DD294899A5 - Vulkanisationsformenabmessungen fuer die Herstellung von Fahrzeugluftreifen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Vulkanisationsformenabmessungen fuer die Herstellung von Fahrzeugluftreifen mit einer verbesserten Abstimmung zwischen 15 Felgen und Reifen. Es erfolgt die Festlegung der Vulkanisationsformenabmessungen im Bereich der Wulst und der unteren Seitenwand fuer LKW- und Transportreifen mit einem H S-Verhaeltnis von 0,5 bis 0,9. Durch die Erfindung wird gewaehrleistet, dasz bei verringertem Materialeinsatz, resultierend aus der Verringerung der Anzahl der Aufbauelemente bzw. deren Verkleinerung die Anzahl der Fruehausfaelle durch Separationen reduziert werden und dasz eine Erhoehung der Pruefstandslaufleistung und der Runderneuerungsquote moeglich ist. Durch die besondere konstruktive Gestaltung wird die Verringerung der Schubspannungen beim Fahren ermoeglicht. Die Erfindung betrifft die Festlegung des Verlaufs der Karkassenneutrale, der Maulweite des Reifens in der Vulkanisationsform im Bereich Wulst/untere Seitenwand. Die Erfindung ist besonders dadurch gekennzeichnet, dasz sich der Wulstneigungswinkel der Vulkanisationsform in Abhaengigkeit vom H S-Verhaeltnis des Reifens entsprechend einer aufgestellten Beziehung veraendert. Fig. 2

Description

Ziel der Erfindung Ist die Herstellung von Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen, die es gewährleisten, daß bei verringertem Materialeinsatz, resultierend aus der Verringerung der Anzahl der Aufbauelemente bzw. deren Verkleinerung, die Anzahl der Frühausfalle durch Separationen reduziert werden, daß eine Erhöhung der Prüfstandslaufleistung erzielt wird und daß eine Erhöhung der Runderneuerungsquote möglich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung von Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen, die eine Reduzierung des Materialeinsatzes und der Anzahl der Aufbauelemente bzw. deren Verkleinerung durch eine besondere konstruktive Gestaltung der Vulkanisationsform gewährleisten und durch die eine Verringerung der Schubspannungen beim Fahren unter Belastung ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen mit einem H/S-Verhältnis von 0,5 bis 0,9, in denen Reifen mit radial verlaufenden Karkassenfäden, die unabhängig vom Festigkeitsträgermaterial der Karkasse und der Anzahl der Karkassenlagen vulkanisierbar sind, deren Wulste einen Drahtkern aufweisen und die auf Felgen mit einer Sitzflächenneigung von 15° einsetzbar sind, gelöst, indem der Tangens des Wulstneigungswinkels Yf der Vulkanisationsform bestimmt aus der Neigung der Geraden zwischen den Punkten P₁ und P₂ auf der Vulkanisationsformenwand 1 gegen die Symmetrieachse des Reifenquerschnitts gemäß der Beziehung

bestimmt ist und daß die Maulweite des Reifens In der Form 1,2 bis 0,75, vorzugsweise jedoch 0,95 bis 0,8 der Maulweite der Regelfelge beträgt und daß der Reifen so in der Form liegt, daß die Neutrale der Karkasse zwischen p₍ und p_m entsprechend der Gleichung

(_V| + _Δν)

Ap(C₃-C₂)+ C₂(p_m-ρ,)

bestimmt ist und der Ursprung des Koordinatensystems im Felgenpunkt mit den Koordinaten y₍ und p₍ liegt, daß der Reifen so in der Form liegt, daß die Konstanten C_)f C₂ und C₃ der Gleichung so festgelegt sind, daß für den Verlauf der Karkassenneutrate 2 a in der Vulkanisationsform die Bedingungen

• der Tangens des Winkels γ_Μνν der Karkassenneutrale im Punkt P₃ senkrecht über der halben Breite der Maulweite, gemessen gegen die Symmetrieachse des Reifenquerschnitts, gemäß der Beziehung

0,65

H/S

• die Höhe h des Punktes P₃ senkrecht über der halben Breite der Maulweite auf der Karkassenneutrale, gemessen vom Nennsitzdurchmesser der Felge, gemäß der Beziehung

h<0,24H²/S

• der Quotient aus dem Abstand des Felgenpunktes Vf und dem Abstand der breitesten Stelle der Karkassenneutrale y_m, gemessen von der Symmetrieachse des Reifenquerschnitts gemäß der Beziehung

y,/y_m < 0,69

eingehalten sind, daß weiterhin als Felgenpunkt die Stelle der Karkassenneutrale oberhalb des Drahtkerns, der Kerneinfassung bzw. des Felgenhornes gilt, die sich auch bei Einfederung des unter Luftinnendruck stehenden Reifens auf der Felge geometrisch nicht mehr verlagert, daß die breiteste Stelle des Reifons in der Form vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 H und 0,65H liegt und daß der Radius in der Wulstferse vorzugsweise etwa dem der Regelfelge entspricht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt werden. Die konstruktive Gestaltung der Wulst eines Luftreifens in Verbindung mit der zum Einsatz kommenden Felge ist die entscheidende Voraussetzung für die Haftbarkeit des Reifens im praktischen Fahrbetrieb. Der Reifen wird bezüglich der Festigkeit von Drahtkern 3 und Karkasse 2 berechnet und mit entsprechender Sicherheit dimensioniert. Der Verlauf der Karkassenneutrale 2 a wird entsprechend der Theorie der natürlichen Gleichgewichtslinie berechnet. Es i.-.t jedoch keine wissenschaftliche Untersuchung bekannt geworden, die das Zusammenwirken von Reifenwulst, in der sich der Drahtkern befindet, und Felge unter den Bedingungen der Einfederung des Reifens durch radiale Last erfaßt. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen jedoch die besondere Notwendigkeit der Betrachtung dieser Frage bei der Reifenkonstruktion. Erst die komplexe Erfassung ermöglicht es, einen weiteren hohen Nutzeffekt des Reifens zur Wirkung zu bringen.

Durch die gezielte Vorgabe der Richtlinien für die Bemessung der Formen zur Vulkanisation und für den Verlauf der

Karkassenneutrale 2a in dieser Form wird die Möglichkeit erhalten, Reifen mit besseren Eigenschaften bei gleichzeitiger

Massenreduzierung herzustellen.

Es gelten folgende Beziehungen:

1. Der Verlauf der Neutralen der Karkasse 2 a des Reifens zwischen p₍ und p_m in der Form entsprechend der Gleichung

Ap (C₃-C₂)+ C₂(p_m-p₍)

Es bedeuten:

- p-Werte sind Radien von der Drehachse des Reifens

- y-Werte sind Abstände von der Symmetrieachse des Reifenquerschnitts

- Der Ursprung des Koordinatensystems der Gleichung hat die Koordinaten yf und p₍. Dieser Punkt wird auch als Felgenpunkt bezeichnet. Als Felgenpunkt gilt die Stelle der Karkassenneutrale oberhalb des Drahtkerns bzw. des Felgenhornes, die sich auch bei Einfederung des unter Luftinnendruck stehenden Reifens auf die Felge geometrisch nicht mehr verlagert.

Die Karkassenneutrale in der Form ist dabei durch die Konstanten C,, C₂ und C₃ so festzulegen, daß im Punkt P₃ die Linie abweichend vom natürlichen Verlauf unterhalb P₃ verläuft

Es gelten die Beziehungen:

• h<0,24H²/S 0,65

tan_YMW>

_H/s ^ 0,69

Die Gleichung für die Berechnung des Verlaufs der Karkassenneutrale ist universell für Reifen mit einem H/S-Verhältnis von 0,5 bis 0,9 anwendbar, wobei H die Höhe des Reifenquerschnitts vom Nennsitzdurchmesser bis zum Außendurchmesser und S die Querschnittsbreite gemäß den Standardfestlegungen bedeuten

2. Festlegung der Formenabmessiingen

Die durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, daß bei einer Vulkanisationsformenmaulweite, die größer ist als die Maulweite der Regelfelge, äußerst ungünstige Deformationsverhältnisse und somit hohe Materialbeanspruchungen entstehen. Erfindungsgemäß gilt daher, daß die Maulweite in der Form kleiner als die der Regelfelge festgelegt wird. Reifen mit Formenmaulweiten von bis zu 75% der Maulweite der Regelfelge können durch moderne Montiergeräte ohne größere Schwierigkeiten montiert werden. Muß aus Gründen der Montage dennoch die Maulweite in der Form größer als die der Regelfelge festgelegt werden, so ist jedoch für die Karkassenneutrale in der Form ein Verlauf festzulegen, der dem mit einer schmalen Maulweite entspricht. Aus den geometrischen Beziehungen der Reifen mit unterschiedlichem H/S-Verhältnis kann abgeleitet werden, daß das Produkt aus dem Tangens des Wulstneigungswinkels Yf und dem H/S-Verhältnis eine Konstante ist. Erfindungsgemäß gilt die Beziehung

tanVF · H/S > 0,47

Mit der Anwendung der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:

- Erhöhung der Lebensdauer und der Runderneuerungsquote der Reifen durch Reduzierung der Frühausfälle

- Reduzierung der Masse der Reifen, resultierend aus der Verringerung der Aufbauelemente bzw. aus deren Verkleinerung

• Wegfall Stahlkordseitenband 8

• Wegfall Wulstfüllgummi 7

• Reduzierung der Masse des Kerngummis 6.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 betrifft einen in der Vulkanisationsform befindlichen schlauchlosen LKW-R-Reifen mit den Nominalabmessungen 13 R 22.5. Die Fig. 2 zeigt den unteren Teil des Reifenquerschnitts in nicht maßstäblicher Größe. Nach den Normen besitzt dieser Reifen eine Querschnittshöhe H = 2,76,25mm und eine Breite S = 320mm. Für die Festlegung des Verlaufs der Karkassenneutrale in der Vulkanisationsform sind die Konstanten wie folgt festgelegt worden:

C, = 0 C₂ = 0,28 C₃ = 1

Mit(p_m - pi) = 126mm und (y_m - yi) = 69mm ergibt sich folgende Gleichung:

Δρ·69

(y, + Ay) =

Ap · 0,72 + 35,28

Der Graph dieser Funktion besitzt keinen Wendepunkt. Im Punkt P₃ wird nach Ableitung der Gleichung ein Tangenswert von 0,858 errechnet.

Vergleich: tanv_MW: 0,858 > 0,753 h (mm): 35 < 57,2 y_f/y_m: 0,58 < 0,69

Für die Reifengröße 13 R 22.5 ist die Regelfelge 9.75 χ 22.5 mit einer Maulweite von 248mm vorgeschrieben. In der Vulkanisationsform beträgt die Maulweite 230mm. Der Wulstneigungswinkel der Vulkanisationsform beträgt 35°. Somit ist H/S = 0,605 > 0,47. Der Reifen besitzt einen Drahtkern je Wulst mit unter 15° geneigten Schrägen um den eine Lage

Stahlkord der Konstruktion 7 x 4 x 0,22 + 1 χ 0,15 von innen nach außen umgeschlagen ist. Der Verlauf der Karkaßfäden von Wulst zu Wulst ist radial. Wird dieser Reifen auf die Regelfelge 9.75 χ 22.5 montiert, unter Druck gesetzt und anschließend radial belastet, ergeben sich folgende reduzierte Spannungen, ausgedrückt durch die Veränderung des Wulstneigungswinkels:

, Y'_F - Yf = 31° - 35° = -4" • Y"f - Yf = 44° - 35° = +9°

Der Wulstneigungswinkel schwankt bei Be- und Entlastung um eine Nullage den Wulstneigungswinkel v_F der Form. Im Bereich Wulst/untere Seitenwand entstehen somit reduzierte Schubspannungen - Wechseldeformationen - anstelle von großen Schwelldeformationen. Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen besonders günstig dann zum Tragen, wenn der Drahtkern 3 durch zusätzliches Material 4 eingefaßt wird. Gewöhnlich besteht dieses Material aus einer Kautschukmischung mit einer Vulkanisathärte > 80° Shore. Um das Material beim Vulkanisieren der Reifen an dieser Stelle zu fixieren, erfolgt teilweise eine Vorvulkanisation der eingefaßten Drahtkerne zu einem runden oder ovalen Querschnitt. Dieser Querschnitt gestattet ein besseres Umschlingen der Karkaßlage um den Kern und garantiert damit eine bessere Überleitung der Kräfte von der Karkaßlage zum Drahtkern. Der Felgenpunkt wird in der Höhe p₍ angehoben und Vf verschiebt sich in Richtung Maulweite. Das Verhältnis MW —-—:y wird kleiner und beeinflußt damit den Winkel der Karkassenneutrale y_mw im Punkt P₃ günstig. Die Fig. 3 zeigt den unteren

Teil des Reifens der Größe 295/80 R 22.5, der in seiner Breite S und der Maulweite dem Reifen 11 R 22.5 entspricht. Der Winkel Ymw konnte dadurch von regulär 34,5° auf 46,2° erhöht werden.

Claims (3)

1. in der Form Yf = 25°

1. Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen mit einem H/S-Verhältnis von 0,5 bis 0,9, in denen Reifen mit radial verlaufenden Karkassenfäden, die unabhängig vom Festigkeitsträgermaterial der Karkasse und der Anzahl der Karkassenlagen (2) vulkanisierbar sind, deren Wulste einen Drahtkern (3) aufweisen und die auf Felgen mit einer Sitzflächenneigung von 15° einsetzbar sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Tangens des Wulstneigungswinkels (y_f) der Vulkanisationsform bestimmt aus der Neigung der Geraden zwischen den Punkten Pi und P₂ auf der Vulkanisationsformenwand (1) gegen die Symmetrieachse des Reifenquerschnitts gemäß der Beziehung

bestimmt ist und daß die Maulweite des Reifens in der Form 1,2 bis 0,75, vorzugsweise jedoch 0,95 bis 0,8 der Maulweite der Regelfelge beträgt.

2. unter Druck von 800 KPa Y'f = 39°

2. Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Reifen so in der Form liegt, daß die Neutrale der Karkasse (2a) zwischen Pf und p_m entsprechend der Gleichung

= ^AP(y_m-Vf)-C₁+ C₁(P_n,-ρ,)
Ap(C₃-C₂) +C₂ (p_m-p,)

bestimmt ist und der Ursprung des Koordinatensystems im Felgenpunkt mit den Koordinaten yf und Pf liegt.

3. Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Reifen so in der Form liegt, daß die Konstanten C₁, C₂ und C₃ der Gleichung so festgelegt sind, daß für den Verlauf der Karkassenneutrale (2 a) in der Vulkanisationsform die Bedingungen

• der Tangens des Winkels Ymw der Karkassenneutrale im Punkt P₃ senkrecht über der halben Breite der Maulweite, gemessen gegen die Symmetrieachse des Reifenquerschnitts gemäß der Beziehung

tan Ymw =

• die Höhe (h) des Punktes P₃ senkrecht über der halben Breite der Maulweite auf der Karkassenneutrale, gemessen vom Nennsitzdurchmesser der Felge, gemäß der Beziehung

h < 0,24 H²/S

• der Quotient aus dem Abstand des Felgenpunktes (y_f) und dem Abstand der breitesten Stelle der Karkassenneutrale (y_m), gemessen von dar Symmetrieachse des Reifenquerschnitts gemäß der Beziehung

y,/y_m < 0,69

eingehalten sind.

4. Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen nach den Punkten 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß als Felgenpunkt die Stelle der Karkassenneutrale oberhalb des Drahtkerns (3), der Kerneinfassung (4) bzw. des Felgenhornes gilt, die sich auch bei Einfederung des unter Luftinnendruck stehenden Reifens auf der Felge geometrisch nicht mehr verlagert.

5. Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die breiteste Stelle des Reifens in der Form vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 H und 0,65 H liegt.

6. Vulkanisationsformenabmessungen für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Radius in der Wulstferse (5) vorzugsweise etwa dem der Regelfelge entspricht.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Dia Erfindung betrifft Richtlinien für die Festlegung der Vulkanisationsformenabmessungen für Fahrzeugluftreifen im Bereich der Wulst und der unteren Seitenwand für leichte und schwere LKW-Reifen sowie Transportreifen mit einem H/S-Verhältnis von 0,5 bis 0,9, die mit hohen Geschwindigkeiten, mit hoher Belastung auf befestigten und teilweise unbefestigten Fahrbahnen gefahren werden.

Die Erfindung ist unabhängig vom Festigkeitsträger der Karkasse und der Anzahl der Karkassenlagen bei radialem Verlauf der Karkassenfäden von Wulst zu Wulst anwendbar. Die Erfindung ist anwendbar für Reifen, die auf Felgen mit einer Sitzflächenneigung von 15° zum Einsatz kommen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Bereich Wulst/untere Seitenwand ist eine kritische Stelle des Reifens. Durch die Einfederung des Reifens beim Fahren unter Last entstehen zwischen und in den Materialien Scherbeanspruchungnn. Die Beanspruchungen des Materials sind teilweise so stark, daß an den Ausläufen des Stahlkordseitenbandes und der Stahlkordlagen regelrechte Scherbrüche entstehen. Diese Scherbeanspruchungen sind in Verbindung mit der hohen Materialkonzentration in der Wulst die Hauptfaktoren für die Entstehung und Speicherung von Wärmeenergie. Hinzu kommt bei diesen schnellaufenden Fahrzeugen, die durch die Bremstrommel erzeugte Wärmemenge. Hohe Temperaturen sind jedoch Ausgangspunkt für eine geringe Lebensdauer infolge der schnelleren Materialalterung bzw. für das Auftreten von Frühausfällen. Separationen und Scherbrüche sind an Reifen nach dynamischen Laborprüfungen und Fahrversuchen bei teilweise unbefriedigenden Laufstrecken festgestellt worden. Obwohl· viele Versuche mit unterschiedlichen Vulkanisaten und veränderter Geometrie der Aufbauelemente durchgeführt worden sind, konnte bisher keine optimale Lösung gefunden werden. Neuerdings wird versucht, durch den Einsatz eines Seitenbandes aus bis zu drei Lagen Polyamidkord eine bessere Reifenqualität zu erzielen. Drei Lagen Polyamidkord von relativ großer Breite erhöhen jedoch die Materialdicke der Wulst erheblich. Außerdem ergeben sich bei der Herstellung der Reifen infolge der sich kreuzenden Winkel der Lagen erhebliche Schwierigkeiten und damit Produktivitätsverluste. Alle Reifen werden gegenwärtig mit einer Karkaßlage aus Stahlkord gefertigt. Die auftretenden Scherbeanspruchungen versucht man durch den Einsatz von Wulstfüllelementen 7 mit unterschiedlichen Vulkanisationseigenschaften und von Stahlkordseitenbändern 8 abzufangen. Für die Reifenkonstruktion gilt als Richtlinie, daß die Vulkanisationsform unter Anwendung der Theorie der natürlichen Gleichgewichtslinie des Verlaufs der Karkassenneutralen festgelegt wird. Bisher ist nicht eindeutig festgelegt worden, wo die Karkassenneutrale als Grundlage für die Berechnung des natürlichen Verlaufs beginnt. Als weitere Richtlinie gilt, daß die Maulweite der Vulkanisationsform ca. 10% bis 15% breiter als die der Regelfelge zu wählen ist. Diese Forderung leitet sich aus der schlauchlosen Verwendbarkeit der Reifen ab und soll ein leichtes Montieren ermöglichen. Aus Fig. 1 ist der untere Teil eines konventionellen LKW-R-Reifen in schlauchloser Ausführung erkennbar. Zur genauen Kennzeichnung dieser Reifenkonstruktion sind auf der Vulkanisationsformenwand 1 und der Karkassenneutrale 2 a die Punkte P₁, P₂ und P₃ eingetragen. P₁ liegt im Bereich der Wulst auf dem Radius der Wulstferse 5. P₁ und P₂ liegen so auf der Formenwand, daß eine Verbindungslinie zwischen P₁ und P₂ die Formenwand nur tangiert, nicht schneidet. Diese Verbindungslinie P₁-P₂ ist gegen die Symmetrieachse des Reifenquerschnitts geneigt und bildet mit ihr den Winkel Yf. Dieser Winkel wird als Wulstneigungswinkel der Form bezeichnet. Er beträgt z. B. bei herkömmlichen LKW-R-Reifen mit einem H/S-Verhältnis von 0,86 zwischen 24° bis 25°. P₃ liegt in senkrechter Verlängerung über der halben Breite der Maulweite auf der Karkassenneutralen. Die Höhe h dieses Punktes, gemessen vom Nennsitzdurchmesser des Reifens, beträgt bei diesen Reifen 21 % bis 23% der Querschnittshöhe H gemäß Norm. Der Neigungswinkel Ymw der Karkassenneutrale in diesem Punkt liegt zwischen 34° bis 37°. Meist besitzt die Neutrale einen Wendepunkt. Wurden derartige Reifen unter Druck gesetzt und radial belastet, vergrößert sich der Wulstneigungswinkel.
Beim Reifen 11 R 22.5 sind z. B. folgende Winkel gemessen worden:

3. unter Druck von 800 KPa und 3 000 kg radialer Last y"_F = 43°

Die Deformationsverhältnisse können für den Bereich Wulst/untere Seitenwand wie folgt angegeben werden:

• Y'f - Yf = 39° - 25° = +14°
, Y»_F - Yf = 43° - 25° = +18°

Diese Winkelveränderungen sind Ausdruck der Deformationsverhältnisse und damit Ursache für das Entstehen der Scherspannungen. Da die Deformationen in eine Richtung zeigen, entstehen bei Belastung große Materialbeanspruchungen.