DE3844010A1 - Fahrzeugluftreifen mit stegen auf der innenseele und herstellungsvorrichtung dafuer mit einem heizbalg - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugluftreifen mit einer Innenseele, die zumindest auf den Seitenwänden Stege aufweist, wobei sich diese Stege nicht kreuzen. Solche Fahrzeugluftreifen sind bekannt. Die Stege ergeben sich aus den Luftabführungsnuten der üblicherweise verwendeten Heizbälge, die während der Vulkanisation den Reifenrohling von innen her nach außen in die Vulkanisationsform pressen. Die Luftabführungsnuten sind erforderlich, um Blasenbildungen im Vulkanisat zu unterbinden.

Es gibt in der Reifenkonstruktion seit langem die Aufgabenstellung, ein möglichst geringes Abrollgeräusch zu erzielen. Dieses Entwicklungsziel ist bislang bei der Gestaltung der äußeren Reifenlauffläche berücksichtigt worden. Eine weitere Geräuschverminderung ist durch Änderung der Reifenprofile kaum noch möglich, ohne die Profilgriffigkeit, insbesondere auf nassen Fahrbahnen, zu beeinträchtigen. Gleichwohl sind die akustischen Anforderungen weiter gestiegen, nicht zuletzt infolge laufruhigerer Nockenwellentriebe, elastischer Motor- und Getriebeaufhängungen, sich durchsetzender Motorkapselungen und verbesserter Aerodynamik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräuschabstrahlung gattungsgemäßer Reifen noch weiter zu senken, ohne die Profilgriffigkeit zu verringern. Außerdem sollen die ausgeprägten Entlüftungsrillen an den Heizbälgen beibehalten werden, da die schon früher - beispielsweise in der DE-AS 11 34 825 - vorgeschlagene Narbung der Balgoberfläche sich insbesondere an den Kreuzungsstellen der kleinen Rillen als verschmutzungsan­ fällig erwiesen hat.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand von Steg zu Steg auf allen Referenzlinien ungleichmäßig variiert. Dabei ist unter "Referenzlinie" ein zur Rotationsachse des Reifens konzentrischer Kreis auf der Innenseite des Fahrzeugluftreifens zu verstehen. Für jeden Radius aus dem Intervall zwischen dem Wulstradius und dem Zenitradius gibt es also links und rechts je eine Referenzlinie. Es werden nachfolgend die Stellen der Stege als einander (radial) entsprechend bezeichnet, die auf gleicher Referenzlinie liegen.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß auch die Formgebung der Innenseele eines Fahrzeugluftreifens das Laufgeräusch beeinflußt. Dies ist umso erstaunlicher, als daß die Innenseele der Reifen gar nicht mit der Fahrbahnoberfläche in Kontakt tritt. Ein nachträgliches Wegschleifen der als schallerregend erkannten Stege ist in der Serienfertigung aufgrund der Duktilität des Butylkautschuks unmöglich.

Der der Erfindung zugrunde liegende Anforderungskatalog gilt insbesondere für PKW der Ober- und Luxusklasse. Da diese Fahrzeuge sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen, ist es von besonderer Wichtigkeit, daß die maximale Dicke der Innenseele klein ist. Der in der Innenseele wegen überragender Dichtigkeit verwendete Butylkautschuk hat nämlich einen hohen Dämpfungsbeiwert und würde den Reifen bei zu kräftiger Innenseelendimensionierung zu stark erhitzen. Andererseits darf zur Erzielung zuverlässiger Dichtheit eine Mindestdicke der Innenseele nicht unterschritten werden; die Innenseelendicke muß also in sehr eng beieinanderliegenden Toleranzgrenzen liegen.

So stellt sich nicht nur die Aufgabe, einen Heizbalg zu schaffen zur Herstellung von Fahrzeugluftreifen gemäß Anspruch 1, sondern auch den Heizbalg so auszubilden, daß eine enge Toleranz der Innenseelendicke eingehalten wird. Die in Betracht gezogenen DE-AS 11 34 825 und DE-OS 35 35 675.8 geben keine Anregung zur Lösung. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2. Nachdem eine Verwirklichung der Erfindung gemäß Anspruch 1 an zu Versuchszwecken gefertigten Hochgeschwindigkeitsreifen lange daran scheiterte, daß die Heizbälge in Zonen dichter Nutabstände infolge der dort größeren Schwächung sich stärker dehnten als in den Zonen weiter Nutabstände, so daß die Reifen in Zonen dichter Stegabstände eine unzulässig dünne und in Zonen weiter Stegabstände eine unzulässig dicke Innenseele erhielten, wird dieses Hindernis dadurch, daß der Querschnitt jeder Nut umso größer ist, desto weiter sie von benachbarten Nuten entfernt ist, endlich überwunden.

Die Bälge werden in Formen hergestellt, die zur Formgebung der Entlüftungsnuten auf ihrer Innenseite Stege aufweisen. Die Balgherstellungsformen werden üblicherweise erodiert. Dieses Herstellungsverfahren für die Balgherstellungsformen ist besonders einfach, wenn alle Stege dieser Formen und demzufolge alle Entlüftungsnuten der Heizbälge an entsprechenden radialen Stellen untereinander gleiche Winkel zur Radialen einschließen. Dann kann nämlich für jeden Steg der Balgherstellungsform dasselbe Lineal verwendet werden; dieses Lineal braucht also nur - erfindungsgemäß in ungleichmäßiger Teilung - in Umfangsrichtung verrückt zu werden. Die gleiche Ausrichtung aller Stege bzw. Nuten wird unter Praktikern - obgleich mit der Definition in der Mathematik nicht ganz übereinstimmend - auch als Parallelität bezeichnet. Es versteht sich, daß die Verwendung von Bälgen mit "parallelen" Nuten zu Reifen mit gleichsam "parallelen" Stegen auf der Innenseele führt. An Reifen, die auf der Innenseele ausgeprägte Stege aufweisen, ist die Parallelität dieser Stege üblich.

Es hat sich herausgestellt, daß der akustische Vorteil, der mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 erzielt wird, an einem solchen Fahrzeugluftreifen am deutlichsten zutage tritt, bei dem alle Stege an entsprechenden radialen Stellen untereinander gleiche Winkel zur Radialen einschließen. Dies liegt möglicherweise daran, daß bei solchen Reifen die von den Stegen verursachten Schallereignisse besonders deutlich voneinander getrennt sind. Deshalb sind solche Reifen Gegenstand des Unteranspruches 3 und entsprechende Heizbälge Gegenstand des Unteranspruches 4.

Um sowohl eine sichere Entlüftung zwischen Heizbalg und Reifenrohling als auch ein niedriges Geräuschsniveau zu erzielen, empfiehlt es sich, daß am Wulst 11 der kürzeste Stegabstand (a.min) mindestens 3 mm und der längste Stegabstand (a.max) höchstens 15 mm beträgt. Diese für den Wulstradius definierten Intervallgrenzen sind als linear über dem Radius steigend zu verstehen. Beträgt der Wulstradius beispielsweise 180 mm und der Radius der Innenseele im Zenitbereich 280 mm und sind die Stege bis in den Zenitbereich gezogen, so beträgt dort der kürzeste Stegabstand mindestens (280/180)×3 mm = 4,7 mm und der längste Stegabstand höchstens 23,3 mm. Die genannten Abstandsintervalle gelten für alle erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifen, deren Stege auf der Innenseele sich nicht kreuzen, insbesondere auch dann wenn die verschiedenen Stege an entsprechenden radialen Stellen jeweils untereinander gleiche Winkel zur Radialen einschließen.

Vorzugsweise liegt das Verhältnis vom längsten Stegabstand zum kürzesten Stegabstand an entsprechenden Stellen der Stege zwischen 1,4 und 1,9. Wenngleich die Frequenzstreuung um so perfekter gelingt, desto mehr unterschiedliche Stegabstände auf gleicher Referenzlinie auftreten, so lohnt es nicht, die Anzahl der unterschiedlichen Stegabstände über 5 hinaus zu treiben; die mit noch größerer Stegabstandanzahl vorstellbaren Verbesserungen sind wegen unvermeidlicher Fertigungs­ toleranzen tatsächlich nicht reproduzierbar. Wenn nur zwei unterschiedliche Stegabstände eingesetzt werden, so erweisen sich Profilschrittlängenverhältnisse zwischen 1,42 und 1,46 sowie zwischen 1,54 und 1,57 als besonders vorteilhaft. Bei fünf unterschiedlichen Stegabständen liegt das Verhältnis von längsten Stegabstand zu kürzestem Stegabstand vorzugsweise zwischen 1,86 und 1,9.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die drei ersten Ausführungsbeispiele in je einer Figur dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 perspektivisch einen aufgeschnittenen Fahrzeugluftreifen,

Fig. 2 in der Seitenansicht einen anderen in Längsrichtung aufgeschnittenen Fahrzeugluftreifen und

Fig. 3 halb in Schnitt und halb in Ansicht einen erfindungsgemäßen Heizbalg.

Der Fahrzeugluftreifen 1 in Fig. 1 ist ausgestattet mit auf seiner Innenseite 2 angeordneten, erfindungsgemäß verteilten Stegen 3. Die Stege 3 sind mit Rücksicht auf eine einfache Balgherstellungsform parallel.

Das Bezugszeichen eines jeden Steges 3 ist in solchem Zusammenhang, wo ein Steg 3 individuell betrachtet werden soll, mit einer weiteren arabischen Zahl ergänzt, die von dem für alle Stege geltenden Bezugszeichen 3 durch einen Punkt getrennt ist. In dieser Figur sind die Stege 3.1, 3.2, 3.3 . . . bis 3.9 erkennbar. Als allgemeines Symbol für die nachgesetzte arabische Zahl wird "ν" benutzt. Die beschriebene Systematik der Individualkennzeichnung wird entsprechend für alle Stellen 6 der Stege 3 verwendet.

Wie im Stand der Technik an sich bekannt verlaufen die Stege 3 schräg, d. h. in den Seitenwänden 5 schräg zur Radialen 9 und unter der Lauffläche 10, insoweit sie (3) sich bis dort (10) erstrecken schräg zur Axialen. Aufgrund des in der Fig. 1 gewählten Blickwinkels ist hier im wesentlichen der Stegverlauf in der rechten Seitenwand 5 zu erkennen. Der Schrägungswinkel ν an einer Stelle 6. ν eines Steges 3. ν ist der Winkel zwischen der Tangente 7.ν an den Steg 3. n im Punkte 6. ν und der Radialen 9. ν durch den Punkt 6. ν. In der Figur ist der Sachverhalt für ν = 5 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel schließen alle Stege 3. ν auf gleicher Referenzlinie 4 von beliebigem Radius R mit der jeweiligen Radialen 9. ν den gleichen Winkel .ν ein; sie sind also "parallel".

Der Kern der Erfindung liegt darin, daß die Abstände a.ν zwischen entsprechenden Stellen 6. ν auf den Stegen 3. ν nicht alle gleich sind. Die größte Länge weist hier der Abstand a 5 auf und die kleinste Länge die Abstände a 2 und a 6. Hier sind beispielhaft gezeigt die Abstände a.ν auf der Referenzlinie 4. Die Erfindung fordert, daß die Ungleichförmigkeit der Stegabstände a auch für jede andere Referenzlinie gilt. Für den hier gezeigten, wirtschaftlich besonders interessanten Sonderfall paralleler Stege 3 reicht die Darstellung anhand einer einzigen Referenzlinie 4 aus, weil sich bei jeder anderen Referenzlinie für alle ν praktisch die gleichen Verhältnisse a.(ν + 1)/a.ν ergeben.

Der in Fig. 2 im Zenit aufgeschnittene Fahrzeugluftreifen 1 weist auf der Innenseite 2 nicht-parallele Stege 3 auf. Beispielhaft sind zwei Referenzlinien, nämlich 4 und 4′ in strichpunktierter Linie angedeutet. Die auf der Referenzlinie 4 auszumessenden Stegabstände sind als a.nü, die auf der Referenzlinie 4′ auszumessenden Stegabstände als b.n bezeichnet. Die Abstandsfolgen a.ν und b.ν sind voneinander verschieden, insbesondere gilt hier nicht für alle ν a.(ν + 1)/a.n = b.(ν + 1)/b.ν. Mit der zusätzlichen Variation der Nutneigung wird eine weitere geringfügige Erhöhung der Laufruhe bewirkt allerdings unter Inkaufnahme höherer Balgherstellungskosten.

Die Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Heizbalg 12. Die Luftabführungsnuten 13 sind auf ihm in Neigung und Abstand ungleichmäßig verteilt, wie an der linken in Ansicht gezeigten Balghälfte zu erkennen. Auch hier sind beispielhaft zwei Referenzlinien 4 und 4′ eingezeichnet. Die Abstandsfolgen a.ν und b.ν sind mangels Nutparallelität voneinander verschieden, insbesondere stimmen nicht für alle ν die Quotienten a.(ν + 1)/a.ν und b.(ν + 1)/b.ν überein. Dabei werden die Abstände a.ν ausgemessen zwischen den entsprechenden Stellen 16. ν und 16.(ν + 1) auf der Referenzlinie 4 und die Abstände b.ν zwischen den entsprechenden Stellen 16′.ν und 16′.(ν + 1) auf der Referenzlinie 4′.

In den Zonen 14 und 15 weisen die Nuten 13.1 und 13.2 bzw. die Nuten 13.5 und 13.6 besonders weite Abstände auf. Um dennoch eine gleichmäßige Balgdehnung zu erzielen sind die angrenzenden Nutbereiche besonders breit ausgelegt. Je nach Gesamtzahl der Nuten sollen breite Nuten zwischen 0,7 und 1,2 mm breit sein und schmale Nuten zwischen 0,3 und 0,8 mm.

In der rechten Bildhälfte ist der Balg geschnitten dargestellt. Die Profilrillentiefe t liegt je nach Reifentyp zwischen 0,3 und 0,6 mm, in diesem Beispiel bei 0,4 mm.

Im vierten Ausführungsbeispiel, das nicht figürlich dargestellt ist, wird anhand einer Liste für einen Reifen mit 190 parallelen Stegen auf der Innenseele eine vorteilhafte Abstandsfolge wiedergegeben. Auf einer Referenzlinie gibt es genau zwei verschiedene Rillenabstände, die im Verhältnis 1 zu 1,56 stehen. Die Abstandsfolge enthält gleich viele kurze Abstände, die nur in diesem Ausführungbeispiel mit 1 bezeichnet sind, wie lange Abstände die nur hier mit 2 bezeichnet sind. Die Folge lautet:

2 2 1 2 2 2 2 1 1 2 1 1 2 2 2
1 1 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2
1 2 2 1 1 1 1 2 1 2 1 1 2 2 2
2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2
1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 2 1 1 2 2
2 1 1 1 2 2 2 1 2 2 1 2 1 2 1
1 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 2 2 1 1
1 1 1 1 1 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1
2 1 2 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1
1 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 2 2
1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1
1 1 2 2 2 1 1 1 2 2

Natürlich gibt es für 190 Stege auch einige andere günstige Folgen. Je nach Fahrzeugtyp können etwas andere Frequenzbereiche besonders wichtig sein; teilweise empfiehlt es sich, die kürzeren Abstände in etwas größerer Anzahl zu verwenden als die längeren Abstände.

Durch Streuung der Anregungsfrequenz der von den Stegen verursachten Schallereignisse werden ausgeprägte Schallmaxima bei bestimmten Geschwindigkeiten vermieden. Diese Geräuschreduzierung wird ohne Änderungen der Laufflächenprofile erreicht, beeinträchtigt also auch nicht deren Griffigkeit. Die zugrunde liegende Aufgabe ist durch die Erfindung zu verschwindend geringen Kosten gelöst.

Claims (7)

1. Fahrzeugluftreifen (1) mit einer Innenseele (2), die zumindest auf den Seitenwänden (5) Stege (3) auf­ weist, wobei sich die Stege (3) nicht kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) von Steg (3. ν) zu Steg (3.(ν + 1)) auf allen Referenzlinien ungleichmäßig variiert.

2. Vorrichtung zum Herstellen eines Fahrzeugluftreifens (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung einen Balg (12) mit Luftabführungsnuten (13) aufweist, wobei sich diese Nuten (13) nicht kreuzen, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) von Nut (13. ν) zu Nut (13.(ν + 1)) ungleichmäßig variiert und daß der Querschnitt jeder Nut (13. ν) auf einer Referenzlinie (4) umso größer ist, desto weiter sie (13.ν) von benachbarten Nuten (13.(ν-1)), 13.(ν+1)) entfernt ist.

3. Fahrzeugluftreifen (1) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem alle Stege (3. ν) an entspre­ chenden radialen Stellen (6. ν) untereinander gleiche Winkel (α.ν) zur Radialen (9) einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) von Steg (3. ν) zu Steg (3.(ν + 1)) auf allen Referenzlinien ungleichmäßig variiert.

4. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 2, bei der alle Nuten (13) an entsprechenden radialen Stellen (16) untereinander gleiche Winkel (α) zur Radialen (9) einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) von Nut (13. ν) zu Nut (13. ν + 1)) ungleichmäßig variiert und daß der Querschnitt jeder Nut (13. ν) auf einer Referenzlinie (4) um so größer ist, desto weiter sie (13.ν) von benachbarten Nuten (13.(ν-1)) (13.(ν+1)) entfernt ist.

5. Fahrzeugluftreifen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Wulst (11) der kürzeste Stegabstand (a.min) mindestens 3 mm und der längste Stegabstand (a.max) höchstens 15 mm beträgt.

6. Fahrzeugluftreifen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von längstem Stegabstand (a.max) zu kürzestem Stegabstand (a.min) an entsprechenden Stellen (6) der Stege (3) zwischen 1,4 und 1,9 liegt.

7. Fahrzeugluftreifen (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der unterschiedlichen Stegabstände (a) auf einer Referenzlinie (4) zwischen 2 und 5 liegt.