DE69006917T2

DE69006917T2 - Vollreifen mit Bienenwabenstruktur mit einer Einzel-Membran an einer Seite.

Info

Publication number: DE69006917T2
Application number: DE69006917T
Authority: DE
Inventors: Scott Robert Pajtas
Original assignee: Uniroyal Goodrich Tire Co
Current assignee: UG Licensing Services Inc
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: DE69006917D1; US4945962A; CA2016660C; EP0401564B1; EP0401564A2; MX163565B; JPH0325004A; DK0401564T3; ES2049859T3; BR9002719A; ATE102125T1; EP0401564A3; CA2016660A1

Description

Die Erfindung betrifft einen lasttragenden, mit einem Seitenstegteil versehenen nichtpneumatischen Reifen (side web non- pneumatic tire, abgekürzt "SWNPT") der, im Querschnitt in einer durch die Drehumlaufachse des Reifens (und der Felge) verlaufenden vertikalen Ebene betrachtet, eine im wesentlichen viereckige Silhouette aufweist (oder, falls das Seitenstegteil zur Imitation der Seitenwand eines pneumatischen Reifens kappenförmig ausgebildet ist und die Rippen entsprechend verlängert sind, eine wulstförmige Silhouette aufweist). Gemäß einer Ausführungsform weist der Querschnitt eine im wesentlichen viereckige Silhouette auf, gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine oder beide Seiten der Silhouette entweder winklig oder bogenförmig ausgebildet, und gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Seiten des Umrisses als Mischform der erwähnten viereckigen, winkligen oder bogenförmigen Umrisse ausgebildet. Der Reifen weist winklig ausgerichtete, einander entgegengerichtete, ebene Rippenteile auf (als "Kreuzrippen" bezeichnet), die durch ein an einer Seite des Reifens angeordnetes einzelnes planares Stegteil (kurz als "Seitenstegteil" bezeichnet) einstückig verbunden sind, wodurch sich eine nichtdehnbare, ringförmige Wabenstruktur ergibt, die derart zwischen inneren und äußeren Ringteilen ("Hoops") angeordnet ist, daß mindestens eine Reihe von Durchlässen existiert, deren Querschnitt generell einem Viereck gleicht. Diese und weitere Reihen von Durchlässen, die die gleiche oder eine andere Querschnittsgestalt aufweisen können, sind nach Art einer Wabenstruktur durch die Kreuzrippen gebildet. Sämtliche Durchlässe sind an ihren von dem Seitenstegteil entfernten Enden offen (daher als "einseitig offene" Wabenkonstruktion bezeichnet). Der Begriff "nichtdehnbar" bezieht sich auf den Durchmesser eines mit einem NPT (nichtpneumatischen Reifen) versehenen Rades, der bei Drehung des Rades keine Vergrößerung aufgrund der bei Betrieb erzeugten Zentrifugalkräfte erfährt.
Der SWNPT-Reifen der Erfindung ist aus einem elastomeren Kunstharzmaterial gebildet, das bestimmte gewünschte Merkmale aufweist, um bei einer gegebenen Masse an Harzmaterial optimale Eigenschaften hinsichtlich Fahrverhalten, Kurvenverhalten und Lastaufnahme zu bieten. Der Ausdruck "Fahrverhalten" wird verwendet, um die generelle Reaktionsfähigkeit des Fahrzeugs auf die Anforderungen des Fahrers zu definieren, betrifft jedoch insbesondere die dynamischen Eigenschaften des Reifens an den Felgen des Fahrzeugs und ihrerseits an dem Fahrzeug selbst, die sich aufgrund seitlicher Beschleunigung ergeben. Der Ausdruck "elastomeres Kunstharzmaterial" oder "Elastomer" bezieht sich auf ein steifes elastisches Material mit bestimmten Eigenschaften, die im folgenden definiert werden. Das Elastomer darf einen geringen Anteil eines Homopolymers oder Kopolymers eines konjugierten Dien aufweisen, der vorzugsweise weniger als 10 Gewichtsprozent beträgt; am besten jedoch beträgt dieser Anteil null. Kautschuk, sei es Naturkautschuk oder synthetischer Kautschuk (insbesondere Styrol-Butadien- Kautschuk SBR), und Mischungen davon, die einen größeren Gewichtsanteil eines Homopolymers oder Kopolymers eines konjugierten Dien in vulkanisierter oder nichtvulkanisierter Form enthalten, ist kein Elastomer gemäß dieser Definition, da es die im folgenden aufgeführten Kriterien nicht erfüllt.
Insbesondere erlaubt der SWNPT-Reifen ein Fahrverhalten und ein Kurvenverhalten, die mit den entsprechenden Eigenschaften des mit zentralem Stegteil versehenen viereckigen nichtpneumatischen Reifens ("RNPT") vergleichbar sind, der in den US- Patenten Nr. 4 784 201 und 4 832 098 offenbart ist. Jeder nichtpneumatische Reifen "NPT" (in der vorliegenden Beschreibung bezieht sich das Akronym NPT entweder auf einen RNPT- oder einen SWNPT-Reifen oder beide) läßt sich bei Kompression verformen und nimmt wieder seine ursprüngliche zylindrische Form an, während er seinen Anteil der Belastung trägt, wobei es sich typischerweise um einen Reifen handelt, der auf einer Radfelge eines Automobils oder Motorrades montiert ist. Die Dynamik dieser unter Belastung auftretenden Deformation ist ausschlaggebend dafür, ob das Fahrverhalten zufriedenstellend ist oder nicht, wobei dies generell in bezug auf einen herkömmlichen pneumatischen Reifen beurteilt wird. Selbstverständlich hat ein pneumatischer Reifen Seitenwände, die sanft und kontinuierlich in beide Seitenränder der Lauffläche des Reifens übergehen.
Wenn ein pneumatischer Reifen in massiver Weise seitlich einwärts deformiert wird, kann der Bereich der Seitenwand, der sich am nächsten am auswärtigen Rand der Lauffläche befindet, in Kontakt mit der Fahrbahn gelangen. Mit "einwärts" ist die Richtung gemeint, in die das Fahrzeug abbiegt. Bei einer größeren Verbiegung, wie sie bei einem engeren Abbiegen bei höherer Geschwindigkeit auftritt, kontaktiert ein zunehmend größerer Bereich der Seitenwand die Straße. Unter den härtesten Bedingungen kann die Identifikationsbeschriftung an der Seitenwand durch Reibung an der Fahrbahnoberfläche abgeschürft werden. Das an dem auswärtigen Rand angeordnete Seitenstegteil wirkt einer derartigen seitlichen Verbiegung entgegen.
Insbesondere ein RNPT-Reifen zeigt ein nur durchschnittlich zufriedenstellendes Fahrverhalten, wenn er unter Bedingungen benutzt wird, die eine hohe seitliche Beschleunigung verursachen. Unter derartigen dynamischen Bedingungen wird der in Kontakt mit der Fahrbahn befindliche ringförmige Teil des RNPT-Reifens seitlich verbogen, ohne daß der Vorteil eines Rückhaltes durch Seitenwände gegeben ist, da der RNPT-Reifen keine Seitenwände aufweist. Bekannterweise kommt die Lauffläche eines NPT-Reifens an jeder seiner Schultern zu einem abrupten Ende. Unter erschwerten Kurvenfahrbedingungen werden die auswärtigen Ränder der Lauffläche des RNPT beträchtlich abgeschabt.
Die einzigartige Zusammenwirkung der strukturellen Elemente des SWNPT-Reifens bewirkt eine derartige Verteilung der Kräfte, und insbesondere der beim Abbiegen erzeugten Kräfte, daß die Kräfte durch das Vorhandensein des auswärtigen Seitenstegteils des Reifens umgelenkt werden. Diese Neuverteilung der Kräfte verleiht dem SWNPT-Reifen überraschenderweise im wesentlichen die gleichen oder bessere Lasttrageeigenschaften als diejenigen eines RNPT-Reifens mit der gleichen Masse. Obwohl das durch jeden dieser Reifen vermittelte Fahrgefühl die Steifigkeit des elastomeren Materials und das totale Fehlen von in den Reifen eingeschlossener Luft nicht erahnen läßt, bietet das auswärtige Seitenstegteil vom Fahrverhalten her einen einzigartigen Vorteil gegenüber einem pneumatischen Reifen eines Personenkraftfahrzeugs, jedoch im wesentlichen ohne einen wahrnehmbaren Verlust an dem hohen Grad an Fahrkomfort, den ein pneumatischer Reifen aufweist. Die auswärtige Seitenwand eines pneumatischen Reifens bietet nicht die gleiche Verteilung oder den Grad an Steifigkeit, die durch das Seitenstegteil erzielt werden.
Die einzigartige einseitig offene Konstruktion des SWNPT-Reifens sorgt für eine Verteilung der Wärme, die bei Betrieb während des fortlaufenden Kräftespiels zwischen den alternierenden Kompressions- und Zugkräften erzeugt wird. Wie der RNPT-Reifen ist der SWNPT-Reifen ideal geeignet für ein weites Spektrum an Fahrzeugen, bei denen (i) die Anfälligkeit für Reifenpannen vermieden werden soll, (ii) ein vergrößerter Raddurchmesser wünschenswert ist, und (iii) ein nur allmähliches Versagen des SWNPT-Reifens erforderlich ist. Die letzte Bedingung betrifft für spezielle Zwecke vorgesehene Fahrzeuge, etwa ein Personbeförderungsfahrzeug, das - z.B. durch Schußeinwirkung - einer schnellen und ernsten Beschädigung ausgesetzt ist, so daß der Effekt einer solchen Beschädigung minimiert werden muß.
Der Hauptvorteil eines pneumatischen Reifens besteht in seinen Federungseigenschaften, die nach derzeitiger Kenntnis mittels anderer NPT-Reifen nicht effektiv imitiert worden sind. Der Nachteil des pneumatischen Reifens liegt in seiner Pannenanfälligkeit. Außer den RNPT-Reifen, die in den zuvor erwähnten, dem Anmelder erteilten Patenten offenbart sind, ist keine Konstruktion eines elastomeren NPT-Reifens oder eines herkömmlichen SWNPT-Reifens bekannt, der zuverlässig und robust genug ist, um bei Montage an der Felge eines Kraftfahrzeugs den normalen Betriebsbelastungen zu widerstehen.
Verständlichlicherweise sind NPT-Reifen üblicherweise an Fahrzeugen verwendet worden, bei denen weder das Fahrverhalten noch das Abfedern der Last von vorrangiger Wichtigkeit ist, z.B. bei Gabelstaplern, Förderwagen, Schubkarren, Dreirädern und dgl. Dennoch war die Verwendung von NPT-Reifen auch für derartige Zwecke nicht zufriedenstellend, da die herkömmlichen NPT-Reifen unerwünschte Fahreigenschaften aufwiesen. Zudem war es nicht möglich, herkömmliche NPT-Reifen für variable Federungsrate auszubilden, ohne ihren Aufbau, d.h. ihre strukturelle Konfiguration, oder ihre Konstruktionsmaterialien zu verändern. Abgesehen von dem Mangel an "guter Fahrqualität" litten Vollreifen, insbesondere die aus vulkanisiertem Kautschuk gefertigten, bereits nach beschränktem Gebrauch über eine eng begrenzte Zeitspanne unter einer hohen Wärmeentwicklung mit anschließenden Verschleißerscheinungen. Nach derzeitiger Kenntnis ist bei keinem herkömmlichen NPT-Reifen vorgeschlagen worden, den NPT-Reifen einstückig mit einem einzelnen Seitenstegteil und Kreuzrippen auszubilden, die sich örtlich, d.h. in der Nähe der Kontaktstelle des NPT-Reifens mit der von ihm befahrenen Oberfläche, verformen können, wobei der Reifen seine Lasttrage- und Federungsfunktionen analog zu der Weise erfüllt, in der diese Funktionen von einem pneumatischen Reifen erfüllt werden.
Nach der Europäischen Patentanmeldung 0159888 A2, veröffentlicht am 30. Oktober 1985, ist eine Ausführungsform (Fig. 9) einer Wabenstruktur vorgesehen, die jedoch zwei ebene Seitenstegteile aufweist, die ebene Rippen umgeben, welche ahäsiv befestigt sind und sich dabei in der zentralen Umfangsebene schneiden und somit keine zwischen den beiden Seitenwänden angeordnete Wabenstruktur bilden (bei der es erforderlich ist, daß sich die Rippen entlang der gesamten Länge jeder Rippe schneiden). Zudem handelt es sich, obwohl die beiden Seitenwände die gewünschte Stützung und Festigkeit bieten, bei dieser Struktur um einen pneumatischen Reifen, der nicht gekühlt werden kann, da Luft in einem luftdichten Ringkörper eingeschlossen ist. Die offene Konstruktion des hier vorgeschlagenen SWNPT-Reifens dient nicht nur zu dessen Kühlung während der Benutzung, sondern erlaubt auch ein vortreff liches Fahrverhalten in Kurven.
Das Konzept, in einem Vollgummireifen ein Stegteil vorzusehen, ist alt; es wird etwa in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 24 60 051 gelehrt. Zur Verbesserung der Stabilität sind die oberen und unteren Flansche des I-Träger-ähnlichen Teils entlang dessen Innenfläche mit fingerartig ineinandergreifenden wellenförmigen Zacken verbunden. Diese Art der Festigung der Struktur unterscheidet sich von den einander entgegengesetzten Rippen an jeder Seite des Stegteils des NPT-Reifens. In dieser Druckschrift und sämtlichen Druckschriften nach dem Stand der Technik wurde nicht die spezielle Funktion planarer entgegengerichteter winkliger Rippen erkannt, die hinterschnitten sind, um dazu beizutragen, daß Biegekräfte zuverlässig aufgehoben werden, so daß beim Überschreiten der kritischen Belastung anstelle einer Verbiegung ein Verknicken erfolgt. Es ist diese spezielle Eigenschaft der kompressiven Verformung des SWNPT-Reifens bei normaler Verwendung, in Kombination mit dem Knicken der Rippen bei Überschreiten der kritischen Belastung, die dem SWNPT-Reifen "Fahr"-Eigenschaften, die diejenigen eines pneumatischen Reifens imitieren, sowie ein vorzügliches Straßenverhalten verleiht.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Der Querschnitt eines mit einem einzigen Seitenstegteil versehenen NPT-Reifens ("SWNPT") kann, wie nun entdeckt worden ist, mit einer Konfiguration entgegengerichteter, einander kreuzender Rippen ausgebildet werden, die auf nur einer einzigen Seite des NPT-Reifens mit einem einzigen umfangsmäßigen Seitenstegteil ("Seitensteg") verbunden sind. Das Seitenstegteil ist an seinem Innen- und Außenradius mit seinem Innen- bzw. Außenumfang mit einem zylindrischen Innen- ("Innenring") und einem zylindrischen Außenteil ("Außenring") des SWNPT- Reifens verbunden, und zwar nur an einem der Ränder der Ringe, wobei die verbundenen Ränder direkt übereinanderliegen.
Es ist somit eine generelle Aufgabe der Erfindung, einen SWNPT-Reifen mit einer einzigartigen Anordnung einander entgegengerichteter Rippen zu schaffen, die axial von nur einer Seite - vorzugsweise der einwärtigen Seite - eines kontinuierlichen Seitenstegteils abstehen, das die auswärtigen Ränder eines inneren und eines äußeren koaxialen Rings verbindet. Die auswärtige und die einwärtige Seite des Stegteils sind unter einem Winkel θ im Bereich von ungefähr 1º bis ungefähr 40º angeordnet, wobei sie auf jeder Seite der Vertikalen von der Vertikalen zu der Drehumlaufachse erweitert sind, und sie können rechtwinklig (θ = 0) zu den umfangsmäßigen Ober- und Unterflächen der Ringe verlaufen. Eine derartige Anordnung ergibt einen SWNPT-Reifen, der die bereits genannten Eigenschaften aufweist und dennoch bei Montage an der Felge eines Fahrzeugs, das mit Geschwindigkeiten von bis zu 128 km/h (80 Meilen/h) fährt, für Tausende von Meilen eine Last von mindestens 226 kg (500 pounds) tragen kann, ohne daß sich dies in Hinsicht auf den Verschleiß wesentlich nachteilig auswirkt. Es ist eine spezielle Aufgabe der Erfindung, einen SWNPT-Reifen mit einer "einseitig offenen" oder nicht abgeschotteten Wabenstruktur mit viereckigem Querschnitt zu schaffen, wobei die Seiten des Querschnitts vorzugsweise unter einem Winkel θ im Bereich von ungefähr 10º bis ungefähr 30º von der Vertikalen geneigt sind; wobei der SWNPT-Reifen nicht imstande sein soll, Luft einzuschließen (die bei einem pneumatischen Reifen normalerweise eine Dämpfungsfunktion erfüllt), wobei bei Benutzung des SWNPT-Reifens Luft frei durch diese Struktur zirkuliert, um die Struktur kühl zu halten; und wobei der SWNPT- Reifen im wesentlichen die gleiche "Fahr"- und Lasttrageeignung wie ein RNPT-Reifen von gleicher Masse, dabei jedoch bei identischen Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs, auf dessen Felgen SWNPT-Reifen montiert sind, wesentlich bessere Fahreigenschaften und/oder einen niedrigeren Fahrgeräuschpegel aufweist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen deutlicher ersichtlich, wobei in sämtlichen Ansichten gleiche oder ähnliche Teile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Fig.1 zeigt eine perspektivische Teilansicht (aus Blickrichtung von der einwärtigen Seite eines an einem Automobil befestigten Rades) des auf einer Radfelge montierten SWNPT-Reifens, dessen eines Ende in einer winkligen Ebene geschnitten ist, um die Rippen zu zeigen, die einander kreuzen, indem sie sich über ihre gesamten Breiten (Längen in Axialrichtung) schneiden. Die Außenfläche des SWNPT-Reifen ist mit einer Lauffläche bedeckt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht (in Blickrichtung auf die auswärtige Seite) einer Seitenansicht eines Teils des Ringkörpers des SWNPT-Reifens gemäß Fig. 1, wobei im wesentlichen viereckige Durchlässe gezeigt sind, die durch entgegengerichtete, einander kreuzende planare Rippen gebildet sind, welche einstückig mit einem einzelnen Seitenstegteil ausgebildet sind (in dieser Ansicht im hinteren Bereich); wobei ferner innere und äußere Ringe gezeigt sind, und wobei diese Teile in Kombination zusammenwirken, um eine einseitig offene Wabenkonstruktion zu bilden, die als SWNPT-Reifen funktioniert.
Fig. 3 zeigt eine geschnittene seitliche Teilansicht, die in einer winkligen Ebene entlang der Linie 3-3 von Fig. 2 angesetzt ist, wobei ein "planarer" SWNPT-Reifen gezeigt ist, bei dem beide vertikalen Flächen (beide Seiten) des Stegteils im wesentlichen senkrecht zu den beiden Ringen verlaufen. Das Stegteil ist von einer Gummi-Seitenwand kappenartig abgedeckt, so daß ein wulstförmiger Querschnitt entsteht, der denjenigen eines pneumatischen Reifens imitiert; die "planaren", elastomeren Seitenstegteile und Rippen sind in von dem Gummi unterschiedlicher Weise geschnitten gezeigt; und von der offenen Seite her sind axiale Durchlässe der durch die einander kreuzenden Rippen und das Seitenstegteil gebildeten Wabenstruktur sichtbar, wobei die ersten und die zweiten Rippen in dem gleichen Winkelbereich, jedoch einander entgegengesetzt winklig verlaufen. Der äußere Ring ist von einer Gummi-Lauffläche bedeckt. (Die Kappe und die Lauffläche sind in der Figur als fortlaufend gezeigt.)
Fig. 4 zeigt eine geschnittene Seitenansicht, die in einer winkligen Ebene entlang der Linie 4-4 von Fig. 2 angesetzt ist, wobei der SWNPT-Reifen mit planarem Stegteil in einer Form gezeigt ist. Das Seitenstegteil ist mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Rippen einstückig ausgebildet, die einander kreuzen und an der einwärts gerichteten Fläche des in einer radialen Ebene liegenden Seitenstegteils enden, wobei die Rippen dennoch oberhalb und unterhalb mit dem inneren und dem äußeren Ring verbunden sind, wobei die dem Seitenstegteil gegenüberliegende Seite offen gelassen wird. Diese Ansicht, die in der axialen Ebene des SWNPT-Reifens und der Form, in der dieser geformt wird, angesetzt ist, zeigt die komplementäre linke Form mit Stiften, die derart positioniert sind, daß sie die Durchlässe der zu bildenden Wabenstruktur erzeugen, und die komplementäre rechte Form, gegen die ein "planares" Seitenstegteil geformt wird. Eine Gummi-Lauffläche und eine Gummi-Kappe für das Seitenstegteil (zur Imitation eines pneumatischen Reifens) sind in der Form vorpositioniert.
Fig. 5 zeigt eine geschnittene seitliche Teilansicht, die in einer winkligen Ebene (analog der in Fig. 2 als Linie 3-3 gezeigten) angesetzt ist und die einen SWNPT-Reifen zeigt, bei dem sowohl die auswärtige als auch die einwärtige Fläche des Seitenstegteils "winklig" und kontinuierlich nach außen erweitert sind, und zwar beginnend mit dem auswärtigen Rand des inneren Rings und unter Verbindung mit dem auswärtigen Rand des darunterliegenden äußeren Rings.
Fig. 6 zeigt eine in einer winkligen Ebene (wie in Fign. 3 und 5) angesetzte geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform des SWNPT-Reifens, bei dem das Seitenstegteil "keilförmig" ist, wobei die einwärtige Fläche nach innen hin (oder einwärts) erweitert ist und die auswärtige Fläche nach außen hin (oder auswärts) erweitert ist; das Seitenstegteil ist zu dem Außenrand des inneren Rings und dem Außenrand des darunterliegenden äußeren Rings erweitert.
Fig. 7 zeigt eine analog zu Fig. 6 in einer winkligen Ebene angesetzte Schnittansicht eines SWNPT-Reifens mit einem "planaren" Seitenstegteil, jedoch mit der Ausnahme, daß der äußere Ring verjüngt ist, wobei er an seinem einwärtigen Ende dicker als an seinem auswärtigen Ende ist.
Fig. 8 zeigt eine analog zu Fig. 3 in einer winkligen Ebene angesetzte geschnittene Seitenansicht eines Paars identischer SWNPT-Reifen, die in beabstandetem spiegelbildlichen Verhältnis zueinander auf einer Radfelge montiert sind, wobei jeder SWNPT-Reifen ein "planares" Seitenstegteil aufweist, um zur Schaffung einer gewünschten Laufflächen-Breite einen einwärts montierten SWNPT-Reifen zusätzlich zu einem auswärts montierten SWNPT-Reifen anzubringen. Die Profile der offenen Enden der Wabenstruktur sind vertikal. Nuten in den Schultern des jeden SWNPT-Reifen bedeckenden Gummis und Lüftungsdurchlässe in der Gummikappe an jedem Seitenstegteil sorgen bei Benutzung des Reifens für verbesserte Kühlung.
Fig. 9 zeigt eine analog zu Fig. 7 in einer winkligen Ebene angesetzte geschnittene Seitenansicht eines SWNPT- Reifen mit "planarem" Seitenstegteil, jedoch mit der Ausnahme, daß der äußere Ring abgestuft ist, wobei er seine dickste Abstufung an dem einwärtigen Ende aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die strukturellen Einzelheiten des SWNPT-Reifens sind an seine funktionellen Eigenschaften während der Benutzung gebunden, und diese wiederum leiten sich aus den gewählten Materialien ab. Obwohl es theoretisch möglich sein mag, eine entsprechende Struktur vorzusehen, die auch bei Verwendung eines nicht elastomeren Materials in ähnlicher Weise funktioniert, ist keine derartiger Ansatz bekannt. Nach derzeitiger Erkenntnis können nur diese elstomeren Materialien die den bestimmten Eigenschaften gerecht werden, daß also die definierte Struktur die beabsichtigte Funktion mit akzeptablen Ergebnissen erfüllt; unter diesen derzeit bekannten elastomeren Materialien finden sich Polyurethane wie z.B. das im Handel erhältliche Adiprene von Uniroyal Chemical Corp., ein segmentiertes Kopolyester wie z.B. Hytrel 5556 von DuPont, und ein Block-Kopolymer wie z.B. Nyrim von Monsanto Chemical Co.
Bei der besten Art der Ausführung der Erfindung hat das Elastomer, aus dem der ringförmige elastische Körper des SWNPT- Reifen gebildet wird, die folgenden spezifischen Eigenschaften: Shore D-Härte im Bereich von ungefähr 40 bis 65 (ASTM- D224), insbesondere vorzugsweise von ungefähr 45 bis 55; Kompressionsmodul (bei einem Formfaktor von 0,5 und einer Kompression von 10%) im Bereich von ungefähr 21000 kPA (3000 psi) bis ungefähr 140000 kPA (20000 psi), insbesondere vorzugsweise von ungefähr 35000 kPA (5000 psi) bis 105000 kPa (15000 psi), der nicht um ±20% über den Temperaturbereich von 20ºC bis 70ºC (ASTM-D695) hinaus schwanken darf; eine Verdichtungsverformung von weniger als 60% (ASTM-D395B); eine Hysterese (tan δ), gemessen bei 70º mit einer Rheometrie-Maschine (ASTM-D2236), von weniger als 0,25, insbesondere vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,05 bis 0,15; und eine Biegungsermüdung von mehr als 10000 Zyklen bei einer maximalen Belastung von 20% unter normalen Betriebsbedingungen ("Texus"-Biegetest, ASTN D3629-78). Bei diesen Materialien handelt es sich um Polyurethane, segmentierte Kopolyester, von denen man annimmt, daß sie durch Ester-Austausch von Dimethylterephthalat und -isophthalat mit Polytetramethylenetherglycol und überschüssigem 1,4-Butandiol, und Block-Kopolymeren von Nylon mit Kautschuk zubereitet werden.
Der äußere Ring kann an seiner Außenfläche typischerweise mit einer Gummi-Lauffläche versehen sein. Der innere Ring verläuft koaxial, jedoch nicht notwendigerweise koextensiv mit dem äußeren Ring, d.h. die Breite (oder die Länge, gemessen in Axialrichtung) des inneren Rings kann gleich oder geringer sein als diejenige des äußeren Rings. Das effektive Ergebnis besteht darin, daß die Silhouette in Seitenquerschnitt je nach der gewählten Ausführungsform des SWNPT-Reifens unterschiedlich ist. Bei sämtlichen Ausführungsformen ist das Profil der offenen Enden der Rippen nur insoweit von Bedeutung, als die Rippen zusammen den notwendigen Luftstrom durch ihre offenen Enden ermöglichen, um den SWNPT-Reifen bei Benutzung unter seinem Erweichungspunkt kühl zu halten, und als das Profil zum kosmetischen Erscheinungsbild des einwärtigen Profils beiträgt, falls dieses wichtig ist. Bei jeder der im folgenden, in den Figuren gezeigten Ausführungsformen ist eine Mittellinie durch den Mittelpunkt des Seitenstegteils gezogen, wo dieses auf den inneren Ring trifft, um die Gestalt des Seitenstegteils mit dessen variierender Dicke klarer zu veranschaulichen. Die Gestalt und die Dicke des Seitenstegteils sind die Schlüsselelemente bei der Bestimmung der dem SWNPT-Reifen zu verleihenden Eigenschaften des Fahrverhaltens. Die Ausdrücke "einwärts" und "auswärts" werden hier verwendet, um die Richtung oder die Positionierung relativ zu der Mittellinie eines mit Rädern bestückten Fahrzeugs zu bezeichnen, für das der SWNPT-Reifen verwendet werden soll. Bei einem Kraftfahrzeug bezieht sich der Ausdruck "auswärtig" auf die äußerste rechte und linke Seite (relativ zu dem in Fahrposition sitzenden Fahrer) des Kraftfahrzeugs.
Bei der in Fign. 1-3, 4 und 7 schematisch gezeigten Ausführungsform wird der SWNPT-Reifen (ohne die Gummi-Kappe und die Lauffläche) als "planarer" SWNPT-Reifen bezeichnet, da eine Querschnittsansicht des Seitenstegteils zeigt, daß dieser parallele, vertikale einwärtige und auswärtige Flächen aufweist.
Der SWNPT-Reifen (ohne Gummi-Kappe und Lauffläche) wird als "viereckig" bezeichnet (wie z.B. der rechte SWNPT-Reifen der beiden Reifen gemäß Fig. 8), wenn er ein vertikales einwärtiges Sichtprofil eines planaren Stegteils, eine vertikale Linie (an den offenen Enden der Rippen), und erste und zweite horizontale Linien an den Außenflächen des äußeren bzw. des inneren Rings präsentiert, so daß die generelle Umfangsgestalt des Querschnitts des Kunstharzmaterials ein Viereck bildet.
Bei der in Fig. 5 schematisch gezeigten Ausführungsform, in deren Zusammenhang von einem "gewinkelten" Seitenteil gesprochen wird, präsentiert das seitliche Sichtprofil der Rippen an deren offenen Enden entweder eine bogenförmige oder vertikale Linie (gezeigt ist die bogenförmige Linie), und auswärts geneigte parallele Linien an der Innen- und der Außenfläche des gewinkelten Seitenteils, wobei diese Linien an der Außenfläche des inneren Rings unter einem Winkel θ von der radialen Ebene (relativ zur Drehumlaufachse) auswärts erweitert sind, so daß die Umfangsgestalt des Querschnitts im wesentlichen trapezartig oder viereckig mit zwei parallelen Seiten) ausgebildet ist.
Bei der in Fig. 6 schematisch gezeigten Ausführungsform, die wegen der Keilform ihres Seitenstegteils als "keilförmiger" SWNPT-Reifen bezeichnet wird, präsentiert das Seitenprofil der Rippen an deren offenen Enden eine bogenförmige Linie; die einwärtige Fläche des keilförmigen Seitenstegteils ist um ±θº erweitert, d.h. um -θº von der radial äußeren Fläche des inneren Rings zu der radial inneren Fläche des äußeren Rings, und auswärts um +θº von der radial inneren Fläche des inneren Rings zu der radial äußeren Fläche des äußeren Rings, so daß die Umfangsgestalt des Querschnitts trapezartig ist.
Daraus ist ersichtlich, daß, wenn das Seitenstegteil mit einer bogenförmigen Kappe aus Gummi oder einem anderen Elastomer bedeckt ist und die Rippen eine zunehmend variierende Breite aufweisen, die Breite jeder Rippe an der umfangsmäßigen Mittellinie am größten ist und das bogenförmige Profil der offenen Seite des SWNPT-Reifens wulstförmig ist, wobei es im wesentlichen den Querschnitt eines herkömmlichen pneumatischen Reifens aufweist.
Die Leistungsfähigkeit jeder der genannten Gestalten des SWNPT-Reifens wird durch das Profil der Rippen an der offenen Seite des SWNPT-Reifens nicht beeinträchtigt. Ein derartiges Profil ergibt sich bei einem offenen Ende, das (a) in einer winkligen Ebene unter einem Winkel θ nach außen erweitert ist oder (b) bogenförmig (konvex) ist, so daß es eine ästhetisch zufriendenstellende Symmetrie der Seitenprofile bietet, wobei die bogenförmige Kurve der konvexen Außenkontur einer perforierten Gummi-Kappe angepaßt ist, die zur Imitation einer Seitenwand eines herkömmlichen pneumatischen Reifens verwendet wird, wobei diese Kappe durchlöchert ist, um den SWNPT-Reifen bei Benutzung zu kühlen.
Bei den Ringen handelt es sich um kreisförmige Bänder, deren Breite wesentlich größer (d.h. in Axialrichtung länger) ist als ihre Dicke (gemessen in Radialrichtung). Die Innenfläche des Innenrings ist fest an der Felge eines Rades montiert, so daß der SWNPT-Reifen zusammen mit einer Lauffläche weitgehend in gleicher Weise wie ein RNPT-Reifen oder ein herkömmlicher pneumatischer Reifen verwendet werden kann. Vorzugsweise ist der innere Ring mit der Felge verbondet, und zwar entweder durch die Haftfestigkeit des Polyurethans oder durch ein zusätzliches Adhäsivmaterial, so daß eine mechanische Befestigung des SWNPT-Reifens an der Felge unnötig ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fign. 1-3 ist der äußere Ring 18 durch mehrere umfangsmäßig beabstandete, einander entgegengerichtete und sich kreuz ende planare erste und zweite Rippen 26 bzw. 30 und ein einzelnes Seitenstegteil 32, die sämtlich als einheitliche Konstruktion ausgebildet sind, von dem inneren Ring 22 beabstandet. Das einzelne Seitenstegteil verbindet den inneren und den äußeren Ring an ihren auswärtigen Enden, d.h. entlang den umfangsmäßigen Außenrändern des SWNPT-Reifens, so daß, wenn die Rippen nicht vorhanden wären, die Gestalt eines (auf seiner einen Seite liegenden) zu einem Kreis geformten U-Profils existieren würde, wobei der innere Flansch im wesentlichen die gleiche oder eine schmalere Breite als der äußere Flansch hätte.
Die Rippen erstrecken sich als erste und zweite Gruppen von Rippen an der einwärtigen Seite des einzelnen Seitenstegteils, wobei die erste Gruppe im Bereich von ungefähr 15º bis 75º zu den die Rippen in einer Richtung schneidenden radialen Ebenen winklig ist und die zweite Gruppe in dem gleichen Bereich, jedoch in entgegengesetzter Richtung winklig ist. Vorzugsweise sind die Rippen einander in einem Winkel im Bereich von ungefähr 30º bis 60º entgegengerichtet, so daß sie eine Wabenstruktur mit länglichen Durchlässen bilden, die an einem Ende offen sind, jedoch an der anderen Seite durch das einzelne Seitenstegteil geschlossen sind, so daß die Durchlässe 44 oder 45 in mindestens einer Reihe der Wabenstruktur längliche Zellen sind, deren Querschnitt im wesentlichen als Viereck ausgebildet ist. Weitere Durchlässe 46 und 47 nahe den inneren bzw. äußeren Ringen sind eher kreisförmig als viereckig.
Die einheitliche Struktur des generell mit 16 bezeichneten SWNPT-Reifens ist an einer Radfelge 12 montiert und derart ausgebildet, daß die Steg- und Rippenteile eine lasttragende Struktur mit aufgrund von Kompression erfolgender kontinuierlicher Deformation des SWNPT-Reifens bilden, wenn dieser bei Benutzung rotiert. Die Dicke des Seitenstegteils, der Rippen und der Ringe ist derart bemessen, daß bei Benutzung im wesentlichen keine wahrnehmbare Expansion des SWNPT-Reifens auftritt; jedoch zusätzlich zu der Deformation, die ohne ein bei normaler Benutzung durch Kompression auftretendes Verziehen erfolgt, ist der SWNPT-Reifen derart ausgebildet, daß er ein Knicken der Rippen zuläßt, und zwar entweder einzelner oder mehrerer Rippen, wenn der SWNPT-Reifen plötzlich über einen Vorsprung auf der Fahrbahn rollt. Der Ausdruck "Verknicken" bezeichnet in dieser Beschreibung eine relativ plötzliche und radikale Deformation als Ergebnis einer Kompressionsbelastung, die einen bestimmten kritischen Belastungswert (im folgenden als Pcr bezeichnet) überschreitet.
Die Rippen 26 und 30 der ersten bzw. der zweiten Gruppe weisen eine gleiche Länge L (in generell radialer Richtung) auf und sind einander entgegengesetzt ausgerichtet, jedoch zur Erleichterung des Gießens des SWNPT-Reifens unter dem gleichen Winkel. Zur Ausbildung der Wabenstruktur müssen die ersten Rippen 26 die zweiten Rippen 30 schneiden, wodurch "gekreuzte" Rippen entstehen, um eine optimale Steifigkeit und Belastungsfähigkeit zu erzielen. Weniger leicht formbar ist ein SWNPT- Reifen, bei dem sowohl die Länge L (gemessen von dem inneren zu dem äußeren Ring) und die Winkelausrichtung der Rippen unterschiedlich sein können, so lange die Rippen einander entgegengerichtet sind. Die Rippen 26 weisen eine Dicke ds auf, gemessen in rechtwinkliger Richtung zu ihrer Breite (oder der Länge, gemessen längs der Achse). Die Rippen sind zur Verbesserung der Flexibilität der Verbindung vorzugsweise wie bei 34 gezeigt hinterschnitten, wo ihre Enden auf den inneren und den äußeren Ring 22 bzw. 18 treffen, wodurch die ohne Verbiegen erfolgende Kompression der Rippen 26 und 30 erleichtert wird, während, wenn das Fahrzeug mit den montierten SWNPT-Reifen über den Boden fährt, jeder Bereich des Umfangs des SWNPT- Reifens den Boden kontaktiert.
Gemäß Fig. 3 ist das planare Seitenstegteil 32 an den auswärtigen axialen Enden des inneren und des äußeren Rings 18 und 22 angeordnet und ist an seinem (demjenigen des Stegteils) radial inneren Umfang 32b mit dem inneren Ring 32 und an seinem radial äußeren Umfang 32c mit dem äußeren Ring 18 verbunden, so daß die Ränder der Rippen 26 und 30 entlang der einwärtigen Fläche 32a des planaren Seitenstegteils 32 liegen. Sämtliche der ersten Rippen 26 sind in gleicher Weise verbunden, so daß sämtliche Rippen mit dem Winkel A (siehe Fig. 2) in gleicher Richtung winklig sind, wobei jedoch der Winkel A von einer Rippe zur anderen unterschiedlich sein kann. Auf analoge Weise sind sämtliche der zweiten Rippen an ihren entsprechenden inneren und äußeren Enden mit dem inneren bzw. äußeren Ring verbunden, und die Ränder der Rippen liegen ebenfalls an der Fläche 32a des Stegteils an, so daß sämtliche Rippen in jeder der Gruppen 26 und 30 mit im wesentlichen gleichen Winkeln A im Bereich von ungefähr 15º bis ungefähr 75º zu radialen Ebenen winklig sind, die die Rippen an ihren Innenenden, jedoch in entgegengesetzten Richtungen schneiden.
Wenn der SWNPT-Reifen als Reifen für ein Automobil oder ein Lastfahrzeug verwendet werden soll, ist der SWNPT-Reifen mit einer Gummi-Lauffläche 20 versehen, die an der Außenumfangsfläche des äußeren Rings 18 befestigt ist. Die Versteifungsfunktion des Stegteils 32 in Kombination mit den gekreuzten Rippen ist in Fig. 1 deutlicher erkennbar. Das Stegteil tendiert dazu, die Rippen an einer Deformation durch Biegung entlang L zu hindern, erlaubt jedoch eine kompressive Verformung des SWNPT-Reifens in dem Bereich um die Kontaktstelle mit dem Boden. Die Rippen wiederum hindern das Stegteil an einem Einknicken in axialer Richtung, bis Pcr erreicht ist, so daß das Stegteil und die einander kreuzenden Rippen zum Tragen der Last zusammenwirken. Durch Veränderung des Winkels A der Rippen wird die Federungsrate effektiv variiert, ohne daß die Abmessungen der strukturellen Bestandteile des SWNPT-Reifens oder die Zusammensetzung des Elastomers, aus dem er geformt ist, verändert werden.
Die Fähigkeit des SWNPT-Reifens, sich bei Kompression und plötzlichen Veränderungen der Belastung im wesentlichen unmittelbar zu verformen und dennoch zu seiner zylindrischen Form zurückzukehren, macht es erforderlich, daß der SWNPT- Reifen bei normaler Benutzung über mehrere tausend Meilen hinweg einer normalen Belastung von 20% standhalten kann, jedoch örtlich geknickt werden kann, um den plötzlichen Aufprall eines vorstehenden Teils oder eine Unregelmäßigkeit in der Straßenoberfläche aufzunehmen. Es ist diese überraschende Fähigkeit, die sich aus der einzigartigen Konstruktion aus dem Elastomer ergibt, die dem SWNPT-Reifen die Fahreigenschaften und das Straßenverhalten gibt, die bei einem herkömmlichen pneumatischen Reifen als nötig erachtet werden.
Die spezielle Konzeption der wesentlichen Deformations- und Knickeigenschaften des SWNPT-Reifens, die ihm die Fähigkeit verleihen, das Straßenverhalten und die Fahreigenschaften eines herkömmlichen pneumatischen Reifens zu imitieren, kann nicht nur durch Veränderung der Abmessungen der Rippen und des Stegteils und der Abmessungen sowie der relativen Anordnung der Rippen zueinander verändert werden, sondern auch durch Veränderung des Radius der Hinterschneidungen 34, die an den spitzwinkligen Verbindungsbereichen der Rippen mit den inneren und äußeren Ringen vorzugsweise im Bereich von 1,27 mm (0,05") bis 12,7 mm (0,5") und an den stumpfwinkligen Verbindungsbereichen der Rippen mit den inneren und äußeren Ringen vorzugsweise im Bereich von 6,35 mm (0,25") bis 25,4 mm (1") liegen. Vorzugsweise wird nur ein Ende der Rippen nur in den spitzen Winkeln hinterschnitten, wo diese Rippe mit dem inneren Ring und dem äußeren Ring verbunden ist. Zur Imitation des Umrisses eines pneumatischen Reifens sind die Rippen von ungleicher - Länge, und der Seitensteg ist mit einer Kappe 40 bedeckt.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Form - von der Teile weggebrochen sind - eines generell mit 10 bezeichneten Rades das mit dem SWNPT-Reifen 16 der Erfindung versehen ist, welcher aus Polyurethan geformt und auf der Radfelge 12 montiert ist. Zusätzlich zu den planaren ersten Rippen 26 (als erste Gruppe bezeichnet) sind die zweiten Rippen 30 vorgesehen, die eine zweite Gruppe bilden, welche als solche bezeichnet wird, da die erste und die zweite Gruppe von Rippen durch das eine Dicke dw aufweisende Seitenstegteil 32 einstückig verbunden sind, das auch den äußeren und den inneren Ring 18 und 22 verbindet. Der Ausdruck "einstückig" bezieht sich den als Ganzes gebildeten SWNPT-Reifen, und der Ausdruck "einheitlich" bezeichnet das Zusammenwirken der strukturellen Bauelemente als Einheit. Zusammen betonen die Ausdrücke das unter Verwendung des Elastomers erfolgende Formen oder Gießen des inneren und des äußeren Rings, des Stegteils und der Rippen als einer einzigen Konstruktion, und das Zusammenwirken dieser strukturellen Elemente des SWNPT-Reifens zur Erfüllung der genannten Funktionen. Der Ring-Abstand ist mit D bezeichnet.
Zwecks ökonomischer Herstellung werden die Lauffläche 20 und die Kappe 40 als fortlaufendes Extrudat erzeugt. Eine bemessene Länge dieses Extrudats wird geschnitten und in der Form vorpositioniert, bevor das Elastomer in die Form gegossen wird.
Fig. 5 zeigt schematisch einen winkligen SWNPT-Reifen 16', der dem in Fig. 3 gezeigten Reifen ähnlich ist und einen inneren und einen äußeren Ring mit einer Dicke di bzw. do und erste und zweite Rippen 26 bzw. 30, jedoch ein winkliges Seitenstegteil 32' aufweist, dessen beide Flächen nach außen erweitert sind, um das Kurvenfahrverhalten zu verbessern. Die Innenfläche 32a' und die Außenfläche sind beide unter einem Winkel θº abgewinkelt, der von 0º bei planarem Seitenstegteil bis ungefähr 45º beträgt, wobei dies der bevorzugte Bereich für ein winkliges Seitenstegteil im Bereich von ungefähr 1º bis ungefähr 25º ist, diese Bemessungen jedoch selbstverständlich von den von dem Rad auszuhaltenden Seitenkräften und den Abmessungen des Rades abhängt.
Fig. 6 zeigt schematisch einen keilförmigen SWNPT-Reifen 16", der dem in Fig. 5 gezeigten Reifen mit Ausnahme der Tatsache gleicht, daß das Seitenstegteil keilförmig ist. Die Innenfläche 32a" ist bei -θº einwärts abgewinkelt, und die Außenfläche des keilförmigen Seitenstegteils ist bei +θº auswärts abgewinkelt, so daß der Winkel des Keils 2θº beträgt, wenn die Innenfläche 32" und die Außenfläche des Keils unter gleichen Winkeln aufgeweitet sind, und es kann vorgesehen sein, daß diese nicht gleich sind.
Fig. 7 zeigt schematisch einen planaren SWNPT-Reifen 16, der dem in Fig. 3 gezeigten Reifen mit Ausnahme der Tatsache gleicht, daß er einen verjüngten äußeren Ring 18' aufweist, um an seinem einwärtigen Ende größere Steifigkeit zu schaffen, als mit einem äußeren Ring von im wesentlichen konstanter Dicke erzielt wird. Um eine flache untere Fläche zu schaffen, ist die Innenfläche der Lauffläche 20' entsprechend verjüngt. Zur Erleichterung der Kühlung der Lauffläche 20' ist diese mit einer oder mehreren (eine ist gezeigt) Schulternuten 42 versehen, die zudem das Vorpositionieren des Kombinations-Extrudates von Lauffläche und Kappe in der Form erleichtern.
Fig. 9 zeigt schematisch einen planaren SWNPT-Reifen 16, der dem in Fig. 7 gezeigten Reifen mit Ausnahme der Tatsache gleicht, daß er einen äußeren Ring 18" aufweist, der abgestuft anstatt verjüngt ist, um nahe seinem einwärtigen Ende größere Steifigkeit zu schaffen, als mit einem äußeren Ring von im wesentlichen konstanter Dicke erzielt wird. Um eine flache untere Fläche zu schaffen, ist die Innenfläche der Lauffläche 20' entsprechend abgestuft.
Ein ringförmiger Körper eines SWNPT-Reifens für eine Gepäck- Karre oder einen Gabelstapler, oder eines SWNPT-Reifens, der als Autoreifen, Ersatzreifen oder als Einsatz für einen pneumatischen Reifen für "Flachlaufbetrieb" verwendbar ist, weist Abmessungen, Abmessungsverhältnisse und Winkelbeziehungen innerhalb der in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten bevorzugten Bereiche auf. TABELLE l Bezeichnung bevorzugter Bereich A θ ri di, d&sub0; D/dw Ds L ti, t&sub0;
Dabei bezeichnen -
A den Rippenwinkel;
θ den Winkel von der Vertikalen;
ri und ro die Radii des inneren bzw. des äußeren Rings;
di und do die Dicke des inneren bzw. des äußeren Rings,
D die Differenz zwischen ro und ri;
dw die Steg-Dicke;
ds die Rippen-Dicke;
L die Länge (zwischen Ringen) einer Rippe; und
ti und to die Breite der Felge bzw. die Breite der Lauffläche.
Fig. 8 zeigt schematisch eine winklige Querschnittsansicht eines Paares identischer (Zwillings-) planarer SWNPT-Reifen, die in beabstandeter spiegelbildlicher Beziehung an einer Radfelge montiert sind, um einen "breiten Fußabdruck" zu ermöglichen, wobei die Zwillings-SWNPT-Reifen einen hinreichenden Luftstrom zwischen den Wabenstrukturen zulassen, um die nötige Kühlung der Baugruppe zu ermöglichen. Aus kosmetischen Gründen sind die auswärtige und die einwärtige Außenfläche des SWNPT-Reifens mit einer Gummi-Kappe und einem Profil versehen.
Wenn die auf den SWNPT-Reifen einwirkende Belastungskraft ungefähr 363 kg (800 pounds) beträgt, erfährt der Reifen während des Betriebs eines Fahrzeugs über eine glatte Straßenfläche eine normale Kompressionskraft in analoger Weise zu derjenigen bei dem NPT-Reifen der Stammanmeldung. Die Rippen 26 und 30, die einander über ihre gesamte Länge schneiden (wenn sie sich kreuzen), tragen weitgehend direkt den Hauptteil der Belastung und sind unter hinreichender Kompression zur Verringerung der Gesamtlänge der Rippen. In einem typischen Fall sind die unbelasteten Rippen jeweils 5,38 cm (2,12") lang, während die belasteten Rippen 5,05 cm (1,99") lang sind.
Während die Rippen 26 und 30 bei Benutzung in dem Bodenkontaktbereich komprimiert sind, ist das Seitenstegteil 32, das die Rippen in diesem Bereich kontaktiert, sowohl Kompressionsals auch Scherkräften ausgesetzt und kann möglicherweise auch Zugkräften ausgesetzt sein. Das Stegteil 32 und die Rippen 26 und 30 wirken somit zur Verteilung der Belastungskräfte zusammen.
Der SWNPT-Reifen kommt den Fahreigenschaften des pneumatischen Reifens sehr nahe, falls die Rippen derart ausgebildet sind, daß sie Pcr erreichen, wenn die Belastung die Gesamtbelastung überschreitet, die dann den NPT-Reifen einer Deflektion zwischen 6% und 25% der Reifen-Schnitthöhe (SH = r&sub0;-ri) unterwirft. Dies bedeutet, daß, wenn der Reifen eine Belastung erfährt, die eine Kompression von D über 6% des Originalwertes von D bewirkt, der Reifen dann Pcr erreicht und knickt. Dies kann wie folgt ausgedrückt werden;
wobei 0,06 = 6% Deflektion
0,25 = 25% Deflektion
Pcr = kritische Knickbelastung
K = Federrate des NPT-Reifens, und
SH = Schnitthöhe.
Die Raum- und Gewichts-Anforderungen an einen SWNPT-Reifen, der einen pneumatischen Reifen ersetzt, werden am besten erfüllt, wenn das gesamte Materialvolumen (vom Material des SWNPT-Reifens eingenommener Raum), dividiert durch das gesamte projizierte Volumen (Raum zwischen der äußeren Fläche des äußeren Rings und der inneren Fläche des inneren Rings) zwischen 20% und 60% liegt.
Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft jedes Reifens ist eine Gesamt-Federungsrate, die sich in Abhängigkeit von dem Typ der Oberfläche, gegen die der Reifen belastet wird, verändert. Insbesondere ist es wünschenswert, daß die Federungsrate über einem Hubbel oder einem Hindernis im Weg des SWNPT-Reifens niedriger ist als über einer flachen Oberfläche. Bei dem SWNPT-Reifen liegt das wünschenswerte Verhältnis der Federungsrate über einer flachen Fläche, dividiert durch die Federungsrate über einer 1,27 cm (0,5") breiten (hohen) Leiste, zwischen 1,4 und 6,0, vorzugsweise zwischen 3 und 4.
Der ringförmige Körper 16 kann an der Oberfläche 24 der Radfelge 12 angebracht werden, indem er in einem herkömmlichen Flüssiggußvorgang direkt an diese angegossen wird, wobei die äußere Fläche 24 in bekannter Weise vorbereitet worden ist, um das verwendete Elastomer aufzunehmen und zu fixieren. Vorzugsweise ist die Radfelge 12 mit Flanschen 36 und 38 versehen, die mit der Form zusammenwirken, um den ringförmigen Körper 16 auf der Fläche 24 zu bilden. Zur Bildung des SWNPT-Reifens kann jedes herkömmliche Verfahren zum Gießen von Polyurethan verwendet werden, beispielsweise das in dem erwähnten US-Patentschrift Nr. 4 832 098 beschriebene Verfahren. Das Gießen kann bei einem planaren Seitenstegteil vorzugsweise mit gemäß Fig. 4 ausgebildeten Formhälften durchgeführt werden und zur Herstellung "winkliger" und "keilförmiger" SWNPT-Reifen modifiziert werden, wobei es sich versteht, daß die Positionierung der Stifte kritisch für die Schaffung der gewünschten Wabenstruktur ist. Zudem muß die Form selbstverständlich mit einem fließfähigen Elastomer gefüllt werden, ohne daß Lufttaschen (Leerräume) in dem SWNPT-Reifen erzeugt werden. Falls gewünscht, kann die Kappe 40 mit Lüftungsdurchlässen 41 zur Erleichterung der Kühlung und mit Nuten in der Lauffläche versehen sein, um bei Benutzung des SWNPT-Reifens die Zugleistung zu verbessern.
Das folgende zur Veranschaulichung vorgesehene Beispiel 1 beschreibt Einzelheiten eines gegossenen Polyurethan-NPT-Reifens.

Beispiel 1

Gießen des ringförmigen Körpers des SWNPT-Reifens, dann Klebbefestigung des Reifens an einer Radfelge, und Klebbefestigung eimer Lauffläche an der Außenfläche des SWNPT-Reifens:

Ein SWNPT-Reifen wird in herkömmlicher Weise in einer mit einem Innenformring versehenen Form gegossen, indem die Form gefüllt wird mit einem Reaktionsgemisch aus (a) Toluoldiisocyanat-Polytetramethylenetherglycol (Molekulargewichtsbereich 1000 bis 2000, vorzugsweise ungefähr 1000) (TDI-PTMEG) - Prepolymer mit einer NCO-Zahl von 6,5, und (b) Methylen-bis-orthochloranilin(MBOCA)-Vulkanisiermittel, wobei das Gewichtsverhältnis (a/b) 1/0,21 beträgt.
Das flüssige Reaktionsgemisch wird in die Form gegossen, wobei gewährleistet sein muß, daß sämtliche Luft in der Form von der Flüssigkeit verdrängt wird.
Sobald die Form gefüllt ist, wird sie für etwa 15 Minuten in einem (auf 110) eingestellten) Ofen plaziert, um das Polyurethan zu härten. Anschließend wird die Form geöffnet und der ringförmige Körper abgenommen und für ungefähr 16 Stunden bei 110º nachgehärtet. Der so gebildete SWNPT-Reifen weist Rippen auf, die in dem spitzen Winkel an dem inneren Ring und in dem entsprechenden stumpfen Winkel an der anderen Seite der Rippe, wo diese auf den äußeren Ring trifft, hinterschnitten sind.
Dann wird die Gummi-Reifenlauffläche, die eine Dicke von ungefähr 1,78 cm (0,7 inch) aufweist, an der Außenfläche des äußeren Rings 18 befestigt, und zwar mittels eines im handelsüblichen, ein aromatisches Diisocyanat enthaltenden Klebmittels, und der sich daraus ergebende Reifen wird auf eine Radfelge gesetzt und an dieser verklebt, und zwar mittels eines Polyurethan-Klebmittels, das mit einem organischen Isocyanat-Vulkanisiermittel gehärtet wird. Gemäß einer ökonomisch günstigeren Alternative wird die Gummi-Lauffläche wie oben erwähnt in der Form vorpositioniert, was in diesem Fall mit einem kontinuierlichen Extrudat eines einheitlichen Laufflächen- und Kappen-Einsatzes durchgeführt werden kann, bevor das Polyurethan in die Form gegossen wird.
Der SWNPT-Reifen hat die folgenden Abmessungen:
ri 25,4 cm (10")
r&sub0; 30,48 cm (12")
A 45º und 135º
di, d&sub0; 0,13 cm (0,05") und 0,356 cm (0,14")
D 3,18 cm (1,25")
r&sub0;/D 9,6
D/dw 12,5
L 4,49 cm (1,77")
L/ds 8,85
ti, t&sub0; jeweils 16,96 cm (6,68")
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die Struktur des erfindungsgemäßen SWNPT-Reifens insofern einzigartig, als die Wabenstruktur dem Reifen Steifigkeit verleiht, jedoch gezielt so ausgebildet ist, daß sie unter bestimmten Bedingungen knickt, um die zur Imitation eines herkömmlichen pneumatischen Reifens erforderlichen Eigenschaften zu schaffen. Diese einzigartige Konstruktion verlangt, daß die Rippen winklig und kompressibel sind, statt sich unter Belastung zu biegen. Die aus diesen Anforderungen resultierende "offene" Struktur, die an einem Ende durch das Seitenstegteil geschlossen ist, schafft nicht nur die wesentlichen Lauf- und Lenkeigenschaften, sondern ermöglicht bei Benutzung des Reifens auch eine Wärmeableitung aus diesem. Diese Eigenschaften sind in keiner logischen Kombination aus den Veröffentlichungen des Standes der Technik herleitbar, die sämtlich vom Konzept her so unterschiedlich sind, daß die Kombination ihrer Lehren nicht nur deren konzeptionsmäßige Unterschiede vergrößert, sondern auch das Zusammenwirken der die Konzepte realisierenden strukturellen Elemente erschwert.
Die generelle Erläuterung der von der Erfindung angesprochenen und gelösten Probleme und die detaillierte Beschreibung der besten Art der Ausführungsform des SWNPT-Reifens ist nicht im Sinne einer Einschränkung der Erfindung zu verstehen, die durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Nicht-pneumatischer, um eine Achse drehbarer Reifen mit einem ringförmigen Körper (16) aus einem elastischen elastomeren Kunstharzmaterial, der im wesentlichen aufweist:

ein generell zylindrisches Außenteil (18) am Außenumfang des Körpers, ein radial einwärts von dem Außenteil beabstandetes und mit diesem koaxiales generell zylindrisches Innenteil (22), mehrere axial verlaufende, umfangsmäßig beabstandete erste und zweite Rippenteile (26,30), die an ihren entsprechenden Innen- und Außenenden mit den zylindrischen Innen- und Außenteilen verbunden sind, wobei die Rippenteile unter Winkeln von ungefähr 15º bis 75º zu radialen Ebenen, die die Rippenteile an ihren Innenenden schneiden, einander entgegengesetzt ausgerichtet sind, und ein umlaufendes Seitenstegteil (32), dessen radial innere und äußere Umfangsbereiche mit den zylindrischen Innenbzw. Außenteilen nur an einem einzigen Rand jedes dieser Teile verbunden sind, wobei ein verbundener Rand über dem anderen gelegen ist, wobei das Seitenstegteil an nur einer Seitenfläche sowohl mit den ersten als auch mit den zweiten Rippenteilen (26,30) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Reifen nur ein einziges Seitenstegteil (32) aufweist, daß das Seitenstegteil (32) einander entgegengesetzte Seitenflächen hat, die unter einem von 0º bis 30º betragenden Winkel θ an jeder Seite einer vertikal zur Drehachse des Reifens verlaufenden Ebene angeordnet sind, und daß die ersten Rippenteile (26) und die zweiten Rippenteile (30) mit dem zylindrischen Innenteil (22) und dem zylindrischen Außenteil (18) und dem Stegteil eine lasttragende Wabenstruktur bilden, die örtlich belastete Teile schafft, welche knickfähig sind.

2. Reifen nach Anspruch 1, bei dem der Winkel θ = 0º ist, derart, daß das Seitenstegteil (32) rechtwinklig zur Drehachse des Reifens verläuft und am auswärtigen Rand der axialen Enden der zylindrischen Teile (18,22) positioniert ist, und bei dem jedes der Rippenteile (26,30) axial von der einwärtigen Seitenfläche des Seitenstegteils absteht.

3. Reifen nach Anspruch 1, bei dem die ersten < 26) und die zweiten Rippenteile (30) an jedem Ende jeder Rippe mindestens in dem spitzen Winkel, in dem jede Rippe in das zylindrische Innenteil (22) und das zylindrische Außenteil (18) übergeht, hinterschnitten sind.

4. Reifen nach Anspruch 1, bei dem der Seitensteg (32) unter dem Winkel θ auswärts von dem zylindrischen Innenteil (22) erweitert ist, derart, daß das Seitenstegteil von der Drehachse des Reifens weg geneigt ist und am auswärtigen Rand der axialen Enden der zylindrischen Teile (18,22) positioniert ist, um ein winkliges Seitenstegteil zu bilden, und bei dem jedes der Rippenteile (26,30) axial von der einwärtigen Seitenfläche des Seitenstegteils absteht.

5. Reifen nach Anspruch 1, bei dem der Seitensteg (32) unter dem Winkel θ sowohl einwärts als auch auswärts von dem zylindrischen Innenteil (22) erweitert ist, derart, daß das Seitenstegteil keilförmig ist, und am auswärtigen Rand der axialen Enden der zylindrischen Teile (18,22) positioniert ist, und bei dem jedes der Rippenteile (26,30) axial von der einwärtigen Seitenfläche des Seitenstegteils absteht.

6. Reifen nach Anspruch 1, bei dem die Rippenwinkel im wesentlichen gleich sind und im Bereich von 20º bis 60º liegen.

7. Reifen nach Anspruch 3, bei dem sämtliche Rippen (26,30) gleiche Breite (Länge in axialer Richtung) aufweisen, derart, daß die einwärtigen Enden der Rippen in einer vertikalen Ebene abschließen, um dem nichtpneumatischen Reifen eine rechtwinklige Silhouette zu geben.

8. Reifen nach Anspruch 3, bei dem die Rippen (26,30) in axialer Richtung ungleiche Länge aufweisen, derart, daß die einwärtigen Enden der Rippen mit einem bogenförmigen Profil abschließen.

9. Reifen nach Anspruch 4, bei dem die Rippen (26, 30) in axialer Richtung ungleiche Länge aufweisen, derart, daß die einwärtigen Enden der Rippen in einer schrägen Ebene mit im wesentlichen dem gleichen Winkel wie demjenigen des winkligen Seitenstegteils abschließen.

10. Reifen nach Anspruch 3, bei dem an der Außenfläche des zylindrischen Außenteils (18) eine umlaufende Lauffläche befestigt ist und an der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Innenteils (22) eine Radfelge (12) befestigt ist.

11. Reifen nach Anspruch 10, bei dem die Außenfläche des Seitenstegteils (32) mit einem generell konvexen Kappenteil (40) aus Gummi oder einem anderen Elastomer bedeckt ist.

12. Reifen nach Anspruch 6, bei dem an der Außenfläche des zylindrischen Außenteils (18) eine umlaufende Laufläche (20) befestigt ist, die einstückig mit einem generell konvexen Kappenteil (40) ausgebildet ist, welches die Außenfläche des Seitenstegteils (32) bedeckt.

13. Reifen nach Anspruch 12, bei dem in die umlaufende Lauffläche (20) in dem Schulterbereich zwischen der Lauffläche (20) und dem konvexen Kappenteil (40) mindestens eine Umfangsnut (42) derart eingeschnitten ist, daß sie die Kühlung der Lauffläche, der Kappe und des Kunstharzmaterials erleichtert.

14. Reifen nach Anspruch 12, bei dem das konvexe Kappenteil (40) mit an den Seitenstegen (32) endenden Durchlässen (41) durchsetzt ist, um die Kühlung des Reifens zu erleichtern.

15. Reifen nach Anspruch 10, bei dem die auswärtige Fläche des Seitenstegteils (32) in der vertikalen Ebene rechtwinklig zu der Drehachse des Reifens angeordnet ist.

16. Reifen nach Anspruch 10, bei dem die auswärtige Fläche des Seitenstegteils (32) unter einem Winkel θ im Bereich von 1º bis ungefähr 20º von der Vertikalen auswärts erweitert ist und einwärtige Enden der Rippen (26,30) nach außen hin erweitert sind und dabei Durchlässe mit offenen Enden bilden, wobei die Rippen derart enden, daß sie eine konvexe Silhouette schaffen.

17. Reifen nach Anspruch 3, bei dem das Kunstharzmaterial einen geringen Gewichtsanteil eines Homopolymers oder Kopolymers eines konjugierten Dien enthält und die folgenden spezifischen Merkmale aufweist: Shore D-Härte im Bereich von ungefähr 40 bis 65 (ASTM-D224); Kompressionsmodul (bei einem Formfaktor von 0,5 und einer Kompression von 10%) im Bereich von ungefähr 21000 kPA (3000 psi) bis ungefähr 140000 kPA (20000 psi), wobei der Modul um ±20% über dem Temperaturbereich von 20º bis 70º (ASTM-D695) liegt; eine Verdichtungsverformung von weniger als 60% (ASTM-D395B); eine Hysterese (tan δ), gemessen bei 70º mit einer Rheometrie-Maschine (ASTM-D2236), im Bereich von ungefähr 0,05 bis 0,15; und eine Biegungsermüdung von mehr als 10000 Zyklen bei einer maximalen Belastung von 20% unter normalen Betriebsbedingungen ("Texus"-Biegetest, ASTM D3629-78).

18. Reifen nach Anspruch 10, bei dem die Lauffläche (20), der ringförmige Körper (16) und die Radfelge (12) eine einstückige Radstruktur bilden.

19. Reifen nach Anspruch 17, bei dem das Elastomer Polyurethan ist.

20. Reifen nach Anspruch 19, bei dem das Polyurethan abgeleitet ist von einem Reaktionsgemisch aus (a) Tolouldilsocyanat/Polytetramethylenetherglycol-Prepolymer (Mol.Gew. 1000 bis ungefähr 2000) (TDI-PTMEG) mit ungefähr 5% bis ungefähr 7% NCO, und

(b) einem Vulkanisationsmittel in ausreichender Menge, um die gewünschte Härte des Prepolymer zu erzeugen.

21. Reifen nach Anspruch 20, bei dem das Vulkanisationsmittel aus der Gruppe Methylendianilin-NaCl-Komplex (MDA-NaCl, 50 Gewichtsprozent in Dioctylphthalat) und Methylenbisorthochloroanilin (MBOCA) ausgewählt ist, wobei das Gewichtsverhältnis von (a:b) im Bereich von 1/0,05 bis ungefähr 1/0,3 liegt.