DE102009044418A1

DE102009044418A1 - Fahrzeugreifen für Nutzfahrzeuge mit einem optimierten Laufstreifen/Gürtelbreitenverhältnis

Info

Publication number: DE102009044418A1
Application number: DE102009044418A
Authority: DE
Inventors: Jens Kleffmann
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: DE102009044418B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen für Nutzfahrzeuge mit einem Laufstreifen. Um einen Fahrzeugreifen bereitzustellen, bei dem die Gürtelkonstruktion und die Laufstreifenbreite optimal an die auf den Fahrzeugreifen wirkenden Belastungen angepasst ist, wird vorgeschlagen, dass sich zu beiden Seiten des Laufstreifens schulterartige, durch Stufung gebildete, mit der Fahrbahn nicht in Berührung stehende Aussparungen (10) befinden, von denen aus sich die Seitenwände radial nach innen zu den Reifenwülsten (12) hin erstrecken und das Gürtelpaket (1) aus 4 bis 6 übereinanderliegenden einzelnen Gürtellagen (4, 5, 6, 7) mit in einem unterschiedlichen Winkel ausgerichteten Festigkeitsträgern gebildet wird, wobei zumindestens die sich radial am weitesten auswärts befindende Gürtellage, eine geringere Breite als die Laufflächenbreite aufweist und mindestens eine Gürtellage des Paketes breiter als die Lauffläche ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen für Nutzfahrzeuge, Busse und Anhänger mit einem Laufstreifen mit einem Laufstreifenprofil, einer Reifenkarkasse, Seitenwänden, Reifenwülsten mit Wulstkernen und einem Gürtel mit parallel zueinander angeordneten Festigkeitsträgern.
Der Gürtel eines LKW-Reifens besteht in der Regel aus mehreren übereinander liegenden Gürtellagen mit gegenläuftigen Steigungen der eingebetteten Festigkeitsträger.
Es ist bekannt, bei LKW-Reifen eine Vielzahl von Gürtellagen übereinander anzuordnen, wobei die Orientierung der Festigkeitsträger sich in der Aufsicht zum Teil kreuzen. Die Breite der einzelnen Gürtellagen hat einen entscheidenen Einfluss auf die Fahreigenschaften und den Rollwiderstand des Fahrzeugreifens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugreifen bereitzustellen, bei dem die Gürtelkonstruktion und die Laufstreifenbreite optimal an die auf den Fahrzeugreifen wirkenden Belastungen angepasst ist.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem Oberbegriff und den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1.
Aus DE 3313535 A1 ist bekannt, das das Verhältnis der Gürtelbreite zur Laufflächenbreite u. a. für die Rollwiderstandsoptimierung ein wichtiges Kriterium darstellt. Um ein hohes Verhältnis zwischen Gürtelbreite und Laufflächenbreite sicherzustellen, weist der Reifen zu beiden Seiten seines Laufstreifens schulterartige, durch Stufung gebildete, mit der Fahrbahn nicht in Berührung kommende Verbreiterungen auf, von denen aus sich die Seitenwände radial nach innen zu den Reifenwülsten hin erstrecken,
In der erwähnten Patentschrift wurde das gesamte Gürtelpaket so angeordnet, daß die Breite sämtlicher Gürtellagen die Breite der Lauffläche überschreitet.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine derartige Anordnung vor dem Hintergrund der Rollwiderstandsoptimierung nicht das Optimum darstellt.
Damit ein Gürtel seinen Funktionen, wie z. B.

– einen langsamen und gleichmaßigen Abrieb zu gewährleisten oder
– Sicherheit gegen das Durchdringen von in Profilrillen gefangenen Steinen sicherzustellen, gerecht werden kann, ist eine gewisse Menge an Festigkeitsträgern notwendig. Diese Festgkeitsträger sind üblicherweise Stahlkord, die Menge an eingesetztem Festigkeitsträgern ergibt sich aus der Anzahl der Gürtellagen, der Anzahl der Korde pro Gürtellage und dem Stahlquerschnitt pro Kord.

Die notwendige Menge an Stahlkord, damit der Gürtel seine Zielfunktionen erfüllen kann, kann also z. B. für einen 4-Lagen Gürtel im Vergleich zu einem 3-Lagen Gürtel dadurch erreicht werden, daß für einen Gürtel mit 4 Gürtellagen ein Stahlkord mit reduziertem Durchmesser und/oder eine reduzierte Anzahl der Korde pro Gürtellage zum Einsatz kommt.
Unterschungen haben gezeigt, daß bei gleicher Stahlkordmenge im Gürtelpaket ein 4 Lagen Gürtel gegenüber einem 3 Lagen Stahlkordgürtel dann einen Rollwiderstands-Vorteil hat, wenn die Breite der 4. Gürtellage nicht die Breite der Lauffläche überschreitet. Im direkten Vergleich eines 3 Lagen Gürtels nach DE3313535 mit einem 4 Lagengürtel mit gleicher Menge an Festigkeitsrägern wurde für den 4 Lagen-Gürtel überraschend ein Rollwiderstandsvorteil von 2% gefunden. Analysen haben gezeigt, daß bei Belastung des Reifens mit der Radlast die Gürtelkanten beim Durchauf durch die Bodenaufstandfläche insbesondere dort stark radial auswärts veformt werden, wo keine Unterstützung in Radialrichtung durch die Lauffläche gegeben wird. Aus Rollwiderstandsicht ist es vorteilhaft, wenn in diesem Bereich der starken radial auswärts gerichteten Verformung die Stahlkordmenge reduziert wird, was durch die beschriebene Anordnung des 4 Lagen Gürtels erreicht werden kann.
Als zweiter wichtiger Parameter bei der Optimierung des Rollwiderstandes hat sich das Verhältnisses aus Laufflächenbreite zur effektiven Gürtelbreite herausgestellt. In DE 3313535 ist beschrieben:
„Es versteht sich, daß ein vergleichsweise breiter Gürtel zu einer im Vergleich zu einem schmalen Gürtel größeren Verfestigung der Laufstreifenzone führt. Eine solche Verfestigung und Stabilisierung der Laufstreifenzone kann zu einer Verringerung des Rollwiderstandes führen.” In dieser Patentschrift wurde der Verhältnis aus der Gürtelbreite, die sich aus der Breite der breitesten Gürtellage ergibt, zur Laufflächenbreite als das relevante Verhältnis beschrieben.
Überraschenderweise haben aktuelle Untersuchungen gezeigt, das nicht die Gürtelbreite, dies sich in der Patentschrift DE 3313535 aus der maximalen Breite der Stahllagen ergibt, sondern die effektive Gürtelbreite die für den Rollwiderstand relevante Größe darstellt. Dabei haben Versuche ergeben, das eine Reduzierung des Verhältnisses Laufflächenbreite zur effektiven Gürtelbreite den Rollwiderstand deutlich verbessert.
Es konnte durch Versuche gezeigt werden, daß eine Reduzierung der Breite der Gürtelpolster, die sich zwischen den Gürftellagen mit der gekreuzten Winkel-Anordnung befindet, zu einer Verbesserung des Rollwiderstandes führt. Verglichen mit einem Referenzreifen, bei dem sich das Gürtelpolster zwischen 2. und 3. Gürtellagen, gemessen von der Kante der 3. Gürtellage aus, 20 mm lateral zur Gürtelmitte erstreckt, konnte für einen ansonsten identischen Reifen, bei dem sich das Gürtelpolster 10 mm lateral zur Gürtelmitte erstreckt, der Rollwiderstand um 5% verbessert werden. Der Referenzreifen wies dabei ein Vehältnis von Laufflächenbreite zur effektiven Gürtelbreite von 1,36 auf, der Versuchsreifen ein Verhältnis von 1,24.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
1: ein Gürtelpaket
2: ein Ausführungsbeispiel
3: ein Gürtelpaket mit einer Null-Gradgürtellage
4: ein Ausführungsbeispiel mit einer abgerundeten Kontur der Aussparung 10
5: ein Ausführungsbeispiel mit einer schmalen Aussparung 19
6: ein Ausführungsbeispiel
7: ein Ausführungsbeispiel
Die 1 zeigt ein Gürtelpaket 1.
Das Gürtelpaket hat z. B. folgenden Aufbau, wobei radial auswärts gezählt wird:

1. Gürtellage 4: 50° rechtssteigend (im Bereich: 45–70°)
2. Gürtellage 5: 18° rechtssteigend (im Bereich: 15–26°)
3. Gürtellage 6: 18° linkssteigend (im Bereich 15–20°)
4. Gürtellage 7: 18° linkssteigend (im Bereich 15–20°).

Der Winkel in Grad gibt die Ausrichtung der Festigkeitsträger in Umfangsrichtung des Fahrzeugreifens an, d. h., senkrecht zur Blattebene.
Die effektive Gürttelbreite 3 ist die Gürtelbreite, bei der zwischen den Arbeitslagen bzw. einzelnen Gürtellagen eine hohe mechanische Kopplung der Gürtellagen vorliegt.
Die Arbeitslagen bzw. einzelnen Gürtellagen sind die Lagen, bei denen die Festigkeitsträger der Gürtellagen in einem gekreuzten Winkel mit gegenläufiger Steigungsrichtung zueinander vorliegen.
Eine Entkopplung liegt z. B. dann vor, wenn zwischen den Arbeitslagen auf beiden Außenseiten eine zusätzliches Bautteil, z. B. ein Profil in Form eines Gürtelpolsters 2 oder ein Streifen eingefügt ist.
Über die gesamte effektive Gürtelbreite liegt hingegen eine hohe mechanische Kopplung der jeweiligen Gürtellagen vor.
Die Arbeitslagen sind in diesem Fall die 2. und die 3. Gürtellage 5 und 6. Die effektive Gürtelbreite 3 ist für einen solchen Aufbau in 1 dargestellt.
Die effektive Gürtelbreite 3 ist i. a. wesentlich schmaler als die breiteste Gürtellage, die bei diesem Ausführungsbeispiel die 2. Lage 6 ist.
Bei mehr als zwei gekreuzten Gürtellagen ergibt sich die effektive Gürtelbreite des Gesamtgürtelpaketes aus aus den Gürtellagen, die die max. effektive Gürtelbreite aufweisen.
Bei einem Gürtelaufbau mit einer Null-Grad-Gürtellage stellt die Breite der Null-Grad-Gürtellage die effektive Gürtelbreite dar, wie in der 3 dargestellt ist. Ideallerweise bestehen die Festigkeitsträger dabei aus einem metalllischen Festigkeitsträger, z. B. Stahl, nicht aber aus Festigkeitsträgern, der aus einem polymeren Werkstoff besteht.
Sollten in einem Gürtelaufbau mit einem Null-Grad-Gürtel noch weitere Gürtellagen vorliegen, die gekreuzt sind, ergibt sich die effektive Gürtelbreite des Gesamtgürtelpaketes je nachdem daraus, was breiter ist, also entweder die effektive Gürtelbreite der Null-Grad-Gürtellage oder die effektive Gürtelbreite der nicht entkoppelten Arbeitslagen.
Sollten Gürtellagen des Fahrzeugreifens geteilt sein, also eine Gürtellage nicht durchgehend über die gesamte Breite des Gürtelpakets vorliegen, dann können bei der Bestimung der effektiven Gürtelbreite nur die Gürtellagen herangezogen werden, deren Breite mindestens 25% der Laufflächenbreite beträgt.
Die Laufflächenbreite ist die Breite der Lauffläche zwischen den beiden äußeren Begrenzungen des Laufstreifens in der Höhe der Mitte der Profiltiefe. Üblicherweise haben herkömmliche LKW- und Busreifen ein Verhältnis der Laufflächenbreite zu effektiven Gürtelbreite von größer oder gleich 1, 3.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Konstruktion. Der Fahrzeugreifen 14 umfasst einen Laufstreifen 9, ein Gürtelpaket 1 und unter anderem einen Reifenwulst 12. Der Laufstreifen 9 weist ein Laufstreifenprofil auf und an seinem äußeren Rand die erfindungsgemäße Aussparung 10. Die gestrichelte Linie 13 zeigt den Konturverlauf der Reifenschulter bei einem herkömmlichen vergleichbaren Reifen wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Durch diese Materialaussparung 10 im Laufstreifen 9 wird die Laufstreifenbreite 11 erheblich reduziert.
Die Laufflächenbreite 11 ist die Breite, die über die beiden äußeren Kanten des Laufstreifens 9 gemessen wird in der Höhe der Mitte der Profiltiefe. Das Vorsehen einer Aussparung 10 in dem Laufstreifen 9 ist eine Möglichkeit, die Laufflächenbreite effektiv zu reduzieren, wobei gleichzeitig der Quotient aus Laufflächenbreite zur effektiven Gürtelbreite ebenfalls reduziert wird. Dabei ist zumindest die oberste Gürtellage, also die die radial auswärts liegt, schmaler als die Laufflächenbreite.
Die weiteren Ausführungsbeispiele basieren auf dem Prinzip, die effektive Gürtelbreite 3 zu verbreitern und dadurch den Quotient aus Laufflächenbreite und effektiver Gürtelbreite in den erfindungsgemäßen Wertebereich zu bekommen. Die in der 2 dargestellte effektive Gürtelbreite 3 entspricht im Wesentlichen der in der 1 dargestellten effektiven Gürtelbreite.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht darin, das Gürtelpolster 2 in der 1 in der Breite zu reduzieren, vorzugsweise auf eine Breite zwischen 10 mm und 15 mm. Wie der 1 zu entnehmen ist, wird dadurch die effektive Gürtelbreite 3 auf einfache Weise verbreitert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht darin, das Gürtelpaket insgesamt zu verbreitern, wodurch der Quotient aus Laufflächenbreite und effektiver Gürtelbreite ebenfalls reduziert wird, wobei darauf zu achten ist, daß zumindest die oberste Gürtellage schmaler als die Laufflächenbreite ist.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer abgerundeten Kontur 18 der Aussparung 10.
Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer schmalen Aussparung 19 im Laufstreifen 9.
Bezugszeichenliste

1: Gürtelpaket
2: Gürtelpolster
3: Effektive Gürtelbreit
4: vierte Gürtellage
5: dritte Gürtellage
6: zweite Gürtellage
7: erste Gürtellage
8: radiale Ausrichtung
9: Laufstreifen
10: Aussparung in Laufstreifen
11: Laufstreifenbreite
12: Reifenwulst
13: Gestrichelte Linie: Konturverlauf Reifenschulter bei herkömmlichen vergleichbaren Reifen
14: Fahrzeugreifen
15: Streifenförmige Null-Grad-Gürtellage
16: Reifenzenith
17: Nullgrad-Gürtellage
18: Abgerundete Kontur der Aussparung
19: Schmale Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3313535 A1 [0006]
DE 3313535 [0011, 0012, 0013]

Claims

Fahrzeugreifen für Nutzfahrzeuge mit einem Laufstreifen (9) mit einem Laufstreifenprofil, einer Reifenkarkasse, Seitenwänden, Reifenwülsten (12) mit Wulstkernen und einem Gürtel mit parallel zueinander angeordneten Festigkeitsträgern, wobei der Gürtel ein Gürtelpaket (1) umfasst und dieses Gürtelpaket (1) eine Vielzahl von übereinanderliegenden einzelnen Gürtellagen (4, 5, 6, 7) mit in einem unterschiedlichen Winkel ausgerichteten Festigkeitsträgern sowie einer effektiven Gürtelbreite (3) aufweist, wobei die effektive Gürtelbreite (3) die Gürtelbreite (3) ist, die besonders dazu geeignet ist, in Umfangsrichtung hohe Zugkräfte aufzunehmen dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten des Laufstreifens schulterartige, durch Stufung gebildete, mit der Fahrbahn nicht in Berührung stehende Aussparungen (10) angeordnet sind, von denen aus sich die Seitenwände radial nach innen zu den Reifenwülsten (12) hin erstrecken und das Gürtelpaket (1) aus 4 bis 6 übereinanderliegenden einzelnen Gürtellagen (4, 5, 6, 7) mit in einem unterschiedlichen Winkel ausgerichteten Festigkeitsträgern gebildet wird, wobei zumindestens die sich radial am weitesten auswärts liegende Gürtellage (4), eine geringere Breite als die Laufflächenbreite (11) aufweist und mindestens eine Gürtellage des Paketes breiter als die Laufflächenbreite (11) ist.
Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich radial am weitesten auswärts angeordnete Gürtellage (4), eine geringere Breite als die Laufflächenbreite aufweist und alle weiteren Gürtellagen (5, 6, 7) des Paketes breiter als die Lauffläche sind.
Fahrzeugreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der beiden einzelnen schulterartigen, durch Stufung gebildeten, mit der Fahrbahn nicht in Berührung kommenden Aussparungen, von denen aus sich die Seitenwände radial nach innen zu den Reifenwülsten hin erstrecken, bezogen auf die Laufflächenbreite, jeweils 2,5–20% der Laufflächenbreite (11) ausmachen.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der beiden einzelnen schulterartigen, durch Stufung gebildeten, mit der Fahrbahn nicht in Berührung kommenden Aussparungen, bezogen auf die Laufflächenbreite, jeweils 5–20% der Gesamtlaufflächenbreite ausmachen.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gürtel um einen Vier-Lagen-Dreicksgürtel handelt, wobei, bei einer Zählweise radial von innen nach außen gerichtet und einem Steigungswinkel der Festigkeitträger in den Gürtellagen, bezogen auf die mittlere Äquatorialebene des Reifens, die erste Gürtellage einen Steigungswinkel von 45–70° aufweist, die zweite Gürtellage einen Steigungswinkel von 15–26° mit einer Steigungsrichtung entsprechend der 1. Gürtellage, die dritte Gürtellage einen Steigungswinkel von 15–24° aufweist, wobei die Steigungsrichtung entgegengesetzt zur 2. Gürtellage ist, und die 4. Gürtellage einen Winkel von 15–24° aufweist, wobei die Steigungsrichtung entsprechend oder entgegengesetzt zur 3. Gürtellage sein kann, wobei die Breite der 4. Gürtellage 30–95% der Breite der 3. Gürtellage entsprechen soll.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gürtel mindestens eine Gürtellage enthält, deren Steigungswinkel des Festigkeitsträgers, bezogen auf die mittlere Äquatorialebene des Reifens, 0°–5° beträgt.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus den Werten der Laufflächenbreite (11) und der effektiven Gürtelbreite (3) im Wertebereich zwischen 0,9 und 1,25 liegt.
Fahrzeugreifen nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus den Werten der Laufflächenbreite (11) und der effektiven Gürtelbreite (3) im Wertebereich zwischen 0,9 und 1,15, vorzugsweise zwischen ca. 0,9 und 1,1, liegt.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Reifenzenit gemessen der Abstand zwischen den einzelnen Gürtellagen ungefähr gleich sein soll.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Laufstreifen (9) in seinen beiden äußeren Bereichen in radialer Richtung (8) oberhalb des Gürtelpaketes (1) eine Aussparung (10) aufweist, wobei die Laufstreifenbreite (11) etwa 60% bis 75% der Reifenbreite beträgt
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gürtelpaket (1) mindestens 4 Gürtellagen mit einem Gürtelpolster (2) zwischen den tragenden Gürtellagen umfasst, wobei die Breite des Gürtelpolsters (2), die sich zwischen den beiden tragenden Gürtellagen lateral zur Gürtelmitte erstreckt, in einem Bereich zwischen 10 und 15 mm, vorzugsweise bei ca. 10 mm, gemessen von der Kante der 3. Gürtellage nach innen Richtung Reifenzenith, liegt.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeitsträger der Null-Grad-Gürtellage aus einem metallischen Werkstoff bestehen.