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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen Verbesserungen bei einem Verfahren
zum Herstellen von Luftreifen und bei gemäß diesem hergestellten Reifen.
Im Besonderen befasst sich diese Erfindung mit (a) Verbesserungen
bei einem Verfahren zum Herstellen von Radialluftreifen, wobei jeder
der Reifen ein verbessertes Paar gegenüberliegend angeordnete Wülste und
eine sich dazwischen erstreckende und um die jeweiligen Wülste herum
geschlungene Lage umfasst; und (b) Reifen, die gemäß dem verbesserten
Verfahren hergestellt sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Technik der Herstellung eines Luftreifens hat sich über die
Jahre entwickelt, so dass sie eine Anzahl weitläufig verwendeter Variationen
eines herkömmlichen
Verfahrens aufweist, das die grundlegenden Schritte umfasst: (a)
Auswahl einer Vielzahl von Rohmaterialien, die Chemikalien, unterschiedliche
Arten von Kautschuk, gewebte Elastomerstoffe für Lagen, durchstichbeständige gewebte
Gürtel
und Stahldraht für
Reifenwülste
umfassen; (b) Mischen der ausgewählten
Kautschuke mit verschiedenen Prozessölen, Ruß, Pigmenten, Antioxidationsmitteln, Beschleunigern
und anderen Additiven, um unterschiedliche Kautschukmischungen zu
bilden; (c) Verarbeiten, Walzen und Schneiden der Kautschukmischungen
zur Verwendung bei der Bildung des Innerliners, der Seitenwände, des
Laufstreifens und anderer Kautschukkomponenten des Reifens; (d)
Zusam menbauen der Kautschukkomponenten, Lagen, Gürtel und Wülste auf einer Trommel einer
Reifenaufbaumaschine, und, unter Hitze und Druck, Bilden eines "rohen" Reifens daraus;
(e) Einsetzen des Rohreifens in eine Vulkanisierform; und (f) Vulkanisieren des
Rohreifens durch Expandieren eines sich in diesem befindlichen Heizbalges
durch die Einleitung eines Hochdruckmediums mit einer ausreichend
erhöhten
Temperatur in den Heizbalg, um den Rohreifen zu vulkanisieren und
den Reifen an seine abschließende
Konstruktionsform, die das Reifenlaufstreifenprofil und die Seitenwandmarkierungen
umfasst, anzupassen.
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Trotz
zahlreicher Versuche, das oben beschriebene herkömmliche Herstellungsverfahren
zu optimieren, zeigen gemäß den Verfahren
nach dem Stand der Technik hergestellte Reifen weiterhin Ungleichmäßigkeiten
in ihrer Form und andere Mängel in
ihren physikalischen Eigenschaften, auf die ungleichmäßiger Reifenverschleiß im Allgemeinen
zurückzuführen ist.
Es ist beispielsweise nicht unüblich, zu
beobachten, dass wenn ein Reifen nach dem Stand der Technik auf
eine Felge aufgezogen und aufgepumpt ist, die inneren, sich radial
erstreckenden Fersensitze der gegenüberliegende Wulstabschnitte
des Reifens nicht in Anlage an den äußeren, sich radial erstreckenden
Felgenhornschultern der Radfelge anliegen, mit dem Ergebnis, dass
Unwuchtkräfte
radial nach außen
zum Reifenlaufstreifen übertragen
werden, was hervorruft, dass der Reifen ungleichmäßig verschleißt. Es ist
zusätzlich
beobachtet worden, dass sich aufgrund nicht entspannter innerer Spannungen,
die in Reifen nach dem Stand der Technik im Verlauf ihrer Herstellung
entstehen, innere Strömungsrisse
in der einen oder der anderen der gegenüberliegenden Laufstreifenschultern
entwickeln, was bewirkt, dass die Reifen ungleichmäßig verschleißen.
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Natürlich sind
Verfahren zum Herstellen von Reifen mit verschiedenen konstruktiven
Formen Gegenstand zahlreicher früherer
Patente gewesen. Beispielsweise sind U.S. Patent Nr. 3 900 061;
U.S. Patent Nr. 4 669 519 und U.S. Patent Nr. 4 867 218 auf solche
Gegenstände
gerichtet, wie etwa Verbesserungen der Kurvenfahrleistung von Reifen,
die Verringerung des Rollwiderstandes von Reifen und das Vermeiden
der Notwendigkeit für
größere Reifenvulkanisierpressen.
Zusätzlich
offenbart U.S. Patent Nr. 4 393 912, das an Gouttebessis erteilt
wurde, ein Verfahren zum Formen eines Luftreifens, der eine Krone und
gegenüberliegende
Seitenwände
umfasst, wobei jede der Seitenwände
durch einen nicht verstärkten Wulst
abgeschlossen ist, wobei der Reifen aus flüssigen oder pastösen Materialien
geformt ist, die zwischen einer äußeren Form
und einem inneren Kern fest werden, und wobei die gegenüberliegenden Wülste axial
außerhalb
ihrer auf einer Radfelge aufgezogenen Position angeordnet sind.
Da die Wülste derart
angeordnet sind, ist es notwendig, die gegenüberliegenden Wulstabschnitte
axial aufeinander zu zu pressen, wenn der Reifen auf die Radfelge
aufgezogen wird.
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Trotz
derartiger stetiger Verbesserungen im Reifenaufbau und bei deren
Herstellungsverfahren, wie es durch den Stand der Technik beschrieben wird,
besteht dennoch weiterhin eine Notwendigkeit für Modifikationen der herkömmlichen
Reifenherstellungsverfahren, um den Fokus auf die Entspannung interner
Spannungen zu legen, die sich in Reifen im Verlauf ihrer Herstellung
entwickeln, und darauf zu legen, zu vermeiden, dass in den Reifen
im Verlauf ihres Aufziehens auf Radfelgen innere Spannungen erzeugt
werden. In diesem Zusammenhang ist herausgefunden worden, dass ein
Hauptfaktor, der zu dem Aufbau von Spannungen in Reifen nach dem
Stand der Technik beiträgt,
ist, dass die Lage und der Gummi um die Wülste in den gegenüberliegenden
Wulstabschnitten der Reifen herum eine Tendenz haben, die Wülste im
Verlauf der Herstellung der Reifen zu verdrehen, im Allgemeinen
aufgrund dessen, dass die gegenüberliegenden
Wulstabschnitte im Verlauf der Herstellung der Reifen aufeinander
zu bewegt werden müssen.
Derartige innere Spannungen neigen dazu, zu bewirken, dass sich
physikalische Verformungen und andere physikalische Mängel in
den resultierenden Reifen entwickeln, was bewirkt, dass die Reifenlaufstreifen
im Gebrauch ungleichmäßig verschleißen. Darüber hinaus
entwickeln sich in Reifen innere Spannungen, die zu ungleichmäßigem Laufstreifenverschleiß führen, wenn
die gegenüberliegenden
Wulstabschnitte der Reifen aufeinander zu bewegt werden müssen, um
die Reifen auf Radfelgen aufzuziehen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Luftreifens
gemäß den beigefügten Ansprüchen bereit.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Wie
es in den Zeichnungen gezeigt ist, in denen gleiche Bezugszeichen
gleiche oder entsprechende Teile in allen Ansichten darstellen,
ist:
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1 eine
Hälfte
eines Querschnittes eines Reifens nach dem Stand der Technik, der
auf eine Radfelge aufgezogen ist;
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2A eine
Querschnittansicht eines Rohreifenaufbaus nach dem Stand der Technik
nach der Abnahme von einer herkömmlichen
Aufbautrommel einer zweiten Stufe;
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2B eine
Querschnittansicht des Rohreifenaufbaus nach dem Stand der Technik
von 2A, der in eine Vulkanisationsform eingesetzt
ist;
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3 eine
halbe Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Reifens, der einen Wulstabschnitt
umfasst, der auf eine Radfelge aufgezogen ist;
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3A eine
vergrößerte Ansicht
des Wulstabschnittes von 3;
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4A eine
Querschnittansicht des erfindungsgemäßen Rohreifenaufbaus nach dem
Entfernen von einer Aufbautrommel einer zweiten Stufe;
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4B eine
Querschnittansicht des Rohreifenaufbaus von 4A, der
in eine Vulkanisierform eingesetzt ist;
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4C eine
Querschnittansicht des vulkanisierten Reifenaufbaus von 4A,
wie er im noch heißen
Zustand auf einem Stand zum Füllen
nach der Vulkanisation (PCI-Stand von Post Cure Inflation Stand)
montiert ist; und
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5 eine
Darstellung eines geometrischen logischen Diagramms, das im Verlauf
der Bestimmung von Wulstabständen
von Reifen berücksichtigt wird.
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DEFINITIONEN
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"Axial" oder "in Axialrichtung" bezeichnet die Linien
oder Richtungen, die sich parallel zur Drehachse eines Reifens erstrecken.
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"Wulst" bezeichnet im Allgemeinen
ein kreisringförmiges
Element, das in jedem der inneren radialen Endabschnitte eines Reifens
angeordnet ist;
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"Wulstabschnitt" bezeichnet im Allgemeinen jeden
der gegenüberliegenden
radialen inneren Endabschnitte der Karkasse eines Reifens, einschließlich eines
Wulstes, des Abschnittes einer Lage, der um den Wulst herum geschlungen
ist, und des Kautschukmaterials, das den Wulst und den Lagenabschnitt
umgibt.
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"Karkasse" bezeichnet im Allgemeinen
die Reifenstruktur einschließlich
der Wülste
und Lage aber ausschließlich
des Gürtelaufbaus,
des Unterprotektors über
der Lage und des Laufstreifens.
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"In Umfangsrichtung" bedeutet die Linien oder
Richtungen, die sich kreisförmig
entlang des Umfangs der Oberfläche
des Reifenlaufstreifens und senkrecht zur Axialrichtung erstrecken;
oder die Linien oder Richtungen eines Satzes von benachbarten Kreisen,
deren Radien die Krümmung
des Reifenlaufstreifens in einem Querschnitt betrachtet definieren.
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"Äquatorialebene" bezeichnet die imaginäre Ebene,
die sich senkrecht zur Drehachse des Reifens erstreckt und durch
die Mitte des Laufstreifens verläuft,
oder die Ebene, die die Umfangsmittellinie des Laufstreifens enthält.
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"Lage" bezeichnet im Allgemeinen
eine cordverstärkte
Schicht aus gummibeschichtetem, radial entfaltetem Material.
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"Radial" bezeichnet Richtungen,
die sich radial in Richtung der Drehachse des Reifens oder von dieser
weg erstrecken.
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"Seitenwand" bezeichnet im Allgemeinen den
sich radial erstreckenden Abschnitt eines Reifens.
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"Zehe" bezeichnet im Allgemeinen
das elastomere, mit der Felge in Kontakt stehende, radial innere
Ende des Wulstabschnittes des Reifens, das sich axial innen in Bezug
auf jeden Wulst erstreckt.
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"Laufstreifenbreite" bezeichnet die Bogenlänge des
Außenumfangs
des Laufstreifens eines Reifens, wie im Querschnitt betrachtet.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
eine Hälfte
einer Querschnittansicht eines Reifens 100 nach dem Stand
der Technik, der auf eine Radfelge 102 mit einer Felgenhornschulter 104 aufgezogen
ist. Da der Querschnitt der anderen Hälfte des Reifens 100 nach
dem Stand der Technik das Spiegelbild der in 1 gezeigten
Ansicht ist und somit gleiche oder entsprechende Teile umfasst, wird
zu Zwecken dieser Patentanmeldung angenommen, dass in 1 beide
Hälften
des Reifens 100 nach dem Stand der Technik gezeigt sind.
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Dementsprechend
umfasst ein typischer Reifen 100 nach dem Stand der Technik
(1) einen zentralen Laufstreifen 112 mit
gegenüberliegenden
Seiten, der allgemein durch das Bezugszeichen 113 angegeben
ist. Zusätzlich
umfasst der Reifen 100 ein Paar Gürtel 114, die unterhalb
des Laufstreifens 112 angeordnet sind, und eine Karkasse 116. Die
Karkasse 116 umfasst ein Paar gegenüberliegend angeordnete Seitenwände 118,
die jeweils in die jeweiligen gegenüberliegenden Seiten 113 des Laufstreifens 112 übergehen
und sich von diesen radial nach innen erstrecken und damit einen
Schulterabschnitt bilden, der allgemein mit dem Bezugszeichen 119 angegeben
ist. Die Karkasse 116 umfasst auch eine Lage 120 mit
gegenüberliegenden
Seitenabschnitten 120a und einen Innerliner 121,
und umfasst ein Paar gegenüberliegend
angeordnete Wulstabschnitte 122 an den radial inneren Enden
der gegenüberliegenden
Seitenwände 118.
Jeder der Wulstabschnitte 122 umfasst einen kreisringförmigen Wulst 124,
der in diesem angeordnet ist. Ferner umfasst jeder der Wulstabschnitt 122 eine
kreisringförmige
Ferse 126 und Zehe 128 und einen flachen Fersensitz 130,
der sich zwischen der Ferse 126 und Zehe 128 erstreckt.
Der Wulst 124 des Reifens 100 nach dem Stand der
Technik ist ein im Wesentlichen nicht dehnbarer Kreisring und ist
aus Stahlwulstdraht 144 hergestellt, um den Fersensitz 130 in
Anlage an der flachen, kreisringförmigen Felgenhornschulter 104 einer
Radfelge 102 zu halten. Die Lage 120 erstreckt
sich zwischen den Wülsten 124 und
besitzt gegenüberliegende
Seitenabschnitte 120a, die jeweils um die jeweiligen Wülste 124 herum
geschlungen sind.
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In
dem typischen Reifen 100 nach dem Stand der Technik (1)
umfasst jeder der Wülste 124 eine
Vielzahl paralleler Reihen 145 aus dem Stahlwulstdraht 144 und
besitzt einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt. Die parallelen Reihen 145 (2A)
aus Wulstdraht 144 beschreiben vorzugsweise einen Winkel "a" von 15 Grad in Bezug auf die axiale
Drehrichtung "x" des Reifens 100,
um zu dem entsprechenden Winkel "c" von 15 Grad (1)
zu passen, den die Felgenhornschulter 132 der Radfelge 134 in
Bezug auf die axiale Drehrichtung "x1" der
Radfelge 134 beschreibt. Wie es jedoch hierin zuvor beschrieben
wurde, ist beobachtet worden, dass, wenn der Reifen 100 nach
dem Stand der Technik auf die Radfelge 133 aufgezogen ist,
der Winkel "a" (2)
wesentlich kleiner als 15 Grad ist, beispielsweise lediglich Null
Grad beträgt,
wie es in 1 gezeigt ist, aufgrund physikalischer
Mängel des
Reifens 100, die aus inneren Spannungen resultieren, die
sich in diesem im Verlauf seiner Herstellung entwickeln, wie es
nachstehend ausführlicher beschrieben
wird.
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Das
Reifenherstellungsverfahren nach dem Stand der Technik umfasst die
Schritte: (a) Aufbauen der Reifenkarkasse 116 (1)
auf einer Reifenaufbautrommel einer ersten Stufe (nicht gezeigt),
(b) Ausdehnen der Reifenkarkasse 116 in ein Paket Gürtel 114 und
einen Laufstreifen 112 auf einer Reifenaufbautrommel einer
zweiten Stufe (nicht gezeigt), um einen Rohreifenaufbau 108 zu
bilden (2A); (c) Einsetzen des Reifenaufbaus 108 in
eine Vulkanisierform 200 (2B); (d)
Vulkanisieren des Reifenaufbaus 108 (2A)
in der Form 200 durch die Verwendung eines Hochdruckmediums
mit einer ausreichend erhöhten
Temperatur, um den Reifenaufbau 108 zu vulkanisieren; und
(e) Entnehmen des vulkanisierten Reifens 100 (2B)
aus der Vulkanisierform 200, und Abkühlenlassen des vulkanisierten Reifens 100 auf
Umgebungstemperatur.
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Wie
es in 2B gezeigt ist, umfasst die
Vulkanisierform 200 gegenüberliegend angeordnete Formringe 250 und
eine Platte 252 und einen Laufstreifenring 256,
die zusammen eine Innenfläche 257 der
Form 200 definieren. Wenn der Rohreifenaufbau 108 in
der Form 200 angeordnet ist, drücken die Formringe 252 gegen
die Wulstabschnitte 122 des Rohreifenaufbaus (2A),
wodurch die gegenüberliegenden
Wulstabschnitte 122 (2B) axial
aufeinander zu, symmetrisch in Bezug auf die Äquatorialebene (EP) des Reifenaufbaus 108,
gedrückt
werden, wie es durch Pfeile 240 angedeutet ist. Danach
wird ein Heizbalg 258 in dem Reifenaufbau 108 über die Einleitung
eines Mediums, typischerweise Dampf, mit einem ausreichend hohen
Druck und einer ausreichend erhöhten
Temperatur in den Reifenaufbau aufgepumpt, um den Reifenaufbau 108 fest
gegen die Innenfläche 257 der
Form 200 zu pressen und den Reifenaufbau zu vulkanisieren,
wodurch ein vulkanisierter Reifen 100 (1)
gebildet wird, der eine abschließende Konstruktionsform einschließlich eines
Laufstreifenprofils und Seitenwandmarkierungen aufweist.
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In
der Form 200 (2) ist die
axiale Distanz "d" zwischen den Wülsten 124 idealerweise
gleich wie der Abstand dazwischen, wenn der vulkanisierte Reifen 100 (1)
auf die Radfelge 102 aufgezogen ist. Darüber hinaus
ist die Wulstabstandsdistanz "d" idealerweise gleich
wie die Laufstreifenbreite "w" (2)
des Reifenlaufstreifens 112. Im Verlauf der Herstellung
eines beispielhaften Personenwagenreifens 100 beträgt der Wulstabstand "e" typischerweise 15 Zoll (38 cm), wenn
der Rohreifenaufbau 102 (2B) von
der Aufbautrommel der zweiten Stufe (nicht gezeigt) abgenommen ist.
Wenn der Reifenaufbau 108 in der Vulkanisationsform 200 (2B) angeordnet
ist, beträgt
die Wulstabstandsdistanz "d" typischerweise 7,5
Zoll (19 cm). Wenn jedoch der vulkanisierte Reifen 100 aus
der Vulkanisationsform 200 entnommen ist, beträgt die Wulstabstandsdistanz "d" typischerweise 7,5 Zoll (19 cm) bis
8 Zoll (20 cm), obwohl die Laufstreifenbreite "w" typischerweise
7,5 Zoll (19 cm) beträgt.
Wenn der vulkanisierte Reifen 100 auf eine Radfelge 134 (1)
aufgezogen ist, beträgt
die Wulstabstandsdistanz "e" typischerweise ungefähr 7,5 Zoll
(19 cm).
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Infolgedessen,
dass die Wulstabschnitte 122 des Rohreifenaufbaus 108 vor
der Vulkanisation des Reifenaufbaus 108 aufeinander zu
bewegt werden, entwickeln sich im Allgemeinen innere Spannungen an
den Grenzflächen
zwischen der Lage 120 und dem umgebenden Rohkautschukmaterial,
das die Seitenwände 118 und
den Innerliner 121 bildet, was bewirkt, dass die Seitenwände 118 zusammengedrückt und
der Innerliner gestreckt wird. Zusätzlich entwickeln sich innere
Spannungen zwischen den Seitenwänden 118 und
den Wulstabschnitten 122, was bewirkt, dass ein inneres
Knicken auftritt. Darüber
hinaus entwickeln sich innere Spannungen in den Wulstabschnitten 122 an
den Grenzflächen
zwischen den herum geschlungenen Abschnitten der Lage 120 und
dem in umgebender Beziehung dazu liegenden Rohkautschukmaterial
und zwischen den gegenüberliegenden
Wülsten 124 und
dem umgebenden Kautschukmaterial, was bewirkt, dass die Wulstabschnitte 122 instabil
werden.
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Aufgrund
dessen, dass die Lage 120 um die jeweiligen Wülste 124 herumgeschlungen
ist und das Kautschukmaterial des Reifenaufbaus 108 in umgebender
Beziehung zu den Wülsten 124 und
der Lage 120 angeordnet ist, wenn die gegenüberliegenden Wulstabschnitte 122 in
der Vulkanisationsform 200 axial aufeinander zu bewegt
werden, haftet das umgebende Kautschukmaterial an den Wülsten 124 und der
Lage 120 an und übt
entgegengesetzt gerichtete Drehkräfte, die durch Pfeil 242 (2B)
gezeigt sind, auf die gegenüberliegenden
Wülste 124 aus,
was dazu neigt, die jeweiligen Wülste 124 in
die entgegengesetzten Richtungen zu drehen, die durch Kräfte 242 angegeben
sind. Andererseits werden derartige Drehkräfte 242 bis zu einem
gewissen Umfang aufgrund der axial nach innen weisenden Teilstücke 125a der
jeweiligen Wülste 124 ausgeglichen,
die den entgegengesetzten nach innen weisenden Abschnitten des Querschnitts
von jedem der Wülste 124 entsprechen.
Diese nach innen weisenden Teilstücke 125a werden an
einer derartigen Drehung gehindert, da derartige Teilstücke 125a eine
kürzere
sich in Umfangsrichtung erstreckende Bogenlänge 125aa aufweisen,
als die Bogenlänge 125bb der
axial nach außen
weisenden Abschnitte 125b des Querschnittes von jedem der
Wülste 124.
Eine derartige Drehung der gegenüberliegenden
Wülste 124 ist
nicht möglich,
da sie dazu neigt, die nach innen und nach außen weisenden Wulstteilstücke 124a und 124b derart zu
drängen,
dass sie jeweils längere
und kürzere
sich in Umfangsrichtung erstreckende Bogenlängen als ihre ursprünglichen
sich in Umfangsrichtung erstreckenden Bogenlängen 124aa und 124bb annehmen. In
jedem Fall bewirken die resultierenden drehenden und gegendrehenden
Kräfte,
dass sich in den gegenüberliegenden
Wulstabschnitten 124 innere Spannungen entwickeln, was
bewirkt, dass sich die gegenüberliegenden
Wülste 124 ausreichend
drehen, um den idealen Winkel "a" von 15 Grad (2A)
der Wulstreihen 145, bevor der Rohreifenaufbau 108 vulkanisiert
wird, auf weniger als den idealen Winkel der Wulstreihen 145,
wie etwa Null Grad, wie es in 1 gezeigt
ist, nach dem Vulkanisieren des Rohreifenaufbaus 108 zu
reduzieren. Dementsprechend sind die Anordnungen der gegenüberliegenden
Wülste 124 in
Bezug zueinander instabil, da sie fortwährend unter Spannung stehen,
um zu ihrer ursprünglichen Orientierung
in dem Rohreifenaufbau 108 (2A) vor
dessen Einsetzen in die Vulkanisierform 200 zurückzukehren,
mit dem Ergebnis, dass derartige Reifen dazu neigen, unsymmetrisch
zu werden.
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Wie
es oben diskutiert wurde, sind verschiedene Spannungen, die die
physikalischen Verformungen und anderen Mängel in Verfahren nach dem Stand
der Technik hervorrufen, auf Mängel
in dem Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung derartiger
Reifen 100 (1) zurückzuführen. Im Besonderen neigt das
Verfahren nach dem Stand der Technik dazu, Reifen 100 zu
erzeugen, die in Bezug auf die Äquatorialebene
(EP) eines idealen Reifens unsymmetrisch sind, was ungleichmäßigen Laufstreifenverschleiß und eine
kürzere
Reifenlebensdauer hervorruft. Darüber hinaus sind die Strömungsrisse
und Knickung in Reifen 100 nach dem Stand der Technik weit
verbreitet, was ungleichmäßigen Laufstreifenverschleiß und eine
kürzere
Reifenlebensdauer hervorruft, obwohl das Rohreifenmaterial eine
gewisse Bewegung zulässt,
um die Tendenz von Reifen 100 nach dem Stand der Technik,
physikalische Fehler zu entwickeln, zu kompensieren. Überdies
ist herausgefunden worden, dass das Problem von ungleichmäßigem Verschleiß des Laufstreifens 112 von
Reifen 100 nach dem Stand der Technik, die gemäß den herkömmlichen
Herstellungsverfahren gebaut sind, zum Teil aufgrund dessen vorliegt,
dass die gegenüberliegenden
Reifenwulstabschnitte 122 schlecht auf der Radfelge 102 sitzen. Wenn
der Reifen 100 schlecht auf der Radfelgenschulter 104 sitzt,
werden Unwuchtkräfte
radial auf den Laufstreifen 112 übertragen, was bewirkt, dass der
Laufstreifen ungleichmäßig verschleißt, und
wodurch die Lebensdauer des Reifens 100 verkürzt wird.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORM
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3 zeigt
eine Hälfte
der Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Reifens 300, der
auf eine Radfelge 302 mit einer Felgenhornschulter 304 aufgezogen
ist. Da der Querschnitt der anderen Hälfte des Reifens 300 das
Spiegelbild der in 3 gezeigten Ansicht ist und
somit gleiche oder entsprechende Teile umfasst, ist zu verstehen,
dass zu Zwecken dieser Patentanmeldung die Hälfte des Querschnittes des
Reifens 300, die nicht gezeigt ist, im Wesentlichen identisch
mit der in 3 gezeigten Hälfte ist.
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Dementsprechend
umfasst der Reifen 300 einen zentralen Laufstreifen 312 mit
gegenüberliegenden
Seiten, der allgemein durch Bezugszeichen 313 angegeben
ist. Zusätzlich
umfasst der Reifen 300 zumindest einen Gürtel 314,
der unterhalb des Laufstreifens 312 angeordnet ist, und
eine Karkasse 316. Die Karkasse 316 umfasst ein
Paar gegenüberliegend
angeordnete Seitenwände 318,
die jeweils in gegenüberliegende
Seiten 313 des Laufstreifens 312 übergehen
und sich radial nach innen von diesen erstrecken und mit diesen
einen Schulterabschnitt bilden, der allgemein durch das Bezugszeichen 319 angegeben
ist. Die Karkasse 316 umfasst auch zumindest eine Lage 320,
die gegenüberliegende
Seitenabschnitte 320a umfasst, und einen Innerliner 321. Ferner
umfasst die Karkasse 316 gegenüberliegend angeordnete Wulstabschnitte 322 an
den radial inneren Enden der Seitenwände 318. Jeder der
Wulstabschnitte 322 umfasst einen kreisringförmigen Wulst 324.
Die zumindest eine Lage 320 erstreckt sich zwischen den
gegenüberliegenden
Wülsten 324.
Darüber
hinaus sind die jeweiligen Seitenabschnitte 320a der Lage 320 um
gegenüberliegende
Wülste 324 herum
geschlungen. Ferner umfasst jeder der Wulstabschnitte 322 eine
kreisringförmige
Ferse 326 und Zehe 328 und einen flachen Fersensitz 330,
der sich zwischen der Ferse 326 und der Zehe 328 erstreckt. Wenn
der Reifen 300 derart aufgebaut und angeordnet ist, wird
er auf die Radfelge 302 aufgezogen und der Wulst 324 hält den Fersensitz 330 in
Anlage an der flachen, kreisringförmigen Radfelgenschulter 304.
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Erfindungsgemäß umfasst
jeder der Wülste 324 (3A)
einen im Wesentlichen nicht dehnbaren Kreisring 344 aus
Stahlwulstdraht 344A mit einem im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt. Der
Wulstdraht 344A ist vorzugsweise in der Form einer Vielzahl
paralleler Reihen 345a, 345b, 345c bzw. 345d angeordnet,
die einen Winkel "aa" von im Wesentlichen
15 Grad in Bezug auf eine axiale Drehrichtung "x" des
Reifens 300 beschreiben, um zu dem Winkel "c" von im Wesentlichen 15 Grad (3)
zu passen, den die Felgenhornschulter 304 in Bezug auf die
axiale Drehrichtung "y" der Radfelge 302 beschreibt.
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Zusätzlich umfasst
jeder der Wülste 324 (3A)
einen Kreisring 347, der aus einer Kautschuk-Fülllage 347a hergestellt
ist und einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Der
Kautschuk-Fülllagenkreisring 347 ist
vorzugsweise zu einer Hartgummikonsistenz, wie etwa Wulstbandgummi,
härtbar
und kann, obwohl er vorzugsweise mit dem Rest des Reifens 300 vulkanisiert wird,
vor diesem vulkanisiert werden. Dementsprechend kann der Kautschuk-Fülllagenkreisring 347 entweder
vulkanisiert oder roh sein, wenn er mit dem Wulstdrahtring 344 zusammengebaut
wird. Der Kautschuk-Fülllagenkreisring 347 wird
vorzugsweise radial außerhalb
und in Anlage an dem Wulstdrahtring 344 angeordnet und
bildet mit diesem ein Wulstelement 348, das einen im Wesentlichen
kreisförmigen Querschnitt
aufweist. Die jeweiligen Querschnitte der Ringe 344 und 347 können jeweils
derart eingerichtet sein, dass sie zum Festhalten eines kombinierten Querschnittes,
der im Wesentlichen kreisförmig
ist, geeignet sind.
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Wie
es in 3A gezeigt ist, umfasst jeder der
Wülste 324 vorzugsweise
zusätzlich
eine thermoplastische Abdeckung 349, die in umgebender
Beziehung mit dem Wulstelement 348 angeordnet ist, wie etwa
durch Wickeln der thermoplastischen Abdeckung 349 um die
Kreisringe 344 und 347 herum. Die thermoplastische
Abdeckung 349 umfasst vorzugsweise eine innere Schicht 360,
die aus einem Polymerkunststoffgewebe hergestellt ist, welches auf
beiden Seiten mit einem Klebstoff, wie etwa Kautschuklösung, beschichtet
ist, eine Zwischenschicht 362, die aus einem Polyethylenfilm
hergestellt ist, und eine äußere Schicht 364,
die aus einem Polymerkunststoffgewebe hergestellt ist, welches auf
beiden Seiten mit einem Klebstoff, wie etwa Kautschuklösung, beschichtet
ist. Im Besonderen sind die inneren und äußeren Schichten 360 und 364 vorzugsweise
aus einer oder mehreren Windungen eines quadratisch gewebten Nylongewebes
gebildet, das auf beiden Seiten mit einem Klebstoff, wie etwa Kautschuklösung beschichtet
ist. Die Zwischenschicht 362 ist vorzugsweise aus einem
Material einer Materialklasse gebildet, das bei einer niedrigeren Temperatur
weich wird, als die inneren und äußeren thermoplastischen
Schichten 360 und 364, um ein Gleiten dazwischen
zuzulassen, wenn die Zwischenschicht 362 heiß ist, somit
während
der Verarbeitungsschritte des Vulkanisierens und Abkühlens des Reifens 300.
Zusätzlich
ist sie bei der bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens, wenn die Klebstoffbeschichtung jeweils auf die gegenüberliegenden
Seiten der inne ren bzw. äußeren thermoplastischen
Schichten 360 und 364 aufgebracht wird, vorzugsweise
klebrig. Diese Klebrigkeit stellt sicher, dass a) die innere Schicht 360 bei
Kontakt an dem Wulstelement 348 und an der Zwischenschicht 362 anhaftet,
und b), dass die äußere Schicht 364 bei Kontakt
an der Zwischenschicht 362 und an dem Kautschukmaterial,
das den Wulst 324 umgibt, anhaftet. Die derart aufgebaute
und angeordnete thermoplastische Abdeckung 349 schützt das
Wulstelement 348 im Verlauf der Herstellung des Reifens 300 vor
Verformung mit dem Ergebnis, dass es keine Notwendigkeit gibt, den
Kautschuk-Fülllagenkreisring 347 im
Voraus zu vulkanisieren.
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Ein
Verfahren zum Herstellen eines Reifens (3) gemäß der Erfindung
umfasst die Schritte: (a) Aufbauen einer Reifenkarkasse 316,
die allgemein die gegenüberliegenden
Seitenwände 318, eine
Lage 320, einen Innerliner 321 und gegenüberliegende
Wülste 324 umfasst,
auf einer Reifenaufbautrommel einer ersten Stufe (nicht gezeigt);
(b) Ausdehnen der Reifenkarkasse 316 zu einem Laufstreifenpaket,
das mindestens einen Gürtel 314 und einen
Laufstreifen 312 umfasst, auf einer Reifenaufbautrommel
einer zweiten Stufe (nicht gezeigt), um einen Rohreifenaufbau 308 (4A)
zu bilden, der eine Wulstabstandsdistanz "f" aufweist;
(c) Einsetzen des Reifenaufbaus 308 in eine Vulkanisationsform 400 (4B);
wobei die axiale Distanz "g" zwischen den gegenüberliegenden
Wülsten 324 im
Wesentlichen gleich der Distanz "f" dazwischen ist,
wenn der Rohreifenaufbau 308 von der Aufbautrommel der zweiten
Stufe abgenommen wurde; (d) Vulkanisieren des Rohreifenaufbaus 308 durch
die Verwendung eines Hochdruckmediums mit einer ausreichend erhöhten Temperatur,
um den Reifenaufbau 308 gegen die Form 300 zu
pressen und den Reifenaufbau 308 zu vulkanisieren; (e)
Entnehmen des vulkanisierten Reifens 300 aus der Vulkanisierform 400,
während der
Reifen 300 noch heiß ist;
(f) Montieren des vulkanisierten Reifens 300 im heißen Zustand
auf einem herkömmlichen
Stand zum Aufpumpen nach der Vulkanisation (PCI-Stand von Post Cure
Inflation (PCI) Stand 460 (4C), wobei
die Distanz "h" zwischen den gegenüberliegenden
Wülsten 324 im
Wesentlichen gleich der Distanz "i" (3)
dazwischen ist, wenn der Reifen 300 im Anschluss abgekühlt und
auf eine Radfelge 302 aufgezogen wird; (g) Aufpumpen des
heißen
Reifens 300 (4C), während er auf dem PCI-Stand
montiert ist; und (h) Abkühlenlassen des
aufgepumpten Reifens 300 auf Umgebungstemperatur.
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Wenn
der Rohreifenaufbau 308 (4B) zu Beginn
in der Vulkanisationsform 400 montiert wird, werden die
Formringe 450 nach oben gegen und in unterstützender
Beziehung mit den gegenüberliegenden
Wulstabschnitten 322 bewegt. Danach wird ein Heizbalg 452 in
dem Rohreifenaufbau 308 durch die Einleitung eines Hochdruckmediums
bei einer erhöhten
Temperatur aufgepumpt, um den Rohreifenaufbau 308 gegen
die Innenfläche 451 der
Form 400 zu pressen und den Reifenaufbau 308 zu
vulkanisieren. Es wird vorzugsweise Hochdruckdampf als das Medium
zum Aufpumpen des Reifenaufbaus 308 verwendet, und die
Vulkanisationstemperatur liegt im Bereich von im Wesentlichen 250
bis 350 Grad Fahrenheit (121 bis 177 Grad C), und vorzugsweise im Wesentlichen
300 Grad Fahrenheit (149 Grad C). Während der Rohreifenaufbau 308 vulkanisiert
wird, ist die Wulstabstandsdistanz "g" zwischen
gegenüberliegenden
Wülsten 324 im
Wesentlichen gleich der Wulstabstandsdistanz "f" dazwischen
bei von der Aufbautrommel der zweiten Stufe (nicht gezeigt) abgenommenem
Rohreifenaufbau 308. Die Distanz "f" ist
definiert als der Abstand zwischen den Wülsten des Rohreifens, unmittelbar
nachdem der Reifen von der Reifenaufbaumaschine der zweiten Stufe
(nicht gezeigt) abgenommen worden ist. In der Praxis können die
Differenzen zwischen den Wulstabstandsdistanzen "f" und "g" dennoch die sein, die im Wesentlichen
unverändert
sind, obwohl die Wulstabstandsdistanz "g" des
Reifenaufbaus 308 im in der Form 400 montierten
Zustand geringfügig
kleiner als die Wulstabstandsdistanz "f" des
Reifenaufbaus 308 bei von der Aufbautrommel der zweiten
Stufe (nicht gezeigt) abgenommenem Reifen sein kann. Die Wulstabstandsdistanz "g" des Reifenaufbaus 308 kann
definiert werden als 100% bis 200% der Distanz "h",
die der Distanz zwischen den Wülsten
bei auf eine Reifenfelge aufgezogenem Reifen entspricht.
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Somit
sind die inneren Dreh- und Gegendrehkräfte, die sich in dem Reifen 100 nach
dem Stand der Technik (2B) entwickeln und die auf eine
Bewegung der gegenüberliegenden
Wülste 124 aufeinander
zu im Verlauf der Herstellung der Reifen 100 zurückzuführen sind,
im Wesentlichen vollständig
aus den gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Reifen 300 (3) beseitigt
worden. Im Besonderen beseitigt das unveränderte Aufrechterhalten der
Wulstabstandsdistanzen "f" und "g" im Wesentlichen, während sich der Reifenaufbau 302 noch in
einem etwas empfindlichen Rohzustand befindet, im Wesentlichen vollständig die
Entwicklung der inneren Spannungen, die die Entstehung von interner Knickung
und Strömungsrissen
hervorrufen.
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Der
resultierende, torusförmige,
vulkanisierte Reifen 300 (4C), der
ein herkömmliches
Laufstreifenprofil und Seitenwandmarkierungen aufweist, wird dann
auf dem PCI-Stand 460 im noch heißen Zustand montiert, und somit
wird die vorstehend erwähnte
Temperatur im Bereich von im Wesentlichen 250 bis 350 Grad F (121
bis 177 Grad C) und vorzugsweise 300 Grad F (149 Grad C) liegen.
Der PCI-Stand 460 umfasst ein Paar gegenüberliegend angeordnete
Felgen 348, die herkömmlich
aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Wenn der vulkanisierte
Reifen 300 (4C) zu Beginn auf dem PCI-Stand 460 montiert
wird, werden dessen gegenüberliegende
Felgen 348 axial zu und in Anlage an die gegenüberliegenden
Wulstabschnitte 322 und im Anschluss danach eine ausreichende
Distanz bewegt, um die Wulstabstandsdistanz "h" zu
erzielen, die im Wesentlichen gleich der Distanz "i" (3) des Reifens 300 ist,
wenn er auf eine Reifenfelge 302 aufgezogen ist. Daraufhin
erstreckt sich der Winkel "k", den die jeweiligen
Wulstdrahtreihen 345a, 345b, 345c und 345d und
der Fersensitz 330 in Bezug auf eine axiale Richtung "x" des Reifens 300 beschreiben,
im Wesentlichen parallel zu dem Winkel "c",
den die Felgenhornschulter 304 in Bezug auf eine axiale Richtung "y" der Radfelge 302 beschreibt.
Danach wird, während
der vulkanisierte Reifen 300 (4C) noch
heiß ist,
wie es zuvor beschrieben wurde, dieser auf einen Druck von im Wesentlichen
25% bis 125% seines normalen Betriebsdruckes aufgepumpt, um den
vulkanisierten Reifen 300 in seine torusförmige Form
zu bringen, wenn er auf die Radfelge 300 (3)
aufgezogen wird.
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In
einem beispielhaften Personenwagenreifen 300, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist und eine Laufstreifenbreite "t" von 7,5 Zoll (19 cm) (4C)
aufweist, können
die gegenüberliegenden
Wülste 324 nach
der Abnahme von der Aufbautrommel der zweiten Stufe eine Distanz "f" von 15 Zoll (38 cm) getrennt sein,
eine Distanz "g" von 15 Zoll (38
cm), wenn er sich in der Vulkanisierform befindet (4B),
eine Distanz "h" von 7,5 Zoll (19
cm), wenn er auf dem PCI-Stand montiert ist (4C), und
eine Distanz "i" 7,5 Zoll (19 cm),
wenn er auf die Radfelge 302 aufgezogen ist (3).
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Obwohl
die Wulstabstandsdistanz "g" des vulkanisierten
Reifens 300, wenn er in der Vulkanisationsform montiert
ist (4B), auf die Wulstabstandsdistanz "h" reduziert wurde, wenn er auf dem PCI-Stand
montiert wurde (4C), aufgrund dessen, dass die
jeweiligen Seitenwände 318 und
Wulstabschnitte 322 aufeinander zu bewegt worden sind, um
den vulkanisierten Reifen 300 auf dem PCI-Stand 460 zu
montieren, traten derartige Bewegungen auf, während die Temperatur des vulkanisierten
Reifens 300 auf der vorstehend diskutierten erhöhten Temperatur
lag. Infolgedessen war die äußere Schicht 364 der
thermoplastischen Abdeckung 349 in der Lage, sich relativ
zu ihrer inneren Schicht 360 zu drehen, da ihre Zwischenschicht 362 verflüssigt worden
ist und ein Gleitmedium zwischen den jeweiligen inneren und äußeren thermoplastischen
Schichten 362 und 364 bereitstellte. Aufgrund
eines derartigen Gleitens waren die Moleküle der Kautschukmaterialien,
die den Wulst 324 und die Lage 320 umgaben, in
der Lage, einen Gleichgewichtszustand in Bezug zueinander herzustellen,
um die inneren Spannungen zu lösen,
die sich sonst in den Seitenwänden 318 und Wulstabschnitten 322 des
vulkanisierten Reifens 300 entwickelt hätten.
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Dementsprechend
ist ein Reifen 300, der den verbesserten Wulst 324 aufweist
und gemäß dem vorstehenden
Verfahren hergestellt worden ist, im Wesentlichen frei von inneren
Dreh- und Gegendrehspannungen, die im Reifen 100 nach dem
Stand der Technik zu finden sind. In diesem Zusammenhang ist anzumerken,
dass weder beobachtet worden ist, dass der verbesserte Reifen 300 aufgrund von
inneren Spannungen, die sich im Verlauf seiner Herstellung in diesem
entwickeln, physikalisch missraten oder auf andere Weise verformt
wurde, noch beobachtet worden ist, dass sich bei dem verbesserten
Reifen 300 interne Knickung oder Strömungsrisse entwickelt haben,
wie es im Reifen 100 nach dem Stand der Technik üblicherweise
zu finden ist. Es ist beobachtet worden, dass bei auf die Radfelge 302 aufgezogenen
verbesserten Reifen 300 darüber hinaus die jeweiligen Fersensitze 330 richtig
in Anlage an die jeweiligen Radfelgenschultern 304 montiert sind,
mit dem Ergebnis, dass eher Gleichgewichtskräfte als die Ungleichgewichtskräfte der
Reifen 100 nach dem Stand der Technik auf die Radlaufstreifen 312 übertragen
werden. Somit sind verbesserte Reifen 300, die gemäß dem verbesserten
Verfahren hergestellt werden, im Wesentlichen frei von inneren Spannungen,
die sich im Verlauf ihrer Herstellung entwickeln, und im Wesentlichen
frei von physikalischen Verformungen und anderen physikalischen Mängeln von
Reifen 300 nach dem Stand der Technik.
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Das
in 5 gezeigte Schaubild der theoretischen Reifengeometrie
wurde im Verlauf der Bestimmung des Wulstabstandes des verbesserten Reifens 300 berücksichtigt,
wenn er in der Vulkanisationsform 400 angeordnet wurde
(4B). Das Schaubild demonstriert den Bereich der
Wulstplatzierung, um den Nachteil bei dem verbesserten Verfahren
einer Entwicklung innerer Spannungen in den Schulterabschnitten 319 des
verbesserten Reifens 300 zu mildern, wenn die Wülste aufeinander
zu bewegt werden, um den Reifen 300 auf dem PCI-Stand zu
montieren (4C). Wie es nachstehend diskutiert
wird, kann der vorstehend erwähnte
Nachteil minimiert werden, indem die Wulstabstandsdistanz "g" in der Form 400 im Vergleich
mit der Abstandsdistanz "g", die oben bei der
obigen Ausführungsform
der Erfindung diskutiert wurde, geringfügig reduziert wird.
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Wenn
der Rohreifenaufbau 308 (4B) in der
Vulkanisierform 400 montiert wird, gibt es drei Beschränkungen,
die dem Reifenaufbau 308 durch die Form 400 auferlegt
werden: 1) der Reifenaufbau 308 wird symmetrisch in Bezug
auf die Äquatorialebene (EP)
gehalten; 2) die radiale Höhe "rh" (3)
zwischen dem Außendurchmesser
jedes Wulstes 324 zur Mitte des Innerliners 321 des
Reifens 300 ist festgelegt; und 3) die sich gekrümmt erstreckende
Länge (PL)
der Lage 320, wie zwischen den jeweiligen Außendurchmessern
der gegenüberliegenden
Wülste 324 gemessen,
ist festgelegt. Somit sind die drei Beschränkungen die Symmetrie, die
festgelegte radiale Höhe "rh" und die festgelegte
Lagenlänge
(PL).
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Die
drei in 5 gezeigten geometrischen Formen 500 entsprechen
drei unterschiedlichen theoretischen Formen eines Luftreifens in
einer theoretischen Vulkanisationsform (nicht gezeigt). Die geometrischen
Formen 500 umfassen ein Dreieck 510 mit einer
Basis 520, ein Rechteck 514 mit einer Basis 524 und
die Hälfte
einer Ellipse 512 mit einer Basis 522. Das Dreieck 510 weist
zwei gegenüberliegende Seiten 510a und 510b auf,
das Rechteck 512 weist ein Paar gegenüberliegende Seiten 512a und 512b auf
und die Ellipse 514 weist ein Paar gegenüberliegende
Seiten 514a und 514b auf. Jedes Paar der vorstehend
erwähnten
gegenüberliegenden
Seiten ist symmetrisch in Bezug auf die Äquatorialebene (EP) der geometrischen
Formen angeordnet. Zusätzlich
teilt jede der geometrischen Formen 500 die gleiche Höhe "ht", wie entlang der Äquatorialebene
(EP) gemessen, und weist die gleiche Umfangslänge (PL) auf. Die geteilte
Höhe "ht" der jeweiligen geometrischen
Formen entspricht der festgelegten radialen Höhe "rh" in
der Form, die geteilte Äquatorialebene (EP)
der geometrischen Formen entspricht der Äquatorialebene (EP) des Reifenaufbaus 308 in
der Form und die Umfangslängen
(PL) der geometrischen Formen entsprechen jeweils der festgelegten
Lagenlänge
(PL) zwischen den Außendurchmessern
der gegenüberliegenden
Wülste 324.
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Wie
es in den 4B und 5 gezeigt
ist, entspricht bei den oben diskutierten gegebenen Randbedingungen
die theoretische maximale Distanz "g" zwischen
den Wülsten 324,
wenn der Rohreifenaufbau in einer theoretischen Vulkanisierform angeordnet
ist, der Basis 524 des Dreiecks 510, was dafür sorgen
würde,
dass die Lage 320 eine Form der gegenüberliegenden Seitenwände 510a und 510b des
Dreiecks 510 annimmt. Wenn der vulkanisierte Reifenaufbau 308,
der eine Lage 320 aufweist, die wie das Dreieck 510 geformt
ist, auf einem herkömmliche
PCI-Stand 460 montiert und aufgepumpt wird, würden sich
starke innere Spannungen in den Schulterabschnitten 319 des
Reifens 300 entwickeln. Darüber hinaus kann das gleiche
für einen
Reifen 300 mit einem minimalen Abstand "g" zwischen
den Wülsten 324 gesagt
werden, welcher der Basis 524 des Rechtecks 512 entspricht,
da dies dafür
sorgen würde,
dass die Lage 320 eine Form annimmt, die dem Rechteck 512 entspricht.
Jedoch würde
das Versehen eines vulkanisierten Reifens 300 mit einer Wulstabstandsdistanz "g", die der Basis 522 der Ellipse 514 entspricht,
dafür sorgen,
dass die Lage 320 eine Form annimmt, die der Ellipse 514 entspricht. Wenn
ein Reifen 300, der eine Lage 320 aufweist, die wie
eine Ellipse 514 geformt ist, auf einem herkömmlichen
PCI-Stand 460 montiert und aufgepumpt wird, würden sich,
wenn überhaupt,
minimale innere Spannungen in den Schulterabschnitten 319 des
Reifens 300 entwickeln, obwohl sich mehr Spannung im Wulstbereich
eines theoretischen Reifens entwickeln würde, der die Form einer Hälfte einer
Ellipse aufwiese. Zum Ausgleich ist das Formen des Reifens 300 gemäß der Erfindung
mit einer Wulstabstands distanz "g", die der Basis 522 der
Ellipse 514 entspricht, ein annehmbarer Kompromiss.