DE3046005C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einem Laufstreifen- Verstärkungsgürtel.

Ein derartiger Luftreifen ist aus der DE-OS 24 O6 309 bekannt. Bei diesem bekannten Luftreifen sind die verstärkenden Kantenlagen gegen Zugbeanspruchung in Umfangsrichtung des Reifens widerstandsfähig und bestehen entweder aus Rayonschnüren, Streifen aus Kunststoffmaterial oder aus mehreren metallenen, zu einem Strang zusammengefügten Einzelfäden, wie sie für Wulstkerne üblicher Reifen verwendet werden.

Es hat sich gezeigt, daß derartige undehnbare Verstärkungslagen beim Fertigen, aufgepumpten Reifen zu Spannungen führen, die ein Ablösen der Lauffläche des fertigen Reifens im Betrieb bewirken können.

Diese Spannungen entstehen schon beim Vulkanisieren des Reifens. Normalerweise besitzt ein unvulkanisierter Reifen geringfügig kleinere Abmessungen als die Form, in der er vulkanisiert wird. Dies ist notwendig, um den Reifen in der Vulkanisierform genau ausrichten zu können. Durch das Aufblasen eines in den Reifen eingelegten Vulkanisierschlauchs wird der Reifen dann leicht gedehnt und paßt sich an die Abmessungen der Vulkanisierform an. Die undehnbaren Kantenlagen können im Gegensatz zu den dazwischen gelegenen Verstärkungslagen des Reifens diese Dehnung nicht mitmachen, so daß bereits im fertig vulkanisierten Reifen Spannungsunterschiede zwischen den Kantenlagen und den mittleren Verstärkungslagen auftreten, die dann später im Betrieb zu einem Ablösen der Lauffläche führen können.

Aus der DE-OS 18 15 714 sind Verstärkungselemente bekannt, die aus Fäden bestehen, welche einen Kern aus vulkanisiertem Elastomer-Material aufweisen, um den Fäden aus im wesentlichen undehnbarem Textilmaterial schraubenförmig gewickelt sind. Eine derartige Litzenstruktur soll einen anfänglich niedrigen Dehnungsmodul haben, der plötzlich auf einen wesentlich höheren Dehnungsmodul nach einer vorherbestimmten Längung von 30% bis 70% der Anfangslänge übergeht.

In der DE-OS 18 15 714 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Radialcordreifen einfacher, schneller und kostengünstiger hergestellt werden sollen. Dabei wird der zunächst in flacher Bandform vorliegende Radialcordreifen mit einem darübergesetzten Gürtel versehen, welcher die oben beschriebenen, extrem dehnbaren Verstärkungsfäden aufweist. Beim Formen des Radialcordreifens aus der flachen Bandform in die Ringwulstform erfolgt dann die extreme Streckung der Verstärkungsfäden bis auf 40% bis 45% ihrer ursprünglichen Länge.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Luftstreifen mit einem Laufstreifen-Verstärkungsgürtel zu schaffen, bei dem im Vulkanisierungsprozeß keine den späteren Betrieb des Reifens nachteilig beeinflussenden Spannungsunterschiede zwischen Verstärkungslagen und Kantenlagen auftreten, der andererseits aber im späteren Betrieb ausreichende, im wesentlichen undehnbare Verstärkung im Kantenbereich des Reifens besitzt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Luftreifen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Durch die besonderen Materialeigenschaften der Kantenlagen beim Luftreifen nach der Erfindung wird sichergestellt, daß di Kantenlagen während des Vulkanisierungsprozesses ausreichend dehnbar sind, so daß der Reifen vor der Vulkanisierung durch den Vulkanisierungsschlauch in die Vulkanisierungsform passend gedehnt werden kann und im fertigen Reifen somit zwischen Verstärkungsgürtel und Kantenlagen keine Relativspannungen auftreten. Gleichzeitig wird auch gewährleistet, daß nach der beim Vulkanisierungsprozeß erfolgten Anfangsdehnung der Kantenlagen eine weitere Dehnung nur sehr eingeschränkt unter hohem Kraftaufwand möglich ist, so daß die Kantenlagen im Betrieb des Reifens nahezu undehnbar sind. Beim Luftreifen der Erfindung wird somit auf überraschende Weise das Erreichen zweier scheinbar entgegengesetzter Ziele realisiert, nämlich das Erzielen einer Dehnbarkeit der Kantenlagen im Vulkanisierungsprozeß und einer Undehnbarkeit der Kantenlagen im späteren Reifenbetrieb.

Vorzugsweise sind die in Umfangsrichtung verlaufenden Verstärkungselemente in ein Gummigemisch eingebettet und können die Eigenschaft aufweisen, daß eine große Anfangsdehnung vorliegt, so daß sich die Elemente dehnen, wenn eine kleine Zugbelastung aufgebracht wird, jedoch einer weiteren Dehnung Widerstand entgegensetzen.

Die Verstärkungselemente der Kantenlage oder -lagen können eine Wicklung eines Bandes enthalten, das aus mindestens zwei parallelen Verstärkungselementen gebildet ist oder sie können ein einziges, wendelförmig gewickeltes Verstärkungselement enthalten.

Die Kangenlage oder -lagen können sich in Radialrichtung über den gekreuzten Lagen oder zwischen diesen befinden.

Der Dehnungsmodul M einer Drahtlage wird bestimmt durch das Verhältnis F/, wobei F die zum Dehnen der entsprechenden Seile nötige Kraft bei einer Breite von 1 cm und einer Länge L um eine Dehnungslänge dL ist, bei einer Dehnung =90% der Bruchdehnung. Bei einem Reifen für kommerzielle Fahrzeuge wird der Dehnungsmodul M als groß angesehen, wenn er mehr als 5000 daN/cm beträgt.

Durch die Erfindung ergibt sich ein verbessertes Verhalten des Verstärkungsgürtels insbesondere in bezug auf die Trennungsfestigkeit der Kanten der Gürtellage und es ergibt sich eine Reifendecke mit einem aufgepumpten Querschnitt in zufriedenstellender Form, frei von den unerwünschten Deformationen, die sich im Querschnittsverhalten in der besprochenen Weise nach dem Stand der Technik ergeben haben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Abwicklung eines Verstärkungsgürtels, der einer Querkraft unterworfen ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Reifen mit einem erfindungsgemäßen Verstärkungsgürtel,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Dehnungsverhaltens von für die Herstellung bei Reifen verwendeten Drähten und Seilen,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Reifenkrone einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Reifens,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Reifenkrone einer dritten Ausführung des erfindungsgemäßen Reifens,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Reifenkrone einer vierten Ausführung des erfindungsgemäßen Reifens, und

Fig. 7 einen Schnitt durch die Reifenkrone einer fünften Ausführung des erfindungsgemäßen Reifens.

Ein Verstärkungsgürtel, der einer Seitenkraft unterworfen ist, falls der Reifen seitwärts gleitet oder reibt, kann verglichen werden mit einem in der Mitte belasteten Balken. Die Verstärkung der Kanten der Verstärkungslage in erfindungsgemäßer Art entspricht bei dieser Lage einem hohen Biegewiderstand unter solchen Lastzuständen.

Ein abgewickelter, d. h. in eine Ebene gebrachter Abschnitt eines Verstärkungsgürtels der erfindungsgemäßen Art ist in Fig. 1 gezeigt. Dieser Verstärkungsgürtel besteht aus zwei gekreuzt angeordneten Lagen von aus Metalldrähten bestehenden Verstärkungslagen 1 und 2 in bekannter Weise und zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Kantenlagen 3 und 4, die beispielsweise durch Verstärkungselemente mit hohem Drehmodul gebildet sind, wie z. B. Metalldrähten oder Seilen, vorzugsweise mit "hoher Anfangsdehnung". Derartige Lagen können auch durch Verseilen von Fasern aus aromatischen Polyamiden oder gleichwertigen Materialien mit hohem Dehnungsmodul gebildet werden.

Bei einem Reifen, der seitlichem Gleiten oder Abrutschen unterworfen ist, stehen die durch die Pfeile A symbolisierten Kräfte für die vom Gehäuseaufbau, der den Gürtel umgibt und stützt, übertragenen Kräfte, während die durch den Pfeil B bezeichnete Kraft die Resultierende der Reibungskräfte des Reifens am Boden infolge der seitlichen Versetzung während des Scheuerns darstellt.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Reifens mit einem Querschnittsverhältnis von 40%. Der Reifen enthält eine Radialkarkasse 5, deren Lagen um zwei Wulstdrähte oder -Seile 6 umgeschlagen sind. Der Laufstreifen 7 enthält Nuten oder Einschnitte, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Die Gürtellage enthält die zwei über Kreuz gelegten Verstärkungslagen 1 und 2 aus Fig. 1 und ist in der Nähe seiner Kanten durch zwei sich in Längsrichtung erstreckende Kantenlagen 3 und 4 verstärkt, die aus Drähten bestehen und die den Widerstand des Gürtels gegen mechanische Lasten erhöhen sollen, die vom Schleudern oder seitlichen Reiben herrühren. Die zur Bildung der zwei Kantenlagen 3 und 4 benutzten Drähte besitzen einen hohen Dehnungsmodul M, was im Fall von kommerziellen Fahrzeugreifen bedeutet, daß dieser Dehnungsmodul M größer als 5000 daN/cm ist.

In Fig. 3 sind die Meßergebnisse bei Dehnungsmessung unterschiedlicher Drahttypen dargestellt, wie sie bei der Herstellung von Reifen Verwendung finden. Bei der Ausführung dieser Messungen wird mit einem Dynamometer eine ansteigende Zugkraft auf den Draht aufgebracht bis zum Bruch des Drahtes. Während jeder Messung werden die aufgebrachten Kräfte in daN und die entsprechenden Dehnungswerte in % aufgezeichnet.

Kurve A in Fig. 3 zeigt ein Metallseil mit der Spezifikation 7 × 3 × 0,20 mm. Die Bruchdehnung beträgt 2,2% und die 90% der Bruchdehnung (d. h. 1,98% Dehnung) entsprechende Kraft ist 164 daN.

Kurve B zeigt eine entsprechende Messung bei einem Seil mit der Spezifikation 3 × 7 × 0,22 mm "mit hoher Anfangsdehnung". Obwohl die beiden genannten Seile sich sehr ähneln, unterscheiden sich die erhaltenen Dehnungskurven doch beträchtlich. Bei Beginn der Zugbelastung zeigt das Seil B eine viel höhere Dehnung als das Seil A, benimmt sich jedoch dann praktisch identisch, sobald die Dehnung einen Wert von 5 bis 6% erreicht hat. Die Bruchdehnung beträgt 9,1% und die 90% der Bruchdehnung (8,6%) entsprechende Kraft beträgt 165 daN.

Kurve C bezieht sich auf ein Seil aus aromatischen Polyamiden mit der Spezifikation 3 × 1650 dtex. Seile dieser Art werden beispielsweise durch die Firma DuPont de Nemours unter dem Namen "Kevlar" in den Handel gebracht. Dieses Seil wird klebrig gemacht im Hinblick auf die Adhäsion mit Gummigemischen. Hier beträgt die Bruchdehnung 4% und die 90% der Bruchdehnung entsprechende Kraft beträgt 42 daN.

Kurve D bezieht sich auf ein Seil der Spezifikation 2 × 1400 dtex aus Nylonfasern. Die Bruchdehnung beträgt 19,6% und die 90% dieses Wertes (17,6%) entsprechende Kraft beträgt 20 daN. Seile der gezeigten Arten A, B, C und D werden zur Zeit in der Reifenindustrie verwendet. Vorzugsweise wird eine Lage dadurch gebildet, daß in ein Gummigemisch zueinander parallele Seile eingelegt werden. Der Dehnungsmodul der so definierten Lage, der sich durch die Formel F/ bei = 90% der Bruchdehnung ergibt, kann dann direkt aus den mechanischen Eigenschaften der Drähte bzw. Seile und ihrer Anordnungsdichte in der Lage errechnet werden. In der nachfolgenden Tabelle sind die berechneten Werte für die genannten Seilarten angegeben:

Eine der bereits festgestellten Anforderungen der Erfindung besteht darin, daß der Modul M der Seillage hoch, d. h. zum Beispiel größer als 5000 daN/cm sein soll. Damit ist zu sehen, daß nur die Seile A, B und C bei angemessen dichter Anordnung in der Lage einen ausreichend hohen Modul erreichen lassen.

Vorzugsweise sollte das ausgewählte Seil Eigenschaften besitzen, wie sie durch die Kurve B in Fig. 3 dargestellt sind, d. h. es sollte sich eine rasche Dehnungsphase von 2 bis 10% ergeben, gefolgt durch eine Phase mit verringerter Dehnung. Seile mit derartigem Dehnungsverhalten werden "Seile mit großer Anfangsdehnung" genannt.

In den folgenden Figuren werden spezielle Ausführungen von Reifen der erfindungsgemäßen Art dargestellt, insbesondere im Hinblick auf die Anordnung der Verstärkungslagen gegenüber den gekreuzten Lagen, die die Gürtelanordnung bilden.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Reifens, bei der die in Längsrichtung liegenden Kantenlagen 3 und 4 zwischen den den Gürtel liegenden gekreuzten Verstärkungslagen 1 und 2 liegen.

In Fig. 5 sind die Kantenlagen 3 und 4 über den zueinander gekreuzten Lagen 8, 9 und 10 angeordnet. In dieser Ausführung ist der zweilagige Gürtel nach Fig. 2 und 4 durch einen dreilagigen mit verschiedenen Winkelstellungen der Lagen 8, 9 und 10 ersetzt, wobei die innerste erste Lage 8 beispielsweise Metalldrähte enthält, die einen Winkel von 68° zur Äquatorialebene des Reifens aufweisen, die zweite Lage 9 Metallseile mit einem Winkel von 22° umfaßt, die die Drähte der ersten Lage kreuzen und die äußerste Lage 10 wiederum Seile mit einem Winkel von 22° aufweist, jedoch gekreuzt zu den Seilen der zweiten Lage 9.

Eine weitere Variante ist in Fig. 6 dargestellt, wobei die in Längsrichtung angeordneten Kanten 3 und 4 seitlich zur oberen äußersten Kreuzlage 10 liegen, wobei diese äußerste Lage 10 wiederum zumindest zu einer der Lagen 9 und 8 wie im vorigen Beispiel gekreuzt liegt und alle Lagen zusammen den Verstärkungsgürtel bilden.

In Fig. 7 sind die in Längsrichtung liegenden Kantenlagen 3 und 4 wie in Fig. 6 im Reifengummi enthalten, jedoch werden sie durch eine Lage 11 der Gürtelverstärkung umhüllt, in welcher Metallseile enthalten sind, die parallel zu den Metallseilen in einer der Kreuzlagen 8, 9 oder 10 liegen. Die Lage 11 überdeckt alle anderen Lagen und ist an den Kanten heruntergezogen nach Fig. 7, wenn auch ein etwa gleichartiger Aufbau ohne Herunterziehen möglich ist. Eine derartige zusätzliche Lage 11 kann bei jeder der vorbeschriebenen Aufbauformen angewendet werden.

Die in Längsrichtung liegenden oder longitudinalen Verstärkungslagen können dadurch erhalten werden, daß zueinander parallele Drähte oder Seile mit einem entsprechenden Gummigemisch kalandriert werden. Das so erhaltene Band wird dann zumindest auf den Kanten der Gürtellagen aufgerollt, wobei die Enden überdeckt oder nicht überdeckt werden können. Man kann diese longitudinalen Verstärkungslagen auch dadurch erhalten, daß ein oder mehrere Drähte oder Seile in Wendelform gewickelt werden, wobei die Drähte oder Seile vor dem Wickeln mit einem Gummigemisch beschichtet sind.

Die longitudinalen Kantenlagen 3 und 4 sind allgemein gegenüber der zweiten Lage des Gürtels nach innen zurückgesetzt, können jedoch auch auf beiden Seiten vorstehen und überdecken.

Die longitudinalen Verstärkungslagen können während des Konfektionierens flach auf den Gürtel aufgelegt werden. Sie können jedoch auf den bereits bombierten oder geformten Gürtel aufgelegt werden. Sie können asymmetrisch in der Breite, in ihren Eigenschaften oder in der Seildichte oder in der Stellung sein.

Es wurden Reifengehäuse der Form 315/70 R 22,5 nach der erfindungsgemäßen Lehre hergestellt. Die Radialkarkassen enthielten eine einzige, durch Metallseile verstärkte Lage gemäß bekannter Bauart.

Der Gürtel enthielt folgende Lagen und Teile:

Im Hauptteil des Gürtels waren 2 Lagen verstärkt mit 7×4×0,22 mm umsponnenen (wrapped) Metallseilen, die jeweils einen Winkel von 22° zur Äquatorialebene des Reifens aufwiesen, gegenseitig gekreuzt und mit einer Breite von 220 mm (innere Lage) und 225 mm (äußere Lage). Eine Zusatzlage, die zentrisch über der äußeren Kreuzlage gelegt wurde und deren Metallverstärkungsseile umsponnen waren mit einem Aufbau 7 × 3 × 0,20 mm; sie wiesen einen Winkel von 22° gegenüber der Äquatorialebene in gleicher Richtung wie die äußere gekreuzte Lage auf.

In den erfindungsgemäßen Longitudinallagen, also der seitlichen Verstärkung, war ein Metallkabel der Spezifikation 3×7×0,22 mm "mit hoher Anfangsdehnung" von der Kante der Extralage bis zum Abstand 55 mm innerhalb von der Kante der äußeren gekreuzten Lage, d. h. über eine Breite von 52,5 mm gewickelt. Die Entfernung zwischen aufeinanderfolgenden Windungen betrug 4,5 cm.

Erprobt wurde auf einer Straßentrommel mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h, und mit einer Überlast von 60%, bezogen auf die durch ETRTO veröffentlichten Lasten, ergaben sich gegenüber normal aufgebauten Reifendecken überlegene Versuchsergebnisse. Während strenger Erprobung an Fahrzeugen konnten derartige Reifen voll abgefahren werden bei Beanspruchung mit beträchtlichem Seitenschleudern oder -reiben, ohne daß eine Kantentrennung der Gürtellage auftrat.

Es ergibt sich so ein Reifen mit einem Laufflächen-Verstärkungsgürtel, der aus mindestens zwei gekreuzten Lagen mit Metallverstärkungsseilen und mindestens eine Kantenlage besteht, die durch sich in Längsrichtung erstreckende Verstärkungselemente gebildet wird mit hohem Dehnungsmodul. Die Elemente mit hohem Dehnungsmodul können eine große Anfangsdehnung aufweisen und können durch Wickeln in die Kantenlage umgeformt werden.

Claims (13)

1. Luftreifen mit einem Laufstreifen-Verstärkungsmittel, der zumindest zwei Verstärkungslagen (1, 2) umfaßt, die jeweils parallel verlaufende Metall-Verstärkungselemente aufweisen und die so angeordnet sind, daß sich die Verstärkungselemente in einem Winkel zur Längsrichtung des Reifens erstrecken, und der zumindest zwei Kantenlagen (3, 4) aufweist,

• - die an den äußeren Kanten der Verstärkungslagen (1, 2) an gegenübergelegenen Seiten der Mittelumfangsebene des Reifens und von dieser beabstandet angeordnet sind und
• - die parallel, in Umfangsrichtung verlaufende Verstärkungselemente aufweisen,
  • - die einen Dehnungsmodul besitzen, der größer als 5000 daN/cm ist und
  • - deren Dehnungskurve zwei aneinander anschließende, unterschiedlich geneigte Abschnitte aufweist, wobei die Änderung der Zugkraft in Abhängigkeit von der relativen Dehnung im ersten Abschnitt gering und im zweiten Abschnitt groß ist und wobei der erste Abschnitt bis zu einer relativen Dehnung von 2-10% reicht.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Verstärkungselemente in eine Gummimischung eingebettet sind.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Verstärkungselemente der Kantenlagen (3, 4) aus Metall gebildet sind und eine große Anfangsdehnung aufweisen.

4. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Verstärkungselemente der Kangenlagen (3, 4) aus zueinander parallelen Elementen aus einem aromatischen Polyamid gebildet sind.

5. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente Drähte, Seile oder Stränge sind.

6. Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kantenlage (3, 4) durch Wickeln mindestens eines Bandes aus einer Anordnung von zwei oder mehr parallelen Verstärkungselementen erzielt ist.

7. Luftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Kantenlage (3, 4) durch wendelförmiges Wickeln eines Verstärkungselementes erzielt ist.

8. Luftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die jeweilige Kantenlage (3, 4) bildenden Bänder eine Überlappung an ihren Enden über sich selbst zeigen.

9. Luftreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Kantenlagen (3, 4) in Radialrichtung über den gekreuzten Lagen (1, 2) angeordnet sind.

10. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Kantenlagen (3, 4) zwischen zwei den Verstärkungsgürtel bildende gekreuzte Lagen eingelegt sind.

11. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axial innere Kante der jeweiligen Kantenlage (3, 4) zwischen der axial äußeren Kante und der Äquatoriallinie des Gürtels angeordnet ist.

12. Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axial äußere Kante der jeweiligen Kantenlage (3, 4) mit der axial äußeren Kante einer der Lagen (1, 2) des Gürtels zusammenfällt.

13. Luftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lage (11) aus Strängen oder Seilen vollständig die aus dem Gürtel und der oder den Kantenlagen gebildeten Anordnung überdeckt.