DE3108886A1 - Pneumatischer reifen - Google Patents

Description

THE GOODYEAR TIRE & RUBBER COMPANY
1144 East Market Street
Akron , Ohio 44-316 / V.St.A.

Pneumatischer Reifen

Die Erfindung betrifft einen neuartigen verbesserten pneumatischen Reifen.

Es ist wohlbekannt, daß es erstrebenswert ist, einen Reifen in einer derartigen Konfiguration auszuhärten, daß der Karkassenlagenaufbau der natürlichen Gleichgewichtsdruckkurve über wenigstens einen Abschnitt seiner Länge folgt. Die natürliche Gleichgewichtsdruckkurve ist die durch die Cordbahn und die Abmessungen vorgeschriebene Gestalt des Karkassenlagenaufbaus, die er anzunehmen tendiert, wenn er auf der Felge montiert ist, für die er konstruiert ist, und auf seinen Nenndruck aufgepumpt ist. Dieses Konzept ist gründlich erörtert und erläutert in "Mathematics Underlying The Design of Pneumatic Tire" von Oohn F. Purdy. Die US-PSen 3 757 844, 3 910 336 und 3 938 575 erläutern den Stand der Technik, wobei wenigstens ein Abschnitt des Karkassenlagenaufbaus der natürlichen Gleichgewichtsdruckkurve folgt.

Beim normalen Betrieb eines pneumatischen Reifens ist der Wulstbereich Korrosionskräften und Spannungskonzentrationen unterworfen, welche die Dauerhaftigkeit, die Führung und das Gesamtverhalten des Reifens wesentlich vermindern.können. Der Stand der Technik berücksichtigt diese Kräfte nicht. In dem Stand der Technik sind die Karkassenlagen alle unmittelbar einander benachbart oder sind in Positionen symmetrisch zu der natürlichen Gleichgewichtsdruckkurve in dem Wulstbereich angeordnet. Der Karkassenlagenaufbau trägt nicht zu der lateralen Stabilität des Reifens bei oder verbessert nicht die Wulstdauerhaftigkeit unter lateralen Kräften.

Die Erfindung gibt einen verbesserten pneumatischen Reifen an, welcher die Vorteile eines Reifens aufweist, bei welchem die Karkassenlagen bei den natürlichen Gleichgewichtsdruckkurven gelegen sind, und welcher gleichzeitig eine verbesserte Führung und Dauerhaftigkeit vorsieht.

Ein erfindungsgemäßer Reifen umfaßt wenigstens zwei Karkassenlagenaufbauten, bei welchen ein Karkassenlagenaufbau benachbart der axial inneren Flache des Wulstkernes eingeschlagen ist und der zweite Karkassenlagenaufbau benachbart der axial äußeren Fläche des Wulstkernes eingeschlagen ist. Die neutrale Konturlinie jedes Karkassenlagenaufbaus folgt der natürlichen Gleichgewichtsdruckkurve wenigstens in dem Wulstbereich des Reifens.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 einen Radialschnitt eines Reifens; und Figur 2 einen Radialschnitt des Reifens von Figur 1, wenn er eine seitliche Kraft erfährt.

In Figur 1 ist ein pneumatischer Reifen 10 dargestellt. Der Reifen 10 weist einen in Umfangsrichtung verlaufenden, den Boden berührenden Laufstreifen 12 auf, der an seinen seitlichen Enden in einem Paar Schultern 14, 15 endet. Zwei Seitenwände 16, 17 erstrecken sich von den jeweiligen Schultern 14-, 15 radial einwärts und enden in einem Paar Wülsten 18, In jeden der Wülste 18, 19 ist ein im wesentlichen nichtdehnbarer Wulstkern 20 bzw. 21 eingebettet. Die Wulstkerne 20, in der dargestellten Ausführungsform sind vorzugsweise aus Stahldrähten hergestellt. Ein Karkassenverstarkungslagenaufbau 22 verläuft von dem Wulst 18 durch die Seitenwand 16, den Laufstreifen 12 und die Seitenwand 17 zu dem Wulst 19. Der Karkassenverstarkungslagenaufbau 22 umfaßt zwei Verstärkungslagenaufbauten 23 und 2A-. Der Karkassenverstärkungslagenaufbau 22 hat den Aufbau "Einer hinauf, einer hinunter",

das heißt, einen Aufbau, bei welchem die Enden des axial innersten Verstärkungslagenaufbaus 23 benachbart der axial innersten Fläche von jedem der Wulstkerne 20, 21 in jedem der entsprechenden Wulstbereiche 18 und 19 eingeschlagen sind und die Enden des axial äußersten Verstärkungslagenauf baus 24· benachbart der axial äußersten Fläche von jeden der Wulstkerne 20, 21 in jedem entsprechenden Wulstbereich 18, 19 eingeschlagen sind. In der speziellen dargestellten Ausführungsform umfassen die Verstärkungslagenaufbauten 23 und 24 je eine Lage von gummibeschichtetem Gewebe. Das Gewebe umfaßt eine Vielzahl paralleler Corde, welche aus jeglichem zur Gummiverstärkung verwendeten Material bestehen können, beispielsweise, aber ohne Einschränkung, Rayon, Nylon, Polyester und Stahl, und können viele gewünschte Winkel zur Umfangsmittenebene des Reifens bilden. Die Corde der Verstärkungslagenaufbauten 23 und 24 bilden einen Winkel von etwa 75 bis etwa 90° zur Umfangsmittenebene. Während die spezielle dargestellte Ausführungsform die Verstärkungslagenaufbauten 23 und 24 mit je einer einzigen Lage zeigt, versteht es sich, daß jeder Aufbau 23 und 24 aus einer Vielzahl von Lagen oder Schichten bestehen kann, wobei beide Aufbauten vorzugsweise die gleiche Zahl von Gewebeschichten aufweist.

In Umfangsrichtung um die radial äußerste Fläche des Karkassenverstärkungslagenaufbaus 22 herum ist ein den Laufstreifen verstärkender Gürtelaufbau 28 angeordnet, der zwei geschnittene Verstärkungslagen 30, 32 paralleler Corde aufweist, die mit einer dünnen Schicht Gummi überzogen sind. Die Corde der Verstärkungslagen 30, 32 können aus jedem beliebigen zur Gummiverstärkung verwendeten Material bestehen, beispielsweise, aber ohne Einschränkung, Nylon, Rayon, Stahl und Aramid. Obzwar der Gürtelaufbau 28 mit zwei geschnittenen Verstärkungslagen 30, 32 gezeigt ist, kann der Gürtelaufbau 22 jede gewünschte Konfiguration aufweisen und kann völlig weggelassen werden, falls erwünscht. Die Corde der Verstärkungslagen 30 und 32 bilden vorzugsweise einen Winkel von etwa 15 - 30

zur Umfangsmittenebene des Reifens; in der speziellen dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel annähernd 21 . Vorzugsweise sind die Verstärkungslagen 30 und 32 derart orientiert, daß die Corde der Lage 30 einen Winkel aufweisen,

/ ^der
welcher dem durch die Corde'Gürtellage 32 gebildeten Winkel gleich und entgegengesetzt ist.

In jedem der Wülste 18, 19 ist eine Haitgummiverstärkung 34 bzw. 36 vorgesehen, welche zwischen den Verstärkungslagenaufbauten 23 und 24 radial nach außen verläuft. Die Hartgummiverstärkung 34 und 36 verlaufen radial nach außen und enden in einem Abstand A von dem Felgennenndurchmesser, welcher Abstand wenigstens 25% der Karkassenquerschnittshöhe CSH beträgt, vorzugsweise wenigstens 30%, und in der speziellen dargestellten Ausführungsform beträgt der Abstand A etwa 36% der maximalen Karkassenquerschnittshöhe CSH. Unter dem Felgennenndurchmesser bei der Erfindung bzw. in der Beschreibung ist der Abstand von der Rotationsachse verstanden, wie in der Größenbezeichnung des Reifens bezeichnet, und die maximale Karkassenquerschnittshöhe CSH ist der maximale radiale Abstand zwischen der neutralen Kontur des Karkassenverstärkungslagenaufbaus 22' unterhalb des Laufstreifens 12 und dem Felgennenndurchmesser. Die Hartgummiverstärkung 34, 36 umfaßt ein Material, das einen dynamischen Elastizitätsmodul von wenigstens 125 kg/cm aufweist. Der dynamische Elastizitätsmodul wird bestimmt durch den Vibra-Tester von Goodyear (ASTM-22331).

Der Reifen 10 wird in einer solchen Konfiguration ausgehärtet oder vulkanisiert, daß die neutrale Konturlinie von jedem der Verstärkungslagenaufbauten 23, 24 seiner jeweiligen natürlichen Gleichgewichtsdruckkurve folgt. Vorzugsweise folgen die Verstärkungslagenaufbauten 23 und 24 der natürlichen Gleichgewichtsdruckkurve radial auswärts bis zu der Stelle, wo sie zuerst auf den Gürtelaufbau 28 treffen.

In der Erfindung beduetet die neutrale Konturlinie des jeweiligen Verstärkungslagenaufbaus 23, 24 die Linie, welche in der Mitte zwischen der äußersten und der innersten Verstärkungslage jedes Verstärkungslagenaufbaus 23, 24 gelegen ist.

Die natürliche Gleichgewichtsdruckkurve für jeden der Verstärkungslagenaufbauten 23 und 24 wird gemäß folgender Beziehung bestimmt:

worin y der senkrechte Abstand von der Umfangsmittenebene vom Radius- O zu einem beliebigen Punkt auf der Reifenkarkasse für einen bestimmten Wert £ ist;

Q ist der Abstand von der Rotationsachse zu einem Punkt auf dem Reifen;

5 ist der Radius von der Rotationsachse zu dem Punkt auf m

der Reifenkarkasse, wo y sein Maximum annimmt;

Oi ist der ausgehärtete Cordwinkel, der äußere Winkel, welchen der Cord bildet mit dem Umfang eines beliebigen Kreises in der Umfangsrichtung des Reifens;

Q ' ist der Radius von der Rotationsachse des Reifens zu einem Punkt, der durch eine iterative Methode derart bestimmt ist, daß die durch die Gleichung definierte Kurve durch einen Punkt g , Y (in dem Schulterbereich spezifiziert) verläuft und tangential zu einer durch Y , Qu., Y_h bestimmten Linie, welche für den Karkassenaufbau in dem Wulstbereich bestimmt sind j
Q ist der Abstand von der Rotationsachse zu einem Punkt

in dem Schulterbereich, wo die Karkassenkontur von der Gleichung abweicht;

Y,, P, ist der Punkt, bei dem die Karkassenkontur von der Gleichung abweicht;

q r ist der Abstand von der Rotationsachse zu dem Punkt auf der Reifenkarkasse in dem Wulstbereich; Y, ist der Abstand von der Umfangsmittenebene vom Radius $ zu dem Punkt auf dem Reifenkarkassenwulstbereich; die obige Gleichung wird verwendet, wenn ein Gürtelverstärkungsaufbau 28 in dem Reifen 10 vorhanden ist. Wenn kein Giirtelverstärkungsaufbau vorhanden ist, wird der Term e¹ durch den Term ^ ersetzt, welcher definiert ist als der Radius von der Rotationsachse zu einem Punkt auf dem Reifen bei der Laufstreifenmitte.

In der Erfindung ist die maximale Karkassenquerschnittsbreite CSW der maximale Abstand, welcher parallel zur Rotationsachse des Reifens zwischen der neutralen Kontur des Karkassenverstärkungslagenaufbaus 22 gemessen wird.

Beim normalen Betrieb eines pneumatischen Reifens ist der Wulstbereich Torsionskräften und Spannungs- oder Beanspruchungskonzentrationen unterworfen, welche die Dauerhaftigkeit und die Führungscharakteristik, eines Reifens wesentlich vermindern können. Dies hat besondere Bedeutung bei Radialreifen, das heißt, Reifen, bei welchen die Corde einen Winkel von etwa 75 bis 90 zu der Umfangsmittenebene bilden. Die Karkassenlagen eines Radialreifens tragen nicht wesentlich zu der Seitenstabilität des Reifens oder zu verbesserter Wulstdauerhaftigkeit unter Lateralkräften bei. Der Karkassenlagenaufbau "einer hinauf, einer hinunter" schafft Wulstdauerhaftigkeit und verbessert die Seitenstabilität des Reifens bei Lenkmanövern.

In Figur 2 ist der Reifen 10 dargestellt, der eine Seitenkraft oder Lateralkraft erfährt. Die Konstruktion "einer hinauf, einer hinunter" versetzt einen der Verstärkungslagenaufbauten 23 oder 24 in Kompression;, während der andere unter Spannung ist, je nachdem welcher Wulst betrachtet wird. Der Verstärkungslagenaufbau, welcher unter Spannung gesetzt wird, trägt zu der Stabilität des Reifens bei. Das Aushärten des Reifens in derjenigen Gestalt, in der jede der Verstärkungslagenaufbauten seiner eigenen natürlichen Gleichgewichtsdruckkurve folgt, minimiert die Beanspruchungen und Spannungsschwankungen in den Corden jedes Verstärkungslagenaufbaus, während es gleichzeitig den Karkassenverstärkungslagenaufbauten gestattet, in Spannung zu treten, wenn es der Zustand erfordert, um die Lateralstabilität des Reifens zu verbessen. Ein erfindungsgemäß hergestellter Reifen zeigt verbesserte Seitenstabilität und Wulstdauerhaftigkeit, ohne daß das Normalverhalten des Reifens nachteilig beienflußt wird. Die Erfindung eignet sich besonders gut für Radialreifen, das heißt, Reifen, bei welchen die Corde des Verstärkungslagenaufbaus einen Winkel von etwa 75 bis 90 zur Umfangsmittenebene des Reifens bildet, bei welchem die verbesserte Seitenstabilität angestrebt wird.

Obzwar bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten zur Erläuterung der Erfindung gezeigt worden sind, leuchtet es dem Fachmann ein, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen oder dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Der Patentanwalt

Claims (5)

THE GOODYEAR TIRE & RUBBER COMPANY 1144 East Market Street Akron , Ohio 44316 / V.St.A. Ansprüche:

1. J Pneumatischer Reifen mit einem den Boden kontaktierenfn Lauf streif en, der an seinen seitlichen Enden in einem

Paar Schultern endet, einem Paar Seitenwänden, die sich von den Schultern radial einwärts erstrecken und in einem Paar entsprechender Wülste enden, von denen jeder wenigstens einen nichtdehnbaren Wulstkern aufweist, einem ersten Karkassenverstärkungslagenauf bau, der sich von Wulstkern zu Wulstkern erstreckt und dessen Enden je benachbart der axial inneren Fläche des entsprechenden Wulstkernes eingeschlagen sind, sowie einem zweiten Karkassenverstärkungslagenaufbau, der sich von Wulstkern zu Wulstkern erstreckt und dessen Enden benachbart der axial äußeren Fläche der entsprechenden Wulstkerne eingeschlagen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen in einer derartigen Konfiguration ausgehärtet ist, daß die neutrale Konturlinie des ersten sowie des zweiten Karkassenverstärkungslagenaufbaus (23, 24) mit der entsprechenden natürlichen Gleichgewichtsdruckkurve der Aufbauten zusammenfällt.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Karkassenverstärkungslagenaufbau (23, 24) je eine Lage Cordverstärkung umfassen.

3. Reifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

e der Lagen einen Winkel im Bereicl Umfangsmittenebene des Reifens bilden.

Corde der Lagen einen Winkel im Bereich von 75 - 90 zur

4. Reifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in Umfangsrichtung verlaufenden Gürtelverstärkungsaufbau (28) in dem den Boden berührenden Laufstreifen (12) radial außerhalb des ersten und zweiten Karkassenverstärkungslagenaufbaus (23,24).

5. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Wülste (18, 19) eine Hartgummiverstärkung (34, 36) aufweist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Karkassenverstärkungslagenauf bau (23, 24) angeordnet ist, radial ausserhalb der Wulstkerne (20, 21) verläuft und in einem Abstand von dem Felgennenndurchmesser endet, welcher Abstand wenigstens 25% der Karkassenquerschnittshöhe (CSH) beträgt.