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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft einen Luftreifen, der eine Gürtelrandverstärkung aufweist.
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Solch
eine Gürtelrandverstärkung minimiert
Gürtelrandablösung, verbessert
Hochgeschwindigkeits- und Laufverhalten, indem die Gürtelverformung
vermieden wird, die für
Reifenschwingung und unregelmäßigen Verschleiß verantwortlich
sein kann.
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Die
Gürtelrandverstärkung kann
ein, z. B. 1 cm breites, spiralförmig
gewundenes Band sein, das sich auf beiden Seiten des Gürtelrands über 10 bis
25% der Laufstreifenbreite ausdehnt. Der hohe Beschränkungseffekt,
der mit dieser Technologie erreicht wird, ist oftmals nicht erforderlich
für Reifen
bis zu einem Geschwindigkeitsindex H (210 km/h). In diesen Fällen kann
die Gürtelrandverstärkung vorteilhafterweise
ein sprialförmig gewundener
Streifen sein, der die Breite der Verstärkung aufweist und in einer
oder mehreren Spiralen ohne seitliche Verschiebung an beiden seitlichen
Rändern
des Gürtels
entlang gewunden sind. Solch eine Verstärkung kann schneller mit kostengünstigeren
Aufbaumaschinen hergestellt werden; das Zwischenmaterial, d. h. der
Streifen, ist, ebenfalls kostengünstiger
herzustellen. Diese Beschränkung
weist eine überlappende
Spleißstelle
an ihrem Ende auf. Während
der Ausdehnung des Rohreifens in der Vulkanisationsform kann das
Gleiten des Spleißstellenendes
auf dem Gürtel
eine Verformung verursachen, allgemein "Einhalsung des Gürtels" genannt.
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Gegenstand
der Erfindung ist das Verbessern der Gleichförmigkeit der Reifen und spezieller
die Verminderung der Einhalsung des Gürtels während der Formgebung und Vulkanisierung
solcher Reifen.
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Weiterhin
ist Gegenstand der Erfindung der Gebrauch von Hochmodul-Material
für die
Verstärkung
der Gürtelrandstreifen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen Luftreifen, der ein Paar axial beabstandeter
ringförmiger
Wulste aufweist, wobei mindestens eine Karkassenschicht um diese
Wulste gewickelt ist, wobei mindestens zwei Gürtelschichten über der
Karkassenschicht in einem Kronenbereich dieses Reifens angeordnet
sind, wobei Laufstreifengummi über
den Gürtelschichten
angeordnet ist, wobei Seitenwände
zwischen dem Laufttreifengummi und den Wulsten angeordnet sind,
wobei die Seitenwände
und das Laufstreifengummi in Schulterbereichen des Reifens aufeinandertreffen,
und mit einer Gürtelrandverstärkung in
jedem Schulterbereich des Reifens. Die Gürtelrandverstärkung umfasst
einen elastomeren Streifen, der darin parallele Verstärkungskorde
aufweist, wobei der Streifen in den Reifenschultern derart angeordnet
ist, dass die parallelen Verstärkungskorde
einen spezifischen Winkel bezüglich
der Äquatoriqalebene
des Reifens aufweisen. Die Gürtelrandverstärkung umfasst
zumindest eine Windung des Streifens und jeder Streifen weist eine überlappende
Spleißstelle
auf, so dass er ein radial inneres und ein radial äußeres Ende
aufweist; wobei während
der Formgebung in der Vulkanisationsform jedes Ende eine Gleitrichtung "s" aufweist. Die Spannungs-vektoren "b" der Gürtelschichtenkorde bilden einen
spitzen Winkel mit der Gleitrichtung "s" des
benachbarten radial inneren Spleißstellenendes der Streifen.
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Ein
speziell veranschaulichter, erfindungsgemäßer Reifen ist ein Pkw-Reifen,
der eine Karkasse umfasst, die eine mit textilem Material wie Polyester
oder Rayon verstärkte
radiale Schicht aufweist, und eine Gürtelstruktur mit zwei mittels
Stahlkorden verstärkte
Schichten, die um 18°–23° bezüglich der
Umfangsebene des Reifens geneigt sind. Ein spiralförmig gewundener,
durch Nylonkorde verstärkter
Gürtelrandverstärkungsstreifen,
der eine Breite von 5% bis 40%, vorzugsweise von 20% bis 30% der
Laufstreifenbreite TW aufweist, ist an den seitlichen Rändern der
Gürtelstruktur
vorgesehen. Der Streifen wird so auf die Reifenaufbautrommel aufgebracht,
dass er eine überlappende
Spleißstelle
von 20 mm bis 40 mm aufweist.
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DEFINITIONEN
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Die
Erfindung kann besser im Zusammenhang folgender Definitionen verstanden
werden, die sowohl auf die Beschreibung als auch auf die angefügten Ansprüche anwendbar
sind:
"Luftreifen" bezeichnet eine
laminierte mechanische Vorrichtung mit generell toroidaler Form
(üblicherweise ein
offener Torus), die Wulste und einen Lauftsreifen aufweist und aus
Gummi, Chemikalien, Gewebe und Stahl oder anderen Materialien hergestellt
ist. Wenn der Reifen an dem Rad eines Kraftfahrzeugs montiert ist, bewirkt
er mittels seines Lauftsreifens Traktion und schließt das Fluid
ein, das die Last des Fahrzeugs trägt.
"Äquatorialebene" (EP) bezeichnet
die Ebene, die senkrecht zur Drehachse des Reifens steht und durch
die Mitte seines Laufstreifens verläuft.
"Kord" bezieht
sich auf die Stränge,
welche die Schichten in dem Reifen verstärken.
"Kordwinkel" bezeichnet in einer Draufsicht des
Reifens den Winkel links oder rechts, welcher von einem Kord bezüglich der Äquatorialebene
gebildet wird.
"Schicht" bezeichnet eine
Lage von gummibeschichteten parallelen Korden.
"Wulst" bezeichnet den Teil
des Reifens, der ein ringförmiges,
dehnbares bzw. Zugglied aufweist, welches von Kordschichten umwickelt
ist und mit oder ohne weiteren Verstärkungselementen, wie Wulstfahnen,
Verstärkungsstückchen,
Kernreiter, Zehenschutz und Wulstschutzbändern so geformt ist, dass
er an die Auslegungsfelge passt.
"Radialschichtreifen" bezeichnet einen gegürtelten
oder umfangsmäßig eingeschränkten Luftreifen,
in welchem die Schichtkorde, die sich von Wulst zu Wulst erstrecken,
in Kordwinkeln zwischen 65° und
90° bezüglich der Äquatorialebene
des Reifens aufgelegt sind.
"Karkasse" bezeichnet die Reifenstruktur, abgesehen
von der Gürtelstruktur,
dem Laufstreifen, dem Basisgummi und dem auf den Schichten angebrachten
Seitengummi, aber einschließlich
der Wulste.
"Gürtelstruktur" bezeichnet zumindest
zwei Lagen oder Schichten paralleler Korde, gewebt oder ungewebt,
die unter dem Laufstreifen liegen, nicht an der Wulst verankert
sind und sowohl linksorientierte als auch rechtorientierte Kordwinkel
bezüglich
der Äquatorialebene
des Reifens aufweisen. Für
Pkw-Reifen sind die Winkel in der Größenordnung von 17° bis 27° bezüglich der Äquatorialebene
des Reifens.
"Seitenwand" bezeichnet den Teil
eines Reifens zwischen dem Laufstreifen und der Wulst.
"Laufstreifen" bezeichnet den Teil
des Reifens, der mit der Straße
in Kontakt kommt, wenn der Reifen normal aufgeblasen ist und unter
Normallast steht.
"Ansichtsverhältnis" des Reifens bezeichnet
das Verhältnis
seiner Schnitthöhe
zu seiner Schnittbreite, multipliziert mit 100% um es als einen
Prozentsatz auszudrücken.
"Innenfutter" bezeichnet die Lage
oder Lagen aus Elastomer oder anderem Material, welche die innenseitige Oberfläche eines
schlauchlosen Reifens bilden und das Aufblasfluid innerhalb des
Reifens einschließen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittsansicht
eines erfindungsgemäßen vulkanisierten
Reifens.
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2 ist eine teilweise Aufrissansicht
des Gürtelbereichs
eines vulkanisierten Reifens gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung.
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3 ist eine teilweise Aufrissansicht
des Gürtelbereichs
eines vulkanisierten Reifens gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung.
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4 ist eine schematische
Darstellung eines Teils des Gürtelbereichs
eines erfindungsgemäßen Reifens
vor der Vulkanisation.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Gürtelrandverstärkungsstreifen
ist ein Kord/Gummi-Verbundwerkstoff,
wobei die Kordverstärkung aus
Metall oder textilem Material, wie zum Beispiel Stahl, Aramid, Polyamid,
Polyester oder Polyalkylen, hergestellt sein kann. In der bevorzugten
Ausführungsform
wird Kord aus Nylon (einem Polyamid) verwendet.
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Speziell
in der dargestellten Ausführungsform
umfasst der Gürtelverstärkungsstreifen
840/2-Nylon-6.6-Korde, die eine unbehandelte Stärke von 0.56 mm aufweisen und
eine Verbundstärke
von 0.80 mm (0.12 mm Gummi werden auf jeder Seite des Gewebes der
Gürtelrandverstärkung hinzugefügt).
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Die
Korde im Verstärkungsstreifen
sind von 0° bis
30° bezüglich der Äquatorialebene
(EP) des Reifens orientiert. In der dargestellten Ausführungsform
wird ein Kordwinkel von 0° bis
5° verwendet.
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Es
wird davon ausgegangen, dass Reifen, die mit einem Kordwinkel nahe
0° im Gürtelrandverstärkungsstreifen
hergestellt sind, eine verbesserte Haltbarkeit aufweisen werden,
wohingegen Verstärkungsstreifen,
die einen Kordwinkel von nahe 30° bezüglich der Äquatorialebene
aufweisen, ein verbessertes Laufverhalten aufweisen werden.
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Mit
Bezug auf 1 und 2 weist im Folgenden der
Reifen 10 der Erfindung Wulste 12, 13 umwickelnde Karkassenschichten 11 und
ein über
den Karkassenschichten in einem Kronenbereich des Reifens angeordnetes
Gürtelpacket 14 auf.
Der Laufstreifen 17 ist über dem Gürtelpacket 14 angeordnet
und Seitenwände 27, 28 sind
zwischen Laufstreifenkanten TE1, TE2 und Wulsten 12, 13 angeordnet.
Ein Laufstreifenunterteil (nicht dargestellt) kann zwischen Laufstreifen 17 und
Gürtelpacket 14 angeordnet
sein. In der dargestellten Ausführungsform
umfasst das Gürtelpacket 14 eine
radial innere, erste Gürtelschicht 15 und
hierzu benachbart eine zweite, radial äußere, obere Gürtelschicht 16.
Ein Gürtelrandverstärkungsstreifen 18, 19 ist
im Bereich jedes der seitlichen Gürtelränder angeordnet. Im Fall der 2 ist der Streifen über der
radial äußersten
Gürtelschicht
angeordnet.
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Die
Gürtelrandverstärkungsstreifen 18, 19 umfassen
eine hinreichende Zahl von Lagen oder Umläufen, die benötigt werden,
um die erforderlichen Verstärkungseigenschaften
aufzuweisen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst jeder Gürtelrandverstärkungsstreifen
eine Lage oder einen Umlauf. Die Gürtelrandverstärkungsstreifen 18, 19 sind
jeweils ungefähr
50 mm breit und dehnen sich vorzugsweise etwas über die Gürtelränder 20, 21 einer
benachbarten, zum Streifen radial nach innen gerichtet liegenden
Gürtelschicht
aus.
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3 zeigt schematisch das
Gürtelpacket
eines Lkw-Reifens.
Das Gürtelpacket
umschließt
eine erste, radial innerste Schicht 151, eine zweite Schicht 161,
eine dritte Schicht 171 und eine vierte, radial äußerste Schicht 181,
die Kordwinkel von jeweils ungefähr
55° rechtsorientiert,
19° rechtsorientiert,
19° linksorientiert und
19° rechtsorientiert
aufweisen. Die Schichten in der Gürtelstruktur sind durch Stahlkorde
verstärkt.
Die durch Textilkorde verstärkten
Streifen 18, 19 befinden sich zwischen der zweiten
Schicht 161 und der dritten Schicht 171. Der Fachmann
wird erkennen, dass andere Positionen zwischen den Gürteln möglich sind.
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Wie
am besten in 4 gesehen
werden kann, sind die Gürtelrandverstärkungsstreifen 18, 19 so
angeordnet, dass sie eine überlappende
Spleißstelle
aufweisen. Die überlappende
Spleißstelle
wird verwendet, um zu garantieren, dass es keine Lücken gibt,
die den Gürtelrandverstärkungsstreifen
schwächen
würden,
und um sicherzustellen, dass keine Luft im Bereich der Überlappung
gefangen ist. Gefangene Luft würde
zur Möglichkeit
der Trennungen der Schichten führen.
Der Fachmann wird erkennen, dass Reifenbaumaschinen Vorrichtungen
haben, ein solches Einfangen von Luft zu verhindern oder zu beseitigen.
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4 zeigt weiterhin die radial äußeren Endteile 30 und 31 und
die radial inneren Endteile 32 und 33 jeweils
der Streifen 18 und 19. Spannungsvektoren "b" der Verstärkungskorde 22 der
benachbarten Gürtelschicht 156,
radial innen liegend bezüglich
der Streifen, sind dargestellt. Die Spannungsvektoren haben ihren Ursprung
in den Verstärkungskorden,
an demjenigen Punkt, wo sie tangential zum Kord verlaufen. Sie sind von
der Äquatorialebene
EP zu den jeweiligen Gürtelrändern gerichtet;
ihre Intensität
nimmt ab je näher
der Ursprungspunkt am Gürtelrand
liegt. Die Spannungsvektoren "b" bilden mit der Äquatorialebene
einen Winkel von 17° bis
27°.
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Während der
Ausdehnung des Rohreifens um 2 bis 4% in der Vulkanisationsform
gleiten die Spleißstellenenden über einander
in einer Richtung parallel zur Äquatorial-ebene,
wobei die Tendenz des Verringerns des Überlappbetrags D besteht. Beide
Spleißstellenenden
gleiten auf den benachbarten Gürtelschichten.
Die Gleitrichtung und der Gleitbetrag des radial inneren Spleißstellenendes
wird durch den Vektor "s" dargestellt. In 4 ist der Gleitvektor "s" jedes Streifens mit dem Spannungsvektor "b" der korrespondierenden, benachbarten,
radial inneren Verstärkungskorden 22 dargestellt
worden.
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Es
wurde entdeckt, dass in Abhänigkeit
vom Winkel α,
der vom Spannungsvektor "b" der Korde der benachbarten,
radial innen zum Streifen liegenden Gürtelschicht und dem Gleitvektor "s" gebildet wird, dieses Gleiten des Spleißstellenendes
in Kontakt mit den Gürteln
eine Gürtelverformung
verursachen kann, die allgemein "Einhalsung
des Gürtels" genannt wird.
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Wenn
die Verstärkungsstreifen 18, 19 in
Richtung des spitzen Winkels der Korde 22 gleiten, erleichtert der
spitze Winkel das Gleiten der Streifen auf den darunter liegenden
Korden 22, ähnlich
dem Streicheln einer Feder in Strichrichtung, und es tritt weniger
Verformung auf, und falls Verformung auftritt, geschieht dies durch das
leichte Schließen
eines bereits spitzen Winkels. In anderen Worten gefasst, wenn die
Gleitrichtung "s" jedes radial inneren
Spleißstellenendes 32, 33 einen
scharfen Winkel (α)
mit dem Spannungsvektor (b) der benachbarten Gürtelkorde 22 bildet,
dann verursacht das Gleiten des Spleißstellenendes keine merkliche
Verschiebung der Korde 22 und es wird keine Einhalsung
des Gürtels
beobachtet.
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Umgekehrt,
wenn die Gleitrichtung gegen den stumpfen Winkel der darunterliegenden
Gürtelkorde 22 gerichtet
ist, widerstehen die Korde dem Gleiten, ähnlich dem Streicheln einer
Feder gegen die Strichrichtung, und die Korde werden in Gleitrichtung
des radial inneren Streifenendteils verschoben, wobei eine signifikante Verformung
verursacht wird. Falls während
des Gleitens das radial innere Spleißstellenende 32, 33 sich
in eine Richtung "s" bewegt und dabei
einen stumpfen Winkel mit dem Spannungsvektor des benachbarten Kords
der radial inneren Gürtelschicht
bildet, wird eine Verschiebung eines Teils der Gürtelkorde während der Reifenformung auftreten.
Die Kordverschiebung im Gürtel
wird zu einem unsymmetrischen Gürtelpacket
(unebener Ausstieg), daher zu Reifenschwingung und unregelmäßigem Verschleiß führen. Der
Verschiebungsbetrag hängt
vom Betrag des Gleitens des radial inneren Spleißstellenendes ab; er wird akzentuiert
durch die Tatsache, dass das Gürtelpacket
aufgrund der Reifenausdehnung in der Vulkanisationsform durch die
Gürtelrandverstärkung unter
Kompression gesetzt wird. Das Maß an Verformung hängt stark
vom Spielraum zwischen Rohreifen und der Form, wie auch von dem
Modul des Gewebematerials, das die Korde bildet, ab; je höher der Modul,
desto höher
die Kompressionkraft, die auf die, zwischen Balg und dem Streifen
zwischengelegte, Gürtelschicht
ausgeübt
wird.
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Es
stimmt, dass Teile des Streifens 18, 19, die weiter
weg vom radial äußeren Spleißstellenende 30, 31 liegen,
in Kontakt mit den Gürtelkorden 22 sind.
Darüber
hinaus bilden die Gleitvektoren dieser Korde in der erfindungsgemäßen Anordnung
stumpfe Winkel bezüglich
des jeweiligen Spannungsvektors der Gürtelkorde 22. Es ist
jedoch beobachtet worden, dass keine merkliche Verschiebung dieser
Gürtelkorde
hierdurch verursacht wird. Dies kann auf der Tatsache beruhen, dass
der Druck, der vom radial inneren Teil des Spleißstellenendes 32, 33 ausgeübt wird,
wegen der erhöhten
Stärke
an der Überlappung
größer ist;
man glaubt weiterhin, dass die Wirkung des radial inneren Spleißstellenendes 32, 33 auf
die benachbarten Korde 22, die in der Gürtelschicht 156 eingebettet
sind, vorherrscht und dazu tendiert, die Korde 22, die
in Kontakt mit dem radial äußeren Spleißstellenende 30, 31 sind,
in Position zu halten.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst Konstruktionen, in denen ein Verstärkungsstreifen
zwischen den Gürteln
plaziert ist, wie z. B. in 3 für den Streifen 18 gezeigt,
der zwischen den Gürteln 161 und 171 angeordnet
ist. Überraschenderweise
ist beobachtet worden, dass eine benachbarte Gürtelschicht, welche bezüglich des
Streifens radial außen
liegt, nicht signifikant verformt wird. Hier an der Stelle des Überlapps,
an der die Stärke
am größten ist,
bilden die Spannungsvektoren "b" der Korde dieser Gürtelschicht
spitze Winkel mit der Gleitrichtung "s" des
benachbarten, radial äußeren Spleißstellenendes.
Das Ausbleiben von Verformung kann weiterhin durch die Tatsache
erklärt
werden, dass während
der Formung des Reifens der Balg die Gürtelkorde gegen die benachbarten – radial äußeren – Korde
des Streifens drückt,
welche dadurch aufgrund der Gleitbewegung der Streifenkorde in ihrer
Bewegung beeinflusst werden, wohingegen die Korde der Gürtelschicht,
welche radial außen
bezüglich
des Streifens liegen, durch die Balgbewegung gegen das weiche Laufstreifengummi
gedrückt
werden.
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Um
den Rohreifen bequem und effizient auf einer Trommel aufzubauen,
sind die beiden Spleißstellenenden
des Gürtelrandverstärkungsstreifens
normalerweise nicht umfangsmäßig verschoben,
sondern liegen innerhalb eines Raumwinkels von ungefähr 20°, wobei der
Raumwinkel von zwei Halbebenen gebildet wird, die auf der Reifenachse
ihren Ursprung haben. Um die Gleichförmigkeit des Reifens zu erhöhen, wird
allerdings empfohlen, die Spleißstelle
des Gürtelrandverstärkungsstreifens
auf einer Seite der Äquatorialebene umfangsmäßig um umgefähr 180° bezüglich der
auf der anderen Seite der Äquatorialebene
gelegenen Spleißstelle,
verschoben um die Aufbautrommel herum, anzuordnen.
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Die
Erfindung wird weiterhin mittels Tabelle 1 erläutert.
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Obwohl
die Erfindung anhand der geteilten Reifengewebebeschränkung, die
sich auf der Oberseite des Gürtels
2 befindet, spezieller erklärt
worden ist, ist es selbstverständlich,
dass die Erfindung genauso gut mit Reifen funktioniert, die drei
oder mehr Gürtel
aufweisen, indem die Streifen zwischen irgendwelche der Gürtel oder
auf den radial äußersten
Gürtel
positioniert werden.
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Obwohl
spezielle Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, wird der Fachmann
erkennen, dass die Erfindung verschiedenartig modifiziert und umgesetzt
werden kann, ohne von der Erfindung, wie in den folgenden Patentansprüchen definiert,
abzuweichen.
