DE69804094T2

DE69804094T2 - Notlaufreifen mit verbessertem plattlaufverhalten

Info

Publication number: DE69804094T2
Application number: DE69804094T
Authority: DE
Inventors: Dale Allen; Janes Beck; Curtis Paonessa; Craig Roweder; Henry Seloover
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2018-05-23
Also published as: DE69804094D1; WO1998054014A1; AU7693298A; EP0984869B1; ES2177014T3; JP2002502338A; BR9809160A; EP0984869A1; JP4308329B2

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft einen Reifen, insbesondere einen Luftreifen, der im nicht aufgepumpten Zustand verwendet werden kann.

Technischer Hintergrund

Es sind verschiedene Reifenkonstruktionen für Notlauf-Luftreifen, d. h., Reifen, die im nicht aufgepumpten Zustand verwendet werden können, vorgeschlagen worden. Ein in der US-A-4, 111,249 mit dem Titel "Banded Tires" beschriebener Ansatz war, einen Ring oder ein ringförmiges Band vorzusehen, das unter dem und annähernd so breit wie der Laufstreifen gerichtet war. Der Ring konnte in Kombination mit dem Rest des Reifenaufbaus das Fahrzeuggewicht im nicht aufgepumpten Zustand tragen. Dieser mit einem Band versehene Reifen setzte tatsächlich die Lagenkorde selbst im nicht aufgepumpten Zustand unter Zugspannung. Ein anderes Patent, die US-A-5,685,927, kombinierte die Verwendung von Seitenwandeinsätzen in Kombination mit einem ringförmigen Wulst, der direkt unter dem Laufstreifen angeordnet war. Bei diesem Ansatz wurde die Lasttragfähigkeit der Seitenwandeinsätze durch das Hinzufügen dieses Laufstreifenwulstes unterstützt. Der resultierende Reifen konnte mehr Last mit weniger Seitenwandmaterial tragen. Leider erzeugten der Ring oder die Wülste unter dem Laufstreifen zusätzliche Rollwiderstandprobleme und zeigten einen viel steiferen Laufstreifenbereich, der das Fahrleistungsvermögen verschlechtern konnte.
Die EP-A-590 482 entspricht dem Oberbegriff des Anspruches 1 und offenbart einen Radialluftreifen mit Wulstkeilen, die die Seitenwände versteifen, damit der Reifen im nicht aufgepumpten Zustand gefahren werden kann. Der Reifen kann ferner eine Auflage radial außerhalb der Verstärkungsgürtel umfassen.
In einem Artikel von 1998 mit dem Titel "Self-Supporting Tire Performance, Criteria in Testing" berichtet der Autor Walter Lee Willard, Jr. von Michelin America Research and Development Corporaion, der Society of Automotive Engineers, Inc. über eine recht umfassende Untersuchung selbsttragender Reifen. Er berichtete, das selbsttragende Reifen die gleichen grundlegenden Konstruktionsziele teilen: Minimieren der Unterschiede bezüglich herkömmlicher Reifen (aufgepumpt), Steigern des Handhabungsvermögens bei niedrigem Druck, annehmbare Handhabung bei null kPa an geeigneten Fahrzeugen, Verbessern der Wulsthalterung bei niedrigem Druck und null kPa; und Bereitstellen einer ausreichenden Haltbarkeit bei null kPa, um eine weniger als ideale Pannensituation zu vermeiden.
Die Anmelder glauben, daß der ideale selbsttragende Reifen oder Notlaufreifen einer ist, der bei null kPa unbegrenzt betrieben werden kann, und daß dieser theoretische Reifen das gleiche Fahrleistungsvermögen und die gleichen Handhabungseigenschaften wie der Luftreifen bereitstellen sollte. Obwohl festgestellt worden ist, daß hinsichtlich eines Konstruktionsziels die gegenwärtigen Technik in mehreren Bereichen große Mängel aufweist, verbessert sie sich dennoch schnell. Bei der Annäherung an das theoretische Ziel deckten die Anmelder mehrere einzigartige Beziehungen mit Blick auf Notlaufreifen auf, und über die Aufdeckung dieser Beziehungen entwickelten sie mehrere Ausführungsformen, die verbesserte Eigenschaften aufweisen und ein großer Schritt in Richtung der Erlangung des theoretischen Notlaufreifens sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt einen Notlauf-Luftreifen bereit, wie er in den Ansprüchen definiert ist.

Definitionen

"Aspektverhältnis" bezeichnet das Verhältnis seiner Querschnittshöhe zu seiner Querschnittsbreite.
"Axial" und "in Axialrichtung" bezeichnet die Linien oder Richtungen, die parallel zur Drehachse des Reifens verlaufen.
"Wulst" oder "Wulstkern" bezeichnet allgemein denjenigen Teil des Reifens, der ein ringförmiges Zugelement umfaßt, wobei die radial inneren Wülste dem Halten des Reifens auf der Felge zugeordnet sind und mit Lagenkorden umwickelt sind, und mit oder ohne andere Verstärkungselemente, wie Wulstfahnen, Chipper, Wulstkernreiter oder Wulstkeile, Zehenschützer und Wulstbänder, gestaltet sind, wobei der Wulst oder die Wülste unter dem Laufstreifen, die in Laufstreifengummi eingebettet sind, mit oder ohne andere kordverstärkte Gewebeelemente vorgesehen sein können.
"Gürtelaufbau" oder "Verstärkungsgürtel" bezeichnet mindestens zwei ringförmige Schichten oder Lagen aus parallelen Korden, gewoben oder nicht gewoben, die dem Laufstreifen unterlegt sind, nicht an dem Wulst verankert sind und sowohl linke als auch rechte Kordwinkel im Bereich zwischen 17º und 27º in bezug auf die Äquatorialebene des Reifens aufweisen.
"Umfangs-" bezeichnet Linien oder Richtungen, die sich entlang des Umfangs der Oberfläche des ringförmigen Laufstreifens senkrecht zur Axialrichtung erstrecken.
"Karkasse" bezeichnet den Reifenaufbau abgesehen vom Gürtelaufbau, dem Laufstreifen, dem Unterprotektor und dem Seitenwandgummi über den Lagen jedoch einschließlich der Wülste.
"Unterbau" bezeichnet die Karkasse, den Gürtelaufbau, die Wülste, die Seitenwände und alle anderen Bestandteile des Reifens mit Ausnahme des Laufstreifens und des Unterprotektors.
"Wulstbänder" bezeichnet schmale Materialstreifen, die um die Außenseite des Wulstes herum angeordnet sind, um Kordlagen vor der Felge zu schützen und Walkung über die Felge zu verteilen.
"Kord" bezeichnet einen der Verstärkungsstränge, aus denen die Lagen in dem Reifen bestehen.
"Äquatorialebene (EP)" bezeichnet die Ebene, die senkrecht zur Reifendrehachse steht und durch die Mitte seines Laufstreifens verläuft.
"Aufstandsfläche" bezeichnet den Kontaktfleck oder die Kontaktfläche des Reifenlaufstreifens mit einer ebenen Fläche bei einer Geschwindigkeit von Null unter normaler Last und normalem Druck.
"Innerliner" bezeichnet die Schicht oder Schichten aus Elastomer oder anderem Material, die die Innenfläche eines schlauchlosen Reifens bilden und die das Füllfluid in dem Reifen enthalten.
"Normaler Fülldruck" bezeichnet den spezifischen Konstruktionsfülldruck und die spezifische Last, die von der zuständigen Normungsorganisation für den Betriebszustand des Reifens festgelegt werden.
"Normale Last" bezeichnet den spezifischen Konstruktionsfülldruck und die spezifische Last, die von der zuständigen Normungsorganisation für den Betriebszustand des Reifens festgelegt werden.
"Normale Fahrzeuglast" bezeichnet die abgeschätzte Last für einen gegebenen Reifen bei einem vorbestimmten, für das Fahrzeug festgelegten Druck. Für diese Anmeldung wurden alle Tests bei 900 lbs. Last mit 30 psi bzw. 0 psi, es sei denn, es ist anders angegeben, für einen Reifen mit der Größe 215/65R15 durchgeführt.
"Lage" bezeichnet eine kontinuierliche Schicht aus gummibeschichteten, parallelen Korden.
"Radial" und "in Radialrichtung" bezeichnet Richtungen radial zur Drehachse des Reifens.
"Radialreifen" bezeichnet einen mit einem Gürtel versehenen oder in Umfangsrichtung festgelegten Luftreifen, bei dem mindestens eine Lage Korde aufweist, die sich von Wulst zu Wulst erstrecken und unter Kordwinkeln zwischen 650 und 90º in bezug auf die Äquatorialebene des Reifens gelegt sind.
"Querschnittshöhe" bezeichnet den radialen Abstand vom Nennfelgendurchmesser zum Außendurchmesser des Reifens an seiner Äquatorialebene.
"Querschnittsbreite" bezeichnet den maximalen linearen Abstand parallel zur Achse des Reifens zwischen dem Äußeren seiner Seitenwände, wenn und nachdem er 24 h lang auf Normaldruck aufgepumpt wurde, jedoch unbelastet war, ausschließlich Erhebungen der Seitenwände infolge von Beschriftungen, Dekoration oder Schutzbändern.
"Schulter" bezeichnet den oberen Abschnitt einer Seitenwand knapp unter der Laufstreifenkante.
"Seitenwand" bezeichnet denjenigen Abschnitt eines Reifens zwischen dem Laufstreifen und dem Wulst.
"Laufstreifenbreite" bezeichnet die Bogenlänge der Laufstreifenoberfläche in der Axialrichtung, d. h., in einer Ebene parallel zur Drehachse des Reifens.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Der Aufbau, der Betrieb und die Vorteile der Erfindung werden bei Betrachtung der folgenden Beschreibung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen weiter deutlich werden, wobei:
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Notlaufreifens 10 nach dem Stand der Technik, der über einen Notlaufeinsatz verstärkte Seitenwände umfaßt,
Fig. 2A ist eine schematische geschnittene Teilansicht des Bodenkontaktabschnitts des Notlaufreifens 10 nach dem Stand der Technik von Fig. 1 in einem normal aufgepumpten Zustand,
Fig. 2B ist eine schematische geschnittene Teilansicht des Bodenkontaktabschnitts des Notlaufreifens 10 nach dem Stand der Technik von Fig. 1 in einem nicht aufgepumpten Zustand,
Fig. 2C ist eine vergrößerte schematische Teilansicht des nach oben gekrümmten zentralen Abschnitts des in Fig. 2B gezeigten, nicht aufgepumpten Reifens nach dem Stand der Technik,
Fig. 3A ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Notlaufreifens 1, der nicht zur Erfindung gehört. Der Reifen 1 ist im normal aufgepumpten, auf seine Konstruktionsfelge 100 aufgezogenen aber unbelasteten Zustand gezeigt.
Fig. 3B ist der Reifen 1 von Fig. 3A, der gezeigt ist, wenn er normal mit 630 psi (2 bar) aufgepumpt und mit einer normalen Fahrzeuglast belastet ist.
Fig. 3C ist der Reifen 1 von Fig. 3A, der nicht aufgepumpt und mit einer normalen Fahrzeuglast belastet gezeigt ist. Der Querschnitt ist entlang der einer einlaufseitigen Kante 54 des Kontaktflecks 55 genommen.
Fig. 4A ist eine schematische Darstellung des mit einer normalen Fahrzeuglast belasteten und aufgepumpten dynamischen Kontaktflecks eines beispielhaften Laufstreifens für einen Notlaufreifen.
Fig. 4B ist eine schematische Darstellung eines mit einer normalen Fahrzeuglast belasteten und nicht aufgepumpten dynamischen Kontaktflecks des Reifens von Fig. 4A unter Verwendung einer Konstruktion nach dem Stand der Technik.
Fig. 4C ist eine Darstellung eines Schemas eines dynamischen Kontaktflecks 55 des beispielhaften Laufstreifens des Reifens 4 oder 5 gemäß der Erfindung unter normaler Fahrzeuglast und bei 30 psi (0,2 MPa) Fülldruck.
Fig. 4D ist der schematische dynamische Kontaktfleck 55 des Reifens von Fig. 4C, wenn er mit einem Aspektverhältnis von weniger als 50% aufgebaut ist, nur nicht aufgepumpt und mit einer normalen Fahrzeuglast belastet.
Fig. 4E ist der schematische dynamische Kontaktfleck 55 des Reifens von Fig. 4C, der mit einem Aspektverhältnis von 65% aufgebaut ist, wenn er nicht aufgepumpt und normal belastet ist.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Reifens 4 einer ersten Ausführungsform, der drei oder mehr ringförmige, elastische Bänder 29 aufweist.
Fig. 6 ist ein Reifen 5 einer zweiten Ausführungsform, der eine schraubenförmig gewickelte Wendel 60 aufweist, die zwischen dem Gürtelverstärkungsaufbau und der Karkasse angeordnet ist.

Detaillierte Beschreibung

Ausführungsform nach dem Stand der Technik

In Fig. 1 ist ein Schnitt eines typischen Notlauf-Radialluftreifens 10 mit niedrigem Querschnitt nach dem Stand der Technik veranschaulicht. Der Reifen 10 weist einen Laufstreifen 12, einen Gürtelaufbau 14, zwei Seitenwandabschnitte 16, 18, zwei Wulstbereiche 20 und einen Karkassaufbau 22 auf. Der Gürtelaufbau 14 besteht aus zwei Gürteln 24, 26 und einer Gewebeauflage 28, die zwischen dem unteren Abschnitt des Laufstreifens 12 und den oberen Teilen des Gürtelaufbaus entfaltet ist. Die Karkasse 22 umfaßt eine erste Lage 30 und eine zweite Lage 32, einen für Gas undurchlässigen Innerliner 34, zwei Wülste 36a, 36b, zwei Wulstkeil- Kernreiter 38a, 38b, zwei erste Einsätze 40a, 40b und zwei zweite Einsätze 42a, 42b. Der erste oder innerste Einsatz 40a, 40b ist zwischen dem Innerliner 34 und der ersten Lage 30 und der zweite Lage 32 angeordnet. Die Gewebeauflage 2 ist unterhalb oder radial innen von dem Laufstreifen 12 und oben auf oder radial außen von dem Gürtelaufbau 14 angeordnet. Die verstärkten Seitenwandabschnitte 16, 18 des Karkassaufbaus 22 verleihen dem Reifen 10 eine begrenzte Notlauffähigkeit.
Wie es aus Fig. 1 zu sehen ist, erhöht die strukturelle Verstärkung im Seitenwandbereich des Reifens 10 die Gesamtdicke der Seitenwandabschnitte 16, 18 wesentlich. Diese verallgemeinerte Notlaufreifenkonstruktion nach dem Stand der Technik zeigt die mehr oder weniger gleichmäßig verdickten Seitenwände, die Notlaufreifenkonstruktionen kennzeichnen. Derart einsatzverstärkte Seitenwände sind notwendig, um die Last des Reifens mit einer minimalen Seitenwandverformung zu tragen, wenn der Reifen 10 in einem nicht aufgepumpten Zustand ist. Derartige Notlaufreifenkonstruktionen stellen eine zuverlässige Fahrzeughandhabung und -leistung unter Bedingungen eines vollen Fülldruckes bereit, und sie ergeben eine vernünftige Lebensdauer des Notlaufreifens und eine vernünftige Fahrzeughandhabung, wenn der Reifen nicht aufgepumpt ist. Notlaufreifen wiegen wegen des zusätzlichen Gewichtes des Verstärkungsmaterials in den Seitenwänden im allgemeinen mehr als äquivalente Reifen ohne Notlaufeigenschaften, wobei dieses zusätzliche Gewicht in Notlaufreifen mit hohem Querschnitt größer ist als in Notlaufreifen mit niedrigem Querschnitt.
Fig. 2A zeigte ein Teilschema eines normal aufgepumpten Reifens nach dem Stand der Technik, wobei dessen Laufstreifen 12 in Kontakt mit dem Boden 13 steht. Die Abflachung des Laufstreifens 12 in dem Bereich, in dem er den Boden 13 berührt, leitet Biegebeanspruchungen in den Laufstreifen und seine darunterliegenden Bestandteile ein, die den Gürtelaufbaus 14, das Auflagegewebe 28, die Gürtel 24, 26, die Radiallagen 30, 32 und den Innerliner 34 umfassen. Genauer leiten sich die Biegebeanspruchungen vom Abflachen des Laufstreifens 12 aus der Querkrümmung des Laufstreifens und seiner darunterliegenden Strukturen im Zustand wie geformt oder wie aufgepumpt ab. Diese Biegebeanspruchungen leiten Zugbeanspruchungen in die radial innen liegenden Strukturen unterhalb des Laufstreifens 12, wie beispielsweise den Innerliner 34 und die Radiallagen 30, 32 ein. Entsprechende Druckbeanspruchungen werden in das Elastomermaterial des Laufstreifens 12 und solche darunterliegenden Strukturen, wie die Gewebeauflage 28 und Abschnitte des Gürtelaufbaus 14, eingeleitet.
Fig. 2B veranschaulicht die nach oben gerichtete Krümmung des Laufstreifens 12 des nicht aufgepumpten Notlaufreifens 10 nach dem Stand der Technik in dem Bereich, in dem der lasttragende Laufstreifen den ebenen Straßenbelag 13 berührt. Die nach oben gerichtete Krümmung des zentralen Laufstreifenbereiches entspricht der Bildung von Biegebeanspruchungen in den zentralen Abschnitten des Laufstreifens 12 und seiner darunterliegenden Strukturen. Die Biegebeanspruchungen in dem Laufstreifen 12 während des Notlaufbetriebes, wie dies in Fig. 2B veranschaulicht ist, sind größer als jene, die zu einem einfachen Abflachen des Laufstreifens während des normal aufgepumpten Betriebes gehören, wie dies in Fig. 2A veranschaulicht ist.
Fig. 2C ist ein schematisches Teildetail (nicht in exakter Proportion) der Gürtel 24, 26, der Lagen 30, 32, des Innerliners 34 und der Gewebeauflage 28, wie sie innerhalb des nach oben gekrümmten, zentralen Abschnitts des Laufstreifens 12 des Reifens nach dem Stand der Technik aussehen würden. Die in Fig. 2C gezeigte neutrale Biegeachse A-A ist in einer plausiblen Beziehung in bezug auf die Gewebeauflage 28, Gürtel 24, 26, Lagen 30, 32 und Innerliner 34 angeordnet gezeigt. Fachleute werden feststellen, daß in Fig. 2C die konstruktiven Elemente des Laufstreifens 12, die über der neutralen Achse A-A - d. h., radial innen in bezug auf den Laufstreifen 12 - liegen, eine Zugbelastung erfahren werden, während diejenigen Strukturen, die unter der neutralen Achse A-A, d. h., näher bei dem Laufstreifen 12, angeordnet sind, eine Druckbelastung erfahren werden. Die Anordnung der neutralen Achse A-A in Relation zu den Gürteln 24, 26 ist ungefähr, wobei die Zugbeanspruchungstragfähigkeiten der radialen Lagen 30, 32 und die Druckbeanspruchungs-Trägerstruktur berücksichtigt werden, noch ist der Innerliner 34 eine effektive Zugbelastungs-Trägerstruktur. Die neutrale Achse A-A ist innerhalb des Gürtels 24 angeordnet gezeigt, und zwar rein als eine Annäherung daran, wo sie liegen würde, wenn der relativ größere Elastizitätsmodul der Stahlkorde in den Gürteln 24, 26 im Vergleich zu dem Modul der Korde, die die Lagen 30, 32 verstärken, gegeben ist. Es ist festzustellen, daß die größeren oder geringeren Grade einer nach oben gerichteten Krümmung der zentralen Abschnitte des Laufstreifens 12, wie dies in den Fig. 2B und 2C veranschaulicht ist, auf plausible Weise bewirken werden, daß sich die Anordnung der neutralen Biegeachse A-A entsprechend in bezug auf die Radialrichtung des Reifens ändert.
Wie es in den Fig. 3A bis 3C gezeigt ist, in denen der Reifen 1 veranschaulicht ist, ist anzumerken, daß all die verschiedenen Reifen 1, 4 und 5 ein ähnliches, einzigartiges Durchbiegungsprofil aufweisen, das mit der Versteifung der Seitenwand 16, 18 in Beziehung steht, die in Kombination mit dem Laufstreifen 12 und seinen darunterliegenden, zusammengesetzten Verstärkungen arbeitet. In Fig. 3A ist ein normal aufgepumpter, beispielhafter Notlaufreifen 1 im unbelasteten Zustand gezeigt. Das Reifenbeispiel weist eine Querschnittshöhe "H" im nicht durchgebogenen Zustand auf, wie dies in der Figur gezeigt ist. Wie es in Fig. 3A gezeigt ist, wird der Reifen eine Durchbiegung D&sub3;&sub0; zeigen, wie von der unbelasteten Querschnittshöhe im unbelasteten Zustand gemessen, wobei die Durchbiegung D&sub3;&sub0; kleiner als 20 mm ist, wenn der Reifen 1 auf seinem normalen Fülldruck von etwa 30 PSI (0,2 MPa) liegt und mit einer normalen Fahrzeuglast von annähernd 4000 Newton belastet ist. Wie es in Fig. 3C weiter gezeigt ist, zeigt der Reifen 1, wenn er nicht aufgepumpt ist und mit 4000 Newton belastet ist, eine Durchbiegung D&sub0; von weniger als 40 mm. Diese repräsentativen Durchbiegungen waren für einen Testreifen mit einer Größe P215/65R15, wobei die Last von 4000 Newton die typische normale Fahrzeuglast ist. Man glaubt, daß, wenn sich für verschiedene Reifenkonstruktionen die Reifengrößen ändern und die normalen Fahrzeuglast entsprechend geändert wird, dieser Zusammenhang der Durchbiegung D&sub0;, D&sub3;&sub0; erhalten bleiben sollte. Wie es Fachleute in der Reifentechnik feststellen werden, ist die Durchbiegung des normal aufgepumpten und normal belasteten Reifens D&sub3;&sub0; ein relativ kleines Ausmaß an Durchbiegung gegenüber dem aufgepumpten aber unbelasteten Reifen. Durch Subtrahieren der Durchbiegung D&sub3;&sub0; im normal aufgepumpten Zustand von der Gesamtdurchbiegung D&sub0; des nicht aufgepumpten Reifens findet man, daß diese Differenz (D&sub0; - D&sub3;&sub0;) oder Δ-Durchbiegung im wesentlichen gleich oder kleiner als die Durchbiegung D&sub3;&sub0; im normal belasteten und normal aufgepumpten Zustand ist. Dies bedeutet für den Fachmann, daß die Reifenquerschnittshöhe nicht wesentlich von der aufgepumpten HL@30 bis zum nicht aufgepumpten Zustand Hugo abweicht. Diese minimale Differenz der Durchbiegung (D&sub0; - D&sub3;&sub0;) reduziert das Ausmaß an Instabilität stark, das geschaffen wird, wenn einer der Reifen im nicht aufgepumpten Zustand gefahren wird. Dies ist besonders bemerkbar, wenn der Reifen eine hohe Querschnittshöhe H aufweist oder ein Reifen mit hohem Aspektverhältnis von größer als 50%, typischerweise 60% oder größer, ist, wie er in Kleintransportern und Freizeitfahrzeugen üblich ist. Die Reifen weisen im allgemeinen eine Querschnittshöhe von 4 Zoll (10 cm) oder größer auf.
Wie es in der US-A-5,685,927 berichtet wurde, sollte sich die Federrate des Reifens im aufgepumpten Zustand nicht merklich gegenüber derjenigen eines herkömmlichen Luftreifens ohne Notlaufeigenschaften verändern. Wenn der Notlaufreifen im nicht aufgepumpten Zustand betrieben wird, muß die Federrate ausreichend hoch sein, um zu verhindern, daß der Reifen sich verbiegt oder einknickt oder auf sich selbst zusammenfällt. Der Reifen nach dem Stand der Technik der US-A-4,111,249 mit dem elastischen Band wies eine Federrate von annähernd der Hälfte der Federrate des aufgepumpten Reifens auf. Sonst könnte ein starkes Schlagproblem an den Tag gelegt werden. In der US-A-5,685,927 wurde bei dem Reifen mit einem dritten Wulstkern unter dem Laufstreifen festgestellt, daß die Gesamtfederrate im Bereich von 30 Prozent bis 50 Prozent von derjenigen des aufgepumpten Reifens liegen sollte. Diese Bedingung stellte sicher, daß sich der Reifen für eine gegebene Last nur ungefähr um das 2 bis 3fache von dem des aufgepumpten Reifens durchbiegen würde. Diese Zunahme der Durchbiegung schuf angeblich keine wesentlichen Handhabungsprobleme bei üblichen Autobahngeschwindigkeiten. Während dies für den Reifen mit drei Wülsten galt, ist anzumerken, daß der Reifen als ein P275/40ZR18-Hochleistungs-Notlaufreifen eine Federrate im aufgepumpten Zustand von annähernd 2000 Pfund pro Zoll (3,5*10&sup5; N/m) aufwies, und in nichtaufgepumpten Zuständen die Federrate 806 Pfund pro Zoll (1,4*10&sup5; N/m) betrug. Dieser Reifen nach dem Stand der Technik, der eine sehr niedrige Querschnittshöhe aufwies, war unter diesen großen Durchbiegungen im nicht aufgepumpten Zustand ziemlich stabil. Außerdem war das Fahrzeug eine Corvette, die ein kompensierendes Aufhängungssystem aufwies, das das Handhabungsvermögen des Wagens weiter verbesserte, wenn ein Reifen nicht aufgepumpt war.
In dem Fall, daß diese Reifen mit höherem Aspektverhältnis entwickelt werden, um im nicht aufgepumpten Zustand zu fahren, können Durchbiegungen mit einem derart großen Ausmaß und Änderungen der Federrate vom aufgepumpten zum nicht aufgepumpten Zustand die Handhabungseigenschaften des Fahrzeugs drastisch beeinflussen. Es wird deshalb für klug gehalten, zu versuchen, den Notlaufreifen derart zu entwickeln, daß Schwankungen von aufgepumpten zu nicht aufgepumpten Zuständen minimal gehalten werden.
Wie es aus den Fig. 4A, B, C, D und E zu sehen ist, beeinflußten diese Abweichungen der Durchbiegungen auch den Kontaktfleck 55 des Reifens, der im übrigen als die Aufstandsfläche bekannt ist. Die Notlaufreifen 10 nach dem Stand der Technik, die eine höhere Durchbiegung unter mit der normalen Fahrzeuglast belasteten und nicht aufgepumpten Zuständen aufweisen, zeigten dadurch eine Verlängerung des Kontaktflecks des Reifens, wenn der Reifen 10 nicht aufgepumpt und unter normal Last gesetzt war, im Vergleich mit dem mit der normalen Fahrzeuglast belasteten und aufgepumpten Kontaktfleck von Fig. 4A. Zusätzlich und am wichtigsten kann dies in Fig. 4B beobachtet werden, wenn diese mit dem Kontaktfleck 4A des normal aufgepumpten und normal belasteten Reifens 10 nach dem Stand der Technik verglichen wird. Es ist leicht festzustellen, daß nur die Schulterbereiche 50, 52 einen Laufstreifenelementkontakt aufrechterhalten, der zwei Kontaktzonen schafft, die im wesentlichen nicht miteinander verbunden sind. Die Laufstreifenelemente im Mittelbereich des Laufstreifens 12 von der einlaufseitigen Kante 54 zur auslaufseitigen Kante 56 stehen im allgemeinen nicht in Kontakt. Dies legte ein starkes Biegen im Laufstreifenbereich der Notlaufreifen 10 des Standes der Technik an den Tag. In Fig. 4C zeigt der Kontaktfleck der Reifen 4 oder 5 gemäß der vorliegenden Erfindung eine relativ rechteckige Querschnittsform im mit der normalen Fahrzeuglast belasteten und auf 30 psi (0,2 MPa) aufgepumpten Zustand. Wenn der erfindungsgemäße Reifen nicht aufgepumpt und mit der normalen Fahrzeuglast belastet ist, wie in Fig. 4D, behalten die Laufstreifenelemente um den Umfang der Aufstandsfläche herum entlang zumindest der einlaufseitigen Kante 54 und der beiden Schulterbereiche 50, 52 Kontakt. Wenn der Reifen nicht aufgepumpt und bis zur maximalen Bruttofahrzeuglast belastet ist, tritt eine weitere Durchbiegung auf, jedoch behält der Laufstreifenkontaktfleck 55, während er in der Umfangsrichtung länger wird, diesen Umfangskontakt um die Aufstandsfläche herum, wie es in Fig. 4E gezeigt ist. Deshalb wird der Laufstreifenelementkontakt über zumindest die einlaufseitige Kante 54 und in manchen Fällen über die auslaufseitige Kante 56 des Kontaktflecks oder der Aufstandsfläche 55 aufrechterhalten. Der Umfangskontakt war mindestens "U"-förmig und in vielen Fällen rechteckig, wodurch ein Reifen mit einem guten Seitenführungsvermögen bei null psi geschaffen wurde. Die Darstellungen des dynamischen Kontaktflecks 55 dieser Aufstandsflächen wurden bei annähernd 4 km pro Stunde genommen. Bei diesen relativ niedrigen Geschwindigkeiten übertreibt dies die Biegung des Laufstreifens 12 im Mittelbereich im nicht aufgepumpten Zustand. Wenn die Drehzahl und die Geschwindigkeit des Reifens zunehmen, wird das Biegen der mittleren Elemente drastisch reduziert. Deshalb wird bei höheren Geschwindigkeiten mehr von dem Laufstreifen in Kontakt stehen. Indem jedoch der Reifen bei einer derart niedrigen Geschwindigkeiten geprüft wird, kann eine übertriebene Aussage des nicht in Kontakt stehenden Bereiches geschaffen werden. Während es der optimale Zustand wäre, daß die Laufstreifenelemente im nicht aufgepumpten Zustand die gleiche Kontaktfläche wie im aufgepumpten Zustand behielten, ist leicht festzustellen, daß es der Mangel an Luft in der Kammer des Reifens erfordert, daß die zusammengesetzte Verstärkungsstruktur unterhalb des Laufstreifens 12 und der Laufstreifen 12 in Kombination arbeiten, um Kontaktflächen zu schaffen. Es ist wesentlich, daß die einlaufseitige Kante 54 und in manchen Fällen einiges oder alles von der auslaufseitigen Kante 56 der Laufstreifenelemente ihren Kontakt mit der Straße behalten. Dies legt wirksam an den Tag, daß die Verbundstrukturen radial innen in bezug auf den Laufstreifen 12 arbeiten, um einem Biegen entgegenzuwirken. Man glaubt, daß dies das Vermögen des Seitenführungskoeffizienten der Reifen 4 oder 5 wesentlich verbessert, wenn im nicht aufgepumpten Zustand gefahren wird.
In Fig. 5 ist ein Reifen 4 gezeigt, der drei oder mehr elastische Bänder 29 aufweist, die radial nach innen hin und direkt unter den Gürtelverstärkungsschichten 24, 26 beabstandet angeordnet sind. Die Bänder 29 sind in einem Array quer über den Laufstreifen hinweg positioniert und zwischen dem Gürtelverstärkungsaufbau 24, 25 und der Karkasslage 30, 32 angeordnet. Das Array aus Bändern 29 weist eine axiale Breite von mindestens 80 Prozent der Laufstreifenbreite auf. Man glaubt, daß es bevorzugt ist, daß die Bänder aus einem Verbundmaterial bestehen, wobei jedes Verbundmaterial verwendet werden kann, jedoch nimmt man an, daß Glaspolyamid oder Kohlefaser bevorzugt ist. Jedes Band 29 sollte vorzugsweise äußerst dünn sein und zu einer minimalen Ring-Verzerrung im nicht aufgepumpten Zustand führen. Die Ring-Verzerrung ist ein Phänomen, das bei Bändern auftritt, so daß, wenn das Band durch die Aufstandsfläche abrollt, seine Verformung von kreisförmig zu eben unübliche Rollwiderstandszunahmen erzeugt. Zur Vermeidung dieses Phänomens ist es wichtig, daß die Bänder ausreichend schmal sind und unabhängig voneinander wirken. Man glaubt auch, daß es wesentlich ist, daß die Bänder von mindestens der Gewebeauflage 28 oder einem Gürtelverstärkungsaufbau 24, 26 bedeckt sind.
In Fig. 6 ist ein Notlaufreifen 5 gezeigt, bei dem sich eine oder mehrere schraubenförmig gewickelte Wendeln 60 axial über den radial inneren Gürtelverstärkungsaufbau 14 hinweg erstrecken. Wie gezeigt sind die schraubenförmig gewickelten Wendeln zwischen dem Gürtelverstärkungsaufbau 14 und der Karkasslage 30, 32 angeordnet. Wie es ferner veranschaulicht ist, sind in Fig. 6A die schraubenförmig gewickelten Wendeln 60 in dem Elastomermaterial 61 eingebettet. Jede Wendel 60 stellt eine Versteifung in der Umfangsrichtung bereit und hilft, für den Notlauf im nicht aufgepumpten Zustand zu sorgen, während sie gleichzeitig von einer federartigen Natur ist. Diese Wendeln liefern eine minimalen Rollwiderstand mit einer außergewöhnlichen Laufstreifenversteifungsfähigkeit, wenn der Reifen in die Aufstandsfläche eintritt und diese verläßt.

Claims

1. Notlauf-Luftreifen (4, 5) mit einem radial äußeren Laufstreifen (12), einem Gürtelverstärkungsaufbau (24, 26) radial innen in bezug auf den Laufstreifen, wobei der Gürtelverstärkungsaufbau mindestens zwei mit Kord verstärkte Schichten (24, 26) aufweist, und einem Karkassverstärkungsaufbau, der mindestens eine mit Kord verstärkte Lage (30, 32) aufweist, die sich zu zwei ringförmigen Wulstkernen (36a, 36b) erstreckt, wobei der Reifen, wenn er auf eine Konstruktionsfelge aufgezogen und normal aufgepumpt aber unbelastet ist, eine Querschnittshöhe H und eine Querschnittsbreite W aufweist, wobei die Querschnittsbreite W größer als die Querschnittshöhe H ist, wobei der Reifen eine Querschnittshöhe H aufweist, die größer als 4 Zoll (10 cm) ist, und das Verhältnis der Querschnittshöhe zur Querschnittsbreite H/W das Aspektverhältnis des Reifens definiert, wobei das Aspektverhältnis größer als 50% ist; zwei Seitenwänden (16, 18), die sich von dem Laufstreifen (12) radial nach innen in Richtung der Wulstkerne erstrecken, wobei jede Seitenwand (16, 18) mindestens einen Elastomereinsatz (40a, 40b, 42a, 42b) radial innen in bezug auf eine Lage (30, 32) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Kombination aus dem Laufstreifen (12), dem Gürtelverstärkungsaufbau (24, 26) und der mindestens einen mit Kord verstärkten Lage (30, 32) und einem oder mehreren Laufstreifenversteifungselementen, die aus einer Gruppe von einem oder mehreren der folgenden ausgewählt sind:

- (a) mindestens drei oder mehr ringförmige Bänder (29), die in einem Array quer über den Reifen hinweg positioniert und zwischen dem Gürtelverstärkungsaufbau (24, 26) und der Karkasslage (30, 32) angeordnet sind, wobei das Array aus Bändern (29) eine axiale Breite von mindestens 70 Prozent der Laufstreifenbreite aufweist; oder

- (b) eine schraubenförmig gewickelte Wendel (60), die sich quer über und radial innen von dem Gürtelverstärkungsaufbau (24, 26) erstreckt;

die Durchbiegung D&sub3;&sub0; des Reifens (4, 5) im auf 30 PSI (0,2 MPa) normal aufgepumpten Zustand unter normaler Last kleiner als 20 mm ist, und die Durchbiegung D&sub0; bei 0 PSI (0 MPa) unter normaler Last kleiner als 40 mm ist, und die Differenz zwischen der Durchbiegung D&sub3;&sub0; im normal belasteten und aufgepumpten Zustand · und der Durchbiegung D&sub0; im wesentlichen gleich oder kleiner als das Ausmaß der Durchbiegung D&sub3;&sub0; ist.

2. Reifen nach Anspruch 1, wobei die Bänder (29) aus einem Verbundmaterial, wie beispielsweise Glaspolyamid oder Kohlefaser, bestehen.

3. Reifen nach Anspruch 1, wobei das Array aus Bändern (29) eine axiale Breite von mindestens 80 Prozent der Laufstreifenbreite aufweist.

4. Reifen nach Anspruch 1, wobei der Gürtelverstärkungsaufbau drei Gürtelschichten (24, 25, 26) aufweist, wobei jede Gürtelschicht (24, 25, 26) parallele Korde aufweist, die relativ zur Äquatorialebene des Reifens im Bereich von 18º bis 30º ringförmig orientiert sind, wobei jede benachbarte Schicht (24, 25, 26) entgegengesetzt geneigt ist.

5. Reifen nach Anspruch 4, wobei jede benachbarte Gürtelschicht (24, 25, 26) Kordwinkel aufweist, die gleich aber entgegengesetzt geneigt sind.

6. Reifen nach Ansprüch 4, wobei die Korde von einer oder mehreren Gürtelschichten (24, 25, 26) aus Stahl bestehen und einen Durchmesser von 0,035 Zoll (0,09 cm) und einen 2+2-Aufbau aufweisen.

7. Reifen nach Anspruch 4, wobei die Korde von einer oder mehreren Gürtelschichten (24, 25, 26) aus Stahl bestehen und einen Korddurchmesser von 0,056 Zoll (0,14 cm) aufweisen.

8. Reifen nach Anspruch 1, wobei die schraubenförmig gewickelten Wendeln (60) in einem Elastomermaterial (61) eingebettet sind.

9. Reifen nach Anspruch 1, wobei der Kernreiter (38a, 38b) sich ungefähr 2,5 Zoll (6,4 cm) über den Wulstkern erstreckt.

10. Reifen nach Anspruch 1, der, wenn er auf eine Konstruktionsfelge aufgezogen ist, einen dynamischen Laufstreifenkontakifleck bei 4 km/h mit einer im wesentlichen rechteckigen Form aufweist, die eine Breite Wm und eine durchschnittliche Umfangslänge LN besitzt, wie zwischen einer einlaufseitigen Kante und einer auslaufseitigen Kante gemessen, wenn er mit der normalen Fahrzeuglast belastet und normal aufgepumpt ist, und eine Länge Ln + ΔL und eine Breite Wn, wenn er mit der normalen Fahrzeuglast belastet ist und bei null Fülldruck, wodurch die Parameterform des Kontaktflecks definiert ist, wobei die einlaufseitige Kante einen Laufstreifenelementkontakt im Bereich der Fülldrücke von 0 PSI (0 MPa) bis zu einem normalen Fülldruck aufrechterhält, wobei das Verhältnis der Kontaktflecklänge Ln + ΔL bei 0 PSI (0 MPa) zur Länge LN 225 Prozent oder weniger beträgt.

11. Reifen nach Anspruch 10, der eine Nettokontaktfläche aufweist, wenn er normal belastet und aufgepumpt ist, die kleiner als 150 Prozent der Nettokontaktfläche bei normaler Belastung und null PSI (0 MPa) ist.