DE3342584A1

DE3342584A1 - Radialreifen mit besonderer profilgestaltung

Info

Publication number: DE3342584A1
Application number: DE19833342584
Authority: DE
Inventors: Christian Dr.-Ing. DDR 8400 Riesa Paech
Original assignee: FUERSTENWALDE REIFEN VEB K
Current assignee: FUERSTENWALDE REIFEN VEB K
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1984-09-13
Also published as: SE8401333L; GB2136743B; BE899109A; DD215045A1; DD215045B1; GB2136743A; NO840911L; NL8304245A; GB8405700D0; SE8401333D0

Description

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Radialreifen mit besonderer Profilgestaltung

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft Radialreifen, insbesondere solche für Pkw und Lkw mit besonderer Profilgestaltung und einem Quersohnlttsverhältnis Ton 0,65 bis 0,82.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Im Fahrbetrieb überträgt der Seifen sämtliche Kräfte zwischen Fahrzeug und Fahrbahn. In Abhängigkeit von den momentanen Betriebsbedingungen einerseits und den geometrisch-physikalischen Parametern der Reifenkonstruktion und Profilgestaltung andererseits bilden sich in der Zone des Kontaktes sswischen Reifen und Fahrbahn Spannungen aus, die lokal unterschiedlich groß und verschieden gerichtet sind.

Daraus folgt, daß der zwischen Guramiteliehen und Fahrbahn maximal erreichbare Kraftsohlußbeiwert /U in der Aufstandsfläche lokal unterschiedlich ausgenutzt und im Grenzbereich örtlich auch überfordert wird. Das bedeutet, daß der theoretisch maximal mögliohe Kraf tsohlußbeiwert ax zwischen Gummiteilchen und Fahrbahn von einem realen Reifen nicht erreicht werden kann.

Die sich in der Kontaktzone ausbildenden lokal unterschiedlich großen Spannungen sind bedingt

I. durch die zu übertragenden Antriebs-, Brems- und Seitenführungskräfte ,

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-S-

II. durch die sloh aus der Abplattung des rollenden Beifena ergebenden geometrischen Versohlebungen und Erümmungsänderungen des Reifenkopfes sowie

III. durch das Kriechen des unter Druck stehenden fisko-elastischen Gummimaterials.

aus der Darstellung des technischen Standes und der Charakteristik der bekannten technisohen Lösungen hervorgeht, ist dia Anordnung von Qü@r~ und Längsrillen oder bogenförmigen Strukturen sur Gestaltung der Lauffläche von Luftreifen bekannt unö üblich ₀ Zielstellung ist dabei in der Regel eine gute Haftung auf trockener und nasser Fahrbahn, ein hoher Abriebwiderstand, eine geringe Geräusoheentwieklung u. a. in.

föllig unzureichend wurden dabei bisher die in der Aufstandsflä™ ofe? wirkenden abplattungsbedingten Schubspannungen berücksichtigt.

Bekannt ist ein Profil (DE-OS 27 10 825) bei äem die Rillen eine vogelsehwlngenförmige Bogenstruktur aufweisen, "wobei die Bögen ggf .nach einer Illlpsengleiohung gekrümmt sind. Zielstellung dieser Erfindung ist es, daß der bei einem Reifen mit gürtelartiger Verstärkung der Lauffläche auftretende Sohlefzieheffekt weitgehend ausgeschaltet wird und ein Reifen mit größerer Laufrahe ₉ geringerer Verschleißempfindlichkeit und hohem Dralnagever-Bögen gegen Aquaplaning vorliegt.

Bezüglich der zu vermeldenden abplattungsbedingten Schubspannungen in der Aufstandsflache ist dieses Profil nicht optimal.

Weiterhin ist ein Laufstreifen bekannt (DI-OS 24 32 363), der sich aus Profilblöcken mit im wesentliches kreisförmigen unä einander gleichen zentralen Trägheitsellipsen zusammensetzt.

Ils Vorteil werden höherer Abriebwiderstand und höhere übertragbare Kräfte angegeben. Sine derartige Anordnung voa Profllblöoken

läßt jedoch den Einfluß der abplattungsbedingten Spannungen völlig unberücksichtigt und ist demzufolge mit Erfolg nur bei Reifen mit einem sehr geringen H:B-Verhältnis anwendbar·

Ferner wurde ein Laufstreifen beschrieben (DD-PS 124 109), der aus drei Reihen gleichartiger Profilelemente gebildet wird, wobei die zwisohen den Profilblöcken angeordneten Quernuten paarweise duroh sohmale Ausnehmungen verbunden sind. An diesen Stellen sollen sich die Profilblöcke bei Deformation infolge äußerer Krafteinwirkung gegenseitig abstützen bzw. verzahnen, so daß ein gleichmäßiger Auflagedruok, eine gute Haftung, hohes Wasserverdrängungsvermögen, hohe Kurvenstabilität sowie gleichmäßiger Versohleiß erreicht werden. Hierbei bleibt ebenfalls der Einfluß der abplattungsbedingten Spannungen unberücksichtigt.

Bei einer weiterhin beschriebenen Profilierung (DE-OS 30 17 268) sind quer zur Laufrichtung angeordnete Profilblöoke In ihrem Winkel zur ümfangsrichtung so verändert, daß er vom Rand der Lauffläche vorzugsweise 70 - 80°, in der Mitte jedooh 35 - 45° beträgt .

Diese Erfindung, die ausdrücklich nur für Lkw-Radialreifen zur Anwendung kommen soll, stellt einen Versuch dar, die genannten Probleme zu lösen, was aber nicht befriedigend erfolgt ist.

Die Lösung gemäß DE-OS 21 07 570 beschreibt ein aus bogenförmigen Rillenstrukturen gebildetes asymmetrisches Profil mit guter Drainagewirkung gegen Aquaplaning. Durch die asjmmetrische Anordnung ist es jedooh zur Verminderung der abplattungsbedingten Spannungen völlig ungeeignet.

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Radialreifens mit besonderer Profilgestaltung, die zu einer Erhöhung des Gebrauchswertes des Rtifens führt.

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Insbesondere sollen die Fahrsioherheit bei den jahreszeitlich unterschiedlichen Fahrbahnbedingungen erhöht und der Abrieb und Rollwiderstand reduziert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Radialreifens mit besonderer Profilgestaltung, bei der die abplattungsbedingten Schubspannungen in der Aufstandsflache auf ein Minimum reduziert werden und dadurch zur Übertragung von Antriebs-, Brems- und Seitenführungskräften ein größerer Anteil des zwischen Gummielement und Fahrbahn maximal möglichen Kraftschlußbeiwertes zur Verfügung steht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Radialreifen mit besonderer Profilgestaltung gelöst, bei dem die Profilrillen im Ze: it der Lauffläche im Bereich zwischen 0° und 10° und am Rand der Lauffläche zwischen 90° und 80° zur ümfangsrichtung.des Reifens angeordnet sind, wobei die Richtungsänderung der Profilrillen vom Rand zum Zenit im wesentlichen kontinuierlich in Form einer kreisförmigen Bogenstruktur mit einem Radius, der der Hälfte der Laufflächenbreite entspricht, bzw. nicht mehr als 10 % davon abweicht, erfolgt.

Dabei ist es möglich, daß sich die kontinuierliche Richtungsänderung der Profilrillen auch ergibt, indem das Verhältnis Ton quer und längs zur Ümfangsrichtung angeordneten geraden Profilrillen so verändert ist, daß die resultierende Richtung stets der Richtung der Tangente an den Kreisbogen im jeweiligen Längssohnitt entspricht, bzw. nicht mehr als 10° davon abweicht.

Ferner können die sich aus der Anordnung der Profilrillen ergebenden Profilblöcke bzw. Blockformationen so gestaltet sein, daß ih^e Fläche ein Mindestmaß von 2 % des Quadrates der Lauffläohenbreite nicht unterschreitet."

Günstig ist es, wenn der Umfang einer gegebenen Profilblockfläche

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nicht mehr als 35 # vom Umfang des zum Profilblook gehörenden flächengleiohen Kreises beträgt.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn bei den längsorientierten Profilrillen der Mittelwert der beiden Flankeηwinkel, bezogen auf die Senkrechte zur Drehachse des Reifens, größer ist, als der winkel zwischen der an der Stelle der Längsorientierten Profil rille senkrecht auf der gekrümmten Lauffläche stehenden Linie und der Senkrechten zur Drehachse des Reifens.

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Au sf ührungsbeis-piel:

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig 1 - Abplattungsbedingte Spannungen in der Aufstandsflache, Fig 2 - Abplattungsbedingte Ausgleichsspannungen (Kriechen) am

druckbelasteten Profilblock
Fig 3a, b, c, d, e - verschiedene erfindungsgemäße Anordnungen

der Profilrillen im Laufstreifen des Reifens.

Fig 4 - Neigung von Profillängsrillen in Bezug auf die Lauffläche. Fig 5 - eine vorteilhafte Ausführung der Laufflächenprofilierung, Fig 6 - eine weitere vorteilhafte Ausführung der Laufflächenprofilierung.

Die in der Aufstandsflache herrschende lokale Kraftschlußbeanspruchung Ai ergibt sich aus der lokal wirkenden Schubspannung, bezogen auf die an dieser Stelle herrschenden Normalspannung (Bodendruck). Dabei entsteht die lokale Sohubspannung als Resultierende aus den bereits genannten drei Anteilen.

Erfindungsgemäß ist eine Vergrößerung des Anteils der Schubspannungen zur Übertragung von Antriebs-, Brems- und Seitenführungskräften möglich, indem die in Fig 1 und 2 dargestellten abplattungsbedingten Schubspannungen 5, 6, 7 und 8 durch eine besondere Profilgestaltung auf ein Minimum verringert werden. Da die Kraftübertragung bei Gummi schlupfbedingt ist und das Abrieb verursachende Gleiten der Profilelemente schon bei sehr geringen Werten der Kraftschlußbeanspruchung einsetzt, hat Jede Verringerung der abplattungsbedingten Spannung gleichzeitig einen geringeren Abrieb der Profilelemente zur Folge.

Außerdem bewirken spannungsbedingte Deformationen und Abrieb einen Energieverlust und leisten demzufolge einen Beitrag zum Rollwiderstand des Reifens, wodurch die erfindungsgemäße Lösung der

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Aufgabe ebenso mit einer Senkung desselben verbunden ist.

Aus Fig 1 ist ersichtlich, daß die sohematisch dargestellten abplattungsbedingten Sohubspannungen 5, 6 und 7 innerhalb der Aufstandsfläche A naoh Betrag und Richtung prinzipiell so wirken, daß sie rom Band der Aufstandsfläohe zur Mitte gerichtet sind, und am Rand den größten Betrag aufweisen.

Zur höheren Charakterisierung sind der Längssohub L entlang eines ümfangsschnittes 3 im Zenit des Reifens und der Querschub Q entlang eines (Verschnittes 4 in der Mitte der Aufstandsfläche eingezeichnet. Somit ergibt sich für die entlang einer Umfangslinie 1 am Rand der lauffläche wirkenden Schubspannungen eine vorherrschende resultierende Richtung von etwa 90° zur Zenitlinie 3 und für die entlang der Zenitlinie 3 wirkenden Schubspannungen ei]
nitllnie.

nungen eine vorherrschende resultierende Richtung von 0° zur Ze-

Nahezu unabhängig von den durch Erümmungsänderung des Laufstreifens und Rückwirkungen der deformierten Seitenwand verursachten Spannungen in Tig 1 wirken die Ausgleichsspannungen 8 der druckbelasteten Profilblöcke, dargestellt in Pig 2. Diese Ausgleichsspannungen wirken nur am Rand des Profilblockes und führen, da gleichzeitig in diesem Bereich die Normalspannung stark absinkt, zu einer äußerst hohen Eraftschluß- und Abriebbelastung des in Pig 2 gekennzeichneten Randbereiches 9 des Profilblockes·

Diese Erkenntnis macht sich die Erfindung zunutze und schlägt vor, die Richtung der in die Lauffläche einzuarbeitenden Profilrillen entsprechend Fig 3 so zu wählen, daß die Richtung der Profilrillen mit der vorherrschenden resultierenden Richtung der abplattungsbedingten Schubspannungen 5,6 und 7 übereinstimmt und weiterhin die Fläche Io eines Profilblockes möglichst groß ist im Verhältnis zu seinem Umfang 11.

Erfindungsgemäß sind deshalb, wie aus Fig 3a, b, c, d und e ersichtlich, die Profilrillen 12, 15, 16 und 20 so gestaltet, daß

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sie vom Band der Lauffläche In einer Richtung von 90° zur Zenitlinie 3 ausgehen bzw. nicht mehr als 10° davon abweichen. Im weiteren verändert sich der Winkel ihrer Richtung beispielsweise gemäß Fig 3a kontinuierlich entlang eines Kreisbogens, dessen Radius R der Hälfte der Laufflächenbreite B entspricht bzw. nioht mehr als 10 # davon abweicht, so daß im Zenit der Lauffläche der Winkel zwischen der Richtung'der Profilrille und der Zenitlinie im Bereich zwischen 0° und 10° liegt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Profilrille nicht ausschließlich dem Kreisbogen 12 folgt, sondern ihre Richtung alternierend entlang der Kreisbogenabschnitte 12, 13, 14 ändert, weil sich dadurch eine bessere Stabilität der Profilblockformation im Bereich der Umfangslinie 2 ergibt.

Ebenso ist es günstig, wenn die von den Rändern zur Mitte laufender. Profilrillen im Zenit der Lauffläche nicht miteinander verbunden sind, so daß eine durchgehende Mittelrippe 21 zur Aufnahme der Längsschubspannungen 7, L entsteht.

Die kontinuierliche Richtungsänderung der Profilrillen kann entsprechend Pig 3b auf zweckmäßige Art auch erreicht werden, indem das Verhältnis von quer angeordneten geraden Profilrillen 15. 16 und längs angeordneten Profilrillen 17, 18, 19 so verändert 1st, daß die resultierende Richtung stets der Richtung der Tangente an dem Kreisbogen im jeweiligen Längssohnitt entspricht bzw. nicht mehr als 10° davon abweicht.

Zur G-ewährleistung weiterer Eigenschaften, wie z. B. geringe Geräuschentwicklung, können die quer und längs angeordneten Profilrillen 20, 22, 23, 24 bis zu 10° von der Axial- bzw. Umfangsrichtung abweichen, vgl. Fig 3o, d, e.

Zur Verringerung der Ausgleichsspannungen der Profilblöoke 25, 26 und Profilblookformationen 27 ist es vorteilhaft, wenn die sich aus der Anordnung der Profilrillen ergebenden Profilblöcke, wie in FIg 2 dargestellt, einen Umfang 11 haben, der nicht mehr als

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35 % rom Umfang des Kreises abweicht, der die gleiche Fläche 10 wie der praktisch ausgeführte Profilblock besitzt.

Außerdem ist zu sichern, daß einzeln stehende Profilblöcke 25, 26 eine Mindes ti lache 10 haben, die 2 °h des Quadrates der Lauffläohenbreite 8 nicht unterschreitet·

Sa bei der Profilierung der Lauffläche eines Luftreifens eine Vielzahl weiterer Forderungen zu berücksichtigen sind, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll, sei darauf verwiesen, daß für die praktische Festlegung der Profilierung sich neben der Variante nach Fig 3a auoh die Varianten nach Fig 3c und e als besonders vorteilhaft erweisen.

Ein weiteres, an sich bekanntes Detail ist in Fig 4 dargestellt.

In Kombination mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Profilrillen kommt es zu einer zusätzlichen Verringerung der abplattungs— bedingten Schubspannungen, wenn bei längsorientierten Profilrillen 28 der Mittelwert der Flankenwinkel 29, 30, bezogen auf die Senkrechte zur Drehachse des Reifens 31, größer ist, als der Winkel zwisohen der an der Stelle der längsorientierten Profilrille senkrecht auf der gekrümmten Lauffläche stehenden Linie 32 und der Senkrechten zur Drehachse des Reifens.

Ia Fig 5 ist eine vorteilhaftere Ausführung der in Fig 3a beschriebenen Variante der Erfindung gezeigt.

Dabei stellt Abschnitt a der Pig 5 das Grundprinzip der Anordnung der Profilrillen dar. Die Profilrillen entstehen durch aneinandergesetzte Kreisbogenstücke 12, 13 und 14 mit dem Eadius H, wodurch sich die Richtung der Profilrille erfindungsgemäß vom land der Lauffläche zum Zenit kontinuierlich ändert.

Die sich ergebende Profilblockformation 27 ist im Zenit der Lauffläche mit der Mittelrippe 21 verbunden, vgl. Pig 3b. H&rd im 2enit eine Rille 33 eingearbeitet, so sind nahe dem Zenit liegende Längsrippen 36 zur Aufnahme der in Umfangsrichtung wirkenden Schubspannungen vorzusehen.

Die Breite der Profilrillen und die Länge der kurzen Profilrillen 34 werden so gewählt, daß sich ein Verhältnis von Profilpositivfläche zur Gesamtfläche von 0,65 bis 0,75, vorzugsweise etwa 0,7 ergibt. Durch die spannungsoptimierte Ausführung.des Profils kann ein Profilnegativanteil von 30 % und damit eine hohe Sicherheit gegen Aquaplaning bei gleichzeitig geringer Abriebintensität erreicht werden.

Vbltere Möglichkeiten der Profilgestaltung zeigen Pig 5c und d. Wenn einzeln stehende Profilblöcke 25 vorgesehen werden, sollte Jedoch die Pläche eines solchen Profilblocks mindestens 2 % des Quadrates der Laufflächenbreite betragen.

Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Fig 6a und b dargestellt. Sinngemäß gelten die zu den Fig 3 und 5 dargelegten Erläuterungen, wobei in diesem Fall gerade Profilrillen verwendet werden.

Die breiten Querrillen 20 sind von der Schulter zur Laufflächenmitte in zunehmendem Maße durch ebenso breite Längsrillen 17»*18, 19p 22j, 23, 24 verbunden, so daß kompakte Profiltelöcke bzw. Profilbio ckformat ionen 25, 26, 27 entstehen, die ein hohes Maß an

Fahrsicherheit bei den jahreszeitlich unterschiedlichen Fahrbahnbedingungen bei gleichzeitig geringem Abrieb sichern.

Insbesondere werden

- sehr kurze Bremswege bei trockener und nasser Fahrbahn

- hohe Sicherheit gegen Aquaplaning und

- große Seitenführungskräfte bei Kurvenfahrt erreicht.

Entsprechend Fig 6a nimmt die Länge der in Umfangsrichtung orientierten Profilrille beginnend von 34 nach 17, 18 und 19 zu, so daß die kontinuierliche Richtungsänderung gegeben ist. Das trifft für Fig 6b duroh Anordnung der Rillen 22, 23, 24 ebenso zu.

Zur Verringerung der durch die Druokbelastung entstehenden Ausgleichsspannungen ist es günstig, wenn die Profilblockecken :35 gerundet sind» Die Längsrillen 18 und 19 in Fig 6a sind stufenförmig in sich versetzt eingearbeitet, um eine gleichmäßige Steifigkeit des ßeifenkopfes zu erhalten. Dieser stufenförmige Versatz erhöht die duroh die erfindungsgemäße Anordnung der Profilrillen gegebene gute Traktion (kurze Bremswege) des Profils bei Nässe, unter winterlichen Straßenbedingungen sowie auf losem Untergrund·

Selbstverständlich sind in die Profilierungen nach Fig 5 und 6 zur Verbesserung der Griffigkeit bei Nässe zweckmäßige Feinlamellierungen einzufügen.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

A - Begrenzungslinie der.Aufstandsfläohe

B - Breite der Lauffläche

L - abplattungsbedingter Längsschub

Q - abplattungsbedingter Quersohub

E - Eadius des Kreisbogens

1 - Umfangslinie am Band der Lauffläche

2 - Umfangslinie zwischen Band und Zenit der Lauffläche

3 - Zenitlinie der Lauffläche

4 - Linie entlang des Querschnittes in der Mitte der Lauffläche

5 - abplattungsbedingte Schubspannung am Rand der Lauffläche

6 - " ⁿ zwischen Band und Zenit der Lauf-

fläohe

7 - " "im Zenit der Lauffläche

8 - Ausgleichsspannung des druckbelasteten Profilblockes

9 - hochbelasteter Bandbereich des Profilblookes, !Teil der Fläche 10

10 - Fläche eines Profilbiookes

11 - Umfang eines Profilblookes

12 - kreisbogenförmige Profilrille

15 - gerade Querrille, 90° zur Umfangsrichtung

-fg — μ η n ti μ

17 - gerade Längsrille, 0° zur Umfangsrichtung

18 — ⁿ " «» η ti

Ί9 _ n w «ι ti ti

20 - gerade Querrille _s 89° bis 80° zur umfangsrichtung

21 - Mittelrippe

22 - gerade Längsrille, 1° bis 10° zur Umfangsrichtung

23 _ μ μ H ti « «ι Ii 21«, — η η it it Ii ti η

25 - Profilblook

27 - Profilblockformation, bestehend aus zwei miteinander Terbun-

denen Profilblöcken

28 - Profillängsrille

29 - Winkel einer Profilblookflanke zur gedachten Mittellinie zwi-

aohen zwei benachbarten Flanken

30 - w ^M »

31 - senkrechte Linie zur Eadachse

32 - Senkrechte zur Lauffläche

33 - Mittelrille

34 - kurze Rille

35 - gerundete Profileoken

36 - Längsrippe

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- Leerseite -

Claims

Erfindungsanspruch;

!Radialreifen, insbesondere solche für Pkw und Lkw, mit besonderer Profilgestaltung und einem Querschnittsverhältnis von 0,65 bis 0,82, gekennzeichnet dadurch, daß die Profilrillen im Zenit der Lauffläche im Bereich zwischen 0° und 10° und am Band der Lauffläche zwischen 90° und 80° zur Umfangsrichtung des Reifens angeordnet sind, wobei die Richtungsänderung der Profilrillen vom Rand zum Zenit im wesentlichen kontinuierlich in Form einer kreisförmigen Bogenstruktur mit einem Radius, der der Hälfte der Lauffläohenbreite entspricht, bzw. nicht mehr als 10 % davon abweicht, erfolgt·
2. Radialreifen nach Pkt· 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich die kontinuierliche Richtungsänderung der Profilrillen auch ergibt_? indem das Verhältnis von quer und längs zur ümfangsrichtung angeordneten geraden Profilrillen so verändert ist, daß die resultierende Richtung stets der Richtung der Tangente an den Kreisbogen im jeweiligen Längsschnitt entspricht, bzw. nicht mehr als 10° davon abweicht.
3. Radialreifen nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die sich der Anordnung der Profilrillen ergebenden Profilblb'cke bzw. Blockformationen so gestaltet sind, daß ihre Fläche ein Mindestmaß von 2 °b des Quadrates der Laufflächenbreite nicht unterschreitet ·
4. Radialreifen nach Pkt. 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Umfang einer gegebenen Profilblockfläche nicht mehr als 35 # vom Umfang des zum Profilblock gehörenden flächengleichen Kreises beträgt.
5. Radialreifen nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei den längsorientierten Profilrillen der Mittelwert der beiden Flankenwinkel, bezogen auf die Senkrechte zur Drehachse des Reifens größer ist, als der Vl/inkel zwischen der an der Stelle der längsorientierten Profilrille senkrecht auf der gekrümmten Lauffläche stehenden Linie und der Senkrechten zur Drehachse des Reifens. .-',0OW Έ...'.'BAD ORiginai