DE3000936A1

DE3000936A1 - Luftreifen, insbesondere fuer flugzeuge

Info

Publication number: DE3000936A1
Application number: DE19803000936
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Lafanechere; Jean Olagnier; Michel Sureau
Original assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Current assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Priority date: 1979-01-11
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1980-07-24
Also published as: GB2042429B; IT8067030A0; FR2446193B1; LU82073A1; IT1128354B; FR2446193A1; GB2042429A

Description

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Z/II Gas 693
11 · Januar 1980

PNEUMATIQUE3, CAOUTCHOUC MANUFACTURE ET
. PLASTIQUES KLEBER ~ COLOMBES S.A. ,

92700 COLOMBES/Frankreich

Luftreifen/ insbesondere für Flugzeuge

Die Erfindung betrifft Luftreifen für Fahrzeuge, die
sich mit großer Geschwindigkeit und unter großen Belastungen bewegen, so daß die Luftreifen im Betrieb üblicherweise einer beträchtlichen Verformung bzw. Abflachung unterworfen sind. Derartige Betriebsbedingungen treten beispielsweise
bei Flugzeugen auf, die sich ir.it einer Geschwindigkeit von
300 bis 400 km/h auf der Landebahn bewegen und deren Luftreifen beim Abrollen unter normaler Belastung um ungefähr 32 % der Höhe des Reifenquerschnitts gestaucht werden.

Bei diesen harten Betriebsbedingungen bringt die durch die Verformungen hervorgerufene innere Wärme die Luftreifen auf eine Temperatur, die häufig über der Widerstandskraft der Elastomere und der Gewebe liegt. Der Konstrukteur ist daher vor das Problem gestellt, zu versuchen, die Erwärmung im Betrieb zu verringern und zu diesem Zweck widerstandsfähigere

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Verstärkungsmaterialien au verwenden, um die Anzahl der Lagen und die Masse des Materials zu verringern, die diese Erwärmung bewirken. Als Verstärkungsmaterial für die Luftreifen werden üblicherweise Seile verschiedener Art und Widerstandskraft verwendet. Ganz allgemein werden Textilseile aus verdrillten Fäden verwendet, die entweder aus natürlichen Fasern (Baumwolle) oder synthetischen Fasern (Polyamide, Polyester) bestehen, weil diese Fasern weich, leicht und in einem gewissen Maß elastisch sind, so daß sie die Kräfte verteilen können. Die Erzielung der notwendigen Widerstandskraft für stark belastete Luftreifen führt aber dazu, daß zahlreiche Gewebelagen übereinander angeordnet werden. Es gibt noch widerstandsfähigere Seile aus Mineralstoffen, wie z.B. Seile aus Glas- oder Kohlenstoffasern, die aber gegen Ermüdung anfällig sind, oder auch Stahldrähte, die aber nicht hinreichend weich sind, um sich der beträchtlichen Verformung anzupassen und die als wesentlichen Nachteil ein hohes Gewicht aufweisen, was bei Luftreifen für Flugzeuge sehr nachteilhaft ist, wo das Gewicht und die dynamische Masse offensichtlich bedeutsam sind. Seit ihrem Erscheinen hat man auch versucht Seile aus aromatischen Polyamiden oier Aramid zu verwenden, die den Vorteil aufweisen, daß sie neben einem geringen spezifischen Gewicht eine wesentlich größere Widerstandsfähigkeit als die vorstehend genannten Seile haben. Gleichwohl haben die erzielten Ergebnisse den Erwartungen aber nicht entsprochen. Wenn man nämlich Kabel aus aromatischen Polyamiden zur Konstruktion des Laufflächengürtels von Flugzeugreifen verwendet, wobei man die ausreichende Widerstandskraft des Gürtels theoretisch berechnet, dann beobachtet man häufig Gewaltbrüche des Gürtels im Verlauf von Versuchen unter Betriebsbedingungen, bei denen übermäßige Kräfte aufgebracht werden, die demjenigen vergleichbar sind, wie sie im tatsächlichen Betrieb auftreten können (beispielsweise bei einer Notlandung), wobei der Luftreifen bis zur vollständi-

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gen Abflachung verformt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, leistungsfähigere Luftreifen zu schaffen, insbesondere zur Verwendung bei großen Geschwindigkeiten und/oder unter starken Belastungen, die beträchtliche Verformungen bewirken. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, die Verwendung von Kabeln oder Seilen aus aromatischen Polyamiden in derartigen Luftreifen unter solchen Bedingungen zu ermöglichen, daß die außergewöhnliche Widerstandskraft dieser Kabel vollständig ausgenützt werden kann, insbesondere zur Ausbildung des die Lauffläche eines Reifens mit Radialkarkasse verstärkenden Gürtels»

Gemäß der Erfindung besteht ein Luftreifen für die in Rede stehenden Gebrauchszwecke und insbesondere für Flugzeuge aus einem Körper, der durch eine Radialkarkasse verstärkt ist, die auf jeder Seite um die Felgenringe der Reifenwülste umgeschlagen ist, und aus einem Laufflächengürtel, der zwischen der Karkasse und dem Laufband des Reifens angeordnet ist, dieser Gürtel enthält zwei oder mehr übereinanderliegende Lagen oder Paare von Lagen, die aus verzwirnten Kabeln aus aromatischen Polyamiden gebildet sind, die im wesentlichen in Längsrichtung des Reifens angeordnet oder in Bezug auf diese Richtung geringfügig geneigt sind, wobei die aufeinanderfolgenden Lagen des Gürtels aus Kabeln gebildet sind, deren Dehnungsgrad unter Belastung von der innersten Lage des Gürtels zur äußersten Lage hin zunimmt, wobei der Dehnungsgrad der Kabel zwischen 3 und 12 % beträgt«.

Als Dehnungsgrad zur Auswahl der Kabel wird vorstehend die Bruchdehnung dieser Kabel betrachtet» Man kann sich aber auch (unter Berücksichtigung der entsprechenden Korrekturen) auf den Dehnungsgrad bei bestimmten Belastungen beziehen, die kleiner sind als die Bruchlast (Zugmodul) oder in umgekehrter Weise auf Belastungen beziehen, die aufgebracht werden müssen,

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um eine bestimmte Dehnung der Kabel zu erhalten. In dem letzten Fall nimmt die charakteristische Belastung zur Dehnung der Kabel der aufeinanderfolgenden Lagen von der innersten Lage des Gürtels zur äußersten Lage hin ab.

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Bequemlichkeit verwendet man für die aufeinanderfolgenden Lagen des Gürtels vorzugsweise verzwirnte Kabel für Reifen der üblichen Verwendung und von identischer Ausbildung für alle Lagen, und man stellt die Dehnungseigenschaften dieser Kabel ein, indem man sie unterschiedlich behandelt. Ein für diesen Zweck geeignetes Mittel besteht in der Verwendung von gleichförmig ausgebildeten Kabeln, die aber unterschiedliche Torsionskoeffizienten haben, wobei der Torsionskoeffizient der äußeren Lagen grosser ist als derjenige der inneren Lagen, um das gewünschte Verhältnis der Dehnungsgrade zu erhalten. Die erfindungsgemäßen Luftreifen haben demzufolge einen Laufflächengürtel, der sehr homogen ist, weil er aus Kabeln aus dem gleichen Material gebildet ist, nämlich aus Kabeln der gleichen Ausbildung, so daß die Gefahren ausgeschaltet sind, die der Heterogenität der Materialien anhaften. Darüberhinaus ist dieser Gürtel leicht, aber doch weniger empfindlich gegen Fliehkräfte und gegen die Ausbildung von stationären Wellen bei sehr hohen Geschwindigkeiten. Im Betrieb des Reifens wird dieser Gürtel üblicherweise Dehnungskräften in Umfangsrichtung ausgesetzt, die vom Luftdruck und von der Fliehkraft herrühren _t die bestrebt ist, den Durchmesser des Reifens zu vergrößern und den Krümmungsradius seines Querschnitts zu verkleinern. Diese Expansionskräfte werden von den im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Kabeln der aufeinanderfolgenden Lagen aufgefangen_{ die eine begrenzte Längung erfahren. Die Kabel der inneren Lagen des Gürtels, die einen geringeren Dehnungsgrad aufweisen, nehmen einen Teil dieser Kräfte auf, der im Verhältnis zu demjenigen Teil dieser Kräfte, der "on den Kabeln der äußeren Lagen mit größerem Dehnungsgrad wesentlich

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bedeutsamer ist. Wenngleich das Verhältnis der Dehnungsgrade der Kabel der aufeinanderfolgenden Lagen klein genug ist, so ergibt sich daraus doch'_f daß die Kabel der äußeren Lagen in bedeutsamer Weise zur Widerstandsfähigkeit gegen die genannten Expansionskräfte beitragen, die auf den gesamten Gürtel ausgeübt werden. Zusätzlich zu diesen in Umfangsrichtung wirkenden Expansionskräften infolge des Luftdrucks und der Fliehkraft ist der Gürtel auch sehr bedeutsamen Biegekräften ausgesetzt, die auf die Anfangs- und die Endzone der Berührungsfläche des Reifens mit dem Boden konzentriert sind. An diesen Stellen ist der Gürtel in Längsrichtung mit wesentlich kleineren Krümmungsradien gekrümmt als seinem normalen Krümmungsradius, der dem Reifendurchmesser entspricht. Da die neutrale E'aser der Verformung des Reifens ungefähr in der Mitte des Gürtels (oder wegen der Dicke der unter dem Gürtel befindlichen Karkasse ein wenig nach außen versetzt) angeordnet ist, ergibt sich, daß an diesen Stellen einer starken Verformung die Expansionskräfte, die sich den Reifendruckkräften über-3.agern, im wesentlichen über die Kabel der äußeren Lagen verteilen. Da man für die äußeren Lagen Kabel mit einem größeren Dehnungsgrad verwendet, kann man erreichen, daß diese Kräfte einer örtlichen Längung progressiv und besser verteilt von allen Lagen des Gürtels aufgenommen werden, bevor die Kabel der einen oder der anderen Lage ihre Bruchdehnung erreicht haben. Der gesamte Gürtel ist daher gegen die extremen Kräfte einer Längung in den örtlich begrenzten Bereichen starker Verformungen besser geschützt, und er ist gegen Brüche widerstandsfähiger, die insbesondere bei den in Rede stehenden Luftreifen beobachtet werden, die im Betrieb üblicherweise beträchtlichen Verformungen unterworfen sind, die häufig bis zur vollständigen Abflachung des Reifens führen, so daß dieser zwischen dem Boden und der Felge zermalmt wird,

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen Querschnitt durch einen Reifen zeigt»

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"I"

Beispiel 1.- Es wird ein Reifen der Dimension 26 χ 6,6 mit dem gezeigten Aufbau für ein Flugzeug geschaffen. Dieser Reifen soll eine normale statische Last von 44.500 N tragen, wobei der Luftdruck im Inneren des Reifens 15,5 bar beträgt und die Abflachung des Reifens unter Belastung 32 % der Höhe H seines Querschnitts betragen soll.

Der Reifen besteht aus einer Radialkarkasse 10, die aus zwei Kabellagen 11, 12 gebildet ist, die auf jeder Seite um die Felgenringe 13 der Reifenwülste 14 herumgelegt sind, und aus einem Verstärkungsgürtel 15, der sich unter dem Laufband 16 erstreckt und dessen Breite näherungsweise der Breite L der Lauffläche entspricht. Dieser Gürtel ist aus vier Lagen gebildet, die in zwei Paare von übereinanderliegenden Lagen 17, 18 und 19, 20 unterteilt sind und aus Kabeln aus aromatischen Polyamiden der gleichen Ausbildung 1670/1/3 decitex bestehen, die in jedem Paar der Lagen symmetrisch orientiert sind, wobei sie mit der Umfangsrichtung näherungsweise einen Winkel von 20° einschließen. Die Kabel sind in üblicher Weise mit Gummi verklebt und kalandert, um endlose Lagen zu bilden, aus denen die einzelnen Lagen des Gürtels herausgeschnitten werden. Die Kabel, die für das erste und das zweite Paar der Lagen verwendet werden, die innen (auf der Karkasse) und aussen (unter dem Laufband) angeordnet sind, haben folgende Eigenschaften:

Verdrillung (U/m)
(Zwirn und Flechtart)

Bruchlast (N)
Bruchdehnung (%)
Dehnung unter 300 N {%)
Belastung zu einer
Dehnung von 2 % (N)

Kabel des
ersten Paares der Lagen 17, 18

200/200

730

4,2

300

Kabel des zweiten Paares der Lagen 19,

300/300

650 6

125

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Beispiel 2.- Es wird ein Luftreifen für Flugzeuge der gleichen Art wie derjenige des Beispiels 1 geschaffen,, der aber die Dimension 30 χ 11„50-14,50 hat, für eine statische Belastung von 113.400 N_/einen inneren Luftdruck von 17 bar und eine Abflachung unter Belastung von 32 % ausgelegt ist. Der Reifen besteht aus einer Radialkarkasse 10 mit zwei ähnlichen Lagen 11, 12 und einem Laufflächengürtel 15, der in diesem Fall sechs Lagen aufweist, die in drei Paare von Lagen unterteilt sind, in denen die Kabel abwechselnd symmetrisch unter einem Winkel von näherungsweise 20 gegenüber der Längsrichtung oder der Umfangsrichtung angeordnet sind» Für die Lagen des Gürtels 15 verwendet man Kabel aus aromatischen Polyamiden mit der Ausbildung 1670/1/3 decitex, die die nachfolgenden Eigenschaften aufweiseng

erstes Paar der Lagen

zweites Paar der Lageja

drittes Paar der Lagen

Verdrillung (U/m) 200/200 300/300 400/400

Bruchlast (N) 760 650

Dehnung unter 300 N {%) 2 4 6,7

Bruchdehnung (%) 4,2 6 i 9

Belastung zu einer

Dehnung von 2 % (N) 300 125 '

Von den vorstehend beschriebenen Konstruktionen des Gürtels abweichende Konstruktionen können aus diesen Ausführungsbeispielen abgeleitet werden«, Man kann insbesondere für die aufeinanderfolgenden Lagen des Gürtels Kabel von unterschiedlicher Ausbildung oder Kabel verwenden, denen unterschiedliche Dehnungsgrade durch eine mechanische DehnuAgsbehandlung oder durch eine thermische Behandlung oder durch eine diese beiden Vorgänge umfassende kombinierte Behandlung verliehen wurden. Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung kann man den Lagen des Gürtels, die von Kabeln aus aromatischen

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Polyamiden gebildet sind, die einen zunehmenden Dehnungsgrad aufweisen, wie dies vorstehend beschrieben wurde, zusätzliche Lagen hinzufügen, die aus anderen Kabeln mit einem verhältnismäßig großen Dehnungsgrad von 10 bis 20%, wie z.B. Kabel aus aliphatischen Polyamiden, bestehen. Dieser Gesichtspunkt ist bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel berücksichtigt.

Beispiel 3.- Es wird ein Flugzeug-Radialreifen der gleichen Art wie bei den Beispielen 1 und 2 mit der Dimension 30 χ 11,50-14,50 geschaffen, der aus einer Radialkarkasse 10 mit zwei Lagen und aus einem Gürtel 15 mit sechs Lagen besteht, die in drei Paare von Lagen unterteilt sind, in denen die Kabel abwechselnd unter einem Winkel von 20° gegenüber der Umfangsrichtung angeordnet sind. Für diese Lagen des Gürtels verwendet man Kabel der Ausbildung 1670/1/3 decifcex. j :

erstes Paar zweites Paar drittes Paar der Lagen der Lagen der Lagen

Textilart	Aramid	Aramidl	Polyamid 6,6
Verdrillung (U/m)	300/300	400/400	460/420
Bruchlast (N)	650	550	150
Bruchdehnung (%)	6	9	17
Belastung zu einer
Dehnung von 2 % (N)	125	60

Andererseits kann man die erfindungsgemäßen Gürtel nach anderen bekannten Konstruktionsprinzipien ausgestalten, wie z.B. Gürtel, bei denen die aufeinanderfolgenden Lagen oder die aufeinanderfolgenden Paare von Lagen aus Kabeln gebildet sind, deren Schräglaufwinkel von den inneren Lagen zu den äußeren Lagen von 10° auf 30° zunimmt. Weiterhin können

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eines oder mehrere der Paare von Lagen des Gürtels jeweils durch umgefaltete Lagen oder durch Lagen mit in Längsrichtung umgefalteten Rändern ersetzt werden.

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BezugsZeichenaufstellung :

H Höhe des Reifens

L Breite der Lauffläche

10 Radialkarkasse

"4 } Kabellagen von 10

13 Felgenringe

14 Reifenwülste

15 Laufflächengürtel

16 Laufband

r_o I erstes Paar Kabellagen von LH )

zt \ zweites Paar Kabellagen von

Claims

-JMf- Patentansprüche

1... Luftreifen mit Radialkarkasse und Laufflächengürtel für große Geschwindigkeit und starke Abflachung, insbesondere für Flugzeuge, bei dem der Laufflächengürtel zwei oder mehr übereinanderliegende Lagen oder Paare von Lagen aus gezwirnten Textilkabeln aus aromatischen Polyamiden aufweist, die im wesentlichen in Längsrichtung oder unter einem kleinen Winkel zur Umfangsrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabel aus aromatischen Polyamiden der aufeinanderfolgenden Lagen oder der Paare von Lagen (17, 18 und 19, 20) des Laufflächengürtels (15) einen Dehnungsgrad haben, der von den inneren Lagen (17, 18) zu den äußeren Lagen (19, 20) des Laufflächengürtels hin zunimmt, wobei die Bruchdehnung der Kabel 3 bis 12 % beträgt.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Lagen (17-20) des Laufflächengürtels (15) aus Kabeln aus aromatischen Polyamiden bestehen, die alle den gleichen Aufbau auf v/eisen, wobei diese Kabel einer Behandlung unterzogen wurden, damit sie einen unterschiedlichen Dehnungsgrad aufweisen«

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabel der Lagen oder der Paare von Lagen (17, 18 und 19 _t 20) des Laufflächengürtels eine Verdrillung aufweisen, die von den inneren Lagen (17, 18) zu den äußeren Lagen des Laufflächengürtels (15) hin zunimmt, wobei die Verdrillung der Kabel 200 bis 400 Umdrehungen pro Meter beträgt»

4. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufflächengürtel (15) eine oder meh-

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rere zusätzliche Lagen aus Kabeln rait einem größeren Dsbnungsgrad von IO bis 20 %_t wie z.B. Kabel aus aliphatischen Polyamiden aufweisen, wobei die zusätzlichen Lagen über den Lagen aus Kabeln aus aromatischen Polyamiden und unter dem Laufband (16) des Reifens angeordnet sind.

5. Luftreifen nach Anspruch 1 mit einem Laufflächengürtel, der aus zwei übereinanderliegenden Paaren von Lagen aus Kabeln aus aromatischen Polyamiden mit dem Aufbau 1670 χ 1 χ 3 decitex besteht, die unter einem V/inkel von näherungsweise 20 gegenüber der Omfangsrichtung in jedem Paar von Lagen entgegengesetzt orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabel, die das der Karkasse (10) benachbarte erste Paar von Lagen (17, 18) bilden, eine Bruchdehnung von 3 bis 5 % haben und daß die Kabel, die das zweite Paar von Lagen (19, 20) bilden, eine Bruchdehnung haben, die größer ist als diejenige der Kabel des ersten Paares von Lagen (17, 18) und 5 bis 7 % beträgt.

6. Luftreifen nach Anspruch 1 mit einem Laufflächengürtel, der aus drei übereinanderliegenden Paaren von Lagen aus Kabeln aus aromatischen Polyamiden mit dem Aufbau 1670 χ 1 χ 3 decitex besteht, die unter einem Winkel von näherungsweise 20° gegenüber der Umfangsrichtung in jedem Paar von Lagen entgegengesetzt orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabel, die das der Karkasse (10) benachbarte Paar von Lagen bilden, eine Bruchdehnung von 3 bis 5 % haben, daß die Kabel, die das zweite Paar von Lagen bilden, eine Bruchdehnung haben, die größer ist als diejenige der Kabel des ersten Paares von Lagen und 5 bis 7 % beträgt, und daß die Kabel, die das dritte Paar von Lagen bilden, eine Bruchdehnung haben, die größer ist als diejenige der Kabel des zweiten Paares von Lagen und 7 bis 12 % beträgt.

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