DE4214842A1 - Festigkeitsträger für Gürtelreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Festigkeitsträger für Fahrzeug-Gürtel- Luftreifen, der aus einem in Umfangsrichtung des Luftreifens verlaufenden Band aus festem Material besteht, jedoch durch seine Formgebung tangential sehr weich ausgelegt ist, dagegen lateral sehr steif.

Fahrzeug-Gürtel-Luftreifen mit in dem gummiartigen Material desselben eingebettetem bandartigen Festigkeitsträger oder Gürtel sind bekannt (EP 0 357 826). Derartige Luftreifen zeichnen sich unter anderem durch geringen Rollwiderstand und besonders guten Kraftschluß zum Boden, auf dem sie laufen, aus. Die bekannten bandartigen Festigkeitsträger sind z. B. sinusförmig verlaufende Bänder aus Kunststoff oder Metall, die im praktischen Betrieb gleichzeitig in mindestens zwei Raumrichtungen, nämlich im belastetem Aufstandsbereich radial und lateral und im unbelasteten Umfang tangential und radial, verformt werden. Deshalb ermüden sie insbesondere dann, wenn sie aus sehr festem Material wie Stahl bestehen. Durch Überlagerung der Biegebeanspruchungen können aus mehrachsigen Verformungen Risse und/oder Brüche im Material des Festigkeitsträgers hervorgerufen werden.

Eine weitere bekannte Ausführungsform eines solchen Festigkeitsträgers ist ein Band, welches in bestimmten Abständen gesickt ist, d. h. es ist im Bereiche gegliedert, in denen sich das Material flächig erstreckt, und in Bereiche, in denen das Material praktisch radial umgeformt ist. Dabei dienen die radial umgeformten Bereiche der tangentialen Biegung oder Dehnung.

Ist ein derartiger Festigkeitsträger mit definierten Lochungen oder Schlitzen versehen, erhöht sich zwar seine radiale Flexibilität in der gewünschten Weise, jedoch können auch bei dieser Ausführungsform in den flächigen Bereichen typisch verlaufende winkelförmige Risse oder Brüche wegen der Überlagerung von Biegespannungen auftreten.

Durch Maschinentests und Laborversuche wurde gefunden, daß sich derartige Risse und Brüche nicht einstellen, wenn der bandartige Festigkeitsträger immer nur in einer Raumrichtung bzw. um eine Biegeachse verformt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bandartigen Festigkeits­ träger für Fahrzeug-Gürtel-Luftreifen zu schaffen, der im praktischen Betrieb des Luftreifens in mehreren Raumrichtungen gleichzeitig verformbar ist, ohne dabei Spannungen ausgesetzt zu werden, die zu spannungsbedingten Rissen oder/und Brüchen führen können.

Wenn hier von in mehreren Raumrichtungen gleichzeitig auftretenden Verformungen oder Deformationen die Rede ist, sind damit tangentiale Dehnungen und/oder Biegungen und radiale Biegungen (im Querschnitt) sowie laterale Verzerrungen gemeint, so wie sie im praktischen Betrieb eines auf einer praktisch ebenen Unterlage laufenden Luftreifens auftreten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einem Festigkeits­ träger der eingangs genannten Gattung gelöst, welcher die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäß ausgebildete bandartige Festigkeitsträger für Fahrzeug-Gürtel-Luftreifen ist so gegliedert und strukturiert, daß er verschiedene Zonen aufweist, in denen Verformungen jeweils nur in einer Raumrichtung auftreten, d. h. in denen er im praktischen Bertrieb nur tangential oder radial gebogen wird, wenn der mit einem derartigen Festigkeitsträger ausgestattete Luftreifen die beim Laufen auf Untergrund, der auch Unebenheiten aufweist, üblicherweise entstehende Beanspruchungen erfährt. Damit finden die Biegeverformungen in konstruktiv festgelegten vorgegebenen Bereichen bzw. Sektionen statt.

Das Ziel der Erfindung kann mit Festigkeitsträgern erreicht werden, deren flächige Zonen bzw. Bereiche sich in einer Ebene oder auch in zwei Ebenen erstrecken.

In beiden Fällen werden die flächigen Bereiche des Festigkeitsträgers durch Umformen oder Anhäufen von Material oder Verdickungen so versteift, daß sie sich in ihrer tangentialen Erstreckung zwischen den radial umgeformten Bereichen bzw. Sektionen nicht tangential verformen.

Alle betriebsbedingten tangentialen Biegeverformungen oder Dehnungen finden damit in den radial umgeformten Bereichen statt, so daß sich eine polygonartige Verformung des Bandes einstellt. Während sich die Ausführungsformen mit den flächigen Bereichen in einer bzw. in zwei Ebenen bezüglich des tangentialen Biege- und Dehnungsverhalten gleichen, unterscheiden sie sich hinsichtlich ihrer Biegesteifigkeit im Querschnitt.

Bei einem erfindungsgemäßen Festigkeitsträger, bei dem sich die flächigen Bereiche in einer Ebene befinden, kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, daß sich in den sickenartig radial verformten Zonen des bandartigen Festigkeitsträgers Löcher befinden und in den zwischen den radial verlaufenden Sicken sowie den Lochreihen "eingeschlossenen" flächigen Bereichen durch Umformung erzeugte tangential wirkende Versteifungen vorhanden sind. Durch die erfindungsgemäße Gliederung des Festigkeitsträgers ergeben sich die rasterartigen Bereiche und Sektionen, wobei die gesickten Bereiche alle tangentialen Biege- und Dehnungsverformungen durch Änderung des Radius der Sicken ausführen, weil die dazwischen liegenden Bereiche beispielsweise durch Umformung versteift sind.

Alle im Querschnitt radialen Biegeverformungen können dagegen spannungsarm in den die Lochungen enthaltenden Sektionen stattfinden, da die Lochungen der gesickten Bereiche die radiale Biegesteifigkeit über die Breite des Bandes entscheidend reduziert hat. Die verstärkten Bereiche und die Sektionen verformen sich weder tangential noch radial.

Die sickenförmigen Ausformungen bzw. radialen Zonen können bei dem Festigkeitsträger einen Scharnier-Effekt für tangentiale Biegungen und Dehnungen besorgen, während dazwischen vorgesehene flächige Bereiche eine radiale Biegung zulassen.

Die tangentiale Biegung oder Dehnung kann aber auch durch im Material schwächere Übergangsbereiche zwischen in radialer Richtung verlaufenden verstärkten Zonen des Festigkeitsträgers erzielt werden.

Weist der Festigkeitsträger gelochte bzw. mit Ausnehmungen versehene sickenförmige Ausformungen auf, so sind diese Ausformungen zwischen den Lochungen steif, so daß hier praktisch keine radiale Biegung auftritt.

Das erfindungsgemäße Ziel kann aber auch dadurch erreicht werden, daß die flächigen Bereiche des Festigkeitsträgers abwechselnd in zwei Ebenen verlaufen und verstärkte Bereiche aufweisen, die durch radial umgeformte Zonen ohne Verstärkung verbunden sind.

Durch diese Verstärkungen finden in den flächigen Bereichen ebenfalls keine tangentialen Biegeverformungen statt. Diese werden vielmehr durch Formänderungen der radial umgeformten Zonen erreicht.

Bei einer gezielten Verstärkung der flächigen Bereiche des in zwei Ebenen verlaufenden bandartigen Festigkeitsträgers ergibt sich ein im Querschnitt biegesteifes Tragwerk von sehr geringer Bauhöhe und sehr hoher lateraler Steifigkeit, so daß zur Sicherung der gesuchten Seitensteifigkeit Festigkeitsträger mit sehr geringer Bandbreite verwendet werden können und somit unter Vermeidung der Überlagerung von Spannungsspitzen eine hohe Standfestigkeit erreicht wird.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Festigkeitsträgers für Fahrzeug-Gürtel-Luftreifen schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Festigkeitsträgers gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ausschnittes des Festigkeitsträgers aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Festigkeitsträgers aus Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des polygonartig gelegten Festigkeitsträgers aus Fig. 1 bis 3, wie er in einem Gürtel-Luftreifen zylinderförmig angeordnet ist,

Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Festigkeitsträgers in der für den praktischen Betrieb vorgesehenen Konfiguration,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch das für den Festigkeitsträger gemäß Fig. 5 vorgesehene Ausgangsmaterial vor Verformung desselben,

Fig. 7 einen Querschnitt des Festigkeitsträgers nach Linie VII von Fig. 5,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine gegenüber Fig. 5 abgewandelte Ausführungsform des Festigkeitsträgers,

Fig. 9 einen Teil-Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des gegenüber Fig. 5 abgewandelten Festigkeitsträgers und

Fig. 10 einen Teil-Längsschnitt einer weiteren abgewandelten Ausführungsform des Festigkeitsträgers gemäß Fig. 5.

Der in Fig. 1 bis 4 gezeigte bandförmige Festigkeitsträger 1 des Gürtels eines in der Zeichnung nicht gezeigten Luftreifens für Fahrzeuge besteht aus einem zylindrisch zu legenden Band 2 aus verhältsnismäßig steifem Kunststoff oder aus Metallblech, das zwischen flächigen Abschnitten 3 etwa rechtwinklig zu diesen ausgeformte dreidimensionale Stege oder Sicken 4 aufweist, welche sich quer oder rechtwinklig bzw. senkrecht zur Längsrichtung des Bandes 2 erstrecken. Im Bereich dieser Sicken 4 ist das Band 2 mit lochartigen Ausnehmungen 5 versehen, welche, wie Fig. 3 zeigt, bis in die Ebene der flächigen Abschnitte 3 des Bandes 2 reichen.

Aus Fig. 4 ist erkennbar, daß der bandartige Festigkeitsträger, wenn er in einen nicht dargestellten Luftreifen eingebaut ist, praktisch nur im Bereich der aus dem Band 2 rechtwinklig ausgeformten Sicken 4 biegeverformt ist, während die zwischen den Sicken 4 befindlichen flächigen Abschnitte 3 gerade verlaufen, so daß der zylindrisch gelegte Festigkeitsträger 1 in Seitenansicht gesehen ein Polygon mit zwischen einer Vielzahl von praktisch gerade verlaufenden und damit keiner Biegung unterworfenen Abschnitten befindlichen biegbaren Sicken bildet.

Aus Fig. 2 und 4 ist erkennbar, daß die Sicken 4 bogenförmig ausgeformt bzw. ausgestaltet sind. Die Sicken 4 können aber in Seitenansicht gesehen auch rechteckige Form bzw. rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Insbesondere aus Fig. 1 geht hervor, daß die zwischen den einzelnen Sicken 4 befindlichen flächigen Abschnitte 3 des Bandes 2 Zonen 6 und 7 unterschiedlicher Festigkeit aufweisen, welche über die Breite des Bandes 2 einander abwechseln. Die steiferen Zonen 6, d. h. die Zonen größerer Festigkeit, befinden sich - in Längsrichtung oder Umfangsrichtung des Bandes 2 gesehen, zwischen den ungelochten Abschnitten 8 der Sicken 4, während die weniger festen oder weniger steifen Zonen 7 zwischen den lochartigen Ausnehmungen 5 der Sicken 4 und damit - über die Breite des Bandes 2 betrachtet - auch zwischen den versteiften Zonen 6 vorgesehen sind. Daher ist eine dreidimensionale Verformung des Bandes 2 möglich, ohne daß in einzelnen Bereichen des Bandes Überlagerungen von Biegespannungen aus mehreren Raumrichtungen auftreten können, die zu unerwünschten Brüchen des Bandes 2 bei den im praktischen Betrieb eines Luftreifens auftretenden Wechselbeanspruchungen führen würden.

Die versteiften Zonen 6 des Bandes 2 können beispielsweise durch dreidimensionale Verformung des Bandmaterials in diesen Bereichen erzielt werden, wie in Fig. 1 und 2 angedeutet ist.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 5 bis 10 enthält das den Festigkeitsträger 11 eines nicht dargestellten Gürtels eines Luftreifens bildende Band 12 keine Ausnehmungen, sondern lediglich Ausformungen in Form von Sicken 14, die einmal nach der einen und danach nach der anderen Seite des Bandes 12 weisen.

Das Band 12 enthält, wie insbesondere Fig. 6 zeigt, vor der Verformung zu den dreidimensionalen Festigkeitsträgern im Abstand voneinander parallel verlaufende Verdickungen 13, zwischen denen sich Abschnitte 15 normaler Dicke des Bandes 12 befinden.

Die Verdickungen 13 können Materialauftragungen, Materialverdoppelungen, wie Fig. 8 zeigt, oder auch Materialausformungen sein, wie sich aus Fig. 9 und 10 ergibt.

Aus Fig. 5, 7 und 8 ist erkennbar, daß das den Festigkeitsträger 11 bildende Band 12 derart verformt bzw. gebogen ist, daß sich zwischen den Verdickungen 13 des Materials schwalbenschwanzförmige biegeweichere Zonen 16 befinden. Somit ist eine dreidimensionale Beanspruchung bei gleichzeitig lateraler Steifigkeit des Festigkeitsträgers gewährleistet, ohne daß die Gefahr von Spannungsspitzen, welche zu Materialermündungen oder Materialbrüchen führen können, besteht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 sind die Verdickungen 13 aufweisenden Sicken 24 im Querschnitt etwa rechtwinklig bzw. trapezförmig ausgebildet. Zwischen horizontal verlaufenden und durch Materialverformung wie Faltung entstandenen Verdickungen 13 befinden sich schräg verlaufende Zonen 26 verringerter Steifigkeit, welche die dreidimensionale Beanspruchung ohne die Gefahr von schädlichen Spannungsspitzen und damit Brüchen gewährleisten.

Claims (7)

1. Festigkeitsträger für Fahrzeug-Gürtel-Luftreifen, bestehend aus einem in Umfangsrichtung des Luftreifens verlaufenden Band aus biegsamen, jedoch auch steifem Material wie Kunststoff-Folie oder Metall-Blech, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2; 12) zwischen gerade verlaufenden bzw. flächigen Abschnitten (3; 13) quer verlaufende stegförmige radiale Ausformungen (4; 14) aufweist, wobei das Band abwechselnd Verstärkungen (6; 13) und/oder Schwachstellen (7; 16; 26) aufweist, um es um zueinander senkrecht verlaufende Achsen dreidimensional beanspruchen zu können.

2. Festigkeitsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformungen (4) im Abstand voneinander nebeneinander Ausnehmungen (5) enthalten, die bis in die Ebene der geraden bzw. flächigen Abschnitte (3) reichen.

3. Festigkeitsträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stegförmigen Ausformungen (4) im Querschnitt bzw. in Seitenansicht wellenförmige oder etwa rechteckige Sicken sind.

4. Festigkeitsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Ausformungen (14) und/oder flachen Abschnitte des Bandes (12) mit in Längsrichtung der Ausformungen verlaufenden streifenförmigen Verstärkungen (13) versehen sind.

5. Festigkeitsträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformungen (14) einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweisen.

6. Festigkeitsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen (6; 13) in ihrer Erstreckung verformungsstabil sind.

7. Festigkeitsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radial ausgeformten Schwachstellen (4; 16; 26) in einerRaumachse biegeweich und dehnbar sind.