DE3743878A1 - Fuer den hochgeschwindigkeitseinsatz geeigneter luftreifen in radialbauweise - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen in Radialbauweise und insbesondere Außenflächen von Blöcken eines für den Hochgeschwindigkeitseinsatz geeigneten Luftreifens in Radialbauweise.

In herkömmlichen Luftreifen in Radialbauweise, dargestellt in Fig. 1, ist die Lauffläche 1 stets mit in regelmäßigen Abständen in der Axialrichtung des Reifens angeordneten Umfangsrillen 2-1, 2-2 und 2-3, mit die Umfangsrillen 2 schneidenden und mit regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung des Reifens angeordneten Querrillen sowie mit Blöcken 4-1, 4-2 und 4-3 ausgebildet, die jeweils durch die vorgenannten Umfangsrillen und Querrillen voneinander getrennt sind. Weiterhin ist die Außenkontur der Lauffläche von konvexer Form; d. h. von Kreisbogenform mit Krümmungsradien r und R -3, deren Mittelpunkte bei Betrachtung des Reifenquerschnitts in Positionen radial innerhalb der Reifenlauffläche angeordnet sind. Deshalb ist die Außenkontur der Blöcke ebenfalls als Teil des vorgenannten Kreisbogens der Lauffläche ausgebildet. Obwohl der Krümmungsradius der Außenkontur der Lauffläche oder der Blöcke sich entsprechend der Größe, des Einsatzes, des Aspektverhältnisses (Verhältnis der Querschnittshöhe zur maximalen Breite des Reifens) etc. verändert, ist der Mittelpunkt des Krümmungsradius stets radial innerhalb der Reifenlauffläche angeordnet.

Bei den herkömmlichen Radialreifen tritt kein Problem auf, wenn der Reifen bei einer Fahrgeschwindigkeit unterhalb von 200 km/h verwendet wird. Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Reifens jedoch 250 km/h überschreitet, werden die Reifenblöcke durch die Zentrifugalkraft infolge der Hochgeschwindigkeits-Reifendrehung in eine nach außen konvexe Form gedrückt oder zum Vorspringen gebracht (in jeder Blockmitte ist dieses Vorspringen am größten). Als Ergebnis weist der Reifen eine komplizierte Laufflächenkontur mit vielen Block-Außenflächen mit unterschiedlichen Krümmungsradien auf. Sobald die ursprünglich gleichmäßigen Konturen oder Außenflächen der Blöcke sich während der Fahrt verformen, steigt der Kontaktdruck zwischen dem Reifen und dem Boden in den Zentren der Blöcke (in denen das Vorspringen der Lauffläche sein Maximum erreicht) im Vergleich zum Kontaktdruck in den anderen Bereichen der Blöcke außerordentlich an. Die Tatsache, daß der Reifen-Kontaktdruck hoch ist, bedeutet große Druckverformung des Reifengummis. Ferner werden infolge des Zurückgehens der Druckverformung nach dem Durchgang des Reifenblocks durch einen Kontakt-Zeitpunkt mit dem Boden die obenerwähnte Druckverformung und ihr Rückgang mit jeder Reifendrehung oder jedesmal dann wiederholt, wenn die Lauffläche oder der Block durch den Kontakt-Zeitpunkt mit dem Boden hindurchläuft. Die vorerwähnte Druckverformung des Reifens und ihr Rückgang setzen den Reifen im Zentrum jeden Blockes im Falle von Personenkraftwagen sehr harten Bedingungen aus, da der Reifen sich bei 300 km/h mit 40 Umdrehungen pro Sekunde dreht. Die wiederholten Druckverformungen des Reifens bewirken, daß der Reifen insbesondere in den Zentren der Blöcke erhitzt wird (weil die Zentrifugalkraft auf die Masse des Blocks wirkt und weil ferne der Wärmeabstrahlungseffekt im Vergleich zu anderen Bereichen der Blöcke gering ist). Somit ergibt sich ein Problem dahingehend, daß der Reifengummi sich infolge der Erhitzung in seiner Qualität verändert (bis zu einem schwammartigen Zustand) und deshalb die Reifenblöcke leicht platzen.

Eingedenk dieser Probleme ist es Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen in Radialbauweise für Hochgeschwindigkeitseinsatz zu schaffen, welcher die oben erwähnten Nachteile (Platzen) überwindet.

Um das obengenannte Ziel zu erreichen, ist ein erfindungsgemäßer Luftreifen in Radialbauweise mit einer ringförmigen Radialkarkasse, nicht-dehnbaren Gürtellagen, die übereinander auf einer radial äußeren Fläche der Karkasse angeordnet sind, und einer Lauffläche, die mit einer Mehrzahl von Umfangsrillen, einer Anzahl von die Umfangsrillen schneidenden Querrillen und Blöcken ausgebildet ist, die durch die Umfangsrillen und die Querrillen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Außenflächen der mit dem Boden in Kontakt bringbaren Blöcke im wesentlichen in Form eines Kreisbogens, bei Betrachtung des Reifenquerschnittes, ausgebildet sind, wobei ein Mittelpunkt desselben unter der Bedingung, daß der Reifen nicht mit Innendruck beaufschlagt ist, radial außerhalb des Reifens angeordnet ist.

Der Krümmungsradius des Kreisbogens der Blockaußenfläche liegt im Bereich von 30 mm bis 50 mm, oder ein maximaler Abstand f zwischen einer zwei Blockenden verbindenden gedachten geraden Linie und der Blockaußenfläche beträgt ungefähr 0,2 bis 1 mm.

Ferner kann das gleiche Merkmal auch unter der Bedingung verwendet werden, daß der Reifen auf eine Felge montiert ist und mit Luft mit einem Betriebs-Innendruck gefüllt ist.

Da die Außenflächen der Blöcke des Reifens vorhergehend mit einer konkaven Form ausgebildet sind, ist es sogar dann, wenn der Reifen bei Hochgeschwindigkeit eingesetzt wird, möglich, den Kontaktdruck mit dem Boden und damit die Wärmeentwicklung wirksam reduzieren und auf diese Weise zu verhindern, daß der Reifen bei Hochgeschwindigkeit platzt.

Die Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Luftreifens in Radialbauweise ergeben sich in besser verständlicher Weise aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente oder Teile bezeichnen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt der Lauffläche von aus dem Stand der Technik bekannten Luftreifen in Radialbauweise;

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Luftreifens in Radialbauweise, wobei lediglich eine linke Teilhälfte des Umfangsabschnittes desselben gezeigt ist; und

Fig. 3 einen der Fig. 1 ähnlichen Schnitt entlang der Linie A-A nach Fig. 1.

Nachstehend ist unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Luftreifens in Radialbauweise beschrieben.

Fig. 2 zeigt die linke Hälfte einer Lauffläche eines Radialreifens. Obwohl nicht vollständig ausgebildet dargestellt, ist die Lauffläche ringförmig, wie üblich, von einer Seitenwand aus über einen Kronenabschnitt bis zur anderen Seitenwand ausgebildet. Ein metallischer Wulstkern ist an einem radial inneren Ende jeder der Seitenwände versenkt. Zwischen den zwei Wulstkernen ist der Reifen durch eine sogenannte radiale Karkasse und eine nicht-dehnbare Gürtellage konstruiert. Die Karkasse umfaßt wenigstens eine Lage, die durch Anordnen von Textilkorden, wie etwa Nylon, Polyester, Rayon etc., in einer zur Äquatorialebene des Reifens im wesentlichen senkrechten Richtung gebildet ist.

Die nichtdehnbare Gürtellage ist auf dem Kronenabschnitt der Karkasse entlang der Umfangsrichtung angeordnet und umfaßt eine Mehrlangen-Konstruktion, die gebildet ist durch Anordnen von hochelastischen Korden, wie etwa metallischen Fasern oder Fasern aus aromatischem Polyamid (bekannt unter dem Warenzeichen Kevlar) derart, daß sie die Äquatorialebene des Reifens unter einem kleinen Winkel kreuzen. Diese Korde sind so übereinander angeordnet, daß sie einander schneiden. Die größte Breite der Gürtellage ist im wesentlichen gleich der Breite des Gummilaufstreifens, der auf der Gürtellage angeordnet ist.

Weiterhin ist die äußere Umfangsfläche der Seitenwände von einer flexiblen Gummischicht überzogen. Zusätzlich ist die gesamte innere Umfangsfläche der Karkasse durch eine innere Abdeckschicht von hoher Luftundurchlässigkeit abgedeckt. Die vorgenannte Konstruktion von Luftreifen in Radialbauweise ist wohlbekannt.

Fig. 2 zeigt die linke Hälfte eines Reifens, wobei O die Äquatorialebene des Reifens bezeichnet. Eine Lauffläche 1 des Reifens ist mit einer Mehrzahl von Umfangsrillen 2 ausgebildet, die parallel und symmetrisch zur Äquatorialebene O verlaufen. Detaillierter ausgedrückt, gemäß Fig. 2 sind drei Umfangsrillen 2-1, 2-2 und 2-3 zwischen der Äquatorialebene O und dem Laufflächenende e angeordnet. Die Breite der und die Abstände zwischen diesen Rillen nehmen in diesem Ausführungsbeispiel in Richtung des Laufflächenendes zu. Obwohl in Fig. 2 die Umfangsrillen 2 als gerade Linie gezeigt sind, können diese geraden Linien 2 durch andere Rillen ersetzt werden, die zickzackförmig oder bogenförmig verlaufen. Ferner kann die Anzahl der Rillen 2 uneingeschränkt vergrößert oder verringert werden; ebenfalls können die Abstände zwischen den Rillen 2 gleichmäßig oder ungleichmäßig derart festgelegt sein, daß die Breite der und die Abstände zwischen den Rillen entsprechend der Größe und dem Einsatz des Reifens in Richtung zum Laufflächenende umgekehrt abnehmen. Ferner beträgt das Höhen/Breiten-Verhältnis des erfindungsgemäßen Radialreifens ungefähr 0,3 bis 0,6.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist eine Anzahl von relativ schmalen Querrillen 3 angeordnet, die die Umfangsrillen 2-2 und 2-3 unter spitzen Winkeln mit Bezug zur Äquatorialebene O schneiden und sich von der Laufflächenmitte (die Rille 2-1) bis zum Laufflächenende e erstrecken. Die Abstände zwischen zwei benachbarten Querrillen 3 sind in Umfangsrichtung einander ungefähr gleich. Mehrere Blöcke 4-1, 4-2 und 4-3 sind durch diese Umfangsrillen 2, die Querrillen 3 und das Laufflächenende e voneinander getrennt.

Im vorgenannten Reifen besteht das Charakteristikum der vorliegenden Erfindung darin, einige Blöcke mit konkaver Form auszubilden. Mit anderen Worten, die Mittelpunkte der Krümmungsradien R -1 und R -2 von radial nach außen gerichteten äußeren Kontaktflächen der durch die Umfangsrillen 2 und die Querrille 3 getrennten Blockreihen 4-1 und 4-2 sind unter der Bedingung, daß der Reifen keiner Spannung ausgesetzt ist, d. h. daß der Reifen noch nicht auf eine Reifenfelge montiert ist, radial außerhalb des Reifens angeordnet. Wenn der Reifen auf eine Felge montiert und mit Luft bis zu einem inneren Betriebsdruck gefüllt ist, weist der Reifen die Tendenz auf, die Radien R -1 und R -2 zu vergrößern. Jedoch sind die Mittelpunkte der Radien vorzugsweise immer noch radial außerhalb des Reifens in der gleichen Weise angeordnet, als wenn der Reifen nicht mit Luft gefüllt ist. Vorzugsweise liegen die Radien R -1 und R -2 der genannten Krümmungen innerhalb eines Bereichs zwischen 50 mm und 300 mm vor der Füllung mit Luft. Ferner liegt unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein größter Abstand f zwischen einer zwei Blockenden an den Umfangsrillen verbindenden gedachten (gestrichelten) geraden Linie und der Blockoberfläche 5 entsprechend der Breite des Blockes vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1,0 mm.

In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Außenfläche 6 der am Laufflächenende angeordneten Blöcke 4-3 mit konvexer Form ausgebildet; d. h. ein Mittelpunkt des Krümmungsradius R -3 ist an einer Stelle radial innerhalb der Lauffläche angeordnet. Dies deshalb, weil der Mittelpunkt der Blöcke 4-3 im Einsatz nicht so weit vorspringt (da die Dicke des Laufflächengummis gering ist) wie derjenige der anderen Blöcke 4-1 und 4-2. Jedoch ist es selbstverständlich auch möglich, die Blöcke 4-3 wie die anderen Blöcke 4-1 und 4-2 konkav auszubilden (der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Blockoberfläche ist radial außerhalb der Lauffläche angeordnet).

Versuch

Um die Leistung der erfindungsgemäßen Reifen zu bestätigen, sind Hochgeschwindigkeits-Dauerprüfungen auf der Basis von auf Prüftrommeln aufgesteckten Reifen 255/40 VR17 durchgeführt worden.

(Reifenkonstruktion)

Karkasse:2 Lagen aus Rayonkorden, die senkrecht zur Äquatorialebene des Reifens (Radialrichtung) angeordnet sind Gürtel:2 Lagen aus Stahlkorden, die bezüglich der Äquatorialebene des Reifens mit 20° angeordnet sind und derart übereinandergelegt sind, daß sie einander im Kronenabschnitt der Karkasse schneiden, und eine weitere Lage aus Nylonkord, die über den Stahlkorden parallel zur Reifen-Äquatorialebene in Spiralform angeordnet ist Lauffläche:Erfindungsreifen wurden gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 3 hergestellt. Vergleichsreifen (bekannter Stand der Technik) wurden hergestellt. Die Spezifikationen dieser Reifen sind nachstehend aufgeführt.

Zu beachten ist, daß bei den erfindungsgemäßen Reifen die Enden 7 und 8 der Blöcke 4-1 und 4-2 im wesentlichen auf einem Kreisbogen mit einem Radius von 3000 mm angeordnet waren; dies ist gleich dem Radius r der Blockaußenflächen der Reifen gemäß dem Stand der Technik.

Prüfverfahren

Die obigen Reifen wurden auf einer Felge 9 × 17 montiert, bis zu einem Innendruck von 3,3 kg/cm² (32,4 N/cm²) mit Luft aufgeblasen und dann auf einer Stahltrommel mit einem Druchmesser von 2 m und einer glatten Oberfläche aufgesteckt, um Dauerlaufprüfungen durchzuführen. Die Reifenbelastung betrug 500 kg (4905 N) und die Temperatur 22°C.

Trommel-Fahrprüfungen wurden ausgehend von einer Anfangsgeschwindigkeit von 200 km/h gestartet. Nach störungsfreien Drehungen für einen Zeitraum von 10 min wurde die Geschwindigkeit aufeinanderfolgend um 10 km/h usw. erhöht. Die obige Geschwindigkeits-Zeit-Prüfung wurde bis zum Ausfall des Reifens fortgesetzt.

Erfindungsreifen:
Die Reifen wurden ohne Störungen bis zu 360 km/h kontinuierlich gedreht. Die Reifen fielen jedoch nach 6 min bei 370 km/h am Block 4-2 aus.

Reifen gemäß dem Stand der Technik:
Die Reifen wurden ohne Störungen bis zu 340 km/h kontinuierlich gedreht. Die Reifen fielen jedoch nach 5 min bei 350 km/h an den Blöcken 4-1 und 4-2 aus.

Claims (5)

1. Luftreifen in Radialbauweise mit einer ringförmigen Radialkarkasse, nicht-dehnbaren Gürtellagen, die übereinander auf einer radial äußeren Fläche der Karkasse angeordnet sind, und einer Lauffläche, die mit einer Mehrzahl von Umfangsrillen, einer Anzahl von die Umfangsrillen schneidenden Querrillen und Blöcken ausgebildet ist, die durch die Umfangsrillen und die Querrillen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Außenflächen (5) der mit dem Boden in Kontakt bringbaren Blöcke (4-1, 4-2) im wesentlichen in Form eines Kreisbogens, im Reifenquerschnitt, ausgebildet sind, wobei ein Mittelpunkt derselben unter der Bedingung, daß der Reifen nicht mit Innendruck beaufschlagt ist, radial außerhalb des Reifens angeordnet ist.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Krümmungsradius (R -1, R -2) des Kreisbogens der Blockaußenfläche (5) im Bereich von 30 mm bis 500 mm liegt.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein größter Abstand (f) zwischen einer zwei Blockenden (7, 8) an den Umfangsrillen (2-2, 2-3) verbindenden gedachten geraden Linie und der Blockaußenfläche (5) innerhalb eines Bereichs von 0,2 bis 1 mm liegt.

4. Luftreifen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Außenflächen (5) von mit dem Boden in Kontakt bringbaren Blöcken (4-1, 4-2) im wesentlichen in Form eines Kreisbogens, im Reifenquerschnitt, ausgebildet sind, wobei ein Mittelpunkt derselben unter der Bedingung, daß der Reifen auf einer Felge montiert und mit Luft mit einem Betriebs-Luftdruck gefüllt ist, radial außerhalb des Reifens angeordnet ist.

5. Luftreifen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittshöhe zur größten Breite des Reifens kleiner als 0,6 ist.