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Luftreifen
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen im einzelnen
beschrieben, wobei die erfindungsgemäßen Merkmale anhand der einzelnen Figuren erläutert
werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Bedeutung dieser Forderung wird nun beschrieben.
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Die Scherbruchlast wird gemäß dem Verfahren bestimmt, welches in dem
Musterdiagramm der Figur 3 gezeigt ist.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es ist ebenfalls bestätigt worden, daß für t2/t1 <0,3, d.h.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Typische Beispiele von Reifen, welche diese Bedingungen erfüllen,
sind in Tabelle I gezeigt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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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