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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft Radial-Luftreifen mit Notlaufeigenschaften und
insbesondere die Konstruktion von Reifen mit Notlaufeigenschaften,
wobei ein Seitenwand-Keileinsatz Seitenwandflexibilität unter
normal aufgepumpten Betriebsbedingungen gestattet, aber dennoch
unter abgelassenen Betriebsbedingungen eine hohe Starrheit verschafft.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
sind verschiedene Verfahren erdacht worden, um den sicheren fortgesetzten
Betrieb abgelassener oder ungenügend
aufgepumpter (platter) Reifen zu ermöglichen, ohne den Reifen weiter
zu beschädigen
und ohne die Fahrzeughandhabung während des Fahrens dorthin,
wo der Reifen gewechselt werden kann, zu gefährden. Reifendruckverlust kann von
einer Vielzahl von Ursachen herrühren,
wie etwa einer verschlechterten Abdichtung zwischen Reifen und Felge
oder einem Reifendurchstich durch einen scharfen Gegenstand, wie
etwa einen Nagel.
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Für fortgesetzten
Betrieb unter abgelassenen oder ungenügend aufgepumpten Bedingungen entworfene
Luftreifen werden als "erweiterte
Mobilitätstechnologie"-Reifen ("Extended mobility
technology tires")
oder "EMT"-Reifen bezeichnet.
Sie werden auch als Reifen mit Notlaufeigenschaften bezeichnet,
da sie in der Lage sind, im platten Zustand gefahren zu werden.
EMT-Reifen (mit Notlaufeigenschaften) sind dazu entworfen, im abgelassenen
Zustand gefahren zu werden, während
der konventionelle Luftreifen auf sich selbst zusammenfällt, wenn, während er
abgelassen ist, eine Fahrzeuglast darauf angelegt wird. Die Seitenwände und
Innenflächen von
EMT-Reifen fallen nicht zusammen oder knicken nicht auf sich selbst
ein. Im allgemeinen bedeuten die Begriffe "EMT" und "Notlaufeigenschaften", dass die Reifenstruktur
allein über
ausreichende Stärke
verfügt,
um die Fahrzeuglast zu tragen, wenn der Reifen im abgelassenen Zustand
betrieben wird. Insbesondere sind die Seitenwände verstärkt, um die Last des Reifens
ohne die Notwendigkeit anderer Stützstrukturen oder -vorrichtungen,
die innen in dem Reifen, jedoch getrennt davon angeordnet sind,
zu tragen. Ein Beispiel für
die letztgenannte innere Stützstruktur ist
in US-A-4,059,138
mit dem Titel "Run-flat
Tire and Hub Therefor" (Reifen
mit Notlaufeigenschaften und Nabe dafür) dargestellt.
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Zahlreiche
andere Verfahren und Reifenkonstruktionen sind zur Erzielung durchführbarer
Gestaltungen von Reifen mit Notlaufeigenschaften verwendet worden.
Beispielsweise zeigte eine in US-A-4,111,249 mit dem Titel "Banded Tire" (Mit einem Band
versehener Reifen) beschriebene strukturelle Gestaltung eines Reifens
mit Notlaufeigenschaften die Verwendung eines unter der Lauffläche angebrachten
Reifs oder ringförmigen
Bandes, der bzw. das etwa so breit wie die Lauffläche ist.
Der Reif in Kombination mit dem Rest der Reifenstruktur könnte das
Fahrzeuggewicht im abgelassenen Zustand tragen.
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Allgemein
beinhalten Reifen mit Notlaufeigenschaften verstärkte Seitenwände, die
ausreichend starr sind, um nicht zusammenzufallen oder auf sich
selbst einzuknicken. Solche Seitenwände sind dicker und steifer
als bei konventionellen Reifen, sodass die Last des Reifens von
einem abgelassenen Reifen getragen werden kann, ohne die Fahrzeughandhabung
zu gefährden,
bis zu einer solchen plausiblen Zeit, wenn der Reifen repariert
oder ersetzt werden kann. Die Verfahren der Seitenwandversteifung
enthalten die Einarbeitung von "Einsätzen" (auch "Keileinsätze" genannt), welche
Kernreiter sind, die im allgemeinen eine sichelförmige Querschnittsform haben.
Solche Einsätze
befinden sich in der inneren Umfangsfläche des Seitenwandbereichs der
Karkasse, welche derjenige Bereich im Reifen ist, der die größte Durchbiegung
unter Belastung erfährt. Die
Seitenwände
solcher Reifen, wenn im abgelassenen Zustand betrieben, erfahren
eine Nettodruckbelastung, wobei die Außenbereiche der Seitenwände aufgrund
der Biegebeanspruchungen unter Zugspannung stehen, während die
Innenbereiche entsprechend unter Druckbeanspruchung stehen, insbesondere
im Bereich der Mitte der Seitenwand zwischen dem Wulstbereich des
Reifens und dem mit dem Boden in Kontakt kommenden Teil der Lauffläche.
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Während des
Notlaufbetriebs (d.h. während des
Fahrens im ungenügend
aufgepumpten Zustand) ist aufgrund der großen Gummimasse, die erforderlich
ist, um die Seitenwände
des Reifens mit Notlaufeigenschaften zu versteifen und zu verstärken, von
zyklischer Biegeknickung der Seitenwände herrührende Wärmeentwicklung eine Hauptursache für Reifenversagen,
insbesondere, wenn der abgelassene Reifen für längere Zeitspannen und auf hohen
Geschwindigkeiten betrieben wird. Während normal aufgepumpten Betriebs
trägt die
Hysterese des Materials der verdickten Seitenwände des Reifens mit Notlaufeigenschaften
zu seinem Rollwiderstand bei, was die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs
verringert. Das zusätzliche
Gewicht des Einsatzes ist auch ein Nachteil bei der Handhabung und
Montage eines Reifens mit Notlaufeigenschaften.
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US-A-5,368,082
('82) von Oare et
al., das einen gemeinsamen Erwerber der Rechte mit der vorliegenden
Erfindung teilt, offenbarte den ersten kommerziell akzeptierten
Radial-Luftreifen mit Notlaufeigenschaften. Dieses Patent beschreibt
den Einsatz von Seitenwand-Keileinsatzverstärkungen
("Einsätzen") zur Verbesserung
der Steifigkeit. Der Reifen mit Notlaufeigenschaften von '82 war allgemein
ein Niederquerschnittsreifen, konstruiert mit zwei Karkassenlagen,
einer Innenisolierung und zwei Einsätzen in jeder Seitenwand, die
so angeordnet sind, dass ein Einsatz sich zwischen den zwei Karkassenlagen
befindet, während
der andere Einsatz sich zwischen der Innenisolierung und der innersten
Karkassenlage befindet. Dieser Niederquerschnittsreifen mit Notlaufeigenschaften
erforderte annähernd
sechs zusätzliche Pfund
Gewicht pro Reifen zum Tragen einer Last von 362 kg (etwa 800 lb.),
wenn er abgelassen war. Dieses zusätzliche Gewicht war noch problematischer, wenn
die Ingenieure darangingen, Hochquerschnittsreifen für große schwere
Fahrzeuge, wie etwa Touringlimousinen, zu bauen. Das getragene Gewicht
für einen
abgelassenen Luxuswagenreifen kann 453 kg (etwa 1.000 lbs.) überschreiten.
Solche größeren, mit Seitenwänden versehene
Reifen mit Querschnittsverhältnissen
im Bereich von 55% bis 65% oder mehr haben Seitenwand-Biegebeanspruchungen,
die mehrere Male diejenigen früherer
Niederquerschnittsreifen mit Notlaufeigenschaften betragen. Die Fähigkeit
zur Handhabung solcher Belastungen erforderte, dass die Seitenwände und
der gesamte Reifen bis zu dem Punkt der Beeinträchtigung des Fahrkomforts und
mancher Handhabungsmerkmale versteift werden mussten. Die derzeitige
Gestaltung von Reifen mit Notlaufeigenschaften erfordert, dass kein Verlust
an Fahrkomfort oder Fahrzeughandhabung auftreten darf. Bei dem Fahrzeugtyp
mit sehr steifer Aufhängungsleistung,
wie etwa Sportwagen und verschiedenen straßengängigen Geländewagen, war die Fähigkeit
zur Bereitstellung solcher Reifen mit Notlaufeigenschaften relativ geradlinig
im Vergleich zur Bereitstellung gleichartiger Reifen mit Notlaufeigenschaften
für Luxuslimousinen,
die ein weicheres Fahrverhalten erfordern. Leichte Lieferwagen und straßengängige Geländewagen
verschaffen, obwohl sie nicht so empfindlich in Hinblick auf die
Fahrleistung sind, einen Markt für
Reifen mit Notlaufeigenschaften, der von der Akzeptanz einer steiferen
Fahrt bis zur Nachfrage nach dem weicheren Fahrverhalten vom Luxustyp
reicht.
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Die
Gestaltungen von Reifen mit Notlaufeigenschaften, die Seitenwandeinsätze der
von Oare et al. beschriebenen Sorte integrieren, addieren Gewicht
zu dem Reifen, während
sie auch eine Biegeknickungs-Wärmeentwicklung
in dem Keileinsatzmaterial verursachen, insbesondere während des
Notlaufbetriebs, wenn die Größenordnung
der zyklischen Seitenwanddurchbiegung am größten ist. Und, wie erwähnt, wird
auch der Fahrkomfort im normal aufgepumpten Zustand durch die zusätzliche
Seitenwandsteifigkeit gefährdet,
und der Rollwiderstand des Reifens ist größer als der entsprechender Nicht-Notlaufeigenschaften-Gestaltungen.
Somit sind die Gestaltungsziele von Entwerfern von Reifen mit Notlaufeigenschaften
die Minimierung von Reifengewicht, Minimierung von Wärmeentwicklung während des
Notlaufbetriebs (insbesondere bei hoher Geschwindigkeit) und normal
aufgepumpten Betriebs, das Ergeben von minimalem Rollwiderstand, gutem
Fahrkomfort und akzeptabler Handhabungsmerkmale.
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US-A-5,427,166
('166) und 5,511,599
('599), beide an
Walter L. Willard, Jr., zeigen Michelin-Reifen, die eine zusätzliche
dritte Karkassenlage und einen dritten Einsatz in der Seitenwand
integrieren, um die Notlaufleistung des Reifens gegenüber der
von Oare et al. weiter zu erhöhen.
Sowohl das '166-
als auch das '599-Patent
erörtern
einige der Belastungsverhältnisse,
die im abgelassenen Zustand des Reifens auftreten, und demonstrieren,
dass das von Oare et al. aufgezeigte Konzept auf zusätzliche
Karkassenlagen sowie zusätzliche
Einsätze
in jeder Seitenwand angewendet werden kann. Die Verwendung mehrerer
Karkassenlagen und Einsätze
in jeder Seitenwand hat jedoch Nachteile, die erhöhtes Reifengewicht,
durch erhöhte
Durchbiegung verursachte Wärmeentwicklung
und erhöhte
Komplexität
von Reifengestaltung, -fertigung und Qualitätskontrolle umfassen.
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Die
Nutzungslebensdauer eines Reifens wird durch normal aufgepumpten
Betrieb dominiert. Daher sind die hauptsächlichen und nächstliegenden Gestaltungsziele
guter Fahrkomfort und niedriger Rollwiderstand, wobei das Reifengewicht
von sekundärer
Bedeutung ist, bis zu dem Ausmaß,
dass es die Leistung von Sportfahrzeugen nicht beeinträchtigen sollte.
In Hinblick auf Wärmeentwicklung
ist diese hauptsächlich
ein Problem während
des Notlaufbetriebs, wobei sie ein zu der unausweichlichen Verschlechterung
des Reifens, wenn er in einem abgelassenen Zustand betrieben wird,
beitragender Hauptfaktor ist.
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Ein
anderes Beispiel für
eine Gestaltung eines Reifens mit Notlaufeigenschaften, die zumindest teilweise
das Ziel desselben Fahrkomforts erzielt, während sie auch das Problem
des Reifengewichts angeht, ist in der Patentanmeldung Seriennr. PCT/US98/13929,
eingereicht am 6. Juli 1998 und einen gemeinsamen Erwerber der Rechte
mit der vorliegenden Erfindung teilend, abgedeckt. In dieser Anmeldung
trägt eine
metallverstärkte
erste Karkassenlage einen Hauptteil der Druckbelastung während des
Notlaufbetriebs, was gestattet, dass die Dicke der Keileinsatzverstärkungen
weniger beträgt
als dies ansonsten erforderlich wäre. Während normal aufgepumpten Betriebs
erfährt
diese metallverstärkte erste
Karkassenlage in erster Linie eine Zugbelastung und verschafft auch
eine bessere Seitenwandflexibilität während normal aufgepumpten Betriebs. Während des
Notlaufbetriebs werden die Metallelemente der ersten Karkassenlage
jedoch einer beträchtlichen
Druckbelastung unterworfen, insbesondere in den Seitenwandbereichen,
die dem mit dem Boden in Kontakt kommenden Teil der Lauffläche am unmittelbarsten
benachbart sind. Der durch die PCT/US98/13929-Anmeldung beschriebene
Reifen der Erfindung geht die Gestaltungsziele von Fahrkomfort in
voll aufgepumptem Zustand, Reifengewicht und verlängerter
Lebensdauer im Notlaufbetrieb an, jedoch auf Kosten der mit der
Verwendung einer hochmoduligen metallverstärkten ersten Karkassenlage
zusammenhängenden
Fertigungsnachteile.
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US-A-4,779,658,
das der Einleitung der Ansprüche
1 beziehungsweise 10 entspricht, offenbart einen Reifen mit einem
Paar Verstärkungslagen
mit sichelförmigem
Querschnitt (Keileinsätze),
die jede eine axial äußere steifere
Gummischicht und eine axial innere weichere Antiriss-Gummischicht
umfassen. Die während
der Notlauffahrt auf den Reifen angelegte Belastung wird hauptsächlich von
der steiferen Gummischicht getragen, während Rissbildung durch das
Vorhandensein der Antiriss-Gummischicht verringert werden kann.
In der ersten Ausführung
bedeckt der Antirissgummi die gesamte Innenfläche der höheren elastischen Gummischicht.
In der zweiten Ausführung
befindet sich die Antiriss-Gummischicht nur
nächst
der Schulter des Reifens oder über
der höheren
elastischen Gummischicht, um nur die obere geneigte Innenfläche der
höheren
elastischen Gummischicht zu bedecken.
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EP-A-542,252
offenbart einen Reifen, dessen Karkasse an jeder Seitenwand einen
ersten und zweiten Verstärkungseinsatz
zwischen der ersten und zweiten Karkassenlage integriert. Gegen
die Karkasse ist ein elastischer Stützeinsatz angebracht, der einen
steifen Gegenkern und eine elastische Abdeckung mit niedrigem Modul
umfasst.
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US-A-4,287,924
offenbart einen Sicherheitsreifen mit Stützelementen in den Seitenwänden. Die Stützelemente
werden von zwei Teilen mit unterschiedlicher Flexibilität gebildet.
Der nächst
der Innenseite der Karkasse angeordnete besteht aus einem flexibleren
Elastomer, während
der andere, in dem Reifen angeordnete aus einem weniger flexiblen porösen Elastomer
besteht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Radial-Luftreifen mit Notlaufeigenschaften
mit einer Lauffläche,
einer Gürtelstruktur
und einer Karkasse, die zwei Wülste,
zwei Seitenwände,
zumindest eine Radiallage und zumindest einen Keileinsatz in jeder
Seitenwand umfasst. Jeder Einsatz umfasst einen porösen Elastomerabschnitt,
der sich an dem axial inneren Bereich des Einsatzes befindet und
in eine steifere Elastomerschicht eingebettet ist, die den Rest
des Einsatzes bildet.
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Der
poröse
Elastomerabschnitt kann im Querschnitt sichelförmig, halbkreisförmig oder
dreieckig sein. Der poröse
Elastomerabschnitt ist ein geschlossenzelliges poröses Elastomer
oder thermoplastisches Elastomer. Die Porosität der porösen Abschnitte beträgt zwischen
10 und 40 Prozent Elastomer. Der poröse Elastomerabschnitt kann
auch ein offenzelliger Schaumstoff mit einer Porosität von zwischen
60 und 90 Prozent Elastomer sein, und der Rest ist Gas. Der poröse Abschnitt
hat einen Druckmodul von zwischen 3 MPa und 10 MPa, wenn der Abschnitt
zusammengedrückt
wird, und einen Druckmodul von zwischen 15 MPa und 80 MPa, wenn
der poröse
Abschnitt zusammengefallen ist. Die steifere Schicht ist ein nichtporöses Elastomer
oder thermoplastisches Elastomer mit einem Druckmodul von zwischen
3 MPa und 30 MPa.
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In
einer anderen Ausführung
umfasst jeder Einsatz einen im Querschnitt dreieckigen porösen Elastomerabschnitt,
der in dem radial zentralen, axial inneren Bereich des Einsatzes
eingebettet ist, befestigt an einem in dem axial äußeren Bereich
des Einsatzes eingebetteten flexiblen unausdehnbaren Scharnierabschnitt,
und zwei steife Keile, steifer als der poröse Abschnitt, die den Rest
des Einsatzes bilden.
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Wenn
der Reifen normal aufgepumpt ist, dann ist der poröse Abschnitt,
und von daher der Einsatz als Ganzes, flexibel, wodurch er komfortable Fahrmerkmale
verschafft. Unter Notlaufbedingungen (abgelassener Reifen) fallen
die Poren in dem porösen
Bereich zusammen und die poröse
Schicht versteift sich, und der Einsatz als Ganzes wird steif genug,
um die Last des Fahrzeugs zu tragen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
Einzelnen wird auf bevorzugte Ausführungen der Erfindung Bezug
genommen, wovon Beispiele in den begleitenden Zeichnungen abgebildet sind.
Die Zeichnungen sollen illustrativ und nicht einschränkend sein.
Gewisse Elemente in manchen der Zeichnungen können zwecks illustrativer Deutlichkeit nicht
maßstabsgetreu
abgebildet sein.
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In
den Zeichnungen stimmt die Hunderterstelle jeder Referenzziffer üblicherweise
mit der Figurennummer überein,
und auf gleichartige Elemente wird normalerweise mit gleichartigen
Referenzziffern verwiesen. Beispielsweise könnten Element 199 in 1,
Element 299 in 2 und Element 399 in 3 übereinstimmende
oder im Wesentlichen gleichartige Elemente andeuten. Ein solches
Verhältnis,
falls überhaupt,
zwischen gleichartigen Elementen in verschiedenen Figuren oder Ausführungen wird
in der Beschreibung deutlich, einschließlich, falls anwendbar, in
den Ansprüchen
und der kurzen Zusammenfassung.
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In
manchen Fällen
könnte
gleichartigen Elementen in einer einzigen Zeichnung dieselbe Nummer
zuerkannt werden. Beispielsweise könnte beiden Wülsten desselben
Reifens dieselbe Ziffer 136 zuerkannt werden.
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Zwecks
illustrativer Deutlichkeit können
die hierin dargestellten Querschnittsansichten in Form von "Scheiben" oder "kurzsichtigen" Querschnittsansichten
sein, wobei bestimmte Hintergrundlinien weggelassen werden, die
ansonsten in einer getreuen Querschnittsansicht sichtbar wären.
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Struktur,
Betrieb und Vorteile der Erfindung werden bei Betrachtung der nachfolgenden
Beschreibung deutlich, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen,
worin:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Reifens mit Notlaufeigenschaften des Standes
der Technik mit mehrfachen Keileinsätzen in jeder Seitenwand ist;
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2 eine
Querschnittsansicht einer Seite eines Reifens mit Notlaufeigenschaften
des Standes der Technik mit einem einzigen Keileinsatz in jeder Seitenwand
ist;
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3 eine
schematische bruchstückhafte Querschnittsansicht
eines Keileinsatzes des Standes der Technik ist;
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4A ein
Querschnitt einer Ausführung
eines Einsatzes gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, dargestellt, wie er in einem normal aufgepumpten Reifen
wäre;
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4B eine
Querschnittsansicht des Einsatzes von 4A ist,
dargestellt, wie er im Notlaufbetrieb wäre;
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5A eine
Querschnittsansicht einer zweiten Ausführung eines Einsatzes gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, dargestellt, wie er in einem normal aufgepumpten
Reifen wäre;
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5B eine
Querschnittsansicht des Einsatzes von 5A ist,
dargestellt, wie er im Notlaufbetrieb wäre;
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6A eine
Querschnittsansicht einer dritten Ausführung eines Einsatzes gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, dargestellt, wie er in einem normal aufgepumpten
Reifen wäre;
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6B eine
Querschnittsansicht des Einsatzes von 6A ist,
dargestellt, wie er im Notlaufbetrieb wäre;
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7A eine
Querschnittsansicht einer vierten Ausführung eines Einsatzes gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, dargestellt, wie er in einem normal aufgepumpten
Reifen wäre;
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7B eine
Querschnittsansicht des Einsatzes von 7A ist,
dargestellt, wie er im Notlaufbetrieb wäre;
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8 ein
Diagramm der Laufflächenstarrheit eines
Einsatzes des Standes der Technik zu Reifendruckverlust ist;
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9 ein
Diagramm der Starrheit eines Einsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Reifendruckverlust ist;
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10 eine
Querschnittsansicht eines Reifens mit Notlaufeigenschaften gemäß der ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist;
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11A ein Diagramm von Belastung zu Reifendurchbiegung
für einen
normal aufgepumpten Reifen, für
einen Reifen 1114 ohne Notlaufeigenschaften, einen Reifen 1110 mit
Notlaufeigenschaften des Standes der Technik und einen Reifen 1112 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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11B ein Diagramm von Belastung zu Reifendurchbiegung
für einen
abgelassenen Reifen, für
einen Reifen mit Notlaufeigenschaften, einen Reifen mit Notlaufeigenschaften
des Standes der Technik und einen Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung
ist.
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DEFINITIONEN
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"Kernprofil" bedeutet einen radial über dem Wulstkern
und zwischen den Karkassenlagen und den Umschlaglagen befindlichen
Elastomerkernreiter.
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"Querschnittsverhältnis" bedeutet das Verhältnis der
Querschnittshöhe
eines Reifens zu seiner Querschnittsbreite; bezieht sich auch auf
das Querschnittsprofil des Reifens; ein Niederquerschnittsreifen
hat beispielsweise ein niedriges Querschnittsverhältnis.
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"Axial" bedeutet die Linien
oder Richtungen, die parallel zur Drehachse des Reifens sind.
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"Wulst" bedeutet im allgemeinen
denjenigen Teil des Reifens, der ein ringförmiges Zugelement aus radial
inneren Wülsten
umfasst, die dem Festhalten des Reifens an der Felge zugeordnet
sind; wobei die Wülste
durch Lagenkorde umhüllt
und geformt sind, mit oder ohne andere Verstärkungselemente wie etwa Kernfahnen,
Wulstverstärker,
Kernprofile oder Kernreiter, Zehen-Gummistreifen und Wulstschutzbänder.
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"Gürtelstruktur" bedeutet zumindest
zwei ringförmige
Schichten oder Lagen paralleler Korde, gewebt oder nicht gewebt,
die unter der Lauffläche liegen,
nicht am Wulst verankert, und sowohl linke als auch rechte Kordwinkel
im Bereich von 18° bis
30° in Bezug
zur Äquatorebene
des Reifens aufweisen.
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"Karkasse" bedeutet die Reifenstruktur
außer
der Gürtelstruktur,
der Lauffläche,
der Unterlauffläche
und des Seitenwandgummis über
den Karkassenlagen, jedoch einschließlich der Wülste.
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"Umfangsgerichtet" oder "in Umfangsrichtung" bedeutet meistens
kreisförmige
Linien oder Richtungen, die sich entlang dem Außenumfang der Oberfläche der
ringförmigen
Lauffläche
lotrecht zur axialen Richtung erstrecken; es kann auch auf die Richtung
der Sätze
benachbarter kreisförmiger
Kurven verweisen, deren Radien die axiale Krümmung der Lauffläche, im
Querschnitt gesehen, definieren.
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"Äquatorebene" bedeutet die Ebene lotrecht zur Rotationsachse
des Reifens und durch das Zentrum seiner Lauffläche verlaufend; oder die die
umfangsgerichtete Mittellinie der Lauffläche enthaltende Ebene.
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"EMT-Reifen" bedeutet "erweiterte Mobilitätstechnologie"-Reifen, was dasselbe
bedeutet wie "Reifen
mit Notlaufeigenschaften".
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"Innenisolierung" bedeutet die Lage
oder Lagen aus Elastomer oder anderem Material, die die Innenfläche eines
schlauchlosen Reifens bilden und die das Aufpumpfluid innerhalb
des Reifens enthalten.
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"Einsatz", in der Bedeutung
von "Keileinsatz", ist die sichel-
oder keilförmige
Verstärkung,
die typischerweise zum Verstärken
der Seitenwände
von Reifen vom Notlaufeigenschaftstyp verwendet wird; es bezieht
sich auch auf den unter der Lauffläche liegenden nicht-sichelförmigen Elastomereinsatz.
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"Seitlich" bedeutet eine Richtung
parallel zur axialen Richtung.
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"Meridional" bezieht sich auf
die Meridianrichtung eines Reifens wie beispielsweise eine meridionale
Querschnittsansicht, worin die Ebene des Querschnitts die Reifenachse
enthält.
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"Elastizitätsmodul" ist Spannung zu
Dehnung eines Materials, wobei die Spannung das dimensionslose Verhältnis von
zusammengedrückten Zoll
zu Gesamtlänge
in Zoll ist.
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"Normaler Fülldruck" bedeutet den spezifischen
Gestaltungsfülldruck
bei einer spezifizierten Last, der durch die entsprechende Normenorganisation
für den
Betriebszustand des Reifens zuerkannt wurde.
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"Lage" bedeutet dasselbe
wie "Karkassenlage", was eine kordverstärkte Lage
gummibeschichteter meridional entfalteter oder anderweitig paralleler Korde
ist.
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"Radial" bedeutet Richtungen
radial hin zu oder weg von der Rotationsachse des Reifens.
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"Radialstruktur" bedeutet die eine
oder mehr Karkassenlagen, worin zumindest eine Lage Verstärkungskorde
aufweist, die in einem Winkel von zwischen 65° und 90° in Bezug zur Äquatorebene
des Reifens ausgerichtet sind.
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"Radialreifen" bedeutet einen mit
Gürtel
versehenen oder in Umfangsrichtung eingeschränkten Luftreifen, wobei zumindest
eine Karkassenlage Korde aufweist, die sich von Wulst zu Wulst erstrecken und
in Kordwinkeln zwischen 65° und
90° in Bezug auf
die Äquatorebene
des Reifens verlegt sind.
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"Reifen mit Notlaufeigenschaften" ist ein Luftreifen,
der dazu entworfen ist, einen eingeschränkten Dienst zu verschaffen,
während
er unaufgepumpt oder ungenügend
aufgepumpt ist.
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"Querschnittshöhe" bedeutet den radialen Abstand
vom Felgennenndurchmesser zu dem Außendurchmesser des Reifens
an dessen Äquatorebene.
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"Querschnittsbreite" bedeutet den maximalen
linearen Abstand parallel zur Achse des Reifens und zwischen dem Äußeren seiner
Seitenwände, wenn
und nachdem der Reifen 24 Stunden lang auf normalem Druck aufgepumpt
worden ist, jedoch unbelastet, unter Ausschluss von Erhebungen auf
den Seitenwänden
aufgrund von Etikettierung, Verzierung oder Schutzbändern.
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"Schulter" bedeutet den oberen
Teil der Seitenwand gerade unter der Laufflächenkante.
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"Seitenwand" bedeutet den Teil
eines Reifens zwischen der Lauffläche und dem Wulst.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ausführung des
Standes der Technik
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1 zeigt
einen Querschnitt eines typischen Radial-Luftreifens 100 mit Notlaufeigenschaften
des Standes der Technik. Der Reifen 100 hat eine Lauffläche 112,
eine Gürtelstruktur
(Gürtel) 114,
die einen ersten oder inneren Gürtel 124 und
einen zweiten oder äußeren Gürtel 126 umfasst,
ein Paar Seitenwände 116 und
eine Karkasse 122. Die Karkasse 122 umfasst eine
erste oder innere Lage 130, eine zweite oder äußere Lage 132,
eine gasundurchlässige
Innenisolierung 134 und ein paar Wulstbereiche 120.
Jeder Wulstbereich 120 umfasst einen Wulst 136 und
ein Wulstkernreiter-Kernprofil 121. Jede Seitenwand 116 enthält einen
ersten, oder axial innersten, Keileinsatz 140 und einen
zweiten, oder axial äußersten,
Keileinsatz 141. Die innersten Einsätze 140 sind zwischen
der Innenisolierung 134 und der ersten Lage 130 angeordnet,
während
die zweiten Keileinsätze 141 zwischen
der ersten Lage 130 und der zweiten Lage 132 angeordnet
sind. Die zwei Paare von Keileinsätzen 140, 141 in
jeweils jedem Seitenwandteil 116 verleihen den Seitenwänden einen
größeren strukturellen
Elastizitätsmodul
(Starrheit), um den ansonsten extremen Verformungen zu widerstehen,
die während
Nieder- oder Nullfülldruck
denjenigen Teilen der Seitenwandbereiche, die am unmittelbarsten
dem mit dem Boden in Kontakt kommenden Teil der Lauffläche 112 benachbart
sind, auferlegt würden.
Die einsatzverstärkten
Seitenwände 116 der Karkasse 122 verleihen
dem Reifen 100 somit eine begrenzte Notlauffähigkeit.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, erhöhen die strukturellen Verstärkungen
in den Seitenwandbereichen des Reifens 100 die Gesamtdicke
der Seitenwände 116 beträchtlich.
In der Tat demonstriert die Ansicht dieses verallgemeinerten Reifens 100 mit Notlaufeigenschaften
des Standes der Technik die mehr oder weniger gleichmäßig verdickten
Seitenwände 116,
die Gestaltungen von Reifen mit Notlaufeigenschaften kennzeichnen.
Die einsatzverstärkten Seitenwände 116 tragen
die Last des Reifens 100 mit minimaler Seitenwanddurchbiegung,
wenn der Reifen abgelassen ist. Eine solche Gestaltung von Reifen
mit Notlaufeigenschaften verschafft im allgemeinen eine gute Fahrzeughandhabung
und -leistung in voll aufgepumptem Zustand und verschafft eine akzeptable
Notlauf-Fahrzeughandhabung und eine akzeptable Notlauf-Betriebslebensdauer,
wenn der Reifen abgelassen ist.
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer Seite eines Reifens 200 mit
Notlaufeigenschaften des Standes der Technik, der eine Variation
des Reifens 100 von 1 ist. Komponenten
der anderen Seite des Reifenquerschnitts (nicht dargestellt) sind
im Wesentlichen identisch zu denen der dargestellten Seite des Querschnitts.
Der Reifen 200 weist einen sichelförmigen Keileinsatz 240 in
jeder Seitenwand 245 auf. Der Reifen 200 hat auch
eine einzige Karkassenlage 230 statt der in dem Reifen 100 des
Standes der Technik von 1 gezeigten zwei Karkassenlagen 130, 132.
Jeder Einsatz 240 ist innerhalb der Seitenwand 216 angeordnet,
zwischen der Karkassenlage 230 und einer Innenisolierung 234.
Die Einsätze 140, 141, 240 der
Reifen 100 und 200 des Standes der Technik können aus
einer breiten Spanne von Elastomermaterialien konstruiert werden.
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3 ist
eine bruchstückhafte "kurzsichtige" Querschnittsansicht
der in 2 gezeigten Gestaltung des Standes der Technik
mit einem einzigen Keileinsatz pro Seitenwand, wobei bestimmte Linien weggelassen
werden, die ansonsten in einer getreuen Querschnittsansicht sichtbar
wären.
Die Elemente in 3 sind dieselben wie die Elemente
in 2, mit denselben Referenzziffern. Eine solche
bruchstückhafte
Ansicht gestattet eine vereinfachte Erörterung der Dynamik von Einsätzen in
der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend
auf 3, die einen vergrößerten Schnitt des Einsatzes 240 von 2 zeigt, wird
der Einsatz 240 an seiner konkaven Seite 246 von
der Innenisolierung 234 und an seiner konvexen Seite 248 von
der Karkassenlage 230 begrenzt. Der dem Boden am nächsten gelegene
Teil des Keileinsatzes 240 wird sich auf eine solche Weise
durchbiegen, dass seine Konkavheit erhöht wird, wenn er der während normal
aufgepumpten Betriebs erfahrenen vertikalen Belastung ausgesetzt
ist, und wird sich während
des Notlaufbetriebs sogar noch mehr durchbiegen. Entsprechend wird
die konkave axial innerste Seite 246 des Keileinsatzes 230 eine
Druckspannung erfahren, während
die konvexe axial äußerste Seite 248 eine
Zugspannung erfahren wird. Die Zugspannung wird in erster Linie
von der benachbarten Karkassenlage 230 getragen. Solche
Druck- und Zugspannungen sind den Seitenwandverstärkungseigenschaften
von Einsatz 240 und 230 eigen und bestehen auch,
wenn der Reifen 200 (2) voll
aufgepumpt ist.
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Idealerweise
sollten die verstärkten
Seitenwände
eines Reifens mit Notlaufeigenschaften während normal aufgepumpten Betriebs
so flexibel sein wie die eines Reifens ohne Notlaufeigenschaften
von entsprechender Größe, aber
dennoch starr während des
Notlaufbetriebs. Die Seitenwände
der Reifen mit Notlaufeigenschaften des Standes der Technik der
in den 1, 2 und 3 dargestellten
Arten sind jedoch während
normal aufgepumpten Betriebs relativ starr, da die Seitenwandverstärkungs-Keileinsätze bewirken,
dass die Notlaufseitenwände
sich weniger an die gewöhnliche
Straßenoberflächenrauheit
anpassen als dies für
die Seitenwände
entsprechender Radialreifen ohne Notlaufeigenschaften mit einem gleichartigen
Querschnittsverhältnis
der Fall wäre. Von
daher werden die Einsätze 140, 141, 240 des Standes
der Technik der Reifen 100 und 200 des Standes
der Technik in einem Reifen mit Notlaufeigenschaften resultieren,
dessen normal aufgepumpter Gebrauch das Vorhandensein der verstärkten und versteiften
Seitenwände
Wiederspiegeln wird. Das heißt,
die Fahrt wird aufgrund der größeren Seitenwandsteifigkeit,
die sich aus der durch das Vorhandensein der Einsätze den
Seitenwandteilen verliehenen größeren Starrheit
ergibt, härter
und weniger komfortabel sein.
-
7 zeigt in Diagrammform, wie die Steifigkeit
des Einsatzes sich verändert,
wenn ein normal aufgepumpter Reifen mit Notlaufeigenschaften graduell
abgelassen wird. Die Einsatzsteifigkeit nimmt nur graduell zu, wenn
der Reifen graduell abgelassen wird. So, obwohl es wünschenswert
ist, dass die Einsatzsteifigkeit während normal aufgepumpten Betriebs
sehr niedrig und während
des Notlaufbetriebs sehr hoch sei, kann dies bei konventionellen
Einsätzen
nicht erzielt werden und ist die Steifigkeit konventioneller Einsätze als
eine Art dazwischenliegender Kompromisswert entworfen. Es ist nun
verständlich, insbesondere
graphisch, dass die Gestaltungen des Standes der Technik in einem
Radialreifen mit Notlaufeigenschaften resultierten, der sowohl während normal
aufgepumpten Betriebs als auch während des
Notlaufbetriebs eine gleiche Verstärkungsstarrheit für jede Seitenwand
aufweist, wodurch er verringerten Fahrkomfort und schlechte Handhabungsmerkmale
während
normal aufgepumpten Betriebs sowie eine starre strukturelle Stütze während des Notlaufbetriebs
verschafft.
-
Der
Radialreifen mit Notlaufeigenschaften des Standes der Technik hat
auch einen im allgemeinen höheren
Rollwiderstand während
normal aufgepumpten Betriebs und während des Notlaufbetriebs. Außerdem enthielt
der Radialreifen mit Notlaufeigenschaften des Standes der Technik
Einsätze,
die während
normal aufgepumpten Hochgeschwindigkeitsbetriebs und während des
Notlaufbetriebs Wärme
erzeugten. Schließlich
hatte der Radialreifen mit Notlaufeigenschaften des Standes der
Technik eine begrenzte Notlaufbetrieblebensdauer und nur adäquate Handhabungsmerkmale.
-
Bevorzugte
Ausführung
-
Die
in den 2 und 3 gezeigten Notlaufgestaltungen
des Standes der Technik mit einem einzigen Keileinsatz pro Seitenwand
sind besonders relevant für
die vorliegende Erfindung, da die vorliegende Erfindung auch einen
einzigen Keileinsatz in jeder Seitenwand erwägt. Eine verallgemeinerte Ausführung des
Einsatzes der vorliegenden Erfindung ist in schematischem Querschnitt
in den 4A und 4B gezeigt.
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4A zeigt
einen bruchstückhaften
schematischen Querschnitt einer Ausführung eines in Umfangsrichtung
angeordneten Einsatzes 440 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Profil des Einsatzes 440 ist in 4A gezeigt,
wie es in einem normal aufgepumpten Reifen wäre. Der Einsatz 440 ist im
Querschnitt sichelförmig
und umfasst einen sichelförmigen
porösen
Elastomerabschnitt 442 an dem axial inneren Teil des Einsatzes 440,
der an einer generell gebogen geformten steiferen Elastomerschicht 444 (d.h.
steifer als der poröse
Abschnitt 442), die den axial äußeren Teil und Rest des Einsatzes 440 bildet,
befestigt (darin eingebettet) ist. Der poröse Abschnitt 442 ist
mittels jeden geeigneten Mittels, wie etwa Kleben oder Anformen
des einen über der
anderen, an der steiferen Schicht 444 befestigt. Die poröse Schicht 442 befindet
sich vorzugsweise an einem axial inneren Teil des Einsatzes 440,
mit seiner konvexen Kante axial nach außen gerichtet. Der Einsatz 440 wird
an seiner axial inneren Seite von einer Innenisolierung 434 und
an seiner axial äußeren Seite
von einer Karkassenlage 430 begrenzt.
-
Der
poröse
Abschnitt 442 ist typischerweise ein geschlossenzelliges
poröses
Elastomer oder thermoplastisches Elastomer. Der poröse Abschnitt hat
einen Druckmodul von zwischen etwa 3 MPa (Megapascal) und 10 MPa,
wenn es zusammengedrückt
wird, bevor die Poren total zusammengefallen sind, und hat einen
viel höheren
Druckmodul von zwischen etwa 15 MPa und 80 MPa, wenn die Poren zusammengefallen
sind. Die Porosität (Verhältnis von Porenvolumen
zu totalem Elastomervolumen) des porösen Abschnitts 442 beträgt zwischen
10 und 40 Prozent, und vorzugsweise zwischen 20 und 30 Prozent.
Die steifere Schicht 444 besteht aus einem typischerweise
nichtporösen
Elastomer oder thermoplastischen Elastomer. Die steifere Schicht 444 ist viel
steifer als der poröse
Abschnitt 442, wobei sie etwas flexibel, jedoch im Wesentlichen
unausdehnbar ist, und hat einen Druckmodul von zwischen etwa 3 MPa
und 30 MPa, und vorzugsweise zwischen 5 MPa und 20 MPa.
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4B zeigt
das Profil des Einsatzes 440 von 4A, wie
es im Notlaufbetrieb (Reifen ungenügend aufgepumpt oder abgelassen)
wäre. Die Komponenten
und Referenzziffern entsprechen denen von 4A. Sowohl
im Notlaufbetrieb als auch bei normalem Fülldruck steht der poröse Abschnitt 442 unter
Kompression und steht die steifere Schicht 444 unter sowohl
unter Zug- als auch Druckbelastung. Während des Notlaufbetriebs wird
der poröse Abschnitt 442 so
sehr zusammengedrückt,
dass seine Poren im Wesentlichen zusammengefallen sind (in welchem
Fall jede in den Poren eingeschlossene Luft hochkomprimiert wird
und die Poren vor dem vollständigen
Zusammenfallen bewahren). Wenn die Poren zusammengefallen sind (während des
Notlaufbetriebs), dann ist der nominell poröse Abschnitt 442 im
Wesentlichen nicht mehr porös,
sondern ist jetzt vielmehr ein massives Elastomer. Daher hat der
poröse
Abschnitt 442 einen viel höheren Elastizitätsmodul
(Steifigkeit), wenn seine Poren zusammengefallen sind (während des
Notlaufbetriebs), als wenn seine Poren nicht zusammengefallen sind
(wenn der Reifen normal aufgepumpt ist). In jeder der Ausführungen
der Erfindung ist es, da der axial innere Bereich des porösen Abschnitts 442 mehr
zusammengedrückt
wird als sein axial äußerer Bereich,
vorteilhaft, wenn die Poren in dem porösen Abschnitt 442 in dem
axial inneren Bereich des porösen
Abschnitts 442 größer oder
zahlreicher sind als in seinem axial äußeren Bereich. Während der
poröse
Abschnitt als ein geschlossenzelliger Schaumstoff beschrieben ist, liegt
es auch innerhalb der Bedingungen der Erfindung, einen offenzelligen
Schaumstoff zu integrieren, der einen Porositätsgrad von zwischen 60 und
90 Prozent Elastomer und der Rest Gas, wie beispielsweise Luft,
aufweist.
-
9 zeigt
in Diagrammform, wie Porosität (Verhältnis von
Porenvolumen zu Gesamtelastomervolumen) der porösen Schicht 442 (gezeigt
durch Kurve 902) und Starrheit (hierin definiert als die
inkrementelle Veränderung
von Lastgewicht pro inkrementelle Veränderung der Durchbiegung, gleichartig zu
dem Elastizitätsmodul
des Einsatzes 440 (gezeigt durch Kurve 904) sich
verändern,
wenn ein normal aufgepumpter Reifen allmählich abgelassen wird. Wenn
die Poren sich allmählich
schließen,
in Zone 910, nimmt die Porosität (Abschnitt 912 von
Kurve 902) mit dem Reifenablassen ab, und die Einsatzsteifigkeit
(Abschnitt 914 von Kurve 904) nimmt mit dem Reifenablassen
nur gering zu. Wenn die Poren in Zone 920 nahezu zusammenfallen,
geht die Porosität
(Abschnitt 922 von Kurve 902) gegen Null, und
die Einsatzsteifigkeit (Abschnitt 924 von Kurve 904) steigt
mit dem Reifenablassen drastisch an. wenn in Zone 930 die
Poren zusammengefallen sind und das Porenvolumen im Wesentlichen
Null beträgt,
bleibt die Porosität
(Abschnitt 932 von Kurve 902) im Wesentlichen
konstant auf etwa Null, und die Steifigkeit (Abschnitt 934 von
Kurve 904) steigt mit steigendem Reifendruckverlust vernachlässigbar
an.
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Von
daher ist der Einsatz 440 während des Notlaufbetriebs relativ
steif und trägt
die Reifenlast und ist der Einsatz 440 während normaler
Befüllung relativ
flexibel und verschafft die gewünschten
Fahrmerkmale eines Reifens ohne Notlaufeigenschaften. Das ist es,
was von Seitenwandverstärkungseinsätzen gewünscht wird
und was die konventionellen massiven Einsätze nicht erzielen können, wie
durch 8 illustriert.
-
11A ist ein Diagramm von Belastung zu Reifendurchbiegung
für einen
normal aufgepumpten Reifen, für
einen Reifen ohne Notlaufeigenschaften (Kurve 1114), einen
Reifen mit Notlaufeigenschaften des Standes der Technik (Kurve 1110)
und einen Reifen gemäß der vorliegenden
Erfindung (Kurve 1112). 11A zeigt,
dass die Reifendurchbiegung mit steigender Belastung auf dem Reifen
ansteigt. Auf einem typischen Reifenbelastungsniveau 1111,
bei normaler Befüllung,
haben sich der Reifen ohne Notlaufeigenschaften und der Reifen mit
Notlaufeigenschaften gemäß der vorliegenden
Erfindung viel mehr durchgebogen als der Reifen mit Notlaufeigenschaften
des Standes der Technik, wodurch sie eine weichere, komfortablere
Fahrt ergaben. 11B ist ein Diagramm von Belastung
zu Reifendurchbiegung für
einen abgelassenen Reifen, für
einen Reifen ohne Notlaufeigenschaften (Kurve 1124), einen
Reifen mit Notlaufeigenschaften des Standes der Technik (Kurve 1120)
und einen Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung
(Kurve 1122). 11B zeigt,
dass die Reifendurchbiegung mit ansteigender Belastung auf dem Reifen
ansteigt. Auf einem typischen Reifenbelastungsniveau 1111,
wenn abgelassen, ist der Reifen ohne Notlaufeigenschaften (Kurve 1124)
zu sehr durchgebogen, um die Reifenlast zu tragen, der Reifen mit
Notlaufeigenschaften des Standes der Technik (Kurve 1120)
ist viel weniger durchgebogen und kann die Reifenlast tragen, jedoch
mit einiger Knickung und Wärmebeschädigung,
und der Reifen (Kurve 1122) gemäß der vorliegenden Erfindung kann
annähernd
gleich dem Reifen mit Notlaufeigenschaften des Standes der Technik
sein.
-
Das
hierin beschriebene erfinderische Konzept bietet Radialreifen mit
Notlaufeigenschaften eine innovative Keileinsatz-Seitenwandverstärkung, die
den somit verstärkten
Seitenwänden
eine niedrige Steifigkeit während
normal aufgepumpten Betriebs und eine hohe Steifigkeit während des
Notlaufbetriebs verleiht. Mit anderen Worten, Reifen mit Notlaufeigenschaften,
die die vorliegende Erfindung integrieren, werden eine weiche und
komfortable Fahrt bei guten Fahrzeughandhabungsmerkmalen während normal
aufgepumpten Betriebs verschaffen, werden aber dennoch die für effektiven
und lang anhaltenden Notlaufbetrieb erforderliche Seitenwandstarrheit
verschaffen.
-
Zweite Ausführung
-
5A zeigt
einen schematischen Querschnitt einer zweiten Ausführung eines
in Umfangsrichtung angeordneten Einsatzes 540 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Profil des Einsatzes 540 ist in 5A gezeigt,
wie es in einem normal aufgepumpten Reifen wäre. Der Einsatz 540 ist
im Querschnitt sichelförmig
und umfasst einen in den axial inneren Bereich des Einsatzes 540 eingebetteten,
etwas halbkreisförmigen
porösen
Elastomerabschnitt 542, umgeben von einer steiferen Elastomerschicht 544 (d.h.
steifer als der poröse
Abschnitt 542), die den Rest des Einsatzes 540 umfasst.
Der poröse
Abschnitt 542 ist mittels jeden geeigneten Mittels, wie etwa
Kleben oder Überformen
des einen über
der anderen, an der steiferen Schicht 544 befestigt. Die
im Wesentlichen halbkreisförmige
poröse
Schicht 542 befindet sich an dem vertikal zentralen, axial
inneren Bereich des Einsatzes 540, wobei seine abgerundete Kante
axial nach außen
gerichtet ist. Der Einsatz 544 wird an seiner axial inneren
Seite von einer Innenisolierung 534 und an seiner axial äußeren Seite
von einer Karkassenlage 530 begrenzt.
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5B zeigt
das Profil des Einsatzes 540 von 5A, wie
es im Notlaufbetrieb wäre.
Die Komponenten und Referenzziffern entsprechen denen von 5A.
Das Betriebsprinzip dieser zweiten Ausführung ist dasselbe wie in der
ersten Ausführung
(in den 4A und 4B gezeigt).
Während
des Notlaufbetriebs wird der poröse
Abschnitt 542 so sehr zusammengedrückt, dass seine Poren im Wesentlichen
zusammengefallen sind. Der poröse
Abschnitt 542 hat einen viel höheren Elastizitätsmodul,
wenn seine Poren zusammengefallen sind (während des Notlaufbetriebs),
als wenn seine Poren nicht zusammengefallen sind (wenn der Reifen
normal aufgepumpt ist). Von daher ist der Einsatz 540 während des
Notlaufbetriebs relativ steif und trägt die Last auf seinem Reifen
und ist der Einsatz 540 bei normaler Befüllung relativ
flexibel und verschafft die gewünschten
Fahrmerkmale eines Reifens ohne Notlaufeigenschaften.
-
Der
poröse
Abschnitt 542 ist typischerweise ein geschlossenzelliges
poröses
Elastomer oder thermoplastisches Elastomer. Der poröse Abschnitt 542 hat
einen Druckmodul von zwischen etwa 3 MPa und 10 MPa, wenn er zusammengedrückt wird,
bevor die Poren total zusammengefallen sind, und hat einen viel
höheren
Druckmodul von zwischen etwa 15 MPa und 80 MPa, wenn die Poren zusammengefallen
sind. Die steifere Schicht 544 ist aus einem typischerweise
nichtporösen
Elastomer oder thermoplastischen Elastomer. Die steifere Schicht 544 ist viel
steifer als der poröse
Abschnitt 442, mit einem Druckmodul von zwischen etwa 3
MPa und 30 MPa. Die steifere Schicht 544 ist im Wesentlichen
unausdehnbar und steifer als das für die steifere Schicht 444 (4A, 4B)
der ersten Ausführung
verwendete Material, da in dieser zweiten Ausführung die steifere Schicht 544 sich
nur in ihrem Bereich nächst
der porösen
Schicht 542 biegen sollte.
-
Dritte Ausführung
-
6A zeigt
einen bruchstückhaften
schematischen Querschnitt einer dritten Ausführung eines in Umfangsrichtung
angeordneten Einsatzes 640 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Profil des Einsatzes 640 ist in 6A gezeigt,
wie es in einem normal aufgepumpten Reifen wäre. Der Einsatz 640 ist im
Querschnitt sichelförmig
und umfasst einen in den axial inneren Bereich des Einsatzes 640 eingebetteten,
im Wesentlichen dreieckigen porösen
Elastomerabschnitt 642, umgeben von einer steiferen Elastomerschicht 644 (d.h.
steifer als der poröse
Abschnitt 642), die den Rest des Einsatzes 640 umfasst.
Der poröse
Abschnitt 642 ist mittels jeden geeigneten Mittels, wie
etwa Kleben oder Überformen
des einen über
der anderen, an der steiferen Schicht 644 befestigt. Die
dreieckige poröse
Schicht 642 befindet sich an dem axial inneren Bereich
des Einsatzes 640, wobei einer ihrer Scheitel axial nach
außen
weist. Der Einsatz 644 wird an seiner axial inneren Seite
von einer Innenisolierung 634 und an seiner axial äußeren Seite
von einer Karkassenlage 630 begrenzt.
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6B zeigt
das Profil des Einsatzes 640 von 6A, wie
es im Notlaufbetrieb wäre.
Die Komponenten und Referenzziffern entsprechen denen von 6A.
Das Betriebsprinzip dieser dritten Ausführung ist dasselbe wie in der
zweiten Ausführung von 5A, 5B.
Während des
Notlaufbetriebs wird der poröse
Abschnitt 642 so sehr zusammengedrückt, dass seine Poren im Wesentlichen
zusammengefallen sind. Der poröse
Abschnitt 642 hat einen viel höheren Elastizitätsmodul,
wenn seine Poren zusammengefallen sind (während des Notlaufbetriebs),
als wenn seine Poren nicht zusammengefallen sind (wenn der Reifen
normal aufgepumpt ist). Von daher ist der Einsatz 640 während des
Notlaufbetriebs relativ steif und trägt die Belastung auf seinem
Reifen und ist der Einsatz 640 bei normaler Befüllung relativ
flexibel und verschafft die gewünschten Fahrmerkmale
eines Reifens ohne Notlaufeigenschaften.
-
Die
Wahl der Materialien und Materialspezifikationen sind für diese
dritte Ausführung
dieselben wie für
die zuvor beschriebene zweite Ausführung.
-
Es
wäre wünschenswert,
wenn die steifere Schicht 644 nächst dem porösen Abschnitt 642 flexibel
wäre, um
besser als ein Scharnier zu dienen, um das der Einsatz 640 sich
unter Belastung biegt, aber dennoch überall sonst steif, um unter
Notlaufbedingungen eine maximale Starrheit zu verschaffen. Unglücklicherweise
würde das
Flexiblermachen der steiferen Schicht 644 (durch Wahl eines
flexibleren Materials oder indem sie dünner gemacht würde) zur Verbesserung
des Scharniereffekts die Starrheit während des Notlaufbetriebs gefährden, und
das Starrermachen der steiferen Schicht 644 zur Verbesserung
der Starrheit während
des Notlaufbetriebs würde
den Scharniereffekt gefährden.
von daher muss der Entwerfer eine dazwischenliegende Starrheit für die steifere
Schicht 644 wählen.
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Vierte Ausführung
-
7A zeigt
einen bruchstückhaften
schematischen Querschnitt einer vierten Ausführung eines in Umfangsrichtung
angeordneten Einsatzes 740 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Profil des Einsatzes 740 ist in 7A dargestellt,
wie es in einem normal aufgepumpten Reifen wäre. Der Einsatz 740 ist
im Querschnitt sichelförmig
und enthält
einen im Querschnitt dreieckigen porösen Elastomerabschnitt 742,
der in den radial zentralen, axial inneren Bereich des Einsatzes 740 eingebettet
ist, befestigt an einem flexiblen unausdehnbaren Scharnierabschnitt
("Scharnier") 746, der
in dem axial äußeren Bereich
des Einsatzes 740 eingebettet ist, und zwei steife Keile 744A, 744B (viel
steifer als der poröse Abschnitt 742),
die den Rest des Einsatzes 740 darstellen. Der poröse Abschnitt 742,
der Scharnierabschnitt 746 und die steifen Keile 744A, 744B sind durch
ein geeignetes Mittel, wie etwa Überformen des
einen über
die andere(n), aneinander befestigt. Der Einsatz 740 wird
an seiner axial inneren Seite von einer Innenisolierung 734 und
an seiner axial äußeren Seite
von einer Karkassenlage 730 begrenzt.
-
Die
dreieckige poröse
Schicht 742 befindet sich an dem axial inneren Bereich
des Einsatzes 740, wobei einer ihrer Scheitel axial nach
außen
weist. Der Scharnierabschnitt 746 befindet sich vertikal symmetrisch
um den porösen
Abschnitt 742. In 7A ist
gezeigt, dass die Oberkante 748A und Unterkante 748B des
Scharnierabschnitts 746 sich nicht vertikal über den
porösen
Abschnitt 742 hinaus erstrecken, jedoch ist dies nicht
erforderlich. Die Oberkante 748A des Scharnierabschnitts 746 könnte sich über dem
porösen
Abschnitt 742 erstrecken, und die Unterkante 748B des Scharnierabschnitts 746 könnte sich
unter dem porösen
Abschnitt 742 erstrecken.
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Unter
Belastung dient der Scharnierabschnitt 746 als Scharnier,
um das die steifen Keile 744A, 744B schwenken,
um den porösen
Abschnitt 742 zusammenzudrücken. Unter Belastung (entweder
normal aufgepumpt oder Notlaufzustand) steht der poröse Abschnitt 742 unter
Druckbelastung und wird kleiner, und der Scharnierabschnitt 746 steht
unter Zugspannung, dehnt sich jedoch nicht, da er unausdehnbar ist.
Der Scharnierabschnitt 746 sollte so flexibel wie möglich, jedoch
so unausdehnbar wie möglich sein,
wie etwa durch Verwendung faserverstärkten Elastomers. Die hohe
Flexibilität
wird Verschlechterung durch Biegeknicken verringern, und die Unausdehnbarkeit
wird ermöglichen,
dass der Scharnierabschnitt 746 als ein Scharnier dient,
ohne sich unter Zugspannung auszudehnen.
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7B zeigt
das Profil des Einsatzes 740 von 7A, wie
es im Notlaufbetrieb wäre.
Die Komponenten und Referenzziffern entsprechen denen von 7A.
Das Betriebsprinzip dieser vierten Ausführung ist dasselbe wie in der
dritten Ausführung (von 6A, 6B),
jedoch mit den hinzugefügten folgenden
Vorteilen. Während
des Notlaufbetriebs wird der poröse
Abschnitt 742 so sehr zusammengedrückt, dass seine Poren zusammengefallen
sind und er sehr steif wird, und der Scharnierabschnitt 746 ist
ebenfalls sehr steif, da er unter Zugspannung steht und unausdehnbar
ist, und die steifen Keile 744A, 744B sind immer
sehr steif, sodass der ganze Einsatz 740 während des
Notlaufbetriebs sehr steif wird. Während normaler Befüllung kann
der Einsatz 740 aufgrund des flexiblen porösen Abschnitts 742 und
des als Scharnier wirkenden flexiblen Scharnierabschnitts 746 sehr
flexibel sein. von daher ist der Einsatz 740 während des Notlaufbetriebs
außergewöhnlich steif
(steifer als der Einsatz 640 der dritten Ausführung) und
trägt starr
die Last auf seinem Reifen, und während normaler Befüllung ist
der Einsatz 740 außergewöhnlich flexibel
(flexibler als der Einsatz 640 der dritten Ausführung) und
verschafft die gewünschten
flexiblen Fahrmerkmale eines Reifens ohne Notlaufeigenschaften.
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Der
poröse
Abschnitt 442 ist typischerweise ein geschlossenzelliges
poröses
Elastomer oder thermoplastisches Elastomer. Der poröse Abschnitt 442 hat
einen Druckmodul von zwischen etwa 3 MPa (Megapascal) und 10 MPa,
wenn er zusammengedrückt
wird, bevor die Poren vollständig
zusammengefallen sind, und hat einen viel höheren Druckmodul von zwischen
etwa 15 MPa und 80 MPa, wenn die Poren zusammengefallen sind. Der
Scharnierabschnitt 746 besteht aus einem typischerweise
nichtporösen
hochflexiblen unausdehnbaren Elastomer, wie etwa faserverstärktem Elastomer
oder thermoplastischem Elastomer. Die starren Keile 744A, 744B könnten aus
den Materialien Polymeren oder thermoplastischen Polymeren bestehen.
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10 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Reifens 1000 mit Notlaufeigenschaften,
der die erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung integriert. Der Reifen 1000 weist
eine Lauffläche 1012,
eine Gürtelstruktur
(Gürtel) 1014,
ein paar Seitenwände 1016 und
eine Karkasse 1022 auf. Die Karkasse 1022 umfasst
zumindest eine Karkassenlage 1030, eine gasundurchlässige Inneninsolierung 1034 und ein
Paar Wulstbereiche 1020. Jeder Wulstbereich 1020 umfasst
einen Wulst 1036 und ein Wulstkernreiter-Kernprofil 1021.
Jede Seitenwand 1016 enthält einen Einsatz 1040,
der zwischen der Innenisolierung 1034 und der Karkassenlage 1030 angeordnet ist.
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Der
Einsatz 1040 ist derselbe wie der der Ausführung von 4A,
wobei er im Querschnitt sichelförmig
ist und einen sichelförmigen
porösen Elastomerabschnitt 1042 an
dem axial inneren Bereich des Einsatzes 1040 umfasst, befestigt
an einer gebogenen steiferen Elastomerschicht 1044 (d.h. steifer
als der poröse
Abschnitt 1042) entlang dem axial äußeren Bereich des Einsatzes 1040.
Die poröse
Schicht 1042 befindet sich an dem vertikal zentralen, axial
inneren Bereich des Einsatzes 1040, wobei ihre konvexe
Kante axial nach außen
gerichtet ist. Alternativ könnte
der Einsatz 1040 derselbe sein wie der der Ausführung von 5A, 6A oder 7A.
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Die
in 10 illustrierte Ausführung ist die einer Gestaltung
eines Reifens mit Notlaufeigenschaften, wobei die verstärkten Seitenwände während normal
aufgepumpten Betriebs ein niedriges strukturelles Trägheitsmoment
und während
des Notlaufbetriebs ein hohes strukturelles Trägheitsmoment haben.
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Wie
in den vier Ausführungen
hierin illustriert, erfüllt
die vorliegende Erfindung die Merkmale, die im Stand der Technik
fehlen. Sie verschafft einen Reifeneinsatz, der während normal
aufgepumpten Betriebs jeder Seitenwand eine minimale Verstärkungsstarrheit
und während
des Notlaufbetriebs eine maximale Verstärkungsstarrheit verschafft,
wodurch während
normal aufgepumpten Betriebs ein verbesserter Fahrkomfort und verbesserte
Handhabungsmerkmale sowie während
des Notlaufbetriebs eine starre strukturelle Stütze verschafft werden. Da ein Teil
des Einsatzes der vorliegenden Erfindung porös ist, kann er leichter als
ein konventioneller Einsatz sein. Da das meiste Biegeknicken des
Einsatzes in der vorliegenden Erfindung von dem weichen porösen Abschnitt
getragen wird, liegen während
normaler Befüllung
weniger Rollwiderstand und von daher weniger Wärme und bessere Handhabungsmerkmale
vor. Da der Einsatz starrer ist als ein konventioneller Einsatz,
wird während
des Notlaufbetriebs weniger Biegeknicken und damit einhergehende
Wärme produziert.