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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Niveaus der
Beanspruchung, der ein Luftreifen bei der Verwendung an einem Fahrzeug
ausgesetzt ist, und insbesondere eine Vorrichtung, die es erlaubt,
sich zu vergewissern, ob ein Luftreifen unter schädigenden
Beanspruchungsbedingungen, die zu einer merklichen Verringerung
seiner potentiellen Lebensdauer führen, wie zum Beispiel ein
Laufbetrieb bei einem sehr viel geringeren als dem empfohlenen Reifendruck
oder sogar bei einem Reifendruck Null, gelaufen ist oder nicht.
Die Erfindung betrifft ferner einen Luftreifen, der bei oder nach
seiner Herstellung mit mindestens einer derartigen Vorrichtung ausgerüstet wurde.
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Luftreifen
unterliegen bei ihrer Verwendung starken Belastungen; unter Belastungen
werden sowohl von der Reifenlast herrührende Belastungen als auch
Belastungen verstanden, die von Verformungszyklen herrühren und
die durch eine Amplitude und durch eine Gesamtzahl von Zyklen (jedes
Durchlaufen eines Reifensektors durch die Aufstandsfläche entspricht
einem Zyklus) definiert sind.
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Ein üblicher
Luftreifen besteht aus Wülsten, die
zum Kontakt mit den Sitzen einer Felge, auf der er montiert ist,
dienen, einer Scheitelbewehrung, auf der ein zum Kontakt mit dem
Untergrund beim Abrollen dienender Laufstreifen angeordnet ist,
und Flanken, welche die Verbindung zwischen den Wülsten und
der Bewehrung gewährleisten.
Bei jedem Durchlaufen der Aufstandsfläche auf dem Untergrund überträgt ein Teil
des Laufstreifens, der vom Kontakt mit dem Untergrund betroffen
ist, die vom Luftreifen getragene Last auf diesen Untergrund, und
die Flanken gewährleisten
die Übertragung dieser
Belastungen zwischen Felge und Laufstreifen. Unter der Einwirkung
dieser Kontaktbelastungen verformen sich die Flanken lokal, was
bedeutet, dass der Teil der Flanken, der mit dem Teil des Laufstreifens
verbunden ist, der dem Kontakt ausgesetzt ist, eine je nach der
getragenen Last mehr oder weniger ausgeprägte Biegung erfährt.
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Unter
Biegung wird verstanden, dass die Flanken, im Meridianschnitt (also
senkrecht zur Äquatorialebene
des Reifens) gesehen, Profile annehmen, deren kleinste Krümmungsradien
sich vom Eintritt in die Aufstandsfläche in Richtung zum medianen
Teil der Aufstandsfläche
verringern.
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Durch
Erhöhung
des Aufpumpdrucks des Reifens wird die Steifigkeit der Flanken erhöht und somit
ihre Biegeverformung bei gleicher Reifenlast verringert.
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Zur
Vergleichmäßigung der
durch den Aufpumpdruck bedingten Kräfte und zur Begrenzung der daraus
resultierenden Verformung werden die Flanken aus Elastomermaterial
durch eine Karkassenbewehrung verstärkt, die mindestens eine Lage
aufweist, die aus einer Vielzahl von Verstärkungen in Form von Drähten oder
Seilen aufgebaut ist, die in einer Richtung orientiert sind, die
mit der Umfangsrichtung einen Winkel von mindestens 45 Grad bildet; diese
Verstärkungen
nehmen eine Zugkraftkomponente auf, die vom Aufpumpen des Luftreifens
herrührt.
Die Karkassenbewehrung unterliegt bei jedem Zyklus der gleichen
Deformation wie die Flanke: sie unterliegt daher in der Hauptsache
den gleichen Biegezyklen bei jedem Durchlaufen der Aufstandsfläche. Die
Karkassenbewehrung unterliegt ferner, und zwar in Abhängigkeit
von ihrer Lage innerhalb der Dicke der Flanke, bei dieser Biegebeanspruchung
wiederholten Änderungen
von Kräften,
deren Amplitude direkt mit der auf die Karkassenbewehrung einwirkenden
Verbiegung verknüpft
ist.
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Am
Ende der Laufzeit eines Reifens, das heißt, zum Beispiel, wenn der
Laufstreifen eine Abnützung
erreicht, die es erforderlich macht, den Reifen rundzuerneuern bzw.
mit einem neuen Laufstreifen zu versehen, oder wenn ein Reifen,
der beispielsweise aufgrund einer Beschädigung die Luft verloren hat,
repariert werden muss, ist es für
die Sicherheit des späteren
Benutzers sehr wichtig, den Zustand, in dem sich der Reifen befindet,
sowie, unter anderem, den Schädigungszustand
der Karkassenbewehrung festzustellen. Unter dem Zustand des Reifens
wird eine quantitative Bewertung der eventuellen Verringerung seines
Haltbarkeitspotentials verstanden, die von den Laufbedingungen herrührt, wobei
zu berücksichtigen
ist, dass die Lebensdauer des neuen Reifens im Anfangszustand maximal
ist und dass eine Grenze festgelegt ist, oberhalb deren der Reifen
nicht mehr verwendbar ist, da er keine für den Verwender ausreichende
mögliche
Lebensdauer mehr aufweist.
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Bei
Personenkraftwagen kann man oft feststellen, dass Reifen auf einen
Druck aufgepumpt sind, der erheblich geringer ist als der Betriebsdruck (das
heißt,
der empfohlene Reifendruck, bei dem das Leistungspotential der Haltbarkeit
des Reifens unter den empfohlenen Verwendungsbedingungen optimal ist);
unter solchen Umständen
kann eine relativ kurze Verwendung ohne Konsequenzen sein, während sich eine
längere
oder wiederholte Verwendung in einer spürbaren Verringerung des Haltbarkeitspotentials und
damit der Lebensdauer im Vergleich zu dem äußern kann, was unter empfohlenen
Normalbedingungen vernünftigerweise
erwartet werden kann. Allerdings hindert diese Gegebenheit den Fahrer
des Fahrzeugs nicht, so zuweilen zahlreiche Kilometer zurückzulegen.
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Ungünstigerweise
ist sehr häufig
die Schädigung
des Reifens, die von einer solchen anomalen Verwendung während einer
mehr oder weniger langen aufgelaufenen Zeit resultiert, weder durch aufmerksame
Prüfung
des Reifeninneren noch des Reifenäußeren visuell feststellbar.
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Außerdem ist
es beispielsweise bei Schwerlastfahrzeugen bei zahlreichen Verwendungen
und mit der Zielsetzung, sehr hohe Lasten tragen zu können, üblich, die
sogenannte Zwillingsbereifung anzuwenden. Der Ausdruck Zwillingsbereifung
bezeichnet die Montage von zwei Paaren identischer Reifen an der
gleichen Achse, wobei diese Reifen bei normaler Verwendung auf den
gleichen Betriebsdruck aufgepumpt sind. Bei diesem Montagetyp kommt
es ziemlich häufig
vor, dass einer der Reifen teilweise oder ganz die Luft verliert,
während
der andere Reifen seinen gesamten Aufpumpdruck beibehält. Diese
Situation hindert den Fahrer des Fahrzeugs aber nicht daran, viele
Kilometer zu fahren, da er dies nicht bemerkt, sofern nicht das
Fahrzeug mit einem Druckverlust-Warnsystem ausgerüstet ist.
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In
einer solchen Situation weist der Reifen, der teilweise oder ganz
die Luft verloren hat, im Vergleich zum anderen, aufgepumpten Reifen
des Zwillingspaars eine verringerte Steifigkeit auf; infolgedessen
trägt der
aufgepumpte Reifen die gesamte üblicherweise
von den beiden Zwillingsreifen getragene Last praktisch allein,
während
der Reifen mit dem Druckverlust nur einen Teil der Last trägt, der
umso kleiner ist, je kleiner sein Innendruck gegenüber dem des
anderen Reifens ist.
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Demzufolge
unterliegen der aufgepumpte und der nicht aufgepumpte Reifen, die
ein und dasselbe Paar bilden, zusätzlich einer Stauchung, was bedeutet,
dass ihre Flanken schädlichen
Biegezyklen unterworfen werden, die eine Schädigung durch Ermüdung hervorrufen
können,
beispielsweise hinsichtlich der Verstärkungsbewehrungen dieser Reifen.
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Als
Folge davon, und im Unterschied zum aufgepumpten Reifen, dessen
Karkassenbewehrung, abgesehen von der stärksten Biegung, weiterhin einer
Dehnung unterliegt, steht die Karkassenbewehrung des nicht aufgepumpten
Reifens praktisch nicht unter Dehnung und kann sogar bei sehr starken Biegungen
(die sehr kleinen Krümmungsradien
in Bezug auf die Krümmungsradien
entsprechen, welche die gleiche Bewehrung unter den empfohlenen Bedingungen
annimmt) lokal in Stauchung übergehen.
Diese alternierende Beanspruchung durch eine schwache Dehnung und
eine gegebenenfalls anschließende
Stauchung in der Karkassenbewehrung kann sich, wenn die Anzahl der
Zyklen ausreichend groß ist,
in einer fortschreitenden Schädigung
der Bewehrung äußern, die
den Reifen unbrauchbar macht. Man spricht von Schädigung durch
Ermüdung
der Karkassenbewehrung in Analogie zu der Ermüdung, die resultiert, wenn
beispielsweise eine Metallstange wiederholt gebogen wird.
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Das
Dokument
US 4 318 436 beschreibt
eine Vorrichtung, die eine sichtbare Änderung ihres Aussehens erfährt, wenn
ein Reifen einen zu niedrigen Druck aufweist; diese Vorrichtung
dient als Warneinrichtung und speichert nicht die Biegezyklen, denen der
Reifen unter diesen Bedingungen zu niedrigen Aufpumpdrucks ausgesetzt
war.
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Im
Fall von bestimmten Laufbetriebsweisen unter starken Lasten und/oder
bei geringen Aufpumpdrucken kann es vorkommen, dass sich die Flanken
der Reifen, die ein Zwillingsreifenpaar darstellen, bei jedem Durchlaufen
der Aufstandsfläche zumindest
lokal berühren,
was ebenfalls eine Verschlechterung der Festigkeitseigenschaften
und der Haltbarkeit der in Kontakt stehenden Flanken nach einer
gegebenen Laufzeit hervorruft.
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Zur
Feststellung, ob ein Reifen unter solchen Bedingungen gelaufen ist,
ist bekannt, das Äußere und
das Innere des Reifens visuell zu inspizieren, um daraus eventuelle
Anzeichen hierfür
zu erfassen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass es sehr schwierig ist,
mit dieser Methode zuverlässige
Ergebnisse bei einem Reifen zu erzielen, der an einem Personenwagen,
einem Lastwagen oder einem anderen Fahrzeug verwendet wurde, und
zwar sogar für
einen Spezialisten.
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Um
eine Information über
den Schädigungszustand
eines Reifens gewinnen zu können,
wurden komplizierte Vorrichtungen und Geräte entwickelt, bei denen Durchleuchtungseinrichtungen
oder röntgenphotographische
Einrichtungen oder ein Laser verwendet werden, um direkt im Aufbau,
der den Reifen darstellt, eventuelle Anzeichen zu erfassen, die auf
eine Schädigung
des Reifens hindeuten, die von den speziellen Laufbedingungen herrührt. Allerdings sind
diese Einrichtungen, abgesehen von dem Umstand, dass sie nicht immer
am Ort der Reparatur des Reifens verfügbar sind, zumindest diffizil
anzuwenden, zum Beispiel, wenn die Beschädigung des Reifens seine Karkassenbewehrung
betrifft und im Inneren des Bewehrungsaufbaus liegt. Darüber hinaus
ist eine ziemlich lange Untersuchungsdauer erforderlich, wenn man
eine sehr genaue und unerlässliche Verifizierung
vornehmen möchte.
Eine Anlage dieses Typs ist ferner relativ teuer und erfordert im
Rahmen ihres Betriebs ein erhebliches Knowhow.
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Nach
allgemeiner Regel pumpt man den zu untersuchenden Reifen, wenn Zweifel
bestehen, in einem Schutzkäfig
auf einen Druck auf, der höher
ist als der Betriebsdruck (mindestens 1,25-fach höher), um
absichtlich ein Platzen des Reifens hervorzurufen, wenn seine Verstärkungsbewehrungen
einer erheblichen Schädigung
durch Ermüdung
unterlagen, die aber von außen
nicht sichtbar ist. Es kann allerdings sein, dass der Reifen bei
diesem Aufpumptest nicht platzt, obwohl seine Verstärkungsbewehrung beschädigt ist
und den Reifen zur Verwendung an einem Fahrzeug unbrauchbar macht.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache, preiswerte Vorrichtung
anzugeben, die nach dem Laufen eines Reifens dauerhaft speichert
und sichtbar macht, dass mindestens ein Bestandteil des Reifens
im Vergleich zu den gewöhnlichen
Beanspruchungen dieses Bestandteils, wenn der Reifen unter den empfohlenen
Bedingungen verwendet wird, für die
er auch dimensioniert wurde, übermäßig beansprucht
wurde, und zwar zugleich hinsichtlich der Amplitude der Beanspruchungen
und hinsichtlich der Anzahl der Beanspruchungszyklen. Unter Beanspruchung
wird eine mechanische Beanspruchung, eine chemische Beanspruchung,
eine thermische Beanspruchung wie auch eine Kombination von mindestens
zwei dieser Beanspruchungen verstanden.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Vorrichtung zur Überwachung
des Schädigungszustands
mindestens eines Bestandteils eines Luftreifens angegeben, wobei
der Luftreifen mindestens einer vorgegebenen Beanspruchung während mindestens
eines Teils der Nutzungszeit des Reifens an einem Fahrzeug unterlegen
sein kann. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie
zur Anbringung auf oder in einem Luftreifen in der Nähe dieses
Bestandsteils vor dem Laufbetrieb des Reifens vorgesehen ist, sowie,
dass sie mindestens ein Mittel aufweist, das gegen die vorgegebene
Beanspruchung in der Weise empfindlich ist, dass es mindestens eine dauerhafte
Information speichern kann, gemäß welcher
der betreffende Teil einer solchen Beanspruchung während mindestens
einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen oder während einer gegebenen Zeit unterlag.
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Unter
einem Bestandteil wird beispielsweise eine Verstärkungsbewehrung oder ein Teil
des Reifens aus einer Kautschukmischung verstanden.
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Eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung
bietet den Vorteil, während
des Laufbetriebs und danach eine verlässliche Information zu liefern,
gemäß der ein
mit einer solchen Vorrichtung ausgerüsteter Reifen sehr schädlichen
Laufbedingungen hinsichtlich des Haltbarkeitspotentials des Reifens
unterlag oder nicht.
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Noch
mehr im Einzelnen wird eine Überwachungsvorrichtung
in Kombination mit einem Reifen verwendet, um den Schädigungszustand
einer Verstärkungsbewehrung
eines Reifens beim Laufen an einem Fahrzeug zu überwachen und Laufbedingungen
eines Reifens in aufgepumptem Zustand, der eine Innenwand und eine
Außenwand
aufweist, wobei der Aufpumpdruck des Reifens auf die Innenwand einwirkt,
zu speichern, wobei die überwachte Bewehrung
mindestens lokal mindestens einer zyklisch variierenden mechanischen
Beanspruchung unterliegt.
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Die Überwachungsvorrichtung
zur Überwachung
der Schädigung
der Bewehrung unter starker Biegung ist dadurch gekennzeichnet,
dass sie einen dünnen,
sehr flexiblen Träger
aufweist, von dem eine Fläche
zur Befestigung an einer der Wände
des Reifens und in der Nähe
der das Überwachungsobjekt darstellenden
Bewehrung vorgesehen ist, sowie dadurch, dass der Träger Mittel
aufweist, die gegen starke Biegung empfindlich sind und mindestens
eine Information dauerhaft speichern, gemäß der die überwachte Bewehrung während mindestens
einer gegebenen Anzahl von Zyklen einer starken Biegung unterlag,
wobei die dauerhaft gespeicherte Information visuell von einem Arbeiter
oder auch automatisch mit oder ohne Abmontieren des Reifens kontrolliert werden
kann.
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Ein
Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung
besteht darin, dass sie eine Information über eine gegebenenfalls übermäßige Verschlechterung der
anfänglichen
mechanischen und chemischen Eigenschaften der Kautschukmischungen
liefert, mit denen eine der Wände
des Reifens aufgebaut ist, wobei diese Verschlechterung eine beschleunigte
Alterung der Mischungen sein kann, die zum Beispiel von einer Kombination
von Wirkungen der Temperatur, des Vorliegens von Sauerstoff in der
Nähe der Wand
und mechanischen Beanspruchungen herrührt.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass sie während
der Herstellung des Reifens oder danach oder sogar noch nach einer
Reparatur, einer Runderneuerung (Erneuerung des Laufstreifens nach
seiner Abnützung)
oder einem beliebigen anderen Eingriff am Reifen angebracht werden
kann.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der nachstehend aufgeführten Zeichnungen
näher erläutert, die
sich auf Ausführungsformen
beziehen, die lediglich beispielhaft sind; es zeigen:
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1 eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung,
die drei Drähte
aufweist, die gegen wiederholte starke Biegebeanspruchungen empfindlich
sind;
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2 einen
Schnitt gemäß A-A in 1 quer
zu den Drähten; 3 einen
Schnitt gemäß B-B in 1 in
Längsrichtung
eines Drahtes;
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4 die
Vorrichtung von 1 nach Verwendung an einem Reifen,
der während
einer relativ langen Zeit Laufbedingungen unter zu geringem Druck
unterlag;
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5 einen
Schnitt durch einen Reifen, der auf seiner Innenfläche und
im Flankenbereich mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist,
die durch eine dünne
Schicht eines gegen wiederholte starke Biegungen empfindlichen Kautschukmaterials gebildet
wird;
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6 einen
Schnitt durch den Reifen von 5 unter
Laufbedingungen, unter denen die Reifenflanken bei jedem Durchlaufen
der Aufstandsfläche
einer sehr starken Biegung unterliegen.
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Eine
Variante der Vorrichtung 1 ist in 1 dargestellt,
gemäß der die
Vorrichtung Mittel 2, 3, 4 aufweist,
die gegen eine starke Biegung empfindlich sind und speichern können, wenn
die Vorrichtung wiederholten Zyklen der Biegung zwischen einem ersten
Krümmungsradius
Rmax und einem zweiten Krümmungsradius
Rmin unterlag, wobei mindestens einer dieser beiden Krümmungsradien
kleiner als oder gleich dem Grenzradius der Ermüdung eines der empfindlichen
Mittel ist.
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Unter
dem Grenzradius der Ermüdung
eines empfindlichen Mittels wird verstanden, dass, wenn dieses Mittel
Zyklen der Biegung zwischen zwei Krümmungsradien unterworfen wird,
die beide größer sind
als der Grenzradius der Ermüdung,
dieses Mittel keine irreversible und sichtbare Schädigung erfährt. Je
nach dem Wert der beiden extremen Krümmungsradien resultiert eine
Ermüdungsgrenze
des empfindlichen Mittels, die zugleich vom Wert des minimalen und
des maximalen Krümmungsradius
und von der Anzahl der Zyklen abhängt, denen dieses Mittel unterworfen
wird.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung 1 von etwa
rechteckiger Form besteht aus einer dünnen Schicht (Dicke: 0,6 mm)
aus Kautschuk, die den Träger 5 der
Vorrichtung bildet; auf diesem Träger 5 sind drei Drähte 2, 3, 4 so
angeordnet, dass sie in ein und derselben Richtung parallel zur
längeren
Seite des durch den Träger
gebildeten Rechtecks orientiert sind. Die Drähte werden ausgewählt unter
Drähten (die
aus einem oder mehreren miteinander verzwirnten Drähten bestehen
können),
welche die Besonderheit aufweisen, dass sie gegen eine zyklische
Biegebeanspruchung empfindlich sind; Beispiele hierfür sind Glasfasern
aus einer oder mehreren Adern.
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Die
Drähte 2, 3, 4 mit
kreisförmigem
Querschnitt, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, besitzen
unterschiedliche Ermüdungseigenschaften,
was es erlaubt, eine genaue Information über die Laufbedingungen des
mit dieser Vorrichtung ausgerüsteten
Reifens zu erhalten. Der Draht mit dem größten Durchmesser hat nämlich eine
Ermüdungsgrenze,
die erreicht wird, bevor die anderen Drähte mit kleineren Durchmessern
ihre eigenen Grenzen erreichen.
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Die
Enden der Drähte 2, 3, 4 sind
mit einer dünnen
Gummischicht 6 abgedeckt, um die Befestigung der Drähte am Träger sicherzustellen
(wie aus dem Schnitt B-B, der in 3 dargestellt
ist, hervorgeht) und eine direkte Ablesung der gespeicherten Information
zu ermöglichen,
wie dies aus 4 ersehen werden kann, in der
die gleiche Vorrichtung 1 dargestellt ist, die einer Anzahl
von Biegezyklen unterworfen war, die ausreichte, um einen Bruch
der beiden Drähte
mit den größten Durchmessern
hervorzurufen, aber nicht ausreichte, um einen Bruch des dritten
Drahtes hervorzurufen.
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Eine
Ausführungsvariante
besteht in der Verwendung mindestens eines Drahtes auf einem Träger ohne
Anwendung der Abdeckschicht auf den Enden dieses Elements oder dieser
Elemente, beispielsweise, indem vorgesehen wird, jeden Draht mit einem
Bindemittel zu beschichten, das die Verklebung mit dem Träger gewährleistet.
Die Überwachungsvorrichtung
wird vorzugsweise auf der Innenwand des Reifens angebracht, um nicht
zu riskieren, dass die Vorrichtung beim Laufen des Reifens abgelöst wird.
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Die
Schicht, die als Träger
für die
Drähte dient,
besteht im vorliegenden Fall aus einer Kautschukmischung einer Dicke
von 0,6 mm; diese Schicht kann selbstverständlich auch aus einem beliebigen
anderen Material und in einer Dicke ausgeführt werden, bei denen ausreichende
Festigkeitseigenschaften gegenüber
wiederholten Verbiegungen vorliegen.
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Nach
dem Anbringen der Drähte
auf einer der Oberflächen
des Trägers
werden die Enden der Drähte
mit einer weiteren Schicht aus Kautschukmischung beschichtet, die
von gleicher Art ist wie der Träger,
worauf das Ganze der Vulkanisation unter Druck unterzogen wird.
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Es
kann ferner vorgesehen sein, mit Hilfe einer sichtbaren Marke auf
einer Oberfläche
der Vorrichtung, die den oder die Drähte trägt, eine Richtung parallel
zur Richtung des Drahtes oder der Drähte anzugeben, wobei diese
Richtung senkrecht zu der Richtung ist, um die herum die Biegung
erfolgen muss, damit sie gegebenenfalls durch mindestens einen Draht
nachgewiesen werden kann (im vorliegenden Fall liegt die mit zwei
Pfeilen bezeichnete Richtung senkrecht zu den Drähten 2, 3, 4).
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2 zeigt
einen Schnitt A-A durch die Vorrichtung 1 von 1,
wobei dieser Schnitt in einer transversalen Ebene vorliegt, die
senkrecht zu den drei Drähten 2, 3, 4 liegt,
die zueinander parallel angeordnet sind. Diese drei Drähte 2, 3, 4,
die auf einer der Oberflächen
des Trägers 5 leicht
herausstehen, sind von gleicher Art, besitzen jedoch kreisförmige Querschnitte
mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei die Brüchigkeit jedes Drahtes proportional
seinem Durchmesser ist.
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Die
Vorrichtung von 4 entspricht der in 1 dargestellten
Vorrichtung nach Verwendung an einem Reifen, der mindestens eine
bestimmte Anzahl von Kilometern an einem Fahrzeug gelaufen ist. Diese
Vorrichtung erweist eine Biegebeanspruchung, die ausreichend war,
um eine Schädigung
durch Bruch durch Ermüdung
aufgrund von Zusammendrücken
bei zwei der drei Drähte
zu erzeugen.
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Das
Vorliegen dieser Brüche
ist ein aufschlussreiches Indiz dafür, dass der Reifen wahrscheinlich
unter von den empfohlenen Bedingungen abweichenden Bedingungen gelaufen
ist; diese Feststellung impliziert, dass der Reifen für eine normale, ähnliche
Verwendung ausfällt,
oder zumindest die Notwendigkeit einer ergänzenden Prüfung der Verstärkungsbewehrungen
durch andere Mittel.
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Bei
Verwendung an einem Reifen hätte
ein Bruch aller drei Drähte
angezeigt, dass der Reifen wahrscheinlich noch gravierenderen Laufbedingungen
unterlag, die eine sehr starke Schädigung der Karkassenbewehrung
hervorriefen.
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Im
vorliegenden Fall erfolgt das Ablesen der durch die Vorrichtung
gespeicherten Information direkt; es ist jedoch auch möglich, die
Röntgendurchleuchtung
oder die Röntgenphotographie
heranzuziehen, die es erlauben, diese Information ohne Abmontieren
des Reifens zu gewinnen.
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Neben
der oben beschriebenen Vorrichtung kann auch eine weitere Vorrichtung
realisiert werden, die mit nur einem einzigen Draht versehen ist
oder die überhaupt
keinen Draht aufweist.
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In
diesem letzteren Fall, also im Fall einer Vorrichtung ohne einen
Draht, wird ein Träger
gewählt,
bei dem das Material, mit dem er aufgebaut ist, gegen eine gegebene
Beanspruchung, zum Beispiel eine zyklische Biegebeanspruchung, während einer gegebenen
Mindestzeit und/oder eine gegebene Zahl von Zyklen empfindlich ist.
Unter einem empfindlichen Material wird verstanden, dass das Material
apparente Änderungen
mindestens einer seiner Eigenschaften zeigt (zum Beispiel Auftreten
von Marken, Rissen, Farbänderung,
...).
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Diese
Empfindlichkeit gegen eine Ermüdungsbeanspruchung
durch Biegen kann in geeigneter Weise erzeugt und eingestellt werden,
indem Mischungen auf der Basis von Dienkautschuken, wie Naturkautschuk,
synthetische Kautschuke aus der Gruppe der Polybutadiene oder der
Styrol-Butadien-Copolymeren, oder auch Verschnitte dieser verschiedenen
Kautschuke miteinander verwendet werden. Diese Empfindlichkeit kann
auch durch Formulierungen auf der Basis von Butylkautschuken gewährleistet
werden, die aufgrund ihrer geringen Ermüdungsfestigkeit im Fall einer
höheren
Beanspruchung durch Zusammendrücken,
die von einer anomalen Verwendung des Reifens herrührt, ausgewählt werden.
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Um
ein besseres Halten der Vorrichtung an einem Reifen zu erzielen,
ist es bevorzugt, die aus mindestens einem empfindlichen Material
erzeugte Vorrichtung während
der Herstellung des Reifens einzubringen und die Einheit aus Reifen
und Vorrichtung zu vulkanisieren. Diese Anordnung ist ferner deshalb
von Interesse, weil dadurch jegliche Möglichkeit einer Fälschung
vermieden und demzufolge eine größere Verlässlichkeit
erreicht wird.
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Eine
andere Weiterbildung besteht in der Erzeugung einer Vorrichtung,
die aus mehreren Mischungen besteht, wobei jede Mischung gegen eine gegebene
Beanspruchung während
einer gegebenen Zeit oder eine gegebene Anzahl von Zyklen empfindlich
ist; auf diese Weise ist es möglich,
eine genaue Information über
die Beanspruchungen zu erhalten, denen der Reifen während seiner
Verwendung unterlag.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
besteht darin, mindestens einen Draht während der Herstellung des Reifens
in den Reifen einzubringen, wobei jeder Draht im Wesentlichen in
der Richtung einer zu überwachenden Bewehrung
in der Weise angeordnet wird, dass er entweder mit unbewaffnetem
Auge oder durch ein ergänzendes
Mittel, zum Beispiel durch Durchleuchten, sichtbar ist.
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Die 5 und 6 beziehen
sich auf ein spezielles Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die es erlaubt, eine übermäßige Biegebeanspruchung
des Flankenbereichs eines Reifens eines Schwerlastfahrzeugs festzustellen, die,
wenn diese Beanspruchung während
einer ausreichend langen Zeitdauer andauert, zu einer Schädigung durch
Ermüdung
der Karkassenbewehrung führen
kann.
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Der
Reifen 10, dessen halber Meridianschnitt in 5 dargestellt
ist, weist eine Karkassenbewehrung 11 auf, die sich zwischen
dem Scheitel 12 des Reifens und Wülsten 13 erstreckt,
die mit einer Montagefelge 14 in Kontakt stehen, wobei
die Karkassenbewehrung 11 um einen Kern herum zurückgeschlagen
ist, der einen Wulstkern 15 zur Verankerung der Bewehrung
bildet. Der Bereich zwischen einem Wulst 13 und dem Scheitel 12,
der durch einen Verstärkungsaufbau 121 verstärkt ist,
der aus mehreren Lagen besteht, entspricht dem Bereich einer Flanke 16 des
Reifens. In dem Teil der Flanke 16, der in der Nähe des Scheitelbereichs
liegt, ist auf seiner Innenwand (das heißt, auf der Wand, auf die der
Aufpumpdruck des Reifens wirkt) nach der Vulkanisation des Reifens
(wobei dies jedoch auch während
der Fertigung des Reifens vor der Vulkanisation geschehen kann)
eine Vorrichtung 18 in dauerhafter Weise angebracht, die
zur Anzeige dient, dass der Reifen mindestens während einer a priori festgelegten
Zeitdauer unter übermäßigen Biegebedingungen
gelaufen ist. Diese Einrichtung ist hier mit dem Träger der Vorrichtung 18 selbst
integriert und besteht aus einer Kautschukmischung, wie sie gewöhnlich für die Verbindung
mit den Verstärkungen
der Karkassenbewehrung verwendet wird.
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6 zeigt
den Reifen von 5 im halben Meridianschnitt
in der Geometrie, die der Reifen beim Durchlaufen der Aufstandsfläche auf
dem Untergrund 20 einnimmt, wenn der Reifen, der ein Paar
einer Zwillingsbereifung bildet, auf einen sehr viel geringeren
Druck als den Anwendungsdruck aufgepumpt ist. Es ist festzustellen,
dass ein mit C bezeichneter, stark durchgebogener Bereich des Reifens existiert,
in dem die Karkassenbewehrung einen minimalen Biegeradius, Rmin,
durchläuft,
der die Haltbarkeit der Karkassenbewehrung nach einer relativ geringen
Anzahl von Zyklen signifikant verschlechtern kann.
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Dies
geschieht alles so, als ob jede Verstärkung der Karkassenbewehrung
bei jeder Radumdrehung einer Biegebeanspruchung zwischen einem ersten
Radius Rmax und einem zweiten Radius Rmin unterläge, wobei der Radius Rmax praktisch
gleich dem am Meridianschnitt des aufgepumpten Reifens gemessenen
Radius ist, der in 5 dargestellt ist. Diese Biegebeanspruchung
kann, unter bestimmten Laufbedingungen, dadurch noch ausgeprägter sein, dass
die als Zwillingsbereifung montierten Reifen lokal miteinander in
Kontakt kommen.
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Die
Anmelderin hat Versuche mit Vorrichtungen mit Trägern mit den Abmessungen 120
mm × 40 mm
oder 80 mm × 10
mm und einer Dicke von 0,6 mm oder 0,3 mm durchgeführt, die
aus einem Material auf der Basis einer Naturkautschukmischung hergestellt
waren, deren wesentliche Eigenschaft darin besteht, dass sie eine
für einen
Biegezyklus zwischen einem maximalen Krümmungsradius und einem minimalen
Krümmungsradius
quantifizierbare Ermüdungsgrenze
besitzt (genau diese Vorrichtung wurde in den Versuchen verwendet;
sie entspricht den 5 und 6).
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Nach
dem Laufbetrieb unter Bedingungen einer übermäßigen Biegung, wie in 6 dargestellt, wurde
festgestellt, dass das Material, mit dem der Träger 5 aufgebaut war,
lokal und in sichtbarer Weise Risse zeigte, die im Wesentlichen
in der Umfangsrichtung des Reifens ausgerichtet waren. In Fortsetzung
des Tests wurde festgestellt, dass diese Risse die Tendenz zeigten,
sich über
die gesamte Breite des Trägers 5 auszubreiten.
Parallel dazu wurden Lauftests unter den empfohlenen Bedingungen
an identischen Reifen durchgeführt,
die unter den gleichen Bedingungen mit gleichen Überwachungsvorrichtungen ausgerüstet worden
waren: diese Tests erwiesen den guten Halt dieser Vorrichtungen
und das Fehlen von Rissen an den Rändern der Vorrichtungen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann je nach dem Bedürfnis
rechteckige oder runde Form besitzen oder eine beliebige andere
Form aufweisen; wenn sie längliche
Form besitzt (zum Beispiel rechteckige Form), kann es sinnvoll sein,
sie an einer Wand des Reifens so anzubringen, dass ihre Ränder nicht
beispielsweise parallel zu den Verstärkungen der Karkassenbewehrung
liegen, um eine Konzentration von Spannungen an den Rändern zu
vermeiden. Zur Vermeidung jeglichen Risikos einer Ablösung der
Vorrichtung kann es sinnvoll sein, vorzusehen, dass ihre Ränder nicht
geradlinig, sondern beispielsweise gezackt sind.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann vorteilhaft eine Beschichtung aufweisen, die sich unter der
Einwirkung einer Reibung, die vom Kontakt von zwei Reifenteilen
unter Bedingungen übermäßiger Biegung
herrührt,
fortschreitend abreibt; es ist sinnvoll, eine Beschichtung zu wählen, die
im Anfangszustand und im Endzustand nach dem Laufbetrieb unterschiedliche
Färbungen
zeigt, die eine Ermittlung der Anzahl der schädlichen Zyklen erlauben, denen
der betreffende Reifen unterlag.
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Bisher
galt das Interesse dem Reifenlauf, durch den die Karkassenbewehrung
einer übermäßigen mechanischen
Biegebeanspruchung unterworfen wurde; es kann jedoch auch erforderlich
sein, ferner die Temperaturbedingungen beim Laufbetrieb insbesondere
in bestimmten Bereichen des Reifens zu verfolgen, da diese Bedingungen
meistens zu einer chemischen Veränderung
der Materialien führen, mit
denen der Reifen aufgebaut ist, wobei diese Veränderung in Kombination mit
den normalen Beanspruchungen dann zu einer vorzeitigen und/oder übermäßigen Ermüdung dieser
Materialien führen kann.
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Um
die chemische Veränderung
einer oder mehrerer Kautschukmischungen, mit denen der Reifen aufgebaut
ist, und insbesondere die sogenannte Alterung dieser Mischungen
zu verfolgen, kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung finden, die
zum Beispiel das Aussehen eines rechteckigen Teils besitzt und deren
Alterungseigenschaften gut bekannt sind und die, wenn diese Eigenschaften
mit den üblichen
Beanspruchungen eines Reifens im Laufbetrieb kombiniert werden,
zu sichtbaren Abbauerscheinungen der Vorrichtung führen.
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Es
ist in vorteilhafter Weise möglich,
einen Anstrich auf der Basis eines wärmeempfindlichen Produkts zu
verwenden, der dazu vorgesehen ist, die Farbe nach einer lokalen
oder globalen Erwärmung auf
eine Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Referenzwertes zu ändern (da
zu starke Biegung, Reibung zwischen zwei Teilen eines Reifens eine
lokale Erwärmung
hervorrufen oder einfach zu einem lokalen Abreiben des Anstrichs
von der Vorrichtung führen
können).
Die Wahl des Anstrichs geschieht in Abhängigkeit vom gewählten Referenzwert,
der seinerseits von der Reifengröße und den
Betriebsbedingungen des Reifens abhängt. Bei diesem Beispiel ist es
vorteilhaft, die gesamte innere Oberfläche des Reifens nach seiner
Vulkanisation zu beschichten; nach dem Laufbetrieb genügt dann
nämlich
eine visuelle Inspizierung des Inneren des Reifens zur Feststellung
des Vorliegens von Bereichen mit Farbänderungen, die anzeigen, dass
diese Bereiche eine oberhalb der Referenztemperatur liegende Temperatur erreicht
hatten. Darüber
hinaus wird die Information durch die genaue Lokalisierung dieser
heißen
Punkte vervollständigt.
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Erfindungsgemäße Vorrichtungen
können ferner
zur Erfassung und Speicherung eines totalen oder quasi-totalen Druckverlusts
eines in Alleinmontage an einer Achse montierten Reifens verwendet werden,
selbst wenn der Reifen unter diesen Bedingungen nicht gelaufen war;
in diesem Fall ist es erforderlich, mindestens eine Vorrichtung
in Form einer Krone zu verwenden und sie an mindestens einer Flanke
anzubringen, wobei die Vorrichtung mit mindestens einem besonders
bruchempfindlichen Mittel versehen ist, das einer zu starken Biegung
nicht standhält.
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Eine
Variante einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
besteht darin, auf der Innenseite des Reifens einen Streifen aus
einer Mischung anzubringen, die gegen eine Beanspruchung eines vorgegebenen Niveaus
während
einer gegebenen Zeit oder eine gegebene Anzahl von Zyklen empfindlich
ist, wobei der Streifen auf mindestens eine vollständige Drehung des
Reifens eine Helix bildet. Diese Anordnung, die fabrikationsmäßig interessant
ist, erlaubt die Messung einer eventuellen Schädigung an einem Teil einer
Flanke in Meridianrichtung.
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Eine
andere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
auf die Innenoberfläche
eines zu überwachenden
Reifens ein Produkt aufzuspritzen, das so gewählt ist, dass es auf der Oberfläche haftet
und gegen mindestens eine Beanspruchung während einer gegebenen Zeit
oder eine gegebene Anzahl von Zyklen empfindlich ist.
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Die
verschiedenen beschriebenen Vorrichtungen können selbstverständlich in
vorteilhafter Weise am gleichen Reifen miteinander kombiniert werden.
Es ist so möglich,
mehrere Vorrichtungen gleichen Aufbaus oder unterschiedlichen Aufbaus
zu verwenden, um gleichzeitig unter anderem für die Verstärkungsbewehrungen schädliche mechanische Beanspruchungen
und die Umwelteinflüsse
zu verfolgen, welche die Eigenschaften und die Leistungsmerkmale
der Mischungen, mit denen der Reifen aufgebaut ist, verändern.
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Eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann selbstverständlich
mit gleicher Zielsetzung auch bei einem Reifen eingesetzt werden,
der die Verwendung eines Schlauchs erfordert; in einem solchen Fall
wird die Vorrichtung in Analogie zu dem, was oben beschrieben wurde,
an einer der Wände
des Reifens angebracht. Ebenso kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung
an der Außenwand
des Schlauchs angebracht werden, um in gleicher Weise als Indikator
für die
Beanspruchung des Schlauchs zu dienen.
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Eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung
stellt eine Art Begleitkarte für
die Benutzung des Reifens dar, auf der die als für den Reifen besonders schädlich eingestuften
Benutzungen eingetragen sind; da die Vorrichtung quasi fälschungssicher
ist (wobei ihr Fehlen daran denken lassen könnte, dass die Beanspruchungen
besonders gravierend und belastend waren), trägt sie so zu einer erhöhten Sicherheit
für den
Benutzer von mit einer solchen Vorrichtung ausgerüsteten Reifen
bei.
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Die
Benutzung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
erlaubt eine Verringerung der Zeit und der Kosten für die Prüfung eines
Reifens, der mit dieser Vorrichtung ausgerüstet ist; aufgrund der Einfachheit ihrer
Interpretation ist es möglich,
sämtliche
Reifen nach dem Laufbetrieb visuell direkt durch einen Arbeiter
oder auch automatisch zu prüfen.
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Es
ist möglich,
eine bessere Bewertung des restlichen Lebensdauerpotentials zu erzielen,
was zu einer besseren Nutzung der Reifen und einer Optimierung der
Reifennutzungskosten führt
(auf dem Gebiet der Verwendung von Reifen für Schwerlastfahrzeuge, Baufahrzeuge
und Flugzeuge besonders sensibler Parameter).