DE69707268T2

DE69707268T2 - Verstärkungsgürtel, insbesondere für lkw-reifen

Info

Publication number: DE69707268T2
Application number: DE69707268T
Authority: DE
Inventors: Andre Colom
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: DE69707268D1; CN1084263C; CN1211216A; PL328515A1; JP2000504655A; BR9707859A; KR100453753B1; CA2247043C; EP0883503B1; HUP9901002A2; PL183255B1; CA2247043A1; WO1997030856A1; EP0883503A1; ES2162245T3; HUP9901002A3; FR2744954B1; KR19990087051A; FR2744954A1; HU222547B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Reifen mit einer radialen Karkassenbewehrung, die in jedem Wulst an mindestens einem Wulstkern verankert ist, und der eine Scheitelbewehrung aufweist, die von mindestens zwei sogenannten Arbeitslagen gebildet ist, die übereinanderliegen und aus Verstärkungselementen gebildet sind, die in jeder Lage zueinander parallel sind und von einer Lage zur folgenden überkreuz laufen, unter Bildung von Winkeln bezüglich der Umfangsrichtung des Reifens, die im Absolutwert höchstens 40º betragen.
Das Patent US 4 688 615, das dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, beschreibt eine Scheitelbewehrung für einen Radialreifen, die zusammengesetzt ist aus aus einer ersten Lage und einer zweiten Lage, die aus untereinander in jeder Lage parallelen Seilen gebildet sind, die von einer Lage zur anderen überkreuz laufen und dabei mit der Umfangsrichtung des Reifens einen Winkel bilden, der zwischen 5 und 60º liegen kann. Zwischen den beiden, genannten Lagen ist eine dritte Lage aus Seilen angeordnet, die in Umfangsrichtung verlaufen; die genannten Seile haben einen Durchmesser, der höchstens gleich ist dem Durchmesser der Seile der ersten und zweiten Lage, und sie sind aus einem Material mit einer Zugfestigkeit gebildet, die geringer ist als die Zugfestigkeit des Materials, das die Seile der ersten und zweiten Lage bildet, was der dritten Lage eine geringere Zugfestigkeit verleiht, und die dehnbarer ist als jede der Lagen mit überkreuz- bzw. schräglaufenden Seilen, wobei die genannte dritte Lage außerdem nicht breiter ist als die breiteste Lage mit winklig verlaufenden Seilen.
Das Dokument FR-A-2728510, veröffentlicht am 28. 06. 96, betrifft einen Reifen, wie er oben beschrieben ist, und besonders einen Reifen, der dem Typ nach ein "Schwerlastreifen" ist und dessen Verhältnis der Höhe auf der Felge H zur maximalen, axialen Breite S höchstens gleich 0,60 ist. Die genannte Patentanmeldung empfiehlt, in Hinblick auf die Verbesserung der Haltbarkeit der Scheitelbewehrung eines derartigen Reifens, sowie auf die Regelmäßigkeit der Abnutzung seiner Lauffläche, einen Aufbau der Scheitelbewehrung, der gekennzeichnet ist durch die kombinierte Anwesenheit in der genannten Bewehrung von einer axial durchgehenden Lage, die aus undehnbaren, metallischen Verstärkungselementen gebildet ist, die zur Umfangsrichtung des Reifens einen Winkel von mindestens 60º bilden, und von einer Lage aus metallischen Elementen, die im wesentlichen parallel zur Unfangsrichtung ausgerichtet sind, die radial zwischen den beiden Scheitel-Arbeitslagen angeordnet ist.
Ein solcher Aufbau gestattet es, eine bessere Beständigkeit gegenüber der Ablösung zwischen den Arbeitslagen und eine bessere Beständigkeit gegenüber der Ermüdung der Seile der Karkassenbewehrung zu erhalten, die unter der so gebildeten Scheitelbewehrung gelegen sind. Die axiale Breite der zusätzlichen Lage aus in Umfangsrichtung verlaufenden Verstärkungselementen kann geringer sein als die Breiten der Arbeitslagen.
Da die Funktionstemperaturen in den Reifen mit einem Formverhältnis von höchstens gleich 0,50 nicht vernachlässigbar sind, haben die Studien der Anmelderin diese dazu gebracht, nach einer Lösung zu suchen, die, aus dem thermischen und wirtschaftlichen Blickpunkt gesehen, effizienter ist.
Um die Haltbarkeit von Bewehrungen des Scheitels und der darunterliegenden Karkasse eines Reifens zu verbessern, ohne eine Scheitellage zu verwenden, die aus zur Umfangsrichtung des Reifens sehr stark geneigten Metallseilen gebildet ist und radial über der Karkassenbewehrung sitzt, schlägt die vorliegende Erfindung eine ökonomischere Lösung vor als die, die in der obigen FR-A- 2728510 beschrieben ist.
Der Reifen mit einem Formverhältnis H/S von mindestens gleich 0,50 nach der Erfindung weist eine radiale Karkassenbewehrung und eine Scheitelbewehrung auf, die mindestens aus zwei Scheitel-Arbeitslagen aus undehnbaren Metallseilen zusammengesetzt sind, die von einer Lage zur folgenden unter Bildung von Winkeln, die zwischen 10º und 45º liegen, zur Umfangsrichtung überkreuz laufen, aus einer Schutzlage genannten Scheitellage, die aus elastischen Metallseilen aus Stahl gebildet ist, die in Bezug auf die Umfangsrichtung unter einem Winkel ausgerichtet sind, der gleich ist dem Winkel, der durch die Seile der radial am weitesten außenliegenden Arbeitslage gebildet ist, und aus einer zusätzlichen Lage, die axial durchgeht und aus Metall-Verstärkungselementen gebildet ist, die im wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet sind, wobei die genannte, zusätzliche Lage über der Arbeitslage angeordnet ist, die radial der Karkassenbewehrung nächstgelegen ist, und wobei die Anwesenheit einer Scheitellage ausgeschlossen ist, die aus Metallseilen gebildet ist, die zur Umfangsrichtung einen Winkel bilden, der größer ist als 45º, ist dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite der Schutzlage größer ist als die axiale Breite der zusätzlichen Lage aus Stahl-Metallelementen, aber kleiner bleibt als die axiale Breite der radial am weitesten außenliegenden Arbeitslage, und daß das Verhältnis der linienbezogenen Dehnungssteifigkeit R dF/d&epsi; pro Breiteneinheit der zusätzlichen Lage über der Summe der linienbezogenen Steifigkeiten aller anderen Lagen der Scheitelbewehrung zwischen 0,35 und 0,70 liegt, wobei F die Zugkraft pro Breiteneinheit einer Lage und s die relative Längung gleich 0,5% ist.
In vorteilhafter Weise, sowohl aus technischer als auch aus ökonomischer Sicht, wird dieses Verhältnis in der sogenannten Zusatzlage durch Verwendung von Metallelementen aus Stahl mit dickerem Durchmesser als dem der Metallseile aus Stahl erhalten, die die Arbeitslagen bilden.
Unter einem undehnbaren Seil muß man ein Seil, etwa aus Stahl, verstehen, das eine relative Längung oder Dehnung von weniger als 0,5% aufweist, gemessen bei 25% seiner Bruchlast.
Im wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtete Metallelemente sind Elemente, die zur genannten Richtung Winkel bilden, die rund um 0º im Intervall von +2,5º und -2,5º liegen.
Die linienbezogene Dehnungssteifigkeit einer Lage aus Verstärkungselementen ergibt sich aus der Zugkraft, die in Richtung der Seile pro Breiteneinheit der Lage ausgeübtr wird und die erforderlich ist, um eine gegebene, relative Längung &epsi; zu erhalten sie kann durch die Formel R = dF/d&epsi; ausgedrückt werden, wobei R die linienbezogene Steifigkeit der in Betracht gezogenen Lage, dF/d&epsi; die Ableitung der Zugkraft pro Breiteneinheit der Lage, bezogen auf eine relative Längung, und c gleich 0,5% ist, oder durch die Formel R = 1 dF/p d&epsi;, wobei p die Teilung zwischen den Elementen der genannten Lage und dF/d&epsi; die Ableitung der Zugkraft pro Element ist, bezogen auf eine relative Längung bzw. Dehnng.
Im Rahmen des obigen kann die zusätzliche Lage aus durchgehenden, sogenannten "halbelastischen" Seilen gebildet sein, das heißt, aus Seilen, die relative Bruchdehnungen aufweisen, die zwischen 2% und 6% liegen. Diese Seile gestatten es, die Höhe der Steifigkeit zu erreichen, die zur ausgewogenen Aufteilung der Zugspannung in Umfangsrichtung zwischen den Scheitel-Arbeitslagen und der zusätzlichen Lage geeignet ist. Die genannten Seile werden vorteilhafterweise "Doppelmodul-Seile" genannt, das heißt, daß sie eine Zugspannungskurve in Funktion der relativen Dehnung aufweisen, die geringe Neigungungen für die geringen Dehungen und eine im wesentlichen konstante und starke Neigung für die höheren Dehnungen hat. Das sehr geringe Modul vor dem Aushärten für Dehnungen von weniger als 2% gestattet eine Erhöhung der Umfangsabwicklung der zusätzlichen Lage beim Aushärtendes Reifens.
Die zusätzliche Lage kann auch aus Metallseilen aus Stahl gebildet sein, die in Umfangsrichtung ausgerichtet und derart zugeschnitten sind, daß Stücke mit einer sehr geringeren Länge als der Umfangslänge der Lage gebildet werden, wobei die Schnittstellen zwischen den Stücken zueinander in Umfangsrichtung versetzt sind. Eine solche Ausführungsform erlaubt es, in einfacher Weise der zusätzlichen Lage die gewünschte Steifigkeit mitzuteilen, wie sie auch sein mag.
Die Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden mit Hilfe der Beschreibung besser verständlich, die folgt und sich auf die Zeichnung bezieht, die nichteinschränkend ein Ausführungsbeispiel darstellt, worin die einzige Fig. 1 schematisch, im Meridianschnitt gesehen, eine erfindungsgemäße Scheitelbewehrung darstellt.
Der Reifen P mit der Abmessung 315/80 R 22.5 hat ein Formverhältnis H/S von 0,8, wobei H die Höhe des Reifens P über seiner Montagefelge und S seine maximale axiale Breite ist. Der genannte Reifen P weist eine radiale Karkassenbewehrung (1) auf, die aus einer einzigen Lage aus Metallseilen aus Stahl gebildet ist und in jedem Wulst an mindestens einem Wulstkern unter Bildung eines Umschlags verankert ist. Die Karkassenbewehrung (1) ist durch eine Scheitelbewehrung (3) bandagiert, die radial von innen nach außen durch die folgenden Merkmale gebildet ist:
- aus einer ersten Scheitel-Arbeitslage (31), die aus undehnbaren Metallseilen aus Stahl gebildet ist, die unter einem Winkel α von 22º ausgerichtet sind und deren mittlerer Teil parallel zur Karkassenbewehrung (1) verläuft, wobei die Seile von der Karkassenlage bzw. der Arbeitslage alleine durch die Kalandrierungsdicken getrennt sind, während die seitlichen Teile von der Karkassenbewehrung durch Gummiprofile (2) derart getrennt sind, daß der genannten Lage eine schwache Krümmung mitgeteilt wird;
- aus einer zusätzlichen Lage (32), die radial die erste Arbeitslage (31) überdeckt und aus undehnbaren Metallelementen aus Stahl gebildet ist, wobei jedes Element eine Umfangslänge hat, die im wesentlichen gleich 1/6 der Umfangslänge der Lage (32) ist, und wobei die genannten Elemente unter 0º ausgerichtet sind;
- dann aus einer zweiten Scheite-Arbeitslage (33), die aus Metallseilen gebildet ist, die identisch sind mit denen der ersten Lage (31) und zur Umfangsrichtung einen Winkel β bilden, der zum Winkel α entgegengesetzt ist, aber im gezeigten Fall gleich ist dem genannten Winkel α von 22º (aber vom genannten Winkel a verschieden sein kann);
- und schließlich einer letzten Lage (34) aus sog. elastischen Stahlseilen, die bezüglich der Umfangsrichtung unter einem Winkel θ ausgerichtet sind, mit derselben Richtung wie der Winkel β und gleich dem genannten Winkel β, (aber der unterschiedlich sein könnte), wobei diese letzte Lage eine Schutzlage genannte Lage ist und die sog. elastischen Seile Seile mit einer relativen Bruchdehnung sind, die mindestens gleich 4% ist.
Die axiale Breite L&sub3;&sub1; der ersten Arbeitslage beträgt 226 mm, was, für den in Betracht gezogenen Reifen, im wesentlichen gleich ist der Breite der Lauffläche, die im untersuchten Fall 235 mm beträgt. Die axiale Breite L&sub3;&sub3; der zweiten Arbeitslage (33) ist kleiner als die Breite L&sub3;&sub1; der ersten Arbeitslage (31) und beträgt 204 mm. Die axiale Breite L&sub3;&sub2; der zusätzlichen Lage (32) beträgt 160 mm. Die letzte Scheitellage (34), die sogenannte Schutzlage, weist eine Breite L&sub3;&sub4; auf, die sehr wenig höher ist als die Breite L&sub3;&sub2; der zusätzlichen Lage, und soll 170 mm betragen.
Die linienbezogene Dehnungssteifigkeit pro Breiteneinheit der Arbeitslage (31) oder der Arbeitslage (33), im vorliegenden Fall identisch, da sie ja aus den selben, nicht geschrumpften Metallseilen aus Stahl 9.28, mit einem Durchmesser von 1,09 mm gebildet ist, die undehnbar und durchgehend über die gesamte Breite der Lage sind, wobei die Seile mit derselben Teilung von 1,8 mm angeordnet sind, ist höher als 4000 daN/mm bei 0,5% relativer Dehnung und beträgt im untersuchten Fall 5500 daN/mm. Die Steifigkeit, mit derselben Bezeichnung und unter denselben Bedingungen, der zusätzlichen Lage (32), die gebildet ist aus nicht geschrumpften Metallseilen aus Stahl 27.23 mit einem Durchmesser von 1,4 mm und derart zugeschnitten, daß man Stücke von Seilen hat, deren Umfangslänge im wesentlichen 20% der Umfangslänge der Lage beträgt, wobei die Bereiche von Elementen untereinander durch eine Teilung von 2 mm getrennt ist, beträgt dann 5500 daN/mm für eine relative Dehnung von 0,5%.
Der oben beschriebene Reifen wurde einerseits auf einem Versuchsrad unter Bedingungen geprüft, die ein Abrollen auf einem Fahrzeug unter einer Last von 4000 kg simulierten, bei einem Aufpumpdruck von 8,5 bar, unter einem Driftwinkel von von 5º und bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h, andererseits auf einem Versuchsfahrzeug bei einer Last von mehr als 4500 kg für einen Aufpumpdruck von 8,5 bar und bei einer mittleren Geschwindigkeit von 105 km/h, wobei das Fahrzeug als in gerader Linie abrollend angesehen werden konnte. Die Temperaturmessungen in den Versuchen auf dem Fahrzeug, vorgenommen an den Enden der Scheitel-Arbeitslagen, erwiesen einer geringe Funktionstemperaturzunahme, aber dagegen wurde eine Zunahme von wenigstens 100% an Kilometerleistung vor dem Bruch beobachtet, verglichen mit einem Reifen mit üblichem Aufbau, das heißt mit einer Scheitelbewehrung, die aus einer Lage von stark geneigten Seilen, zwei Arbeitslagen aus schwach geneigtenSeilen, die von einer Lage zur folgenden überkreuz laufen, und einer Schutzlage aus elastischen Seilen zusammengesetzt ist. Die Zunahme in der Kilometerleistung ist ebenso beträchtlich im Falle des Abrollens auf einem Versuchsrad und unter einer Abdrift von 5º, da sie ja 80% ereicht: 7800 km Laufstrecke pro Reifen nach der Erfindung, während der übliche Reifen nur 4430 km zurückgelegt hat.
Die zusätzliche Lage (32) kann auch aus sogenannten "Doppelmodul-Stahlseilen" gebildet werden. Eine bestimmte Elastizität der Lage (32) ist nur während der Abformung des Reifens in der Vulkanisierform von Nutzen, wobei ein Seil benutzt werden kann, das einen geringen Modul, zum Beispiel von höchstens von 1000 dan/mm², von einer relativen Dehnung von 1% ausgehend, aufweist, und zum Beispiel einen Modul von mehr als 8000 daN/mm² für eine relative Dehnung über 2%.

Claims

1. Reifen mit einem Formverhältnis H/S von mindestens gleich 0,50, mit einer radialen Karkassenbewehrung (1) und einer Scheitelbewehrung (3), die aus zwei Scheitel-Arbeitslagen (31, 33) aus undehnbaren Metallseilen zusammengesetzt sind, die von einer Lage zur folgenden unter Bildung von Winkeln (α, β), die zwischen 10º und 45º liegen, zur Umfangsrichtung überkreuz laufen, mit Breiten L&sub3;&sub1; und L&sub3;&sub3;, aus einer Schutzlage genannten Scheitellage (34), die aus elastischen Metallseilen aus Stahl gebildet ist, die in Bezug auf die Umfangsrichtung unter einem Winkel θ ausgerichtet sind, in derselben Richtung wie der Winkel β der Seile der radial am weitesten außenliegenden Arbeitslage (33), mit einer Breite L&sub3;&sub4;, und aus einer zusätzlichen Lage (32), die axial durchgeht und aus Metall-Verstärkungselementen gebildet ist, die im wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet sind, wobei die genannte, zusätzliche Lage (32) über der Arbeitslage (31) angeordnet ist, die radial der Karkassenbewehrung (1) nächstgelegen ist, und wobei die Anwesenheit einer Scheitellage ausgeschlossen ist, die aus Metallelementen gebildet ist, die zur Umfangsrichtung einen Winkel bilden, der größer ist als 45º, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite L&sub3;&sub4; der Schutzlage (34) größer ist als die axiale Breite L&sub3;&sub2; der zusätzlichen Lage (32) aus Stahl-Metallelementen, aber kleiner bleibt als die axiale Breite L&sub3;&sub3; der radial am weitesten außenliegenden Arbeitslage, und daß das Verhältnis der linienbezogenen Dehnungssteifigkeit R dF/d&epsi; pro Breiteneinheit der zusätzlichen Lage (32) zur der Summe der linienbezogenen Steifigkeiten aller anderen Lagen (31, 33, 34) der Scheitelbewehrung zwischen 0,35 und 0,70 liegt, wobei F die Zugkraft pro Breiteneinheit einer Lage und &epsi; die relative Längung bzw. Dehnung gleich 0,5% ist.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente der zusätzlichen Lage (32) aus Stahl bestehen und einen größeren Durchmesser aufweisen als den der Stahlseile der beiden Arbeitslagen (31, 33).

3. Reifen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Lage (32) aus sogenannten halbelastischen, durchgehenden Stahlseilen gebildet ist, die relative Bruchdehnungen aufweisen, die zwischen 2% und 6% liegen, und eine Zugspannungskurve in Funktion der relativen Dehnung, die geringe Steigungen für geringe Dehungen und eine im wesentlichen konstante und kräftige Steigung für höhere Dehnungen aufweist.

4. Reifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile, ausgehend von 1% relativer Dehnung, ein geringes Modul aufweisen, das höchstens 1000 daN/mm² beträgt, und für eine relative Dehnung von mehr als 2% ein Modul von mehr als 8000 daN/mm².

5. Reifen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Lage (32) aus Metallseilen aus Stahl gebildet ist, die in Umfangsrichtung ausgerichtet und derart zugeschnitten sind, daß sie Stücke mit einer Länge bilden, die sehr viel geringer ist als die Umfangslänge der Lage, wobei die Schnittstellen zwischen den Stücken zueinander axial versetzt sind.