DE19945264A1 - Reifen, insbesondere Luftreifen, für Fahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reifen für ein Kraftfahrzeug mit einer den Reifenumfang bildenden Lauffläche, die radial innen einen Innenbereich, der kraftübertragend mit einer Felge verbunden ist, und radial außen einen Außenbereich aufweist, der beim Abrollen des Reifens mit einer Fahrbahn in Kontakt kommt und zur Übertragung von parallel zur Fahrbahn wirkenden Scherkräften zwischen Fahrbahn und Innenbereich dient, wobei der Außenbereich so ausgebildet ist, daß die daran angreifenden Scherkräfte eine Scherdehnung des Außenbereiches bewirken. DOLLAR A Um die durch den Reifen übertragbaren Scherkräfte zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Außenbereich zumindest bereichsweise so auszubilden und/oder aufzubauen, daß ein Verhältnis von Scherkraftänderung zu zugehöriger Scherdehnungsänderung bei kleineren Scherdehnungswerten größer ist als bei größeren Scherdehnungswerten.

Description

Die Erfindung betrifft Reifen, insbesondere Luftreifen, für Fahrzeuge, insbesondere mehrspurige Kraftfahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Aus der EP 0 873 885 A2 ist ein Luftreifen für mehrspurige Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art bekannt, der eine den Reifenumfang bildende Lauffläche aufweist. Diese Lauffläche besitzt radial innen einen Innenbereich, der bei Luftreifen üblicherweise als Reifengürtel bezeichnet wird. Dieser Innenbereich ist üblicherweise mit einer Felge verbunden. Die Lauffläche weist radial außen einen Außenbereich auf, der das Reifenprofil bildet und in der Regel aus einer Vielzahl von Stollen besteht. Der Außenbereich kommt mit einer Kontaktzone beim Abrollen des Reifens mit einer Fahrbahn in Kontakt und dient zur Übertragung von parallel zur Fahrbahn wirkenden Scherkräften zwischen Fahrbahn und Innenbereich.

Beim Beschleunigen, Bremsen sowie bei Querbeschleunigungen, z. B. bei Kurvenfahrten, treten zwischen Fahrzeug und Fahrbahn Scherkräfte auf, die über die Reifen an die Fahrbahn übertragen werden. Die Übertragung der Scherkräfte erfolgt dabei in Abhängigkeit des zwischen Fahrbahn und Außenbereich der Reifenlauffläche wirksamen Reibungsbeiwertes. Eine weitere entscheidende Bedeutung für die übertragbaren Scherkräfte hat die durch den Aufbau des Reifens sowie durch die Radführung bestimmte Kontaktkinematik zwischen Außenbereich der Reifenlauffläche und Fahrbahn. Die Kontaktkinematik erzwingt insbesondere bei einer Kurvenfahrt zumindest in Bereichen der Kontaktzone Relativbewegungen zwischen Fahrbahn und Innenbereich, wodurch es zu einer zusätzlichen Scherbelastung des Außenbereichs kommt. Zur Übertragung der Scherkräfte wird der Außenbereich der Lauffläche bzw. werden die einzelnen Stollen in Richtung der Scherkräfte reversibel deformiert, wodurch sich eine Scherdehnung des Außenbereiches ergibt. Die Größe der Scherdehnung hängt dabei von den übertragenen Scherkräften ab. Diese Scherkräfte sind jedoch über die Kontaktzone zwischen Fahrbahn und Außenbereich unterschiedlich verteilt, was auf die Kontaktkinematik und die Bodendruckverteilung entlang der Kontaktzone zurückzuführen ist.

Die Scherdehnung steigt entlang der Kontaktzone ausgehend von einem Einlauf bis zu einem Auslauf an, wobei gleichzeitig die übertragenen Scherkräfte zunehmen. Sobald die übertragenen Scherkräfte die Haftreibungskraftgrenze zwischen Außenbereich und Fahrbahn erreichen, sinken die übertragbaren Scherkräfte auf den Wert der Gleitreibung. Bei herkömmlichen Reifen nehmen die Scherdeformationen und somit die übertragbaren Scherkräfte linear oder leicht progressiv über der Kontaktzonenlänge zu. Das physikalisch mögliche Haftreibungspotential wird hinsichtlich Seitenführungskräften hierbei nicht vollständig ausgenutzt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, einen Reifen der eingangs genannten Art hinsichtlich einer Verbesserung der Ausnutzung des Haftreibungspotentials auszugestalten.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen Reifen mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf den allgemeinen Gedanken, den Außenbereich der Reifenlauffläche so auszubilden bzw. aufzubauen, daß der Aufbau von Scherdeformationen entlang der Kontaktzonenlänge degressiv erfolgt. Durch diese Maßnahme werden die näher am Einlauf liegenden Abschnitte der Kontaktzone stärker an der Scherkraftübertragung beteiligt, so daß sich insgesamt eine größere Bodenhaftung für den Reifen ergibt. Der degressive Zusammenhang zwischen Scherkraft und Scherdehnung bewirkt, daß einerseits schon bei kleinen Scherdehnungen große Scherkräfte übertragen werden können, während andererseits bei weiter zunehmender Scherdehnung der damit verbundene Scherkraftanstieg deutlich kleiner ausfällt. Das so ausgebildete Steifigkeitsverfhalten des Außenbereiches bewirkt somit in der Nähe des Einlaufs der Kontaktzone einen starken Anstieg der übertragenen Scherkräfte, die dann aufgrund des degressiven Verhaltens entlang der Kontaktzone nur noch gering ansteigen und dabei unterhalb der Haftreibungsgrenze bleiben und erst in der Nähe des Auslaufes die Haftreibungsgrenze erreichen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann im Außenbereich der Reifenlauffläche wenigstens ein Versteifungselement angeordnet sein, das eine größere Steifigkeit aufweist als der übrige Außenbereich. Dieses Versteifungselement ist mit dem einen Bereich (Innenbereich oder Außenbereich) über eine feste Verbindung und mit dem anderen Bereich (Außenbereich oder Innenbereich) über eine Reibungsverbindung gekoppelt. Diese Reibungsverbindung ist dabei so ausgebildet, daß sie bei Überschreiten einer Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung eine Relativbewegung zwischen Versteifungselement und dem über die Reibungsverbindung daran gekoppelten Bereich (Innenbereich oder Außenbereich) zuläßt. Dabei ist die Reibungsverbindung so ausgebildet bzw. das Versteifungselement so angeordnet, daß bei ansteigenden Scherkräften die Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung vor einer Haftreibungsgrenze zwischen Außenbereich und Fahrbahn überschritten wird. Diese Maßnahmen haben zur Folge, daß bei einer Übertragung von Scherkräften, die kleiner als die Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung sind, sowohl das Versteifungselement als auch der übrige Außenbereich durch die Scherkräfte Scherdehnungen ausgesetzt sind. Die unterschiedlichen Elastizitäten der beiden Bestandteile sind somit parallel geschaltet, so daß bereits kleine Scherdehnungen relativ große Scherkräfte übertragen. Sobald jedoch die angreifenden Scherkräfte die Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung übersteigen, kann eine Relativbewegung zwischen dem Versteifungselement und dem über die Reibverbindung daran gekoppelten Bereich (Außenbereich oder Innenbereich) stattfinden, so daß nur noch die Elastizität des Außenbereiches ohne das Versteifungselement die Scherdehnung bestimmt. Dies hat zur Folge, daß bei diesen Kräften eine Zunahme der Scherdehnung nur noch eine geringfügige Zunahme der Scherkräfte zur Folge hat.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Luftreifen,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen Profilscherkraft (Ordinate) und Profilscherdehnung (Abzisse) entlang der Kontaktzonenlänge,

Fig. 3 eine mechanische Prinzipdarstellung für die Wirkungsweise einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 4 ein Diagramm wie in Fig. 2, jedoch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Stollen eines Außenbereiches einer Reifenlauffläche,

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Stollen gemäß Fig. 5 entsprechend der Schnittlinie V in Fig. 5 ohne Scherbeanspruchung des Stollens,

Fig. 7 einen Querschnitt wie in Fig. 6, jedoch mit Scherbeanspruchung des Stollens,

Fig. 8 eine Darstellung wie in Fig. 6, jedoch einer anderen Ausführungsform und

Fig. 9 eine Darstellung wie in Fig. 7, jedoch der Ausführungsform gemäß Fig. 8.

Entsprechend Fig. 1 besitzt ein Luftreifen 1 eine Lauffläche 2, die radial innen einen Innenbereich 3 und radial außen einen Außenbereich 4 aufweist. Der Innenbereich 3 wird üblicherweise als Reifengürtel bezeichnet und dient zur Kraftübertragung zwischen dem Reifen 1 und einer nicht dargestellten Felge. Der Außenbereich 4 ist üblicherweise durch das Profil bzw. durch Stollen 5 des Reifens 1 gebildet und dient zur Übertragung von Scherkräften zwischen dem Innenbereich 3 und einer Fahrbahn 6, mit der der Außenbereich 4 beim Abrollen des Reifens 3 entlang einer Kontaktzone in Kontakt kommt.

Im Diagramm gemäß Fig. 2 ist auf der Ordinate die Scherkraft F_γ und auf der Abszisse die Scherdehnung γ entlang einer Kontaktzone zwischen Außenbereich 4 und Fahrbahn 6 aufgetragen. Die Kontaktzone weist bei 7 einen Einlauf auf, bei dem der Kontakt zwischen Fahrbahn 6 und Außenbereich 4 beim Abrollen des Reifens 1 beginnt. Das Ende des Kontaktes zwischen Außenbereich 4 und Fahrbahn 6 beim Abrollen des Reifens 1 ist bei 8 dargestellt und wird mit Auslauf bezeichnet. In Fig. 2 ist mit unterbrochenen Linien der Verlauf der Haftreibungsgrenze γ_haft entlang der Kontaktzone aufgetragen. Die Haftreibungsgrenze γ_haft entspricht dem maximalen Wert der zwischen Außenbereich 4 und Fahrbahn 6 übertagbaren Scherkraft. Aufgrund der Bodendruckverteilung entlang der Kontaktzone ergibt sich ein im wesentlichen symmetrischer "kuppelförmiger" Verlauf für die Haftreibungsgrenze γ_haft. Mit punktierter Linie ist in Fig. 2 außerdem die Gleitreibungsgrenze γ_gleit eingetragen, die einen ähnlichen Verlauf aufweist wie die Haftreibungsgrenze γ_haft, wobei die bei Gleitreibung übertragenen Scherkräfte F_γ deutlich unterhalb der Haftreibungsgrenze γ_haft liegen.

Beginnend am Einlauf 7 und endend am Auslauf 8 baut sich entlang der Bodenkontaktzone eine zunehmende Verformung des Außenbereiches 4 bzw. der Stollen 5 auf. Dieses Verhalten ergibt sich aus der Bodendruckverteilung sowie aus der Kontaktkinematik, insbesondere bei Schräglaufbeanspruchung und/oder Schlupfbeanspruchung des Reifens 1. Eine zunehmende Scherdehnung bedeutet jedoch gleichzeitig eine zunehmende Übertragung von Scherkräften zwischen Fahrbahn 6 und Außenbereich 4.

Bei einem herkömmlichen Reifen ergibt sich ein mit strichpunktierter Linie dargestellter Verlauf 9, der einen linearen Zusammenhang zwischen zunehmender Verformung und dabei übertragenen Scherkräften entlang der Kontaktzone beschreibt. Ausgehend vom Einlauf 7 nehmen daher die übertragbaren Scherkräfte entlang der Bodenkontaktzone linear zu, was mit einer ebenfalls linear zunehmenden Scherdeformation des Außenbereiches 4 einhergeht. Sobald die zwischen Außenbereich 4 und Fahrbahn 6 übertragenen Scherkräfte die Haftreibungsgrenze γ_haft bei 10 erreichen, gleitet der betreffende Abschnitt des Außenbereiches 4 an der Fahrbahn 6 ab. Die zwischen Außenbereich 4 und Fahrbahn 6 dann noch übertragbaren Scherkräfte entsprechen der Gleitreibungskraft; dementsprechend folgt der Zusammenhang zwischen Scherdehnung γ und übertragbaren Scherkräften F_γ der Gleitreibungsgrenze γ_gleit. Die mit 1 gekennzeichnete, grob schraffierte Fläche ergibt somit die entlang der Bodenkontaktzone insgesamt vom Reifen 1 übertragene Seitenkraft. Durch eine steifere Gummimischung wird der Anstieg des Verlaufes 9 steiler, wodurch sich der Berührpunkt 10 entlang der Haftreibungsgrenze γ_haft in Richtung Einlauf 7 verschiebt. Bei weicheren Gummimischungen verschiebt sich der Berührpunkt 10 entlang der Haftreibungsgrenze γ_haft in Richtung Auslauf 8. Bei konventionellen Reifen 1 ist die gummimischung des Außenbereiches 4 so gewählt, daß die Lage des Berührpunktes 10 eine maximale Fläche I zur Folge hat.

Die Erfindung schlägt nun vor, den Außenbereich 4 so auszugestalten, bzw. aufzubauen, daß sich der Zusammenhang zwischen Scherdehnung γ und der übertragenen Scherkräfte F_γ degressiv entlang der Bodenkontaktzone entwickelt. Ein solcher Zusammenhang ist in Fig. 2 durch die Linie 11 dargestellt. Bei diesem Zusammenhang 11 ist ein Verhältnis von Scherkraftänderung zu zugehöriger Scherdehnungsänderung bei kleineren Scherdehnungswerten, die näher beim Einlauf 7 liegen, größer als bei größeren Scherdehnungswerten, die vom Einlauf 7 weiter entfernt liegen. Dies hat zur Folge, daß die übertragenen Scherkräfte beim erfindungsgemäßen Reifen 1 bis zum Berührpunkt 10 stets oberhalb der übertragbaren Scherkräfte eines konventionellen Reifens liegen. Dementsprechend kann der erfindungsgemäße Reifen 1 eine zusätzliche Kraft übertragen, die in Fig. 2 durch eine relativ eng schraffierte Fläche II symbolisiert ist. Während ein herkömmlicher Reifen lediglich die mit der Fläche T korrelierende Gesamtscherkraft übertragen kann, überträgt der erfindungsgemäße Reifen 1 die mit den Flächen I und II korrelierende Gesamtscherkraft. Der erfindungsgemäße Reifen 1 hat somit eine größere Bodenhaftung, die insbesondere für eine verbesserte Seitenstabilität ausgenutzt werden kann. Ebenso läßt sich das Bremsverhalten und/oder das Anfahrverhalten des Reifens 1 auf diese Weise verbessern.

Um einen solchen degressiven Zusammenhang zwischen Scherdehnung und Scherkraft auszubilden, kann der Außenbereich 4 beispielsweise mit einer entsprechenden Geometrie ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, ein solch degressives Verhalten durch Verwendung von Verbundmaterialien (faserverstärktes Gummi) zu erzielen.

Ein anderer Lösungsansatz besteht darin, neben der Reibungsbindung zwischen Fahrbahn 6 und Außenbereich 4 im Außenbereich 4 eine weitere Reibungsbindung auszubilden, wobei die innere Haftreibungsgrenze, das heißt die Haftreibungsgrenze der im Inneren des Außenbereiches 4 vorgesehenen Reibungsbindung, unterhalb der äußeren Haftreibungsgrenze, das heißt der Haftreibungsgrenze zwischen Fahrbahn 6 und Außenbereich 4, liegt.

In Fig. 3 ist ein mechanisches Prinzipschaubild für diesen Zusammenhang wiedergegeben. Eine erste Feder 12 symbolisiert das Steifigkeitsverhalten eines herkömmlich ausgestalteten Abschnittes des Außenbereiches 4, durch den sich die Scherkraftübertragung zwischen Außenbereich 4 und Fahrbahn 6 mit zunehmender Dehnung linear aufbaut. Die zugehörige Federkennlinie ist in Fig. 4 durch eine unterbrochene Linie 13 wiedergegeben. Fig. 4 zeigt dabei in Analogie zu Fig. 2 den Zusammenhang zwischen Scherkraft F_γ und Scherdehnung γ. Der ersten Feder 12 ist eine zweite Feder 14 parallel geschaltet, die eine höhere Federsteifigkeit aufweist, als die erste Feder 12. Die parallel geschalteten Federn 12 und 14 weisen zusammen eine deutlich erhöhte Federsteifigkeit auf, so daß sich der in Fig. 4 mit 15 bezeichnete Kennlinienabschnitt ergibt. Durch die erhöhte Steifigkeit können bereits mit kleinen Dehnungen relativ große Kräfte übertragen werden.

Die zweite Feder 14 ist über eine Reibungsverbindung 16 mit der ersten Feder 12 gekoppelt. Sobald eine Scherbelastung F_γ der Federanordnung 12, 14 die Haftgrenze dieser Reibungsverbindung 16 übersteigt, löst sich diese Bindung, so daß die zweite Feder 14 keine zusätzlichen Scherkräfte übertragen kann. Eine weitere Zunahme der Kraftübertragung kann dann nur noch durch die erste Feder 12 erfolgen, wobei dementsprechend auch nur die Federsteifigkeit der ersten Feder 12 einer weiteren Scherdeformation entgegenwirkt. Dies wird in Fig. 4 besonders deutlich, wenn ab der mit 17 bezeichneten Haftgrenze der Reibungsverbindung 16 die mit 18 gekennzeichnete Kennlinie der Federanordnung 12, 14 dieselbe Steigung aufweist, wie sie auch die Kennlinie 13 der Feder 12 aufweist. Ein derartiges Steifigkeitsverhalten ist stark degressiv, da das Verhältnis von Scherkraftänderung zu zugehöriger Scherdehnungsänderung bis zur Haftgrenze 17 erheblich größer ist als danach. Der Wert der Haftreibungsgrenze 17 hängt dabei von der Höhe der in der Reibungsverbindung 16 wirksamen Normalkraft F_N ab.

Durch die Implementierung einer derartigen inneren zusätzlichen Reibung in den Außenbereich 4 des Reifens 1 kann das Haftreibungspotential des Reifens 1, das durch die Fläche zwischen Haftreibungsgrenze γ_haft und Abzisse wiedergegeben ist, deutlich besser ausgenutzt werden.

In den folgenden Fig. 5 bis 9 sind spezielle Ausführungsformen wiedergegeben, mit deren Hilfe eine derartige innere Reibung im Außenbereich 4 verwirklicht werden kann.

Entsprechend Fig. 5 kann ein Stollen 5 beispielsweise eine quadratische Außenkontur aufweisen. Es ist klar, daß grundsätzlich beliebige Stollengeometrien, insbesondere auch stollenlose Außenbereiche, realisierbar sind. Entsprechend den Fig. 5, 6 und 7 besteht der Stollen 5 in seinem Inneren aus einem Versteifungselement 19, das zentrisch in einem Randbereich 20 des Stollens 5 eingefaßt ist. Das Material des Versteifungselementes 19 weist eine höhere Steifigkeit auf, als das Material des Randbereiches 20. Das Versteifungselement 19 weist beispielsweise einen trapezförmigen Querschnitt auf, wobei die breitere Basis auf der Außenseite des Stollens 5 angeordnet ist. Das Versteifungselement 19 stützt sich im Inneren der Lauffläche 2 radial innen an einer Gleitzone 21 ab, die am Innenbereich 3 der Lauffläche 2 des Reifens 1 ausgebildet ist. Diese Gleitzone 21 kann beispielsweise durch eine dünne Folie oder durch eine dünne Schicht oder durch ein Gleitmittel oder ähnliches ausgebildet sein.

Durch diese Maßnahmen ist im Inneren des Außenbereiches 4 zwischen dem Verbindungselement 19 und dem Innenbereich 3 über die Gleitzone 21 die Reibungsverbindung 16 ausgebildet. Außerdem ist das Versteifungselement 19 durch seine Integration in den übrigen Werkstoff (Randbereich 20) des Stollens 5 fest mit dem Außenbereich 4 verbunden.

Wenn der Stollen 5 gemäß den Fig. 6 und 7 Scherkräfte F_γ übertragen soll, erfolgt entlang der Bodenkontaktzone eine zunehmende Deformation des Stollens 5. Solange die dabei übertragenen Scherkräfte unterhalb der Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung 16 liegen, erfolgt die Scherdehnung sowohl im Randbereich 20 als auch im Versteifungselement 19 des Stollens 5. Da das Versteifungselement 19 eine größere Steifigkeit als der Randbereich 20 aufweist, reichen bereits kleine Dehnverformungen aus, um relativ große Scherkräfte zu übertragen. Wenn die zu übertragenden Scherkräfte über den Haftreibungswert der inneren Reibverbindung 16 hinausgehen, kommt es entsprechend Fig. 7 zu einer Realtivbewegung des Versteifungselementes 19 relativ zum Innenbereich 3 entlang der Gleitzone 21. Ein weiteres Anwachsen der übertragbaren Scherkräfte erfolgt dann über eine stark anwachsende Scherdehnung des Randbereiches 20, solange, bis auch zwischen Fahrbahn 6 und Außenbereich 4 die Haftreibungsgrenze erreicht ist.

Entsprechendes gilt für eine andere Ausführungsform gemäß den Fig. 8 und 9, bei der steife Fasern 22 als Versteifungselement dienen. Diese Fasern 22, z. B. Glasfasern, Kohlefasern oder Stahldrähte, sind bei der hier dargestellten Ausführungsform im Innenbereich 3, insbesondere im Stahlgütel des Reifens 1 fest verankert. Die Fasern 22 ragen in den Stollen 5 ein, wobei innerhalb des Stollens 5 im Außenbereich 4 Gleit- und Führungskanäle 23 für diese Fasern 22 ausgebildet sind, in denen die Fasern 22 axial verstellbar untergebracht sind. Dabei ist die Materialkombination zwischen den Fasern 22 und dem Gummi des Stollens 5 so gewählt, daß ein definierter Gleitreibungskoeffizient zwischen Faser 22 und Außenbereich 4 besteht, so daß sich die gewünschte Reibungsverbindung 16 über die Kanäle 23 zwischen Fasern 22 und Außenbereich 4 ausbildet. Die Reibungsverbindung 16 ist in Fig. 8 lediglich durch punktierte Umrandungen angedeutet. Es ist klar, daß sich die Reibungsverbindung 16 entlang der gesamten Oberfläche der Fasern 22, d. h. zwischen der Außenfläche der Fasern 22 und der Innenfläche der Kanäle 23 ausbildet.

Wenn der Stollen 5 durch die Abrollbewegung einer Scherverformung unterworfen wird, so beteiligen sich zunächst die Fasern 22 ebenfalls an der Scherkraftübertragung, solange die zu übertragenden Scherkräfte nicht die Haftreibungsgrenze zwischen Fasern 22 und Außenbereich 4 übersteigen. In diesem Bereich der Scherdeformationen ist das Material des Außenbereiches 4 durch die Fasern 22, die eine erheblich größere Steifigkeit aufweisen, verstärkt, so daß der Stollen 5 schon bei kleinen Deformationen große Scherkräfte überträgt. Sobald die zu übertragenden Scherkräfte die Haftreibungsgrenze zwischen Faser 22 und Außenbereich 4 übersteigen, können sich die Fasern 22 in den Gleitkanälen 23 relativ zum Stollen 5 bewegen, so daß die weitergehende Verformung des Stollens 5 nur noch durch die Steifigkeit des Stollenmaterials bestimmt ist. Dementsprechend bewirkt eine weitere Zunahme der Scherdehnungen nur noch eine relativ geringe Zunahme der zugehörigen übertragenen Scherkräfte, so daß auch bei einem auf diese Weise ausgebildetenen Außenbereich 4 die Haftgrenze zwischen Fahrbahn 6 und Außenbereich 4 erst in der Nähe des Auslaufes 8 erreicht wird.

Es ist klar, daß insbesondere bei der Verwendung von Fasern 22 eine gezielte Asymetrie des Haftreibungsverhaltens eingestellt werden kann. Beispielsweise kann dadurch der kurvenäußere Reifen stärker haften als der kurveninnere. Ebenso kann eine Ausgestaltung erreicht werden, bei der beim Bremsen größere Scherkräfte übertragen werden können als beim Anfahren.

Des weiteren ist es möglich, Reibungsverbindung 16, insbesondere die Gleitzone 21, so auszubilden, daß sich eine temperaturabhängige Haftreibungsgrenze ergibt. Beispielsweise soll der Haftreibungsbeiwert bei niedrigeren Temperaturen kleiner sein als bei höheren Temperaturen. Entsprechendes gilt für die Reibungsverbindung zwischen den Fasern 22 und dem Außenbereich 4 der Fig. 8 und 9.

Die im Inneren des Außenbereiches 4 ausgebildete Reibungsverbindung 16 ist bei den dargestellten Ausführungsbeispielen so ausgebildet, daß die über diese Reibungsverbindung übertragbaren Scherkräfte von der am Außenbereich 4 wirksamen Normalkraft abhängen, so daß bei stärker belasteten Reifen 1 die Haftreibungsgrenze der inneren Reibungsverbindung 16 erst bei größeren Scherdeformationen erreicht wird als bei weniger stark belasteten Reifen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann entsprechend den Fig. 6 und 7 im Außenbereich 4 bzw. in ausgewählten Stollen 5 wenigstens ein Sensor 24 angeordnet sein, der die Gleitbewegungen und/oder die Auslenkungen zwischen dem Versteifungselement 19 und dem Innenbereich 3 bzw. zwischen den Fasern 22 und dem Außenbereich 4 detektiert und damit korrelierte Signale generiert. Diese Signale werden dann einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung zugeleitet, die aus diesen Signalen den momentanen Haftreibungskoeffizienten ermittelt, der aktuell zwischen Reifen 1 und Fahrbahn 6 wirksam ist. Eine derartige Information kann für verschiedene Systeme des Fahrzeuges, z. B. Bremsanlage, von besonderer Bedeutung sein und kann somit zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit beitragen.

Claims (14)

1. Reifen, insbesondere Luftreifen, für Fahrzeuge, insbesondere mehrspurige Kraftfahrzeuge, mit einer den Reifenumfang bildenden Lauffläche (2), die radial innen einen Innenbereich (3), der kraftübertragend mit einer Felge verbunden ist, und radial außen einen Außenbereich (4) aufweist, der beim Abrollen des Reifens (1) mit einer Fahrbahn (6) in Kontakt kommt und zur Übertragung von parallel zur Fahrbahn (6) wirkenden Scherkräften (F_γ) zwischen Fahrbahn (6) und Innenbereich (3) dient, wobei der Außenbereich (4) so ausgebildet ist, daß die daran angreifenden Scherkräfte (F_γ) eine Scherdehnung (γ) des Außenbereiches (4) bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenbereich (4) zumindest bereichsweise so ausgebildet und/oder aufgebaut ist, daß ein Verhältnis von Scherkraftänderung zu zugehöriger Scherdehnungsänderung bei kleineren Scherdehnungswerten größer ist als bei größeren Scherdehnungswerten.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenbereich (4) wenistens ein Versteifungselement (19; 22) angeordnet ist, das eine größere Steifigkeit aufweist als der übrige Außenbereich (4) und das mit dem einen Bereich (3 oder 4) über eine feste Verbindung und mit dem anderen Bereich (4 oder 3) über eine Reibungsverbindung (16) gekoppelt ist, die bei Überschreiten einer Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung (16) eine Relativbewegung zwischen Versteifungselement (19; 22) und dem über die Reibungsverbindung (16) daran gekoppelten Bereich (3 oder 4) zuläßt, wobei das Versteifungselement (19; 22) so angeordnet und die Reibungsverbindung (16) so ausgebildet ist, daß bei ansteigenden Scherkräften (F_γ) die Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung (16) vor einer Haftreibungsgrenze zwischen Außenbereich (4) und Fahrbahn (6) überschritten wird.

3. Reifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (19; 22) so angeordnet und die Reibungsverbindung (16) so ausgebildet ist, daß die Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung (16) mit zunehmender, senkrecht zur Fahrbahn (6) wirkender Normalkraft zunimmt.

4. Reifen nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsverbindung (16) temperatursensitiv ausgebildet ist, derart, daß mit sinkender Außentemperatur die Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung (16) abnimmt.

5. Reifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Reibungsverbindung (16) miteinander in Kontakt stehenden Zonen ein temperatursensitives Verhalten zeigen, derart, daß mit sinkender Außentemperatur der Haftreibungskoeffizient zwischen den Zonen sinkt.

6. Reifen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haftreibungskoeffizient zwischen Zonen, die in der Reibungsverbindung (16) miteinander zur Kraftübertragung in Kontakt sind, kleiner ist als der zwischen Fahrbahn (6) und Außenbereich (4) wirksame Haftreibungskoeffizient.

7. Reifen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (19) mit dem Außenbereich (4) fest verbunden ist und sich zur Ausbildung der Reibungsverbindung (16) radial nach innen über eine Gleitzone (21) am Innenbereich (3) abstützt, wobei bei Überwindung der Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung (16) Relativbewegungen zwischen dem Versteifungselement (19) und dem Innenbereich (3) in Richtung der Scherkräfte möglich sind.

8. Reifen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitzone (21) durch eine dünne Folie oder Schicht oder ein Gleitmittel ausgebildet ist.

9. Reifen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (19) radial außen einen Teil der Außenseite des Außenbereiches (4) bildet und beim Abrollen des Reifens (1) mit der Fahrbahn (6) in Kontakt kommt.

10. Reifen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (22) in demjenigen Bereich (3 oder 4), mit dem es über die Reibungsverbindung (16) gekoppelt ist, in einem Gleit- und Führungskanal (23) verstellbar ist, sofern die Haftreibungsgrenze der Reibungsverbindung (16) überschritten ist, wobei die Reibungsverbindung (16) durch den Kontakt der Versteifungselementaußenseite mit der Kanalinnenseite ausgebildet ist.

11. Reifen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement durch eine Versteifungsfaser (22) oder durch einen Versteifungsdraht gebildet ist.

12. Reifen nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (19; 22) so angeordnet und orientiert ist, daß sich im Außenbereich (4) für verschiedene Richtungen der Scherkräfte unterschiedliche Zusammenhänge zwischen Scherkraft und Scherdehnung einstellen.

13. Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenbereich (4) durch mindestens einen Stollen (5) gebildet ist, der Scherkräfte von der Fahrbahn (6) zum Innenbereich (3) überträgt.

14. Reifen nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenbereich (4) mindestens ein Sensor (24) angeordnet ist, der die Gleitbewegungen und/oder Auslenkungen zwischen Versteifungselement (19; 22) und dem über die Reibungsverbindung (16) daran gekoppelten Bereich (3 oder 4) detektiert und ein damit korreliertes Signal generiert und eine Auswerteeinrichtung sendet, wobei die Auswerteeinrichtung diese Signale zur Ermittlung eines zwischen Reifen (1) und Fahrbahn (6) wirksamen, aktuellen Reibungskoeffizienten heranzieht.