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Dokumentenidentifikation DE2828241C2 23.08.1990
Titel Hochbelastbarer Stahlseil-Radialgürtelreifen
Anmelder Uniroyal Englebert Reifen GmbH, 5100 Aachen, DE
Erfinder Grosch, Karl Alfred, Dipl.-Phys. Dr., 5106 Roetgen, DE;
Mirtain, Henri Jean, Compiegne, FR
Vertreter Schönwald, K., Dr.-Ing.; Fues, J., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; von Kreisler, A., Dipl.-Chem.; Selting, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 5000 Köln
DE-Anmeldedatum 28.06.1978
DE-Aktenzeichen 2828241
Offenlegungstag 03.01.1980
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.08.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.1990
IPC-Hauptklasse B60C 15/06

Beschreibung[de]

Gegenstand des Hauptpatentes P 27 10 446 ist ein hochbelastbarer Stahlseil-Radialgürtelreifen, insbesondere für Lastwagen und andere Schwer- oder Großfahrzeuge, mit Reifenwülsten, bestehend aus je einem Wulstdrahtkern, Gummikernreiter, radial über das Felgenhorn herausragendem Umschlag der Stahlseilkarkasse, einem im Wulstbereich vorliegenden Stahlseilverstärkungsstreifen und einer im Radialschnitt des Reifens gesehen linsenförmigen, kissenartigen Einlage aus vulkanisiertem Kautschuk der Shore- A-Härte von 50° bis 65°, durch die die Enden des Umschlags der Karkasse und des Verstärkungsstreifens mit axialem Abstand etwa parallel zur Karkasse elastisch gehalten sind, und der Querschnitt der Einlage an der dicksten Stelle ein Mehrfaches der Dicke der einzelnen Stahlseile beträgt.

Der Vorschlag des Hauptpatents hat sich die Aufgabe gestellt, gattungsgemäße Reifen weiter zu verbessern und insbesondere die Dauerhaltbarkeit des Reifenwulstes zu erhöhen, ohne daß zusätzliche Verstärkungslagen und/oder Abdecklagen verwendet werden. Die Reifenwülste sollen so ausgebildet sein, daß sie Restverformungsenergie an den Drahtenden elastisch auffangen und abbauen, ohne daß die Relativbewegungen der Drahtenden zerstörend wirksam sind, damit auf Dauer keine frühzeitige Randtrennung im Wulstbereich entsteht.

Nach der Lehre des Hauptpatentes weist die Einlage (7) eine Rückprallelastizität von 55 bis 65% auf und enthält die Haftung von Kautschuk an Stahl fördernde Zusätze, insbesondere Resorcin, Hexamethylentetramin und aktive Kieselsäure, wobei die Einlage den metallischen Enden der Stahlseile mit hoher Festigkeit anhaftet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Lehre des Hauptpatents ist der hoch-rückstellfähige vulkanisierte Kautschuk das Vulkanisationsprodukt einer Mischung der folgenden Zusammensetzung (Mengenangaben in Gewichtsteilen bezogen auf 100 Teile Kautschuk):

100 Teile Kautschuk

20-30 Teile verstärkender Ruß

2,5-3,5 Teile Schwefel

5-10 Teile aktive Kieselsäure

1-3 Teile Resorcin

1-2,5 Teile Hexamethylentetramin

sowie weitere übliche Zusätze, wie Zinkoxid, Zinkstearat, Prozeßöl, Kleberharz, Oxidationsschutzmittel, Ozonschutzmittel und/oder Beschleuniger. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Lehre des Hauptpatents besteht die Kautschukkomponente des hoch-rückstellfähigen vulkanisierten Materials aus Naturkautschuk - gegebenenfalls im Verschnitt mit einem Butadienkautschuk, insbesondere cis-1,4-Polybutadienkautschuk -, wobei der Naturkautschuk in Mengen von 30 bis 100 Gew.-Teilen und der Butadienkautschuk in Mengen von 70 bis 0 Gew.-Teilen - jeweils bezogen auf das Kautschukgemisch - vorliegen.

Der im Wulstinneren angeordnete in Reifenumfangsrichtung verlaufende Wulstring wird durch einen aufgesetzten Kernreiter, den sogenannten Apex, verstärkt. Dieser Kernreiter ist in radialer Anordnung oberhalb des aus Drähten, Drahtkabeln oder Drahtseilen gebündelten Wulstringes angeordnet. Nach der Lehre des Hauptpatentes - und ganz allgemein nach den bisherigen Vorstellungen des Reifenbaus - ist dieser Kernreiter mit etwa dreieckigem Querschnitt mit seiner in die Reifenflanke weisenden Spitze aus Hartgummi gebildet. Dieses vergleichsweise harte Material soll beispielsweise die Stützfunktion des Wulstringes fördern.

In weiterer Ausbildung der Lehre des Hauptpatents wurde nun überraschenderweise gefunden, daß sich für hochbelastbare Stahlseil-Radialgürtelreifen der geschilderten Art dann besondere Vorteile ergeben, wenn auch der im Wulstinnenraum auf dem Wulstkernring angeordnete Kernreiter aus einem hoch-rückstellfähigen vulkanisierten Kautschuk ausgebildet ist. Bewußt wird hier also die Lehre verlassen, den Kernreiter bzw. Apex aus Hartgummi auszubilden. Statt dessen sieht die vorliegende Erfindung vor, daß auch der im Wulstinnenraum auf dem Wulstkernring (3) angeordnete Kernreiter (5) aus einem hoch-rückstellfähigen, vulkanisierten Kautschuk mit einer Rückprallelastizität von 55% bis 65% ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kernreiter (5) im Wulstinneren derart an der Reifeninnenflanke hochgezogen, daß die kissenartige Einlage (7) an ihrer Innenseite ganzflächig vom Kernreiter abgedeckt ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bestehen die kissenartige Einlage (7) und der Kernreiter (5) aus dem gleichen vulkanisierten Kautschukmaterial.

Der aus der metallischen Einlage gebildete Wulstkernring selber besitzt zweckmäßigerweise einen Polygonal-Querschnitt. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein radial flach ausgebildeter Sechseckquerschnitt vor, dessen radiale Stahldrahtlagen parallel zur Schulter einer Steilschulterfelge angeordnet sind. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Wulstkernring mit etwa quadratischem Querschnitt ausgebildet, wobei die Ecken des Quadrats gewünschtenfalls leicht abgerundet sein können, und wobei weiterhin die radialen Stahldrahtlagen parallel zur Schulter einer Schrägschulterfelge angeordnet sind.

Während nach der Lehre des Hauptpatents zwar schon ein wesentlicher Teil der Kautschukeinlage im Reifenwulst aus einem Gummikissen gebildet wird, das im vulkanisierten Zustand verhältnismäßig weich und hoch-rückstellfähig ist und dabei insbesondere hohe Haftfestigkeit besitzt, wird jetzt durch Aufbau auch des Kernreiters aus einem solchen Material der gesamte Innenraum der Wulsteinlage entsprechend ausgefüllt. Schon nach der Lehre des Hauptpatents wird die Verformungsenergie, die an den Stahlenden des Karkassenumschlags bzw. des Wulstverstärkers wirksam ist, elastisch nachgiebig aufgefangen und ebenso elastisch, weil gut rückstellfähig, im Wulst abgebaut. Die in den Karkassendrähten durch Luftdruck und Last auftretenden Wechselspannungen werden über die Wulstkernringe, an denen die Karkasse verankert ist, zuverlässig auf die Felge übertragen. Die Wulstkerne, unterstützt durch jeweils einen Kernreiter, vermögen einen hohen Anteil an auftretender Verformungsenergie ohne wesentliche Eigenverformung aufzunehmen. Die verbleibende Restverformungsenergie, die dann noch im Bereich von Karkassenumschlag bzw. Wulstverstärkerende wirksam ist, kann von der Haftgummikissenmischung günstig aufgenommen und abgebaut werden.

Nach der Lehre der vorliegenden Weiterentwicklung werden die in den Karkassendrähten auftretenden Wechselspannungen nach wie vor über die Wulstkernringe auf die Felge übertragen, es wird aber auf einen Kräftescherpfad verlängernden Kernreiter aus harter Gummimischung verzichtet und statt dessen diese Zone elastisch nachgiebig ausgebildet. Die Spannungen der Karkassendrähte, die in dieser Zone wirksam sind, beispielsweise Spannungen in den Phasen nach Belastungsspitzen und bei Wechsel der Spannungen, werden im Bereich radial außerhalb der Wulstkernringe entlang der Radialkarkasse elastisch federnd aufgenommen und innerhalb dieses Bereiches elastisch abgebaut. Zu diesem Zweck wird die vergleichsweise weniger harte Gummieinlage im Wulst auch auf den Bereich, in dem bislang der Kernreiter aus Hartgummi vorlag, ausgedehnt.

Bei Lastkraftwagen werden die Wulstkernringe so ausgebildet, daß sie ohne Kernreiter-Anordnung jederzeit in der Lage sind, zuverlässig die Spannungen der Karkasse auf die Felgen zu übertragen. Nach der Erfindung soll der Wulst im Bereich von Karkasse, Karkassenumschlag und Wulstverstärker so ausgebildet werden, daß auch jetzt eine hohe Dauerhaftigkeit des Wulstes gewährleistet ist. Dies wird durch ein Gummikissen erreicht, das aus einer Haftgummimischung besteht, die sich radial vom Wulstkernring zwischen Karkasse und Umschlag sowie Wulstverstärkerende bis in die Seitenwand hinein erstreckt. Auf diese Weise liegt eine verhältnismäßig großvolumige, weiche Gummieinlage mit hoher Rückprallelastizität vor. Sie ist hoch rückstellfähig, weist eine niedrige bleibende Verformung und eine niedrige Wärmeentwicklung unter dynamischer Verformung auf und ist zugleich von hoher Haftfestigkeit an Stahl, die dauerhaft erhalten bleibt.

Durch im im radial oberhalb des Wulstkernringes bis axial an die Flanke reichenden Bereich vorliegende Gummikissenhaftmischung wird ein insgesamt flexiblerer Wulst geschaffen, als dies bisher bei Verwendung von Kernreiter oder Kernkappe der Fall war. Die rückstellfähige Eigenschaft der Gummieinlage gewährleistet eine Funktion vergleichbar der eines elastischen Lagerelementes, in dem die Enden des Karkassenumschlages und des Wulstverstärkers fest eingebunden gehalten sind. Auf diese Weise werden mögliche Ermüdungserscheinungen in den Wulstelementen mindestens so lange hinausgezögert, bis der Reifen zwei- bis dreimal runderneuert worden ist. Die Dauerhaftigkeit des Reifenwulstes wird somit wesentlich verbessert.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausbildung des Wulstinnenraumes aus dem vergleichbar weicheren Gummi hoher Rückstellfähigkeit kann es zweckmäßig sein, den auf dem Wulstring sitzenden Kissenanteil derart an der Reifeninnenflanke hochzuziehen, daß die im Hauptpatent geschilderte kissenartige Einlage zur Einbettung des Karkassenumschlages ganzflächig vom erfindungsgemäß vorgesehenen Kissenanteil abgedeckt ist. Dieser Kissenanteil besitzt dabei einen etwa dreieckigen Querschnitt und kann mit seiner Spitze bis in die Reifenflanke hochgezogen sein. Er kann mit dem im Hauptpatent geschilderten Kissen zu einer funktionellen Einheit verschmolzen sein.

Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden anhand der Zeichnungsfiguren erläutert.

Fig. 1 zeigt einen halben Reifenschnitt eines LKW-Ganzstahlreifens, Wulstring mit flachem Hexagonalkernquerschnitt, Wulstdrahtlagen parallel zur Steilschulterfelge, Haftgummikissen im Wulst und einen vergrößerten Ausschnitt (Fig. 1a).

Fig. 2 zeigt einen halben Reifenschnitt eines LKW-Ganzstahlreifens, Wulstring mit Quadratkernquerschnitt, Wulstdrahtlagen parallel zur Schrägschulterfelge, Haftgummikissen im Wulst und einen vergrößerten Ausschnitt (Fig. 2a).

Der LKW-Ganzstahlreifen weist eine Radialkarkasse 1 mit einer einzigen Stahlseillage auf, deren Enden 2 an je einem Wulstkernring 3 verankert sind. Jedes Ende ist um den Kernring herumgeschlagen und ist als Karkassenumschlag radial angeordnet. In mittelbarer Nähe ist ein Wulstverstärker 6 vorgesehen, der bevorzugt aus einer Stahlseillage besteht, deren Ende über das Karkassen- Restkräfte an den Enden der Wulstverstärker als den unter Materialermüdung am erheblichsten beanspruchten Elementen des Wulstes werden klein gehalten und elastisch aufgenommen. Dadurch ist die Gefahr von Ermüdungsrissen in den Elementen des Wulstes gering. Die Dauerhaftigkeit des insgesamt flexibleren Wulstes in den Bereichen zwischen Karkasse, Wulstkernring und Umschlag/Verstärker sowie Reifenflanke ist dadurch wesentlich verbessert und erlaubt, daß der Reifen mindestens zwei- bis dreimal runderneuert werden kann, ohne daß Ermüdungserscheinungen vorliegen.

Durch die Verwendung von Wulstkernringen mit flach hexagonalem bzw. quadratischem Kernquerschnitt, deren Drahtwindungen im wesentlichen parallel zur Felgenschulter der Felge verlaufen, wird ein hoher Anteil an Verformungsenergie bei zuverlässiger Übertragung hoher Kräfte vom Reifen auf die Felge abgebaut, und es ist zugleich eine gleichmäßige Spannungsverteilung auf die einzelnen Drahtwindungen des Wulstes gewährleistet.

Im übrigen gelten für den Reifenaufbau und für die Auswahl der geeigneten Materialien, insbesondere für die Auswahl der Gummimischung der Einlagen im Wulstkern und der hier gewünschten Zusatzstoffe zur Verbesserung der Haftfestigkeit des Vulkanisats am Metall die Angaben des Hauptpatentes.

Die Kautschukeinlagen werden in der im Hauptpatent beschriebenen Weise hergestellt.


Anspruch[de]
  1. 1. Hochbelastbarer Stahlseil-Radialgürtelreifen gemäß Patent 27 10 446, dadurch gekennzeichnet, daß auch der im Wulstinnenraum auf dem Wulstkernring (3) angeordnete Kernreiter (5) aus einem hoch-rückstellfähigen vulkanisierten Kautschuk mit einer Rückprallelastizität von 55% bis 65% ausgebildet ist.
  2. 2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernreiter (5) im Wulstinneren derart an der Reifeninnenflanke hochgezogen ist, daß die kissenartige Einlage (7) an ihrer Innenseite ganzflächig vom Kernreiter abgedeckt ist.
  3. 3. Reifen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß kissenartige Einlage (7) und Kernreiter (5) aus dem gleichen vulkanisierten Kautschukmaterial bestehen.
  4. 4. Reifen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wulstkernring (3) mit Polygonalkernquerschnitt vorgesehen ist.
  5. 5. Reifen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wulstkernring (3) mit radial flach ausgebildetem Sechseckquerschnitt vorgesehen ist, dessen radiale Stahldrahtlagen parallel zur Schulter einer Steilschulterfelge angeordnet sind.
  6. 6. Reifen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wulstkernring (3) mit wenigstens teilweise abgerundetem, quadratischem Querschnitt vorgesehen ist, dessen radiale Stahldrahtlagen parallel zur Schulter einer Schrägschulterfelge angeordnet sind.






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