DE2228209A1

DE2228209A1 - Luftreifen

Info

Publication number: DE2228209A1
Application number: DE2228209A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kobayashi
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1971-06-12
Filing date: 1972-06-09
Publication date: 1973-01-04
Also published as: DE2228209C3; FR2141834A1; JPS521522B1; DE2228209B2; IT959110B; FR2141834B1; US3789899A; GB1391010A

Description

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hOMSEN - TlEDTKE -

TEL. (M11) S3 0211 TELEX: · - 24 303 top·!

PATEN TA N W Ä L T E München: Frankfurt/M.:

2228209 Dipl.-Chem.Dr.D.ThomMn Dipl.-Ing. W. Wflnkmiff

Dlpl.-Ing. H. Tiedtke (Fudittiohl 71)

Dipl.-Chem. Q. Bühling Dlpl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers

8000 MQnchen 2

Kalser-Ludwlg-Platz 6 g_# Juni 1972

The Yokohama Rubber Company, Limited Tokyo / Japan

Luftreifen

Die Erfindung bezieht sich auf Luftreifen.

Es ist klar, daß die Umlaufgeschwindigkeit eines Reifens mit der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges wächst, an deir. sich der Reifen befindet, wobei die radiale Ausdehnungskraft des Reifens infolge der Zentrifugalkraft im Verhältnis zum Quadrat der Geschwindigkeit wächst. Kin Reifen, der der Fahrzeuggeschwindigkeit folgen kann, kann nur dann erzeugt werden, wenn die Umfangssteifigkeit des Reifens auf das mögliche Ausmaß vergrößert wird, um die untere Geschwindigkeitsgrenze anzuheben, bei der ein Rollwulst auftritt, und wenn der Krümmungsradius des ReifenB in Radialrichtung auf das mögliche Maß vergrößert wird.

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Man nimmt an, daß in Zukunft die Fahrzeuggeschwindigkeit 250 km/h übersteigt und bis zu 500 km/h erreichen wird. Man hat gefunden, daß sich in diesem Fall die Gestalt des Reifens um das 0,2-0,4-fache des Schlankheitsverhältnisses ändert und ein als inneres Verstärkungselement notwendiges Verstärkungselement notwendig ist, um lediglich die Umfangssteifigkeit des Reifens zu erhöhen, und daß die in Radialrichtung des Reifens wirksamen Spannungen sehr klein und in der Größenordnung von IO-25 % der Spannungen sind, denen die bisher verwendeten Reifen mit einem Schlankheitsverhältnis von 0,8 wiederstehen müssen, so daß ein Material, das eine Kautschukmasse zu einem gewissen Ausmaß bindet, zur Verwendung als zusätzliche Verstärkung des Reifens in Radialrichtung ausreicht.

Bei dem Aufbau der bisher verwendeten Radialreifen ist es im wesentlichen unmöglich, das Auftreten des Rollwulsts am Maximaldurchmesserabschnitt der Seitenwand des Reifens zu verhindern, wo eine Bruchlage nicht vorliegt, d. h. der Abschnitt unmittelbar unterhalb der Reifenschulter, und zwar bei Geschwindigkeiten höher als 300 km/h. Selbst wenn der Reifen bei Geschwindigkeiten unter 300 km/h benutzt wird, muß die Seitenwand des Reifens mit Ausnahme eines sehr schmalen besonderen Streifens durch eine Cordlage geschützt werden, die in einer anderen als der Radialrichtung angeordnet ist. Unter diesen Umständen ergibt sich sogar die Tendenz zur Änderung des Reifenaufbaus vom Radialaufbau zum Karkassenaufbau, bei dem die Cordschnüre kreuzweise angeordnet sind, um die Reifengeschwindigkeit zu erhöhen.

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In dem 300 km/h übersteigenden Geschwindigkeitsbereich können die herkömmlichen Radialreifen infolge des Rollwulst s eine Gefahr mit sich bringen, wenn nicht der Innendruck des Reifens auf ein äußerst hohes Niveau angehoben wird; der Radialaufbau besitzt jedoch kein Element zur Lösung eines solchen Problems an der an die Schulter angeschlossenen Seiten wand, die der schwächste Teil des Reifens ist. Es wurde daher nach einem anderen Reifenaufbau gesucht, der den Nachteil des Radialaufbaus überwindet.

Eine weitere Gefahr, die für einen Reifen besteht, lieft in der Ablösung der Verstärkungslage und der Kautschukmasse infolge Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften der Kautschukmasse, insbesondere der Kautschukmasse, die mit der verstärkenden Cordlage verbunden ist, wobei diese Verschlechterung durch Hitze entsteht, ferner besteht eine Gefahr in der Verschlechterung der Bindefestigkeit zwischen der Verstärkungslage und der Kautschukmasse.

Die Trennung der Verstärkungslage und der Kautschukmasee infolge Fehlens eines Klebstoffs an den Schnittenden der Cordschnüre und eines Festigkeitswechsels in den Cordschnüren an deren Enden ist unvermeidlich, und zwar selbst unter den Geschwindigkeits- und Lastbedingungen der derzeit verwendeten Fahrzeuge, wobei dies das Hauptproblem der heutzutage verwendeten Reifen ist.

Die Erfindung befaßt sich daher mit der Schaffung 209881/0484

eines Luftreifens, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reifenverstärkungslage lediglich in einer Richtung rechtwinklig zur Ausbiegungsrichtung des Reifens oder lediglich in Umfangsrichtung des Reifens angeordnet ist, um im wesentlichen die Anzahl der Schnittenden des Verstärkungsmaterials zu vermindern, daß die Enden des Verstärkungsmaterials zum größten Teil in die Wulst abnschnitte eingebettet sind, wo die Verformungsspannungen relativ gering sind, so daß die Wirkung der Spannungen, die durch die Innendehnung des Reifens erzeugt werden, auf die Bindungsfestigkeit zwischen den Cordschnüren und der Kautschukmasse auf ein Minimum reduziert werden. Der Reifen mit einer solchen in Umfangsrichtung angeordneten Verstärkungslage hat einen Aufbau, bei dem der Rollwiderstand am geringsten ist und die Konzentration der sich aus der Verbiegung oder Ausbiegung des Reifens ergebenden Spannungen auf ein Minimum reduziert sind, wohingegen die Pederkonstante anwächst.

Bei diesem neuen Aufbau erhält die Verstärkungslage Druckkräfte in Längsrichtung der die Verstärkungslage bildenden Cordschnüre nur, wenn der Reifen angetrieben und gebremst wird. Es ist daher nicht wichtig, Wickelcordschnüre · schraubenförmig in Umfangsrichtung anzuordnen, wobei in einigen Fällen der Reifen sogar einfach dadurch aufgebaut v/erden kann, daß man schraubenförmig oder in Umfangsrichtung Metallbänder oder Metallbahnen aus einem Laminat aus einem synthetischen Harzfilm und einem elastischen Kautschukmaterial wickelt, die ■ gegen Druckermüdung nicht sehr stark widerstandsfähig sind.

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Diese schraubenförmigen oder oder in Umfangsrichtung verlaufende] Verstärkungsbänder oder Bahnen müssen nicht notwendig so angeordnet werden, daß sie sich von dem Wulst auf einer Seite zu dem Wulst auf der anderen Seite des Reifens erstrecken; sie können in zwei Lagen so angeordnet werden, daß die Verstärkungsbänder oder -Bahnen einer Lage diejenigen der anderen Lage in einem kleinen Winkel schneiden. In jedem Fall ist der Reifen nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß diese Cordschnüre oder Verstärkungelemente in Umfangsrichtung oder im wesentliche in Umfangsrichtunc des Reifens angeordnet sind und deren Enden zum größten Teil in die Wulstbereiche oder in die nahe den Wulstbereichen liegenden Reifenabschnitte eingebettet sind. Die Zentrifugalkraft des Reifens wächst mit der Geschwindigkeit und steigt sogar in einem Ausmaß an, das ausreicht, die auf den Reifen wirkende Belastung zu tragen. Bei einem zukünftigen Reifen, der einen Aufbau hat, der das Auftreten des Rollwulsts verhindern kann, sollte der Innendruck gerade so hoch sein, daß die seitliche Steifigkeit des Reifens gewährleistet wird, so daß keine Notwendigkeit für das Erhöhen des Innendrucks auf einen übermässigen Pegel besteht; der Aufbau muß so sein, daß die auf den Reifen wirkende Belastung getragen werden kann, ohne daß eine übermäßig große Ausbiegung des Reifens erfolgt.

Die auf einen Reifen wirkende Zentrifugalkraft P wird durch die folgende Formel ausgedrückt:

_F - W . V²
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worin W = das Gewicht des ausgebogenen Reifenabschnitts durch Belastung,

V s die Fahrzeuggeschwindigkeit, r = der Reifenradius ist.

Es sei angenommen, daß die Zentrifugalkraft F gleich der auf den Reifen wirkenden Belastung Q ist; dann ergibt sich unter den Bedingungen, daß Q = 800 kg, V = 250 km/h = 69 m/s und r = 0,35 m ist,

800 - -Q₇₃₅- -3-

und damit

W = 0,576 kg.

Es ist somit das auf den ausgebogenen Abschnitt des Reifens wirkende Gewicht 0,576 kg. Wenn der Eodenberührungswinkel der Lauffläche des Reifens, die tatsächlich verbogen wird (der Winkel, der durch zwei gerade Linien definiert wird, die die entgegengesetzten Enden der Bodenberührungslänge der Lauffläche mit dem Zentrum der Achse verbinden), 30° ist und das zur Aufnahme der Belastung G geeignete Gewicht des verformten Abschnitts der Reifens insgesamt 10 kg beträgt, d. h, das Gewicht des gesamten UmfangsabSchnitts des Reifens, der der Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, 7 kg beträgt, so ergibt sich

7 χ -^jSg- = 0,58. 209881 /0484

Dies bedeutet, daß Vi von 0,58 kg erwartet werden kann.

Die obige Rechnung hat die folgende Bedeutung: Wenn der Bodenberührungswinkel von 30° während des Laufs des Reifens entlang einer geraden Linie bei einer Geschwindigkeit von 250 km/h aufrecht erhalten werden kann, kann der Reifen während des Laufs seine gesamte Belastung lediglich durch die Zentrifugalkraft aufnehmen, selbst wenn der Innendruck Null ist.

Es sei nun der Fall betrachtet, bei dem ein Kraftfahrzeug mit herkömmlichen Reifen mit normaler Geschwindigkeit fährt. Wird W aus der angegebenen Formel errechnet, und zwar unter den Bedingungen, daß die Laufgeschwindigkeit des Reifens 125 km/h, die auf einen Reifen wirkende Belastung 400 kg, der Radius des Reifens 0,3 m und das Gesamtgewicht des Reifens 7 kg beträgt, während das Gewicht des infolge Verbiegung des Reifens radial versetzten Reifenabschnitts, erhalten durch Integration des Gesamtgewichts des Reifens, d.h. 7 kg über den Gesamtumfang des Reifens, 5 kg ist und der Bodenberührungswinkel 3o° beträgt, führt die Rechnung zu dem Ergebnis, daß W von o,4l kg lediglich für den vorbeschriebenen Reifen erwartet werden kann, während für das Tragen lediglich der Belastung auf einen Reifen infolge Zentrifugalkraft W = 0,986 kg ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß unter den oben angegebenen Bedingungen die Belastung, die durch den Innendruck und die Steifigkeit des Reifens aufzunehmen ist,den folgenden Wert annimmt:

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HOO kg χ ^lT ρ 9B6 ^{= 2}^ ^kg·

Beim tatsächlichen Lauf des Reifens ändert sich jedoch die Ausbiegung des Reifens in Abhängigkeit der untereinander abhängigen Tragkraft aus der Zentrifugalkraft, der Tragkraft aus dem Reifeninnendruck und der Tragkraft aus der Reifensteifigkeit, wobei diese drei Kraftbestandteile dem Einfluß des Temperaturwechsels an jedem Reifenabschnitt unterliegen. ·

Die Ausbiegung des Reifens bei Lauf mit einer niedrigen Geschwindigkeit nimmt mit steigender Geschwindigkeit ab, wobei bei wiederholter Aussetzung einer solchen Ausbiegung die Scher-, Druck- und Zugkräfte und die Spannungen im Inneren des Reix'ens in einem zur Geschwindigkeit proportionalen Zyklus variieren. Der Energieverlust infolge solcher Änderungen führt zur Wärmeerzeugung, die die Ermüdungszerstörung des Reifens fördert.

In einem Schrägreifen oder Radialreifen, bei dem komplizierte Innenspannungen auftreten, unterliegen die Schwachstellen des Reifens, z.B. die Schultern und die oberen Abschnitte der Wulste der Ermüdungszerstörung schneller bei Anstieg der Geschwindigkeit und damit der Ausbiegung des Reifens, d. h. die Wechsel der Innenspannungen und Innendehnungen nimmt zu.

Damit die herkömmlichen Reifen auch bei hohen Lauf- ." geschwindigkeiten dauerhaft sind, wird es notwendig, die Reifen-

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\
ι
, ■ ausbiegung durch Vergrößerung des Innendrucks zu reduzieren

und dadurch die Wechsel an Spannungen und Dehnungen infolge

j des Reifenaufbaus auf ein Minimum zu reduzieren. Dies bedeutet, ■ daß die Tragfähigkeit der Zentrifugalkraft verschwenderisch vermindert und die dynamische Pederkonstante des Reifens unerwünscht groß gemacht wird.

Bei dem Reifen nach der Erfindung sind die sich aus der Ausbiegung des Reifens ergebenden Innenspannungen sehr } einfach und es ergibt sich keine Stelle, an der die Spannungen ] konzentriert sind, so daß es nicht nötig ist, den Reifeninnen-■■ druck für den Lauf mit hohen Geschwindigkeiten besonders hoch zu wählen. Es hat daher der erfindungsgemäße Reifen den Vorteil, daß die Tragfähigkeit der Zentrifugalkraft in wirkungs-

voller Weise beim Lauf der Reifen mit hohen Geschwindigkeiten genutzt werden kann und daß die dynamische Pederkonstante des Reifens auf einem unerwartet niedrigen Niveau beim Lauf des Reifens mit hohen Geschwindigkeiten gehalten werden kann,

^x: Der Aufbau des erfindungsgemäßen Reifens, der Ver-

! Stärkungsmaterialien besitzt, die mit einem Winkel von 0 bis 20° zur Unifangsrichtung des Reifens von den Reifenwülsten über die Seitenwände, die Schultern und die Reifenkrone gewickelt sind, liefert keinen Grund für Spannungs-Dehnungskonzentration,

Bei dem erfindun^sgemäßen Reifen wird die Ausdehnung des Reifens unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft durch die

] UmfangsverBtärkungselemente verhindert} im Falle des Radialrei·

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- ίο -

fens dehnen sich die Seitenwände des Reifens unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft nach außen aus, was zu dem Ergebnis führt, daß sich der Reifen zu einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt verformt, so daß starke Spannungskonzentrationen an den Schultern auftreten und die Schulteroberflächen der Reifenlauffläche einem abnorm hohen Druck ausgesetzt werden.

Gemäß Vorbeschreibung kann die auf den Reifen einwirkende Gesamtbelastung angenähert durch die folgende einfache Formel ausgedrückt werden:

VJ 2
G = -_L_ . JL- + PA + R (A)

= die Belastung, getragen durch die Zentrifugalkraft + die Belastung, getragen durch den Reifeninnendruck + die Belastung, getragen durch die Reifensteifigkeit

worin V = die Pahrzeuggeschvrindigkeit, r = der Reifenradius,
P = der Reifeninnendruck,
A = die wirksame Druckaufnahmefläche der ausgebogenen

Reifenoberfläche,
R s die Rückstoßkraft des Reifens, die sich aus der Reifensteifigkeit ergibt, wenn der Reifen verbogen wird.

Die vertikale Federkonstante K des Reifens ist ein Partialdifferentialwert der Belastung G mit Bezug auf die Richtung

der Belastung α π
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der Ausbiegung (X) des Reifens:

. dB

Vergleicht man den Reifen nach der Erfindung mit den herkömmlichen Reifen in Werten der Formel A, so wird im ersteren eine geringere Wäme infolge Verbiegung oder Ausbiegung erzeugt, so daß der Innendruck P niedriger als im letzteren Fall ist. Im Falle eines Reifens nach der Erfindung ist somit der erste

Wert größer und der zweite Viert kleiner als im Falle von herkömmlichen Reifen. Ferner wird im Falle der Erfindung der dritte Wert kleiner bei ansteigender Temperatur, während dieser VJert im Falle herkömmlicher Reifen mit ansteigender Geschwindigkeit größer wird. Schließlich kann im Falle des erfindungsgemäßen Reifens die Lasttragfähigkeit dadurch erhöht werden, daß man den Innendruck P des Reifens erhöht. Es läßt sich daher sagen, daß der erfindungsgemäße Reifen einen Aufbau hat, der überschüssige Lasttragfähigkeit besitzt..

Gemäß der Formel (B) ist es wichtig, den ersten Wert klein zu machen, um den Laufkomfort für die Fahrgäste während Fahrzeugfahrt mit hohen Geschwindigkeiten zu verbessern. Es ist daher wichtig, den Änderungswert 4 W^ mit Bezug auf die Einheitsverbiegung A χ klein zu machen. Dies wiederum macht.es nötig, das Gewicht des Teils zu minimalisieren, bei dem der Rotationsradius groß ist, und ferner nicht nur die Gewichte dee Reifenlaufflächenabschnitts sondern auch der Verstärkungslage zu minimalisieren. ·-■--.·

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Der wirkungsvollste Weg zur Benutzung der Verstärkungselemente mit Bezug auf große Zentrifugalkraft besteht darin, daß die Verstärkungsteile in einem Winkel nahe 0° angeordnet v/erden; dies ist insbesondere dort wichtig, wo die benutzten Verstärkungsmaterialien großes spezifisches Gewicht haben. Es läßt sich sagen, daß der Aufbau des erfindungsgemäßen Reifens auch vorteilhaft vom Standpunkt der Verminderung der Federkonstanten während des Laufs mit hohen Geschwindigkeiten ist.

Gemäß Vorbeschreibung ist der erfindungsgemäße Reifen gekennzeichnet durch den hohen Wert der rollwulsterzeugenden Geschwindigkeit, die Erzeugung einer geringen Wärmemenge, eine übermässige Lasttragfähigkeit, eine stetige Federkonstante bei hohen Geschwindigkeiten und stabiles Arbeiten bei hohen Geschwindigkeiten, wobei diese charakteristischen Merkmale deutlich machen, daß der Reifenaufbau nach der Erfindung die Stelle des Radialreifens in der Zukunft einnehmen wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Luftreifen zu

schaffen, der dadurch erhalten wird, daß man eine Lage aus einem elastischen Material, z. B. Kautschuk ,radial außerhalb einer Verstärkungslage anordnet, die sich von dem Wulstbereich auf einer Seite zum Wulstbereich auf der anderen Seite des Reifens erstreckt und aus wenigstens einem Verstärkungselement gebildet ist, wobei das eine Ende dieses wenigstens einen Verstärkungselements, bei einem von beiden Wulstbereichen liegt und

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das Element in einem Winkel von 0 bis 20° mit Bezug auf die Drehrichtung des Reifens gewickelt ist, s,o daß der Widerstand gegen Zentrifugalkraft über den gesamten Reifenbereich vergrößert und die Erzeugung des Rollwulsts verhindert ist, oder Abwandlungen an den pneumatischen Reifen vergleichbaren Aufbaus vorzunehmen sind.

Der Reifen mit dem Aufbau nach der Erfindung kann in Praxis gleichzeitig eine außerordentlich gute Kurvencharakteristik besitzen; dies ergibt sich aus den starken Zugwirkungen auf die Verstärkungselemente, die die in Umfangsrichtung angeordnete Verstärkungslage bilden, und zwar wenn der Reifen der Seitenverformung unterworfen wird; der Grund hierfür ist, daß die Seitenverformung lediglich in einer solchen Richtung auftritt, daß jeder Abschnitt des Reifens in Umfangsrichtung gespannt wird.

Das einzige Problem, das bei diesem Reifen auftritt,, liegt darin, daß im wesentlichen kein Verstärkungselement in Richtung auf Verstärkung des Reifens gegen Kräfte wirkt, die durch den Innendruck de3 Reifens ausgeübt werden und die tangential zum Reifenquerschnitt wirken und den Reifen in Breiten· richtung ausdehnen. Wird der Reifen für Zwecke verwendet, für die ein hoher Innendruck des Reifens notwendig ist, d. h. zum Beispiel für Zugfahrzeuge, wird es notwendig, zusätzliche Verstärkungseinrichtungen vorzusehen, z. B. eine Verstärkungseinrichtung, die aus einer Kombination aus einem elastischen Material und einer celluloseverstärkten Masse oder Verbindung

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besteht, in der die Cellulosefaser^ in der Hauptsache in Radialrichtung des Reifens orientiert sind; das oben genannte Problem läßt sich in gewissem Ausmaß dadurch lösen, daß man eine Cordlage vorsieht, die sich vom linksseitigen Wulst zum rechtsseitigen Wulst des Reifens erstreckt sowie eine weitere Cordlage, die über der ersten Cordlage liegt und sich vom rechtsseitigen Wulst zum linksseitigen Wulst des Reifens erstreckt, wobei sich die Cordschnüre der jeweiligen Cordlagen in einem kleinen Winkel kreuzen, oder indem man solche Cordlagen in mehr als zwei Lagen in der beschriebenen Weise anordnet. In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck celluloseverstärkte Masse eine Masse, in die eine Vielzahl von Cellulosefasern in Abstand voneinander eingegliedert sind.

Ordnet man Verstärkungslagen in mehreren Lagen an, ohne daß man irgend eine spezifische metallische Wulstkonstruktion verwendet, können Wulste aus dem Material des Verstärkungsmaterials für die Karkasse und die Krone in einem und demselben Schritt geformt werden. Dies ist dadurch von Vorteil, daß bei der Herstellung deB erfindungsgemößen Reifens die Karkasse und die Leinvrandeinlage oder Brucheinlage des Reifens in einem automatischen Bandwickelverfahren gebildet werden könnten; das Bandwickelverfahren kann auch für die Bildung der Lauffläche des Reifens verwendet werden, wobei insgesamt alle reifenbildenden Materialien in Form eines Band zugeliefert werden können und der Reifen ausschließlich in einem Bandwickelverfahren hergestellt werden kann, wodurch vollständige Automatisation des Reifenfertigungssystems oder Halbautomatisierung dieses Systems

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ermöglicht wird, bei dem ein Arbeiter eine Vielzahl von Reifenbildungsabschnitten ohne Schwierigkeit bedienen kann, die in einfacher Weise durch drastische Änderung der Gestalt der Reifenbildungstrommel von der herkömmlichen erhalten werden können, wobei dies notwendig wird, wenn die Zeit gekommen ist, bei der Muskelarbeit infolge abnehmender Arbeitskräfte auf ein Minimum reduziert werden muß. Ein solcher Vorteil der Erfindung ist im Licht der Tatsache wichtig, daß unter den derzeitigen Umständen Radialreifen, wie sie derzeit benutzt werden, durch Vorrichtungen hergestellt werden können, die man nur sehr schwert automatisieren kann, was auch bei Vorrichtungen für die rildung von Diagonalreifen der Fall ist. Bei der automatischen Herstellung von Reifen nach der Erfindung hat die verwendete Reifenbildungstrommel die Gestalt eines Reifens, bei dem die den Wülsten entsprechenden Abschnitte in Breitenrichtung des Reifens ausgedehnt sind, während der Außendurchmesser des Reifens nach der Herstellung sehr nahe dem Außendurchmesser des Reifens nach dem Vulkanisieren entspricht.

Für das Vulkanisieren des Reifens muß eine geteilte Form verwendet werden, so daß der Reifen zwischen die Formteile eingespannt werden kann, die von außen in Richtung auf den Reifen bewegt werden, da der Außendurchmesser des unvulkanisierten Reifens so nahe dem Außendurchmesser des Reifens nach den Vulkanisieren entspricht, daß sonst die Ausdehnung des Außendurchmessers des Reifens erheblich durch die Verstärkungslagen gestört oder behindert würde. Die Anzahl der Formteile der geteilten Form soll so groß wie möglich sein.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand sehematischer Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reifens mit dem Verstärkungselement nach Fig. 5 im Zustand nach der Herstellung, jedoch vor dem Vulkanisieren;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die die

Art des Wickeins des Verstärkungselements gemäß Fig. 1 in Umfangsrichtung des Reifens von dem Wulstabschnitt einer Seite in Richtung auf den Wulstabschnitt auf der anderen Seite des Reifens verdeutlicht;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reifens mit dem Verst'ärkungselement gemäß den Fig. 7 oder b und einer erheblichen Breite im Stadium der Herstellung, jedoch vor dem Vulkanisieren;

Fig. H ist eine schematische Darstellung, die die Art des Wickeins des Verstärkungselements in Fig. 3 verdeutlicht;

Fig. 5 bis 8 sind Querschnittsansichten won unter-209881 /0484

schiedlichen Verstärkungselementen» wie sie bei dem Reifen nach der Erfindung verwendet werden}

Fig. 9 und 10 verdeutlichen die Bildungstrommel, wie sie bei der Herstellung dea Reifens verwendet wird, wobei Fig. .9 eine schaubildliche Darstellung ist, die den Umriß der Bildungstrommel verdeutlicht, während Fig. 10 eine Vertikalschnittansicht der Trommel istj

Fig. 11 ist eine schematische Darstellung, die die Art des Wickeins des Verstärkungselements zur Bildung einer Leinwandlage oder Bruchlage und einer Karkassenlage getrennt bei einer weiteren Ausführurtgsform verdeutlicht;

Fig. 12 bis 15 zeigten unterschiedliche Arten der Wicklung des Verstärkungselements nach der Erfindung, wobei Fig. 12 eine schaubildliche Ansicht ist, die die Grundwicklungsart verdeutlicht, Fig. 13 eine schaubildliche Ansicht ist, die ein schraubenförmig gewickeltes Verstärkungselement zur Bildung einer Karkassenlage und ein zickzackförmig gewickeltes Verstärkungselement zur Bildung einer Bruchlage verdeutlicht; Fig. I¹I eine Modellansicht ist, die das Verstärkungselement in einer 209881/0484

solchen Wicklungsart zeigt, daß die einzelnen Längen des Verstärkungselements sich mit einem Winkel von 2tf kreuzen und Fig. 15 eine schaubildliche Ansicht ist, die eine Vielzahl von Verstärkungseleinenten zeigt, die gleichzeitig von einem Reifenwulst aus gEwickelt werden.

Die cord- oder bandähnlichen Verstärkungselemente 1, l^f, 1" und l"¹, wie sie bei der Erfindung verwendet werden, bestehen aus einem Kern IA oder IB aus einem Material mit geringer Verlängerung, z, B, Stahl, Textilmaterial oder einer Leichtlegierung und einer Hülle 2 aus elastischem Material, z, B, Kautschuk, das den Kern gemäß den Fig. 5 bis 8 umschließt. Wenigstens eines dieser Verstärkungselemente wird schraubenförmig oder in Umfangsrichtung auf eine elastische Innenlage 3 z. B, aus Kautschuk (Fig. 1) gewickelti und zwar mit Hilfe geeigneter Führungseinrichtungen in einer solchen Weise, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist, d. h, in einer V/eise,' daß es von einem Wulstabschnitt auf einer Seite zum Wulstabschnitt auf der anderen Seite des Reifens in einem Winkel von O bis 20° zur Drehachse des Reifens verläuft, wobei einer Verstärkungslage gebildet wird; ferner wird auf die Oberseite der Verstärkungslage ein elastisches Band ^ (Fig. 1), z. B. ein Gummiband, gewickelt, um die Lauffläche des Reifens zu bilden, v/odurch der unvulkanisierte Reifen vervollständigt ist.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen unvul-

kanisierten Reifen, der durch Verwendung beispielsweise des

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Verstärkungselements gemäß Fig. 5 hergestellt worden ist. Die Seitenwandabschnitte des Reifens werden gemäß gestrichelten Linien nach innen gebogen, wenn der Reifen in einer geteilten Form vulkanisiert wird, auf welche Weise der Reifen endgültig fertiggestellt wird.

Die Fig. ¹I zeigt ein anderes Verfahren für das Aufbringen des Verstärkungselements, während Fig. 3 einen unvulkanisierten Reifen zeigt, der unter Verwendung beispielsweise des Verstärkungselements gemäß Fig. 7 hergestellt worden ist, das nach dem Verfahren gemäß Fig. ^ aufgebracht worden ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Seitenwände des Reifens jeweils mit einer Verstärkungslage und der Kronenabschnitt mit zwei Verstärkungslagen versehen, wobei jede der Verstärkungslagen durch das Verstärkungselement 1" gebildet ist, das schraubenförmig gewickelt ist und sich von dem Wulstabschnitt auf einer Seite zum Schulterabschnitt auf der anderen Seite des Reifens erstreckt.

Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel für das Wickeln des Verstärkungselements zur Bildung der Verstärkungslagen, die einen Teil des Querschnitts des Reifens gemäß Fig. 1 bilden. Um eine solche Anordnung des Verstärkungselements möglich zu machen, ist eine Bildungstrommel notwendig, die den Reifen in eine solche Form bringt, daß der Reifen konische Seitenwände nit geringem Ileigungswinkel θ (Fig. 2) und eine zylindrische Krone hat. Für die erleichterte Herstellung des Reifens überschreitet der Winkel θ vorteilhaft nicht im höchsten Falle 50°. Die Trommel

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besteht ζ. B. aus zwei irn wesentlichen konischen, selbst zusammenklappbaren geteilten beweglichen Teilen 10, die in die Form eines Schirms geöffnet werden können und miteinander kombiniert werden können, wobei an einem Ende von ihnen Vorsprünge vorgesehen sind, die von entsprechenden Kerben am gegenüberliegenden Ende des anderen Teils aufgenommen werden können, wie dies aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich ist, wobei ferner auf der Außenfläche der beweglichen geteilten Abschnitte gemäß Fig. 10 eine Gummiblase vorgesehen ist, um das Wickeln des Verstärkungsmaterials und das Entfernen des geformten Reifens, d. h. des unvulkanisierten Reifens der Gestalt nach Fig. 1 aus der Form zu erleichtern.

Zur Erfindung und zu Abwandlungen hiervon gehört auch die Verwendung einer celluloseverstärkten Masse aus elastischem Verstärkungsmaterial für die Reifenlage 3 in Fig. 1 und 2, die Verwendung einer celluloseverstärkten Kautschukmasse für das elastische Kautschukmaterial 2 in Fig. 5, 6j 7 und 8 und die Verwendung eine celluloseverstärkten Kautschukmaterials für das die Reifenlauffläche bildende elastische Material U gemäß den Fig. 1 und 3 zur weiteren Verstärkung des Reifens in der Radialrichtung. Ein Reifenaufbau, bei dem die Karkasse und das Bruchband durch ein getrenntes cord- oder bandähnliches Verstärkungselement gebildet sind, gehört ebenfalls zur Erfindung, wofür ein Beispiel in Fig. 11 gegeben ist.

Selbstverständlich können verschiedenste Kombinationen von Richtungen, in denen die Verstärkungsolemente angeordnet

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sind, in Betracht gezogen werden, wobei es jedoch erfindungsgemäß vorteilhaft ist, die die Karkassenlage bildenden Verstärkungselemente in einem Winkel von O bis 20 und die die Bruchlage bildenden Verstärkungselemente in einen V/inkel von 0 bis 20 gegenüber der Umfangsrichtung des Reifens anzuordnen.

Fig. 12 zeigt den Fall, bei dem die Karkassenlagen und Bruchlagen mit einem Winkel von oder nahe 0° verlaufen; die Fig. 13 zeigt den Fall, bei dem die Karkassenlage in einem Winkel von 0 oder nahe 0° und das die Bruchlage bildende Verstärkungselement in einem Winkel von Θ' (etwa 15°) zur mittleren Umfangsebene verläuft, wobei die Karkassenlagen und Bruchlagen fest miteinander verbunden sind.

Es ist sehr wichtig, das Verstärkungselement der Karkassenlagen und Bruchlagen in einem Winkel von nicht größer als 20° zur Umfangsrichtung des Reifens anzuordnen. Dies gilt aus den folgenden Gründen: Betrachtet man den Young-Modul des Schichtstoffs, der aus den durch einander überschneidende Verstärkungscordschnüre gebildeten Verstärkungslagen besteht, mit Bezug auf ein Modell gemäß Fig. l'l, wobei 20t ei en .Schnittwinkel der Oordschnüre, (T .., $*_? die Spannungen der Cordschnüre, £ die Dehnung des Modells, IT den äquivalenten Young-Modul des elastischen Materials bezeichnet und die Dicke der Cordschnüre vernachlässigt wird, so ergibt sich:

.2 09881/048 4

^r _Xy = K"Ι - ^₂;sina-cosa

Vierden die Infinitesimalen höherer Ordnung vernachlässigt und nimmt man an, daß die Cordschnüre nicht ausdehnbar sind, so ergibt sich:

2 2 «cos α + t sin α = o.

Λ jr

Daraus folgt:

^εν 2

u _m «. —1— _ cot α ν a tan α

Betrachtet man ferner, daß die Zugspannung in der X-Achse gleichförmig ist und daß € - ΊΓ =0 ist, so ergibt sich

2 4 t β Ei (l - cot α + cot α)

Aus dem Hook'sehen Gesetz ergibt sich,

^x χ

Daraus folgt:

"x — 2 U ^Ex ^α 1— ^β E(I - cot ά + cot α)

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ϊη gleicher V/eise «,_ 2_M 4 ν

E β E(I - tan α + tan α)

Wenn die Werte von flt-, Ε_χ/Ε und E /E aus der vorhergehenden Gleichung ermittelt werden, so ergeben sie folgende Werte:

15°	Ε_χ/Ε 181,056	V^E 0,933
17°	104,759 .	0,915
20°	50,435	0,885
25°	17,551	0,681
30°	6,999	0,778

Der Versuch erbrachte jedoch, daß die Bindekraft gegen die zunehmende Zentrifugalkraft nicht ausreicht, wenn der Wert von E /E kleiner als 50 und der Wert von E /E insbesondere größer als 100 ist. In diesem Sinne wird es bevorzugt, daß der Winkel des Verstärkungselements zur Umfangsrichtung des Reifens vorzugsweise 17° oder kleiner ist.

Obwohl bei den dargestellten Ausführungsformen lediglich eine Cordschnur oder ein Verstärkungsband aufgewickelt ist, ' sollte dies doch so verstanden werden, daß eine Vielzahl von Verstärkun^sbändern gleichzeitig so gewickelt werden können, daß deren Enden sich am Wulstabschnitt des Reifens befinden,, wie man dies aus Fig. 15 ersieht, in der die VerstSrkungsbfinder gleichzeitig von drei Punkten a, b, c gewiekelt worden sind. In diesen. Falle werden drei Verstärkung^lagen an der Krone und eine Verstärkungslage auf jeder Seitenwand den Rpifens in einem

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Wicklungsschritt des Verstärkungsbands von einem Wulst auf der rechten Seite zum Wulst auf der linken Seite des Reifens gebildet.

Die Erfindung liefert somit einen Luftreifen, bei dem der Reifen dadurch gebildet wird, daß man eine Lace aus einem elastischen Material wie z. B. Gummi radial außerhalb . einer Verstärkungslage anordnet, die sich von einem Wulstabschnitt zum anderen Wulstabschnitt des Reifens erstreckt und von wenigstens einem Verstärkungselement gebildet ist, dessen eines Ende sich an einem von beiden Wulstabschnitten befindet und das schraubenförmig oder in Umfangsr.i chtung in einem Winkel von 0-20° mit Bezug auf die Drehachse des Reifens gewickelt ist, wodurch die Anzahl der Schnittenden des wenigstens einen Verstärkungselements erheblich vermindert ist, der Widerstand des Reifens zu Zentrifugalkräften über den gesamten Bereich des Reifens vergrößert ist und das Auftreten des Rollwulsts verhindert ist, so daß der Reifen der Drehung bei hohen Geschwindigkeiten widersteht.

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Claims

Patentansprüche

¹ IJ Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen durch Anordnung einer Lage aus einem elastischen Material wie Kautschuk oder dergl. radial außerhalb einer Verstärkungslage gebildet ist, die sich von dem Wulstabschnitt auf einer Seite zum Wulstabschnitt auf der anderen Seite des Reifens erstreckt und aus wenigstens einem Verstärkungselement (1) gebildet ist, dessen eines Ende sich an einem von beiden Wulst-, bereichen befindet und das in einem Winkel von 0-20° zur Drehrichtung des Reifens gewickelt ist, wobei der Widerstand des Reifens gegen Zentrifugalkraft über den gesamten Reifenbereich vergrößert und das Auftreten des Rollwulsts verhindert ist.
2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verstärkungselement aus einem Kern (IA) aus einem Material geringer Verlängerbarkeit wie Stahl, Textilmaterial, Leichtlegierung oder dergl. und einer Hülle (2) aus einem elastischen Material wie Kautschuk oder dergl. besteht, die den Kern umgibt, wobei das Verstärkungselement die Gestalt einer Schnur oder eines Bands hat.
3. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verstärkungselement in einer Vielzahl von Lagen in den Wulstbereichen des Reifens gewickelt wird, wodurch die Reifenwülste ohne Verwendung eines Spezialmetalls gebildet werden.

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4. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere Reifenlage vorgesehen ist, die sich radial innerhalb der Verstärkungslage befindet, sich entlang dieser erstreckt und als Führungseinrichtung für den Wickelvorgang des Verstärkungselements dient, wobei die innere Reifenlage aus einem elastischen Material besteht, in das eine Vielzahl von Cellulosefasern in gegenseitigem Abstand eingebettet sind.
5. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verstärkungselement im Kronenbereich des Reifens redial außerhalb der Verstärkungslage zur Bildung einer zusätzlichen Verstärkungslage aufgewickelt ist.
6. Luftreifen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlankheitsverhältnis des Reifens im Bereich von 0,2-0,4 liegt.
7 Luftreifen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß x^enigstens ein Verstärkungselement von dem Wulstabschnitt auf einer Seite zum Schulterabschnitt auf der anderen Seite des Reifens und wenigstens ein Verstärkungselement vom Wulstabschnitt auf der anderen Seite zu dem Schulterabschnitt auf der einen Seite des Reifens verläuft und diese in einem Winkel von 0 bis 20 zur Drehachse des Reifens unter Bildung einer Verstärkungslage gewickelt, sind, wobei das zweitgenannte Verstärkungselement das erstgenannte Verstärkungselement im Bereich der Reifenkrone

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übergreift und wobei eine Lage aus elastischem Material wie Kautschuk oder dergl. radial außerhalb der Verstärkungslage angeordnet ist, wodurch der Widerstand des Reifens für Zentrifugalkraft über den gesamten Reifenbereich vergrößert und das Auftreten eines Rollwulsts verhindert ist.

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