DE2201747A1

DE2201747A1 - Luftreifen

Info

Publication number: DE2201747A1
Application number: DE19722201747
Authority: DE
Inventors: Oubridge Patrick Stewart
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1971-01-16
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1972-08-03
Also published as: FR2121847A1; AU3759672A; ZA7259B; IT946399B

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - DIpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMELNR. 325341 TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN Θ1139

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHAUSER

8 MÜNCHEN 2.

Case RC 4939
3/th

DUNLOP LII-IITED, Ryder Street, St.James ¹S, London/Großbritannien

Luftreifen

Die Erfindung betrifft Luftreifen und besonders Luftreifen, die keinen die Karkasse verstärkenden Stoff zwischen dem einen Wulstgebiet und dem anderen enthält, im folgenden mit stoffloser Luftreifen bezeichnet.

In einem stofflosen Luftreifen, der aus einem im wesentlichen undehnbaren, flexiblen Material hergestellt ist, v/erden die Spannungen durch das Material selbst erzeugt, da im wesentlichen keine Verstärkung der Karkasse vorhanden ist.

Da die Spannungen im einem aufgeblasenen Reifen durch den Reifen nicht einheitlich verteilt sind, neigen die bisher vorgeschlagenen stofflosen Reifen zu Fehlern infolge örtlich begrenzter Gebiete im Reifen mit erhöhter Spannung.

Der erfindungsgemäße stofflose Luftreifen umfaßt eine Karkasse aus einem elastischen polymeren Material, wobei die Gestalt und die Dicke und/oder der Modul der Karkasse derart sind, daß der Reifen, wenn er geformt wird, eine Gestalt aufweißt, die im wesentlichen der Gestalt des aufgeblasenen Reifens entspricht.

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Besonders bei Reifen mit einem geringen Streckenverhältnis sind die Spannungen in einem Luftreifen am größten im Scheitelgebiet des Reifens und am kleinsten im Gebiet in der Mitte der Seitenwand des Reifens. Dementsprechend weist zum Beispiel bei einem Reifen mit geringem Streckenverhältnis die Reifenkarkasse einen höheren Modul und/oder eine größere Dicke im Scheitelgebiet des Reifens als in der Mitte der Seitenwand auf, so daß der Modul und/oder die Dicke durch die Karkasse hindurch abgestuft ist, damit der Reifen, wenn er geformt ist, eine Gleichgev/ichtsgestalt aufweist, das heißt eine Gestalt, bei der der Zug einheitlich durch das Material der Karkasse verteilt ist, so daß die Gestalt des geformten Reifens im wesentlichen beibehalten wird, wenn er aufgeblasen ist.

Da die' Wülste eines Reifens im wesentlichen undehnbar sein müssen, um ihn fest auf einem Radrand angebracht zu halten, wird schätzungsweise eine leichte Änderung in der Gestalt des Reifens auftreten, immer wenn die Karkasse sich ausdehnt, jedoch wird diese möglichst klein gehalten, vorausgesetzt daß die Ausdehnung einheitlich ist, was der Fall ist, wenn die Verteilung des Zuges in der Karkasse einheitlich ist. Vorzugsweise beträgt die Ausdehnung der Karkasse bei den erfindungsgemäßen Reifen, gemessen durch den Anstieg im Querschnittsumfang des Reifens, nicht mehr als 5$ beim Aufblasen auf den normalen Laufdruck des Reifens. Insbesondere wird dieser Anstieg unter 3^c/> gehalten.

Die für die Ausbildung einer Gleichgewichtsform notwendige Variationsbreite des Moduls und/oder der Dicke der Karkasse hängt von dem gewünschten Streckenverhältnis des Reifens ab.

Durch den Ausdruck "Streckenverhältnis¹¹ ist das Verhältnis, ausgedrückt in Prozent, zwischen der Querschnittshöhe der Karkasse (Höhe vom Wulstgrund zum Mittelteil der Karkasse im Scheitelgebiet) zu der größten Breite der Karkasse (gemessen zwischen dem Mittelteil einer Seitenwand und dem Mittelteil der anderen Seitenwand an der Stelle des größten Abstandes zwischen den Seitenwänden), wenn der Reifen aufgeblasen und auf eine Radfelge aufgebracht ist, für die er konzipiert ist, gemeint.

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Dieses wird in den zugehörigen Figuren 1 bis 5 der Zeichnung erläutert, die in Querschnitten Gleichgewichtskarkassenformen und -dicken für Streckenverhältnisse von 100, 90, 80, 70 und 60 für ein isotropes Material zeigen, das einen Youngschen Modul von 2,5 x 10 kg/cm (3,5 χ 10"0 psi aufweist. Die unterbrochene Linie bei jeder Karkasse ist die Meridianform, wobei die Dicke der Karkasse auf beide Seiten von dieser Linie gleich verteilt ist. Die Beträge der Dicken der Mitte der Seitenwand und des Scheitels dieser Karkassen, um das Anwachsen auf weniger als 3/j bei einem Fülldruck von 1,4 kg/cm (20 psi) zu begrenzen, sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt, wobei die Karkassen für 10"Felgen mit passender Breite konzipiert sind.

Reifen-	Querschnitts	[inch)	Dicke am	[inch)	Dicke ir	(0,41)
Strecken	breite	(4,4)	Scheitel	(0,36)	te da	(0,36)
verhältnis	cm (	(4,7)	cm {	(0,52)	L der Mit-	(0,34)
100	11,2	(5,0)	0,91	(0,74)	. Seitenwand	(0,31)
90	11,9	(5,3)	1,32	(0,94)	cm (inch)	(0,28)
80	12,7	(5,6)	1,88	(1,10)	1,04
. 70	13,5	2,39	0,91
60	14,2	2,79	0,86
0,79
0,71

Karkassen mit zu den gezeigten äquivalenten Gleichgewichtsformen können mit konstanter Dicke durch die Variation des Moduls des Karkassenmateriales im selben Verhältnis, wie die Dicke des Querschnittes der Reifenkarkasse in den Zeichnungen variiert wird, hergestellt werden, oder es können beide, Modul und Dicke, variiert werden, um einen Reifen mit gewünschtem Querschnitt zu erzeugen.

Die oben bescliriebenen Karkassenformen und -dicken können mathematisch dadurch bestimmt werden, daß die Karkasse mit einem Querlagereifen verglichen wird, dessen Lagen einen Zenitwinkel o{ aufweisen.

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Eine stofflose Reifenkarkasse aus einem idealisierten isotropen, undehnbaren und flexiblen Material würde dieselbe aufgeblasene Form annehmen wie eine Reifenkarkasse mit Kordlagen, bei der der Zenitwinkel durch ihren gesamten Aufbau hindurch 45° beträgt. In diesen Fällen würde die Zugkraft pro Längeneinheit (oder die Zugspannung) in jeder Richtung und um den Querschnitt herum konstant sein, so daß das Polardiagramm der Zugspannung an irgendeinem Punkt ein Kreis mit dem Radius S sein würde, wobei

^2do

wobei d = radialer Abstand rom Scheitel

und d = radialer Abstand des Punktes der größten Breite des Reifens von der Achse des Reifens ist.

Betrachtet man einen mit einer Trommel aufgebauten Querlagereifen, so können ähnliche Ausdrücke für die zwei Grundspannungen abgeleitet werden, nämlich die, die in Richtung des Meridians und in Umfangsrichtung wirken und die im allgemeinen nicht gleich sind.

Nimmt man eine Flächeneinheit auf einem Querlagereifen an einem Punkt auf seiner Oberfläche, so ist X die Umfangsrichtung in einem Abstand d von der Achse, Y die Meridianrichtung und«. der Zenitwinkel. Wenn IT die Ge samt anzahl von Fäden im Reifen ist, so ist die Anzahl derjenigen, die eine Längeneinheit der Ümfangslinie X durchqueren, IT . Wenn die Spannung in jedem

2 Ίί ä

Faden T ist, dann ist der Anteil in Meridianrichtung (Y) T χ Sin o( , so daß die Meridianspannung Sm gegeben ist durch

Sm = T N Sin <<
2 -ff d

Ähnlich kann gezeigt werden, daß die Umfangszugspannung Sc gegeben ist durch

Sc = IH Cos² <

2 1T d Sin *

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Die Zugspannung S in irgendeiner zwischen X und Y liegenden Richtung kann aus

Sj = SmSin φ + ScCos <p

berechnet werden, wobei f> der Winkel der Richtung relativ zu X ist» Als Folge davon ist die größte Zugspannung an irgendeinem Punkt längs des Karkassenquerschnittes entweder durch Sm oder Sc gegeben, je nachdem, welche größer ist, das heißt die größte Spannung tritt immer entweder in der Umfangs- oder Meridianrichtung auf. Das bedeutet, daß, wenn Sm und Sc berechnet sind, Sc ^ Sm oder umgekehrt ist, die Erfordernisse des Moduls und/oder der Dicke dieses Teiles des Querschnittes in einer guten ITäherung durch die Gleichung bestimmt werden kann

E = (Sm oder Sc ,je nachdem, welche größe:? ist) χ 100

t e

wobei E = Youngscher Modul bei entsprechendem Zug t = Querschnittsdicke
e = gewünschte Ausdehnung in $.

Wenn Sm annähernd gleich Sc ist, muß die biaxiale Spannung der Karkasse in Betracht gezogen werden, um ein genaues Ergebnis zu bekommen.

Damit wird bei einem Herstellungsverfahren einer erfindungsgemäßen Reifenkarkasse die Gleichgewichtsgestalt eines mit einer Trommel aufgebauten Querlagereifens, der das erforderliche Streckenverhältnis aufweist, dadurch berechnet, daß die Spannung T in jedem Faden unter den Verhältnissen, für die der Reifen konzipiert ist, in Betracht gezogen wird. Sm und Sc können dann bestimmt werden und daraus kann die Querschnittsdicke oder die zur Herstellung einer einheitlich gespannten stofflosen Karkasse notwendige Modulabstufung berechnet werden.

Andere Formen können entweder analog mit anderen Aufbauten von mit Fäden versehenen Reiten oder durch geometrische /erfahren bestimmt werden.

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Wenn eine Karkasse mit geringem Streckenverhältnis und konstanter Dicke mit einem variierenden Modul verwandt wird, hat der Zusatz des Laufflächenaufbaus zur Karkasse einen geringen Einfluß auf die Zugverteilung in der Karkasse, da der Modul des Laufflächenmateriales beträchtlich geringer ist als derjenige, der im Scheitelgebiet des Reifens benötigt wird. Zum Beispiel muß für einen Reifen mit einem Streckenverhältnis von 7O^ und einer Karkassendicke von 1 cm (0,4 inch) der Modul am Scheitel in der Größenordnung von 580 kg/cm (8200 psi), der in der Mitte der Seitenwand 180 kg/cm (2500 psi) und der Modul eines geeigneten Laufflächengemisches außerordentlich gering sein, um ein maximales Anwachsen von weniger als 3/' zu bekommen.

Die entsprechende Zahl für den notwendigen Modul am Scheitel einer Karkasse mit einem Streckenverhältnis von 60$ ist 675 kg/cm (9600 psi) und für eine Karkasse mit einem Streckenverhältnis von 80$ 460 kg/cm² (6500 psi).

Wenn dafür gesorgt ist, daß das maximale Anwachsen gering, zum Beispiel unter 3$» gehalten wird, kann im allgemeinen an verschiedenen Gebieten des Reifens zusätzliches Material hinzugefügt werden, ohne schädliche Auswirkungen, wenn nur die Minimalerfordernisse an die Gestalt und die Dicke eingehalten werden.

Bei Karkassen von Reifen mit einem höheren Streckenverhältnis von variierendem Modul, variierender Dicke oder einer Kombination davon, kann der Einfluß des Laufflächengebietes auf den Zug in der Karkasse in Betracht gezogen werden. Da die Lauffläche jedoch durch den Verschleiß beim Gebrauch abgetragen wird, wird dieser vorzugsweise nicht in Betracht gezogen.

Die Lauffläche basiert vorzugsweise auf einem polymeren Material, das weicher ist als das der Karkasse und, falls gewünscht, kann herkömmlicher Laufflachenkautschuk, sum Beispiel Naturkautschuk, SBR oder das Laufflächenpolymerisat verwandt v/erden, das ähnlich dem, das für die Karkasse verwandt wird, jedoch weichor ist.

Vorzugsweise ist in jede Wulst des Reifens ein undehnbares ver~

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stärkendes Band, zum Beispiel aus Metalldrähten, eingelagert, das in die Karkasse geformt ist.

Das für die erfindimgsgemäßen Reifen verwandte elastische polymere Material kann "bis zu starken Dehnungen, zinn Beispiel 200$ oder mehr elastisch und zum Beispiel ein Polyurethan sein, das ein besonders vorteilhaftes Material ist, da "bei ihm ein großer Modulbereich erhalten werden kann, indem es elastisch bleibt.

Andererseits "braucht das Material nur gegenüber Dehnungen und entsprechenden Spannungen elastisch sein, die über den maximalen Dehnungen liegen, auf die das Karkassenmaterial während des gewöhnlichen laufes des Reifens, zum Beispiel 30$ bis 40$, trifft. Vorzugsweise zeigt ein solches Material über dieser Dehnungshöhe eine Elastizitätsgrenze in seiner Spannungsdehnungskurve über dem Temperaturgebiet und den Deformationsverhältnissen, auf die der Reifen während seines Dienstes trifft.

Ifeter "Elastizitätsgrenze" ist ein Punkt auf der Spannungsdehnungskurve gemeint, oberhalb dessen eine relativ große, nicht-elastische Dehnung bei einem vernachlässigbaren Anwachsen der Spannung eintritt.

Polymerisate mit diesen Eigenschaften weisen einen vergrößerten Widerstand gegenüber dem Anwachsen des Querschnittes auf und können zum Beispiel segmentierte Polymerisate mit harten und weichen Segmenten sein. Die harten und weichen Segmente können auf Polyester-und/oder Polyätherkomponenten basieren.

Die erfindungsgemäßen Reifen können durch Pormen oder Gießen hergestellt v/erden, und wenn ein variierender Modul erforderlich, ist, kann das Verfahren, das in der britischen Patentschrift Hr. 1 139 643 beschrieben wird, verwandt werden.

Durch die folgenden Beispiele I und II wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

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Beispiel I

Zwei Wulstdrähte, überzogen mit Klebstoff (Thixon XAB-772 Grundiermasse und ein Überzugsanstrich aus Thixon XAB-706,hergestellt von Dayton Chemical Products Laboratories) wurden durch schraubenförmig gewurdene Streifen aus netzförmigem Schaumstoff in einer Form angeordnet, die für Schleuderguß umgeändert worden ist. Die Form wurde auf einer Zentrifuge angebracht, auf 10O⁰C erwärmt, mit 400 U/Hin gedreht, mit einer Mischung (bei 10O⁰C) von 5000 g eines Polyurethanvorpolymerisats (Adipren L-100 von Du Pont) und 670 g von P,ρ'methylenbi(orthochloranilin) gefüllt, eine Stunde lang auf 100⁰C gehalten und dann abldihlen gelassen.Der so hergestellte stofflose Reifen wies einen Querschnitt auf, wie er in Fig. 6 gezeigt wird und wurde aus der Form genommen und eine Woche lang bei Zimmertemperatur altern gelassen.

Der Reifen wurde auf einem 3 1/2 - 10"Rad aufgebracht, auf einen Druck von 1,83 kg/cm (26 psi) gefüllt und lief auf einer Trommel mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h (50 Meilen pro Stunde) unter einer Last von 430 kg (950 Ib). Nach einem Lauf von 160 km (100 Meilen) fiel er wegen Rissbildung im Schultergebiet aus.

Die Meridianform dieses Reifens war dem Modul des Polyurethan und der Querschnittsdicke nicht angepaßt, so daß der Reifen seine Form beim Aufblasen änderte,

Beispiel II

Ein stoffloser Reifen mit dem in Fig. 7 gezeigten Querschnitt wurde in einer zweiten Form in ähnlicher Weise wie der Reifen in Beispiel I dadurch hergestellt, daß dasselbe Polyurethanmaterial verwandt wurde. Dieser Reifen brach in der Schulter nach einem Lauf von 2600. km (1600 Meilen) bei den gleichen Testbedingungen wie in Beispiel I.

Im Gegensatz zu dem in Beispiel I beschriebenen Reifen waren der Modul des liateriales und die Querschnittsdicke des Reifens,der in Beispiel II beschrieben wurde, seiner Meridianform angepaßt, bo daß der Reifen beim Aufblasen seine Form nicht änderte.

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Claims

Patentansprüche

Stoffloser Luftreifen mit einer Karkasse aus einem elastischen polymeren Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und Dicke und/oder der Modul der Karkasse so ausgebildet sind, daß der Reifen, wenn er geformt ist, eine Form aufweist, die im wesentlichen der Porm des aufgeblasenen Reifens entspricht.
2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung der Karkasse, gemessen durch das Anwachsen des Querschnittsumfanges des Reifens, nicht größer als 5$ beim Aufpumpen auf den normalen Laufdruck des Reifens ist.
3. Reifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung nicht mehr als 3$ beträgt.
4· Reifen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material ein kautschukartiges Material ist, das bis zu starken Dehnungen elastisch ist.
5. Reifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material Polyurethan ist.
6. Reifen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material elastisch bis zu Dehnungen und entsprechenden Spannungen über den größten Dehnungen ist, auf die das Karkassenmaterial bei der normalen Biegung des laufenden belasteten Reifens trifft und über dieser Dehnungshöhe eine Elastizitätsgrenze auf seiner Spannungsdehnungskurve über dem Temperaturbereich und den Deformationsverhältnissen zeigt, auf die der Reifen während seines Dienstes trifft.
7. Reifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material ein segmentiertes PoIy-

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merisat ist, das harte und weiche Segmente aufweist.

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8. Reifen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente auf Polyäther- und/oder Polyesterkomponenten basieren·
9· Reifen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Streckenverhältnis aufweist, das nicht größer als 80$ ist.
10. Reifen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Lauffläche aus einem elastischen Material mit einem geringeren Modul als irgendein Teil des Karkassenmateriales einschließt.

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