DE3818355A1 - Niederquerschnitt-luftreifen in radialbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Niederquerschnitt- Luftreifen mit einem Höhen-Breiten-Verhältnis von 0,3 bis 0,6, und bezieht sich insbesondere auf die Konfiguration und die Konstruktion von PKW-Luftreifen für sehr hohe Fahrgeschwindigkeiten an axial sich gegenüberliegenden Seitenbereichen ihrer Laufstreifen.

Es ist übliche Praxis, daß die Konfiguration und Konstruktion von Niederquerschnitt-Luftreifen mit kleinem Höhen- Breiten-Verhältnis für sehr hohe Fahrgeschwindigkeiten sich nicht sehr von jenen bei Luftreifen mit relativ größerem Höhen-Breiten-Verhältnis unterscheiden.

Mit anderen Worten, die zwischen der Lauffläche und der äußeren Lage eines Gürtels gemessene Dicke des Laufstreifen- Gummis ist über der gesamten Breite des Laufstreifens ungefähr gleich, und der Gürtel umfaßt zwei Gürtel-Lagen aus gekreuzten Corden aus Metall, die entsprechend der Breite einer Bodenaufstandsfläche der Lauffläche angeordnet sind. Von der Innen- zur Außenseite des Luftreifens, bezogen auf die Achsenrichtung, ist eine Karkasse umgeschlagen.

Wenn der Luftreifen mit dem Aufbau und der Konstruktion gemäß der vorstehenden Beschreibung bei sehr großer Fahrgeschwindigkeit benutzt wird, ist die Wahrscheinlichkeit einer Abnutzung im Mittelbereich des Laufstreifens größer. Der Laufstreifen nutzt sich eben ab, das heißt, die abgenutzte Oberfläche des Laufstreifens ist zur Drehachse des Luftstreifens im wesentlichen parallel. Folglich ist die Abnutzung des Laufstreifens in axial sich gegenüberliegenden Seitenbereichen extrem geringer als im Mittelbereich des Laufstreifens.

Als Ursache hierfür wird angenommen, daß der Luftreifen dieses Typs während der Drehung in einem Bereich kleiner Lasten benutzt wird, daß die Zentrifugalkraft während der Drehung unter Last groß ist, und daß der Mittelbereich von größerer Masse des Laufstreifens wahrscheinlich von den sich gegenüberliegenden Seitenbereichen axial nach außen hervortritt.

Nach Erreichen des Mittelstadiums der Abnutzung bestehen beim Luftreifen dieses Typs schwerwiegende Probleme insoweit, als an entgegengesetzten Rändern der Gürtel-Lagen Lagentrennung und ferner Seitenwand-Platzer auftreten, wodurch die Haltbarkeit des Luftreifens herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Luftreifen mit verbesserter Konfiguration und Konstruktion an axial sich gegenüberliegenden Seitenbereichen des Laufstreifens zu schaffen, der die vorstehend angegebenen Schwierigkeiten in vorteilhafter Weise überwindet.

Von den Erfindern wurden verschiedene Untersuchungen über die Ursachen der Lagentrennung an den axial sich gegenüberliegenden Seitenbereichen des Gürtels und der Platzer an den Seitenwandabschnitten insbesondere im Mittelstadium der Abnutzung angestellt. Dabei wurden folgende Sachverhalte festgestellt:

Da sich dieser Luftreifen-Typ besonders im Mittelbereich abnutzt, nimmt die Masse des Laufstreifen-Gummis im Laufstreifen- Mittelbereich nach dem mittleren Abnutzungsstadium ab. Andererseits ist die Masse des Laufstreifen-Gummis an den axial sich gegenüberliegenden Seitenabschnitten, insbesondere an den axial sich gegenüberliegenden Randabschnitten der Gürtel-Lagen die gleiche wie im Anfangsstadium der Abnutzung. Folglich werden die axial sich gegenüberliegenden Seitenabschnitte des Laufstreifens unter der Wirkung der Zentrifugalkraft relativ stärker radial nach außen gezogen. Es kommt daher bei Drehung unter Last zu einer Spannungskonzentration an den axial sich gegenüberliegenden Gürtelrändern, und es wird zu diesem Zeitpunkt Wärme erzeugt. Außerdem werden das Hauptteil und der Umschlag der Karkasse am Seitenwandabschnitt infolge des kleinen Elastizitätsmoduls des Karkassen-Hauptteils relativ zueinander durch Scherung verformt, in der Weise, daß am Umschlag eine Loslösung der Karkassen- Lage induziert wird. Zudem entwickelt sich die Lagentrennung weiter und verursacht einen Seitenwand-Platzer.

Es wurde festgestellt, daß sich die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten wirkungsvoll dadurch vermeiden lassen, daß die nach dem mittleren Abnutzungsstadium bestehende Differenz in der Masse des Laufstreifen-Gummis zwischen dem Zentralbereich und den axial sich gegenüberliegenden Seitenbereichen des Laufstreifens verkleinern läßt, also die Masse des Laufstreifen-Gummis in den axial sich gegenüberliegenden Seitenbereichen reduziert wird, die Rückhaltewirkung an den axial sich gegenüberliegenden Seitenabschnitten des Laufstreifens verstärkt wird, und zur gleichen Zeit die Dehnung der Karkasse in den Seitenwänden herabgesetzt wird.

Ein Niederquerschnitt-Luftreifen in Radialbauart mit wenigstens einer Karkassen-Lage, die unter einem Winkel von ungefähr 90° zum Umfang eines Laufstreifens angeordnete Corde enthält, einem Gürtel aus wenigstens zwei Gürtel-Lagen, die aus Corden aus Metall zusammengesetzt sind, welche unter einem kleinen Winkel zum Umfang des Laufstreifens verlaufen, gekreuzt und auf einem Zenitabschnitt der Karkasse angeordnet sind, und einem Paar Umfangshauptrillen im den Zenitabschnitt umgebenden Laufstreifen, wobei die Umfangshauptrillen zur Reifenmittelebene symmetrisch angeordnet sind und die Lauffläche des Laufstreifens in einen Mittelbereich und axial sich gegenüberliegende Seitenbereiche unterteilen, und der Zwischenabstand der Umfangshauptrillen in einem Bereich von 45 bis 65% der maximalen Breite des auf eine normale Felge aufgezogenen und mit einem normeln Innendruck gefüllten Luftreifens liegt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Breite des Gürtels im Bereich von 110 bis 130% des Zwischenabstandes der Schnittstellen einer gedachten Geraden, welche die Oberseite eines aus dem Grund jeder der Umfangsrillen herausragenden Abnutzungsanzeigers tangential berührt und zur Luftreifendrehachse parallel ist, mit einer Luftreifen-Umrißlinie an den axial sich gegenüberliegenden Seitenbereichen des Laufstreifens liegt, und die Dicke des Laufstreifen-Gummis an den der größten Breite entsprechenden Rändern des Gürtels im Bereich von 30 bis 80% der Dicke an den Schnittstellen liegt.

Als eine bevorzugte Ausführungsform des Niederquerschnitt- Luftreifens gemäß der Erfindung wird empfohlen, daß die Dicke des Luftreifen-Gummis an jedem der Laufstreifen- Seitenbereiche zu den axialen Laufstreifenrändern hin allmählich kleiner wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Luftreifen gemäß der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Luftreifen nach einer herkömmlichen Technik.

Gemäß Fig. 1 ist ein Paar Umfangshauptrillen 1 symmetrisch zur Reifenmittelebene E angeordnet und unterteilt die Lauffläche des Laufstreifens in sich gegenüberliegende Seitenbereiche T 1 und einen Mittelbereich T 2. Im Mittelbereich T 2 ist eine Umfangsrille 1 A angeordnet. Am Grund der Umfangshauptrille 1 ist ein Abnutzungsanzeiger 2 ausgebildet. Mit 3 ist eine einlagige Karkasse bezeichnet, mit 4 eine Umschlaglage, mit 5 ein Wulstkern, mit 6 ein Gürtel, der eine erste Gürtellage 6-1 und eine zweite Gürtellage 6-2 umfaßt, mit 7 eine Felge und mit 8 eine Verstärkungslage. Als Karkassen- Verstärkungsmaterial können Corde verwendet sein, für welche Textilfasern aus Reyon, Nylon, Polyester oder aromatischem Polyamid (bekannt unter dem Handelsnamen Kevlar) repräsentativ sind. Beim erfindungsgemäßen Luftreifen ist die Verwendung von Corden aus Kevlar von besonders vorteilhafter Wirkung.

Der Zwischenabstand der Umfangshauptrillen 1, also die Breite Tw 2 des Mittelbereiches T 2, ist so gewählt, daß er im Bereich von 45 bis 65% der größten Breite Tw des auf eine normale Felge aufgezogenen und mit normalem Innendruck gefüllten Luftreifens liegt.

Die Breite Bw des Gürtels 6 in einem Bereich, in dem die Corde der ersten und der zweiten Lage 6-1 und 6-2 gekreuzt sind, beträgt zwischen 110 und 130%, vorzugsweise zwischen 115 und 125% des Zwischenabstandes Pw der Schnittstellen P einer gedachten Geraden l, welche die Oberseite des Abnutzungsanzeigers 2 tangential berührt und zur Luftreifendrehachse parallel ist, mit einer Umrißlinie des Luftreifens an den Seitenbereichen T 1.

Die Dicke d des Laufstreifen-Gummis (nachfolgend kurz als Dicke bezeichnet) an den der größten Breite entsprechenden Rändern des Gürtels 6 ist im Bereich von 30 bis 89%, vorzugsweise im Bereich von 40 bis 60% der Dicke c an den Schnittstellen P gewählt. Ferner nimmt die Dicke in den Seitenbereichen T 1 zum Laufstreifenrand hin allmählich ab. Mit anderen Worten, wenn die Dicken im Zentrum des Luftreifens und im an die Umfangshauptrille 1 sich anschließenden Seitenbereich T 1 a und b sind, ist es wünschenswert, daß die Beziehung a<b<c<d verfüllt wird.

Die Wahl des Zwischenabstandes der Umfangshauptrillen 1 mit einem Betrag zwischen 45 und 65% der größten Luftreifenbreite ist damit begründet, daß sich bei einem Betrag unter 45% oder über 65% Schwierigkeiten beim Befahren trockener bzw. nasser Fahrbahnen ergeben.

Der Grund, weshalb die Gürtelbreite Bw im Bereich von 110 bis 130% des Zwischenabstandes Pw der Schnittstellen P gewählt ist, liegt darin, daß bei einem Abstand kleiner als 110% an den Seitenbereichen T 1 keine Rückhaltewirkung erwartet werden kann. Weil sich bei Drehung des Luftreifens, während der die Rückhaltewirkung herabgesetzt ist, der Schulterabschnitt unter der Wirkung der Zentrifugalkraft dehnt, dehnt sich die Karkasse am Seitenwandabschnitt und die relative Beanspruchung zwischen dem Hauptteil und dem umgeschlagenen Endabschnitt der Karkasse wird größer. Dies führt zu einer Spannungskonzentration auf dem Lagenende am Umschlag, derart, daß Lagentrennung hervorgerufen wird. Wenn andererseits Bw größer als 130% von Pw ist, wird der Krümmungsradius des Gürtels so groß, daß bei Drehung unter Last eine Spannungskonzentration an den Randabschnitten des Gürtels und somit eine Lagentrennung wahrscheinlich sind. Folglich wird Bw im Bereich von 110 bis 130% von Pw gewählt.

Zur Verbesserung der Rückhaltewirkung an den Seitenbereichen des Laufstreifens ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eine Verstärkungslage 8 aus ungefähr parallel zur Reifenmittelebene E angeordneten Corden aus organischen Fasern zusätzlich vorhanden ist, die sich an den Gürtel anschließt und dessen Randabschnitte bedeckt und sich dabei entlang dem Laufstreifen erstreckt, und wenn die Seitenränder dieser zusätzlichen Verstärkungslage 8 bei etwa 65 bis 85%, bevorzugt bei etwa 70 bis 80% der von einer Felge aus gemessenen Höhe des Luftreifens angeordnet sind.

Die Wahl des Betrages von 30 bis 80% der Dicke c an den Schnittstellen P für die Dicke d an dem der größten Breite entsprechenden Rand des Gürtels 6 ist damit begründet, daß, wenn die Dicke d kleiner als 30% ist, die Dicke an den Randabschnitten des Gürtels 6 so klein ist, daß sich bei Befahren von engen Kurven Spannungskonzentrationen an den Randabschnitten des Gürtels 6 ergeben und der Gürtel 6 infolge Abnutzung in gefährlicher Weise auf der Außenseite exponiert wird. Macht die Dicke d mehr als 80% aus, steigt die Temperatur des Luftreifens infolge Wärmeerzeugung, das Gewicht des Laufstreifens ist größer, die Seitenbereiche dehnen sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen, und es ergeben sich Spannungskonzentrationen an den Randabschnitten des Gürtels 6 und am Lagenende des Umschlages. Somit wird die Dicke d im Bereich von 30 bis 80% des Zwischenabstandes Pw der Schnittstellen P gewählt.

Entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Reifenkonstruktion wurde ein Versuchsreifen der Größe 255/40 VR 17 (Höhen-Breiten- Verhältnis 0,4) mit Blockprofil in Verbindung mit Umfangshauptrillen hergestellt.

Die Luftreifen-Konfiguration war folgende: Zwischenabstand Tw 2 der Umfangshauptrillen 1: 52% der größten Luftreifenbreite (255 mm); größte Breite Bw des Gürtels 6: 120% des Zwischenabstandes Pw der Schnittstellen P (205 mm); Dicken des Laufstreifens: a=11, b=10 mm, c=7 mm, d=5 mm.

Für die Karkasse wurden Corde aus organischer Faser (Handelsname Kevlar, 1500 d/2) mit einem Zenitwinkel von 90° angeordnet. Für den Gürtel 6 wurden Stahl-Corde verwendet und unter einem Zenitwinkel von 24° angeordnet. Der Luftreifen war auf eine Felge der Größe 8,5×17 engl. Zoll aufgezogen.

Als Vergleichsreifen wurde ein Luftreifen derselben Größe entsprechend einer herkömmlichen Technik gemäß Fig. 2 verwendet. Die größte Gürtelbreite betrug bei diesem Luftreifen 100% des Zwischenabstandes der Schnittstellen P, und die Dicke des Laufstreifen-Gummis betrug an den Gürtelrändern 95% der Dicke an den Schnittstellen P.

Die beiden vorstehend beschriebenen Luftreifen wurden einem Haltbarkeitsversuch unter folgenden Bedingungen unterzogen:

Luftreifen-Abnutzung50% Luftreifen-Innendruck2,5 kp/cm² Fahrgeschwindigkeitsukzessive stufenweise
Erhöhung um 10 km/h mit
Beginn bei 100 km/h Last500 kg.

Für jeden Luftreifen wurde die Geschwindigkeit ermittelt, bei welcher die Reifenabnutzung von 50% erreicht wurde.

Auf der Basis 100 für den herkömmlichen Reifen wurde für den erfindungsgemäßen Luftreifen der Index 130 ermittelt. Für diesen Luftreifen wurde somit eine ausgezeichnete Haltbarkeit bei hohen Geschwindigkeiten bzw. eine ausgezeichnete Schnellauftüchtigkeit bestätigt.

Die Erfindung schafft somit einen Niederquerschnitt-Luftreifen, bei dem eine Lagentrennung am Gürtel und ein Platzen an den Seitenwandabschnitten in vorteilhafter Weise vermieden werden kann, so daß die für Luftreifen dieses Typs geforderte Schnellauftüchtigkeit verbessert werden kann.

Claims (4)

1. Niederquerschnitt-Luftreifen in Radialbauart mit wenigstens einer Karkassen-Lage, die unter einem Winkel von ungefähr 90° zum Umfang eines Laufstreifens angeordnete Corde enthält, und einem Gürtel (6) aus wenigstens zwei Gürtel-Lagen (6-1, 6-2) die aus Corden aus Metall zusammengesetzt sind, welche schräg zum Umfang des Laufstreifens verlaufen und auf einem Zenitabschnitt der Karkasse (3) angeordnet sind, wobei die Corde aus Metall der Gürtel-Lagen (6-1, 6-2) gekreuzt sind, der Laufstreifen den Zenitabschnitt umgibt und mit einem Paar Umfangshauptrillen (1) versehen ist, die zur Reifenmittelebene (E) symmetrisch angeordnet sind und die Lauffläche des Laufstreifens in einen Mittelbereich (T 2) und axial sich gegenüberliegende Seitenbereiche (T 1) unterteilen, und der Zwischenabstand (Tw 2) der Umfangshauptrillen (1) in einem Bereich von 45 bis 65% der maximalen Breite (Tw) des auf eine normale Felge (7) aufgezogen und mit einem normeln Innendruck gefüllten Luftreifens liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (Bw) des Gürtels (6) im Bereich von 110 bis 130% des Zwischenabstandes (Pw) der Schnittstellen (P) einer gedachten Geraden (1), welche die Oberseite eines aus dem Grund jeder der Umfangsrillen (1) herausragenden Abnutzungsanzeigers (2) tangential berührt und zur Luftreifendrehachse parallel ist, mit einer Luftreifen-Umrißlinie an den axial sich gegenüberliegenden Seitenbereichen (T 1) des Laufstreifens liegt, und die Dicke (d) des Laufstreifen-Gummis an den der größten Breite entsprechenden Rändern des Gürtels im Bereich von 30 bis 80% der Dicke (c) an den Schnittstellen (P) liegt.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Laufstreifen-Gummis in jedem der Laufstreifen- Seitenbereiche (T 1) zum axialen Rand des Laufstreifens hin allmählich kleiner wird.

3. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (Bw) des Gürtels (6) im Bereich von 115 bis 125% des Zwischenabstandes (Pw) der Schnittstellen (P) liegt.

4. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Laufstreifen-Gummis an der der größten Gürtelbreite (Bw) entsprechenden Stelle im Bereich von 40 bis 60% der Dicke (c) an den Schnittstellen (P) liegt.