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Die
Erfindung betrifft ein Laufstreifenprofil mit einer v-förmigen Profilnutstruktur.
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Unter
einer v-förmigen
Profilnut sind die in die Lauffläche
des Fahrzeugluftreifens eingeformten und gegenseitig beabstandeten
Quernuten zu verstehen, deren ebener Verlauf bei durchgehend drehrichtungsgebundener
Profilnutstruktur, zumindest auf einer Laufstreifenhälfte, auf
der unter Normbelastung stehenden ebenen Lauffläche, im Bereich der Reifenmittellinie
beginnend oder die Reifenmittellinie überquerend, zur Reifenschulter
hin nach auswärts
gerichtet sind, deren jeweilig axial inneres, zur Reifenmittellinie
weisendes oder die Reifenmittellinie überquerendes Ende beim Abrollen
zuerst in die Aufstandsfläche
zwischen Fahrbahn und dem Reifen eintritt und deren äußeres Ende
beim Abrollen nach dem jeweiligen axial inneren Ende in die Aufstandsfläche zwischen
Fahrbahn und dem Reifen eintritt. Der geometrische Verlauf der Profilnut
ist dabei durch deren Mittellinie definiert. Profilfeinschnitte
und Profilschnitte die ursächlich
der Wasserdrainage nicht dienen sind unter den oben erwähnten Profilnuten
und Quernuten nicht zu verstehen.
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Es
sind eine Vielzahl von drehrichtungsgebundenen und drehrichtungsungebundenen
Profilnutstrukturen und Profilnutformen bekannt, die eine Verbesserung
der Drainage des Wassers auf nasser Fahrbahn und/oder eine Verminderung
der Schallabstrahlung beanspruchen. Dem Gegenstand der Anmeldung
kommt das Dokument
DE
24 55 130 A1 am nächsten.
In diesem Dokument wird für
den Verlauf der v-förmigen
Profilnuten der Funktionsansatz des waagrechten Wurfes vorgeschlagen.
Dieser parabolische Funktionsansatz entspricht aber nicht den physikalischen
Bedingungen, für
das unter starken hydrodynamischen Druck stehenden Wasser, für die optimale
Wasserdrainage und minimierter Schallabstrahlung. Das zu drainagierende
Wasser liegt hier nicht in Form frei beweglicher Wassertropfen vor, sondern
bildet einen flächenhaften
Wasserfilm zwischen Reifen und Fahrbahn aus. Dieser Wasserfilm kann
erfindungsgemäß durch
eine hyperbolische Minimalfläche
radial, axial und quer über
die Lauffläche, bei
minimierter Schallabstrahlung entsorgt werden. Zum Stand der Technik
sind die weiteren Dokumente bekannt:
PAJ-JP 08230415 A ,
DE-41 08 745 A1 ,
PAJ-JP 2002316515 A ,
DE-42 20 677 A1 ,
DE-198 51 594 A1 .
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in der Findung eines Laufstreifengrundprofils
für Fahrzeugluftreifen,
das unter der konstant, minimalst möglichen Wechselwirkungsenergie
die physikalisch optimierte Aufnahme und Drainage des unter hohem
hydrodynamischen Druck stehenden Wasser gewährleistet und eine physikalisch
minimierte Schallabstrahlung in die Umgebungsatmosphäre realisiert.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der
Unteranspruch enthalt konkrete und weitere Ausprägungen der Erfindung.
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Das
zwischen der Reifenlauffläche
und der Fahrbahn unter hohem hydrodynamischen Druck stehende und
großer
Beschleunigung ausgesetzte inkompressible Wasser verhält sich
in axialen, partiell ausgedehnten Flächenbereichen zwischen den
in Laufrichtung aufeinander folgenden Quernuten wie ein in Bewegungsrichtung
gerichteter, quasi starrer Wasserimpulsvektor wie in 1 beispielhaft
dargestellt..
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Die
Aufgabe der Profilquernut besteht darin, diese partiellen und differentiellen
Wasserimpulsvektoren auf kürzestem
Wege bei konstanter und minimalst möglicher Trägheitskraft und Wechselwirkungsenergie
tangential in die Quernuten einzuleiten und sie unter konstantem
Druck, d. h bei gleicher Impulsgröße, weiterzuleiten. Das zu
drainagierende Wasser soll bei minimalst möglicher Beschleunigung eine
maximale Entsorgungsdistanz in axialer Richtung erfahren. Der Betrag
dieses Impulsvektors ist ein Maß für den hydrodynamischen
Druck innerhalb und entlang der Quernuten. Der Betrag des Impulsvektors
ist proportional der partiellen Wassermasse zwischen den in Umfangsrichtung
radial beabstandeten Quernuten und somit auch proportional der Beabstandung
selbst, sowie der mittleren Geschwindigkeit des aus einer radialen
in eine axiale Richtung zu transformierenden Wasserimpulsvektors.
Der konstante hydrodynamische Druck innerhalb der Quernuten ist
erforderlich um das Wasser rückstaufrei
und wirbelfrei zu drainagieren. Die minimalst mögliche Beschleunigung ist erforderlich,
um das Widerstandsmoment des partiellen Wasserimpulsvektors bei
seiner. Umlenkung und Einleitung aus der radialen Richtung in, eine
zunehmend axiale Richtung so gering wie möglich zu halten und das „Aufschwimmen
des Reifens", auch
bei höheren
Geschwindigkeiten, auf den quasi starren Wasserflächenelementen
zu verhindern.
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Zur
Gewährleistung
einer minimierten Schallabstrahlung an die Umgebungsatmosphäre ist es
erforderlich, dass in den Profilnuten eingeschlossene Luftvolumen
beim Abrollen des Reifens einen gleichförmigen, konstanten aerodynamischen
Druck aufbaut und aufrechterhält
um Kompressionsdruckstöße und resultierende
Luftschwingungen zu verhindern. Des weiteren sollten die über die
Kanten der Profilnut abgestrahlten Schallwellenfronten im axial nach
außen
gerichteten Raum interferieren, und durch die Variation der gegenseitigen
radialen Beabstandung der Quernuten Schwebungen im abgestrahlten
Schallmuster erzeugt werden. Der gleichförmige Druckaufbau des eingeschlossenen
Luftvolumens wird durch die erfindungsgemäße rückstaufreie Ausprägung der
Profilnuten für
die hydrodynamisch optimierte Wasserdrainage erreicht. Die Interferenz
der über
die Kanten der erfindungsgemäßen Profilnuten
abgestrahlten Wellenfronten wird durch die sich kreuzenden axial
und radial abgestrahlten homogenen Schallwellenfronten ermöglicht.
In 1 ist das Interferenzverhalten der radial und
axial abgestrahlten Wellenfronten in einem ebenen Schnitt bildlich
dargestellt.
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Die
gestellten Forderungen an den örtlichen Verlauf
der erfindungsgemäßen Profilquernuten
auf der Reifenlauffläche
für eine
physikalisch optimierte Drainage des Wassers und einer minimierten
Schallabstrahlung in die Umgebungsatmosphäre werden erfindungsgemäß durch
die Evolventen, d. h. der zentralen Abwicklungen, der Graphen der
ebenen radialen Schnitte und der Graphen der ebenen axialen Schnitte
mit der qualitativen hydrodynamischen Reaktionsdruckverteilung bzw.
mit dem resultierenden radialen Beschleunigungsfeld erfüllt. In 1 ist
die konstruktive Bestimmung der zentralen Abwicklungen sowie deren
Kombination zur erfindungsgemäßen Profilnutgrundform
dargestellt.
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Der
qualitative, gegen die Reifenlauffläche gerichtete und aus einem
radialen Beschleunigungsfeld resultierende, hydrodynamische Reaktionsdruck kann
durch ein Vektorfeld, einer Fläche
zweiter Ordnung, beschrieben werden. Die örtliche qualitative Reaktionsdruckverteilung
stellt darin den relativen, auf die örtliche Radialbeschleunigung,
auf die Masseneinheit und auf die Flächeneinheit bezogenen dimensionslosen
qualitativen Verlauf des örtlichen
Reaktionsdruckes dar. Der quantitative absolute und reale örtliche
Reaktionsdruck ist das Produkt aus dem örtlichen qualitativen Reaktionsdruckwert
und dem örtlichen
Normaldruck. Die qualitative Reaktionsdruckverteilung verläuft zu der
quantitativen realen Reaktionsdruckverteilung analog und ist zu
dem örtlich
herrschenden Normaldruck proportional. Der qualitative. Reaktionsdruck
erreicht im Zentrum der Reifenaufstandsfläche den Maximalwert und geht
an den Rändern
der Reifenaufstandsfläche
gegen den Wert Null. Die Abwicklung der Graphen der ebenen radialen
und axialen Schnitte mit der örtlichen
qualitativen hydrodynamischen Reaktionsdruckverteilung beginnt im
Maximum, d. h. im Scheitel des ebenen Schnittes und zugleich Rückkehrpunkt
der Abwicklung. Die radiale Reifenmittellinie oder eine dazu parallel
verlaufende Gerade, und die zentrale axiale Aufstandslinie bilden
die Abszissen und Leitlinien des Graphens der jeweiligen Abwicklung.
Der Rückkehrpunkt
und zugleich maximaler Funktionswert der Abwicklung bildet das Grundmaß für die gegenseitige
radiale Beabstandung der Profilquernuten. Der Funktionsverlauf der
Evolventen gibt den ebenen Verlauf der Mittellinie der erfindungsgemäßen Profilquernuten
an. Die Profliquernuten bilden auf der unter Normbelastung stehenden
ebenen Reifenlauffläche
ebene Kurven aus. Auf der unbelasteten Reifenlauffläche sind
sie als Raumkurven ausgeformt.
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Aufgrund
der torusförmigen
Bauform des Reifens sind zwei ausgezeichnete Druck- bzw. Reaktionsdruckverteilungen
gegeben:
Eine radiale, d. h. in Laufrichtung gerichtete Druckverteilung
und eine dazu senkrechte, axial gerichtete Druckverteilung. Im stationären Zustand,
d. h. im Ruhezustand der Reifen, kann die Druckverteilung angenähert durch
einenen parabolischen Verteilungverlauf beschrieben werden. Bedingt
durch die Dynamik des belasteten und im Bereich der Aufstandsfläche abgeflachten
Reifens werden bei zunehmender Drehgeschwindigkeit des Reifens,
und aufgrund der dabei zunehmenden Radialbeschleunigung die stationären parabolischen
Druckverteilungen bzw. die gegen die Reifenlauffläche gerichtete
Reaktionsdruckverteilungen zunehmend in die dynamisch gestrecktere
hyperbolische Form der Katenoide, der sogenannten Kettenlinie, übergehen.
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Physikalisch
betrachtet wird das Wasser zwischen der Fahrbahn und dem Reifen
entgegen der Reifenlauffläche,
einem „radialen
Beschleunigungsfeld",
vergleichbar einem Gravitationsfeld, ausgesetzt, so daß die radiale
und die axiale Reaktiondruckverteilung die Funktion der Kettenlinie
(Katenoide) annimmt. Die Kraftfeldvektoren dieses radialen Beschleunigungsfeldes
wirken auf die partiellen und differentiellen Wasserimpulsvektoren
/J/ ein, die ihrerseits entlang der Evolventen der ebenen Schnitte
mit diesem Beschleunigungsfeld, den erfindungsgemäßen Profilquernuten
und der Profilnutgrundform, aus der radialen in die axiale Richtung
unter dem geringst möglichen,
konstanten Widerstansmoment transformiert werden.
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Zur
Erfüllung
der gestellten Aufgabe ist zumindest die Kenntnis des Funktionsverlaufes
der zentralen-radialen-qualitativen hydrodynamischen Reaktionsdruckverteilung über der
Reifenaufstandsfläche
erforderlich. Auf Grund der axial flach ausgebildeten Niederquerschnittskarkasse
der Hochgeschwindigkeitsreifen sind auch die axialen Reaktionsdruckverteilungen
im zentralen Reifenaufstandsbereich flach ausgebildet, d. h. sie
behalten in diesem Reifenaufstandsbereich annähernd den Funktionsverlauf
der zentralen radialen Reaktionsdruckverteilung bei. Die axialen
Reaktionsdruckverteilungen sind ebenfalls flach ausgebildet und
sie erreichen im Schulterbereich, in hinreichend guter Näherung,
den Funktionsverlauf der äußeren radialen
Druckverteilung. Aufgrund dieser ähnlichen Druckverteilungen und
bedingt durch den hohen, die Drainage des Wassers im wesentlichen
beeinflussenden hydrodynamischen Reaktionsdruck im Zentrum der Reifenaufstandsfläche, bestimmt
die Evolvente (Abwicklung) der zentralen qualitativen Reaktionsdruckverteilung den
generellen Verlauf der erfindungsgemäßen Profilquernuten. Deren
Kombination zur erfindungsgemäßen, die
Reifensymetriehälfte
querende Profilnutgrundform und deren radiale Verteilung über die
Reifenlauffläche
ergibt den beanspruchten Verlauf des Laufstreifenprofils. In 1 wird
die Ermittlung der qualitativen Reaktionsdruckverteilungen und deren zentrale
Abwicklungen (Evolventen), die erfindungsgemäßen Quernuten, sowie deren
Kombination zu der erfindungsgemäßen Profilnutgrundform
an einem konkreten Beispiel der Reifengröße 225/55R16 im Maßstab 1:1,25
dargestellt.
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Bedingt
durch die zwei ausgezeichneten hydrodynamischen Druckverteilungen
ergeben sich auch zwei ausgezeichnete Entsorgungsbereiche über der
Symmetriehälfte
der Reifenaufstandsfläche:
Ein
zentral innerer, aus der radialen Reaktiondruckverteilung resultierender
Entsorgungsbereich, und ein daran anschließender, aus der axialen Reaktionsdruckverteilung
resultierender, bis zur Reifenschulter reichender äußerer Entsorgungsbereich.
Der innere Entsorgungsbereich drainagiert das Wasser vornämlich radial
in Bewegungsrichtung des Reifens, der äußere Entsorgungsbereich axial
zur Reifenschulter hin. Eine durchgehende Drainage des Wassers aus dem
zentralen Bereich der Reifenmittte bis hin zur Reifenschulter ist
aufgrund der kurzen Aufstandszeit der Quernuten nicht möglich. Das
zu drainagierende Wasser müßte aus
dem Zentralbereich des Reifens heraus eine so große Beschleunigung
erfahren, so dass aufgrund der resultierenden Trägheitskraft wie ein quasi starrer
Körper
das „Aufschwimmen" des Reifens bewirken
würde.
Unter der Drainage des Wassers ist somit im wesentlichen die tangentiale Einleitung
und die Aufnahme des partiellen Wasserimpulsvektors in die Quernuten
zu verstehen. Eine Weiterleitung des Wassers in den Quernuten erfolgt nur
in beschränktem
Umfang.
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Zur
Erfüllung
einer physikalisch optimierten Schallabstrahlung ist die Kombination
der erfindungsgemäßen Quernuten,
resultierend aus der jeweiligen zentralen Abwicklung des Graphens
der qualitativen radialen und axialen hydrodynamischen Reaktionsdruckverteilung,
zu einem konkaven Kurvenverlauf quer über die Reifensymmetriehälfte von Bedeutung.
Die an den Kanten der erfindungsgemäßen Profilquernuten abgestrahlten
Elementarwellen und deren resultierende homogene räumliche
Wellenfronten in der Form der Evolute (Einhüllende) der erfindungsgemäßen Quernuten
können
in der Atmosphäre
seitlich der Reifen interferieren. Eine zeichnerische Darstellung
wird in 1 gegeben.
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Der
qualitative Verlauf der radialen und der axialen hydrodynamischen
Reaktionsdruckverteilung ist aus der Geometrie der Reifenaufstandsfläche, d. h.
aus der jeweiligen Länge
(L) der radialen und axialen Aufstandslinien bzw. den Seitenlängen der
quadratischen bis rechteckigen Reifenaufstandsfläche, analytisch und geometrisch
bestimmbar.
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Der
qualitative Verlauf der entsprechenden Reaktionsdruckverteilung
(Y) wird in hinreichend guter Näherung
durch den Funktionsverlauf der Katenoide (Kettenlinie) wiedergegeben:
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Mit
X als Abszisse, und zugleich radiale oder axiale Aufstandslinie.
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Mit
dem freien Parameter (a), und zugleich Minimum des Funktionswertes
der Kettenlinie an der Stelle X = 0. Der freie Parameter (a) ist
der zentrale Wert für
die Bestimmung der qualitativen Reaktionsdruckverteilung. Der Wert
für (a)
ist über
das Verhältnis
der halben Aufstandslänge
(L/2) zu der „e-Funktion", in hinreichend
guter Näherung,
gegeben. a = (L/2)/2,72.
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An
der Stelle X = 0 erreicht der qualitative Reaktionsdruck den Maximalwert
von 6,6 a.
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An
der Stelle X = a e; an den Seitenrändern der Aufstandsfläche und
den Endpunkten der entsprechenden Aufstandslinie geht der qualitative
Reaktionsdruck gegen den Wert Null. Physikalisch gesehen bedeutet
eine Vergrößerung der
Reifenaufstandsfläche,
unter Verlängerung
der radialen und der axialen Aufstandslängen, eine größere Abflachung
des Reifens, somit eine Zunahme der Radialbeschleunigung und des
Reaktionsdruckes. Der Wert von (a) ist in diesem radialen Beschleunigungsfeld, dem
Betrage nach, der reifenaufstandsspezifische „Einheitsvektor" des zentralen Beschleunigungsfeldes
und er ist der Aufstandslänge
(L) bzw. der Reifenabflachung direkt proportional.
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Auf
Grund der quadratischen bis leicht rechteckigen Reifenaufstandsflächen ist
es vorteilhaft eine über
die radiale und axiale Seitenlänge
der Reifenaufstandsfläche
gemittelte Aufstandsseitenlänge
zu bestimmen. Diese mittlere Aufstandsseitenlänge bildet die Ausgangsgröße zur Ermittlung
einer einheitlichen Reaktionsdruckverteilung entsprechend obigem
Verfahren.
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Die
Evolvente, die zentrale Abwicklung, der Katenoide ist die Traktrix
oder Schleppkurve mit dem Funktionsverlauf:
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Für X = 0
ist Y = a
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Für X = a
(e-Funktion); an dem Rand der Aufstandsfläche geht Y in guter Näherung gegen
den Wert Null.
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Für Y = 0
bildet die entsprechende radiale oder axiale Aufstandslinie die
Asymptoten.
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Für X = 0
und Y = a ist der Rückkehrpunkt P(0,
a) der Traktrix definiert. In der 1 ist die
konstruktive Ermittlung der Reaktionsdruckverteilung (Kettenlinie)
und deren zentrale Abwicklung (Traktrix) aus der Geometrie der Reifenaufstandsfläche an einem
konkreten Beispiel der Reifengröße 225/55R16 im
Maßstab
1:1,25 dargestellt.
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Näherungsweise
kann die Druckverteilung auch durch die Funktion Y = a + 0,08·X2 beschrieben werden.
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Die
Traktrix hat die geometrische Eigenschaft, daß die Länge der Tangenten zu einer
Geraden, hier die zentrale radiale und axialen Aufstandslinie und
gleichzeitig Asymptote der Traktrix, konstante Längen aufweisen.
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Wird
der partielle Wasserimpulsvektor als Tangente an die Traktrix, hier
an die erfindungsgemäßen Quernuten,
die konstante Länge
der Tangente zu den Aufstandslinien als ein Maß für den konstanten hydrodynamischen
Druck in und entlag der Quernuten definiert, so wird der partielle
Wasserimpusvektor unter der maximal zulässigen Beschleunigung auf kürzestem
Weg unter konstantem Druck aus der radialen Richtung in die axiale
Richtung transformiert, eingeleitet und entsorgt. Der Impulsvektor
erfährt entlang
der erfindungsgemäßen Quernuten
seine physikalisch optimale Transformation, „Entsogung" aus einer radialen Richtung in eine
zunehmend axiale Richtung auf kürzestem
Wege und geringster Wechselwirkungsenergie. Der Betrag des partiellen Impulsvektors,
hier die Länge
der Tangente, ist das erfindungsgemäße Grundmaß für die gegenseitige radiale
Beabstandung der erfindungsgemäßen Quernuten.
Die Länge
der Tangente und damit auch die gegenseitige Beabstandung der Quernuten
in Umfangsrichtung ist proportional der zu entsorgenden partiellen
Wassermasse zwischen zwei beabstandeten Quernuten und der mittleren
Entsorgungsgeschwindigkeit.
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Bildlich
veranschaulicht entsorgt die am Reifenumfang abrollende Traktrix
in der Form einer Pflugschar, hier die erfindungsgemäßen Profilquernuten
bzw. die Profilnutgrundform, die zwischen zwei beabstandeten Profilquernuten
bzw. Profilnutgrundformen unter starkem hydrodynamischen Druck stehende
und gegen die Innenwandung der abrollenden Quernut gedrückten lamellaren
Wasserimpulsvektoren /J/ mit minimalst möglicher Beschleunigung und Wechselwirkungsenergie,
unter konstantem Druck, auf kürzestem
Weg, in und entlang der erfindungsgemäßen Quernut, quer zur Bewegungsrichtung
des Reifens (1).
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Die
erfindungsgemäßen Profilquernuten,
wie oben offengelegt, sind aus der Geometrie der Reifenaufstandsfläche, d.
h. über
die Seitenlängen
der quadratischen bis rechteckigen Reifenaufstandsfächen (entsprechend
E.T.R.T.O. standart manual) analytisch und konstruktiv bestimmbar.
Die erfindungsgemäße Profilnutgrundform
entsteht aus der Kombination dieser erfindungsgemäßen Quernuten
(Evolventen). Die Profilnutgrundform stellt den ebenen Funktionsverlauf
auf der Reifenlauffläche
dar, bei dem der Wasserimpusvektor bzw. die radialen Kraftfeldvektoren
unter konstantem und minimalst möglichem
Widerstandsmoment aus der radialen Bewegungsrichtung, quer über die
Symmetriehälfte
der Reifenlauffläche,
um 90 Grad in die axiale Richtung umgelenkt werden. Das Grundmaß der gegenseitigen
radialen Beabstandung in Umfangsrichtung ist durch die konstante
Länge der
Tangenten bzw. dem Funktionswert des Rückkehrpunktes der zentralen
Abwicklung gegeben. Zur Erzeugung von Schwebungen in den abgestrahlten
Schallfrequenzspektren kann durch Pitchlängenvariation das Grundmaß der gegenseitigen
radialen Beabstandung periodisch variierend über den Lauflächenumfang
festgelegt werden.
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In
der 1 wird die konstruktive Bestimmung der erfindungsgemäßen Quernuten
und die Findung der Profilnutgrundform an einem konkreten Beispiel
der Reifengröße 225/55R16
im Maßstab 1:1,25
dargestellt.
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1 zeigt
im Maßstab
1:1,25 die Reifenaufstandsfläche
(F) eines Luftreifens der Größe 225/55R16
mit einer radialen Aufstandslänge
(RL) von 165 mm. Der aus der radialen Aufstandslänge (RL) ermittellte Wert des
freien Parameters (a); a = (RL/2)/e der Evolventen und der Quernuten
(1 und 2) beträgt
30,3 mm. Die Kombination der Quernuten (1 und 2) über die
Symmetriehälfte
der Lauffläche
zu der Profilnugrundform (3) erfolgt beginnend im Mittelbereich
der Lauffläche
mit der Evolvente (1) aus der zentralen radialen Abwicklung
der qualitativen Reaktionsdruckverteilung (R), wobei die Mittellinie
(M) in Drehrichtung (D) des Reifens die Asymptote dieser Evolvente
(1) bildet und der maximale Abstand von dieser Mittellinie
(M) den Funktionswert (a) im Rückkehrpunkt
P(a, 0) ergibt, und dass diesem Rückkehrpunkt P(a, 0), jeweils
bezogen auf den Mittelpunkt (0) der Reifenaufstandsfläche (F),
die Evolvente (2) aus der zentralen axialen Abwicklung
der qualitativen Reaktionsdruckverteilung (A), hier im Schulterbereich mit
der Evolvente (1) aus der zentralen radialen qualitativen
Druckverteilung (R) gleichgesetzt jedoch um 90 Grad gedreht und
an der Mittellinie (M) gespiegelt, glatt übergeht. Um diesen glatten Übergang
im Rückkehrpunkt
P(a, 0) zu erreichen ist die Evolvente (2) entgegen der
Drehrichtung (D) des Reifens um den Wert (0,276 a) parallel zu verschieben.
Der „glatte Übergang" der Evolventen (1 und 2)
im Rückkehrpunkt
P(a, 0) bedingt, dass über
der gesamten Reifensymmetriehälfte
die Tangenten, T1 und T2 zu den jeweiligen axialen und radialen
Aufstandslinien (m, n) gleich lang sind; somit eine gleichmäßige, pysikalisch optimierte
Entsorgung des Wasserimpusvektors (J) unter konstantem Druck gewährleistet
wird. Des weiteren sind in jedem gegenseitigen Schnittpunkt, Kreuzungspunkt
dieser erfindungsgemäßen Quernuten
(1 und 2) mit sich selbst und mit der Profilnutgrundform
(3) die Längen
der Tangenten zu den entsprechenden Asymptoten, Aufstandslinien
und Entsorgungsrichtungen, und somit auch die Impusbeträge /J/ gleich
groß.
Damit wird in etwa ein gleich großer hydrodynamischer Druck
im Kreuzungspunkt selbst und in den von diesem Kreuzungspunkt abzweigenden
Quernuten aufgebaut. Es tritt für
das zu drainagierenden Wassers an und in diesen Schnittstellen der
Quernuten kein ausgeprägter
Rückstaueffekt
auf. Durch die Kombination der Quernuten (1 und 2)
zu einer konkaven Profilnutgrundform (3) wird gewährleistet,
daß die über die
Profilkanten abgestrahlten homogenen „Huygensche" Schallwellenfronten (Sr)
und (Sa) in der seitlichen Umgebungsatmosphäre des Reifens interferieren
können.
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In
der Tabelle 1 wird der ebene Funktionsverlauf der erfindungsgemäßen Profilnutgrundformen für ausgewählte Reifenaufstanslängenbereiche
(RL); d. h. für
unterschiedliche Reifengrößen in ebenen
Koordinaten (X-axial, seitlich und Y-radial in Drehrichtung) festgelegt
und dargestellt.
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Eine
vielfältige
Anordnung dieser obig beanspruchten Proflinutgrundform und der erfindungsgemäßen Quernuten über den
Symmetriehälften
der Reifenlauffläche
zu einem drehrichtungsgebundenen oder einem drehrichtungsungebundenen
Reifenprofil ist möglich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in den 2 bis 5 dargestellten
konkreten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Hierin
zeigen:
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2 ein,
auf die Reifenaufstandsfläche
abgewickeltes, drehrichtungsgebundenes Laufstreifenprofil eines
Fahrzeugluftreifens der Größe 225/55R16
im Maßstab
1:1 und
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3 ein,
auf die Reifenaufstandsfläche
abgewickeltes, drehrichtungsungegebundenes Laufstreifenprofil eines
Fahrzeugluftreifens der Größe 225/55R16
im Maßstab
1:1 und
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4 ein,
auf die Reifenaufstandsfläche
abgewickeltes, drehrichtungsgebundenes Laufstreifenprofil eines
Fahrzeugluftreifens der Größe 225/55R16
mit einem zentralen, gürtelförmigen Laufstreifenbereich
im Maßstab
1:1 und
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5 ein
abgewickeltes Laufstreifenprofil entsprechend 1 mit
umlaufenden Längsnuten
im Maßstab
1:1.
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Beschreibung der Figuren:
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2 zeigt
beispielhaft die Kombination der Profilnutgrundform (3) über der
Reifenaufstansfläche (F)
an einem Reifen der Größe 225/55R16
im Maßstab
1:1. Die Kombination der erfindungsgemäßen Profilnutgrundform (3, 3'), hier in der
Darstellung der Mittellinie, erfolgt spiegelsymmetrisch zur Reifenmittellinie
(M) und quer über
die Symmetriehälfte
der Lauffläche,
mit einer radialen gegenseitigen Grundbeabstandung (a) von 30 mm
und einer alternierenden gegenseitigen Beabstandung von 0,8 a bis
1,2 a und einer um den Wert 1,5 a in axialer Richtung und entgengesetzt
der Drehrichtung (D) parallel verschobener Evolvente (1)
aus der zentralen radialen qualitativen Reaktionsdruckverteilung
zur Evolvente (1'), deren
Wiederkehrpunkt P' auf
bzw. in der in radialer Richtung folgenden Profilnutgrundform (3') offen mündet, wobei
zur Erhöhung
der Stabilität
des Reifenschulterbereiches sowie des Traktions- und Bremsvermögens auf
trockener Fahrbahn nur jede zweite dieser Evolventen (1') ausgebildet
ist. Diese, wie oben beschrieben, in Richtung des Schulterbereichs
der Reifen verschobenen erfindungsgemäßen Quernuten (1') bilden der
Funktion nach eine radiale, in sich nicht geschlossene „Längsnut" mit einer um 40%
längeren
radialen Aufstandslänge
(Negativanteil) als eine durchgehende Längsnut. Diese in sich nicht
geschossene „Längsnut" ist darüberhinaus
befähigt über der
axialen Breite (a) die dynamische Drainage des Wassers zu realisieren.
Im Gegensatz zu einer geschlossenen, in Laufrichtung parallelen Längsnut,
bei der nur die Nutenbreite für
die Aufnahme des über
der Längsnut
befindlichen Wassers zur Verfügung
steht. Die Gesamtlänge
der erfindungsgemäßen Quernuten
(3, 3', 1') im Bereich
zwischen zwei beabstandeten Profilnutgrundformen (3, 3') entspricht
etwa der radialen Aufstandsläge
RL = (2 a e). Auf Grund dieser geometrischen Eigenschaft können diese
Quernuten, bei einer mittleren Nutentiefe von 7 mm und einer mittleren
Nutenbreite (NB) von ca. 4 mm, aus diesem Bereich ein netto Wasservolumen von
5400 cmm aufnehmen (ohne Berücksichtigung der
Wasserdrainage in diesen Quernuten). Dieses Wasservolumen entspricht
einer netto Wasserhöhe von
2 mm über
der Fahrbahn. Bei der Auslegung des Profilschittes für eine höhere netto
Wassermengenaufnahme ist die Nutenbreite (NB) entsprechend zu erweiternen.
Im zentralen Innenbereich kann sich die Nutenbreite auf weniger
als 30% der mittleren Nutenbreite (NB) verringern, im äußeren Schulterbereich des
Reifens kann sich die Nutenbreite (NB) gegenüber der mittleren Nutenbreite
(NB) kontinuierlich auf über
100% erweitern. Des weiteren kann im Abstand (a) von der Laufflächenmittellinie
(M) eine Längsnut (N)
vorgesehen werden. Die Profilnutgrundformen (3, 3') enden aufgrund
der geforderten Laufflächenstabilität, der Lenkbarkeit
und des möglichst
geringen Reifenverschleißes
im zentralen Laufflächenbereich,
jeweils den Profilnutgrundformen (3, 3') gegenüberliegend,
in wechselseitig differierenten Abständen von bis zu 15 mm symmetrisch
zur Reifenmittellinie (M).
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3 zeigt
ein abgewickeltes, laufrichtungsungebundenes Laufstreifenprofil
bei der das Reifenprofil der Reifensymmetriehäfte (L) durch Drehung des erfindungsgemäßen Profiles
der Reifensymmetriehälfte
(R), entsprechend dem erfindungsgemäßen Profil der 1,
um 180 Grad um den Mittelpunkt (0) der Reifenaufstandsfläche (F)
entsteht, und bei dem durch die gedrehten Profilnutgrundformen (3') in der Reifensymmetriehälfte (L)
und der Profilnutgrundformen (3) in der Reifensymmetriehälfte (R)
im Zentralbereich der Reifenaufstandsfläche (F) der Verlauf der Profilquernuten
aus einer Anordnung strömungsoptimierter,
axial offener „Entsorgungsdüsen" (Z) gebildet wird,
wobei im Bereich (1) der Reifensymmetriehälfte (R)
in Bewegungsrichtung (W) und im Bereich (III) der Reifensymmetriehälfte (L)
in Drehrichtung (D) eine dynamisch optimierte Drainage des Wassers
diagonal über
die gesamte Reifenaufstandsfläche
(F) gegeben ist. Der Reifen erfährt
durch diese diagonale Anordnung der optimierten Entsorgunsbereiche
(I und II), und dem damit erzielten relativ verbesserten Bodenkotakt,
diagonal über
die Reifenaufstandsfläche,
auf nasser Fahrbahn eine zusätzliche
Richtungsstabilisierung, dies insbesondere für Reifen auf lenkbaren und
steuerbaren Rädern.
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4 zeigt
eine weitere Kombination der Profilnutgrandform an einem Reifen
der Größe 225/55R16
im Maßstab
1:1. Der Reifen besitzt einen zentralen, ca. 20 mm–30 mm breiten
Laufflächenbereich
(LB) als durchgehender, positiv ausgeformter Profilgürtel mit
beidseitig begrenzenden Längsnuten (L1,
L2). Die Profilnutgrundform (3) schneidet die begrenzende
Längnut
(L1, L2) unter einem Winkel (alfa) von ca. 26 Grad. Eine zentrale,
bis zu ca. 10 mm breite Längsnut
ist alternativ möglich;
wobei bei dieser Alternative auf die begrenzenten Längsnuten
(L1, L2) zu verzichten ist oder diese mit geringerer Breite auszubilden
sind.
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5 zeigt
eine Kombination der Profilnutgrundform (3) entsprechend 2 mit
einer, jeweils im Abstand von etwa 2 a von der Reifenmittellinie
(M) umlaufende Längsnut
(L3, L4) in der die Quernuten (1') mit ihrem Rückkehrpunkt (P) offen einmünden, und
die im äußeren Seitenbereich
ein, die Reifenschulter stabilisierendes Stollenprofil (S) mit fast achsparallelen
Quernuten (3, 3')
ausbilden.
in den Laufstreifen eingeformt
sind, 
