DE4429796A1

DE4429796A1 - Fahrzeugluftreifen

Info

Publication number: DE4429796A1
Application number: DE19944429796
Authority: DE
Original assignee: GALKE ROGGISCH KRISTINA
Current assignee: GALKE ROGGISCH KRISTINA
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 1996-02-29

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft PKW-Reifen, Transportreifen, LKW- Reifen, sowie Reifen für Anhänger und Aufliegerfahrzeuge in beliebiger Bauweise und einem beliebigen Höhen/Breiten verhältnis, insbesondere jedoch Reifen in Radialbauweise, die mit hohen Geschwindigkeiten fahren und hohe Lasten transportieren, auf befestigten und teilweise auch auf unbefestigten Fahrbahnen fahren, die auf Flachbett-, Schräg schulter-, Steilschulter- oder anderen Felgen eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Seitenwände der Luftreifen sind gegenwärtig durch folgende Oberflächenmerkmale gekennzeichnet:

- Dekorleisten/Verschweißungsrillen
- Beschriftungen
- Entlüftungsrillen
- Scheuerleisten
- Seitenprofilierungen (im Bereich der Laufflächenkante).

Um diese Reifenseitenwandelemente bezüglich der Erfindung bewerten zu können, ist es notwendig folgende Definitionen einzuführen (Fig. 1).

Die Normaloberfläche (N) eines Reifens ist die Fläche, die sich u. a. aus der Konturlinie (K) zwischen der Ober kante des Felgenhornes (Punkt A) und der Laufflächen kante (Punkt B) ergibt. Nach der Guldin′schen Regel läßt sich damit die Gesamtnormalseitenwandoberfläche (G) leicht wie folgt berechnen:

G-12,57 L S

Darin bedeuten:
L = Länge der Konturlinie (K) zwischen den Punkten A und B
S = Schwerpunkt der Konturlinie (K).

N ist die Fläche, die sich aus der Konturlinie (K) zwischen A und B ohne alle Veränderungen durch Rillen, Leisten, Beschriftung, Profilierung usw. ergibt.

Die Kühlfläche (F) ist die Fläche, die sich u. a. entlang des Linienzuges (K) durch Zerklüftung (Vergrößerung) der Normaloberfläche (N) ergibt.

Zur Bewertung der Oberflächenvergrößerung wird daher der Oberflächenvergrößerungsfaktor (V) wie folgt definiert:

V macht Aussagen sowohl über die Vergrößerung der Ober fläche an einem ganz bestimmten eng begrenztem Flächenstück als auch zur Gesamtflächenvergrößerung.

Das Rillenöffnungsverhältnis (R) wird definiert:

H = Breite der Kühlrille (W) an der Oberfläche
T = Tiefe der Kühlrille.

Die Kühlrillendichte (D) senkrecht zur Rille wird definiert:

Bei sich kreuzenden Rillen ist nur eine Rillenrichtung zur Bewertung heranzuziehen, da durch die Kreuzrillen keine oder nur eine unbedeutende Oberflächenvergrößerung vorge nommen wird.

Die Oberflächenvergrößerungsdichte (O) wird definiert:

O = V _* D (n/mm)

O dient als Bewertungskriterium für die Kühlwirkung. Dabei werden dünne, tiefe Rillen (Lamelleneinschnitte) und breite Rillen schlechter bewertet als fein zerklüftete Rillen.

Zur Bewertung der Oberflächenelemente bezüglich der Ober flächenvergrößerung:
Dekorleisten/Verschweißungsrillen liegen im Seitenwand bereich in der oberen und mittleren Seitenwand und in der unteren Seitenwand.

Sie dienen zur Verzierung bzw. Hervorhebung der Firmen schriften und zum guten Verschweißen der Aufbauelemente Protektor/Seitenstreifen bzw. Seitenstreifen/Felgengummi. Ihr Anteil an der Gesamtseitenwandoberfläche beträgt maximal 25%. Die Oberflächenstruktur ist durch Rillen und sich kreuzende Rillen gekennzeichnet. O beträgt maximal 0,69 (n/mm).

Beschriftungen haben unterschiedliche Höhen. Sie liegen im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm. Ihre Anordnung ist örtlich sehr begrenzt. Einige Reifenfirmen haben die Buchstaben des Firmennamen mit Kreuzrillen versehen. Nur in diesem Bereich kann O Werte von 0,5 (n/mm) erreichen. Entlüftungsrillen dienen dazu, die zu Beginn des Vulkani sationsprozesses zwischen Reifenform und Rohling einge schlossene Luft über Entlüftungsdüsen abzuführen. Die Entlüftungsrillen bilden ein weitgespanntes Netz über die gesamte Reifenseitenwand. Ein O kann hierfür nicht ermit telt werden, da eine Gleichmäßigkeitsverteilung nicht vorhanden ist.

Scheuerleisten sind kompakte Erhebungen auf der Seiten wand ohne nennenswerte Oberflächenvergrößerung. Seitenprofilierungen im Bereich der Lauffläche (e) sind gleichmäßig am Umfang verteilt. Ihr Oberflächenanteil kann bis zu 20% betragen. Es konnten O-Werte von maximal 0,15 (n/mm) ermittelt werden.

Die genannten Oberflächenelemente sind damit alle samt nicht geeignet, um einen wirksamen Kühleffekt zu erzielen. Ein geringer Kühleffekt wird lediglich durch das An bringen der Seitenprofilierung (e) erreicht.

Für den Bereich des Laufflächenprofils ist gefunden worden, daß teilweise an den Kanten der Hauptprofilrillen (M) über den Umfang gleichmäßig verteilt ca. 0,5 mm starke Lamelleneinschnitte im Abstand von ca. 5 mm vorhanden sind. Ihre Aufgabe ist es, das Auftreten des sogenannten schie nenförmigen Verschleißes zu reduzieren bzw. zu verhindern. Es wurden O-Werte bis zu 0,6 (n/mm) gefunden.

Ein Kühleffekt dieser Lamelleneinschnitte ist nicht zu erwarten, da ihre Breite lediglich 0,5 mm beträgt und somit der Fahrtwind nicht angreifen kann. Das Rillen öffnungsverhältnis (R) beträgt 0,1.

Zur Bewertung der Kühlwirkung der Kühlrillen in den Haupt profilrillen dienen die gleichen Kriterien/Formen wie sie für den Reifenseitenwandbereich dargestellt wurden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer Senkung des Tem peraturniveaus des Reifenquerschnitts durch Anbringen eines Kühlsystems bestehend aus Kühlrippen (V) und Kühlrillen (W) entlang der Konturlinie (K) der Reifenseitenwand und an den Seiten und im Grund (M) der Profilrillen (P). Durch die Kühlrippen wird die Oberfläche vergrößert, die somit in der Lage ist eine größere Wärmemenge durch den Fahrtwind abzugeben. Das Temperaturniveau des Reifen querschnitts kann damit insgesamt tiefer gehalten werden und eine Materialschonung erreicht werden. Es werden dadurch die Hochgeschwindigkeitstauglichkeit, die Lebens dauer, die Runderneuerungsfähigkeit und der Rollwiderstand verbessert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Das Wesen der Erfindung besteht darin, Fahrzeugluftreifen mit erhöhter Lebensdauer, geringerem Rollwiderstand und verbesserter Runderneuerungsfähigkeit zu schaffen. Gleich zeitig sollen diese Reifen eine bessere Hochgeschwindig keitstauglichkeit aufweisen.

Aus vielen Bereichen der Technik ist bekannt, daß durch das Anbringen von Kühlrippen bzw. durch Vergrößerung der Oberfläche die Wärme vom Ort des Entstehens abgeleitet oder abgestrahlt werden kann.

An Fahrzeugreifen sind bisher keine Kühlrippen bekannt. Der Erfindungsgedanke beruht darauf, an allen freien Stellen bzw. auch frei zu machende Stellen der Reifenseitenwand und entlang der Konturlinie (K) und in allen Seiten (M) der Hauptprofilrillen des Laufflächenprofils ein System von Kühlrillen oder -Noppen anzubringen. Die bereits auf der Seitenwand befindlichen Erhebungselemente werden weitest gehend umgestaltet. Es soll möglichst die ganze Seiten wand (außer der Platz für erforderliche Beschriftungen), ja selbst große Schriftzeichen können mit diesem Kühl system versehen sein, davon betroffen sein. Es ist aber auch denkbar, daß Bereiche (z. B. Bereich c) davon aus genommen werden, um spezielle Reifeneinsatzbedingungen zu ermöglichen oder zu sichern (z. B. Anbringen von Scheuer leisten). Es ist auch möglich Seitenwandbereiche dadurch unterschiedlich zu gestalten, um das Aussehen zu verbes sern oder stark hitzegeschädigte Stellen (z. B. die Rei fenschulter e, b und die Wulst d) mit höheren O-Werten zu versehen. Das Kühlsystem besteht aus Rillen und Rippen, wobei verschiedene Formen möglich sind. Aus Fig. 2 sind gedachte Formen zu erkennen. Wichtig ist jedoch nicht die Form der Kühlrillen, sondern die mit dieser Form erreich te Oberflächenvergrößerung (V-Wert) und die erzielte Oberflächenvergrößerungsdichte (O-Wert). Erfindungs gemäß werden V-Werte von 3 bis 4 und O-Werte von größer als 0,5 (n/mm) vorzugsweise jedoch von 1 bis 3 (n/mm) angestrebt. Diese Werte ergeben sich aus Rillentiefen (T) von 1,5 bis 4 mm.

Die Breite der Kühlrille (H) wird an der höchsten Erhebung der sie begrenzenden Rippen gemessen. Erfindungsgemäß sind Rillendichten (D) von 0,3 (n/mm) und größer mit äquidistantem Abstand vorgesehen. Es können erfindungs gemäß sowohl parallel liegende Rillen in Umfangsrichtung als auch in jeder beliebigen Richtung angebracht sein. Auch an eine Kreuzung von Rillen ist gedacht, so daß sich u. a. kleine Pyramiden oder Pyramidenstümpfe oder Prismen verschiedener Formen ergeben können.

Aus Fig. 2 ist die Anordnung der Kühlrillen im Bezug auf die Konturlinie K bzw. M zu erkennen. Im 1. Fall handelt es sich um eine unter liegende Konturlinie. Diese Form kommt zur Anwendung beim Vorhandensein von Konturzügen oder beim Nacharbeiten von vorhandenen Reifenformen.

Im 2. Fall wird eine oben liegende Kontur dargestellt. Diese findet Anwendung bei der Neureifenentwicklung. Diese Form hat den Vorteil, daß das Kühlrillenvolumen gleichzeitig die Menge an eingespartem Gummivolumen darstellt. Bei der Neu anfertigung von Reifenformen kann es aber auch sinnvoll sein, Fall 1 und Fall 2 in den verschiedenen Seitenwand bereichen zu kombinieren.

Das System von Kühlrillen auf der Seitenwandoberfläche dient gleichzeitig bei der Vulkanisation als Entlüftungs- System, so daß es nicht notwendig ist zusätzlich Entlüf tungsrillen anzubringen.

Beim Einsatz der Reifen am Fahrzeug dient das Kühlsystem zur Abführung der Wärme vom Reifenquerschnitt an die Luft. Rein physikalisch setzt sich die Wärmeübergangsmenge (Q) der Reifenseitenwände durch Konvektion aus dem Produkt von Wärmeübergangsfläche (G) - Zahl (a) und der Tempera turdifferenz (t) zusammen.

Q-G a t

Nach Literaturangaben (Zeitschrift: Browne, A. L. and Wickliffe, L. E., "Parametric Study of Convective Heat Transfer Coefficients at the Tire Surface", Tire Science and Technology, Vol. 8. Nos. 3-4, July-Dec. 1980, pp. 37-67.) ist a von der Luftströmgeschwindigkeit und damit von der Fahrgeschwindigkeit abhängig. Es ist anzu nehmen, daß die glatte Seitenwand der Reifen vorwiegend laminare Strömung verursacht und eine zerklüftete, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen weitestgehend turbulente Strömung, wodurch es zur ca. vierfachen Steigerung von a kommt. Gemeinsam mit der Flächenvergrößerung sind damit bei gleicher Temperaturdifferenz die theoretischen Voraus setzungen geschaffen, um eine 12-fach höhere Wärmemenge abführen zu können:

Q = 3G_*4a_*t

Zwangsläufig muß hieraus eine Temperatursenkung des Reifen querschnitts folgen. Diesen maximalen Vorteil können jedoch nur Reifen nutzen, die mit hohen Geschwindigkeiten und Lasten fahren.

Die gleichen Aussagen treffen für das Anbringen der Kühl rippen an den Flanken der Profilrillen der Lauffläche zu.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert.

Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen halben radialen Schnitt durch einen Fahr zeugluftreifen der Nenngröße 315/80 R 22.5 mit Andeutung des Laufflächenprofils. Zur Verein fachung der Darstellung wurde ein ungezacktes Vier-Rillenprofil verwendet.

Fig. 3 einen Schnitt der Kühlrillen (W) entlang der Konturlinien K und M im Maßstab 5 : 1.

Der Reifen 315/80 R 22,5 besitzt eine Normaloberfläche (N) von 1,7 m²

- in den Seitenwänden zwischen den Punkten A und B 1,27 m²
- in den vier Profilrillen 0,43 m² bei einer Profiltiefe von ca. 15 mm.

Durch das Anbringen von Rechteckentlüftungsrillen mit äquidistantem Abstand mit einer Tiefe (T) und einer Breite (H) von 2 mm zwischen den Punkten A und B entlang der Konturlinie K und an den Flanken der vier Profil rillen entstehen folgende Verhältnisse:

V = 3
D = 0,5 (n/mm)
O = V_*D = 1,5 (n/mm).

Bei voller Nutzung der genannten Oberfläche würde damit eine Kühlfläche (F) von ca. 5 m² zur Verfügung stehen. Diese Kühlfläche wird jedoch um die Fläche für erforder liche Beschriftungen ein wenig reduziert.

Claims

1. Alle Fahrzeugluftreifen in beliebiger Bauweise ins besondere jedoch in Radialbauweise, LKW-Reifen, Reifen für Anhänger und Aufliegerfahrzeuge vorzugsweise jedoch Reifen dieser Gruppen, die mit hohen Geschwindigkeiten fahren und hohe Lasten transportieren, mit jedem beliebigen Reifenquerschnittsverhältnis, die auf Flach bett-, Schrägschulter- oder Steilschulterfelgen oder anderen Felgen zum Einsatz kommen, deren Seitenwände entlang der Konturlinie (K) zwischen den Punkten A und B und deren Hauptprofilrillen (P) an den Seiten und im Profilgrund (M) mit einem feinen Kühlrillensystem bestehend, vorwiegend aus Rillen (W), Rippen (V) und/ oder Noppen, Säulen, Pyramiden, Pyramidenstümpfen usw., versehen sind, wobei das Rillenöffnungsverhältnis (R) größer als 0,15 sein soll und durch das Kühlsystem die Normaloberfläche (N) vergrößert wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Kühlsystem den Bereich der Haupt profilrillen (P) und die Konturlinie (K) der Seiten wände, ausgenommen der unbedingt erforderlichen Beschriftungen, wobei große Schriftzeichen selbst damit zu versehen sind, vollständig bedeckt und es eine mittlere Oberflächenvergrößerungsdichte (O) von größer als 0,4 (n/mm) aufweist, wobei sich O wie folgt zusammensetzt: O = V_* D (n/mm)V = Normaloberflächenvergrößerungsfaktor
D = Anzahl (n) der Kühlrillen (W) / Millimeter.

2. Fahrzeugluftreifen mit einem Kühlsystem nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß das Kühlsystem auch Teil bereiche der Reifenseitenwand und der Profilrillen mit einer Oberflächenvergrößerungsdichte (O) von größer als 0,7 (n/mm) bedecken kann.

3. Fahrzeugluftreifen mit einem Kühlsystem nach den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß die Kühl rillen (W) und Kühlrippen (V) jede beliebige Richtung annehmen und sich kreuzen können.

4. Fahrzeugluftreifen mit einem Kühlsystem nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlrillen/rippen sowohl äquidistante als auch unregel mäßige Abstände aufweisen können.

5. Fahrzeugluftreifen mit einem Kühlsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4 gekennzeichnet dadurch, daß die Anordnung der Kühlrillen bezogen auf die Konturlinie (K) oben- und unterliegend sowie in jeder beliebigen Zwischenstellung erfolgen kann.