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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Reifen, umfassend eine Lauffläche mit
Umfangsverstärkungen,
deren Spannung progressiv auf mindestens einem Abschnitt der Breite
des Reifenzenits variiert. Dieser Typ der Ausführung der Zenitverstärkungsdrähte ermöglicht es,
wesentliche Verbesserungen bei wichtigen Eigenschaften eines Reifens
zu erzielen, wobei beispielsweise beim Verschleiß, Verhalten auf nassem Boden,
Lärm, Komfort
im Allgemeinen.
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Ein
solcher Reifen, der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht,
ist aus dem Dokument
EP-A-0
288 609 bekannt.
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Die
Umfangsverstärkungsdrähte der
Zenitzone werden im Allgemeinen direkt auf einen Reifenrohling gegen
Ende des Montageverfahrens der verschiedenen Bauteile aufgebracht.
Dieser Typ des Montageverfahrens wird in der Reifenindustrie häufig eingesetzt
und hat zahlreiche Vorteile beispielsweise hinsichtlich Produktivität insbesondere
für die
in großen
oder sehr großen
Serien hergestellten Produkte. Dieser Verfahrenstyp setzt im Allgemeinen
große
Kabellängen
voraus, die in Spulen oder Rollen gelagert und während der Herstellung für ein Abwickeln
auf den Reifenrohling bereit sind.
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Um
den Draht aufzulegen, wird dieser zu seiner Position geführt, und
der Draht wird abgewickelt und aufgebracht, wobei nach und nach
die axiale Verlegeposition angepasst wird, um die Gesamtheit der
vorgesehenen Zenitzone abzudecken. Ein solcher Draht wird ohne Spannung
oder mit leichter Vorspannung aufgelegt, umfasst aber auf seiner
gesamten Verlegebreite dieselbe Spannung.
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Nach
gewissen Herstellungsarten variiert die Natur der Drähte nach
der Axialposition, in der er sich befindet. Beispielsweise können die
Durchmesser je nach Position variieren. Auch können Drähte von unterschiedlichen Materialien
verwendet werden. Schließlich
sind auch gewisse Anordnungen bekannt, die Drähte umfassen, die mit einer
Entfernung oder einem Abstand aufgelegt sind, der je nach Axialposition
variiert. Das Dokument
US 6 766
840 sieht eine solche Anordnung mit einem größeren Abstand in
den empfindlichen Randzonen von Zenitschichten vor. Das Dokument
US 5 902 425 zeigt auch
einen Reifen mit einem variablen Abstand, wobei dieser derart variiert,
dass er zur Mitte des Zenits hin immer größer wird. Diese besondere Ausführung ist
allerdings für
die Reifen von zweirädrigen
Fahrzeugen bestimmt. Schließlich
beschreibt das Dokument
US 5 032
198 eine Verlegemethode von Umfangsverstärkungen,
bei der vorgesehen wird, dass die Verlegespannung zwischen den Rändern und
dem zentralen Bereich des Zenits variiert. Der Draht wird somit mit
einer immer höheren
Spannung verlegt, je mehr er sich den Rändern nähert.
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Dank
dieser verschiedenen Herstellungsmodalitäten ist es möglich, Produkte
mit interessanten Eigenschaften herzustellen, und den Entwicklern
stehen viele Freiheiten zur Verfügung.
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Allerdings
bleiben gewissen Anforderungen bestehen, die einerseits durch das
verwendete Herstellungsverfahren bedingt sind. Beispielsweise kann ein
Umfangsdraht, der ohne Spannung verlegt wird, nach dem Aushärten in
einer Überlänge vorhanden sein.
Beim Formguss werden nämlich
die Kautschukmaterialien, die den Reifen bilden, stark gespannt und
somit zusammengedrückt.
Sie können
nach dem Formguss ein weniger großes Volumen einnehmen als beim
Verlegen. Nun unterliegen die Umfangsdrähte nicht unbedingt einer Schrumpfung,
die es ermöglichen
würde,
diesen Volumenverlust zur Gänze auszugleichen.
Es kann sich somit eine größere Drahtlänge als
die für
eine spannungslose Situation erforderliche, somit eine Überlänge, ergeben.
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Schließlich ist
es für
die Entwickler, die die Eigenschaften der Zenitverstärkungsdrähte in Abhängigkeit
von der Axialposition variieren möchten, üblich, entweder zusätzliche
Schichten an gewissen Stellen aufzubringen, oder lokal unterschiedliche
Materialien oder Abstände
zu verwenden. Nun kann sich der Einsatz dieser Eigenschaften als
kostspielig herausstellen oder ein zusätzliches Gewicht mit sich bringen.
Andererseits ermöglichen
es diese Mittel nicht immer, die gewünschten Leistungen für manche Produkttypen
zu erzielen, für
die die technischen Anforderungen hoch sind. Es wäre somit
nützlich
für die Entwickler,
die gewisse Architekturmerkmale optimieren möchten, über andere Einstellmittel zu
verfügen.
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Um
diese verschiedenen Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung einen Reifen
vor, umfassend mindestens eine Verstärkungsstruktur vom Karkassentyp,
der auf jeder Seite des Reifens in einem Wulst verankert ist, dessen
Basis dazu bestimmt ist, auf einem Felgensitz montiert zu werden,
wobei sich jeder der Wülste
im Wesentlichen radial nach außen
in Form von Seitenwänden
erstreckt, wobei die Seitenwände
radial außen
an eine Lauffläche
angrenzen, wobei sich die Verstärkungsstruktur
vom Karkassentyp am Umfang vom Wulst zur Seitenwand, erstreckt,
sowie eine Zenitbewehrung, wobei jeder der Wülste überdies eine Verankerungszone umfasst,
die den Halt der Verstärkungsstruktur
ermöglicht,
wobei die Zenitbewehrung einen Draht umfasst, der am Umfang derart
angeordnet ist, daß er eine
Vielzahl von Umdrehungen bildet, in denen die Umfangsspannung in
Abhängigkeit
von der Axialposition des Drahtes variieren kann, und zwar derart, daß mindestens
zwei seitliche Spannungsvariationszonen gebildet werden, in denen
die Spannung auf umgekehrte Weise, ausgehend von einem Spannungswert
am Rand Tb variiert, wobei der Spannungswert in Axialrichtung zur
Mitte hin abnimmt, bis er einen ersten Inflexionspunkt I erreicht,
an dem der Wert der Spannung der Inflexionsspannung Tinf entspricht,
wobei die seitlichen Zonen durch mindestens eine Mittelzone getrennt
sind, in der die Spannung ausgehend vom ersten Inflexionspunkt in
Axialrichtung zur Mitte hin bis auf einen Spannungswert der Mittelzone
Tmed steigt, der größer als
jener der Inflexionsspannung Tinf ist, und dann bis zur Inflexionsspannung
Tinf auf der anderen Seite des Mittelquerschnitts des Zenits im
Bereich des zweiten Inflexionspunktes I, der sich auf der anderen
Seite des Mittelquerschnitts des Zenits befindet, abnimmt.
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Ein
solcher Reifen hat bessere Verhaltens- und Ausdauereigenschaften
als ein Reifen mit verstärktem
Zenit bekannten Typs. Ferner ist eine Vergrößerung der Oberfläche des
Kontaktbereichs auf den Seiten des Reifens festzustellen, was für das Verhalten
des Reifens günstig
ist.
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Dieser
Reifentyp kann beispielsweise mit Hilfe einer im Wesentlichen kontinuierlichen
Steuerung oder Kontrolle der Verlegespannung des Umfangsdrahtes
hergestellt werden.
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Ferner
kann durch Auflegen des Umfangsdrahtes mit einer gewissen Vorspannung
die Situation vermieden werden, in der in solcher Draht nach dem
Aushärten
des Reifens in einer Überlänge vorhanden
ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsart
ist die Mittelzone im Wesentlichen axial mittig angeordnet.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart variiert die Umfangsspannung
auf im Wesentlichen symmetrische Weise auf jeder Seite des Mittelquerschnitts
des Reifens.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart ist die Spannung
Tint der Zwischenzone im Wesentlichen Konstant auf einer Vielzahl
der Umdrehungen (mindestens vier Umdrehungen – und nach einem vorteilhaften
Beispiel auf einer Zenitbreite von ungefähr 45 mm).
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Nach
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Spannung Tmed kleiner als die Spannung Tb.
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Nach
einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Spannung Tmed größer als die Spannung Tb.
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Die
Zwischenzone umfasst vorzugsweise einen zentralen Abschnitt, der
von einer Vielzahl von Umdrehungen gebildet ist, in der die Spannung
einen Spannungswert des Mittelabschnitts Tpc hat, der sich von der
Mittelspannung Tmed unterscheidet (kleiner oder größer). Nach
einem Ausführungsbeispiel
ist der Wert von Tpc im Wesentlichen gleich Null.
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Auf
vorteilhafte Weise variiert die Umfangsspannung der Spannungsvariationszonen
auf im Wesentlichen lineare Wiese auf mindestens einem Abschnitt
einer Zone.
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Nach
verschiedenen Ausführungsarten
der Erfindung ist der Verlegeabstand im Wesentlichen in einer gegebenen
Zone derselbe und/oder ist nicht in allen Zonen identisch.
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Auf
vorteilhafte Weise umfasst der erfindungsgemäße Reifen einen einzigen Umfangsdraht, auf
den das Spannungsvariationsprofil angewandt wird. Dies bietet Vorteile
im Bereich der Verlegezeit, der Anpassungen und Einstellungen, die
im Vergleich mit einem Verlegen von mehreren Seite an Seite angeordneten
Drähten
optimiert sind. Das Spannungsprofil ist überdies besser kontrolliert.
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In
der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Begriff „Draht” ganz allgemein
sowohl Monofilamente als auch Multifilamente oder Verbindungen wie
Kabel, Zwirne oder auch jeden Typ von gleichwertiger Verbindung,
und zwar unabhängig
vom Material und von der Behandlung dieser Drähte. Es kann sich beispielsweise
um Oberflächenbehandlungen, Ummantelungen
oder Vorkleben handeln, um die Haftung am Kautschuk zu begünstigen.
Der Ausdruck „Einzeldraht" bezeichnet einen
aus einem einzigen Element bestehenden Draht ohne Verbindung. Der
Begriff „Multifilamente" bezeichnet hingegen
eine Verbindung von mindestens zwei Einzelelementen, um ein Kabel,
einen Zwirn, usw. zu bilden.
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Unter „Umfangsdrähte" sind Drähte zu verstehen,
die im Wesentlichen mit Null Grad in Bezug zur Drehrichtung des
Reifens angeordnet sind.
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Unter „Eigenschaften
des Drahtes" sind
beispielsweise seine Abmessungen, seine Zusammensetzung, seine mechanischen
Merkmale und Eigenschaften (insbesondere das Modul), seine chemischen
Merkmale und Eigenschaften, usw. zu verstehen.
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Zur
Erinnerung bedeutet „radial
nach oben" oder „radial
oben" oder „radial
außen" zu den größten Radien
hin.
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Alle
Ausführungsdetails
sind in der nachfolgenden Beschreibung angeführt, die durch die 1 bis 7 vervollständigt ist,
wobei:
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1 ein
Profil eines Schnitts des Zenits eines Reifens darstellt, in dem
die Umfangsdrähte
zu sehen sind, wobei dieser Schnitt mit einer Graphik in Relation
gesetzt wird, die ein Verlegespannungsprofil eines Umfangsdrahtes
darstellt;
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2 ein
Verlegespannungsprofil des Beispiels aus 1 darstellt;
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3 eine
Variante des Verlegespannungsprofils des Beispiels aus 1 darstellt,
umfassend einen mittigen Abschnitt mit einer Spannung, deren Wert
geringer als jener der Mittelzone ist;
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4 eine
weitere Variante des Verlegespannungsprofils des Beispiels aus 1 darstellt,
umfassend einen mittigen Abschnitt mit einer Spannung, deren Wert
im Wesentlichen gleich Null ist;
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5 eine
weitere Variante des Verlegespannungsprofils der 1 darstellt,
umfassend einen mittigen Abschnitt mit einer Spannung, deren Wert
größer als
jener der Mittelzone ist;
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6 eine
Variante des Verlegespannungsprofils des Beispiels aus 1 darstellt,
umfassend einen Mittelabschnitt mit einer Spannung, deren Wert kleiner
als jener der Mittelzone und als jener der Ränder ist;
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7 eine
Variante des Verlegespannungsprofils des Beispiels aus 1 darstellt,
bei der die seitlichen Spannungsvariationszonen nicht linear sind.
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1 stellt
ein Beispiel für
die Axialverteilung der Umfangsdrähte im Bereich des Zenits eines Reifens
dar. Der Abschnitt unten in der Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer Zone des Zenits eines Reifens mit zwei Zenitverstärkungsschichten,
nämlich
einer radial äußeren Zenitverstärkungsschicht 12 und
einer radial inneren Zenitverstärkungsschicht 13, und
einer Reihe von Umfangsverstärkungen 11 dar, die
radial außerhalb
dieser beiden Schichten 12 und 13 angeordnet sind.
Die Grafik, die sich über
diesem Reifenabschnitt befindet, zeigt ein Beispiel des Werts oder
des Profils der Verlegespannung 20 des Drahtes in Abhängigkeit
von seiner Axialposition entlang des Zenits. Detaillierter ist auf
der Abszisse die Axialposition des Drahtes und auf der Ordinate
ein Beispiel für
eine beim Verlegen angelegten Spannung in Newton zu finden. Die
Axialposition ist durch eine Nummerierung jeder der vom Draht ausgeführten Umdrehungen
gegeben, von der ersten Umdrehung links in der Figur bis zur 190.
Umdrehung rechts in der Figur. In diesem Beispiel beträgt die Anzahl
von Umdrehungen 190. In weiteren Ausführungsbeispielen können diese
Gesamtzahl von Umdrehungen ebenso wie der Verlegeabstand gleichsam
nach unendlich vielen Möglichkeiten
variieren, ohne über
den Rahmen der vorliegenden Erfindung hinauszugehen.
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Nach
diesem Beispiel werden die ersten Umdrehungen bei einer im Wesentlichen
hohen Randspannung Tb verlegt, in diesem Beispiel mit ungefähr 30 N.
Dann verringert sich die Verlegespannung in einer seitlichen Spannungsvariationszone 21 stufenweise,
bis sie eine Inflexionszone 23 erreicht, in der die Spannung
einen Inflexionswert Ti hat, der kleiner als Tb ist, nämlich ungefähr 4 N in
diesem Beispiel. Der Wert der Verlegespannung steigt dann stufenweise
im Zuge der Annäherung
zum Mittelabschnitt oder zur Mittelzone 22 des Reifens
wieder an. In diesem Beispiel variiert die Spannung im Wesentlichen linear.
Bei der 73. Umdrehung ist die Mittelzone 20 erreicht, und
die Drähte
werden auf mehreren Umdrehungen mit im Wesentlichen derselben Verlegespannung
verlegt. In diesem Beispiel stellen ungefähr 40 Umdrehungen den Mittelabschnitt
dar. Das Spannungsniveau in dieser Zone beträgt um 30 Newton.
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Bei
weiterer Studie dieser selben Figur ist zu bemerken, dass rechts
von der Mittelzone die Verlegespannung des Drahtes vom Wert der
Mittelspannung von ungefähr
30 N zu einem immer kleineren Wert nach einer im Wesentlichen linearen
Regression bis zu einem zweiten Inflexionsspannungswert Ti geringer
wird, bei dem die Spannung im Wesentlichen auf mehreren Umdrehungen
stabil ist. Der Wert der Verlegespannung steigt schließlich vom
Wert Ti wieder bis zu einem Wert Tb bei den Wicklungen, die sich
in der Nähe
des Randes des Zenits befinden, an.
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Das
Verlegespannungsprofil des Drahtes bildet so eine Art „W". In diesem Beispiel
ist das Spannungsprofil im Wesentlichen symmetrisch zum Mittelquerschnitt
des Reifens. Auf diese Weise wird ein U-förmiges Spannungsprofil auf
jeder Seite des Mittelquerschnitts des Reifens erhalten.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist der Wert der Spannung Ti im Wesentlichen auf 30 Umdrehungen
konstant.
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Nach
verschiedenen Varianten können
ein oder mehrere Parameter variieren, wie beispielsweise: der Verlegeabstand,
die Spannungsvariationsrate, die relative Breite der verschiedenen
Abschnitte, nämlich
die seitlichen Spannungsvariationszonen und die Mittelzone, die
maximalen und minimalen Werte der Spannung, usw. Die Entwickler
verfügen somit über ein
Ausführungswerkzeug
von sehr großer
Flexibilität,
das es ermöglicht,
sich an zahlreiche Produkttypen anzupassen und verschiedene Parameter
des Produktes zu optimieren.
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2 zeigt
eine Darstellung des Spannungsprofils eines Umfangsdrahtes für das Ausführungsbeispiel
der 1. Die 3 bis 5 stellen Varianten
dieses Beispiels dar, bei denen die Mittelzone einen mittigen Abschnitt 30 mit
einer Breite von einigen Umdrehungen aufweist, wobei die Verlegespannung
Tpc im Wesentlichen zum Spannungswert der Mittelzone unterschiedlich
ist. Beispielsweise ist in 3 der Wert
Tpc im Wesentlichen kleiner als der Wert Tm (ungefähr 10 N),
aber größer als
Null N. Natürlich
kann Tpc auch einen Wert im Wesentlichen gleich Null haben. In 4 ist
Tpc im Wesentlichen größer als
Tm (ungefähr
35 N im Vergleich zu 30 N).
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 5 ist der Wert Tmed größer als Tb, die Spannung am
Rand. In diesem Beispiel umfassen die Zenitränder nämlich Abschnitte, in denen
die Verlegespannung im Wesentlichen auf einer Breite von einigen
Umdrehungen konstant ist, in diesem Beispiel um 20 N.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 6 ist der Wert Tmed kleiner als Tb, die Spannung
am Rand. In diesem Beispiel umfasst nämlich die Mittelzone 22 einen
Spannungswert Tmed um 20 N, somit kleiner als jener von Tb, der
um 30 N beträgt.
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Die
Ausführungsart
der 7 unterscheidet sich dadurch, dass die Spannungsvariationsrate
mindestens einer der seitlichen Zonen 21 zwischen den Rändern und
der Mittelzone 22 nicht linear ist. In dem dargestellten
Beispiel bildet sie ein konkaves Profil. Nach einer Variante ergibt
sich dieses Profil in einer konvexen Form. Schließlich sind
verschiedene Kombinationsvarianten mit konkaven und konvexen Abschnitten
auf einer selben Seite des Mittelabschnitts oder auch einer konkaven
Seite und einer anderen konvexen Seite möglich.
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In
dem in 1 dargestellten Beispiel ist eine Zenitbewehrung
beispielsweise von zwei Schichten von Verstärkungsdrähten 12 und 13 gebildet,
die in im Wesentlichen gleichen aber umgekehrten Winkeln angeordnet
sind. Natürlich
sind weitere Anordnungsmöglichkeiten
vorstellbar, ohne über
den Rahmen der Erfindung hinauszugehen. So können die Anzahl von Schichten,
die verwendeten Winkel sowie die Drahttypen unterschiedlich sein.
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Die
industrielle Herstellung eines erfindungsgemäßen Reifens kann nach mehreren
Verfahrenstypen erfolgen. Auf vorteilhafte Weise wird ein Verlegeprinzip
auf einem Kern verwendet, das entweder die Einzelverlegung der Bestandteile,
wie Kautschukgemische und Verstärkungen
(Drähte),
oder die Verlegung von Halbfertig produkten, wie verstärkte Kautschuklamellen,
ermöglicht.