DE2110988A1

DE2110988A1 - Laufflaechenring fuer Reifen mit abnehmbarem Laufflaechenteil

Info

Publication number: DE2110988A1
Application number: DE19712110988
Authority: DE
Inventors: Luigi Maiocchi
Original assignee: Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1970-03-12
Filing date: 1971-03-08
Publication date: 1971-09-30
Also published as: FR2081872A1; ZA711647B; DK124869B; CH518192A; GB1334180A; NL7102455A; LU62782A1; BE763830A; ES195130Y; CA924623A; US3703202A; AT305060B; ES195130U; FR2081872B1

Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DlPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

TELEFON: 395314 2000 HAMBURG 50, 5. März 1971

TELEGRAMMEi KARPATENT KONIGSTRASSE 28

W. 24 555/71 12/Fl

Industrie Pirelli S.p.i. Mailand (Italien)

Laufflächenring für Reifen mit abnehmbarem Laufflächenteil

Die Erfindung bezieht sich auf Luftreifen, bei denen die Lauffläche von der Karkasse getrennt ist, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Arten von Reifen, bei denen die Verbindung der Lauffläche mit der Karkasse durch Reibungskräfte erhalten wird, welche durch den Aufblasdruck erzeugt werden.

Auf dem Gebiet von Reifen der vorgenannten Art sind bereits verschiedene Arten von Laufflächenringen bekannt, die einen Zusammenbau von Verstärkungsgebilden enthalten. Eine Art von Laufflächenring, die zu guten Ergebnissen geführt hat, ist in der schwebenden Patentanmeldung P 20 37 085.8 beschrieben. Dieser Laufflächenring enthält eine gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähige Armierung, die durch eine einzige schraubenlinienförmig gewickelte Metallschnur gebildet ist, deren Windungen in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Richtung der Äquatorialebene des Reifens angeordnet sind, sowie zwei zusätzliche Metallschnurlagen, deren parallel zueinander verlaufende

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Schnüre entlang zweier Richtungen angeordnet sind, die sich mit Bezug auf die Äquatorialebene kreuzen.

Die gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähige Bewehrung hat die Aufgabe, der Ausdehnung der Karkasse zu widerstehen, um die Reibungskräfte zu erzeugen, welche den Laufflächenring an der Karkasse festlegen sollen. Die beiden zusätzlichen Metallschnurlagen, die mit Bezug auf die Armierung verschiedene Positionen einnehmen können (beide in einer radial äußeren oder einer radial inneren Position, oder die eine in einer radial inneren Position und die andere in einer radial äußeren Position), und zwar in Übereinstimmung mit den besonderen Eigenschaften, die einem bestimmten Reifen erteilt werden sollen, haben in jedem Fall weiterhin die Wirkung, daß si^ dem Reifen die notwendige Querstarrheit erteilen, die es ihm ermöglicht, eine gute Straßenhaftung zu gewährleisten.

Jedoch erfüllen die zusätzlichen Metallschnurlagen gemäß der Position, die sie mit Bezug auf die Armierung einnehmen, noch andere Funktionen, beispielsweise die Armierung gegen Durchlöcherungen und Risse zufolge von Schlägen zu schützen, eine gute Verteilung konzentrierter Beanspruchungen auf einen größeren Teil der L auffläche zur ermöglichen, die Drifteigenschaften zu verbessern, die Windungen der Armierung während der Herstellung des Laufflächenringes in geordneter Anordnung zu halten, ferner zu verhindern, daß» insbesondere unter schweren. Betriebsbedingungen, die Windungen in die darunter liegende Kautschukschicht einschneiden, sowie andere Funktionen.

Bei üblichen Laufflächenringen sind die Armierungsschnüre viel stärker als die Schnüre der zusätzlichen Lagen, weil die Armierung größeren Beanspruchungen unterworfen wird. .

Beispielsweise kann die für die Armierung verwendete Metallschnur einen 7(7x3)/O,15 -Aufbau und einen Durch-

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messer von 2,7 mm haben, während die Metallschnur für die zusätzlichen Lagen einen 7x3/0,15-Aufbau und einen Durchmesser von 0,9 mm haben kann.

Wie bekannt, bedeutet der Ausdruck "7x3/0,15^Aufbau" eine Metallschnur, die von sieben Stragen aus jeweils drei Metalldrähten gebildet ist, deren jeder einen Durchmesser von 0,15 mm hat, während der Ausdruck "7(7x3)/O,15-Aufbau" eine Schnur bezeichnet, die aus sieben Schnüren der vorgenannten Artgebildet ist.

Die mit den oben beschriebenen Laufflächenringen erhaltenen Ergebnisse sind sehr zufriedenstellend, insbesondere hinsichtlich ihrer Biegsamkeit und demgemäß ihres Komforts.

Die Erfindung bezweckt jedoch, diese Laufflächenringe im Hinblick auf den Ermüdungswiederstand des Verstärkungsgebildes in seiner Gesamtheit zu verbessern, ohne in irgendeiner Weise die Biegsamkeitscharakteristiken des Laufflächenringes zu beeinträchtigen.

Gemäß der Erfindung ist ein Laufflächenring für mit abnehmbarem Laufflächtenteil versehene Reifen, der eine gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähige Armierung enthält, die aus einer schraubenlinienförmig gewickelten Metallschnur gebildet ist, deren Windungen in einer im wesentlichen parallel zu der Äquatorialebene des Eeifens verlaufenden Richtung angeordnet sind, und ferner zwei zusätzliche Lagen enthält, welche aus Metallschnüren gebildet sind, die in jeder Lage parallel zueinander und längs zweier Richtungen angeordnet sind, die sich mit Bezug auf die Äquatorialebene kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit jeder der beiden zusätzlichen Metallschnurlagen und der Zugfestigkeit der Armierung größer als 0,3 und kleiner als 1 ist.

Da bei Verstärkungsgebilden, die in Luftreifen verwendet werden, die widerstandsfähigen Elemente im wesent-

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lichen von in den Kautschuk eigebetteten Schnüren gebildet sind, wird bei der vorliegenden Erfindung die Zugfestigkeit in Längsrichtung der Schnüre betrachtet und immer auf eine Breiteneinheit (beispielsweise 1 cm) bezogen, gemessen rechtwinklig zur Richtung der Schnüre in jeder der das Verstärkungsgebilde darstellenden Lagen (Armierung oder zusätzliche Lagen).

Die so definierte Zugfestigkeit stellt einen Ikrameter dar, der verschiedene Teilindices zusammenfaßt, die sich auf den Ermgdungswiderstand beziehen, wie den Elastizitätsmodul des Materials, den Durchmesser der Schnüre und die "Dicke" der Schnüre, wobei hier mit "Dicke" die Anzahl . Windungen der Schnur gemeint ist, die in einer Breiteneinheit der Lagen vorhanden ist.

Aus vielen ausgeführten Versuchen wurde überraschenderweise festgestellt,, daß das Verhältnis zwischen der- Zugfestigkeit jeder der beiden zusätzlichen Lagen und der Zugfestigkeit der Armierung von besonderer Bedeutung ist, um eine Verbesserung des Eritüdungswiderstandes des Laufflächenringes zu erhalten, ohne seine Biegsamkeitseigenschaften in negativer Weise zu beeinflussen.

Tatsächlich wird für Werte dieses Verhältnisses, die größer als 1 sind, die Biegsamkeit des Verstärkungsgebildes beträchtlich verschlechtert, während für Werte, die kleiner als 0,3 sind, ein vorzeitiges Beißen des Verstärkungsgebildes zufolge von Ermüdungsbeanspruchungen auftreten kann.

Dies ist möglicherweise dem Umstand zuzuschreiben, daß, wenn die Schnüre der zusätzlichen Lagen größere Abmessungen als die Schnüre der Armierung haben, sie mit Bezug auf die Beanspruchungen, denen sie widerstehen müssen, überdimensio^ niert sind, und das unmittelbare Ergebnis besteht darin, daß eine übermäßige radiale Starrheit erzeugt wird, die, abgesehen davon, daß sie nicht notwendig ist, im Hinblick auf den Fahrkomfort des Fahrzeuges nachteilig ist.

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Analoge Ergebnisse würden erhalten werden, wenn die "Dicke¹* der Schnüre der zusätzlichen lagen betrachtet wird.

Der Grund dafür, daß bei einem Verhältnis, das kleiner als 0,3 iat, sich kein gutes Ermüdungsverhalten des gesamten Verstärkungsgebildes ergibt, ist nicht völlig klar. Be ist möglicherweise dem Umstand zuzuschreiben, daß,' wenn die Schnüre der zusätzlichen Lagen viel dünner als die Schnüre der Armierung sind, sie nicht im Stande sind, den im Gebrauch des Reifens erzeugten Querbeän- ^r spruchungen zu widerstehen, was zu einem vorzeitigen Beißen mit negativen Polgen hinsichtlich der Reifenlebensdauer führen kann.

Da weiterhin ein Teil dieser Beanspruchungen notwendigerweise auf die Armierung übertragen wird (zufolge dea ungenügenden Widerstandes der zusätzlichen Lagen),.wird die Armierung einer Art von Beanspruchungen (in Querrichtung) unterworfen, für die sie nicht entworfen ist. Daher besteht die Gefahr analoger vorzeitiger Risse auch für die Schnüre der Armierung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt das Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit jeder der zusätzlichen Lagen und der Zugfestigkeit der Armierung »wischen 0,4 und 0,75.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Z eichnung beispielsweise erläutert.

Jig. 1 ist ein» Teilquerschaittsansicht eines Luftreif ens mit einem Laufflächenring gev&Q dar ■ "' Irfindung. ' v-'_v · _. . · !''=.:■:.

Pig. 2 iat tin· Draufsicht d·· Laufflächsnringss gsn&d ". Pig. t» wobei Seile weggebrochen sind, ua die Anordnung der Schnür« sichtbar zu Bachen.

Pig· 3 ist eine Querschnittsansicht einer für di· Armierung verwendeten Metallschnur.

Pig. 4 ist eine Querschnittsansicht eintr für die zusätzlichen Lagen verwendeten Metallschnur.

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In Fig· 1 und 2 ist ein Seifen dargestellt, der einen abnehmbaren Laufflächenring 1 und eise Karkasse 2 aufweist.

Das Verstärkungsgebilde dee Lauf flächenring es 1 besteht^ au« einer Armierung 3_f einer zusätzlichen Lage 4, die «itl Bezug auf die .Armierung 3 in einer radial äußeren Poetition angeordnet ist, und einer zusätzlichen Lage 5, die Bit Bezug auf die Armierung 3 in einer radial inneren Position angeordnet ist.

Die Armierung 3 ist von einer schraubenlinienförmig gewickelten Metallschnur 6 gebildet, deren Windungen in einer im wesentlichen pt alle1 zu der Äquatorialebene des Reifens verlaufenden Richtung angeordnet sind.

Die mit Bezug auf die Armierung 3 radial äußere zusätzliche Lage 4 ist von Metallschnüren 7 gebildet, die zueinander parallel verlaufen und mit Bezug auf die Xfuatorialebene des Reifens unter einem Winkel °c von 20° geneigt sind.

Die sit Bezug auf die Armierung 3 radial innere zusätzliche Lage ist ist von Metallschnüren 8 gebildet, ■

die zueinander prallel verlaufen und mit Bezug auf die iquatorialebene des Reifens unter einem Winkel/3 von 20° geneigt sind, jedoch in einer Richtung, die zu der Richtung der Schnüre 7 der zusätzlichen Lage 4 entgegen-

C t s et st ist. ■ . ".·■"■"'■■■ ■■/■■■ '

Ia Pig. 3 ist in vergrößerte* Maßstab der Querschnitt d«r für die Armierung 3 verwendeten Schnur 6 dargestellt» Pie Schnur 6: hat einen 7x4/0,2 2-Auf bau, d.h. «ie ist aus βi«btn Strängen 9 gebildet, von denen jeder aus vier Metalldrähten 10 gebildet ist, deren jeder einen Durchmesser von 0,22 mm hat.

In Tig· 4 1st in vergrößertem Maßstab der Querschnitt liner der Schnüre 7 bzw. 8 dargestellt, die für die zusätzlichen Lagen 4 bzw. 5 verwendet werden. Die Schnur hat einen 7x3/0,18-Aufbau, d.h. sie ist aus sieben Strängen gebildet, von denen jeder aus drei Metalldrähten 12 ge-

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bildet let, deren jeder einen Durchmesser von 0,18 mm hat.

Die die Armierung 3 bildende Schnur 6 hat eine "Dicke" Ton fünf Windungen je cm_f während die die zusätzlichen Lagen 4 und 5 bildenden Schnüre 7 bzw. 8 jeweils eine "Dicke" von' sechs Windungen je cm haben.

Da die einzelne Schnur, welche die .Armierung 3 bildet, eine Zugfestigkeit von 280 kg hat, beträgt die Zugfestigkeit der Armierung 3 je Breiteneinheit 280x5, d.h. 1400 kg/cm.

In ähnlicher Weise beträgt, da eine einzelne Schnur jeder zusätzlichen Lage eine Zugfestigkeit von 122. kg hat, die Zugfestigkeit jeder zusätzlichen Lage je Breiteneinheit 122x6, d.h. 732 kg/cm, wobei diese Werte auf ganze Zahlen abgerundet sind.

Pur das Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit jeder zusätzlichen Lage und der Zugfestigkeit der .Armierung, jeweils auf die Breiteneinheit bezogen, ergibt sich somit der Wert-732/1400 ^ 0,523.

Ub die Leistung zu bestimmen, die mit den Laufflächenringen gemäß deT Erfindung erhalten werden kann, wurden zwei Sätze von Reifen der Größe 11.00-20 hergestellt und in engem Vergleich geprüft. Der erste Eeifensatz wurde Kit üblichen Laufflächenringen versehen, während der zweite Eeifensatz mit Laufflächenringen gemäß der Erfindung versehen wurde. Für alle diese Reifen wurde eine gleiche Karkasse verwendet.

Genauer gesagt, die widerstandsfähigen Elemente der geprüften Laufflächenringe waren wie folgt hergestellt:

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übliche Laufflächenringe:

Armierung: 7(7x3)/O,15-Schnur

"Dicke¹¹ der A rmie rungs schnur

= 2,86 Windungen je cm

Zugfestigkeit je Breiteneinheit

- 1800 kg/cm
jede zusätzliche Lage: 7x3/0,15-Schnur

"Dicke¹¹ der Schnur = 4 Windungen

je cm

Zugfestigkeit je Breiteneinheit

= 360 kg/cm

Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit jeder zusätzlichen lage und der Zugfestigkeit der Armierung =

« 0,2.
1800

Laufflächenringe gemäß der Erfindung: . · Armierung: 7x4/0,2 2-Schnur

"Dicke" der Armierungsschnur

« 5 Windungen je cm

Zugfestigkeit je Breiteneinheit

* 1400 kg/cm
jede zusätzliche Lage: 7x3/0,18-Schnur

"Dicke" der Schnur = 6 windungen

je cm

Zugfestigkeit je Breiteneinheit

= 732 kg/cm

Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit jeder zusätzlichen Lage und -der Zugfestigkeit der Armierung =

^= 0,523.

Um den Ermüdung sw ide rs tan d des widerstandsfähigen Gebildes zu bestimmen, wurden beide Reifenarten unter gleichen Bedingungen besonders schweren Prüfungen unterworfen, mit denen beabsichtigt wurde, ihren Ermüdungswiderstand erkennbar zu machen.

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Die nit üblichen Laufflächenringen versehenen Reifen ' hatten eine Lebensdauer von 15OOO km, und sie zeigten an Ende der Prüfung Risse in den zusätzlichen Lagen des L aufflächenringes, während die mit Laufflächenringen gemäß der Erfindung versehenen Reifen nach einer Laufzeit von 25000 km keiner Spur von Ermüdung zeigten.

Offensichtlich sind diese Werte nur auf die besonders · schweren Prüfbedingungen, denen die Reifen unterworfen wurden, zu beziehen, und sie sind daher lediglich als Vergleichsindices zu betrachten. Die Reifen würden unter . normalen Betriebsbedingungen eine viel längere Kilometerlebensdauer haben.

Hinsichtlich der Radialen Biegsamkeit des widerstandsfähigen Gebildes wurde jede Reifenart einem Quetschen gegen eine Ebene unterworfen, indem zwischen dieser Ebene und dem Reifen ein Metallkörper angeordnet wurde, der eine Fläche besaßt, die als Halbkugel mit einem Durchmesser von 60 mm ausgebildet war, welche in dem zentralen Teil, des Laufflächenringes angeordnet und mit der konvexen Seite gegen den Laufflächenring gerichtet war.

Unter diesen Bedingungen verformt sich die Reifenlauffläche und nimmt eine der Halbku/gel entsprechende beträcht liche konkave Gestalt an, die sich allmählich in Richtung gegen die Fläche der umgebenden Ebene verringert. - -

Am ümfangsteil der Halbkugel kann die Lauffläche die genannte Ebene nicht berühren, so daß rund um die Halbkugel eine Zone vorhanden ist, an der kein Eindrücken der Lauffläche bemerkt werden kann.

Da unter gleichen Bedingungen der Anquetecfabelaetung : die Breite dieser Zone sich in Übereinstimmung mit.der Änderung der Starrheit des Verstärkungsgebildes des Laufflächenringes ändert, kann der Wert dieser Zone einen * Index für die Biegsamkeit des Laufflächenringes selbst darstellen. - . '-.

Daher wurde, nachdem eine vorher erzeugte Verformung

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der Lauffläche angenommen war, genessen von dem Wert der die Halbkugel umgebenden Zone und ohne Bezug auf die Laufflächeneindrückung, festgestellt, daß, um eine solche Verformung zu erreichen, die mit üblichen Laufflächenringen versehenen und mit einem Druck von 7 kg/cm aufgeblasenen Seifen eine Belastung von 1610 kg benötigten, während die Seifen, die mit Laufflächenringen gemäß der Erfindung versehen waren, eine Belastung von 1545 kg erforderten. Pies zeigt, daß die radiale Biegsamkeit der beiden Arten von Laufflächenringen praktisch gleich ist, wobei ein gewisser Unterschied zu Gunsten der Laufflächen-, ringe gemäß der Erfindung besteht.

Nachfolgende Versuche des praktischen Verhaltens auf der Straße führten zu den gleichen Ergebnissen hinsichtlicht des Komforts, wobei weiterhin eine große Verbesserung des Ermüdungswideretandee bei nit Laufflächenringen gemäß der Erfindung versehenen Seifen festgestellt wurde.

Während dieser Prüfungen wurde überraschenderweise eine beträchtliche Verringerung der Abnutzung der Lauffläche zu Gunsten der Seifen festgestellt, die mit Laufflächenringen gemäß der Erfindung versehen waren. Dies ist möglicherweise auf den Ums "ted zurückzuführen, daß die zusätzlichen Lagen dieser Binge, die den Querbeanspruchungen des Reifens im Gebrauch besser widerstehen, nur eine begrenzte Beweglichkeit der Laufflächenblöcke zulassen mit einem sich daraus ergebenden verringerten Kriechen der Laufflächenblöcke auf dem Boden und mit dem Ergebnis einer geringeren Abnutzung.

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Claims

Patentansprüche

1. Laufflächenring für mit abnehmbarem Laufflächenteil versehene Reifen, der eine gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähige .Armierung enthält, die aus einer schraubenlinienförmig gewickelten Metallschnur gebildet ist, deren Windungen in einer im wesentlichen parallel zu der Äquatorialebene des Beifens verlaufenden Richtung angeordnet sind, und ferner zwei zusätzliche Lagen enthält, welche aus Metallschnüren gebildet sind, die in jeder Lage parallel zueinander und längs zweier Richtungen angeordnet sind, die sich mit Bezug auf die Ä'quatorialebene des Reifens kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit jeder der beiden zusätzlichen Lagen (4, 5) und der Zugfestigkeit der Armierung (3) größer als 0,3 und kleiner als 1 ist.

2. Laufflächenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verhältnis zwischen 0,4 und 0,75 liegt.

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