DE69831701T2

DE69831701T2 - Verbesserungen in Reifen

Info

Publication number: DE69831701T2
Application number: DE69831701T
Authority: DE
Inventors: Michael Raymond Coundon Corner; David Robert Sutton Coldfield Watkins
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1997-07-12
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: US6318429B1; US20020066510A1; JPH1170802A; EP0890454B1; EP0890454A3; EP0890454A2; GB9714609D0; DE69831701D1; US6821369B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Luftreifen mit einer radialen Karkassstruktur und insbesondere auf solche Reifen, die den Boden berührende Laufflächenbereichen aufweisen, die im Wesentlichen im axialen Querschnitt gekrümmt sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf Verbesserungen bei der Herstellung solcher Radialreifen.
Motorradradialreifen sind solch ein Reifentyp mit einer stark gekrümmten Lauffläche. Diese Reifen weisen relativ kurze Seitenwände auf, die sich radial und axial von Wülsten nach außen erstrecken, wobei die maximale Reifenbreite sich zwischen den Kanten des Laufflächenbereichs befindet. Die stark gekrümmte Lauffläche ermöglicht es, dass der Kontaktbereich zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche erhalten bleibt, wenn das Motorrad zum Kurvenfahren in Schräglage gebracht wird.
Zusätzlich zu Reifen für Motorräder wurde jüngst in der gleichzeitig anhängigen europäischen Patentanmeldung 94 309 359.1, veröffentlicht als EP-0 658 450, ein Radialreifen für einen Personenwagen vorgeschlagen. Anders als herkömmliche Wagenreifen mit einer flachen Lauffläche weist dieser neue Reifen einen Laufflächenbereich mit einer beträchtlichen Krümmung im quer verlaufenden Querschnitt auf. Beim Geradeauslauf ist der Kontaktbereich zwischen der Reifenlauffläche und der Straße relativ schmal im Vergleich mit dem des herkömmlichen Reifens. Bei Tests hat dieser neue Reifen verbesserte Eigenschaften gezeigt, von denen man annimmt, dass sie zum Teil auf die Fähigkeit des Kontaktbereichs, sich über die Lauffläche zu bewegen und/oder in der axialen Breite in Ansprechen auf Belastungsänderungen und beim Kurvenfahren zuzunehmen, zurückzuführen sind.
Wie bei herkömmlichen Radialreifen mit einer flachen Lauffläche sind bei den oben beschriebenen Reifen mit einer stark gekrümmten Lauffläche ihre den Boden berührenden Laufflächenbereiche durch einen Breaker oder Gürtel verstärkt, der sich in Umfangsrichtung radial außerhalb und benachbart zu der Reifenkarkasse um den Reifen herum erstreckt. Herkömmlicherweise umfassen solche Breaker mehrere Lagen von Reifengewebe, die durch unter einem Winkel zu der Umfangsrichtung angeordnete parallele Korde verstärkt sind, wobei die Korde einer Lage in Bezug auf die Korde einer benachbarten Lage gekreuzt sind.
Ein allgemeines Problem mit solchen Gürtelreifen und insbesondere mit Reifen mit einer gekrümmten Lauffläche ist das so genannte Ablösen der Breaker-Kante, wobei die Verbindung zwischen der Kordverstärkung und ihrem umgebenden Gummi an der Kante des Breakers abbricht, was zu einem vorzeitigen Defekt des Reifens führt.
In der japanischen Druckschrift Nr. JP 58 073 405 ist ein Reifen für ein Motorrad offen gelegt, in dem sich eine Breakerlage zwischen den zwei Wulstbereichen erstreckt, deren Kanten zwischen dem Karkasshauptabschnitt und dem jeweiligen Umschlagabschnitt der Karkasse in dem Wulstbereich axial nach innen von einem Kernreiter angeordnet sind, um die Seitensteifigkeit des Reifens zu verbessern, indem eine zusätzliche Verstärkungsschicht an der Außenseite der Karkasse bereitgestellt wird.
Es ist daher ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, die Eigenschaften von Radialreifen des oben erwähnten Typs mit einer stark gekrümmten Lauffläche zu verbessern, was ein Verbessern der Widerstandsfähigkeit gegen eine Ablösung der Breaker-Kanten umfasst.
Die Radialreifenherstellung hat herkömmlicherweise einen zweistufigen Prozess verwendet. In der ersten Stufe wird eine zylindrische Reifenkarkasse auf der zylindrischen Oberfläche einer Trommel aufgebaut, wobei der Körper eine Anordnung eines Innerliners und einer oder mehrerer Karkasslage/n umfasst, die an axial beabstandeten, kreisringförmigen Wulstkernen oder -ringen verankert und mit diesen verbunden ist/sind. Bei Fertigstellen der Anordnung der ersten Stufe wird die zylindrische Karkasse von der Trommel entfernt und auf eine Maschine einer zweiten Stufe umgesetzt. In der zweiten Stufe der Herstellung wird die Form der Karkasse von zylindrisch zu torusförmig geändert und dann werden die einzelnen Breakerlagen nacheinander auf die Krone des Torus aufgebracht und schließlich folgen die Laufflächengummistreifen. Solch ein zweistufiger Herstellungsbetrieb ist aufwändig in Bezug auf Ausrüstung, Platzbedarf, Arbeit und Zeit.
Eine einstufige Herstellung von Radialreifen wurde zuvor vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart die GB 1 569 640 den einstufigen Aufbau eines herkömmlichen Radialreifens mit flacher Lauffläche, der einen zusätzlichen Null-Grad-Kappenring aufweist, der über dem Breaker oder Gürtel liegt. Der einstufge oder so genannte „flache Aufbau" einer Radialreifenanordnung erfordert jedoch eine beträchtliche Zunahme in der Umfangslänge der Breakerlagen, wenn die Form der endgültigen Anordnung von zylindrisch zu torusförmig geändert wird. Diese Zunahme in der Umfangslänge der Breakerlagen wird durch eine komplexe Kombination von Strecken der Lagen und Vergittern der Korde bewerkstelligt. Im Stand der Technik wurde festgestellt, dass infolge der Haftung der Breakerkorde an anderen Komponenten der Anordnung die komplexe Bewegung der Breakerlagen in einer unkontrollierten und ungleichförmigen Bewegung der Korde, einer Verwindung der Karkasslage und einer daraus folgenden Ver formung des Reifens resultierte. Aus diesem Grund wurde die einstufige Herstellung eines Radialreifens nicht übernommen.
Das US Patent 3 730 246 offenbart ein einstufiges Verfahren zum Aufbauen eines Radialreifens, das Verstärkungskorde von vorbestimmter Streckbarkeit für die Herstellung eines herkömmlichen Reifens mit flacher Lauffläche verwendet.
Es ist daher ein weiteres Ziel der Erfindung, ein verbessertes einstufiges Verfahren bereitzustellen, durch welches solch ein verbesserter Radialreifen effizient aufgebaut werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Luftreifen bereitgestellt, wie in Anspruch 1 dargelegt.
Unter Sturzwert versteht man das Verhältnis C/L zwischen dem radialen Abstand C von der Mitte zu der Kante der Reifenlauffläche und dem axialen Abstand L zwischen der Mitte und Kante der Lauffläche.
Unter normal aufgepumptem und aufgezogenem Zustand versteht man den Zustand, in dem der Reifen auf seiner empfohlenen Radfelge montiert und auf seinen vorgesehenen Druck aufgepumpt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen des Reifens von Anspruch 1 in Anspruch 9 dargelegt.
Die Schritte, dass eine zylindrisch geformte Karkasse gebildet wird, kreisringförmige Wulstringe auf der radial äußeren Oberfläche einer Karkasslage befestigt werden, Wulstkernreiter auf die Karkasse montiert werden, eine Vielzahl von Breakerlagen zentral auf die radial äußere Oberfläche der Karkasslage aufgebaut wird, jeder der Karkasslagen-Kantenabschnitte, die axial außerhalb der Wulstringe liegen, radial nach außen und axial nach innen um die Wulstringe umgeschlagen wird, auf der zylindrischen Anordnung aus Karkasse, Wülsten und Breaker die übrigen Bestandteile eines Reifen aufgebaut werden, wie etwa eine zentral angeordnete Gummilauffläche, die auf jeder Seite durch Gummiseitenwände flankiert wird, um eine zylindrische Rohreifenanordnung zu bilden, die resultierende zylindrische Rohreifenanordnung zu einem Torus geformt wird, und schließlich in einer beheizten Reifenform geformt wird, um das Laufflächeprofil in der Lauffläche zu bilden und die gesamte Anordnung zu vulkanisieren, sind bereits aus der US 3,730,246 bekannt. In diesem Dokument sind die Breakerlagen jedoch zwischen den Karkasslagen angeordnet und keine Breakerlage erstreckt sich axial zu einer Position in dem Wulstbereich, wo sie das radial äußere Ende des Wulstkernreiters überlappt.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, beispielhaften Beschreibung von nur Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den folgenden schematischen Darstellungen verständlich, wobei:
1 einen axial geteilten Querschnitt einer Ausführungsform zeigt, wobei die linke Hälfte den Reifenaufbau zeigt und die rechte Hälfte Details der Laufflächen-Oberflächenkrümmung zeigt;
2 die Konfiguration eines Reifenwulstbereichs gemäß der Erfindung zeigt; und
3a) bis 3g) schematische Darstellungen sind, die den Ablauf des Aufbauens des Reifens von 1 zeigen.
Der Reifen ist ein Motorradreifen, der einen konvexen Laufflächenbereich 1 umfasst, welcher sich zwischen Laufflächenkanten erstreckt, die mit Seitenwänden verbunden sind und in Wulstbereichen enden. Jeder Wulstbereich ist durch einen nicht ausdehnbaren, kreisringförmigen Wulstkern verstärkt.
Wenn der Reifen normal aufgezogen ist, weist er einen Sturzwert C/L auf, der als das Verhältnis des radialen Abstandes C und des axialen Abstandes L zwischen der Laufflächenmitte und der Laufflächenkante mit 0,6 definiert ist.
Radial nach innen von dem Laufflächengummi und zwischen den Wulstbereichen befindet sich eine Hauptkarkasslage 23b, die sich durch den Laufflächenbereich 1 erstreckt. Die Hauptkarkasslage ist in jedem Wulstbereich verankert, indem sie um den jeweiligen Wulstkern von der axialen Innenseite zu der Außenseite umgeschlagen ist, um Karkasslagenumschläge 25 zu bilden. Diese Lagenumschläge 25 erstrecken sich zu einer radialen Höhe TH, die niedriger als die Höhe WH der maximalen Reifenbreite TW ist.
Der Reifen weist drei Breakerlagen 21, 22 und 23 auf, wobei die radial innerste 23 die breiteste ist und sich radial nach innen in den Wulst hinein erstreckt und zwischen dem Karkasshauptabschnitt 24 und dem Karkassumschlag 25 endet. Der Reifenwulst weist auch einen Kernreiter 26 auf.
Jede der drei Breakerlagen 21, 22 und 23 umfasst Aramid-Korde. Die Korde der Lagen 21 und 23 sind unter einem Winkel von 20° zu der Reifenumfangsrichtung angeordnet. Die Korde der Lage 23 sind unter einem Winkel von 38° in dem zentralen Kronenabschnitt angeordnet und die Korde jeder der drei Lagen sind in Bezug auf benachbarte Lagen gekreuzt.
Der Reifen weist keine Laufflächenkante im herkömmlichen Sinn auf. Der Sturzwert C/L des Reifens kann jedoch definiert werden als das Verhältnis der radialen und axialen Abstände C und L zwischen dem Laufflächen-Kontaktkantenpunkt TCE und dem maximalen Reifendurchmesser an der Laufflächenmittellinie. In dieser Ausführungsform beträgt der Sturzwert 0,36.
Die rechte Hälfte von 1 zeigt Details der Krümmung der äußeren Oberfläche des Reifens. Wenn er normal aufgezogen ist, weist die äußere Oberfläche des Reifens einen kontinuierlich abnehmenden Krümmungsradius Rc von dem Punkt P zu der Laufflächen-Kontaktkante TCE auf, wobei der Punkt P sich in einem Abstand von SP von der Reifenumfangs-Mittellinie C/L befindet, der gleich 20% des Abstandes L von der Laufflächenmittellinie C/L zu der Laufflächen-Kontaktkante TCE ist.
Darüber hinaus ist die Laufflächenoberfläche des Reifens axial nach außen von dem Punkt P eine Kurve, die innerhalb zweier durch den geometrischen Ort eines Punktes mit polaren Koordinaten R' Θ definierten Kurven liegt, wobei R' = R ± 4% R, wobei R = (92,46304 + 50,02951 × θ – 109,1216 × θ2 + 43,74487 × θ3 + 7,385639 × θ4 – 4,776894 × θ5) × (SW/194)
Der Reifen der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise unter Verwendung eines einstufigen Aufbauprozesses hergestellt werden.
Solch ein einstufiger Herstellungsprozess wird nun unter Bezugnahme auf die Serie von aufeinander folgenden schematischen Darstellungen von 3 beschrieben, die den oberen Abschnitt der rechten Seite eines zylindrischen Rohreifens in den verschiedenen Stufen des Aufbaus darstellen.
Demgemäß wird, wie in 3a) gezeigt, zuerst eine Karkasslage 40, die sich axial erstreckende, in Gummi eingebettete Verstärkungskorde umfasst, zu einem Zylinder geformt. Wie in 3b) und 3c) gezeigt, wird eine schmale Breakerlage 41 zentral auf die radial äußere Fläche der zylindrischen Karkasslage aufgebaut, gefolgt von einer breiteren Breakerlage 42, die über der schmaleren Breakerlage 41 aufgezogen wird.
Dann wird ein kreisringförmiger Wulstring 43 um die Karkasslage 40 herum axial nach innen von der axialen Außenkante 44 des Lagenzylinders 40 und benachbart zu der Kante der breiten Breakerlage 42 aufgezogen.
Wie in 3d) gezeigt wird dann der Abschnitt des Lagenzylinders, der axial außen von dem kreisringförmigen Wulstring 43 liegt, radial nach außen und axial nach innen umgeschlagen, so dass er um den Wulstring 43 gewickelt wird und einen Lagenumschlagabschnitt 45 bildet, der über dem Kantenabschnitt des breiten Breakers 42 liegt.
Obwohl in 3 nicht gezeigt wird vor dem Wickeln der Lage um den Wulstring auch ein Wulstkernreiter aufgezogen.
Die übrigen Bestandteile des Reifens, die zum Beispiel einen Seitenwandgummi 46 und einen Laufflächengummistreifen 47 umfassen, werden dann auf die zylindrische Anordnung aufgezogen, wie in den 3e) und 3f) gezeigt.
Schließlich wird, wie in 3g) gezeigt, die zylindrische Form der Anordnung zu einer torusförmigen Form geändert, indem gleichzeitig der Wulstbereich axial nach innen und der zentrale Kronenabschnitt radial nach außen bewegt werden, wie durch die Pfeile angezeigt.
Die torusförmig geformte Anordnung wird dann unter Druck in einer Heizform erhitzt, um das Reifenlaufflächenprofil zu bilden und die fertig gestellte Anordnung zu vulkanisieren.
Beim Herstellen des Reifens der vorliegenden Erfindung durch einen einstufigen Prozess haben die Erfinder festgestellt, dass die Konfiguration der breiten Breakerlage, die sich in den Wulstbereich hinein erstreckt, das Strecken und Vergittern der Breakerlagen steuert und auch die Verwindung der Lage auf eine unerwartete und vorteilhafte Weise beeinflusst. Somit ändert sich, während sich der Winkel der Korde der Breakerlagen von z. B. 30° zu der Umfangsrichtung in dem zylindrischen Zustand auf z. B. 20° in dem fertig gestellten torusförmigen Zustand verringert, auch der fertige Winkel der Lagenkorde.
Der Betrag der Winkeländerung des Lagenkords ist klein, wenn die geschmälerte Breakerlage unmittelbar benachbart zu der Karkasslage ist, und größer, wenn die breite Breakerlage unmittelbar benachbart ist, wenn der radiale Schnittwinkel sich fortschreitend von 90° in den Wulstbereichen zu ungefähr 78° oder auch nur 70° in dem zentralen Kronenbereich ändern kann.
Ungeachtet des Betrags der Winkeländerungen der Lagenkorde besteht jedoch ein sehr überraschender Effekt darin, dass die Bewegung der Lagenkorde im entgegengesetzten Sinn zu der Bewegung der Korde des unmittelbar benachbarten Breakers erfolgt. Der Gesamteffekt besteht daher darin, dass die Lagenkorde sich bewegen, um die benachbarten Breakerkorde zunehmend zu kreuzen und so den dazwischen eingeschlossenen Winkel zu vergrößern. Man nimmt an, dass dieser Effekt von Vorteil für den Reifen ist, indem die Breaker-Verstärkungseigenschaften infolge einer Zunahme der Dreiecksverstärkung zwischen den Korden der zwei Brea kerlagen und jenen der Lage verbessert werden, insbesondere wenn nur zwei Breakerlagen vorhanden sind.

Claims

Luftreifen, umfassend eine Lauffläche (1), die durch eine Breakeranordnung verstärkt ist, die mindestens zwei Breakerlagen (21, 21, 23) umfasst, von denen sich eine zwischen zwei Wulstbereichen erstreckt und das radial äußere Ende des Wulstkernreiters (26) überlappt und deren Kanten zwischen dem Karkasshauptabschnitt und dem jeweiligen Umschlagabschnitt in dem Wulstbereich angeordnet sind, eine Verstärkungskarkasslage aus Korden innerhalb des Breakers, die sich zwischen zwei Wulstbereichen erstreckt, wobei sie einen Karkasshauptabschnitt (24) bildet, und in jedem Wulstbereich axial nach außen um einen kreisringförmigen Wulstkern (11) gewickelt ist, um Karkasslagen-Umschlagabschnitte (25) zu bilden, die sich radial nach außen erstrecken und radial innen von dem Punkt der maximalen Reifenbreite enden, und wobei jeder Wulstbereich mit einem kreisringförmigen Wulstkernreiter (26) versehen ist, der sich von dem Wulstkern (11) zwischen dem Karkasshauptabschnitt (26) und dem Umschlagabschnitt (25) radial verjüngend nach außen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifen in der Form seines normal aufgepumpten, aufgezogenen Zustandes einen Sturzwert (C/L) zwischen 0,3 und 0,7 aufweist, die Korde der Verstärkungskarkasse unter einem Winkel von 0° bis 20° zur radialen Ebene des Reifens angeordnet sind, und die Kanten der Breakerlage (23), die sich zwischen den beiden Wulstbereichen erstreckt, benachbart zu dem Karkassumschlagabschnitt (25) liegen.
Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breakeranordnung nur zwei Breakerlagen (22, 23) umfasst.
Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breakerlage, die sich zwischen den Wulstbereichen erstreckt, die radial äußerste Breakerlage ist.
Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korde der Breakerlagen in dem zentralen Bereich der Breakeranordnung unter einem Winkel zwischen 15° und 30° zur Umfangsrichtung des Reifens angeordnet sind.
Reifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korde der Breakerlagen unter einem Winkel von 20° zur Umfangsrichtung des Reifens angeordnet sind.
Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korde der Karkasslage entgegengesetzt zu den Korden der unmittelbar benachbarten Breakerlage geneigt sind.
Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sturzwert (C/L) zwischen 0,5 und 0,7 liegt.
Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenlauffläche eine Krümmung besitzt, die einen von einem Punkt (P) kontinuierlich abnehmenden Radius aufweist, der sich in einem axialen Abstand (SP) von der Mittellinie des Reifens befindet, der gleich 20% des Abstandes von der Laufflächenmitte bis zu der benachbarten Laufflächenkontaktkante ist.
Verfahren zum Herstellen des Reifens nach Anspruch 1, der einen Wulstkernreiter (26), der sich radial verjüngend von einem Wulst kern (11) nach außen erstreckt, und einen Karkasslagen-Umschlagabschnitt (25) aufweist, der sich radial nach außen erstreckt und radial innen von dem Punkt der maximalen Reifenbreite endet, und wobei der Reifen in der Form seines normal aufgepumpten, aufgezogenen Zustandes einen Sturzwert (C/L) zwischen 0,3 und 0,7 aufweist, wobei die Korde der Verstärkungskarkasse unter einem Winkel von 0° bis 20° zur radialen Ebene des Reifens angeordnet sind, umfassend, dass eine zylindrisch geformte Karkasse gebildet wird, die sich axial erstreckende Karkassverstärkungskorde aufweist, kreisringförmige Wulstringe auf der radial äußeren Oberfläche der Karkasslage und axial innen von jeder der Lagenkanten befestigt werden, Wulstkernreiter auf die Karkasse montiert werden, eine Vielzahl von Breakerlagen zentral auf die radial äußere Oberfläche der Karkasslage und kozylindrisch mit dieser aufgebaut wird, die eine breite Breakerlage umfasst, die sich axial bis zu einer Position in dem Wulstbereich erstreckt, an welcher sie in dem fertiggestellten Reifen das radial äußere Ende des Wulstkernreiters überlappt, jeder der Karkasslagen-Kantenabschnitte, die axial außerhalb der Wulstringe liegen, radial nach außen und axial nach innen um die Wulstringe umgeschlagen wird, so dass er über den axialen Kanten der breiten Breakerlage liegt, auf der zylindrischen Anordnung aus Karkasse, Wülsten und Breaker die übrigen Bestandteile des Reifens aufgebaut werden, wie etwa eine zentral angeordnete Gummilauffläche, die auf jeder Seite durch Gummiseitenwände flankiert wird, um eine zylindrische Rohreifenanordnung zu bilden, die resultierende zylindrische Rohreifenanordnung zu einem Torus geformt wird, und schließlich in einer beheizten Reifenform geformt wird, um das Laufflächenprofil in der Lauffläche zu bilden und die gesamte Anordnung zu vulkanisieren.