DE69211296T2 - Selbsttragender Luftreifen für Kraftfahrzeugräder mit in die Seitenwände eingearbeiteten elastischen Trageinsätzen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen selbsttragenden Reifen für Kraftfahrzeugräder, der in seinen Seitenwänden elastische Trageinsätze und einen Aufbau mit einer Karkasse, mit einem Laufflächenband, das scheitelförmig auf der Karkasse angeordnet ist, und einen in Umfangsrichtung nicht dehnbaren ringförmigen Gurtaufbau aufweist, der so über der Karkasse liegt, daß ein Ring an einer radial inneren Stelle am Laufflächenband ausgebildet wird, wobei ein Paar von in Umfangsrichtung nicht dehnbaren Verstärkungsringen, von denen jeder in einen Wulst eingesetzt ist, der längs eines inneren Umfangsrandes eines Reifens gebildet wird, ein Paar von elastomeren Füllelementen, von denen sich jedes längs eines äußeren Umfangsrandes eines der Verstärkungsringe erstreckt und sich von der Reifenachse weg verjüngt, wenigstens eine Karkassenlage, deren Ränder um die Verstärkungsringe und die elastomeren Füllelemente herum zurückgefaltet sind, und wenigstens ein Paar von ringförmigen elastischen Trageinsätzen mit Linsenform im Schhitt vorgesehen sind, die aus einem elastomeren Material hergestellt sind und von denen jeder auf die Karkassenlage gegen den inneren Teil einer der Reifenseitenwände aufgebracht ist und sich radial zwischen einem der Wulste und dem entsprechenden Rand des Gurtaufbaus erstreckt.
• Es gibt bekanntlich Kraftfahrzeugreifen, die mit einer selbsttragenden Karkasse versehen sind, welche in der Lage ist, die vertikalen Belastungen und auf den Reifen übertragene Rutschdrucke auszuhalten, auch wenn sie sich in einem Zustand befindet, in dem die Luft vollständig abgelassen ist. Dadurch ist im Falle einer Durchbohrung von einem oder mehreren Reifen das Kraftfahrzeug noch in der Lage, über ziemlich große Entfernungen zu fahren, auch mit relativ hohen Geschwindigkeiten, ohne daß wesentliche Verringerungen hinsichtlich Straßenhaftung und Fahrkomfort auftreten.
• Bei einer bekannten selbsttragenden Karkasse ist im wesentlichen dafür gesorgt, daß ein ringförmiger Trageinsatz mit Linsenform im Schnitt und einem elastomeren Material jeder der Reifenseitenwände zugeordnet ist, wobei der Einsatz auf die Karkassenlage oder Karkassenlagen aufgebracht ist, die bekanntlich in dem Reifen selbst vorgesehen sind. Liese Einsätze haben eine relativ große Dicke und einen relativ hohen Elastizitätsmodul und lassen sich so biegen, daß sie eine ausreichende elastische Reaktion auf die vertikalen Belastungen und horizontalen Rutschdrucke aufweisen, die auf den Reifen im Zustand ohne Luft übertragen werden.
• Um elastomere Einsätze mit geringerer Dicke und niedrigerem Elastizitätsmodul verwenden zu können und um den Fahrkomfort zu verbessern und die Wärmeerzeugung in dem Reifen zu verringern, ist bei einer anderen bekannten selbsttragenden Karkasse jede der Reifenseitenwände mit zwei ringförmigen elastomeren Trageinsätzen versehen, die bezüglich einander Seite an Seite angeordnet sind und von denen wenigstens einer zwischen zwei Karkassenlagen angeordnet ist.
• Die Anmelderin hat vor kurzer Zeit eine andere Art einer selbsttragenden Karkasse analysiert und hergestellt, die in der europäischen Patentanmeldung EP-495 375 beschrieben ist und in der für jede Reifenseitenwand ein ringförmiger elastischer Trageinsatz vorgesehen ist, der einwärts von der Seitenwand gegen eine erste Karkassenlage angeordnet ist. Mit diesem elastischen Trageinsatz ist ein Paar von ringförmigen Verstärkungseinsätzen kombiniert, die im wesentlichen in radialer fluchtender Ausrichtungsbeziehung zwischen der ersten Karkassenlage und einer zweiten Karkassenlage angeordnet sind, die auf die Oberseite der ersten Lage gelegt ist. Die verstärkenden Einsätze sind aufeinanderfolgend miteinander an einer Verbindungsstelle verbunden, die sich auf der Höhe des maximalen Dickenbereichs des Trageinsatzes befindet und im wesentlichen mit dem Punkt der maximalen Bogensehne des Reifens zusammenfällt.
• Während des Reifeneinsatzes wird der elastische Trageinsatz bei Vorhandensein von Biegespannungen verformt, um dem gegenseitigen Annähern der Verstärkungseinsätze elastisch entgegenzuwirken, die sich im wesentlichen wie steife Arme verhalten, welche gegenseitig an ihren Verbindungspunkten scharnierartig befestigt sind.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß, wenn der elastische Trageinsatz mit einem im wesentlichen steifen Kern versehen wird, der wenigstens den Punkt der maximalen Bogensehne des Reifens einnimmt und genauer den Bereich, in denen kompressive Verformungen stark konzentriert sind, eine wesentliche Steigerung des Karkassenhubs bei Reifenzuständen ohne Luft erreicht wird, obwohl sehr weiche Materialien zur Herstellung des restlichen Teils des Trageinsatzes eingesetzt werden, wodurch der Fahrkomfort unter jeder Einsatzbedingung stark verbessert wird.
• Die EP-A-0 005 399, auf der der Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 basiert, offenbart einen Reifen mit einem elastischen Einsatz, der von zwei Seite an Seite angeordneten Abschnitten gebildet wird, von denen der axial innere Abschnitt sich vom dem Wulst zum entsprechenden Seitenrand des Gurts und darüber erstreckt, während der axial äußere Abschnitt sich von dem Wulstkern zum Bereich maximaler Breite des Reifens und darüber erstreckt, wobei zwischen den zugewandten Abschnitten eine beträchtliche Überlappung vorliegt.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen selbsttragenden Reifen der obigen Art, der sich dadurch auszeichnet, daß jeder der ringförmigen elastischen Trageinsätze einen Gegenkern mit im Schnitt im wesentlichen linsenförmiger Gestalt, der den äußeren Endabschnitt des elastischen Einsatzes bildet, der teilweise in einem Bereich maximaler axialer Breite des Einsatzes angeordnet ist, wobei der Gegenkern sich im wesentlichen von dem maximalen Breitenbereich des Reifens zu dem einen Seitenrand des Gurtaufbaus erstreckt und eine axiale, nach außen weisende Widerlagerseite mit konvexem Profil hat, die der Karkassenlage zugewandt ist und teilweise in Kontakt damit steht, und eine elastisch verformbare Abdeckung aufweist, welche den inneren Endabschnitt des elastischen Einsatzes bildet, der mit dem Gegenkern wenigstens teilweise an seiner konvexen Widerlagerseite in Berührung steht, wobei die Abdeckung sich im wesentlichen von dem Wulstkern zu höchstens dem maximalen Breitenbereich des Reifens erstreckt und einen dynamischen Modul hat, der niedriger ist als ein dynamischer Modul des Gegenkerns.
• Gemäß einem weiteren Aspekt hat der Reifen der Erfindung eine Karkasse, bei der in jeder Reifenseitenwand ein erster und ein zweiter ringförmiger Verstärkungseinsatz aus elastomerem Material vorgesehen ist, der zwischen der ersten Karkassenlage und einer zweiten, auf der ersten Karkassenlage angeordneten Karkassenlage eingesetzt ist, wobei der erste und der zweite Verstärkungseinsatz einen im wesentlichen linsenförmigen Querschnitt haben, der zu den Enden hin dünner wird, und gegenseitig an einer Verbindungsstelle zusammengeschlossen sind, die sich im wesentlichen auf der Höhe des Bereichs maximaler Dicke des elastischen Trageinsatzes befindet.
• Bei einer Ausführungsform bildet der Gegenkern einen radial äußeren Endabschnitt des elastischen Trageinsatzes. Detaillierter erstreckt sich der Gegenkern im wesentlichen von dem Bereich maximaler Hogensehne, die der Reifen im Zustand ohne Luft hat, in die Nähe des Seitenrandes des Gurtaufbaus. In diesem Bereich maximaler Bogensehne hat der Gegenkern seinen maximalen dicken Bereich.
• Bei dieser einen Ausführungsform deckt die Abdeckung die Widerlagerseite des Gegenkerns von seinem radial inneren Ende bis in die Nähe des Bereichs maximaler Dicke des Kerns selbst, wobei der restliche Teil der Widerlagerseite gegen die Karkassenlage anliegt.
• Bei einer zweiten Ausführungsform ist der Gegenkern im wesentlichen an dem Punkt maximaler Breite des Reifens vollständig angeordnet, und die Abdeckung deckt die Widerlagerseite vollständig ab und bildet sowohl den inneren als auch den äußeren Endabschnitt des elastischen Trageinsatzes. In diesem Fall hat die Abdeckung an dem Gegenkern vorzugsweise eine minimale Dicke, die kleiner als 2,5 mm ist.
• Der Gegenkern, der fakultativ aus einem elastomeren Material hergestellt werden kann, das Verstärkungsfasern einschließt, hat vorzugsweise einen dynamischen Modul zwischen 8 und 12 Megapascal (MPa) und einen geringen Hystereseverlust (tan δ kleiner als 0,1).
• Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung beträgt die Querschnittsflächenerstreckung des Gegenkerns zwischen 30% und 60% der Gesamtquerschnittsflächenerstreckung des elastischen Trageinsatzes.
• Vorzugsweise wird auch dafür Sorge getragen, daß der Gegenkern eine maximale radiale Erstreckung zwischen 1/4 und 3/4 der gesamten radialen Erstreckung des elastischen Trageinsatzes hat.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt der dynamische Modul der Abdeckung vorzugsweise zwischen 2 und 6 MPa.
• Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der ins einzelne gehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen eines selbsttragenden Reifens für Fahrzeugräder mit elastischen Trageinsätzen in den Seitenwänden gemäß der vorliegenden Erfindung ersichtlich, wie nachstehend als nicht begrenzendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen aufgeführt wird, in denen
• Fig. 1 das in der Äquatorialebene unterbrochene Querschnittsprofil einer Ausführungsform eines gemäß der Erfindung hergestellten Reifens in einem normal aufgepumpten Zustand zeigt,
• Fig. 2 eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Reifenprofils im Plattfahrzustand ist,
• Fig. 3 das in der Äquatorialebene unterbrochene Querschnittsprofil einer zweiten Ausführungsform eines Reifens der Erfindung in einem normal aufgepumpten Zustand zeigt, und
• Fig. 4 eine Schnittansicht des in Fig. 3 gezeigten Reifenprofils in einem Plattfahrzustand ist.
• In den Zeichnungen ist ein selbsttragender Reifen für Kraftfahrzeuge mit elastischen Trageinsätzen in den Seitenwänden gemäß der vorliegenden Erfindung insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehen.
• Der Reifen 1 hat eine Karkasse 2, vorzugsweise in Radialbauweise, um die in bekannter Weise ein Laufflächenband 3 in Form eines Rings und in der Anordnung für das Aufliegen auf einer Straße 4, ein Gurtaufbau 12, der bezüglich der Karkasse scheitelförmig angeordnet ist, und zwei Seitenwände 5 (von denen nur eine gezeigt ist) ausgebildet sind, die sich in einer im wesentlichen radialen Richtung von den gegenüberliegenden Rändern des Laufflächenbandes 3 aus erstrecken und in zwei Wulsten 6 (von denen nur einer gezeigt ist) enden, die längs der inneren Umfangsränder des Reifens 1 ausgebildet sind. An den Wulsten 6 steht der Reifen 1 mit einer Montagefelge 7 in Eingriff und bildet so ein Rad für ein Kraftfahrzeug.
• Die Karkasse 2 hat in herkömmlicher Weise ein Paar von in Umfangsrichtung nicht dehnbaren verstärkenden Ringen 8, auf die gewöhnlich als "Wulstkerne" Bezug genommen wird, von denen jeder längs seines äußeren Umfangsrandes ein elastomeres Füllelement 9 trägt, das sich von der Reifenachse weg verjüngt. Die verstärkenden Ringe 8, von denen jeder in einen der Wulste 6 eingesetzt ist, geben den Wulsten die notwendige Steifigkeit, um zu gewährleisten, daß die Montagefelge 7 den Reifen 1 in der besten Weise hält.
• Zusätzlich hat die Karkasse 2 wenigstens eine Karkassenlage 10, die sich längs des gesamten Reifenquerschnitts erstreckt und die mit ihren gegenüberliegenden Rändern um die jeweiligen Verstärkungsringe 8 zurückgefaltet ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist auch eine zweite Karkassenlage 11 vorgesehen, die auf der ersten Karkassenlage 10 angeordnet ist und die ebenfalls mit ihren Rändern um die jeweiligen Wulstkerne 8 zurückgefaltet ist.
• Der in Umfangsrichtung nicht dehnbare Gurtaufbau hat ebenfalls in bekannter Weise ein oder mehrere Gurtbänder 12a, 12b, die wie ein Ring auf die Karkassenlagen 10, 12 aufgelegt sind.
• Zur Verdeutlichung sind in den beiliegenden Zeichnungen die verschiedenen Karkassenlagen 10, 11 und Gurtbänder 12a, 12b nur durch schwarze ausgezogene Linien dargestellt, die voneinander beabstandet sind. Tatsächlich sind die Lagen in gegenseitigem Kontakt aufeinandergelegt, mit Ausnahme der Seitenwände 5, was nachstehend näher erläutert wird.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Reifen 1 weiterhin an jeder Seitenwand 5 wenigstens einen ringförmigen elastischen Trageinsatz 13, der an der ersten Karkassenlage 10 an einer axial inneren Position bezüglich des Reifens 1 angelegt ist. Der elastische Trageinsatz 13 erstreckt sich radial zwischen dem entsprechenden Wulst 6 und dem entsprechenden Rand des Gurtbandes 12 und folgt einem im wesentlichen linsenförmigen Profil im Schnitt. Im einzelnen hat der elastische Trageinsatz 13 einen Mittelbereich maximaler Dicke 13a, der im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie der Punkt mit maximaler Bogensehne, d.h. der Punkt mit Maximalbreite des Reifens 1, angeordnet ist. Insbesondere ist dieser Bereich mit maximaler Dicke an dem Punkt maximaler Bogensehne genommen bei dem Reifen 1 unter Durchbiegungsbedingungen bei Fehlen des Aufpumpdrucks positioniert. Von diesem Bereich 13a maximaler Dicke gehen in im wesentlichen Radialrichtung ein innerer Endabschnitt 13b, der sich zu dem Füllelement 9 wesentlich verjüngt, und ein äußerer Endabschnitt 13c aus, der sich zu dem Seitenrand des Gurtbandes 12 wesentlich verjüngt.
• Selbständig erfinderisch hat der elastische Trageinsatz 13 einen Gegenkern 14 mit einem im wesentlichen linsenförmigen Querschnitt, der wenigstens teilweise den Bereich 13a maximaler Dicke einnimmt und eine Widerlagerseite 14a mit einem konvexen Profil hat, die den Karkassenlagen 10, 11 zugewandt ist. Mit dem Gegenkern 14 ist eine elastisch verformbare Abdeckung kombiniert, die den Gegenkern auf wenigstens einem Teil seiner Widerlagerseite 14a abdeckt.
• Der Gegenkern 14 ist aus einem elastomeren Material hergestellt, das einen hohen dynamischen Modul von höher als 6 MPa und vorzugsweise zwischen 8 und 16 MPa hat. Der Gegenkern hat auch einen niedrigen Hystereseverlust (tan δ kleiner als 0,1).
• Es ist anzugeben, daß alle Werte bezüglich des dynamischen Moduls und des Hystereseverlustes (tan δ), die in der vorliegenden Beschreibung zitiert werden, als an einem Teststück aus elastomeren Material mit zylindrischer Form (14 mm Durchmesser, 25 mm Länge) gemessen gelten, was mit einer axialen Biegung von 20% vorbelastet ist und einer zyklischen sinusförmigen Verformung mit einer Breite von ± 7,5% und einer Frequenz von 100 Hz unterworfen ist, wobei die Temperatur 100ºC beträgt.
• Die Messungen werden an dem in einen Ofen eingebrachten Teststück ausgeführt, um so eine konstante Temperatur während des Tests und nach einer Konditionierungszeit zu gewährleisten, die 100 Zyklen der sinusförmigen Verformung entspricht.
• Um dem Gegenkern 14 einen dynamischen Modul zu geben, der hoch genug ist, können zweckmäßigerweise fakultativ in das für die Herstellung des Kerns verwendete elastomere Material Verstärkungsfasern, wie Aramid, Nylon oder dergleichen, eingeschlossen werden.
• Die Abdeckung 15 ist ihrerseits aus einem elastomeren Material hergestellt, das einen dynamischen Modul hat, der vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 und 6 MPa liegt und in allen Fällen niedriger als der dynamische Modul des Gegenkerns 14 ist.
• Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten bevorzugten Lösung erstreckt sich der Gegenkern 14 im wesentlichen von dem Bereich maximaler Breite des Reifens 1 zu einem Seitenrand des Gurtaufbaus 2, wodurch der äußere Endabschnitt 13c des elastomeren Trageinsatzes 13 gebildet wird. Vorzugsweise fällt der Bereich maximaler Dicke des Kerns 14 mit dem Bereich maximaler Dicke des elastischen Trageinsatzes 13 zusammen und ist in allen Fällen im wesentlichen deckend mit dem Bereich der maximalen Bogensehne positioniert, den der Reifen 1 in Zuständen ohne Luft hat.
• Gemäß Fig. 1 und 2 bildet die Abdeckung 15 den inneren Endabschnitt 13b des Einsatzes 13 und bedeckt die Widerlagerseite 14a des Gegenkerns 14, wobei sie an dem radial inneren Ende des Kerns beginnt und so weit wie dessen Punkt maximaler Dicke geht. Der restliche Teil der Widerlagerseite 14a, der von der Abdeckung 15 nicht abgedeckt ist, liegt direkt an der ersten Karkassenlage 10 an.
• Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist ein kleinerer Gegenkern 14 als der obige vorgesehen, der sich am Bereich 13a maximaler Dicke des Einsatzes 13 befindet. In diesem Fall deckt die Abdeckung 15 den Kern 14 über der ganzen Erstreckung der Widerlagerseite 14a ab und bildet sowohl den inneren Endabschnitt 13b als auch den äußeren Endabschnitt 13c des Einsatzes 13.
• Wie aus Fig. 3 und 4 zu ersehen ist, wird die Abdeckung 15 aufgrund des Vorhandenseins des Kerns selbst an dem Bereich 13a maximaler Dicke des elastischen Trageinsatzes 13 als Ganzes genommen merklich dünner. In diesem Fall sollte die Abdeckung 15 an dem Bereich 13a maximaler Dicke des elastischen Trageinsatzes vorzugsweise eine minimale Dicke zwischen 1 und 2,5 mm haben, um so den Gegenkern von der Karkassenlage 10 in geeigneter Weise zu isolieren. Es ist jedoch auch möglich, daß die Widerlagerseite 14a des Kerns 14 sich in die Abdeckung 15 so weit erstreckt, wie sie die erste Karkassenlage 10 berührt.
• Es ist zu vermerken, daß die Abmessungsverhältnisse zwischen dem Gegenkern 14 und der Abdeckung 15 sowie die Werte der jeweiligen Moduli sich auch in großem Ausmaß ändern können, was von den Betriebseigenschaften abhängt, die der Reifen 1 haben soll.
• Als Regel kann angegeben werden, daß der Gesamtquerschnitt des elastischen Trageinsatzes 13 gleich ist, wobei eine Größenzunahme des Gegenkerns 14 im Schnitt in etwa eine Zunahme in der Hub- und Richtungsstetigkeit unter Plattfahrbedingungen bringt. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform, in der sich der Gegenkern 14 soweit wie der Gurtaufbaurand erstreckt, speziell für eine ausgezeichnete Leistung im Hinblick auf Richtungsstetigkeit, Widerstand gegen Schiebedrucke und Hub unter Plattfahrbedingungen geeignet ist.
• Im Gegensatz dazu tendiert eine Größenverringerung des Gegenkernquerschnitts, den Fahrkomfort zu verbessern. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die in Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform besonders für einen ausgezeichneten Fahrkomfort unter normalen Fahrbedingungen geeignet ist, d.h. wenn der Reifen auf den Normaldruck aufgepumpt ist.
• Als Hinweis ist zu vermerken, daß, wenn der Reifen 1 für normale Straßenfahrzeuge verwendet wird, der Querschnitt des Gegenkerns 14 vorzugsweise im Bereich von 30% bis 60% des Gesamtquerschnitts des elastischen Trageinsatzes 13 liegen sollte. Wenn der Reifen 1 unter normalen Aufpumpbedingungen eingesetzt wird, sollte außerdem als bevorzugte Lösung die maximale radiale Erstreckung des Gegenkerns 14 zwischen 1/4 und 3/4 der gesamten radialen Erstreckung des elastischen Trageinsatzes 13 liegen.
• Bei beiden der oben beschriebenen Lösungen sind ein erster und ein zweiter ringförmiger Verstärkungseinsatz 16, 17 vorgesehen, die zwischen der ersten und zweiten Karkassenlage 10, 11 an jeder der Reifenseitenwände 5 angeordnet sind. Sie haben im Schnitt eine im wesentlichen linsenförmige Gestalt und werden zu den Enden dünner. Diese verstärkenden Einsätze 16, 17 bewegen sich in aufeinanderfolgender Ausrichtung radial von der Reifenachse weg und sind miteinander an einem Verbindungspunkt 18 verbunden, der im wesentlichen angrenzend an den Mittelbereich 13a maximaler Dicke des elastischen Trageinsatzes 13 positioniert ist.
• D.h. im einzelnen, daß der erste ringförmige verstärkende Einsatz 16 mit seinem jeweiligen Mittelabschnitt 16a in einer Beziehung Seite an Seite zu dem inneren Endabschnitt 13b des elastischen Trageinsatzes 13 im wesentlichen auf der Höhe des Endrandes 9a des entsprechenden Füllelements 9 angeordnet ist. Ausgehend von diesem Mittelabschnitt 16a erstreckt sich ein radial innerer Abschnitt 16b längs des Füllelements 9 und verjüngt sich zum verstärkenden Ring 8 wesentlich, sowie ein radial äußerer Abschnitt 16c, der weg von dem Füllelement dünner wird und sich in der Nähe des Verbindungspunktes 18 verjüngt.
• Dieser zweite ringförmige verstärkende Einsatz 17 hat seinerseits einen Mittelabschnitt 17a, der in einer Beziehung Seite an Seite zu dem äußeren Endabschnitt 13c des elastomeren Trageinsatzes 13 an dem Verbindungsbereich, auf den gewöhnlich als "Stütze" Bezug genommen wird und der mit 5a bezeichnet ist, zwischen dem Laufflächenband 3 und der entsprechenden Seitenwand 5 angeordnet ist. Von dem Mittelabschnitt 17a des zweiten verstärkenden Einsatzes 17 gehen ein radial innerer Abschnitt 17b, der sich zu dem Füllelement 9 bis zum Verbindungspunkt 18 verjüngt, sowie ein radial äußerer Abschnitt 17c aus, der sich zur Unterseite eines entsprechenden Randes des Gurtaufbaus 12 hin verjüngt.
• Die verstärkenden Einsätze 16, 17 sind aus einem elastomeren Material hergestellt, das einen dynamischen Modul, vorzugsweise im Bereich zwischen 4 und 6 MPa hat, und der auf alle Fälle größer ist als der dynamische Modul der Abdeckung 15, die zu dem elastischen Trageinsatz 13 gehört.
• Die Abmessungseigenschaften der verstärkenden Einsätze 16, 17 sowie die des elastischen Trageinsatzes 13 können abhängig von der Art des Fahrzeugs, für das der Reifen 1 eingesetzt werden soll, und von den Betriebseigenschaften, die der Reifen besitzen muß, variieren.
• Als Regel wird die Dicke der verstärkenden Einsätze 16, 17 und des elastischen Trageinsatzes 13 verringert, wenn der Reifen 1 bei Fahrzeugen mit geringem Gewicht eingesetzt werden soll und/oder um anstelle der Karkassenlebensdauer unter Plattfahrbedingungen die Karkassenfestigkeit bei Hochgeschwindigkeiten zu erhöhen. Als Hinweis dient, daß, wenn der Reifen 1 in Normalfahrzeugen verwendet werden soll, die Dicke des ersten Verstärkungseinsatzes 16 zweckmäßigerweise zwischen 2,5 mm und 7 mm in dem Mittelbereich 16a liegen sollte, während die Dicke des zweiten Verstärkungseinsatzes 17, wobei auf seinen Mittelbereich 17a Bezug genommen ist, vorzugsweise zwischen 2,5 mm und 5 mm liegen muß. Der elastische Trageinsatz 13 hat seinerseits vorzugsweise eine Gesamtdicke im Bereich von 5 mm bis 15 mm an seinem Bereich 13a maximaler Dicke.
• Außerdem sollte die Dicke des ersten und zweiten Verstärkungseinsatzes 16, 17 an der Stelle 18 der gegenseitigen Verbindung vorzugsweise kleiner als 3,5 mm sein.
• Es soll auch erwähnt werden, daß, wenn der Reifen 1 ein schlauchloser Reifen ist, die gesamte Innenfläche der Karkasse 2 mit einer luftdicht abdichtenden Schicht 19 aus einem elastomeren Material auf der Basis beispielsweise einer Butylmischung beschichtet wird.
• Der Reifen der oben beschriebenen Erfindung hat hauptsächlich in bezug auf seinen Aufbau das folgende Betriebsverhalten, wobei auf die kompliziertere Ausführung Bezug genommen wird, die mit zwei Karkassenlagen 10 und 11 versehen ist.
• Zunächst ist festzustellen, daß insbesondere dann, wenn der Reifen sich im Zustand ohne Luft befindet, der erste und zweite Verstärkungseinsatz 16, 17, die zwischen der ersten und zweiten Karkassenlage 10, 11 eingeschlossen sind, sich im wesentlichen wie zwei Scharnierarme verhalten, die für ein Schwenken zueinander an der Verbindungsstelle 18 ausgelegt sind, um die Verformungen der Seitenwand 5 in Radialrichtung zu unterstützen. Inzwischen reagieren sie elastisch und verhalten sich im wesentlichen wie entgegengebogene Blattfedern, um so Verformungen der Seitenwand 5 zu unterbinden, die sich aus Driftschüben ergeben, die parallel zur Reifenachse ausgerichtet sind und bei einer Biegung während der Fahrt des Fahrzeugs eintreten.
• Der elastische Trageinsatz 13 verhält sich im wesentlichen wie eine Feder, die der Neigung des ersten und zweiten Verstärkungseinsatzes 16, 17 entgegenwirkt, sich nahe zueinander durch die Wirkung der Last zu bewegen, die auf dem Rad des Kraftfahrzeugs lastet, sowie durch mögliche Driftdrucke. Im Zusammenhang damit ist festzustellen, daß die an dem elastischen Trageinsatz 13 erzeugte Biegung so beschaffen ist, daß der Bereich 13a maximaler Dicke des Einsatzes sich axial zur Außenseite des Reifens 1 bewegen möchte, so daß vorteilhafterweise die Karkassenlagen 10, 11 gespannt bleiben. Dieses Spannen, dem andererseits durch das konsequente, an den Verstärkungseinsätzen 16, 17 erzeugte Biegen Widerstand entgegengesetzt wird, gewährleistet, daß keine lokalen kompressiven Spannungen an den Karkassenlagen 10, 11 auftreten, die für die Strukturintegrität des Reifens 1 recht gefährlich wären.
• Es ist anzumerken, daß das Lagenspannphänomen als Folge des an dem elastomeren Trageinsatz 13 erzeugten Biegens und die sich ergebende Verschiebung seines Bereichs maximaler Dicke auch bei einem Reifen auftreten, der eine einzige Karkassenlage hat, wo die günstigen Wirkungen dieses Phänomens ebenfalls vorhanden sind, jedoch in verringertem Ausmaß.
• Bei einem Normaleinsatz des Reifens 1 wird der auf das Rad wirkenden Last nahezu vollständig durch den Luftdruck in dem Reifen Widerstand entgegengesetzt. In diesem Fall ist, wie in Fig. 1 und 3 gezeigt ist, der elastische Trageinsatz 13 nur leicht gebogen, und die dynamischen Beanspruchungen während des Fahrens aufgrund des Vorhandenseins von Unebenheiten der Straße 4 werden wirksam durch die elastischen Verformungen aufgenommen, die an die Abdeckung 15 des elastischen Trageinsatzes 13 angelegt werden. Aufgrund des niedrigen dynamischen Moduls des elastomeren Materials, das die Abdeckung 15 bildet, werden die dynamischen Beanspruchungen vorteilhafterweise im wesentlichen aufgenommen, ohne daß Reaktionskräfte auf die Montagefelge 7 und damit auf den Aufbau des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
• Deshalb sind die Optimalbedingungen für eine bequeme Fahrt erreicht. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß unter den Bedingungen des normalen Aufpumpdrucks der Gegenkern 14 wenig von den dynamischen Beanspruchungen berührt wird und folglich Kräfte beträchtlicher Größe auf den Reifenaufbau nicht überträgt.
• Sollte gemäß Fig. 2 und 4 nun der Reifen 1 einem teilweisen oder vollständigen Verlust des Luftdrucks unterliegen, beispielsweise als Folge eines Lochs, wird den auf das Kraftfahrzeugrad übertragenen vertikalen Belastungen ausschließlich Widerstand durch die elastischen Reaktionen entgegengesetzt, die aus der Verformung der Seitenwände 5 resultieren.
• In diesem Fall kann der Gegenkern 14, der in jeder der Seitenwände 5 vorgesehen ist, aufgrund seines hohen dynamischen Moduls, ohne übermäßigen elastischen Verformungen zu unterliegen, alle kompressiven Drucke aushalten, die sich aus der starken elastischen Verformung auf die Abdeckung ergeben, die stark um ihren Kern gebogen wird.
• Da der Gegenkern 14 sich in dem jeweiligen elastischen Trageinsatz 13 gerade in dem Bereich befindet, in dem sich die stärksten kompressiven Kräfte konzentrieren, verhindert er als Folge, daß das elastomere Material, das die Abdeckung 15 bildet und einen niedrigen Modul hat, unter der Wirkung der Beanspruchungen zusammengedrückt wird.
• Das Vorhandensein des Gegenkerns 14 schützt auch die Überzugsschicht 19 vor Verschleiß und Überhitzung aufgrund von Reibungen, die an dem Punkt des Reifens mit maximaler Bogensehne auftreten, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wird, in das zur Herstellung der Abdeckschicht verwendete Material Schmiermittel oder andere Additive einzufügen, die seine Luftdichtigkeit beeinträchtigen könnten.
• Wie in Fig. 2 und 4 deutlich gezeigt ist, ist die äußere Abdeckung 15 im wesentlichen an den Bereichen verringerter Dicke unverformt, die sich nahe dem Gegenkern 14 befinden, während an dem radial inneren Endabschnitt 13b (Fig. 2) oder an den Endabschnitten 13b, 13c (Fig. 4) des elastischen Trageinsatzes 13 wesentliche Schwellungen vorhanden sind, also dort, wo die Abdeckung dem Innenteil des Reifens 1 zugewandt ist.
• Diese Situation führt zu einer ausgezeichneten Verteilung der kompressiven Kräfte im Abschnitt des elastischen Trageinsatzes 13, was im Gegensatz zum Verhalten von Reifen mit bekannter selbsttragender Karkasse steht, bei denen die kompressiven Kräfte an dem Punkt des Reifens mit maximaler Bogensehne konzentriert sind und lokale Überhitzungen erzeugen.
• Es ist ferner festzustellen, daß das Vorhandensein von Schwellungen an den Endabschnitten 13b, 13c des elastischen Trageinsatzes 13 ein Beweis dafür ist, daß in der Abdeckung 15 grundsätzlich Oberflächenspannkräfte vorhanden sind, d.h. Kräfte, die in der Lage sind, jede Gefahr einer Überhitzung aufgrund lokaler Reibungen in sich gegenseitig berührenden Oberflächen zu beseitigen.
• Verglichen mit dem Stand der Technik hat deshalb die Erfindung eine wesentliche Verbesserung der Verteilung der Kräfte in der Karkasse erreicht, wodurch sich eine längere Lebenszeit für den Reifen ergibt. Gleichzeitig führt die Verwendung von elastomerem Material mit niedrigem Modul für den elastischen Trageinsatz 13 anstelle von hochsteifem elastomeren Material, wie es notwendigerweise beim Stand der Technik erforderlich ist, zu einer wesentlichen Verbesserung im Fahrkomfort, ohne andererseits die Betriebs-Selbsttrageigenschaften des Reifens zu verringern.
• In diesem Zusammenhang haben die Ergebnisse von praktischen Versuchen, die den Reifen in der Ausführung der Lösungen, wie sie in Fig. 3 und 4 gezeigt sind, mit einem geometrisch identischen Reifen, der jedoch einen elastischen Trageinsatz in monolithischer Form hat, der entsprechend dem Stand der Technik hergestellt ist, gezeigt, daß der Reifen der Erfindung eine 10%ige Reduzierung in der vertikalen Steifigkeit und eine 50%ige Steigerung in der unter Plattfahrbedingungen bedeckten Distanz bietet.
• Insbesondere ist anzumerken, daß die Erfindung auch für eine Karkasse ohne Verstärkungseinsätze 16, 17 geeignet ist, die im Gegensatz dazu in der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sind.

Claims (12)

1. Selbsttragender Reifen (1) für Kraftfahrzeugräder, der in seinen Seitenwänden elastische Trageinsätze hat

- mit einer Karkasse (2), einem Laufflächenband (3), das auf einer radial äußeren Fläche der Karkasse (2) angeordnet ist, und einem in Umfangsrichtung nicht dehnbaren Gurtaufbau (12), der auf der Karkasse (2) und radial innerhalb des Laufflächenbandes (3) angeordnet ist, wobei die Karkasse (2) weiterhin

- ein Paar von in Umfangsrichtung nicht dehnbaren Wulstkernen (8), von denen jeder in einem Wulst (6) angeordnet ist, der längs eines inneren Umfangsrandes des Reifens (1) ausgebildet ist,

- ein Paar von elastomeren Füllelementen (9), von denen sich jedes längs eines äußeren Umfangsrandes eines der Wulstkerne (8) erstreckt und sich radial nach außen von dem jeweiligen Wulstkern aus verjüngt,

- wenigstens eine Karkassenlage (10), deren radiale innere Ränder um die Wulstkerne (8) und die elastomeren Füllelemente (9) herum zurückgefaltet sind, und

- wenigstens ein Paar von ringförmigen elastischen Trageinsätzen (13) mit im Schnitt Linsenform aufweist, die aus elastomerem Material hergestellt sind und von denen jeder an einer axial inneren Fläche einer der Reifenseitenwände (5) festgelegt ist und sich in einer radialen Richtung von einem der Wulstkerne (8) zu dem entsprechenden einen Seitenrand des Gurtaufbaus (12) erstreckt,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ringförmigen elastischen Trageinsätze

- einen Gegenkern (14) mit im Schnitt im wesentlichen linsenförmiger Gestalt, der den äußeren Endabschnitt des elastischen Einsatzes bildet, der teilweise in einem Bereich maximaler axialer Breite (13a) des Einsatzes angeordnet ist, wobei der Gegenkern (14) sich im wesentlichen von dem maximalen Breitenbereich (13a) des Reifens zu dem einen Seitenrand des Gurtaufbaus (12) erstreckt und eine axiale, nach außen weisende Widerlagerseite (14a) mit konvexem Profil hat, die der Karkassenlage (10) zugewandt ist und teilweise in Kontakt damit steht, und

- eine elastische verformbare Abdeckung (15) aufweist, welche den inneren Endabschnitt des elastischen Einsatzes bildet, der mit dem Gegenkern (14) wenigstens teilweise an seiner konvexen Widerlagerseite in Berührung steht, wobei die Abdeckung (15) sich im wesentlichen von dem Wulstkern (8) zu höchstens dem maximalen Breitenbereich des Reifens erstreckt und einen dynamischen Modul hat, der niedriger als ein dynamischer Modul des Gegenkerns (14) ist.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin in jeder Reifenseitenwand (5) einen ersten und einen zweiten ringförmigen Verstärkungseinsatz (16, 17) aus elastomerem Material aufweist, der zwischen der ersten Karkassenlage (10) und einer zweiten, auf der ersten Karkassenlage angeordneten Karkassenlage (11) eingesetzt ist, wobei der erste und der zweite Verstärkungseinsatz (16, 17) einen im wesentlichen linsenförmigen Querschnitt haben, der zu den Enden hin dünner wird, und gegenseitig an einer Verbindungsstelle (18) zusammengeschlossen sind, die sich im wesentlichen auf der Höhe des Bereichs (13a) maximaler Dicke des elastischen Trageinsatzes (13) befindet.

3. Reifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkern (14) seine maximale Dicke an dem Bereich maximaler Breite des Reifens (1) in vollständig entleertem Zustand hat.

4. Reifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (15) die Widerlagerseite (14a) des Gegenkerns (14) ausgehend von einem radial inneren Ende des Kerns bis in die Nähe eines Bereichs seiner maximalen Dicke überdeckt, wobei der restliche Teil der Widerlagerseite (14a) gegen die Karkassenlage (10) anliegt.

5. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (15) den Gegenkern (14) über der ganzen Erstreckung seiner Widerlagerseite (14a) abdeckt und im wesentlichen in entgegengesetzten Richtungen radial innere (13b) und radial äußere (13c) Endabschnitte des elastischen Trageinsatzes (13) bildet.

6. Reifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkern (14) sich im wesentlichen an dem Punkt maximaler Breite befindet, den der Reifen (1) in vollständig entleertem Zustand hat.

7. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (15) einen dynamischen Modul zwischen 2 und 6 MPa hat.

8. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkern (14) einen dynamischen Modul im Bereich von 6 bis 16 MPa hat.

9. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkern (14) aus einem elastomeren Material hergestellt ist, das Verstärkungsfasern aufweist.

10. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (15) an dem Gegenkern (14) eine minimale Dicke von weniger als 2,5 mm hat.

11. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächenerstreckung des Gegenkerns zwischen 30 % und 60 % der Gesamtquerschnittsflächenerstreckung des elastischen Trageinsatzes (13) beträgt.

12. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkern (14) eine maximale radiale Erstreckung zwischen 1/4 und 3/4 der gesamten radialen Erstreckung des elastischen Trageinsatzes (13) hat.