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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen, insbesondere einen
Schwerlastradialreifen mit einem verbesserten Gürtelaufbau, durch den
die Reifenfestigkeit (Bruchenergie) effektiv erhöht wird, während eine
Gewichtsverringerung des Gürtels erreicht wird.
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Bei einem mit einem Gürtel versehenen Radialreifen für einen
Schwerlastgebrauch, wie LKW/Bus-Reifen, ist es sehr wichtig, den Ring-Effekt
(Hoop-Effekt) des Gürtels zu verbessern, um einen hohen Innendruck und
einer starken Reifenbelastung standzuhalten. Deshalb umfaßt eine
derartige Gürtelschicht im allgemeinen mindestens drei Stahlcordlagen.
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Bei derartigen Schwerlastradialreifen ist es auch notwendig, die
Bruchenergie (Plunger-Energie) für den Gürtel zu erhöhen, um ein Stoßplatzen
(ein Platzen des Reifens, das verursacht wird, wenn seine Gürtellagen
durch einen scharfen Gegenstand auf der Straßenoberfläche, wie Steine,
Felsen oder dergleichen zerschnitten werden) zu verhindern. Tatsächlich
fordern die Japanische Industrienorm (JIS-D4230) und dergleichen in
anderen Ländern, daß die Bruchenergie bei einem Reifenbruchversuch einen
vorgeschriebenen Wert übertrifft. Bisher wurde deshalb die Bruchenergie
durch dicke Stahlcorde für den Gürtel und/ oder durch Erhöhen der
Cordzahl für jede der Gürtellagen erhöht.
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Die EP-A-0 568 870 beschreibt einen Reifen gemäß dem Oberbegriff des
vorliegenden Anspruches 1, der einem Gürtel aufweist, der drei Cordlagen
umfaßt, wobei der Cordabstand verringert und die spezifische Festigkeit
erhöht ist, wenn man sich von der radial inneren Lage zur äußeren Lage
bewegt.
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Wenn jedoch einfach der Corddurchmesser und die Cordzahl erhöht
werden, nehmen das Reifengewicht und die Herstellungskosten stark zu, und
die dynamischen Leistungen des Reifens sind verschlechtert. Ferner
nimmt die Bruchenergie manchmal unerwartet ab.
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Deshalb führten die Erfinder verschiedene Studien und Versuche durch
und entdeckten folgendes.
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(1) Die Corde der zweiten und der dritten Lage wirken hauptsächlich als
ein Ring, und die Corde der ersten Lage wirken, indem sie die
Cordbewegung der zweiten und der dritten Lage einschränken.
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(2) Wenn ein Reifen über einen scharfen Gegenstand fährt, werden die
Gürtellagen radial von dem Reifen nach innen gebogen, und gleichzeitig
wird der Winkel der Gürtelcorde verändert. Wenn die Festigkeit der ersten
Lage übermäßig hoch ist, werden die Cordbewegungen der zweiten und
der dritten Lage übermäßig eingeschränkt und ihre Cordwinkel können
nicht verändert werden. Infolgedessen brechen die Corde der zweiten und
der dritten Lage leicht.
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(3) Wenn die Gürtellagen radial nach innen gebogen werden, weist die
Lage, die von dem scharfen Gegenstand am weitesten entfernt angeordnet
ist, die größte Zugverformung auf. Dementsprechend wird die zweite Lage
leichter als die dritte Lage zerbrochen. Im Gegensatz dazu ist die erste
Lage schwer zu zerbrechen, wenn der Cordwinkel groß ist, und ist deshalb
weich gegenüber Biegen.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
Schwerlastradialreifen zu schaffen, bei dem die Bruchenergie erhöht ist, ohne das
Reifengewicht zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß umfaßt ein Schwerlastradialreifen eine Karkasse, die
sich zwischen zwei axial beabstandeten Wulstabschnitten des Reifens
erstreckt, und einen Gürtel, der radial außen von der Karkasse in einem
Laufstreifenabschnitt des Reifens angeordnet ist, wobei der Gürtel
mindestens drei Lagen umfaßt, die eine erste, eine zweite und eine dritte Lage
umfassen, die in dieser Reihenfolge von der Karkasse zu deren radialer
Außenseite angeordnet sind, wobei jede Gürtellage aus Stahlcorden
hergestellt ist, die parallel zueinander gelegt sind, wobei die
Schrägstellungsrichtung der Corde der ersten Gürtellage in bezug auf den Reifenäquator
gleich ist wie die Schrägstellungsrichtung der Corde der zweiten
Gürtellage jedoch umgekehrt zur Schrägstellungsrichtung der Corde der dritten
Gürtellage, wobei der Winkel der Corde der ersten Gürtellage zum
Reifenäquator 35 bis 80 Grad beträgt, der Winkel der Corde der zweiten
Gürtellage zum Reifenäquator 15 bis 30 Grad beträgt, der Winkel der
Corde der dritten Gürtellage zum Reifenäquator 15 bis 30 Grad beträgt und
wobei die Summe der Lagenfestigkeit der zweiten Gürtellage und der
Lagenfestigkeit der dritten Gürtellage das 3; 4 bis 10,0fache der
Lagenfestigkeit der ersten Gürtellage beträgt, und die Lagenfestigkeit der zweiten
Gürtellage das 1,05 bis 2,0fache der Lagenfestigkeit der dritten Gürtellage
beträgt, wobei die Lagenfestigkeit jeder Gürtellage als die
Gesamtzugfestigkeit der Gürtelcorde in einer vorherbestimmten Breiteneinheit der
Gürtellage definiert ist.
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Daher werden die Bewegungen der Corde der zweiten und der dritten
Gürtellage geeignet eingeschränkt, und es wird verhindert, daß die Corde
zerschnitten werden, und die Bruchenergie für den Gürtel kann erhöht
werden. Da die Festigkeit 52 der zweiten Gürtellage erhöht ist, wird es ihr
auch möglich, der großen Zugspannung standzuhalten, und die
Bruchenergie ist dann erhöht.
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Daher ist insgesamt die Bruchenergie merklich erhöht.
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Da die, Cordwinkel der zweiten und der dritten Gürtellage relativ klein
sind, zeigen diese Lagen einen festen Ring-Effekt, und die Corde der
ersten Gürtellage schränken die Bewegungen der zweiten und der dritten
Gürtellage geeignet ein. Ferner bilden die Corde der ersten bis dritten
Lagen einen Bündelaufbau, um dem Gürtel eine gewünschte Steifigkeit zu
verleihen.
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Es werden nun Ausführungsformen der Vorliegenden Erfindung in
Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
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Fig. 2 ist ein Grundriß, der ein Beispiel ihres Gürtels zeigt, und
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Fig. 3 ist ein Schaubild zur Erläuterung eines Kreuzungszustandes
der Corde der ersten, der zweiten und der dritten Gürtellage.
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In den Figuren umfaßt der Schwerlastradialreifen 1 einen
Laufstreifenabschnitt 2 mit Laufstreifenrändern, zwei axial beabstandete
Wulstabschnitte mit einem Wulstkern 5 darin, zwei Seitenwandabschnitte 3, die
sich radial von den Laufstreifenrändern nach innen zu den
Wulstabschnitten erstrecken, eine torusförmige Karkasse 6, die sich zwischen den
Wulstabschnitten 4 durch den Laufstreifenabschnitt 2 und die
Seitenwandabschnitte 3 erstreckt, und einen Gürtel 7, der an der radialen
Außenseite der Karkasse 6 in dem Laufstreifenabschnitt 2 angeordnet ist.
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Die Karkasse 6 umfaßt mindestens eine Cordlage, die sich zwischen den
Wulstabschnitten 4 erstreckt und um die Wulstkerne 5 von der Innenseite
zur Außenseite des Reifens umgeschlagen ist, so daß zwei
Umschlagabschnitte 6a und ein Hauptabschnitt 6b dazwischen gebildet sind. Jeder
Umschlagabschnitt 6a endet über dem Wulstkern 5 und unter der Stelle
der maximalen Reifenbreite. Die Corde der Karkassenlage sind radial
unter einem Winkel von 75 bis 90 Grad in bezug auf den Reifenäquator C
angeordnet. Die Karkasse 6 umfaßt vorzugsweise und bei dieser
Ausführungsform nur eine einzige Lage aus Stahlcorden, die radial unter 90 Grad
angeordnet sind. Jedoch kann die Karkasse 6 aus mehreren organischen
Fasercorden, z. B. aromatischem Polyamid, Nylon, Rayon, Polyester oder
desgleichen bestehen.
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Um die Quersteifigkeit des Reifens zu erhöhen, ist jeder Wulstabschnitt 4
mit einem Wulstkernreiter 8 zwischen dem Umschlagabschnitt 6a und
dem Hauptabschnitt 6b versehen. Der Wulstkernreiter 8 besteht aus einer
Hartgummimischung und erstreckt sich radial von dem Wulstkern 5 nach
außen, um den Wulstabschnitt 4 und den unteren Seitenwandabschnitt
zu verstärken.
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Bei dieser Ausführungsform besteht der Gürtel 7 aus vier Lagen; und zwar
eine erste Lage 11, eine zweite Lage 12, eine dritte Lage 13 und eine vierte
Lage 14, die in dieser Reihenfolge von der Karkasse 6 in Richtung der
Laufstreifenoberfläche 2A angeordnet sind.
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Jede der Lagen 11, 12, 13 und 14 ist aus Stahlcorden 20 hergestellt, die
parallel zueinander gelegt sind. Jeder Gürtelcord 20 ist aus miteinander
verdrehten Stahlfilamenten hergestellt.
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Die axiale Breite W2 der zweiten Gürtellage 12 ist größer als die axiale
Breite W1 der ersten Gürtellage 11.
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Die axiale Breite W3 der dritten Gürtellage 13 ist im wesentlichen gleich
jedoch geringfügig größer als die Breite W1.
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Die zweite Gürtellage 12 ist die breiteste der vier Gürtellagen, und ihre
Breite W2 weist einen maximalen Wert WM auf, der im Bereich des 0,80
bis 0,95fachen der Laufstreifenbreite TW festgelegt ist, wodurch eine
wesentliche Gesamtbreite des Laufstreifenabschnitts 5 verstärkt ist.
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Die vierte Gürtellage 14 ist die schmalste, und ihre Breite W4 weist einen
minimalen Wert auf. Diese Lage 14 bewirk hauptsächlich, daß die inneren
Gürtellagen 11, 12 und 13 geschützt sind und dadurch den
Schnittwiderstand des Laufstreifenabschnitts erhöht ist.
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In jedem Laufstreifenrandabschnitt sind Polstergummischichten 15 und
16 angeordnet, so daß sie die Ränder der ersten bis dritten Gürtellagen
11-13 überdecken, um eine Spannungskonzentration auszugleichen. Da
die innere Polstergummischicht 15 einen sich verjüngenden, axial inneren
Randbereich aufweist, nimmt der Raum zwischen der Karkasse und dem
Gürtel 7 oder der ersten Gürtellage 11 allmählich in Richtung der axialen
Außenseite zu.
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Die Gesamtbreite der ersten Gürtellage 11 berührt die zweite Gürtellage
12, jedoch ist der Rand der dritten Gürtellage 13 von dieser beabstandet,
und der Raum ist mit einer Gummischicht 16 gefüllt.
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Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Gürtelcorde 20A und 20B der ersten
bzw. zweiten Gürtellage 11 bzw. 12 in bezug auf den Reifenäquator C in
einer bestimmten Richtung schräggestellt. (Beispielsweise in Richtung der
rechten Seite, so daß unterschiedliche Schrägstellungen nach oben auf
der rechten Seite vorhanden sind).
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Die Gürtelcorde 20C und 20D der dritten bzw. vierten Gürtellage 13 bzw.
14 sind in der umgekehrten Richtung zu derjenigen der Gürtelcorde 20A
und 20B schräggestellt. (In Fig. 2 deshalb in Richtung der linken Seite, so
daß unterschiedliche Schrägstellungen nach oben auf der linken Seite
vorhanden sind).
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Die Winkel α1, α2 und α3 zum Reifenäquator C der Gürtelcorde 20A, 20B
bzw. 20C betragen jeweils:
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35 Grad ≤ α1 ≤ 80 Grad (1)
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15 Grad ≤ α2 ≤ 30 Grad (2)
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15 Grad ≤ α3 ≤ 30 Grad (3)
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wodurch, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, die Gürtelcorde 20A, 20B und 20C
einen steifen Bündelaufbau bilden und eine gewünschte Gürtelsteiiigkeit
bereitgestellt wird, um die Lenkstabilität aufrechtzuerhalten.
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Erfindungsgemäß ist die Lagenfestigkeit S 1 der ersten Gürtellage 11
sowohl kleiner als die Lagenfestigkeit 52 der zweiten Gürtellage 12 als auch
kleiner als die Lagenfestigkeit 53 der dritten Gürtellage 13 festgelegt.
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S1 < S2
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S1 < S3
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und die Gesamtsumme S2 + S3 der Lagenfestigkeiten S2 und S3 ist im
Bereich des 3,4 bis 10,0fachen der Lagenfestigkeit S1 festgelegt.
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3,4 ≤ S1 (S2 + S3) ≤ 10,0 S1 (4)
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Hier ist die Lagenfestigkeit S die Zug-Bruchfestigkeit der Gürtellage pro
Breiteneinheit. Bei dieser Ausführungsform ist die Lagenfestigkeit Si als
das Produkt Ei · Ni der Zugfestigkeit Ei von einem Gürtelcord 20 in einer
Lage und der Cordzahl Ni der Lage pro Breiteneinheit, beispielsweise 5 cm
Breite, in der Richtung unter einem rechten Winkel zu den Gürtelcorden
definiert. (i = 1, 2 und 3).
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S1 = E1 · N1
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S2 = E2 · N2
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S3 = E3 · N3
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Infolgedessen wird bei dem oben erwähnten Bündelaufbau eine Bewegung
der Gürtelcorde 20B und 20C effektiv verringert, jedoch können die
Winkel der Gürtelcorde 20B, 20C relativ leicht verändert werden, wenn der
Reifen auf einen scharfen Gegenstand auftrifft und der
Laufstreifenabschnitt radial nach innen gebogen wird. Daher ist die Bruchenergie für
den Gürtel erhöht und ein Cordbruch in der zweiten und der dritten
Gürtellage 12 und 13 wird effektiv verhindert.
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Wenn die Gesamtsumme (S1 + S2) kleiner als das 3,4fache von S1 ist,
wird die Bewegung der Gürtelcorde 20B und 20C übermäßig
eingeschränkt, was zum Cordbruch in der zweiten und/oder dritten Gürtellage
12 und 13 führt.
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Wenn die Gesamtsumme (S1 + S2) größer als das 10,0fache von S1 ist,
verliert der Bündelaufbau sein Gleichgewicht und die Gürtelsteifigkeit
nimmt stark ab, was zu ungleichmäßigen Verschleiß führt. Ferner nimmt
die Seitenführungskraft ab, so daß sich die Lenkstabilität verschlechtert.
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Die untere Grenze für die Summe (S1 + S2) beträgt stärker bevorzugt das
4,0fache von S1. Die obere Grenze beträgt stärker bevorzugt das 7,0fache
von S1, noch stärker bevorzugt das 4,8fache von S1.
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Ferner ist bei dem Gürtel 7 bei diesem Beispiel die Gürtelfestigkeit S2 der
zweiten Gürtellage 12 derart festgelegt, daß sie größer als die
Gürtelfestigkeit S3 der dritten Gürtellage 13 ist, so daß die folgende Gleichung (5)
erfüllt ist.
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1,05 S3 ≤ S2 ≤ 2,0 S3 (5)
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Wenn der Reifen über einen Felsen und dergleichen fährt, wird die zweite
Gürtellage 12 einer Zugverformung ausgesetzt, die größer ist als diejenige
der dritten Gürtellage 13, da sich die Gürtellagen radial nach innen
Biegen. Deshalb kann durch Erhöhen der Lagenfestigkeit 52 der zweiten
Gürtellage 12 und durch Begrenzen derselben innerhalb des oben
er
wähnten Bereiches verhindert werden, daß die Gürtelcorde 20B
zerbrochen werden. Bei dieser Ausführungsform werden deshalb dieser Effekt
und der oben erwähnte Effekt aus Gleichung (4) kombiniert, so daß die
Bruchenergie für den Gürtel 7 effektiv erhöht wird.
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Der Cordwinkel α 1 der ersten Gürtellage 11 ist nicht kleiner als 54 Grad,
wodurch die erste Gürtellage 11 mit einer geeigneten Flexibilität
gegenüber der Biegeverforrüung versehen wird, und es wird verhindert, daß ihre
Corde zerbrochen werden.
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Der Cordwinkel α4 der vierten Gürtellage 14 ist vorzugsweise auf den im
wesentlichen gleichen Wert wie der Cordwinkel α3 festgelegt, das heißt,
innerhalb von plus oder minus 5 Grad, und die Lagenfestigkeit 54 ist,
kleiner als die Lagenfestigkeit S3, so daß die vierte Gürtellage 14 die
Gürtelsteifigkeit nicht erhöht und den oben erläuterten Effekt nicht behindert.
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VERSUCH 1: Es wurden Reifen der Größe 11R22,5 mit dem in Fig. 1
gezeigten Aufbau und den in Tabelle 1 angegebenen Spezifikationen
hergestellt und auf Bruchenergie getestet.
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Bei dem Versuch wurde die Bruchenergie für jeden Versuchsreifen gemäß
dem Reifenfestigkeitsversuch gemessen, der in der japanischen
Industrienorm JIS-D4230 beschrieben ist. Der Innendruck des Reifens betrug
7,00 kgf/cm² und die Felgengröße betrug 7,5 · 22,5.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 durch einen Index angegeben, der darauf
beruht, daß der Referenzreifen 1 100 ist. Der größere Index ist besser.
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Die bei den Versuchsreifen verwendeten Gürtelaufbauten sind in Tabelle 2
gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 2
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Wie es aus Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde, wenn Bsp. 1 mit Ref. 1 und
Bsp. 2 mit Ref. 2 verglichen werden, dadurch, daß die Lagenfestigkeit S1
der ersten Gürtellage auf einen Wert indem Bereich verringert wurde, der
durch die oben erwähnte Gleichung (4) ausgedrückt wird, die
Bruchenergie erhöht und gleichzeitig wurde das Cordgewicht der ersten bis dritten
Gürtellagen verringert.
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Gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die
Lagenfestigkeit S2 der zweiten Gürtellage 12 im Bereich des 1,05 bis 2,0fachen
der Lagenfestigkeit S3 der dritten Gürtellage 13 festgelegt. Diese
Begrenzung ist gleich der Gleichung (5). Mit anderen Worten ist die Begrenzung
durch die oben erläuterte Gleichung (5) entweder alleine oder in
Verbindung mit der Begrenzung durch die Gleichung (4) wirksam.
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Wenn die Lagenfestigkeit S2 kleiner als das 1,05fache der Lagenfestigkeit
S3 ist, wird ein Brechen der Corde der zweiten Gürtellage unzureichend
verhindert.
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Wenn S2 größer als das 2,0fache von S3 ist, wird die dritte Gürtellage 13
schwach und ruft einen Cordbruch hervor.
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VERSUCH 2: Es wurden Versuchsreifen der Größe 12,00R24, die auf eine
Felge der Größe 8,50V·24 aufgezogen und auf einen Innendruck von
7,75 kgf/cm 2 aufgepumpt waren, auf die gleiche Weise wie bei dem oben
erwähnten Versuch auf die Bruchenergie gemessen.
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Die Reifen wiesen den in Fig. 1 gezeigten Aufbau und die in Tabelle 3
angegebenen Spezifikationen auf. Die bei den Versuchsreifen verwendeten
Gürtelaufbauten sind ebenfalls in Tabelle 2 angegeben.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 durch einen Index angegeben, der darauf
beruht, daß der Referenzreifen 3 100 ist. Der größere Index ist besser.
Tabelle 3
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Wie es aus Tabelle 3 ersichtlich ist, wurde, wenn Bsp. 3 mit Ref. 4, Bsp. 4
mit Ref. 5 und Bsp. 5 mit Ref. 7 verglichen werden, dadurch, daß die
Lagenfestigkeit S2 gegenüber der Lagenfestigkeit S3 erhöht wurde, um
Gleichung (5) zu erfüllen, die Bruchenergie erhöht, ohne daß das Cordgewicht
der ersten bis dritten Gürtellagen erhöht wurde.
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Ferner konnte, wie es ersichtlich ist, wenn Ref. 4 mit Ref. 5, Ref. 6 mit Ref.
7 und Bsp. 5 mit Ref. 8 verglichen werden, dadurch, daß die
Lagenfestigkeit S3 spezifisch gegenüber der Lagenfestigkeit S2 verringert wurde, das
Cordgewicht verringert werden, ohne daß die Bruchenergie verringert
wurde.
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Die Lagenfestigkeit S ist übrigens im wesentlichen proportional zum
Gesamtgewicht der Gürtelcorde, die in einer Breiteneinheit der Gürtellage
eingebettet sind. Dementsprechend kann durch Einstellen der
Lagenfestigkeit S1, S2 und S3, so daß die oben erwähnte Gleichung (4) und/oder
Gleichung (5) erfüllt sind, die Bruchenergie für die Gürtellagen erhöht
werden, ohne daß das Reifengewicht erhöht wird.
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Wie es oben erläutert ist, kann bei dem Schwerlastradialreifen gemäß der
vorliegenden Erfindung, da die Cordrichtungen, Cordwinkel und
Lagenfestgkeit der ersten bis dritten Gürtellagen in den besonderen Bereichen
festgelegt sind, die Reifenfestigkeit (Bruchenergie) erhöht werden, ohne
das Gürtelgewicht zu erhöhen.