-
Gebiet der Erfindung
-
Diese
Erfindung betrifft einen Verstärkungsgürtelstruktur
für Schwerlastreifen,
insbesondere üblicherweise
als Erdbewegungsreifen bezeichnete Geländereifen.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Die
bei schweren Bau- und Erdbewegungsvorgängen verwendeten großen Geländereifen
haben viel höhere
Betriebslasten und Fülldrücke als herkömmliche
Lastkraftwagen und Leichtfahrzeuge.
-
Die
Erdbewegungsradialreifen weisen eine enorme Tragfähigkeit
auf. Die sehr dicke Gummilauffläche
und die massive Gummimenge in den Seitenwänden tragen zu durch hohe Wärmeentwicklung
erzeugten Reifenproblemen bei.
-
Die
Verwendung eines großen
Stahlkords in der Karkassenlage in Kombination mit Stahlkorden in der
Gürtelstruktur
ist eine übliche
Praxis gewesen. Reifenhersteller setzen eine Vielzahl von Konstruktionen
ein, um die Haltbarkeit der Reifen zu optimieren.
-
Ein
primäres
Anliegen für
die Leistung des Reifens ist die Gewährleistung adäquaten Eindringens
von Gummi in die Korde; es wird während der Herstellung der Gürtellagen
und der anschließenden Reifenvulkanisation
erzielt. Mit diesem besseren Fluss ist ein Bestreben nach höherer Stahlmasse
und verbesserter Drahtschnittfestigkeit verbunden, um die Gesamthaltbarkeit
der Reifen zu verbessern.
-
Die
Konstruktionen des Standes der Technik für solche Reifen haben Stahlkorde
mit vielen Filamenten mit feinem oder geringem Durchmesser eingesetzt.
Eine typische Konstruktion hätte
vier oder mehr aktive Gürtellagen
und ein Paar mit Hochdehnungsdraht verstärkte Lagen für die zwischen
der Lauffläche
und den aktiven Gürteln
befindlichen äußersten
Lagen. Diese Reifen hätten
Filamente mit Durchmessern zwischen 0,15 und 0,265 mm.
-
Ein
solcher Reifen, ein 36.00 R51-Erdbewegungsreifen, setzte eine Drahtkonstruktion
von 7 × 7 × 0,25 +
1 mm ein, der einen Umschlag („+1") aufweist, um die
Konstruktion mit einem uneingeschlagenen Gesamt-Korddurchmesser
von 2,25 mm zu stabilisieren. Alternativ wurde eine 5/8/14 × 0,265
+ 1 – Konstruktion
aus superzugfestem Stahldraht verwendet, mit einem uneingeschlagenen
Gesamt-Korddurchmesser von 1,6 mm. Diese Konstruktionen mit sehr
feinem Filamentdurchmesser sind sehr dicht aufeinandergepackt, was
es dem Gummi sehr viel schwerer macht, in das Innere der Korde einzudringen.
Folglich sind die Filamente empfänglicher
für Schnitte
und Reibungsverschleiß,
insbesondere bei Filamenten so kleinen Durchmessers.
-
JP-A-11-43877 offenbart
einen Reifen gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
-
Die
vorliegende Erfindung nutzt mehrere Filamentdurchmesser in einer
7 × 7-Kordgestaltung, um
die Filamentbeabstandungen in dem Kord zu erhöhen, was ein besseres Eindringen
des Gummis sowohl für
verbesserte Korrosionsbeständigkeit
als auch überlegene
Schnittbeständigkeit
gestattet. Die bei so großen
Filamenten übliche
Bruchermüdung wird
durch die spezifische Konstruktion des Kords kompensiert, das große innere
Räume nutzt,
um eine maximale Gummibeschichtung zu gestatten, um die Filamente
gegen Reibungsabrieb zwischen den einzelnen Filamenten zu schützen und
abzupolstern. Zusätzlich
wurde das 7 × 7-Kord
der vorliegenden Erfindung dazu entworfen, ohne die Verwendung eines Umschlagdrahts
stabil zu sein. Die umschlaglose 7 × 7-Konstruktion eliminierte
somit den signifikanten Verschleißmechanismus zwischen dem Umschlag und
den äußeren Filamenten
der Konstruktion.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Ein
Radialluftreifen besitzt eine Lauffläche, eine Karkasse und eine
Gürtelverstärkungsstruktur. Die
Karkasse weist eine stahlkordverstärkte Radiallage auf, die sich
von einem ringförmigen
Wulst zu einem zweiten ringförmigen
Wulst erstreckt. Die Gürtelverstärkungsstruktur
liegt radial zwischen der Lauffläche
und der Karkasse.
-
Die
Gürtelverstärkungsstruktur
weist mindestens zwei stahlkordverstärkte Gürtellagen auf, zwei der Gürtellagen
weisen Stahlkorde mit großen Filamenten
im Bereich von 0,3 mm bis 0,6 mm Durchmesser auf. Diese großen Filamente
sind in einer uneingeschlagenen sieben mal sieben-Kordkonstruktion
verseilt. Die Korde sind innerhalb der Gürtellage parallel zueinander
orientiert. Jede Gürtellage weist
Korde auf, die in Bezug zur benachbarten Gürtellage direktional entgegengesetzt
geneigt sind.
-
Die
mindestens zwei stahlkordverstärkten Gürtellagen
haben Korde mit einem uneingeschlagenen Gesamtdurchmesser D von
3,0 mm bis 4,0 mm.
-
In
einer Ausführung
der Erfindung hat mindestens eine der mindestens zwei stahlkordverstärkten Gürtellagen
eine Kordkonstruktion 1 × (0,40
+ 6 × 0,365)
+ 6 × (0,365
+ 6 × 0,35);
bevorzugt setzen vier Gürtellagen
diese Kordkonstruktion ein.
-
In
einer anderen Ausführungsform
hat die Gürtelverstärkungsstruktur
zwei Gürtellagen
mit einer Kordkonstruktion von 1 × (0,40 + 6 × 0,365)
+ 6 × (0,365
+ 6 × 0,35)
und zwei Gürtellagen
mit einer Kordkonstruktion von 7 × (3 + 9 + 15 × 0,245)
+ 1 HT.
-
In
diesen beiden Reifenkonstruktionen wird gegebenenfalls empfohlen,
dass ein Overlay aus zwei durch Hochdehnungs(HE)-Draht verstärkten Lagen
zwischen den Gürtellagen
und der Lauffläche eingesetzt
wird. Als ein Beispiel kann ein Kord von 4 × 6 × 0,265 (HE) für ein solches
Overlay verwendet werden.
-
Definitionen
-
- „Aspektverhältnis” des Reifens
bedeutet das Verhältnis
seiner Querschnittshöhe
(SH) zu seiner Querschnittsbreite (SW);
- „Axial" bedeutet Linien
oder Richtungen, die parallel zur Rotationsachse des Reifens verlaufen;
- „Wulst" bedeutet denjenigen
Teil des Reifens, der ein ringförmiges
Zugelement umfasst, das durch Lagenkorde eingeschlagen und, mit
oder ohne andere Verstärkungselemente,
wie etwa Kernfahnen, Wulstverstärker,
Kernprofile, Zehen-Gummistreifen und Wulstschutzstreifen, dazu geformt
ist, auf die Konstruktionsfelge zu passen;
- „Gürtelverstärkungsstruktur" bedeutet mindestens 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 Grad bis 27 Grad in Bezug auf die Äquatorebene
des Reifens aufweisen;
- „Karkasse" bedeutet die Reifenstruktur
außer
der Gürtelstruktur,
Lauffläche,
Unterlauffläche
und Seitenwandgummi 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, das Walken über der
Felge zu verteilen und den Reifen abzudichten;
- „Wulstverstärker" bedeuten 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;
- „Aufstandsfläche" bedeutet die Kontaktstelle
oder den Kontaktbereich der Reifenlauffläche mit einer flachen Oberfläche bei
null Geschwindigkeit und unter normaler Last und Druck;
- „Innenisolierung" bedeutet die Lage
oder Lagen von 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 Reifenprofilgummis,
der mit der Fahrbahn in Kontakt kommt, während er in der Aufstandsfläche ist,
dividiert durch die Fläche
der Lauffläche
in der Aufstandsfläche,
einschließlich
nicht in Kontakt kommender Teile, wie etwa Rillen;
- „Felgen-Nenndurchmesser" bedeutet den durchschnittlichen
Durchmesser des Felgenhorns an der Stelle, wo der Wulstbereich des
Reifens sitzt;
- „Normalfülldruck" bezieht sich auf
den durch die zuständige
Normenorganisation für
den Betriebszustand des Reifens zugeordneten spezifischen Konstruktionsfülldruck
bzw. Last;
- „Normallast" bezieht sich auf
den den durch die zuständige
Normenorganisation für
den Betriebszustand des Reifens zugeordneten spezifischen Konstruktionsfülldruck
bzw. Last;
- „Karkassenlage" bedeutet eine durchlaufende Schicht
kautschuküberzogener
paralleler Korde;
- „Radial" bedeutet Richtung
radial zu oder weg von der Rotationsachse des Reifens;
- „Radialreifen” bedeutet
einen mit Gürteln
versehenen oder in Umfangsrichtung zurückgehaltenen Luftreifen, worin
die sich von Wulst zu Wulst erstreckenden Lagenkorde in Kordwinkeln
zwischen 65° und
90° in Bezug
auf die Äquatorebene
des Reifens verlegt sind;
- „Querschnittshöhe" (SH) bedeutet den
radialen Abstand von dem Felgen-Nenndurchmeser zu dem Außendurchmesser
des Reifens an seiner Äquatorebene.
-
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
-
Die
Erfindung wird als Beispiel und unter Verweis auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, worin:
-
1 eine
Querschnittsansicht einer Seite oder Hälfte eines nach der vorliegenden
Erfindung hergestellten symmetrischen Reifens ist.
-
1A ist
eine vergrößerte Ansicht
der Gürtelverstärkungsstruktur.
-
2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Stahlgürtelkords
der vorliegenden Erfindung.
-
Die 3A und 3B sind
vergrößerte Querschnittsansichten
von Stahlkorden des Standes der Technik.
-
4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
einer anderen Kordkonstruktion für
die Gürtellagen
zur Verwendung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
-
Unter
Bezugnahme auf 1 und 1A ist eine
Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten
Erdbewegungsreifens mit der Form und Konstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung abgebildet. 1 zeigt einen Reifen 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Größere Reifen
wären gleichartig im
Aufbauerscheinungsbild, können
jedoch zusätzliche
Gürtel
und Wulstverstärker
aufweisen.
-
Der
Erdbewegungsreifen 20 der bevorzugten Ausführungsform
weist eine Lauffläche 24 auf. Die
Lauffläche
umfasst eine Vielzahl von Stollen 25. Die Stollen 25 haben
eine Bodenkontaktfläche 28 an der
radial äußersten
Fläche
der Stollen. Die Bodenkontaktfläche 28 hat
eine Fläche
im Bereich von 40% bis 60% der Gesamtlaufstreifenfläche, das
Flächenverhältnis wird üblicherweise
als das Netto-Brutto-Verhältnis bezeichnet.
Die Lauffläche 24 weist
einen als Unterlauffläche 27 definierten
radial inneren Teil auf. Der Reifen 20 weist einen Mantel 30 einwärts von
der Lauffläche 24 auf.
Der Mantel 30 weist eine Karkasse 21 und eine
Gürtelverstärkungsstruktur 40 mit
einer Vielzahl von mindestens vier stahlverstärkten Gürteln 40A, 40B, 40C und 40D radial
einwärts von
und benachbart zu der Unterlauffläche 27 auf. Die axial äußeren Enden
der Gürtel 40A, 40B, 40C und 40D sind
durch einen Gumstreifen 45 bedeckt. Radial einwärts von
den Gürteln
ist eine einzige stahlkordverstärkte
Karkassenlage 34 angeordnet, die ein Paar Umschlagenden 36 aufweist,
die jedes um einen üblicherweise
Kernfahne 41 genannten elastomeren Gumstreifen und einen
mit Stahlkabel versehenen, sechseckigen Wulst 42 herumgeschlagen
sind. Radial einwärts
von der Karkassenlage 34 befindet sich eine luftundurchlässige Innenisolierung 36.
Benachbart zu der Innenisolierung befindet sich ein elastomerer
Karkassenlagenlinieneinsatz 37. Radial über jedem Wulst befindet sich
ein elastomeres Kernprofil 38. Zwischen dem Karkassenlagenumschlag 35 und
einem Paar Wulstverstärkern 31, 32 ist ein
Elastomerkeil 39 eingesetzt. Radial einwärts und axial
auswärts
von jedem der Wülste 42 befindet
sich eine üblicherweise
Wulstschutzstreifen genannte harte Elastomerkomponente 44.
Zwischen der Lauffläche 24 und
den Wülsten 42 ist
ein Paar Seitenwände 22 angeordnet.
Die Seitenwände 22 beinhalten
einen axial inneren Teil 22A, der radial einwärts von und
axial unter den Gürtelkanten
und zwischen der Karkassenlage 34 und dem Karkassenlagenumschlag 35 angeordnet
ist, und einen axial äußeren Seitenwandteil 22B,
der axial auswärts
von der inneren Seitenwand und auswärts von und benachbart zu dem
Karkassenlagenumschlagende 35 angeordnet ist.
-
In
der abgebildeten Größe weist
die bevorzugte Ausführungsform
zwei Wulstverstärker 31, 32 auf,
die aus Gummi mit Nylon- oder Stahlverstärkung zusammengesetzt sein
können.
Die Einzelkarkassenlage 34 ist mit Stahl verstärkt und
weist ein Umschlagende 35 unter der radial befindlichen
maximalen Querschnittsbreite SW des Reifens 20 der bevorzugten
Ausführungsform
auf. Das Umschlagende 35 kann höher oder tiefer als das in 1 gezeigte
enden 35, sollte jedoch durch den größten Teil der radial unteren
Seitenwand parallel zu der Karkassenlagenlinienkurve verlaufen.
-
1 zeigt
den Karkassenlagenlinieneinsatz 37, der in der bevorzugten
Ausführungsform
eingesetzt wird. Er kann sich in Bezug auf die Reifeninnenisolierung 36 innen
befinden, wie in der Zeichnung gezeigt, oder zwischen der Innenisolierung 36 und
der Karkassenlagenlinie 34.
-
Die
bevorzugte Ausführungsform
weist eine einzige Stahlkarkassenlage 34 mit 0 bis 4 Wulstverstärkern 31, 32 auf,
kann jedoch für
sehr große
Größen bis
zu sechs Wulstverstärker
aufweisen. Der Kord 12 der Karkassenlagen 34 hat
einen Aufbau von 7 × (3 × 9 + 15 × 0,245)
+ 1 HT mit einer Querschnittsfläche
von 8,91 mm2. Der Kord 12 ist vorzugsweise wie
in 4 gezeigt und wird in einer Gürtelkonstruktion einer Verstärkungsgürtelstruktur 40 einer
alternativen Ausführungsform
verwendet.
-
Die
Gürtelstruktur 40,
wie abgebildet, setzt mindestens vier Gürtellagen 40A, 40B, 40C und 40D ein
und kann gegebenenfalls ein oder mehrere, bevorzugt 2, Overlaylagen
aus Hochdehnungsstahl beinhalten. Die Overlaylagen 60 sorgen
für zusätzlichen
Schnitt- und Eindringschutz für
die darunterliegende Gürtelstruktur 40.
Die Korde 67 der Overlaylagen 60 haben in der
beispielhaften 57''-Reifengröße eine
Konstruktion aus 4 × 6 × 0,265
Hochdehnungs- und hochzugfestem Stahl.
-
Der
Erdbewegungsreifen des Standes der Technik in einer 40.00R/57 Zoll-Reifengröße setzte ein
7 × (3
+ 9 × 0,245)
+ 1 HT-Kord in den Gürtellagen 40A und 40B und
ein 7 × (3
+ 9 + 15 × 0,175)
+ 1 HT-Kord 8 in den Gürtellagen 40C und 40D ein.
Diese Reifengürtelstruktur
hatte eine Stahlkord-Querschnittsfläche von 3,96 mm2/Kord
in den Gürteln 40A und 40B und
4,55 mm2/Kord in den Gürteln 40C und 40D.
Jede Lage 40A, 40B, 40C und 40D hatte
die Enden pro Zoll bei 5,5 epi.
-
Die
vorliegende Erfindung nutzt Drahtkonstruktionen mit viel größeren Filamenten 17A, 17B, 17C und 17D mit
Durchmessern von 0,3 mm oder größer. In
dem in 1 dargestellten Reifen 20 war die Kordkonstruktion
(0,40 + 6 × 0,365)
+ 6 × (0,365 +
6 × 0,35)ST.
Wie in 2 dargestellt, ist das Filament 17A 0,4
mm, die Filamente 17B und 17C sind jeweils 0,365
mm, und Filament 17D ist 0,35 mm. Dieser Kord 14 hat
eine Stahl-Querschnittsfläche von 4,84
mm2 und ist in Begriffen von Querschnittsleerfläche zwischen
den Filamenten sehr offen. Angenommen, man misst den Gesamtdurchmesser über die
in 2 gemessenen Filamente 17A, 17B, 17C und 17D,
dann wäre
der Gesamtdurchmesser OD 0,4 + (4 × 0,365) + (4 × 0,35),
was 3,26 mm ist; die Gesamtquerschnittsfläche wäre 8,35 mm2.
Die Leerfläche
auf Basis der Gesamtfläche
minus der Stahlquerschnittsfläche
wäre 8,35
mal 4,84 oder 3,51 mm2. Die Leerflächenberechnung
zeigt, dass etwa 42% der Fläche
innerhalb des kreisförmigen
Querschnitts für das
Eindringen von Gummi verfügbar
ist.
-
Der
Kord des Standes der Technik mit 7 × (3 × 9 × 0,245) hat einen totalen
OD von etwa 3,1 mm, der sich über
zwölf Filamente 7 und
die Gesamtfläche
von 7,55 mm2 erstreckt, was eine Leerfläche von 3,59
mm2 ergibt. Dies ist ebenfalls 48% der Gesamtfläche. Bei
Inbetrachtziehung der Kordform, wie in 2 gezeigt,
im Vergleich zu den Korden des Standes der Technik der 3A und 3B,
ist leicht zu würdigen,
dass der Großteil
des Eindringens des Gummis der Korde 6 und 8 des
Standes der Technik aufgrund der sehr dichten Beabstandung der Drahtfilamente 7, 9 der 3A und 3B am
Außenumfang
stattfindet, während
sehr wenig von dem eindringenden Gummi die inneren Leerflächen 5 erreichen
kann. Alternativ findet sich in 2 etwa die Hälfte der
Leerfläche 15 im
Innenteil der Korde 14 und das meiste dieser Fläche wird
leicht mit Gummi überzogen.
-
In 3B erstreckt
der Gesamtdurchmesser des Kords 8 sich über etwa 18 der 0,175 mm-Filamente 9.
Dies ergibt einen OD von etwa 3,15 mm und eine Gesamtfläche von
7,8 mm2. Die resultierende verfügbare Leerfläche kann
errechnet werden als 7,8 mm2 minus 4,55
mm2 oder 3,25 mm2,
was ein Leerverhältnis
von 42% ergibt, wie zuvor für
den Kord 14 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie erörtert, führt jedoch
die Verwendung eines einzigen Filamentdurchmessers und einer 3-lagigen
(3 + 9 + 15)-Litzenkonstruktion
in dem Kord 8 zu einem kompakteren Kord und weniger Gummieindringung
in den Kern im Vergleich zu dem 2-lagigen (1 + 6) Mehrfachfilamentdurchmesser-Kord 14 der
vorliegenden Erfindung.
-
Somit
ist deutlich, dass die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten
größeren Filamente 17A, 17B, 17C und 17D mit
mehr Gummi überzogen
sind und, da sie einen größeren Durchmesser
haben, viel weniger dazu neigen, schnittempfindlich zu sein.
-
Jede
der in den 2, 3A, 3B und 4 gezeigten
Kordkonstruktionen hat einen Umschlagdraht. Dieser Umschlagdraht
ist für
die in 2 gezeigten 7 × 7-Korde 14 optional.
-
Es
ist genau diese Fähigkeit,
einen Anstieg der Stahlmasse vorzusehen, während auch die Gummieindringung
in die Korde verbessert wird, die hilft, die Gürtelhaltbarkeit der Reifen
zu verbessern.
-
Unter
Bezugnahme auf 4 ist ein alternativer Kord 50 mit
einem 7 × (3
+ 9 + 15 × 0,245
mm) + 1 HT gezeigt. In einer alternativen Ausführungsform eines Reifens 20 verwenden
die Gürtellagen 40C und 40D diesen
Kord 50 anstelle des Kords 14. Die Filamente 57 des
Kords 50 sind klein, jedoch beträgt die Gesamtstahlmasse 8,91
mm2, gemessen mittels der Querschnittsfläche der
Filamente 57. Wenn der Kord 50 in Kombination
mit mindestens zwei Gürtellagen 40A und 40B,
die den erfindungsgemäßen Kord 14 aufweisen,
verwendet wird, wird ein erheblicher Anstieg der Bruchfestigkeit
erzielt. Diese Kombination ist bei den Reifen vom sehr großen Erdbewegungsmaschinentyp
wünschenswert.