DE2247287A1

DE2247287A1 - Luftreifen fuer fahrzeugraeder

Info

Publication number: DE2247287A1
Application number: DE19722247287
Authority: DE
Inventors: Giulio Cappa
Original assignee: Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1971-09-29
Filing date: 1972-09-27
Publication date: 1973-04-05
Also published as: BR7205995D0; CH542731A; ZA726350B; CA967466A; NL7211008A; ES407274A1; IE36899L; TR17106A; BE789075A; GB1410035A; FR2154535B1; AU4694572A; AT322390B; IE36899B1; US3799233A; AU463124B2; JPS4862103A; FR2154535A1; LU66168A1; ZM15872A1

Description

PATENTAfVXl'¹-

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W/NIEMANN

DR.M. KOHLEPx DIPL-ING. C. GERNHARDT 2247287

MDNCHEN - HAMBURG TELEFON₃ 395314 2000 HAMBU RG 50, 25 Q γ% TELEGRAMMEsXARPATENT KDNIGSTRASSE 28 - **· '£ '

W. 25 399/72 8/jä

Industrie Pirelli S.p.A. Mailand (Italien)

Luftreifen für Fahrzeugräder.

.Die Erfindung "betrifft einen Lut^freifen für Fahrzeugräder, der einen hohen Widerstand gegen die tangentialen Kräfte hat, die an ihn von der Fläche, auf der er läuft, angelegt werden, wenn das Fahrzeug auf einer Kurvenb'ahn fährt. '

Es ist bekannt, daß,- wenn βϊη Fahraeug auf einer Kurvenbahn fahrt, es einer Zentrifugalkraft unterworfen wird, die das Bestreben hat, das Fahrzeug zur Außenseite der Kurve zu verschieben. , .

Dieser Kraft wirkt' das Haften der Reifenlauffläche am Boden entgegen, so daß die Reifenzonen, die in unmittelbarer Nähe des Berührungsbereiches liegen, seitlich verformt werden, wodurch an den Schultern der Lauffläche Kompressions- und Spannungsbeanspruchungen in Umfangsrichtung des Reifens hervorgerufen werden, die einen Wert haben, der größer als derjenige der Spannung ist, weicher

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der Reifen aufgrund des Äufblasdrucks unterworfen ist,

Ea sind verschiedene "bauliche Lösungen vorgeschlagen worden, um diesen Kompressions- und Spannungsbeanapruchungen entgegenzuwirken und die von ihnen hervorgerufenen Verformungen zu vermindern.

Gemäß einer ersten Lösung werden die Reifenaehultern mit einer Kautschukmasse hergestellt, die eine hohe Härte besitzt und damit gegen Kompression hoch widerstandafest iat. Die in dieser Weise aufgebauten Heifen haben jedoch eine beträchtliche Steifheit in all-en Richtungen, und daher verursachen sie auch unter der Wirkung der Radialkräfte eine Verminderung des Komforts des Reifens. Tatsächlich wird, da die von radialen Belastungen erzeugte Gesamtverformbarkeit des Reifens auch von den Reifenachultem abhängt, durch Verminderung der Verformbarkeit dieser Teile auch die Verformbarkeit des Reifens herabgesetzt. Ferner treten in Reifen dieser Art merkliche Erhitzungen an ihren Schultern auf.

Gemäß einer anderen bekannten Lösung wird der Reifen mit einem Gürtel von beträchtlicher Breite versehen, so daß dessen seitliche Teile in unmittelbarer Nähe der Reifenschultern liegen. In diesem Pail ist der Widerstand gegen Kompression auf die seitlichen Teile des Gürtels übertragen.

Ein solcher Gürtel besteht bekanntlich aus wenigstens zwei übereinanderliegenden Lagen von Cordstoff aus Schnüren aus textilem oder metallenem Material oder aus Glasfasern« Da im allgemeinen die Schnüre in diesen Lagen unter einem Winkel in dem Bereich zwischen 10° und 35° mit Bezug auf den Äquator des Reifens geneigt sind, ist ersichtlich, daß die in unmittelbarer Nähe der Reifenschultern liegenden Teile dieser Schnurlagen Kompressions- und Spannungsbeanspruchungen in Urnfangsrichtung unterworfen werden.

Es wurde festgestellt, daß bei gemäß der zweiten Lösung hergestellten Luftreifen zwischen den verschiedenen

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Lagen des Gürtels Fehler auftreten können» Tatsächlich ergibt sich, daß unter der Wirkung der vorgenannten Kompressionsbeanspruchungen, die von den Schnüren des Gürtels aufgenommen werden, sowohl der Durchmesser der Schnüre vergrößert wird als auch die Schnüre selbst wellig werden. . .

Bs ist in ,der Tat bekannt,- daß unter der Wirkung der Kompressionsbeanspruchungeh die Schnüre sich zunächst Schrauben!edern und.dann, unter höheren Beanspruchungen* wie massive Körper verhalten, die wegen ihres sehr hohen Verhältnisses von Länge zu Durchmesser einem Ausbeulen unterworfen werden. Dieser Effekt bewirkt eine beträchtliche Verminderung der Widerstandsfahigkeit·der Schnüre, was zu ihrem Versagen führt»

Es sind weiterhin andere Vorschläge gemacht worden, die insbesondere die Ausbildung der seitlichen Teile des Gürtels betreffen und darin bestehen, daß .beispielsweise auf diese Teile zusätzliche kleine Streifen aufgebracht werden, die aus Schnüren hergestellt sind und eine verminderte Breite haben, oder daß die seitlichen Bänder, der Lagen des Gürtels umgelegt werden oder daß aus Schnüren hergestellte, im Querschnitt U-förmige Streifen aufgebracht werden, um die seitlichen .Enden der den Gürtel bildenden Schnurlagen miteinander zu verbinden·

Alle vorstehend genannten Lösungen sind jedoch nicht im Stande, die geschilderten Nachteile, die durch die Bedingung der Längskompression an den Eeifenschultern hervorgerufen werden, vollständig zu beheben.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, einen Luftreifen für Fahrzeugräder zu schaffen, welcher "eine Karkasse und einen Gürtel, der von wenigstens zwei übereinander liegenden Lagen von Cordstoff aus Schnüren aus textilem oder metallenem Material oder aus Glasfasern gebildet ist, aufweist und die oben genannten.Nachteile zu beheben gestattet. · . .

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Gemäß der Erfindung ist ein solcher Seifen dadurch gekennzeichnet, daß jede Schulter des Reifens wenigstens ein ringförmiges Element enthält, das von einer Kautsohukmasse gebildet 1st, in die Partikel eines '.Materials eingebettet sind, das einen Elastizitätsmodul iron wenigsten 5000 kg/mm² besitzt, wobei die Partikel eine längliche Gestalt haben und innerhalb der Kautachukmasse im wesentlichen derart orientiert sind, daß die Achse der meisten Partikel einen Winkel von weniger als 10° mit den Tangenten an die Paa&lelen des Reifens bildet«

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Pig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Helfen gemäß der Erfindung in einer Ebene, die durch die Achse des Reifens hindurchgeht·

Fig. 2 ist eine schaubildliche Ansicht eines Teils des Reifens gemäß Fig. 1, die seine innere Struktur erkennen läßt.

Fig. 3 iet eine schematische Schnittansicht einiger der zum Aufbau des Reifens gemäß Fig. 1 ver~ wendeten Elemente, bevor auf ihren radial äußeren Teil das aus unvulkanisiertera Kautschuk bestehende Laufflächenband aufgebracht wird. Fig. 4, 5 und 6 sind der ^¹Ig. 3 ähnliche schematische Schnittansichten, welche einige der »um Aufbau des Reifens gemäß Fig. 1 und 2 verwendeten Elemente von anderen Ausführungen wiedergeben. Gemäß Fig. 1 und 2 weist der Reifen nach der Erfindung eine Karkasse 1 von der sogenannten "radialen" Art, d.h. eine solche, bei welcher die Schnüre der sie bildenden Lagen im wesentlichen in radialen Ebenen liegen, und ein Laufflächenband 2 mit Seitenwänden 2a und Wulsten 2b auf. Ein Gürtel 3, der im wesentlichen zwei Lageaa 4 und 5 von Schnüren au3 textilem oder metallenen Material oder aus Glasfasern aufweist, ist zwischen das Laufflächenband 2

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und die Karkasse 1 gefügt. I>ie Schnüre der Lagen 4 und 5 verlaufen, untereinander im wesentlichen parallel und bilden Winkel cL und β (Pig. 2) von entgegengesetztem Vorzeichen mit Bezug auf den Äquator des Reifens. Diese Winkel liegen in dem Bereich zwischen 10° und 30° und vorzugsweise in dem Bereich zwischen 16° und 22°. .

Auf der Außenseite des Gürtels 3 ist eine zusätzliche Verstärkungsschicht 6 angeordnet, die von Schnüren oder von einer Kautachukmasae gebildet sein kann, in die Partikel von Pasern eines Materials eingebettet sind, das einen Elastizitätsmodul von wenigstens 5000 kg/mm besitzt. Diese Partikel haben eine längliche Gestalt und sind innerhalb der Schicht selbst orientiert. Sowohl die Achse der Schnüre als auch die Achse der Partikel bilden mit den Tangenten an die Parallelen des Heifens einen Winkel J^in dem Bereich zwischen 60 und 90 und vorzugsweise von 80 .

• Ein Gürtel,, der eine Verstärkungsschicht aufweist, in die Partikel gemäß der obigen Definition eingebettet sind, ist in der Patentanmeldung P 21 34 033.0 beschrieben.

Auf der Außenseite der Karkasse 1 sind zwei ringförmige Elemente 7 angeordnet, deren jedes.mit einem seitlichen Teil des Gürtels 3 in Berührung steht. Diese ringförmigen Elemente 7 liegen jeweils im wesentlichen an einer der Schultern 8 des Reifens. Der Querschnitt jedes Elementes 7 ist derart, daß er eine sich von seinem zentralen Teil gegen seine seitlichen Teile 11 und 12 allmählich vermindernde Dicke aufweist, wobei der eine seitliche Teil 11 des Elementes 7 zwischen die Karkasse 1 und den Gürtel 3 eingefügt ist, während der andere seitliche Teil 12 des Elementes 7 zwischen die Karkasse 1 und das Material eingefügt ist, welches die betreffende Schulter 8 und die betreffende Seitenwand des Reifens bedeckt.

Jedes Element 7 ist im wesentlichen von einer Kautschukmasse gebildet, in die Partikel eines Materialseinge-

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bettet sind, welches einen Elastizitätsmodul von wenigstens 5000 kg/mm hat. Diese Partikel haben eine längliche Gestalt und sind innerhalb des Elementes selbst im wesentlichen derart orientiert, daß die Achse der meisten Partikel einen Winkel kleiner als 10° mit den Tangenten an die Parallelen des Reifens bildet. Zweckmäßig haben mindestens 90^ dieser Partikel die vorstehend genannte Orientierung. Es ist* somit ersichtlich, daß das die Elemente bildende Material mit Ausnahme der unterschiedlichen Orientierung der Partikel das gleiche sein kann, wie es für die Schicht 6 verwendet wird.

Ein solches Material ist in der Patentanmeldung P 21 15 444.9-16 beschrieben. Wie in dieser Anmeldung erläutert, weist dieses Material eine Kautschukmasse auf, in der Pasern einer mineralischen Substanz (vorzugsweise Glas), welche einen KLeastizitätamodul von wenigstens

5000 kg/ran besitzt, in einer Menge, die mit Bezug auf das Gesamtgewicht der Masse in dem Bereich zwischen 1 und 30 Gew. f° liegt, in im wesentlichen gleichförmiger V/eise dispergiert sind» Diese Pasern haben einen Durchmesser in dem Bereich zwischen 2 und 20 Mikron und eine länge in dem Bereich zwischen 0,1 und 1 mm.

Die vorgenannte Masse wird dadurch bereitet, daß ihr aus dem vorgenannten Material bestehende Fasern, deren Länge nicht kleiner als das 100—fache ihres Durchmessers ist, in den vorstehend angeführten Mengen zugesetzt werden. Nachfolgend werden durch eine mechanische Behandlung der Masse die Pasern innerhalb der Masse gleichförmig dispergiert und gebrochen, um Pasern zu erhalten, deren Länge kleiner als die vorstehend genannte Länge ist und bei denen das Verhältnis von Durchmesser zu Länge zwischen den Werten jq- und ·γ^ liegt. Schließlich wird die Masse durch eine weitere mechanische Behandlung, gewöhnlich durch Ausstoßen oder Kalandern, in eine längliche strukturelle Gestalt umgeformt, in welcher der größte

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Teil der Fasern in einer Richtung orientiert ist, die im wesentlichen parallel zu der größeren Abmessung der strukturellen Gestalt selbst verläuft. Mittels des vorgenannten Verfahrens ist es möglich, für die ringförmigen Elemente 7 halbfertige Produkte zu erhalten, in denen normalerweise SOfo der dispergierten Fasern einen.Winkel, von weniger als 10° mit Bezug auf die* obengenannte Richtung bilden.

Um den beschriebenen Reifen aufzubauen, können die Karkasse 1 (Fig. 3), die Lagen 4 und.5 des Gürtels, die Verstärkungsschicht 6 und die halbfertigen Produkte 7', -' welche die ringförmigen Elemente 7 in dem fertigen Reifen ergeben, in der in Fig. 3 schematisch wiedergegebenen Weise angeordnet werden. In $ig. 3 sind die verschiedenen Teile, welche zur Bildung des fertigen Reifens bestimmt sind, einfach als übereinanderliegend dargestellt, und sie haben im Querschnitt noch nicht die Gestalt, die sie im fertigen Reifen annehmen.

Eine weitere (in Fig. 3 nicht dargestellte) Schicht aus unvulkanisiertem Kautschuk, welche das Laufflächenband 2, die Seitenwände 2a und die Wulste 2b (Fig. 1) des Reifens bilden soll, wird auf den'Aufbau gemäß Fig. 2.aufgebracht.

Am Ende des Vulkanisierungsvorganges, dem der so hergestellte Aufbau unterworfen wird, wird der in Fig.' 1 im Querschnitt wiedergegebene Reifen erhalten. ^x .

Insbesondere bilden in dem fertigen Reifen die VerstärJbungsschicht 6 und die ringförmigen Elemente 7, die, wie oben angegeben, im wesentlichen aus dem gleichen Material wie die Schicht 6 bestehen (mit Ausnahme der unterschiedlichen Orientierung der in dem Material dispergierten Partikel) eine einzige Einheit, welche den _ Gürtel 3 einschließt»

Gemäß einer alternativen Anordnung des Aufbaus nach ig. 3, die in -^ ig. 4 wiedergegeben ist, können die den

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Gürtel bildenden Lagen 4 und 5 eine etwas unterschiedliche Breite haben (die Breite der oberen Lage ist kleiner als die Breite der unteren Lage), und die halbfertigen Produkte 7' können seitliche Teile 11¹ aufweist»»die teilweise unter der Lage 4 des Gürtels liegen. Ebenso kann die Ve ret ärkungs schicht 6 eine Gestalt haben, die, von derjenigen gemäß ^ ig. 3 verschieden istj die Verstärkungsschioht 6 gemäß* Pig. 4 weist Endteile 13 auf, die ein© kleinere Dicke als der zentrale Teil haben, mit dem sie steile Stufen 14 bilden.

Es ist offensichtlich, daß die Teile, welche die Strukturen gemäß Fig. 3 und 4 bilden, in verschiedener Weise miteinander kombiniert werden können» um Strukturen zu erhalten, die von den dargestellten und beschriebenen verschieden aind. Es ist ferner zu bemerken, daß jede dieser Strukturen zu einem fertigen Helfen führt, der noch im wesentlichen von der in Pig. 1 und 2 wiedergegebenen Art ist, obwohl in ihm kleine Unterschiede sowohl in der Stellung al3 auch in der Gestalt der verschiedenen Bestandteile vorhanden sind.

Das Material Jedes ringförmigen Elementes 7 des Heifens gemäß der Erfindung hat ein unterschiedliches elastisches Verhalten, je nachdem, ob die auf das Element Beanspruchungen in einer durch die Achse des Reifens hindurchgehenden Ebene (Ebene gemäß Pig. 1) Oder rechtwinklig dazu wirken.

Im ersten Fall ist die Verformbarkeit des das Element 7 bildenden Materials hoch, und sein Widerstand gegen Kompression ist klein. Im zweiten Fall ist die Verformbarkeit des.Materials gering, und sein Widerstand gegen Kompression, ist sehr hoch.

Tatsächlich v/erden aufgrund der Partikel, die eine längliche Gestalt haben und im wesentlichen in einer Richtung rechtwinklig zu der Ebene gemäß Pig, 1 orientiert sind, der Kompres3ionswiderstand und die Verformbarkeit

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der Kautschukmasse (in irgendeiner Richtung in einer durch die Achse des Reifens hindurchgehenden Ebene gemessen) durch die Anwesenheit dieser Partikel nicht wesentlich geändert, während diese mechanischen Eigenschaften in der Richtung rechtwinklig zu dieser Ebene beträchtlich geändert werden. Die Partikel verleihen dem das Element 7 bildenden Material hauptsächlich einen hohen Widerstand gegen Kompression in der Orientierungsrichtung der Partikel selbst.

Es ist daher einleuchtend, daß die radiale Starrheit der Schultern 8 des Reifens durch die Anwesenheit der Elemente 7 nicht merklich beeinflußt wird₉ da das Verhalten der Elemente unter Biegungsbeanspruchung in durch die Achse des Reifens hindurchgehenden Ebenen im wesentlichen gleich demjenigen von entsprechenden Elementen ist, das nur aus einer Kautschukmasse hergestellt sind. Es folgt daraus, daß die Verformbarkeit des Reifens gemäß der Erfindung unter der Wirkung von radialen Bel%tungen, die bekanntlich von der Verformbarkeit der Schultern und der Seitenwände des Reifens selbst erheblich abhängig ist, gegenüber Reifen der gleichen Art, die nicht mit den Elementen 7 versehen sind, nicht vermindert wird, so daß auf diese Weise ermöglicht wird, einen hohen Laufkomfort des Reifens zu erzielen»

Demgegenüber haben die Elemente 7 einen günstigen Einfluß während der Verformung des Reifens, die erfolgt, wenn das !Fahrzeug längs einer Kurvenbahn fährt. !Tatsächlich wird in diesem Fall zufolge der hohen tangentialen Kräfte der Reifen einer solchen Verformung unterworfen, die an gewissen Teilen seiner Schultern 8 (Fig. 1) merkliche Kompressionsbeanspruchungen in Uifangsrichtung hervorruft, welche von den Elementen 7 aufgenommen werden. Diese Elemente erhöhen daher den Widerstand des Reifens gegen diese tangentialen Kräfte und verhindern das Auftreten von Brächen im Inneren

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des Reifens.

Ferner ermöglichen die Elemente 7 die Verwendung von Gürteln, die eine kleinere Breite als die herkömmlichen Gürtel haben und die auf jeden Fall die gleiche seitliche Starrheit des Reifens gewährleisten oder ermöglichen, diese Starrheit bei gleicher Breite des Gürtels zu erhöhen.

Der in Fig.. 1 und 2 wiedergegebene Reifen kann zweckmäßig auch dadurch aufgebaut werden, daß von Strukturen ausgegangen wird, die von den in Fig. 3 und 4 dargestellten Strukturen verschieden sind.

Bei der in Fig. 5 wiedergegebenen Struktur können anstelle der halbfertigen Produkte 7* (Fig. 3 und 4) Streifen 15 verwendet werden, die aus einem Material hergestellt sind, welches dem zur Herstellung der halbfertigen Produkte benutzen Material identisch ist. Die Streifen 15 sind so umgefaltet, daß sie Elemente bilden, die im Querschnitt im wesentlichen ü-förmige Gestalt haben. Zwischen die beiden Schenkel des U jedes umgefalteten Streifens 15 ist eine der Kanten der Lagen 4 und 5 des Gürtels eingefügt, wie die3 aus Fig. 5 klar erkennbar ist.

Bei der in' Fig. 6 wiedergegebenen Struktur sind die nicht umgefalteten Streifen 15 auf einem Teil abwechselnd zwischen den Rändern der Lagen 4 und 5 des Gürtels angeo rdnet·

Ein Reifen, der mit einer struktur von der Art derjenigen gemäß 5 oder 6 erhalten wird, unterscheidet sich etwas von dem Reifen gemäß Fig» 1. In beiden Fällen entsprechen jedoch die Streifen 15 den ringförmigen Elementen 7 (Fig. 1) an den Schultern 8 des Reifens, und obwohl sie einen Querschnitt haben, der sich von dem in Fig. 1 gezeigten unterscheidet, verhalten sie sich in einer V/eise, die der oben beschriebenen identisch ist.

Es ist offensichtlich, daß die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung hinsichtlich der Gestalt und der Stellung der verschiedenen Teile abgewandelt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

P at ent ans prü ehe .

1.,)luftreifen für Eahrzeugräder, mit einer Karkasse und einem Gürtel, der von wenigstens· zwei übereinanderliegenden Lagen von Cordstoff mit Schnüren aus textilem oder metallenem Mat.erial oder aus G-lasfasern gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schulter—des Reifens wenigstens ein ringförmiges Element enthält, das -von einer Kautschukmasse gebildet ist, in die Partikel eines Mate-, rials eingebettet sind, das einen Elastizitätsmodul von wenigstens 5000 kg/mm besitzt besitzt, und die Partikel längliche Gestalt haben und innerhalb der Kautschukinasse im wesentlichen derart orientiert sind, daß die Achse der meisten Partikel einen Winkel von weniger als 10° mit den Tangenten an die Parallelen des Reifens bildet.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 90$ der orientierten Partikel einen Winkel von weniger als 10° mit Bezug auf die Tangenten an die Parallelen des Reifens bilden..

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die orientierten Partikel aus Glas hergestellt sind, daß der Durchmesser und die Länge der Partikel in dem Bereich zwischen 2 und 20 Mikron bzw. in dem Bereich zwischen 0,1 und 1 mm liegen und daß die Menge der Partikel in der Masse in dem Bereich zwischen 1 und 50 Gew. io mit Bezug auf das G_esamtgewicht der Masse liegt.

4. Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet', daß jedes der ringförmigen Ele~ mente mit den Seitenkanten der Lagen des Gürtels in Berührung steht.

5. Luftreifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeöes der ringförmigen Elemente teilweise zwischen, den Lagen, des Gürtels und der Reifenkarkasse angeordnet ist.

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6. Luftreifen nach -Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ringförmigen Elemente im wesentlichen 2x1 einer U-förmigen Querachnittsgestalt umgefaltet ist und daß zwischen die beiden Schenkel des U des ringförmigen Elementes eine Seitenkante einer Lage des Gürtels eingefügt ist.

7· Luftreifen nach .Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes der ringförmigen Elemente von wenigstens einem Paar durchgehender Streifen gebildet ist·

8. Luftreifen nach Anspruch 7# dadurch gekennzeichnet, daß der eine Streifen des Paares teilweise zwischen den "beiden Lagen des Gürtels angeordnet ist, während der andere Streifen zwischen einer der Lagen des Gürtels und der Reifenkarkasse angeordnet ist.

9. Luftreifen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen des Streifenpaares im wesentlichen in eine U-förmige Querschnittsgestalt umgefaltet ist und daß eine Seitenkante jeder der iagen des Gürtels zwischen die beiden Schenkel des U eines entsprechenden Streifens des Streifenpaares eingefügt ist.

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