DE69401101T2

DE69401101T2 - Reifen für LKW

Info

Publication number: DE69401101T2
Application number: DE69401101T
Authority: DE
Inventors: Christian Diernaz
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: EP0634297B1; EP0634297A1; JP3487908B2; DE69401101D1; JPH0747818A; ES2097578T3; FR2707561A1; US5513686A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Reifen für Schwerfahrzeuge wie Lastwagen, Omnibusse. Mehr im einzelnen betrifft sie Wülste von Reifen mit radialer Karkasse, die mindestens einen Wulstkern in jedem Wulst aufweisen und dazu bestimmt sind, auf Felgen montiert zu werden, die nach gängigen Normen festgelegt sind und axial nach außen Ränder aufweisen. Ein solcher Reifen ist beispielsweise aus der FR-A- 1 195 309 vorbekannt.
In bestimmten Fällen sind die Reifen für Schwerfahrzeuge veranlaßt, wesentliche Überladungen abzustützen, die auf der Höhe der Flanken des Reifens Durchbiegungen mit Amplituden hervorrufen, die umso größer und demnach nachteiliger sind, je höher die Überladungen sind. Dieses Problem tritt auch im Fall von Zwillingsreifen auf, wenn bei einem der beiden Reifen beispielsweise durch eine Reifenpanne ein Druckverlust aufgetreten ist und wo der andere Reifen, der die gesamte Last trägt, auf der Höhe der Flanken Durchbiegungen erfährt, die im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit des Karkassenmantels sehr nachteilig sind.
Schließlich liegt für bestimmte Schwerfahrzeuge ein Erfordernis von Reifen vor, deren Durchmesser über alles beträchtlich verringert ist, während man gleichzeitig die Profile und Abmessungen von Felgen, die sich tatsächlich auf dem Markt befinden, beibehält, um das transportierte Nutzvolumen zu erhöhen; wenn H die Höhe des auf seiner Felge montierten Reifens darstellt, gemessen auf einem Meridianschnitt zwischen dem Punkt des Wulstes, der der Drehachse nächstgelegen ist, und dem Punkt der Lauffläche des Reifens, der am weitesten außen liegt, und wenn S die Breite des Reifens über alles darstellt, parallel zur Drehachse gemessen, dann wird das Formverhältnis durch H/S definiert.
Im Fall von Formverhältnissen, die kleiner oder gleich 0,6 sind, stellt man unter Wirkung der Zyklen, die durch das Abrollen aufgebracht werden, eine nur mittlere Haltbarkeit des Reifens gegenüber Ermüdung fest. In jeder Flanke des Reifens erstreckt sich zwischen einem Wulst und dem Scheitelgürtel der der radialen Karkasse entsprechende Abschnitt und ist in der Höhe verringert; demzufolge unterläuft jedes Karkassenseil Durchbiegungszyklen längs kleinen Krümmungsradien. Im Betrieb sind diese Seile zyklischen Krümmungsänderungen bei jeder Umdrehung des Rades unterzogen, und zwar in einer umso schädlicheren Weise, je kleiner der Formfaktor und demnach die Krümmungsradien sind.
Man kennt verschiedene Vorschläge, um gegen die übermäßige Ermüdung der Karkasse in der Flanke eines Reifens im Verlauf des Abrollens anzukämpfen. Unter diesen kann man das französische Patent FR-A-1 502 689 der Anmelderin benennen, das anrät, daß man dadurch, daß man diese Zone des Reifens beispielsweise mit einer Lage aus einer Gummimischung verstärkt, die Starrheit des Reifens ergänzt und es somit gestattet, die Amplitude der Durchbiegungszyklen zu verringern; eine solche Anordnung bringt jedoch eine Gewichtserhöhung mit sich und, da ja eine Erwärmung in den Flanken erfolgt, demnach auch eine Erhöhung des Energieverbrauchs.
Eine andere Alternative, die von der Anmelderin in ihrer französischen Patentanmeldung FR-A-2 415 016 vorgeschlagen worden ist, sieht vor, eine "Senkung" in der Flanke des Reifens durchzuführen, die es somit gestattet, die Höhe des Wulstes zu verringern, die Höhe der Flanke zu vergrößern und demzufolge auch die Flexibilität der Flanke zu erhöhen. Diese Lösung gestattet es, die Dauerhaftigkeit der Flanken unter starker Durchbiegung wirksam zu erhöhen, aber in noch immer begrenzter Weise, teilweise aufgrund der Tatsache, daß der Bereich des Wulstes des Reifens, der radial am weitesten außen liegt, ständig gezwungen ist, sich durchzubiegen, indem er dem Profil des Felgenrandes nachfolgt.
Wir vermerken, daß, wenn diese beiden Vorschläge es auch gestatten, die Dauerhaltbarkeit der Flanke beträchtlich zu erhöhen, sie sich doch noch in den Fällen von Reifen mit Formfaktoren, die kleiner oder gleich 0,6 sind, als unzulänglich herausstellen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Reifens mit einer Radialkarkasse zur Montage auf einer Felge, die radial und axial nach außen hin durch Ränder verlängerte Wulstsitze aufweist, bei dem die Flanken des genannten Reifens im aufgepumpten Zustand Krümmungsradien aufweisen, die merklich größer sind als jene, die auf einem Reifen mit denselben Abmessungen erhalten werden, der gemäß dem Stand der Technik hergestellt wird.
Ein anderes Ziel ist es, durch dieses Mittel eine bessere Dauerhaftigkeit unter Wirkung der Quetschzyklen zu erhalten, die durch das Abrollen und unter statischen oder dynamischen Überbelastungen auftreten.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Reifen für Schwerfahrzeuge, der zur Montage auf einer Felge J bestimmt ist, welche zwei axial und radial nach außen durch Ränder mit dem Radius RJ verlängerte Wulstsitze aufweist, mit mindestens einem Wulstkern 2 in jedem Wulst B, mit einem Innenradius RT, um welchen durch Umschlagung ein radialer Karkassenmantel verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß
a) der Schwerpunkt 21 des Meridianschnitts des Wulstkernes 2 radial außerhalb des Felgenrandes gelegen ist,
b) der Wulstkern 2 einen Dehnungsmodul aufweist, der mindestens gleich 100.000 MPa ist und seine Klemmung auf dem Felgenrand s = (RJ-RB)/(RT-RB) zwischen 0,1 und 0,9 liegt, wobei RB der Radius des Wulstes des nichtmontierten Reifen ist, gemessen in der Ebene senkrecht zur Drehachse, die durch den Schwerpunkt 21 des Querschnitts des Wulstes 2 hindurchläuft.
Es muß darauf hingewiesen werden, daß der Schwerpunkt 21 dadurch, daß er radial außerhalb des Felgenrandes angeordnet ist, er unter einem Abstand zur Drehachse gelegen ist, der größer ist als RJ, und auf einer Geraden angeordnet ist, die senkrecht zur Drehachse verläuft und zwischen dem Punkt K, dem Verbindungspunkt zwischen der Erzeugenden des Felgensitzes und dem Felgenrand und dem Punkt L, dem axial äußersten Punkt des Felgenrandes, hindurchläuft.
In der vorliegenden Erfindung ist im Fall des Reifens, der auf seiner Felge montiert ist, auf seinen Betriebsdruck aufgepumpt ist und einer mittleren Benutzungslast ausgesetzt ist, die axiale Komponente der Kräfte, die vom Wulst auf den Felgenrand ausgeübt wird und sich aus den Auswirkungen des Aufpumpdruckes und seitlichen Belastungen ergibt, die auf den Reifen beispielsweise in einer Kurve aufgebracht werden, ausgeglichen durch Reibungskräfte und Klemmkräfte, die zwischen dem Wulst und dem Felgenrand entwickelt werden. Eine Anpassung dieser Kräfte kann man dadurch ausführen, daß man den Wert der Klemmung des Wulstkernes 2 und die Lage seines Schwerpunktes 21 radial zur Außenseite des Felgenrandes und axial im Verhältnis zu demselben Felgenrand einstellt.
In dieser Lage des Wulstkerns, die sich gleichzeitig radial zur Außenseite und axial zur Außenseite bezüglich der herkömmlichen Lage unterscheidet, liegt der Krümmungsradius der radialen Verstärkungen der Karkassenauflage vergrößert vor: dies verbessert die Ermüdungsbeständigkeit der genannten Verstärkungen.
Diese Auswirkung auf den Krümmungsradius der Flanken kann auch noch verbessert werden, wenn man es vorsieht, die Umschläge der Karkassenauflage rund um den Wulstkern 2 radial zur Innenseite des Reifens hin anzuordnen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß man die tatsächlich erhältlichen Felgen beibehalten kann und insbesondere dieselben Durchmesser von Bremstrommeln beibehalten kann, auf denen die gesamte Anordnung aus Reifen und Felge montiert wird.
Die vorliegende Erfindung gestattet eine mögliche Verringerung des Außendurchmessers des Reifens, um einen Reifen mit einem Formverhältnis zu erhalten, das kleiner oder gleich 0,6 beträgt, mit einer geringen Querschnittshöhe H, während man gleichzeitig Flanken hat, deren Krümmungsradien ausreichend groß sind und eine ausreichende Halterung der Wülste auf der Felge sicherstellen.
Um die Verbindung des Reifens auf seiner Felge in der Zeit zu verbessern, wobei man den Kriecherscheinungen von Gummimischungen Rechnung trägt, die in radialer Richtung unter dem Wulstkern 2 gelegen sind, ist es vorteilhaft, den Abschnitt des Wulstes B radial nach innen und axial in bezug auf den Wulstkern 2 um eine Verlängerung 5 zu verlängern; die genannte Verlängerung kann sogar mit der Erzeugenden des Felgensitzes in Berührung gelangen.
Zum Zweck, im Verlauf der Zeit eine Berührungskraft zwischen dem Abschnitt 5 des Wulstes B und dem Felgensitz aufrechtzuerhalten, kann diese Verlängerung durch verschiedene Materialien verstärkt werden, wie beispielsweise Textil- oder Metallseile, die ringförmig angeordnet sind, oder mindestens einen Wulstkern mit beliebigem Querschnitt.
Um eine wirksame Halterung des Wulstes auf der Felge sogar unter Wirkung thermischer Belastungen sicherzustellen, die durch die Erwärmung der Bremstrommeln infolge wiederholter Bremsungen erzeugt werden, kann es vorteilhaft sein, während man gleichzeitig den Abschnitt 5 des Wulstes B axial und radial im Inneren in bezug auf den Wulstkern 2 verstärkt, beispielsweise durch einen Wulstkern 3 mit einem Modul, der mindestens gleich 4.000 MPa ist, eine oder mehrere Verbindungsauflage(n) zwischen dem Wulstkern 3 und dem Abschnitt des Wulstes anzuordnen, der radial außerhalb des Felgenrandes liegt.
Die Rolle dieser Auflage ist es, jede Gefahr der axialen Verlagerung des Wulstabschnitts nach außen unter der Wirkung thermischer und mechanischer Belastungen zu verhindern, der radial außerhalb des Felgenrandes liegt.
Die Fäden bzw. Drähte oder Seile einer jeden Verbindungsauflage sind derart ausgerichtet, daß sie einen Winkel in bezug auf die Ausrichtung des Karkassenmantels bilden, der zwischen -45º und +45º liegt.
Die angesichts der beigefügten Zeichnung, die mögliche Ausführungsformen darstellt, und beispielsweise vorgelegte Beschreibung gestattet ein besseres Verständnis der Ausführung der Erfindung. In dieser Zeichnung ist:
- Fig. 1 ein Halb-Querschnitt eines auf der Felge montierten, erfindungsgemäßen Reifens, wobei die Achse XX' die Symmetrieachse der Figur ist;
- Fig. 2 eine Meridianansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reifenwulstes, der nicht auf der Felge montiert ist;
- Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Erfindung, worin der Abschnitt des Wulstes, der axial und radial innenliegt, eine Verstärkungswulstkern aufweist, um welchen eine Verbindungsauflage herumgeschlungen ist, deren Enden beiderseits des Wulstkernes gelegen sind, der radial außerhalb des Felgenrandes sitzt;
- Fig. 4 eine andere Ausführungsvariante der Erfindung ist, in welcher die beiden Enden einer Verbindungsauflage auf derselben Seite in bezug auf den Wulstkern angeordnet sind, der radial außerhalb des Felgenrandes sitzt.
In Fig. 1 ist in ausgezogenen Linien der Meridian-Halbschnitt eines Reifens mit der Abmessung 295/50 R 22.5 dargestellt, der gemäß der Erfindung ausgeführt ist, und diesem überlagert ist gestrichelt ein Reifen mit derselben Abmessung gezeichnet, der nach einer der Möglichkeiten des Standes der Technik ausgeführt ist, wobei diese beiden Reifen auf derselben Felge montiert sind. In diesem Beispiel weist die Montagefelge J zwei Wulstsitze auf, deren Erzeugende einen Winkel von 15º ± 1º zu einer Parallele zur Drehachse aufweist, wobei diese Sitze radial und axial nach außen durch kreisbogenförmige Ränder mit einem Radius von 12,7 mm verlängert sind; für die genannte Montagefelge entspricht der Radius RJ dem radialen Abstand zwischen dem Punkt A des Randes, der von der Drehachse am weitesten entfernt ist, und der Drehachse. Der Punkt K ist der Verbindungspunkt zwischen dem Felgensitz und dem Felgenrand, und der Punkt L ist der axial äußerste Punkt des Felgenrandes.
Der erfindungsgemäß ausgeführte Reifen weist einen der Art nach "geflochtenen" Wulstkern 2 mit einem inneren Radius RT auf, dessen Schwerpunkt 21 seines Querschnitts radial bezüglich der Drehachse unter einem Abstand gelegen ist, der größer ist als der Radius RJ des Felgenrandes, und axial auf einer Geraden gelegen ist, die senkrecht zur Drehachse verläuft und zwischen dem Punkt K und dem Punkt A des Felgenrandes, der radial am weitesten außen gelegen ist, hindurchläuft. Ein Karkassenmantel 1 aus Metallseilen, die aus 12 Fäden von 18/100 zusammengesetzt sind, ist axial nach innen rund um den Wulstkern 2 herumgeschlagen, um den Umschlag 1' zu bilden, was es gestattet, die Anwesenheit eines Durchbiegepunktes des Karkassenmantels oberhalb des Wulstkerns 2 zu vermeiden und somit die Höhe der Flanke und demzufolge den Krümmungsradius der Flanke des aufgepumpten Reifens zu erhöhen.
Der der Art nach "geflochtene" Wulstkern 2 hat einen Dehnungsmodul gleich 150.000 MPa, und seine Klemmung s = (RJ- RB)/(RT-RB) ist gleich 0,3, um den festen Sitz des Wulstes auf dem Felgenrand sicherzustellen, wobei RB (siehe Fig. 2) der Radius des Wulstes des nicht auf der Felge montierten Reifens ist, gemessen in der Ebene senkrecht zur Drehachse, die durch den Schwerpunkt des Querschnitts des Wulstkernes 2 hindurchläuft.
Man stellt fest, daß man, während man einen Reifen erhält, dessen Formverhältnis H/S in diesen Fall gleich 0,5 beträgt, für die Flanke des Reifens 295/50 R 22.5 einen mittleren Krümmungsradius R&sub2; des Karkassenmantels beibehalten konnte, der größer ist als der mittlere Radius R&sub1;, der auf der Flanke des Reifens gemessen ist, der mit einem Wulst gemäß dem Stand der Technik aufgebaut ist.
In Fig. 2 sieht man den Wulst B eines erfindungsgemäß ausgeführte Reifens, der nicht auf einer Felge montiert ist: dieser Wulst weist eine Karkassenauflage 1 auf, die axial nach innen um einen der Art nach "geflochtenen" Wulstkern herumgeschlagen ist, der im Wulst B derartig angeordnet ist, daß, wenn der Reifen erst einmal auf der Felge montiert ist, der Schwerpunkt 21 des Querschnitts des Wulstkernes 2 radial außerhalb des Felgenrandes und axial zwischen den beiden Geraden liegt, die durch die Punkte K und A senkrecht zur Drehachse hindurchlaufen. Der genannte Wulst weist auch einen Abschnitt 5 aus Gummimischung auf, der axial bezüglich des Wulstkerns 2 innenliegt und den Wulst B radial zur Drehachse hin verlängert und in Berührung mit einem Abschnitt des Felgenrandes steht.
Fig. 3 stellt eine Variante der Erfindung dar, in welcher der Wulst B radial zur Drehachse hin durch einen Abschnitt 5 verlängert ist, der axial und radial bezüglich des Wulstkerns 2 innenliegt, der seinerseits radial außerhalb des Randes der Felge J angeordnet ist; der genannte Abschnitt 5 gelangt in Berührung mit dem Sitz der Felge J und ist durch einen der Art nach "geflochtenen" Wulstkern 3 mit einem Modul gleich 100.000 MPa verstärkt. Rund um diesen Wulstkern 3 ist eine Verbindungsauflage herumgeschlungen, die aus Textilfäden zusammengesetzt ist, deren Umschläge 4 und 4' von beiden Seiten her den Karkassenmantel 1 bzw. seinen Umschlag 1' abdecken. Der genannte Umschlag 4' ist mit einem Abstand zur Drehachse gelegen, der größer ist als der Innenradiums RT des Wulstkerns 2 und kleiner als der Radius RE des Endes des Umschlages 1' des Karkassenmantels; das Ende des Umschlags 4 ist unter einem Abstand zur Drehachse gelegen, der größer ist als der Radius des Endes des Umschlages 1' des Karkassenmantels. Die Fäden dieser Verbindungsauflage sind radial angeordnet.
Fig. 4 stellt einen anderen Reifenwulst dar, der gemäß der Erfindung ausgeführt ist und auf einer Felge J montiert ist, bei dem der Abschnitt 5 des Wulstes B axial und radial innerhalb bezüglich des Wulstkernes 2 verlängert ist, bis er in Berührung mit dem Sitz der Felge J gelangt, und einen der Art nach "geflochtenen" Wulstkern 3 mit einem Modul gleich 100.000 MPa aufweist, rund um welchen eine Verbindungsauflage aus Textilfäden herumgeschlungen ist, die radial angeordnet sind und deren Umschläge 4 und 4' teilweise übereinandergelegt sind und beide auf der axial außenliegenden Seite am Karkassenmantel sitzen. Die Enden der Umschläge der Verbindungsauflage sind bezüglich der Drehachse unter Abständen gelegen, die größer sind als der Innenradius RT des Wulstkerns 2 und kleiner als der Radius RE des Endes des Umschlags 1' des Karkassenmantels. Um eine Diskontinuität in der Biegesteifigkeit des Wulstbereiches zu verhindern, der radial außerhalb des Wulstkernes 2 gelegen ist, sind die Enden der Umschläge der Verbindungsauflage mit einer minimalen Abstufung von 10 mm zwischen ihren jeweiligen Radien gestaffelt.
Es muß vermerkt werden, daß in den Varianten des Aufbaus des Reifenwulstes, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind, die Entwicklung der Klemmung auf dem Rand als Funktion der Zeit besser beherrscht ist durch die Tatsache, daß ein Teil der gummiartigen Mischungen durch mindestens eine Auflage aus einem Material ersetzt ist, das nicht fließt.

Claims

1. Reifen für Schwerfahrzeuge, der zur Montage auf einer Felge (J) bestimmt ist, welche zwei axial und radial nach außen durch Ränder mit dem Radius RJ verlängerte Wulstsitze aufweist, mit mindestens einem Wulstkern (2) in jedem Wulst (B), mit einem Innenradius RT, um weichen durch Umschlagung ein radialer Karkassenmantel (1) verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Schwerpunkt (21) des Meridianschnitts des Wulstkernes (2) radial außerhalb des Felgenrandes gelegen ist,

b) der Wulstkern (2) einen Dehnungsmodul aufweist, der mindestens gleich 100.000 MPa ist und seine Klemmung auf dem Felgenrand s = (RJ-RB)/(RT-RB) zwischen 0,1 und 0,9 liegt, wobei RB der Radius des Wulstes des nichtmontierten Reifen ist, gemessen in der Ebene senkrecht zur Drehachse, die durch den Schwerpunkt (21) des Querschnitts des Wulstes (2) hindurchläuft.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Karkassenmantel (1) axial rund um den Wulstkern (2) nach innen geschlagen ist.

3. Reifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulstkern (2) den Schwerpunkt (21) seines Querschnitts axial innerhalb bezüglich des Punktes A des Felgenrandes aufweist, der axial von der Drehachse am weitesten entfernt ist.

4. Reifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (5) des Wulstes (B), der axial innerhalb bezüglich des Wulstkernes (2) liegt, radial zur Drehachse hin verlängert ist, um mit einem Abschnitt des Randes der Felge (J) in Berührung zu gelangen.

5. Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (5) des Wulstes (B), der axial in bezug auf den Wulstkern (2) innen liegt, radial verlängert ist, bis er in Berührung mit dem Sitz der Felge (J) gelangt.

6. Reifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (5) des Reifens (B), der in bezug auf den Wulstkern (2) axial und radial innen liegt, ein Verstärkungselement (3) aufweist, dessen Dehnungsmodul mindestens gleich 4.000 MPa ist.

7. Reifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (3) ein Wulstkern mit kreisförmigem Querschnitt und dem Typ nach "geflochten" ist.

8. Reifen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Verbindungsauflage rund um den Wulstkern (3) herumgeschlungen ist, wobei sie zwei Umschläge (4) und (4)' bildet, die axial innerhalb des Karkassenumschlags (1') bzw. axial außerhalb der Karkasse (1) angeordnet sind, wobei die genannten Umschläge Enden aufweisen, deren Radien größer sind als der Radius RT des Wulstkerns (2) .

9. Reifen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Verbindungsauflage um den Wulstkern (3) herumgeschlungen ist, wobei sie zwei Umschläge (4) und (4') bilden, wobei die genannten Umschläge teilweise übereinandergelegt sind und axial außerhalb der Karkasse (1) angeordnet sind sowie Enden aufweisen, deren Radien größer sind als der Radius RT des Wulstkerns (2) .

10. Reifen nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsauflage(n) aus Textil- oder Metalldrähten bzw. -fäden oder -seilen gebildet ist bzw. sind, die so angeordnet sind, daß sie einen Winkel bezüglich der Ausrichtung des Karkassenmantels bilden, der zwischen 0º und 45º liegt.

11. Reifen nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formverhältnis H/S (Höhe/Breite) des genannten Reifens höchstens 0,6 beträgt.