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Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Schwerlastradialreifen, in dem Wulsthaltbarkeit und Luftdichtheit verbessert
sind.
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Für schwere Fahrzeuge, z.B. Busse, Lastwagen und
dergleichen, werden weitgehend schlauchlose Reifen verwendet.
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In einem derartigen Schwerlastreifen muß die Eingriffskraft
zwischen den Reifenwülsten und den Wulstsitzen der Felge
groß sein, um die Luftdichtheit aufrechtzuerhalten.
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Dies ist besonders wichtig, wenn die Reifenbelastung und der
Innendruck sehr groß sind. Jedoch wird, wie in Fig. 10
gezeigt, die sogenannte Wulstzehenabhebung (f) oft beobachtet,
eine Erscheinung, bei der die Wulstzehe (a) vom Wulstsitz
(b) abgehoben wird, selbst wenn der Reifen auf seiner
regulären Felge angebracht und auf Normaldruck aufgepumpt und mit
seiner normalen Belastung belastet ist.
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Es wurde herausgefunden, daß eine derartige Zehenabhebung
nicht nur die Luftdichtheit verringert, sondern auch die
Wulsthaltbarkeit. Desweiteren wurde herausgefunden, daß die
Wulsthaltbarkeit proportional zur Zunahme des Betrages (L)
der Wulstzehenabhebung (f) abnimmt, wie in Fig. 9 gezeigt.
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In den Reifen, in denen eine Wulstzehenabhebung auftrat, war
die Wulstzehenabhebung umso größer, je größer der
Betriebsdruck war. Demgemäß war die Deformierung des
Wulstabschnittes größer und eine Beschädigung trat früher auf.
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Im Wulstabschnitt ist die durch den Reifeninnendruck
erzeugte Zugbeanspruchung in der Karkasse im allgemeinen radial
nach außen und axial nach außen gerichtet.
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Deshalb wird in der Bodenkontaktfläche des Reifens der
Wulstkern durch die axiale Komponente der Zugbeanspruchung auf
den Felgenflansch zu gedrückt, wobei diese Komponente direkt
proportional zum Betrag der Reifendurchbiegung ist.
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Andererseits nimmt die radiale Komponente in Umfangsrichtung
weg von der Bodenkontaktfläche zu, und die axiale Innenseite
des Wulstkerns wird dann radial nach außen gezogen.
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Die Richtung der resultierenden Kraft, der der Wulstkern
ausgesetzt ist, ändert sich während des Laufs. Deshalb wird der
axial äußere Wulstgummiabschnitt axial durch die axial nach
außen gerichtete Bewegung des Wulstkerns und radial durch
die radial nach innen gerichtete Bewegung des umgeschlagenen
Karkassenabschnitts zusammengepreßt.
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Andererseits wird der axial innere Wulstgummiabschnitt durch
den Karkassenhauptabschnitt gezogen.
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Infolgedessen wird unter Schwerlast- und
Hochdruckbedingungen der Wulstgummi einer wiederholten großen
Beanspruchung ausgesetzt, und der Gummi wird ständig verformt.
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Dementsprechend wird die Luftdichtheit zwischen den
Reifenwülsten und den Wulstsitzen der Felge verringert.
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Weiter neigt ein derart ständig verformter Gummi dazu,
besonders an Punkten im radial äußeren Wulstgummibereich in der
Nähe der Karkassenlagenumschlagskante und der radial äußeren
Kante des Felgenflanschs, rissig zu werden. Die
Wulsthaltbarkeit wird durch einen derartigen Riß beträchtlich
verringert.
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Ein Reifen nach dem Stand der Technik, der die Merkmale des
Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt, ist z. B. bekannt aus der
FR-A-2 658 126.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen
Schwerlastradialreifen zu schaffen, in dem durch Verhindern
der Wulstzehenabhebung Luftdichtheit und Wulsthaltbarkeit
verbessert sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein
Schwerlastradialreifen eine Lauffläche mit Laufflächenkanten, ein Paar axial
beabstandeter Wulstabschnitte, die eine Wulstbasis zur
Anpassung an eine 15º-Schrägschulter seiner regulären Felge
aufweisen, ein Paar Seitenwände, die sich zwischen den
Laufflächenkanten und den Wulstabschnitten erstrecken, einen
Wulstkern, der in jedem der Wulstabschnitte angeordnet ist und
eine polygonale Querschnittsform aufweist, eine radiale
Karkasse, die sich zwischen den Wulstabschnitten erstreckt und um
die Wulstkerne herum umgeschlagen ist, und einen Gürtel, der
radial außerhalb der Karkasse und radial innerhalb des
Laufflächenabschnitts angeordnet ist, wobei die polygonale
Querschnittsform des Wulstkerns einen axial inneren
Winkelpunkt (Q1) und einen axial äußeren Winkelpunkt (Q2) und eine
Seite (L1) aufweist, die sich zwischen den Punkten (Q1 und
Q2) erstreckt, die Seite (L1) benachbart und im wesentlichen
parallel zur Wulstbasis ist, die maximale Schnittbreite (CW)
des Wulstkerns in der Richtung parallel zu der Seite (L1) im
Bereich des 0,063 bis 0.105-fachen der Felgenbreite (RW)
zwischen den Wulstfersenpunkten (P) der Designfelge ist, und
ist dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Entfernung (A)
des axial inneren Punktes (Q1) vom Wulstfersenpunkt (P) das
0,073 bis 0,125-fache der Felgenbreite (RW) beträgt.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun in
Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen detailliert
beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine Querschnittansicht ist, die eine rechte Hälfte
eines Reifens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
Wulstabschnitts davon ist;
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Fig. 3 eine grafische Darstellung ist, die die
Wulsthaltbarkeit als Funktion des Quotienten CW/RW zeigt;
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Fig. 4 eine grafische Darstellung ist, die die
Wulsthaltbarkeit als Funktion des Quotienten A/RW zeigt;
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Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Wulstes ist, die
dessen Verformung zeigt, die während des Aufpumpens des Reifens
verursacht wird;
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Fig. 6 eine grafische Darstellung ist, die den Betrag der
Wulstzehenabhebung als Funktion der
Tangentialwinkelvariation θ3-θ1 zeigt;
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Fig. 7 eine grafische Darstellung ist, die die
Tangentialwinkelvariation θ3-θ1 als Funktion des Tangentialwinkels θ1
zeigt;
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Fig. 8 andere Beispiele einer Querschnittsform des
Wulstkerns zeigt;
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Fig. 9 eine grafische Darstellung ist, die die
Wulsthaltbarkeit als Funktion des Betrages der Wulstzehenabhebung zeigt;
und
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Fig. 10 eine Querschnittsansicht ist, die einen Reifen nach
dem Stand der Technik zeigt.
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In den Figuren 1-5 ist ein Schwerlastradialreifen 1 gemäß
der Erfindung ein schlauchloser Lastwagen/Bus-Radialreifen.
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Der Reifen 1 weist eine Lauffläche 2, ein Paar axial
beabstandeter Wulstabschnitte 4 und ein Paar Seitenwände 3 auf,
die sich zwischen den Laufflächenkanten und den
Wulstabschnitten 4 erstrecken.
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Von einem Paar Wulstkerne 7 ist einer in jedem der
Wulstabschnitte 4 angeordnet. Eine Karkasse 5 erstreckt sich
zwischen den Wulstabschnitten 4 und ist von der axialen
Innenseite zur Außenseite um die Wulstkerne 7 herum umgeschlagen,
um ein Paar umgeschlagener Abschnitte 5B und einen
Hauptabschnitt 5A dazwischen zu bilden. Ein Gürtel 6 mit einer
Vielzahl von Lagen, in dieser Ausführungsform vier Lagen 6A,
ist radial außerhalb der Karkasse 5 und innerhalb der
Gummilauffläche 2 angeordnet.
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Fig. 1 zeigt den normal aufgepumpten Zustand, bei dem der
Reifen 1 auf seiner regulären Felge (J) durch Eingriff einer
Wulstbasis 11 jedes Bereiches 4 angebracht und auf seinen
regulären Innendruck aufgepumpt ist.
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Die Felge J ist eine 15º-Schrägschultertiefbettfelge, mit
einem Paar Wulstsitzen 12, die jeweils in Richtung des
Felgenzentrums unter im wesentlichen 15 Grad abgeschrägt sind,
einer Vertiefung zur Reifenanbringung zwischen den Wulstsitzen
12, und einem Paar niedriger Flansche 13, die sich jeweils
radial auswärts von der axial äußeren Kante jedes
Wulstsitzes 12 erstrecken.
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Die Reifenkarkasse 5 wird aus Korden gefertig, die radial
unter
60 bis 90 Grad bezüglich des Reifenäquators CO
angeordnet sind.
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Für die Karkassenkorde können organische Faserkorde, z.B.
Nylon, Polyester, aromatisches Polyamid, aromatisches
Polyester, Reyon oder dergleichen, Kohlenstoffaserkorde oder
Stahlkorde verwendet werden.
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Jede Gürtellage 6A umfaßt Gürtelkorde, die parallel
zueinander angeordnet sind, und wenigstens zwei Gürtellagen sind
mit ihren jeweiligen Korden so angeordnet, daß sie einander
kreuzen und auch die Karkassenlage kreuzen, so daß durch die
Gürtelkorde und Karkassenkorde ein dreieckiger Aufbau
gebildet wird, um die Lauffläche 2 des Reifens zu verstärken.
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Für die Gürtelkorde werden organische Faserkorde, z.B.
aromatisches Polyamid, aromatisches Polyester, Nylon, Polyester,
Reyon oder dergleichen, oder Stahlkorde verwendet.
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Vorzugsweise weist jeder umgeschlagene Abschnitt 5B der
Karkasse 5 eine radial äußere Kante K auf, die sich radial nach
außen über die radial äußere Kante F des Flanschs 13 der
Felge J mit einem radialen Abstand von 25 bis 50 mm erstreckt.
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Jeder Wulstabschnitt 4 ist zwischen dem
Karkassenhauptabschnitt 5A und dem umgeschlagenen Abschnitt 5B vorgesehen,
wobei sich ein Hartgummiwulstkernreiter 9 radial nach außen
vom Wulstkern 7 erstreckt.
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In dieser Ausführungsform weist der Wulstkern 7 eine
gedrückte hexagonale Querschnittsform mit sechs Winkelpunkten und
sechs Seiten auf.
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Der Wulstkern 7 ist derart angeordnet, daß seine Hauptachse
(x) (wenn als ein Oval betrachtet) und eine Seite L1,
benachbart
zu der Wulstbasis 11, parallel zu der Wulstbasis 11
sind.
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Deshalb ist die Seite L1 im wesentlichen parallel zur
Wulstsitzoberfläche 12, wenn der Reifen 1 auf der Felge J
angebracht und auf seinen regulären Innendruck aufgepumpt ist.
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Der Wulstkern 7 hat ein Längenverhältnis von 0,3 bis 0,6,
wobei das Längenverhältnis definiert ist als das Verhältnis
(y/CW) zwischen seiner maximalen Schnittbreite (CW) in
Richtung der Hauptachse (x) oder der abgeschrägten Wulstbasis
und seiner maximalen Schnitthöhe (y) in der normalen
Richtung zur Hauptachse (x).
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Der Wulstkern 7 wird durch Wickeln eines Stahldrahtes, z.B.
ein Klavierdrahtes oder dergleichen, ausgebildet.
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Die maximale Schnittbreite (CW) liegt im Bereich des 0,063
bis 0,105-fachen der Felgebreite (RW) zwischen den
Wulstfersenpunkten (P).
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Der Wulstfersenpunkt (P) ist hier der Schnittpunkt zwischen
der Wulstbasislinie 11 (unter 15 Grad abgeschrägt) und der
Wulstseitenflächenlinie 14.
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Desweiteren liegt der axiale Abstand (A) zwischen dem
Wulstfersenpunkt (P) und dem Winkelpunkt (Q1) an dem axial
inneren Ende der oben erwähnten Seite (L1) in dem Bereich des
0,073 bis 0,125-fachen der Felgenbreite (RW)
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Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen Wulsthaltbarkeit und dem
Verhältnis CW/RW der maximalen Schnittsbreite (CW) zur
Felgenbreite (RW).
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Wenn die Breite (CW) kleiner als das 0,063-fache der
Felgenbreite (RW) ist, nimmt die Bewegung des Wulstabschnittes
gegen die Felge zu, und die Wulsthaltbarkeit wird
verringert.
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Andererseits wird, wenn der Quotient CW/RW größer als 0,105
ist, die Befestigung des Reifens an der Felge zu schwierig.
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Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen Wulsthaltbarkeit und dem
Verhältnis A/RW des axialen Abstandes (A) zur Felgenbreite
(RW).
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Wenn der Abstand (A) kleiner als 0,073-fache der
Felgenbreite (RW) ist, neigt eine Gummischicht 16, die axial außerhalb
des Karkassenumschlagabschnitts 5b angeordnet ist, dazu
rissig zu werden, und die Wulsthaltbarkeit nimmt ab.
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In dieser Ausführungsform ist in dem Wulstabschnitt 4 in
normal aufgepumpten Zustand der Winkel θ1 einer Tangentiallinie
(T1) zu der Karkasse 5 an einem Punkt (R) so festgelegt, daß
er nicht größer als 55 Grad bezüglich der axialen Richtung
ist.
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Hier liegt der Punkt (R) auf der axialen Innenseite der
Karkasse 5 in derselben axialen Position, wie der oben erwähnte
axial innere Winkelpunkt (Q1) des Wulstkerns 7.
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Die Wirksamkeit davon wird in den folgenden Testergebnissen
gezeigt.
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Fig. 5 zeigt die Tangentialwinkelvariation θ3-θ1, wenn der
Reifeninnendruck von 0,5 kgf/cm² auf den regulären
Innendruck erhöht wird, wobei die Karkasse 5, die Tangentiallinie
T1, der Punkt R und der Tangentialwinkel θ1 bei dem
regulären Druck, und 5a, T1a, Ra und θ3 bei 0,5 kgf/cm² vorliegen.
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Die Tangentialwinkel θ1 und θ3 und der Betrag der
Wulstzehenabhebung wurden mit einem Röntgen-CT-Scanner gemessen.
Die Ergebnisse sind in Fig. 6 gezeigt.
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Wie in Fig. 6 gezeigt, war der Betrag (L) der
Wulstzehenabhebung im wesentlichen null, wenn die
Tangentialwinkelvariation θ3-θ1 kleiner als 2,5 Grad war. War die Variation
größer als 2,5 Grad stieg der Betrag der Abhebung im
wesentlichen direkt proportional zur Zunahme der
Tangentialwinkelvariation θ3-θ1 an.
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Es wurde weiter gezeigt, daß die Tangentialwinkelvariation
θ3-θ1 direkt proportional zum Tangentialwinkel θ1 ist, wie
in Fig. 7 gezeigt.
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Deshalb wurde durch Festlegen des Tangentialwinkels θ1
geringer als 55 Grad die Tangentialwinkelvariation θ3-θ1 geringer
als 2,5 Grad gehalten. Im Ergebnis ist der Betrag der
Wulstzehenabhebung im wesentlichen null.
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War der Tangentialwinkel θ1 kleiner als 47 Grad, wurde die
Tangentialwinkelvariation θ3-θ1 negativ, wie in Fig. 7
gezeigt.
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In diesem Fall nimmt der Tangentialwinkel zu, wenn der
Reifeninnendruck auf den regulären Innendruck von 0,5 kgf/cm²
zunimmt. Deshalb wird die Druckbeanspruchung, der der
Wulstabschnitt 4 unter einem belasteten Zustand ausgesetzt ist,
groß, und die Wulsthaltbarkeit neigt dazu abzunehmen.
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Deshalb liegt der Tangentialwinkels vorzugsweise in dem
Bereich von 55 bis 47 Grad.
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Es wurden Lastwagen/Bus-Radialreifen der Größe 11R22.5
vorbereitet, die die Struktur wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt,
und Spezifikationen wie in Tabelle 1 festgelegt, aufwiesen.
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Jeder Testreifen wurde auf seiner regulären Felge angebracht
und auf seinen regulären Innendruck aufgepumpt und dann auf
Wulstzehenabhebung und auf Wulsthaltbarkeit getestet.
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Im Haltbarkeitstest wurde die Laufstrecke bis der
Wulstabschitt rissig wurde und/oder Luftundichtigkeit auftrat,
unter Verwendung einer Trommeltestvorrichtung unter einem
Innendruck von 8 kgf/cm², einer Reifenlast von 6000 kg und
einer Geschwindigkeit von 20 km/h, gemessen.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 durch einen Index
bezeichnet, der auf der Aufnahme beruht, daß der Referenzreifen 100
ist. Je größer der Index ist, desto besser ist die
Haltbarkeit.
Tabelle 1
Karkasse Kordmaterial
Kordwinkel (Grad)
Gürtel Kordmaterial
Lagenzahl
Tangentialwinkel (θ1) (Grad)
Wulstzehenabhebung (L) (mm)
Wulsthaltbarkeit (Index)
Stahl
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Die Testergebnisse bestätigten, daß bei den Arbeitsbeispielreifen
eine Zehenabhebung wirksam verhindert wurde und ihre Haltbarkeit
im Vergleich mit den Referenzreifen verbessert war.
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In der vorliegenden Erfindung können für die Querschnittsform des
Wulstkerns verschiedene Formen verwendet werden, wie z.B. als 7A
bis 7G in Fig. 8 gezeigt, zusätzlich zu der hexagonalen Form die
in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist. Die vorliegende Erfindung
kann auf Schlauchreifen zusätzlich zu schlauchlosen Radialreifen
angewandt werden.