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Technisches
Gebiet
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Die
offenbarte Erfindung betrifft einen Radial-Luftreifen. Spezieller ist die vorliegende
Erfindung auf einen Reifen gerichtet, der ein Gürtelpaket umfasst, wobei die
Gürtellagenkantenablösung durch
selektives Segmentieren der Gürtellagen
reduziert ist.
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Hintergrund
der Erfindung
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Konventionelle
mit Gürteln
versehene Radialluftreifen umfassen wenigstens zwei ringförmige Schichten
oder Lagen paralleler Korde, gewebt oder nicht gewebt, die unter
der Lauffläche
liegen. Die Gürtellagen sind
so angeordnet, dass die linken und rechten Korde in Winkeln von
15° bis
30° in Bezug
zur Äquatorebene des
Reifens schräggestellt
sind.
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Während des
Betriebs des Reifens kann eine Gürtellagenkantenablösung auftreten.
Das Problem wird generell der Scherdehnung zwischen den Schichten
oder der Dehnungsenergiedichte am Rand der Gürtellagen zugeschrieben. Der
Kanteneffekt wird am besten durch die einfache Tatsache erklärt, dass
der Gürtel
sehr steif ist, während
der angrenzende Gummi eine viel niedrigere Steifigkeit hat. Ein
sanfterer Übergang
vom Gürtel
zu dem angrenzenden Gummi wird den Umfang der zwischen den Schichten
auftretenden Scherdehnung und der Dehnungsenergiedichte verringern.
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Zur
Verringerung der Dehnung an den Kanten des Gürtels war es konventionelle
Praxis, die Gürtellagenbreiten
allmählich
zu verringern. Bei einer solchen Reifenkonstruktion befindet sich
die Gürtellage
mit der größten Breite
angrenzend an die Reifenkarkassenlagen und die Gürtellage mit der schmalsten
Breite befindet sich am dichtesten an der darüberliegenden Lauffläche. Andere
bekannte Mittel, um zu versuchen, die Gürtelkantenablösung zu
verringern, umfassen den Einsatz von Bandagelagen an den Gürtelrändern, Kissengummis
an den Gürtelkanten
oder Variieren des Moduls des Beschichtungskautschuks in den unterschiedlichen Gürtellagen.
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Beispielhafte
Patente anderer Versuche, die Gürtelkantenablösung zu
verringern, umfassen US-A-4,140,166;
3,791,218; 3,757,843; und 5593523. JA-A-10-217713 offenbart einen Luftreifen mit
einer Gürtelstruktur,
die aus kleinen Kordstreifen geformt ist, die spiralförmig aufgewickelt
sind, um einen Schlauch zu bilden, der Schlauch wird abgeplattet
und dann wird der zweilagige Schlauch spiralförmig radial entweder auf die
Reifenkarkassenlage oder die abgeschnittene Gürtellage aufgewickelt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Radialluftreifen gerichtet.
Der Reifen besteht aus einer Gürtelverstärkungsstruktur,
wobei die Gürtellagen
in wenigstens drei Segmente aufgeteilt sind. Die Verstärkungskorde
in jedem Segment einer Lage sind in derselben Neigungsrichtung orientiert.
Durch Aufrechterhalten derselben Kordschrägstellung in den Segmenten
erzeugt das Aufteilen der Gürtellage
in Segmente Scharnierpunkte für
die Gürtellage,
wodurch die Steifigkeit der Lage über die Breite der Lauffläche von
der Mittellinie des Reifens zu den Laufflächenkanten verringert wird.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind, wenn die Gürtelstruktur
mehr als eine Verstärkungslage
aufweist, die Segmente der angrenzenden Lagen um einen Abstand von
mehr als der radialen Höhe
zwischen der radial inneren Seite der angrenzenden Gürtellagen
versetzt.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung sind die benachbarten Segmente
jeder Lage durch einen Abstand u getrennt, der, wenn die Gürtelstruktur
eine Einzellage ist, nicht größer ist
als die radiale Dicke der Lage ist, oder einen Abstand u, der, wenn
die Gürtelstruktur
aus mehr als einer Lage besteht, nicht größer als die radiale Höhe h zwischen
der radial inneren Fläche
der angrenzenden Gürtellagen
ist.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung haben die zentralen Segmente
der aufgeteilten Gürtellagen eine
axiale Breite von 20 bis 80 Prozent der Laufflächenbreite.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung haben die aufgeteilten Lagen
der Gürtelstruktur
ein zentrales Segment 34a, 36a und zwei Randsegmente 34b, 36b,
und die Verstärkungskorde
des zentralen Segments haben einen größeren Modulwert als die Korde
der Randsegmente 34b, 36b.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird als Beispiel und unter Verweis auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine
Querschnittsansicht eines in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung aufgebauten Reifens ist;
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1A eine
Nah-Querschnittsansicht der Kanten und Überlappung der Gürtelsegmente
des Reifens von 1 ist;
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2 eine
Querschnittsansicht einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Reifens
ist;
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2A eine
Nah-Querschnittsansicht der Kanten und Überlappung der Gürtelsegmente
des Reifens von 2 ist;
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3 eine
Querschnittsansicht einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Reifens
ist;
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3A eine
Nah-Querschnittsansicht der Kanten und Überlappung der Gürtelsegmente
des Reifens von 3 ist; und
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4 eine
Querschnittsansicht einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Reifens
ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Für die Zwecke
dieser Anmeldung verwenden die in den Zeichnungsfiguren illustrierten
verschiedenen Ausführungen
jeweils dieselben Referenzziffern für gleichartige Bauteile. Die
Reifenstrukturen haben dieselben Bauteile, mit Variationen in Standort
oder Quantität,
wodurch die alternativen Konstruktionen, worin das erfinderische
Konzept praktiziert werden kann, zu ihrem Recht kommen.
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Reifen 10,
wie in den 1 bis 4 illustriert,
sind Radialreifen für
Personen- oder Lieferwagen und können
Niederquerschnitts- oder Hochquerschnittsreifen sein, abhängig von
der ausgewählten
letztendlichen Reifengröße. Die
Illustration des Querschnittsverhältnisses des Reifens ist nicht
als die vorliegende Erfindung einschränkend ausgewählt. Der
Reifen 10 hat eine am Boden angreifende Lauffläche 12,
die in den Schultersegmenten an den seitlichen Kanten 14 beziehungsweise 16 der
Lauffläche 12 endet.
Ein Paar Seitenwandsegmente 18 erstreckt sich von den seitlichen
Laufflächenkanten 14 beziehungsweise 16 und
endet in einem Paar Wulstbereichen 20, welche jeder jeweils
einen ringförmigen
unausdehnbaren Wulstkern 22 aufweist. Der Reifen 10 ist
weiter mit einer Karkasse 24 versehen, die sich vom Wulstbereich 20 durch
einen Seitenwandteil 18, Laufflächenteil 12, den gegenüberliegenden
Seitenwandteil 18 zum Wulstbereich 20 erstreckt.
Die Umschlagenden 26 der Karkasse 24 sind um die
Wulstkerne 22 herumgeschlagen. Die Umschlagenden 26 können an
etwa dem radialen Standort der maximalen Querschnittsbreite des
Reifens 10 oder an jedem von dem Reifenkonstrukteur gewünschten
Standort enden. Zwischen den Umschlagenden 26 und der Hauptstruktur
der Karkasse 24, und über
den Wulstkernen 22 befindet sich ein Wulstkernprofil 28.
Der Reifen 10 kann eine konventionelle Innenseele umfassen, welche
die Innenumfangsfläche
des Reifens 10 bildet, wenn der Reifen vom schlauchlosen
Typ sein soll. Der Reifen 10 kann auch mit konventionellen
Wulstverstärkungslagen
und Zehen-Gummistreifen im Wulstbereich 20 des Reifens
versehen sein (nicht abgebildet).
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Wie
in 1 gezeigt, kann der Reifen 10 eine Einzellage 30 für die Karkasse 24 anwenden.
Jede Karkassenlage 30 des Reifens 10 ist aus Verstärkungskorden
gebildet, die im Wesentlichen parallel zueinander sind und einen
Winkel von etwa 65° bis
90° mit
der Äquatorebene
(EP) des Reifens bilden. Die Korde können aus jedem normalerweise
zur Kordverstärkung
von Kautschukgegenständen
verwendeten Material bestehen, zum Beispiel, und nicht als Einschränkung, Rayon,
Nylon und Polyester, Polyamid, aromatisches Polyamid, oder Stahl.
Vorzugsweise sind die Korde aus einem Material gefertigt, das eine
hohe Hafteigenschaft an Kautschuk und eine hohe Hitzebeständigkeit
aufweist.
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In
Längsrichtung
um die radial äußere Oberfläche der
Karkasse 24 und unter der Lauffläche 12 ist eine Laufflächenverstärkungs-Gürtelstruktur 32 plaziert.
Der Gürtel 32 verschafft
seitliche Steifigkeit über
die Gürtelbreite,
um das Abheben der Lauffläche 12 von
der Straßenoberfläche während des
Betriebs des Reifens 10 zu minimieren. Die Gürtelstruktur 32 kann
eine einzelne Verstärkungslage
sein oder sie kann aus mehreren Lagen bestehen und kann Kissenlagen
zwischen den Lagen beinhalten. Zur besseren Illustration gewisser weiterer
Aspekte der Erfindung ist die illustrierte Gürtelstruktur 32 aus
zwei abgeschnittenen Gürtellagen 34, 36 gebildet.
Jede Lage 34, 36 besteht aus Verstärkungskorden
aus einem geeigneten Material, wie etwa aromatisches Polyamid, Stahl,
Glasfaser, Kohlenstoff-Faser oder Nylon. Innerhalb jeder Gürtellage
sind alle Korde im Wesentlichen parallel zueinander, jedoch sind
sie in einem entgegengesetzten Winkel, in Bezug zur Äquatorebene
des Reifens, zu den Korden in der angrenzenden Gürtellage schräggestellt.
Die Korde der radial innersten Gürtellage 34 bilden
beispielsweise einen Winkel von 15° bis 30° in Bezug zur Äquatorebene
(EP) des Reifens, während
die Korde der radial äußersten
Gürtellage 36 sich
in der diagonal entgegengesetzten Richtung der Korde der radial
innersten Gürtellage
erstrecken, d.h. sie bilden einen Winkel von –15° bis –35° in Bezug zur Äquatorebene
(EP) des Reifens.
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Die
erfinderische Modifikation des Gürtels 32 ist
die Segmentierung der Lagen 34, 36, um wenigstens drei
Gürtelsegmente
aus jeder Gürtellage 34, 36 zu
bilden, welche einen zentralen Gürtelteil 34a, 36a und
zwei Gürtelrandsegmente 34b, 36b bilden.
Die radial innerste Gürtellage 34 ist
in einen zentralen Teil 34a und zwei Randsegmente 34b aufgeteilt.
Die radial äußerste Gürtellage 36 ist
in einen zentralen Teil 36a und zwei Randsegmente 36b aufgeteilt.
Wie oben erörtert,
sind die Korde in jeder ganzen Lage in einer einzigen Richtung schräggestellt.
Wenn jede Lage 34, 36 segmentiert ist, sind die
Korde in jedem Segment 34a, 34b, 36a, 36b jeder
Lage 34, 36 ebenfalls in derselben Richtung schräggestellt.
Durch Beibehalten derselben Kordschrägstellung verringert der Schritt
des Aufteilens jeder Gürtellage 34, 36 in
wenigstens drei Segmente die Steifigkeit der Gürtellagen 34, 36 über die
Breite des Reifens 10 von der Reifen-Mittellinie CL zu
den Laufflächenkanten 14, 16,
wobei er effektiv Scharnierpunkte 38, 40 in den
jeweiligen Gürtellagen 34, 36 erzeugt.
Das auf diese Weise Verringern der Steifigkeit der Gürtellagen 34, 36 über die
Breite der Lauffläche
verringert die Dehnung am Rand der Gürtel 34, 36 und
verringert die Gürtelkantenablösung.
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Beim
Konstruieren der Gürtelstruktur 32 werden
die zentralen Segmente 34a, 36a und die Randsegmente 34b, 36b Kante
an Kante nebeneinander verlegt. Wenn die Kanten der Gürtelsegmente 34a, 36a, 34b, 36b senkrecht
zu der Gürtellagenoberfläche abgeschnitten
sind, wie in 1A ersichtlich, dann werden
die Gürtelsegmente 34a, 36a, 34b, 36b aneinander
angrenzend verlegt, ohne Überlappung
zwischen den Segmenten. Wenn die Kanten der Gürtelsegmente 34a, 36a, 34b, 36b unter
einem Winkel in Bezug zur Gürtellagenoberfläche abgetragen
sind, wie in 2A ersichtlich, so werden die
Komplementärwinkel
der angrenzenden Segmente angepasst, um eine Gürtellage 34, 36 zu
bilden, welche an keinem Teil des Gürtels eine sichtbare Überlappung
oder doppelte Dicke des Gürtels
aufweist.
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Der
Scharnierpunkt 38, 40 jeder Lage 34, 36 ist
auch so gewählt,
dass er sich nicht direkt unter einer sich kontinuierlich erstreckenden
Längsrille 42 der
Reifenlauffläche 12 befindet.
Dadurch, dass die Scharnierpunkte 38, 40 nicht
unter einer sich kontinuierlich erstreckenden Längsrille 42 plaziert
werden, wird die Steifigkeit der Gürtelstruktur 32 direkt
unter der Rille 42 nicht verringert oder beeinträchtigt.
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Jeder
Scharnierpunkt 38, 40 jeder Lage 34, 36 liegt
in demselben Abstand von der Reifenmittellinie CL, sodass die Scharnierpunkte 38, 40 symmetrisch
in Bezug zur Mittellinie CL sind. Wenn der Reifen 10 zur Montage
an einer spezifischen Seite eines Fahrzeugs konstruiert ist, um
die Leistung des Reifens zu optimieren, so können die Scharnierpunkte 38, 40 jeder
Lage 34, 36 asymmetrisch in Bezug zur Reifen-Mittellinie
CL sein. Der Scharnierpunkt 38, 40 jedes Punkts
befindet sich in einem Abstand XI, XO von 10 bis 40% der Laufflächenbreite
TAW von der Reifen-Mittellinie CL; somit haben die zentralen Segmente 34a, 36a eine
axiale Breite von 20 bis 80% der Laufflächenbreite TAW. Die Scharnierpunkte 38 der
radial inneren Lage 34 befinden sich in einem Abstand XI von etwa 10% der Laufflächenbreite TAW von der Mittellinie
CL. Die Scharnierpunkte 40 der Lage 36 befinden
sich in einem Abstand XO von etwa 15% der
Laufflächenbreite
TAW von der Mittellinie CL.
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1A illustriert
deutlicher den Bereich der Gürtelstruktur 32,
wo die Gürtellagen 34, 36 segmentiert sind,
wobei sie die Scharnierpunkte 38, 40 erzeugen.
Der axiale Abstand s zwischen den Scharnierpunkten 38, 40 der
inneren Lage 34 und der äußeren Lage 36 ist
so gewählt,
dass er größer ist
als der radiale Abstand h zwischen der radial inneren Oberfläche benachbarter
Lagen 34, 36. Beispielsweise muss, für den abgebildeten
Reifen, wobei die Lagen 34, 36 aneinander angrenzen,
nur durch den Beschichtungskautschuk der Lagen 34, 36 getrennt,
der Abstand s größer als
die Dicke des Beschichtungskautschuks der zwei Lagen 34, 36 und
die Dicke der inneren Lage 34 sein.
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Wie
voranstehend angemerkt, sind die Kanten der Gürtelsegmente 34a, 34b, 36a, 36b Kante
an Kante nebeneinander verlegt. Der Abstand u zwischen den Kanten
der Gürtelsegmente 34a, 34b, 36a, 36b hat
eine maximale Breite gleich dem Abstand h zwischen den radial inneren Oberflächen aneinandergrenzender
Lagen 34, 36 und eine minimale Breite von Null.
Beim Ansteigen des Abstandes u von Null wird die Verringerung der Gürtelsteifigkeit über die
Breite des Reifens 10 weiter reduziert. Wenn jedoch der
Abstand u größer als
h ist, dann wird der konventionelle Umreifungseffekt der Gürtellage 34, 36 verringert.
Wenn die Gürtelstruktur 32 eine
Einzellage 34 ist, dann ist der Abstand u nicht größer als
die Dicke der Gürtellage 34.
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2 und 2A illustrieren
eine Reifengürtelstruktur 32 in Übereinstimmung
mit der Erfindung. In dieser Ausführung befinden sich die Scharnierpunkte 40 der
radial äußeren Gürtellage 36 näher an der
Reifenmittellinie CL als die Scharnierpunkte 38 der radial
inneren Lage 38. Die Scharnierpunkte 40 der äußeren Lage 36 befinden
sich etwa 25% der Laufflächenbreite
TAW von der Mittellinie CL; die Scharnierpunkte 38 der inneren
Lage 34 befinden sich etwa 30% der Laufflächenbreite
TAW von der Mittellinie CL.
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Die
Kanten der Gürtelsegmente 34a, 34b, 36a, 36b sind
als in einem Winkel relativ zur Gürtellagenoberfläche abgeschnitten
abgebildet. Der Abstand s wird dann von demselben Punkt der angewinkelten
Spleißstelle
in einer Gürtellage 34 zu
demselben Punkt der angewinkelten Spleißstelle in der angrenzenden
Lage 36 gemessen.
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3 und 3A illustrieren
einen Reifengürtel 32,
wobei der Gürtel 32 aus
drei Lagen, 34, 36, 44, besteht. Die
dritte Lage 44 ist ebenfalls an Scharnierpunkten 46 segmentiert.
Die Scharnierpunkte 46 der dritten Lage 44 befinden
sich in einem Abstand XI von 10% bis 40%
der Laufflächenbreite
TAW von der Reifen-Mittellinie CL. Die Scharnierpunkte 46 der
dritten Lage 44 können
sich in einem Abstand XT näher zu oder
weiter weg von der Mittellinie CL als der Abstand XO befinden,
solange der Abstand s zwischen den Scharnierpunkten der Lagen größer als
der radiale Abstand zwischen den Lagen ist.
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4 illustriert
einen Reifengürtel 32,
wobei wenigstens eine der Lagen 36 in mehr als drei Segmente zerlegt
ist. Die radial äußere Lage 36 ist
in fünf
Segmente aufgeteilt, ein mittleres Teil 36a, zwei Zwischensegmente 36b und
zwei äußere Segmente 36c.
Die beiden axial innersten Scharnierpunkte 48 sind von
der Reifen-Mittellinie CL um einen Abstand XC um
einen Abstand von 10% bis 35% der Laufflächenbreite TAW beabstandet.
Wenn eine Einzellage in mehr als drei Segmente zerlegt wird, wie
illustriert, dann sollten die Scharnierpunkte 40, 48 um
einen Abstand XS von wenigstens 5% der Laufflächenbreite
TAW axial getrennt sein. Der innerste Scharnierpunkt und der Scharnierpunkt
in den übrigen
Gürtellagen 34 sollten
durch einen Abstand s getrennt sein, der größer als der radiale Abstand
zwischen den Lagen 34, 36 ist. Wiederum werden
die Scharnierpunkte 38, 40, 48 klug plaziert,
um zu vermeiden, dass sie sich direkt unter einer durchlaufenden
Längsrille 42 befinden.
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Eine
weitere Abnahme der Steifigkeit des Gürtels von der Laufflächen-Mittellinie
CL zu den Laufflächenkanten 14, 16 kann
erzielt werden, indem die Gürtelsegmente
aus verschiedenen Konstruktionsmaterialien, jedoch mit denselben
Neigungswinkeln gebildet werden. Beispielsweise könnten die
mittelsten Segmente 34a, 36a aus einem Kord gebildet
sein, das einen größeren Modulwert
hat als die Korde in den äußersten
Gürtelsegmenten 34b, 36b.
Alternativ können Kordbeabstandung,
Gummi-Dickenmaße
und Kautschukzusammensetzungen für
die verschiedenen Segmente modifiziert werden, um die Abnahme der
Steifigkeit der Gürtellagen
feinabzustimmen.
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Zur
Bestimmung der Verbesserung der Gürtelkantenablösung für den erfindungsgemäßen Reifen
wurden vierundzwanzig Reifen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebaut und gegen die gleiche Zahl
konventioneller Reifen getestet. Vierundzwanzig Reifen wurden mit
segmentierten Gürtellagen
konstruiert. Der Reifen hatte zwei Gürtellagen, die jeweils in drei
Segmente unterteilt waren. Die radial äußere Lage hatte ein zentrales
Segment mit einer Breite von 68 mm, und zwei Randsegmente mit Breiten
von 60 mm. Die radial innere Lage hatte ein zentrales Segment mit
einer Breite von 80 mm und zwei Randsegmente mit Breiten von 60
mm.
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Die übrigen Reifenaspekte
der erfinderischen Testreifen und der konventionellen Reifen waren
identisch. Die Reifen wurden auf Radfelgen aufgezogen, auf denselben
Fülldruck
aufgeblasen und dann vertikal belastet. Die Reifen wurden auch Bedingungen
unterzogen, die Handling simulieren, um die Fahrreaktion auf die
verschiedenen Reifenkonstruktionen zu ermitteln. Die Ergebnisse
für die
Reifen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Die Daten für
all die Reifen der Erfindung wurden zusammen auf einen Mittelwert
gebracht, um die folgenden Daten zu erhalten, und das Gleiche wurde
für all
die konventionellen Vergleichsreifen durchgeführt.
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Die
mit den segmentierten Gürtellagen
konstruierten Reifen erfuhren keine Gürtelkantenablösung, während die
konventionellen Reifen eine Gürtelkantenablösung erfuhren.
Zusätzlich
hatten die erfindungsgemäßen Reifen
sowohl bei hoher Geschwindigkeit als auch bei niedriger Geschwindigkeit
eine größere Ermüdungsleistung
als die konventionellen Reifen.
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Die
Aufstandsflächen-Druckverteilung
sowohl der erfindungsgemäßen als
auch der konventionellen Reifen wurde ermittelt. Die konventionellen
Reifen wiesen einen örtlichen
Druck in allen Laufflächenrippen
auf. Die Druckverteilung in den erfindungsgemäßen Reifen war gleichmäßiger über die
Rippen und die Lauffläche verteilt.
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Zur
Fertigung des Reifens 10 der vorliegenden Erfindung kann,
da jede Gürtellage 34, 36 während des Bauens
des Reifenrohlings an der Karkasse 24 angebracht wird,
die Gürtellage 34, 36 in
Längsrichtung
zerschnitten werden, um die kontinuierliche Gürtellage 34, 36 in
die gewünschte
Anzahl von Segmenten 34a, 34b, 36a, 36b aufzuteilen.
Die Gürtellagensegmente 34a, 34b, 36a, 36b werden
dann aneinander angrenzend verlegt, wenn die Gürtelstruktur 32 bis
zur gewünschten
Anzahl Lagen aufgebaut wird. Ein solches Konstruktionsverfahren
und eine beispielhafte Maschine zum Zerschneiden der Gürtellagen
sind in der US-Patentanmeldung SN 09/725.692 offenbart.
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Alternativ
kann die Gürtellage 34, 36 zuvor
in die gewünschten
Segmente 34a, 34b, 36a, 36b aufgeteilt und
in dem erforderlichen Aufbau an dem Reifenrohling angebracht werden.
Eine solche Konstruktion ist notwendig, wenn Kordmaterialien, Kordabstand,
Gummi-Dickenmaße oder
die Kautschukzusammensetzungen der verschiedenen Segmente 34a, 34b, 36a, 36b variiert
werden, um eine unterschiedliche Lagensteifigkeit zu erzielen. In
einem solchen Aufbauszenario muss der Reifenbauer sicherstellen,
dass die Kordschrägungen
der Segmente 34a, 34b, 36a, 36b jeder
Lage 34, 36 identisch sind.