbeweglich ausgebildet
ist.
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Die Seele ist dabei vorzugsweise mit zwei oder mehr Wickeldrahtlagen
umgeben, deren äußere möglichst genau eine rohrförmige Umhüllung kreisförmigen Querschnitts
aufspannt. Desweiteren ist erforderlich, daß mindestens die äußerste Wickeldrahtlage
relativ zu der ihr benachbarten inneren Wickellage bzw.
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bei einlagiger Wickelung relativ zur Seele um die Mittelachse der
Seele mindestens begrenzt, vorzugsweise weitgehend unbegrenzt, drehbeweglich ausgel).iAdet
ist. Im Gegensatz zu den bisherigen Erkenntnissen, wonach die Drehsteifigkeit des
Wulstkernes ei.ne erhebliche Bedeutung hatte und als rudvoraussetzung für die Brauchbarkeit
angesehen wurde, ist bei der erfindungsgemäßen Ausbildung notwendig und erforderlich,
daß eine Rotation des Wulstkernes innerhalb des Reifens möglich ist, wenn dieser
Reifen relativ einfach auf eine entsprechende Felge montiert werden soll.
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Sofern der Wulstkern drehstabil ausgebildet wäre, würden die Wulstkerne
nach der Montage des Reifens in einem Torsionsspannungszustand auf der Sitzfläche
der Felge angeordnet sein, was zu Abrissen des mit der äußersten Wickellage verbundenen
Gummimaterials führen würde und weiterhin die Gefahr beinhalten würde, daß der Reifen
bei ungünstigen Belastungszuständen selbständig sich von der Felge löst.
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Die polygonale Querschnittsausbildung der Seele führt zu der erwünschten
hohen Knicksteifigkeit, wegen des damit verbundenen hohen Trägheitsmomentes, wobei
auch ein guter Schutz gegen seitliches Ausbrechen erreichbar ist.
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Der Ausdruck rohrförmige Umhüllung kreisförmigen Querschnitts ist
so zu verstehen, daß durch die äußerste Wickeldrahtlage im Extremfall. ein Rohr
erzeugt wird, wenn nämlich der Draht aneincln(lerliegend gewickelt ist. Sofern die
Schlaglänge beim Wickeln der Wickeldrahtlage erhöht wird, so wird ebenfalls die
im wesentlichen rohrförmige Umhüllungsform beibehalten.
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Diese Umhüllung gewährleistet einerseits, daß bei der Vulkanisation
zwar eine Verbindung zwischen dieser äußeren Wickellage und dem Reifenmaterial eingegangen
werden kann, jedoch eine feste Bindung zwischen der Wickellage und der Seele bzw.
einer evtl. zwischen Seele und äußerer Wickellage befindlichen Wickellage nicht
entsteht, so daß bei der
Montage die Rotation der Seele möglich
ist, was im Ergebnis zu einer stabilen Montagelage führt, die nahezu oder vollständig
frei von Torsionsspannungszuständen ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung gewährleistet
zudem, daß der Reifen zur Montage der Felge elliptisch aufgeweitet werden kann,
ohne daß hierdurch plastische Verformungen im Wulstkernmaterial entstehen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Seele im Querschnitt ein regelmäßiges
Polygon bildet.
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lein regelmäßiges Polygon hat den Vorteil, daß es erheblich einfacher
ist, Wickellagen darum zu führen, die ein rohrförmiges Gebilde aufspannen und somit
die Drehfähigkeit des Kernes ermöglichen.
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Als Querschnitte kommen beispielsweise Sechseck-oder Achteckprofile
in Betracht, wobei allerdings das seitliche Ausbrechen entsprechend der Flächenanzahl
in seinen Richtungsmöglichkeiten vervielfach wird. Bei einer Kreisform wäre ein
Ausbrechen in sämtliche Richtungen möglich, so daß
es in der Praxis
zu spiralförmigen Verformungen des Wulstkernes kommen könnte, welche spiralförmige
Verformung allerdings durch Seelenkerne polygonalen Querschnittes praktisch auszuschließen
sind.
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Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Seele einen quadratischen Querschnitt
aufweist.
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Bei dieser Ausbildung ergibt sich .lediglich die Möglichkeit des Ausbrechens
in zwei Richtungen, nämlich jeweils parallel zu den Seitenflächen der Seele. In
diagonaler Richtung ist ein Ausbrechen praktisch auszuschließen.
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Weiterhin kann vorteilhaft sein, daß die seitlichen Seelenflanken
ballig ausgebildet sind.
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Diese Ausbildung ist einerseits sehr nützlich für die rohrförmige
Ausbildung der äußeren Drahtlage und andererseits wird hierdurch verhindert, daß
beim Vulkanisieren des Reifens Gummimaterial in die ansonsten bestehenden Hohlräume
eindringt.
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Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Seele einstückig mit den Ballungen
ausgebildet ist.
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Diese Ausbildung ist durch die entsprechende Profilierung des zur
Seelenherstellung dienenden Stahlprofiles möglich.
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Von besonderer Bedeutung und besonders vorteilhaft ist, daß der Wickeldrahtdurchmesser
so auf Seelenquerschnittsform abgestimmt ist, daß mindestens die zweite Wickellage
mindestens annähernd eine Rohrform kreisrunden Querschnitts aufspannt.
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Sofern bei polygonalen Seelenquerschnitten ein zu geringer Wickeldrahtdurchmesser
verwendet würde, so würde sich die Profilform der Seele auch nach dem Aufwickeln
der Wickeldrähte ergeben, so daß der gewünschte Effekt der rohrförmigen Ausbildung
der mindest äußersten Wickel lage nicht zu erzielen wäre. Es ist deshalb eine entsprechende
Abstimmung des Wickeldrahtdurchmessers auf den Seelenquerschnitt erforderlich. Dabei
ist darauf zu achten, daß der Wickeldrahtdurchmesser nicht zu groß gewählt
wird,
weil hierdurch die Verformungsmöglichkeit des Wulstkernes bei der Montage zu stark
eingeschränkt würde.
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Weiterhin kann zum Zwecke der Materialersparnis und der damit verbundenen
Gewichtserleichterung vorteilhaft sein, daß die Flanken der Seele in Längsrichtung
verlaufende Ausnehmungen aufweisen.
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Zudem ist vorteilhaft, wenn die Seele aus mehreren Lagen Bandstahl
gebildet ist.
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Um die gewünschte hohe Knicksteifigkeit des Wulstkernes dabei zu erreichen,
ist zweckmäßig und vorteilhaft, wenn die Bandstahl-Lagen fest miteinander verbunden
sind.
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Die Verbindung der Bandstahl-Lagen kann durch Klebstoff oder auch
durch Verschweißen erfolgen.
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Um durch konstruktive Maßnahmen eine Relativverschiebung der Bandstahl-Lagen
quer zur Längserstreckung zu unterbinden, ist vorteilhaft, wenn der die Seele bildende
Bandstahl V-förmig profiliert
ist, wobei die Spitze nach radial
außen angeordnet ist.
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Wegen der erforderlichen hohen Knicksteifigkeit ist die entsprechende
Anordnung des V-förmig profilierten Bandstahles vorteilhaft.
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ur rzeugung einer in der in der Projektion kreisförmigen Querschnittsfläche
der äußersten Wickeldrahtlage ist vorteilhaft, daß die Kantenlänge der Seele bei
quadratischem Seelenquerschnitt etwa den zwei- bis vierfachen Wckeldrahtdurchmesser
ausmacht.
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Dem gleichen Zwecke dient, daß die Kantenlänge einer im Querschnitt
ein gleichseitiges Dreieck bildenden Seele etwa dem drei- bis sechsfachen Wickeldrahtdurchmesser
entspricht.
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Dem gleichen Zwecke dient bei einer Seele aus Bandstahl als im Querschnitt
quadratischer Paketkern, daß die Kantenlänge der Seele etwa dem zweibis fünffachen
Wickeldrahtdurchmesser entspricht.
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Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Dicke einer Bandstahllage etwa einem
Zehntel bis einem Zwanzigstel der Kantenlänge der Seele entspricht.
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Desweiteren ist vorteilhaft, wenn die Projektion der Seelenbreite
etwa dem drei- bis sechsfachen Wickeldrahtdurchmesser entspricht, wobei insbesondere
diese Bandstahldicke einem Zwanzigstel bis einem Dreißigstel der genannten Seelenbrelte
entspricht.
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Um einerseits ein Aufspreizen der Wickellagen bei Druckbelastungen
des Wulstkernes weitgehend zu unterbinden und andererseits eine ausreichende Deformation
des Wulstkernes bei der Reifenmontage zu ermöglichen, ist vorteilhaft, daß die Wickelschlaglänge
des Wickeldrahtes kleiner/gleich 240 mm beträgt.
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m einen sicheren Sitz des Reifens auf der Felge zu gewährleisten,
ist bei einer Fahrzeugfelge für
miL Wulstkernen gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 16 versehenen Luftreifen, wobei die Felge beidseits ein nach radial
innen vorspringendes Felgenhorn außen neben der Sitzfläche als Stützfläche für die
mit Wulstkernen versteifte Reifenwulst aufweist erfindungsgemäß vorgesehen, daß
die Mittelachse des Felgenhornes größeren Abstand von der Sitzfläche als die Mittelachse
der Seele des Wulstkernes aufweist.
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Auf diese Weise wird eine stabile Lage des Wulstkernes an der Felge
erreicht, so daß ein unbeabsichtigtes Lösen des Reifens bei ungünstigen Belastungszuständen
auszuschließen.
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Schließlich ist bei einem auf einer Fahrzeugfelge montierten Luftreifen
mit Wulstkernen nach einem der Ansprüche 1 bis 16 vorteilhaft, daß mindestens die
der Sitzfläche unmittelbar benachbarte Seelen fläche mindestens etwa para.l.lel
zur Sitzf].äche angeordnet ist.
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Die Sitzfläche kann dabei eine Neigung von beispielsweise 5 bis 150
aufweisen, wobei dann die der Sitzfläche benachbarte Seelenfläche des Wulstkernes
möglichst parallel zu dieser Sitzfläche anzuordnen ist.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 einen mit den erfindungsgemäßen Wulstkernen versehenen
Fahrzeugiuftreifen in der Montagelage im Querschnitt gesehen; Fig. 2 eine Variante
stark schematisiert in gleicher Ansicht; Fig. 3 bis 5 weitere Varianten in gleicher
Ansicht.
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Der in Figur 1 dargestellte Fahrzeugluftreifen weist eine sogenannte
Radialkarkasse 1 auf, die in ihren Wülsten 2 durch Wulstkerne 3 verstärkt isl. Unterhalb
des Laufs t re i fens 4 befindet sich zwi.scherl diesem und Karkasse 1 ein in Umfangsrichtung
zugfester, aus zwei
oder mehreren Cordgewebelagen gebildeter Gürtel
5. Die Radialkarkasse 1 umschlingt im übrigen den Wulstkern 7 und ist auf diese
Weise verankers. I)ercr cifn ist auf einer Metall felge 6 montiert, deren ielgenkranz
zur Halterung der Reifenwülste und zur Abstiitzung des Reifens im Notlauffall dient.
Die Ränder der Felge weisen seitlich außen je ein Felgenhorn 7 auf, an welches sich
eine Sitzfläche 8 für die Reifenwülste anschließt. In der Montagelage liegen die
Reifenwülste 2 am inneren Umfang des Felgenkörpers an, wobei sie einen Teil der
Felgenhörner 7 sowie die Sitzfläche 8 berühren.
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Die Wulst 2 verläuft zunächst fast horizontal nach außen und geht
schließlich bogenförmig in die Seitenfläche und die Laufbahn des Reifens über.
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Zur Halterung der Reifenwülste 2 auf den Sitzflächen 8 kann ein umlaufender
Vorsprung an der Felge vorgesehen sein, oder auch ein Sicherungsring zusätzlich
befestigt werden. Der Wulstkern 3 dieses Reifens weist eine Seele 9 polygonaler
Querschnittsform auf,
die gemäß Ausführungsbeispiel Figur 2 bis
5 mit jeweils zwei Wickeldrahtlagen, die endlos um die Seele 9 herumgeführt sind,
umwickelL jst. Mindest ens durch die äußerste Wickellage 10 ist eine rohrförmige
Umhüllung kreisförmigen Querschnitts aufgespannt, so daß die Seele 9 entweder allein
oder zusammen mit der inneren Wickellage 11 relativ zu der äußeren Wickellage 10
um die Mittelachse der Seele 9 mindestens begrenzt drehbeweglich ist.
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Im Ausführungsbeispiel der liguren 2 bis 4 bilden die Seelen 9 Querschnitte
eines regelmäßigen Polygon.
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In Figur 2 ist der Seelenquerschnitt quadratisch, während in Figur
3 ein gleichseitiges Dreieck als Seelenquerschnitt ausgebildet ist. Gegebenenfalls
können mindestens die in der Zeichnung seitlichen Seelenflanken ballig ausgebildet
scin, was durch Füllstücke oder durch entsprechende einstückige Ausbildung der die
Seelen bildenden Profile erreicht werden kann. Die Selen sind im übrigen an ihren
aneinander gestoßenen Enden stumpf verschweißt.
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Der Wickeldrahtdurchmesser der Wickellagen 10 und 11 ist so auf die
Seelenquerschnittsform abgestimmt, daß mindestens die zweite Wickellage mindestens
annähernd eine Rohrform kreisrunden Querschnitts aufspannt. Hierauf wird später
noch eingegangen. Die Flanken der Seelen können in Längsrichtung verlaufende Ausnehmungen
aufweisen, die beim Profilieren der Seelenausgangsmaterialien angebracht werden
können. Gemäß Ausführungsbeispiel Figur 4 und 5 ist die Seele 9 aus mehreren Lagen
Bandstahl gebildet. Die Bandstahllagen sind dabei durch Klebstoff oder Verschweißen
fest mi te inan der verbunden. Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist die Seele
aus einem V-förmigen Bandstahl gebildet, dessen Spitze nach radial außen gerichtet
ist. Die verbleibende Höhlung der V-Form ist durch ein Füllstück 12 ausgefüllt.
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Bei dem quadratischen Seelenquerschnitt gemäß figur 2 soll die Kantenlänge
der Seele etwa dem zwei- bis vierfachen Wickeldrahtdurchmesser entsprechen. Bei
dem Seelenquerschnitt gemäß
Figur 3 soll die Kantenlänge der Seele
etwa dem drei- bis sechsfachen Durchmesser des Wickeldrahtes entsprechen. Sofern
die Seele aus Bandstahl, beispielsweise gemäß Figur 4, gebildet ist, so soll bei
quadratischem Seelenquerschnitt die Kantenlänge der Seele etwa dem zwei- bis fünffachen
Wi ckeldrah tdurchmesser entsprechen.
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Die Dicke einer Bandstahllage soll dabei etwa einem Zehntel bis einem
Zwanzigstel der Kantenlänge der Seele entsprechen. Sofern, wie beim Ausführungsbeispiel
der Figur 5, die Projektion der Seelenbreite als Grundmaß betrachtet wird, so soll
diese Projektion etwa dem drei- bis sechsfachen Wickeldrahtdurchmesser entsprechen.
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Dabei soll die Bandstahldicke etwa einem Zwanzigstel bis einem Dreißigstel
der genannten Seelen brei te entsprechen.
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Die Wickelschlaglänge des Wickeldrahtes soll möglichst 240 mm betragen
oder kleiner als diese Wickelschlaglänge sein. Durch diese Ausbildung
ergibt
sich eine gewisse Federungswirkung, wobei zudem ein Aufspreizen der Wickellagen
bei Druckbelastungen praktisch unterbleibt.
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Wie aus den Ausführungsbeispielen Figur 2 bis 5 deutlich ersichtlich,
soll die Mittelachse 13 des Felgenhornes 7 größeren Abstand von der Sitzfläche 8
aufweisen, als die Mittelachse 14 der Seele 9 des Wuls tkernes 3. Hierdurch ist
ein unbeabsichtigtes Lösen des Wulstkernes von der Sitzfläche praktisch ausgeschlossen.
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Desweiteren ist beabsichtigt, daß die der Sitzfläche 8 unmittelbar
benachbarte Fläche der Seele 9 mindestens etwa, möglichst genau, parallel zur Sitzfläche
8 ausgerichtet ist. Entsprechend dem üblichen Standard kann die Sitzfläche 8 auch
in einer Winkelstellung von 5 bis 150 geneigt sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
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Zusammenfassend werden noch einmal kurz de Unterschiede zum Stand
der Technik und die Vorteile herausgestellt.
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Beim Stand der Technik war bei. bisherigen Reifen die Zugbeanspruchung
<1erWuist zone sehr hoch, wobei eine sehr hohe Drehsteifigkeit sowie gute Haftung
zwischen Gummi und Slahl erwünscht und eine möglichst starre Konstruktion aufgebaut
wurde.
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Gemäß der Erfindung weist der Wulstkern bei diesem neuen Reifentyp
eine solche Ausbildung auf, daß er hohen Druckbeanspruchungen standhalten kann,
daß er eine hohe Drehfreudigkeit besitzt und daß seine elastische Konstruktion dennoch
eine hohe Knickfestigkeit gewährleistet.
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Dies wird durch knic kfe St P.. und (lennoch elastische Seelenkonstruktionen
erreicht, wobei die Schlaglängen des Wickel drahtes möglichst klein gehalten werden,
damit die freie Knicklänge möglichst gering gehalten ist. Die Festigkeit der Materialien
ist möglichst hoch anzusetzen,
damit eine hohe Druckfestigkeit
erreicht wird.
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Dies ist durch Einsatz entsprechend guter Stahlqualitäten für die
Ausgangsmaterialien erreichbar.
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Bei Verwendung einer Vierkantseele wird ein stumpf geschwe:ißter Ring
aus Stahl verwendet, der entweder scharfe oder auch abgerundete Kanten aufweisen
kann. Bei Seelen aus Profilbandstahl sind die einzelnen Bandstahllagen miteinander
verklebt oder auch mechanisch verklammert, damit bei Druckbelastungen kein spiralförmiges
Aufblättern des Kernes erfolgen kann. Bei Dreikant- oder sonstigen Polygonkernen
sind ebenfalls stumpfgeschweißte Ringe als Seelen ausgebildet.
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Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel-
und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.