<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad mit einer Felge und einem Luftreifen, der zur Veran- kerung auf der Felge dienende Wülste, diese mit einem Laufstreifen verbindende Seitenwände, sowie eine Karkasse, deren Enden um in den Wülsten angeordnete Wulstkerne hochgeschlagen sind, auf- weist, wobei jeweils zwischen der radial äussersten Lage der Karkasse und deren um den Wulstkern hochgeschlagenem Ende Kernreiter angeordnet sind und die Seitenwände in ihrem an die Wülste anschliessenden Bereich radial ausserhalb der Karkasse angeordnete Scheuerstreifen aufweisen, wobei das Verhältnis der radialen Höhe der Karkasse zu ihrer axial grössten Breite zwischen 0, 5 und
0, 7, vorzugsweise zwischen 0,55 und 0,65, insbesondere 0, 60 oder 0,615, beträgt und zwischen dem Laufstreifen und der Karkasse ein in seiner Breite im wesentlichen der Breite des Laufstreifens gleicher,
mindestens einlagiger Gürtel vorgesehen ist.
Ein Luftreifen ist ein komplexer, dynamischer Gegenstand und die komplexe gegenseitige Wir- kung zwischen den inneren Komponenten eines Reifens machen es äusserst schwierig, die Eigenschaften eines Reifens vor seiner Herstellung vorauszusagen. Auch wird verlangt, dass jeder Luftreifen bestimmten minimalen Anforderungen genügt. Es sind dies der Rollwiderstand, die Laufhärte und Vibration, die Laufhandhabung, die Zugkraft, die Laufflächenabnutzung, die Dauerhaftigkeit, das Geräusch usw, Es wird allgemein die Auffassung vertreten, dass bestimmte Kompromisse notwendig sind, um den Anforderungen möglichst zu entsprechen. Einer der bekanntesten Kompromisse, der bei der Herstellung und dem Aufbau eines Reifens gemacht wird, liegt darin, dass der Rollwiderstand bei Erhöhen des Reifenaufblasdruokes abnehmen kann.
Eine weitere Annahme liegt darin, dass dann, wenn der Reifenaufblasdruck ansteigt, die Laufhärte und Vibration ebenfalls ansteigen. Deshalb nimmt man häufig einen höheren Rollwiderstand in Kauf, um durch geringere Drücke einen besseren Fahrkomfort oder geringere Laufhärte und Vibration zu haben.
Der Rollwiderstand kann durch verschiedene Versuche bestimmt werden. So kann man z. B. die Strecke messen, die ein Fahrzeug bei konstanter Geschwindigkeit und gegebener Treibstoffmenge bis zum Stillstand zurücklegt, man kann die Strecke messen, die ein Fahrzeug zurücklegt, nachdem bei einer bestimmten Geschwindigkeit die Übertragung des Antriebes auf die Räder unterbrochen worden ist oder aber man misst den Widerstand der vom mit konstanter Geschwindigkeit laufenden Reifen hervorgerufen wird. Meist bestimmt man den Rollwiderstand in der zuletzt genannten Weise.
Bei einem Versuch, den Widerstand zu bestimmen, wird das Drehmoment eines mit konstanter Geschwindigkeit gedrehten Reifens durch Reibeingriff an ein angreifendes Schwungrad bestimmt und dann in Zugwerte übergeführt.
Die Fahrhärte und die Vibration werden subjektiv bestimmt, indem man das Fahrzeug, dessen Reifen getestet werden sollen, über eine vorbestimmte Bahn fährt und ein Vergleich mit üblichen Werten gemacht wird. Zur Bestimmung der Vibration verwendet man eine glatte Strasse und zur Bestimmung der Fahrhärte wird eine gewellte Strasse verwendet.
Wenn man den Rollwiderstand gegenüber üblichen Luftreifen vermindern kann und trotzdem die bisher erreichten Eigenschaften beibehalten kann, so würde dies einen grossen technischen Fortschritt darstellen. Ausserdem sei darauf hingewiesen, dass eine Verminderung des Rollwiderstandes eine Brennstoffersparnis im Verhältnis 5 zu 1 ergeben würde. So ist z. B. eine 20%ige Verringerung des Rollwiderstandes ungefähr gleich einer 4%igen Erhöhung der Brennstoffersparnis, d. h. ein Personenkraftwagen mit üblichen Reifen, der mit 1 l Treibstoff 8,77 km erreicht, kann mit 1 l Treibstoff 0,36 km oder mit einer Tankfüllung 32 km weiter fahren.
Radialreifen sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt, so z. B. ohne Verstärkun- gen oder mit schichtenförmigen Verstärkungen in den Seitenwandbereichen, wobei sich diese Verstärkungen vom Wulst wegerstrecken. Ferner gibt es einen Luftreifen, der auch im nicht aufgeblasenen Zustand verwendet werden kann. Die Seitenwand ist hier aus einem besonders weichen Gummi hergestellt, um das Falten der Seiteiiwand während des Betriebes im unaufgeblasenen Zustand zu erleichtern.
Erfindungsgemäss wird jetzt vorgeschlagen, dass die Seitenwände in ihrem sich etwa von der halben Seitenwandhöhe bis in den Schulterbereich erstreckenden radial äusseren Abschnitt eine axial gemessene Dicke aufweisen, welche zwischen 1/3 und 1/5, vorzugsweise 1/4, der im radial inneren, an die Wülste anschliessenden Abschnitt der Seitenwände in Axialrichtung gemessenen Dicke beträgt, und dass die Auflageflächen der Felge für die Wulstsohlen auf dem sich in an sich bekann-
<Desc/Clms Page number 2>
ter Weise nach aussen kegelig erweiternden Aussenmantel der Felge, wie an sich bekannt, unter einem Winkel von 2 bis 10', insbesondere 5 , gegen die Radachse geneigt sind, die Felgenhörner in an sich bekannter Weise einen Winkel von 25 bis 60', vorzugsweise von 50',
mit der Radachse einschliessen und dass die Höhe der Felgenhörner 7 bis 11%, insbesondere 9%, der radialen Höhe der Karkasse beträgt.
Durch die Erfindung wird ein Fahrzeugrad mit einer Felge und einem Luftreifen geschaffen, der auf Drücke aufgepumpt werden kann, die bis zu 50% oder noch mehr höher als die üblichen
Aufblasdrücke liegen. Dadurch ergibt sich eine merkliche Abnahme des Rollwiderstandes, wobei aber die andern Reifeneigenschaften zumindest gleichbleiben, wenn nicht auch stark verbessert sind,
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher beschrieben : Fig. l ist ein Querschnitt eines pneumatischen Reifens, der auf einer Felge montiert und auf den vorgeschriebenen Druck aufgeblasen ist ; Fig, 2 ist ein schematischer Halbschnitt des Seitenwandteiles dieses Reifens.
Der im Querschnitt elliptische Reifen --10-- nach Fig. l ist auf den vorgeschriebenen Druck aufgeblasen und in unbelastetem Zustand auf einer Felge --12-- montiert worden. Der Reifen enthält zwei einander entgegengesetzt gerichtete Wulstkerne-28, 30-- und eine Karkasse --32--, die die Karkassenschichten --34 und 36-- enthält und eine übliche Innenauskleidung (nicht dargestellt) aufnehmen kann, wenn der Reifen ein schlauchloser Reifen ist. Die Enden der Karkasse --32-sind um die Wulstkerne --28, 30-- hochgeschlagen und zwischen der radial äusseren Lage der Karkasse --32-- und dem hochgeschlagenen Ende befindet sich ein Kernreiter-46, 48--.
Radial ausserhalb der Karkasse --32-- und zwischen der Karkasse --32-- und den Seitenwänden --16, 16-- sind Scheuerstreifen-50, 52-- vorgesehen. Über der Karkasse --32-- liegen zwei Lagen --23, 25-eines Gürtels --21-- und über diesen liegt der Laufstreifen --14--,
Dieser Aufbau des Reifens umfasst die Wulstteile --24, 26-- die mit der Felge --12-- in Eingriff kommen, die Lauffläche --14--, die Schulterteile --20, 22--, also jene Teile an der Aussenseite des Reifens zwischen dem Laufstreifen-14-- und den Seitenwänden --16, 18-- und die Seitenwände - -16, 16--.
Zwischen der Karkasse --32-- und dem Laufstreifen --14-- liegt ein Gürtel --21--, der aus gummiertem Spezialstoff mit Fäden (aus Nylon, Polyester, Rayon, Aramid, Glasfaser usw. ) oder Stahldraht besteht, aber auch aus einer oder mehreren Lagen mit üblichem Kordwinkel aufgebaut sein kann. Wenn mehrere Lagen verwendet werden, können diese so aufgebaut und angeordnet sein, dass die Kanten einander überlappen. Bei Personenkraftwagen kann ein Gürtel aus zwei Lagen mit Stahldrähten bei einem Kordwinkel von etwa 23Q im Gummimaterial verwendet werden, wobei die äusserste Gürtellage --23-- schmäler als die innerste Lage --25-- ist.
Die Karkasse --32-- enthält Schichten oder Lagen aus gummibeschichteten Stoffäden (Nylon, Polyester, Rayon, Aramid, Glasfaser u. dgl.), oder Stahldraht und ist von üblicher Radialkonstruktion, d. h. eine Karkasse, in der die Korde oder der Draht in den Schichten einen Winkel zwischen 75 und 90'mit der Mittelebene des Reifens bilden. Mehrere Karkassenschichten können unter anderem je nach Grösse und Belastung des Reifens und seiner Verwendung benutzt werden. Für Personenkraftwagenreifen wird gewöhnlich eine Zwei-Schichtenkonstrukton benutzt.
Das Verhältnis der radialen Höhe SH der Karkasse zu ihrer axial grössten Breite SW kann
EMI2.1
tragen, und wird unter Verwendung der neutralen Karkassenkontur gemessen, die bei einer Karkasse mit einer einzelnen Radiallage sie selbst ist, aber bei einem Karkassenaufbau mit mehreren Lagen sich in der Mitte zwischen der äussersten und der innersten Lage befindet. Die grösste axiale Breite SW ist deshalb der grösste Abstand zwischen der neutralen Karkassenkontur der Sei- tenwände --16, 18-- und die grösste radiale Höhe SH der grösste radiale Abstand zwischen der neutralen Karkassenkontur unter dem Laufstreifen --14-- und dem Felge nenndurchmesser NRD, der eine Tangente zum Wulstfussradius der Felge ist und parallel zur Rotationsachse des Rades liegt.
Die Seitenwände-16, 18-haben je einen radial äusseren Abschnitt-38 bzw. 40-, der verhältnismässig dünn ist, und einen radial inneren Abschnitt-43 bzw, 44--, der dicker ist. Der radial äussere Abschnitt führt von einem Punkt in etwa 45% der grössten radialen Höhe SH zum
<Desc/Clms Page number 3>
Schulterteil. Der radial innere Abschnitt führt an der Fläche der Seitenwand von diesem Punkt nach innen zum Wulstteil. Der radial äussere Abschnitt ist im wesentlichen gleichmässig dick, wogegen der radial innere Abschnitt am Abstand D eine Dicke von etwa 20% der grössten radialen Höhe SH aufweist.
Das Verhältnis der Höhe des radial inneren Abschnittes zur geringsten Dicke der Seitenwand (im radial äusseren Teil) beträgt 3, 5 : 1 bis 5 : I, wobei etwa 4 : 1 für eine übliche Grösse und Art eines PKW-Reifens typisch ist.
Fig. 2 zeigt eine der Seitenwände mit je einer inneren Kontur, die einen oberen Abschnitt S und einen unteren Abschnitt 0 aufweist. Der obere Abschnitt S führt von einem Punkt gleich etwa 34% von SH zu einem Punkt gleich etwa 84% von SH. Der untere Abschnitt geht von einem Punkt gleich etwa 87% von SH zu einem Punkt an dem der obere Abschnitt beginnt (etwa 34% von SH).
Die Kontur des oberen Abschnittes S folgt im allgemeinen nachstehender Gleichung :
EMI3.1
Diese bekannte Gleichung der natürlichen Form, in der Po und p m aus den Grenzzuständen des Abschnittes S bestimmt werden können und der Kordwinkel 90'beträgt, wird beispielsweise in "Mathematics Underlying the Design of Pneumatic Tires" von John F. Purdy, Edwards Brathers, Inc. Ann Arbor, Michigan (1936) (Kapitel II, Seiten 35-36) abgeleitet und weiter erläutert.
Die Kontur des unteren Abschnittes 0 folgt im allgemeinen der Formel :
0 = Ko + K, X + KX'+ KaX'+ K. X" + K :, Xs (II)
Bei dieser Gleichung ist 0 der axiale Abstand von der Mittelradebene des Reifens, X der Abstand von der Rotationsachse der Reifen, und die Konstanten haben folgende Werte :
Ko = 6, 42 Kz =-10, 6733 K4 =-0, 11605
K, = 23, 81 K3 = 1, 69715 Ks = 0, 0029
Die Seitenwände haben je eine Aussenkontur T, die von einem Punkt von in etwa 8% von SH zu einem Punkt von etwa 84% SH verläuft.
Die Aussenkontur T folgt allgemein der Gleichung :
EMI3.2
Bei dieser Gleichung ist T das Diokenmass von der Kontur der Innenfläche gemessen parallel zur Rotationsachse des Reifens, X der Abstand von der Rotationsachse des Reifens und die Konstanten haben die folgenden Werte ;
EMI3.3
Die Kontur der äusseren Fläche, ausgedrückt in Dicke T, kann um eine Dicke GT von einem von etwa 8% von SH zu einem Punkt von etwa 42% von SH schwanken.
Diese Abweichung der Dicke folgt im allgemeinen der Formel :
GT = K,"X + K."UV)
In dieser Gleichung ist GT die Dickenabweichung, X der Abstand von der Rotationsachse des Reifens und die Konstanten haben folgende Werte K, " -0, 0526 Ko" 0, 6208
<Desc/Clms Page number 4>
Der radial innere Abschnitt ist verhältnismässig steif, um ein Biegen unter verschiedenen
Strassenzuständen so klein wie möglich zu halten, wogegen der radial äussere Abschnitt eine verhält- nismässig dünne Seitenwand besitzt, um die Fahrhärte und Vibrationen zu dämpfen.
Ausserdem haben die Kernreiter --46, 48-- eine Shorehärte A zwischen 75 und 95 Durometer und einen Modul zwischen i 19 und 32 Meganeutonnen/m2 (Längung 200%) und die Scheuerstreifen --50 und 52-- eine Shorehärte A zwischen 70 und 90 Durometer und einen Modul von 11, 5 bis 13,5 Maganeutonnen/m2, um die Steifig- keit des radial inneren Teiles zu halten. Vorzugsweise besteht jede Seitenwand --16 und 18-- aus
Gummi mit hoher Rücksohlagelastizität von mindestens 85 (ASTM D 1054).
Die Laufstreifenbreite, d. h. die maximale Breite des Laufstreifens, gemessen vom Fusspunkt des Reifens senkrecht zur Randmittellinie bei auf den vorgeschriebenen Druck aufgeblasenem Reifen und bei einer geschätzten Last kann zwischen 70 und 80%, vorzugsweise bei 76% der grössten Breite des Karkassenschnittes liegen. Vorzugsweise besteht der Laufstreifen aus Gummi mit hoher Rück- prallelastizität. Besonders bevorzugt ist ein Material mit einer Rückprallelastizität von mindestens
80 (ASTM D 1054).
Die Radfelge besitzt ein Profil, das der Felgenboden --60-- in der Mitte zwischen einem Paar einander entgegengesetzt gegenüberliegender ringförmiger Felgenwülste --61, 62-- enthält. Von jedem Felgenwulst verläuft in einem geneigten Winkel eine Auflagenfläche --63, 64-- nach aussen, die mit den Felgenhörnern --65, 66-- einem Stück besteht, und in je einem Ende --67, 68-- ausläuft.
Die Wulstsohlen --55, 57-- des Reifens greifen an den Auflageflächen --63, 64-- der Felge und der Felgenhörner --65, 66-- an, um den Reifen an der Radfelge zu halten ; die Felgenwülste - -61, 62-- unterstützen dies. Die Auflageflächen --63, 64-- sind unter einem Winkel y von 2 bis
10', insbesondere 5 , gegen die Radachse geneigt. Jedes Felgenhorn --65, 66-- schliesst mit der
Radachse einen Winkel a von 25 und 600 und vorzugsweise von 500 ein. Die Felgenhörner --65, 66-- können an ihren Enden --67, 68-- nach aussen beliebig gekrümmt und leicht nach aussen erweitert sein.
Die Höhe der Felgenhörner-65, 66-- liegt bei 7 bis 11%, insbesondere 9% der radialen Höhe SH der Karkasse --32--.
Das Profil des Wulstfusses unter dem Wulstkern --28 bzw. 30--, also die Wulstsohle, wird beim Herstellen in einem wesentlichen grösseren Winkel als die Auflagefläche --63, 64-- der Felge zur Rotationsachse geneigt. Dieser Winkel liegt, gemessen am Wulstfuss gewöhnlich zwischen 10 und 20'und bevorzugt bei 15'. Wenn der Reifen auf der Felge montiert und auf den vorgeschriebenen Druck aufgeblasen ist, ergibt die Winkeldifferenz ein sicheres Angreifen des Wulstes an der Felge.
Für gewöhnliche Personenkraftwagenreifen wurde der Wulst um mindestens 0, 89 mm und vorzugsweise um 2, 03 mm zusammengedrückt.
Im folgenden werden beispielsweise Masse des Reifens und der Felge angegeben :
EMI4.1
<tb>
<tb> Grösse <SEP> des <SEP> pneumatischen <SEP> PKW-Reifens <SEP> P <SEP> 215/65R390
<tb> Laufflächen <SEP> brei <SEP> te <SEP> = <SEP> 152, <SEP> 4 <SEP> mm
<tb> Aufblasdruck <SEP> = <SEP> 2,45 <SEP> kg/cm2
<tb> SW <SEP> = <SEP> 205, <SEP> 74 <SEP> mm
<tb> SH <SEP> = <SEP> 176,49 <SEP> mm
<tb> NRD <SEP> = <SEP> 390 <SEP> mm
<tb> D <SEP> 22% <SEP> soi <SEP>
<tb> Dicke <SEP> des <SEP> inneren <SEP> radialen <SEP> Teiles <SEP> bei <SEP> D <SEP> = <SEP> 20, <SEP> 57 <SEP> mm
<tb> max <SEP> Dicke
<tb> Verhältnis <SEP> Seitenwand <SEP> = <SEP> 4,05
<tb> min <SEP> Dicke
<tb> Winkel <SEP> der <SEP> Auflagefläche <SEP> = <SEP> 5
<tb> Winkel <SEP> des <SEP> Felgenhornes <SEP> = <SEP> 50 <SEP>
<tb> Höhe <SEP> des <SEP> Felgenhornes <SEP> = <SEP> 11,
938 <SEP> mm
<tb>
<Desc/Clms Page number 5>
Der beschriebene Personenkraftwagenreifen mit einem Aufblasdruck von etwa 50% über den Drücken bei üblichen radialen PKW-Reifen (2, 45 gegen 1, 6ss bar) zeigt eine erhebliche Verringerung des Rollwiderstandes von 20% oder mehr, wogegen er die andern Reifenausbildungscharakteristiken und-Normen einschliesslich Fahrhärte und Vibration erfüllt oder sogar überschreitet.