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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen mit einem profilierten Laufstreifen mit in Spikelöchern eingesetzten Spikes, welche jeweils einen im Gummimaterial des Laufstreifens verankerten Spikekörper und einen über die Laufstreifenperipherie vorstehenden Spikepin aufweisen.
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Es ist bekannt und üblich, in Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen, welche für den Einsatz unter winterlichen Fahrbedingungen, insbesondere auf Schnee oder Eis, besonders gut geeignet sein sollen, Spikes einzusetzen. Die Spikepins der Spikes bestehen meistens aus einem Hartmetall, die Spikekörper der Spikes bestehen insbesondere aus Aluminium, aus Stahl, aus einem Kunststoff, aus Gummi oder aus einer Kombination mehrerer Materialien. Am abriebbeständigsten ist Gummi, welcher zudem die Vorteile eines relativ geringen Gewichtes und eines zum Abrieb des Laufstreifenmaterials sehr ähnlichen Abriebs aufweist.
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Aus der
DE 2 228 753 ist ein Fahrzeugluftreifen mit in Spikelöchern eingesetzten Spikes bekannt, bei welchen zwischen dem Spikekörper und dem Boden des Spikelochs ein elastisches Element angeordnet ist, welches aus Gummi, aus Kunststoff oder aus einem ähnlich elastisch nachgiebigen Material oder aus einem anderen Federkörper oder aus federndem Material besteht. Bei dieser Idee geht es daher darum, die Spikes im Laufstreifen eines Reifens elastisch zu betten, insbesondere um Beschädigungen von Straßenbelägen durch Spikes gering zu halten.
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Bei der aus
DE 2 228 753 bekannten und der ansonsten üblichen Art der Einbettung der Spikes unmittelbar im Gummimaterial des Laufstreifens sind einem effektiven Eindringen und Abstützen der Spikes auf Eis gewisse Grenzen gesetzt, sodass auch der Fahrsicherheit auf eisigem Untergrund, etwa was die Länge des Bremsweges des Fahrzeuges betrifft, gewisse Grenzen gesetzt sind. Eine Erhöhung der vom Spike auf den Untergrund wirkenden Kräfte könnte dem Wunsch nach einer Verbesserung der Fahrsicherheit auf eisigem Untergrund, insbesondere hinsichtlich besserer Traktionseigenschaften und eines geringeren Bremsweges auf solchem Untergrund, vor allem bei höherer Fahrgeschwindigkeit, entgegenkommen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme aufzufinden, mit welcher sich mit den im Laufstreifen befindlichen Spikes vor allem bei höherer Fahrgeschwindigkeit und auf eisigem Untergrund die Traktionseigenschaften des Reifens verbessern und der Bremsweg verringern lassen.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass sich zwischen dem Spikekörper und dem Spikelochboden ein Element aus einem dilatant wirkenden Material befindet.
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Wie bekannt ist Dilatanz oder Scherverzähung in der Rheologie die Eigenschaft eines nicht newtonschen Fluids. Diese Eigenschaft besteht darin, dass das Fluid bei einer hohen zeitlichen Änderung der Scherung eine hohe Viskosität erhält. Das gemäß der Erfindung radial innerhalb des Spikekörpers befindliche, aus einem Material mit dilatanten Eigenschaften bestehende Element verhärtet sich daher bei einer plötzlich auftretenden großen Kraft. Beim Abrollen des Reifens am Untergrund wirkt eine solche Kraft dann auf den Spike, wenn dieser mit dem Untergrund in Kontakt kommt. Die dadurch bewirkte plötzliche Versteifung des Elementes radial innerhalb des Spikes verursacht plötzlich eine sehr steife Einbettung des Spikes und ermöglicht es daher dem Spikepin des Spikes, sich optimal in eisigem Untergrund zu verkanten. Ein „Ausweichen“ oder Verkippen des Spikepins durch eine übliche „weiche“ Einbettung des Spikes im Gummimaterial des Laufstreifens tritt nicht ein. Somit sind die Spikes im Laufstreifen in der Lage, einen besseren und sehr wirksamen Beitrag zur Erhöhung der Traktion und zur Verminderung des Bremsweges zu leisten.
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Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Element ein Polster aus einem dilatant wirkenden Material. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Element eine Schicht aus einem dilatant wirkenden Material. Ein Polster unterscheidet sich von einer Schicht insbesondere dadurch, dass ein Polster in seinem zentralen Bereich üblicherweise dicker ist als in seinen Randbereichen, eine Schicht weist üblicherweise eine zumindest im Wesentlichen konstante Dicke auf. Beide Ausführungen erfüllen den beabsichtigten Zweck, nämlich einer Versteifung bei plötzlich auftretender hoher Last bzw. Kraft.
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Für den Versteifungseffekt ist es ausreichend, wenn das Element eine Dicke von 1,0 mm bis 3,0 mm aufweist, wobei das Element entweder eine konstante oder eine variierende Dicke aufweisen kann, letztere insbesondere dann, wenn das Element radial innerhalb des Zentrums des Teilkörpers seine größte Dicke aufweist, also als Polster gestaltet ist.
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Bei einer weiteren bevorzugten und vorteilhaften Ausführung ummantelt das Element den Spikekörper zumindest zum Teil. Das Element umgibt bevorzugt den Spikekörper komplett innerhalb seines im Laufstreifen befindlichen Bereiches. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung ist, dass auch eine beginnende Kippbewegung des Spikes bzw. Spikekörpers eine entsprechende steife Einbettung des Spikekörpers zur Folge haben kann.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung besteht das Element aus einem ausgehärteten Material, welches aus einem duroplastischen Polymer, beispielsweise Polyurethan, zumindest einem Isocyanat, Aminen und einem dilatanten Fluid hergestellt ist. Solche Materialien können derart compoundiert werden, dass sie vorerst elastisch bzw. flexibel sind und das Auftreten des Versteifungseffektes erst bei bestimmten Kräften eintritt. Auf diese Weise lässt sich auch die Wirkung der Spikes zur Verbesserung der Traktion und Verkürzung des Bremsweges, letzteres vor allem bei höherer Fahrgeschwindigkeit, beeinflussen bzw. einstellen.
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Des Weiteren ist eine Ausführung des Elementes bevorzugt, bei welcher dieses eine Shore-Härte A (gemäß DIN ISO 686) < 50 und eine Rückprallelastizität bei 20° C (gemäß DIN 53512) < 10 % aufweist.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Element eine porige Struktur auf, die eine Beeinflussung der Flexibilität des Elementes erlaubt.
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Das Element kann vorteilhafterweise mit dem Spikekörper verbunden sein, sodass der Spike bereits mitsamt dem Element im Spikeloch des Laufstreifens positioniert wird. Die Verbindung des Elementes mit dem Spikekörper kann bereits bei der Herstellung des Spikekörpers erfolgen oder alternativ nach der Herstellung des Spikes.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Element ein vom Spikekörper separater Teil und wird daher vor dem Einsetzen des Spikes im Spikeloch positioniert. Bei dieser Variante kann auch vorgesehen sein, das Material zum Bilden des Elementes vor dem Positionieren des Spikes in das Spikeloch im Laufstreifen einzubringen, beispielsweise zu injizieren.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der schematischen Zeichnung, die Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines im Laufstreifen eines Fahrzeugluftreifens positionierten Spikes,
- 2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Spikes in einer zu 1 analogen Darstellung und
- 3 bis 5 aufeinanderfolgende Stadien des Verhaltens eines Profilblockes im Laufstreifen während des Abrollens des Fahrzeugluftreifens am Untergrund.
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Die 1 und 2 zeigen beispielhaft jeweils einen rotationssymmetrisch ausgeführten Spike 1 mit einem in der vereinfachten Darstellung zylindrischen Spikekörper 2. Im Spikekörper 2 ist ein Spikepin 3 verankert, welcher in an sich bekannter Weise den Spikekörper 2 überragt und insbesondere aus einem Hartmetall besteht. Der Spikekörper 2 besteht insbesondere aus Aluminium, aus Stahl, aus einem Kunststoff, aus Gummi oder aus einer Kombination dieser Materialien. Die Ausgestaltung des Spikes 1 an sich ist nicht Gegenstand der Erfindung und kann daher auf beliebige Weise erfolgen.
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1 und 2 zeigen jeweils einen Querschnitt durch jenen Abschnitt eines Laufstreifens 4 eines Fahrzeugluftreifens, wo ein Spike 1 eingesetzt ist. In 1 ist der Spikekörper 2 auf einem Element 5 aus einem speziellen Material gebettet, in 2 innerhalb des Laufstreifens 4 mit einem Element 5' aus einem speziellen Material ummantelt. Bei der in 1 gezeigten Ausführung bildet das Element 5 ein Polster unterhalb des Spikekörpers 2 und erstreckt sich über die komplette Unterseite des Spikekörpers 2. Bei der in 2 gezeigten Ausführung ist das Element 5' eine mit dem Spikekörper 2 in Kontakt stehende polsterartige Schicht. Die Dicke des Polsters bzw. der Schicht beträgt zwischen 1,0 mm und 3,0 mm.
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Das Material, aus welchem das Element 5, 5' besteht, basiert auf einem dilatanten Fluid. Dilatanz oder auch Scherverzähung genannt, im Englischen shear-thickening, ist eine besondere Eigenschaft eines nichtnewtonschen Fluids, nämlich, dass das Fluid bei hoher Schergeschwindigkeit seine Viskosität deutlich erhöht. Die Zunahme der Viskosität dilatanter Fluide bei hoher Schergeschwindigkeit basiert auf einer Strukturänderung im Fluid, der eine stärkere Wechselwirkung der einzelnen Fluidpartikel miteinander zugrunde liegt. Mit einer Erhöhung der Schergeschwindigkeit erhöht sich daher auch die Viskosität eines dilatanten Fluids. Es ist bekannt, dilatante Fluide in üblichen, Polymere verarbeitenden Verfahren, wie Spritzgießen oder Extrusion, und mit üblichen zugehörigen Vorrichtungen zu Materialien mit obiger Eigenschaft zu verarbeiten, wobei diese Materialien für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden können. Dilatante Fluide, die mit thermoplastischen oder duroplastischen (harten oder schäumenden) Polymeren kompatibel bzw. verträglich sind, gestatten es beispielsweise, Materialien zu compoundieren, die sich zur Herstellung von Protektoren eignen, die eine Schutzfunktion des menschlichen Körpers an bestimmten Stellen erfüllen können. Solche Protektoren haben die Eigenschaft, bei „normaler“ Benützung flexibel zu sein, bei plötzlicher Stoßbelastung sehr hart zu werden und Verletzungen zu verhindern.
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Das Element 5, 5', welches bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten entweder einen Polster oder eine polsterartige Schicht zwischen dem Spikekörper 2 und dem Gummimaterial des Laufstreifens 4 bildet oder als Schicht den Spikekörper 2 innerhalb des Laufstreifens 4 umgibt, hat die geschilderte spezielle Eigenschaft, nämlich, bei plötzlicher Stoßbelastung sehr hart zu werden und ansonsten flexibel zu sein. Das Material, aus welchem das Element 5, 5' besteht, ist vorzugsweise ein ausgehärtetes Material, welches beispielsweise aus einem duroplastisches Polymer, etwa Polyurethan, zumindest einem Isocyanat, Aminen und einem dilatanten Fluid hergestellt ist. Das ausgehärtete Material weist vorzugsweise eine Shore-Härte A (gemäß DIN ISO 868) < 50 und eine Rückprallelastizität bei 20° C (gemäß DIN 53512) < 10 % auf und kann eine porige Struktur besitzen.
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Ein Hersteller solcher Materialien bzw. von Elementen 5, 5' ist beispielsweise die Firma Possible Answer SA (www.polyanswer.com). Geeignet ist auch eines der von der Firma D30 ® entwickelten Materialien, diese sind energieabsorbierende Polyurethanmaterialen, welche mehrere Additive und beispielsweise Polyborodimethylsiloxan als dilatantes, nicht newtonsches Fluid enthalten (siehe www.d3o.com und wikipedia.org/wiki/d3o).
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Das Material des Elementes 5, 5' ändert daher seine Eigenschaften während des Abrollens des Reifens, wie nun anhand der 3 bis 5 näher erläutert wird.
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3 bis 5 zeigen schematisch und in Umfangsrichtung eine Schnittansicht eines Profilblockes 6 eines Laufstreifens 4, wobei im Beispiel etwa mittig im Profilblock 6 ein Spike 1', welcher einen Fußflansch 2a, einen an diesen anschließenden taillierten Mittelteil 2b und einen an den Mittelteil 2b anschließenden Oberflansch 2c aufweist und auf einem Element 5 gebettet ist, positioniert ist. Gezeigt ist ferner jeweils ein Stadium beim Abrollen des Reifens, wobei die Abrollrichtung mit dem Pfeil R gekennzeichnet ist. Solange sich der Profilblock 6 beim Abrollen des Reifens nicht in Kontakt mit dem Untergrund 7 befindet, besitzt das Element 5 seine ursprüngliche Flexibilität. Tritt nun der Profilblock 6 in den Untergrund ein (3) weist das Element 5 beim ersten Kontakt des Spikepins 3 mit dem Untergrund noch seine Flexibilität auf. Befindet sich im nächsten Stadium der Profilblock 6 mittig in Kontakt mit dem Untergrund (4) wirkt plötzlich auf den Spikepin 3 durch die Last des Fahrzeuges eine große Kraft auf den Spike 1 und das Element 5 versteift sich, wodurch die Einbettungskraft des Spikes 1 in dieser Phase plötzlich stark erhöht ist. Beim Austritt des Profilblocks 6 aus dem Untergrund beim weiteren Abrollen des Reifens (5) lässt die Last plötzlich nach und es kehren die ursprünglichen flexiblen Eigenschaften des Elementes 5 nahezu unverzögert zurück.
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Die beim Kontakt mit dem Untergrund eintretende, sehr steife Einbettung des Spikes 1' bewirkt auf eisigem Untergrund einerseits eine Verbesserung der Traktion des Reifens und andererseits eine Reduktion des Bremsweges des Fahrzeuges.
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Das Element 5, 5' kann bereits bei der Herstellung des Spikekörpers 2, beispielsweise wenn dieser aus Gummi hergestellt wird, mit dem Spikekörper 2 verbunden werden, es kann nachträglich nach der Herstellung des Spikes 1, 1' durch geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise Anvulkanisieren oder Ankleben, mit dem Spikekörper 2 verbunden werden oder das Material kann vor dem Positionieren eines Spikes 1, 1' in das Spikeloch im Laufstreifen 4 eingebracht, beispielsweise injiziert werden.
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Abweichend von den dargestellten Ausführungen kann vorgesehen sein, lediglich einen Teil des Spikekörpers 2 mit dem speziellem Material zu ummanteln, beispielsweise den Fußflansch 2a.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Spike
- 2
- Spikekörper
- 2a
- Fußflansch
- 2b
- Mittelteil
- 2c
- Oberflansch
- 3
- Spikepin
- 4
- Laufstreifen
- 5, 5'
- Element
- 6
- Profilblock
- 7
- Untergrund
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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