DE3727522A1 - Pkw-hochgeschwindigkeitsreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein PKW-Reifen, insbesondere Hochgeschwindigkeitsreifen, mit wenigstens einer Elastomerenschicht und einer mit dieser verbundenen Karkasse sowie ggf. einem Gürtel.

Die bekannten PKW-Reifen sind heute durchgehend Luftreifen, wobei der früher übliche Diagonalreifen zunehmend vom Gürtelreifen abgelöst wird. Der Gür­ telreifen bietet gegenüber dem Diagonalreifen den Vorteil geringeren Rollwiderstandes, reduzierter Ab­ nutzung, besserer Kraftübertragung sowie größerer Variationsmöglichkeiten bei der Profilgestaltung. Insbesondere ist das Hochgeschwindigkeitsverhalten eines Gürtelreifens dem eines Schlauchreifens über­ legen; jedoch muß andererseits eine geringere Dämpfung in Kauf genommen werden.

Unabhängig vom Aufbau muß der Reifen die Fahrzeug­ federung unterstützen und insbesondere die Umfangs­ kräfte für Antrieb und Abbremsen des Fahrzeugs so­ wie die Seitenkräfte bei der Kurvenfahrt übertra­ gen. Das Interesse der Reifenkonstrukteure hat sich daher stets darauf gerichtet, eine möglichst voll­ ständige und andauernde Anlage der Reifenlauffläche auf der Fahrbahn bei allen Fahrtsituationen auf­ rechtzuerhalten. Bei Rennreifen wird unter diesem Gesichtspunkt eine große Breite des Reifens im Ver­ hältnis zum radialen Reifendurchmesser gewählt und zudem eine besonders haftfähige Laufflächen-Elasto­ merenmischung eingesetzt.

Eine möglichst vollflächige Berührung zwischen Lauf­ fläche und Boden ist zwar für die Übertragung der Umfangs- und Seitenkräfte, also beim starken Be­ schleunigen, Bremsen und bei der Kurvenfahrt not­ wendig. Jedoch bewirkt der damit einhergehende hohe Rollwiderstand eine entsprechende Geschwindigkeits­ einbuße. Diese stört bei der Hochgeschwindigkeits- Geradeausfahrt, bei welcher es auf Umfangs- und Seitenkraftübertragung weniger ankommt.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines PKW-Reifens der eingangs genannten Art, der sich flexibler an unterschiedliche Fahrtsituationen an­ passen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der PKW-Reifen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Merkmale des Patentanspruches 1 auf.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran­ sprüchen definiert.

Es versteht sich, daß der erfindungsgemäße Reifen nicht nur für übliche Personenkraftwagen, sondern auch beispielsweise für Rennzwecke eingesetzt wer­ den kann.

Der erfindungsgemäße Reifen ist im Scheitelbereich mit einer Beschwerung versehen, die gleichmäßig über seinen Umfang verteilt ist. Diese Beschwerung drängt unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft den Scheitelbereich des Reifens radial auswärts. Dieser Effekt ist stark von der Drehzahl des Rei­ fens abhängig. Bei relativ langsamer Fahrt, beim Bremsen etc. tritt der Effekt zurück und der Reifen verhält sich wie ein bekannter Fahrzeugreifen, d.h. die Lauffläche liegt im gleichen Umfang am Boden an wie bei bekannten Reifen. Wenn jedoch insbeson­ dere bei Geradeausfahrt mit hoher Fahrzeuggeschwin­ digkeit die Drehzahl des Reifens sehr hoch wird, bewirkt die erfindungsgemäße Beschwerung eine radiale Auswärtsverformung des Reifenscheitelbe­ reichs. Der Reifen rollt dann im wesentlichen nur auf dem Scheitelbereich ab, d.h. die Lauffläche be­ rührt im Schulterbereich nicht mehr den Boden und ist daher effektiv kleiner. Hierdurch wird der Roll­ widerstand erheblich verringert, so daß eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. eine bessere Kraft­ stoffausnutzung erreicht wird.

Der Scheitelbereich des Reifens unterliegt bei dieser Auswärtsbewegung einer gewissen Dehnung in Umfangsrichtung. Die Beschwerung sollte in der Lage sein, diese Bewegung mitzuvollziehen, ohne daß sich an ihrer gleichmäßigen Verteilung über den Reifenum­ fang wesentliches ändert. Anderenfalls kann es zu Unwuchten, Schlagen und ähnlichem kommen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Deh­ nungsbewegung des Reifenscheitelbereichs dadurch er­ möglicht, daß die Beschwerung aus einzelnen Be­ schwerungselementen besteht, die jeweils in einer Umfangsposition des Reifens bleibend angeordnet sind. Insbesondere können diese Beschwerungsele­ mente aus relativ kleinen, aber schweren, Teilchen bestehen, die beispielsweise in der Elastomeren­ schicht des Reifens eingebettet sein können. Die Teilchen können dann, wie unmittelbar ersichtlich ist, jede Bewegung des Reifenmaterials mitmachen, ohne sich relativ zum Reifen zu bewegen. Es spielt dabei im Grundsatz keine Rolle, ob die Beschwerungs­ elemente bzw. -teilchen mineralisch oder metallisch sind oder ggf. auch aus synthetischem Material ge­ eigneten spezifischen Gewichts bestehen. Ent­ sprechende räumliche Verhältnisse vorausgesetzt, kann die gewünschte Wirkung durch wenige, aber schwere Teilchen genauso erhalten werden wie durch viele, aber leichte Teilchen. Ist der Platzbedarf der Beschwerung bedeutsam, wird man vorteilhaft wenige, schwere Teilchen verwenden.

In einer anderen Ausführungsform besteht die Be­ schwerung aus einem ringförmigen Streifen, der als Einlage im Reifen liegt. Die Breite des Streifens wird dann so gewählt, daß die Beschwerung nur auf den Reifenscheitelbereich, nicht aber auf die Rei­ fenschultern wirkt. Es versteht sich, daß man für den Streifen ein Material mit einer Dehnbarkeit wählen wird, die einerseits die gewünschte radiale Auswärtsbewegung (und damit Umfangsvergrößerung) des Reifenscheitelbereichs ermöglicht, andererseits aber die Fahreigenschaften des Reifens nicht nach­ teilig beeinflußt.

Die Beschwerung kann sowohl radial außerhalb, wie auch radial innerhalb der Karkasse vorgesehen wer­ den; üblicherweise wird man jedoch vorziehen, sie radial innerhalb der Karkasse zu plazieren.

Es versteht sich, daß erfindungsgemäß auch eine Kombination beider Ausführungsformen verwendet wer­ den kann, beispielsweise eine schmale Inneneinlage des Reifens im Scheitelbereich aus dehnbarem Ma­ terial, in welches zusätzlich einzelne Beschwerungs­ teilchen eingebettet sind, oder die Einbettung dehn­ barer ringförmiger Beschwerungselemente im Reifenma­ terial selbst.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Dia­ gonalreifens gemäß einer ersten bevorzug­ ten Ausführungsform und

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt eines Gür­ telreifens gemäß einer zweiten bevorzug­ ten Ausführungsform.

Der in Fig. 1 schematisch im Querschnitt gezeigte Diagonalreifen 10 hat eine Karkasse 12, die im Wulstbereich 14 auswärts um einen Wulstkern 16 um­ geschlagen ist. Der Wulstkern 16 besteht beispiels­ weise aus einem oder mehreren Stahldrähten. Zwischen der Karkasse und dem Karkassenumschlag er­ streckt sich vom Wulstkern 16 ein Wulstfüller 18 in Richtung zur Reifenseitenwand 22. Die auf die Karkasse aufvulkanisierte Gummischicht 20 des Rei­ fens 10 erstreckt sich außenliegend vom Wulstbe­ reich 14 über die Reifenseitenwand 22 zum Reifen­ scheitel S und bildet dort eine Lauffläche 26 mit einer Profilierung. Im Bereich der Lauffläche 26 ist die Gummischicht 20 dicker als im Reifenseiten­ wandbereich 22; zu den Seitenwänden 22 hin endet die Lauffläche 26 in Schultern 24.

Zwischen Karkasse 12 und Gummischicht 20 ist im Laufflächenbereich ein Polster 27 angeordnet.

Dieser Diagonalreifen würde als Schlauchreifen ein­ gesetzt werden.

Bei dieser ersten Ausführungsform ist im unmittel­ baren Bereich S des Reifenscheitels eine Beschwe­ rung 28 vorgesehen, die aus einzelnen Teilchen be­ steht. Das spezifische Gewicht der Teilchen ist höher als das des Materials der Gummischicht 20, wobei das Beschwerungsmaterial hinsichtlich seines spezifischen Gewichtes danach ausgewählt wird, wie viele und wie große Beschwerungsteilchen 28 ohne Be­ einträchtigung der Reifenfunktionen untergebracht werden können.

Die die Beschwerung 28 bildenden Teilchen sind im Scheitelbereich S völlig gleichmäßig über den Um­ fang des Reifens 10 verteilt in die Gummischicht 20 eingebettet.

Der die Teilchen der Beschwerung 28 ausschließlich enthaltende Reifenscheitelbereich S erstreckt sich in Richtung zu den Reifenschultern 24 hin über weniger als ein Viertel der Laufflächenbreite. Dies ergibt eine besonders starke Auswärtsverschiebung des Scheitelbereichs im Verhältnis zu den Lauf­ flächenbereichen nahe den Reifenschultern 24. Die Stärke dieses Effektes läßt sich ersichtlich unter Berücksichtigung der zu erwartenden Reifen-Drehzahl durch Wahl des Gesamtgewichtes der Beschwerung 28 einerseits, der Breite des Beschwerungsbereichs S, bezogen auf die Laufflächenbreite andererseits äußerst fein abstimmen.

Die Beschwerung 28 wird bei dieser Ausführungsform relativ tief unter der Lauffläche 26 in die Gummi­ schicht 20 einvulkanisiert, so daß sie auch bei weitgehend abgefahrenem Laufflächenprofil noch sicher im Reifenmaterial eingeschlossen ist.

Die Anordnung der Beschwerung 28 radial außerhalb von Karkasse 12 und Polster 27 setzt bei dieser Aus­ führungsform die Vulkanisationsverbindung von Karkasse, Polster und Gummischicht im Reifenschei­ telbereich relativ hohen Beanspruchungen aus. Eine weniger starken mechanischen Beanspruchungen unter­ liegende erfindungsgemäße Ausführungsform verwendet daher eine innenliegende Beschwerung, die im folgen­ den anhand der Fig. 2 dargestellt wird. Das im fol­ genden erläuterte Prinzip läßt sich aber natürlich ebenso beim Diagonalreifenaufbau gemäß Fig. 1 an­ wenden.

Fig. 2 zeigt einen Gürtelreifen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der schlauchlose Gür­ telreifen 30 hat eine Karkasse 32, die ebenfalls in einem Wulstbereich 34 auswärts um einen Wulstkern 36 aus Stahldraht umgeschlagen ist. Auch in diesem Fall ist ein Wulstfüller zwischen Wulstkern, Karkasse und Umschlag vorgesehen.

Die Karkasse 32 ist einwärts und auswärts von Elastomerenmaterial bedeckt, welches eine aus­ wärtige Gummischicht 40 und eine reifeninnenseitige Innendicht-Schicht 52 bildet. Die auswärtige Gummi­ schicht 40 erstreckt sich auch bei dem Gürtelreifen 30 vom Wulstbereich 34 über die Reifenseitenwand 42 zum Scheitelbereich S und bildet dabei eine zwischen Schultern 44 liegende Lauffläche 46. Zwischen Karkasse 32 und Lauffläche 46 liegt ein in der Zeichnung zweischichtig dargestellter Gürtel 48 aus Stahlcordgewebe.

Auch bei dieser Ausführungsform ist im Scheitelbe­ reich S eine Beschwerung 50 aus einzelnen, relativ schweren Teilchen vorgesehen. Die Beschwerung 50 er­ streckt sich beidseitig des Scheitels über einen Be­ reich, dessen Breite sehr viel geringer ist als die Breite des Gürtels 48 zwischen den Schultern 44.

Bei dieser Ausführungsform liegt die Beschwerung 50 radial einwärts von der Karkasse 32; die Teilchen der Beschwerung 50 sind in die Innendicht-Schicht 52 eingebettet. Hierdurch verteilt sich der von der Beschwerung 50 besonders bei hohen Drehzahlen ausge­ übte, radial auswärts gerichtete Druck über die Karkasse 32 und den Gürtel 48 gleichmäßiger auf die Gummischicht 40. lnsbesondere werden dadurch Ablö­ sungserscheinungen unterdrückt.

Zusätzlich zu oder anstelle der Beschwerung 50 kann zur Erreichung des erfindungsgemäß angestrebten Effektes eine Beschwerungseinlage 60 verwendet werden, die in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist.

Diese Beschwerungseinlage besteht aus dehnbarem Ma­ terial und erstreckt sich als ringförmiger Streifen parallel zum Reifenscheitel. Es kann genügen, die Beschwerungseinlage 60 als Elastomerenstreifen aus­ zubilden, so daß ihr spezifisches Gewicht nicht we­ sentlich anders ist als das der Innendicht-Schicht 52 bzw. der Gummischicht 40. Wird ein stärkerer Effekt gewünscht, kann entweder ein Material mit höherem spezifischem Gewicht gewählt werden, oder es können Beschwerungsteilchen der bereits ge­ nannten Art in die Beschwerungseinlage 60 einge­ bettet werden. Alternativ kann die in Fig. 2 ge­ zeigte Konfiguration gewählt werden, bei der die Beschwerungsteilchen 50 in der Innendicht-Schicht 52 liegen und die Beschwerungseinlage 60 zusätzlich innenseitig an der Innendicht-Schicht 52 anliegt.

Es versteht sich, daß weitere Kombinationen möglich sind, um die erfindungsgemäße Beschwerung des Rei­ fenscheitelbereichs gegenüber den Schulterbereichen zu realisieren.

Claims (10)

1. PKW-Reifen, insbesondere Hochgeschwindigkeits­ reifen, mit wenigstens einer Elastomerenschicht und einer mit dieser verbundenen Karkasse sowie ggf. einem Gürtel, dadurch gekennzeichnet, daß im Scheitelbereich (S) des Reifens (10, 30) eine gleichmäßig über den Rei­ fenumfang verteilte Beschwerung (28, 50) vorgesehen ist.

2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Beschwerung vom Reifenscheitelbereich (S) in Richtung zur Rei­ fenschulter (24, 44) über einen Breitenbereich des Reifens (10, 30) erstreckt, der nicht größer ist als die halbe Laufflächen- bzw. ggf. Gürtelbreite des Reifens (10, 30) und vorzugsweise nicht größer ist als ein Viertel dieser Breite.

3. Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschwerung (28, 50) aus einzelnen, jeweils bleibend in einer Um­ fangsposition des Reifens (10, 30) angeordneten Beschwerungselementen besteht.

4. Reifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschwerungsele­ mente von mit dem Reifen (10, 30) verbundenen Teilchen mit im Vergleich zum Reifenmaterial höherem spezifischen Gewicht gebildet werden.

5. Reifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen der Be­ schwerung (28, 50) klein im Verhältnis zur Reifen­ wanddicke im beschwerten Bereich (S) sind.

6. Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschwerung (28, 50) in eine Elastomerenschicht (20, 52) des Reifens (10, 30) eingebettet, vorzugsweise einvulkanisiert, einpolymerisiert o.dgl. ist.

7. Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschwerung als ringförmiger Streifen (60) aus dehnbarem Material ausgebildet ist.

8. Reifen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschwerung als im Verhältnis zur Laufflächen- bzw. ggf. Gürtelbreite des Reifens schmale Einlage (60) im Reifeninneren vorgesehen ist.

9. Reifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (60) aus einem Elastomerenmaterial mit gegenüber dem rest­ lichen Reifenmaterial geringerer Härte besteht.

10. Reifen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschwerung (28, 50, 60) auf der radialen Innenseite der Karkasse (12, 32) des Reifens (10, 30) vorgesehen ist.