DE69803989T2

DE69803989T2 - Reifengürtel

Info

Publication number: DE69803989T2
Application number: DE69803989T
Authority: DE
Inventors: Andre Colom
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: EP0999939A1; JP2001512067A; US6386256B1; EP0999939B1; BR9811296A; ES2173610T3; CA2299527A1; DE69803989D1; CN1269754A; CN1103295C; CA2299527C; WO1999006227A1; JP4477769B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen mit radialer Karkassenbewehrung, die in jedem Wulst an mindestens einem Wulstkern verankert ist, und der eine Scheitelbewehrung aufweist, die aus mindestens zwei sogenannten Arbeitslagen besteht, die übereinander liegen und aus Fäden oder Seilen bestehen, die in jeder Lage parallel zueinander liegen und sich von einer Lage zur anderen kreuzen, indem sie mit der Umfangsrichtung des Luftreifens Winkel bilden, die im Absolutwert höchstens gleich 45º sind.
Um die Betriebstemperatur eines Luftreifens mit radialer Karkassenbewehrung des Typs "Schwerlastreifen" zu senken und doch eine ebenso wirksame wie wirtschaftliche Lösung zu erhalten, schlägt die französische Anmeldung FR-A-2 744 955 vor, der Karkassenbewehrung eine Scheitelbewehrung zuzuordnen, die mindestens zwei Arbeits-Scheitellagen aus unausdehnbaren Seilen aufweist, die sich von einer Lage zur anderen kreuzen, indem sie mit der Umfangsrichtung Winkel bilden, die zwischen 10º und 45º liegen, dadurch gekennzeichnet, daß in Abwesenheit jeglicher aus unausdehnbaren Seilen, die mit der Umfangsrichtung einen Winkel von mehr als 45º bilden, geformten Lage, eine axial durchgehende, zusätzliche Lage, die aus metallischen Elementen gebildet ist, welche im wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet sind, radial zwischen die Arbeitslagen eingefügt wird, wobei die zusätzliche Lage eine axiale Breite hat, die mindestens gleich 50% der maximalen axialen Breite So der Karkassenbewehrung und mindestens 1,05 mal so groß ist wie die axiale Breite der breitesten Arbeitsscheitellage.
Im obigem Rahmen kann die zusätzliche Lage aus sogenannten halbelastischen Stahlseilen gebildet werden, d. h. Seilen mit Bruchdehnungen, die zwischen 2% und 4% liegen. Diese Kabel ermöglichen es, den Steifigkeitspegel zu erhalten, der für eine harmonische Verteilung der Umfangsspannung zwischen den Arbeitsscheitellagen und der zusätzlichen Lage geeignet ist. Die Kabel sind vorzugsweise sogenannte "Bimodul"- Seile, d. h., sie weisen eine Kurve der Zugspannung in Abhängigkeit von der relativen Dehnung auf, die für die geringen Dehnungen geringe Neigungen und für die größeren Dehnungen eine im wesentlichen konstante und starke Neigung hat. Der vor der Vulkanisation sehr geringe Modul für Dehnungen von weniger als 2% ermöglicht eine Umfangsabwicklung der zusätzlichen Lage während der Vulkanisation des Luftreifens.
Die zusätzliche Lage kann auch aus Metallseilen aus Stahl bestehen, die in Umfangsrichtung ausgerichtet und so geschnitten sind, daß sie Abschnitte einer Länge bilden, die sehr viel kleiner ist als die Umfangslänge der Schicht, wobei die Schnitte zwischen Abschnitten axial zueinander verschoben sind. Eine solche Ausführungsform ermöglicht es, der zusätzlichen Lage auf einfache Weise eine beliebige gewünschte Steifigkeit zu verleihen.
Die Wahl der elastischen oder geschnittenen Seile zur Verstärkung der zusätzlichen Lage ermöglicht nicht die Dauerhaltbarkeit der Lage, entweder aufgrund einer Verringerung der Reißkraft der elastischen Seile oder aufgrund des Vorhandenseins von Spannungskonzentrationen in der Kalandriermischung der geschnittenen Seile.
Das Patent US-A-4 688 615 zeigt einen Luftreifen, der die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
Um eine bessere Dauerhaltbarkeit der zusätzlichen Lage von metallischen Umfangsverstärkungselementen zu ermöglichen und gleichzeitig eine einfachere industrielle Herstellung zu erlauben, schlägt die Erfindung die Verwendung von in der Ebene der Lage gewellten metallischen Elementen als Verstärkungselemente vor. Somit ist der erfindungsgemäße Luftreifen mit radialer Karkassenbewehrung, der eine Scheitelbewehrung besitzt, die mindestens zwei Arbeitsscheitellagen aufweist, welche von unausdehnbaren metallischen Verstärkungselementen gebildet werden, die sich von einer Lage zur nächsten kreuzen und mit der Umfangsrichtung Winkel zwischen 10º und 45 bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in Abwesenheit jeglicher aus unausdehnbaren Verstärkungselementen, die mit der Umfangsrichtung einen Winkel von mehr als 45º bilden, geformten Lage, eine axial durchgehende, zusätzliche Lage, die aus gewellten Verstärkungselementen geformt ist, radial zwischen die Arbeitslagen gebracht wird, wobei diese Lage eine axiale Breite mindestens gleich 50% der maximalen axialen Breite der Karkassenbewehrung hat, wobei die Welligkeiten der Verstärkungselemente untereinander parallel, in Phase und parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet sind, und das Verhältnis der längenbezogenen Steifigkeit der zusätzlichen Lage zur Summe der längenbezogenen Steifigkeiten der anderen Lagen der Scheitelbewehrung höchstens 0,10 beträgt.
Die längenbezogene Steifigkeit der Ausdehnung einer Lage von Verstärkungselementen (gemessen an einer Lage von Elementen, die vom vulkanisierten Luftreifen entnommen wurde) entsteht aus der in der mittleren Richtung der Elemente pro Breiteneinheit der Lage ausgeübten Zugkraft, die notwendig ist für den Erhalt einer gegebenen relativen Dehnung s, und kann durch die Formel R = 1/p.dF/d&epsi;, wobei R die Steifigkeit der betrachteten Lage, p die Steigung zwischen Elementen der Lage, dF/d&epsi; die Ableitung der Zugkraft je Element in bezug auf die relative Dehnung, und &epsi; gleich 0,5% ist, oder durch die Formel R = dF/d&epsi; ausgedrückt werden, wobei dF/d&epsi; dann die Ableitung der Zugkraft je Breiteneinheit der Lage in bezug auf die relative Dehnung ist.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Amplitude a zur Wellenlänge λ der Welligkeiten zwischen 4% und 15%, wobei die Amplitude einer Welligkeiten per Definition von Spitze zu Spitze gemessen wird. Das Verhältnis a/λ zwischen 4% und 15% ermöglicht es, Verstärkungselemente zu haben, die die Ausbildung des Luftreifen-Rohlings in der Vulkanisationsform nicht stören, und gleichzeitig nach der Vulkanisation, der Montage und dem Aufpumpen des Luftreifens den Erhalt einer längenbezogenen Steifigkeit der Scheitelbewehrung ermöglichen, die notwendig und ausreichend ist für die Verbesserung der Haltbarkeit der Scheitelbewehrung.
Die in der Ebene der Lage gewellten Verstärkungselemente sind vorzugsweise aus Metall, und noch besser Metallseile aus Stahl, die der zusätzlichen Lage eine größere Haltbarkeit gegenüber der Ermüdung verleihen.
Unabhängig vom Material, aus dem die Verstärkungselemente (Seile oder Monofilamente) bestehen, sind sie vorteilhafter von größerem Durchmesser als die Verstärkungselemente, üblicherweise Metallseile aus Stahl, der Lagen der Scheitelbewehrung, die sich radial zu beiden Seiten der zusätzlichen Lage befinden.
Gewellte Metallelemente, deren mittlere Richtung die Umfangsrichtung ist, sind Elemente, deren Welligkeiten Achsen mit einer Richtung haben, die mit der Umfangsrichtung einen Winkel im Zwischenraum +5º, -5º um Null herum bilden.
Es ist auch vorteilhaft, daß die zusätzliche Lage eine axiale Breite mindestens 1,05 mal so groß wie die größte axiale Breite der Arbeitsscheitellage hat.
Eine vorteilhafte Art, die zusätzliche Lage von gewellten Umfangselementen zu verwenden, eine Art, die besonders für Luftreifen eines Formverhältnisses H/S mindestens gleich 0,50 geeignet ist, besteht darin, der ersten Scheitelarbeitslage eine Meridiankrümmung zu verleihen, die im wesentlichen gleich der Meridiankrümmung der darunterliegenden Karkassenbewehrung ist, um sie parallel zu dieser Karkassenbewehrung ohne Zwischenschaltung von Profilteilen anordnen zu können. Die zusätzliche Lage ist dann mit einer Krümmung von im wesentlichen Null vorgesehen und ist von der ersten Arbeitslage durch geeignete, im wesentlichen dreieckige Profilteile getrennt.
Die erfindungsgemäße Scheitelbewehrung wird vorteilhafterweise vervollständigt durch eine sogenannte Schutzscheitellage, die aus geraden elastischen Metallseilen aus Stahl besteht, welche in bezug auf die Umfangsrichtung mit einem Winkel ausgerichtet sind, der im wesentlichen gleich dem Winkel ist, den die Seile der radial am weitesten außen liegenden Arbeitsscheitellage bilden, und deren axiale Breite mindestens gleich der axialen Breite der Arbeitslage ist, die sich radial am weitesten außen befindet.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die sich auf die Zeichnung bezieht, welche in nicht einschränkend zu verstehender Weise ein Ausführungsbeispiel darstellt, und in der die einzige Fig. 1 schematisch im Meridianschnitt eine erfindungsgemäße Scheitelbewehrung zeigt.
Der Luftreifen P mit den Abmessungen 315/80 R 22.5 · hat ein Formverhältnis H/S gleich 0,8, wobei H die Höhe des Luftreifens P auf seiner Montagefelge und S seine maximale axiale Breite ist. Der Luftreifen P weist eine radiale Karkassenbewehrung (1) auf, die in jedem Wulst an mindestens einem Wulstkern verankert ist, indem sie einen Umschlag bildet, und die aus einer einzigen Lage aus Metallseilen besteht. Diese Karkassenbewehrung (1) wird von einer Scheitelbewehrung (3) umschnürt, die radial von innen nach außen gebildet wird:
- von einer ersten Arbeitsscheitellage (32), die aus unausdehnbaren, nicht umschnürten und aus Stahl bestehenden Metallseilen 14-28 gebildet wird, wobei die Seile einen Durchmesser von 1,25 mm haben, in der Lage parallel zueinander liegen und mit einer Steigung von 2,0 mm (gemessen senkrecht zu den Seilen) angeordnet sind. Sie sind in bezug auf die Umfangsrichtung mit einem Winkel α, im dargestellten Fall gleich 18º, ausgerichtet. Die erste Lage ist radial benachbart der und parallel zur Karkassenbewehrung (1), wobei ihre Meridiankrümmung 1/r im wesentlichen gleich der Meridiankrümmung 1/r1 der darunter liegenden Karkassenbewehrung (1) ist, wobei die Seile der Karkassenlage bzw. der Arbeitslage durch eine konstante Kautschukmischungsdicke getrennt sind;
- über der ersten Arbeitsscheitellage (32) von einer zusätzlichen Lage (33), die von nicht umschnürten, unausdehnbaren Metallseilen aus Stahl 27-23, mit einem Durchmesser gleich 1,4 mm und voneinander durch eine Steigung von 2 mm getrennt, gebildet wird. Die Kabel haben Welligkeiten einer Amplitude a von Spitze zu Spitze gleich 5 mm und einer Wellenlänge λ gleich 100 mm, d. h. in etwa 1/30 der Umfangslänge der Lage (33). Die Elemente sind auf 0º ausgerichtet, d. h. daß die Achsen der Welligkeiten, die sie darstellen, Umfangsachsen sind. Die axial äußeren Ränder der ersten Arbeitsscheitellage (32) werden von der zusätzlichen Lage (33) von gewellten Umfangsseilen durch Profilteile (4) mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt getrennt, wobei die Kautschukdicke e&sub2; zwischen der Lage (32) und der Lage (33), gemessen in Höhe des axial äußeren Endes der Lage (32), im wesentlichen 2 mm beträgt;
- dann von einer zweiten Arbeitsscheitellage (34), die aus Metallseilen gleich denen der ersten Lage (32) gebildet wird, welche mit der gleichen Steigung angeordnet sind und mit der Umfangsrichtung einen Winkel β entgegengesetzt zum Winkel α bilden, der im dargestellten Fall gleich dem Winkel α von 18º ist (sich aber vom Winkel α unterscheiden kann),
- und schließlich von einer letzten Lage (35) von sogenannten elastischen Metallseilen aus Stahl, die in bezug auf die Umfangsrichtung mit einem Winkel γ gleicher Richtung wie der Winkel β und gleich dem Winkel β (aber unterschiedlich sein kann) ausgerichtet sind, wobei diese letzte Lage eine sogenannte Schutzlage ist, und die sogenannten elastischen Seile solche Seile sind, die beim Reißen eine relative Dehnung mindestens gleich 4% haben.
Die axiale Breite L&sub3;&sub2; der ersten Arbeitslage (32) ist ungefähr 0,50 mal so groß wie die maximale axiale Breite So der mittleren Faser der Karkassenbewehrung (1), d. h. 160 mm, was für einen Luftreifen üblicher Form sehr viel geringer ist als die Breite der Lauffläche, die im untersuchten Fall gleich 235 mm ist. Die axiale Breite L&sub3;&sub4; der zweiten Arbeitsschicht (34) ist geringfügig kleiner als die Breite L&sub3;&sub2;, d. h. 155 mm. Die axiale Breite L&sub3;&sub5; der zusätzlichen Lage (33) ist im wesentlichen gleich 190 mm, was in etwa 0,6 So darstellt. Tatsächlich ist die Breite L&sub3;&sub3; der zusätzlichen Lage (33) wesentlich größer als die Breite L&sub3;&sub2; (L&sub3;&sub4;) der breitesten Arbeitslage. Die letzte Scheitellage (35), Schutzlage genannt, hat eine Breite L&sub3;&sub5; sehr geringfügig größer als die Breite L&sub3;&sub4; der Arbeitsscheitellagen, d. h. 165 mm.
Der soeben somit beschriebene Luftreifen wurde mit Luftreifen verglichen, wie sie in der oben erwähnten Anmeldung beschrieben wurden, durch ein sogenanntes Driftrollen, wobei die Last sowie eine Querkraft auf die auf ihren empfohlenen Druck aufgepumpten Luftreifen ausgeübt wurden. Verglichen mit einem Luftreifen mit der gleichen Architektur der Scheitelbewehrung, aber mit unterbrochenen Metallseilen aus Stahl als Verstärkungselementen der zusätzlichen Lage, beträgt der Gewinn an Haltbarkeit im wesentlichen 40% (gemessen in gefahrenen km). In gleicher Weise ist der Gewinn 20% im Vergleich mit durchgehenden und elastischen Metallseilen aus Stahl in der zusätzlichen Lage. Dieser Gewinn beträgt 80% in bezug auf einen Luftreifen gleicher Scheitelbewehrungsarchitektur, aber ohne zusätzliche Lage.

Claims

1. Luftreifen mit radialer Karkassenbewehrung (1), mit einer Scheitelbewehrung (3), die mindestens zwei Arbeitsscheitellagen (32, 34) aufweist, welche aus unausdehnbaren metallischen Verstärkungselementen gebildet werden, die sich von einer Lage zur anderen kreuzen, indem sie mit der Umfangsrichtung Winkel zwischen 10º und 45º bilden, wobei in Abwesenheit jeglicher aus unausdehnbaren Verstärkungselementen, die mit der Umfangsrichtung einen Winkel von mehr als 45º bilden, geformten Lage, eine axial durchgehende, zusätzliche Lage (33) radial zwischen die Arbeitslagen (32, 34) gebracht wird, wobei diese Lage (33) eine axiale Breite L&sub3;&sub3; mindestens gleich 50% der maximalen axialen Breite So der Karkassenbewehrung (1) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Lage (33) aus gewellten Verstärkungselementen geformt ist, wobei die Welligkeiten der Seile untereinander parallel, in Phase und parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet sind, und das Verhältnis der längenbezogenen Steifigkeit der zusätzlichen Lage (33) zur Summe der längenbezogenen Steifigkeiten der anderen Lagen (32, 34, 35) der Scheitelbewehrung höchstens 0,10 beträgt.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ebene der zusätzlichen Lage (33) gewellten Verstärkungselemente Metallseile aus Stahl sind.

3. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Amplitude a zur Wellenlänge λ der Welligkeiten der Verstärkungselemente der zusätzlichen Lage (33) zwischen 0,04 und 0,15 liegt.

4. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente der zusätzlichen Lage (33) vorteilhafterweise einen größeren Durchmesser aufweisen als die Verstärkungselemente der Arbeitslagen (32, 34), die sich radial zu beiden Seiten der zusätzlichen Lage (33) befinden.

5. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Lage (33) eine axiale Breite L&sub3;&sub5; mindestens 1,05 mal so groß wie die axiale Breite der breitesten Arbeitsscheitellage (32, 34) hat.

6. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Arbeitsscheitellage (32) eine Meridiankrümmung 1/r im wesentlichen gleich der Meridiankrümmung 1/r&sub1; der darunterliegenden Karkassenbewehrung (1) hat, so daß sie parallel zur Karkassenbewehrung (1) liegt, wobei Profilteile (3) zwischen die Ränder der Arbeitslage (32) und der zusätzlichen Lage (33) eingefügt sind, deren Krümmung im wesentlichen Null ist.

7. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelbewehrung (3) außerdem eine axial durchgehende, sogenannte Schutzlage (35) aufweist, die sich radial über der letzten Arbeitslage (34) befindet, die aus elastischen, geradlinigen Metallseilen besteht, und deren axiale Breite L&sub3;&sub5; mindestens gleich der axialen Breite L&sub3;&sub4; der radial am weitesten außen liegenden Arbeitslage ist.