DE4135599C2 - Fahrzeugluftreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugluftreifen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Diese vorbekannten Reifen werden insbesondere im Hoch­ geschwindigkeitsbereich eingesetzt, d. h. für Fahrzeuge mit bauartbedingter Höchstgeschwindigkeit über 190 km/h verwandt. Die üblicherweise einschichtig erstellte - aber auch zweischichtig mögliche - Bandage dient der weiteren Aussteifung des Gürtelverbandes und der teilweisen Aufnahme der großen Fliehkräfte. Durch diese Aussteifung wird die anfallende Walkleistung reduziert, wodurch sich die Übertemperatur des Reifens gegenüber der Umgebungsluft erniedrigt. Diese Temperaturerniedrigung ist erforderlich, um in dem Zielkonflikt zwischen Dauerfestigkeit bei Höchstgeschwindigkeit, hohem Kraftschluß zur Straße und geringem Abrieb einen günstigen Kompromiß zu finden; weniger temperaturempfindliche Gummimischungen erbringen nämlich nur einen verringerten Kraftschluß oder erfordern größere Weichheit, was wiederum den Abrieb erhöht.

Aus der DE 31 08 140 C2 ist ein Fahrzeugluftreifen mit progressiver Kraft-Dehnungs-Kennlinie zur Verminderung des Rollwiderstandes bekannt; daß die Progressivität der Federkennlinie sich auch zur Entschärfung des im Absatz zuvor genannten Zielkonfliktes eignet, ist der Schrift nicht zu entnehmen. Zur Erreichung der Progressivität wird eine plastisch eingeprägte Wellung in die Bandagen- Festigkeitsträger vorgeschlagen, die sich bei zunehmender Belastung zunehmend strecken soll.

Aus der ferner liegenden DE 28 53 006 A1 ist ebenfalls ein Gürtelreifen mit radial außerhalb des Gürtels angeordneter Bandage (dort "zusätzliche Abdecklage" genannt) bekannt. Die Festigkeitsträger der Bandage sollen wärmeschrumpfend sein und als Einfach-Garn mit etwa 100 bis 400 Drehungen ausgebildet sein. Als Werkstoff wird Polyamid, Polyester, Rayon oder aromatisches Polyamid vorgeschlagen.

Aus der noch ferner liegenden DE 29 21 822 C2 ist ein in den Seitenwänden faltbarer und in gefaltetem Zustand vulkanisierter Reserveluftreifen mit einem Gürtel (dort "Scheitelbewehrung" genannt) bekannt. Der Reservereifen mitsamt seinem Gürtel soll während seiner Bereithaltung zwecks Platzersparnis nur einen kleinen Umfang einnehmen, im Betriebszustand jedoch einen größeren. Der Gürtel soll eine weiche Dehnung vom Bereithaltungs-Durchmesser zum Betriebs-Durchmesser erlauben, mit Erreichen des Betriebs- Durchmessers jedoch so steif werden, daß er die ihm zukommende Aufgabe der Lastverteilung und Aussteifung wie bei einem konventionellen Reifen erfüllt. Zu diesem Zwecke wird in diesem Stande der Technik vorgeschlagen, die Festigkeitsträger des Gürtels mit einer Seele auszuführen, um welche schraubenförmig ein weiteres Kabel herum gewickelt ist. - Eine Bandage radial außerhalb der Gürtellagen weist dieser Reifen nicht auf.

Die große Steifigkeit des bei aktuellen Hochgeschwindig­ keitsreifen üblichen Verbandes von Gürtel und Bandage beeinträchtigt die Einfederungswilligkeit und vermindert somit den Laufkomfort, was insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten unangenehm auffällt. Aufgabe der Erfindung ist es, ohne Verschlechterung der Dauer­ festigkeit bei Höchstgeschwindigkeit, des Kraftschlusses zur Straße und des Abriebes, den Abrollkomfort gattungs­ gemäßer Reifen bei niedrigen Geschwindigkeiten zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Wirkungsweise der Lösung liegt darin, daß bei nur geringer Dehnung der Bandage deren Festigkeitsträger nur eine außergewöhnlich kleine Kraft übernehmen, so daß in diesem Dehnungsbereich die Bandage kaum aussteifend wirkt. Bei Erhöhung der Geschwindigkeit tritt hingegen neben der durch Einfederung bedingten Bandagendehnung noch die quasistationäre, durch Fliehkraft bedingte Bandagendehnung hinzu. Im Bereich hoher Geschwindigkeiten wirkt die Bandage aufgrund der progressiven Kraft-Dehnungs-Kennlinie also steifer als im niedrigen Geschwindigkeitsbereich.

Eine besondere Schwierigkeit, um ausgehend von der DE 31 08 140 C2 auf die erfindungsgemäße Lösung zu kommen lag darin, daß die dort als einzige ausreichend offenbarte Methode zur Erzielung einer Progressivität - die dort überdies einem anderen Zwecke dient -, die Wellung der Festigkeitsträger, eine plastische Deformierbarkeit und einen Biegewiderstand der Festigkeitsträger voraussetzt; beides aber ist bei textilen Festigkeitsträgern, die allein für eine Bandage erfindungsgemäßer Reifen verwendet werden sollen, nicht gegeben.

Der erfindungsgemäße Effekt, die vorzugsweise bei etwa 120 bis 130 km/h scharf progressiv gekrümmte Federkennlinie, tritt besonders deutlich auf, wenn die gewendelten steiferen Filamente im unteren Geschwindigkeitsbereich überhaupt noch keine Kraft übernehmen. Hierfür reicht es nicht aus, daß sie bei der Dehnung 0 gerade entspannt sind, sondern vielmehr müssen sie sogar "durchhängen". Vorzugsweise sind die steiferen Filamente der Festigkeitsträger so angeordnet, daß sie bei Dehnungen unter 20% der möglichen Dehnung der textilen Festigkeitsträger gar keine Zugkraft übernehmen.

Das aus diesem Widerspruch sich ergebende verfahrens­ technische Problem der Textilgarnherstellung ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Seele aus einem wärmeschrumpfenden Material wie Polyamid-Garn (Nylon) oder Polyester-Garn besteht, so daß nach Vulkanisation des Reifens die Seelenfilamente unter Vorspannung stehen und dabei die äußeren Wendeln zusammenstauchen.

Durch Abstimmung des Wärmeschrumpfmaßes der Seelen­ filamente mit der Schlagzahl der äußeren steifen Filamente und der Fadendichte der Bandage ist die kritische Geschwindigkeit, ab der auch die steifen Bandagen- Filamente zu tragen beginnen, in weiten Grenzen einstellbar; zweckmäßigerweise werden die genannten Parameter so aufeinander abgestimmt, daß die kritische Geschwindigkeit zwischen 120 km/h und 130 km/h liegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 4 bis 6 zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifen in einem der Übersicht dienenden Querschnitt,

Fig. 2 in perspektivischer, teilgeschnittener Ansicht ein Textilgarn aus zwei verschiedenen Filamenttypen für die Verwendung in der Bandage von hochgeschwindigkeitsfesten Radial-Gürtel-Reifen und

Fig. 3 das Kraft-Dehnungsdiagramm eines Textilgarnes gemäß Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt einen Fahrzeug­ luftreifen 1 in einem der Übersicht dienenden Querschnitt. Seine Radial-Karkasse 2 ist in an sich bekannter Weise um zwei Wulstkerne 3 herumgeschlungen. Radial außerhalb der Karkasse befinden sich wie im Stand der Technik beschrieben zwei Gürtellagen 4 und 5. Radial außerhalb der Gürtellagen 4 und 5 ist eine aus im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden textilen Festigkeitsträgern 6 bestehende Bandage angeordnet. In diesem Ausführungs­ beispiel ist die Bandage - wie bevorzugt - einschichtig ausgeführt.

Die Fig. 2 zeigt in perspektivischer, teilgeschnittener Ansicht ein Textilgarn 6 aus zwei verschiedenen Filamenttypen für die Verwendung in der zuvor gezeigten Bandage hochgeschwindigkeitsfester Radialgürtelreifen 1. Die Filamente der Seele 7 sind aus Polyamidfasern gesponnen und dann zu dem einen Faden verzwirnt worden. Im unbelasteten Zustand erscheint dieser als Seele 7 eingebaute Faden gerade. Um die Seele 7 sind zwei weitere Fäden 8 und 9 helixartig herumgeschlungen, die aus Aramid- Fasern (Kevlar) bestehen. Aufgrund dieser Materialwahl sind die Fäden 8 und 9 im Verhältnis zur Seele 7 wesentlich zugsteifer und zeigen keinen Wärmeschrumpf in der Vulkanisationswärme.

Die Funktionsweise dieses Festigkeitsträgeraufbaus für Bandagen von Hochgeschwindigkeitsgürtelreifen wird unter Zuhilfenahme der Fig. 3 erläutert, die ein Kraft- Dehnungsdiagramm erfindungsgemäßer Festigkeitsträger und der Einzelteile der Festigkeitsträger 6, also der Seele 7 und der äußeren Fäden 8 und 9 zeigt.

Auf der Abszisse ist in gleichmäßiger Teilung die Dehnung in Festigkeitsträgerlängsrichtung eingezeichnet und auf der Ordinate in ebenfalls gleichmäßiger Teilung die zugehörige Kraft.

Die punktierte Linie 10 zeigt isoliert den Kraft- Dehnungsverlauf der Seele (7 in Fig. 2). Die durchgezogene Linie 11 zeigt isoliert den Kraft- Dehnungsverlauf der beiden gewendelten äußeren Fäden (8 und 9 in Fig. 2) zusammen, wobei hier unter "Kraft" nicht die Kraft in Fadenlängsrichtung sondern die Kraft in der Längsrichtung des gesamten Festigkeitsträgers (6 in Fig. 2) verstanden wird. Die gestrichelte Linie 12 schließlich zeigt schließlich den Kraft-Dehnungsverlauf des gesamten Festigkeitsträgers (6 in Fig. 2).

Im Bereich I, der in diesem bevorzugten Ausführungs­ beispiel von der Dehnung = 0 bis zur Dehnung = 17% reicht, werden ausschließlich die aufgrund des Wärmeschrumpfes vorgespannten Filamente der Seele belastet. Deshalb fällt in diesem Bereich die Kurve 10 mit der Kurve 12 zusammen. Zwecks Darstellung dieses Zusammenfallens erscheint in diesem Bereich der gemeinsame Linienzug strichpunktiert.

An der Grenze zum Bereich II beginnen auch die äußeren Fäden (8 und 9 in Fig. 2) Last zu übernehmen. An der großen Steigung der Kurve 11 gegenüber der Kurve 10 ist die größere Zugsteifigkeit der äußeren Fäden erkennbar.

Innerhalb des Bereiches II, der etwa bis zur Dehnung = 40% reicht, nimmt die Steigung der Kurve 11 noch weiter zu. Dies beruht auf dem Effekt, daß sich bei zunehmender Last die äußeren Fäden strecken, das heißt, daß sie gerader werden, wodurch sich die Zugsteifigkeit der äußeren Fäden in Festigkeitsträger-Längsrichtung an die (höhere) Zugsteifigkeit der äußeren Fäden in ihrer jeweiligen Fadenrichtung annähert.

Zu diesem Effekt gehört auch, daß sich - insbesondere bei ungerader Anzahl äußerer Fäden - bei zunehmender Streckung der äußeren Fäden der Seelenfaden zunehmend wendelt und infolgedessen die ohnehin geringe Steifigkeit der Seele in Festigkeitsträger-Längsrichtung weiterhin abnimmt.

Dieser Effekt ist besonders deutlich bei ungerader Anzahl äußerer gewendelter Fäden und zwar umso größer, desto kleiner die Anzahl äußerer Fäden ist. Diese stetige Progression ist also am größten ausgeprägt, wenn um die im unbelasteten Zustand gerade Seele genau ein steiferer Festigkeitsträger herumgewendelt ist.

Das hier vorgestellte Ausführungsbeispiel bemüht sich um eine weitgehende Unterdrückung dieses Effektes, also um einen möglichst abrupten Steifigkeitsanstieg. Deshalb ist hier als Anzahl äußerer Fäden eine gerade Zahl, nämlich die 2 gewählt.

Das Diagramm weiter in Richtung zunehmender Dehnung durchlaufend schließt sich der Bereich III an, in dem alle drei Kurven 10 bis 12 einen im wesentlichen geraden Verlauf zeigen.

Aufgrund der quadratisch über der Geschwindigkeit anwachsenden Fliehkräfte steigt auch die Dehnung der Festigkeitsträger der Bandage in Reifenumfangsrichtung im wesentlichen quadratisch über der Fahrgeschwindigkeit. In dem Diagramm der Fig. 3 ist zur Veranschaulichung dieses Sachverhaltes unterhalb der gleichmäßig geteilten Dehnungsachse die quadratisch geteilte Achse zugeordneter Fahrgeschwindigkeiten eingezeichnet. Demgemäß treten bei 120 km/h nur 20% der Dehnung auf, bei 240 km/h hingegen schon 80% der zulässigen Dehnung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel übernehmen die steifen Festigkeitsträger etwa ab 17% Dehnung Last und erreichen etwa bei 20% Dehnung 10% der Gesamtlast. Dies ist hier dargestellt, um die im Anspruch 1 angegebenen Grenzwerte darzustellen; die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die steiferen (äußeren) Fäden erst ab 20% Dehnung Last übernehmen. Diese Bemessung ist jedoch etwas kostspieliger, weil dazu insgesamt eine größere Masse Festigkeitsträger erforderlich ist.

Auch die zweite Bemessungsgrenze des Anspruches 1 ist in dieser Figur dargestellt, daß nämlich bei 40% Dehnung die steiferen Fäden bereits 60% der Gesamtlast übernehmen.

Die Erfindung lehrt einen Kompromiß zwischen Fahrkomfort bei niedrigen Geschwindigkeiten und geringer Laufflächen­ aufheizung bei hohen Geschwindigkeiten auf höherem Niveau durch betriebskonform variable Bandagensteifigkeit unter Ausnutzung der überproportional anwachsenden Fliehkraft als Steuergröße.

Claims (6)

1. Fahrzeugluftreifen (1) mit an Wulstkernen (3) verankerter radialer Karkasse (2) und radial außen angeordneten Gürtel­ lagen (4, 5) aus in Cordlage angeordneten Festigkeitsträgern, die eine im wesentlichen konstante Zugsteifigkeit aufweisen, und einer radial noch weiter außen angeordneten Bandage aus textilen Festigkeitsträgern (6), wobei diese (6) zur Umfangsrichtung höchstens einen Winkel von 5° einschließen und so beschaffen bzw. angeordnet sind, daß sie bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit eine zunehmende Zugsteifigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung der Progressivität im Kraft-Dehnungs-Diagramm (siehe Fig. 3)

• - die textilen Festigkeitsträger (6) der Bandage aus mindestens zwei - hinsichtlich ihres E-Modules - verschiedenen Filament­ arten aufgebaut sind, daß
• - die zugsteiferen Filamente (8, 9) so angeordnet sind, daß sie bei Dehnungen unter 20% der möglichen Dehnung der textilen Festigkeitsträger (6) höchstens 10% der Zugkraft übernehmen, während sie (8, 9) bei Dehnungen über 40% der möglichen Dehnung der textilen Festigkeitsträger (6) mindestens 60% der Zugkraft übernehmen, daß
• - die textilen Festigkeitsträger (6) aus einer Seele (7) und mindestens einer um die Seele (7) geführten, ggf. mehrgängigen Wendel (8, 9) bestehen, wobei die Wendel(n) (8, 9) aus zugsteiferen Filamenten bestehen als die Seele (7), daß
• - die Seele (7) aus in der Vulkanisationswärme schrumpfenden Polyamid-Garn (Nylon) oder Polyester-Garn mit mindestens 150 Drehungen pro Meter besteht und,
• - daß die Wendel(n) (8, 9) höchstens 3mal so viele Drehungen pro Meter aufweisen wie die Seele (7).

2. Fahrzeugluftreifen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steiferen Filamente der Festigkeitsträger (6) so angeordnet sind, daß sie (6) bei Dehnungen unter 20% der möglichen Dehnung der textilen Festigkeitsträger (6) gar keine Zugkraft übernehmen.

3. Fahrzeugluftreifen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Geschwindigkeit, ab der die steifen Filamente belastet werden, zwischen 120 km/h und 130 km/h liegt.

4. Fahrzeugluftreifen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Garns, aus dem die Seele (7) gebildet ist, niedriger ist als die Drehung des Garns, aus dem die Wendel(n) (8, 9) gebildet ist (sind).

5. Fahrzeugluftreifen (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele (7) aus einem Nylon-Garn mit höchstens 250 Drehungen pro Meter besteht und die Wendel(n) (8, 9) mindestens 1,5 mal so vielen Drehungen pro Meter aufweisen wie die Seele (7).

6. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel(n) (8, 9) aus Aramid-Fasern (Kevlar) besteht (bestehen).