DE60131352T2

DE60131352T2 - Luftreifen mit gekreuzter Karkasse für Flugzeuge

Info

Publication number: DE60131352T2
Application number: DE60131352T
Authority: DE
Inventors: Duane Vernard Danville Allmond; Mohammad Eghbal Akron Sobhanie
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2021-11-03
Also published as: EP1205316A2; EP1205316B1; US6374891B1; DE60131352D1; EP1205316A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Luftreifen und insbesondere eine neue Karkassenstruktur spezifisch zur Verwendung in Flugzeugreifen.
Ein Flugzeugreifen wird extremen Betriebsbedingungen unterzogen, die sehr hohen Innendruck, hohe Geschwindigkeiten über 300 Stundenkilometer und sehr hohe Einfederungen umfassen. Während des Rollens und Startens kann das Einfedern mehr als 30% betragen, und beim Landen findet 45% Einfedern oder mehr unter Aufprallbedingungen statt. Diese extremen Drücke, Belastungen und Einfedervorgänge unterziehen die Seitenwand zwischen der Schulter des Reifens und dem Wulst schweren Prüfungen. Der hohe Druck und die hohen Belastungen setzen die Lagenkorde schweren Zugbelastungen aus. Die Korde in den Lagen, insbesondere im unteren Seitenwandbereich, werden oft aufgrund hoher Wärmeentwicklung in Nähe der Wülste während des Rollens des Flugzeugs oder während des Starts mechanisch ermüdet.
Im Stand der Technik war es herkömmlich, die Anzahl von Lagen des Reifens zu erhöhen, um die Steifigkeit zu erhöhen und die Verformung unter Last zu verringern. Auch ist viel Arbeit auf die Verstärkung des Lagenumschlagteils von Reifen zur Verbesserung der Haltbarkeit verwendet worden.
US-A-5,105,865 von Togashi et al. beschreibt diese herkömmlichen Lösungen und schlägt vor, dass die Haltbarkeit des Reifens durch Vermeiden von Biegeverformungen der Lagenoberflächen verbessert werden kann. Das Patent beschreibt eine Reifenkrümmung, die gestattet, eine Erhöhung der Haltbarkeit ohne eine Erhöhung des Gewichts zu erzielen.
US-A-4,029,137 von Robert Suydam lehrt, dass eine Verbesserung der Haltbarkeit durch ein neuartiges Umschlagen der Lagenstruktur um die Wülste erzielt werden kann. Diese Erfindung verbessert ebenfalls die Haltbarkeit, ohne das Gewicht zu erhöhen.
In GB-A-2 087 806 an Kaisha ist ein Diagonal-Flugzeugreifen offenbart, wobei Korde der Karkassenlagen weiter voneinander beabstandet sind, um eine verbesserte Haltbarkeit zu erzielen.
Zusätzlich zu den normalen Belastungsbedingungen von Flugzeugreifen müssen Militärflugzeuge, insbesondere Marineflugzeuge, oft auf den Decks von Flugzeugträgern landen. Die Landungen sind aufgrund des verkürzten Landebereichs routinemäßig schroff und schnell. Zum Anhalten des Flugzeugs wird ein Bremsseil eingesetzt.
Das Bugrad oder Hauptfahrgestellrad des Flugzeugs prallt bei Landungen gegen dieses Bremsseil von 4,127 cm (1-5/8 Zoll) Durchmesser und kann den Reifen schwer beschädigen. An dem F/A-18E/F-Marineflugzeug kann der Hauptreifen einen Sturzwinkel von 10,2° erfahren. Das bedeutet, dass eine Seitenwand den anfänglichen Aufprall etwa beim Fünffachen der normalen Nennlast aufnehmen wird. Das quetscht die aufgeprallte Seitenwand stark, was zu zerschnittenen oder beschädigten Karkassenlagen führen kann. Wiederholte Landungen führen zu kumulativer Beschädigung. Zur Verlängerung der Nutzlebensdauer des Hauptreifens sind zusätzliche Karkassenlagen voller Breite verwendet worden; das erlegt jedoch ein zusätzliches Gewicht auf. Eine neue Herangehensweise an die Verbesserung der Seitenwandhaltbarkeit unter Ermöglichung einer Verringerung des Gesamt-Reifengewichts wurde in US-A-5,637,764 offenbart. In diesem Patent wurden kordverstärkte Seitenwandeinsätze verwendet, um volle Lagen zu ersetzen und dennoch eine zusätzliche Seitenwandstoßfestigkeit und erhöhte Haltbarkeit der Reifenkarkasse bereitzustellen.
Fortschritte in der Lagenstärke und die Verwendung dieser Einsätze hat zu ausreichend starken Karkassen geführt. Die Karkassen sind so stark geworden, dass Tests an dem Hauptfahrgestell des F/A 18E/F-Marinekampfflugzeugs erwiesen haben, dass, wenn die Wulstkerne ausreichend belastet würden, die Wulstkerne während einer Platzprüfung vor der Zenitverstärkung versagen würden. Dieser Reifen des Standes der Technik ist in den 1 und 2 abgebildet. Wie illustriert, wies der Reifen ursprünglich 12 Lagen und drei Wulstkerne gleicher Größe und Konstruktion auf. Eine robustere Karkassenkonstruktion wurde angefordert, und es wurde festgestellt, dass die herkömmliche Gestaltung mit drei Wulstkernen zu einem einschränkenden Faktor wurde, wobei die Wülste während der Reifenplatzprüfung vor dem Zenit der Karkasse versagen würden. Als generelle Regel versucht ein Reifenkonstrukteur, den Reifen so zu konstruieren, dass Reifen im Zenitbereich versagen, wenn sie Platzprüfungen unterzogen werden.
Es ist zu würdigen, dass die Felge und die Wülste des Reifens auf einen begrenzten Raum beschränkt sind. Folglich bedeutet die einfache Hinzufügung von Karkassenlagen, dass die Wulstform oder -konfiguration angepasst werden muss, während noch stets eine gute Passung an der Felge gestattet wird. Idealerweise bemühen Reifenkonstrukteure sich bei der Verbesserung der Haltbarkeit der Reifen sehr darum, sicherzustellen, dass die Felgengestaltung unverändert bleiben kann. Neue Felgengestaltungen sind sehr kostenintensiv und schränken generell die Anwendung verbesserter Reifengestaltungen an Fahrzeugen oder Flugzeugen der nächsten Generation ein.
WO-A-98/56605 offenbart einen Diagonal-Flugzeugreifen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. US-A-5,637,164 offenbart einen Flugzeugreifen mit drei Wulstkernen mit einer runden Querschnittsform. Die Drähte sind nicht in Reihen und Spalten angeordnet. JP-A-63-222908 offenbart einen Reifen für einen Motorschrapper mit drei Wulstkernen mit einem im Wesentlichen rechteckigen Aufbau. Wiederum sind die Drähte nicht in Reihen und Spalten angeordnet.
Es war ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, den Reifen so zu gestalten, dass er auf die Felge des Standes der Technik passte, während doch die Wulstfestigkeit und die allgemeine Karkassenfestigkeit verbessert wurde. Es war ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen Flugzeugreifen mit drei Wulstkernen in jedem Wulstbereich zu gestalten, mit im Wesentlichen viel größerer Festigkeit als bei herkömmlichen Reifen des Standes der Technik, die sie ersetzen sollten.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein verbesserter Diagonal-Flugzeugreifen weist eine durch sechs oder mehr Lagenpaare verstärkte Karkasse auf. Die sechs oder mehr Lagenpaare erstrecken sich von einem Wulstbereich durch einen Zenitbereich zu einem gegenüberliegenden Wulstbereich. Jeder Wulstbereich weist drei Wulstkerne auf, einen ersten Fußwulstkern, einen mittleren Wulstkern und einen dritten Zehenwulstkern. Jeder Wulstkern weist ein oder mehrere Lagenpaare auf, die um ihn herumgeschlagen sind und sich in Bezug auf den Wulstkern radial aufwärts erstrecken.
Die drei Wulstkerne in jedem Wulstbereich haben jeder einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem halb abgerundeten radial innersten Teil. Jeder der drei Wulstkerne hat seitliche Reihen und vertikale Spalten von Wulstdrähten. Wobei der mittlere Wulstkern mindestens eine Reihe oder eine Spalte von Wulstdrähten weniger aufweist als der erste Fußwulstkern.
Jeder Wulstkern hat einen Innendurchmesser d. Der mittlere Wulstkern hat einen Durchmesser d_m, der kleiner als der Durchmesser d_h des ersten Fußwulstkerns ist.
Der Zehenwulstkern hat eine oder mehr Reihen oder Spalten mehr als der mittlere Wulstkern. Der Zehenwulstkern hat einen Innendurchmesser d_T gleich dem oder größer als der Durchmesser d_m des mittleren Wulstkerns minus die Differenzen im Durchmesser d_H des ersten Fußwulstkerns minus der Durchmesser d_M des mittleren Wulstkerns, oder d_t > d_m' – (d_h – d_m).
In dem Reifen der bevorzugten Ausführungsform sind die Paare von Karkassenlagen gleich 7. Der Fußwulstkern hat 12 Reihen und 8 Spalten von Draht, was im Querschnitt gesehen eine Gesamtsumme von 96 Drähten ergibt. Der Zehenwulstkern hat dieselbe Konstruktion wie der Fußwulstkern, hat also ebenfalls eine 12 × 8 = 96 Drähte-Konstruktion. Der mittlere Wulstkern hat einen 11 × 8-Konstruktion mit 88 Drähten.
In dem bevorzugten Reifen einer Größe 32 × 11.5–15 ist der Innendurchmesser d_h gleich 39,878 cm (15,70 Zoll), d_m ist gleich 39,726 cm (15,64 Zoll) und d_t ist gleich 39,472 cm (15,54 Zoll), wodurch das Verhältnis erfüllt wird, wobei der mittlere Wulstkern einen kleineren Durchmesser als der Fußwulstkern hat, während der Zehenwulstkern d_t größer oder gleich d_m- – (d_h – d_m) ist. In dem bevorzugten Reifen d_t ≥ 39,624 cm (15,60 Zoll) – [39,878 – 39,624 cm (15,70 – 15,60 Zoll)] oder d_t = 39,472 cm (15,54 Zoll), was größer als 39,37 cm (15,50 Zoll) ist.
Beschreibung der Figuren
1 ist eine Querschnittsansicht des Reifens des Standes der Technik von US-A-5,637,764 .
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Hälfte des Reifens des Standes der Technik von 1 veranschaulicht.
3 ist eine Querschnittsansicht, die den nach der vorliegenden Erfindung hergestellten verbesserten Flugzeugreifen veranschaulicht;
4 ist eine weitere vergrößerte Querschnittansicht, die eine Seite oder Hälfte eines nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Reifens darstellt.
Definitionen

„Kernprofil" bedeutet ein radial über einem Wulstkern positioniertes, nicht verstärktes Elastomer.
„Aspektverhältnis" des Reifens bedeutet das Verhältnis seiner Querschnittshöhe (SH) zu seiner Querschnittsbreite (SW), multipliziert mit 100% zum Ausdruck als Prozentsatz.
„Axial" bedeutet Linien oder Richtungen, die parallel zur Drehachse des Reifens verlaufen.
„Wulst" bedeutet denjenigen Teil des Reifens, der ein ringförmiges Zugelement umfasst, das durch Lagenkorde eingeschlagen und, mit oder ohne andere Verstärkungselemente, wie etwa Kernfahnen, Wulstverstärker, Kernprofile, Zehen-Gummistreifen und Wulstschutzstreifen, dazu geformt ist, auf die Konstruktionsfelge zu passen.
„Gürtel- oder Protektorverstärkungsstruktur" bedeutet mindestens zwei 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 17 Grad bis 33 Grad in Bezug auf die Äquatorebene des Reifens aufweisen.
„Diagonalreifen" bedeutet einen Reifen mit Verstärkungskorden in der Karkassenlage, die von Wulstkern zu Wulstkern in einem Winkel von etwa 25°–50° in Bezug zur Äquatorebene des Reifens diagonal über den Reifen verlaufen. Die Korde verlaufen in abwechselnden Lagen in entgegengesetzten Winkeln.
„Karkasse" bedeutet die Reifenstruktur außer der Gürtelstruktur, Lauffläche, Unterlauffläche und Seitenwandkautschuk über den Lagen, jedoch einschließlich der Wülste.
„Umfangsgerichtet" oder "in Umfangsrichtung" bedeutet Linien oder Richtungen, die sich entlang dem Außenumfang der Oberfläche der ringförmigen Lauffläche lotrecht zur axialen Richtung erstrecken.
„Wulstschutzstreifen" bezieht sich auf schmale Materialstreifen, die um die Außenseite des Wulsts plaziert sind, um Kordlagen vor der Felge zu schützen, das Walken über der Felge zu verteilen und den Reifen abzudichten.
„Wulstverstärker" bedeuten eine im Wulstbereich des Reifens befindliche Verstärkungsstruktur.
„Kord" bedeutet eine der Verstärkungslitzen, woraus die Lagen in dem Reifen bestehen.
„Äquatorebene (EP)" bedeutet die Ebene lotrecht zur Rotationsachse des Reifens und durch das Zentrum seiner Lauffläche verlaufend.
„Kernfahne" bedeutet ein um den Wulstkern und das Kernprofil herumgeschlagenes verstärktes Gewebe.
„Aufstandsfläche" bedeutet die Kontaktstelle oder den Kontaktbereich der Reifenlauffläche mit einer flachen Oberfläche bei null Geschwindigkeit und unter normaler Last und Druck.
„Innenisolierung" bedeutet die Lage oder Lagen von Elastomer oder anderem Material, die die Innenfläche eines schlauchlosen Reifens bilden und die das Füllfluid innerhalb des Reifens enthalten.
„Netto-Brutto-Verhältnis" bedeutet das Verhältnis des Reifenprofilgummis, der mit der Fahrbahn in Kontakt kommt, während er in der Aufstandsfläche ist, dividiert durch die Fläche des Profils in der Aufstandsfläche, einschließlich nicht in Kontakt kommender Teile, wie etwa Rillen.
„Felgen-Nenndurchmesser” bedeutet den durchschnittlichen Durchmesser des Felgenhorns an der Stelle, wo der Wulstbereich des Reifens sitzt.
„Normalfülldruck" bezieht sich auf den durch die zuständige Normenorganisation für den Betriebszustand des Reifens zugeordneten spezifischen Konstruktionsfülldruck bzw. Last.
„Normallast" bezieht sich auf den den durch die zuständige Normenorganisation für den Betriebszustand des Reifens zugeordneten spezifischen Konstruktionsfülldruck bzw. Last.
„Lage" bedeutet eine durchlaufende Schicht kautschuküberzogener paralleler Korde.
„Radial" bedeutet Richtung radial zu oder weg von der Drehachse des Reifens.
„Radialreifen" bedeutet einen mit Gürteln versehenen oder in Umfangsrichtung zurückgehaltenen Luftreifen, worin die sich von Wulst zu Wulst erstreckenden Lagenkorde in Kordwinkeln zwischen 65° und 90° in Bezug auf die Äquatorebene des Reifens verlegt sind.
„Querschnittshöhe" (SH) bedeutet den radialen Abstand von dem Felgen-Nenndurchmesser zu dem Außendurchmesser des Reifens an seiner Äquatorebene.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf 3 ist dort ein Reifen 10 veranschaulicht, der in der veranschaulichten spezifischen Ausführungsform ein Reifen der Größe 32 × 11.5–15 ist. Der Reifen hat einen maximalen befüllten Außendurchmesser von 81,3 cm (32 Zoll), und die maximale Breite des befüllten Reifens in axialen Richtungen beträgt 29,2 cm (11,5 Zoll), und der Reifen hat einen Wulst-Nenndurchmesser von 38,1 cm (15 Zoll).
Der Reifen 10 umfasst einen am Boden angreifenden, in Umfangsrichtung verlaufenden Laufflächenteil 12, ein Paar Seitenwände 14, 16, die sich von den axial äußeren Kanten des Laufflächenteils radial einwärts erstrecken und an ihren radialen Enden in einem Paar Wulstbereichen 18, 20 enden. Die Seitenwände 14, 16 weisen jede einen oberen Teil 14A, 16A im Schulterbereich des Reifens radial einwärts von der Lauffläche und radial auswärts von der maximalen Querschnittsbreite auf, und einen unteren Teil 14B, 16B radial einwärts von der maximalen Querschnittsbreite des Reifens. Eine kordverstärkte Karkassenstruktur 22 erstreckt sich in Umfangsrichtung um den Reifen und von Wulstbereich 18 zu Wulstbereich 20.
Die besondere Ausführungsform der Kordverstärkungsstruktur 22 umfasst sieben Paare von Lagen von Reifenkordgewebe 36, 37, 38, 39, 40, 41 und 42. Bei jedem Lagenpaar verläuft eine seiner Lagen in einem Diagonalwinkel in Bezug zur Äquatorebene oder umfangsgerichteten Mittellinie des Reifens und die andere Lage in demselben Winkel, jedoch in der entgegengesetzten Richtung in Bezug zur Äquatorebene verlaufend. Der Winkel, den die Korde in den individuellen Karkassenlagen in Bezug zur Äquatorebene beschreiben, nimmt von einem Winkel von etwa 34° in dem radial inneren Lagenpaar 36 progressiv bis auf 30° in dem radial äußeren Lagenpaar 41 ab.
In der Karkassenstruktur ist auch ein Paar Laufflächenprotektorlagen 44 enthalten, die sich in Umfangsrichtung über die Karkasse und generell von einer Kante des Laufflächenbereichs 12 zu der axial entgegengesetzten Kante des Laufflächenbereichs 12 erstrecken. Der Winkel der Korde in den Laufflächenprotektorlagen in Bezug auf die Äquatorebene ist etwa 26°. Das Material der Korde in allen Lagen in der Karkassenstruktur 22 ist Nylon, obwohl jedes geeignete Material oder jede geeignete Kombination von Materialien genutzt werden kann. Man glaubt, dass es zu bevorzugen ist, dass die Korde ein Textilmaterial sind. Weiter können, während spezifische Winkel für die Karkassen- und Laufflächenlagen spezifiziert worden sind, diese Winkel im normalen Bereich von Diagonal-Flugzeugreifen variiert werden. Beispielsweise könnten die Winkel der Karkassenlagen 25° bis 45° betragen, während der Winkel der Laufflächenprotektorlagen für einen Diagonal-Flugzeugreifen etwa 20° bis 45° betragen kann.
Eine Puffergumschicht 19 ist zwischen die Laufflächenprotektorlagen 44 und die Karkassenlagen positioniert.
Die Wulstbereiche 18, 20 umfassen jeder drei ringförmige unausdehnbare Wulstkerne 50, 52 und 54.
Zwei Paare Karkassenlagen 36 und 37 erstrecken sich radial einwärts von dem Reifen benachbart. zu der axial inneren Seite des axial inneren Wulstkerns 50. Die jeweiligen Endteile 36a und 37a sind axial auswärts um den Wulstkern 50 umgeschlagen und die Lagenenden 37a sind radial auswärts um den Wulstkern 50 umgeschlagen, während das Lagenende 36a sich radial auswärts um den Wulstkern 54 umschlägt.
Gleichermaßen erstreckt die Karkassenlage 38 sich radial einwärts benachbart zu der axial inneren Seite des zentralen oder mittleren Wulstkerns 52 und sind ihre Endteile 38a radial auswärts von dem Wulstkern 52 umgeschlagen.
Die Karkassenlagen 39 erstrecken sich radial einwärts um die axial äußere Seite des mittleren Wulstkerns 52 und die Lagenenden 39a sind benachbart zu den radial inneren Seiten der unausdehnbaren Wulstkerne 50 und 52 axial einwärts umgeschlagen. Da die Paare von Karkassenlagen 39 um zwei Seiten des Wulstkerns 52 herumgeschlagen sind, wenn sie sich radial einwärts von der Lauffläche 12 fortsetzen, wird die durch Fülldruck und Belastung auf den Reifen verursachte Zuglast dieser Lagen von dem Wulstkern 52 unterstützt.
Der axial äußere Wulstkern 54 hat zwei Paare Karkassenlagen 40, 42, die sich radial einwärts benachbart zu der axial inneren Seite des Wulstkerns erstrecken, und seine Enden 40a, 42a sind benachbart zu der radial inneren Seite des Wulstkerns axial auswärts umgeschlagen. Die Umschlagenden 40a sind radial auswärts umgeschlagen benachbart zu den Umschlagenden 42a, die benachbart sind und um die axial äußere Seite des Wulstkerns 54 umgeschlagen sind.
Die Karkassenlagen 41 verlaufen radial einwärts zwischen die Umschlagenden 36a und die axial äußere Seite des Wulstkerns 54 positioniert. Die Karkassenlagenendteile 41a sind jedes benachbart zu der radial inneren Seite des Wulstkerns 54, die sich einwärts zu der radial inneren Seite des Wulstkerns 50 erstreckt, axial einwärts umgeschlagen. Das Ende 41a ist zwischen die radial inneren Seiten der Wulstkerne 50, 52 und 54 und das Ende 36a positioniert. Die Enden 36a enden in dem unteren Seitenwandbereich an einem Punkt radial einwärts von dem Punkt 62 der maximalen Querschnittsbreite des befüllten Reifens.
Für die Zwecke dieser Erfindung sollen Endteile diejenigen Teile eines Karkassenlagenpaars sein, die um einen Wulstkern herumgeschlagen sind oder radial auswärts davon verlaufen. Wenn die Endteile kurz vor dem Punkt 62 der maximalen axialen Breite des Reifens enden, werden sie nicht als wirkende Teile der Lagen betrachtet, da sie keinen signifikanten radial auswärts gerichteten Zug auf den Wulstkern ausüben. Ein Wulstkern, der einen größeren, radial auswärts gerichteten Zug der Karkassenlagen absorbiert, ist ein aktiver oder wirkender Wulstkern und ist für Zwecke dieser Erfindung ein an gleich welcher axialen Seite und einer radial inneren Seite durch die Wirkteile der Karkassenlagen begrenzter Wulstkern. Die Wirkteile der Karkassenlagen sind derjenige Teil der Lagen, der sich von einem Wulst an einer Seite des Reifens zu dem Wulst der entgegengesetzten Seite erstreckt, und für die Zwecke dieser Erfindung wird der Wirkteil der Karkassenlagen die Lagenseite genannt; der nicht wirkende Teil ist der Umschlag- oder Endteil der Lagen.
Bezugnehmend auf 4 der veranschaulichten Ausführungsform ist dort die in den Reifen eingesetzte Gruppe struktureller Komponenten gezeigt.
Radial oberhalb jeden Wulstkerns 50, 52, 54 befindet sich ein Elastomerkernprofil 57. Eine Kernfahne 55 ist um jeden Wulstkern herumgeschlagen und jedem Kernprofil axial benachbart. Ein Wulstschutzstreifen 56 ist um die gesamte Wulststruktur herumgeschlagen. Der Wulstschutzstreifen 56 verläuft radial einwärts von einem axial äußeren Ende zu dem Wulstfuß 59, wendet sich axial einwärts, wobei er sich zu der Wulstzehe erstreckt, wo der Wulstschutzstreifen 56 sich radial auswärts zu einem axial inneren Ende erstreckt. In der Ausführungsform wie veranschaulicht ist die von dem Reifen gebildete Luftkammer von einer sich von Wulst zu Wulst erstreckenden, generell luftundurchlässigen Innenisolierung 17 umgeben.
Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, befindet sich ein Verstärkungseinsatz 90 radial auswärts von dem Paar von Lagen 40, 41. Wie gezeigt, sind die Einsätze 90 an der radial äußeren Seite der Lagen positioniert und erstrecken sich von benachbart zu oder geringfügig über den Wulstkernen radial und axial auswärts zu einem radial äußeren Ende unter der Lauffläche 12 in dem oberen Seitenwandbereich 14A, 16A zwischen der Karkasse 22 und der Seitenwand.
In der besten Art und Weise des Praktizierens der Erfindung bestehen die Verstärkungseinsätze 90 aus einem Paar kordverstärkter Elemente 91, 92. Die Korde in den verstärkten Elementen 91, 92 sind in diagonalen Winkeln in Bezug zu der umfangsgerichteten Mittellinie, wobei der Kordwinkel eines Elements eines Paars gleich, jedoch in der Orientierung entgegengesetzt, in Bezug auf die Korde des benachbarten Elements desselben Paars ist.
Man glaubt, dass es vorzuziehen ist, dass die Einsatzkorde eine Zugverlängerung bei Bruch aufweisen, die im Wesentlichen gleich der des Nylonkords der Lagen ist. Aus diesem Grund wurden die Korde in der bevorzugten Ausführungsform aus Nylon hergestellt. Alternativ könnten die Korde aus jedem anderen geeigneten Material vom Textiltyp sein.
Man glaubt, dass der Verstärkungseinsatz 90 aus einem Elastomermaterial mit faserverstärkten Materialien gefertigt werden könnte.
In der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Verstärkungseinsatz 90 an beiden Seiten in Umfangsrichtung um den Reifen 10. Zweck des Verstärkungseinsatzes 90 ist, die Schlagfestigkeit der unteren bis oberen Seitenwand der Karkasse 22 zu erhöhen, bei einer entsprechenden Gewichtsabnahme im Vergleich zu herkömmlichen Diagonal-Flugzeugreifen. Die Schlagfestigkeit der Karkasse wird durch das Anordnen stoßabsorbierender Verstärkungseinsätze 90 in den Seitenwänden 14, 16 erhöht.
In einer ersten Anwendung dieser Erfindung, wie in 1 veranschaulicht, waren die Einsätze 90 Gewebelagen 91, 92 mit dem gleichen Winkel im unvulkanisierten Zustand wie die benachbarten vollen Mantellagen. Die Einsatz-Gewebelagen 91, 92 waren in Paaren in dem Reifen 10 angeordnet, ein Gewebeelement 91 in einem Winkel links und ein Gewebeelement 92 in einem gleichen Winkel rechts. Ein solcher zweilagiger Gewebeeinsatz 90 war benachbart zu der axial äußeren Seite des Wulstkerns 54 angeordnet und erstreckte sich radial auswärts zu dem oberen Seitenwandteil 16A. Die Einsätze 90 befanden sich radial auswärts von den vollen Bandlagen, und ihre radial inneren Enden waren absichtlich beendet, sodass die Einsatzenden sich nicht um die Unterseite des Wulsts 54 erstreckten.
Obwohl in der frühen Beurteilung dieser Erfindung ein Satz von Einsätzen 90 pro Reifenseite erwogen wurde, wurde ermittelt, dass ein Satz an jeder Seite in der ausgewerteten Anwendung ausreichend war. Ein, zwei, drei oder vier Sätze von Einsätzen 90 pro Reifenseite können verwendet werden, abhängig davon, wieviel zusätzliche Karkassenstoßfestigkeit erforderlich ist.
Obwohl die Einsätze 90 verwendet wurden, die Paare diagonal angewinkelter kordverstärkter Elemente 91, 92 aufwiesen, glaubt man, dass die kordverstärkten Elemente 91, 92 einzeln verwendet werden können. Ebenfalls in der obigen Beschreibung hatten die kordverstärkten Elemente Diagonalwinkel in demselben Bereich wie die Karkassenlagen. Alternativ könnten größere Winkel bis zu 90° verwendet werden.
Historisch sind Diagonal-Flugzeugreifen mit Karkassenlagen voller Breite gestaltet worden, welche letzteren sich von einem Wulstbündel an einer Seite des Reifens zu dem Wulstbündel an der anderen Seite des Reifens erstrecken. Zur Erhöhung der Karkassenfestigkeit in gleich welchem Bereich des Reifens war es die übliche Praxis, Lagen voller Breite zu der Karkasse hinzuzufügen. Indem die vorliegende Erfindung Gewebe- oder Fasereinsätze zwischen die Lagen und die Seitenwand des Reifens hinzufügt, verstärkt sie nur das Gebiet, das die Zunahme an Stoßfestigkeit erfordert. Da keine vollen Lagen verwendet werden, liegt eine erhebliche Reifengewichtsersparnis vor.
Ein nach der Erfindung des Standes der Technik, wie in den 1 und 2 gezeigt, gebauter Flugzeugreifen 10 wurde gegenüber Flugzeugreifen aus Standardproduktion auf Stoßfestigkeit geprüft. Der Standard- oder Kontrollreifen war Größe 32 × 11.5–15 und der Testreifen 10 war aus denselben Materialien und von ähnlicher Konstruktion wie der Standardreifen hergestellt, außer der Hinzufügung der gewebeverstärkten Einsatzlagen 91, 92 an jeder Reifenseite. Der Testreifen 10 nach der vorliegenden Erfindung wies eine deutliche Verbesserung gegenüber der Stoßfestigkeit des Standardreifens ohne Einsätze auf.
Eine der drastischsten Anforderungen des MacDonald Douglas F/A-18E/F-Diagonal-Hauptflugzeugreifens ist, dass der Reifen 10 den 4,127 cm (1-5/8'')-Durchmesser-Kabellasttest auf mehr als das Fünffache der Reifen-Nennlast, angewendet in einem Sturzwinkel von 10,2 Grad, überstehen muss. Dieser Härtetest quetscht die Reifenseitenwand zwischen dem Rad und dem Kabel an einer Seite des Reifens, was zum Durchschneiden der Karkassenlagen führen kann und im Übermaß ein Versagen der Reifenstruktur verursachen kann.
Zum Schutz der Reifenkarkasse 22 im Seitenwandgebiet vor einem solchen Vorgang wurden zwei Lagen Gewebe 91, 92 beginnend ab dem Reifenschulterbereich 16A bis gerade über dem Wulstbereich 20 zwischen die Reifenkarkasse 22 und Seitenwand 16 eingesetzt. Die zwei Lagen 91, 92 sind aus demselben Material und haben denselben Lagenwinkel wie die Karkassenlagen und sind um 1,27 cm (0,5'') versetzt, um eine hohe Spannungskonzentration an den Lagenkanten zu vermeiden. Das Karkassenmaterial ist 1260/2-Nylon.
Dieser Original-F-18-Reifen wurde mit sechs Lagenpaaren und drei identischen Wulstkernen mit 8 Spalten und 7 Reihen von Wulstdraht in jedem Bündel konstruiert. Der Reifen hatte einen Mindestberstdruck von 8,27 MPa (1200 psi). Dieser Reifen des Standes der Technik erfuhr während drastischen Zellen-Falltests und Flugtests einige Schnitte im Felgenhornbereich. Eine höhere Konstruktionsnorm wurde angefragt, die einen Mindestberstdruck von 9,65 MPa (1400 psi) erforderte.
Eine modifizierte Konstruktion unter Verwendung von 14 Lagen, zwei Seitenwandeinsätzen und 3–9 × 7 Wulstkernen wurde in einem Testreifen versucht. Während der Leistung des Reifens wurde festgestellt, dass das Versagen in dem dichtesten bei dem Fuß gelegenen Wulstkern auftrat. Finite Elementanalyse bestätigte, dass der Wulstkern benachbart zu dem Fuß genug gespannt war, um einen Zugspannungsbruch vor dem Zenitversagen zu verursachen.
Die Analyse dieser Art von Versagen führte zur Entwicklung einer Kombination von Wulstkernen, wobei der Fußwulstkern eine Reihe Wulstdraht mehr aufwies als der mittlere Wulstkern.
Der Testreifen nach der vorliegenden Erfindung verwendete eine 12 × 8 (96 Wulstdrähte-)Konstruktion am Wulstfußkern, eine 11 × 8 (88 Wulstdrähte-)Konstruktion in der Mitte, während der Wulstzehenkern eine 12 × 8 (96-Wulstdrähte-)Konstruktion verwendete. Der Wulstfußkern hatte einen Innendurchmesser d_h von 39,878 cm (15,70 Zoll), der mittlere Kern einen Innendurchmesser d_m von 39,624 cm (15,60 Zoll), und ein Wulstzehenkern hatte einen Innendurchmesser d_t von 39,472 cm (15,54 Zoll).
Von 14 Testreifen, die einem Mindestberstdruck über 9,65 MPa (1400 psi) ausgesetzt wurden, platzten alle 14 Testreifen im Zenitbereich.
Die Gesamtwulstdrahtkräfte in der erfinderischen Konstruktion sind geringer als die der Konstruktion des Standes der Technik.
Die äquivalente Spannung (von Mises) in den drei Wulstbündeln bei 6,55 MPa (950 psi) Fülldruck für die ursprüngliche und die neue Konstruktion wurden verglichen. Für die ursprüngliche Konstruktion, wie in den 1 und 2 gezeigt, hat die Hälfte des Fersenwulstbündels die Streckgrenze überschritten. Wohingegen die Strecknachgiebigkeit in der neuen Konstruktion der 3 und 5 auf nur einige Wulstdrähte beschränkt ist.
In der Metallplastizität verhält Material sich für Spannungsniveaus, die niedriger als die Streckgrenze sind, elastisch und das plastische Fließen findet für ein Spannungsniveau über der Streckgrenze statt. Die gesamte Dehnungsenergiedichte kann in elastische und plastische Energiedichten zerlegt werden. Während plastischen Fließens akkumuliert sich die plastische Dehnungsenergie bis zum letztendlichen Versagen.
Die plastische Energiedichte ist ein Maß der permanenten Verformung (Beschädigung). Die gesamte plastische Energiedichte in der neuen Konstruktion ist viel geringer als bei der alten Konstruktion, und diese Differenz nimmt bei steigendem Reifenfülldruck zu. Beispielsweise beträgt bei einem Fülldruck von 6,55 MPa (950 psi) die plastische Energiedichte in der ursprünglichen Konstruktion das zehnfache von der der neuen Konstruktion. Das heißt, die alte Konstruktion versagt bei viel niedrigerem Druck als die neue Konstruktion. Das stimmt mit der experimentellen Beobachtung überein.
Die Reifenkonstruktion der vorliegenden Erfindung wird gegenüber dem Reifen des Standes der Technik einer gleichartigen Größe unter Verwendung der gleichen Felge für weit überlegen gehalten. Bis dato glaubte man, dass insgesamt ein Anstieg in Reifengröße und Felgenkonstruktion erforderlich sein könnte, um den viel höheren Belastungen und Missbräuchen zu entsprechen, die der Reifen in Zukunft durchstehen werden muss. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass das Hauptfahrgestell des Flugzeugs nicht zwecks Anpassung an größere Reifen verändert werden muss. Dies wird für eine sehr wertvolle Konstruktionsverbesserung gehalten.

Claims

Diagonal-Flugzeugreifen (10) mit einer Karkasse (22), die durch sechs oder mehr Lagenpaare (36–42) verstärkt ist, wobei die sechs oder mehr Lagenpaare sich von einem Wulstbereich (18) durch einen Zenitbereich zu einem gegenüberliegenden Wulstbereich (20) erstrecken, jeder Wulstbereich drei Wulstkerne (50, 52, 54) aufweist, einen ersten Fußwulstkern (54), einen mittleren Wulstkern (52) und einen dritten Zehenwulstkern (50), wobei jeder Wulstkern ein oder mehrere Lagenpaare aufweist, die darum herumgeschlagen sind und sich radial aufwärts erstrecken, wobei der Diagonal-Flugzeugreifen dadurch gekennzeichnet ist, dass die drei Wulstkerne (50, 52, 54) jeder einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem halbrunden radial innersten Teil aufweisen, wobei jeder der drei Wulstkerne seitliche Reihen und vertikale Spalten von Wulstdrähten aufweist, wobei der mittlere Wulstkern (52) mindestens eine Reihe oder eine Spalte Wulstdrähte weniger hat als der Fußwulstkern (54).
Diagonal-Flugzeugreifen nach Anspruch 1, wobei die Wulstkerne (50, 52, 54) jeder einen Innendurchmesser d haben, wobei der Innendurchmesser d_m des mittleren Wulstkerns weniger beträgt als der Innendurchmesser d_h des ersten Fußwulstkerns.
Diagonal-Flugzeugreifen nach Anspruch 2, wobei der dritte Zehenwulstkern (50) eine oder mehr Reihen oder Spalten mehr hat als der mittlere Wulstkern.
Diagonal-Flugzeugreifen nach Anspruch 3, wobei der dritte Zehenwulstkern (50) einen Innendurchmesser d_t hat, der gleich oder größer als d_m – (d_h – d_m) ist.
Diagonal-Flugzeugreifen nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Paar Karkassenlagen (36–42) gleich 7 ist.
Diagonal-Flugzeugreifen nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Reifengröße 32 × 11.5–15 ist.
Diagonal-Flugzeugreifen nach Anspruch 6, wobei der erste Fußwulstkern (54) 12 Reihen und 8 Spalten aufweist.
Diagonal-Flugzeugreifen nach Anspruch 7, wobei der erste Fußwulstkern (54) in einem Querschnitt 96 Wulstdrähte hat.
Diagonal-Flugzeugreifen nach Anspruch 8, wobei der mittlere Wulstkern (52) in einem Querschnitt 88 Wulstdrähte hat.
Diagonal-Flugzeugreifen nach Anspruch 7, wobei in Innendurchmessern d der Fußwulstkern (54) 39,878 cm (15,70 Zoll) ist, der mittlere Wulstkern (52) 39,624 cm (15,60 Zoll) ist und der Zehenwulstkern (50) 39,472 cm (15,54 Zoll) ist.