DE19542807A1 - Pneumatischer Sicherheitsreifen mit Verbundstoffrippen - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Reifen, die einen begrenzten Gebrauch nach Druckverlust, d. h. bei Plattfuß, ermöglichen oder auf Sicherheitsreifen mit verlängerter Benutzbarkeit und spezieller für solche Reifen mit verlängerter Benutzbarkeit, die Versteifungs- oder Unterstützungsteile in den Seitenwänden des Reifens verwenden.

Reifenkonstrukteure haben lange nach einem Reifen gesucht, der nach plötzlichem, unerwarteten Druckverlust, wie bei einem kleinen Loch in einem Reifen, akzeptable Benutzungseigenschaften behält. Dieses Ziel hat sich als schwer erreichbar herausgestellt. US-Patent Nr. 4 341 249 von Welter offenbart einen Reifenaufbau mit Rippen, welche auf den inneren und äußeren Flächen der Reifenschultern befestigt sind. Diese Rippen sind aus einem elastischen Material, wie z. B. Gummi, gemacht, und sind einteilig mit der Reifenwand gefertigt.

US-Patent Nr. 3 782 440 von Depmeyer offenbart einen Reifen, dessen innere Fläche der Seitenwände durch Rippen verstärkt sind, welche einteilig mit den Seitenwänden ausgeführt sind und auch aus Gummi gefertigt sind.

Die US-Patente 3 372 726 und 3 421 566 von Sidles und Sidles et al. offenbaren jeweils Reifenaufbauten, die Rippen auf der äußeren Fläche der Reifenseitenwand aufweisen, welche den Reifen bei Druckverlust unterstützen sollen.

Bei allen diesen Aufbauten ist die in Frage kommende Rippe als einteiliger Teil der Reifenkomponente gefertigt, an welcher sie befestigt ist. Die Rippe ist aus demselben Material wie die Reifenseitenwand, an welcher sie befestigt ist, gefertigt. Da elastisches Material benutzt wird, um diese Rippen zu fertigen, weisen die Rippen notwendigerweise eine große Masse auf, um die erforderliche Steifheit und Stärke bereitzustellen. Wegen der großen Masse sind signifikante Hystereseverluste ein unvermeidbarer Nebeneffekt dieses Aufbaus. Diese Hystereseverluste tragen zu einem nicht akzeptierbaren Rollwiderstand des Reifens bei, einem Reifenparameter, der den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs, auf dem der Reifen montiert ist, direkt beeinflußt. Aufgrund der oben beschriebenen nicht akzeptablen Eigenschaften sind weitere Verbesserungen für einen Aufbau für den Fall eines Plattfuß wünschenswert.

Die vorliegende Erfindung verwirklicht einen neuen und verbesserten Reifen mit verlängerter Benutzbarkeit, welche einen einfachen Aufbau aufweist und welcher die zuvor erwähnten Schwierigkeiten vermeidet und desweiteren bessere und vorteilhaftere Gesamtresultate bereitstellt.

Noch weitere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann nach dem Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.

Gemäß eines Aspektes der Erfindung weist ein pneumatischer Reifen ein paar ringförmige Wülste, mehrere Rippen und ein Profil auf, welches jeweils über das äußere Ende der Rippen angeordnet ist. Die Rippen sind aus einem Rippenmaterial gefertigt, welches im allgemeinen nicht elastisch ist. Das Profil ist aus einem elastischen Profilmaterial gefertigt. Der Reifen beinhaltet ferner elastische Seitenwände, die zwischen dem Profil und den Wülsten angeordnet sind. Es sind erste und zweite Karkassenschichten um die Wülste mit den Rippen gewickelt, die sich zwischen der ersten und der zweiten Karkassenschicht befinden.

Gemäß eines anderen Aspektes der Erfindung beinhaltet der Reifen Wulststreifen, welche die Rippen mit dem Wulst anstatt der Karkassenschichten verschnüren. Der Reifen kann auch Verstärkungsgürtel zwischen den Karkassenschichten und dem Profil aufweisen. Der Wulst und die Rippen können aus demselben Material, wie z. B. Fiberglas, gemacht sein und können als eine Einheit ausgeführt sein.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung sind die Rippen aus Polyetheretherketon (auch bekannt als "PEEK") gefertigt.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung beinhaltet ein Unterstützungsteil zum Gebrauch in einem pneumatischen Reifen eine Rippe, die innerhalb des Reifens zwischen dem entsprechenden Rad und Profil befestigt ist. Die Rippe ist hauptsächlich aus einem ersten nichtelastischen Rippenmaterial gemacht, welches vorzugsweise ein Fiberglas und Epoxidverbundstoff ist.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ist die Rippe aus einem Verbundstoff, der eine erste, eine zweite und eine dritte Schicht aufweit, wobei die erste Schicht aus einem ersten Rippenmaterial, die zweite Schicht aus einem zweiten Rippenmaterial und die dritte Schicht aus einem dritten Rippenmaterial gemacht ist.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ist das Unterstützungsteil im allgemeinen wie der Querschnitt der Reifenhälfte, in welche das Unterstützungsteil eingepaßt ist, geformt.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ist die Rippe im allgemeinen genau geformt und ist definiert durch einen ersten Radius R1 und einen zweiten Radius R2. Der erste Radius R1 ist zwischen 2,54 cm und 7,62 cm und der zweite Radius R2 ist zwischen 5,08 cm und 10,16 cm.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung besitzt die erste Schicht der Rippe eine Dicke zwischen 0,152 cm und 0,203 cm.

Ein Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung eines pneumatischen Reifens, der ein Betreiben bei Plattfuß ermöglicht.

Ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung der Rippe, die aus einer einzigartigen Anordnung von Materialien gefertigt ist, welche die erforderliche Festigkeit und andere Betriebsqualitäten bereitstellt, so daß eine akzeptable Benutzung eines Reifens erreicht wird, der keinen oder einen zu niedrigen Druck aufweist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung eines Unterstützungsteils, welches fähig ist, die Fährzeuglast zu unterstützen, während es geringe Hystereseverluste aufweist und somit einen akzeptablen Rollwiderstand bereitstellt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung einer Plattfußvorrichtung, welche auf eine herkömmliche Felge, ohne daß Spezialwerkzeuge oder Ausrüstung nötig wären, angepaßt werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung der Wulststreifen, welche wenigstens vorübergehend die Notwendigkeit von Karkassenschichten eliminieren.

Ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung der Wulststreifen und Rippen, die aus demselben Material gemacht sind und es ermöglichen, zur selben Zeit als eine einteilige Einheit gefertigt zu werden. Dieser Vorteil führt zu geringeren Herstellungskosten und einer sichereren Verbindung des Reifenkörpers mit dem Reifenwulst.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung des Verbundrippenaufbaus, welcher großen Biegebelastungen an der neutralen Achse des Rippenaufbaus widersteht.

Ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung eines Reifens, bei dem alle Komponenten simultan in einem einzigen Schritt vulkanisiert werden können.

Noch weitere Vorzüge und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann nach dem Losen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.

Die Erfindung kann körperlich in bestimmten Teilen und bestimmten Anordnung von Teilen gebildet sein, wobei ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in der Beschreibung im Detail erläutert wird und anhand der angefügten Zeichnungen dargestellt wird, welche ein Teil der Beschreibung sind und in denen:

Fig. 1 eine perspektivische Aufrißansicht des Reifens zeigt, der die Erfindung beinhaltet und die einen Teilschnitt zeigt,

Fig. 2 eine schematische Seitenaufrißansicht mehrerer Rippen gemäß der Erfindung zeigt, wie sie in einem Reifen angeordnet sein können,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Hälfte des Reifens gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Rippe gemäß der Erfindung zeigt, und

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines radial äußeren Endes einer Rippe zeigt, die die drei Schichten der Rippe zeigt.

In den Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Komponenten oder Teile in verschiedenen Ansichten benutzt.

In den Fig. 1 und 3 ist ein Reifen 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Der Reifen 10 kann herkömmliche Reifenkomponenten, wie ein Profil 12, Verstärkungsgürtel 14, eine erste Karkassenschicht 15 und eine zweite Karkassenschicht 16 und Seitenwände 18 beinhalten. Andere Reifenkomponenten, wie ein Wulstfüller und ein "chipper" können auch verwendet werden. Ein neues Merkmal des Reifens 10 ist die Bereitstellung der Unterstützungsteile oder Rippen 20. Die Rippen 20 sind in dem Seitenwandbereich des Reifens 10 eingebaut, so daß eine mechanische oder Aufbauunterstützung für das Fahrzeug bereitgestellt wird, falls ein Druckverlust auftreten sollte.

In der bevorzugten Ausführungsform sind die Rippen 20 radial auswärts bezüglich der ersten Karkassenschicht 15 und der zweiten Karkassenschicht 16 angeordnet. In einer anderen (nicht gezeigten) Ausführungsform sind die Rippen 20 radial auswärts bezüglich der ersten Karkassenschicht 15 und radial innen bezüglich der zweiten Karkassenschicht 16 angeordnet, d. h., die Rippen 20 liegen zwischen den zwei Karkassenschichten 15, 16.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, aufgrund der Verwendung der Rippen Reifenkomponenten zu eliminieren. Obwohl die Rippen 20 zusammen mit herkömmlichen Reifenkomponenten, wie oben erläutert, verwendet werden können, ist es möglich, durch den Gebrauch der Rippen viele herkömmliche Reifenkomponenten zu eliminieren. Zum Beispiel ist die hauptsächliche Funktion der Seitenwände 18 des Reifens unter Druck befindliche Luft, welche wiederum das Fahrzeug unterstützt, zu umschließen. Da die Rippen 20 zur Unterstützung der Fahrzeuglast ohne Reifendruck fähig sind, können die Seitenwände 18 theoretisch bei den Reifen weggelassen werden. Ebenso könnten die Karkassenschichten 15, 16 theoretisch weggelassen werden.

Ein anderer Weg, den Reifenwulst 40 mit den Rippen zu verbinden, ist durch den Gebrauch von Streifen aus textilverstärktem Gummi, wie Wulststreifen, gegeben. Solche Wulststreifen würden sich nicht so weit aufwärts der Reifenseitenwand erstrecken wie die Karkassenschichten 15, 16 oder die Seitenwand 18. Anstattdessen würden die Wulststreifen einfach um den Wulst 40 gewickelt werden und das radial innere Ende 26 jeder Rippe halten.

Ein voraussehbarer Vorteil der Erfindung ist die Elimination oder Reduktion der Zahl der Schichten, die für große Reifen notwendig sind, wie für Bulldogreifen. In derartig großen Reifen ist eine große Anzahl von Schichten notwendig, um den Lasterfordernissen bei derartigen Anwendungen zu genügen. Die Ausrüstung und die Lasten, die durch die Ausrüstung auftreten, sind schwer, so daß die Reifen sehr stark sein müssen. Leider führt eine große Anzahl von Schichten zu Wärmeentwicklung und den oben diskutierten Hystereseverlusten. Die Bereitstellung von Rippen 20 in derartig großen Reifen sollte zu einer Verringerung der Anzahl an Schichten führen, was zu Kosteneinsparungen, geringerer Wärmeentwicklung und geringeren Hystereseverlusten führt.

Ein anderer wichtiger Aspekt der Erfindung ist die Möglichkeit, den Wulst 40 und die Rippen 20 aus demselben Material zu fertigen. Z.B. können sowohl der Wulst 40 als auch die Rippen 20 aus einem Fiberglas und Epoxyverbundstoff oder anderen Materialien gemacht sein, da die Erfordernisse an die Wülste 40 und die Rippen 20 ähnlich genug sind, um zu erlauben, diese aus demselben Material zu fertigen. Der Wulst 40 und die Rippen 20 können auch aus einem einteiligen einzelnen Stück gefertigt sein und somit zur selben Zeit hergestellt werden. Z.B. können der Wulst 40 und die Rippen 20 durch Spritzguß geeignet gewählter Materialien, wie Polyetheretherketone, die auch als "PEEK" bekannt sind, gefertigt werden.

Mit Bezug zu Fig. 5 weist eine bevorzugte Rippe 20 jeweils eine erste, zweite und dritte Schicht 52, 54, 56 auf. Die erste Schicht 52 ist aus einem ersten Rippenmaterial, die zweite Schicht 54 ist aus einem zweiten Rippenmatrial und die dritte Schicht 56 ist aus einem dritten Rippenmaterial gemacht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste und dritte Rippenmaterial ein Fiberglas und Epoxid-Verbundstoff. Der bevorzugte Fiberglas und Epoxid-Verbundstoff enthält ungefähr 70% Fiberglas und 30% Epoxid, obwohl der spezielle Verbundstoffaufbau durch die spezielle Anwendung vorgegeben werden wird. Zwischen der ersten Schicht 52 und der dritten Schicht 56 ist die zweite Schicht 54 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Material 54 ein Elastomer. Bei der Herstellung einer Rippe 20 mit einer elastischen zweiten Schicht 54 können Scherspannungen, welche den höchsten Wert bei der neutralen Achse 60 erreichen, effektiv durch das Elastomer absorbiert werden. Bei der Anordnung der Rippe 20, bei der sie drei Schichten 52, 54, 56 aus den oben beschriebenen Materialien aufweist, stellen die Fiberglas und Epoxidelemente die erforderliche Steifheit bereit, um die Last des Fahrzeugs zu halten, wohingegen die elastische zweite Schicht 54 es ermöglicht, den Scherspannungen, die durch Krümmungen der Reifenkomponenten auftreten, zu widerstehen.

Mit Bezug zu Fig. 2 wird die Anzahl der Rippen 20, die in dem Reifen 10 plaziert sind, gemäß der Härte der Rippen 20 und den Lasterfordernissen des speziellen Fahrzeugs und der in Frage stehenden Anwendung bestimmt. Der minimale Abstand zwischen den Rippen 20 ist 0,00254 cm. In einer bevorzugten Ausführungsform werden P215/70HR15 Goodyear Eagle GA, 204 Rippen verwendet.

Die Geometrie der Rippen 20 richtet sich nach der Reifengröße und dem Erscheinungsbild. Die Rippen 20 können als Mittel benutzt werden, um Festigkeit bereitzustellen und die Anzahl an Schichten in einer breiten Vielzahl von Reifenaufbauten zu reduzieren, inc. Bulldozern, Flugzeugen, Lastwagen und Passagierfahrzeugen. Der Bereich der Radien und Bogenlängen in jeder der Reifenaufbauten würde entsprechend der Querschnittsform des in Frage stehenden Reifenaufbaus variieren. Nichtsdestotrotz wird ein bevorzugter Reifenaufbau offenbart.

Mit Bezug zu Fig. 4 wird ein bevorzugter Reifenaufbau 20, wie er bei P215/7OHR15 Goodyear Eagle GA Reifen benutzt wird, erläutert. Die Rippe 20 wird am besten mit Bezug zu dem ersten und dem zweiten Radius R1 und R2 beschrieben. Der erste Radius R1 kann zwischen 2,54 cm und 7,62 cm sein und ist vorzugsweise gleich 4,90 cm und ist das radial äußere Ende 22 der Rippe 20. Der erste Radius R1 beschreibt einen ersten Bogen Al. Der erste Bogen Al ist zwischen 60 Grad und 100 Grad und in einer bevorzugten Ausführungsform gleich 80 Grad.

Der radial innere Teil der Rippe 20, der am nächsten zu dem radial inneren Ende der Rippe 20 ist, wird anhand des zweiten Radius R2 beschrieben. Der zweite Radius R2 ist zwischen 5,08 cm und 10,16 cm und in einer bevorzugten Ausführungsform gleich 7,44 cm. Der zweite Radius R2 beschreibt einen zweiten Bogen A2, welcher zwischen 60 Grad und 100 Grad und vorzugsweise gleich 79 Grad ist.

Der radial innerste Abschnitt 24 der Rippe 20 endet in einem radial innersten Ende 26 und ist im wesentlichen gerade, wobei er eine Länge von 1,9 cm aufweist.

Die Dicke 32 der Rippe 20 ist in einer bevorzugten Ausführungsform 0,178 cm, kann jedoch auch zwischen 0,10 cm und 0,25 cm sein. Die Breite der Rippen 20 sollte zwischen 0,25 cm und 0,13 cm sein mit einer bevorzugten Breite für die Reifengröße des P215/70HR15 Goodyear Eagle GA von 0,635 cm.

Das bevorzugte Verhältnis zwischen der Dicke 32 der Rippe 20 und der Breite der Rippe 20 ist, daß die Dicke der Rippe 20 zwischen 10% und 45% der Breite des Reifens 20 sein sollte. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke der Rippe 28% der Breite der Rippe zumindest in dem P215/70HR15 Goodyear Eagle GA, wie oben beschrieben.

Die Gesamtlänge jeder Rippe 20 in diesem bestimmten Reifen ist 14,10 cm, obwohl die speziellen Abmessungen der Rippen 20 von den speziellen Reifen in jeder Anwendung abhängen. Die oben beschriebenen Materialien und die Materialien, die kombiniert benutzt werden, sind so gewählt, daß eine Rippe 20 mit der erforderlichen Festigkeit und Flexibilität, um die Fahrzeuglast zu unterstützen, mit einem akzeptablen Maß an Komfort für den Fahrer, erzeugt wird. Die gewählten Materialien und der Aufbau der Rippe 20 ist so, daß der Elastizitätskoeffizient der ersten Schicht 52 der Rippe 20 zwischen 0,21 Millionen kg pro cm² (3 million pounds per square inch) und 1,34 Millionen kg pro cm² (19 million pounds per square inch) ist. Die Fiberglasfilamente innerhalb der Rippe 20 verlaufen vorzugsweise in einer Richtung, in der sie in Ausrichtung mit der Achse der Rippe 20 sind. Der Fiberglas und Epoxid-Verbundstoff weist zwischen 5 und 9 Laminate aus Fiberglas und Epoxid auf.

Die Erfindung wurde in Bezug zu einer bevorzugten Ausführungsform erläutert. Offensichtlich werden Variationen und Veränderungen Anderen nach dem Lesen und Verstehen der Beschreibung offenbar werden. Es ist beabsichtigt, daß alle solche Modifikation und Veränderungen insoweit beinhaltet sind, als daß diese innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche und ihren Äquivalenten sind.

Claims (10)

1. Pneumatischer Reifen (10), welcher ein Paar ringförmige Wülste (40) und ein aus elastischem Profilmaterial bestehendes Profil (12) aufweist, wobei der Reifen gekennzeichnet ist durch
mehrere Rippen (20), die hauptsächlich aus einem nichtelastischen Material bestehen und jede der Rippen ein radial inneres (26) und ein radial äußeres Ende aufweist, wobei das radial innere Ende (26) in der Nähe von einem der Wülste liegt und
das Profil (12) in der Lauffläche des Reifens (10) sich über das radial äußere Ende jede der Rippen (20) erstreckt.

2. Pneumatischer Reifen (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er desweiteren aus elastischem Seitenwandmaterial gemachte Seitenwände (18), die zwischen dem Profil (12) und den Wülsten (40) angeordnet sind
und eine erste um die Wülste (40) gewickelte Karkassenschicht (15) aufweist,
wobei die Rippen (20) axial auswärts bezüglich der ersten Karkassenschicht (15) angeordnet sind.

3. Pneumatischer Reifen gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Reifen (10) weiter gekennzeichnet ist durch: eine zweite um die Wülste (40) gewickelte Karkassenschicht (16), wobei die Rippen (20) axial auswärts bezüglich der ersten Karkassenschicht (15) und axial innen bezüglich der zweiten Karkassenschicht (16) angeordnet sind.

4. Pneumatischer Reifen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen (10) desweiteren Wulststreifen aufweist, die die Rippen (20) mit dem Wulst (40) verschnüren.

5. Pneumatischer Reifen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch einen Verstärkungsgürtel zwischen den Rippen (20) und dem Profil (12).

6. Pneumatischer Reifen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst und die Rippen aus demselben Material gemacht sind.

7. Pneumatischer Reifen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Rippen (20) Fiberglas aufweist.

8. Pneumatischer Reifen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Rippen (20) aus Verbundstoff ist.

9. Pneumatischer Reifen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Element des Verbundstoffes Fiberglas ist.

10. Pneumatischer Reifen gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Element des Verbundstoffes ein Elastomere ist.