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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen für ein Fahrzeugrad,
bei dem mindestens ein Wulst einen Sitz mit einer Erzeugenden aufweist,
deren axial inneres Ende auf einem Kreis mit einem Durchmesser liegt,
der größer ist
als der Durchmesser des Kreises, auf dem sich das axial äußere Ende befindet.
Diese Gestaltungsart ist für
neue Generationen von Luftreifen besonders geeignet, die in bestimmten
Grenzen bei Minderdruck oder sogar in drucklosem oder fast drucklosem
Zustand verwendet werden können,
ohne dass die Gefahr besteht, dass der Reifen von der Felge, auf
der er montiert ist, abgezogen wird. Dieses Konzept wird häufig als "erweiterte Mobilität" oder "Notlauf' bezeichnet.
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Die
Reifenhersteller versuchen seit langem, Luftreifen zu entwickeln,
die keine Gefahrenquelle oder potentielle Gefahr bei einem abnormalen
Absinken des Drucks oder sogar einem völligen Druckverlust darstellen.
Eine der auftretenden Schwierigkeiten betrifft das Fahren im platten
Zustand oder bei sehr geringem Druck. Beim Fahren mit sehr geringem
Druck oder sogar ohne Luft besteht bei herkömmlichen Luftreifen nämlich die
große
Gefahr, dass sich die Wülste
vom Umfang der Felge ablösen, an
die sie durch den Druck gepresst werden. Es wurden zahlreiche Lösungen getestet,
um diesen Nachteilen abzuhelfen. Diese Lösungen führen oft hinsichtlich der Montage
des Reifens auf die Felge und der Demontage des Reifens von der
Felge zu zusätzlichen
Schwierigkeiten.
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In
der Druckschrift
EP 0 582 196 wird
ein Luftreifen beschrieben, der einen Laufstreifen, der in zwei
Flanken und zwei Wülste übergeht,
und eine Karkasse aufweist, die in den beiden Wülsten an einer ringförmigen Verstärkung verankert
ist. Die Karkasse besteht aus nebeneinander angeordneten, in Umfangsrichtung
aneinander gereihten Drähten,
die in der Verankerungszone des Wulstes, der die ringförmige Verstärkung enthält, mit
mindestens einer Verbindungsgummischicht mit sehr hohem Elastizitätsmodul
in Kontakt steht. In diesem Luftreifen besteht die ringförmige Verstärkung der
Verankerungszone des Wulstes aus Stapeln von umlaufenden Drähten, wobei
sich zwischen den Drähten
der Karkassenverstärkung
und den Stapeln eine Verbindungsgummischicht mit sehr hohem Elastizitätsmodul
befindet.
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Diese
Ausführungsform
ist für
Luftreifen vom herkömmlichen
Typ vorgesehen, bei denen die Wülste
durch den Fülldruck
des Luftreifens am Felgenhorn gehalten werden. Bei diesem Anordnungstyp
treten überwiegend
Kräfte
vom lateralen oder axialen Typ auf, die hohe Kompressionskräfte induzieren,
die im Wesentlichen axial von den Wänden in Richtung des Wulstzentrums
wirken. Diese Kräfte
steigen als Funktion des Fülldrucks.
Durch die Druckerhöhung wird
der Wulst radial nach außen
gegen das Horn geschoben. Die radial nach innen am Felgensitz auftretenden
Kräfte
werden mit der Druckerhöhung
oder jeglicher Erhöhung
der Spannung der Verstärkungsstruktur
vom Karkassentyp schwächer.
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Es
ist im Übrigen
festzustellen, dass die Drahtstapel in etwa parallel zur Orientierung
des Profils des Felgenhorns ausgerichtet sind, an dem der Wulst
anliegt.
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Das
Wulstprofil dieses Typs von Luftreifen ist relativ schmal und lang;
die Verankerung ist fast über die
ganze Höhe
und Breite des Wulstes verteilt. Die Karkasse geht in Bezug auf
die Wände
des Wulstes im Allgemeinen in etwa zentral durch den Wulst.
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Da
es sich um einen relativ schmalen Wulst handelt, der überwiegend
axialen Kräften
ausgesetzt ist, können
ferner weder der Aufpumpdruck noch die in der Karkasse auftretende
Spannung große
Momente oder Drehmomente erzeugen, die den Wulst verkippen oder
drehen können.
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Wenn
der Druck fällt
und gleichzeitig die Fahrt fortgesetzt wird, kann bei einem solchen
Reifentyp nicht mehr gewährleistet
werden, dass der Reifen auf der Felge gehalten wird, in den meisten Fällen wird
er von der Felge abgezogen.
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In
der Druckschrift
EP 0 673 324 ist
eine Einheit beschrieben worden, die mindestens einen Luftreifen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit radialer Karkassenbewehrung,
die in jedem Wulst verankert ist, und eine Felge mit einer speziellen
Form umfasst. Diese Felge besitzt einen ersten Sitz mit einer Erzeugenden,
die so ist, dass sich das axial äußere Ende
der Erzeugenden in einem Abstand von der Drehachse befindet, der
kleiner ist als der Abstand des axial inneren Endes, und axial nach
außen durch
einen Vorsprung oder Felgenrand begrenzt wird. Der Luftreifen weist
Wulstsitze auf, die für
die Montage auf diese Felge geeignet sind. Die in dieser Druckschrift
vorgeschlagene Art von Grenzfläche Luftreifen/Felge
hat im Vergleich mit den bereits bekannten Lösungen zahlreiche Vorteile,
insbesondere im Hinblick auf die leichte Montage/Demontage, wobei
gleichzeitig trotz Druckverlust eine gewisse Strecke zurückgelegt
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung will insbesondere verschiedene Typen von Architekturen
angeben, die die guten Eigenschaften der in der oben genannten Druckschrift
vorgeschlagenen Einheit optimieren sollen.
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Die
Druckschrift
EP 0 748 287 gibt
eine Lösung
an, mit der eine erste Optimierung der in der oben angegebenen Druckschrift
EP 0 673 324 beschriebenen
Grundlagentechnik erfolgen kann. Es handelt sich um einen Luftreifen,
bei dem mindestens ein Wulst einen Aufbau hat, mit dem das Anpressen des
Wulstes in Abhängigkeit
von der Spannung der Karkassenbewehrung und insbesondere einer Verstärkung der
Karkassenbewehrung modifiziert werden kann; wenn der Aufpumpdruck
auf den Nennwert steigt. In der Druckschrift wird die Verwendung
eines Wulstes mit einer Verankerung des Karkassenendes durch Hochschlag
des Endes um die Basis des Wulstkerns an der in Bezug auf den Wulstkern
axial und radial inneren Seite vorgeschlagen. Der Wulst besitzt
außerdem
angrenzend an den Wulstkern und axial an der Außenseite des Wulstkerns ein
Profilteil aus einer Kautschukmischung von relativ hoher Härte, an
dem der Wulstkern bei Erhöhung
der Spannung der Karkassenbewehrung eine Kompressionskraft ausüben kann.
Die Kompressionskraft führt
zu einem selbsttätigen Einklemmen
der Wulstspitze an der Montagefelge. Die Spannung der Karkasse ruft also
ein Verschieben des Wulstkerns nach außen hervor, so dass der Wulstkern
die Kompressionskraft erzeugen kann. Die Gegenwart eines Wulstkerns vom
herkömmlichen
Typ und der Hochschlag der Karkasse unter diesem Wulstkern werden
zur Erzeugung der Kompressionskraft bei einer solchen Konfiguration
als unerlässlich
beschrieben. Dies schränkt die
Möglichkeiten
für weitere
Gestaltungen ein.
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In
der Druckschrift
EP 0 922 592 sind
dagegen zwei Ausführungsformen
mit einer Verankerung der Karkasse durch Hochschlag axial in Richtung
außen
beschrieben worden.
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Nach
der ersten Ausführungsform
wird eine Verankerung der Karkasse in dem Wulst durch Hochschlag
des Endes der Karkasse radial nach außen vorgeschlagen. Der Hochschlag
ist auf beiden Seiten von zwei radial übereinander liegenden Lagen
von Metalldrähten
umgeben, die axial nebeneinander angeordnet sind und in etwa den
gesamten axialen Bereich entlang des Wulstsitzes abdecken. Die Lagen sind
so angeordnet, dass sie parallel zum Sitz verlaufen. Die Drahttypen
sowie die entsprechenden Abmessungen sind sehr genau angegeben.
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Die
in dieser Druckschrift angegebene zweite Lösung betrifft Wulstsitze mit
unterschiedlichen Durchmessern. Die Befestigung der Karkasse erfolgt im
Vergleich mit der ersten Lösung
ebenfalls auf andere Weise. Zunächst
teilt sich die Karkasse auf der Höhe des Wulstes in zwei radial
getrennte Teile. An jedem Teil wird eine radial angeordnete Lage
aus Drähten
angebracht, wobei jede Lage radial außen an dem jeweiligen Teil
der Karkasse angeordnet wird. Der radial äußere Teil der Karkasse und
die radial innere Drahtlage werden durch eine Einlage vom Elastomertyp
von hoher Härte
getrennt, die in dem Wulst vorgesehen ist. Der zentrale Bereich
des Wulstes ist in axialer Richtung mit der Einlage ausgestattet
und die Einlage erstreckt sich radial nach außen und axial nach innen über den
radialen Bereich hinaus, in dem sich die Metalldrähte befinden.
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Die
beiden Lösungsbeispiele
der Druckschrift
EP 0 922 592 haben
mehrere Nachteile. Die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Befestigung
der Karkasse erfordert die Gegenwart eines Hochschlags des Endbereichs
der Karkasse axial nach außen.
Ferner sind die übereinander
liegenden Drahtlagen radial in der Nähe des Wulstsitzes größtenteils
in einer radialen Position näher
an der Drehachse als der obere Bereich des Randes, an dem der Wulst
anliegt, angeordnet. Die Montage/Demontage des Luftreifens ist wegen
der ungünstigen
radialen Position der Drähte
schwierig durchzuführen,
wenn nicht stark dehnbare Drähte
verwendet werden. Es ist auch zu beachten, dass die Stapel im Wesentlichen
parallel zum Profil des Sitzes angeordnet sind, an dem der Wulst
anliegt.
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Die
am 27.05.1999 angemeldete und am 16.12.1999 veröffentlichte Druckschrift WO99/64225 beschreibt
einen Luftreifen, der Wülste
besitzt, deren Sitz eine Erzeugende aufweist, deren axial inneres Ende
auf einem Kreis mit einem Durchmesser liegt, der größer ist
als der Durchmesser des Kreises, auf dem sich das axial äußere Ende
befindet, und der mit einer speziellen Karkassenverankerung versehen
ist.
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Gemäß der zweiten
Lösung
teilt sich die Karkasse in zwei Teile und es ist ein Einsatz mit
hoher Härte
erforderlich, um einerseits die Drahtlagen und andererseits die
beiden Karkassenlagen zu trennen. Die Verankerung der Karkasse erfolgt
jedoch nicht in dem Einsatz. Die Form des beschriebenen Einsatzes ist
beschränkt.
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Die
vorliegende Erfindung soll den verschiedenen Nachteilen abhelfen,
die mit den oben dargelegten Lösungen
verbunden sind.
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Hierzu
wird ein Luftreifen für
Fahrzeugräder gemäß Anspruch
1 angegeben.
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Ein
Grenzbereich besteht vorteilhaft aus einem Teil der Verstärkungsstruktur
und mindestens einem Stapel, wobei diese Zone im Wesentlichen in eine
Gummimischung mit hohem Modul eingebettet ist. Der Grenzbereich
umfasst vorteilhaft im Allgemeinen die Stapel und den Bereich der
angrenzenden Verstärkungsstruktur.
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Eine
solche Anordnung, insbesondere auf der Höhe des Wulstes, ermöglicht eine
sehr große Flexibilität an den
Grenzen der verschiedenen Zonen, die Mischungen unterschiedlicher
Art und/oder mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten. Dies trifft
auch auf die Stapel zu, die in einer Vielzahl von Formen konfiguriert
sein können.
Auf Grund dieser beiden Aspekte ist es möglich, das Konzept und die Herstellung
der Luftreifen in Abhängigkeit
vom Fahrzeugtyp, für
den der Luftreifen vorgesehen ist, und den damit verbundenen Belastungen
bei der Verwendung zu optimieren. Es ist auch möglich, geeignetere Anordnungen
vorzusehen, die verschiedene Arten von automatisierten Fertigungen
erleichtern, beispielsweise die Montage auf einem zentralen Kern und/oder
ohne Verwendung von Halbfertigprodukten. Auf diese Weise kann ein
Luftreifen für
ein vorgegebenes Kraftfahrzeug konzipiert werden, der mit geringeren
Gestehungskosten hergestellt werden kann.
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Die
Verankerung der Verstärkungsstruktur
in dem Wulst ist gewährleistet,
obwohl ein Wulstkern vom herkömmlichen
Typ fehlt, um den die Karkasse gewöhnlich umgeschlagen wird, um
eine verlässliche Verankerung
zu schaffen. Diese Art von Architektur ist auch deshalb vorteilhaft,
weil sie kompakt ist und leicht montiert/demontiert werden kann.
Ferner kann der herkömmliche
Hochschlag der Karkasse, der in den Wülsten vom bekannten Typ vorgesehen
ist, welche einen Sitz mit einer Erzeugenden aufweisen, deren axial
inneres Ende auf einem Kreis liegt, dessen Durchmesser größer ist
als der Durchmesser des Kreises, auf dem sich das axial äußere Ende
befindet, entfallen, ohne dass die Integrität, Festigkeit oder Zuverlässigkeit
der Einheit verloren geht. Dieser Aspekt trägt zur Vereinfachung der Herstellung
bei, wobei jedoch eine riesige Gestaltungsbreite möglich ist.
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Das
Weglassen des Hochschlags wird durch die Verwendung von Mischungen
mit hohem Modul in der Zwischenzone in direktem Kontakt mit der
Verstärkungsstruktur
vom Karkassentyp in der Verankerungszone möglich. In herkömmlichen
Luftreifen sind die Karkassen in engem Kontakt mit Mischungen mit niedrigem
oder sehr niedrigem Modul. Zur Übertragung
der Kräfte
auf den Wulstkern sind große
Längen
erforderlich.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Art der Herstellung, bei der die verschiedenen
Bestandteile des Luftreifens direkt auf einen zentralen Kern aufgelegt
werden, dessen Form den Luftreifen bei der Herstellung eine Form
verleiht, die in etwa der Form des Endproduktes entspricht, ermöglicht das
Weglassen des Hochschlags (der bei einem herkömmlichen Aufbau vorhanden ist),
eine vorteilhafte Vereinfachung der Herstellung.
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Die
Verstärkungsstruktur
in den Flanken und im Scheitel ist vorteilhaft vom Karkassentyp,
wobei die mechanischen Eigenschaften den Eigenschaften der Karkassenlagen
vom bekannten Typ ähneln.
Diese Verstärkungsstruktur
ist im Übrigen
vorteilhaft so konfiguriert, dass auf der Höhe des Wulstes keine axiale
Trennung erfolgt. Alle Drähte
der umlaufenden Anordnung nehmen also vorteilhaft eine in etwa identische
axiale Position ein.
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Mindestens
ein äußerer Rand
eines Wulstes ist vorzugsweise so angeordnet, dass er sich im Wesentlichen
axial und radial nach außen
bis zum axial äußeren Ende.
des Wulstsitzes erstreckt. Der äußere Rand,
axial außen
am Sitz, weist beispielsweise eine in etwa geradlinige Erzeugende
auf, die in Bezug auf die Drehachse des Luftreifens radial nach
außen
in einem Winkel von 30 bis 85° geneigt
ist, der von dieser Achse aus gemessen wird.
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Ein
solcher Rand wird gewöhnlich
zusammen mit einer Felge eingesetzt, die einen Rand besitzt, der
häufig
als "Side" bezeichnet wird,
der ebenfalls so angeordnet ist, dass er sich in etwa axial und radial
nach außen
bis zum axial äußeren Ende
des Felgensitzes erstreckt. Dieser Rand kann als Auflagefläche dienen,
wenn auf den Wulst eine Kraft ausgeübt wird, die ihn radial nach
außen
schiebt. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Wulst
gedreht wird oder auch durch die Kraft, die bei einer starken Kurvenfahrt
auftritt. Der Rand trägt dazu
bei, dass der Wulst und somit der Luftreifen gut auf der Felge gehalten
wird, wobei insbesondere jegliches Abziehen axial nach außen verhindert
werden kann.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung sind die Grundflächen
der Stapel (die Drähte,
die sich in radialer Richtung am Nächsten an der Drehachse des
Luftreifens befinden) radial weiter außen angeordnet als das Ende
des Randes (axial und radial am weitesten außen liegender Bereich des Randes).
Die Grundflächen
der Stapel sind vorteilhaft so vorgesehen, dass sie in Bezug auf
den Rand der für
den Luftreifen geeigneten Felge radial außen angeordnet sind. Hierdurch
ist die Montage/Demontage leichter.
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Die
Verstärkungsstruktur
vom Karkassentyp erstreckt sich vorteilhaft in etwa radial von jedem Wulst
entlang der Flanken bis in den Scheitel. Die Struktur kann einstückig sein
und sich von ei nem Wulst zum anderen erstrecken, oder sie kann in
zwei Unterstrukturen geteilt sein, die jeweils nur in einer Flanke
verlaufen.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die in etwa radiale Anordnung der umlaufenden Drähte in mindestens
einem Stapel angeordnet, wobei alle Stapel auf der in Bezug auf
die Struktur vom Karkassentyp axial äußeren Seite angebracht sind.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
ist die in etwa radiale Anordnung der umlaufenden Drähte in mindestens
einem Stapel angeordnet, wobei alle Stapel in Bezug auf die Struktur vom
Karkassentyp auf der axial inneren Seite angeordnet sind.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die in etwa
radiale Anordnung der umlaufenden Drähte in mindestens zwei Stapeln
angeordnet, wobei die Stapel in Bezug auf die Struktur vom Karkassentyp
auf beiden Seiten liegen.
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Die
Anzahl der Stapel sowie die Anzahl der Wicklungen oder Windungen
jedes Stapels werden vorteilhaft in Abhängigkeit der für den Luftreifen
gewünschten
Eigenschaften gewählt,
beispielsweise in Abhängigkeit
von seinem Betriebsdruck. So kann beispielsweise eine höhere Zahl
von Stapeln günstig sein,
um die Steifigkeit auf der Höhe
der Wulstzone zu vergrößern.
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Die
Verstärkungsstruktur
besteht vorzugsweise aus einer Drahtwicklung, die zwischen den beiden
Wülsten
hin und zurück
verläuft,
so dass in jedem Wulst Schlingen gebildet werden. Auf diese Weise
erhält
man eine Verstärkungsstruktur
vom Karkassentyp. Im Übrigen
besteht die Drahtwicklung vorzugsweise aus nur einem Draht.
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Die
Verbindungsgummimischung mit deutlich hohem Elastizitätsmodul
gewährleistet
eine Verankerung der Struktur vom Karkassentyp. Der Elastizitätsmodul
der Verbindungsgummimischung liegt vorteilhaft über 40 MPa und ist im Allgemeinen
größer als
die Module der anderen angrenzenden Zonen des Wulstes, die Mischungen
mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt
sich die Struktur vom Karkassentyp in Richtung der Drehachse des
Luftreifens über
die Grundfläche
der Stapel hinaus. Da in diesem Fall der Hochschlag der Struktur
vom Karkassentyp für
die Verankerung nicht unerlässlich
ist, kann das Umschlagen ohne Zusammenfügen mit den umlaufenden Drähten entlang
der Struktur erfolgen, und/oder ohne dass der hochgeschlagene Teil
ganz oder teilweise in einem Kautschukmischungsbereich mit hohem
Modul angeordnet ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der innere
Wulst, der auf der Innenseite des Rades angeordnet werden soll,
und der äußere Wulst,
der an der Außenseite
des Rades angeordnet werden soll, unsymmetrisch ausgeführt. Die Anzahl
der Stapel oder die Anzahl der Windungen jedes Stapels kann beispielsweise
unterschiedlich sein. Einige Beispiele für unsymmetrische Anordnungen
sind in Figuren gezeigt, in denen sich beispielsweise die Anzahl
der Drahtstapel in dem Wulst an der Innenseite von der Anzahl der
Drahtstapel in dem Wulst an der Außenseite unterscheidet. Die
Anzahl der Drahtstapel in dem innen liegenden Wulst ist beispielsweise
kleiner als die Anzahl der Drahtstapel in dem außen liegenden Wulst. In Abhängigkeit
von den gewünschten
Eigenschaften ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus den Ausführungsbeispielen
für einen
erfindungsgemäßen Luftreifen
hervor, die nicht einschränkend
zu verstehen sind und die sich auf die beigefügten 1 bis 9 beziehen,
wobei:
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1 einen
erfindungsgemäßen Luftreifen im
Querschnitt zeigt;
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2 in
einem vergrößerten Querschnitt
die Wülste
einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Luftreifens
darstellt, bei der die Drahtstapel auf nur einer Seite der Verstärkungsstruktur,
in diesem Beispiel dem axial äußeren Bereich,
angeordnet sind;
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3 in
einem vergrößerten Querschnitt eine
andere Ausführungsform
der Wülste
zeigt, wobei sich die Verstärkungsstruktur
zwischen einem axial innen angeordneten Drahtstapel und zwei oder drei
in Bezug auf die Struktur axial außen angeordneten Drahtstapeln
befindet;
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4 in
einem vergrößerten Querschnitt eine
andere Ausführungsform
der Wülste
zeigt, bei der die Verstärkungsstruktur
zwischen zwei axial innen angeordneten Drahtstapeln und einem oder
zwei in Bezug auf die Struktur axial außen angeordneten Drahtstapeln
liegt;
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5 in
einem vergrößerten Querschnitt eine
Variante von in etwa symmetrischen Wülsten zeigt, wobei sich die
Verstärkungsstruktur
zwischen drei axial innen angeordneten Drahtstapeln und einem in
Bezug auf die Struktur axial außen
angeordneten Drahtstapel befindet;
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6 in
einem vergrößerten Querschnitt eine
weitere Variante der Wülste
zeigt, wobei die Drahtstapel auf nur einer Seite der Verstärkungsstruktur
angeordnet sind, in diesem Beispiel der axial inneren Seite;
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7 in
einem vergrößerten Querschnitt den
linken und rechten Wulst des Luftreifens der 1 zeigt;
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8a bis 8e die
Veränderung
der Position eines erfindungsgemäßen Wulstes
auf der zur Montage vorgesehenen Felge in Abhängigkeit vom Fülldruck
erläutern;
und
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9 zwei
Kurven zur Erläuterung
der Drehung der unteren Zone des Luftreifens in Abhängigkeit
vom Fülldruck
zeigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Ausdruck "Draht" ganz allgemein sowohl
für Monofilamente
als auch Multifilamente oder auch Einheiten wie Seile, Litzen oder
beliebige Arten von äquivalenten
Einheiten verwendet, unabhängig
davon, aus welchem Material die Drähte bestehen oder wie sie behandelt
wurden. Es kann sich beispielsweise um Oberflächenbehandlungen, eine Ummantelung
oder ein Vorverkleben handeln, um die Haftung am Kautschuk zu verbessern.
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Unter
einer radialen Struktur ist eine Anordnung in einem Winkel von 90° zu verstehen,
diese gebräuchliche
Bezeichnung wird jedoch auch für
einen Winkel in der Nähe
von 90° verwendet.
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Die
Karkassenlage(n) sind bekanntlich herkömmlich um einen Wulstkern hochgeschlagen.
Der Wulstkern fungiert also als Verankerung für die Karkasse. Er nimmt insbesondere
die Spannung auf, die in den Karkassendrähten beispielsweise unter der Wirkung
des Aufpumpdrucks auftritt. Die in der vorliegenden Druckschrift
beschriebene Anordnung kann eine ähnliche Verankerungsfunktion
gewährleisten.
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Es
ist auch bekannt, den Wulstkern vom herkömmlichen Typ zu verwenden,
um ein Einklemmen des Wulstes an der Felge sicherzustellen. Die
in der vorliegenden Druckschrift beschriebene An ordnung kann in
gleicher Weise eine ähnliche
Klemmfunktion gewährleisten.
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Gemäß der vorliegenden
Beschreibung wird unter einem "Verbindungsgummi" die Kautschukmischung
verstanden, die gegebenenfalls mit den Verstärkungsdrähten in Kontakt ist, an diesen
haftet und die Zwischenräume
zwischen angrenzenden Drähten
ausfüllen
kann.
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Unter
dem Ausdruck "Kontakt" zwischen einem Draht
und einer Verbindungsgummischicht wird verstanden, dass zumindest
ein Teil des äußeren Umfangs
des Drahts mit der Kautschukmischung, die den Verbindungsgummi bildet,
in innigem Kontakt ist.
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Unter
den "Flanken" sind die Bereiche
des Luftreifens von meistens geringerer Biegesteifigkeit zu verstehen,
die zwischen dem Scheitel und den Wülsten liegen. Als "Flankenmischungen" werden die Kautschukmischungen
bezeichnet, die sich in Bezug auf die Drähte der Verstärkungsstruktur
der Karkasse und ihrem Verbindungsgummi axial außen befinden. Diese Mischungen
haben gewöhnlich
einen niedrigen Elastizitätsmodul.
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Als "Wulst" wird der Bereich
des Luftreifens bezeichnet, der radial innen an der Flanke angrenzt.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Luftreifen 1 im
Querschnitt dargestellt. Der Luftreifen weist eine erste Flanke 5 auf,
die an einen ersten Wulst 3 angrenzt, bei dem es sich vorzugsweise
um den inneren Wulst handelt. In ähnlicher Weise umfasst der gegenüberliegende
Teil des Luftreifens eine zweite Flanke 6, die an einen
zweiten Wulst 4 angrenzt. Ein Scheitel 7, der
mit einem Laufstreifen 8 versehen ist, verbindet die Flanken.
Der Scheitel enthält
vorzugsweise mindestens einen Verstärkungsgürtel.
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Der
Luftreifen besitzt eine Verstärkungsstruktur 2,
beispielsweise eine Karkasse, die mit Verstärkungen versehen ist, die vorteilhaft
in etwa radial angeordnet sind. Diese Struktur kann kontinuierlich über die
Flanken und den Scheitel von einem Wulst zum anderen verlaufen,
sie kann jedoch auch zwei oder mehrere Teile aufweisen, die beispielsweise
in den Flanken verlaufen, ohne dass der gesamte Scheitel vollkommen
bedeckt ist.
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Die
Endbereiche der Verstärkungsstruktur 2 wirken
mit den Wülsten
zusammen. Hierdurch entsteht eine Verankerung dieser Bereiche in
den Wülsten,
so dass die Integrität
des Luftreifens gewährleistet
ist.
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Die
Verstärkungsstruktur 2 wird
vorzugsweise gebildet, indem nur ein einziger Draht gewickelt wird,
der zwischen den beiden Wülsten
hin und her verläuft,
so dass in jedem Wulst Schlingen gebildet werden. Diese Schlingen,
die in der Gummimischung mit hohem Modul eingebettet sind, tragen
zur mechanischen Verbindung der Verstärkungsstruktur 2 und des
Wulstes bei, insbesondere die Stapel 13. Aus der Gegenwart
von Schlingen zwischen dem "Hin-Weg" und dem "Rück-Weg" des Drahtes ergibt sich, dass die Verstärkung vom
Monofilamenttyp ist. Die Karkasse könnte natürlich auch nicht kontinuierlich
nur aus einem Draht gefertigt werden, und sie könnte auch keine Schlingen aufweisen,
sondern beispielsweise geschnittene Enden umfassen.
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Wie
in 2 dargestellt ist, bilden die umlaufenden Drähte 12,
die vorzugsweise in Form von Stapeln 13 angeordnet sind,
eine Anordnung von Drähten 11,
die in beiden Wülsten 3 und 4 vorgesehen
ist. Bei diesen Drähten
handelt es sich vorzugsweise um Metalldrähte. Alle Drähte oder
nur ein Teil der Drähte können auch
aus einem Textilmaterial oder anderen Materialien hergestellt sein.
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Mindestens
ein Draht 12 eines Stapels 13 ist vorzugsweise
in unmittelbarer Nähe
eines Endbereichs 21 der Verstärkungsstruktur 2 angebracht.
Die Stapel können
auch so angeordnet sein, dass sich ein Endbereich 21 zwischen
den Stapeln 13 befindet.
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Der
Zwischenraum zwischen den Drähten 12 und
der Verstärkungsstruktur 2 wird
von einer Verbindungsgummimischung 14 ausgefüllt. Es
ist auch möglich,
mehrere Mischungen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu verwenden,
die mehrere Zonen begrenzen, wobei die Kombinationen von Mischungen und
Anordnungen, die resultieren, quasi unbegrenzt sind. Eine Kautschukmischung
mit einem hohen Elastizitätsmodul
kann jedoch vorteilhaft im Grenzbereich zwischen der Drahtanordnung 11 und
der Verstärkungsstruktur 2 vorgesehen
werden. Der Elastizitätsmodul
einer solchen Gummimischung kann beispielsweise größer als
20 MPa sein oder er kann sogar 40 MPa übersteigen, wobei dies als
nicht einschränkendes
Beispiel zu verstehen ist.
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Die
Anordnungen der Drähte 11 können in unterschiedlicher
Weise angeordnet und hergestellt sein. Ein Stapel 13 kann
beispielsweise vorteilhaft aus nur einem Draht 12 bestehen,
der vorzugsweise vom kleinsten Durchmesser zum größten Durchmesser
spiralförmig
(in etwa mit Null Grad) gewickelt ist. Ein Stapel kann auch aus
mehreren konzentrisch übereinander
angeordneten Drähten
bestehen.
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Die
Möglichkeiten
für die
Anordnung der Stapel sind praktisch unbegrenzt. Einige nicht einschränkende Beispiele
werden in der vorliegenden Beschreibung erläutert und beschrieben. Die
Grundfläche
der Stapel (radial innerer Bereich) kann, wie in 2 gezeigt
ist, in etwa co-radial (radial aufgereiht) verlaufen oder beispielsweise
so versetzt sein, dass alle ersten Drähte des jeweiligen Stapels
so ausgerichtet sind, dass sie in Bezug auf die Drehachse des Luftreifens
einen gegebenen Winkel einnehmen. Der links in 6 dargestellte
Wulst zeigt einen Fall (nicht einschränkend zu verstehen), bei dem
die Anordnung in etwa parallel zum Wulstsitz verläuft.
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Es
hat sich in überraschender
Weise herausgestellt, dass die Verankerung der Verstärkungsstruktur
in dem Wulst durch den beschriebenen Typ von Grenzfläche realisiert
werden kann, obwohl in dem erfindungsgemäßen Luftreifen mit erweiterter Mobilität die an
dem Wulst induzierten Kräfte
von den Kräften
an einem Wulst vom herkömmlichen
Typ verschieden sind. Bei dem erfindungsgemäßen Luftreifen führt beispielsweise
die Erhöhung
des Drucks zu einer Erhöhung
des Anpressdrucks des Wulstsitzes am Felgensitz in radialer Richtung.
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Die 8a bis 8e erläutern die
Veränderung
der Winkelposition der unteren Zone eines Luftreifens und insbesondere
der Verankerungszone eines Wulstes in Bezug auf seine ursprüngliche,
nicht montierte und nicht aufgepumpte Geometrie. Es ist zu sehen,
dass der axial äußere Bereich
des Sitzes umso mehr gegen den Felgensitz gedrückt wird, je mehr der Druck
steigt. 8a zeigt die nicht aufgepumpte
Einheit bei null bar. Der Positionierungswinkel ist etwa 10°. In 8b ist
die auf ein bar aufgepumpte Einheit dargestellt. Der Positionierungswinkel
beträgt
nun etwa 8°.
In 8c ist die auf drei bar aufgepumpte Einheit zu
sehen. Nun ist der Positionierungswinkel etwa 3°. 8d zeigt
die auf sechs bar aufgepumpte Einheit. Der Positionierungswinkel ist
nun etwa –4°. In 8e ist
die auf acht bar aufgepumpte Einheit zu sehen. Jetzt beträgt der Positionierungswinkel
etwa –10°.
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In 9 sind
zwei Kurven dargestellt, die die Drehung des unteren Bereichs des
Luftreifens in Abhängigkeit
von Fülldruck
erläutern.
Die Kurve A entspricht einer Architektur, bei der alle Drahtstapel
axial außen
an der Verstärkungsstruktur
vom Karkassentyp angebracht sind. Die Kurve B entspricht einer Architektur,
bei der zwei Drahtstapel in Bezug auf die Verstärkungsstruktur vom Karkassentyp
axial innen angebracht sind. Die Kurve A entspricht also einem Beispiel,
bei dem die Verstärkungsstruktur
axial weiter innen liegt als in dem Beispiel, das zur Kurve B gehört. Die
Wirkung des Hebelarms, beispielsweise in Bezug auf das Druckzent rum
CP, ist in dem ersten Beispiel größer. Es ist im Übrigen festzustellen,
dass sich die Ergebnisse bezüglich
der Drehung der unteren Zone in beiden Beispielen unterscheiden,
da eine Architektur, bei der die Verstärkungsstruktur in axialer Richtung
weiter innen liegt und damit einen größeren Hebelarm aufweist, zu
einer größeren Drehung der
unteren Zone des Luftreifens führt,
wobei die anderen Parameter, beispielsweise die Abmessungen, Bestandteile,
etc. in den beiden Beispielen natürlich ähnlich sind. Die Kurve B von 9 zeigt
also bei gleicher Änderung
des Aufpumpdrucks eine weniger große Drehung als die Kurve A.
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Aus
diesen Versuchen geht hervor, dass es möglich ist, das Ausmaß der Drehung
der unteren Zone des Luftreifens zu verändern, indem verschiedene Architekturtypen
eingesetzt werden, bei denen sich die relativen Positionen der Drähte und/oder
der Verstärkungsstruktur
gegeneinander oder in Bezug auf einen gegebenen Punkt des Wulstes,
beispielsweise das Druckzentrum CP, ändern.
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Durch
Korrelation der in 9 gezeigten Grafik und den verschiedenen
in 8 erläuterten Positionen ist festzustellen,
dass bei Druck null oder einem geringen Druck der Druck besonders
an dem axial inneren Bereich des Sitzes konzentriert ist; je mehr
der Druck im Inneren des Luftreifens steigt, desto kleiner werden
die an diesem axial innen am Sitz angreifenden Kräfte und
desto mehr werden sie in einen axial mehr an der Außenseite
des Wulstes liegenden Bereich verschoben. Ab einem bestimmten Wert
für den
Fülldruck
des Luftreifens sind die in den beiden Zonen an greifenden Kräfte gleich,
anschließend
können
die in der axial äußeren Zone
angreifenden Kräfte
größer werden
als die axial innen angreifenden Kräfte.
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Während dieser Übertragung
ist es möglich, dass
der am äußeren Rand
der Felge ausgeübte Druck
ebenfalls steigt.
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Verschiedene
Versuche, die an unterschiedlichen Konfigurationen durchgeführt wurden,
konnten zeigen, dass das Phänomen
des Kräftetransfers
oder auch die Drehung des unteren Bereichs einerseits durch die
Erhöhung
des Drucks im Luftreifen, die eine Kraft erzeugt, die axial nach
außen
und gegen die Flanke und den Wulst gerichtet ist, und andererseits
durch die Erhöhung
der Spannung in der Verstärkungsstruktur
infolge der Druckerhöhung
in Luftreifen verursacht wird.
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Der
erfindungsgemäße Luftreifen
ist besonders dazu geeignet, mit einem Felgentyp verwendet zu werden,
wie er in der Druckschrift
EP
0 673 324 beschrieben wurde. Eine derartige Felge hat einen Sitz
und vorzugsweise eine Erhöhung
oder einen Rand axial oder radial in Richtung außen. Die Qualität des Kontaktes
oder der Auflage des Wulstes auf dem Sitz ist besonders wesentlich.
Eines der erfindungsgemäßen Mittel,
die zur Verbesserung eingesetzt werden, besteht darin, das oben
beschriebene Phänomen
der Drehung des unteren Wulstbereichs zu optimieren.
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Dieses
Phänomen
ergibt sich aus der Struktur des verwendeten Wulstes. Die axiale
Position der Verstärkungsstruktur 2 in
Bezug auf das Schubzentrum CP des Wulstes kann bis zu einem gewissen Grad
das Moment M beeinflussen, das durch eine in der Verstärkungsstruktur
induzierte Zugkraft T entsteht. Das Moment M beeinflusst die Drehung
der unteren Wulstzone.
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Aufgrund
des Phänomens
der Drehung der unteren Wulstzone wird diese insbesondere auf der Höhe der Sitze
stärker
an die entsprechenden Auflageflächen
der Felgen gedrückt,
wodurch der Zusammenhalt an der Grenzfläche Felge/Luftreifen verbessert
werden kann. Wenn beispielsweise ein Fahrzeug durch starke Kurven
oder mit hoher Geschwindigkeit in Kurven fährt, ist dieser Aspekt besonders
wichtig. Diese Eigenschaften tragen also dazu bei, die Sicherheit
der Einheit Luftreifen/Felge und somit die Sicherheit des Kraftfahrzeugs
zu verbessern.
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Unter
anderem kann die Wahl der in den 2 bis 6 gezeigten
Varianten das Phänomen der
Drehung der unteren Wulstzone beeinflussen.
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In
den Figuren sind einige Beispiele für die Anordnung der Verstärkungsstruktur 2 in
Bezug auf die Drahtstapel 13 dargestellt. In 2 sind
die Drahtstapel auf nur einer Seite der Verstärkungsstruktur 2 angebracht,
in diesem Beispiel auf der axial äußeren Seite.
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In 3 ist
eine Variante gezeigt, bei der in dem Wulst 4 die Verstärkungsstruktur 2 zwischen
einem axial innen liegenden Stapel 13 von Drähten 12 und
drei in Bezug auf die Verstärkungsstruk tur 2 in dem
Wulst 3 axial außen
angeordneten Stapeln 13 von Drähten 12 und in dem
Wulst 3 zwei in Bezug auf die Verstärkungsstruktur 2 axial
außen
angeordneten Stapeln 13 von Drähten 12 angebracht
ist.
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4 zeigt
eine Variante, bei der sich die Verstärkungsstruktur 2 zwischen
zwei axial innen angeordneten Stapeln 13 von Drähten 12 und
in dem Wulst 4 zwei in Bezug auf die Verstärkungsstruktur 2 axial
außen
angeordneten Stapeln 13 von Drähten 12 und in dem
Wulst 3 einem in Bezug auf die Struktur 2 axial
außen
angeordneten Stapel 13 von Drähten 12 befindet.
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In 5 ist
eine Variante dargestellt, in der sich die Verstärkungsstruktur 2 zwischen
drei axial innen angeordneten Stapeln 13 von Drähten 12 und
einem Stapel 13 von Drähten 12 befindet,
der in Bezug auf die Struktur 2 axial außen angeordnet
ist.
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6 zeigt
eine weitere Variante, bei der die Drahtstapel auf nur einer Seite
der Verstärkungsstruktur 2 angebracht
sind, in diesem Beispiel dem axial inneren Bereich.
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Diese
Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung: Weitere Varianten
mit beispielsweise mehr oder weniger Stapeln, die gegebenenfalls
eine unterschiedliche Anzahl von Drähten enthalten, sind ebenfalls
möglich.
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Die
verschiedenen Ausführungsformen
führen
zu unterschiedlichen mechanischen Effekten in den Wülsten, an
der Verankerung der Verstärkungsstruktur
und daher an der Grenzfläche
Felge/Reifen. Bei einer Variante des in 2 gezeigten
Typs ist der Hebelarm zwischen der Struktur 2 und dem Schubzentrum
groß,
so dass ein großes
Moment M entsteht. Umgekehrt ist bei einer Variante des Typs, wie sie
in 6 dargestellt ist, der Hebelarm kürzer, wodurch
der Wert des Moments M begrenzt wird. Es weist daher im zweiten
Fall einen kleineren Wert als im ersten Fall auf. Die Geometrie
oder die Anordnung des Verbindungsgummis 14 können das
Phänomen der
Drehung der unteren Zone ebenfalls beeinflussen.
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Die 7 erläutert ein
Beispiel für
eine Anordnung nach einem weiteren Aspekt der Erfindung. Unter der
Annahme, dass vermutlich ein Vorsprung oder Rand an der Felge vorhanden
ist, der gegen die äußere Auflagezone
des Wulstes gepresst werden kann, ruft die Drehung der unteren Zone
eine Reaktionskraft R hervor, die von diesem Rand ausgeht. Zur Erleichterung
der Drehung oder um zu ermöglichen, dass
diese größer wird,
ist es günstig,
wenn die Reaktionskraft R beschränkt
wird. Hierzu wird an dem Wulst eine Pufferzone zwischen der Zone
mit der Mischung mit hohem Modul und dem Rand der Felge vorgesehen.
Diese Stauchungszone 17 (7) besteht
aus einem Material, das weicher ist als das Material, das gewöhnlich im
Grenzbereich zwischen der Anordnung 11 der Drähte und
der Verstärkungsstruktur 2 vorhanden
ist. Wie oben beschrieben, wirkt unter dem kombinierten Effekt des
Drucks des Luftreifens und der an der Struktur 2 angreifenden
Spannung T das auf diese Weise gebildete Moment M so, dass die Zone 17 zusammengedrückt wird,
wodurch die Dre hung der unteren Zone des Wulstes begünstigt wird.
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Die
Stauchungszone 17 verläuft
vorzugsweise entlang des axial äußeren Profils
des Wulstes, der am Rand der Felge angeordnet werden soll. Die Zone 17 kann
sich beispielsweise, wie in 7 gezeigt
ist, im radial äußeren Bereich
in etwa angrenzend an die radial innere Spitze des Wulstes befinden
und sich axial und radial nach außen erstrecken, so dass sie
die äußere Kontur
des Wulstbereichs bildet, die entlang des Randes der Felge verlaufen kann.
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Der
Elastizitätsmodul
der in dieser Zone verwendeten Mischung kann beispielsweise im Bereich von
10 bis 40 MPa liegen, vorzugsweise liegt er jedoch unter 20 MPa.
Unter dem " Elastizitätsmodul" einer Kautschukmischung
ist der Sekantenmodul zu verstehen, der bei einachsiger Dehnung
in der Größenordnung
von 10 % bei Umgebungstemperatur erhalten wird.
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Die
Grundflächen
der Stapel (die Drähte,
die der Rotationsachse des Luftreifens am Nächsten sind) sind vorzugsweise
radial weiter außen
angeordnet als das Ende des Randes (axial und radial am Weitesten
außen
liegender Bereich des Randes); dieser Fall ist beispielsweise in 7 dargestellt.
Die Grundflächen
der Stapel sollen vorteilhaft in Bezug auf den für den Luftreifen geeigneten
Rand der Felge 19 radial außen angeordnet werden. Dadurch
wird die Montage/Demontage einfacher. In 7 ist daher
zu sehen, dass rf (Radius der ersten Drähte) größer ist
als rj (Radius des Randes der Felge oder
Felgenhorns).
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Die
Grenzfläche
zwischen der Verstärkungsstruktur 2 und
der Anordnung von Drähten 11 kann
so ausgeführt
sein, dass sich die Verstärkungsstruktur 2 zwischen
den oder in der Nähe
der Stapel 13 befindet, wobei der Endbereich 21 der
Struktur 2 in einer gegebenen radialen Position irgendwo
entlang eines Stapels liegt oder auch in der Nähe der Grundfläche eines
Stapels, ohne dass sie in der Richtung der Drehachse des Luftreifens
wesentlich über
die Grundfläche
der Stapel hinausgeht.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung befindet sich der Endbereich 21 radial
näher an
der Drehachse des Luftreifens als die Grundfläche der Stapel 13 und
verlängert
so die Verstärkungsstruktur 2 über die
Drahtstapel 13 hinaus (Verlängerung 15). In den 2 bis 6 sind
solche Verlängerungen 15 zu
sehen. Die Verlängerung 15 kann
in unterschiedlicher Weise angeordnet sein, beispielsweise in etwa
parallel zum Sitz 10, in etwa parallel zur Drehachse des
Luftreifens, etc.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
bildet der Endbereich 21 einen Hochschlag um den Stapel oder
in Richtung des axial äußeren Stapels
oder auch zwischen zwei Stapeln, die vorzugsweise von den Stapeln
verschieden sind, durch die die Struktur 2 in den Wulst
hinein verläuft.
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Die
Länge der
Verlängerung 15 kann
von einigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern variieren.
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Die 1, 2, 3, 4, 6 und 7 erläutern einen
anderen Aspekt der Erfindung, wonach die Stapel 13 der
Drähte 12 in
den beiden Wülsten
asymmetrisch angeordnet sind. Diese Art der Anordnung ist bei einem
Luftreifen besonders vorteilhaft, der zwei nicht identische Wülste aufweist, die
hinsichtlich ihrer Formen, ihrer Profile, ihrer Abmessungen, ihrer
Bestandteile, ihrem mittleren Abstand in Bezug auf die Drehachse
des Luftreifens, etc. nicht gleich sind.
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In
der Druckschrift
EP 0 673 324 ist
ein Beispiel für
einen solchen Luftreifen erläutert
worden. Da er nämlich
mit einer Felge verwendet wird, die ein unsymmetrisches Profil aufweist
und das Profil der Wülste
an dieses Profil angepasst ist, ist dieser Reifen unsymmetrisch.
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Wegen
der Position des Luftreifens an einem Fahrzeug sind die beiden Wülste außerdem nicht gleich
großen
Kräften
und Belastungen ausgesetzt. Der Wulst an der Außenseite des Luftreifens wird meistens
mehr beansprucht. Es ist daher günstig, wenn
seine Anordnung so optimiert wird, dass er die höheren Beanspruchungen besser
aushalten kann. Da der radial innere Wulst 3 im Allgemeinen
nicht genauso hoch beansprucht wird, kann seine Struktur einfacher
sein.
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In
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste
Wulst drei Stapel 13 von Drähten auf, wohingegen der zweite
Wulst 4 vier Stapel enthält. Die Herstellung des ersten
Wulstes erfordert also weniger Material und weniger Herstellungsschritte.
Diese Art von Architektur ist daher ökonomischer.
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Um
den physikalischen und mechanischen Beanspruchungen so gut wie möglich Rechnung
zu tragen, können
nicht nur die Anzahl der Stapel von Drähten, sondern auch die Anzahl
der Drähte
pro Stapel, die Art oder das Material der Drähte, die Anordnung der Gummitypen
zueinander, die Form des Wulstes, etc. von einem Wulst zum anderen
verschieden sein.
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Dies
kann nicht nur dazu beitragen, die Kosten des Endproduktes zu senken,
es können
auch die Strukturen jedes Wulstes 3 und 4 in Abhängigkeit
von den jeweiligen Spezifikationen optimiert werden, was für ein symmetrisches
Profil nicht möglich
ist. In letzterem Fall stellt eine einzige Anordnung, die an beiden
Wülsten
vorliegt, meistens einen Kompromiss dar, der so gut wie möglich die
für jeden
Wulst gewünschten
und sich manchmal widersprechenden Eigenschaften berücksichtigt.
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Die
verschiedenen beschriebenen und/oder erläuterten Ausführungsbeispiele
können
vorteilhaft mit Vorrichtungen realisiert werden, deren Typ beispielsweise
in der Druckschrift
EP 0 580
055 beschrieben worden ist.
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Es
ist beispielsweise sehr vorteilhaft, den Luftreifen an einem zentralen
Kern zu fertigen, der ihm die Form seines inneren Hohlraums gibt.
An diesem Kern werden vorzugsweise in der Reihenfolge der fertigen
Architektur alle Bestandteile des Luftreifens aufgelegt, die entsprechend
dem Profil, das in etwa endgültig
ist, direkt an ihrer endgültigen
Stelle angebracht werden. Ein solcher Reifen kann nach dem in der
Druckschrift
US 4 8965 692 beschriebenen
Verfahren geformt und vulkanisiert werden.