DE3042350A1

DE3042350A1 - Fahrzeugluftreifen

Info

Publication number: DE3042350A1
Application number: DE19803042350
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. 6901 Wiesenbach Böhm; Jernej Dipl.-Chem. 6906 Leimen Jelenic
Original assignee: Henkel Teroson GmbH
Current assignee: Boehm Robert Dr 6901 Wiesenbach De Jelenic J
Priority date: 1980-11-10
Filing date: 1980-11-10
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE3042350C2

Description

In der Kraftfahrzeugindustrie werden große Anstrengungen unter-
nommen, um die Geräusch-Emission von fahrenden Kraftfahrzeugen weiter zu senken, welche insbesondere für die Anwohner stark befahrener Straßen ein großes Problem darstellt, das nicht allein durch straßenbautechnische Maßnahmen (Wahl geeigneter Straßenbeläge, Errichtung von Geräuschschutzwällen und -zäunen) gelöst werden kann.
Die bisherigen Versuche zur Lärmbekämpfung an den Kraftfahrzeugen beschränkten sich weitgehend auf die Minderung von Antriebsgeräuschen. Das Fahrgeräusch eines Kraftfahrzeugs wird jedoch nur in ganz wenigen Betriebszuständen überwiegend von den Antriebsgeräuschen bestimmt. Die wesentliche und in der Regel überwiegende Geräuschkomponente ist das Rollgeräusch des Fahrzeugs; hierunter versteht man das Geräusch eines mit abgestelltem Motor rollenden Fahrzeuges. Dies veranschaulichen die folgenden der Fachliteratur entnommenen Meßwerte für die jeweiligen Anteile des Roll- und des Antriebsgeräusches am Spitzenpegel eines PKW in drei verschiedenen Betriebszuständen. Die Messung erfolgte jeweils in 7,5 m Entfernung von der Fahrzeugmitte und in 1,7 m Höhe über dem Straßenniveau: Betriebszustand Antrieb Rollen Fahren zustand von PKW Pegel in dB(A) loo km/h, 4. Gang auf Beton 75,8 80,1 81,5 50 km/h, Stadtverkehr auf Asphalt 66,9 67,8 70,4 Es folgt daraus, daß der Verminderung des Rollgeräusches besondere Bedeutung zukommt, wobei eine Senkung um etwa 5 dB(A) bereits zu einer ganz beträchtlichen Entlastung der Umwelt führen würde. Dieser Wert wird deshalb von der Kraftfahrzeug-und der Reifenindustrie als Zielvorstellung in den Entwicklungsarbeiten zugrundegelegt.
Es gibt aus neuerer Zeit einige wissenschaftliche Untersuchungen über die Ursachen der durch die Fahrzeugreifen hervorgerufenen Rollgeräusche, vergl. z.B. D. Denker in Automobil-Industrie" 3/78, 17-23. Daraus ergibt sich, daß für die Geräuschursachen z.Zt. vor allem zwei Hypothesen diskutiert werden: 1. "Air pumping" durch das Profil und 2. luftschallabstrahlende Reifenschwingungen, wobei der ersten Hypothese weit mehr Bedeutung zugemessen wurde, was aber aufgrund der neueren Erkenntnisse unzutreffend sein könnte. Hierfür sprechen auch die praktischen Erfahrungen mit Änderungen der Reifenprofile, welche nur zu sehr geringen Geräuschpegelminderungen geführt haben, obgleich auf diesem Gebiet bis in die neueste Zeit erhebliche Anstrengungen unternommen worden sind (vergl. DE-OS 29 o3 670, 29 o3 671, 29 o3 846 und 29 o5 o51).
Aus der DE-OS 20 40 898 ist es bekannt, die Innenfläche von Fahrzeugluftreifen oder Luftschläuchen ganz oder teilweise mit einem schallschluckenden Belag auszustatten, wobei es sich um einen (offenzelligen) Schaumstoff- oder Textilfaserbelag handelt.
Die Zeichnung zeigt, daß dieser Belag etwa 5 mm dick ist. Er soll dazu dienen, dem Ballon-Halleffekt im Inneren des Reifens dadurch entgegenzuwirken, daß die schallreflektierenden Innenwände durch den Belag schallschluckend werden. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß auf diese Weise keine merkliche Senkung der Reifenrollgeräusche erzielt werden kann, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, daß Balion-Halleffekte keine wesentliche Rolle spielen.
In der DE-AS lo lo 398 findet sich der Vorschlag, zur Geräuschdämpfung bei Reifen in diese dünne Platten oder Streifen einzuarbeiten, welche aus Gummi- oder Kunststoff mit einem hohen Weichmacheranteil bis zu 300% bestehen. Wegen ihres niedrigen E-Moduls, ihrer geringen, nur wenige Millimeter betragenden Dicke und der fehlenden Luftdurchlässigkeit der zwar gegebenenfalls porösen, aber aufgrund der Herstellungsweise jedenfalls geschlossenzelligen Einlagen ist die geräuschmindernde Wirkung jedoch gering. Nach der DE-PS 15 o5 877 soll bei einem Fahrzeugluftreifen zwischen Laufstreifen und Karkasse eine schwingungsdämpfende Zwischenschicht aus einem homogenen oder zelligen Werkstoff eingebaut werden. Es ergibt sich dadurch eine äußerst komplizierte Reifenherstellung, ohne daß die angestrebte Schwingungsdämpfung gleichzeitig zu einer entsprechenden Geräuschminderung führt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, geeignete Mittel zur wirksamen Körperschalldämpfung von Fahrzeugluftreifen zu finden, um auf diese Weise die Rollgeräusche und damit den gesamten Geräuschpegel von fahrenden Kraftfahrzeugen zu senken.
Dabei dürfen die Maßnahmen nicht zu aufwendig sein und zu keiner Beeinträchtigung der sonstigen Lauf- und Fahreigenschaften der Reifen führen. In diesem Sinne kam es vor allem darauf an, Mittel zu finden, welche eine wirksame Dämpfung des Körperschalls in dem physiologisch besonders bedeutsamen Frequenzbereich von etwa 300 bis 5000, insbesondere 500 bis 2500 Hz erlauben, ohne die für das Fahrverhalten wichtigen Schwingungen bei niedrigeren Frequenzen merklich zu beeinflussen. Schließlich war es wesentlich, eine spürbare Erhöhung des Gewichtes der Fahrzeugreifen zu vermeiden, weil im Kraftfahrzeugbau der allgemeine Trend dahingeht, Gewicht einzusparen, um die Wirtschaftlichkeit im Hinblick auf den Treibstoffverbrauch zu verbessern.
Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeugluftreifen, bei welchem auf die Innenseite der Lauffläche und/oder die Innenseiten der Seitenwände des Reifens ein offenzelliges Schaumstoffmaterial, welches in dem Temperaturbereich von -20 bis +8o0C einen E-Modul von weniger als 5 105 N/m2 (dynamisch am Schaumstoff gemessen), 3 ein Raumgewicht von mindestens 35 kg/m und einen Luftströmungswiderstand von 50 bis 300 Rayl/cm (5-104 bis 3 105 Ns/m4) aufweist, in einer Schichtdicke von mindestens 15 mm aufgebracht ist.
Vorzugsweise liegt der Luftströmungswiderstand des Schaumstoffmaterials zwischen 80 und 150 Rayl/cm (8 . 104 bis 4 1,5-105 Ns/m , gemessen nach DIN 52 213. Die Schichtdicke des Schaumstoffmaterials beträgt vorzugsweise zwischen etwa 15 und 50 mm und insbesondere etwa 20 bis 30 mm.
Das Raumgewicht des Schaumstoffes liegt vorzugsweise zwischen 3 etwa 35 und 300 kg/m , insbesondere bei 50 bis 150, beispielsweise bei 100 kg/m³ . Das jeweils gewünschte Raumgewicht kann in bekannter Weise durch Zusatz anorganischer Füllstoffe, wie z.B. Ruß, Kreide, Schiefermehl, Kaolin, Bariumsulfat und andere eingestellt werden.
Der E-Modul des Schaumstoffes (nach DIN 53 426 dynamisch gemessen an dem geschäumten Material) soll 5-10 N/m2 nicht übersteigen und vorzugsweise bei etwa 1o5 bis 5'10 N/m2 liegen.
Die chemische Zusammensetzung des Schaumstoffmaterials ist nicht kritisch, solange die vorstehend angegebenen Parameter eingehalten werden und insbesondere sichergestellt ist, daß der E-Modul in dem in der Praxis vorkommenden Temperaturbereich von etwa -2o0C (bei Frost im Winter) bis etwa +8o0C (Erwärmung der Reifen bei hoher Fahrgeschwindigkeit) innerhalb der erforderlichen Werte liegt. Ein besonders geeignetes Material ist vernetzter Polyurethan-Schaumstoff. Ferner sind Schaumstoffe aus Naturkautschuk, Chloroprem, Acrylnitril/Butadien/Styrol-oder Styrol/Acrylnitril-Kautschuk oder ähnlichen Elastomeren oder aus geschäumtem Polyvinylchlorid brauchbar.
Das Schaumstoffmaterial kann nachträglich auf die Innenseite des fertigen Fahrzeugluftreifens aufgebracht werden. Dabei ist es für die Wirkung wesentlich, daß der Schaumstoff mit den Innenflächen fest verklebt ist, da ein nur lose eingelegtes Schaumstoffmaterial nicht die angestrebte Körperschalldämpfung bringt.
Andererseits ist es auch möglich, bereits bei der Reifenherstellung durch Aufschaumen auf den Reifeninnenflächen eine integrierte Schaumstoffschicht zu erzeugen, welche die erforderlichen Materialeigenschaften besitzt. Diese kann anschließend auf die gewünschten Maße zugeschnitten und dabei gleichzeitig von der Außenhaut befreit werden, um die erforderliche Durchlässigkeit zu erzielen.
Es ist bekannt, daß man für eine wirksame Körperschalldämpfung an sich Beschichtungen aus viskoelastischen Materialien benötigt.
Solche Materialien sind jedoch für den vorliegenden Einsatzzweck wegen des starken Temperatureinflusses auf deren Standfestigkeit ungeeignet. Es ist völlig überraschend und aufgrund des derzeitigen Kenntnisstandes auch nicht völlig erklärbar, daß mit Hilfe eines nicht viskoelastischen Schaumstoffmaterials bei Fahrzeugluftreifen eine wirksame Körperschalldämpfung erreicht werden kann, wie die Meßwerte der nachfolgenden Beispiele zeigen. Daß es sich bei dem beobachteten Effekt tatsächlich um eine Körperschalldämpfung, nicht aber eine Absorption des Luftschalls im Inneren der Reifen handelt, belegt u.a. die Tatsache, daß ein in den Reifen lose eingelegtes, aber an den Innenflächen anliegendes Schaumstoffmaterial nur eine geringe Wirkung zeigt und daß eine feste Verbindung des Schaumstoffes mit den Innenflächen des Reifens (z.B. durch Verkleben) für den Erfolg wesentlich ist.
Die Erfindung ist für schlauchlose Reifen besonders geeignet, doch können u.U. auch Schläuche eingelegt werden, ohne daß die Wirkung verloren geht.Zur näheren Erläuterung der Erfindung soll das nachfolgende Beispiel dienen, dessen Ergebnisse in den beigefügten Figuren yraphisch dargestellt sind.
Beispiel Es wurden Weichschaumfolien unterschiedlicher Dicke aus vernetztem Polyurethan verwendet, welche die folgenden Kenndaten aufwiesen: Raumgewicht in kg/m3 Lufströmungswider- E-Modul in N/m2 stand in Rayl/cm A 300 115 4 105 B 50 11o 2.105 C 50 930 1o6 D 20 23 10 Versuch 1 In der Figur 1 sind die Verlustfaktoren in Abhängigkeit von der Frequenz für die Schaumstoffolien A,B,C und D bei 2o0C und einer Schichtdicke von jeweils 30 mm wiedergegeben. Es ist deutlich, daß mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Materialien A und B in dem primär interessierenden Frequenzbereich oberhalb von 500 Hz ein wesentlich höherer Verlustfaktor erreicht wird als mit den Materialien C (mit einem zu hohen E-Modul und Luftströmungswiderstand) und D (mit einem zu niedrigen Raumgewicht und einem zu niedrigen Luftströmungswiderstand).
Versuch 2 Die in der Figur 2 dargestellten Meßwerte für den mit dem Schaumstoffmaterial B ausgeklebten Reifen zeigen die für die Praxis wesentliche überaus geringe Temperaturabhängigkeit der Dämpfung; die Meßwerte bei 20 und 8o0C sind fast identisch.
Versuch 3 Das Schaumstoffmaterial B wurde in Schichtdicken von 20, 30 und 40 mm eingesetzt. Die in der Figur 3 wiedergegebenen Meßwerte zeigen bei zunehmender Schichtdicke eine gewisse Verschiebung zu niedrigeren Frequenzen hin, doch ist deutlich, daß eine Schichtdicke von etwa 30 mm ausreicht, um in dem besonders wesentlichen Frequenzbereich oberhalb 500 Hz eine beträchtliche Dämpfung zu erzielen. Dagegen wird mit einer Schichtdicke von 4 mm bei keiner Frequenz ein Verlustfaktor über o,ol erreicht, wie eine Vergleichsmessung ergab.
Versuch 4 Es wurde die erzielte Schalldämpfung an Reifen auf einem Akustikprüfstand bei Raumtemperatur auf einer Stahlrolle bei 100 km/h gemessen. Ein handelsüblicher unbehandelter schlauchloser Reifen (Größe 155 SR 13 auf 5 Zoll Felgen) wies einen Geräuschpegel von 99,6 dB (A) auf. Eine Beklebung der Innenseite der Laufflächen mit einer 40 mm dicken Schaumstofffolie B führte zu einer Senkung des Pegels auf 95.8 dB(A), mit einer vollständigen Ausklebung mit einer 30 mm dicken Folie des Materials B wurde eine weitere Senkung auf 93,6 dB(A) erreicht.
Die Messung erfolgte in 420 mm Höhe in 560 mm Abstand vom Reifen.

Claims

Fahrzeugluftreifen Patentansprüche Fahrzeugluftreifen, dessen Innenflächen ganz oder teilweise mit einem geräuschmindernden Belag aus offenzelligem Schaumstoff versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenseite der Lauffläche und/oder die Innenseiten der Seitenwände des Reifens ein offenzelliges Schaumstoffmaterial, welches in dem Temperaturbereich zwischen -20 und +80°C einen E-Modul von weniger als 5-105 N/m2 (dynamisch ar Schaumstoff gemessen), ein Raumgewicht von mindestens 35 kg/m3 und einen Luftströmungswiderstand von 50 bis 300 Rayl/cm (5-104 bis 3.105 Ns/m ) aufweist, in einer Schichtdicke von mindestens 15 mm aufgebracht ist.
2. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumstoffmaterial eine Schichtdicke von 15 bis 50, insbesondere etwa 20 bis 30 mm aufweist.
3. Fahrzeugluftreifen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Innenseite des Reifens nachträglich aufgebrachte Schaumstoffmaterial mit den Innenflächen fest verbunden, vorzugsweise verklebt ist.
4. Fahrzeugluftreifen nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reifeninnenflächen mit einer integrierten, bei der Reifenherstellung erzeugten Schaumstoffschicht versehen sind.