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Die
Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, aufweisend einen Laufstreifen,
Seitenwände, Wulstbereiche mit zugfesten Kernen, eine Karkasse und
einen Gürtel, welcher radial oberhalb der Karkasse zwischen
der Karkasse und dem Laufstreifen angeordnet ist.
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Derartige
Fahrzeugluftreifen sind hinreichend bekannt. Üblicherweise
weisen diese „Gürtelreifen” eine Radialkarkasse
auf, was bedeutet, dass die Festigkeitsträger der Karkasse
in der Seitenansicht des Reifens in radialer Richtung verlaufen,
also einen Winkel von 90° mit der Umfangsrichtung einschießen.
Diese Reifen mit einer Radialkarkasse werden „Radialreifen” genannt.
Bei einem solchen Verlauf können die Karkassen Querkräfte
bei Kurvenfahrt sowie Umfangskräfte beim Beschleunigen nur
unzureichend aufnehmen. Sie werden daher durch andere Reifenbauteile
unterstützt und ergänzt. Ein solches Reifenbauteil
ist der Gürtel. Der Gürtel von PKW-Luftreifen
besteht meist aus 2 Gürtellagen, wobei jede Lage parallel
zueinander und voneinander beabstandete Festigkeitsträger,
zumeist Stahlkorde, aufweist, wobei die Festigkeitsträger
der beiden Lagen gegenläufig steigend angeordnet sind,
so dass die Festigkeitsträger der beiden Lagen einander kreuzend
orientiert sind. Die Festigkeitsträger schließen üblicherweise
mit der Reifenumfangsrichtung jeweils einen Gürtelwinkel
zwischen 20° und 35° ein. Der Gürtel
kann mit einer Bandage abgedeckt sein. Der Gürtel von LKW-Luftreifen
besteht meist aus drei oder mehr Gürtellagen, deren Festigkeitsträger
bestimmte Gürtelwinkel aufweisen. Der Gürtel sorgt
insbesondere bei Radialluftreifen für die Steifigkeit der Lauffläche
in Längs- und Querrichtung. Dieses dient beim Fahren der Kraftübertragung,
verbessert die Seitenführung, verringert den Abrieb und
den Rollwiderstand des Reifens.
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Bis
etwa 1970 wurden „Diagonalreifen” eingesetzt,
welche durch die oben beschriebenen Radialreifen abgelöst
worden sind. Der Diagonalreifen zeichnet sich durch eine Anzahl
von Karkasslagen aus, deren Festigkeitsträger in der Seitenaufsicht
diagonal verlaufen und einen Winkel von 26° bis 40° mit
der Umfangsrichtung des Reifens einschließen. Dieser sogenannte
Fadenwinkel bestimmt die Eigenschaften des Reifens, wie beispielsweise
den Fahrkomfort und die Seitenstabilität. Diagonalreifen
haben keinen Gürtel.
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Es
ist eine ständige Herausforderung der Fachwelt, den Anteil
des Gürtelreifens am Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs
zu verringern. Ein wichtiger typischer Indikator für den
Kraftstoffverbrauch ist der Rollwiderstand. Der Rollwiderstand wird
definitionsgemäß an frei-rollenden Rädern
gemessen, d. h. es wirk kein äußeres Moment am
Radlager.
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Ein
weiteres weniger verbreitetes Kriterium ist der Wirkungsgrad des
Reifens. Der Wirkungsgrad beschreibt in erster Linie die Leistungsflüsse
durch den Reifen bei angetriebenen Rädern. Mit Hilfe des Wirkungsgrades
wird das Verhältnis der vom Reifen an die Straße
abgegebenen Leistung zur von der Felge an den Reifen übertragenen
Leistung beschrieben.
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Im
Falle eines angetriebenen Rades herrscht am Rad ein Antriebs-, bzw.
Bremsmoment. Dieses Moment muss durch die Seitenwände des
Reifens vom Gürtel zur Felge übertragen werden.
Ein Teil dieses Momentes wird durch Zugkräfte in der Karkasse übertragen,
sobald die Karkasse infolge des Momentes aus der 90°-Lage
verschoben wird. Das Gummi zwischen den Karkassfäden wird
dabei zwangsläufig auf Schub belastet. D. h., das Gummi
befindet sich im Leistungsfluss, es wird warm und es wird Energie
dissipiert. Die Verlustleistung steigt und der Wirkungsgrad sinkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gürtel-Fahrzeugluftreifen
bereitzustellen, der einen hohen Wirkungsgrad aufweist, um den Kraftstoffverbrauch
durch den Reifen im am Fahrzeug montierten Betriebszustand zu minimieren.
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Die
Aufgabe wird einerseits dadurch gelöst, dass die Karkasse
eine einlagige Diagonalkarkasse ist, deren Festigkeitsträger
etwa einen Winkel von 45° mit der Umfangsrichtung einschließen
und dass die Festigkeitsträger derart angeordnet sind,
dass die Antriebskräfte im Normalbetrieb in Form von Zug über
die Festigkeitsträger der Karkasse aufnehmbar sind.
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Die
Aufgabe wird andererseits bei einem Gürtelreifen mit einer
zumindest einlagigen Radialkarkasse mit in etwa mit 90° zur
Umfangsrichtung angeordneten Festigkeitsträgern dadurch
gelöst, dass eine weitere Verstärkungslage – im
Querschnitt des Reifens betrachtet – zumindest in einer
Höhe vom Kern bis zum Gürtel reichend, in jeder
Reifenseitenwand angeordnet ist und dass die Festigkeitsträger dieser
Verstärkungslage derart in der Verstärkungslage
angeordnet sind, dass sie in etwa einen Winkel von 45° mit
der Umfangsrichtung einschließen, derart, dass die Antriebskräfte
in Form von Zug über die Festigkeitsträger der
weiteren Verstärkungslage aufnehmbar sind.
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Insbesondere
im Hinblick auf elektrobetriebene Fahrzeuge ist dieses von Interesse.
Denn nicht nur beim Antreiben hat der Reifen einen höheren
Wirkungsgrad, was zu einer vergrößerten Reichweite führt.
Gleichzeitig wird beim Bremsen ein größerer Teil
der Bremsenergie in die Batterie zurückgeführt, weil
weniger Energie im Reifen dissipiert wird.
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Erfindungswesentlich
ist, dass der Fahrzeugluftreifen einen Gürtel aufweist,
zudem aber auch Festigkeitsträgerlagen zumindest in den
Reifenseitenwänden mit in etwa in 45° zur Umfangsrichtung
verlaufenden Festigkeitsträgern, welche Kräfte vom
Gürtel zur Felge leiten können. Diese Festigkeitsträgerlage
ist in der einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung eine Diagonalkarkasse, wobei auf die Radialkarkasse
verzichtet ist. In der anderen erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung ist diese Festigkeitsträgerlage mit den
in etwa in 45° zur Umfangsrichtung verlaufenden Festigkeitsträgern
eine in jeder Seitenwand des Reifens angeordnete Lage, welche zusätzlich
zur Radialkarkasse angeordnet ist.
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Es
hat sich gezeigt, dass insbesondere beim auf die Felge des angetriebenen
Fahrzeugrades aufgezogenen erfindungsgemäßen Reifen
die Übertragung des Antriebsmomentes vom Gürtel über
die Seitenwand zur Felge gut und ohne viel Energie zu dissipieren
erfolgt, so dass der Wirkungsgrad optimiert ist. Denn ein Teil dieses
Antriebsmomentes wird durch die auf Zug belasteten Festigkeitsträger
in der Seitenwand übertragen. Diese Übertragung
erfolgt in der einen erfindungsgemäßen Lösung über
die Festigkeitsträger der Diagonalkarkasse und in der anderen
erfindungsgemäßen Lösung über
die in etwa diagonal verlaufenden Festigkeitsträger der
Festigkeitsträgerlage. Das Gummi der Karkasse wird weniger auf
Schub belastet, das Gummi wird weniger warm und weniger Energie
wird dissipiert.
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Vorteilhaft
ist es für die eine vorgeschlagene erfindungsgemäße
Lösung, wenn die Karkasse eine zweilagige Diagonalkarkasse
ist, deren Festigkeitsträger etwa einen Winkel von 45° mit
der Umfangsrichtung einschließen und wenn die Festigkeitsträger der
einen Karkasslage kreuzend zu den Festigkeitsträgern der
anderen Karkasslage angeordnet sind. So können nicht nur
Antriebs- sondern auch Bremskräfte gut übertragen
werden.
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Vorteilhaft
für die andere vorgeschlagene erfindungsgemäße
Lösung ist es, wenn zwei weitere Verstärkungslagen – im
Querschnitt des Reifens betrachtet – zumindest in einer
Höhe vom Kern bis zum Gürtel reichend, in jeder
Seitenwand im Reifen angeordnet sind und wenn die Festigkeitsträger
dieser Verstärkungslage derart in den beiden Verstärkungslagen
angeordnet sind, dass diese etwa einen Winkel von 45° mit
der Umfangsrichtung einschließen, wobei die Festigkeitsträger
der einen Verstärkungslage kreuzend zu den Festigkeitsträgern
der anderen Verstärkungslage angeordnet sind. So können
nicht nur Antriebs- sondern auch Bremskräfte gut übertragen werden.
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Vorteilhaft
für die andere vorgeschlagene erfindungsgemäße
Lösung ist es, wenn in der Seitenwandgummierung des Reifens
Kurzfasern eingemischt sind, die im wesentlichen einen Winkel von 45° zur
Umfangsrichtung einnehmen. Auf diese Weise kann die Umfangssteifigkeit
des Reifens in wenigsten eine Richtung vergrößert
werden, so das der erwünsche vergrößerte
Wirkungsgrad entweder beim Antreiben oder Bremsen eintritt.
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Vorteilhaft
für die andere vorgeschlagene erfindungsgemäße
Lösung ist es, wenn der Reifen ähnlich einem SSR-Reifen
mit einem vergleichsweise sehr dünnen Insert versehen wird.
In diesem Insert sind Kurzfasern beigemischt, die im Wesentlichen
einen Winkel von 0°–90° und vorzugsweise
einen Winkel von 45° zur Umfangsrichtung einnehmen. Auf
diese Weise kann die Umfangssteifigkeit des Reifens in wenigstens
eine Richtung vergrößert werden, so dass der erwünschte
vergrößerte Wirkungsgrad entweder beim Antreiben
oder Bremsen eintritt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Verstärkungslage(n) eine Diagonalkarkasslage(n)
ist (sind).
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Zweckmäßig
ist es, wenn der Fahrzeugluftreifen ein Notlaufreifen mit im Querschnitt
mondsichelförmigen Verstärkungsprofilen in den
Seitenwänden ist. Vorteilhaft ist insbesondere, dass der
Temperaturaufbau im Bereich der Karkassgummierung vermindert ist,
so dass ein verfrühter Ausfall während des Notlaufs
durch zu hohe Temperaturen vermieden ist und eine verlängerte
Notlaufstrecke erhaltbar ist. Diese Notlaufreifen heißen
SSR (Self Supporting Runflat)-Reifen und zeichnen sich dadurch aus,
dass die Verstärkungsprofile im Querschnitt mondsichelförmig
ausgeführt sind und aus Gummi bestehen, wobei die Eigenschaften
des Gummimaterials sicher stellen sollen, dass die Verstärkungsprofile
in der Lage sind, den Reifen bei einem gewissen Druckverlust im
Pannenfall über einen gewissen Laufweg selbstragend zu
erhalten. Ein derartiger Reifen ist beispielsweise aus der
DE 2 331 530 A1 bekannt
geworden.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der Zeichnungen, die schematische Ausführungsbeispiele
darstellen, näher erläutert. Es zeigen die:
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1 einen
Querschnitt einen hälftigen Fahrzeugluftreifen;
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2 eine
Seitenaufsicht auf die Verstärkungslage des Reifens der 1;
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3 eine
Reifenseitenaufsicht auf die Verstärkungslagen eines anderen
erfindungsgemäßen Reifens.
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Die 1 zeigt
schematisch den Querschnitt durch die Hälfte eines Fahrzeugluftreifens
für Personkraftwagen. Der Reifen weist eine bei der dargestellten
Ausführungsform einlagig ausgeführte Radialkarkasse 1 auf,
welche beispielsweise Polyesterfäden als Verstärkungselemente
enthält. Der Reifen weist ferner einen profilierten Laufstreifen 2,
einen aus zwei Gürtellagen 3a, 3b bestehenden
Gürtel 3, eine luftdichte Innenschicht 4 und
Wulstbereiche mit je einem Wulstkern 6 aus Stahl und einem
Kernprofil 7 auf, welches auf dem Wulstkern 6 und
gleichermaßen wie dieser ringförmig in Umfangsrichtung
umlaufend angeordnet ist. Die Karkasse 1 ist von axial
innen nach axial außen um die Wulstkerne 6 herumgeschlagen,
ihr freier Endabschnitt, der Karkasshochschlag 1a, endet
radial außerhalb der Kernprofile 7. Die beiden
Gürtellagen 3a, 3b können in
bekannter Weise aus in eine Gummimischung eingebetteten Stahlkord-Festigkeitsträgern 9 bestehen,
wobei die Stahlkorde 9 in den beiden Gürtellagen 3a, 3b jeweils parallel
zueinander, die Stahlkorde 9 in der einen Gürtellage 3a jedoch
zu den Stahlkorden 9 in der anderen Gürtellage 3b gekreuzt
verlaufen, wobei der Winkel, den die Stahlkorde mit der Umfangsrichtung (Pfeil)
einschließen, in der Größenordnung von
20° beträgt. Der Gürtel 3 ist
mit einer Bandage 5 bedeckt, die ebenfalls in bekannter
Weise ausgeführt sein kann, und beispielsweise als Festigkeitsträger
Nylonfäden enthält.
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In
jeder Seitenwand 12 ist je eine weitere Verstärkungslage 9 angeordnet,
die über die Höhe h vom Kern 6 bis zum
Gürtel 8 reicht. Die Festigkeitsträger 10 dieser
Verstärkungslage 9 sind Korde und derart in der
Verstärkungslage 9 angeordnet, dass sie in etwa
einen Winkel von 45° mit der Umfangsrichtung einschließen.
Derart können die Antriebskräfte in Form von Zug über
die Festigkeitsträger 10 der weiteren Verstärkungslage 9 aufgenommen
und übertragen werden.
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Die 2 zeigt
eine Aufsicht auf die weitere Verstärkungslage 9 in
der Reifenseitenwand 12 des Reifens der 1 und
den Gürtel 3. Die Bewegungsrichtung des angetriebenen
Rades ist durch den Pfeil dargestellt. Die weitere Verstärkungslage 9 zeigt
die Anordnung der Festigkeitsträger 10, von denen
hier beispielhaft nur 3 Festigkeitsträger dargestellt sind. Die
Festigkeitsträger 10 dieser Verstärkungslage 9 sind
Korde, welche derart in der Verstärkungslage 9 angeordnet
sind, dass sie in etwa einen Winkel α1 von etwa 45° mit
der Umfangsrichtung (unterer Pfeil) einschließen. Derart
können die Antriebskräfte in Form von Zug über
die Festigkeitsträger 10 der weiteren Verstärkungslage 9 aufgenommen
und übertragen werden.
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Die 3 zeigt
eine Aufsicht auf zwei weitere Verstärkungslagen 9, 11 in
der Reifenseitenwand 12 des Reifens der 1 und
den Gürtel 3. Die Bewegungsrichtung des angetriebenen
Rades ist durch den Pfeil dargestellt. Die weiteren Verstärkungslagen 9, 11 zeigen
die Anordnung der Festigkeitsträger 10, von denen
hier beispielhaft nur je 3 Festigkeitsträger je Verstärkungslage 9, 11 dargestellt
sind. Die beiden Verstärkungslagen 9, 11 liegen übereinander,
also in der Blattebene hintereinander, sind aber der Übersicht
halber nicht als zwei gesonderte Lagen dargestellt, so dass die
Anordnung der Festigkeitsträger 10 beider Lagen
zueinander gut erkennbar ist. Die Festigkeitsträger 10 dieser
Verstärkungslagen 9, 11 sind Korde, welche
derart in den Verstärkungslagen 9, 11 angeordnet
sind, dass sie in der einen Verstärkungslage 9 etwa
einen Winkel α1 von etwa 45° mit der Umfangsrichtung
(unterer Pfeil) einschließen und in der anderen Verstärkungslage 11 etwa
einen Winkel α2 von etwa –45° einnehmen
und derart die Festigkeitsträger 10 der einen
Lage 9 kreuzend und gegenläufig zur anderen Lage 11 orientiert
sind. Derart können die Antriebs- und Bremskräfte
in Form von Zug über die Festigkeitsträger 10 der
weiteren Verstärkungslagen 9, 11 aufgenommen
und übertragen werden.
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Der
Begriff „Normalbetrieb” bedeutet in dieser Anmeldung
in Vorwärtsfahrt des betreffenden Kraftfahrzeuges.
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- 1
- Karkasse
- 2
- Laufstreifen
- 3
- Gürtellage
- 4
- Innenschicht
- 5
- Bandage
- 6
- Wulstkern
- 7
- Kernprofil
- 8
- Gürtelkante
- 9
- Verstärkungslage
- 10
- Festigkeitsträger
- 11
- Verstärkungslage
- 12
- Seitenwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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