DE2508368A1 - Luftreifen - Google Patents

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

2 S P/Sv - D 2072

DUHLOP LIMITED

Dunlop House, Ryder Street

St. James*s, London S.W. 1 / England

Luftreifen

Die Erfindung betrifft Luftreifen.

Bei einer Untersuchung der Tragfähigkeit eines Luftreifens kann so vorgegangen werden, alsob die Tragfähigkeit aus zwei Teilen bestehen würde, nämlich einem auf dem Aufbau des Reifens beruhenden Anteil und einem auf der Luftfüllung und ihrer pneumatischen Wirkung beruhenden Anteil. Durch Erhöhen des auf dem Aufbau beruhenden Anteils (Verwendung von dickeren, steiferen Karkassen usw.) ist es möglich, entweder die gesamte Belastungsfähigkeit eines Reifens zu steigern oder den auf der Luftfüllung beruhenden Anteil durch strukturell bedingte Steifigkeit zu ersetzen. Im Grenzfall führt dieser zuletzt erwähnte Weg

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t>R O. MANITZ - DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-ING. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÖNCHEN 25J. ROBERT-KOCK-STRASSE I 7 STUTTGART 5O (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270 TEL. (089) 23 42 II. TELEX O5-29672PATMF SEELBERGSTR.23/25. TEL,(O7tI>56 7561 pmTcrucrr. unu^u^» .....

zu durchschlagsicheren E-,lan, bei denen keine Reifenpannen mehr auftreten können,

Geht man nun In verstärktem Maße auf die strukturell bedingte c jeifigkeit über und verläßt sich im wesentlichen auf diese, so treten drei wesentliche Nachteile auf. Erstens werden die Materialien einem erhöhten Belastungszyklus unterworfen und geben wegen der Hysterese mehr Energie als Wärme ab.

Zweitens nehmen wegen der höheren erforderlichen Materialmengen das Gewicht und die Kosten zu.

Drittens behindert die erhöhte Dicke des Unterbaus bzw. der Karkasse die Kühlung des Reifens, so daß die Wärmeerzeugung zu sehr hohen inneren Temperaturen führt.

Dieses Problem ist seit langem bekannt, so daß zahlreiche Versuche unternommen worden sind, diese Schwierigkeit durch Verwendung eines Kautschuks bzw. Gummi in dem Reifenaufbau zu überwinden, der vorher einer Beanspruchung, insbesonderer einer Spannung, ausgesetzt worden ist; beispielsweise darf auf die US-PS 2 650 633 verwiesen werden, wonach eine dicke, äußere Schicht eine vorher zusammengedrückte, innere Einlage wird, wenn das Innere des Reifens nach außen gedreht wird; weiterhin werden nach der US-PS 3 238 988 die Wülste während der Montage auf einer Felge näher zu— einanderbewegt. Dadurch werden die radialen Drähte nach außen gezwungen, um vorher eine innere Einlage aus Schaumgummi zusammenzudrücken.

Ein Beispiel für eine erhöhte, strukturbedingte Tragfähigkeit ohne vorherige Druckbeanspruchung wird in der ER-PS 633 266 gegeben, wonach eine dicke, innere Einlage an Ort und Stelle vulkanisiert wird und die Steifigkeit des Unterbaus erhöht wird.

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Die bisher bekannten Vorschläge losen jedoch alle nur teilweise das Problem, die drei oben erwähnten Nachteile möglichst gering zu halten. Alle diese Lösungsvorschläge verwenden eine Einlage oder eine Auskleidung (irgendeiner Art), die vollständig von Wulst zu Wulst reicht.

Die vorliegende Erfindung beruht auf einem sehr viel wirksameren Weg, eine vorherige Druckbeanspruchung anzuwenden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein- Luftreifen einen Laufflächenbereich, Seitenwände und Wülste auf, wobei die Seitenwände wenigstens eine zur Verstärkung dienende Karkassenlage enthalten; außerdem ist innerhalb dieser Lage eine Versteifung oder eine Lage aus Kautschuk bzw. Gummi vorgesehen, die im aufgepumpten, unbelasteten Zustand des Reifens zusammengedrückt ist.

Bei der Beschreibung des Spannungs- oder Beanspruchungszustandes in einer Gummiprobe kann es zu Mißverständnissen kommen. Es sail deshalb darauf hingewiesen werden, daß sich in dieser Beschreibung der Ausdruck "zusammengedrückt" oder•komprimiert", wenn er im Zusammenhang mit Gummi gebraucht wird, auf jeden Belastungs- oder Beanspruchungszustand bezieht, bei dem die größten Grenzspannungskomponenten, die auf die Probe wirken, so gerichtet sind, daß sie eine Druckspannung erzeugen.

Der Laufflächenbereich des Reifens kann durch einen Zwischenbau oder eine Kissenanordnung gestützt werden, während nach einer bevorzugten Ausführungsform die zur Verstärkung dienende Karkassenlage radial ist, obwohl bei Bedarf vorgespannte, zur Verstärkung dienende Lagen eingesetzt werden können.

Die Lage oder das Band aus zusammengedrücktem Gummi in der Seitenwand wird aufgrund der entsprechenden Spannung

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in der (den) Karkassenlage(n) unter Druckbeanspruchung gehalten. Dieser vorher zusammengedrückte Gummi hat also die Wirkung, diese Lage oder Lagen vorzuspannen und dadurch die Spannung in dieser Lage oder diesen Lagen zu ergänzen, die durch den Aufblasdruck des Reifens erzeugt wird.

Auf diese Weise kann die !Tragfähigkeit des Reifens für Lasten ohne den Nachteil einer wesentlichen Wärmeerzeugung verbessert werden. Darüberhinaus können die Komforteigenschaften des Reifens modifiziert und durch die Einführung des vorher zusammengedrückten Gummis verbessert rerden.

Die Lage aus dem vorher einer Druckbeanspruchung unterworfenen Gummi in der Seitenwand des Seifens hat nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Querschnittsform, die auf ihre radial äußeren und radial inneren Ränder hin konisch zuläuft, wobei nach, einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der radial äußere Rand an oö.er radial innerhalb der Schulter des Reifens sici aiii Ifmll v«

ies Seiten« «inges^tsi- mra, Ssami das Ausmaß dei? τ rigen 3rucisbeansp3iucniai£ üi33? a-as gesamte ^naiaibaiid nicht gleich sein« Sosii&lb soll "in öiaer bww&rsagten Ausfnhiningsforsi die siittler© vc-siis^i-ss Drisa'&sanspniclmng ia der Giamailasö is Bereich yoji "10 5^ "bis 20 $ Ii3gsn₃ wobei kein T-sil der Gummilage Torlies? um aein? als 30 ^ zusammengedrückt wird.

Die Wirkung einer bestimmten, Torgegebsnen Brackbeanspru-

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chung hängt auch in gewissem Maße von den physikalischen Eigenschaften des zusammenzudrückenden Kautschuks bzw. Gummis ab. Im allgemeinen hat der Gummi, aus dem die Lage hergestellt wird, nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Härte im Bereich von 4-5 bis 70 Shore A.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

1 typische Durchbiegungskurven bei Belastung für nicht-zusammengedrückten bzw. vorher zusammengedrückten Gummi;

2 eine schematische Querschnittsansicht eines Reifens mit Lagen aus vorher zusammengedrücktem Gummi in seinen Seitenwänden; und

ELg. 3 eine schematische Querschnittsansicht eines Reifens, wobei zu erkennen ist, wie eine Lage aus zusammengedrücktem Gummi in den Seitenwänden hergestellt warden kann, indem die Seitenwände mit einer umgekehrten Krümmung geformt werden.

Zunächst soll die Bedeutung der vorherigen Druckbeanspruchung allgemein unter Bezugnahme auf lig. 1 erläutert werden. Die beiden Teile (a) und (b) dieser ffigur zeigen die Durchbiegungskurve OA bei Belastung für ein Material, das auf Druck beansprucht ist, wobei die Belastung auf der Y-Achse und die Durchbiegung auf der X-Achse aufgetragen sind.

Gemäß dem Teil (a) wird das unbelastete Material von dem Wert Null "0" bis zu dem erforderlichen Wert bei "L" be-

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lastet und biegt sich deshalb mit dem Betrag "D" durch. Die Energie, die während einer zyklischen Durchbiegung unter dieser Belastung als Hysterese abgegeben wird, ist proportional zu der Fläche DOL.

Gemäß Fig. 1 (b) ist das Material bereits vorher (durch irgendeinen anderen, nicht ausdehnbaren Bestandteil der Probe) auf den Wert "B" beansprucht worden, bevor die Last aufgebracht wird. Wenn die Einwirkung der äußeren Kraft beginnt, ergibt sich als Ergebnis hiervon zunächst praktisch keine Durchbiegung, bis die Belastung diesen Wert erreicht. In diesem Fall ist die während eines Durchbiegungszyklus abgegebene Energie proportional zu der Fläche OBLD, die viel kleiner als in Figur 1 (a) sein kann. Dadurch wird der erste Nachteil dieses Reifentyps ausgeglichen.

Darüberhinaus erhöht die vorherige Druckbeanspruchung den Elastizitätsmodul einer Gummimisehung, ohne die Hysterese zu steigern.

Fig. 2 zeigt einen Reifen gemäß dieser Erfindung, der aus einem Laufflächenbereich 1, Seitenwänden 2 und Wülsten 3 besteht; dabei stellt die gestrichelte Linie 4 die Karkassenlage dar, die rund um die Außenseite von Versteifungen oder Lagen aus Gummi 5 verläuft, die um die Mitte der Seitenwand, d.h., den breitesten Teil des Reifens, zentriert sind. Der Laufflächenbereich wird durch einen Zwischenbau oder eine Kissenanordnung 6 abgestützt.

Die vorherige Druckbeanspruchung der Lagen oder Versteifungen 5 aus einer Gummimisehung hat drei wesentliche Effekte:

1. Sie erzeugt zusätzlich zu der durch das Aufblasen

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verursachten dne Spannung in der Karkassenlage. (Diese Spannung kann, bei geeigneter Wahl des Materials und der vorherigen Druckbeanspruchung, ausreichen, um das Aufblasen vollständig zu ersetzen.)

2. Sie erzeugt eine radiale Kraft i¹ in dem Schulterbereich, die wiederum eine zusätzliche Umfangsspannung in dem Zwischenbau erzeugt.

5. Wenn der Reifen durchgebogen wird, erleidet der Bereich der Seitenwand (C). in der JtTigur die größte Verringerung der Krümmung; dadurch wird die Druckbeanspruchung des Gummis um einen maximalen Betrag erhöht, wodurch die angestrebten Wirkungen (1) und (2) auf besonders wirksame Weise gesteigert werden.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich im wesentlichen durch den oben erwähnten Punkt (5) von den bisher gemachten Vorschlägen, bei denen eine dicke Einlage über das gesamte Innere des Reifens verwendet wird. In den anderen Teilen des Reifens ist die Verringerung der Krümmung bzw. Biegung nicht so groß, so daß der Bereich der Einlage in diesen Teilen des Reifens keine sinnvolle !funktion erfüllt und keine vorteilhafte Wirkung hat.

Im Gegensatz hierzu wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gummi, der vorher einer Sruckbeanspruchung ausgesetzt ist, auf eine Weise verwendet, die auf besonders wirksamem Wege eine Spannung in der Karkasse bzw. dem Reifenunterbau erzeugt. Da gleichzeitig eine dicke Einlage in dem Schulterbereich S vermieden wird₅ werden die Temperatursteigerungen minimal gehalten. Dieser Aufbau des Reifens ermöglicht deshalb Verbesserungen in allen drei oben erwähnten Problembereichen.

Der Reifen kann unter Verwendung der herkömmlichen Ver-

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fahren hergestellt werden, die sich nur in der Gestalt der Form unterscheiden. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, die zeigt, daß der Reifen mit umgekehrter Krümmung der Seitenwände geformt und vulkanisiert oder in seine endgültige, bleibende Form gebracht werden soll.

Die Seitenwände 2 können durch Aufblasen des Reifens schlagartig nach außen auf die normale Krümmung bzw. Durchbiegung gebracht werden. Dadurch wird beispielsweise eine mittlere Kompression bzw. Druckbeanspruchung des dicksten Teils der Seitenwand erreicht von

dabei beträgt der anfängliche Radius der Seitenwand - 10 cm, der schließlich erreichte Radius ist + 10 cm und die Dicke beträgt 1,0 cm.

Dieser mittlere Wert von 10 # entspricht einer vorherigen Druckbeanspruchung oder einem vorherigen Zusammendrücken von 20 *" auf der inneren Oberfläche, wobei für eine Mischung mit mittlerer Härte, beispielsweise einer Härte von 50-55 Shore A eine Seitenwandspannung von ungefähr 10 kg/cm erzeugt würde.

Bei einem eine Last von ungefähr 400 kg auf eine Kontaktlänge von 40 cm tragenden Reifen ist die mittlere Belastung pro Seitenwand 5 kg/cm. Damit kann dieses vorherige Zusammendrücken Kräfte in der gleichen Größenordnung erzeugen, wie sie zur Absteifung des Reifens gegen eine Last erforderlich sind.

Da der Reifen nach dieser Erfindung mit einer relativ geringen Abweichung von den herkömmlichen Verfahren hergestellt werden kann, hat dieser Reifen im Vergleich mit den bisherigen Vorschlägen auf diesem Gebiet, insbesondere

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den oben erwähnten aufwendigen Beispielen, den Vorteil, daß er leicht t>roduziert werden kann.

- Patentansprüche -

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Claims (10)

Patentansprüche

1. Luftreifen mit einem Laufflächenbereich, Seitenwänden und Wülsten, dadurch gekennzeichn e t , daß die Seitenwände (2) wenigstens eine zur Verstärkung dienende Karkassenlage (4) und innerhalb dieser Lage (4) eine Versteifung (5) aus Gummi enthalten, die sich bei aufgeblasenem, unbelastetem Reifen im zusammengedrückten Zuäsand befindet.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung (5) aus Gummi in der Seitenwand (2) eine Querschnxttsform hat, die in Richtung auf ihre radial äußeren und radial inneren Ränder spitz zuläuft.

3. Luftreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dicke der Versteifung (5) aus Gummi an oder innerhalb der Reifenschulter auf Null verringert.

4. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung (5) aus Gummi in der Seitenwand (2) um den Bereich der Seitenwand (2) zentriert ist, der sich an dem breitesten ieil des Reifans befindet.

5. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Höhe der Druckbeanspruchung in der Versteifung (5) aus Gummi bei einem aufgeblasenen, unbelasteten Reifen im Bereich von 10 % bis 20 % liegt.

6. Luftreifen nach einem der Anprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß kein Teil der Versteifung (5) aus Gummi bei einem aufgeblasenen, unbelasteten Reifen um mehr als 30 % zusammengedrückt wird.

7. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Härte der Versteifung (5) aus Gummi im Bereich von 45 bis 70 Shore A liegt.

8. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7? dadurch gekennzeichndb, daß die Lauffläche (1) des Reifens mittels eines Zwischenbaus abgestützt ist.

9. Luftreifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Karkassenverstärkung in der Seitenwand (2) des Reifens radial verlaufenden Cord aufweist.

10. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1· bis9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen mit einer Form hergestellt wird, bei. der die Krümmung der Seitenwände (2) umgekehrt zu der des aufgeblasenen Reifens ist, wobd. die Versteifung (5) aus Gummi innerhalb der Karkassenverstärkungslage vorher durch die Änderung der Krümmung der Seitenwände (2), die durch das Aufblasen des Reifens verursacht wird, zusammengedrückt wird.

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Leerse ite