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Fahrzeugluftreifen
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen mit einer von Wulst zu Wulst reichenden Karkasse und einer in dem Bereich unterhalb der Lauffläche zwischen den Gewebeschichten der Karkasse und dem Laufbelag eingefügten, ebenfalls aus Gewebeschichten bestehenden Verstärkungseinlage.
Die üblichen Fahrzeugreifen werden so hergestellt, dass eine Anzahl Gewebeeinlagen das feste Gerüst des Reifens bilden. Die Cordfäden oder Drahtseile dieser Einlagen sind unter dem Laufbelag des Reifens in einem Winkel von 28 bis 450 zur Umfangsrichtung desselben angeordnet. Die Abstände dieser Cordfäden oder Drahtseile voneinander sind bei den unterschiedlichen Reifen und deren einzelnen Schich- ten mehr oder weniger gross gehalten. Über diesem Unterbau sind unter dem Laufbelag gewöhnlich noch eine oder mehrere Lagen gleicher Gewebe wie vorstehend erläutert aufgebracht, die etwa die gleichen Fadenwinkel besitzen und deren einzelne Fäden oder Seile gleiche oder grössere Abstände voneinander aufweisen wie diejenigen der benachbarten letzten Einlage des Unterbaues.
Diese unmittelbar unter dem Laufbelag liegenden Einlagen, die auch als Zwischenbau bekannt sind, enden etwa unter der Kante der Lauffläche des Reifens. Die den Zwischenbau bildenden Einlagen erstrecken sich also nicht wie die Einlagen des Unterbaues bis zu den Wülsten des Reifens.
Ergänzend zu dieser allgemein üblichen Reifenkonstruktion sind in neuerer Zeit noch Gestaltungen von Reifen bekanntgeworden, bei denen die Cordfäden oder Drahtseile des Reifenunterbaues ganz oder nahezu in radialen Ebenen liegen, d. h. gegenüber der Umfangsrichtung des Reifens einen Winkel von 90 bis 800 bzw. 700 einschliessen. Ein derartiger Unterbau nimmt je mehr sich dessen Fadenwinkel 900 nä- hern nur die vom Innendruck des Reifens herrührenden Querspannungen auf. Zur Aufnahme der vom Innendruck erzeugten Längsspannungen und ausserdem der beim Umlaufen des Rades auftretenden Umfangs-
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Lagen mit Winkeln von 900 in sich einschliessen können, gewählt wird.
Weiterhin wurde bereits für Reifen mit geringen Fahrgeschwindigkeiten vorgeschlagen, die Cordfäden der beiden Cordgewebelagen in einem Winkelbereich von 45 bzw. 55 bis 750. insbesondere unter einem Winkel von 600 zur Mittellinie des flachen Reifenmantels verlaufen zu lassen. Dies geschah jedoch lediglich zu dem Zweck, eine höhere Lebensdauer für ausschliesslich langsam laufende nicht maschinell angetriebene Reifen von relativ kleinem Querschnittsdurchmesser gegenüber dem Aussendurchmesser zu erreichen.
Die oben erwähnten Reifenbauarten entsprechen den Anforderungen, die an einen Fahrzeugreifen gestellt werden müssen, in unterschiedlicher Weise. Die bekannten Reifen mit einer Fadenrichtung von nahezu 900 der Karkasse sind z. B. in bezug auf Rollwiderstand und Laufflächen-Abnutzung vorteilhaft. Demgegenüber bieten die konventionellen Reifenbauformen bei Fahrten in der Kurve eine grössere Sicherheit gegen ein Ausbrechen in der Fahrbahn, da sich bei diesen ein Ausbrechen ankündigt und dieses nicht unverhofft und plötzlich eintritt. Auch ein Platzen des Reifens ist bei konventionellen Reifen weniger zu befürchten, wenn die zwischen Karkasse und Lauffläche liegenden Verstärkungseinlagen defekt werden sollten oder deren Lösung von der Karkasse einträte.
Obwohl vorstehend die Vor- und Nachteile der bekannten Reifenbauarten nicht erschöpfend dargestellt sind, kann deren Aufzählung doch entnommen werden, dass die bekannten Reifenbauformen im einzelnen nicht alle geforderten Eigenschaften vermitteln.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine möglichst optimale Erfüllung sämtlicher an einen
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Fahrzeugreifen zu stellenden Anforderungen in ein-und demselben Reifen zu erreichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Fäden der einzelnen Gewebeschichten der Karkasse unter der Lauffläche eines Winkel von 50 bis 600, vorzugsweise von 550, und die Fäden der in dem Bereich unterhalb der Lauffläche angeordneten Verstärkungseinlage wie an sich bekannt einen spitzen Winkel, zweckmässig zwischen 0 und 250, mit der Umfangsrichtung des Reifens einschliessen, wobei die Karkasse in Abhängigkeit vom Innendruck des Reifens und die Verstärkungseinlage in Abhängigkeit von den während des Betriebes auftretenden Fliehkräften bemessen ist, derart, dass für grössere Innendrücke eine stärkere Karkasse bzw.
für mit höherer Fahrgeschwindigkeit zu betreibende Reifen eine kräftigere Verstärkungseinlage vorgesehen ist.
Durch eine derartige Gestaltung des Reifens wird die Aufnahme aller vom Aufblasedruck herrührenden Wandspannungen, u. zw. sowohl der Quer- als auch der Längsspannungen unter der Lauffläche, von der Karkasse erreicht, während die durch den Umlauf bzw. von Zentrifugalkräften hervorgerufenen Spannungen von den Verstärkungseinlagen aufgenommen und dadurch von der Karkasse praktisch ferngehalten werden. Eine Winkelverschiebung der Fäden der Karkasse durch solche Spannungen ist damit ebenfalls ausgeschlossen. Die oben erwähnte Verteilung der Beanspruchungen im Reifen bewirkt in der Praxis, dass z. B. der Laufbelag des Reifens sich annähernd wie ein kompakter Schrumpfring auf dem Reifen verhält.
Dadurch führt die Lauffläche an der jeweils belasteten Stelle des Reifens gegenüber der Strassenoberfläche viel geringere Relativbewegungen aus, als es bei den konventionellen Reifen der Fall ist. Daraus ergibt sich eine geringere Abnutzung des Reifenlaufbelages.
Auch für den Rollwiderstand ergeben sich durch den erfindungsgemässen Aufbau des Reifens wesentlich bessere Werte, da der als kompakter Ring wirkende Laufbelag eine geringere Walkarbeit aufnimmt als derjenige des konventionellen Reifens. Bei dem neu vorgeschlagenen Reifen wird die federnde Wirkung nämlich nicht nur durch die walkende Eindrückung an der belasteten Stelle allein, sondern auch dadurch erzielt, dass der ganze Laufflächenring infolge seiner Kompaktheit sich exzentrisch zur Radachse einstellt.
Diese Wirkung ähnelt derjenigen bekannter Reifen, deren Karkass-Fäden in einem Winkel von 900 zur Reifenumfangsrichtung verlaufen. Demgegenüber unterscheidet sich jedoch der erfindungsgemässe Reifen dadurch, dass dessen kompakt wirkender Laufbelag mit einem Reifenunterbau kombiniert ist, dessen Fadenverlauf von dem der bekannten Reifenbauarten abweicht. Dadurch weist die Karkasse des neuen Reifens gegenüber Reifen mit einer 900-Fadenlage bei dem Einwirken seitlich gerichteter Kräfte eine grössere Kurvenfestigkeit auf, die überraschenderweise durchaus noch an das gute Kurvenverhalten konventioneller Reifen heranreicht.
Durch seinen besonders vorteilhaften Aufbau ist der erfindungsgemässe Reifen bei einer etwaigen Zerstörung der zwischen Karkasse und Laufbelag liegenden Verstärkungseinlagen bzw. bei deren Ablösung genau so wenig von einem Platzen bedroht wie ein konventioneller Reifen. Durchaus gegensätzlich dazu verhalten sich Reifen mit 90 -Fadenlagen der Karkasse, die bei Zerstörung oder Ablösung der Verstärkungseinlagen in Umfangsrichtung eine nur noch sehr geringe Festigkeit besitzen.
Aus dem Dargelegten ergibt sich zusammenfassend, dass durch den erfindungsgemässen Reifenaufbau die günstigen Eigenschaften unterschiedlich gestalteter einzelner Reifen weitgehend in einem einzigen Reifen vereinigt sind, ohne dass dabei die ungünstigen Eigenschaften dieser bisherigen Reifen mit übernommen worden sind.
Die Erfindung geht von der bekannten Tatsache aus, dass bei einem geraden, unter Innendruck stehenden Rohr die Normalspannungen von in Achsrichtung verlaufenden Schnitten der Rohrwand doppelt so gross sind als die Normalspannungen in Schnitten senkrecht zur Achsrichtung. Wird dieses Rohr zu einem in sich geschlossenen Ring, der der Gestalt eines Reifens entspricht, gebogen und wird das Rohr in dieser Form weiterhin einem Innendruck ausgesetzt, dann ist dieses Verhältnis zwischen den Axial- und Querspannungen der Rohrwände nicht mehr konstant, da die Normalspannungen von in Achsrichtung laufenden Schnitten der Rohrwand an jeder Stelle des Rohrquerschnittes (Reifenquerschnittes) verschieden sind.
Es ist sicher, dass die gegenüber der Achsenrichtung des Rohres, die der Umfangsrichtung des Reifens entspricht, verlaufenden Quer- und Längsspannungen restlos von dem Unterbau bzw. der Karkasse des Reifens aufgenommen werden, wenn die Cordfäden oder Drahtseile desselben so gelegt werden, dass sie in Richtung der Resultierenden dieser beiden Spannungen liegen. Es ist errechenbar, dass diese Resultierende gegenüber der Umfangsrichtung des Reifens einen Winkel um 550, je nach den Durchmesserverhältnissen des Reifens, einnimmt. Dieser Winkel weicht von den Winkeln üblicher Reifen erheblich ab.
Bei einer in solcher Winkellage von etwa 550 symmetrisch zur Mittelebene des Reifens gekreuzten Anordnung der Cordfäden oder Drahtseile des Reifen-Unterbaues wird die höchstmögliche Festigkeit desselben gegenüber dem statischen Innendruck erreicht bzw. bei einer verlangten Festigkeit der geringstmögliche Gewebeaufwand erzielt.
Reifen mit einem derart stumpfen Anordnungswinkel der Fäden oder Seile konnten bisher nicht in den
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Verkehr gebracht werden, weil sie infolge der auf sie einwirkenden Fliehkräfte beim Umlaufen ihren Durchmesser vergrössern. Es waren daher bei der üblichen Bauart des Reifens wesentlich spitzere Winkel der Fäden oder Seile der den Unterbau bildenden Einlagen erforderlich, u. zw. je nach der vorgesehenen Höchstgeschwindigkeit des Reifens mehr oder weniger spitzere Winkel.
Um das mögliche Wachstum der erfindungsgemäss gestalteten Karkasse bei dem Umlaufen des Reifens zu verhindern und insbesondere aber auch Schnittflächen der Fäden oder Seile in den Lagen des Zwischenbaues, die leicht zu einem Sich-Lösen aus dem sie umgebenden Gummi führen, zu vermeiden, werden für den Zwischenbau nicht mehr aus einer Kalanderbahn geschnittene, Fäden oder Drahtseile in sich einschliessende, Einlagen verwendet. Der Zwischenbau wird vielmehr aus dicht nebeneinander liegenden schraubenlinienförmigen Windungen eines gummierten, d. h. imprägnierten oder umspritzten, Cordfadens
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kasse aufgespulter Cordfaden bzw. ein aufgespultes Drahtseil nur an Anfang und Ende der durchgehenden Windungen je eine Schnittfläche auf.
Diese beiden, also wenigen, Schnittflächen ermöglichen eine besondere Behandlung derselben, die zu einem sicheren Vermeiden eines Sich-Lösens der Cordfaden-oder Seilenden von dem sie umgebenden Gummi führt. Der aus einer oder mehreren solcher Windungsfolgen bestehende Zwischenbau wird unter Zwischenlage einer mehr oder weniger dicken und irgendwie gestalteten Kautschukschicht auf der Karkasse aufgebracht. Nach der-vorstehend erläuterten Anordnung liegen die Cordfäden oder Drahtseile der Verstärkungsschicht im wesentlichen unmittelbar In Umfangsrichtung des Reifens, d. h. in Richtung der Umfangskräfte desselben und nicht mehr in einem mehr oder weniger grossen Winkel geneigt dazu.
Werden mehrere Windungsfolgen als Verstärkungsschicht auf dem Unterbau aufgespult, so werden auch zwischen den aufeinanderfolgenden Windungsfolgen beliebig starke Gummizwischenlagen vorgesehen. Eine so dicht wie mögliche Anordnung der Windungsfolgen der Verstärkungschicht an die Reifenoberfläche ist zweckmässig und erstrebenswert. Der ganze Reifen, im wesentlichen bestehend aus Unterbau, Zwischenbau und Laufbelag, wird auf einem an sich bekannten Dom oder Schlauch aufgebaut und in der bisher üblichen Weise vulkanisiert.
In der vorstehenden Weise gestaltete Reifen sind bei genügend starker Ausbildung der in Umfangsrichtung verlaufenden Windungen der Cordfäden oder Drahtseile des Zwischenbaues geschwindigkeitsunabhängig, da infolge der Aufnahme aller Kräfte durch die Cordfäden oder Drahtseile unmittelbar in der jeweiligen Kraftrichtung zu Formänderungen des Reifens keine Möglichkeit mehr gegeben ist. Dadurch, dass die Cordfäden oder Drahtseile der Karkasse bzw. des Unterbaues in Richtung der Resultierenden der durch den Innendruck des Reifens entstehenden Quer- und Längsspannungen verlaufen, werden diese Spannungen durch den Reifenunterbau allein aufgenommen.
Hingegen werden alle bei einem Umlauf des Rades auftretenden Kräfte, d. h. die Fliehkräfte, allein von den Cordfäden oder Drahtseilen der Windungen oder Windungsfolgen des Zwischenbaues aufgenommen, ohne dass zu diesem Zweck der Unterbau stärker ausgebildet werden muss, als es zur Aufnahme nur des Reifendruckes erforderlich ist.
Es bleibt unbenommen, statt der Windungen auf den erfindungsgemässen Unterbau auch die bereits bekannten Verstärkungseinlagen mit Schnittkanten aufzulegen, wobei aber die Fäden oder Drähte einen möglichst spitzen Winkel (etwa 250 und kleiner) mit der Umfangsrichtung des Reifens einschliessen müssen.