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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Luftreifen für hohe Geschwindigkeit und
Schwereinsatzver-Wendung, in dein Dauerhaftigkeit durch Reduzieren von
Wulstverformung und innerer Wärmeerzeugung verbessert
ist.
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Um Reifenstrukturdauerhaftigkeit und Laufleistung,
Kraftstoffverbrauchseigenschaft und dergleichen des
Fahrzeugs zu verbessern, sind in verschiedenen
Fahrzeugen, besonders in Personenkraftwagen,
Radiallagenbauweisen verwendet worden.
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Jedoch sind auf dem Gebiet der
Hochgeschwindigkeits-Schwereinsatzreifen - wie beispielsweise
Flugzeugreifen - Radiallagenbauweisen erst vor kurzem zum Einsatz
gekommen.
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Flugzeugreifen erfordern eine besondere Dauerhaftigkeit
im Vergleich mit Reifen auf irgendeinem anderen Gebiet
aufgrund ihrer besonders harten Einsatzbedingungen, wie
beispielsweise hoher Innendruck, schwere Belastung und
hohe Geschwindigkeit.
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Flugzeugreifen sind beim Landen und Starten einer
extrem starken Belastung ausgesetzt, die in den
Wulstabschnitten eine Biegeverformung verursacht, und die
begleitende Beanspruchung neigt dazu, Lagenkantenlösen,
einen Schaden und bzw. oder einen Lagentrennungsschaden
in den Wulstregionen zu verursachen. Der Prozentsatz
solcher Schäden ist besonders hoch im Vergleich mit
Reifen auf anderen Gebieten.
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Um die Biegeverformung der Wulstabschnitte eines
solchen Radialreifens zu steuern, ist als eine
Gegenmaßnahme vorgeschlagen worden, die Steifigkeit des
Wulstabschnitts durch Erhöhen der Härte und bzw. oder des
Volumens des Wulst-Kernreitergummis und durch Schaffen von
organischen oder anorganischen
Faserkordverstärkungsschichten zu erhöhen.
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Beispielsweise offenbart FR-A-2 483 854 einen riesigen
Radialreifen zur Verwendung unter schwerer Belastung
auf Geländefahrzeugen, der mit einem dauerhaften
Wulstabschnittaufbau versehen ist, in dem das äußere
beschichtende Gummi des Wulstabschnitts eine
Dickenverteilung aufweist, die eine spezifische Bedingung
erfüllt, die sich auf die maximale und minimale Dicke des
Gummis im Wulstabschnitt, eine
Wulstabschnittreferenzbreite und das Verhältnis der Fersenbreite zur
maximalen Breite des Reifens bezieht.
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Jedoch reduzieren solche Maßnahmen nicht ausreichend
die innere Wärmeerzeugung, die durch die
Biegeverformung erzeugt wird, und verhindern daher nicht diese
Schäden.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
Hochgeschwindigkeits-Schwereinsatzreifen zu schaffen, bei
dem wirksam verhindert wird, daß die Wulstabschnitte
beschädigt werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt
ein Luftreifen für Hochgeschwindigkeit und
Schwereinsatz ein Paar von Wulstkernen, von denen einer in jedem
Wulstabschnitt angeordnet ist, eine Karkasse radialer
Bauweise, die sich zwischen den Wulstabschnitten
erstreckt und um die Wulstkerne herum umgeschlagen ist,
eine Lauffläche und Seitenwände, die außerhalb der
Karkasse
angeordnet sind, um eine Gummischicht zu bilden,
eine Gürtelschicht, die radial außerhalb der Karkasse
und innerhalb der Lauffläche angeordnet ist, worin,
wenn der Reifen auf seiner regulären Felge angebracht
und auf normalen Innendruck aufgepumpt ist, das
Verhältnis F1/X der Dicke F1 der Gummischicht, gemessen an
einem Punkt Q senkrecht zur Karkasse, zum axialen
Abstand X des axial inneren Rands des Wulstkerns von
einem Wulstfersenpunkt P nicht mehr als 0.20 beträgt,
wobei der Punkt Q sich auf der Außenseite der
Gummischicht befindet, und der radiale Abstand L des Punkts
Q das 0.2-fache der Reifenguerschnittshöhe H beträgt,
beides von der Wulstferse P gemessen.
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Der Effekt der Erfindung wurde durch die Erfinder wie
folgt dargelegt.
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Angesichts des in Figur 4 gezeigten Wulstes, der den
Zustand eines Reifens zeigt, der auf seiner regulären
Felge R angebracht und auf seinen normalen Innendruck
aufgepumpt ist, nimmt das Wulstprofil A1, wenn der
Reifen mit einer normalen Belastung belastet ist, immer im
wesentlichen die gleiche Gestalt an ungeachtet des
Wulstprofils A0, wenn der Reifen nicht belastet ist.
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Je kleiner die auftretende Wulstverformung (h0-h1) ist,
desto niedriger ist die innere Wärmeerzeugung. Mit
anderen Worten, die Menge erzeugter Wärme und die
resultierende Wulsttemperatur steht in direktem Verhältnis zur
Wulstverformung (h0-h1) für in Größe und Aufbau
identische Reifen, wie in Figur 5 gezeigt. In Figur 5 ist h0
der radiale Abstand vom radial äußeren Rand des
Felgenflansches Ra zum Schnittpunkt zwischen dem Wulstprofil
A0 und einer senkrechten Linie, die vom axial äußeren
Rand des Felgenflansches Ra gezeichnet ist, und h1 der
radiale Abstand vom radial äußeren Rand des
Felgenflansches Ra zum Schnittpunkt zwischen dem Wulstprofil A1
und der oben erwähnten senkrechten Linie.
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Das Karkassenprofil wird optimiert durch Vermindern der
Dicke F1 der Gummilage auf der Außenseite der Karkasse,
gemessen an einem Punkt Q, der von der Wulstferse um
den Abstand von 0.2-mal der Reifenquerschnittshöhe H
radial nach außen beabstandet ist, und dadurch wird es
möglich, den Biegepunkt des Karkassenprofils nach unten
zu verschieben, wobei dieser Punkt zwischen einem
Abschnitt, der sich beim Aufpumpen auf die axiale
Außenseite zu bewegt, so daß er über dem Fersenflansch
hängt, und einem relativ stabilen Unterabschnitt davon
liegt.
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Jedoch steht die Höhe des oben erwähnten Biegepunktes
auch in einem engen Zusammenhang mit dem axialen
Abstand X zwischen dem inneren Rand des Wulstkerns und
der Wulstferse. Durch Begrenzen des Verhältnisses F1/X
der Gummidicke F1 zum Abstand X innerhalb des
spezifischen Bereichs wird die Lage des Biegepunkts der
Karkasse, der durch Reifenaufpumpen gebildet wird, nach unten
verschoben, um den Abstand h0 zu vermindern. Demgemäß
wird die Biegeverformung (h0-h1) des Wulstabschnitts
vermindert, weil der Abstand h1 im wesentlichen
konstant ist, so daß die Biegebeanspruchung und die
resultierende innere Wärmeerzeugung wirksam reduziert sind.
Als ein weiterer Vorteil reduziert die verminderte
Gummidicke mehr noch die Wärmeerzeugung und die
Wärmespeicherung in der Gummischicht selbst. Daher wird ein
Wulstschaden durch die Erfindung wirksam verhindert.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nun lediglich beispielhaft anhand der beigefügten
Zeichnungen ausführlich beschrieben, in welchen:
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Figur 1 eine Querschnittsansicht ist, die eine
Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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Figur 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht
ist, die deren Wulstabschnitt zeigt,
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Figur 3 ein Diagramm ist, das eine Beziehung
zwischen dem F1/X-Verhältnis und
Wärmeerzeugung zeigt,
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Figur 4 ein Diagramm ist, das die
Biegeverformung eines Wulstabschnitts erläutert,
und
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Figur 5 ein Diagramm ist, das die Beziehung
zwischen Wulstverformung (h0-h1) und
Wulsttemperatur zeigt.
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Nach den Figuren 1 und 2 stellt ein Reifen 1 der
vorliegenden Erfindung einen Flugzeugradialreifen der Größe
46X17R20 dar, der auf seiner regulären Felge R
angebracht und auf seinen Normaldruck aufgepumpt ist.
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Der Reifen besitzt ein Paar von Wulstabschnitten 3,
eine Seitenwand, die sich radial von jedem
Wulstabschnitt nach außen erstreckt, und eine Lauffläche, die
sich zwischen den radial äußeren Rändern der
Seitenwände erstreckt.
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Der Reifen umfaßt ein Paar von Wulstkernen 2, von denen
einer in jedem Wulstabschnitt 3 angeordnet ist, eine
Karkasse 7 mit einer Vielzahl von Kordlagen, die sich
zwischen den Wulstabschnitten 3 erstrecken und um jeden
Wulstkern 2 herum umgeschlagen sind, und eine
Gürtelschicht 10, die zwischen der Karkasse und einer
Gummilauffläche 5 angeordnet ist.
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Die Karkassenkorde in jeder Lage sind radial zum Reifen
unter einem Winkel von 70 bis 90 Grad in bezug auf den
Reifenäguator angeordnet, und in diesem Fall besteht
die Karkasse 7 aus zwei Schichten, einer inneren
Schicht 7A und einer äußeren Schicht 7B. Die innere 7A
ist aus mehreren Lagen 7a (in diesem Beispiel vier
Lagen) zusammengesetzt, die um die Wulstkerne 2 herum
von der axialen Innenseite zu deren Außenseite
umgeschlagen sind. Die äußere Schicht 7B ist aus mehreren
Lagen 7b (in diesem Beispiel zwei Lagen)
zusammengesetzt, die um die Wulstkerne 2 umgekehrt von der
axialen Außenseite zu deren Innenseite umgeschlagen sind,
um den umgeschlagenen Teil der inneren Schicht 7A darin
einzuwickeln.
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Somit ist jede Karkassenlage 7a axial außerhalb ihres
torusförmigen Hauptabschnitts 70 mit zwei
umgeschlagenen Abschnitten 71 versehen, und ebenfalls ist jede
Karkassenlage 7b axial innerhalb ihres torusförmigen
Hauptabschnitts 73 mit zwei umgekehrt umgeschlagenen
Abschnitten 74 versehen. In bezug auf den Reifenäquator
sind die Karkassenlagen alternierend in die radiale
Richtung des Reifens geneigt, so daß benachbarte Lagen
einander überkreuzen.
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Für die inneren und äußeren Karkassenlagen 7a und 7b
werden in diesem Beispiel organische Faserkorde
verwendet, und für den organischen Faserkord kann Kunstseide,
Polyester, Vinylon, Nylon, aromatisches Polyamid oder
dergleichen verwendet werden.
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Die oben erwähnte Gürtelschicht 10 ist aus mehreren
Lagen 10a von Korden zusammengesetzt, acht Lagen in
diesem Beispiel.
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Eine Schnittzwischenlagenschicht 14 ist zwischen der
Karkasse 7 und der oben erwähnten Gürtelschicht 10 in
Kontakt mit der Gürtelschicht angeordnet. Die
Schnittzwischenlagenschicht 14 ist aus mehreren Lagen 14a von
Korden zusammengesetzt, zwei Lagen in diesem Beispiel.
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Die Schnittzwischenlage 14 wird im
Laufflächenkronenbereich 20 mit der Karkasse in Kontakt gehalten, aber
außerhalb dieses Bereichs ist die Schicht auf ihre
Ränder zu allmählich von der Karkasse beabstandet, und
die Ränder enden in solchen Positionen, daß deren
axiale Breite im Bereich von 65 bis 85%, vorzugsweise
70 bis 78%, der Reifenguerschnittsbreite W liegt.
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Die Ränder der Gürtelschicht 10 sind axial nach außen
über die Ränder der Schnittzwischenlagenschicht hinaus
ausgedehnt, und die Lagenränder sind schräg, jedoch
parallel zur Reifenaußenoberfläche ausgerichtet. Die
Gürtelbreite liegt im Bereich von 70 bis 85% der
Reifen-Maximalguerschnittsbreite W, und der minimale
Abstand L1 vom Gürtelrand zur Reifenaußenoberfläche liegt
im Bereich von 3 bis 15 mm.
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Die Korde der Gürtellagen 10a sind elastische Korde
hoher Dehnbarkeit, und sind unter 0 bis 20 Grad zum
Reifenäquator gelegt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der
Gummischicht auf der Außenseite der Karkasse 7 auf eine
spezielle Weise so eingestellt, daß das Verhältnis F1/X
der Gummidicke F1 am Punkt Q auf der
Reifenaußenoberfläche im Wulstbereich zum axialen Abstand X des
innersten Endes des Wulstkerns vom Wulstfersenpunkt P nicht
mehr als 0.20 aber mehr als 0 beträgt, wobei die
Gummidicke F1 vom Punkt Q zur Außenseite der Karkasse
senkrecht zur Außenseite der Karkasse gemessen wird, der
Punkt Q radial nach außen vom Reifen um einen Abstand L
von einem Wulstfersenpunkt P beabstandet ist, der
Abstand L das 0.2-fache der Querschnittshöhe H des
Reifens beträgt, wenn dieser auf seinen normalen Druck
aufgepumpt ist, und der Wulstfersenpunkt P als ein
imaginärer Schnittpunkt zwischen Erweiterungen der
Wulstbodenfläche 3b, die sich mit dem Wulstsitz Rb der Felge R in
Kontakt befindet, und der Wulstseitenfläche 3a
definiert ist, die sich mit dem Flansch Ra der Felge R in
Kontakt befindet, wie in Figur 2 gezeigt.
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Dieser Wert wurde durch verschiedene, von den Erfindern
durchgeführte Tests bestätigt. Sie fanden heraus, daß
durch Vermindern der Gummidicke F1 am Punkt Q das
Karkassenprofil in einem Bereich um den Punkt Q herum so
optimiert war, um die Höhe des Biegepunkts in
überhängender Bewegung der aufgepumpten Karkasse zu
vermindern.
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Sie fanden außerdem heraus, daß, falls der Abstand X zu
klein war, ein sich axial außerhalb des Wulstkerns
befindender Abschnitt 71 der Karkasse stärker parallel
zur radialen Richtung ausgerichtet war, und
infolgedessen die Höhe des oben erwähnten Biegepunkts erhöht war.
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Vorzugsweise sollte das Verhältnis F1/X auf den Bereich
von nicht weniger als 0.12 und nicht mehr als 0.18
begrenzt sein.
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Durch Vermindern des F1/X-Verhältnisses in den oben
erwähnten spezifischen Bereich hinein wird das Ausmaß der
Wulstverformung auf etwa 15% der Reifenquerschnittshöhe
H vermindert, während dies im Stand der Technik 20-23%
sind.
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Die Abnahme in der Wulstverformung (h0-h1) kann eine
Beanspruchung aufgrund von Biegen und die resultierende
Wärmeerzeugung aufgrund von Verformung vermindern, und
eine Wulstbeschädigung kann beträchtlich reduziert
werden in Zusammenwirkung mit dem Effekt der verringerten
Gummidicke F1, um Verformung und Wärmeerzeugung und
Ansammlung von Wärme in der Reifengummischicht zu
vermindern.
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In dieser Ausführungsform wird weiter das Verhältnis
F2/X der gesamten Dicke F2 des Reifens am Punkt Q,
einschließlich der Dicke der Karkasse und der inneren Lage
und dergleichen, zum oben erwähnten Abstand X auf den
Bereich von nicht mehr als 0.60 und natürlich mehr als
0 begrenzt, bevorzugter liegt es in einem schmalen
Bereich von nicht weniger als 0.45 und nicht mehr als
0.58, wobei die Gummidicke F2 senkrecht zur Außenseite
der Karkasse vom Punkt Q gemessen wird, wodurch die
Wulstwärmeerzeugung weiter vermindert wird.
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Testreifen der Größe 46X17R20 für Flugzeuge von
Jumbogröße mit dem in Figur 1 gezeigten Reifenaufbau und den
in Tabelle 1 angegebenen Spezifikationen wurden
vorbereitet und Vergleichstests unterworfen, die 50
Hochgeschwindigkeitsstarttests gemäß der Methode umfaßte,
die durch die Technical Standard Order TS0-C62c der
Federal Aviation Administration in den USA spezifiziert
ist. Die gemessenen Wulsttemperaturen sind als
Wärmeerzeugungsindizes in Figur 3 gezeigt.
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Figur 3 zeigt, daß die Wulsttemperaturen der
Arbeitsbeispielreifen bemerkenswert durch das spezifisch
begrenzte F1/X-Verhältnis vermindert waren, im Vergleich
mit denjenigen der Referenzreifen, und solche
Verbesserungen wurden durch weiteres Begrenzen des
F2/X-Verhältnisses innerhalb des spezifischen Bereiches gesteigert.
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Wie oben beschrieben, ist im
Hochgeschwindigkeits-Schwereinsatzreifen der vorliegenden Erfindung das
Verhältnis F1/X der Gummidicke F1 am Punkt Q zum
Wulstkernabstand
X auf nicht mehr als 0.20 gesetzt.
Infolgedessen sind Wulstverformung und Wärmeerzeugung wirksam
reduziert, ohne die Laufleistung aufzugeben, und weiter
ist die Möglichkeit des Auftretens von
Wulstbeschädigung beträchtlich reduziert. Solche Effekte werden
durch Verändern der Gummidicke und der Wulstkernlage
ohne Verändern des Reifeninnenaufbaus oder der
Bauweisen der Verstärkungsschichten erhalten.