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Die
Erfindung betrifft einen Luftreifen mit radialer Karkassenbewehrung,
der für
die Ausstattung von Baumaschinen und/oder Baufahrzeugen, wie Radladern,
Lastwagen, Planiermaschinen oder Scrapern, vorgesehen ist.
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Dieser
Luftreifen weist mindestens eine und hauptsächlich eine Karkassenbewehrung
aus radialen Metallseilen und zwischen der Karkassenbewehrung und
dem Laufstreifen eine Scheitelbewehrung auf, die insbesondere eine
so genannte Funktionsbewehrung umfasst, die aus mindestens zwei
Lagen von nicht dehnbaren Metallseilen besteht, die in jeder Lage
parallel zueinander verlaufen und sich von einer Lage zur nächsten kreuzen,
wobei sie mit der Umfangsrichtung Winkel bilden, die im Bereich
von 0 bis 45° liegen
können.
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Der
Gebrauch von Fahrzeugen, die mit solchen Luftreifen ausgestattet
sind, erfordert außerdem
die Gegenwart einer zusätzlichen,
so genannten Schutzbewehrung in radialer Richtung außen an den Funktionslagen,
wobei die Schutzlage aus mindestens einer Lage von elastischen Metallseilen
besteht. Seile, die unter einer Zugkraft, die ihrer Bruchkraft entspricht,
eine relative Dehnung von mindestens 3% aufweisen, werden als elastische
Seile bezeichnet, wohingegen ein so genanntes nicht dehnbares Seil unter
einer Zugkraft von 10% der Bruchkraft eine relative Dehnung von
höchstens
0,2% aufweist. Die Seile der Schutzlage(n) bilden mit der Umfangsrichtung
Winkel, die im Bereich von 5 bis 35° liegen können, wobei sie, falls zwei
Lagen vorliegen, im Allgemeinen von einer Lage zur nächsten gekreuzt
angeordnet sind.
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Das
Patent
FR 1 550 749 lehrt,
dass die Lagen der Metallseile, die diese Bewehrung bilden, den nachfolgenden
Bedingungen genügen
müssen,
damit eine Scheitelbewehrung mit guten Flexibilitätseigenschaften
und somit eine größere Beständigkeit gegenüber Schlägen, denen
der Reifen ausgesetzt ist, und ein größerer Komfort erhalten wird:
- • der
axiale Abstand a zwischen zwei Seilen mit einem Durchmesser d in
einer Schicht muss im Bereich von 1,75 bis 2,4 d liegen,
- • der
radiale Abstand b zwischen zwei Seilen in zwei Schichten muss so
sein, dass das Verhältnis a/b
im Bereich von 0,82 bis 1,20 liegt.
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Zur
Vermeidung des Aneinanderreibens der als Schussfäden verwendeten Drähte oder
Seile mit den als Kettfäden
verwendeten Drähte
oder Seilen an den Kreuzungspunkten in einem Gewebe lehrt das Patent
US 2 151 186 die Verwendung
von Schusselementen aus Kautschuk oder einer Kautschukverbindung
in einem plastischen und dehnbaren Zustand, wobei die Elemente der
Kette in bekannter Weise die Elemente sind, die das Gewebe verstärken sollen,
wohingegen die Schusselemente nur dazu dienen, die Parallelität der Elemente
der Kette aufrechtzuerhalten.
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Im
Falle eines sehr speziellen Aufbaus einer Bewehrung für einen
Flugzeugreifen wird in dem Patent
FR
2 614 582 vorgeschlagen, als Scheitelbewehrung ein mehrlagiges
Produkt oder Mehrschichtprodukt zur Verstärkung zu verwenden, das eine
bestimmte Zahl von in Lagen übereinander
angeordneten Verstärkungsschichten
aufweist, wobei jede Lage Verstärkungselemente
enthält,
die zueinander parallel verlaufen und mit Kautschuk ummantelt sind,
wobei die Elemente einer ersten Schicht Mittelachsen aufweisen,
die in Bezug auf die Mittelachsen der Elemente der an die erste
Lage angrenzenden, zweiten Lage um einen halben Abstand versetzt
sind. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, dass in einer Scheitelbewehrung,
die aus Verstärkungselementen aus
einem aromatischen Polyamid gefertigt ist, die Schlagfestigkeit
erhalten bleibt und die Scheitelbewehrung dauerhafter ist.
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Ein
Luftreifen der betrachteten Art ist durch den Boden, auf dem er
abrollt, zahlreichen Angriffen ausgesetzt, insbesondere bei Lade-
und Transportgeräten.
Solche Angriffe durch scharfe Gegenstände, spitze Gegenstände und
dergleichen führen
a) zu Schnitten im Laufstreifen, den Schutzlagen, jedoch auch den
Funktionslagen, wobei die Gefahr der Ausweitung und der Oxidation
der metallischen Elemente in diesen Lagen durch die Feuchtigkeit
und die Bodenpartikel besteht, und b) zur Perforation des Scheitels
insgesamt, wobei in Abhängigkeit
von der Art und der Form der aggressiven Gegenstände sogar die Karkassenbewehrung
perforiert werden kann.
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Um
den oben dargelegten Nachteilen abzuhelfen und die Scheitelbewehrungen
der Luftreifen der in Betracht gezogenen Art so beständig wie
möglich
zu machen, schlägt
die Erfindung eine Verstärkungslage
für einen
Luftreifen vor, die aus Verstärkungselementen
gebildet ist, die in Kautschukmischungen zur Ummantelung eingebettet
sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine erste Schicht
und eine zweite Schicht von zueinander parallelen Metallelementen,
die in einer oder mehreren Mischungen zur Ummantelung eingebettet
sind, und zwischen den beiden Schichten eine dritte Schicht aus
Elementen aus einem textilen Material aufweist, die in eine Mischung
zur Ummantelung eingebettet sind, wobei die textilen Elemente in
Bezug auf die Metallelemente in einem Winkel von 70 bis 110° ausgerichtet
sind.
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Bei
dem textilen Material kann es sich um aliphatische Polyamide, Polyester,
jedoch vorzugsweise aromatische Polyamide handeln.
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Ein
textiles Element kann ein Seil aus mehreren gezwirnten Fäden, jedoch
auch ein Monofilament sein.
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Die
Metallelemente der ersten Schicht und der zweiten Schicht sind vorzugsweise
so genannte elastische Stahlseile. Die Seile der ersten Schicht können von
den Seilen der zweiten Schicht verschieden sein, wobei jedoch die
Verwendung der gleichen Metallseilqualität für die beiden Lagen im Hinblick
auf die Gestehungskosten vorteilhaft ist.
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Das
oder die Produkt(e) zur Ummantelung, die vorzugsweise verwendet
werden, sind Kautschukmischungen (es ist jedoch auch möglich, verschiedene
Thermoplaste zu verwenden, insbesondere zur Umhüllung der aus textilem Material
bestehenden Elemente der dritten Schicht der Lage). Die metallischen
und textilen Verstärkungselemente
der drei Schichten der erfindungsgemäßen Lage können in einer einzigen Kautschukmischung
eingebettet sein, sie können
jedoch auch mit zwei Kautschukmischungen umhüllt sein, die im Hinblick auf
ihre Zusammensetzungen und/oder ihre Eigenschaften unterschiedlich
sind, wobei eine erste Mischung die Metallelemente und eine zweite
Mischung die textilen Elemente umhüllt. Die Metallelemente der
ersten und zweiten Schicht können
ebenfalls mit zwei verschiedenen Kautschukmischungen umhüllt sein:
einer ersten Mischung, die die radial oben bzw. unten liegende Seite der
beiden ersten Schichten bedeckt, und einer zweiten Mischung, die
die untere bzw. obere Seite der beiden ersten Schichten bildet,
wobei die zweite Mischung vorzugsweise der Mischung entspricht,
die zur Umhüllung
der textilen Elemente der dritten Schicht verwendet wird.
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Die
Eigenschaften der vorliegenden Erfindung gehen noch besser aus der
Beschreibung der Ausführungsformen
hervor, die nicht einschränkend zu
verstehen sind und die durch die beigefügte Zeichnung erläutert werden,
wobei:
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1 eine
erfindungsgemäße Lage
nach einer ersten Ausführungsform
schematisch im Querschnitt zeigt,
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2 in
gleicher Weise eine Lage nach einer zweiten Ausführungsform zeigt,
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3 einen
Meridianschnitt eines Luftreifens für Baumaschinen zeigt, der erfindungsgemäße Schutzlagen
enthält,
und
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4 sehr
schematisch ein Beispiel der gesamten Maschinen oder Werkzeuge zeigt,
die zur Herstellung dieser Lagen verwendet werden.
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1 ist
ein Querschnitt senkrecht zur Richtung der Hauptverstärkungselemente
E1 und E2 der erfindungsgemäßen Lage
N. Die Elemente E1 und E2 sind
elastische Metallseile aus Stahl: Seile werden als elastisch angesehen,
wenn sie unter einer Zugkraft, die ihrer Bruchkraft entspricht,
eine relative Dehnung von mindestens 3 aufweisen. Die Elemente E1 sind in eine kalandrierte Kautschukmischung
M1 eingebettet und bilden mit dem Gemisch
die Bestandteile der oberen Schicht C1 der
Lage N. Die Elemente E2 sind in eine Kautschukmischung
M2 eingebettet und bilden zusammen mit dem
Gemisch die Bestandteile der unteren Schicht C2 der
Lage N. Die Elemente E1 und E2 sind
in jeder Schicht zueinander parallel und befinden sich in axialer
Richtung in einem konstanten Abstand p. Die Elemente E1 und
E2 können
für zwei
Schichen C1 und C2 verschieden sein:
beispielsweise Seile E1, die in der Schicht
C1 eine gegebene Struktur aufweisen, und
Seile E2, die in der Schicht C2 eine
andere Struktur besitzen, für die
industrielle Anwendung ist es jedoch besser, wenn die Elemente identisch
sind. Dies trifft auch auf die Mischungen M1 und
M2 zu. Zwischen den beiden Schichten C1 und C2 ist eine
dritte Schicht C3 aus Verstärkungselementen
E3 angeordnet, die in eine kalandrierte
Kautschukmischung M3 eingebettet sind. Bei
den Elementen E3 handelt es sich um textile
Monofilamente aus Polyamid, die senkrecht zur Richtung der Metallelemente
E1 verlaufen, die in der Schicht C3 zueinander parallel sind und die sich in
einem Abstand P voneinander befinden, der das 1,2- bis 4fache des
Abstand p betragen kann. Wenn e1 die Dicke
der Kautschukmischung M1 ist, die sich über den
radial oberen Erzeugenden der Elemente E1 der Schicht
C1 befindet, und e2 die
Dicke der gleichen Mischung M1 bezeichnet,
die sich unter den radial unteren Erzeugenden dieser Elemente befindet,
kann e2 gleich e1 oder
von e1 verschieden sein. Die Gestehungskosten
sind geringer, wenn die beiden Dicken e1 und
e2 gleich sind, was bevorzugt wird. Wenn in gleicher Weise e3 und e4 die Dicken
der Mischung M3 über den oberen Erzeugenden
und unter den unteren Erzeugenden der Elemente E3 der
Zwischenschicht C3 bezeichnen, ist es vorzuziehen,
wenn e3 = e4. Die Dicken
e3 und e4 sind dagegen
im Allgemeinen von e1 und e2 verschieden,
da die Kalandriermischung M3 im Allgemeinen
in ihrer Beschaffenheit von der Mischung M1 verschieden
ist, wobei sie jedoch mit der Mischung M1 im
Hinblick auf die Adhäsion
der Mischungen sowohl im nicht vulkanisierten Zustand als auch im
vulkanisierten Zustand vollkommen kompatibel ist.
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Die
in 2 gezeigte Lage N unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
Lage hauptsächlich durch
die folgenden Punkte:
- • die Schichten der Kalanderiermischungen
M1, M2 unter den
unteren Erzeugenden der Elemente E1 der
oberen Schicht C1 und über den oberen Erzeugenden
der Elemente E2 der unteren Schicht C2 sind nicht vorhanden, sodass die Elemente
E1 in direktem Kontakt mit der Schicht der
Kalandriermischung M3 sind,
- • die
metallischen Elemente E1 weisen die gleiche Art
und Struktur wie die Elemente der 1 auf, die
textilen Elemente E3 sind in dem beschriebenen
und in 2 gezeigten Fall dagegen textile Seile aus einem
aromatischen Polyamid, die durch den Aufbau flexibler als Monofilamente
sind und die bei einem im Wesentlichen gleichen Durchmesser und
unter dem von den beiden Kalanderwalzen bei der Herstellung der
Lage ausgeübten
Druck eine Interpenetrati on der metallischen Elemente E1 unter
Dickenverminderung der Lage N ermöglichen, wodurch für die Zwischenschicht
C3 eine gewellte Form entsteht.
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Eine
Lage N mit drei Schichten C1, C2,
C3 bildet in 3 eine Schutzlage 33 oder 34 eines
nachfolgend beschriebenen Baufahrzeugreifens. Der Luftreifen der
Dimension 18.00-33 XK weist eine Karkassenbewehrung auf, die aus
nur einer Lage 1 aus radialen und nicht dehnbaren Metallseilen
aus Stahl besteht, wobei die Lage 1 in jedem Wulst im Allgemeinen
durch Umschlagen um einen Wulstkern 2 zur Bildung des Hochschlags 10 der
Karkassenbewehrung verankert ist, wobei sich die Enden der Hochschläge in etwa
auf halber Höhe
der Flanken 5 befinden. Zwischen der Karkassenbewehrung
und dem Laufstreifen 4 ist eine Scheitelbewehrung 3 angeordnet,
die eine erste so genannte Funktionsbewehrung umfasst, die aus mindestens
zwei Lagen 31 und 32 aus nicht dehnbaren Metallseilen
besteht, die in jeder Lage parallel zueinander verlaufen und von
einer Lage 31 zur folgenden Lage 32 gekreuzt sind,
wobei sie mit der Umfangsrichtung Winkel von 34° bzw. 20° bilden. Die Funktionsbewehrung 3 wird
in radialer Richtung innen durch eine Bewehrung 36 der
Karkasse 1 vervollständigt,
die in Form eines Begrenzerblocks 36 aus zwei Lagen 360 und 361 von
nicht dehnbaren Metallseilen vorliegt, die in Bezug auf die Umfangsrichtung
in einem Winkel orientiert sind, der geringer ist als der kleinste
Winkel der Seile der Funktionslagen und 8° beträgt, wobei die Bewehrungslagen 360 und 361 im
Vergleich mit den axialen Breiten der Funktionslagen 31 und 32 in
axialer Richtung weniger breit sind.
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An
der Funktionsbewehrung 31, 32 ist radial außen eine
Schutzbewehrung angebracht, die sich im beschriebenen Fall aus zwei
Schutzlagen 33 und 34 zusammensetzt, wobei jede
Lage eine Lage N ist, die aus drei Schichten C1,
C2, C3 besteht.
Die Schichten C1 und C2 sind
identisch und bestehen aus elastischen Metallseilen, die in eine
Mi schung M1 auf der Basis von Naturkautschuk
eingebettet sind. Die Schicht C3 besteht
aus Polyamid-Monofilamenten, die in die gleiche Mischung M1 eingebettet sind. Die axialen Breiten der
beiden Schutzlagen 33 und 34 sind so, dass die
axiale Breite der radial am weitesten innen liegenden Schutzlage 33 größer ist
als die axiale Breite der radial am weitesten innen liegenden Funktionslage 31 und
die axiale Breite der radial am weitesten außen liegenden Schutzlage 34 größer ist als
die axiale Breite der radial am weitesten außen liegenden Funktionslage 32.
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Durch
die Verwendung solcher Schutzlagen kann die Beständigkeit gegenüber Schnitten
ganz signifikant erhöht
werden, wobei gleichzeitig die Beständigkeit gegenüber Schlägen und
Perforationen nicht beeinträchtigt
wird: Für
die gleiche Anzahl von Fahrstunden auf einem steinigen Boden ist
die Anzahl der in der letzten Schutzlage 34 zu beobachtenden
Schnitte in etwa um einen Faktor 1,5 und die Anzahl der in der am
weitesten innen liegenden Schutzlage 33 um einen Faktor 4 vermindert,
wohingegen der Vergleichsreifen (mit herkömmlichen Schutzlagen) Schnitte
in der Funktionslage 32 aufweist, die Lage 32 des
Versuchsreifens jedoch keine Spur von Schnitten zeigt. Es wird weiterhin
darauf hingewiesen, dass an der Funktionslage 32 des Vergleichsreifens
zahlreiche Oxidationsspuren zu sehen sind, wogegen die Lage des
Versuchsreifens intakt ist.
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Die
für die
Herstellung einer erfindungsgemäßen Lage
erforderliche Maschinengruppe ist einfach und an sich bekannt. Die
dritte Schicht C3 wird vorgefertigt, siehe 4,
indem einerseits eine Reihe von textilen Elementen E3,
die auf eine Rolle 101 aufgerollt sind, und andererseits
zwei Lagen oder Blätter
der Kalandriermischung M3 gleichzeitig zwischen
zwei Walzen 104 und 105 eines Kalanders gebracht
werden. Aus den Walzen 104 und 105 kommt die Schicht
C3 heraus, die dann an einer Schneidemaschine 106 im
vorliegenden Fall senkrecht zur Kalandrierrichtung geschnitten wird,
die die Richtung der Elemente E3 ist. Die
erhaltenen Breiten werden dann an einer Vorrichtung 107 stumpf
aneinandergefügt,
um eine Schicht C3 zu bilden, deren Elemente senkrecht
zur Kalandrierrichtung des Kalanders 104, 105 verlaufen,
wobei die Schicht C3 auf eine Rolle 110 aufgespult
wird. Diese Rolle 110 wird gleichzeitig mit den metallischen
Elementen E1, E2 (die
auf den Rollen 109 und 111 aufgespult sind) und
gleichzeitig mit den Lagen der Kalandriermischungen M1,
M2, die von den Rollen 113 und 114 kommen,
zu einem Kalander geführt,
der im Wesentlichen aus Walzen 115 und 116 besteht,
wobei aus dem Kalander die Lage N herauskommt, die dann auf die
Rolle 117 aufgewickelt wird.