DE2926159A1

DE2926159A1 - Luftreifen

Info

Publication number: DE2926159A1
Application number: DE19792926159
Authority: DE
Inventors: Ken Takahashi; Hajime Tomoda
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1980-01-10
Also published as: JPS558903A; GB2026956A; JPS5729283B2; US4282918A; AU521487B2; IT1119783B; FR2429681A1; FR2429681B1; GB2026956B; IT7949561A0; CA1104476A; AU4826979A

Description

Luftreifen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen mit radialem Aufbau. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Luftreifen, bei welchem der Aufbau des Schulterbereichs des Reifens verbessert ist.
Bei einem bekannten Radialreifen hat das Seitenwandteil eine höhere Flexibilität und eine größere Deformationsmenge als bei einem Reifen mit vorgespanntem Aufbau, aber die Reifenlauffläche hat eine höhere Festigkeit und ist kaum deformierbar.Infolgedessen wird der Reifenschulterteil, der unmittelbar zwischen dem Seitenwandteil und der Lauffläche angeordnet ist, einer großen, diskontinuierlichen Beanspruchung, Anspannung oder Verformung durch den inneren Druck und die Belastung unterworfen.
Ferner nimmt eine Karkassenlage, die in radialer Richtung angeordnet ist und als Spannungsteil im Bereich dieses Schulterteils wirkt, unvermeidlich eine hohe Scherung auf. Infolgedessen wird eine Scherungsbeanspruchung oder Deformation in der Grenzfläche der Karkassenlage hervorgerufen, und es wird stets eine Beanspruchung oder Belastung durch wiederholtes Biegen und Deformieren während der Fahrt auf die Grenzfläche der Karkassenlage aufgebracht. Deshalb ist in einer Kautschukabdeckung der Karkassenseile im Bereich des Schulterteils leicht eine Ermüdung gegeben, und folglich ist die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Karkassenseil und dem Kautschuk verringert. Diese Verringerung der Verbindungsstärke schreitet als Funktion des Scherkraftniveaus und des Fahrabstandes fort. Wenn die Verbindungskraft unter: dasjenige Scherkraftniveau verringert wird, weiches zwischen dem Karkassenseil und der Kautschukdeckel wirkt, wird zwischen dem Karkassenseil und der Kautschukdecke ein Abschälen hervorgerufen. D.h. es entsteht das Problem der sogenannten "Separation" bzw. Trennung. Das Auftreten dieses Fehlers fällt besonders im Falle einer Metallseilkarkasse auf.
Als Einrichtung zum Ausschalten des vorgenannten Nachteils sind eine Technik zur Verbesserung der Verbindung zwischen einem Seil und dem Kautschuk, eine Technik des Plattierens eines Metallseils zur Verbesserung seiner Bindekraft an einem Seil, eine Technik zum Anbringen einer Seilschicht aus synthetischen Fasern vorgeschlagen worden, um eine Karkassenlage im Reifenschulterteil zu schützen, wie in der Beschreibung der US-Patentschrift 3 789 900 beschrieben ist, und es ist auch eine Technik vorgeschlagen worden, eine Gestaltung oder ein Profil einer Karkassenlage entsprechend einem natürlichen Querschnittsprofil so zu machen, daß die anfängliche Scherbeanspruchung reduziert wird,sobald der Innendruck aufgebracht wird, wie in den US-Patentschriften 3 757 844 und 4 037 637 beschrieben ist.
Bei jedem dieser herkörtindichen Luftreifen mit Radialaufbau ist das Problem des Auftretens des Separationsfehlers bzw. des Fehlers infolge der Trennung zwischen einer Karkassenlage insbesondere einer Karkassenlage mit Metallseil, und einer Kautschukabdeckung im Bereich des Reifenschulterteils, welches dann hervorgerufen wird, während der Reifen eine lange Zeit über benutzt wird, nicht vollständig gelöst worden. Dieses Problem ist besonders ernst bei Reifen, die bei hoch belasteten Fahrzeugen verwendet werden, wie z. B. großen Lastkraftwagen und Omnibussen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Luftreifens mit einem radialen Aufbau, bei welchem der vorgenannte Fehler, der bei den herkömmlichen Techniken eingeschlossen ist, eliminiert ist, das Bindeverhaltnis bzw. Befestigungsverhältnis zwischen der Lauffläche und dem Seitenwandteil auf der erdberührenden Seite des Reifens während der Fahrt verbessert ist, die Erzeugung der Scherbeanspruchung in der Nachbarschaft der Grenzfläche zwischen einer Karkassenlage, insbesondere einer Karkassenlage mit Seil, und einer Kautschukabdeckung im -Bereich des Reifenschulterteils bemerkenswert reduziert ist und die auf die Kautschukabdeckung aufgebrachte Kraft angemessen verteilt ist.
Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung auch, einen Luftreifen vorzusehen mit verbesserter Haltbarkeit und Sicherheit, der in vorteilhafter Weise bei Schwerlastfahrzeugen verwendet werden kann, wie z. B. bei einem großen Lastwagen oder einem Bus, wobei das Auftreten des Fehlers des Trennens bzw. der Separation im iteifenschulterteil in wirksamer Weise sogar dann verhindert wird, wenn der Reifen eine lange Zeit benutzt wird.
Diese und weitere Aufgaben, Zwecke und Vorteile werden erfindungsgemäß durch einen Luftreifen erhalten, der eine Gürtelschicht aufweist, die aus mehreren sich kreuzenden Gürtellagen besteht, die in der Lauffläche eingebettet sind, und einer Karkassenlage besteht, die längs der Lauffläche, des Seitenwandteils und des Wulstteils eingebettet und in der radialen Richtung oder im wesentlichen in der radialen Richtung angeordnet ist wobei die Karkassenlage in der Mitte der Reifenoberseite an die Gürtelschicht angrenzt bzw. anstößt und von der Gürtelschicht allmählich zu beiden Enden der Gürtelschicht hin getrennt bzw. separiert wird durch ein keilförmiges, elastisches Zwischenteil, und wobei die Karkassenlage so angeordnet ist, daß in Verbindung mit dem Mittelpunkt (d) der Karkassenlage auf der Mittellinie des Abstandes (D) in Breitenrichtung des Reifens zwischen dem Mittelpunkt (a) und der Karkassenlage auf der maximalen Breitenposition (A-A') des Reifens und dem äußersten Endteil (E) des Bereiches, wo mindestens zwei Gürtellagen einander kreuzen, die Reifendicke t2 in der Richtung der Normallinie (f) des Karkassenprofils, welches durch den Mittelpunkt (d) auf der Innenseite der Karkassenlage geht, und die Reifendicke t in der Richtung der Normallinie (f) auf der Außenseite der Karkassenlage die Forderung 0,3 -< t2/t1i'O erfüllen.
Wie man auch nachfolgend aus der Beschreibung anhand den Figuren 1 noch sehen wird, ist erfindungsgemäß die Reifendicke in der Richtung der Normallinie (f), welche durch den Mittelpunkt (d) des Schulterteils hindurchgeht, ausgedrückt durch den Abstand zwischen der inneren Oberfläche der inneren Auskleidungsschicht des Reifens und dem Teil des Reifens, welcher im wesentlichen die äußere Kontur auf der äußeren Oberfläche des Schulterteils des Reifens bildet. Deshalb ist die Höhe eines dekorativen Vorsprungs oder dergleichen, der auf der Oberfläche des Schulterteils des Reifens geformt ist, in dieser Reifendicke nicht eingeschlossen.
Wie man aus der vorstehenden Veranschaulichung sieht, ist erfindungsgemäß die Karkassenlage in eine Kautschukdecke oder -abdeckung des Reifens eingebettet, und die innere Auskleidungsschicht ist auf deren innerer Oberfläche gebildet. Es ist bevorzugt, wenn die innere Auskleidungsschicht, die auf der In-Innenseite der Karkassenlage angeordnet ist, so vorgesehen ist, daß die Dicke t, a der inneren Auskleidungsschicht am größten in der Nachbarschaft des Mittelpunkts (d) im Bereich zwischen dem Mittelpunkt (a) der Karkassenlage an der Maximalbreitenstellung (A-A') des Reifens und des äußersten Endteils (E) ist, wo mindestens zwei Gürtellagen einander kreuzen, und die Dicke ta der inneren Auskleidungsschicht allmählich zu dem Mittelpunkt (a) und dem äußersten Endteil (E)hin abnimmt. Die Karkassenlage hat ein natürliches Querschnittsprofil, und es ist bevorzugt, daß in dem Bereich zwischen der Maximalbreitenposition (A-A') des Reifens und dem Mittelpunkt (B) des Reifenoberteils dieses natürliche Querschnittsprofil durch drei Kurven (Kreise) gebildet wird, d. h. eine Kurve mit einem Krümmungsradius (Ra) in der Lauffläche, eine Kurve mit einem Krümmungsradius (Rb) in dem Seitenwandteil und eine Kurve mit einem Krümmungsradius (Rg) im Schulterteil, welcher aus einer Kreistangentialen an diese zwei Kurven besteht. In diesem Falle ist es ausreichend, daß die Forderung Ra> Rb '- Rg unter den Krümmungsradien Ra, Rb und Rg erfüllt wird. Es ist besonders bevorzugt, daß die Karkassenlage aus der rlaximalbritonstellung des Reifens zur Mitte der Reifenoberseite längs einer Kurve angeordnet ist, die durch Verbinden dreier im wesentlichen unterschiedlicher Kreise gebildet ist, welche Krümmungsradien Ra, Rb und Rg haben, die die Forderung erfüllen: Ra>RbRg.
Bei dem Luftreifen mit dem vorerwähnten Aufbau ist es erfindungsgemäß unter der Voraussetzung, daß di-e in Richtung rechtwinklig zur Drehachse des Reifens (in der radialen Richtung) gemessene Reifenhöhe als H ausgedrückt ist, möglich, leicht die Maximalbreitenstellung (A-A') des Reifens dicht an die Seite der Lauffläche so heranzubringen, daß der Abstand h zwischen der Maximaihreitenstellung (A-A') und der Lauffläche kleiner ist als 1/2 H, und die erfindungsgemäßen Wirkungen, die nachfolgend beschrieben werden, können weiterhin begünstigt werden.
Es ist erfindungsgemäß ferner möglich, ein Karkassenlagenprofil zu erhalten, bei dem die Maximalbraitenstellung des Reifens dicht an die Reifenoberseite gebracht wird, ohne daß die Form der Außenkontur oder Gestaltung des Reifens wesentlich geändert wird, und deshalb kann die auf das Karkassenteil bei Aufbringen des Innendruckes aufgebrachte Spannung reduziert werden, und der Krümmungsradius der Konturenkurve, welcher die Karkassenlage bildet, wird unvermeidlich über diesen Rrümmungsradius herkömmlicher Reifen vergrößert. Folglich ist das anfängliche Profil der Karkassenlage im Schulterteil des Reifens so eingerichtet, daß es dem beohachtetenProfilgleicht, wenn es mit der Erde in Berührung ist, und der Krümmungsradius der Karkassenlage auf der Rrdbarührungsseite wird während der Fahrt in vorteilhafter Weise geändert, und die auf das Karkassenseil auf der Erdberührungsseite während der Fahrt aufgebrachte Kraft kann auf ein viel geringeres Niveau als bei herkömmlichen Reifen reduziert werden. Im allgemeinen ist die auf die Kautschukdecke innere Auskleidungsschicht) auf der Innenseite der Karkassenlage aufgebrachte Beanspruchung 2,8 bis 5,0 mal so hoch wie die auf die Kautschukdscke auf der Außenseite der Karkassenlage aufgebrachte Beanspruchung. Folglich wird bei herkömmlichen Reifen die innere Auskleidungsschicht leicht durch die Scherkraft an der Grenzfläche zwischen der Karkassenlage und der inneren Auskleidungsschicht gebrochen. Dagegen wird erfindungsgemäß die vorstehende Beanspruchung in wirksamer Weise absorbiert und verteilt und wird auf ein Niveau reduziert, welches 30 bis 55 % der Beanspruchung bei herkömmlichen Reifen entspricht, und deshalb kann der Bruch der inneren Auskleidungsschicht in der Grenzfläche zwischen der Karkassenlage und der inneren Auskleidungsschicht in wirksamer Weise verhindert werden.
Diese Wirkungen der erfindungsgemäßen Maßnahmen erhält man in vorteilhafter Weise, wenn man sie auf einen Radialluftreifen für ein Schwerlastfahrzeug anwendet, bei welchem für die Gürtelschicht und die Karkasser.lage Metallseils verwendet werdr.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegender Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 eine Teilschnittansicht unter Darstellung einer bevorzugte Ausführungsform des Luftreifens gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Teilschnittansicht unter Darstellung eines herkörtimlichen Luftreifens, Fig. 3 ein Musterschema unter Darstellung des Verfahrens zum Messen der Scherlast, welche den Bruch in der Grenzfläche zwischen der Karkassenlage und der Kautschukdecke hervorruft, Fig. 4A ein Diagramm unter Darstellung des Verhältnisses zwischen der Gesamtdicke der Kautschukdecke und des Scherbruchlast-Verhältnisses, Fig. 4B ein Diagramm unter Darstellung des Vsrhältnisses zwischen dem Verhältnis der Dicke t2 der Kautschukdecke auf dar Innenseite der Karkassenlage zur Dicke t1 der Kautschukdecke auf der Außenseite der Karkassenlage (d.h. ds Dickenverhältnisses t2/t1) und des Scherbruchlast-Verhältnisses Figur 5 ein Diagramm unter Darstellung der Einflüsse des Reifandickenverhältnisses t2/t1 und des Laufabstandes auf d Bruch des Reifens, Figur 6 ein Diagramm unter Darstellung der Scherbeanspruchung (Zuglast und Kompr-zssionslast) auf der Grenzfläche der Karkassenlage in radialer Richtung von der Stellt der Mitte der Reifenkrone, bei welchem die Abszisse die Karkassenlänqe (mm) in der radialen Richtung von der Mitte der Reifenkrone aus zeigt, und Figur 7 ein Diagramm unter Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Laufabstand und der Binde festigkeit zwischen dem Karkassenseil und der Kautschukdecke.
Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen im einzelnen beschrieben, wobei die erfindungsgemäßen Merkmale anhand der einzelnen Figuren erläutert werden.
Figur 1 ist eine Teilschnittansicht unter Darstellung des Schnittes einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftreifens in radialer Richtung. Gemäß Figur 1 ist eine Verstärkungsgeürtelschicht 2, die aus mehreren Gürtellagen der Reifenseile besteht, in einem Laufflächenteil 3 eingebettet, und eine Karkassenlage 4, die aus Metallseilen besteht, ist längs der Lauffläche 3, einem Seitenwandtail 5 und einem Wulstteil eingebettet. Beide Enden der Karkassenlage 4 sind um einen Wulstkern 6 des Wulstteils von innerhalb des Reifens 1 nach außerhalb des Reifens 1 gewickelt. Ein Verstärkungsteil 7, das aus einem Metallseil oder dergleichen besteht, ist um das hochgewickelte Endteil der Karkassenlage 4 angeordnet. Ein keilförmiges, elastisches Zwischenteil 8 ist zwischen der Gürtelschicht 2 und der Karkassenlage 4 in einem Schulterteil 9 angeordnet, welches unmittelbar zwischen der Lauffläche 3 und dem Seitenwandteil 5 angeordnet ist. Eine innere Auskleidungsschicht 10 schützt die Karkassenlage 4 von der Innenfläche des Reifens 1.
Nach Figur 1 weist die Gürtelschicht 2 drei Gürtellagen 11, 12 und 13 auf. Diese Gürtellagen 11, 12 und 13 sind so angeordnet, daß die Gürtellage 11 nach unten und unter 15 ° bezüglich der Gürtellinie oder dem Teilungskreis nach rechts geneigt ist, die Gürtellage 12 nach links unter 15 ° bezüglich der Gürtellinie nach unten geneigt ist und die Gürtellage 13 unter etwa 15 ° bezüglich des Teilungskreises nach links und nach unten geneigt ist.
Mindestens zwei der drei Gürtellagen der Gürtelschicht 2 sind so angeordnet, daß sie einander so kreuzen, daß die Richtung der Seile einer Lage sich von der Richtung der Seile der anderen Lage unterscheidet. In der Gürtelschicht können die Stellungen der äußersten Endteile (E) der betreffenden Lagen in der Laufflächenbreitenrichtung einander entsprechen. Alternativ können diese Positionen wie in der Darstellung der Figur 1 auch unterschiedlich sein. Die Karkassenlage 4 ist in der Radialrichtung unter einem Winkel von 90 ° oder etwa 90 ° zur Teilkreisfläche des Reifens angeordnet. Diese Karkassenlage 4 mit einem Querschnittsprofil stößt an die Gürtelschicht 2 an, genauer gesagt an die Gürtellage 11, und zwar in der Mitte der Reifenoberseite, und die Karkassenlage 4 wird von der Gürtelschicht 2 zu ihren beiden Endteilen hin mehr und mehr durch das keilförmige Zwischenteil 8 getrennt oder separiert.
Die Karkassenlage 4 hat vorzugsweise ein natürliches Querschnittsprofil, wie oben ausgeführt wurde. Das natürliche Querschnittsprofil der Karkassenlage' 4 von der Maximalbreitenstellung (A-A') des Reifens her zur Mitte (B) des Reifens oben hin ist näherungsweise gebildet durch drei Krümmungsradien Ra, Rb und Rg, falls eine Rechnung angestellt wird, während die Karkassenlage 4 als ein dünner, vollständig ~lastisch~r Körper betrachtet wird.
Im allgemeinen nimmt in dem Karkassenlagenbereich, welcher durch den Krümmungsradius Ra der Lauffläche gebildet ist, und dem Karkassenlagenbereich, welcher durch den Krümmungsradius Rb des Seitenwandteils gebildet ist, die Karkassenlage 4 einen sogenannten Reifeneffekt (hoop effect) der Bruchschicht (Gürtelschicht) auf, und deshalb ist die Scherbeanspruchung, welche auf die Grenzfläche der Karkassenlage auf der Erdberührungsseit während des Fahrens ausgeübt wird, niedrig, und das Veränderungsverhältnis derselben ist klein. Jedoch kann in dem Karkassenlagenbereich, welcher durch den Krümmungsradius Rg-einer Kreistangenten an die Kreise mit den Krümmungsradien Ra und Rb gebildet ist, d.h.
im Schulterteil des Reifens, die Konzentration der Scherbeanspruchung nicht verhindert werden. Der Grund hierfür besteht darin, daß trotz der Kleinheit der Beanspruchung oder Belastung durch Scher der Karkassenlage und Kautschukdecke in den Karkassenlagenbereichen, welche durch die Krümmungsradien Ra und Rb gebildet werden, und zwar weil die Veränderung des Krümmungsradius zur Zeit der Aufbringung des Innendruckes oder zur Zeit der Berührung mit der Erde klein ist, das Schulterteil des Reifens an einer Stellung angeordnet ist, bei welcher die Karkassenlage und die Kautschukdecke verbunden sind, die voneinander bezüglich der Bewegung unterschiedlich sind, und in einer Zone angeordnet ist, wo die Steifigkeiten der Karkassenlage und der Kautschukdecke zueinander diskontinuierlich werden. Deshalb ist im Schulterteil des Reifens ein Fehler leicht wegen der Separation oder Trennung des Karkassenseiles von der Kautschukabdeckung möglich.
Figur 2 ist in T-ilschnittansicht unter Darstellung des Schnittes eines herkömmlichen Reifens in Radialrichtung, wobei die Bezugszahler. und Symbole dieselbe Bedeutung haben mit der Ausnahme des Krümmungsradius Rg', und das Niveau der auf eine innere Auskleidungsschicht 10 auf der Innenseite liner Karkkassenlage 4 wirkender Scherbeanspruchung ist 2,8 bis 5, mal so hoch wie das Niveau der auf einem Seitenwandteil 5 auf der Außenseite der Karkassenlage 4 ausübenden Scherkraft, wie vorstehend ausgeführt ist, und folglich gibt es leicht den Separationsf-ler bzw. den Fehler durch Trennen, der im Schulterteil hervorgerufen wird, wie oben ausgeführt ist. Der Hauptgrund hierfür besteht darin, daß di£ Stellung der Karkassenlage 4 im Schulterteil 9 des Reifens zur inneren Fläche des Reifens gemäß Darstellung in Figur 2 gezogn wird. Ferner hat der Krümmungsradius Rg' eine Größe ziemlich nah an der Größe ds Krümmungeradius Rb /z. B. gilt: Rg' = (1,0 bis 0,98) x Rb/, und die Dicke der inn seren Auskleidungsschicht 10 ist in dem Schulterteil im wesentlichen gleichförmig. Ein weiterer Grund dafür besteht darin, daß die tlaximalbreitenstellung (A-A') in dem herkömmlichen Riefen kleiner alstin dam Reifen gemäß der Erfindung, wie in Figur 1 gezeigt ist, ist.
Im Gegensatz dazu ist bei dem Luftreifen gemaß der Erfindung, wie er in Figur 1 gezeigt ist, die Stellung der Karkassenlage 4 im Schulterteil 9 des Reifens dicht an die Mitte bezüglich seiner Dicke herangebracht, d. h., an das Zentrum der Dicke ohne spezielle Veränderung der Gesamtdicke und Außenkontur des Schulterteils 9. In diesem Falle ist der Krümmungsradius der Karkassenlage 4 im Schulterteil 9 des Reifens größer als der Krümmungsradius der Karkassenlage im Schulterteil des herkömmlichen Reifens. Genauer gesagt ist der Krümmungsradius Rg in diesem Teil-des Reifens erfindungsgemäß kleiner als der Krümmungsradius Rg' in diesem Teil des herkömmlichen Reifens. Wenn z. B. der Krümmungsradius Rg' des herkömmlichen Reifens 104 bis 108 mm beträgt, beträgt der Krümmungsradius Rg des entsprechenden Reifens gemäß der Erfindung 90 bis 95 mm. Dieses Merkmal wird nun in Bezug auf die Position der Karkassenlinie in der Dickenrichtung des Schulterteils 9 des Reifens beschrieben.
Diejenige Stelle, an welcher das Zentrum der Karkassenlage 4 die Mittellinie des Abstandes (D) in der Breitenrichtung des Reifens zwischen dem Mittelpunkt (a) der Karkassenlage 4 an der Maximalbreitenstellung (A-A') des Reifens und dem äußersten Endteil (E) desjenigen Bereiches schneidet, wo mindestens zwei Gürtellagen, d. h. die Gürtellagen 11 und 13 bei der in Figur 1 gezeigtenrAusffihrungsform, einander schneiden, wird als der Punkt bzw. die Stelle (d) bezeichnet, die in Figur 1 gezeigt ist. Die Stellung der Karkassenlage 4 ist so angeordnet, daß die Dicke t2 des Reifens der Innenseite bezüglich der Richtung der Normallinie (f) der Karkassen-bildenden Kontur an dieser Stelle (d) und die Dicke t1 des Reifens auf der Außenseite bezüglich der Richtung dieser Normalen (f) der Forderung genügen: 0,3 <t2/t1~ 1.
Wenn z. B. die Summe von t1 und t2 15 mm beträgt, während t1 11,4 mm ist und t2 3,6 mm ist, beträgt das Verhältnis t2/t1 0,32.
Die Bedeutung dieser Forderung wird nun beschrieben.
Die Scherbruchlast wird gemäß dem Verfahren bestimmt, welches in dem Musterdiagramm der Figur 3 gezeigt ist.
Wenn das Verhältnis der Scherbeanspruchungent1 undZ2 durch die Kraft N, die in Seilrichtung der Karkassenlage 4 aufgebracht wird, zum Riß oder Bruch infolge der Scherbruchlast N der Grenzflächen der Karkassenlage (Längselastizitätskonstante = GL, Dicke = ta) zur Kautschukdeckschicht (Elastizitätskonstante = E1, Dicke = t1) auf der Außenseite der Karkasenlage und der Kautschukdeckschicht (Elastizitätskonstante = E2, Dicke = t2) entsprechend dem Konzept der kritischen Festigkeit bzw. der Stärke oder des Widerstandes, basierend auf dem Energiegleichgewicht, wie bekannt ist, betrachtet wird, dann wird das Verhältnis des N-Bruches im Falle E1t1> E2t2 erreicht, und die Scherbruchlast wird durch die Elastizitätskonstante und die Dicke jeder Kautschukdeckschicht beeinflußt. Die Werte der Elastizitätskonstanten E1 und E2 der Kautschukdeckschichten, die für gewöhnbuche Luftreifen verwendet werden, sind jedoch zu klein als Faktoren mit erheblichem Einfluß bei dem durch N hervorgerufenen Bruch (Bruch).
Folglich ist der folgende Versuch unternommen worden. Insbesondere wurde eine Stahlkarkassenlage (Dicke ta = 1,85 mm) in ein einziges Kautschukmaterial eingebettet (d.h. das Verhältnis E1 = E2 wurde erhalten), und die Einflüsse der gesamten Kautschukdicke (t1+t2) und das Dickenverhältnis der Kautschukdeckschichten (t2/t1) auf die Scherbruchlast wurden geprüft. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Figuren 4-A und 4-B gezeigt.
Wie man aus den in Figur 4A gezeigten Ergebnissen sieht, wird dann, wenn die gesamte Kautschukdeckenschichtdicke (t1+t2) einen gewissen Wert überschreitet, der Einfluß des N-Bruches nicht erhöht, sondern er wird konstant gehalten. Wie man andererseits aus den in Figur 4B gezeigten Ergebnissen sieht,wird dann, wenn das Dickenverhältnis (t2/t1)der Kautschukdeckenschicht erhöht wird, auch der N-Bruch erhöht, und er hat einen Maximalwert, wenn t2/t1 gleich 1 ist. Die Wirkung des steigenden N-Bruches ist herv6rragend oder hervorstechend, wenn das Verhältnis von t2/t1 2 0,3 erreicht wird.
Basierend auf den vorstehenden Feststellungen wurden der Reifen gemäß der Erfindung und der herkömmliche Reifen (wobei jeder Reifen eine Größe von 10.00R20 und 14PR hatte) auf Felgen von 7.50 V x 20IR aufgezogen, und Luft wurde mit einem Innendruck von 9,0 kg/cm eingefüllt. Diese Luftreifen wurden einem Drehtrommeltest in der Halle unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Figur 5 gezeigt. Das Verhältnis t2/t1 in Figur 5 ist das Verhältnis der Dicke t2 des Reifens auf der Innenseite der Mittellinie der Karkassenlage in Richtung der Normalen (f) des Profils der Karkasse am Mittelpunkt (d) der Karkasse des Schulterteils des Reifens zur Dicke t1 auf der Außenseite der Mittellinie der Karkassenlage in Richtung der Normalen (f) des Profils der Karkasse am Mittelpunkt (d) der Karkasse des Schulterteils des Reifens, wie in Figur 1 gezeigt. Die in Figur 5 gezeigten Ergebnisse werden nun beschrieben.
Im Falle eines Reifens mit t2/t1=0,14. Beim Fahren von 1,15 x 104 km wurden die Karkassenseile an der Innenseite des Reifens bloßgelegt und ein Bruch wurde hervorgerufen. Im Falle des Reifens von t2/t1 = 0,21 beim Fahren von 1,55 x 104 km wurde die Tendenz des Freilegens der Karkassenseile an der Innenfläche des Reifens beobachtet.
Im Falle eines Reifens mit t2/t1 = 0,3 0,67 oder 1,7 wurde selbst nach dem Fahren nach 1,6 x 104 km keine Veränderung beobachtet.
Im Falle eines Reifens mit t2/t1 = 1,1 wurde jedoch die Bildung von Falten an der Außenfläche des Reifens nach dem Fahren von 1,6 x 104 km beobachtet. Aus diesen Ergebnissen hat man bestätigt, daß man gute Wirkungen Bereich von 0,3 et2/t1g1 erhalten kann.
Es ist ebenfalls bestätigt worden, daß für t2/t1 <0,3, d.h.
wenn die Karkassenlage zu sehr auf der Innenseite des Reifens bezüglich der Reifendicke angeordnet ist, der Kautschuk auf der Innenfläche des Reifens leicht beschädigt wird, und daß im Falle von t2/t1>1, d.h. wenn die Karkassenlage zu der auf der Außenseite des Reifens bezüglich der Reifendicke angeordnet ist, die Größe der Beanspruchung auf der Oberseite des Schulterteils des Reifens erhöht ist und Risse bzw. Brüche oder Knitterfalten auf der Reifenoberfläche gebildet werden, wodurch die Reifeneigenschaften Leistung und Aussehen reduziert werden.
Figur 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Verteilung der Scherbeanspruchung, die in Seilrichtung auf der Grenzfläche der Karkassenlage auf der erdberührenden Seite des Reifens aufgebracht wird, wenn der Reifen unter Belastung steht.
Ein Reifen der gleichen Größe wie oben beschrieben (10.00R20 und 14PR) wurde benutzt. Bei dem Reifen gemäß der Erfindung war die Karkassenlage so angeordnet, daß t2/t1 0,32 betrug, und bei dem herkömmlichen Reifen war die Karkassenlage so angeordnet, daß t2 durch t1 0,19 war. Jeder Reifen wurde auf eine Felge von 7.50V x 20IR gezogen, und nachdem Luft unter einem 2 Innendruck von 7.25 kg/cm2 aufgebracht worden ist, wurde eine Standardbelastung von 2700 kg aufgebrabht. Als Ergabnis fand man, daß die Scherbeanspruchung auf dem Reifens gemäß der Erfindung auf 3/4 der Scherbalastung des herkömmlichnReifens B reduziert war im Vergleich, auf den Maximalwert basierend, und es wurde somit festgestellt, daß die Beanspruchung in wirksamer Weise in dem Reifen A gemäß der Erfindung verteilt wurde. Aus den hier gefundenen Ergebnisse versteht man leicht, daß wenn die Binde zähigkeit zwischen dem Karkassenseil und der Kautschukabdeckung durch Ermüdung reduziert ist, welche durch eine Langzeitbenutzung hervorgerufen ist, ein Abscbälen des Karkassenseils von dem Kautschuk bei einer Verbindungszähigkeit von 21,0 Km/Seil bei dem herkömmlichen Reifen B erfolgt, aber im Reifen A gemäß der Erfindung ein Abschälen nicht verursacht wird, bevor die Bindezähigkeit bzw. Bindekraft auf 15,5 Km/Seil abgefallen ist. Selbstverständlich wurden diese Ergebnisse unter der Normlastbedingung erhalten. Da das Niveau der Scherbeanspruchung proportional zur Längsbiegegrösse des Reifens vergrößert wird, erhöht sich unter strengerer Bedingung die Differenz der Verbindungsstärke, welche das AbschAlen. hervorruft (nachfolgend als kritische Bindestärke" bezeichnet). wischen dem Reifen A gemäß der Erfindung und dem herkömmlichen Reifen B, und deshalb werden die Wirkungen der erfindungsgemäßen Maßnahmen begünstigt.
Luft wurde in dieselben zwei Reifen eingefüllt, wie sie bei dem Versuch der Figur 6 benutzt wurden, und zwar mit einem Innendruck von 9,0 kg/cm2, und der tatsächliche Kraftwagenfahrtversuch wurde bei der Benutzung dieser Reifen ausgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Figur 7 gezeigt. In Figur 7 haben A und B dieselbe Bedeutung, wie in Bezug auf Figur 6 beschrieben, und P und Q haben die folgende Bedeutung: P; Die kritische Bindestärke des herkömmlichen, in Fig. 2 gezeigten Reifens unter den vorliegenden Versuchsbedingungen Q: Die kritische Bindestärke des Reifens gemäß der Erfindung, der in Figur 1 gezeigt ist, unter den vorliegenden Prüfbedingungen.
Wie man aus den in Figur 7 gezeigten Ergebnissen sieht, wurde bei dem Reifen A gemäß der Erfindung selbst dann keine Veränderung beobachtet, wenn er 9 x 104 km gefahren wurde, aber bei dem herkömmlichen Reifen B wurde ein Abschälen verursacht zwischen dem Karkassenseil und der Kautschukdecke beim Fahren von 8,7 xl04km.
An dieser Stelle wurde die Bindekraft in dem herkömmlichen Reifen B auf 60 % der ursprünglichen Bindekraft reduziert, während die Bindekraft oder -stärke des Reifens A gemäß der Erfindung auf einem Niveau von 87 % von der anfängliuhen Bindestärke noch gehalten wurde. Nachdem ferner bestimmte Strecken gefahren wurden, wurde der vorgenannte Fahrversuch in der Halle angehalten, und die Bindestärke zwischen dem Karkassenseil und der Kautschukdecke wurde geprüft. Als Ergebnis fand man, daß die Bindestärke mit zunehmender Fahrtstrecke linear abnahm. Bei diesem Versuch wurde bestätigt, daß die kritische Bindestärke 60 kg/Seil im Falle des herkömmlichen Reifens B und 42 kg/Seil im Falle des Reifens A gemäß der Erfindung war. Man fand also, daß im Reifen A gemäß der Erfindung die Leistung in zufrledenstelleffider Weise selbst unter schweren Lasten ausgeübt bzw. angewendet werden kann, bis die Lebensdauer des Reifens schließlich durch Abrieb der Lauffläche endet.
Wie man aus der vorstehenden Darstellung erkennt, ist es zur Steigerung der Haltbarkeit des Reifens gemäß der Erfindung gegenüber der Haltbarkeit des herkömmlichen Reifens wichtig, daß die Karkassenlage so angeordnet wird, daß das Verhältnis der Dicke t2 des Reifens auf der Innenseite vom Zentrum der Karkassenlage zur Dicke t1 des Reifens auf der Außenseite von dem Zentrum der Karkassenlage sich im Bereich von 0,3 <t2/t1c1 befindet.
Typische Beispiele von Reifen, welche diese Bedingungen erfüllen, sind in Tabelle I gezeigt.

T A B E L L E I

Reifen- Quer- Maximale Felgen-

größe schnitts- Breite (W) breite RA RB RG D ta t1 t2 tc

höhe (H) des Reifens (RW)

d. Reifens

900R20 10.06 9.92 7.0 7.48 3.76 0.96RB 1.83 0.132 0.377 0.040

# # # +0.3 0.053 # # #

10R22.5 8.81 9.92 7.5 19.7 4.41 0.92RB -0.2 0.302 1.002 0.175

10.00R20 10.75 10.67 7.5 8.66 3.85 0.96RB 2.12 0.140 0.398 0.050

10.00R22

# # # +0.4 0.060 # # #

11R22.5 9.50 10.67 8.25 21.25 4.65 0.92RB -0.2 0.345 1.230 0.200

11R24.5

11.00R20 11.02 11.32 8.0 9.06 3.94 0.96RB 2.21 0.140 0.398 0.050

11.00R22

# # # +0.5 0.060 # # #

12R22.5 9.77 11.32 9.0 22.05 4.74 0.92RB -0.2 0.405 1.380 0.200

12R24.5

12.00R20 12.01 11.73 8.5 10.23 4.17 0.96RB 2.28 0.145 0.403 0.060

# # # +0.6 0.070 # # #

13R22.5 10.76 11.73 9.0 23.62 4.80 0.92RB -0.2 0.510 1.685 0.225

Beachte: Einheit: Inch bzw. Zoll, RG'=RB [d.h. RG' = (1,0-0,98) RB] Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindu-ng ist es bevorzugt, daß die Dicke der inneren Auskleidungsschicht maximal in der Nachbarschaft der vorgenannten Zentralstelle oder des Mittelpunkts (d) ist und daß die Dicke der inneren Auskleidungsschicht allmählich zur maximalen Reifenbreitenstelle (A-A') abnimmt, und zwar nächst von dieser und auch zum äußersten Endteil (E) der Gürtellage. In diesem Falle kann die Abnahme der Dicke der inneren Auskleidungsschicht über diesen Punkt (E) längs der Lauffläche bis zum Zentrum (B) der Reifenoberseite hin verlängert werden. In anderen Teilen der inneren Auskleidungsschicht, d. h. dem Bereich einschließlich dem Zentrum (B) des oberen Reifens und dem Teil, der sich von dem unteren Teil der Seitenwand zum Wulstteil erstreckt, kann die Dicke gleichförmig sein. In diesem Falle ist es bevorzugt, daß die Dicke ta der inneren Auskleidungsschicht in diesen Teilen aus in Tabelle I gezeigten Werten bzw. Größen ausgewählt wird.

Infolge dieses Merkmals der Veränderung der Dicke der inneren Auskleidungsschicht im Laufflächenschulterteil des Reifens sowie der vorgenannten speziellen Anordnung der Karkassenlage kann die Separation oder Trennung der Karkassenseile aus der Gummidecke in wirksamer Weise erfindungsgemäß verhindert werden.
Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, daß das Verhältnis unter den oben genannten Krümmungsradien Ra, Rb und Rg, insbesondere das Verhältnis zwischen den Krümmungsradien Rb und Rg, unterschiedlich von diesem Verhältnis im herkömmlichen Reifen gemacht wird. Insbesondere ist es bevorzugt, daß das Verhältnis von Rb Rg, insbesondere 0,96 x Rbo Rgs 0,92 x Rb erreicht wird.
Um die Konstruktion bzw. Entwicklung des Reifens erfindungsgemäß zu erleichtern, ist es bevorzugt, da. die Maximalreifenbreitenstellung (A-A') dicht an die Seite der Lauffläche derart gebracht wird, daß das Verhältnis von h>O,SH erreicht wird, wobei H für die Reifenhöhe steht, die man längs des Abstandes vom Wulstteil zur Lauffläche in Richtung senkrecht zur Drehachse des Reifens mißt, und h für diejenige Reifenhöhe steht, die längs des Abstandes von dem Wulstteil zur Maximalbreitenstellung in der-Selben Richtung wie oben beschrieben gemessen wird. Vom Gestchtspunkt des gesamten Gleichgewichts bzw. der Ausgewogenheit und der Leistung bzw. Größe des Reifens ist es besonders bevorzugt, daß h im Bereich zwischen 0,52H bis 0,54H liegt.
Wie vorstehend ausgeführt, wird erfindungsgemäß ein keilförmiges Zwischenlegeteil ebenso verwendet wie die Innenauskleidung, die auf der Innenseite der Karkassenlage angeordnet ist,sowie die Kautschukdecke, die auf der Außenseite der Karkassenlage angeordnet ist. Ein Kautschuk mit einer solchen Eigenschaft, daß die während der Benutzung des Reifens erzeugte Wärme erniedrigt wird, wird vorzugsweise für dieses keilförmige Zwischenlegeteil verwendet. Nunmehr werden Arten und physikalische Eigenschaften eines solchen Kautschuks beschrieben.
Es ist bevorzugt, daß der Young-Modul des Kautschuks, welcher das keilförmige Zwischenteil darstellt, im Bereich zwischen 0,27 bis 0,4 kg/mm2 liegt. Ferner ist es bevorzugt, daß der Young-Modul des Kautschuks, welcher die innere Auskleidung bildet, 1,0 bis 1,5 x dem des keilförmigen Zwischenteils ist und der Young-Modul des das Karkassenseil bedeckenden Kautschuks, welcher die Karkassenlage bildet, im Bereich von 0,4 bis 0,6 kg/mm2 liegt. Ferner ist es bevorzugt, daß der Kautschuk, welcher das Dickenzucahmeteil der inneren Auskleidungsschicht am oben erwähnte Punkt (E) bildet, derselbe Kautschuk ist wie der Kautschuk für die Abdeckung des Karkassenteils. Der hier erwähnte Young-Modul wird nach der Formel von Mooney-Pivlin aus 25 % Streckmodul bestimmt.
Wie aus der vorstehenden Darstellung ersichtlich ist, kann erfindungsgemäß ein Luftreifen für ein Fahrzeug mit großer Last geschaffen werden, der Metallseile (z. B. Stahlseile) aufweist, die in radialer Richtung angeordnet sind, wobei die Haltbarkeit bemerkenswert verbessert ist , das Auftreten des Fehlers der Separation bzw. des Trennens in wirksamer Weise verhindert ist und die Sicherheit erheblich begünstigt.
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Claims

Luftrei fen Patentansprüche Luftreifen mit einer Gürtelschicht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß diese eine Mehrzahl von sich kreuzenden, in der Lauffläche eingebetteten Gürtellagen und eine Unterbau- bzw. Karkassenlage, die längs der Lauffläche eingebettet ist, ein Seitenwandteil und ein Wulstteil aufwe4st,mit einer Anordnung in radialer Richtung oder im wesentlichen in der radialen Richtung, daß die Karkassenlage in der Mitte der Reifenoberseite an die Gürtelschicht angrenzt und von der Gürtelschicht zu deren beiden Enden hin durch ein elastisches, dazwischen angeordnetes keilförmiges Teil allmählich separiert ist, und daß die Karkassenlage derart angeordnet ist, daß in Verbindung mit der Mittenstelle(d)der Karkassenlage auf der Mittellinie des Abstandes (D) in Breitenrichtung des Reifens zwischen der rlittelstell2(a) der Karkassenlage auf der Position(A-A') maximaler Breite des Reifens und dem äußersten endteil (E) des Bereiches, wo mindestens zwei Gürtelschichten bzw. Riemenrückseiten einander kreuzen, die Reifendicke t2 in Richtung der Normallinie (f) des Karkassenprofils, welches durch den Mittelpunkt (d) auf der Innenseite der Karkassenlage hindurchgeht, und die Dicke t1 in der Richtung der Normallinie (f) auf der Außenseite der Karkassenlage die Forderung erfüllen 0,3 =( t2/t1#1,0.
2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere, auf der Innenseite der Karkassenlage angeordnete Auskleidungsschicht so angeordnet ist, daß die Dicke ta der inneren Auskleidungsschicht in der Nachbarschaft des Mittelpunktes (d) im Bereich zwischen dem Mittelpunkt Ca> der Karkassenlage auf der Position (A-A') maximaler Breite des Reifens und dem äußersten Endteil tE) am größten ist, wo mindestens zwei Gürteischichten bzw. Riemenrückseiten einander kreuzen, und daß die Dicke t der inneren Auskleidungsschicht allmählich zum Mittelpunkt (a) und dem äußersten Endteil (E.) hin abniiit.
3. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Karkassenlage ein natürliches Querschnittsprofil hat und im Bereich zwischen der Position CA-A')maximaler Breite des Reifens und dem Zentrum (B) des Reifenoberteils das natürliche Querschnittsprofil durch drei Kurven (Kreise) gebildet ist, d. h. eine Kurve, die einen Krummungsradius (Ra) in der Lauffläche hat, eine Kurve, die einen Krümmungsradius (Rb) in der Seitenwand hat, und eine Kurve, die einen Krümmungsradius (Rg) in der Schulter hat, die aus einem Kreis tangential zu den zwei Kurven besteht.
4. Reifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Forderung Ra 2 Rb 2 Rg unter den Krüümungsradien Ra, Rb und Rg erfüllt wird.
5. Reifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Forderungen Ra > Rb JRg und 0,92 Rb i Rg Z 0,96 Rb unter den Krümmungsradien Ra, Rb und Rg erfüllt werden.
6. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position (A-A') maximaler Breite des Reifens dicht an die Seite der Lauf fläche derart gebracht wird, daß das Verhältnis von h >0,5H gewährleistetist, wobei H die Reifenhöhe ist, gemessen längs des Abstandes vom Wulst zur Lauffläche in Richtung senkrecht zur Drehachse des Reifens, und h die Reifenhöhe ist, die längs des Abstandes vom Wulst zur Position maximaler Breite in dieser Richtung gemessen ist.
7. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Karkassenlage aus Metallseilen besteht.
8. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gürtellage aus Metallseilen besteht.
9. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtelschicht aus drei Gürtellagen besteht.
10. Reifen nach einem der Ansprüche 1-9, insbesondere für ein Fahrzeug mit hoher Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß die innere auf der Innenseite der Karkassenlage angeordnete Auskleidungsschicht derart angeordnet ist, daß die Dicke t der inneren Auskleidungsschicht in der Nachbarschaft des Mittelpankts (d) im Bereich zwischen dem Mittelpunkt (a) der Karkassenlage aufdrr Stellung (A-A') maximaler Breite des Reifens und dem äußersten Endteil (E) am größten ist, wo mindestens zwei Gürtellagen einander kreuzen, und allmählich zum Mittelpunkt (a) und dem äußersten Endteil (E) hin abnimmt und daß die Krümmungsradien Ra, Rb und Rg die Forderung erfüllen: Ra 7Rb 2 Rg.