DE3539219A1

DE3539219A1 - Luftreifen fuer personenkraftwagen

Info

Publication number: DE3539219A1
Application number: DE19853539219
Authority: DE
Inventors: Tatsuro Musashimurayama Tokio/Tokyo Shimada; Akira Tokio/Tokyo Yagi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1984-11-06
Filing date: 1985-11-05
Publication date: 1986-05-22
Also published as: GB8527072D0; US4662416A; GB2166695A; GB2166695B; JPS61113503A

Description

WUESTHOFF-v. PECHMAN N-BEHRENS-GOETZ »«-"»l.««* wuesthoff

D1PL.-ING. GERHARD PULS (l9J2-I97l)

O C O Q ? 1 Q -Oi/ DR.-XNG. DIETER BEHRENS

vjOOCli Iv DIPL.-ING.; DIPL₁-VIRTSCH₁-INg. RUPERT GOETZ

BRIDGESTCNE CORPORATION

1A-59 818 D-8000 MÜNCHEN 90

SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent Telex: 524070

Luftreifen für Personenkraftwagen

Die Erfindung betrifft eine auf die Kurvenstabilität von Personenkraftwagen zielende Verbesserung an einem Luftreifen und bezieht sich insbesondere auf eine Weiterentwicklung bezüglich der Auswirkungen der Querschnittsgestalt und verschiedener Abmessungen eines Luftreifens auf seine Kurvenstabilität.

Bei einem Hochleistungs-Luftreifen ist die Steifigkeit eines Gürtels durch Hinzufügen eines Verstärkungselementes, z.B. einer Schicht, einer Kappe o.dgl. zum Gürtel, erhöht, um die Haltbarkeit beim Fahren im Hochgeschwindigkeitsbereich zu verbessern. So hat die Anmelderin in der Japanischen Patentanmeldung 59-40,534 als Ergebnis von Forschungsarbeiten angegeben, daß die Verformung des Gürtels bei Anwendung eines Schräglaufwinkeis (nachfolgend mit der Abkürzung SA bezeichnet) begrenzt ist. Unter dem Gesichtspunkt der Kurvenstabilität wird die Seitenkraft (Seitenführungskraft, somit Kurvenfahrfähigkeit) bei einem kleinen Einschlagwinkelbereich (steering angle range) größer, und die Kurvenstabilität wird erhöht, wobei der Schräglaufwinkel auf einen mittleren Wert vergrößert wird.

Wird jedoch die Kurvenfahrfähigkeit CP auf diese Weise verbessert, erreicht die Seitenführungskraft CF ihren Scheitel-

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wert bei Anwendung eines großen Schräglaufwinkels SA rascher, so daß beim Übergang vom mittleren zum großen Einschlagwinkel eine rasche Änderung der Seitenführungskraft CF hervorgerufen wird und das Fahrverhalten des Fahrzeuges instabil wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Verbesserung der Querschnittsgestalt des Hochleistungsreifens mit großer Seitenführungskraft, einschließlich der Reifenmeridianlinie, die Gesamtkurvenstabilitat im Bereich mittlerer und großer Einschlagwinkel zu verbessern, also eine Entspannung hinsichtlich des Scheitelwertes der Seitenführungskraft CF herbeizuführen.

Ein Luftreifen für Personenkraftwagen mit ausgezeichneter Kurvenstabilität zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus,

- wenn er auf eine Felge aufgezogen und mit einem Innendruck gefüllt ist, die nachstehenden Verhältnisbeziehungen erfüllt sind:

0,55 = hw/h = 0,70 0,75 = tw/w =0,95 0,17 = m/l =0,26,

worin hw die Höhe eines der größten Breite einer Karkassenlinie entsprechenden Punktes P ist, h die von der Wulstsohle B des Luftreifens aus gemessene größte Höhe einer Lauffläche, tw die Laufflächenbreite, gemessen zwischen Schnittpunkten Q je einer Verlängerungslinie einer zentralen Zenitkrümmung der Lauffläche und einer Verlängerungslinie der Außenkonturlinie einer Schulter an einem eine Meridianlinie des Reifens einschließenden Abschnitt, w die auf den Punkt P bezogene größte Breite der Karkasse, 1 die Länge einer Geraden, die einen Schnittpunkt S einer vom Schnittpunkt Q aus auf die Wulstsohle B

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■ k-

gefällten Senkrechten und der Karkassenlinie mit dem der größten Breite entsprechenden Punkt P verbindet, und m der größte Abstand zwischen der Karkassenlinie und der Geraden,

- und die Außenkonturlinie der Schulter nach innen konkav oder geradlinig ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Luftreifen, Fig. 2 eine Kennkurve für die Beziehung SA zu CF, Fig. 3 eine Darstellung des Profils einer Bodenaufstands-

flache des Luftreifens,
Fig. 4 eine Ansicht mit einer Darstellung des Winkels, unter dem sich eine Seitenwand der Bodenaufstandsflache nähert,

eine Ansicht der Innenfläche eines Formwerkzeuges, eine vergleichende Darstellung von Formwerkzeugquerschnitten für einen üblichen Luftreifen und einen Reifen gemäß der Erfindung, eine vergleichende Darstellung von Konturprofilen von serienmäßigen Reifen,

eine Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus des Reifens und

eine vergleichende Darstellung der SA-CF-Kennkurven.

Die Kennkurven für die Beziehung SA (Schräglaufwinkel) zu CF (Seitenführungskraft) sind gemäß Fig. 2 auf der Abszisse dreifach unterteilt in einen Bereich <*· mit kleinem bis mittlerem Einschlagwinkel, einen Bereichfl mit mittlerem bis großem Einschlagwinkel und einen Bereich f mit großem Einschlagwinkel· Die CF-Kurve zeigt eine ausgezeichnete Kurvenstabilität dann, wenn die durch den Anstieg der Kennkurve bestimmte CP groß ist, CF einen hohen Wert hat, der

- f- 59

Scheitel von CF im/tf-Bereich flach verläuft und die Abnahme

von CF nach CF bei allmählicher Änderung von CF klein max

Die für die Kurvenstabilität gewünschten Kennkurven lassen sich in vorteilhafter Weise dadurch erreichen, daß dem Reifen, wie weiter oben angegeben, ein zweckdienliches Profil bzw. Querschnittsgestalt verliehen wird. Fig. T zeigt einen Schnitt durch einen serienmäßigen Reifen, der auf eine normale Felge aufgezogen wird und bei dem verschiedene angegebene Abmessungen in die nachstehend genannten zweckdienlichen Bereiche fallen müssen.

Eine Hauptfrage besteht darin, daß bei dem Reifen mit hoher Kurvenfahrfähigkeit CP der Scheitel der CF sehr ausgeprägt ist, und es daher notwendig ist, daß das Ansteigen der CF im /3-Bereich so lange wie möglich gehalten wird, um das Erreichen des Scheitels hinauszuschieben.

Der Scheitelwert der CF steht in enger Beziehung zur Änderung der BodenaufStandsfläche des Luftreifens.

Gemäß Fig. 3, die ein Beispiel der Gestalt einer Bodenauf-Standsfläche bei Anwendung eines Schräglaufwinkels SA zeigt, wird die BodenaufStandsfläche bei sich vergrößerndem SA in der Reifenumfangsrichtung auf der kurvenäußeren Seite gestreckt, wogegen der kurveninnere Bereich anfängt zu rutschen, so daß die BodenaufStandsfläche dreieckförmig wird.

Wenn die BodenaufStandsfläche hinsichtlich des dreieckförmigen Haftbereiches zwischen Fahrbahn und Laufflächenkautschuk auf der kurvenäußeren Seite des Luftreifens verbessert wird, der bis zuletzt CF zumindest annähernd entspricht, kann der Haftbe-

IH clX

reich auf diesem Wert auch bei größerem Schräglaufwinkel SA gehalten werden, um den Scheitel der CF-Kurve hinauszuschieben.

BAD ORIGINAL

- JT- 59 818

.β'

Zur Verbesserung der Bodenhaftung

auf der kurvenäußeren Seite ist es notwendig, die Haltekraft der Gürtelkanten zu schwächen. Unter dem Gesichtspunkt der
Reifenquerschnittsgestalt kann es sein, daß die Krümmung von der Schulter zur Seitenwand größer gemacht wird, um die anfängliche Karkassenzugspannung in diesem Abschnitt zu verkleinern, der Übergangswinkel θ , unter dem sich ein zwischen dem Gürtelende und der Schulter gelegener Abschnitt der Seitenwand (s. Fig. 4) der BodenaufStandsfläche nähert, kleiner gewählt ist, und die auf der kurvenäußeren Seite bei Anwendung eines Schräglaufwinkels nach oben ziehende Kraft vermindert ist. Deshalb muß, entsprechend Fig. 1, hw/h = 0,55
und m/l = 0,17 sein. Sind diese Werte sehr viel größer, ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Haltbarkeit. Es
muß daher hw/h =0,70 und m/l =0,26 sein.

Beim Ausbilden der vorstehend beschriebenen Gestalt muß
darauf geachtet werden, daß die Seitenwand dem Boden in
Richtung der Breite der BodenaufStandsfläche nicht extrem
nahe kommt.

Geschieht dies bei Anwendung eines Schräglaufwinkels auf der kurvenäußeren Seite doch, ergibt sich die Schwierigkeit, daß der Reifen auf einer Lauffläche von geringer Steifigkeit im
/-Bereich entsprechend Fig. 2 rutscht und der Grad der CF-Verringerung erhöht wird. Ferner wird, unter der Voraussetzung der vorstehend angegebenen Querschnittsgestalt, die
Streckung der BodenaufStandsfläche in Umfangsrichtung gemildert und der Einfluß der Schulter auf die Seitenwand verringert. Folglich muß der Krümmungsradius R_ vom Laufflächenende zur Schulter ein Kreisradius mit außerhalb des
Reifens liegendem Mittelpunkt oder durch eine Gerade ersetzt sein, so daß eine in Richtung der Reifenbreite extrem breite BodenaufStandsfläche vermieden werden kann. Weil eine Schwächung der anfänglichen Zugspannung von der Schulter zur Seitenwand zu einer Herabsetzung der seitlichen Steifigkeit

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führt und den Abfall der Kurvenfahrfähigkeit CP im «^-Bereich induziert, ist es nötig, die Steifigkeit im Ausgleich durch Vergrößern der Lauffläche auf eine zweckdienliche Breite zu erhöhen. Es ist daher notwendig, daß tw/w = 0,75 ist. Ist dieses Verhältnis zu groß, wird die Unterdrückung der Strekkung der BodenaufStandsfläche in Umfangsrichtung induziert. Folglich muß tw/w = 0,95 sein.

Wie schon angegeben, kann die CF-Kurve im ^-Bereich durch Vorgeben von hw/h und m/l und im /*- und Ä-Bereich durch R₂ und tw/w optimiert werden. Dadurch kann vom kleinen bis zum großen Einschlagwinkel eine ausgezeichnete Kurvenstabilität erzielt werden.

Zum Herstellen eines serienmäßigen Reifens von solcher Konfiguration muß der Anfertigung einer Vulkanisierform besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Im allgemeinen wird hinsichtlich der Vulkanisierform für den Luftreifen von einer Konfiguration ausgegangen, die er nach Aufziehen auf eine Felge hat, und die Gestalt der Formhöhlung wird gewöhnlich dadurch bestimmt, daß an ihr einige Änderungen vorgenommen werden.

Wenn die oben angegebene Reifenkonfiguration nach diesem Verfahren hergestellt wird, ist es jedoch fertigungstechnisch unmöglich, die große Krümmung der Karkassenlinie von der Schulter zur Seitenwand, also das wichtigste Element, auszubilden. Zur Herstellung dieser großen Krümmung ist gemäß Fig. 5 die Wulstbreite Rw gegenüber der normalen Felgenbreite beträchtlich vergrößert, wobei die Krümmung R-. berücksichtigt wird.

Die Wulstbreite Rw beträgt vorzugsweise zwischen 130% und 155% der normalen Felgenbreite. Der Kreisradius R-. (Fig. 5) muß weniger als 50 mm betragen, um die anfängliche Karkas-

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■ β-

senzugspannung des Luftreifens in diesem Abschnitt herabzusetzen. Ist aber der Kreisradius R₃ kleiner als 30 mm, wird die Herstellung unmöglich. Der größere Unterschied zwischen der Wulstbreite Rw des Formwerkzeuges und der normalen Felgenbreite wird vorzugsweise über die Krümmung der Karkassenlinie von der Schulter zur Seitenwand erzielt, jedoch wird diese Wirkung in vollem Umfang durch Verkleinern der Höhe des Ortes der maximalen Breite des Formwerkzeuges erreicht.

Hier ist das Verhältnis H/G der Höhe der Stelle, an der das Formwerkzeug seine größte Breite hat, und der Höhe des Formwerkzeuges vorzugsweise zwischen 0,17 und 0,37. Durch Absenken des Ortes der größten Breite des Formwerkzeuges hat der Reifen in der Nähe des Felgenhorns eine Krümmung von kleinem Radius. Der Reifen hat das Bestreben, in aufgeblasenem Zustand spontan ein Gleichgewichtsprofil anzunehmen. Jedoch hat dieser Wulstabschnitt wegen eines Vorsprungs von kleinem Radius eine leichte Verdickung nach außen und bewirkt daher, daß die anfängliche Zugspannung klein ist. Diese Wirkung dient dazu, in einer dreieckförmigen BodenaufStandsfläche bei Anwendung eines Schräglaufwinkels die Streckung auf der kurvenäußeren Seite zu begünstigen.

Das Profil des Formwerkzeuges, bei dem in der Fertigung darauf geachtet werden muß, daß der Abschnitt zwischen Schulter und Seitenwand des Reifens kleiner gewählt wird, um die Eigenschaft der BodenaufStandsfläche bei Anwendung eines Schräglaufwinkeis auf der kurvenäußeren Seite zu verbessern, erzeugt eine ähnliche Wirkung hinsichtlich des Reifenwulstabschnitts und ergibt den schon erwähnten Luftreifen mit ausgezeichneter Kurvenstabilität.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Beispiels, das lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dient und keineswegs als

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Beschränkung des Erfindungsumfangs interpretiert werden darf.

Es wurden ein herkömmlicher Reifen A und ein Reifen B gemäß der Erfindung miteinander verglichen. Beide Reifen A und B hatten die Größe 215/60 VR 15.

In Fig. 6 und 7 sind Unterschiede beim Formwerkzeugprofil und bei der Querschnittsgestalt des hergestellten bzw. serienmäßigen und auf eine normale Felge aufgezogenen Reifens dargestellt. Fig. 8 zeigt den Reifenaufbau mit einer Karkasse 1, einem Gürtel 2, einem Zwischenbau 3, einer Lauffläche 4, einem Kernreiter 5 und einem Wulstkern 6. Fig. 9 zeigt ein Vergleichsdiagramm von SA- und CF-Kurven.

Mit einem Sportwagen durchgeführte Versuche zur gefühlsmäßigen Beurteilung brachten die nachstehenden Ergebnisse:

	Kurvenstabilität	mittle rer Schräg- lauf- wmkel	großer Schräg lauf winkel	Schwingun gen, Geräusch
A	kleiner Schräg lauf winkel	Δ	Δ	Δ
B	Δ	(&	O	O
O

Zeichenerklärung:

Δ annehmbar

O gut

@ ausgezeichnet

Weil bei dem Luftreifen gemäß der Erfindung die Zugspannung der Karkasse von der Schulter zur Seitenwand herabgesetzt ist, tritt beim Fahren über Unebenheiten unter großer BeIa-

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stung eine geringere Verformung bzw. Verzerrung ein. Die Ergebnisse hinsichtlich der Kurvenstabilität und die Beurteilung von Schwingungen und Geräusch sind ausgezeichnet.

Claims

Patentanspruch :

Luftreifen für Personenkraftwagen,

dadurch gekennzeichnet , daß

- wenn er auf eine Felge aufgezogen und mit einem Innendruck gefüllt ist, die nachstehenden Verhältnisbeziehungen erfüllt sind:

0,55 = hw/h = 0,70

0,75

= tw/w =

0,95

0,17 ^ m/l = 0,26,

worin hw die Höhe eines der größten Breite einer Karkassenlinie entsprechenden Punktes (P) ist, h die von der Wulstsohle (B) des Luftreifens aus gemessene größte Höhe einer Lauffläche, tw die Laufflächenbreite, gemessen zwischen Schnittpunkten (Q) je einer Verlängerungslinie einer zentralen Zenitkrümmung der Lauffläche und einer Verlängerungslinie der Außenkonturlinie einer Schulter an einem eine Meridianlinie des Reifens einschließenden Abschnitt, w die auf den Punkt (P) bezogene größte Breite der Karkasse, 1 die Länge einer Geraden, die einen Schnittpunkt (S) einer vom Schnittpunkt (Q) aus auf die Wulstsohle (B) gefällten Senkrechten und der Karkassenlinie mit dem der größten Breite entsprechenden Punkt (P) verbindet, und m der größte Abstand zwischen der Karkassenlinie und der Geraden,

- und die Außenkonturlinie der Schulter nach innen konkav oder geradlinig ist.