DE4003369C2 - Luftreifen mit gerichteter Lauffläche - Google Patents
Luftreifen mit gerichteter LaufflächeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einer ge
richteten oder einseitig gerichteten Lauffläche. Bei einem Reifen mit ge
richteter Lauffläche wird der Reifen auf die Felge montiert unter Berück
sichtigung des auf der Krone der Reifenlauffläche gebildeten Richtungs
musters.
In jüngster Zeit wurde mit einer gerichteten Lauffläche versehene
Luftreifen vorgeschlagen, um die Drainageleistung insbesondere bei Hoch
geschwindigkeitsfahrt zu verbessern.
Bei Luftreifen mit gerichteter Lauffläche nach dem Stand der Tech
nik ist die Lauffläche in eine Anzahl von Blöcken aufgeteilt von einer
Mehrzahl von Umfangsvertiefungen, die parallel in der Umfangsrichtung
des Reifens angeordnet sind, und von einer Mehrzahl von transversalen
Vertiefungen mit einem U-förmigen Querschnit, die in regelmäßigen Ab
ständen in einem Fischgrätenmuster auf dem Reifenumfang so angeordnet
sind, daß sie sich von der Mitte der Lauffläche nach beiden Seiten der
Lauffläche unter einem Neigungswinkel bezüglich der Laufflächenumfangs
richtung erstrecken.
Aus der US-PS 4 732 194 ist ein Luftreifen mit einer gerichteten
Lauffläche bekannt, die sich auf der Krone eines torusförmigen
Mantels befindet und mit einer Mehrzahl von Blöcken gebildet
ist, die von einer Mehrzahl von Umfangsvertiefungen und einer
Mehrzahl von transversalen Vertiefungen mit im allgemeinen U-förmigem
Querschnitt unterteilt sind, die nach einem Fischgrätenmuster in
im wesentlichen regulären Abständen entlang einer Reifenumfangs
richtung derart angeordnet sind, daß sie sich von der Nähe eines
zentralen Bereichs der Lauffläche zu beiden Seitenbereichen unter
einem Neigungswinkel bezüglich der Laufflächenumfangsrichtung er
strecken, wobei die Drehrichtung des Reifens so bestimmt wird,
daß ein zentraler Bereich der Lauffläche jeder der transversalen
Vertiefungen zuerst mit dem Untergrund in Berührung gebracht wird
und danach beide Seitenbereiche mit dem Untergrund in Berührung
gebracht werden.
Bei einem Reifen nach dem oben genannten Stand der Technik und
wie auch in Fig. 2 (B) gezeigt, der Querschnitt der trans
versalen Vertiefungen derart in einer U-Form ausgebildet, daß
die Neigungswinkel R₁ und R₂ der beiden Vertiefungswände bezüg
lich der radialen Reifenrichtung und die Radien R₁ und R₂ der
Krümmung der unteren Ecken 2A und 2B der Vertiefung zueinander
gleich symmetrisch auf der Vorder- und Rückseite entlang der
Rollrichtung der Reifen ausgebildet sind. Mit anderen Worten
wird im oben beschriebenen Stand der Technik die Drehrichtung des
Reifens so bestimmt, daß die mittleren Bereiche der Lauffläche
der transversalen Vertiefungen zuerst mit dem Untergrund in Be
rührung gebracht werden und daß danach beide Seitenteile der
Lauffläche mit dem Untergrund in Berührung gebracht werden, um
die Drainageleistung in Abhängigkeit von dem gerichteten Fisch
grätenmuster zu verbessern.
Wenn auch beim oben erwähnten Stand der Technik keine Probleme
bei geringen und mittleren Geschwindigkeiten bestehen, so be
steht doch ein Problem, wenn der Reifen bei einer Geschwindig
keit von 250 km/h und mehr gedreht wird, nämlich daß leicht Brüche
an den unteren Ecken der transversalen Vertiefungen entste
hen und daß daher die Blöcke leicht wegbrechen, wodurch die Le
bensdauer des Reifens verringert wird. Dies geschieht, weil ein
starker Stoß oder eine starke Belastung zuerst auf die untere
Ecke 2A der Seite, die zuerst mit dem Untergrund in Berührung
gebracht wird, entlang der Umfangsrichtung der Blöcke 3 wirkt,
so daß eine Spannung in der unteren Ecke 2B der Seite, die an
schließend mit dem Untergrund in Kontakt gebracht wird, entsteht,
wenn man den Querschnitt der transversalen Vertiefung 2, wie in
Fig. 2 (B) gezeigt, betrachtet, wodurch die Reifenlebensdauer
verringert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
einen Luftreifen mit gerichteter Lauffläche zu schaffen, dessen
Beständigkeit bei hoher Geschwindigkeit verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Zwar zeigt die DE-OS 36 19 149 einen Fahrzeugreifen mit Profil
in der Lauffläche, bei dem intransversalen Vertiefungen mit dem
allgemeinen U-förmigen Querschnitt unterschiedliche Krümmungsra
dien im Bereich der Krümmung des U vorgesehen sind, dabei werden
jedoch wenigstens drei unterschiedliche Krümmungsradien vorgese
hen, und zusätzlich wenigstens zwei Bereiche in dem Krümmungsbe
reich des U vorgesehen, die gerade ausgebildet sind. Dies führt
zu einer besonders aufwendigen und komplizierten und darüber
hinaus technisch sehr aufwendigen Herstellung des Reifens.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin
dung zum Inhalt.
Das obenerwähnte Verhältnis R₂/R₁ der beiden Krümmungsradien in jeder
transversalen Vertiefung mit U-förmigem Querschnitt liegt zwischen 2 und
5. Weiterhin wird der U-förmige Querschnitt der transversalen Vertiefun
gen vorzugsweise derart ausgebildet, daß der Neigungswinkel R₁ bezüg
lich der radialen Reifenrichtung der Seitenwand, die zuerst mit dem
Untergrund in Berührung gebracht wird, kleiner ist als der
Neigungswinkel R₂ der Seitenwand, die anschließend mit dem Untergrund in
Berührung gebracht wird.
Außerdem ist es nicht unbedingt nötig, daß alle transversalen Ver
tiefungen mit dem in Anspruch 1 definierten U-förmigen Querschnitt aus
gebildet sind und in spiegelsymmetrischer Beziehung hinsichtlich der
Umfangsvertiefung angeordnet sind. Weiterhin sind die Umfangsvertiefun
gen und/oder die transversalen Vertiefungen in geraden oder in zick-
zack-förmigen Linien geformt.
Bei einem Reifen nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich,
da die Eckenformen zwischen den Vertiefungswänden und der Bodenfläche
jeder transversalen Vertiefung derart geformt sind, daß der Krümmungs
radius der Seite, die anschließend mit dem Untergrund in Berüh
rung gebracht wird, größer ist, als der der Seite, die zuerst mit dem
Untergrund in Berührung gebracht wird, die Spannungskonzentration an
den unteren Bereichen der transversalen Vertiefungen während der Rei
fendrehung zu verringern und daher wirkungsvoll der Erzeugung von
Rissen bei hoher Geschwindigkeit vorzubeugen, ohne die Drainageleistung
zu verschlechtern, und daher die Geschwindigkeitshaltbarkeit und das
Standhalten bei stabilem Hochgeschwindigkeitsverfahren ohne Probleme mit
abgebrochenen Blöcken zu verbessern.
Die Merkmale und Vorteile des Luftreifens nach der vorliegenden
Erfindung werden näher in der folgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeich
nungen erläutert. In diesen bezeichnen gleiche Bezugszeichen die glei
chen oder dieselben Teile in allen Figuren.
Fig. 1 ist eine Draufsicht, die ein Fischgrätenlaufflächenmuster des
Reifens nach der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 2 (A) ist ein Querschnitt, der eine transversale Vertiefung des
Reifens nach der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in Fig. 1
zeigt; und
Fig. 2 (B) ist ein ähnlicher Querschnitt, der eine transversale Ver
tiefung nach dem Stand der Technik zeigt.
Ausführungsformen des Reifens nach der vorliegenden Erfindung
werden hiernach unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen be
schrieben.
Obwohl lediglich die Lauffläche oder das Laufflächenmuster ohne
andere Elemente und Teile außer der Lauffläche in Fig. 1 gezeigt ist, ist
der Reifen nach der vorliegenden Erfindung in derselben Art aufgebaut
wie bei der wohlbekannten Reifenkonstruktion bestehend aus einer radia
len Karkasse, einem Gürtel usw.
Die Lauffläche T befindet sich auf der Krone eines torusförmigen Mantels
und ist mit einer Mehrzahl parallel angeordneter Umfangsvertiefungen 1
und einer Mehrzahl transversaler Vertiefungen 2 mit einem U-förmigen
Querschnitt, die nach einem Fischgrätenmuster durch Anordnung der
transversalen Vertiefungen in ungefähr regulären Abständen entlang der
Reifenumfangsrichtung derart angeordnet sind, daß sie sich von dem
zentralen Bereich der Lauffläche zu beiden Seitenbereichen unter einem
Neigungswinkel bezüglich der Laufflächenumfangsrichtung erstrecken, so
daß eine Mehrzahl von Blöcken 3 durch diese Umfangsvertiefungen 1 und
diese schrägen transversalen Vertiefungen 2 unterteilt werden. Daher ist
die Drehrichtung des Reifens so festgelegt, daß der zentrale Bereich der
Lauffläche zuerst in Berührung mit dem Untergrund und danach die Sei
tenbereiche in Berührung mit dem Untergrund gebracht werden.
Obwohl hier die Lauffläche T aus einem relativ harten Gummi be
steht, ist es auch möglich, teilweise einen weichen Gummi oder einen ge
schäumten Gummi anstelle des harten Gummis zu verwenden. Außerdem
können die Umfangsvertiefungen 1 in einem Zick-Zack-Muster anstelle der
gezeigten geraden Umfangsvertiefungen geformt sein. Wenn andere Ver
tiefungen (z. B. Lamellen) gebildet sind, können die Umfangsvertiefungen 1
mit maximaler Breite und Tiefe in dem Reifen entsprechend der vorliegen
den Erfindung gebildet werden.
Die transversalen Vertiefungen 2 sind nach einem Fischgrätenmuster
über die gesamte Lauffläche T gebildet und mit einem mittleren Neigungs
winkel zwischen 50 und 70 Grad bezüglich der zentralen Umfangslinie des
Reifens geneigt. Ebenso wie bei den Umfangsvertiefungen 1, können die
transversalen Vertiefungen 2 in einem Zick-Zack-Muster gebildet sein. Die
Breite und Tiefe der transversalen Vertiefungen 2 sind gleich groß oder
kleiner als die der Umfangsvertiefungen 1.
Weiterhin befindet sich der Scheitelpunkt des Fischgrätenmusters
der transversalen Vertiefungen 2 nicht notwendigerweise in der zentralen
Umfangsvertiefung wie in Fig. 1 gezeigt, sondern kann in asymmetrischer
Weise von der zentralen Linie des Reifens verschoben oder versetzt sein.
In dem Reifen nach der vorliegenden Erfindung, wie er in Fig. 2 (A)
gezeigt ist, ist die Ecke zwischen der Seitenwand und der unteren Fläche
jeder transversalen Vertiefung 2 so geformt, daß der Krümmungsradius R₁
der Trittseite 2A bzw. der Seite, die zuerst mit dem Untergrund in Berührung gebracht
wird, kleiner ist als der Radius R₂ der Abstoßseite 2B bzw. der Seite, die anschließend
mit dem Untergrund in Berührung gebracht wird, vorzugsweise so, daß
das Verhältnis R₂/R₁ zwischen 2 und 5 liegt.
Weiterhin ist es ebenfalls wünschenswert, daß der Neigungswinkel
R₁ der Trittseite bezüglich einer radialen Reifenrichtung kleiner ist als
der Winkel R₂ der Abstoßseite, wie in Fig. 2 (A) gezeigt.
Wenn der Krümmungsradius der Ecke zwischen den Wänden und
dem Boden der transversalen Vertiefung 2 wie oben beschrieben festge
legt ist, ist es möglich, die Spannungskonzentration zu verringern, die
erzeugt wird, wenn der Reifen bei hoher Geschwindigkeit unter Last
dreht, so daß an der Bodenseite der transversalen Vertiefung erzeugte
Risse vermieden werden können und daher Abbrüche gesamter Reifen
blöcke aufgrund von Rissen im Vertiefungsboden wirkungsvoll verhindert
werden können.
Im Gegensatz zu dem oben erwähnten Merkmal der Beziehung (R₁<R₂)
entsteht, wenn der Krümmungsradius der Abstoßseite (R₂) kleiner ist
als der Radius der Trittseite (R₁), ein Problem, indem starke Spannungen
sich in den durch den kleineren Radius R₂ gebildeten Ecken konzentrie
ren und Blöcke 3 sich leicht in problematischer Weise bei hoher Ge
schwindigkeit erwärmen.
Obwohl es natürlich bevorzugt wird, alle transversalen Vertiefungen
2 mit der oben erwähnten Beziehung R₁<R₂ in dem Verhältnis der
Krümmung der Bodenseitenecken zu bilden, ist es außerdem auch möglich,
den gleichen Effekt wie oben beschrieben zu erwarten, in dem man teil
weise die transversalen Vertiefungen 2 nach der oben erwähnten Bezie
hung R₁<R₂ nur in den Blöcken formt, in denen Risse leicht oder oft
entstehen.
Die Konstruktion und die Auswirkungen der Reifen nach der vorlie
genden Erfindung werden hiernach auf der Basis von Testergebnissen
beschrieben.
Die in den Fig. 1 und 2 (A) gezeigten Blockmuster wurden auf
der Lauffläche T von Testreifen entsprechend der vorliegenden Erfindung
unter folgenden Bedingungen geformt: die Reifengröße war 255/40 ZR 17;
die benutzten Felgen waren 9J × 17. Die übrigen Konstruktions- und Her
stellungsbedingungen für die Radialkarkasse, die Gürtellagen usw. waren
im wesentlichen dieselben wie bei herkömmlichen Reifen, und daher ist
ihre ausführliche Beschreibung unterlassen.
Die Abmessungen der Blockmuster der Reifen in einem Beispiel nach
der Erfindung, wie in Fig. 1 und 2 (A) gezeigt, waren wie folgt: die Breite
der Lauffläche T betrug 200 mm; die Breite der Umfangsvertiefungen 1
betrug 10 mm; ihre Tiefe betrug 8 mm; die Breite der transversalen Ver
tiefungen 2 betrug 5 mm; ihre Tiefe betrug 8 mm; die Neigungswinkel R₁
und R₂ der Wände jeder der transversalen Vertiefungen 2 betrugen beide
5 Grad; der Trittseitenradius R₁ betrug 1 mm; der Abstoßseitenradius R₂
betrug 3 mm.
Auf der anderen Seite wurden Vergleichsreifen unter den gleichen
Bedingungen hergestellt, außer daß R₁=R₂=1 mm zum Vergleich mit den
Reifen nach der Erfindung eingestellt wurde.
Die Hochgeschwindigkeitsleistung (die
Hochgeschwindigkeitsfestigkeit) der oben erwähnten beiden Arten von
Testreifen wurde unter folgenden Bedingungen ausgewertet:
Die Testreifen wurden auf Trommeln unter einer Last von 500 kg,
einem Innendruck von 3,0 kg/cm² bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h
und auf einer Strecke von 500 km gedreht, um das Auftreten von Rissen
an den Bodenflächen der Abstoßseiten 2B der transversalen Vertiefungen
2 auszuwerten. Der erhaltene Auswertungsindex war 60 verglichen mit
dem von 100 von herkömmlichen Reifen, wie in der Tabelle unten aufgeli
stet. Je kleiner dieser Index ist, desto besser ist die Haltbarkeit. Die
Auswertung der Drainageleistung, der Abnutzungsfestigkeit und der
Steuerungsstabilität wurde unterlassen, da keine wesentlichen Unter
schiede in diesen Eigenschaften zwischen der Erfindung und den Ver
gleichsreifen bestehen.
Die obigen Testergebnisse weisen darauf hin, daß die Reifen nach
der vorliegenden Erfindung die Hochgeschwindigkeitsbeständigkeit deutlich
verbessern können.
Wie oben beschrieben ist es bei einem Reifen nach der vorliegenden
Erfindung möglich, da die Ecken zwischen den Vertiefungswänden und
der Bodenfläche jeder transversalen Vertiefung derart geformt sind, daß
der Krümmungsradius R₂ der Seite, die anschließend mit dem Untergrund
in Berührung gebracht wird, größer ist, als der Radius R₁ der Seite, die
zuerst mit dem Untergrund in Berührung gebracht wird, die Spannungs
konzentration an den unteren Bereichen der transversalen Vertiefungen
während der Reifendrehung bei hoher Geschwindigkeit unter Last zu ver
ringern und daher wirkungsvoll der Erzeugung von Rissen bei hoher Ge
schwindigkeit vorzubeugen.
Daher ergibt der Reifen nach der vorliegenden Erfindung eine her
vorragende Hochgeschwindigkeitsbeständigkeit zusätzlich zu einer hervor
ragenden Drainageleistung und unterstützt Hochgeschwindigkeitsfahren
ohne Probleme mit abgebrochenen Blöcken.
Claims (10)
1. Luftreifen mit einer gerichteten Lauffläche (T) aus Blöcken
(3), die durch Umfangsvertiefungen (1) und transversale Vertie
fungen (2) mit U-förmigem Querschnitt getrennt sind, wobei die
Vertiefungen (1, 2) nach einem Fischgrätenmuster in regulären Ab
ständen entlang der Reifenumfangsrichtung derart angeordnet sind,
daß sie sich vom zentralen Bereich der Lauffläche (T) zu beiden
Seitenbereichen unter einem Neigungswinkel bezüglich der Reifenum
fangsrichtung erstrecken, wobei zuerst der zentrale Bereich und
danach beide Seitenbereiche der transversalen Vertiefungen (2)
mit dem Untergrund in Berührung gebracht werden und wobei der
U-förmige Querschnitt der transversalen Vertiefungen (2) derart
gebildet ist, daß der Krümmungsradius (R₁) zwischen der Seiten
wand eines Blockes (3), der zuerst in Richtung der Reifendreh
richtung mit dem Untergrund in Berührung gebracht wird, und der
Bodenfläche, kleiner ist, als der Krümmungsradius (R₂) zwischen
der Seitenwand eines Blockes (3), der danach mit dem Untergrund
in Berührung gebracht wird.
2. Luftreifen nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis R₂/R₁ der
beiden Krümmungsradien in jeder U-förmigen transversalen Vertie
fung (2) zwischen 2 und 5 liegt.
3. Luftreifen nach Anspruch 1, wobei der U-förmige Querschnitt
von einigen der transversalen Vertiefungen (2) derart gebildet
ist, daß der Neigungswinkel (R₁) bezüglich der radialen Reifen
richtung der Seitenwand, die zuerst mit dem Untergrund in Berüh
rung gebracht wird, vorzugsweise kleiner ist als der Neigungswin
kel (R₂) der Seitenwand, die anschließend mit dem Untergrund in
Berührung gebracht wird.
4. Luftreifen nach Anspruch 1, wobei einige oder alle transversa
len Vertiefungen (2) nach dem asymmetrischen U-förmigen Quer
schnitt gebildet sind.
5. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spitzen
der transversalen Vertiefungen (2) sich alle in der Mitte der
Reifenkrone in Spiegelsymmetrie bezüglich der zentralen Umfangs
vertiefung (1) auf der Reifenkrone befinden.
6. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spitzen
der transversalen Vertiefungen (2) von der Mitte der Reifenkrone
asymmetrisch bezüglich der zentralen Umfangsvertiefung (1) auf
der Reifenkrone versetzt sind.
7. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die trans
versalen Vertiefungen (2) in geraden Linien unter einem Neigungs
winkel von 50° bis 70° bezüglich der Reifenumfangsrichtung gebil
det sind.
8. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die trans
versalen Vertiefungen (2) in Zick-Zack-Linien unter einem zentra
len Neigungswinkel von 50° bis 70° bezüglich der Reifenumfangs
richtung gebildet sind.
9. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Um
fangsvertiefungen (1) in geraden Linien gebildet sind.
10. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Um
fangsvertiefungen (1) in Zick-Zack-Linien gebildet sind.
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