DE10128592A1 - Luftreifen mit verbesserten Eigenschaften - Google Patents

Abstract

Ein Luftreifen mit verbesserter Schneetraktion und Laufflächenhaltbarkeit, einem leiseren Abrollgeräusch sowie einem besseren Verhalten weist eine Teilung von 80 bis 105 und eine Lamellendichte von 1,0 bis 1,1 auf. Der Reifen hat eine rechteckige Aufstandsfläche mit einem Formfaktor von 1,0 bis 1,25. Der Reifen weist einen in Bezug auf den Schulterbereich offeneren Mittel- und Zwischenbereich auf und hat Querrillen mit einer Tiefe von 50 bis 100% der Profiltiefe, wobei die Rillen zu den Mittel- und Zwischenbereichen hin niedriger werden.

Description

Hinterrund dieser Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Luftreifen, die eine verbesserte Schneetraktion und Laufflächenhaltbarkeit, ein leiseres Abrollgeräusch sowie ein besseres Verhalten bei nasser und trockener Fahrbahn aufweisen.

Die Eigenschaften von Luftreifen werden ständig verbessert. Diese kontinuierliche Verbesserung verdankt sich dem Wettbewerb zwischen den Reifenherstellern sowie den Wünschen der Fahrzeughersteller. In gewissem Maß werden Verbesserungen bei Erstausstattungsreifen durch den Wettbewerb zwischen den Fahrzeugherstellern vorangetrieben.

Manchmal handelt es sich bei den Verbesserungen um völlig neue und revolutionäre Reifenkonstruktionen, manchmal aber nur um schrittweise Änderungen, die ein Fahrzeughersteller für seine Erstausstattung vom Reifenhersteller verlangt. Relativ geringe Änderungen bei der Laufflächengestaltung und den verwendeten Materialien können bedeutende Unterschiede bei den Reifeneigenschaften bewirken, und solche Unterschiede entscheiden darüber, ob man die Anforderungen erfüllt oder vom Erstausstattungskunden abgelehnt wird.

Reifen, die ähnlich wie der erfindungsgemäße Reifen aufgebaut sind, wurden nach Berichten von Erstausstattern in den letzten Jahren mit zufriedenstellendem Erfolg verwendet. Änderungen bei der Fahrzeugkonstruktion, insbesondere am Fahrwerk, erfordern Änderungen an den Reifen, wobei das Ziel immer darin besteht, Reifen und Fahrzeug optimal aufeinander abzustimmen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Gebrauchseigenschaften einer Reifenserie, die derzeit im Handel ist, zu verbessern.

Weitere Aufgaben dieser Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen hervor.

Definitionen

Wulst: der Teil des Reifens, der ein ringförmiges elastisches Element umfasst, das von Karkassenfäden umschlungen ist und - mit oder ohne anderen Verstärkungselementen, wie Taschen, Gewebe, Kernreitern, Falzen und Abriebprotektoren - so geformt ist, dass es auf die vorgeschriebene Felge passt.
Karkasse: der Teil des Reifens ausschließlich des Gürtels, der Aufstandsfläche, des Laufstreifens und des auf den Karkassenlagen aufgebrachten Seitenwandgummis, aber einschließlich der Wulste.
Berührungsstelle: bei einer Aufstandsfläche, die durch breite "leere" Bereiche unterteilt ist, ein Teil, der mit dem Boden in Berührung gelangt.
Krone: äußerer Teil der Karkasse, im Wesentlichen zwischen den seitlichen Begrenzungen der Lauffläche.
Äquatorialebene (EP): die Ebene, die senkrecht zur Drehachse des Reifens steht und durch den Mittelpunkt der Lauffläche verläuft.
Aufstandsfläche: Fläche des Reifens, mit der er im Stand unter zulässiger Belastung und bei vorgeschriebenem Luftdruck eine ebene Fläche berührt.
Netto-Brutto-Verhältnis der Aufstandsfläche: bezieht sich auf die tatsächliche Aufstandsfläche eines belasteten Reifens und drückt das Verhältnis der den Boden berührenden Fläche der Lauffläche zur gesamten Aufstandsfläche, einschließlich der leeren Bereiche der Rillen, aus.
Rille: länglicher leerer Bereich in einer Lauffläche, der gerade, kurvig oder zickzackförmig in Querrichtung oder Umfangsrichtung über die Lauffläche verläuft. Rillen bleiben in der Aufstandsfläche eines Reifens gewöhnlich offen. In Umfangsrichtung oder quer verlaufende Rillen haben manchmal gemeinsame Abschnitte und lassen sich in "breite" und "schmale" unterteilen. Die Rillen können unterschiedliche Tiefen aufweisen. Wenn solche schmalen oder breiten Rillen in Bezug auf breite umlaufende Rillen, die sie verbinden, wesentlich niedriger sind, bilden sie so genannte "Traversen", die dem betreffenden Laufflächenbereich einen rippenähnlichen Charakter verleihen.
Stollen: unterbrochene radiale Aufstandsflächengummireihen, die mit der Straßenoberfläche in Berührung gelangen.
Netto-Brutto-Verhältnis: bezieht sich auf das Verhältnis der den Boden berührenden Fläche einer Lauffläche zur gesamten Lauffläche.
Luftreifen: laminierte mechanische Vorrichtung mit im Wesentlichen torischer Form (gewöhnlich offen), die Wulste und eine Lauffläche aufweist und aus Gummi, Chemikalien, Gewebe und Stahl oder anderen Materialien hergestellt ist. Wenn der Reifen am Rad eines Kraftfahrzeugs montiert ist, führt er mittels seiner Lauffläche die Traktion herbei und enthält die Luft, die die Last des Fahrzeugs trägt.
Radial: Radialrichtung in Bezug auf die Drehachse des Reifens.
Schulter: der obere, sich unmittelbar unterhalb des Laufflächenrands befindende Teil einer Seitenwand.
Seitenwand: der Bestandteil, der einen Abschnitt der Reifenaußenfläche, der sich zwischen der Lauffläche und dem Wulst befindet, umfasst.
Lamellen: kleine, in den Rippen eines Reifens gebildete Schlitze, die die Lauffläche unterteilen und die Traktion verbessern. In der Aufstandsfläche schließen sich die Lamellen meist.
Schlitze: längliche leere Bereiche, die durch Stahlklingen, die in eine (spanabhebend bearbeitete) Gießform oder einen Laufflächenring eingesetzt werden, gebildet werden. Schlitze bleiben in der Aufstandsfläche gewöhnlich offen. In den beigefügten Zeichnungen sind die Schlitze nur durch Linien wiedergegeben, da sie so schmal sind.
Lauffläche: gegossener Bestandteil aus Gummi, der wenn er auf eine Reifendecke geklebt wird, den Teil des Reifens umfasst, der mit der Straße in Berührung kommt, wenn der Reifen normal aufgepumpt und normal belastet ist.
Laufflächenbreite: Bogenlänge der mit der Straße in Berührung kommenden Laufflächenoberseite in Axialrichtung, d. h. in einer Ebene, die parallel zur Drehachse des Reifens verläuft.
Umschlag: das um einen Wulst geschlungene Ende einer Karkassenlage.

Zusammenfassung dieser Erfindung

Ein Luftreifen umfasst mindestens ein Paar ringförmiger Wulste, mindestens eine um die Wulste geschlungene Karkassenlage, eine auf der Karkassenlage im Kronenbereich des Reifens angebrachte Lauffläche, und zwischen der Lauffläche und den Wulsten angebrachte Seitenwände, wobei das Laufflächenmuster Stollen aufweist, die durch sich kreuzende Querrillen und umlaufende Rillen gebildet sind. Die Verbesserung umfasst ein Laufflächenmuster mit einer Teilung von 80 bis 105 und einer Lamellendichte in den Stollen von 1,0 bis 1,1 Lamellen pro Teilungsfeld.

Bei der abgebildeten Ausführung weist der Reifen vier umlaufende Rillen und eine Teilung von 98 mit einer PJ-5-Teilungsfolge auf. Der Reifen weist in den Mittel- und Zwischenstollenabschnitten ein Netto-Brutto-Verhältnis von zusammen 0,58 bis 0,62, in den Schulterabschnitten ein Netto-Brutto-Verhältnis von 0,75 bis 0,8 und insgesamt ein Netto-Brutto-Verhältnis von 0,646 auf.

Der dargestellte Reifen hat eine rechteckige Aufstandsflächenform und einen Aufstandsflächenformfaktor von 1,0 bis 3,0, vorzugsweise 1,0 bis 1,25.

Die Lamellen im Schulterbereich des Reifens sind im Wesentlichen rechtwinklig zur Äquatorialebene des Reifens angeordnet. Die Querrillen weisen im Schulterbereich des Reifens eine im Wesentlichen volle Profiltiefe auf und verjüngen sich zur Mitte des Reifens hin zu weniger als der vollen Profiltiefe. Insbesondere weisen die Querrillen im Schulterbereich des Reifens im Wesentlichen die volle Profiltiefe und Traversen mit der halben Profiltiefe auf und verjüngen sich zur Mitte des Reifens hin zu 2/3 der vollen Profiltiefe.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Reifens.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Teils der Lauffläche des erfindungsgemäßen Reifens.

Fig. 3 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Teils von Fig. 2.

Fig. 4 zeigt die Form der Aufstandsfläche eines erfindungsgemäßen Reifens.

Detaillierte Beschreibung dieser Erfindung

Im Folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Der dargestellte Reifen (10) weist einen Laufflächenabschnitt (18) mit zwei umlaufenden Rillen (17) an der Schulter und zwei umlaufenden Rillen (19) in der Mitte auf. Die umlaufenden Rillen (17, 19) unterteilen die Lauffläche in fünf Abschnitte, zwei Schulterabschnitte (18A), zwei Zwischenabschnitte (18B) und einen Mittelabschnitt (18C). Zur Vereinfachung der Beschreibung wird hier festgelegt, dass die sich in diesen Abschnitten befindenden Stollen von der Mitte der umlaufenden Rillen umrandet werden, so dass die Begriffe "Laufflächenabschnitte" (18A, 18B, 18C) und "Stollen" (18A, 18B, 18C) in dieser Schrift austauschbar sind.

Der Reifen (10) weist zwei im Wesentlichen parallele ringförmige Wulste (12) auf, um die herum mindestens eine Karkassenlage (14) geschlungen ist. Die Endabschnitte der Karkassenlage(n) (14), die um die Wulste (12) geschlungen sind, werden Umschläge (14A) genannt. Zwischen dem Hauptkörper der Karkassenlage(n) (14) und seinem Umschlag ist ein Wulstfüller (15) angeordnet. Im Bereich zwischen den Wulsten (12) und der Lauffläche (18) sind auf der Karkassenlage (14) Seitenwände (16) angeordnet.

Nun wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Die dargestellte Lauffläche (18) dieser Erfindung weist ein ungerichtetes Muster auf. Mit "ungerichtet" ist gemeint, dass unabhängig davon, auf welcher Fahrzeugseite der Reifen montiert wird, das gleiche Laufflächenmuster zu sehen ist.

Die Erfinder kamen auf die Idee, durch Erhöhung der Teilung des Reifens die Schneetraktion zu verbessern. Herkömmliche Reifen weisen zwar im Allgemeinen eine Teilung von 56 bis 72 auf, aber die Erfinder stellten sich vor, dass bei einer höheren Teilung, z. B. 80 bis 105, die kleineren Stollen, die für diese Teilung auf dem Umfang eines Reifens erforderlich sind; die Anzahl der Angriffsflächen an den Stollenkanten erhöhen. Außerdem nahmen sie an, dass durch die kleineren Stollen die Stollenkanten weniger heftig auf die Fahrbahn aufprallen und somit das Abrollgeräusch verringert wird.

Durch die Hinzufügung von Lamellen (21, 21a, 21b) entstehen an der Lauffläche weitere Angriffsflächen, wobei auch die Flexibilität der Lauffläche erhöht wird. Bei dem abgebildeten Reifen dieser Erfindung sind die Lamellen im Wesentlichen rechtwinklig zur Äquatorialebene des Reifens angeordnet. Die Lamellen erstrecken sich mehr oder weniger über die gesamte Länge eines Teilungsfelds und unterteilen dieses in zwei oder mehr im Wesentlichen gleich große Segmente. In den größeren Teilungsfeldern sind zwei oder mehr solcher Lamellen vorgesehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Reifen beträgt die Lamellendichte 1,0 bis 1,3 pro Teilungsfeld. Das in Fig. 2 dargestellte Laufflächenmuster weist 1,12 Lamellen pro Teilungsfeld auf.

Die durch die Lamellen und der hohen Anzahl an Teilungsfeldern bewirkte zusätzliche Flexibilität der Lauffläche erleichtert es der Lauffläche, sich Unebenheiten der Fahrbahn anzupassen, und ermöglicht weichere Übergänge an den Berührungsstellen der Lauffläche, was anscheinend die Krümmung der Lauffläche in der Aufstandfläche verringert. Letzteres verbessert das Fahr- und Lenkverhalten und wirkt einer ungleichmäßigen Abnutzung sowie der Gesamtabnutzung des Reifens entgegen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Reifen wurde eine Teilung von 98 mit einer 5- Teilungsfeldfolge angewandt. Mit "5-Teilungsfeldfolge" ist gemeint, dass fünf verschiedene Stollengrößen verwendet wurden, wobei jede Stollengröße ein Teilungsfeld repräsentiert.

Zusätzlich zu der erhöhten Teilung wurde der erfindungsgemäße Reifen gegenüber dem herkömmlichen Reifen verändert, indem ein offenerer Mittel- und Zwischenbereich geschaffen wurde. Damit ist gemeint, dass der leere Bereich des Mittelabschnitts (18C) und der Zwischenabschnitte (18B) in Bezug auf den leeren Bereich des vergleichbaren Teils des herkömmlichen Reifens als auch in Bezug auf den leeren Bereich der Schultern des erfindungsgemäßen Reifens vergrößert wurde. Der leere Bereich eines Reifens kann als Netto-Brutto-Verhältnis angegeben werden. Wenn man die Abschnitte 18B, 18C des dargestellten Reifens dieser Erfindung zusammennimmt, beträgt dort das Netto-Brutto-Verhältnis 0,605, während es bei der gesamten Lauffläche 0,646 beträgt. Im Schulerbereich des Reifens beträgt das Netto-Brutto- Verhältnis 0,75 bis 0,8. Die Erfinder sind der Überzeugung, dass diese Erfindung zu vorteilhaften Eigenschaften führt, wenn das Netto-Brutto-Verhältnis bei dem Mittelabschnitt (18C) und den Zwischenabschnitten (18B) zusammen 0,58 bis 0,62, vorzugsweise 0,60 bis 0,61, und beim gesamten Reifen 0,64 bis 0,66 beträgt.

Das niedrigere Netto-Brutto-Verhältnis in den mittleren Abschnitten 18B, 18C wird erreicht durch Querrillen (20, 22) und umlaufende Rillen (17, 19), die breiter sind als diejenigen des herkömmlichen Reifens. Die umlaufenden Rillen (17, 19) machen zusammen 18 bis 24% des leeren Bereichs der Laufflächenbreite aus. Bei der abgebildeten Ausführung machen die umlaufenden Rillen (17, 19) zusammen 21% der Laufflächenbreite aus.

Im Vergleich zum herkömmlichen Reifen sind Querrillen (29) im Schulterabschnitt (18A) des Reifens schmaler, wodurch der Reifen einen festeren Schulterbereich (18A) erhält. Es wird angenommen, dass dieser festere Schulterbereich den Griff und die Lenkbarkeit des Reifens verbessert.

Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die Querrille (29) am mittleren Teil des Stollens (18A) vordere Abschrägungen (28) und hintere Abschrägungen (28A) auf. Es wird angenommen, dass diese Abschrägungen das Abrollgeräusch des Reifens verringern. Zusätzlich sind an den Vorder- und Hinterkanten der Stollen, wo die Stollen spitz zulaufen, Abschrägungen (30, 30A) vorgesehen. Von diesen Abschrägungen (30, 30A) wird angenommen, dass sie einer ungleichmäßigen Abnutzung des Reifens entgegenwirken. Außerdem sollen sie einen Verlust der Ecken in der Gießform verhindern, wenn der Reifen nach dem Aushärten aus der Gießform genommen wird.

Wie in Fig. 4 gezeigt, hat die Aufstandsfläche (40) des Reifens (10), wenn dieser mit 35 psi aufgepumpt und mit 590 kg belastet ist, eine im Wesentlichen rechteckige Form und einen Aufstandsflächenformfaktor von 1,0 bis 1,25. Es wird angenommen, dass die rechteckige Form der Aufstandsfläche zu der ausgezeichneten Lenkbarkeit und der Verringerung der ungleichmäßigen als auch der Gesamtabnutzung sowie den anderen verbesserten Eigenschaften, die beim weiter unten beschriebenen Beispiel beobachtet wurden, beiträgt.

Der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Reifen weist einen Aufstandsflächenfaktor von etwa 1,15 auf. Der Aufstandsflächenfaktor gibt das Verhältnis der Länge der Aufstandsfläche an der Mittellinie (CL) zur Länge der Aufstandsfläche an der Schulter an, wie von Hubbell et al. in der US-Patentschrift 5 733 393, auf deren Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird, definiert.

Wie in der Patentschrift von Hubbell et al. und in "Mechanics of Pneumatic Tires", einer Veröffentlichung des US Department of Transportation, sowie weiteren Veröffentlichungen dargestellt, wird die Aufstandsfläche eines Reifens von dem Aufbau der Karkasse, den Materialien und der Anzahl und den Fadenwinkeln der Kronenverstärkung, der Härte des Laufflächengummis, der Flexibilität der Seitenwände, der Länge des Umschlags der Karkasse, der Länge der Fäden der Karkasse, der Breite der Kronenverstärkung, die Form der Gießform des Reifens sowie der Anzahl der Karkassenlagen und dem Winkel der Karkassenlagenverstärkung, der Last und der Größe des Reifens beeinflusst. Der Fachmann kann den Aufstandsflächenfaktor dieser Erfindung erreichen, indem er diese Parameter für spezielle Reifenkonstruktionen anpasst.

Der erfindungsgemäße Reifen kann unter Verwendung einer β-Teilungsfolge, einer RPAH-Folge oder einer anderen Teilung, die sich für eine bestimmte Straßenoberfläche oder einen besonderen Zweck als geeignet erwiesen hat, hergestellt werden. Bei der dargestellten Ausführung wird eine PJW-5-Teilungsfeldfolge, wie sie von Wesolowski in den US-Patentschriften 5,743,974, 5,753,057, 5,759,310 und 5,759,312 definiert ist, verwendet.

Die Teilung bei Reifen ist eingehend beschrieben, beispielsweise in der US- Patentschrift 4,474,223 von Landers und den dort zitierten Schriften und den Schriften, in denen diese Patentschrift zitiert wird.

Im Folgenden wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Karkasse des Reifens kann einen Umschlag (14A) und einen hohen Wulstfüller (15) umfassen, um die Steifigkeit der Seitenwand zu erhöhen.

Bei dem dargestellten Reifen dieser Erfindung umfasst die Karkasse eine um die Wulste (12) geschlungene Karkassenlage (14) aus Polyester und einen Wulstfüller (15), der sich im Wesentlichen bis zur mittleren Höhe des Reifens erstreckt. Der Wulstfüller (15) ist zwischen dem Körper der Karkassenlage (14) und ihrem Umschlag (14A) angeordnet. Im Hohlraum des Reifens kann auf der mindestens einen Karkassenlage (14) eine Innenseele (27) angebracht sein.

Bei der dargestellten Ausführung umfasst die Karkassenverstärkung Polyesterfäden und die Gürtelverstärkung 1500/2-Stahlfäden.

Der Fachmann erkennt, dass andere Umfangsverstärkungen, einschließlich herkömmlicher Stahlgürtel mit Bandagen, sowie andere geeignete Konstruktionen bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Reifens verwendet werden können.

Der Laufflächengummi wird auf konventionelle Weise unter Verwendung herkömmlicher Initiatoren und Beschleuniger präpariert. Für die Lauffläche verwendbare Gummizusammensetzungen sind in der US-Patentschrift 5,319,026, auf deren Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben.

Die Aufstandsfläche ist länglich geformt, wobei ihre Länge etwa 105 bis 115% ihrer Breite beträgt. Bei der dargestellten Ausführung beträgt die Aufstandsflächenlänge etwa 110% der Aufstandsflächenbreite.

Für die weitere Beschreibung dieser Erfindung wird folgendes Beispiel verwendet.

Beispiel

Ein Reifen der Größe 215/70R15 und mit einer Teilung von 95 wurde so konstruiert, wie in dieser Schrift beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Der Reifen mit der Bezeichnung BZ wurde zur Kontrolle mit dem besten erhältlichen konkurrierenden Reifen, der für einen ähnlichen Zweck entworfen wurde, verglichen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Die Kilometerleistung eines Reifens wird bestimmt, indem die Kilometerleistung der einzelnen Reifen eines Fahrzeugs addiert und durch vier geteilt wird. Die Daten zeigen, dass der erfindungsgemäße Reifen haltbarer ist als der Kontrollreifen. Der erfindungsgemäße Reifen schneidet im Vergleich zum Kontrollreifen auch besser ab, was das Verhalten bei Schnee und Nässe, die Schneetraktion und das Geräusch betrifft.

Claims (8)

1. Luftreifen mit mindestens einem Paar ringförmiger Wulste, mindestens einer um diese Wulste geschlungenen Karkassenlage, einer auf dieser Karkassenlage im Kronenbereich dieses Reifens angebrachten Lauffläche, und zwischen der Lauffläche und den Wulsten angebrachten Seitenwänden, wobei das Laufflächenmuster Stollen aufweist, die durch sich kreuzende Querrillen und umlaufende Rillen gebildet sind, gekennzeichnet durch ein Laufflächenmuster mit einer Teilung von 80 bis 105 und einer Lamellendichte in den Stollen von 1,0 bis 1,1 Lamellen pro Teilungsfeld.

2. Reifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vier umlaufende Rillen.

3. Reifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Teilung von 98.

4. Reifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Netto-Brutto-Verhältnis in den Mittel- und Zwischenstollenabschnitten von zusammen 0,58 bis 0,62 und ein Netto- Brutto-Verhältnis in den Schulterabschnitten von 0,75 bis 0,8.

5. Reifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine rechteckige Aufstandsflächenform und einen Aufstandsflächenfaktor von 1,0 bis 1,25.

6. Reifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Lamellen, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Äquatorialebene des Reifens angeordnet sind.

7. Reifen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Querrillen, die im Schulterbereich des Reifens eine im Wesentlichen volle Profiltiefe aufweisen und sich zur Mitte des Reifens hin zu weniger als der vollen Profiltiefe verjüngen.

8. Reifen nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Querrillen, die im Schulterbereich des Reifens im Wesentlichen die volle Profiltiefe und Traversen mit der halben Profiltiefe aufweisen und sich zur Mitte des Reifens hin zu 2/3 der vollen Profiltiefe verjüngen.