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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Liftreifen mit einer Karkasse und einer Gürtelverstärkungsstruktur,
spezieller Hochgeschwindigkeits-Schwerlastradialreifen, wie etwa
die an Flugzeugen verwendeten.
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Hintergrund der Erfindung
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Luftreifen
für Hochgeschwindigkeitsanwendungen
erfahren im Zenitbereich des Reifens einen hohen Grad an Walkung,
wenn der Reifen in die Aufstandsfläche eintritt und diese verlässt. Dieses
Problem wird insbesondere an Flugzeugreifen erschwert, wobei die
Reifen bei Start und Landung eine Geschwindigkeit von über 200
Meilen pro Stunde erreichen können.
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Wenn
ein Reifen sich auf sehr hohen Geschwindigkeiten dreht, neigt der
Zenitbereich aufgrund der hohen Winkelbeschleunigungen und der Geschwindigkeit,
welche dazu neigen, den Laufflächenbereich
radial nach außen
zu ziehen, dazu, von den Abmessungen her zu wachsen. Diesen Kräften wirkt
die Last des Fahrzeugs entgegen, die nur in dem kleinen, als Aufstandsfläche bekannten
Bereich des Reifens getragen wird.
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US-A-5,427,167
schlägt
die Verwendung einer großen
Anzahl übereinandergestapelter
Gürtellagen
vor, neigte jedoch zu Rissen innerhalb der Gürtellagen, die dazu tendierten,
sich nach außen
zu vergrößern, wodurch
sie ein Schnitt-Abschälen
und Verstreuen des Gürtels
und der Lauffläche
während
des Laufs verursachten. Daher wird eine solche Gürtellage nicht für Flugzeuge
verwendet. Watanabe fand heraus, dass zickzackförmige Gürtellagen auf die radial inneren
Gürtellagen
gestapelt werden konnten, wenn die Kordwinkel von den inneren Gürtellagen
zu den äußeren Gürtellagen
hin progressiv anstiegen. Mit anderen Worten enthielten die radial
inneren Gürtellagen
Korde, die sich im Wesentlichen in einem Zickzackverlauf in einem
Kordwinkel A von 5 Grad bis 15 Grad in der Umfangsrichtung in Bezug
auf die Äquatorebene
erstrecken, während
sie an beiden Seiten oder Längskanten
der Lage gebogen sind. Jede der äußeren Gürtellagen
enthält
Korde mit einem Kordwinkel B, der größer als der Kordwinkel A der
radial inneren Gürtellagen
ist.
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EP-A-0
887 208 offenbart einen Luftreifen mit einer Karkasse und einer
Gürtelverstärkungsstruktur,
die wenigstens zwei radial äußere zickzackförmige Gürtellagen
gemäß der Einleitung
von Anspruch 1 umfasst.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Luftreifen gemäß Anspruch 1. Vorzugsweise
sind an jedem Wendepunkt die Korde gefaltet oder vorzugsweise gebogen, um über den
Zenit der Karkasse die Richtung zu wechseln, wodurch sie einen zickzackförmigen Kordverlauf
bilden.
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In
einer bevorzugten Ausführung
befinden sich wenigstens zwei radial innere zickzackförmige Gürtellagen
zwischen der Karkasse und der wenigstens einen spiralförmig aufgewickelten
Gürtellage. Jede
der radial inneren zickzackförmigen
Gürtellagen
weist mit einer Schrägstellung
von 5 Grad bis 30 Grad relativ zur Mittelebene des Reifens aufgewickelte
und sich abwechselnd zu Wendepunkten an jeder Seitenkante der Gürtellagen
erstreckende Korde auf.
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Die
Korde der wenigstens zwei radial inneren spiralförmig aufgewickelten Gürtellagen
sind aus einem Einzelkord oder aus einer Gruppe von 2 bis 20 Korden
gewickelt, die sich durchlaufend erstrecken, um die spiralförmig aufgewickelte
Gürtellage
und die wenigstens zwei radial äußeren Gürtellagen
zu bilden.
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Alternativ
können
die Korde der spiralförmig aufgewickelten
Gürtellage
in einem Einzelkord oder einer Gruppe von 2 bis 20 Korden durchlaufend
aufgewickelt sein, um die wenigstens zwei radial äußeren Gürtellagen
zu bilden.
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Wie
oben beschrieben, sollte der Reifen drei Gürtellagen, bevorzugt fünf, als
Minimum haben, gemessen am Zentrum des Reifens.
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Der
Reifen ist gut geeignet für
hohe Geschwindigkeiten und große
Lasten, wie sie sich bei Flugzeugreifen finden.
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Definitionen
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"Axial" bedeutet Linien
oder Richtungen, die parallel zur Rotationsachse des Reifens verlaufen.
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"Geschnittene Gürtel- oder
geschnittene Protektorverstärkungsstruktur" bedeutet wenigstens zwei
geschnittene 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 10 Grad bis 33 Grad in Bezug auf die Äquatorebene
des Reifens aufweisen.
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"Diagonalreifen" bedeutet einen Reifen,
der eine Karkasse mit Verstärkungskorden
in der Karkassenlage aufweist, die sich diagonal von Wulstkern zu Wulstkern über den
Reifen erstrecken, in einem 25°-50°-Winkel in
Bezug zur Äquatorebene
des Reifens. Korde verlaufen in alternierenden Lagen in entgegengesetzten
Winkeln.
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"Karkasse" bedeutet die Reifenstruktur
außer
der Gürtelstruktur,
Lauffläche,
Unterlauffläche und
Seitenwandkautschuk über
den Lagen, jedoch einschließlich
der Wülste.
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"Umfangsgerichtet" oder "in Umfangsrichtung" bedeutet Linien
oder Richtungen, die sich entlang dem Außenumfang der Oberfläche der
ringförmigen
Lauffläche
lotrecht zur axialen Richtung erstrecken.
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"Kord" bedeutet eine der
Verstärkungslitzen, woraus
die Lagen in dem Reifen bestehen.
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"Äquatorebene (EP)" bedeutet die Ebene
lotrecht zur Rotationsachse des Reifens und durch das Zentrum seiner
Lauffläche
verlaufend.
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"Lage" bedeutet eine durchlaufende
Schicht kautschuküberzogener
paralleler Korde.
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"Radial" bedeutet Richtung
radial zu oder weg von der Rotationsachse des Reifens.
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"Radialreifen" bedeutet einen mit
Gürteln versehenen
oder in Umfangsrichtung zurückgehaltenen
Luftreifen, worin die sich von Wulst zu Wulst erstreckenden Lagenkorde
in Kordwinkeln bevorzugt zwischen 65° und 90° in Bezug auf die Äquatorebene des
Reifens verlegt sind.
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"Zickzackförmige Gürtelverstärkungsstruktur" bedeutet wenigstens
zwei Lagen von Korden oder ein Band aus parallelen Korden mit 2
bis 20 Korden in jedem Band und aufgelegt in einem abwechselnden
Muster, das sich in einem Winkel zwischen 5° und 30° zwischen Seitenkanten der Gürtellagen erstreckt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführung des
erfindungsgemäßen Reifens;
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2 ist
eine teilweise weggeschnittene Draufsicht des in 1 gezeigten
Reifens;
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3 ist
eine schematische Perspektivansicht einer inneren oder äußeren zickzackförmigen Gürtellage
mitten in der Bildung;
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4 ist
eine schematisch entwickelte Ansicht der inneren oder äußeren zickzackförmigen Gürtellagen
mitten in der Bildung;
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5 ist
eine vergrößerte entwickelte
Ansicht der inneren oder äußeren zickzackförmigen Gürtellagen
in der Umgebung des Seitenendes der Lage mitten in der Bildung;
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6 ist
eine vergrößerte entwickelte
Ansicht einer anderen Ausführung
der inneren Gürtellage
in der Umgebung des Seitenendes der Lage mitten in der Bildung;
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7 ist
eine schematisch vergrößerte Schnittansicht
der Verbundgürtellagen
in der Umgebung von Seitenendteilen dieser Lagen;
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8 ist
eine schematisch entwickelte Ansicht der an einer äußersten
Seite befindlichen inneren Lage;
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9 ist
eine schematisch vergrößerte Schnittansicht
einer anderen Ausführung
mehrfacher innerer Gürtellagen
in der Umgebung von Seitenendteilen dieser Lagen;
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10 vergleicht
drei Reifen A, B und C in Bezug auf ihre Seitenkraftmerkmale.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In
den 1 und 2 ist Ziffer 21 ein
Radialreifen der bevorzugten Ausführung der Erfindung, wie gezeigt,
zur Montage an einem Flugzeug, der ein Paar von Wulstbereichen 32,
die jeder einen darin eingebetteten Wulstkern 22 enthalten,
einen Seitenwandbereich 24, der sich von jedem der Wulstbereiche 23 in
der radialen Richtung des Reifens im Wesentlichen auswärts erstreckt,
und einen Laufflächenbereich 25 von
im Wesentlichen zylindrischer Form, der sich zwischen radial äußeren Enden
dieser Seitenwandbereiche 24 erstreckt, umfasst. Weiterhin
ist der Reifen 21 mit einer Karkasse 31 verstärkt, die sich
kreisringförmig
von einem der Wulstbereiche 23 zu dem anderen Wulstbereich 23 erstreckt.
Die Karkasse 31 besteht aus wenigstens zwei Karkassenlagen 32,
z.B. sechs Karkassenlagen 32 in der dargestellten Ausführung. Von
diesen Karkassenlagen 32 sind vier innere Lagen von der
Innenseite des Reifens zu dessen Außenseite um den Wulstkern 22 herumgeschlagen,
um Lagenumschlagteile zu bilden, während die zwei äußeren Lagen
entlang der Außenseite
des Umschlagteils der inneren Karkassenlage 32 hinunter
zu dem Wulstkern 22 ausgedehnt sind. Jede dieser Karkassenlagen 32 enthält viele
Nylonkorde 33, wie etwa Nylon-6,6-Korde, die sich im Wesentlichen
senkrecht zu einer Äquatorebene
E des Reifens erstrecken (d.h. sich in der radialen Richtung des
Reifens erstrecken). Ein Laufflächengummi 36 ist an
der Außenseite
der Karkasse 31 in der radialen Richtung angeordnet.
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Ein
Gürtel 40 ist
zwischen der Karkasse 31 und dem Laufflächengummi 36 angeordnet
und besteht aus mehreren inneren Gürtellagen oder -schichten 41,
die sich in der Nähe
der Karkasse 31 befinden, d.h. zwei radial innere Gürtellagen 41 in
der dargestellten Ausführung
und mehrere radial äußere Gürtellagen 42,
die sich in der Nähe
des Laufflächengummis 36 befinden,
d.h. in der dargestellten Ausführung
zwei radial äußere Gürtellagen 42.
Wie in den 3 und 8 gezeigt,
wird jede der radial inneren Gürtellagen 41 geformt
durch Vorsehen eines gummierten Streifens 43 aus einem
oder mehreren Korden 46, Aufwickeln des Streifens 43 generell
in der Umfangsrichtung, während
er schräggestellt
ist, um sich zwischen seitlichen Enden oder Seitenkanten 44 und 45 der
Lage zu erstrecken, wobei er einen Zickzackverlauf bildet, und viele
Male Durchführen
solchen Aufwickelns, während
der Streifen 43 um etwa eine Breite des Streifens in der
Umfangsrichtung verschoben wird, um keine Lücke zwischen den anstoßenden Streifen 43 zu
bilden. Folglich erstrecken die Korde 46 sich im Wesentlichen
zickzackförmig
in der Umfangsrichtung, während
sie die Biegerichtung an einem Wendepunkt an beiden Enden 44, 45 ändern und
im Wesentlichen gleichförmig über einen
vollen Bereich der ersten inneren Gürtellage 41 in die
erste innere Gürtellage 41 eingebettet
sind. Außerdem
ist beabsichtigt, die radial innere Gürtellage 41 durch das
obige Verfahren zu bilden, die Korde 46 liegen aufeinander,
sodass zwei erste und zweite innere Gürtellagen 41 gebildet
werden, während
die Korde 46 dieser Lagen miteinander gekreuzt werden.
Gleichermaßen
sind die radial äußeren Gürtellagen 42 unter
Anwendung des gleichen Verfahrens hergestellt. Zwischen die inneren
Lagen 41 und äußeren Lagen 42 ist
wenigstens eine spiralförmig
gewickelte Lage 39 aus Korden 46 gesetzt, wobei
die Korde in einem Winkel von plus oder minus 5 Grad oder weniger
relativ zur Umfangsrichtung gewickelt sind.
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Bei
dem Radial-Luftreifen für
Flugzeuge gibt es verschiedene Größen, der dargestellte Reifen
ist ein 42×17.0R18
mit einer 26-Lagen-Zahl, und der Reifen 21 weist die Gürtelverbundverstärkungsstruktur,
wie in 9 gezeigt, auf. Wie gezeigt, hat der Reifen von 9 zwei
innere zickzackförmige
Lagen 41 und drei spiralförmige Lagen 39 und
zwei äußere zickzackförmige Lagen 42.
Bei jeder solchen Reifengröße überkreuzen
die Korde 46 der inneren Gürtellinien 41 einander
mit einem Kordwinkel A von 5 Grad bis 15 Grad in Bezug zur Äquatorebene
des Reifens, wenn der Streifen 43 wenigstens ein Mal zwischen beiden
Seitenenden 44 und 45 der Lage innerhalb jeder
360 Grad des Umfangs umgekehrt wird, wie oben erwähnt.
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In
der dargestellten Ausführung
werden die Breiten der inneren Gürtellagen 41 schmaler,
wenn die Lage 41 auswärts
in der radialen Richtung gebildet wird oder sich dem Laufflächengummi 36 nähert. Weiter
kann, wenn die inneren Gürtellagen 41 durch Aufwickeln
des gummierten Streifens 43, der mehrere parallel zueinander
angeordnete Korde 46 enthält, eine Zeitspanne zum Bilden
der Lagenschicht 41 verkürzt werden und kann auch die Anordnung
der Korde 46 präzise
gemacht werden. Der Streifen 43 ist jedoch an den Seitenenden 44, 45 der
Lage mit einem kleinen Krümmungsradius
R gebogen, wie in 5 gezeigt, sodass eine große Druckverformung
in einem an der innersten Seite der Krümmung R in dem Streifen 43 befindlichen
Kord 46 produziert wird, um als Restdehnung zu verbleiben.
Wenn der Kord 46 Nylonkord ist, so besteht, wenn die Druckverformung 25
% überschreitet,
die Befürchtung,
dass Kordermüdung
gefördert
wird. Wenn jedoch ein Verhältnis
von R/W (R ist ein Krümmungsradius
(mm) des Streifens 43 an den Seitenenden 44, 45 der
Lage, und W ist eine Breite des Streifens 43) nicht weniger
als 2,0 beträgt,
wie in 6 gezeigt, so kann die in dem Kord 46 hervorgerufene
Druckverformung so gesteuert werden, dass sie 25 % nicht überschreitet.
Daher ist es, wenn die innere Gürtellage 41 gebildet
wird, indem der gummierte Streifen 43, der darin mehrere Nylonkorde 46 enthält, verwendet
wird, zu bevorzugen, dass der Wert von R/W nicht kleiner als 2,0
ist. Zusätzlich
zu dem Fall, wenn der Streifen 43 an beiden Seitenenden 44, 45 der
Lage in Form eines Bogens gebogen ist, wie in 5 gezeigt,
so kann der Streifen 43 einen geraden Teil aufweisen, der
sich entlang dem Seitenende 44 (45) erstreckt,
und einen Bogenteil, der sich an jedem Ende des geraden Teils befindet,
wie in 6 gezeigt. Sogar im letzteren Fall ist es zu bevorzugen,
dass der Wert von R/W in dem Bogenteil nicht kleiner als 2,0 ist.
Weiterhin wird, wenn der Streifen 43 aufgewickelt wird,
während
er mit einem gegebenen Krümmungsradius
R an beiden Seitenenden 44, 45 der Lage gebogen
wird, wiederholt eine Zone 47 aus einem gebogenen Dreieck, gebildet
durch Überlappen
dreier Streifen 43 miteinander auf einer halben Breite
des Streifens, wie in 7 gezeigt, in diesen gebogenen
Teilen oder in der Umgebung beider Seitenenden 44, 45 der
Lage in Umfangsrichtung erzeugt, wie in 5 gezeigt. Diese
zwei Streifen 43 werden üblicherweise durch jeden Formvorgang
miteinander überlappt.
Die Breite ändert
sich in Übereinstimmung
mit der Position in der Umfangsrichtung kontinuierlich in der Umfangsrichtung.
Außerdem
drehen diese schichtförmig
gelagerten gebogenen Teile 47 sich in axialer Richtung einwärts, wenn
sie auswärts
in der radialen Richtung gebildet werden, wie in 7 gezeigt,
da die Breiten der inneren Gürtellagen 41 nach
außen
hin in radialer Richtung schmaler werden, wie zuvor erwähnt. In dem
gebogenen Teil 47 überlappt
das äußere Ende in
Breitenrichtung des mittleren Streifens 43c, der sandwichartig
zwischen dem oberen und unteren Streifen 43a und 43b verläuft, mit
der Zone 47, die sich einwärts von dem mittleren Streifen 43c in
der radialen Richtung erstreckt, wie in 7 gezeigt. Wenn
der Gürtel 40 mit
diesen inneren Gürtellagen 41 konstruiert
ist, kann die Gesamtzahl von Gürtelschichten
oder -lagen gesenkt werden, während
die Gesamtfestigkeit beibehalten wird, wobei jedoch das Gewicht
verringert wird und auch das Auftreten stehender Wellen während des
Fahrens auf hoher Geschwindigkeit verhindert werden kann.
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Die
mittleren Lagen 39 der Verbundgürtelstruktur 40 werden
spiralförmig
um die radial inneren Gürtellagen 41 aufgewickelt.
Wie in 7 gezeigt, erstreckt die spiralförmig aufgewickelte
Lage 39 sich vollständig über die
zwei radial inneren Gürtellagen 41 und
endet an 39a gerade innerhalb des Endes 41a. Die
Korde 46 innerhalb jedes Streifens 39 erstrecken
sich in einem Winkel von 5 Grad oder weniger relativ zur umfangsgerichteten Äquatorebene. Wie
gezeigt, sind in jedem Streifen vier Korde. In der Praxis könnten die
Streifen 41, 39 und 42 unter Verwendung
eines Einzelkords 46 oder mehrerer Korde 46 in
einem Streifen oder Band mit mehreren Korden im Bereich von 2 bis
20 Korden in jedem Streifen aufgewickelt werden. In dem beispielhaften
Reifen 21 der Größe 42×17,0R18
wurden Streifen 43 mit 8 Korden pro Streifen 42 verwendet.
Die Streifen 43 hatten eine Breite W, wobei W 0,5 Zoll
beträgt.
Es wird für
zu bevorzugen gehalten, dass die Streifenbreite W 1,0 Zoll oder
weniger sein sollte, um das Biegen zu erleichtern, um die Zickzackverläufe der
inneren und äußeren Lagen 41, 42 zu
bilden.
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In
der höchstbevorzugten
Ausführung
sind die Lagen 41, 39 und 42 alle aus
einem durchlaufenden Streifen 43 gebildet, der einfach
die wenigstens zwei radial zickzackförmigen Lagen 41 bildet
und dann fortfährt,
die wenigstens eine spiralförmig
aufgewickelte Lage 39 zu bilden, und dann weiter fortfährt, um
die wenigstens zwei radial äußeren Lagen 42 zu
bilden. Alternativ könnten
die spiralförmig
aufgewickelten Lagen 39 als eine getrennte Lage aus einem
Streifen 43 gebildet werden. Dieses alternative Konstruktionsverfahren
gestattet, dass die Korde 46 von einer unterschiedlichen
Größe oder
sogar aus unterschiedlichen Materialien sein können als die zickzackförmigen Lagen 41 und 42.
Für den
wichtigsten Aspekt der Erfindung wird gehalten, dass die umfangsgerichtete
Lage 39, indem sie zwischen die zickzackförmigen Lagen 41 und 42 plaziert
wird, die Ausdehnung des Reifens 21 in Umfangsrichtung nicht
nur in den Gürtelkanten 44, 45,
sondern insbesondere im Zenitbereich der Lauffläche 36 reduziert. Die
spiralförmig
aufgewickelte umfangsgerichtete Lage 39 reduziert, indem
sie der Ausdehnung im Zenitbereich widersteht, stark die Schnittgeneigtheit aufgrund
von Fremdkörperbeschädigung und
reduziert auch Rissbildung in der Lauffläche unter den Rillen. Das bedeutet,
dass die Hochgeschwindigkeitshaltbarkeit des Reifens stark verbessert
wird und seine Tragfähigkeit
sogar noch höher
ist. Flugzeugreifen, welche mehrfache Lagen aus nur zickzackförmigen Bändern auf
Radialkarkassen verwendeten, zeigten ausgezeichnete Kurvenfahrtkräfte. Dies
ist ein übliches
Problem von Radialreifen, die spiralförmige Lagen in Kombinationen
mit geschnittenen Gürtellagen
verwenden, die schlechte Kurvenfahrt- oder Seitenkraftmerkmale zeigen.
Leider treten bei der Verwendung von nur zickzackförmigen lagenweise geschichteten
Gürtellagen
schlechte Last- und Haltbarkeitspunkte auf, die den herkömmlicheren
spiralförmigen
Gürtellagen
in Kombination mit geschnittenen Gürtellagen unterlegen sind.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Haltbarkeit der Gürtelkonstruktion vom Zickzacktyp
stark verbessert, während
sie sehr gute Seitenkraftmerkmale erzielte, wie in 10 dargestellt.
Der nur mit zickzackförmigen
Gürteln
versehene Reifen A ist etwas besser als der Reifen B der vorliegenden
Erfindung, der in Begriffen von Seitenkräften etwas besser als der spiralförmige Gürtel mit
einer Kombination von geschnittenen Gürtellagen von Reifen C gezeigt
ist. Trotzdem kann der nur mit zickzackförmigen Gürteln versehene Reifen A die
erforderlichen doppelten Überlasten
bei Befüllung
nicht tragen, während
der Reifen B der vorliegenden Erfindung diese Lastanforderungen
leicht erfüllt.
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Der
Reifen der vorliegenden Erfindung kann ein Nylonoverlay direkt unter
der Lauffläche
aufweisen. Dieser Overlay wird zur Unterstützung beim Runderneuern verwendet.