DE2826899A1

DE2826899A1 - Verstaerkung fuer wulstabschnitte von luftreifen in radialbauweise von hoher tragfaehigkeit

Info

Publication number: DE2826899A1
Application number: DE19782826899
Authority: DE
Inventors: Kenichi Motomura; Toshiyuki Sogi; Mitsuhisa Yahagi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-06-19
Publication date: 1979-01-18
Also published as: US4215737A; FR2396663A1; AU3708178A; GB2000732B; FR2396663B1; JPS5415201A; CA1086620A; GB2000732A; AU512797B2; JPS574532B2

Description

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Patentanmeldung

Anmelderin

BRIDGESTONE TIRE COMPANY LIMITED 10-1, Kyobashi 1-Chome, Chuo-Ku Tokio, Japan

Titel:

Verstärkung für Wulstabschnitte von Luftreifen in Radialbauweise von hoher Tragfähigkeit

DR. ING. K. WUIiSTIIOFF

JUH.E.v.PIiOIIMA NX UK. IN«. D. 15KHR KNS DlPL·. ING. It. (JOETZ J'ATENT.4.NWÄ1.TE

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Verstärkung für WuIstabschnitte von Luftreifen in Radialbauweise, insbesondere von Luftreifen in Radialbauweise von hoher Tragfähigkeit.

Luftreifen in Radial- oder Gürtelbauweise, bei denen die Gordfäden von Karkasseneinlagen, die von der Innenseite zur Außenseite des Luftreifens hin um einen Wulstkern umgeschlagen sind, in einer radialen Ebene des Luftreifens angeordnet sind, oder Luftreifen in Semigürtelbauweise, bei denen die Cordfäden von Karkasseneinlagen gegen die radiale Ebene unter einem Winkel von 10 bis 20°, maximal unter einem Winkel von weniger als 30 > geneigt sind, weisen einen geringen Widerstand gegen die auf den Luftreifen wirkende Seitenkraft auf. Deshalb ist einer Verstärkung der Wulstabschnitte besondere Beachtung zuteil geworden. Derartige Verstärkungen sind beispielsweise aus der JP-PS 842 054 und der US-PS 3 964 533 bekannt.

Der Luftreifen gemäß der JA-PS 842 054 zeichnet sich dadurch aus, daß ein Abriebprotektor aus Metallcorden an der Außenseite des Karkassen(einlagen)umschlages angeordnet ist, und

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daß verstärkende Faserschichten, in denen zwei oder mehrere Schichten gegeneinander gekreuzt sind, an der Außenseite des Abriebprotektors angeordnet sind und sich von der Wulstbasis aus nach oben bis zu der der maximalen Breite des Luftreifens entsprechenden Stelle erstrecken, so daß das Ende des Karkassenumschlages vollständig überdeckt ist, wobei zwischen der Karkasseneinlage und dem Karkassenumschlag und den verstärkenden Faserschichten eine Kautschukschicht angeordnet ist, deren Dicke in Richtung der Seitenwand des Luftreifens allmählich abnimmt.

Die US-PS 3 964 533 bezieht sich auf einen Luftreifen in Radialbauweise, der wenigstens eine Karkasseneinlage aus Metallcorden, die im wesentlichen radial angeordnet sind, und ein Paar Wulstabschnitte hat, von denen jeder einen von der Innenseite zur Außenseite des Luftreifens hin um einen Wulstkern umgeschlagenen Abschnitt der Karkasseneinlage aufweist, ferner wenigstens einen Abriebprotektor, der aus gummierten Metallcorden besteht, die entlang und nahe dem Karkassenumschlag angeordnet sind, eine Versteifungseinlage aus Kautschuk, die zwischen der Karkasseneinlage und deren umgeschlagenem Abschnitt mit dem Abriebprotektor angeordnet ist und sich aus der Nähe des Wulstkerns heraus über die in radialer Richtung des Luftreifens am weitesten außen gelegenen Enden des Karkassenumschlages und des Abriebprotektors hinaus erstreckt, und eine Karkassen-Verstärkungseinlage, die sich aus wenigstens zwei gummierten Cordgeweben oder Corden aus organischen Fasern zusammensetzt, die an der Oberfläche der Karkasseneinlage befestigt und an ihrer Berührungsfläche gegeneinander gekreuzt sind, wobei die Karkassen-Verstärkungseinlage den in radialer Richtung des Luftreifens am weitesten außen gelegenen Cordenden des Karkassenumschlages und des Abriebprotektors gegenüber über einer gegebenen Breite angeordnet ist und, bezogen auf ede Richtung des Cordfadens in der Karkasse in jedem Cordgewebe einen Cordfadenwinkel von wenigstens 60° aufweist, der, in radialer Richtung des Luftreifens gesehen, am äußeren Abschnitt größer ist als am inneren Abschnitt, und wobei die

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Versteifungseinlage aus Kautschuk, die zwischen dem Karkassenumschlag mit dem Abriebprotektor und der Karkasse, an welcher die Karkassen-Verstärkungseinlage befestigt ist, angeordnet ist, sich aus einem Teilabschnitt aus hartem Kautschuk an der Seite des Karkassenumschlages und aus einem an der Seite der Karkassen-Verstärkungseinlage angeordneten Teilabschnitt aus einem um mehr als 10 Einheiten nach der Shore A-Skala weicheren Kautschuk zusammensetzt, wobei sich der Teilabschnitt aus relativ weicherem Kautschuk an der Karkassen-Verstärkungseinlage entlang von ihrem entsprechenden innengelegenen Abschnitt aus nach außen über ihren in radialer Richtung des Luftreifens oberen Abschnitt hinaus erstreckt, um die am weitesten außen gelegenen Cordenden des Karkassenumschlages und des Abriebprotektors gegen Beanspruchungen bzw. Formänderungen der Versteifungseinlage, die unter Druck zwischen der Karkasseneinlage und einem Felgenhorn nachgibt, und gegen Divergenz (divergence) zwischen den Cordfäden der Karkasseneinlage beim Fahren mit dem aufgeblasenen Radialluftreifen unter last zu schützen.

Die Erfindung ist auf die Verstärkung der Wulstabschnitte dieser Luftreifen in Radialbauweise gerichtet und schlägt eine Heuentwicklung vor, mit der sich die Haltbarkeit der Wulstabschnitte in vorteilhafter Weise verbessern läßt.

Bei Luftreifen in Radialbauweise dieses Typs werden in vielen Fällen als Karkasseneinlage Metallcorde, insbesondere Stahlcorde verwendet, wodurch diese Luftreifen durch Erneuern der Lauffläche wiederholt verwendet werden können; dies hängt jedoch von der Haltbarkeit der Wulstabschnitte ab. Die vorstehend beschriebenen bekannten Luftreifen erfüllen diese Forderung nicht.

Andererseits wurden diese Luftreifen bei schwerer Belastung und unter harten Betriebsbedingungen eingesetzt und werden zur Einsparung von Personalkosten häufig unter noch härteren

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Einsatzbedingungen benutzt, und deshalb wurde die Forderung nach einer noch stärkeren Verbesserung der Haltbarkeit der Wulstabschnitte laut, welche die Schwachstelle der Luftreifen in Eadialbauweise darstellen.

Wie vorstehend beschrieben, sind in dem Wulstabschnitt des Luftreifens gemäß der JP-PS 842 054 an der Außenseite des Karkassenumschlages ein Draht-Abriebprotektor und Cordschichten aus organischer Faser angeordnet, die das Ende des Karkassenumschlages und das Ende des Draht-Abriebprotektorcordes überdecken, so daß der Wulstabschnitt dick wird, Erwärmung auftreten kann, und das Cordende der Cordschichten aus organischer Faser Ursache für das Zustandekommen von Lagentrennung infolge Spannungskonzentration werden kann, zusammen mit den Enden der Karkasse und des Abriebprotektors.

Wie vorstehend beschrieben, ist in den Luftreifen gemäß der US-PS 3 964 533 eine sich aus Cordschichten aus organischen Fasern zusammensetzende Verstärkungseinlage den Enden der Karkasse und des Abriebprotektors gegenüber angeordnet, eine Versteifungseinlage aus Kautschuk ist zwischen der Verstärkungseinlage und den erwähnten Enden angeordnet, und die Verstärkungseinlage ist an der Außenseite der Karkasseneinlage befestigt, so daß dieser Luftreifen hinsichtlich des vorstehend beschriebenen Problems, das sich auf die Verformung des Wulstabschnittes gründet, etwas vorteilhafter ist als der Luftreifen gemäß der JP-PS 842 054» jedoch ist die Verstärkungseinlage zum Teil an der Außenseite der Karkasse befestigt, und deshalb ist die Verstärkungswirkung der Verstärkungseinlage selbst gering, und unter harten Einsatzbedingungen kann es zur Loslösung der Verstärkungseinlage von der Karkasseneinlage und zur Lagentrennung in der Verstärkungseinlage selbst kommen, weil die der Verstärkungseinlage zuzuschreibende Wirkung zum Verhindern der Verformung am Wulstabschnitt gering ist. Ferner ist die Anordnung dieser Verstärkungseinlage unter dem Gesichtspunkt der Produktivität bei der Luftreifenherstellung nachteilig.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik in vorteilhafter Weise zu vermeiden, die Anordnung der Verstärkungseinlage im Sinne einer größtmöglichen Schwächung der Tendenz zur Lagentrennung an der Außenseite des Wulstkerns zu ändern, die Erwärmung am Wulstabschnitt so weit wie möglich einzudämmen, die Verstärkungswirkung am Wulstabschnitt voll wirksam werden zu lassen, und die für die besonders harten Einsatzbedingungen notwendige Haltbarkeit des Wulstabschnittes zu erhöhen, um den Luftreifen durch Auswechseln der Lauffläche wiederverwendbar zu machen.

Im allgemeinen ist die Anordnung der Corde an der Karkasseneinlage des Luftreifens in Radialbauweise stark verschieden von der Anordnung bei der Diagonal-Konstruktion, und alle Einlagencorde sind am Karkassenhauptabschnitt und Karkassenumschlag, den Laufflächenabschnitt ausgeschlossen, gegenseitig unabhängig und verhalten sich unabhängig voneinander, wobei sie zur Verformung des Luftreifens beitragen. Insbesondere ist der seitliche Abschnitt des Luftreifens flexibel, die Biegung parallel zur Drehachse des Luftreifens ist groß, und die Biegung in Längsrichtung an der Bodenaufstandsfläche des Luftreifens ist viel stärker als beim Luftreifen in Diagonalbauweise.

Anhand Fig. 1 wird nun im Zusammenhang mit dem Luftreifen gemäß der JP-PS 842 054 das Verhalten der Karkasseneinlage beim Aufblasen des Luftreifens erläutert. Der Hauptabschnitt der Karkasse, d.h. der Einlagencord 1 an der Innenseite, wird, betrachtet man den Wulstkern als Zentrum, in radialer Richtung des Luftreifens nach außen gedruckt, und der Karkassenumschlag, d.h. der Einlagencord m an der Außenseite, wird in radialer Richtung nach innen gedruckt bzw. geschoben: es tritt die als "Herausgleiten der Einlage" bezeichnete Erscheinung auf.

Folglich bewegen sich die aus Metallcorden zusammengesetzte Verstärkungsschicht, d.h. der Draht-Abriebprotektor p, und

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die aus den Corden aus organischen Fasern zusammengesetzte Verstärkungsschicht, d.h. der Gewebe-Abriebprotektor q, die an dem umgeschlagenen Karkassencord m angeordnet sind, zusammen mit dem Einlagencord m, und diese Bewegung ist in Fig. 1 durch die Beziehung zwischen der Verschiebung und dem Innen- oder Fülldruck in der Nahe des Endes des umgeschlagenen Karkasseneinlagencordes m dargestellt.

Andererseits wird durch die sich aus dem Aufblasen ergebende Verformung des Luftreifens die Schubverformung an den Versteifungseinlagen aus Kautschuk hervorgerufen; der Wulstkern a dreht sich, und der Betrag ist in Fig. 1 angegeben.

Ein Beispiel für die Verteilung der Beanspruchungen bzw. Formänderungen in radialer, ümfangs- und Schubrichtung, die am Ende des Karkassenumschlages hervorgerufen werden, wenn der Luftreifen mit der Fahrbahn in Berührung kommt und sich dreht, ist in Fig. 2 gegeben. In Fig. 2 ist zu erkennen, daß zwischen dem Halbierungspunkt 0° der Bodenaufstandsflache der Lauffläche des Luftreifens und den davor und dahinter gelegenen Bereichen eine große Änderung, sogar die Umkehrung des Vorzeichens, hervorgerufen wird, und durch die größte Biegung in Längsrichtung an der Bodenaufstandsfläche wird am Wulstabschnitt eine Verformung der Art erzeugt, daß der Wulstabschnitt in Richtung des Felgenhorns fällt, wobei er zu der Biegeverformung beiträgt, in welcher sich die Seitenwand dehnt; dies wiederholt sich dadurch, daß andere Abschnitte des Luftreifens mit der Fahrbahn in Berührung gebracht werden und der Luftreifen gedreht wird, so daß es zur Erwärmung des Wulstes kommt, wodurch die vorstehend beschriebene Beanspruchung bzw. Formänderung noch verstärkt wird.

In Fig. 2 ist an der Ordinate die Formänderung am Ende des Karkassenumschlages aufgetragen, an der Abszisse die Position des Dehnungsmessers (als Winkelbetrag, bezogen auf die Full-Grad-Position unmittelbar unter der Last).

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Die Plus-Seite der Ordinate zeigt die Zugspannung, die Minus-Seite die Druckspannung an, während die Plus-Seite der Abszisse dem Wulstzehen-und die Minus-Seite dem Wulstfersenbereich zugeordnet ist.

Da die Messung "bei sich mit konstanter Geschwindigkeit drehendem Luftreifen vorgenommen wird, ist die Position unmittelbar unter der Last nicht immer punktsymmetrisch, sondern, allgemein ausgedrückt, die Wellenform der Spannung oder Formänderung ist eine ungerade Punktion und der Karkasseneinlagencord bewegt sich um die Wulstdrähte wie an einer Umlenkscheibe geführt; diese Erscheinung wird als "Umlenkscheiben-Effekt" oder "Kippbewegung" bezeichnet.

Aus dieser Tatsache ergibt sich, daß der Hauptabschnitt 1 und der Umschlag m der Karkasseneinlage am Wulstkern a wechselweise in entgegengesetzte Richtung gezogen werden, wie ein Seil, das um den halben Umfang einer feststehenden Umlenkscheibe geschlungen ist, und daß sie das Umlenkscheiben-Verhalten zeigen.

Hinsichtlich des Umlenkscheiben-Verhaltens ist der herkömmliche Luftreifen gemäß der US-PS 3 964 533 dem vorstehend erläuterten herkömmlichen Luftreifen gemäß der JP-PS 842 054 gleich; die Wirkung der Verstärkungseinlage zum Verhindern des Umlenkscheiben-Verhaltens kann nicht in vollem Umfange erwartet werden. Der Grund hierfür ist, daß, um die Divergenz der Anordnungsdistanz (the divergence of the distance of arrangement) zwischen verschiedenen Karkasseneinlagencorden, insbesondere am oberen Abschnitt des Wulstes, zu vermeiden, die Cordfäden der Verstärkungseinlage mit den Cordfäden der Karkasseneinlage unter einem ziemlich großen Winkel von mehr als 60 , insbesondere von 70 bis 80°, gekreuzt sind, und daß deshalb die Verstärkungseinlage die Bewegung in radialer Richtung des Hauptabschnittes der Karkasse mitmacht.

Durch die Ergebnisse von Versuchen wurde jedoch festgestellt,

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daß es zum Einschränken des Umlenkscheiben-Verhaltens nicht von Vorteil ist, wenn der vorstehend beschriebene Kreuzungswinkel groß ist.

Bei beiden Luftreifen, sowohl gemäß der JP-PS 842 054 als auch gemäß der US-PS 3 964 533» kommen das vorstehend beschriebene Fallen des Wulstabschnitts infolge der Belastung des Luftreifens, die auf das Aufblasen zurückgehende Verformung, insbesondere die Schubverformung der Versteifungseinlage, das Divergieren der Karkasseneinlagencorde und die durch das Fallen bedingte Winkelveränderung der Metallcord-Verstärkungsschicht hinzu, und somit wird, bedingt durch die Kompression am Ende des Karkassenumschlages und am in radialer Richtung äußeren Ende der aus Corden aus organischer Faser zusammengesetzten Verstärkungseinlage, die Spannungs-(Dehnungs-konzentration hervorgerufen, und jedes Ende der vorstehend genannten Bauteile wird zur Ursache von Bruch aufgrund des unterschiedlichen Elastizitätsmoduls von Kautschuk. Es leuchtet ein, daß die Verstärkungseinlage, die die Karkasseneinlage mit einer großen Fläche überlappt, zum Verhindern der Divergenz der Karkasseneinlage von Vorteil ist.

Im Wulstaufbau von Luftreifen dieser Typen ist die Verstärkungseinlage aus Metallcorden in Anbetracht verschiedener Punkte das wesentliche Bauteil an der Außenseite des Wulstkerns. Die Anmelderin hat das Verhalten des Wulstabschnittes am Luftreifen mit einer Karkasse aus Metallcorden in Radialbauweise untersucht, und die Erfindung soll Luftreifen schaffen, die eine beträchtlich große Haltbarkeit haben und von einfacherem Wulstaufbau sind als die herkömmlichen Luftreifen, bei denen das vorstehend beschriebene Umlenkscheiben-Verhalten und die Verformung bei sich unter Last drehendem Luftreifen wirkungsvoll eingeschränkt sind, die Anordnung der Bauteile, die zur Ursache von Lagentrennung wird, an der, in Achsrichtung gesehen, Außenseite des Wulstkerns unter Beachtung der notwendigen Mindestforderung getroffen ist, und die hinsichtlich der Steifigkeit gut ausgeglichen sind.

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Die Erfindung schafft einen Luftreifen in Radialbauweise von hoher Tragfähigkeit, der wenigstens eine radial oder halbradial angeordnete Karkassencordschicht aufweist, die von der Innenseite zur Außenseite des Luftreifens hin um einen Wulstkern umgeschlagen ist, eine Versteifungseinlage aus Kautschuk von im wesentlichen dreieckförmigem Querschnitt, die zwischen dem Karkasseneinlagencord und dem Karkassen-(einlagen)umschlag angeordnet ist und sich vom Basisende des Wulstkerns aus in radialer Richtung des Luftreifens nach außen erstreckt, einen Abriebprotektor aus wenigstens einer Schicht von Metallcordfäden am obengenannten Umschlagbereich, und eine Verstärkungseinlage aus wenigstens zwei zur Karkasseneinlage gekreuzten Schichten aus Corden aus organischen Fasern, die an der, in Achsrichtung gesehen, Innenseite des Wulstkerns angeordnet ist, wobei die Versteifungseinlage aus einer unteren Hälfte mit Kautschuk von größerem (Dehnungs-)Modul und aus einer oberen Hälfte mit Kautschuk von niedrigerem (Dehnungs-)Modul zusammengesetzt ist und an letzterer das Ende des Karkassenumschlages anliegt, der Abriebprotektor an der, in Achsrichtung gesehen, Außenseite des Karkassenumschlages angeordnet und mit dem Einlagencord des Karkassenumschlages gekreuzt ist, wobei das in radialer Richtung außen gelegene Ende des Abriebprotektors auf einem niedrigeren Niveau angeordnet ist als das Ende des Karkassenumschlages, und wobei ferner der Abriebprotektor am Karkassenumschlag entlang über einem kreisrunden Bereich angeordnet ist, dessen radiale Höhe h_? das 0,6- bis 0,94fache, vorzugsweise das 0,75- bis 0,9fache der Höhe h des Endes des Karkassenumschlages, jeweils rechtwinklig zur Wulstbasis gemessen, beträgt.

Bei den herkömmlichen Luftreifen ist das in radialer Richtung obere Ende des aus Metallcorden zusammengesetzten Abriebprotektors im Wulstaufbau auf einem höheren Niveau angeordnet als das Ende des Karkassenumschlages, und der Wulstabschnitt weist eine große Steifigkeit auf, so daß der Wulstabschnitt eine hohe Festigkeit gegenüber Abnutzung infolge

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Scheuerns an der Felge hat. Es besteht jedoch ein Problem hinsichtlich der Haltbarkeit, und es treten Schwierigkeiten am oberen Ende des vorstehend beschriebenen Abriebprotektors auf, wo große Unterschiede in der Steifigkeit bestehen, und wofür eine weitere Verbesserung der Haltbarkeit gefordert wird.

Die Anmelderin hat daher verschiedene Untersuchungen durchgeführt, die eine Verbesserung der Haltbarkeit des Wulstabschnittes zum Ziel hatten, und es wurde festgestellt, daß durch Anordnen des oberen Endes des Abriebprotektors auf einem niedrigeren Niveau als das Ende des Karkassenumschlages die Beanspruchung bzw. Formänderung am oberen Ende des Abriebprotektors, welche die Ursache für die in Fig. 3 dargestellte Schwierigkeit war, kleiner wird und die dadurch erzeugte Schwierigkeit in hohem Maße gemildert wird, daß jedoch durch das Verkleinern der Höhe des Abriebprotektors sowohl die Steifigkeit des Wulstabschnittes als auch seine Festigkeit gegenüber Abnutzung infolge Scheuerns an der Felge abnehmen.

Dies geht darauf zurück, daß durch das Verringern der Steifigkeit des Wulstabschnittes dessen Verformung größer wird, und es bleibt das strukturell bedingte Problem des Abnutzungswiderstandes des Wulstabschnittes gegenüber Felgenscheuern. Es hat sich herausgestellt, daß sich diese Probleme unter Beibehaltung der Vorteile des vorstehend beschriebenen Aufbaues lösen lassen, und daß sich die Verformung des Wulstabschnittes, die in engem Zusammenhang mit dem Abnutzungswiderstand des Wulstabschnittes gegenüber Felgenscheuern steht, einschränken läßt, wenn wenigstens zwei diagonal angeordnete Faserverstärkungsschichten nahe der Karkasseneinlage angeordnet sind, wobei der innere Endabschnitt der Faserverstärkungsschichten an der Wulstbasis befestigt ist und die genannten Verstärkungsschichten am Mantelhauptabschnitt entlang über einem kreisrunden Bereich angeordnet sind, dessen radiale Höhe h₁ das 0,85- bis 2,6faehe der

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Höhe hp des oberen Endes des Abriebprotektors, jeweils in radialer Richtung rechtwinklig zur Wulstbasis gemessen, beträgt. Dadurch kann die Verformung des Wulstabschnittes klein gehalten und die Abnutzung des Wulstabschnittes durch Felgenscheuern begrenzt werden. Durch einen Meßversuch wurde festgestellt, daß, wenn die Höhe h... der Faserverstärkungsschichten einen gegebenen Betrag überschreitet, die Verformung des Wulstabschnittes plötzlich klein wird, und daß, wenn die Höhe nicht kleiner ist als 0,85 h„, die Verformung des Wulstabschnittes klein wird, das Auftreten der vorstehend beschriebenen Abnutzung des Wulstabschnittes durch die Felge verhindert wird, und die Haltbarkeit ebenfalls in hohem Maße verbessert wird.

Außerdem ist es von Vorteil, mit Anlage an dem in radialer Richtung äußeren Ende des Abriebprotektors ein hutförmiges Kautschukstück von überwiegender Längsausdehnung anzuordnen, das sich über den Karkassenumschlag hinaus erstreckt, im wesentlichen die gleiche Dicke hat wie der Abriebprotektor aus Metallcorden, und dessen (Dehnungs-)Modul 100$ bei 50 bis 90 kp/cm beträgt. Die aus den Schichten organischer Fasern zusammengesetzte Verstärkungseinlage ist an der Karkasseneinlage, bezogen auf den Wulstkern, an der Innenseite befestigt, die Cordfäden sind zueinander und zur Karkasseneinlage unter einem Winkel von 45 bis 80° zur Einlage gekreuzt, und die Höhe h^ eines in radialer Richtung äußeren Endes der Verstärkungseinlage beträgt das 0,85- bis 2,6fache der Höhe hp des Endes des aus Metallcorden zusammengesetzten Abriebprotektors, jeweils von der Wulstbasis aus gemessen, und ein anderes, innengelegenes Ende der Verstärkungseinlage ist mit dem Wulstkern im wesentlichen verblockt und erstreckt sich nicht über das in radialer Richtung äußere Ende 2a des Abriebprotektors hinaus. Der Beschichtungskautschuk der die Verstärkungseinlage bildenden Corde hat einen (Dehnungs-) Modul von 100% bei 45 bis 90 kp/cm².

Der WuIstaufbau des erfindungsgemäßen Luftreifens ist durch die Anordnung der Verstärkungseinlage an der, in Achsrichtung

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gesehen, Innenseite vereinfacht, so daß das "Umlenkscheiben-Verhalten" und die "Verformung", bedingt durch die Spannungskonzentration am Ende des Karkassenumschlages und am Ende des Abriebprotektors, wirkungsvoll begrenzt und in Achsrichtung die Außenseite des Wulstkerns vereinfacht werden, ferner durch die Anordnung des aus für die Biegesteifigkeit vorteilhaften Metallcorden zusammengesetzten Abriebprotektors an der, in Achsrichtung gesehen, Außenseite des Wulstkerns, durch die Anordnung eines langen, hutförmigen Kautschukstückes, das die Lagentrennung an dem in radialer Richtung äußeren Ende des Abriebprotektors verhindert, und durch die Anordnung der wirkungsvollen, zusammengesetzten Versteifungseinlage aus Kautschuk zwischen der Hauptkarkasseneinlage und dem Karkassenumschlag.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Verlagerung des Wulstabschnittes und dem Fülldruck beim Aufblasen eines Luftreifens in Radialbauweise von hoher Tragfähigkeit,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Formänderungsverteilung an der BodenaufStandsfläche und an davor und dahinter gelegenen Bereichen bei 200$ Belastung,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Scherbeanspruchungen am Ende des Metallcords bei herkömmlichen Luftreifen und beim Luftreifen nach der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Hälfte einer Ausführungsform des Luftreifens nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung des wesentlichen Aufbaues eines herkömmlichen Luftreifens,

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Ergebnisse der

Kammer-Prüfung (chamber test) und Fig. 7 eine grafische Darstellung der Ergebnisse der

Dauerprüfung auf dem Trommelprüfstand. &09883/07U

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Die Anmelderin hat verschiedene Untersuchungen am gesamten Wulstabschnitt durchgeführt, mit dem Ziel, die, in Achsrichtung gesehen, Außenseite des Wulstkerns hinsichtlich der verschiedenen Verstärkungseinlagen im Sinne der Erfüllung einer Mindestforderung so zu gestalten, daß die durch Kompression während der Drehung unter Last "bedingte Spannungskonzentration vermieden wird. Es wurde, wie in Fig. 4 verdeutlicht, festgestellt, daß es zur Erzielung einer ausgeglichenen Steifigkeit zwischen der oberen Hälfte und dem basisseitigen Wulstteil des WuIstabschnittes A und zur Milderung der Spannungskonzentration am Ende 1^fa des Karkassen(einlagen)umschlages und am in radialer Richtung äußeren Ende 2a des aus Metallcorden zusammengesetzten Abriebprotektors 2 von Vorteil ist, wenn eine Versteifungseinlage 3 aus Kautschuk aus einer unteren Hälfte 3b aus Kautschuk mit einem größeren (Dehnungs-)Modul und aus einer oberen Hälfte 3a aus Kautschuk mit einem kleineren (Dehnungs-) Modul zusammengesetzt ist, und wenn zum Verteilen der Spannungen das Ende 1*a des Karkassenumschlages an der vorstehend beschriebenen, aus Kautschuk mit kleinerem (Dehnungs-) Modul hergestellten oberen Hafte 3a der Versteifungseinlage 3 im wesentlichen anliegt.

Untersuchungen hinsichtlich des (Dehnungs-)Moduls der Versteifungseinlage 3 haben ergeben, daß zur Erzielung der Steifigkeit der Wulstbasis der größere (Dehnungs-)Modul der unteren Hälfte 3b der Versteifungseinlage 3 100$ bei wenigstens 60 kp/cm betragen muß, und daß der kleinere (Dehnungs-)Modul der oberen Hälfte 3a der Versteifungseinlage 3 100$ bei 15 bis 50 kp/cm betragen muß, damit die Steifigkeit in radialer Richtung nach außen allmählich abnimmt und die Spannungskonzentration am Ende 1'a des Karkassenumschlages und am in radialer Richtung äußeren Ende 2a des Abriebprotektors 2 gemildert wird.

Außerdem ist der, wie bei diesem Luftreifen-Typ wesentlich, aus Metallcorden aufgebaute Abriebprotektor 2 am Karkassenumschlag angeordnet, der vom Wulstkern a aus in Achsrichtung nach außen umgeschlagen ist.

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Dieser Abriebprotektor ist ein unerläßliches Bauteil, um die Abnutzung des Wulstabschnittes infolge Scheuerns an der Felge zu verhindern und die Steifigkeit an der Wulstbasis zu verbessern.

Der Endabschnitt 2a des Abriebprotektors 2 neigt dazu, der oben erwähnten Spannungskonzentration ausgesetzt zu sein, da der Abriebprotektor 2 zum Karkassenumschlag 1' unter einem gegebenen Winkel gekreuzt ist. Von der Anmelderin durchgeführte verschiedene Untersuchungen zur Überwindung dieses Nachteils haben ergeben, daß es von Vorteil ist, wenn die von der Wulstbasis aus gemessene Höhe h₂ des Abriebprotektors kleiner ist als die von der Wulstbasis aus gemessene Höhe h des Endes 1'a des Karkassenumschlages 1* und nicht weniger als 3/5 derselben beträgt.

Es wurde festgestellt, daß, wenn das Ende 2a des Abriebprotektors 2 auf einem höheren Niveau angeordnet ist als das Ende 1'a des Karkassenumschlages 1·, die Spannungskonzentration am Ende 2a des Abriebprotektors 2 auftritt, während bei einer weniger als 3/5 betragenden Höhe h„ der Abnutzungswiderstand der Wulstbasis gegen Felgenscheuern, die Steifigkeit des Wulstabschnittes A u.dgl. unzureichend sind.

Im Hinblick auf die Steifigkeit des Wulstabschnittes A und die Lagentrennung des Endes 2a des Abriebprotektors 2 ist es von Vorteil, wenn der Abriebprotektor 2 zum Karkassenumschlag 1' unter einem Winkel von 45 bis 80°, vorzugsweise vor;. 55 bis 65° gekreuzt ist.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Beschichtungskautschuk des Abriebprotektors 2 einen (Dehnungs-)Modul von 100$ bei 45 bis 90 kp/cm , vorzugsweise bei 55 bis 80 kp/cm aufweist.

Im Hinblick auf die Lagentrennung des Endes 2a des Abriebprotektors 2 infolge der Gesamtsteifigkeit, Bewegung u.dgl.

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ist ein Wert von weniger als 45 kp/cm für den (Dehnungs-) Modul nicht vorteilhaft, während ein Wert von über 90 kp/cm hierfür für die Produktion und den Steifigkeitsausgleich mit den anderen Bauteilen nicht von Vorteil ist.

Außerdem wurde festgestellt, daß die "bei Verformung infolge Kompression sich ergebende Spannungskonzentration am Ende 1'a des Karkassenumschlages 1' und am Ende 2a des Abriebprotektors 2 gemildert werden kann, wenn ein langes Kautschukstück, nämlich ein hutförmiges Kautschukstück 5 mit Anlage am in radialer Richtung äußeren Ende 2a des Abriebprotektors 2 so angeordnet ist, daß es sich über das Ende 1'a des Karkassenumschlages 1' hinaus erstreckt.

Es ist von Vorteil, wenn das hutförmige Kautschukstück 5 im wesentlichen dieselbe Dicke hat wie der Abriebprotektor 2, einen (Dehnungs-)Modul von 100$ bei 50 bis 90 kp/cm aufweist, und wenn seine Weiterreißgeschwindigkeit weniger als 3,0 χ 10 cm/Belastung beträgt.

Die Weiterreißgeschwindigkeit dient zur Ermittlung der physikalischen Eigenschaften von Kautschuk und wird wie folgt gemessen: Eine Probe (JIS K 6301) wird mit einem vorgegebenen Einschnitt (1 mm) versehen und mit einer vorgegebenen Reißenergie T (kp/cm) belastet. Die Weiterreißgeschwindigkeit (cm/Belastung) wird gemessen.

Durch verschiedene Versuche wurde festgestellt, daß, wenn das hutförmige Kautschukstück 5 einen (Dehnungs-)Modul 100$ bei weniger als 60 kp/cm aufweist, die Spannungskonzentration am Ende 1^fa des Karkassenumschlages 1¹ nicht gemildert werden kann, und daß, wenn der Wert für diesen (Dehnungs-) Modul größer ist als 90 kp/cm , die Weiterreißgesehwindigkeit groß ist und Risse am Ende 1'a des Karkassenumschlages 1· leicht hervorgerufen werden.

Es hat sich bestätigt, daß die Haltbarkeit des Wulstabschnittes

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durch derartiges Vereinfachen des Aufbaues an der, in Achsrichtung gesehen, Außenseite des Wulstkerns a verbessert werden kann.

Die Probleme des "Umlenkscheiben-Verhaltens¹¹ und der "Verformung bedingt durch Drehung unter Last", die bei diesem Luftreifen-Typ von außerordentlicher Bedeutung sind, wurden bei dem vorstehend beschriebenen Luftreifen niemals vollständig gelöst; die Aufgabe der Erfindung kann dadurch gelöst werden, daß der Wulstaufbau so gestaltet wird, daß eine Vielfalt von Verformungen eingeschränkt und der Steifigkeitsausgleich am Wulstabschnitt zusammen mit einer Vereinfachung des Aufbaues erzielt wird.

Dementsprechend wird nun das nach der Erfindung wichtigste Bauteil, nämlich die Verstärkungseinlage 4 aus Fasercord, erläutert.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Luftreifen nach der Erfindung gemäß Fig. 4 mit der Verstärkungseinlage 4 versehen sind, die an der Karkasseneinlage 1 an der, in Achsrichtung gesehen, Innenseite des Wulstkerns a befestigt ist. Die Verstärkungseinlage 4 ist aus Faserschichten 4' und 4" zusammengesetzt und zur Karkasseneinlage

1 unter einem Winkel von 45 bis 80°, vorzugsweise von 55 bis 65°, gekreuzt; beide Faserschichten 4¹ und 4" sind zueinander gekreuzt und erstrecken sich von der. Wulstbasis aus. Die Höhe h... desjenigen der in radialer Richtung äußeren Enden 4'a und 4"a, das auf einem höheren Niveau angeordnet ist, beträgt das 0,85- bis 2,6fache der Höhe h„ des Endes 2a des aus Metallcorden zusammengesetzten Abriebprotektors 2, jeweils von der Wulstbasis aus gemessen. Innere Enden 4'b und 4"b sind mit dem Wulstkern a im wesentlichen verblockt. Vorzugsweise überlappt die Verstärkungseinlage 4 einen Teil des in radialer Richtung inneren Endes 2b des Abriebprotektors

2 und darf sich nicht über das in radialer Richtung äußere Ende 2a des Abriebprotektors 2 hinaus erstrecken. Es ist von Vorteil, wenn der BeSchichtungskautschuk jeder der

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Faserschichten 4¹ und 4" der Verstärkungseinlage 4 einen (Dehnungs-)Modul von 100$ bei 40 bis 80 kp/cm , vorzugsweise bei 45 bis 70 kp/cm² hat.

Dadurch, daß die Verstärkungseinlage 4 in dieser Weise an der Karkasseneinlage 1 angeordnet ist, kann das Divergieren der Karkasseneinlage 1 in Umfangsrichtung in wirkungsvollster Weise verhindert werden. Im Hinblick auf die Steifigkeit und die Punktionswirkung ist es notwendig, die Karkasseneinlage 1 zu jeder der Faserschichten 4' und 4" der Verstärkungseinlage 4 gekreuzt anzuordnen und die Faserschichten 4^f und 4" zueinander gekreuzt anzuordnen; wenn der Kreuzungswinkel kleiner ist als 45 » ergibt sich keine das Divergieren der Karkasseneinlage 1 verhindernde Wirkung, während bei einem Kreuzungswinkel von über 70 die das "Umlenkscheiben-Verhalten" verhindernde Wirkung gering ist und außerdem Schwierigkeiten bei der Produktion entstehen. Beträgt die Höhe h. der in radialer Richtung äußeren Enden 4'a und 4"a weniger als 0,85 hp, wird die das Divergieren der Karkasseneinlage 1 verhindernde Wirkung ziemlich gering, und die Verformung bei Drehung unter Last kann nicht wirkungsvoll verhindert werden. Ist die Höhe h.. größer als 2,6 h„, befinden sich die Enden 4'a und 4"a am oberen Ende der Seitenwand, wo die Verformung groß ist, Lagentrennung hervorgerufen wird und sich ferner produktionstechnische Schwierigkeiten ergeben.

Die in radialer Richtung inneren Enden 4'b und 4"b der Verstärkungseinlage 4 müssen bis zu der Stelle geführt sein, wo sie mit dem Wulstkern a verblockt sind, d.h. bis zu der Stelle, wo sie den Wulstkern a überlappen, und zwar im Hinblick auf die Einschränkung verschiedener Verformungen.

In diesem Zusammenhang wird eine weitere Erläuterung anhand Fig. 5 gegeben, die eine Seitenansicht dieses Luftreifen-Typs bei teilweise entferntem Außenhautkautschuk zeigt. Bei dem Luftreifen gemäß der US-PS 3 964 533 hat ein Cordfaden 10, aus dem die Verstärkungseinlage 4 aufgebaut ist, ein inneres Ende 10b, das auf einer vorgegebenen Höhe h->, vom

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Wulstkern a aus gemessen, angeordnet ist. Diese herkömmliche Anordnung verhindert zwar das Divergieren der Karkasseneinlage, wie vorstehend erwähnt, hat jedoch fast keine Wirkung gegen das "Umlenkscheiben-Verhalten".

Verschiedene Untersuchungen haben das Ergebnis gebracht, daß, wenn das Ende 10b des Cordfadens 10 bis zu der Stelle weitergeführt wird, an der der Cordfaden 10 mit dem Wulstkern verblockt wird, d.h. wenn die Länge des Cordfadens 10 der Strecke 10a - A entspricht, und wenn derselbe Winkel sogar beibehalten wird, das Umlenkscheiben-Verhalten und die Verformung wirkungsvoll verhindert und die Spannung und die Kraft weitgehend verteilt werden können. Mit anderen Worten, wenn das Cordfadenende 10b der Verstärkungseinlage 4 an einer Stelle in einem gegebenen Abstand h von der Wulstbasis beginnt, ist die wirksame Breite W des Cordfadens 10 der Verstärkungseinlage 4 sehr schmal (da das Ende nicht verblockt und frei ist, ist die zur Verstärkung praktisch wirksame Breite viel schmäler als die scheinbare Breite); wenn dagegen das Cordfadenende 10b der Verstärkungseinlage 4 wie bei der Erfindung bis zur Wulstbasis weitergeführt und mit dieser verblockt ist, kann die wirksame Cordbreite der Verstärkungseinlage 4 sehr groß werden, ohne daß auf die Lösung der übrigen Probleme verzichtet werden muß.

Es wurde festgestellt, daß im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen verschiedenen Probleme kein Vorteil besteht, wenn der BeSchichtungskautschuk für die Faserschichten und 4" einen (Dehnungs-)Modul von 100$ bei weniger als 40 kp/cm aufweist, und wenn dieser (Dehnungs-)Modul bei mehr als 80 kp/cm erreicht wird, ist dies aus produktionstechnischen Gründen und wegen der Adhäsion unvorteilhaft.

Im Hinblick auf die Produktivität und Qualität ist es von Vorteil, wenn gemäß Fig. 4 die inneren Enden 4'b und 4"b einen Teil des inneren Endes 2b des Abriebprotektors 2 aus Metallcord überlappen.

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Durch den vorstehend beschriebenen Aufbau der Verstärkungseinlage 4 werden die umgekehrten bzw. die Umkehrungs-Probleme (reverse problems) bei den herkömmlichen Luftreifen gemeinsam gelöst und die Produktivität und die Leistung u.dgl. werden in vollem Umfange erreicht. Aus dem vorstehend beschriebenen einfachen Aufbau an der, in Achsrichtung, Außenseite des Wulstkerns a ergeben sich im Vergleich mit den komplizierten herkömmlichen Wulstkonstruktionen überraschende Vorteile hinsichtlich der Kosten, der Leistung u.dgl.

BEISPIEL

1. Größe des Luftreifens:

TBR 1000R20 14PR.

2. Zwischenbaucord:

Herkömmlicher Gesamtaufbau aus Metallcorden.

3. Karkasseneinlage:

(1) Stahldraht;

(2) Umschlaghöhe der Einlage

h_Q = 63 mm (= 0,26 H, H = 240 mm).

4. WuIstverStärkung:

a) Faser-Verstärkungseinlage:

(1) Nylon-Cord,

(2) zwei Schichten,

(3) Cordkreuzungswinkel + 56°,

(4) BeSchichtungskautschuk (Dehnungs-)Modul 100$ bei 56 kp/cm²,

(5) Höhe in radialer Richtung ^ = 95 mm (^ 1,5 h_Q);

b) Draht-Abriebprotektor: Stahlcord

(1) Cordwinkel 60°,

(2) Höhe des oberen Endes des Abriebprotektors h₂ = 53 mm (= 0,84 h_Q),

(3) BeSchichtungskautschuk (Dehnungs-)Modul 100$ bei 65 kp/cm²;

c) Hutförmiges Kautschukstück (Dehnungs-)Modul 100$ bei 63 kp/cm².

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Die Ergebnisse der am Luftreifen nach der Erfindung durchgeführten Kammer-Prüfung (chamber test) sind in Fig. 6 dargestellt, in der mit A ein herkömmlicher Luftreifen gemäß der JP-PS 842 054, mit B ein herkömmlicher Luftreifen gemäß der US-PS 3 694 533 angegeben sind.

V/ie in Pig. 6 zu erkennen, liegt der Luftreifen nach der Erfindung sowohl hinsichtlich der Verlagerung als auch hinsichtlich der Formänderung im günstigeren Bereich.

Die Ergebnisse der auf der Grundlage dieser Kammer-Prüfung auf dem Trommelprüfstand durchgeführten Dauerprüfung sind in Fig. 7 dargestellt.

Die Ergebnisse dieser Prüfung zeigen, daß beim Luftreifen nach der Erfindung auch unter harten Einsatzbedingungen wenig Schwierigkeiten auftreten, und daß er am Wulstabschnitt eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

. 1.) Verstärkung für Wulstabschnitte von Luftreifen in Radialbauweise von hoher Tragfähigkeit, gekennzeichnet durch

- wenigstens eine Karkasseneinlage (1), die aus radial oder halbradial angeordneter gummierter Cordschicht aufgebaut und von der Innen- zur Außenseite des Luftreifens hin um einen Wulstkern (a) umgeschlagen ist,

- eine kreisrunde zusammengesetzte Versteifungseinlage (3), die zwischen einem von der Karkasseneinlage (1) gebildeten Mantelhauptabschnitt und dem Karkassen(einlagen)umschlag (1¹) angeordnet ist, sich vom unteren Ende nahe dem Wulstkern (a) in radialer Richtung des Luftreifens nach außen erstreckt und einer unteren Hälfte (3b) aus Kautschuk mit größerem (Dehnungs-)Modul und einer oberen Hälfte (3a) aus Kautschuk von kleinerem (Dehnungs-)Modul zusammensetzt, wobei die obere Hälfte (3a) entlang dem Endabschnitt (Va) der Innenseite des Karkassenumschlages (1¹) angeordnet ist,

- wenigstens einen Abriebprotektor (2) aus zu den Einlagencorden gekreuzt angeordneten gummierten Metallcorden, der in einem kreisrunden Bereich an der Außenseite des Karkassenumschlages (1^f) so angeordnet ist, daß sein Ende (2a) nicht bis zum Ende (1'a) des Karkassenumschlages (1¹) reicht,

- und durch eine Verstärkungseinlage (4) aus wenigstens zwei diagonal angeordneten gummierten Cordschichten (4¹, 4") aus organischen Fasern, die mit direkter Anlage an der zusammengesetzten Versteifungseinlage (3) entlang dem Mantelhauptabschnitt angeordnet oder an der Innenseite des Einlagencordes des Mantelhauptabschnittes befestigt und zum Einlagencord und zueinander gekreuzt sind, wobei

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ORIGINAL INSPECTED

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die Verstärkungseinlage (4) mit der Wulstbasis verblockt und an einem kreisrunden Abschnitt angeordnet ist und eine von der Wulstbasis aus gemessene radiale Höhe h.. des Endes (4'a, 4"a) der Verstärkungseinlage (4) das 0,85- bis 2,6fache einer von der Wulstbasis aus rechtwinklig gemessenen Höhe h_? des oberen Endes (2a) des Abriebprotektors (2) beträgt.
2. Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichne t, daß der Abriebprotektor (2) entlang dem Karkassenumschlag (1¹) über einem kreisrunden Bereich von einer Höhe hp angeordnet ist, die in radialer Richtung das 0,6- bis 0,94fache einer von der Wulstbasis aus rechtwinklig gemessenen Höhe h des Endes (1'a) des Karkassenumschlages (1') beträgt.
3· Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß cer Beschichtungskautschuk für den Cord aus organischen Fasern der Verstärkungseinlage (4) einen (Dehnungs-)Modul von 100$ bei 40 bis 80 kp/cm , vorzugsweise bei 45 bis 75 kp/cm , aufweist.
4. Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ein Anordnungswinkel der Cordeinlage aus organischen Fasern der Verstärkungseinlage (4), bezogen auf den Einlagencord des Mantelhauptabschnittes, 45 bis 80°, vorzugsweise 50 bis 60 , beträgt.
5. Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Faser-Verstärkungseinlage (4) entlang der Innenseite des Mantelhauptabschnittes angeordnet ist.
6. Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Faser-Verstärkungseinlage (4) zusammen mit der Karkasseneinlage (1) von innen nach außen um den Wulstkern (a) umgeschlagen ist und den Abriebprotektor (2) etwas überlappt.

/3 §09883/071*

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7. Verstärkung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der BescMchtungskautschuk für den Metallcord des Abriebprotektors (2) einen (Dehnungs-)Modul von 100$ bei 45 bis 90 kp/cra , vorzugsweise bei 55 bis 80 kp/cm , aufweist.
8. Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Anordnungswinkel des Metallcordes des Abriebprotektors (2), bezogen auf den Einlagencord des Karkassenumschlages (1¹), 45 bis 80 , vorzugsweise 55 bis 65°, beträgt.
9. Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk der unteren Hälfte (3b) und der Kautschuk der oberen Hälfte (3a) der Versteifungseinlage (3) einen (Dehnungs-)Modul von 100$ bei 15 bis 50 kp/cm bzw. bei mehr als 60 kp/cm aufweisen.
10. Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ein hutförmiges Kautschukstück (5) mit einem (Dehnungs-)Modul von 100$ bei 50 bis 90 kp/cm² und einer Weiterreißgeschwindigkeit dc/dr von 3,0 χ 10"-⁵ cm/Belastung so angeordnet ist, daß es wenigstens ein Ende (1'a) des Karkassenumschlages (1¹) bedeckt, sich an der oberen Hälfte (3a) der Versteifungseinlage (3) und am Metallcordende (2a) des Abriebprotektors (2) befindend.

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