DE69929903T2

DE69929903T2 - Elastischer selbsttragender reifen

Info

Publication number: DE69929903T2
Application number: DE69929903T
Authority: DE
Inventors: B. Timothy Greenville RHYNE; W. Kenneth Anderson DEMINO; M. Steven Simpsonville CRON
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: CN1398228A; DE69929903D1; EP1242254A1; JP2003516264A; JP4318882B2; PL356125A1; US20020124929A1; KR20020060995A; US6769465B2; BR9917576A; WO2001042033A1; CN1185115C; MXPA02005774A; AU777023B2; AU3118500A; KR100642040B1; EP1242254B1; CA2393684A1; CA2393684C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elastischen Reifen zum Tragen einer Fahrzeuglast mittels struktureller Komponenten des Reifens, wenn der Luftinnendruck absinkt.
Der pneumatische Reifen gilt als Lösung für die Mobilität von Fahrzeugen seit über einem Jahrhundert. Moderne pneumatische Gürtelreifen mit radialer Karkasse sind hervorragende Produkte, die ein effektives Mittel sind, um darauf liegende Lasten zu tragen, wobei sie gleichzeitig für eine vernünftige vertikale und laterale Federung sorgen. Die mechanischen Eigenschaften des pneumatischen Reifens beruhen im Wesentlichen auf dem Innendruck der Luft in dem Hohlraum des Reifens. Der Fülldruck sorgt für die richtige Steifigkeit des Gürtels und der Karkasse. Der Fülldruck ist daher einer der wichtigsten Konstruktionsparameter für einen pneumatischen Reifen. Wenn der Fülldruck festgelegt ist, ist jedoch die vertikale Steifigkeit des Reifens durch den Konstrukteur eines pneumatischen Reifens nur noch beschränkt einzustellbar.
Die Aufrechterhaltung des korrekten Druckes ist notwendig, um die besten Eigenschaften eines pneumatischen Reifens sicherzustellen. Wenn der Fülldruck unter demjenigen liegt, der spezifiziert ist, so führt das dazu, dass der Kraftstoff nicht mehr optimal genutzt wird. Es ist dabei außerordentlich wichtig, dass ein konventioneller pneumatischer Reifen fast nicht mehr zu gebrauchen ist, wenn der Fülldruck vollständig abgefallen ist. Es wurden viele Aufbauten von Reifen vorgeschlagen, mit denen die Mobilität eines Fahrzeugs weiterhin sichergestellt werden kann, nachdem der Luftdruck des Reifens vollständig abgesunken ist. Kommerzielle Notlaufreifen sind pneumatische Reifen mit zusätzlichen Verstärkungen der Seitenwände oder Füllelementen, die es ermöglichen, dass beim Zusammendrücken aufgrund von Druckverlust die Seitenwände die Last übernehmen können. Diese zusätzliche Verstärkung hat oft den Nachteil zur Folge, dass die Reifenmasse nun höher ist und der Abrollkomfort eingeschränkt ist. Andere Ansätze von Notlaufeigenschaften greifen im Wesentlichen auf ringförmige Verstärkungsbänder im Kronenabschnitt des Reifens zurück. Dies finden man beispielsweise in US 4 456 048 A . Bei diesen Lösungen ergibt sich die Steifigkeit des Laufflächenabschnittes teilweise auf Grund der inhärenten Eigenschaften des ringförmigen Verstärkungsbandes und teilweise auf Grund der Reaktion auf den Fülldruck. Noch andere Lösungen greifen auf sekundäre interne Trägerstrukturen zurück, die an dem Rad befestigt sind. Diese Träger führen zu größerer Masse der zusammengebauten Einheit und entweder größerem Montageaufwand oder zur Notwendigkeit, mehrere Felgenteile einsetzen zu müssen. Alle diese Ansätze sind Hybridlösungen einer ansonsten pneumatischen Reifenstruktur und haben den Nachteil, Kompromisse bei der Konstruktion darzustellen, die weder im aufgepumpten noch im drucklosen Zustand optimal sind. Außerdem machen es diese Notlauflösungen notwendig, einige Einrichtungen vorzusehen, mit denen der Fülldruck des Reifens überwacht werden kann und den Fahrzeugführer darüber informiert wird, wenn sich der Fülldruck außerhalb der Empfehlungsgrenzen befindet.
Ein Reifen, der dazu ausgelegt ist, dass man ihn auch ohne Fülldruck betreiben kann, eliminiert viele der Probleme und Kompromisse, die sich bei einem pneumatischen Reifen ergeben. Es gibt nur eine Betriebsbedingung, nämlich drucklos. Weder das Aufrechterhalten von Druck noch das Überwachen von Druck ist erforderlich. Selbsttragende elastische Reifen, wie zum Beispiel Vollreifen oder andere elastomere Strukturen, wurden bis heute nicht den Anforderungen gerecht, die an einem konventionellen pneumatischen Reifen gestellt werden. Ein selbsttragender elastischer Reifen wäre eine Lösung, mit der sich Eigenschaften wie bei einem pneumatischen Reifen erzielen lassen, und stellte damit eine allgemein anerkannte Verbesserung dar.
Ein selbsttragender elastischer Reifen gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert und trägt seine Last ausschließlich aufgrund der strukturellen Eigenschaften seiner Lauffläche, Seitenwand und Wulst auch ohne Unterstützung durch den inneren Luftdruck. Die Lauffläche eines selbsttragenden elastischen Reifens erscheint, wenn man sie ohne Seitenwand und Wulst betrachtet, als ein verstärktes ringförmiges Band. Das verstärkte ringförmige Band hat die Steifigkeit, um einem Durchbiegen sowohl im Reifenmeridian als auch in der Äquatorebene zu widerstehen. Eine Meridianebene verläuft durch den Reifen so, dass die Drehachse vollständig in der Meridianebene liegt. Die Äquatorebene verläuft senkrecht zur Reifenachse der Drehung und teilt die Reifenstruktur.
Der Kontakt zwischen einem ringförmigen Band und einer flachen Ebene ist analog zu einem Reifen, der in Kontakt zu einer Bodenfläche steht. Im Ergebnis führt es zu Kräften, die analog zu denen sind, die bei dem Bodenkontakt eines belasteten Reifens entstehen. Bei einem steifen ringförmigen Band aus einem homogenen Material wird die Druckverteilung bei den geforderten Gleichgewichts- und Durchbiegungsmomenten durch ein Paar von konzentrierten Kräften bestimmt, die an jedem Ende der Kontaktfläche angreifen, wobei ein Ende hiervon in 2A gezeigt ist. Bei dieser Idealisierung gibt es keine Scherungsdeformation des ringförmigen Bandes. Wenn jedoch das ringförmige Band eine Struktur aufweist, bei der es zur Scherungsdeformation kommt, so ist die sich daraus ergebende Druckverteilung im Wesentlichen gleichförmig.
Ein selbsttragender, elastischer Reifen gemäß der Erfindung umfasst eine Lauffläche, Seitenwände, die sich in radialer Richtung von der Lauffläche hin zu einer Radachse erstrecken, und Wülste am radial inneren Ende der Seitenwände, um den Reifen an dem Rad zu verankern. Die Lauffläche, die Seitenwände und die Wülste definieren einen ringförmigen Hohlraum, ähnlich dem in einem pneumatischen Reifen. Erfindungsgemäß ist ein ringförmiges Band in Bezug auf die Lauffläche in radialer Richtung innen angeordnet, wobei das ringförmige Band eine elastomere Scherungsschicht umfasst, wenigstens eine erste Membran, die sich auf der radial innen liegenden Seite der elastomeren Scherungsschicht anschließt, und wenigstens eine zweite Membran, die sich auf der radial außen liegenden Seite der elastomeren Scherungsschicht anschließt. Vorzugsweise umfassen die Membranen übereinander liegende Schichten von Faserverstärkungen, die im Wesentlichen nicht dehnbar sind und in einer elastomeren Deckschicht eingebettet sind. Die Membranen haben ein longitudinales Elastizitätsmodul bezüglich Dehnung, das soviel größer als das Elastizitätsmodul bezüglich Scherung der elastomeren Scherungsschicht ist, dass sich die Lauffläche bei einer äußeren Belastung im Kontakt mit dem Boden von einer im Wesentlichen kreisförmigen Form in eine flache Form deformiert, wobei die Länge der Membranen im Wesentlichen konstant bleibt. Die relative Verschiebung der Membranen ergibt sich durch Scherung in der Scherungsschicht.
Dieser Effekt ist schematisch in 2B dargestellt. Wie in 2B gezeigt besteht ein Vorteil darin, dass im Vergleich zu anderen Reifen, die kein ringförmiges Band verwenden und deren Deformationseigenschaften gerade beschrieben wurden, ein gleichförmigerer Bodenkontaktdruck über die Länge der Kontaktfläche erzielt wird. Das ringförmige Band ist nicht auf den inneren Fülldruck angewiesen, um die transversale Steifigkeit in einer Meridianebene des Reifens und die longitudinale Steifigkeit gegenüber Durchbiegung in der Äquatorebene des Reifens zu erlangen, die dazu ausreicht, damit es als Element dient, das die Last tragen kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein transversaler Radius des ringförmigen Bandes, das heißt der Krümmungsradius in der Meridianebene des Reifens, kleiner als der transversale Radius der äußeren Laufflächenoberfläche, um ein Einknicken des ringförmigen Bandes im Kontaktbereich in Längsrichtung zu vermeiden.
Die Struktur gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass der Reifenkonstrukteur bis zu einem gewissen Grad die vertikale Steifigkeit des Reifens unabhängig von dem Kontaktdruck einstellen kann. Bei konventionellen pneumatischen Reifen sind dagegen der Bodenkontaktdruck und die vertikale Steifigkeit des Reifens eng miteinander gekoppelt.
Die Seitenwände des Reifens liefern die notwendige Struktur, um am Rad auf die Belastung zu reagieren, die durch das ringförmige Band getragen wird, so dass das Gewicht des Fahrzeugs getragen wird. Bei einem konventionellen pneumatischen Reifen wird das Tragen der Last übernommen durch die Unterschiede in den Spannungen der Reifenseitenwände, wobei die minimale Seitenwandspannung in der Mitte des Kontaktbereichs liegt und das Maximum im Meridian gegenüber dem Kontaktbereich zu finden ist. Wie in 3A gezeigt, wird bei dem selbsttragenden elastischen Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung die Last durch Erhöhen der Spannung der Seitenwand in den Meridianen gestützt, die sich außerhalb des Kontaktbereichs befinden. Die optimale Stützung der Last erhält man, wenn die Seitenwände eine hohe effektive radiale Steifigkeit bei der Spannung und eine niedrige effektive radiale Steifigkeit bei Kompression aufweisen. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, kann man sagen, dass das Rad an dem oberen Teil des Reifens hängt. Außerdem haben die Seitenwände für das optimale Tragen der Last ein rechteckiges Profil und radial orientierte Verstärkungselemente.
Die vertikale Steifigkeit des Reifens gemäß der Erfindung, die dem Widerstand gegenüber Deformation in vertikaler Richtung bei Belastung entspricht, kann zu einem hohen Grad durch die Steifigkeit des Reifens gegenüber Verformung beeinträchtigt werden. Die Steifigkeit gegenüber Verformung ist ein Maß für den Widerstand des Reifens gegen Verformung in dem Abschnitt, der nicht mit dem Boden in Berührung ist. Der Verformungswiderstand des Reifens lässt eine gewisse vertikale Verschiebung der Radachse zu, wodurch effektiv die vertikale Steifigkeit des Reifens verringert wird. Durch Anpassung der Steifigkeit des Reifens gegenüber Verformung wird die vertikale Steifigkeit des Reifens eingestellt.
Wenn sich der erfindungsgemäße Reifen mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit dreht, entwickeln sich in dem ringförmigen Band Zentripetalkräfte. Diese Kräfte führen zu Belastungen in seinem Umfang, so dass sich das ringförmige Band nach außen radial erweitert. Der Erweiterung des ringförmigen Bandes steht die hohe effektive radiale Steifigkeit der Seitenwände entgegen. Da sich in dem Bodenkontaktbereich keine derartigen Zentripetalkräfte bilden, ist das Gesamtergebnis eine vertikal aufwärts gerichtete Kraft, die sich darin äußert, dass ein Teil der wirksamen Belastung aufgefangen wird und sich die effektive vertikale Steifigkeit des Reifens erhöht. Sowohl die Zentripetalkräfte als auch damit die effektive vertikale Steifigkeit des Reifens nehmen mit steigender Geschwindigkeit zu; damit verringert sich die Reifenverformung mit steigender Geschwindigkeit. Eine Verringerung der Verformung reduziert die Wärmeentwicklung in dem Reifen und verbessert die Eigenschaften bei hohen Geschwindigkeiten.
Die Dehnung, die in den Seitenwänden des Reifens gemäß der vorliegenden Erfindung entsteht, wenn eine Belastung vorliegt, ist erheblich geringer als die Dehnung in den Seitenwänden eines gefüllten und belasteten pneumatischen Reifens. In 1 können die Wulstabschnitte 160 irgendwelche unter mehreren Wulststrukturen sein, die es ermöglichen, dass ein korrekter Sitz auf der Felge 10 sichergestellt ist, ohne dass deswegen ein Fülldruck gegeben sein muss, und bei denen der korrekte Sitz der Wulstabschnitte im Betrieb des Reifens unverändert bleibt. Ein Beispiel für eine Wulstkonstruktion, die diesen Anforderungen genügt, ist in dem US-Patent 5 785 781 von Drieux et al. beschrieben, auf das hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines selbsttragenden elastischen Reifens mit einem verstärkten ringförmigen Band mit einer elastomeren Scherungsschicht zwischen steifen Elementen in Längsrichtung weist die Schritte auf: Festlegen eines Bodenkontaktdruckes und eines Reifenradius, Multiplizieren des Bodenkontaktdruckes mit dem Reifenradius, um einen Scherungsschichtfaktor festzulegen, Auswählen eines Scherungsschichtmaterials mit einem Elastizitätsmodul bezüglich Scherung und mit einer Dicke, so dass das Produkt des Schermoduls der Elastizität mit der Dicke gleich dem Scherungsschichtfaktor ist, Auswählen von Membranen mit einem Elastizitätsmodul bezüglich Dehnung von wenigstens dem 100-fachen des Elastizitätsmoduls bzgl. Scherung und Zusammenbau von einem Bodenkontaktslaufflächenabschnitt, dem verstärkten ringförmigen Band, das sich innerhalb des Laufflächenabschnitts befindet, wenigstens einer ersten Membran, die an der radial inneren Seite der elastomeren Scherungsschicht befestigt ist, und wenigstens einer zweiten Membran, die an der radial äußeren Seite der elastomeren Scherungsschicht befestigt ist, und Seitenwandabschnitten, die sich radial innerhalb des Laufflächenabschnitts befinden und im Wulstabschnitt zum Befestigen an einem Rad verankert sind.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reifen.
2A zeigt schematisch die Reaktionskräfte am Boden bei einem homogenen Referenzband.
2B zeigt schematisch die Reaktionskräfte am Boden bei einem erfindungsgemäßen ringförmigen Band.
3A zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Reifen unter Last, wobei die Situation beim Tragen einer Last in der Äquatorebene dargestellt ist.
3BA zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Reifen unter Last, wobei die Situation beim Tragen einer Last in der Meridianebene dargestellt ist.
4 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reifen mit gebogenen Membranen.
5A zeigt die Steifigkeit gegen Durchbiegung in der Äquatorebene des Reifens.
5B zeigt die Steifigkeit gegen Durchbiegung in der Äquatorebene des Reifens.
6 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reifen mit einer wellenförmigen zweiten Membran.
7 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reifen in einer Abwandlung der Ausführungsform von 6.
8 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reifen in einer weiteren Abwandlung der Ausführungsform nach 6.
9 zeigt grafisch die Beziehung zwischen Kontaktbereich, Kontaktdruck und vertikaler Belastung bei einem erfindungsgemäßen Reifen.
10 zeigt grafisch die Beziehung zwischen Kontaktdruck, vertikaler Steifigkeit und Steifigkeit gegenüber Verformung bei einem erfindungsgemäßen Reifen.
Die folgenden Begriffe werden in dieser Beschreibung wie folgt verwendet:
"Äquatorebene" ist eine Ebene, die senkrecht zur Drehachse des Reifens und durch die Mittellinie des Reifens verläuft.
"Meridianebene" ist eine Ebene, die parallel zu der Drehachse des Reifens verläuft und die sich radial von der Achse nach außen erstreckt.
"Modul" der elastomeren Materialien bedeutet das Elastizitätsmodul bezüglich Dehnung bei einer 10 %-igen Verlängerung, gemessen nach dem ASTM-Standard-Testverfahren D412.
"Modul" der Membranen ist das Elastizitätsmodul bezüglich Dehnung bei 1 %-iger Verlängerung in Umfangsrichtung, das mit der effektiven Dicke der Membran multipliziert ist. Dieses Modul kann bei konventionellen Stahlgürtelreifenmaterialien nach Gleichung 1 berechnet werden, die unten angegeben wird. Dieses Modul wird mit einem Strich (') versehen.
"Schermodul" des elastomeren Materials ist das Elastizitätsmodul bezüglich Scherung und ist definiert als ein Drittel des Elastizitätsmoduls bezüglich Dehnung, das bei einer 10 %-igen Verlängerung gemessen wird.
"Hysterese" ist die Tangente des dynamischen Verlustes, die bei einer 10 %-igen dynamischen Scherbelastung und bei 25° C gemessen wird.
Selbsttragende elastische Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den 1 und 4, 6, 7 und 8 dargestellt. Selbsttragend bedeutet, dass der Reifen eine Last trägt, ohne dass dazu die Unterstützung durch den Gasfülldruck notwendig ist. Die Strukturen, die für die verschiedenen Abwandlungen eines selbsttragenden elastischen Reifens offenbart werden, beruhen auf ähnlichen Grundkomponenten. Die Bezugszeichen in den Zeichnungen folgen bei jeder Abwandlung einem konsistenten Muster.
Der Reifen 100 in 1 hat einen Laufflächenabschnitt 110, der Kontakt zum Boden hat, Seitenwandabschnitte 150, die sich ausgehend von dem Laufflächenabschnitt 110 radial nach innen erstrecken, und Wulstabschnitte 160 am Ende der Seitenwandabschnitte. Die Wulstabschnitte 160 verankern den Reifen 100 an einem Rad 10. Der Laufflächenabschnitt 110, Seitenwandabschnitte 150 und die Wulstabschnitte 160 definieren einen ringförmigen Hohlraum 105.
Ein ringförmiges Verstärkungsband ist radial innerhalb des Laufflächenabschnitts 110 angeordnet. In der Ausführungsform in 1 umfasst das ringförmige Band eine elastomere Scherungsschicht 120, eine erste Membran 130 mit Verstärkungsschichten 131 und 132, die auf der radial inneren Seite der elastomeren Scherungsschicht 120 befestigt sind, und eine zweite Membran 140 mit Verstärkungsschichten 141 und 142, die auf der radial äußeren Seite der elastomeren Scherungsschicht 120 befestigt sind.
Der Laufflächenabschnitt 110 braucht keine Nuten zu haben oder kann mehrere längs ausgerichtete Laufflächennuten 115 aufweisen, die im Wesentlichen Laufflächenrippen 116 zwischen sich in Längsrichtung bilden. Die Rippen 116 können außerdem quer oder längs unterteilt sein, um ein Laufflächenmuster zu bilden, das den Nutzungsanforderungen in der speziellen Anwendung des Fahrzeugs genügt. Die Laufflächennuten 115 können irgendeine Tiefe aufweisen, die mit der gewünschten Verwendung des Reifens konsistent ist. Die zweite Membran 140 ist von dem Boden der Laufflächennut aus radial nach innen versetzt, und zwar so, dass sich ein ausreichender Abstand ergibt, um die Struktur der zweiten Membran vor Schnitten und dem Eindringen kleiner Körper in den Laufflächenabschnitt zu schützen. Die Größe der Versetzung kann in Abhängigkeit von der gewünschten Verwendung des Reifens zu- oder abnehmen. Beispielsweise weist ein Reifen für einen Schwerlaster üblicherweise einen Versatz von etwa 5 bis 7 mm auf.
Jede Schicht von der ersten, 130, und zweiten, 140, Membran umfasst Faserverstärkungen, die im Wesentlichen nicht verlängerbar sind und die in eine elastomere Beschichtung eingebettet sind. Für einen Reifen aus elastomerem Material werden die Membranen 130 und 140 mittels Vulkanisierung des elastomeren Materials auf die Scherungsschicht 120 aufgebracht. Die Membranen 130 und 140 können im Rahmen der Erfindung mit irgendeinem geeigneten Verfahren und mit einer chemischen oder Kleberverbindung oder mechanischen Fixierung an der Scherungsschicht 120 befestigt werden.
Die Verstärkungselemente der Schichten 131–132 und 141–142 können aus einem beliebigen unter mehreren solchen Materialien bestehen, die für die Verwendung als Reifengürtelverstärkungen bei konventionellen Reifen geeignet sind, wie zum Beispiel Einzelfäden von Fasern aus Stahl, Aramid oder anderen Textilien mit einem großen Modul. Für die Reifen, die hier als Beispiel beschrieben werden, bestehen die Verstärkungen aus Stahldrähten mit vier Adern von je 0,28 mm Durchmesser (4 × 0,28). Obgleich in den Ausführungsformen der Erfindung, die hier offenbart werden, mit Draht verstärkte Schichten für jede der Membranen verwendet werden, kann jedes geeignete Material für die Membranen verwendet werden, das die Anforderungen an die Dehnungssteifigkeit, Biegesteifigkeit und Widerstandseigenschaften gegen Abknicken bei Kompression des ringförmigen Bandes erfüllt. Mit anderen Worten, die Membranstruktur kann unter mehreren Alternativen gewählt werden, wie zum Beispiel homogenem Material, einer mit Fasern verstärkten Matrix oder einer Schicht mit diskreten Verstärkungselementen.
Bei der ersten Membran 130 haben die Schichten 131 und 132 im Wesentlichen parallele Drähte, die in einem Winkel α in Bezug auf die Äquatorebene des Reifens angeordnet sind, und die Drähte der entsprechenden Schichten sind in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet. Mit anderen Worten, in der Schicht 131 hat man den Winkel +α, und in der Schicht 132 hat man den Winkel –α. Ähnliche haben bei der zweiten Membran 140 die Schichten 141 und 142 im Wesentlichen parallele Drähte, die in einem Winkel +β und –β zu der Äquatorebene angeordnet sind. In diesen Fällen betragen die Winkel der Drähte, die von benachbarten Schichten eingeschlossen werden, das Doppelte der angegebenen Winkel α oder β. Die Winkel α und β liegen üblicherweise im Bereich von etwa 10° bis etwa 45°. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Drähte der Schichtenpaare in einer Membran in jeweils gleichen und entgegengesetzten Winkeln angeordnet sind. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, dass die Drähte der Schichtenpaare asymmetrisch in Bezug auf die Äquatorebene des Reifens angeordnet sind.
Die Drähte jeder der Schichten 131, 132 und 141, 142 sind in einer elastomeren Beschichtung eingebettet, die üblicherweise ein Schermodul von etwa 20 MPa hat. Vorzugsweise ist das Schermodul der Beschichtungen größer als das Schermodul der Scherungsschicht 120, um sicherzustellen, dass die Deformation des ringförmigen Bandes innerhalb der Scherungsschicht 120 vorwiegend auf Grund der Scherungsdeformation erfolgt.
Die Beziehung zwischen dem Schermodul G der elastomeren Scherungsschicht 120 und dem effektiven Längsdehnungsmodul E'_Membran der Membranen 130 und 140 bestimmt die Deformation des ringförmigen Bandes bei einer gegebenen Last. Das effektiv Dehnungsmodul der Membran E'_Membran bei konventionellen Gürtelreifenmaterialien kann wie folgt abgeschätzt werden:
wobei

E_Gummi: = Dehnungsmodul des elastomeren Beschichtungsmaterials,
P: = Faserschrittweite (Abstand der Fasermittellinien), gemessen senkrecht zur Faserrichtung,
D: = Faserdurchmesser,
ν: = Poisson-Verhältnis für das elastomere Beschichtungsmaterial,
α: = Faserwinkel in Bezug auf die Äquatorebene und
t: = Gummidicke zwischen Kabeln in benachbarten Schichten ist.

Man beachte, dass E'_Membran das Elastizitätsmodul der Membran multipliziert mit der effektiven Dicke der Membran ist. Wenn das Verhältnis E'_Membran/G relativ klein ist, so nähert sich die Verformung des ringförmigen Bandes unter Last derjenigen bei dem homogenen Band und führt zu einem ungleichmäßigen Bodenkontaktdruck, wie es in 2A dargestellt ist. Wenn auf der anderen Seite das Verhältnis E'_Membran/G ausreichend hoch ist, so erfolgt die Verformung des ringförmigen Bandes unter Last im Wesentlichen durch Scherungsverformung der Scherungsschicht mit geringer Längsausdehnung oder Kompression der Membranen. Dementsprechend ist der Bodenkontaktdruck im Wesentlichen gleichmäßig, wie es in dem Beispiel in 2B gezeigt ist.
Gemäß der Erfindung ist das Verhältnis des longitudinalen Dehnungsmoduls der Membran E'_Membran zu dem Schermodul G der Scherungsschicht wenigstens 100 : 1 und vorzugsweise wenigstens etwa 1000 : 1: Für Membranen mit faserverstärkten Schichten bei 4 × 0,28-Fasern und den oben angegebenen Winkeln beträgt das gewünschte Schermodul der Scherungsschicht 120 etwa 3 MPa bis etwa 20 MPa. Wiederholtes Deformieren der Scherungsschicht 120 beim Rollen unter Last führt zu Energiedissipation auf Grund der Hysterese der verwendeten Materialien. Die gesamte erzeugte Wärme im Reifen hängt sowohl von der Energiedissipation als auch von der Dicke der Scherungsschicht ab. Daher sollte bei einem gegebenen Reifenaufbau und konventionellen Materialien die Hysterese der Scherungsschicht so ausgewählt werden, dass bei Reifen im Dauerbetrieb die Betriebstemperatur des Reifens unter etwa 130°C bleibt.
Der Reifen in 1 hat ein flaches Querprofil des Laufflächenabschnitts 110, eine erste Membran 130 und eine zweite Membran 140. Die Belastungen in dem Abschnitt des ringförmigen Bandes in dem Kontaktbereich "C" führen bei der zweiten Membran 140 zu Kompression, was anhand von 3A deutlich wird. Mit zunehmender vertikaler Verformung des Reifens kann die Kontaktlänge "C" zunehmen, so dass die Kompressionsbelastung in der zweiten Membran 140 die kritische Abknickbelastung übersteigt und eine Längsabknickung der Membran erzeugt wird. Dieses Abknickungsphänomen führt dazu, dass ein sich in Längsrichtung erstreckender Abschnitt des Kontaktbereichs einen geringeren Kontaktdruck aufweist. Ein gleichförmigerer Bodenkontaktdruck über die Länge des Kontaktbereichs ergibt sich, wenn das Abknicken der Membran vermieden wird. Eine Membran, die einen gekrümmten Querabschnitt aufweist, ist gegenüber dem Abknicken in dem Kontaktbereich stabiler.
Bei der Abwandlung der Erfindung nach 4 hat der Reifen ein ringförmiges Band mit einer Scherungsschicht 220, einer erstem Membran 230 und einer zweiten Membran 240 mit einem Querradius, der geringer ist als der Querradius der radial äußeren Fläche des Laufflächenabschnitts 210. Die Krümmungen in 4 sind aus Gründen der Darstellung übertrieben dargestellt. Die Optimierung des Kontaktdrucks zwischen der Laufflächenoberfläche und dem Boden bei einem Reifen für Personenkraftwagen legt nahe, dass der Querradius der zweiten Membran 240 wenigstens 500 mm beträgt und der Querradius der radial äußeren Oberfläche des Laufflächenabschnitts 210 wenigstens 1000 mm beträgt.
Wenn die genannten Bedingungen für das Längsdehnungsmodul E'-_Membran der Membranen und das Schermodul G der Scherungsschicht eingehalten werden und sich das ringförmige Band im Wesentlichen durch Scherung in der Scherungsschicht verformt, lässt sich eine Beziehung herstellen, deren Vorteil es ist, dass man die Werte für das Schermodul G und die Scherschichtdicke h bei einer gegebenen Anwendung abschätzen kann: Peff·R ≈ G·h (2),wobei

P_eff: = Vorgegebener Bodenkontaktdruck,
G: = Schermodul der Schicht 120,
h: = Dicke der Schicht 120, und
R: = Radiale Position der zweiten Membran.

P_eff und R sind Konstruktionsparameter, die je nach dem angestrebten Einsatz des Reifens gewählt werden. Durch die Gleichung (2) wird es nahegelegt, dass das Produkt des Schermoduls der Elastizität der Scherungsschicht und einer radialen Dicke der Scherungsschicht in etwa gleich einem Produkt aus einem vorgegebenen Bodenkontaktdruck und einer radialen Position des äußersten Fortsatzes der zweiten Membran ist. In 9 ist diese Beziehung über einen großen Bereich von Kontaktdruckwerten grafisch dargestellt, und sie kann verwendet werden, um die Eigenschaften der Scherungsschicht abzuschätzen, die für viele verschiedene Anwendungen benötigt werden.
Die obige Beziehung ist vorteilhaft für denjenigen, der einen Reifen gemäß der Erfindung konstruiert. Um beispielsweise einen Reifen für die Verwendung bei einem Personenkraftwagen zu konstruieren, kann der Konstrukteur einen gewünschten Kontaktdruck P_eff von 1,5 bis 2,5 DaN/cm² und eine Reifengröße, bei der der Radius etwa 335 mm beträgt, wählen. Wenn man diese Werte multipliziert, so bekommt man einen "Faktor für die Scherungsschicht" von 50,25 bis 83,75 DaN/cm, der dazu verwendet werden kann, die Materialdicke der Scherungsschicht und das Schermodul festzulegen. In diesem Fall liegt bei einem Schermodul im Bereich von etwa 3 MPa bis etwa 10 MPa die Dicke h der Scherungsschicht wenigstens bei 5 mm und vorzugsweise zwischen etwa 10 mm und etwa 20 mm.
Der erfindungsgemäße Reifen trägt die wirkende Last, wie es in 3A und 3B dargestellt ist. Die Karkassenelemente stehen unter der Spannung T im Bereich "A" und werden im Kontaktbereich B, C komprimiert. In 1 ist eine bevorzugte Geometrie des Seitenwandabschnitts 150 gezeigt, der sich rechteckig zwischen dem Laufflächenabschnitt 110 und den Wulstabschnitten 160 erstreckt, wie es in der Meridianebene des Reifens erkennbar ist. Die Seitenwandabschnitte können sich von der Lauffläche bis zur Felge wie in 1 nach außen oder nach innen neigen, sie müssen nur gradlinig bleiben.
In dem Reifen 100 nach 1 werden die Seitenwandabschnitte 150 im Wesentlichen durch nicht dehnbare Fasern verstärkt, die in radialer Richtung orientiert sind. Die Kraft-/Verlängerungseigenschaften der Seitenwandabschnitte 150 sind derart, dass Dehnungskräfte eine minimale Verlängerung des Seitenwandabschnitts erzeugen, analog zur steigenden Spannung in einem Spannriemen. Wenn die gekrümmte Seitenwand eines konventionellen pneumatischen Reifens im Vergleich dazu in einem drucklosen Zustand unter Spannung gesetzt wird, so begradigt die Spannungskraft zunächst die Kurve und verlängert so die Seitenwand. Nur nachdem die gekrümmte Seitenwand begradigt ist, steigt die Spannung in der Seitenwand.
Wie sich aus 3A und 3B ergibt, wird die Last effizient unterstützt, wenn der Seitenwandabschnitt eine hohe Steifigkeit gegenüber Spannung, aber eine niedrige Steifigkeit gegenüber Kompression aufweist. Der erfindungsgemäße Reifen hat einen Seitenwandabschnitt mit einer effektiven radialen Steifigkeit bezüglich Spannung, die um soviel größer als eine effektive radiale Steifigkeit gegenüber Kompression ist, dass eine von außen wirkende Last im Wesentlichen durch Dehnungskräfte im Bereich "A" des Seitenwandabschnitts 150 getragen werden kann, der keinen Kontakt mit dem Boden hat. Die effektive radiale Steifigkeit des Seitenwandabschnitts bedeutet die Dehnungs- oder Kompressionseigenschaft im Zusammenhang mit der gesamten radialen Ausdehnung der Seitenwand. Dies kann beispielsweise gemessen werden, indem eine Probe aus der Seitenwand entnommen wird, so dass die unbelastete Geometrie der Seitenwand aufrechterhalten wird, und diese anschließend in einer standardmäßigen Dehnungstestapparatur untersucht wird. Eine gekrümmte Seitenwand, wie man sie bei einem pneumatischen Reifen findet, hätte eine Dehnungssteifigkeit, die von der Krümmung der Seitenwand abhängt und die dementsprechend niedriger wäre als die Dehnungssteifigkeit einer Seitenwand des erfindungsgemäßen Reifens, die im Wesentlichen gerade ist.
Vorzugsweise sind die Seitenwandabschnitte im Wesentlichen unter Spannung nicht dehnbar und zeigen im Wesentlichen keinen Widerstand gegen Abknicken unter Kompression. Unter dieser Bedingung wird eine von außen wirkende Last im Wesentlichen durch die Dehnungskräfte in dem Seitenwandabschnitt in dem Bereich des Reifens ohne Kontakt mit dem Boden getragen und im Wesentlichen ohne vertikales Tragen der Last auf Grund des Seitenwandabschnitts in dem Bereich im Kontakt mit dem Boden.
Die Kompressionssteifigkeitsanforderungen der Seitenwand lassen sich erfüllen, wenn der Seitenwandabschnitt eine axiale Dicke von weniger als 10 % der radialen Querschnittshöhe des Reifens aufweist.
Die vertikale Steifigkeit hängt damit zusammen, dass sich der Reifen unter Last einer Verformung widersetzen kann. Die vertikale Steifigkeit des Reifens wird stark durch die Reaktion des Abschnittes des Reifens beeinflusst, der nicht im Kontakt mit dem Boden ist, die "Gegenverformung" des Reifens. 5A und 5B zeigen dieses Phänomen in übertriebenem Maßstab. Wenn der Reifen mit einer Last L beaufschlagt ist, verformt er sich um eine Größe f, wodurch sich ein Bodenkontaktbereich C bildet. Man beachte, dass bei dieser Beschreibung in dem Bezugssystem in 5A und 5B die Reifenachse A bei einer konstanten Position belassen ist und der Boden zur Achse hin angehoben wird. Die vertikale Verformung f ist proportional zur Last L, woraus die vertikale Steifigkeit Kv des Reifens abgeleitet werden kann. Da das ringförmige Band bestrebt ist, seine Länge konstant zu halten, verschiebt sich ein Abschnitt des Reifens ohne Kontakt weg von dem Kontaktbereich C, wie es durch die gestrichelten Linien in den Figuren dargestellt ist, bzw. verformt sich in Gegenrichtung. Die Größe der Gegenverformung λ ist ebenfalls proportional zur Last L, und die Gegenverformungssteifigkeit Kλ lässt sich somit auf diese Art bestimmen. Die Gegenverformungssteifigkeit Kλ hängt mit der Art zusammen, in der die Reifenverstärkungsfasern ohne Kontakt zum Boden belastet werden, und sollte verstanden werden als abhängig sowohl von Wechselwirkungen der Querstruktur als auch der Umfangsstruktur.
Die Gegenverformung kann direkt gemessen werden, indem ein Reifen mit einer Last F beaufschlagt wird, wobei die Achse fest ist, und indem sowohl die Verformung f des Reifens in dem Kontaktbereich als auch die Verformung der Lauffläche gegenüber dem Kontaktbe reich gemessen wird. Die Gegenverformungssteifigkeit wird dann durch Division der Last F durch die Gegenverformungsgröße λ bestimmt.
In der Praxis beeinflusst der Gegenverformungswiderstand Kλ wesentlich die vertikale Steifigkeit des Reifens und dementsprechend die Verformung des Reifens unter der Last der Radachse. Die Gegenverformungssteifigkeit Kλ bestimmt die Länge des Kontaktbereichs, wie es in 5A ersichtlich wird. Eine geringe Gegenverformungssteifigkeit macht es möglich, dass sich das ringförmige Band unter Last vertikal bewegt und somit die Lastkapazität bei der Verformung reduziert wird. Dementsprechend hat ein Reifen mit hoher Gegenverformungssteifigkeit eine verhältnismäßig niedrige Gegenverformung und einen größeren Kontaktbereich und kann folglich eine größere Last aufnehmen.
10 zeigt grafisch eine Näherung der Beziehung zwischen der Gegenverformungssteifigkeit Kλ und der vertikalen Steifigkeit des Reifens. 10 zeigt die Unabhängigkeit der vertikalen Steifigkeit und des Kontaktdrucks, die mit dieser Erfindung erreichbar sind, wodurch eine Flexibilität bei der Konstruktion erreicht wird, die man bei pneumatischen Reifen nicht hat. Ein druckloser pneumatischer Reifen hat üblicherweise eine Gegenverformungssteifigkeit pro Kontaktbereichsbreiteneinheit von weniger als 0,1 daN/mm². Ein erfindungsgemäßer Reifen kann dagegen so konstruiert werden, dass er eine Gegenverformungssteifigkeit pro Kontaktbereichsbreiteneinheit von mehr als 0,1 daN/mm² aufweist.
Vorzugsweise können die Anfangsparameter bei der Konstruktion für irgendeine gewünschte Anwendung ausgewählt werden, wenn man 10 mit 9 kombiniert. Wenn einmal auf Grund von 9 der Kontaktdruck, die vertikale Last und der Kontaktbereich ausge wählt wurden, können die Eigenschaften bezüglich der vertikalen Steifigkeit des Reifens mit Hilfe von 10 festgelegt werden. Mit einem ungefähr gewünschten Wert für die Gegenverformungssteifigkeit Kλ aus 10 kann der Konstrukteur dann die zur Verfügung stehenden analytischen Werkzeuge einsetzen, beispielsweise Berechnungen von finiten Elementen, um die Struktur festzulegen, mit der diese Steifigkeit erzielt werden kann. Durch die weitere Bearbeitung, einschließlich der Herstellung und des Testens von Reifen, können die Konstruktionsparameter bestätigt werden.
Die Gegenverformungssteifigkeit Kλ kann auf zahlreiche Arten modifiziert werden. Einige der Konstruktionsparameter zum Anpassen dieser Steifigkeit beinhalten das Karkassenfasermodul und die Dichtigkeit, die Seitenwandhöhe, das Modul der elastomeren Beschichtung der Karkassenfasern, die Geometrie der Verbindung zwischen der Karkasse und dem ringförmigen Band, das Modul des Verbindungsgummis, das Kompressionsmodul der ringförmigen Bandmembranen, die Dicke der Scherungsschicht, der Reifendurchmesser und die Breite des ringförmigen Bandes.
Die vertikale Steifigkeit kann eingestellt werden, um die Fähigkeiten für das Tragen von Lasten bei einem gegebenen Reifen zu optimieren. Alternativ kann die vertikale Steifigkeit eingestellt werden, um ein ringförmiges Band mit reduzierter Dicke zu schaffen, um den Kontaktdruck oder die Reifenmasse zu reduzieren, wobei gleichzeitig ein gewünschter Grad der vertikalen Steifigkeit beibehalten wird.
Die vertikale Steifigkeit des erfindungsgemäßen Reifens wird außerdem beeinflusst durch den Effekt der Zentripetalkräfte des ringförmigen Bandes und der Seitenwandabschnitte. Mit steigender Geschwindigkeit eines abrollenden Reifens entwickeln sich Zentripetalkräfte. Bei konventionellen radialen Reifen können die Zentripetal kräfte zum Ansteigen der Betriebstemperatur des Reifens führen. Der erfindungsgemäße Reifen hat einen unerwarteten Vorteil, der auf den gleichen Kräften beruht. Wenn der erfindungsgemäße Reifen unter Last dreht, sorgen die Zentripetalkräfte dafür, dass sich das ringförmige Band im Umfang ausdehnt und eine zusätzliche Spannung in den Seitenwandabschnitten erzeugt wird. Die radialen steifen Seitenwände außerhalb des Kontaktbereichs (Bereiche "A" in 3A) widerstehen diesen Zentripetalkräften. Das führt zu einer effektiven, aufwärts gerichteten Kraft, die wiederum zur Folge hat, dass die effektive vertikale Steifigkeit des Reifens zunimmt und die radiale Verformung des Reifens in Bezug auf eine statische, nicht drehende Bewegung abnimmt. Dieses Ergebnis ist zu einem erheblichen Anteil darauf zurückzuführen, dass das Verhältnis der Steifigkeit in Längsrichtung des Bandes in der Äquatorebene des Reifens (2 × E'_Membran) zu der effektiven Steifigkeit des Seitenwandabschnitts unter Spannung kleiner als 100 : 1 ist.
Reifen, die gemäß den Spezifikationen des Reifens 200 in 4 für Personenkraftwagen konstruiert wurden, wurden in der Praxis unter Verwendung konventioneller Reifenherstellungsprozesse und Materialien eingesetzt. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse ist in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 – Beispieldaten für Reifen
Bei der subjektiven Bewertung wurde der pneumatische Testreifen 1 auf den empfohlenen Druck für den kalten Reifen gebracht, und der pneumatische Testreifen 2 wurde auf einen Druck gebracht, bei dem eine vertikale Steifigkeit erreicht wird, die äquivalent zu dem Reifen ist, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde.
Die Reifen entsprechend der Spezifikation der Reifen 200 tendieren zu Mittelwerten für die Grundkontaktlängskräfte, die positiv sind, das heißt Vortrieb, entlang der zentralen Längslinie der Kontaktzone, und negativ, das heißt Bremsen, entlang der seitlichen Kanten der Kontaktzone. Diese Differenz beruht auf der Differenz des Rollradius zwischen Mittellinie und seitlichen Kanten des ringförmigen Bandes. Ein bevorzugtes Resultat der Reifeneigenschaften (insbesondere Abnutzung) erhält man, wenn die longitudinalen Belastungen gut ausgeglichen werden zwischen Mittellinie und seitlichen Kanten.
Eine bevorzugte Abwandlung der Erfindung ist in 6 dargestellt, wobei der Reifen 300 eine wellenförmige zweite Membran umfasst, die eine Wellenamplitude in radialer Richtung und eine Wellenlänge der Welle in axialer Richtung aufweist. Die Amplitude der Wellenform ist definiert als die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum in radialer Richtung der Membran. Die Wellenlänge der Wellenform ist definiert als der axiale Abstand zwischen aufeinander folgenden radialen Maxima der Membran. Die wellenförmige zweite Membran widersteht dem Abknicken auf Grund der Kompression in der Kontaktzone wie die gebogene Membran des Reifens 200 in 4. Das Deformieren der zweiten Membran im Wesentlichen von einer kreisförmigen Form in eine flache Form durch eine von außen wirkende Last tritt ohne Abknicken der zweiten Membran in Längsrichtung auf und behält einen im Wesentlichen gleichförmigen Grundkontaktdruck des Grundkontaktlaufflächenabschnittes über die Länge des Grundkontaktbereichs bei. Die Effektivität der wellenförmigen Membran in Bezug auf den Widerstand gegen Abknicken ist unabhängig von ihrer transversalen Gesamtkrümmung. Damit ist es möglich bei dem Reifen 300, eine zweite Membran 340 vorzusehen, deren Querradius der Krümmung spezifiziert werden kann, um die Grundkontaktbelastungen unabhängig von dem Widerstand gegenüber dem Abknicken zu optimieren. Vorzugsweise hat die zweite Membran 340 zwei bis fünf Wellenzyklen und eine Wellenlänge der Wellenform von etwa 20 % bis 50 % der Breite der Abrollfläche des Laufflächenabschnitts 310. Die Amplitude der Wellenform liegt vorzugsweise zwischen 20 % und 50 % der maximalen Scherungsschichtdicke, und sie kann eine konstante oder eine variable Amplitude sein. Die Scherungsschicht 320 hat eine mittlere Dicke, die gleich der konstanten Dicke der Scherungsschicht ist, festgelegt durch Gleichung (2) für die Schichten 120 und 220 der Reifen 100 bzw. 200.
Abänderungen der wellenförmigen zweiten Membran sind in den 6, 7 und 8 gezeigt, wobei die wellenförmige zweite Membran zwei, vier oder fünf Vorwölbungen aufweist. Bei diesen Abänderungen sind die Vorwölbungen innerhalb jeder Laufflächenrippe seitlich angeordnet, obgleich die Anzahl der Vorwölbungen unabhängig von der Anzahl der Laufflächenrippen sein kann und auch der Reifen keine Längsrippen aufweisen muss. Die Erfindung kann gleichermaßen bei einem Slick-Reifen oder anderen Gummiartikeln ohne Nuten angewendet werden. Wenn der Reifen 300 wenigstens eine Laufflächennut 315 aufweist, die radial außerhalb eines Minimums der Wellenform angeordnet ist, kann die Nut eine größere Tiefe in Bezug auf die nominale Laufflächentiefe eines konventionellen Reifens aufweisen. In diesem Fall bedeutet nominal eine standardmäßige Laufflächentiefe für eine bestimmte Klasse von Reifen, wie es in der Definition von Tire and Rim Association of Copley, Ohio, aufgeführt ist. Bei den Abänderungen, die zu den Reifen 300, 400 und 500 führen, hat die wenigstens eine Laufflächennut eine Tiefe von wenigstens 120 % der nominellen Laufflächentiefe.
Die Anmelden gehen davon aus, dass für den durchschnittlichen Fachmann auf diesem Gebiet auf Grund der obigen Beschreibung viele weitere Abänderungen offensichtlich sind. Diese Abänderungen und weitere Abänderungen liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Selbsttragender elastischer Reifen (100) mit einem Laufflächenabschnitt (110), der den Boden berührt, Seitenwandabschnitten (150), die sich radial innerhalb des Laufflächenabschnitts (110) erstrecken und in Wulstabschnitten (160) verankert sind, die ausgelegt sind, um an einem Rad (10) beim Abrollen des Reifens gesichert zu sein, und einem verstärkten ringförmigen Band, das radial innerhalb des Laufflächenabschnitts angeordnet ist, wobei das Band eine elastomere Schicht (120), wenigstens eine erste Membran (130), die auf der radial inneren Seite der elastomeren Schicht (120) befestigt ist, und wenigstens eine zweite Membran (140), die auf der radial äußeren Seite der elastomeren Schicht (120) befestigt ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des longitudinalen Dehnungsmoduls einer der Membranen (130, 140) zu dem Scherungsmodul der elastomeren Schicht (120) wenigstens 100 : 1 beträgt, so dass das Deformieren des Bodenkontaktlaufflächenabschnitts durch eine von außen wirkende Last gegenüber einer im Wesentlichen kreisförmigen Form zu einer flachen Form eine im Wesentlichen konstante Länge der Membranen (130, 140) beibehält und eine relative Verschiebung der Membranen im Wesentlichen durch Scherungsbelastung in der Scherungsschicht (120) auftritt.
Reifen nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis des longitudinalen Dehnungsmoduls einer der Membranen (130, 140) zu dem Scherungsmodul der Scherungsschicht (120) wenigstens 1000 1 beträgt.
Reifen nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gegenverformungssteifigkeit pro Kontaktbreiteneinheit größer als 0,1 daN/mm² ist.
Reifen nach Anspruch 1, bei dem ein Produkt aus dem Elastizitätsmodul bzgl. Scherung der Scherungsschicht (120) und einer radialen Dicke der Scherungsschicht (120) in etwa gleich einem Produkt eines vorgegebenen Bodenkontaktdruckes und einer vorgegebenen radialen Radiusposition des äußeren Endes der zweiten Laufflächenabschnittmembran (140) ist.
Reifen nach Anspruch 4, bei dem die Scherungsschicht (120) eine radiale Dicke von wenigstens 5 mm aufweist.
Reifen nach Anspruch 5, bei dem die Scherungsschicht (120) eine radiale Dicke von etwa 10 mm bis etwa 20 mm aufweist.
Reifen nach Anspruch 1, bei dem die elastomere Scherungsschicht (120) ein Elastizitätsmodul bzgl. Scherung von etwa 4 MPa bis etwa 20 MPa aufweist.
Reifen nach Anspruch 1, bei dem jede der wenigstens ersten und zweiten Membranen (130, 140) außerdem Schichten (131, 132, 141, 142) von Faserverstärkungen aufweist, die im Wesentlichen nicht dehnbar sind und die in eine elastomere Beschichtung eingebettet sind, mit einem Elastizitätsmodul bzgl. Scherung, das größer oder wenigstens gleich dem Elastizitätsmodul bzgl. Scherung der Scherungsschicht ist.
Reifen nach Anspruch 8, bei dem die Faserverstärkungen der ersten und zweiten Membranen (130, 140) einen Winkel mit der Umfangsrichtung des Reifens von zwischen etwa 10° und 45° bilden.
Reifen nach Anspruch 1, bei dem die zweite Membran (140) ein gekrümmtes Querprofil mit einem Querradius der Krümmung aufweist, der kleiner als ein Querradius der Krümmung einer radial äußersten Fläche des Laufflächenabschnitts (110) ist.
Reifen nach Anspruch 10, bei dem die radial äußerste Oberfläche des Laufflächenabschnitts (110) einen Querradius der Krümmung von wenigstens 1000 mm aufweist.
Reifen nach Anspruch 10, bei dem die zweite Membran (140) einen Querradius der Krümmung von wenigstens 500 mm aufweist.
Reifen nach Anspruch 1, bei dem die zweite Membran (140) wellenförmig ist mit einer Amplitude der Wellenform in radialer Richtung und einer Wellenlänge der Wellenform in axialer Richtung.
Reifen nach Anspruch 13, bei dem die Amplitude der Wellenform der zweiten Membran (140) zwischen etwa 20 % und 50 % der maximalen Dicke der Scherungsschicht (120) liegt.
Reifen nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei dem die zweite Membran (140) eine konstante Amplitude innerhalb der axialen Ausdehnung der Membran aufweist.
Reifen nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die zweite Membran (140) eine Wellenlänge der Wellenform zwischen etwa 20 % und 50 % der Laufflächenbreite des Laufflächenabschnittes (110) beim Abrollen hat.
Reifen nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem der Laufflächenabschnitt wenigstens eine Nut mit einer Laufflächentiefe von wenigstens 120 % einer nominellen Laufflächentiefe aufweist.
Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der Seitenwandabschnitt (150) eine effektive radiale Steifigkeit gegenüber Spannung aufweist, die größer als eine effektive radiale Steifigkeit in Bezug auf Kompression ist.
Reifen nach Anspruch 18, bei dem die Seitenwandabschnitte (150) unter Spannung im Wesentlichen nicht dehnbar sind und im Wesentlichen keinen Widerstand in Bezug auf Abknicken bei Kompression aufweisen.
Reifen nach Anspruch 18, bei dem die Seitenwandabschnitte (150) durch im Wesentlichen radiale Elemente verstärkt werden.
Reifen nach Anspruch 18, bei dem die Seitenwandabschnitte gerade in der Meridianebene des Reifens liegen.
Reifen nach Anspruch 18, bei dem der Seitenwandabschnitt (150) eine maximale Dicke hat, die geringer ist als 10 % der Höhe im radialen Querschnitt des Reifens.
Reifen nach einem der Ansprüche 1 oder 22, bei dem das Verhältnis der longitudinalen Steifigkeit des ringförmigen Bandes in der Äquatorebene des Reifens zu der effektiven radialen Steifigkeit des Seitenwandabschnittes in der Spannung kleiner als 100 1 ist.
Verfahren zum Herstellen eines selbsttragenden elastischen Reifens mit einem verstärkten ringförmigen Band mit einer elasto meren Scherungsschicht zwischen steifen Elementen in Längsrichtung, das die Schritte aufweist: Festlegen eines Bodenkontaktdruckes und eines Reifenradius, Multiplizieren des Bodenkontaktdruckes mit dem Reifenradius, um einen Scherungsschichtfaktor festzulegen, Auswählen eines Scherungsschichtmaterials mit einem Elastizitätsmodul bezüglich Scherung und mit einer Dicke, so dass das Produkt des Schermoduls der Elastizität mit der Dicke gleich dem Scherungsschichtfaktor ist, Auswählen von Membranen mit einem Elastizitätsmodul bezüglich Dehnung von wenigstens dem 100-fachen des Elastizitätsmoduls bzgl. Scherung und Zusammenbau von einem Bodenkontaktslaufflächenabschnitt, dem verstärkten ringförmigen Band, das sich innerhalb des Laufflächenabschnitts befindet, wenigstens einer ersten Membran, die an der radial inneren Seite der elastomeren Scherungsschicht befestigt ist, und wenigstens einer zweiten Membran, die an der radial äußeren Seite der elastomeren Scherungsschicht befestigt ist, und Seitenwandabschnitten, die sich radial innerhalb des Laufflächenabschnitts befinden und im Wulstabschnitt zum Befestigen an einem Rad verankert sind.