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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen für Nutzfahrzeuge mit einem Laufstreifen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Umfangsrillen, welche den Laufstreifen in Umfangsrippen gliedern, wobei eine parallel zur Laufstreifenperipherie im Laufstreifen verlaufende, die tiefste(n) Umfangsrille(n) von radial innen berührende Einhüllende gemeinsam mit der Laufstreifenperipherie und schulterseitigen Flankenabschnitten ein Laufstreifen-Bruttovolumen definiert und sämtliche Rillen im Laufstreifen ein Rillenvolumen definieren.
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Ein Reifen der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
US 5,535,798 B bekannt. Um einen gleichförmigen Abrieb des Laufstreifens zu erreichen, ist dieser durch vier in Umfangsrichtung umlaufende breite Umfangsrillen in Umfangsrippen gegliedert, wobei in den beiden schulterseitigen Umfangsrippen nahe der Laufstreifenränder jeweils eine weitere schmale und in Umfangsrichtung umlaufende Umfangsrille vorgesehen ist. Die breiten Umfangsrillen sind durch Nutflankenflächen begrenzt, welche mit Vertiefungen versehen sind, die das Negativ dreiseitiger Pyramiden sind, deren Spitzen der Laufstreifenperipherie zugewandt sind.
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Um den Rollwiderstand von Fahrzeugluftreifen zu senken, ist bereits eine Vielzahl von Maßnahmen vorgeschlagen worden, beispielsweise eine Reduktion der Profiltiefe oder eine Verringerung der Laufstreifenbreite. Diese Maßnahmen zielen darauf ab, das beim Abrollen zu deformierende Gummivolumen zu reduzieren. Darüber hinaus verringern spezielle Laufstreifencompounds den Rollwiderstand, beispielsweise solche, die einen geringen Füllstoffanteil aufweisen.
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Eine Vielzahl von veröffentlichten Patentanmeldungen und Patenten befasst sich mit dem Thema, den Rollwiderstand von Nutzfahrzeugreifen zu senken, um den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges zu reduzieren. So ist beispielsweise aus der
EP 0 973 652 B1 ein Reifen für LKW-Antriebsräder bekannt, dessen Laufstreifen zur Verringerung des Rollwiderstandes in Blöcke gegliedert ist, welche von Schlitzen axial durchsetzt sind. Die Blöcke sind ferner durch Quernuten voneinander getrennt, welche jeweils mit weiteren Schlitzen versehen sind. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Längsschlitzen vorgesehen.
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In der bisher nicht veröffentlichten
europäischen Patentanmeldung 09169199.8 der Anmelderin wird zur Reduzierung des Rollwiderstandes vorgeschlagen, das Rillenvolumen im Laufstreifen zugunsten einer Erhöhung des Gummivolumens des Laufstreifens zu verringern. Die Verringerung des Rillenvolumens erfolgt beispielsweise durch die Anordnung schmalerer oder einer geringeren Anzahl an Umfangsrillen. Es hat sich überraschenderweise entgegen der bisherigen Meinung der Fachwelt gezeigt, dass eine Erhöhung des Gummivolumens im Laufstreifen der Rollwiderstandes merklich reduziert. Es hat sich gezeigt, dass sich bei einem geringen Rillenvolumen die Profilsteifigkeit in radialer Richtung derart erhöht, dass die Deformationsamplitude des Laufstreifens in einem Ausmaß reduziert wird, welches eine Überkompensation des zu erwartenden Effektes – Verschlechterung des Rollwiderstandes durch mehr vorhandenen Gummi – bewirkt. Der Rollwiderstand des Reifens ist somit gesenkt, wobei die gegenüber einem nach dem Stand der Technik ausgeführten Reifen erzielbare Senkung des Rollwiderstandes signifikant sein kann, je nach dem Anteil des Rillenvolumens.
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Durch diese vorbeschriebene rollwiderstandsverbessernde Maßnahme ist die Länge und Breite der Bodenaufstandsfläche des Reifens nur unwesentlich verändert. Die Kontaktfläche zwischen Reifen und Straße ist bei reduziertem Rillenvolumen, aber etwa gleicher Bodenaufstandsfläche, vergrößert, wodurch die radiale Flächenpressung in der Bodenaufstandsfläche pro Flächeneinheit gesenkt ist. Eine hohe radiale Flächenpressung in der Bodenaufstandsfläche ist aber erwünscht, um beispielsweise ein gutes Reifenhandling bei unterschiedlichen Fahrbahnbedingungen zu erreichen. Es kann sich bei der profilbasierten Optimierung des Rollwiderstandes durch weniger Rillenvolumen ein Zielkonflikt bezüglich des Reifenhandlings ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Rollwiderstand eines Nutzfahrzeugreifens wirkungsvoll durch profilbasierte Maßnahmen zu senken, ohne dass negative Auswirkungen auf andere Laufstreifeneigenschaften, insbesondere das Reifenhandling, den Abrieb sowie die Lebenserwartung des Reifens zu erwarten sind.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass sämtliche Rillen im Laufstreifen ein Rillenvolumen zwischen 5% und 28% des Laufstreifen-Bruttovolumens definieren, wobei drei Umfangsrillen vorgesehen sind, die derart über die axiale Breite des Laufstreifens angeordnet sind, dass die erste Umfangsrille im Bereich der einen Kante der breitesten Gürtellage, die zweite Umfangsrille im Bereich der anderen Kante der breitesten Gürtellage des Gürtels und die dritte Umfangsrille zwischen der ersten Umfangsrille (6) und der zweiten Umfangsrille (7), vorzugsweise mittig im Laufstreifen angeordnet ist und wobei die erste und die zweite Umfangsrille jeweils ein Rillenvolumen zwischen 1,25% und 7,00% des Laufstreifen-Bruttovolumens aufweisen und die dritte Umfangsrille ein wenigstens doppelt so großes Rillenvolumen der ersten oder der zweiten Umfangsrille aufweist.
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„Erste bzw. zweite Umfangsrille im Bereich einer Kante der breitesten Gürtellage” meint einen sich axial erstreckenden Bereich im Laufstreifen, in dem die erste bzw. die zweite Umfangsrille vollständig oder zumindest teilweise angeordnet ist. Der sich axial erstreckende Bereich beginnt an der zur Umfangsrille nächstliegenden Kante der breitesten Gürtellage (in radialer Richtung projiziert) und erstreckt sich in axialer Richtung zur Laufstreifenmitte von dieser maximal 100 mm.
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Bei der Erfindung wird die Erkenntnis der Reduzierung des Rollwiderstandes durch eine Erhöhung des Gummivolumens im Laufstreifen mit der überraschenden Erkenntnis kombiniert, dass der Rollwiderstand ebenfalls durch eine verringerte Anzahl an Umfangsrillen, mit der zwangsläufig eine verringerte Anzahl an freien Rillenflanken einhergeht und von zudem ungleichmäßig breit gestalteten und besonders verteilten Umfangsrillen, verringerbar ist.
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Es hat sich herausgestellt, dass sich bei einem Rillenvolumen von bis zu 28% des Bruttovolumens die Profilsteifigkeit in radialer Richtung derart erhöht, dass die Deformationsamplitude des Laufstreifens in einem Ausmaß reduziert wird, welches eine Überkompensation des zu erwartenden Effektes – Verschlechterung des Rollwiderstandes durch mehr vorhandenen Gummi – bewirkt. Die Kombination von geringem Rillenvolumen bei entsprechend erhöhtem Gummivolumen mit einer reduzierter Anzahl an ungleichmäßig breiten Umfangsrillen und somit einer Verringerung an frei beweglichen Rillenflanken in o. g. Anordnung und Ausbildung der Umfangsrillen hat sich als besonders vorteilhaft für eine Reduktion des Rollwiderstandes bei dennoch guten Handling-Eigenschaften für verschiedene Fahrbahnbedingungen herausgestellt.
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Neben den drei Umfangsrillen können noch beliebig viele weitere Rillen in Umfangsrichtung angeordnet sein, deren Rillenvolumen jeweils kleiner als 1,25% ist. Diese weiteren Rillen in Umfangsrillen werden in dieser Anmeldung „weitere Umfangsrillen” genannt. Es können ebenfalls oder alternativ beliebig viele und beliebig breite Querrillen im Laufstreifen angeordnet sein.
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Nachdem der Anteil des Rillenvolumens die erzielbare Reduktion des Rollwiderstandes sowie die Handlingeigenschaften des Reifens beeinflusst, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Anteil des Rillenvolumens am Bruttovolumen zwischen 10% und 20%, besonders vorteilhaft zwischen 13% und 15%, beträgt. Bei dem hier beschriebenen Rillenvolumen ist sichergestellt, dass eine hinreichend hohe radiale Flächenpressung zwischen Reifen und Fahrbahn in der Bodenaufstandsfläche vorliegt, was die Handlingeigenschaften für verschiedene Fahrbahnbedingungen sicherstellt.
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Nachdem die Anordnung und Ausbildung der drei Umfangsrillen die erzielbare Reduktion des Rollwiderstandes sowie die Handlingeigenschaften des Reifens beeinflusst, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die dritte (mittige) Umfangsrille an der Laufstreifenperipherie wenigstens das dreifache Rillenvolumen, bevorzugt das vierfache, besonders bevorzugt das fünffache Rillenvolumen der ersten (oder der zweiten) Umfangsrille aufweist.
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Die Lebenserwartung des Reifens ist besonders hoch, wenn die Rillentiefe einer Umfangsrille, vorzugsweise jeder Umfangsrille, zwischen 10 mm und 25 mm beträgt, wobei die Tiefe aller Umfangsrillen gleich oder auch unterschiedlich sein kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn wenigstens eine Umfangsrille eine Zick-zack-Geometrie mit in axialer Richtung ausgelenkten Amplituden aufweist, was zusätzlich zu einer Verbesserung der Handlingeigenschaften führt.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Laufstreifen axial innen und axial außen angeordnete, um den Umfang umlaufende, nutartige Ausnehmungen derart aufweist, dass die axiale Breite der Bodenaufstandsfläche verringert ist.
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Erfindungsgemäße Laufstreifen können in den Umfangsrippen Querrillen, Einschnitte und dergleichen aufweisen, deren „Luftvolumen” zum Rillenvolumen beiträgt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen, die schematische Ausführungsbeispiele darstellen, näher beschrieben. Dabei zeigen die:
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1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Laufstreifens eines Referenzreifens;
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2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Laufstreifens eines erfindungsgemäß ausgeführten Nutzfahrzeugreifens;
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3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Laufstreifens eines erfindungsgemäß ausgeführten Nutzfahrzeugreifens.
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Die Erfindung befasst sich mit einer besonderen Ausführung von Laufstreifen für Nutzfahrzeugreifen, insbesondere LKW-, Bus- und Anhängerreifen. Erfindungsgemäß ausgeführte Reifen sind vorzugsweise für den Einsatz auf der Lenkachse entsprechender Fahrzeuge konzipiert und können den üblichen Aufbau von Radialluftreifen für diese Einsatzzwecke aufweisen. Der Aufbau ist daher weder dargestellt noch beschrieben.
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Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines Laufstreifens 1 eines Referenzreifens (vergl. nachfolgende Tabelle) mit fünf in Umfangsrichtung des Laufstreifens umlaufenden Umfangsrippen 2 von im Wesentlichen übereinstimmender Breite. Der Referenzreifen ist nicht erfindungsgemäß ausgeführt. Die Umfangsrippen 2 sind voneinander durch vier in Umfangsrichtung umlaufende breite Umfangsrillen 3 getrennt, die bei der gezeigten Ausführung sämtlich übereinstimmend mit einem Rillenvolumen von je 3,5% ausgeführt sind. Das Rillenvolumen VR beträgt insgesamt 14% vom Laufstreifenbruttovolumen V. Die maximale Tiefe t1 der breiten Umfangsrillen 3, die bei der gezeigten Ausführung für sämtliche Umfangsrillen 3 gleich groß gewählt ist, beträgt 15 mm. Parallel zur axialen Außenkontur der Laufstreifenperipherie ist in 1 eine Hilfslinie h eingezeichnet, welche die breiten Umfangsrillen 3 an ihren radial inneren Enden berührt und derart im Querschnitt eine parallel zur Laufstreifenperipherie in Umfangsrichtung innerhalb des Laufstreifens 1 umlaufende Einhüllende versinnbildlicht.
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Die durch die Hilfslinie h versinnbildlichte Einhüllende, die Laufstreifenperipherie und die schulterseitigen Flankenabschnitte 5 des Laufstreifens 1 umschließen ein Bruttovolumen V, welches die Summe des hier befindlichen Gummivolumens und des Rillenvolumens VR ist, welches seinerseits die Summe der „Luftvolumina” sämtlicher breiten Umfangsrillen 3 – zwischen den Rillenbegrenzungen und einer Einhüllenden der Laufstreifenperipherie ermittelt – ist.
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Die 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Laufstreifens 1 eines erfindungsgemäß ausgeführten Nutzfahrzeugreifens (vergl. nachfolgende Tabelle „Reifen 1”). Der Laufstreifen 1 weist vier in Umfangsrichtung des Laufstreifens umlaufenden Umfangsrippen 2 unterschiedlicher axialer Breite auf. Die Umfangsrippen 2 sind voneinander durch drei in Umfangsrichtung umlaufende Umfangsrillen 6, 7, 8 unterschiedlicher Breite b1, b2 getrennt. Die erste Umfangsrille 6 ist im Bereich B der einen Gürtelkante 10, die zweite Umfangsrille 7 im Bereich B der anderen Gürtelkante 11 und die dritte Umfangsrille 8 ist mittig im Laufstreifen 1 angeordnet. Die Umfangsrillen 6, 7, 8 weisen an der Laufstreifenperipherie in Umfangsrichtung geradlinig und parallel zueinander verlaufende Randkanten 4 auf. Die erste und die zweite Umfangsrille 6, 7 schließen ein Rillenvolumen (VR1,2) von je 1,75% in Bezug auf das Laufstreifen Bruttovolumen (V) ein. Die dritte Umfangsrille schließt ein Rillenvolumen (VR3) von 10,5% in Bezug auf das Laufstreifen-Bruttovolumen (V) ein. Die maximale Tiefe t – betrachtet in radialer Richtung – der Umfangsrillen 6, 7, 8, die bei der gezeigten Ausführung für sämtliche Umfangsrillen gleich groß gewählt ist, beträgt zwischen 10 mm und 25 mm, hier 15 mm. Parallel zur axialen Außenkontur der Laufstreifenperipherie ist analog zu 1 eine Hilfslinie h eingezeichnet, welche die Umfangsrillen 6, 7, 8 an ihren radial inneren Enden berührt und derart im Querschnitt eine parallel zur Laufstreifenperipherie in Umfangsrichtung innerhalb des Laufstreifens 1 umlaufende Einhüllende versinnbildlicht.
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Die durch die Hilfslinie h versinnbildlichte Einhüllende, die Laufstreifenperipherie und die schulterseitigen Flankenabschnitte 5 des Laufstreifens 1 umschließen ein Bruttovolumen V ein, welches die Summe des hier befindlichen Gummivolumens und des Rillenvolumens VR ist, welches seinerseits die Summe der „Luftvolumina” sämtlicher Umfangsrillen 6, 7, 8 – zwischen den Rillenbegrenzungen und einer Einhüllenden der Laufstreifenperipherie ermittelt – ist. Bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Reifen beträgt der Anteil des Rillenvolumens VR am Bruttovolumen V 14%. Durch die geringe Anzahl von nur drei unterschiedlich breiten Umfangsrillen 6, 7, 8 sind nur sechs Rillenflanken ausgebildet.
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Die 3 zeigt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Laufstreifens eines erfindungsgemäß ausgeführten Nutzfahrzeugreifens. Der Laufstreifen ist wie der in 2 gezeigte Laufstreifen aufgebaut, jedoch weist der Nutzfahrzeugreifen der 3 zusätzlich axial innen und axial außen im Laufstreifen 1 um den Umfang umlaufende, nutartige Ausnehmungen 9 auf, die derart ausgebildet sind, dass die axiale Breite der Bodenaufstandsfläche verringert ist.
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Die nachfolgende Tabelle gibt Rollwiderstände von einem Referenzreifen und von zwei erfindungsgemäß ausgeführten Reifen, Reifen 1 und Reifen 2, wieder. Tabelle
| | Profiltiefe (in mm) | Rillenvolumen (in %) | Anzahl der Rillen | Volumen der Umfangsrillen (in %) | Rollwiderstand (in %) nach ISO 28580 |
| Referenzreifen | 15 | 14 | 4 | je 3,5 | 100 |
| Reifen 1 | 15 | 14 | 3 | Dritte Rille (Mittelrille): 10,5 Erste u. zweite Rille (äußere Rillen): je 1,75 | 94 |
| Reifen 2 | 15 | 14 | 3 | Dritte Rille (Mittelrille): 7,0 Erste u. zweite Rille (äußere Rillen): je 3,5 | 98 |
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Der Referenzreifen ist der in der 1 gezeigte und entsprechend beschriebene Nutzfahrzeugreifen. Der Rollwiderstand des Referenzreifens beträgt 100%.
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Der Reifen 1 ist der in der 2 gezeigte und entsprechend beschriebene erfindungsgemäße Nutzfahrzeugreifen. Der Rollwiderstand des Reifens 1 ist gegenüber dem Rollwiderstand des Referenzreifens um 6% reduziert.
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Der Reifen 2 weist ein Rillenvolumen VR von 14% zum Bruttovolumen V des Laufstreifens auf. Die Anzahl der Umfangsrillen des Laufstreifens beträgt drei, wovon je eine Umfangsrille im Bereich der Kanten der breitesten Gürtellage angeordnet ist und je ein Volumen VR1,2 von 3,5% haben. Die dritte Umfangsrille ist axial mittig im Laufstreifen angeordnet und weist ein Volumen von 7% auf. Der Rollwiderstand beträgt 98% und ist somit um 2% gegenüber dem Referenzreifen verbessert.
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Der Begriff ”Umfangsrille” meint Umfangsrillen, die ein Rillenvolumen von jeweils mindestens 1,25% aufweisen. Der Laufstreifen kann erfindungsgemäß weitere Rillen, wie beispielsweise weitere Umfangsrillen mit einem Rillenvolumen von unter 1,25% oder beliebig viele und beliebig breite Querrillen aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laufstreifen
- 2
- Umfangsrippe
- 3
- breite Umfangsrille
- 4
- Randkante
- 5
- Flankenabschnitt
- 6
- erste Umfangsrille
- 7
- zweite Umfangsrille
- 8
- dritte Umfangsrille
- 9
- nutartige Ausnehmung
- 10
- eine Gürtelkante
- 11
- andere Gürtelkante
- 12
- Rillenflanke
- b1
- Breite
- b2
- Breite
- h
- Hilfslinie
- t
- Tiefe
- B
- Bereich
- V
- Bruttovolumen
- VR
- Rillenvolumen
- VR1
- Rillenvolumen der ersten Umfangsrille
- VR2
- Rillenvolumen der zweiten Umfangsrille
- VR3
- Rillenvolumen der dritten Umfangsrille
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5535798 B [0002]
- EP 0973652 B1 [0004]
- EP 09169199 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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