DE68912253T2

DE68912253T2 - Luftreifen.

Info

Publication number: DE68912253T2
Application number: DE89309469T
Authority: DE
Inventors: Kuninobu Kadota; Yoshihide Kohno; Hiroyuki Koseki; Norinaga Matsushita
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-09-19
Also published as: EP0360539B1; EP0360539A2; DE68912253D1; EP0360539A3; ES2050247T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen, bei dem die Haltbarkeit eines Gürtels, der die Krone einer Karkasse verstärkt, verbessert wird, wozu die ungleichmäßige Abnutzung, die an den Schultern einer Lauffläche auftritt, wirksam vermindert wird, um die Krone der Karkasse zu verstärken, und insbesondere auf einen Luftreifen, bei dem eine Verlängerung der Abnutzungs-Lebensdauer des Reifens durch Verwirklichung einer gleichmäßigen Abnutzung über die Lauffläche des Reifens erreicht wird, wozu die bei der Lauffläche auftretende ungleichmäßige Abnutzung wirksam vermindert wird.
Bei Luftreifen sind die äußeren Durchmesser beider Schultern im allgemeinen kleiner als die äußeren Durchmesser in der Mitte, um ein sogenanntes "Kronen-R" zu erhalten, damit die Manövrierstabilität beim Kurvenfahren sichergestellt wird und ein übermäßiger Bodenkontaktdruck bei der berührenden Oberfläche der Laufflächenschultern vermieden wird. Dies hat jedoch zur folge, daß der Unterschied in der Umfangslänge zwischen der Mitte und den Schultern der Lauffläche groß wird, so daß beim Rollen unter Last an den Schultern Rutschen auftritt. Daher werden beide Schultern im Vergleich zu der Mitte der Lauffläche vorzeitig abgenutzt, so daß dazwischen ein Höhenunterschied auftritt. Dabei handelt es sich um eine ungleichmäßige Abnutzung an den Schultern der Lauffläche.
Dieses Problem wird gelöst oder vermindert, wenn ein Gürtel oder Protektoren als an den Laufflächengummi angrenzende Karkassenkronen-Verstärkungsmittel längs eines äußeren Umfangs der Lauffläche leicht dehnbar gemacht werden. In diesem Fall kann es jedoch schwierig sein, die Form des Reifens aufrechtzuerhalten, wenn er einem inneren Druck ausgesetzt wird, oder die Querkräfte können beim Kurvenfahren ungenügend werden, so daß Anforderungen bezüglich wesentlicher Leistungsmerkmale von Reifen eventuell nicht erfüllt werden.
Daher ist es notwendig, die bei den Laufflächen von Luftreifen auftretende ungleichmäßige Abnutzung wirksam zu verhindern.
Es wurde versucht, die Steifigkeiten von Verstärkungselementen, wie Gürtel oder Protektoren, in der Mitte und an den Schultern der Lauffläche zu ändern.
Bei einem solchen Versuch werden Garne aus organischen Fasern oder Metalldrähte, insbesondere Stahldrähte, verdrillt, um verstärkende Cordfäden zu bilden, die parallel angeordnet werden und mit Gummi beschichtet werden, um ein gummibeschichtetes Cordgewebe zu bilden. Das gummibeschichtete Cordgewebe wird schräg in Streifen zerschnitten, die in Schichten angeordnet werden, deren Cordfäden sich in einer Aquatorebene des Reifens überschneiden, wodurch der Reifen bei der Krone durch einen Gürtel mit sich überschneidenden Cordfäden verstärkt wird. In diesem Fall erstrecken sich die Verstärkungs-Cordfäden kontinuierlich von einer Schulter zu der anderen. Um die Steifigkeit des Gürtels in der Mitte und an den Schultern zu verändern, werden die Verstärkungsschichten unterteilt, damit bei den unterteilten Schichten verschiedene Winkel der betreffenden Cordfäden vorgesehen werden können, oder in der Mitte des Gürtels wird eine weitere Verstärkungsschicht hinzugefügt.
Bei diesen Verfahren sind jedoch mehr Produktionsschritte und Teile erforderlich, um die Verstärkungsschichten zu unterteilen und eine weitere Schicht hinzuzufügen, wodurch sich eine niedrigere Produktivität ergibt. Außer dem Nachteil der Diskontinuität in der Steifigkeit an den Stellen der Unterteilung und Hinzufügung der Schichten, werden wahrscheinlich infolge der Zunahme der Streßkonzentrationsquellen an den Enden der Cordfäden Trennungen bei diesen Stellen auftreten. Daher sind diese Verfahren nachteilig für die Haltbarkeit des Gürtels oder Protektors.
Die Figur 1 veranschaulicht ein anderes Beispiel für Verstärkungselemente gemäß dem Stand der Technik, die so angeordnet sind, daß sie sich unter Winkeln von 20º bezüglich einer Äquatorebene eines Reifens überschneiden. In der Figur 2 sind die Verstärkungselemente längs einer Aquatorebene eines Reifens angeordnet. Diese Anordnungen der Verstärkungselemente reichen jedoch noch nicht aus, um die Krone einer Karkasse zu verstärken.
Andererseits ist eines der wichtigen Leistungsmerkmale von Reifen die Erreichung einer gleichmäßigen Abnutzung beim Lauf des Reifens. In der Praxis tritt jedoch bei LKW-Radialreifen auf dem Umfang der Reifen infolge der hohen Lasten beim Lauf leicht ungleichmäßige Abnutzung (sogenannte "wellenförmige Abnutzung") auf.
In dem Fall, in dem Streifenschichten mit zickzack- oder wellenförmigen Cordfäden oder Filamenten als Verstärkungselemente besonders nahe bei der Lauffläche eines Reifens angeordnet sind, wurde festgestellt, daß das Auftreten der wellenförmigen Abnutzung wahrscheinlicher ist, wobei dies auf einen Zusammenhang zwischen der Form der Verstärkungselemente und der Reifenumfangslänge zurückzuführen ist.
Dokumente, in denen diese Tatsachen beschrieben sind, konnten nicht gefunden werden.
Die Längen der wellenförmiger Abnutzung sind in den meisten allgemeinen Fällen 0,05 L, wobei L die maximale Umfangslänge des Reifens ist. Dies bedeutet, daß eine natürliche Form der wellenförmigen Abnutzung Längen von 0,05 L aufweist.
Daher tritt die wellenförmige Abnutzung überwiegend in der natürlichen Form auf, wenn die Wellenlängen der als Verstärkungselemente verwendeten zickzack- oder wellenförmigen Cordfäden oder Filamente größer als 0,05 L sind.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen verbesserten Luftreifen vorzuschlagen, bei dem außer der Verhinderung einer ungleichmäßigen Abnutzung der Lauffläche die Lauffläche durch ein neuartiges Karkassenkronen-Verstärkungsmittel verstärkt wird, um die erforderliche und ausreichende, gleichmäßige Steifigkeitsverteilung der Lauffläche zu erhalten, ohne daß zusätzliche Elemente erforderlich sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Luftreifen vorzuschlagen, bei dem das Auftreten einer ungleichmäßigen Abnutzung der Lauffläche verhindert wird, wenn ein Gürtel mit zickzack- oder wellenförmigen Cordfäden oder Filamenten als Verstärkungselemente verwendet wird, wozu die Lauffläche mit Hilfe besonderer Verstärkungselemente verstärkt wird, die die Haltbarkeit des Gürtels verbessern und zugleich die Abnutzungs-Lebensdauer des Reifens verlängern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Luftreifen vorgeschlagen, der eine durch mindestens zwei Wulstkerne verankerte, toroidförmige Karkasse, und einen Gürtel mit mindestens einem Streifen umfaßt, wobei dieser Streifen als Verstärkungselemente eine Vielzahl von im allgemeinen wellen- oder zickzackförmigen Cordfäden oder Filamenten enthält, die nebeneinander um eine Krone der toroidförmigen Karkasse herum angeordnet sind, und dieser Streifen mit einem Material mit hohem Molekulargewicht beschichtet ist, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Verstärkungselemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Verstärkungselemente des Streifens in Breitenrichtung des Gürtels so angeordnet sind, daß die Verhältnisse der Amplituden zu den Wellenlängen der Wellen an den Seitenrändern des Gürtels am größten sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Verhältnisse der Amplituden zu den Wellenlängen der Wellen zu den Seitenrändern des Gürtels hin in progressiver Weise erhöht. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Verstärkungselemente im wesentlichen parallel zu einer Aquatorebene des Reifens angeordnet. Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Gürtel mindestens zwei Streifen auf, wobei mindestens zwei Verstärkungselemente eines Streifens sich mit mindestens zwei Verstärkungselementen des anderen Streifens überschneiden, und die Verstärkungselemente aller Streifen in der gleichen Richtung angeordnet sind.
Die Wulstkerne zum Verankern der toroidförmigen Karkasse sind gewöhnlich ein Wulstkern-Paar, wie im allgemeinen bei Reifen für Personenwagen, Kombiwagen, leichte Lastwagen und Zweiradfahrzeuge, aber bei großen Reifen eine Vielzahl von Wulstkern-Paaren. Die vorliegende Erfindung ist auf alle Reifen ohne irgendeine Begrenzung anwendbar. Die Erfindung ist also auf Reifen anwendbar, die mindestens ein Wulstkern-Paar aufweisen. Außerdem können bei den Lagen der toroidförmigen Karkasse verschiedene Arten von Cordfäden aus organischen Fasern, oder Metallcordfäden, insbesondere Stahlcordfäden, in selektiver Weise als Materialverstärkung verwendet werden, und zwar bei Reifen, die für verschiedene Zwecke geeignet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen die Verhältnisse der Amplituden zu den Wellenlängen der Verstärkungselemente in dem Bereich 0,005-0,175, und die Verhältnisse der Wellenlängen der Wellen zu den maximalen Umfangslängen des Reifens bei dem normalen Innendruck des Reifens bei weniger als 0,025.
Die Erfindung wird nachstehend weiter beschrieben, jedoch nur anhand eines Beispiels, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen:
Die Figuren 1 und 2 sind Abwicklungsansichten, die dem Stand der Technik entsprechende Gürtel veranschaulichen.
Die Figur 3a ist eine Abwicklungsansicht, die eine Ausführungsform eines Gürtels eines erfindungsgemäßen Reifens veranschaulicht.
Die Figur 3b ist eine Querschnittsansicht, die eine Lauffläche veranschaulicht, in die der in der Figur 3a wiedergegebene Gürtel eingebettet ist.
Die Figur 4a ist eine Abwicklungsansicht, die eine andere Ausführungsform eines Gürtels eines erfindungsgemäßen Reifens veranschaulicht.
Die Figur 4b ist eine Querschnittsansicht, die eine Lauffläche veranschaulicht, in die der in der Figur 4a wiedergegebene Gürtel eingebettet ist.
Die Figuren 5a und 5b sind eine Entwicklungsansicht bzw. eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.
Die Figur 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Reifenbildungsprozess bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
Die Figur 7 ist eine Querschnittsansicht des in der Figur 6 wiedergegebenen Reifens bei einem Vulkanisierprozeß.
Die Figur 8 ist eine Entwicklungsansicht eines Gürtels, die die Verformung des Gürtels veranschaulicht.
Die Figur 9 ist eine erklärende Ansicht eines bei der Erfindung verwendeten Verstärkungselements.
Die Figur 10 ist ein Diagramm, das die Auswirkung des Verhältnisses der Wellenlängen der Verstärkungselemente zu der maximalen Umfangslänge auf das Auftreten der wellenförmigen Abnutzung wiedergibt.
Die Figuren 11a und 11b sind erklärende Ansichten, die die Form des Auftretens der wellenförmigen Abnutzung veranschaulichen.
Die Figuren 3a und 3b veranschaulichen den hauptsächlichen Teil eines erfindungsgemäßen Reifens. Der Reifen umfaßt einen Laufflächengummi 1, eine toroidförmige Karkasse 2, die aus laminierten Schichten besteht, und einen Gürtel 3 als Verstärkung für die Krone der Karkasse 2. Der Gürtel 3 besteht aus fünf Streifen B1-B5, die der Reihe nach von der Karkasse 2 bis zu der Lauffläche 1 numeriert sind. Diese Streifen B1-B5 sind mit einem Material mit hohem Molekulargewicht beschichtet, und zwar gewöhnlich mit einem Gummi, der wie üblich einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Verstärkungselemente der Streifen des Gürtels aufweist.
In diesem Fall weisen die Streifen B1 und B2 eine Vielzahl von Cordfäden oder Filamenten als Verstärkungselemente auf, die wellen- oder zickzackförmig in den Schichten der Streifen angeordnet sind. Wenn die Konfigurationen der Verstärkungselemente geändert werden, werden die Winkel zwischen den Verstärkungselementen und den mitttleren Achsen bei den Überschneidungsstellen ebenfalls geändert. Die mittlere Achse ist eine Mittellinie eines Verstärkungselements, die die Abstände zwischen den benachbarten maximalen und minimalen Spitzen der Wellenformen der Verstärkungselemente halbiert und in Richtung des Verstärkungselements verläuft.
Je größer die Amplituden a der zickzack- oder wellenförmigen Verstärkungselemente sind, oder je kleiner die Wellenlängen λ der Verstärkungselemente sind, desto größer sind die Winkel, wie dies oben beschrieben wurde. Je kleiner die Amplituden a, oder je größer die Wellenlängen λ sind, desto kleiner sind andererseits die Winkel. Je größer die Winkel zwischen den Verstärkungselementen und den mittleren Achsen sind, desto kleiner ist die Steifigkeit in Richtung der mittleren Achsen, in der gleichen Weise, wie bei den Cordfadenwinkeln eines Gürtels, der aus einer Vielzahl von bisher häufig verwendeten Schichten aus gummibeschichteten Cordfäden besteht, wobei diese Schichten schräg zugeschnitten werden und so angeordnet werden, daß sich die Cordfäden überschneiden. Mit anderen Worten, je größer das Verhältnis a/λ der Amplitude a zu der Wellenlänge λ ist, desto kleiner ist die Steifigkeit in Richtung der mittleren Achsen. Die Steifigkeit der Verstärkungselemente kann durch entsprechende Anpassung der Konfigurationen der wellen- oder zickzackförmigen Verstärkungselemente geändert werden.
Folglich kann die Steifigkeitsverteilung in einem Streifen durch Änderung der Konfigurationen der Verstärkungselemente geändert werden, wobei keine zusätzlichen Verstärkungselemente erforderlich sind. Da die Steifigkeit geändert werden kann, ohne die Anzahl der Enden der verstärkenden Cordfäden zu erhöhen, ist dies sehr vorteilhaft im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren der Änderung der Cordfadenwinkel durch Unterteilung der schräg zugeschnittenen, gummibeschichteten Cordschichten. Durch kontinuierliche Änderung der Konfigurationen der Verstärkungselemente kann außerdem die Steifigkeit kontinuierlich geändert werden, so daß eine diskontinuierliche Änderung der Steifigkeit gemildert werden kann. In dem Fall, in dem die schräg zugeschnittenen gummibeschichteten Cordschichten unterteilt und getrennt angeordnet werden, ist es wahrscheinlich, daß bei den Stellen der Unterteilung Trennungen auftreten. Solche Trennungen werden gemäß der Erfindung vollständig verhindert. Eine geeignete Steifigkeitsverteilung kann auch entsprechend den erforderlichen Leistungsmerkmalen des Reifens erhalten werden.
Falls die wellen- oder zickzackförmigen Cordfäden oder Filamente laminiert sind, wobei sie sich in zwei Schichten überschneiden wie bei einem Gürtel mit sich überschneidenden Verstärkungselementen, wird angenommen, daß das Verhältnis a/λ über die Breitenrichtung des Gürtels konstant ist. In diesem Fall wird, wenn beabsichtigt ist, die Amplitude a zu vergrößern, um die Steifigkeit und den Elastizitätsmodul zu vermindern, zwar die Umhüllungseigenschaft der Streifen und folglich des Gürtels verbessert, wodurch das Risiko vermindert wird, daß die Cordfäden beim Kurvenfahren gebogen werden, aber die Steifigkeit der Streifen zu stark vermindert, so daß keine ausreichende Manövrierbarkeit beim Kurvenfahren erhalten werden kann. Wenn andererseits das Verhältnis a/λ verkleinert wird, besteht die Tendenz, daß die Cordfäden gebogen werden, und außerdem ist das Risiko von Trennungen an den Enden der Cordfäden erhöht.
Daher wird gemäß der Erfindung das Verhältnis a/λ der zickzack- oder wellenförmigen Verstärkungselemente der Streifen in Breitenrichtung so verteilt, daß es zu den Seitenrändern des Gürtels hin in progressiver Weise zunimmt, und dort am größten ist. Bei dieser Anordnung können sowohl die Steifigkeit, als auch die Umhüllungseigenschaft gesteuert werden. Daher kann gemäß der Erfindung durch Verminderung der ungleichmäßigen Abnutzung die Haltbarkeit des Reifens verbessert werden, während zugleich die erforderliche Manövrierbarkeit des Reifens sichergestellt wird.

BEISPIELE

Reifen für Flugzeuge

In den Figuren 3a und 3b ist eine erste Ausführungsform der Erfindung für einen Reifen der Größe H 46 x 18.0 R 20 schematisch veranschaulicht. Der Gürtel 3 besteht aus fünf laminierten, gummibeschichteten Streifen, bei denen Aramid (Kevlar)-Cordfäden (3000d/3) als Verstärkungselemente verwendet werden. Der Gürtel 3 ist in die Lauffläche 1 eingebettet, um die Krone der toroidförmigen Karkasse 2 zu verstärken. Bei dieser Ausführungsform ist die toroidförmige Karkasse 2 von radialer Bauweise, wobei Nylon-Cordfäden (1890d/3) verwendet werden, und um zwei Wulste (nicht wiedergegeben) herum verankert.
In der Figur 3a sind die Streifen des Gürtels 3 der Reihe nach ab der Karkasse 2 mit B1 bis B5 bezeichnet. Die gestrichelten Wellenlinien geben die Verstärkungselemente des unmittelbar unter dem äußersten Streifen 85 angeordneten Streifens B4 wieder, um die Überschneidung zwischen den Verstärkungselementen der aneinander angrenzenden Streifen zu veranschaulichen.
Die Verstärkungselemente der Ausführungsform sind wellenförmig, wobei sie in der Mitte der Gürtel breite eine Amplitude von 2 mm und eine Wellenlänge von 25 mm haben, wobei sich für das Verhältnis von Amplitude zu Wellenlänge a/λ = 0,08 ergibt. Anderseits ist das Verhältnis a/λ an den beiden Enden des Gürtels gleich 0,16. Dabei nimmt das Verhältnis von der Mitte des Gürtels bis zu den beiden Enden des Gürtels kontinuierlich zu. In diesem Fall ist die Amplitude a gleich dem halben Abstand zwischen den Spitzen der Welle, und die Wellenlänge gleich der Länge einer Schwingung der Welle.
Wie oben beschrieben wurde, sind in den Figuren 1 und 2 die dem Stand der Technik entsprechenden Vergleichsbeispiele 1 und 2 wiedergegeben, bei denen geradlinige Aramid (Kevlar)-Cordfäden (3000d/3) als Verstärkungselemente verwendet werden, wobei es sich um das gleiche Material wie bei der obigen Ausführungform handelt.
Bei dem in der Figur 1 wiedergegebenen Vergleichsbeispiel 1 sind die Verstärkungselemente so angeordnet, daß sie sich unter einem Winkel von ±20º bezüglich einer Äquatorebene des Reifens überschneiden. Andererseits sind in dem in der Figur 2 wiedergegebenen Vergleichsbeispiel die Verstärkungselemente längs der Äquatorebene des Reifens angeordnet.
Bei einem Test gemäß dem FAA-Standard wurde der Start eines Flugzeugs simuliert, wozu die Geschwindigkeit von 0 auf 225 Meilen/Stunde erhöht wurde und dann eine Last weggenommen wurde. Dieser Simulationstest wurde bei den Reifen der Ausführungsform und den Reifen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 fünfzig Mal wiederholt. Nach diesen fünfzig Testläufen wurden die Reifen zerteilt, um die Risse bei dem Gürtel zu prüfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 als Haltbarkeit der Reifen wiedergegeben.
Nach der Ausführung eines Abnutzungstests mit einer Trommeltestmaschine wurde die Stärke der Abnutzung der Rippen (mittlere Tiefe der Abnutzung der Rippen) an den Laufflächen-Schultern gemessen und als ungleichmäßige Abnutzung durch eine Indexzahl wiedergegeben, wobei der Abnutzung der Rippen in der Mitte der Lauffläche die Indexzahl 100 zugeordnet wurde. Bei dem Trommeltest wurde eine Trommel verwendet, wobei der Reifen durch eine Last gegen die Trommel gepreßt wurde und durch die Trommel in Rotation versetzt wurde. Eine nahe bei 100 liegende Indexzahl bedeutet, daß eine ungleichmäßige Abnutzung an den Schultern wirksam verhindert wird, in einem Ausmaß näher der Abnutzung in der Mitte der Lauffläche. Tabelle 1 Ausführungsform Vergleichsbeispiel Haltbarkeit des Gürtels Stärke bei der Abnutzung der Schulterrippe (Indexzahl 100 bei der Mittelrippe) Fünfzig Simulationstests (keine Risse bei dem Gürtel) Ausfall bei dem sechzehnten Simulationstest (Risse bei dem dem Gürtel) Beurteilung infolge Trennung nicht möglich Fünfzig Simulationstests (keine Risse bei dem Gürtel)

Reifen für Lastwagen und Busse

Die Figur 4 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der Erfindung für einen Reifen der Größe 10.00 R 20. Das Laufflächenmuster des Reifens war ein Muster mit vier Umfangsrillen. Die toroidförmige Karkasse 2 des Reifens war von radialer Bauweise, wobei Stahl-Cordfäden vom Typ 1 x 12 x 0,23 verwendet wurden, und durch zwei Wulstkerne (nicht wiedergegeben) verankert.
Ein Gürtel 3 des Reifens bestand aus vier gummibeschichteten Streifen, die unter Verwendung von Stahl-Cordfäden vom Typ 1 x 5 laminiert waren. Die Streifen B1 und B2 waren so angeordnet, daß geradlinige Stahl- Cordfäden sich unter 45º bezüglich der Aquatorebenen überschneiden. Dagegen umfaßten die Streifen B3 und B4 wellenförmige Cordfäden mit Amplituden a von 0,75-1,8 mm und einer Wellenlänge λ von 15 mm, wobei sich eine Verhältnis a/λ von 0,05 in der Mitte des Gürtels 3, und von 0,12 an beiden Enden des Gürtels 3 ergab, und dieses Verhältnis von der Mitte des Gürtels bis zu den beiden Enden des Gürtels in progressiver Weise zunahm.
Bei einer dritten Ausführungsform enthielten die Streifen B1 und B2 wellenförmige Cordfäden mit einer Amplitude a von 0,75-1,8 mm und einer Wellenlänge λ von 15 mm, wobei sich ein Verhältnis a/λ von 0,05 in der Mitte des Gürtels 3, und von 0,12 an den beiden Enden des Gürtels 3 ergab und dieses Verhältnis von der Mitte des Gürtels bis zu den beiden Enden des Gürtels in progressiver Weise zunahm. Die Streifen B3 und B4 waren so angeordnet, daß sich die Cordfäden unter 45º bezüglich Äquatorebenen überschnitten.
Außerdem wurden zu Vergleichszwecken Reifen gemäß den dem Stand der Technik entsprechenden Beispielen 1 und 2 hergestellt. Bei dem Beispiel 1 waren die Cordfaden-Winkel bei den Streifen B1, B2, B3 und B4 gleich +40º, +18º, -18º und -18º. Dabei überschnitten sich die Cordfäden bei den Streifen B2 und B3 in Äquatorebenen. Bei dem Beispiel 2 waren die Cordfaden- Winkel bezüglich der Äquatorebene bei den Streifen B1, B2, B3 und B4 gleich 45º, 45º, 0º und 0º, wobei sich die Cordfäden der Streifen B1 und B2 überschnitten.
Der zu testende Reifen wurde auf der Trommeltestmaschine mit der doppelten normalen Last belastet und bei normalem Innendruck einem Lauftest mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h unterworfen. Die beim Auftreten eines Ausfalls zurückgelegten Laufstrecken wurden als Maß für die Haltbarkeit benutzt. Falls bei einem Reifen kein Ausfall aufgetreten ist (vollständiger Testlauf), ist dies in der Tabelle 2 durch die Indexzahl 100 wiedergegeben.
Außerdem wurde der Reifen bei einer Last von 2425 kg und normalem Innendruck einem Testlauf über 150.000 km unterworfen. Die Stärke der Abnutzung an den Laufflächen-Schultern wurde gemessen und als Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung durch Indexzahlen wiedergegeben, wobei der Abnutzung in der Mitte der Lauffläche die Indexzahl 100 zugeordnet wurde.
Die Ergebnisse des obigen Tests sind in der Tabelle 2 wiedergegeben. Tabelle 2 Ausführungsform Stand der Technik Beispiel Haltbarkeit des Gürtels Ungleichmäßige Abnutzung (Stärke der Abnutzung an den Schultern) (Vollständiger Testlauf) (Trennung des Gürtels)
Außerdem traten bei den Reifen der zweiten und driten Ausführungsformen und dem dem Stand der Technik entsprechenden Beispiel 2 infolge der großen Cordfaden-Winkel der Verstärkungselemente keine Trennungen an den Gürtel enden auf.

Reifen für Personenwagen

Reifen einer vierten Ausführungsform wurden gemäß den Figuren 5a und 5b hergestellt, wobei die Reifengröße 175/70 SR13 war, und das Laufflächen- Muster ein Rippenmuster mit vier Umfangsrillen war. Eine toroidförmige Karkasse 2 war von einer radialen Bauweise, wobei Nylon-Cordfäden (1890d/3) verwendet wurden, und durch zwei Wulstkerne (nicht wiedergegeben) verankert. Bei einem Streifen B1 des Gürtels waren die Verstärkungselemente, die aus Stahldraht von 0,5 mm bestanden, unter 45º bezüglich einer Äquatorebene angeordnet. Ein Streifen B2 enthielt wellenförmige Cordfäden mit Amplituden a von 0,75 mm und einer Wellenlänge λ von 15 mm, wobei sich ein Verhältnis a/λ von 0,05 in der Mitte des Gürtels 3, und von 0,10 an den beiden Enden des Gürtels 3 ergab, und dieses Verhältnis von der Mitte bis zu den beiden Enden des Gürtels in progressiver Weise zunahm. Andererseits entsprach bei den Reifen der fünften Ausführungsform der Streifen B1 dem Streifen B2 der vierten Ausführungsform, wobei wellenförmiger Stahldraht verwendet wurde, und der Streifen B2 dem Streifen B1 der vierten Ausführungsform, wobei geradliniger Stahldraht verwendet wurde, der unter 45º bezüglich einer Äquatorebene geneigt war. Mit anderen Worten, der Reifen der fünften Ausführungsform wird erhalten, wenn die Streifen B1 und B2 der vierten Ausführungsform gegeneinander vertauscht werden.
Außerdem wurden zu Vergleichszwecken Reifen gemäß den dem Stand der Technik entsprechenden Beispielen 1' und 2' hergestellt. Der Reifen gemäß dem Beispiel 1' enthielt Streifen B1 und B2 mit sich unter 19º bezüglich der Äquatorebene des Reifens überschneidenden Stahldrähten. Der Reifen gemäß dem Beispiel 2' enthielt Streifen B1 und B2 mit sich unter einem Winkel von 45º bzw. 0º bezüglich einer Äquatorebene überschneidenden Stahldrähten.
Der zu testende Reifen wurde auf der Trommeltestmaschine mit der doppelten normalen Last belastet und bei normalem Innendruck einem Lauftest mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h unterworfen. Bei dem Gürtel-Haltbarkeitstest wurden die beim Auftreten eines Ausfalls zurückgelegten Laufstrecken als Maß für die Haltbarkeit benutzt.
Außerdem wurde der Reifen bei einer Last von 390 kg und normalem Innendruck einem Testlauf über 100.000 km unterworfen. Die Stärke der Abnutzung an den Laufflächen-Schultern wurde gemessen und als Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung durch Indexzahlen wiedergegeben, wobei der Abnutzung in der Mitte der Lauffläche die Indexzahl 100 zugeordnet wurde. Tabelle 3 Vierte Ausführungsform Fünfte Ausführungsform Stand der Technik Beispiel Haltbarkeit des Gürtels Ungleichmäßige Abnutzung (Stärke der Abnutzung an den Schultern) Vollständiger Testlauf über 100.000 km Trennung des Gürtels bei 55.000 km

Reifen für Zweiradfahrzeuge

Es wurden Reifen der Größe 160/60 VR 18 für Zweiradfahrzeuge hergestellt, wobei diese Reifen Gürtel hatten, deren Verstärkungselemente gemäß der Erfindung angeordnet waren, während die Bauweise der toroidförmigen Karkasse und der Wulste dem Stand der Technik entsprach.
Abweichend von den Produktionsverfahren gemäß dem Stand der Technik, die zwei Schritte erfordern, war es in diesem Fall möglich, Reifen in nur einem Schritt herzustellen, so daß die Reifenproduktionsleistung wesentlich erhöht wurde.
In der Figur 6 ist ein unvulkanisierter Reifen im Querschnitt schematisch veranschaulicht. Wenn der Reifen geformt wird, wird eine Lagenschicht 12 für eine Karkasse bei einer Umdrehung auf einen flachen Kern 11 gewikkelt, und auf die Lagenschicht werden Wulstkerne 13 gelegt. Die Enden der Lagenschicht 12 werden um die Wulstkerne 13 herum nach oben geführt, und dann wird ein Gürtel 3 in einer Schicht auf einem mittleren Gebiet der Lagenschicht 12 angeordnet. Wie oben beschrieben wurde, umfaßt der Gürtel 3, der eine Breite von 180 mm hat, gummibeschichtete Streifen, die nebeneinander angeordnete, wellenförmige Verstärkungselemente enthalten. Die Wellenlänge und die Amplitude der Verstärkungselemente beträgt 59 mm bzw. 8,25 mm. Die Wellenlänge und die Amplitude werden durch die Dehnung H (von ungefähr 30%) in der Nähe der Mitte der Lauffläche beim Vulkanisieren bestimmt, wie in der Figur 7 gezeigt ist. Die Dehnung H1 in der Figur 7 veranschaulicht das Verhalten in der Nähe der Schultern. Beim Formen des Gürtels kann die Dehnung H1 verschieden von der Dehnung in dem mittleren Gebiet des Gürtels 3 sein, wobei sie von der Gürtelsteifigkeit in den seitlichen Gebieten der Lauffläche abhängt. Bei dieser Ausführungsform sind die Verstärkungselemente des Gürtels 3 völlig kontinuierlich, und die Wellenlängen und Amplituden sind zu Beginn der Formung gleich.
Ein Kriterium für die Dehnung zwischen H1 und H0 ist mittels l (Standardlinie für die Messung der Dehnung) in der Figur 7 wiedergegeben.
Wenn ein unvulkanisierter Reifen, der gemäß dem in der Figur 6 wiedergegebenen Prozeß geformt wurde, so vulkanisiert wird, wie dies in der Figur 7 gezeigt ist, werden die Verstärkungselemente des Gürtels 3 gemäß der in der Figur 8 wiedergegebenen Konfiguration angeordnet.
Mit anderen Worten, die Amplituden der Verstärkungselemente in der Nähe der Mitte der Lauffläche in einer Zone, die an ein sich im wesentlichen längs des Umfangs des Reifens erstreckendes Gebiet angrenzt, werden ziemlich klein. Andererseits werden die Amplituden der Verstärkungselemente in der Nähe der Schultern der Lauffläche nur bis auf ungefähr 5 mm vermindert.
Daher nehmen die Amplituden der Verstärkungselemente mit zunehmendem Abstand von der Äquatorebene des Reifens bis zu den Laufflächen-Enden in progressiver Weise zu.
Reifen einer Ausführungsform der Erfindung wurden gemäß der obigen Beschreibung hergestellt, wobei die Streifen, bei denen Aramid-Cordfäden (1500d/2) als Verstärkungselemente verwendet wurden, so angeordnet wurden, daß die Breite der Streifen 93% der Laufflächen-Breite betrug.
Außerdem wurden dem Stand der Technik entsprechende Reifen 1" und 2" hergestellt. Die Reifen 1" waren hinsichtlich der Gürtelbauweise verschieden von den Reifen der erfindungsgemäßen Ausführungsform, aber sonst waren sie gleich. Der 1" umfaßte zwei Streifen mit sich unter 15 bezüglich der Äquatorebene des Reifens überschneidenden Verstärkungselementen. Bei den Reifen 2" waren die Verstärkungselemente im wesentlichen längs einer Äquatorebene über eine Zone des Gürtels 3 spiralförmig gewunden.
Die Reifen der Ausführungsform und die dem Stand der Technik entsprechenden Reifen 1" und 2" wurden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 wiedergegeben, wobei den Leistungsmerkmalen der dem Stand der Technik entsprechenden Reifen 1" die Indexzahl 100 zugeordnet wurde. Tabelle 4 Stand der Technik Reifen Erfindungsgemäßer Reifen Geradeauslauf Lenkbarkeit Eignung für hohe Geschwindigkeit Haltbarkeit Produktivität
Die in der Tabelle 4 wiedergegebenen Leistungsmerkmale wurden auf die nachfolgende Weise gemessen:
(1) Geradeauslauf ... Manövrierbarkeits-Trommeltest und Gefühl in einem wirklichen Fahrzeug.
(2) Lenkbarkeit ... Manövrierbarkeits-Trommeltest und Gefühl in einem wirklichen Fahrzeug.
(3) Eignung für hohe Geschwindigkeit ... Hochgeschwindigkeits-Trommeltest.
(4) Haltbarkeit ... Haltbarkeits-Trommeltest.
(5) Produktivität ... erforderliche Produktionszeit.
Obwohl der Gürtel 3 bei dieser Ausführungsform als ein aus einer Schicht gebildeter Gürtel dargestellt wurde, ist es möglich, zwei Streifen übereinander anzuordnen, deren Verstärkungselemente um eine halbe Wellenlänge gegeneinander verschoben sind.
Um die Krone der toroidförmigen Karkasse zu verstärken, umfaßt der erfindungsgemäße Reifen einen Gürtel aus Streifen mit wellen- oder zickzackförmigen Verstärkungselementen, deren Verhältnisse von Wellenlänge zu Amplitude in Breitenrichtung so verteilt sind, daß sie an den Seitenrändern des Gürtels am größten sind. Daher ist die Steifigkeit der Lauffläche richtig verteilt, wodurch die verschiedenen erforderlichen Leistungsmerkmale des Reifens, wie die Haltbarkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung, und dergleichen beträchtlich verbessert werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind zickzack- oder wellenförmige Verstärkungselemente in mindestens einer Schicht der einen Gürtel bildenden Streifen nebeneinander in der Schicht angeordnet. Das Verhältnis a/λ der Amplitude a zu der Wellenlänge λ beträgt 0,005-0,175, und das Verhältnis λ/L der Wellenlänge λ zu der maximalen Umfangslänge L bei dem normalen Innendruck ist kleiner als 0,025.
In diesem Fall ist die Bauweise des Reifens, mit Ausnahme des Gürtels, ähnlich wie bei den dem Stand der Technik entsprechenden Reifen, wobei insbesondere zickzack- oder wellenförmige Cordfäden oder Filamente als Verstärkungselemente die Krone der Karkasse umgeben, um die Lauffläche zu verstärken. Bei den wellenförmigen Stahl-Cordfäden (Litzen-Bauweise 3 x 0,20 + 6 x 0,38) liegt das Verhältnis a/λ (siehe die Figur 9) innerhalb des Bereichs 0,005-0,175, und eine gewisse Anzahl solcher Verstärkungselemente ist dicht nebeneinander in einer Schicht angeordnet und mit einem Material mit hohem Molekulargewicht, wie beispielsweise Gummi, beschichtet, um den Streifen für den Gürtel zu bilden.
Wenn beabsichtigt ist, zur Verstärkung der Lauffläche mindestens eine Schicht aus Streifen, die gemäß der Erfindung zickzack- oder wellenförmige Cordfäden oder Filamente als Verstärkungselemente aufweisen, nahe bei der Lauffläche anzuordnen, kann die Karkasse, wenn das Verhältnis a/λ der Verstärkungselemente kleiner als 0,005 ist, beim Formen und Vulkanisieren nicht zu einer toroidförmigen Form gedehnt oder verformt werden, so daß in der inneren Oberfläche des Reifens Vertiefungen und Vorsprünge entstehen würden. Wenn andererseits das Verhältnis a/λ größer als 0,175 ist, wird die Zunahme der Umfangslänge der Reifenoberfläche beim Aufpumpen des Reifens bis auf den normalen Innendruck zu groß, so daß der Laufflächengummi an der Reifenoberfläche unter Spannung steht, was zur Folge hat, daß die Abnutzungsfestigkeit und die Schnittfestigkeit sehr nachteilig beeinflußt werden.
Wenn andererseits das Verhältnis λ/L der Wellenlänge λ zu der maximalen Umfangslänge L bei dem normalen Innendruck kleiner als 0,005 ist, erfolgt eine Lockerung der verdrillten Cordfäden, wobei die Gefahr besteht, daß die Cordfäden brechen, wenn sie wellenförmig geformt sind. Daher ist ein größeres Verhältnis als 0,005 vorzuziehen. Wenn das Verhältnis größer als 0,025 ist, tritt leicht ungleichmäßige Abnutzung auf, weil ein solches Verhältnis näher bei einer primären, natürlichen Form des Auftretens wellenförmiger Abnutzung liegt.
In den Figuren 11a und 11b ist die Form des Auftretens der wellenförmigen Abnutzung schematisch veranschaulicht. In der Zeichnung umfaßt eine Lauffläche 21 Laufflächen-Rillen 22 und Einschnitte 23. Die schraffierten Bereiche 24 stellen die wellenförmige Abnutzung dar.
LKW-Reifen der Größe 10.00 R 20 wurden versuchsweise hergestellt. Dieser Reifen umfaßte vier Streifen, die Stahl-Cordfäden als Verstärkungselemente aufwiesen und eine maximale Breite von 150 mm hatten. Zwei dieser vier Streifen, die bei der Lauffläche angeordnet waren, waren gummibeschichtete Streifenschichten mit wellenförmigen Stahl-Cordfäden (verdrillte Bauweise 3 x 0,20 + 6 x 0,38, 28 Cordfäden/50 mm), die Wellenlängen von 16- 84 mm und Amplituden von 3,2-16,8 mm aufwiesen. Andererseits enthielten die zwei Streifen, die bei der Carcasse angeordnet waren, geradlinige Cordfäden, die sich unter einem Winkel von 35D bezüglich der Äquatorebene überschnitten.
Bei den Verstärkungselementen war das Verhältnis a/λ der Amplitude a zu der Wellenlänge λ gleich 0,1, und das Verhältnis λ/L der Wellenlänge zu der maximalen Umfangslänge L war variabel, wobei die Auswirkung dieses Verhältnisses auf die wellenförmige Abnutzung der Lauffläche in der Figur 10 wiedergegeben ist. Bei allen Reifen war die maximale Umfangslänge bei normalem Innendruck gleich 1.050 mm. Die Testlast war 2.700 kg (normale Last). Die Reifen wurden an einem 10-Tonnen-Lastwagen angebracht, wobei nach einer Fahrstrecke von 50.000 km die wellenförmige Abnutzung gemessen wurde und durch die Indexzahl für das Auftreten von wellenförmiger Abnutzung ausgedrückt wurde.
Die Indexzahl 100 (%) für das Auftreten der wellenförmigen Abnutzung auf der Ordinate in der Figur 10 gibt an, daß die wellenförmige Abnutzung auf dem gesamten Umfang der zwei Vorderrad-Reifen des 10 Tonnen-Lastwagens auftritt. Zum Beispiel bedeutet die Indexzahl 20%, daß das Verhältnis der Umfangslänge, bei der die wellenförmige Abnutzung auftrat, zu der gesamten Umfangslänge der zwei Vorderrad-Reifen 20% beträgt.
Gemäß der Erfindung wird die Gürtelhaltbarkeit wesentlich verbessert, wenn Verstärkungselemente aus zickzack- oder wellenförmigen Cordfäden oder Filamenten in geeigneter Weise aufgebracht werden. Zugleich wird die auf einer Lauffläche auftretende ungleichmäßige Abnutzung wirksam verhindert, so daß die erwartete vollkommene Abnutzung erhalten wird, die zu der Verlängerung der Abnutzungs-Lebensdauer von Reifen beiträgt.
Für Fachleute auf diesem Gebiet ist ersichtlich, daß sich die vorstehende Beschreibung auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bezieht, und daß bei der Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne ihren Geltungsbereich zu verlassen.

Claims

1. Luftreifen, mit einer toroidförmigen Karkasse (2), die durch mindestens zwei Wulstkerne verankert ist, und einem Gürtel (3), der mindestens einen Streifen (B) aufweist, wobei dieser Streifen als Verstärkungselemente eine Vielzahl von im allgemeinen wellen- oder zickzackförmigen Cordfäden oder filamenten enthält, die nebeneinander um eine Krone einer toroidförmigen Karkasse herum angeordnet sind, und dieser Streifen mit einem Material mit hohem Molekulargewicht beschichtet ist, das einen Elastizitätsmodul aufweist, der kleiner als derjenige der Verstärkungselemente ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Verstärkungselemente des Streifens in Breitenrichtung des Gürtels so angeordnet sind, daß die Verhältnisse der Amplituden (a) zu den Wellenlängen (λ) der Wellen an den Seitenrändern des Gürtels am größten sind.

2. Luftreifen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Amplituden zu den Wellenlängen der Wellen zu den Seitenrändern des Gürtels hin in progressiver Weise erhöht werden.

3. Luftreifen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente im wesentlichen parallel zu der Äquatorebene des Reifens angeordnet sind.

4. Luftreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gürtel mindestens zwei Streifen aufweist, mindestens zwei Verstärkungselemente eines Streifens sich mit mindestens zwei Verstärkungselementen des anderen Streifens überschneiden, und die Verstärkungselemente aller Streifen in der gleichen Richtung angeordnet sind.

5. Luftreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Amplituden (a) zu den Wellenlängen (λ) der Wellen der Verstärkungselemente in dem Bereich 0,005-0,175 liegen, und die Verhältnisse der Wellenlängen der Wellen zu den maximalen Umfangslängen (L) des Reifens bei normalem Innendruck kleiner als 0,025 sind.