DE60320173T2

DE60320173T2 - Gewichtserleichterter Wulstkern

Info

Publication number: DE60320173T2
Application number: DE60320173T
Authority: DE
Inventors: Donald William Jr 44203 BALDWIN
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: US6991017B2; BR0302060B1; DE60320173D1; BR0302060A; US6622766B1; US20040016496A1; EP1369265A1; EP1369265B1; JP2004010042A

Description

Technische Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Leichtgewichtwulst für Radialreifen, spezieller einen Schwerlast-Leichtgewichtwulst für Reifen, die sehr schweren Belastungen und hohen Drücken unterzogen werden.
Hintergrund der Erfindung
Ringförmige Zugelemente, üblicherweise als Reifenwulstkerne bezeichnet, sind dazu gestaltet, den Reifen während des Gebrauchs sicher auf der Felge festzuhalten.
Eine Reifenfelge weist generell ein Felgenhorn und einen Wulstsitz auf, die spezifisch zum Festhalten des Wulstteils des Reifens an seinem Platz gestaltet sind.
Diese Felgen sind für spezifische Abmessungen und Toleranzen gestaltet, wie von verschiedenen Branchenverbänden vorgeschrieben. In den Vereinigten Staaten legt die Tire & Rim Association alle Felgennormen fest. In Europa legt die European Tire and Rim Technical Organisation die Felgennormen fest. In Japan legt die J. P. T. O. diese Normen fest. Zum größten Teil gewährleisten diese Felgennormen global, dass gute Reifenpassungen zuverlässig gestaltet werden können.
Diese Standardisierung gestattet es Reifenherstellern, Reifenwülste zu gestalten, die sicher montiert und auf den Felgen festgehalten werden können.
Die Reifenwülste sehen einen radial inneren Teil zwischen dem Wulstkern und der Felge vor, der radial komprimiert wird, und wenn dieser Teil komprimiert wird, wird der Wulstkern unter Zugspannung gesetzt. Radiale Kompression findet, wenn der Reifen auf einem verjüngten Felgensitz montiert ist, durch die Wirkung des Innendrucks des Reifens statt, der den Wulst axial auswärts zu dem vertikalen Feigenhorn drückt. Die Verjüngung bei Felgen beträgt typisch etwa 5°, oder im Fall kommerzieller Lastkraftwagenreifen sogar 15°.
Was die Wulstrückhaltekräfte eigentlich sehr hohe Werte erzielen lässt, ist der Wulstkern. Typischerweise sind die Wulstkerne aus einem oder mehreren Stahldrähten hergestellt, die in einer ringförmigen Konfiguration gewickelt sind, um ein Wulstbündel in Form eines kreisförmigen Reifs mit jeder Vielfalt von Querschnitten zu bilden. Manche Wulstkerne haben einen kreisförmigen Querschnitt, andere sind viereckig, rechteckig, sechseckig oder weisen Variationen dieser Formen auf.
In der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, synthetische Wülste oder Wulstkerne vom Nichteisentyp herzustellen. Diese Wulstkerne sind auf die Anwendung bei Spielzeug oder Fahrrädern begrenzt gewesen. Die Anwendung synthetischer Wulstkerne erzielt eine leichtgewichtige Struktur, generell jedoch auf Kosten niedrigerer Zugfestigkeit oder von Wulstdraht-Reibverschleiß.
Rezent ist in mehreren japanischen Patentanmeldungen die Verwendung einer Kombination von Stahldraht- und Aramid- Kernen als Leichtgewicht-Wulstkern vorgeschlagen worden. In JP 40 78 703 schlägt Yokohama Rubber Ltd. die Verwendung einer Aramidfaser, die in einem nicht verdrillten Zustand gezogen ist, als Kernelelement vor, das von einem Stahldraht in einem spiralförmig aufgerollten Zustand an der Außenseite des Aramidkerns umwickelt ist. Das Resultat ist ein kreisförmiger Wulstkern mit einem geringeren Gewicht als ein Ganzstahl-Wulstkern von gleichartigem Querschnitt.
Ähnlich wenden Sumitomo Rubber Industries Ltd. in JP 41 83 614 und Toyo Tire in JP 70 96 720 ebenfalls eine Kombination von Aramidfaser und Stahldraht an, um einen Wulstkern herzustellen. Die Toyo-Gestaltung erfordert, dass mindestens eine erste Lage an dem Kerninnendurchmesser aus Stahldraht besteht. Die darauffolgenden Lagen können aus Aramidfaserkorden hergestellt werden. Das gewährleistet, dass der Wulst im Vergleich zu einem ganz synthetischen Wulstkern keine Verringerung der Hubkraft erfährt. In dem Sumitomo-Konzept werden abwechselnde Lagen von Aramidkorden und Stahldrähten verwendet. In einer Konfiguration sind der Stahldraht und die Aramidkorde in vertikalen oder radialen Lagen angeordnet, und in einer anderen Ausführungsform sind das Aramid und der Stahl horizontal lagenförmig geschichtet, um einen Wulstkern mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt herzustellen.
In jedem Fall wird darauf geachtet, zu gewährleisten, dass die synthetische Faser in einer nicht verdrillten Konfiguration verwendet wird. Der hauptsächliche Kernpunkt bei synthetischen Korden ist, dass, wenn sie in einem Seil vorgesehen sind, dessen Korde verdrillt sind, mehrere Probleme hervorgerufen werden. Das erste nennt sich Wandern unter Last. Die synthetischen Seile oder Korde dehnen sich unter Belastung, und beim Fließen des Kunststoffs wird sich die Rückhaltekraft mit der Zeit tatsächlich verringern, folglich ist die Verwendung von Stahl in einer radial innersten Lage essentiell, wenn Wulstrückhaltekräfte zuverlässig konstant sein sollen. Ein zweites Problem bei solchen Wülsten ist ein Reibverschleiß genanntes Phänomen. Insbesondere Aramid und viele andere Kunststoffe haben einen Zustand, worin kleine Sprödbrüche auftreten, wenn die Korde in Kompression versetzt werden. Das Verseilen solcher Korde erhöht tatsächlich die Wahrscheinlichkeit des Hervorrufens dieser Brüche. Generell werden Aramidkorde typischerweise in den Karkassenlagen verwendet, und da wiederholtes Kompressionsbelastungen Aussetzen Kordbruch hervorrufen kann, wenn nicht spezielle Gestaltungserwägungen vorliegen. In einem Wulstkern sind nahezu alle Belastungen in Zugspannung, außer wenn der Wulst schraubenförmig oder spiralförmig gewickelt ist. In diesen Fällen wirken die Korde gegeneinander, wobei sie niedrige Biegekräfte erzeugen, die mit der Zeit zu sehr kleiner Verschleissreibung der nebeneinanderliegenden Korde führen. Dies läßt ein als Reibverschleiß bezeichnetes Phänomen auftreten.
Leichtgewicht-Seilwülste sind vielversprechend bei kleinen, leichtbelasteten Reifen für Fahrräder, sind bis dato jedoch noch nicht bei Hochschwerlastbedingungen als praktisch angesehen worden.
Bei Flugzeug-Radialreifen, wo Leichtgewichtthemen sehr wichtig sind, ist die Verwendung von Stahlwulstkernen die Praxis gewesen. Die Reifen werden bis auf etwa 200 psi (14,1 kg/cm²) befüllt und können Stoßlasten von 50.000 lbs (22.680 kg) oder mehr erfahren.
Bei solchen Reifen werden Prüfungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass adäquate Sicherheitsspannen vorliegen. Typischerweise sind die ringförmigen Zugelemente der Reifen dazu gestaltet, die Stärke der Karkassen- und Gürtelstruktur des Reifens zu überschreiten. Hydraulische Berstprüfungen werden bis zum Versagen durchgeführt, wobei Wasser in den Reifen eingespritzt wird, bis der Reifen bei einem sehr hohen Druck versagt. Typischerweise überleben die Wülste diese Prüfungen, wobei der Fehlerzustand in den Gürteln oder den Karkassenlagen auftritt.
Bei großen Geländereifen, die in Erdbewegungsausrüstung verwendet werden, sind die Wülste des Reifens aus zu großen Bündeln geformtem Stahldraht konstruiert. Diese Reifen werden auf sehr hohen Drücken betrieben, typischerweise 100 psi, und die Wulstbündel können mehr als ein Zoll (2,54 cm) an Querschnittsdicke messen und können aus Hunderten von Stahldrähten bestehen.
Gleichartig verwenden kommerzielle Lastkraftwagenreifen Ganzstahl-Wulstkerne. Diese Reifen laufen auf 95 psi oder höher und müssen sehr große Lasten tragen. Auf jeden Fall ist die Verwendung von Ganzstahl-Wulstkernen die akzeptierte Praxis gewesen.
Während Leichtgewichtreifen allgemein als kühler laufend verstanden werden, wurde auch generell verstanden, dass diese Nutzen von einer Reduzierung von Karkassengummi oder Laufflächengummi und nicht von einer Reduzierung des Gewichts des Wulstkerns herrühren.
Aus diesen Gründen hat das Interesse an Leichtgewicht-Wulstkernen für Schwerlastreifen wenig Aufmerksamkeit erhalten. Nur bei Flugzeugreifen ist das Thema Reifengewicht als wichtig genug angesehen worden.
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Leichtgewicht-Wulstkern für Schwerlastreifen gerichtet. Die Erfindung war zuerst für einen weiterentwickelten Leichtgewicht-Flugzeug-Radialreifen formuliert. Die Analyse hat gezeigt, dass das Konzept so kosteneffizient und langlebig ist, dass es in nahezu jeder Schwerlastreifenanwendung genutzt werden kann.
BE-A 373 247 beschreibt einen Reifen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. FR-A 2 232 455 offenbart einen Stab zur Verwendung als Wulstkern in einem Reifen, wobei der Stab eine Kern- und Hülle-Konstruktion aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist die Bereitstellung eines leichtgewichtigen, aber dennoch hochfesten Wulstkerns für schwere Einsatzanwendungen, wie etwa Flugzeugreifen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Bereitstellung eines kostengünstigen Wulstkerns, der im Verhältnis zu den Ganzstahl-Wulstkernen einen konkurrenzfähigen Preis hatte.
Diese Merkmale sowie andere sind in der hierin nachstehend beschriebenen Erfindung beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Reifen nach Anspruch 1.
Die Hülle ist aus Korden oder Stahlkord mit mindestens drei Filamenten hergestellt und der zentrale Kern ist aus einem Wulstdraht aus Stahl oder einer Legierung von Metall mit einem niedrigeren spezifischen Gewicht als Stahl hergestellt. Das zentrale Kernmaterial ist aus der Gruppe von Stahl, Titan, Aluminium, Magnesium oder anderer Metalllegierung, wie etwa einem Komposit, oder synthetischen Kernen ausgewählt.
In einer Ausführungsform sind die Hülldrähte des Wulstkerns schraubenförmig um den zentralen Kern herumgewickelt. Der Wulstkern kann einen kreisförmigen, rechteckigen, quadratischen oder sechseckigen Querschnitt oder eine Kombination solcher Querschnittsformen aufweisen.
Der zentrale Kern kann ein Einzeldraht oder ein Stab sein, der um 360° oder mehr gewickelt ist. Alternativ kann der zentrale Kern eine um 360° oder mehr umgewickelte Vielzahl von Drähten aufweisen.
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 Ausdrücken 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 oder anderweitig daran befestigt ist 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 Schichten von Karkassenlagen 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° bis 33° 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, der Lauffläche, der Unterlauffläche und dem 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" bedeutet eine im Wulstbereich des Reifens befindliche Verstärkungsstruktur.
„Kord" bedeutet eine der Verstärkungslitzen, woraus die Lagen oder der Seilwulstkern in dem Reifen bestehen. Kord, wie hierin verwendet, bedeutet eine Struktur mit mehrfachen Filamenten.
„Äquatorebene (EP)" bedeutet die Ebene lotrecht zur Rotationsachse des Reifens und durch das Zentrum seiner Lauffläche verlaufend.
„Kernfahne" bedeutet ein um den Wulstkern herumgeschlagenes verstärktes Gewebe.
„Aufstandsfläche" bedeutet die Kontaktstelle oder den Kontaktbereich der Reifenlauffläche mit einer flachen Oberfläche bei Nullgeschwindigkeit 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.
„Normalfülldruck" bezieht sich auf den durch die zuständige Normenorganisation für den Betriebszustand des Reifens zugeordneten spezifischen Konstruktionsfülldruck bzw. Last.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird als Beispiel und unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin:
1 eine Querschnittsansicht eines Radial-Luftreifens ist, der die Wulstkerne der vorliegenden Erfindung einsetzt; die
2A bis einschließlich 2D Querschnittsansichten der vorliegenden Erfindung sind, welche den Wulstkern in kreisförmigem Querschnitt mit einem zentralen Kern aus einem Einzeldraht oder Stab, der um 360° gewickelt ist, und einer Hülle aus Stahlkord zei^gt, wobei jeder Kord mindestens drei Filamente aufweist.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Wulstkerns der vorliegenden Erfindung, die den Wulstkern in kreisförmigem Querschnitt zeigt, mit einem zentralen Kern, der entweder einen in mehreren Windungen gewickelten Einzeldraht oder eine Mehrzahl von mindestens um 360° oder mehr gewickelten Drähten aufweist; die
4A und 4B zeigen jede den Wulstkern der vorliegenden Erfindung in einem sechseckigen Querschnitt mit einem zentralen Legierungskern. In 4A ist ein zu einem Reif von 360° gewickelter Einzeldraht oder Stab gezeigt, und in 4B sind mehrfache Windungen eines einzelnen oder einer Mehrzahl von Drähten gezeigt; die
5A und 5B zeigen den Wulstkern der vorliegenden Erfindung, der einen quadratischen oder rechteckigen Wulstkern aufweist, mit einem zentralen Kern aus einem Einzeldraht in 5A oder mehrfachen Windungen oder Drähten in 5B. Die
6A und 6B zeigen einen Wulstkern der vorliegenden Erfindung, der einen zentralen Kern aus einem Einzeldraht in 6A oder mehreren Windungen oder Drähten in 6B aufweist, wobei der Wulstkern einen Querschnitt mit rundem Boden aufweist;
7 veranschaulicht einen Querschnitt eines Wulstkerns des Standes der Technik, mit schraubenförmig um einen zentralen Kern aus Stahl gewickelten Ganzstahldrähten.
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Kords der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Diagramm, das verschiedene Festigkeiten von Stahlkordfilamenten zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Querschnittsansicht eines Radialreifens 100 gezeigt. Der Reifen 100, wie veranschaulicht, ist eine Konstruktion zur Verwendung als Flugzeugreifen. Der Reifen 100 ist als Beispiel ein Flugzeug-Radialreifen, der hohen Innendrücken und enormen Lasten ausgesetzt ist. Andere Reifen, wie etwa Erdbewegungsmaschinen-, kommerzielle Lastkraftwagen- und Landmaschinenreifen sind ebenfalls ideal zur Verwendung des Wulstkerns der vorliegenden Erfindung geeignet.
Der Reifen 100 ist ein Radialreifen vom schlauchlosen Konstruktionstyp. Der Reifen 100 hat eine luftdurchlässige Innenisolierung 22, die Fluid oder Luft unter Druck enthält. Radial auswärts von der Innenisolierung 22 befinden sich eine oder mehrere Radiallagen 20. Jede Lage 20 erstreckt sich von einem üblicherweise als Wulstkern bezeichneten ringförmigen Zugelement 30. Wie gezeigt, sind die Lagen 20 um den Wulstkern 30 herumgeschlagen, wobei sie entweder axial nach außen und nach oben herumgeschlagen sind, wobei sie einen Lagenumschlag bilden, oder alternativ axial nach innen und unter den Wulstkern 30 umgeschlagen sind. Radial über dem Wulstkern 30 befindet sich ein Gummi-Kernprofil 40. Der Reifenwulst wird durch eine Verstärkungs-Wulstverstärkerlage 60 aus Textilkorden 61 ergänzt. Der Wulstverstärker 60 schützt die Lagen 20 vor Verletzung während der Felgenmontage. Bevorzugt radial unter dem Wulstverstärker 60 befindet sich ein Wulstschutzstreifen 11. Axial auswärts von dem Wulstverstärker 60 und den Lagen 20 befindet sich ein länglicher Streifen 8 aus Elastomermaterial, der sich von radial einwärts von dem Wulst benachbart zu dem Wulstschutzstreifen bis zu einer radialen Stelle an oder etwas über einem oder mehreren der Lagenumschläge erstreckt. Dieser Streifen 8 ist zwischen die Seitenwand 9 und die Lage 20 gesetzt. Benachbart zu dem Wulstkern 30 und den Lagen befindet sich in dem beispielhaften Reifen, wie veranschaulicht, eine Kernfahne 31.
Radial auswärts von den Karkassenlagen 20 befindet sich eine Mehrzahl von Gürtelverstärkungslagen 50; jede Lage ist mit Korden 51 verstärkt.
Eine Gewebelage 53 ist radial auswärts von den Gürtellagen 50 gezeigt.
Über der Gewebelage 53 befindet sich eine Lauffläche 18, wie gezeigt; die Lauffläche 18 weist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung durchlaufenden Rillen 17 auf.
Die Reifenstruktur 100 ist, wie erwähnt, ein Beispiel eines Typs von Reifenstrukturen, die den Seilwulstkern 30 der vorliegenden Erfindung nutzen können. Obwohl der Reifen 100, wie gezeigt, eine Flugzeugreifenstruktur ist, ist die Erfindung in jeder hochbelasteten Schwerlast-Reifenstruktur nutzbar.
Unter Bezugnahme auf die 2A bis einschließlich 2D ist der Seilwulstkern 30 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie veranschaulicht, ist der zentrale Kern 33 als ein Einzeldraht oder Stab 34 gezeigt, der um 360° umgebogen ist. Die Ende des Drahts 34 sind bevorzugt geschweißt, um einen kontinuierlichen Reif oder zentralen Kern 33 zu bilden. Der zentrale Kern 33 ist aus Stahldraht oder einer Legierung von Aluminium oder anderer Leichtgewicht-Metalllegierung, wie etwa Magnesium, Titan oder jede Metalllegierung mit einem spezifischen Gewicht, das geringer als das von Stahl ist, hergestellt. Zusätzlich können Kompositmaterialien oder sogar synthetische Stoffe verwendet werden.
In den 2A und 2B hat der zentrale Kern 33 einen kreisförmigen Querschnitt. In 2C ist der zentrale Kern 33 länglich und in 2D ist der zentrale Kern 33 in einer Dreiecksform dargestellt. Die resultierenden Seilkorde in der Hülle zeigen die Form der Kerne, wie veranschaulicht.
Aluminium ist dadurch eine ideale Legierung, dass es für eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sorgt, wenn es mit Stahl verwendet wird, und es ist sehr stark an der Schweißnaht. Aluminium kann getempert werden, wodurch die Zugfestigkeit des zentralen Kerns 33 weiter erhöht wird. Die Zugfestigkeit von 6061-Aluminiumlegierungen kann im Bereich von 125 MPa für 6061T₀ bis 310 MPa für 6061T₆ variieren. Aluminiumlegierungen im 6061T₄-Bereich haben überlegene Festigkeitsverhältnisse, während sie eine ausgezeichnete Duktilität beibehalten.
Wie weiter veranschaulicht, ist der zentrale Kern und 33 durch eine Hülle aus zwei oder mehr Hüllschichten 35, bevorzugt mindestens zwei Hüllschichten 35, eingeschlagen. Die Korde 36 der Hüllschichten sind Stahlfilamente 37, die zu Korden 36 geformt sind, die schraubenförmig oder spiralförmig um den zentralen Kern 33 herumgewickelt sind.
Die Korde 36, wie in 8 veranschaulicht, sind aus Filamenten 37 hergestellt. Als ein Beispiel sind die Filamente in einer 3 × 7 × 0,25 mm-Konstruktion angeordnet, obwohl jede Anzahl von Drahtkordkonstruktionen möglich ist. Wie gezeigt, hat der 7 × 7 × 0,25 mm-Kord 49 Filamente 37, wie in 8 gezeigt.
Der Seilwulstkern 30 von 3 ist praktisch der gleiche wie das in 2A gezeigte Beispiel, mit dem angemerkten Unterschied, dass der Draht 34 des zentralen Kerns 33 aus einem einzigen Legierungsdraht 34 konstruiert sein kann, der zahlreiche Male herumgewickelt ist, um ein zentrales Wulstkernbündel 33 zu bilden, oder der veranschaulichte Wulstkern 30 könnte mehrfache Drähte 34 sein, die mehrere Male herumgeschlagen sind, um den zentralen Kern 33 zu bilden. In jeder Gestaltungskonstruktion mehrfacher Windungen oder Umdrehungen kann der zentrale Kern 33, wie veranschaulicht, vorgeformt werden und dann können die äußeren Stahl-Hüllschichten 35 um die Drähte 34 des zentralen Kerns 33 herumgeschlagen werden. Es wird angemerkt, dass jeder der in den 2A bis einschließlich 2D gezeigten zentralen Kerne 33 mit mehrfachen Windungen von Draht 34 mit einem kleineren Durchmesser hergestellt werden könnte, wie in 3 gezeigt.
In jedem der Wulstkerne 30 der 2A bis einschließlich 2D und 3 wird darauf hingewiesen, dass der Außendurchmesser D des kreisförmigen Querschnitts gleich dem der des Wulstkerns 3 des Standes der Technik von 7 gemacht werden kann. In 7 hat der Ganzstahl-Wulstkern 3, wie veranschaulicht, eine Konstruktion von Drähten 1 × 6,0 mm + (10 + 17 + 23 + 29) × 2,2 mm, die einen Außendurchmesser D von 23,6 mm hat. Als Beispiel ist gezeigt, dass der Seilwulstkern 30 der vorliegenden Erfindung mit etwa dem gleichen Außendurchmesser D hergestellt werden kann. Diese resultierende Gestaltung bedeutet, dass die Gesamtkonstruktion des Rests der Reifengestaltung unverändert bleiben kann. Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung, falls gewünscht, in bestehende Reifengestaltungen substituiert werden kann, ohne weitgehende Änderungen der Reifengestaltung zu erfordern. Dieser Vorteil der vorliegenden Gestaltung bedeutet, dass Konversionen zu Leichtgewichts-Wulstkernen 30 rasch und kostengünstig ausgeführt werden können. So kritische Konstruktionserwägungen wie Lagenlinienkontrolle, Umschlag-Endstandorte und Wulstkernabmessungen können unverändert bleiben. Es wird sehr wohl anerkannt, dass die Passung des Wulsts an dem Felgenhorn eine komplizierte Gestaltung ist. Ein Spitzendruck tritt nahezu direkt unter dem Wulstkern zwischen dem Wulstkern und dem Felgenwulstsitz auf. Auch tritt ein Hochdruck entlang dem Feigenhorn auf. Folglich wollen Konstrukteure, dass der Wulstkerndurchmesser D groß genug ist, um die Druckverteilung über einen großen Bereich zu halten. Würde man versuchen, den Wulstkerndurchmesser zu reduzieren, um einen leichtgewichtigeren Reifen zu erzielen, so würde der Spitzenkontaktdruck nahezu notwendigerweise höhere Drücke unter dem Wulstkern erfordern, um den gleichen Betrag an Gesamtkräften aufrechtzuerhalten. Das stimmt, da der Standort eines kleineren Wulstkerns den Spitzenkontaktdruck radial einwärts und axial auswärts bewegen würde. Dies führt zu einem kleineren Druckverteilungsprofilgebiet. Die einzige Möglichkeit, das zu kompensieren, ist durch Erhöhung der Spitzendrücke. All diese Probleme sind mit den vorgenannten Veränderungen an der Gesamtreifenstruktur verbunden. Aus diesen Gründen weist die vorliegende Erfindung große Vorteile zur leichten Implementierung in bestehende Reifengestaltungen auf. Die einzige kritische Anforderungen ist das Festlegen des Betrags an Zugfestigkeit, die der Seilwulstkern 30 aufweisen muss, um die vom Konstrukteur ausgewählten Gestaltungs-Sicherheitsspannen zu erfüllen.
Wie in 7 gezeigt, ergibt der Ganzstahl-Drahtwulstkern 3 des Standes der Technik, wenn er für eine Flugzeug-Reifengröße mit dem Wulstkern der Konstruktion 1 × 6,0 mm + (11 + 17 + 23 + 29) × 2,2 mm hergestellt worden ist, ein Gewicht von 4,587 kg pro Wulstkern, mit einer theoretischen Zugfestigkeit von etwas weniger als 578 Kilonewton.
Interessanterweise verschafft die Verwendung von Stahlkordseil um einen zentralen Kern 33 herum eine Möglichkeit, das Gesamtreifengewicht drastisch zu reduzieren. Die Gesamt-Zugfestigkeit des Wulstkerns 33 der vorliegenden Erfindung kann als gleich der Hüllen-Zugfestigkeit T_s vereinfacht werden, wobei T_s die Summe der Drahtzugfestigkeit der Stahlhülle 35 ist. Es kann angenommen werden, dass der zentrale Kern 33 als Kernreiter oder Abstandhalter wirkt.

Unter Anwendung des erfinderischen Konzepts von Kabelkern 30 mit einem Stahl- oder anderem Metalllegierungskern 33 bedeutet, dass erhebliche Gewichtsreduktionen erzielt werden können. Die Seilwulstkerne 30 der 2A bis einschließlich 2D haben die folgenden Festigkeiten und Gewichte, wenn sie in einem Beispiel-Flugzeugreifen einer Größe 50 × 20R22 verwendet werden. Der Ganzstahl-Drahtwulstkern 3 ist zum Vergleich nachstehend ebenfalls gezeigt.

Wulstkern	Konstruktion	Zugfestigkeit	Gewicht	Festigkeit %	Gewichtsersparnis %	Gewichtsersparnis pro Reifen
Fig 2A	1 × 5,6 mm + (10 + 17 + 23 + 29) × 2,2 mm	529.000 N	2.96 kg	92%	35%	7,14 lb
Fig 7	1 × 6,0 mm + (11 + 17 + 23 + 29) × 2,2 mm	578.000 N	4,58 kg	100%	0%	-0-

Die potentiellen Gewichtseinsparungen hängen im Wesentlichen von dem Betrag an Wulstfestigkeit ab, der geopfert werden kann. In Fällen, wo die Wulstfestigkeit höher sein muss, wird empfohlen, Stahldrähte höherer Festigkeit in Erwägung zu ziehen. In dem Beispiel oben wurde Stahlkord 30 mit Hochzugfestigkeits-Filamenten 37 eingesetzt, die Filamentdurchmesser von 0,25 mm hatten.
Das resultierende Sinken der Zugfestigkeit betrug nur 8%, während die Wulstgewichtsersparnis 35% betrug. Durch Einsetzen von Super-Zugfestigkeits-Filamenten oder Ultra-Zugfestigkeits-Filamenten können die Gewichtseinsparungen konstant gehalten werden, während die Zugfestigkeit auf die gleiche wie die des Wulsts des Standes der Technik erhöht werden oder diese überschreiten kann. Der einzige Grund, die Filamente mit höherer Festigkeit nicht zu verwenden, ist rein kostenbasiert. Das oben angeführte Wulstkern 30-Beispiel unter Verwendung von Super-Zugfestigkeits-Filamenten war von den Kosten her effektiv gleich. Angenommen, dass weitere Festigkeitsverringerungen toleriert werden könnten, dann könnten Filamente normaler Festigkeit in diesen Anwendungen zu einer Kostenverminderung, gekoppelt mit tatsächlichen Gewichtsverminderungen, führen.
Die oben angeführte Wulstkern 3-Konstruktion des Standes der Technik, wie in 7 gezeigt, besteht tatsächlich aus einer Komponente relativ leichteren Gewichts als manche der in Gelände-Bauausrüstungen verwendeten Wulstkerne, die natürlich sehr große Nennwulstdurchmesser haben.
Die Wulstkerne 30 von 4A und 4B sind eine sechseckige Konstruktion, die üblicherweise in kommerziellen Lastkraftwagenreifen verwendet wird. Solche Reifen werden üblicherweise mit einem 22,5 Zoll (57,15 cm) oder 24,0 Zoll (60,96 cm) Nennwulstdurchmesser hergestellt. Die Wülste 30, die Hüllkorde 36 verwenden, werden bei diesen Arten von Reifen ebenfalls viel leichter sein.
Landwirtschaftliche Radialreifen haben üblicherweise Wulstdurchmesser von 24,0 Zoll (60,96 cm) bis 54 Zoll (137,16 cm), wobei sie bis zu etwa 12 Pfund (5,44 kg) pro Wulstkern wiegen. Manche wenden typischerweise eine quadratische Bandkonstruktion an. Der Wulst 30 der 5A und 5B könnte für diese Wülste substituiert werden, und auch hier wäre eine Gewichtsverringerung möglich.
Gelände-Erdbewegungsmaschinenreifen setzen eine Vielfalt von Wulstkernformen ein. Der Querschnitt mit rundem Boden, wie in 6A und 6B gezeigt, könnte leicht für diese Wulstkernen substituiert werden. Ein typischer Erdbewegungsmaschinen-Radialreifen setzt diesen Wulstkern mit rundem Boden üblicherweise in einer Ganzstahl-Konstruktion ein. Dieser Reifen belaufen sich typischerweise von Nennwulstdurchmessern von 25 Zoll (63,5 cm) bis auf 63 Zoll (160,02 cm) und größer. Beispielsweise wiegt ein 33.00 R51 Erdbewegungsmaschinen-Reifenwulst etwa 150 lbs (68 kg). Die Verwendung von zwei Wulstkernen 30 der vorliegenden Erfindung bedeutet ein Gesamt-Wulstkerngewicht von 300 lbs (136 kg) pro Reifen.
Ein Wulstkern 30 der vorliegenden Erfindung könnte 3% bis 35% dieses Gewichts bei nahezu keinem Kostenaufschlag einsparen, angenommen, dass normal- oder hochzugfester Stahlkord anstelle des üblicherweise verwendeten Stahldrahts verwendet würde.

Claims

Radial-Luftreifen (100) mit einem darin angebrachten Wulstbereich, mit einem Wulstkern (30), der durch eine Hülle gebildet wird, die einen zentralen Kern (33) umhüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle mindestens zwei Hüllschichten (35) aufweist, wobei jede Hüllschicht aus einer Mehrzahl von Stahlkorden (36) gebildet ist, wobei jeder Hüllkord (36) mindestens drei Filamente (37) aufweist, und der zentrale Kern (33) aus Stahldraht, einem Metalllegierungsmaterial, einem synthetischen Material oder einem Kompositmaterial hergestellt ist, wobei das den zentralen Kern (33) bildende Material ein geringeres Gewicht als das Gewicht des die Hüllkorde (36) bildenden Stahls hat.
Radial-Luftreifen nach Anspruch 1, wobei das zentrale Kernmaterial aus der Gruppe von Titan, Aluminium, Magnesium oder anderer Legierung ausgewählt ist.
Radial-Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hüllkorde (36) des Wulstkerns (30) schraubenförmig um den zentralen Kern (33) herumgeschlagen sind, wodurch sie einen Seilwulstkern bilden.
Radial-Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zentrale Kern (33) des Wulstkerns (30) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Radial-Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zentrale Kern (33) des Wulstkerns (30) einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist.
Radial-Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zentrale Kern (33) des Wulstkerns (30) einen sechseckigen Querschnitt aufweist.
Radial-Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zentrale Kern (33) des Wulstkerns (30) einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Radial-Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zentrale Kern (33) ein 360° oder mehr herumgeschlagener Einzeldraht oder -stab ist.
Radial-Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zentrale Kern (33) eine 360° oder mehr herumgeschlagene Mehrzahl von Drähten aufweist.
Radial-Luftreifen nach Anspruch 1, wobei das Material des zentralen Kerns besagtes Kompositmaterial oder besagtes synthetisches Material ist.