DE10113203A1 - Asymmetrisches Stützprofil für Reifenseitenwand von luftgefüllten Fahrzeugreifen - Google Patents

Abstract

Symmetrisch auf herkömmlichen Radfelgen gespannte Fahrzeugreifen werden durch Seitenkräfte, z. B. bei Kurvenfahrt, nachteilig stark lateral verquetscht. Insbesondere bei extremen Radlastschwankungen wirkt sich die zur Fahrzeugmitte gerichtete Verschiebung des Reifenquerschnitts im Bereich der Bodenaufstandsfläche schädlich auf die Lenkeigenschaften sowie die Reibkraftübertragung und damit auf das Stabilitätsverhalten des Fahrzeugs aus. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird ein an einer Reifenseitenwand angeformtes Stützprofil (6) vorgeschlagen, dessen dem radinneren Felgehorn zugewandte Kontur sich dort form- und kraftschlüssig abstützen kann. Der vorgeschlagene Querschnitt des Stützprofils mit seiner zur Felgenmittel geneigten, dem Reifenwulst zugewandten Grenzfläche führt bei zunehmendem Luftinnendruck zu einer asymmetrischen Verschiebung des elastischen Reifens zur Radaußenseite, wobei er wie eine Feder über seinen Verformungsweg entsprechende Vorspannkräfte speichert. DOLLAR A Der so besser abgestützte und vorgespannte elastische Reifen ist wesentlich seitensteifer, ohne jedoch in seiner radialen Einfederung behindert zu sein.

Description

Moderne luftgefüllte Fahrzeugreifen als unmittelbare Kontaktpartner des Fahrzeug- Gesamtsystems zur Fahrbahn stellen mit ihren Gebrauchseigenschaften einen entscheidenen Beitrag zu den Fahreigenschaften zur Verfügung. Dies gilt in besonderen Maße für die Fahrsicherheit und Fahrkomfort.

Der bekannte elastische Reifen sitzt von der Luftfüllung gespannt quasi in einer Gleichgewichstlage symmetrisch auf der Radfelge. Beim Abrollen plattet er sich dann unter der Radlast auf der Fahrbahn so ab, daß die beiden Seitenwände bei Geradeausfahrt gleichmäßig ausbeulen. Dabei stellt der Reifen dem Fahrwerk über einen möglichst großen vertikalen Federweg einen entscheidenden Anteil an dessen Komforteigenschaften zur Verfügung.

Wird dagegen der elastische Reifen bei Kurvenfahrt von den seitlich auf ihn einwirkenden Querkräften belastet, so verformt er sich der Kraftrichtung folgend (durch Verzerrung seiner beiden Seitenwände) zur Fahrzeugmitte, d. h. er nimmt nun eine belastungsabhängige asymmetrische Querschnittsform ein. Diese seitliche Formänderung des belasteten Reifenquerschnitts führt bekanntlich zu Verlusten von für einen sicheren Fahrbetrieb wichtigen Eigenschaften, insbesondere in den so genannten instationären Betriebszuständen, in denen die Reifen großen Lastschwankungen unterliegen. Während also der elastische Reifen bei Geradeausfahrt dem Fahrwerk nahezu ideale Eigenschaften zur Verfügung stellen kann, bedeutet die unvermeidliche asymmetrische Verformung bei Kurvenfahrt die Einschränkung von Lenkeigenschaften und die Verringerung der Übertragung von Seitenkräften. Neben dem Luftinnendruck und der Gürtelkonstruktion hat die konstruktive Gestaltung der Reifenseitenwände den dominanten Einfluß auf die fahrdynamische Charakteristik von Reifen. So befindet sich in der Reifenseitenwand nämlich nicht nur eine leicht verformbare, weich einfedernden Zone mit membranähnlichen Eigenschaften, sondern direkt daran angebunden auch eine in radialer Richtung verlaufende, konstruktiv verstärkte, extrem biegesteife Wulstzone, welche eben nicht einfedern, sondern nur möglichst verformungarm hohe Seitenkräfte übertragen soll (was nur bedingt erreicht wird).

Hierzu wird der mit Kernreiter und geeignetem Umschlag der Karkasslage, bzw. weiteren konstruktiven Verstärkungen ausgestattete biegesteife Seitenwandwulst auf dem metallischen Kernring so gelagert, sodaß alle lateralen Kräfte wie von einem einseitig eingespannten "Kragträger" übertragen werden können. Dennoch führen aber bei Kurvenfahrt hohe Querkräfte im Bereich der Bodenkontaktzone auf einer genormten Radfelge zu pendelartigen Auslenkungen der sehr steifen Wulstkonstruktion, wobei sich dieser Teil der Reifenseitenwand auf dem relativ großen Radius des Felgenhorns, zu dem bei Geradeausfahrt kein form- schlüssiger Kontakt besteht, unter relativen Bewegungen abrollt, sodaß um dieses Maß die laterale Verformung des hochbelasteten üblichen Reifens insgesamt nachteilig vergrößert wird! Um diese sicherheitsrelevanten Eigenschaftsverluste zu verringern wurde z. B. vorgeschlagen, den Reifen durch asymmetrische Ausbildung der Radfelge so zu unterstützen, sodaß er sich weniger bei Kurvenfahrt nach innen verspannt. Darüber hinaus sind auch Reifen- Konstruktionen bekannt (z. B. US 5, 749,982), die durch asymmetrische Querschnittsformen, zum Teil sogar durch ungleich lange Seitenwände (DE 29 09 427 C2), dem Eigenschaftsverlust bei Kurvenfahrt entgegen wirken sollen.

Aber auch durch oberhalb des genormten Felgenhorns angeformte so genannte Felgenschutzleisten (rim protector), die als Schutz vor Bordsteinkontakten das Horn seitlich überragen, wurde vergeblich versucht die versteifende Wirkung des Reifenwulstes im Interesse besserer Seitenführungseigenschaften des symmetrisch auf der Radfelge sitzenden Reifens zu erhöhen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird erstmals ein Reifen beschrieben, der nach der Montage auf den heute verwendeten Radfelgen unter Luftinnendruck asymmetrisch gegen die von der Radaußenseite wirkenden Querkräfte vorgespannt wird, und so im Vergleich zu den heute üblichen symmetrisch auf der Radfelge sitzenden Reifen auch infolge seiner aus der form- und kraftschlüssigen Abstützung des als Drucklager ausgebildeten erfindungsgemäßen angeformten "Stützprofils" direkt auf dem oberen Rand des üblichen Felgenhorns insgesamt deutlich geringer in Kraftrichtung verformt wird. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Reifen- Gebrauchseigenschaften innerhalb der jeweils gegebenen Reifen-Dimensionen (z. B. 195/65R15) in den Kriterien Seitensteifigkeit (Geradeausstabilität - Kurvenfahrt - Bremsen), Abrieb und Komfort. Hierzu ist in einer bevorzugten Ausführungsart vorgesehen, daß die auf der Radinnenseite verlaufende Seitenwand des Reifens innerhalb der Höhe des üblichen Felgenhorns ein Außenprofil/Stützprofil erhält, welches als Drucklager aufgrund seiner druckfesten Werkstoffeigenschaft (z. B. aus Hartgummi, anderen Polymeren, oder auch angeformten Profilen aus metallischen Werkstoffen wie z. B. Alluminium) geeignet ist den auf dem dort verlaufenden Kernring sitzenden steifen Wulstkern in einem Winkel von bis etwa 15° zur Felgenmitte zu kippen, ohne daß es in der Festigkeitsstruktur der Reifenseitenwand zu kritischen Druckspitzen oder Steifigkeitssprüngen kommt.

Da sich das neuartige "Stützprofil" auch auf dem oberen Rand des gegebenen Felgenhorns abstützt, vergrößert sich somit auch die Anlagefläche des Reifenfußes in der Felge entsprechend vorteilhaft. Hierdurch wird der Reifen, der in seiner sonstigen Festigkeitsstruktur unverändert bleiben kann, unter Luftinnendruck zwangsläufig vorteilhaft vorgespannt. Der vorgespannte, sich nun mit einer hohen Pressung gegen das innere Felgenhorn (bis auf dessen oberen Rand) des Rades abstützende Reifen ist zwar in seiner vertikalen Einfederung nicht behindert, überträgt jedoch die auf ihn einwirkenden Querkräfte spontaner, was sich im Lenkgefühl (straff, mit gutem center point feeling) und Lenkverhalten (kleinerer Lenkwinkel) positiv bemerkbar macht. Gleichzeitig kann der Reifen mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des auf der Innenseite des Rades verlaufenden Reifenfußes durch die wirksame vorgespannte Abstützung die seitliche Verformung erheblich reduzieren, sodaß auch höhere Seitenkräfte übertragen werden können. Durch das als form- und kraftschlüssiges Drucklager ausgebildete "Stützprofil" vergrößert sich an dieser Stelle auch die Reibfläche des Reifens in Bezug auf den sicheren tangentialen Sitz des Reifens auf der Radfelge, sodaß auch die Gefahr von auf der Felge durchrutschenden Reifen (beim Bremsen oder Beschleunigen) vorteilhaft verringert wird. Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag kann die Festigkeitsstruktur des Reifens im unmontierten und drucklosen Zustand auch weiterhin symmetrisch ausgeführt sein. Die vorspannende Wirkung wird ursächlich durch die neuartige äußere Kontur des "Stützprofils" (Fig. 1) an einer der beiden Reifenseitenwände auf Höhe des inneren Felgenhorns erzeugt, insbesondere bei Luftinnendruck!

Der verwendete Reifen könnte darüber hinaus zur weiteren Unterstützung der gesuchte Stabilitätsverbesserung gegen die von der Kurvenaußenseite wirkenden Störkräfte auch in den übrigen Teilen seiner Konstruktion unsymmetrisch ausgelegt werden.

Die Fig. 1 stellt gestrichelt die symmetrische Außenkontur eines unter Luftinnendruck auf einer üblichen Radfelge (4) gespannten, aber noch unbelasteten, also unverformten üblichen Reifen (1) dar, so wie er sich in seinem statischen Gleichgewichtszustand befindet. In diese Konfiguration ist die neuartige Außenkontur (11) eines baugleichen Reifens eingetragen, die sich bei sinngemäßer Hinzufügung des drucksteifen Stützprofil (6) an der dem Felgenhorn (5a) auf der Radinnenseite zugeordneten Seitenwand (10) ergibt. Der gegebene Reifen verläuft nun mechanisch verschoben unsymmetrisch in Relation zur Mittelachse der gebräuchlichen Radfelge (12), sodaß sich die Laufstreifenmitte (13) um dieses Maß zur Radaußenseite verlagert hat. Im Einzelnen zeigt die Fig. 1 den nicht vollständigen Querschnitt eines bekannten Reifens (1) der mit seinen durch Kernringe (2) verstärkten Reifenfüßen - an denen radial nach außen verlaufende biegesteife Wulstverstärkungen (3) anschließen - an den Felgenhörnern (5a/5b) einer Radfelge (4) anliegt, und dabei im Querschnitt mit dem äußeren Laufstreifen (7) eine symmetrische Gleichgewichtskontur einnimmt. Dabei liegt die Mittelachse (12) des Reifenlaufstreifens etwa auf der des Felgenbettes. Desweiteren zeigt die Fig. 1 das erfindungsgemäße drucksteife Stützprofil (6) das sich formschlüssig gegen und auf dem inneren Felgenhorn (5a) abstützt, und die Seitenwände des luftgefüllten Reifen nun kraftschlüssig in eine neue Querschnittskontur (10 und 11) asymmetrisch zur Radaußenseite verschiebt.

Hierdurch verlagert sich auch schon im unbelasteten Zustand die Mittelachse des Laufstreifens relativ zur Mittelachse der Radfelge weiter zur Radaußenseite (13). Diese Wirkung verstärkt sich aber unter vertikaler Einfederung des belasteten Reifens noch etwas.

Die durch das drucksteife Stützprofil (6) ausgelöste seitliche Verschiebung des biegesteifen Wulst (3) die zu der neuen Kontur (10 und 11) der Reifenseitenwände führt, erzeugt die gesuchte unsymmetrische Vorspannung eines z. B. im drucklosen und unbelasteten Zustand symmetrischen Reifens.

Claims (4)

1. Fahrzeugreifen mit einer radial verlaufenden, weitgehend symmetrischen Karkasse deren Festigkeitsträger mit ihren Enden jeweils die beiden den Reifenfuß bildenden Kernringe umschlagen, und mit konstruktiven Verstärkungen steife Wulste bilden, welche im Übergang zu radial äußeren Seitenwand-Membranen mit dem Gürtel und dem Laufstreifen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seitenwand-Außenseite innerhalb der Höhe üblicher Felgenhörner (5) ein druckfestes, asymmetrisches Stützprofil (6) erhält, welches sich formschlüssig gegen und bis auf dem oberen Rand des jeweiligen Felgenhorns (5a) an- und auflegt.

2. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Montage des Reifens das druckfeste Stützprofil (6) die biegesteife verstärkte Wulstzone (3) der Seitenwand bis zu 15° aus der Senkrechten zum Felgeneckpunkt in Richtung der Felgenmitte kippt, sodaß ein asymmetrischer Querschnitt des Reifens entsteht.

3. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß angeformte drucksteife Stützprofil (6) aus festen Werkstoffen wie Hartgummi, Kunststoffen oder Metallen besteht

4. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei laufrichtungsgebundenen Reifen das angeformte drucksteife Stützprofil (6) am innen verlaufenden Felgenhorn (5a) des Rades angeordnet ist.