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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Reifen. Mehr im einzelnen
betrifft sie ein vervollkommnetes Konzept ihrer Wülste, das dazu bestimmt
ist, ihre Demontage zu erleichtern.
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Man kennt die Rolle der Wülste der Reifen: es handelt sich darum, das
"Ankoppeln" des Reifens auf der Felge sicherzustellen, auf der er montiert
ist. Zu diesem Zweck stoßen alle Karkassenseile auf den unteren Teil des
Wulstes, wo sie fest verankert sind, damit die Karkasse im Betrieb den
Zugkräften widersteht.
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Außer den Belastungen aufgrund der eigentlichen, genannten Benutzung
des Reifens muß dieser außerdem in der Lage sein, einer unbestimmten
Anzahl von Demontagen unterzogen zu werden, die von erneuten
Montagen gefolgt werden, um dann mit der Benutzung fortzufahren.
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Die Demontage verlangt besonders, daß man eine recht hohe Kraft auf
den Wulst auf Höhe der umgeschlagenen Felgeneinfassung oder genau
über dieser aufbringt. Diese Kraft wird parallel zur Drehachse gerichtet
und wird üblicherweise durch einen Stößel auf die aufeinanderfolgenden
Abschnitte des Umfangs des entsprechenden Wulstes aufgebracht, und
zwar in Kreisbogen von ungefähr 60 Grad. Dies ist die erste Phase der
Demontage, deren Ziel es ist, die Klemmung auf den Wulst aufzuheben,
das heißt, ihn zu veranlassen, seinen Sitz oder die radial innere Wand zu
verlassen, indem man ihn von der Felgenumrandung entfernt und ihn
bis zur mittigen Höhlung der Felge mitnimmt. Während dieser ersten
Phase wird der Wulst des Reifens verhältnismäßig lokalisierten und sehr
hohen Dehnkräften unterzogen.
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Dann verwendet man im allgemeinen Hebel, um den Wulst zu zwingen,
die Umrandung der Felge zu überqueren. Im Fall der einstückigen Felgen
(der weitaus häufigste Fall für Pkws) ist die Form der Felge tatsächlich so
konzipiert, daß sie die Montage und Demontage dank einer
Ovalverformung des Wulstes gestattet, ohne dessen Umfang zu erhöhen. Dies
bedingt besonders die Konstruktion der mittigen Montagehöhlung und der
Umrandungen, die seitlich die Felge begrenzen und die Montagelage des
Wulstes definieren. Während dieser zweiten Phase erfährt der Wulst eine
Gesamtverformung, die deutlich weniger schädlich ist als die
Spannungen, die während der ersten Phase auftreten.
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Es ist durchaus bekannt, daß eine Demontage, die unter wenig
sorgfältigen Bedingungen durchgeführt wird, den Wulst irreversibel beschädigen
kann (Brüche der Karkassenseile, Risse der inneren Wulstspitze, die
üblicherweise durch einen Höcker bzw. Hump zurückgehalten wird, usw.),
und zwar aufgrund lokalisierter bzw. örtlicher und erheblicher
Dehnungskräfte, die während der ersten Phase der Demontage auftreten.
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Dies kann stattfinden, wenn man den Wulst von seiner Klemmung auf
einmal mit dem Stößel lösen will, indem man eine örtliche, erhöhte
Versetzung des Wulstes in Bezug auf die Felgenkrempe aufbringt. Nach
einigen Monaten oder Jahren der Benutzung ist es üblich, daß die Wülste
kräftig gegen die Sitze und Krempen der Felge anhaften. Demzufolge zieht
diese erhebliche und örtliche Versetzung besonders eine Dehnung der
Länge der Drähte der Wulstkerne nach sich, die irreparable Schäden am
Wulst des Reifens herbeiführen kann.
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Das Dokument JP 58-4608 präsentiert einen Reifen, dessen Wulstabschnitt,
der dazu bestimmt ist, in Berührung mit dem Sitz einer Felge zu
gelangen, mit einer porösen Schicht aus Polytetrafluorethylen verkleidet
ist. Diese Schicht hat zum Zweck, das Aufsetzen des Reifens auf der
Felge zu erleichtern. Die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1
entsprechen diesem Stand der Technik.
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Die Erfindung hat eine Vervollkommnung der Wülste eines Reifens zum
Ziel, die dazu bestimmt ist, seine aufeinanderfolgenden Demontagen zu
erleichtern, ohne seine Wülste zu beschädigen und ohne
Gebrauchsleistungen zu opfern.
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Erfindungsgemäß ist ein Reifen, der einen Scheitel und Flanken aufweist,
die durch Wülste verlängert sind, die eine innere Höhlung definieren,
wobei jeder Wulst auf der radial inneren Seite durch eine radial innere
Wand, die einen axial äußeren Abschnitt und einen axial inneren
Abschnitt aufweist, wobei die genannte Wand im wesentlichen
kegelstumpfförmig ist und dazu bestimmt ist, auf einer Felge zu ruhen, und auf der
Seite der inneren Höhlung des Reifens durch eine axial innere Wand
begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleitschicht den axial
inneren Abschnitt der radial inneren Wand und mindestens den radial
untersten Abschnitt der axial inneren Wand abdeckt.
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Die Gleitschicht verkleidet nur den axial inneren Abschnitt der radial
inneren Wand, das heißt, den Abschnitt dieser Wand, der auf der Seite der
inneren Höhlung des Reifens angeordnet ist. Diese Beschränkung ist
sehr wesentlich, um die Benutzungseigenschaften des Reifens nicht zu
verschlechtern, besonders die Wirksamkeit der "Humps" gegen das Lösen
der Reifen, und um jegliche Drehung auf der Felge zu vermeiden.
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Bevorzugt erstreckt sich der axial innere Abschnitt, der durch die
genannte Gleitschicht abgedeckt ist, radial über eine Länge von mindestens
10 mm.
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Während einer Demontage des Reifens wird der Wulst unter Wirkung des
Demonfiagewerkzeugs (des Stößels) eine Schwenkbewegung beginnen, die
auf die Verbindungszone zwischen der axial inneren Wand und der radial
inneren Wand des Wulstes zentriert ist. Die Amplitude dieser
Schwenkbewegung ist eine Funktion der Drehsteifigkeit des Wulstes. Im
häufgsten Fall eines drehsteifen Wulstes ist die Schwenkbewegung sehr
begrenzt. Diese Bewegung induziert indessen eine Erhöhung der
Berührungsdrücke in der Zone der radial inneren Wand, die der Höhlung des
Reifens nächstgelegen ist, einer Zone, die die Gleitschicht umfaßt, sowie
eine Verringerung der Klemmkräfte zwischen dem Rest der radial inneren
Wand und der Felge. Demzufolge werden die Kräfte aufgrund der
Klemmung des Wulstes auf der Felge hauptsächlich in einer Zone übertragen,
wo der Gleitbeiwert zwischen der radial inneren Wand und der Felge sehr
gering ist, was erheblich das Lösen des Wulstes und das Überspringen
des Hump erleichtert sowie erheblich den Wert des von der Klemmung
gelösten Kreisbogens des Wulstes um einen gegebenen Wert der
Versetzung erhöht, die vom Stößel herbeigeführt wird.
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In dem Fall, in dem der Reifen Wülste mit geringer Drehsteifigkeit
aufweist, können die durch den Stößel übertragenen Kräfte eine vollständige
Schwenkbewegung herbeiführen und die axial innere Wand des Wulstes
in Berührung mit der Felge bringen. Wie die axial innere Wand des
Wulstes ist auch sie mit einer Gleitschicht bedeckt, und die Berührungszone
zwischen dem Wulst und der Felge bietet von neuem einen geringen Reibungsbeiwert,
was das Lösen des Wulstes und das Überspringen des
Hump erleichtert und wie schon vorher merklich den Wert des
Kreisbogens des von der Klemmung gelösten Wulstes um einen gegebenen Wert
der Versetzung erhöht, die vom Stößel aufgebracht wird.
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So verringert, wie die Architektur des Wulstes auch sein mag, die
Anwesenheit der Gleitschicht die Dehnungen, die auf die Drähte des
Wulstkerns während einer Demontage aufgebracht werden, was die Gefahr
ihrer Beschädigung begrenzt.
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Die Gleitschicht hat die Funktion, für einen niedrigen Reibungsbeiwert
zwischen dem Wulst und der Felge während der gesamten Lebensdauer
des Reifens zu sorgen. Diese Schicht kann besonders aus einer
Gummizunge auf der Grundlage von Dimethylsiloxan gebildet sein, wie es durch
die Patentanmeldung JP 4-40208 vorgeschlagen ist.
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Bevorzugt ist die Gleitschicht durch die Migration einer Verbindung an
die Oberfläche gebildet, die in der Kautschukmischung nahe den
abgedeckten Abschnitten der radial und axial inneren Wände der Wülste vor
an der Oberfläche liegt.
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Die Verbindung, die in der Kautschukmischung nahe den Abschnitten
der Wände des Wulstes vorliegt, die von der Gleitschicht abgedeckt sind,
kann ein Fettsäureamid und bevorzugt ein Ölsäureamid sein.
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Unter diesen hat ein Ethylen-bis-oleamid den Vorzug, eine erhöhte
Schmelztemperatur zu haben und so der Gleitschicht nach ihrer Bildung
durch Migration eine gute Stabilität zu verleihen.
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Die Kautschukmischung weist mindestens ein Elastomer auf, das unter
Naturkautschuk, Polybutadien, SBR und Butylkautschuk ausgewählt ist,
wobei der Gehalt an Butylkautschuk kleiner oder gleich 50 Teile auf
hundert Gewichtsteile Elastomer ist, sowie mindestens 3 Teile der
Verbindung auf hundert Teile Elastomer.
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Die Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung noch
besser verstanden, die nicht einschränkend vorgelegt ist und sich auf die
beigefügte Zeichnung bezieht, in der:
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- Fig. 1 ein Schnitt eines Wulstes gemäß der Erfindung ist;
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- Fig. 2 schematisch den Wulst der Fig. 1 während der Demontage
darstellt;
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- Fig. 3 eine schematische Darstellung ähnlich der der Fig. 2 in den
Fällen einer Demontage unter härteren Bedingungen ist;
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- Fig. 4 schematisch mit teilweise erfolgter Umklappung die Entwicklung
der Lage des Wulstes in Funktion seiner Winkellage darstellt; und
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- Fig. 5 die Zuordnung zwischen der mittleren Dehnung, die auf einen
Wulstkern in Funktion des Lösewinkels aufgebracht wird, und den Wert
der Versetzung des Wulstes darstellt.
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Fig. 1 stellt in Schnitt ein Beispiel eines Wulstes 3 eines Reifens 1 nach
der Erfindung dar. Dieser Wulst 3 hat einen Aufbau, der erst kürzlich in
der Patentanmeldung EP 0 582 196 vorgeschlagen wurde. Dieser Wulst 3
weist nicht den üblichen Umschlag der Karkasse um einen Wulstkern
auf. Stattdessen sind an der Verankerungsstelle die
Karkassen-Verstärkungselemente 11 in einer Ausrichtung angeordnet. Wenn man sich die
Anordnung der Gesamtheit dieser Elemente 11 im Raum vorstellt, dann
bilden diese näherungsweise im Inneren der Ausrichtung den Teil eines
Kegelstumpfes mit einer Achse, die mit der Drehachse des Reifens
zusammenfällt. Die Karkassen-Verstärkungselemente 11 grenzen seitlich
an drei Stapel 12, 13 und 14 aus Verstärkungselementen 15 an, die sich
in Umfangsrichtung erstrecken. Diese Stapel sind zum Beispiel durch
spulenförmiges Aufwickeln hergestellt. Der Stapel 12 ist auf der Seite der
inneren Höhlung 6 des Reifens angeordnet, auf die
Karkassen-Verstärkungselemente 11 bezogen. Die Stapel 13 und 14 sind auf der Außenseite
des Reifens gelegen. Die gummihaltigen Mischungen, die zwischen den
Stapeln 12, 13 und 14 sowie den Karkassen-Verstärkungselementen 11
angeordnet sind, stellen die Aufnahme der Kräfte zwischen den
Verstärkungselementen 11, 12, 13 und 14 sicher, die zueinander senkrecht
angeordnet sind.
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Der Wulst ist durch eine radial innere Wand oder einen Sitz 4 im
wesentlichen kegelstumpfförmig begrenzt, der dazu bestimmt ist, auf der radial
äußeren Wand oder dem Sitz 16 einer Felge 17 zu ruhen (siehe Fig. 2).
Diese Wand 4 ist zweigeteilt, mit einem axial äußeren Abschnitt auf der
Seite der Außenseite des Reifens und einem axial inneren Abschnitt 9 auf
der Seite der inneren Höhlung des Reifens, Der Wulst ist auch auf der
Seite der inneren Höhlung 6 des Reifens 1 durch eine axial innere Wand
5 begrenzt, sowie auf der Seite der Außenseite des Reifens durch eine
axial äußere Wand 18. Eine Gummi- bzw. Kautschukmischung 8 ist nahe
dem Abschnitt 9 des Sitzes 4 auf der Seite der inneren Höhlung 6 des
Reifens 1 sowie am radial tiefsten Abschnitt 10 der axial inneren Wand 5
angeordnet. Der Wulst 3 wird radial durch die Flanke 2 des Reifens 1
verlängert.
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Diese Kautschukmischung 8 hat eine völlig übliche Rezeptur,
ausgenommen, daß sie außerdem eine teilweise lösliche Verbindung aufweist, die
zur Oberfläche der Abschnitte 9 und 10 hin wandert, um eine
Gleitschicht 7 zu bilden. Diese Verbindung ist in einem Anteil enthalten, der
gleich oder größer 3 Gew.-% ist (Teile auf hundert Gewichtsteile
Elastomer). Es ist zu vermerken, daß diese Verbindung nur sehr wenig in einer
Kautschukmischung auf der Grundlage von Butylkautschuk löslich ist.
Im Fall, in dem die Mischung 8 Butylkautschuk enthält, ist es demnach
notwendig, den maximalen Gehalt an Butylkautschuk auf 50 Gew.-% zu
begrenzen.
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Diese Zusammensetzung ist zum Beispiel ein Ethylen-bis-oleamid
(Crodamide ® EBO). Die Migration an die Oberfläche dieser Verbindung
gestattet es, eine stabile Gleitschicht zu erhalten, die einen besonders
niedrigen Reibungsbeiwert aufweist, der kleiner ist als 0,1.
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Der Sitz 4 hat eine axiale Länge b. diese Länge wird in den Fig. 1 und 2
definiert als der Abstand, der axial das Ende der axial inneren Wand 5
von der Zone 26 der axial äußeren Wand 18 trennt, die dazu bestimmt
ist, auf dem radialen Abschnitt 27 der Felgenkrempe 25 angeordnet zu
werden. Die axiale Länge a des Abschnitts 9, der nahe der
Kautschukmischung 8 angeordnet und so mit einer Gleitschicht 7 verkleidet ist, liegt
so in der Größenordnung von 3 bis 4 mm. Diese Länge a muß auf etwa
das Viertel der axialen Länge b des Sitzes 4 begrenzt werden, um die
Leistungen des Reifens im Einsatz nicht zu verschlechtern, besonders die
das Ablösen verhindernde Wirkung des Hump 29, und um jede Drehung
auf der Felge zu vermeiden.
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Die radiale Höhe der Kautschukmischung 8 längs der axial inneren Wand
5 liegt hier in der Größenordnung von 10 mm. Diese Höhe kann sehr
variabel sein, in Abhängigkeit von der Drehsteifigkeit des betrachteten
Wulstes. Sie ist bevorzugt umso höher, je geringer die Drehsteifgkeit des
Wulstes des Reifens ist.
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Fig. 2 stellt das Phänomen der Schwenkbewegung des Wulstes 3
während der ersten Phase der Demontage, nämlich des Lösens des Wulstes 3
von der Krempe 25 und des Sitzes 16 von der Felge 17, dar. In dieser
Figur sind die Stapel 12, 13 und 14 schematischer dargestellt, ohne, wie in
Fig. 1, die in Umfangsrichtung verlaufenden Verstärkungselemente 15 zu
unterscheiden.
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Der Reifen 1 ist in der Position I auf der Felge 17 montiert. In der Position
II sieht man, daß der der Wulst 3, nachdem er einer Versetzung d
unterzogen wurde, das heißt, einer axialen Verlagerung des Wulstes mit einer
Länge d, teilweise derart gekippt ist, daß alleine die Verbindungszone 28
zwischen der axial inneren Wand 5 und dem Ende des Sitzes 4 in
Berührung mit der Felge 17 steht. Diese Zone 28 ist mit einer Gleitschicht 7
abgedeckt, die aus der Verbindung gebildet ist, die vorher beschrieben
wurde. Demzufolge ist der Reibungsbeiwert zwischen dem Wulst und der
Felge sehr niedrig, was das Lösen des Wulstes erleichtert.
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In Fig. 3 sieht man einen Wulst 3, der vollkommen im Verlauf eines
Lösevorganges verschwenkt wurde, der unter härteren Bedingungen
durchgeführt wurde. In diesem Fall entspricht die Berührungszone zwischen dem
Wulst 3 und der Felge 17 dem radial tiefsten Abschnitt 10 der axial
inneren Wand 5 des Wulstes 3. Diese Zone ist durch die Gleitschicht 7 gut geschmiert,
und das Lösen ist so noch erleichtert.
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Fig. 4 stellt schematisch die Abwicklung bzw. Entwicklung der Lage des
Wulstes 3 in Bezug auf die Krempe 25 der Felge 17 während der ersten
Phase der Demontage dar. In dieser schematischen Darstellung sieht
man zwei äußere Profile der Felge 17 mit einem Wulst 3 in Anlage gegen
den Hump 29, den Sitz 16 und die Krempe 25. Dies entspricht der Lage I
der Fig. 2. Die Mitte der schematischen Darstellung entspricht in der
Zone A der Aufbringung eines Stößels gegen den Wulst 3, wobei sich diese
Zone über einen Bogen von etwa 60 Grad erstreckt. In dieser Zone ist ein
Wulst 3 in umgekehrter Position dargestellt. Dies entspricht der Position
II der Fig. 2. Man nennt "Versetzung des Wulstes relativ zur
Felgenkrempe" den Abstand dieses Wulstes von seiner Anfangsposition in Anlage
gegen des Sitz und die Krempe der Felge. Diese schematische Darstellung
der Fig. 4 stellt die Zone B des gelösten Wulstes dar, das heißt, den
Bogen, den der Wulst von seiner Anfangsposition entfernt ist, sowie den
Verlauf der Versetzung in Abhängigkeit der Winkellage, bezogen auf den
Stößel. Man nennt diesen Bogen 2a.
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Fig. 5 stellt den Verlauf der Dehnung ε (in %) der Drähte eines
Wulstkerns in Funktion vom Lösewinkel α (dieser Winkel entspricht der Hälfte
des Winkels des Bogens des Umfangs des Wulstes, der wirksam gelöst ist;
α ist in Grad) und der Versetzung d (in Millimeter) dar, die auf den Wulst
durch den Stößel aufgebracht werden (siehe Fig. 4).
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Ein angenäherter Wert dieser Dehnung für Werte des Winkels α kleiner
als 90 Grad ist durch die folgende Formel gegeben, wo R dem Radius des
Wulstkerns entspricht:
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Wenn man als gegeben nimmt, daß die Versetzung sehr leicht 40 mm
erreicht, sieht man auf diesen Kurven, daß es zum Begrenzen der
Dehnung, die vom Wulstkern oder von den in Umfangsrichtung verlaufenden
Verstärkungselementen erfahren wird, auf Werte von weniger als 4%
wünschenswert ist, daß der Wert der Winkel α 60 Grad erreicht.
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Reifen mit Wülsten, die eine Gleitschicht nach der Erfindung aufwiesen,
wurden getestet. Für diese Reifen wurden, mit einer Versetzung von 40
mm, Werte von α gemessen, die größer als 60º waren.