DE60205247T2 - Verstärkungsschicht für einen reifen - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei dem textilen Material kann es sich um aliphatische Polyamide, Polyester, jedoch vorzugsweise aromatische Polyamide handeln.
  • Ein textiles Element kann ein Seil aus mehreren gezwirnten Fäden, jedoch auch ein Monofilament sein.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1 eine erfindungsgemäße Lage nach einer ersten Ausführungsform schematisch im Querschnitt zeigt,
  • 2 in gleicher Weise eine Lage nach einer zweiten Ausführungsform zeigt,
  • 3 einen Meridianschnitt eines Luftreifens für Baumaschinen zeigt, der erfindungsgemäße Schutzlagen enthält, und
  • 4 sehr schematisch ein Beispiel der gesamten Maschinen oder Werkzeuge zeigt, die zur Herstellung dieser Lagen verwendet werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. Lage N zur Verstärkung eines Luftreifens, die aus Verstärkungselementen gebildet ist, die in Produkten zur Ummantelung eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Schicht C1 und eine zweite Schicht C2 aus Metallelementen E1, E2, die parallel zueinander verlaufen und in (ein) Produkt(e) zur Ummantelung M1, M2 eingebettet sind, und zwischen den beiden Schichten C1 und C2 eine dritte Schicht C3 aus Elementen E3 aus einem textilen Material aufweist, die in einem Produkt zur Ummantelung M3 eingebettet sind, wobei die textilen Elemente E3 in Bezug auf die Elemente E1 und E2 in einem Winkel von 70 bis 110° ausgerichtet sind.
  2. Lage zur Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Material aus einem aromatischen Polyamid besteht.
  3. Lage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Elemente E3 Monofilamente sind.
  4. Lage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallelemente E1 und E2 so genannte elastische Stahlseile sind, die für die erste und zweite Schicht C1 und C2 identisch sind.
  5. Lage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischungen M1, M2, M3 die gleiche Beschaffenheit aufweisen.
  6. Lage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischungen M1 und M2 identisch aufgebaut sind, wohingegen die Mischung M3 eine unterschiedliche Beschaffenheit aufweist.
  7. Luftreifen mit radialer Karkassenbewehrung (1), wobei sich in radialer Richtung über der Karkassenbewehrung eine Scheitelbewehrung (3) befindet, die mindestens eine so genannte Schutzlage (33, 34) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass diese Lage (33, 34) eine Lage N nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.
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