DE60311331T2

DE60311331T2 - Wulstkern mit Leichtmetall-Seele

Info

Publication number: DE60311331T2
Application number: DE60311331T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Fairlawn Ueyoko
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: BR0300063A; DE60311331D1; JP4303483B2; JP2003211923A; US6571847B1; EP1331108A3; EP1331108B1; EP1331108A2

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft einen Leichtgewichtwulst für Radialreifen, spezieller einen Hochleistungs-Leichtgewichtwulst für Reifen, die sehr schweren Lasten und hohen Drücken unterworfen sind.
Hintergrund der Erfindung
Ringförmige Zugelemente, die üblicherweise als Reifenwulstkerne bezeichnet werden, sind zum sicheren Festhalten des Reifens auf der Felge während des Gebrauchs entworfen.
Eine Reifenfelge weist generell ein Felgenhorn und einen Wulstsitz auf, die spezifisch zum Festhalten des Wulstbereichs des Reifens an seinem Platz entworfen sind.
Diese Felgen sind für spezifische Abmessungen und Toleranzen entworfen, wie durch verschiedene Industrievereinigungen vorgeschrieben. In den Vereinigten Staaten legt die Tire & Rim Association alle Felgennormen fest. In Europa legt die European Tire and Rim Association die Felgennormen fest. In Japan legt die J.P.T.O. diese Normen fest. Großenteils gewährleisten diese Felgennormen weltweit, dass richtige Reifenpassungen auf zuverlässige Weise entworfen werden können. Diese Standardisierung versetzt Reifenhersteller dazu in die Lage, Reifenwülste zu entwerfen, die auf sichere Weise auf den Felgen montiert und festgehalten werden können.
Die Reifenwülste verschaffen einen radial inneren Teil zwischen dem Wulstkern und der Felge, der radial zusammengedrückt wird, und da dieser Teil zusammengedrückt wird, wird der Wulstkern in Spannung versetzt. Da der Reifen auf einen verjüngten Felgensitz montiert ist, tritt eine radiale Kompression auf, durch die Einwirkung des Innendrucks des Reifens, der den Wulst axial auswärts zu dem vertikalen Wulstflansch hin drückt. Die Verjüngungen an Felgen betragen typischerweise etwa 5° oder, im Fall kommerzieller Lastkraftwagenreifen, sogar 15°.
Was die Wulstrückhaltekräfte in der Tat sehr hohe Werte erreichen lässt, ist der Wulstkern. Typischerweise sind die Wulstkerne aus einem oder mehreren Stahldrähten hergestellt, die in einer ringförmigen Konfiguration gewickelt sind, um ein Wulstbündel in Form eines ringförmigen Reifs mit einem aus einer Vielzahl von Querschnitten zu bilden. Manche Wulstkerne haben einen kreisförmigen Querschnitt, andere sind quadratisch, rechteckig, sechseckig oder Abwandlungen dieser Formen.
In der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, synthetische Wülste oder Wulstkerne vom Nichteisentyp herzustellen. Diese Wulstkerne waren auf die Verwendung in Spielzeug oder Fahrrädern begrenzt. Die Verwendung synthetischer Wulstkerne erzielt eine Leichtgewichtstruktur, jedoch generell auf Kosten niedrigerer Zugfestigkeit oder Wulstdrahtreibverschleiß.
Rezent ist in mehreren japanischen Patentveröffentlichungen die Verwendung einer Kombination von Stahldraht- und Aramidkernen als ein Leichtgewichtwulstkern vorgeschlagen worden. Yokohama Rubber Company schlägt in JP-A- 4078703 die Verwendung einer Arimidfaser, die in einem nicht verdrillten Zustand gezogen ist, als Seelenelement vor, das von einem Stahldraht in einem spiralförmig aufgewickelten Zustand an der Außenseite der Arimidseele umwunden ist. Das Ergebnis ist ein kreisförmiger Wulstkern mit einem geringeren Gewicht als ein Ganzstahlwulstkern von gleichartigem Querschnitt.
Ähnlich verwenden Sumitomo Rubber Industries in JP-A-4183614 und Toyo Tire in JP-A- 7096720 ebenfalls eine Kombination von Aramidfaser und Stahldraht, um einen Wulstkern herzustellen. Die Toyo-Gestaltung erfordert es, dass wenigstens eine erste Lage am Kern-Innendurchmesser aus Stahldraht ist. Die anschließenden Lagen können aus Aramidfaserkorden hergestellt sein. Dies gewährleistet, dass der Wulst im Vergleich zu einem rein synthetischen. Wulstkern keine Senkung der Hubkraft erfährt. In dem Sumitomo-Konzept werden abwechselnde Lagen von Aramidkorden und Stahldrähten verwendet. In einer Konfiguration sind der Stahldraht und die Aramidkorde in vertikalen oder radialen Lagen angeordnet, und in einer anderen Ausführung sind das Aramid und der Stahl horizontal geschichtet, um einen Wulstkern mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt zu bilden.
In jedem Fall wird Sorge getragen, zu gewährleisten, dass die Synthetikfaser in einer nicht verdrillten Konfiguration verwendet wird. Der primäre Punkt bei Synthetikkorden ist, dass, wenn sie in einem Drahtseil vorgesehen sind, wobei die Korde verdrillt sind, mehrere Probleme hervorgerufen werden. Das erste nennt sich Kriechen unter Belastung. Die Synthetikseile oder -korde werden sich unter Belastung ausdehnen, und da der Kunststoff fließt, wird die Rückhaltekraft sich in der Tat mit der Zeit verringern; dementsprechend ist die Verwendung von Stahl in einer radial innersten Lage essentiell, wenn die Wulstrückhaltekräfte zuverlässig konstant sein sollen. Ein zweites Problem bei solchen Wülsten ist ein Reibverschleiß genanntes Phänomen. Insbesondere Aramid, und viele andere Kunststoffe haben einen Zustand, wo kleine spröde Brüche auftreten, wenn die Korde unter Kompression gesetzt werden. Das Verseilen solcher Korde erhöht tatsächlich die Wahrscheinlichkeit des Hervorrufens dieser Brüche. Dementsprechend werden Aramidkorde nicht in den Karkassenlagen verwendet und werden generell nicht in Gürtelstrukturen verwendet, da ein wiederholtes Kompressionsbelastungen Ausgesetztsein Kordbruch hervorruft. In einem Wulstkern sind nahezu alle Lasten in Spannung, außer wenn der Wulst schraubenförmig oder spiralförmig gewickelt ist. In diesen Fällen wirken die Korde gegeneinander, wobei sie kleine Biegekräfte erzeugen, die mit der Zeit zu einer winzigen abschleifenden Reibung der nebeneinanderliegenden Korde führen. Dies lässt ein als Reibverschleiß bezeichnetes Phänomen auftreten.
Der Leichtgewichtwulst ist vielversprechend bei kleinen, leichtbelasteten Reifen für Personenkraftwagen, ist jedoch bis dato in ausgesprochenen Hochleistungs-Belastungsbedingungen nicht als praktikabel betrachtet worden.
Bei Flugzeug-Radialreifen, wo Leichtgewichtthemen sehr wichtig sind, war die Verwendung von Stahlwulstkernen die Praxis. Die Reifen werden auf etwa 200psi (14,1 kg/cm²) aufgepumpt und können Stoßbelastungen von 50.000 lbs (22.680 kg) oder mehr erfahren.
Bei solchen Reifen werden Tests durchgeführt, um zu gewährleisten, dass adäquate Sicherheitsgrenzen bestehen. Typischerweise werden die ringförmigen Zugelemente der Reifen dazu entworfen, die Festigkeit der Karkasse und Gürtelstruktur des Reifens zu übertreffen. Es werden hydraulische Bersttests bis zum Versagen durchgeführt, wobei Wasser in den Reifen eingespritzt wird, bis der Reifen auf einem sehr hohen Druck versagt. Typischerweise überleben die Wülste dieses Tests, wobei das Versagen in den Gürteln oder den Karkassenlagen auftritt.
Bei großen Geländereifen, wie sie bei Erdbewegungsmaschinen verwendet werden. Die Wülste des Reifens sind aus zu langen Bündeln geformtem Stahldraht gebildet. Die Reifen wurden auf sehr hohen Drücken betrieben, typischerweise 100 psi (690 kPa) und die Wulstbündel können quer größer als 1 Zoll (2,54 cm) sein und aus Hunderten von Stahldrähten bestehen.
Ähnlich verwenden kommerzielle Lastkraftwagenreifen Ganzstahlwulstkerne. Diese Reifen laufen auf etwa 95 psi (662 kPa) oder mehr und müssen sehr große Lasten tragen. Auf jeden Fall ist die Verwendung von Ganzstahlwulstkernen die akzeptierte Praxis gewesen.
FR-A-2.049.295 offenbart einen Radialluftreifen mit einem Wulstbereich mit einem Wulstkern, welcher eine aus Stahldrähten hergestellte zentrale Seele und eine Vielzahl von ebenfalls aus Stahl hergestellten Ummantelungsdrähten aufweist. Die Ummantelungsdrähte sind um die zentrale Seele herumgeschlagen und bilden zwei Ummantelungslagen.
WO-A-00/24597 offenbart einen Wulstkern für einen Reifenwulst, der eine zentrale Seele und eine um die zentrale Seele herumgeschlagene Ummantelungslage aufweist. Es offenbart auch, dass eine Formgedächtnislegierung, die aus 50% Nickel und 50% Titan besteht, als ein Material in einem Draht der zentralen Seele oder eines Drahts der Ummantelungslage verwendet werden kann.
Während Leichtreifen generell als kühler laufend verstanden werden, verstand es sich generell, dass diese Nutzen aus einer Reduktion von Karkassengummi oder Laufflächengummi und nicht aus einer Reduktion des Gewichts des Wulstkerns gewonnen werden.
Aus diesen Gründen ist dem Interesse an Leichtgewichtwulstkernen für hochbelastbare Reifen wenig Aufmerksamkeit zuteil geworden. Nur bei Flugzeugreifen ist das Thema Reifengewicht als wichtig genug erachtet worden.
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Leichtgewichtwulstkern für Hochleistungsreifen gerichtet. Die Erfindung wurde zuerst für einen fortgeschrittenen Leichtgewicht-Flugzeugradialreifen formuliert. Die Analyse hat gezeigt, dass das Konzept so kosteneffektiv und dauerhaft ist, dass es in nahezu jeder Hochleistungsreifenanwendung, einschließlich der oben erwähnten, sowie für Agrarfahrzeugreifen verwendet werden kann.
Gegenstand der Erfindung war die Verschaffung eines leichtgewichtigen und trotzdem hochfesten Wulstkerns für strenge Betriebsanwendungen, wie etwa Flugzeugreifen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung war die Verschaffung eines preisgünstigen Wulstkerns, der relativ zu den Ganzstahlwulstkernen einen konkurrenzfähigen Preis hatte.
Diese sowie andere Eigenschaften sind in der hierin nachstehend beschriebenen Erfindung beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Radialluftreifen mit einem darin angebrachten Wulstbereich weist einen Wulstkern auf, der durch eine Vielzahl von Ummantelungsdrähten, die eine zentrale Seele umhüllen, gebildet ist.
Die Ummantelungsdrähte sind Stahl und die zentrale Seele ist aus einem Leichtgewichtlegierungsmaterial hergestellt, das ein geringeres Gewicht als Stahl hat. Das Material der zentralen Seele ist aus der Gruppe von Titan, Aluminium, Magnesium oder anderer Metalllegierung ausgewählt.
In einer Ausführung sind die Ummantelungsdrähte des Wulstkerns schraubenförmig um die zentrale Seele herumgewickelt. Der Wulstkern kann einen kreisförmigen, rechteckigen, quadratischen oder sechseckigen Querschnitt oder eine Kombination solcher Querschnittsformen aufweisen.
Die zentrale Seele kann ein Einzeldraht oder -stab sein, der um 360° oder mehr umwickelt ist. Alternativ kann die zentrale Seele eine Vielzahl von Drähten aufweisen, die um 360° oder mehr umwickelt sind.
Definitionen

"Kernprofil" bedeutet ein radial über einem Wulstkern positioniertes, nicht verstärktes Elastomer.
"Querschnittsverhältnis" des Reifens bedeutet das Verhältnis seiner Querschnittshöhe (SH) zu seiner Querschnittsbreite (SW), multipliziert mit 100% zum Ausdruck als Prozentsatz.
"Axial" bedeutet Linien oder Richtungen, die parallel zur Rotationsachse des Reifens verlaufen.
"Wulst" bedeutet den Teil des Reifens, der ein ringförmiges Zugelement umfasst, das von Lagenkorden eingeschlagen oder anderweitig an diesen befestigt ist und, mit oder ohne andere Verstärkungselemente, wie etwa Wulstfahnen, Wulstverstärker, Kernprofile, Zehen-Gummistreifen und Wulstschutzstreifen, so geformt ist, dass er an die Konstruktionsfelge passt.
"Gürtel- oder Protektorverstärkungsstruktur" bedeutet wenigstens zwei Lagen paralleler Korde, gewebt oder nicht gewebt, die unter der Lauffläche liegen, nicht am Wulst verankert, und sowohl linke als auch rechte Kordwinkel im Bereich von 17° bis 33° in Bezug auf die Äquatorebene des Reifens aufweisen.
"Diagonalreifen" bedeutet einen Reifen, der eine Karkasse mit Verstärkungskorden in der Karkassenlage aufweist, die sich diagonal von Wulstkern zu Wulstkern über den Reifen erstrecken, in einem 25°–50°-Winkel in Bezug zur Äquatorebene des Reifens. Korde verlaufen in alternierenden Lagen in entgegengesetzten Winkeln.
"Karkasse" bedeutet die Reifenstruktur außer der Gürtelstruktur, Lauffläche, Unterlauffläche und Seitenwandkautschuk über den Lagen, jedoch einschließlich der Wülste.
"Umfangsgerichtet" oder "in Umfangsrichtung" bedeutet Linien oder Richtungen, die sich entlang dem Außenumfang der Oberfläche der ringförmigen Lauffläche lotrecht zur axialen Richtung erstrecken.
"Wulstschutzstreifen" bezieht sich auf schmale Materialstreifen, die um die Außenseite des Wulsts plaziert sind, um Kordlagen vor der Felge zu schützen, Durchbiegung über die Felge zu verteilen und den Reifen abzudichten.
"Wulstverstärker" bedeutet eine im Wulstbereich des Reifens befindliche Verstärkungsstruktur.
"Kord" bedeutet eine der Verstärkungslitzen, woraus die Lagen in dem Reifen bestehen.
"Äquatorebene (EP)" bedeutet die Ebene lotrecht zur Rotationsachse des Reifens und durch das Zentrum seiner Lauffläche verlaufend.
"Wulstfahne" bedeutet ein um den Wulstkern herumgeschlagenes verstärktes Gewebe.
"Aufstandsfläche" bedeutet das Kontaktstellengebiet der Reifenlauffläche mit einer flachen Oberfläche bei Nullgeschwindigkeit und unternormaler Last und Druck.
"Innenisolierung" bedeutet die Lage oder Lagen aus Elastomer oder anderem Material, die die Innenfläche eines schlauchlosen Reifens bilden und die das Füllfluid innerhalb des Reifens enthalten.
"Netto-Brutto-Verhältnis" bedeutet das Verhältnis des Reifenlaufflächengummis, der, während er sich in der Aufstandsfläche befindet, mit der Fahrbahnoberfläche in Kontakt kommt, dividiert durch den Bereich der Lauffläche in der Aufstandsfläche, einschließlich nicht in Kontakt kommender Teile, wie etwa Rillen.
"Normalfülldruck" bezieht sich auf den spezifischen Konstruktionsfülldruck bzw. die Last, die von der entsprechenden Normungsorganisation für die Einsatzbedingung des Reifens zuerkannt worden ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird als Beispiel und unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin
1 eine Querschnittsansicht eines Radialluftreifens ist, der die Wulstkerne der vorliegenden Erfindung einsetzt; die
2A bis 2D Querschnittsansichten der vorliegenden Erfindung sind, welche den Wulstkern in kreisförmigem Querschnitt zeigen, wobei er eine zentrale Legierungsseele aus einem Einzeldraht oder -stab, der um 360° herumgeschlagen ist, aufweist;
3 eine Querschnittsansicht eines Wulstkerns der vorliegenden Erfindung ist, welche den Wulstkern in kreisförmigem Querschnitt zeigt, mit einer zentralen Legierungsseele, welche entweder einen in mehrfachen Windungen herumgewickelten Einzeldraht oder eine Vielzahl von Drähten aufweist, die wenigstens um 360° oder mehr herumgewickelt sind; die
4A und 4B jede den Wulstkern der vorliegenden Erfindung in einem sechseckigen Querschnitt mit einer zentralen Legierungsseele zeigen. In 4A ist ein zu einem Reif von 360° aufgewickelter Einzeldraht oder – stab gezeigt und in 4B sind mehrfache Windungen eines einzelnen oder einer Vielzahl von Drähten gezeigt;
5A und 5B zeigen den Wulstkern der vorliegenden Erfindung, der einen quadratischen oder rechteckigen Wulstkern aufweist, mit einer zentralen Legierungsseele aus einem Einzeldraht in 5A oder mehrfachen Wicklungen oder Drähten in 5B;
6A und 6B zeigen eine zentrale Legierungsseele aus einem Einzeldraht in 6A oder mehrfache Windungen oder Drähte in 6B, wobei der Wulstkern einen Querschnitt mit rundem Boden hat; und
7 illustriert einen Querschnitt eines Wulstkerns des Standes der Technik, wobei alle Stahldrähte schraubenförmig um eine zentrale Seele aus Stahl gewickelt sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Unter Verweis auf 1 ist eine Querschnittsansicht eines Radialreifens 100 gezeigt. Der Reifen 100, wie abgebildet, ist eine Konstruktion zur Verwendung als Flugzeugreifen. Der Reifen 100 ist beispielsweise ein hohen Innendrücken und enormen Belastungen ausgesetzter Flugzeug-Radialreifen. Andere solche Reifen, wie etwa Erdbewegungsfahrzeug-, kommerzielle Lastkraftwagen- und Agrarfahrzeugreifen sind ebenfalls ideal zur Verwendung des Wulstkerns der vorliegenden Erfindung geeignet.
Der Reifen 100 ist ein Radialreifen vom schlauchlosen Konstruktionstyp. Der Reifen 100 hat eine luftundurchlässige Innenisolierung 22, die Fluid oder Luft unter Druck enthält. Radial auswärts von der Innenisolierung 22 befinden sich eine oder mehrere Radiallagen 20. Jede Lage 20 erstreckt sich von einem ringförmigen Zugelement, das üblicherweise als Wulstkern 30 bezeichnet wird. Wie gezeigt, sind die Lagen 20 um den Wulstkern 30 herumgeschlagen, wobei sie entweder axial nach außen und oben gebogen sind, wodurch sie einen Lagenumschlag bilden, oder wobei sie wechselweise axial einwärts und unter den Wulstkern 30 gebogen sind. Radial über dem Wulstkern 30 befindet sich ein Gummi-Kernprofil 40. Der Reifenwulst wird durch eine Verstärkungs-Wulstverstärkerlage 60 aus Textilkorden 61 ergänzt. Der Wulstverstärker 60 schützt die Lagen 20 gegen Verletzung während der Felgenmontage. Vorzugsweise radial unter dem Wulstverstärker 60 befindet sich ein Wulstschutzstreifen 11. Axial auswärts von dem Wulstverstärker 60 und den Lagen 20 befindet sich ein länglicher Streifen 8 aus Elastomermaterial, der sich von radial einwärts von dem Wulst benachbart zu dem Wulstschutzstreifen bis zu einer radialen Stelle an oder etwas über einer oder mehreren der Lagenumschläge erstreckt. Dieser Streifen 8 ist zwischen die Seitenwand 9 und die Lage 20 gesetzt. Benachbart zu dem Wulstkern 30 und den Lagen befindet sich eine Wulstfahne 31 in dem beispielhaften Reifen, wie illustriert.
Radial auswärts von den Karkassenlagen 20 befindet sich eine Vielzahl von Gürtelverstärkungslagen 50, jede Lage ist mit Korden 51 verstärkt.
Eine Gewebelage 53 ist radial auswärts von den Gürtellagen 50 gezeigt.
Über der Gewebeschicht 53 befindet sich eine Lauffläche 18, wie gezeigt; die Lauffläche 18 weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung durchlaufenden Rillen 17 auf. Die Reifenstruktur 100, wie erwähnt, ist ein Beispiel eines Typs von Reifenstrukturen, die den Wulstkern 30 der vorliegenden Erfindung nutzen können. Obwohl der Reifen 100, wie gezeigt, eine Flugzeugreifenstruktur ist, ist die Erfindung in jeder hochbelasteten Hochleistungs-Reifenstruktur anwendbar.
Unter Verweis auf die 2A bis einschließlich 2D ist der Wulstkern 30 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie illustriert, ist die zentrale Seele 33 als ein Einzeldraht oder -stab 34 gezeigt, der 360° umgeschlagen ist. Die Enden des Drahts 34 sind vorzugsweise verschweißt, um einen durchlaufenden Reif oder zentrale Seele 33 zu bilden. Die zentrale Seele 33 ist aus einer Legierung von Aluminium, oder anderer leichtgewichtiger Metalllegierung, wie etwa Magnesium, Titan oder jeder Metalllegierung mit einem geringeren Gewicht als Stahl gebildet.
Aluminium ist dadurch eine ideale Legierung, dass es, wenn es mit Stahl verwendet wird, für eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sorgt und an der Schweißnaht sehr stark ist. Aluminium kann gehärtet werden, wodurch die Zugfestigkeit der zentralen Seele 33 weiter erhöht wird. Die Zugfestigkeit von 6061-Aluminiumlegierungen kann im Bereich von 125 MPa für 6061T_o bis 310 MPa für 6061T₆ variieren. Aluminiumlegierungen im 6061T₄-Bereich haben ausgezeichnete Festigkeitsverhältnisse, während sie eine hervorragende Duktilität behalten.
Wie weiter illustriert, ist die zentrale Seele 33 mit einer Ummantelung aus zwei oder mehr Ummantelungslagen 36, vorzugsweise wenigstens zwei Ummantelungslagen 36, umwickelt. Die Drähte 36 der Ummantelungslagen sind Stahl, der schraubenförmig oder spiralförmig um die zentrale Seele 33 gewickelt ist.
Der Wulstkern 30 von 3 ist praktisch derselbe wie in dem in 2A gezeigten Beispiel, mit dem notierten Unterschied, dass der Draht 34 der zentralen Legierungsseele aus einem einzelnen Legierungsdraht konstruiert sein kann, der zahlreiche Male aufgewickelt ist, um ein zentrales Legierungs-Wulstkernbündel zu bilden, oder der illustrierte Wulstkern könnte aus mehreren Drähten 34 bestehen, die in mehreren Windungen aufgewickelt sind, um die zentrale Seele 34 herzustellen. In jeder der beiden Entwurfskonstruktionen von mehrfachen Wicklungen oder Windungen kann die zentrale Legierungsseele, wie illustriert, vorgeformt werden und dann können die äußeren Stahlummantelungslagen um die Drähte 34 der zentralen Legierungsseele herumgeschlagen werden. Es wird angemerkt, dass jede der in den 2A bis 2D gezeigten Seelen mit mehrfachen Windungen von Draht mit kleinerem Durchmesser hergestellt werden könnte, wie in 3 gezeigt.
In jedem der Wulstkerne der 2A bis einschließlich 2D und 3. Es wird darauf hingewiesen, dass der Außendurchmesser des kreisförmigen Querschnitts derselbe ist wie der des Wulstkerns 3 des Standes der Technik von 7. In 7 hat der Ganzstahlwulstkern 3, wie illustriert, eine Konstruktion von Drähten 1 × 5,0 mm + (10 + 16 + 22 + 28 + 33) × 2,2 mm, die einen Außendurchmesser D von 27 mm hat. Als Beispiel ist gezeigt, dass der Wulstkern 30 der vorliegenden Erfindung mit demselben Außendurchmesser D hergestellt werden kann. Diese sich ergebende Gestaltung bedeutet, dass die Gesamtkonstruktion des Rests der Reifengestaltung unverändert sein kann. Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung, wenn dies gewünscht wird, als Ersatz in bestehende Reifengestaltungen eingebracht werden kann, ohne weitgehende Gestaltungsänderungen zu erfordern. Dieser Vorteil der vorliegenden Gestaltungsweise bedeutet, dass Umwandlungen zu Leichtgewichtwulstkernen 30 rasch und kostengünstig verwirklicht werden können. Solche kritischen Konstruktionserwägungen wie Lagenliniensteuerung, Umschlagbeendungsstandorte und Wulstkernabmessungen bleiben unverändert. Es ist anerkannt, dass die Passung von Wulst am Felgenhorn eine ausgeklügelte Gestaltung ist. Ein Spitzendruck tritt nahezu direkt unter dem Wulstkern zwischen dem Wulstkern und dem Felgenwulstsitz auf. Auch tritt ein hoher Druck entlang dem Felgenhorn auf. Dementsprechend wollen Konstrukteure, dass der Durchmesser ausreichend groß ist, um die Druckverteilung über eine große Fläche zu behalten. Würde man versuchen, den Wulstkerndurchmesser zu reduzieren, um einen leichtgewichtigeren Reifen zu erzielen, so würde der Spitzenkontaktdruck nahezu notwendigerweise höhere Drücke unter dem Wulst erfordern, um denselben Betrag von Gesamtkräften aufrechtzuerhalten. Das stimmt, da der Standort eines kleineren Wulsts den Spitzenkontaktdruck radial einwärts und axial auswärts bewegen würde. Dies führt zu einem kleineren Druckverteilungsprofilgebiet. Die einzige Möglichkeit, dies zu kompensieren, ist durch Erhöhen der Spitzendrücke. All diese Probleme sind mit den obigen Veränderungen an der Gesamtreifenstruktur kombiniert.
Aus diesen Gründen zeigt die vorliegende Erfindung große Vorteile zur leichten Einführung in bestehende Reifengestaltungen. Die einzige kritische Erfordernis ist das Erstellen des Betrags der Zugstärke, den der Wulstkern 30 aufweisen muss, um die vom Konstrukteur ausgewählten Gestaltungssicherheitsgrenzen zu erfüllen.
Wie in 3 gezeigt, ergibt der Ganzstahlwulstkern 30 des Standes der Technik, wenn er für eine 50 × 20.0R22-Flugzeugreifengröße mit dem 1 × 5,0 mm + (10 + 16 + 22 + 28 + 33) × 2,2 mm-Konstruktionswulstkern gemacht wurde, ein Gewicht von 6,47 kg (14,26 lbs) pro Wulstkern, der eine theoretische Zugfestigkeit von etwas weniger als 800 kNewton hat. Diese theoretische Berechnung umfasst einen 9K-Beitrag von dem zentralen Stahldraht mit einem Durchmesser von 5,0 mm.
Interessanterweise verschafft die Verwendung eines zentralen Legierungskerns eine Gelegenheit zur drastischen Verringerung des Gesamtreifengewichts. Die Gesamtzugfestigkeit des Wulstkerns der vorliegenden Erfindung kann vereinfacht werden als gleich der Zugkraft der Ummantelungen T_x seiend, wobei T_x die Summe der Drahtfestigkeit der Stahlummantelung 35 ist. Es kann angenommen werden, dass die Legierungsseele als Kernreiter oder Abstandhalter wirkt.
Unter Verwendung des erfinderischen Konzepts des Wulstkerns 30 mit einer Metalllegierungsseele 33 aus Aluminium (als Beispiel) können erhebliche Gewichtssenkungen erhalten werden. Die Wulstkerne 30 der 2A bis einschließlich 2D haben die folgenden Festigkeiten und Werte, wenn sie in einem Beispielsluftreifen einer Größe 50 × 20R22 verwendet werden. Die Ganzstahlseele 3 ist zum Vergleich unten ebenfalls gezeigt.
Die potentiellen Gewichtsersparnisse sind wesentlich abhängig von dem Betrag an Wulstfestigkeit, der geopfert werden kann. In Fällen, wo die Wulstfestigkeit höher sein muss, empfiehlt es sich, Stahldrähte von höherer Festigkeit in Erwägung zu ziehen.
Die oben angeführte Wulstkern 3 – Konstruktion des Standes der Technik ist tatsächlich ein Bauteil von einem relativ leichteren Gewicht als manche der bei Geländebaumaschinerie verwendeten Wulstkerne, die natürlich sehr große Wulstnenndurchmesser haben.
Die Wulstkerne 30 der 4A und 4B sind eine üblicherweise in kommerziellen Lastkraftwagenreifen verwendete sechseckige Konstruktion. Solche Reifen werden üblicherweise in einem 22,5 Zoll oder 24,0 Zoll (57 oder 61 cm) Wulstnenndurchmesser ausgeführt.
Agrarradialreifen haben üblicherweise Wulstdurchmesser von 24,0 Zoll bis 54 Zoll (51 bis 137 cm), welche bis zu etwa 12 engl. Pfund (5,5 kg) pro Wulstkern wiegen. Manche verwenden typischerweise eine quadratische Riemenkonstruktion. Der Wulst 30 der 5A und 5B könnte anstelle dieser Wülste eingesetzt werden und eine Gewichtssenkung wäre möglich.
Gelände-Erdbewegungsmaschinenreifen setzen eine Vielfalt von Wulstkernformen ein. Der Rundbodenquerschnitt, wie in den 6A und 6B gezeigt, könnte leicht anstelle dieser Wulstkerne eingesetzt werden. Ein typischer Erdbewegungsmaschinen-Radialreifen setzt diesen Rundbodenwulstkern üblicherweise in einer Ganzstahlkonstruktion ein. Diese Reifen belaufen sich typischerweise von 25 Zoll Wulstnenndurchmessern bis auf 63 Zoll und größer (63,5 bis 160 cm). Als Beispiel wiegt ein 33,00 R51-Erdbewegungsmaschinen-Reifenwulst etwa 150 lbs (68 kg). Die Verwendung zweier Wulstkerne bedeutet ein Gesamtwulstkerngewicht von 300 lbs (136 kg) pro Reifen.
Ein Wulstkern 30 der vorliegenden Erfindung könnte 3% bis 27% dieses Gewichts nahezu ohne Kostenaufschlag erzielen, angenommen, dass eine Aluminiumlegierung oder andere Leichtgewicht-Metalllegierung anstelle der üblicherweise verwendeten Stahlseele verwendet würde.

Claims

Ein Radialluftreifen (100) mit einem darin vorgesehenen Wulstteil, mit einem Wulstkern (30), der durch eine Vielzahl von aus Stahl gefertigten Ummantelungsdrähten (36), die eine zentrale Seele (33) umhüllen, geformt wird, wobei die zentrale Seele (33) von einer Ummantelung aus zwei oder mehr Ummantelungslagen (35) eingehüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Seele (33) aus Leichtgewicht-Metalllegierung mit einem geringeren Gewicht als Stahl hergestellt ist.
Der Radialluftreifen von Anspruch 1, wobei das Material der zentralen Seele aus der Gruppe von Titan, Aluminium, Magnesium oder anderer Legierung ausgewählt ist.
Der Radialluftreifen von Anspruch 1, wobei der Wulstkern (30) die Ummantelungsdrähte (36) schraubenförmig um die zentrale Seele (33) herumgewickelt aufweist.
Der Radialluftreifen von Anspruch 1, wobei der Wulstkern (30) die zentrale Seele (33) aufweist, welche einen kreisförmigen Querschnitt hat.
Der Radialluftreifen von Anspruch 1, wobei der Wulstkern (30) die zentrale Seele (33) aufweist, welche einen quadratischem oder rechteckigen Querschnitt hat.
Der Radialluftreifen von Anspruch 1, wobei der Wulstkern (30) die zentrale Seele (33) aufweist, welche einen sechseckigen Querschnitt hat.
Der Radialluftreifen von Anspruch 1, wobei die zentrale Seele (33) ein Einzeldraht oder -stab (34) ist, der 360° oder mehr umgebogen ist.
Der Radialluftreifen von Anspruch 1, wobei die zentrale Seele (33) eine Vielzahl von Drähten (34) aufweist, die 360° oder mehr umgebogen sind.
Der Luftreifen von Anspruch 1, wobei die Ummantelungslagen (35) die zentrale Seele (33) konzentrisch umgeben.
Ein Verfahren zur Reduzierung des Gewichts eines Radialluftreifens, der einen darin angebrachten Wulstteil aufweist, mit einem Wulstkern, der durch eine Vielzahl von aus Stahl hergestellten Ummantelungsdrähten (36), die eine aus Stahl hergestellte zentrale Seele umgeben, gebildet wird, wobei der Wulstkern einen gegebenen Gesamtdurchmesser (D) hat, wobei das Verfahren den Schritt des Zusammenbaus des Wulstkerns umfasst, unter Verwendung einer aus einer leichtgewichtigen Metalllegierung mit einem geringeren Gewicht als Stahl hergestellten zentralen Seele (33) anstelle der Verwendung der aus Stahl hergestellten zentralen Seele, zusammen mit der Vielzahl von aus Stahl hergestellten Ummantelungsdrähten (36), welche die zentrale Seele (33) umhüllen, wobei jedoch der gegebene Gesamtdurchmesser (D) des Wulstkerns unverändert gelassen wird.