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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen, im Spezielleren
eine Wulststruktur, die in der Lage ist, die Spurhaltigkeit und
den Fahrkomfort zu verbessern.
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Im
Allgemeinen weist eine Radfelge eines Fahrzeugs, auf der ein Luftreifen
aufgezogen ist, eine Kontur auf, die gemäß der Reifengröße und seiner
Verwendung durch eine Standardisierungsorganisation oder -vereinigung
in dem jeweiligen Land oder der jeweiligen Region wie z.B. JATMA
(Japan und Asien), T&RA (Nordamerika),
ETRO (Europa) und STRO (Skandinavien) spezifiziert ist. Im Falle
eines Personenwagenreifens zum Beispiel weist, wie im Stand der
Technik gut bekannt, seine zugelassene oder empfohlene Felge einen
unter einem kleinen Winkel verjüngten
Wulstsitz und ein Horn auf, dessen radial äußerer Abschnitt axial nach
außen
gekrümmt
ist. Daher ist ein Luftreifen herkömmlicherweise derart aufgebaut,
dass das Wulstprofil zu solch einer Felgenkontur passt, die in 8 gezeigt
ist. Konkret gesprochen ist die axial äußere Seitenfläche Sw durch
einen vertikalen Abschnitt S1 und einen gekrümmten Abschnitt S2 gebildet.
Der vertikale Abschnitt S1 ist parallel zu der Reifenäquatorebene,
um zu dem vertikal unteren Abschnitt des Felgenhorns Rf zu passen.
Da der der Krümmungsradius
des gekrümmten
Abschnitts der Felgenhörner
Rf im Fall von Personenwagenreifen etwa 10 mm (7,5 bis 12 mm nach
JATMA) beträgt,
ist der Krümmungsradius
des gekrümmten Abschnitts
S2 nahezu gleich, jedoch etwas größer festgelegt als der des
Felgenhorns, z.B. ist er bewusst in einem Bereich von etwa 10 bis
20 mm festgelegt, um sich so an eine Schwankung der Hornkrümmung anzupassen.
Daher ist, wie in 8 gezeigt, ein keilförmiger Spalt
zwischen den gekrümmten
Abschnitten des Wulsts und dem Felgenhorn gebildet, obwohl kein
Spalt zwi schen den vertikalen Abschnitten des Wulsts und dem Felgenhorn
gebildet ist.
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Andererseits
wird im Falle eines Reifens mit einem sehr niedrigen Aspektverhältnis, der
heute in den leistungsstarken Personenwagen, Sportwagen etc. weit
verbreitet verwendet wird, um die Spurhaltigkeit zu verbessern, üblicherweise
die Steifigkeit des Wulstabschnitts und des unteren Seitenwandabschnitts
erhöht, indem
das Volumen des Wulstkernreitergummis (b) erhöht ist und/oder eine zusätzliche
Kordverstärkungsschicht
(c) vorgesehen ist. Infolgedessen ist, da der kleine Seitenwandabschnitt,
ein Abschnitt, der als ein Stoßdämpfer dienen
kann, klein ist, eine Verschlechterung des Fahrkomforts unvermeidlich.
Ferner sind eine Erhöhung
des Gummivolumens und ein Hinzufügen
einer Kordschicht im Hinblick auf eine Wärmeentwicklung und Gummi/Kord-Ablösung nicht
immer vorzuziehen.
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Luftreifen
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind in der WO
01/81 103 A1 und der
US 5 622
576 offenbart.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen
bereitzustellen, bei dem, im Wesentlichen ohne eine Erhöhung des
Gummivolumens und Bereitstellung einer zusätzlichen Kordschicht, die Spurhaltigkeit
und der Fahrkomfort verbessert werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Luftreifen einen Laufflächenabschnitt, ein Paar Seitenwandabschnitte
und ein Paar Wulstabschnitte, wobei jeder Wulstabschnitt eine untere
Fläche
und eine axial äußere Seitenfläche aufweist,
die mit einem Wulstsitz bzw. einem Horn einer Radfelge in Kontakt
stehen, wenn der Reifen auf der Radfelge aufgezogen ist,
wobei
in einem Meridianquerschnitt des Reifens die axial äußere Seitenfläche ein
radial innerer Teil für
einen Kontakt mit einem radial inneren, flachen Abschnitt des Felgenhorns
und
einen radial äußeren Teil
für einen
Kontakt mit einem radial äußeren, gekrümmten Abschnitt
des Felgenhorns umfasst, wobei
die axial äußere Seitenfläche mit
einem Profil versehen ist, sodass der radial innere Teil eine im
Wesentlichen gerade Linie ist und der radial äußere Teil (A) eine im Wesentlichen
gerade Linie oder (B) eine konvexe Linie ist, und
der radial äußere Teil
radial sich radial nach außen
von dem äußeren Ende
des radial inneren Teils weg erstreckt, während er axial nach außen geneigt
ist.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen im Detail beschrieben.
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Luftreifens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die den Wulstabschnitt davon und ein Felgenhorn zeigt.
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3 und 4 sind
Querschnittsansichten, die jeweils eine teilweise Abwandlung des
in 1 gezeigten Reifens zeigen, wobei ein Felgenprotektor
in dem unteren Seitenwandabschnitt vorgesehen ist.
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5 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die einen Kontakt zwischen
dem Wulstabschnitt und dem Felgenhorn zeigt, wobei ein Spalt dazwischen
in übertriebener
Weise veranschaulicht ist.
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6 zeigt
die Kontur einer nach JATMA spezifizierten "7JJ"-Felge
zusammen mit dem Wulstprofil, das in dem unten erwähnten Vergleichstest
für die
Reifen Bsp. 1–Bsp.
3 gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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7 zeigt
die Kontur der entsprechenden in T&RA spezifizierten Felge.
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8 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die einen herkömmlichen
Felgenhornkontakt zeigt.
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Ein
Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist üblicherweise
für eine
Verwendung mit einer Standardradfelge, wie nach JATMA, T&RA, ETRO, STRO
oder dergleichen spezifiziert, konstruiert. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, den
Reifen für
eine Verwendung in Kombination mit einer nicht standardisierten
Spezialfelge zu entwerfen. In jedem Fall umfasst die Radfelge, auf
der der Luftreifen 1 aufgezogen ist, ein Paar Wulstsitze
Rb, ein Felgenbett dazwischen (nicht gezeigt) und ein Paar Hörner Rf.
Das Horn Rf weist einen radial inneren Teil Rv, der zu der Normalebene
der Felge, die der Reifenäquatorebene
EP entspricht, im Wesentlichen parallel ist, und einen radial äußeren Teil
Rc auf, der sich radial nach außen
von dem radial äußeren Ende
des radial inneren Teils Rv weg erstreckt, während er axial nach außen gekrümmt ist.
Die Wulstsitze Rb sind unter einem Winkel alpha in Bezug auf die
axiale Richtung verjüngt.
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Der
Wulstsitz Rb und das Horn Rf sind mit einem gekrümmten Felgenfersenabschnitt
Rh verbunden.
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In
den Zeichnungen umfasst der Luftreifen 1 einen Wulstabschnitt 2,
ein Paar Seitenwandabschnitte 3, ein Paar axial beabstandeter
Wulstabschnitte 4, jeweils mit einem Wulstkern 5 darin,
wobei sich eine Karkasse 6 zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt,
und einen Gürtel 7,
der radial außerhalb
der Karkasse 6 in dem Laufflächenabschnitt 2 angeordnet
ist.
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In
dieser Ausführungsform
weist der Reifen 1 ein niedriges Aspektverhältnis von
nicht mehr als 55 % und eine Reifengröße für Personenwagen von z.B. 215/40R17
auf, und zwar ist der Reifen ein Radialreifen mit niedrigem Aspektverhältnis, der
auf eine mit einer Verjüngung
von Fünf-Grad-Tiefbettfelge aufgezogen
werden soll. Somit beträgt
in diesem Fall der Verjüngungswinkel
alpha der Wulstsitze Rb etwa 5 Grad in Bezug auf die axiale Richtung.
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Im Übrigen werden
die unten erwähnten
verschiedenen Höhen,
sofern nicht anders angegeben, radial von der Wulstbasislinie BL
gemessen, die eine Linie ist, die an der radialen Position verläuft, welche
dem Wulstdurchmesser oder Felgendurchmesser D entspricht.
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Der
oben erwähnte
Gürtel 7,
der angeordnet ist, um den Wulstabschnitt 2 zu verstärken, umfasst
zumindest zwei Kreuz-Breakerlagen 7A und 7B aus
Korden mit einem hohen Modul, die unter einem Winkel von 10 bis
35 Grad in Bezug auf den Reifenäquator
gelegt sind, und optional eine Bandlage von Korden, die radial außerhalb
der Breakerlagen unter im Wesentlichen null Grad gewickelt sind.
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In
diesem Beispiel besteht der Gürtel 7 aus
den zwei gekreuzten Breakerlagen 7A und 7B.
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Für die Breakerlagen
aus Korden mit einem hohen Modul können Stahlkorde und/oder Korde
aus organischer Faser mit einem hohen Modul wie z.B. Faserkorde
aus aromatischem Polyamid verwendet werden.
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Die
Karkasse 6 umfasst zumindest eine Lage 6A von
Korden, die radial unter einem Winkel von 90 bis 75 Grad in Bezug
auf den Reifenäquator
EP angeordnet sind und sich zwischen den Wulstabschnitten 4 durch den
Laufflächenabschnitt 2 und
die Seitenwandabschnitte 3 hindurch erstrecken und um den
Wulstkern 5 in jedem Wulstabschnitt 4 von der
Innenseite zu der Außenseite
des Reifens umgeschlagen sind, um ein Paar Umschlagabschnitte 6b und
einen Hauptabschnitt 6a dazwischen zu bilden.
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In
diesem Beispiel ist die Karkasse 6 aus einer einzigen Lage 6A von
Korden zusammengesetzt, die radial unter im Wesentlichen 90 Grad
angeordnet sind.
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Für die Karkasskorde
können
geeigneterweise Korde aus organischer Faser wie z.B. Polyester,
Nylon, Rayon und dergleichen verwendet werden.
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Zwischen
dem Hauptabschnitt 6a und dem Umschlagabschnitt 6b in
jedem Wulstabschnitt 4 ist ein Wulstkernreiter 8 aus
Hartgummi angeordnet. Der Wulstkernreiter 8 erstreckt sich
von der radialen Außenseite des
Wulstkerns 5 über
die Höhe
des Felgenhorns Rf hinaus radial nach außen, während er sich in Richtung seine
radial äußeren Endes
verjüngt.
Der Umschlagabschnitt 6b erstreckt sich in diesem Beispiel über das
radial äußere Ende
des Wulstkernreiters 8 hinaus und dann erstreckt er sich
weiter entlang der axial äußeren Fläche des
Hauptabschnitts 6a nach oben zu einer Position nahe und
geringfügig
radial außerhalb
des Punktes M maximaler Querschnittsbreite der Karkasse 6 in
dem normal aufgepumpten, nicht belasteten Zustand des Reifens.
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Der
Wulstabschnitt 4 weist eine untere Fläche Sb, eine axial äußere Seitenfläche Sw und
eine gekrümmte
Wulstfersenfläche
Sh auf, die die zwei Flächen
Sb und Sw verbindet und in diese übergeht.
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Die
axial äußere Seitenfläche Sw umfasst
einen radial inneren Teil Sw1 und einen radial äußeren Teil Sw2.
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In
solch einem Zustand, in dem der Reifen nicht auf einer Radfelge
aufgezogen ist, die Wulstbreite Wa jedoch an die Felgenbreite Wr
angepasst ist (somit nicht aufgepumpt), ist die untere Wulstfläche Sb unter
einem Winkel verjüngt,
der nahezu gleich dem oben erwähnten
Verjüngungswinkel
alpha des Wulstsitzes Rb ist. Dieser Winkel kann um einen kleinen
Wert von 1 bis 3 Grad größer sein
als der Winkel alpha. Der radial innere Teil Sw1 ist im Wesentlichen
parallel zu der Reifenäquatorebene
EP. Der radial äußere Teil
Sw2 erstreckt sich radial nach außen von dem radial äußeren Ende
des radial inneren Teils Sw1 weg, während es axial nach außen geneigt
ist. Der radial äußere Teil
Sw2 kann in dem Reifenmeridianquerschnittt eine gerade oder leicht konvex
oder konkav gekrümmte
Linie sein.
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Es
ist jedoch nicht Teil der vorliegenden Erfindung, dass der radial äußere Teil
Sw2 eine konkav gekrümmte
Linie ist.
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Im
Fall der leicht konkav gekrümmten
Linie ist der Krümmungsradius
davon im Bereich von nicht weniger als 300 mm, vorzugsweise nicht
weniger als 500 mm, noch bevorzugter nicht weniger als 800 mm festgelegt.
Hier entspricht der Radius von 300 mm dem etwa 30-fachen des oben
erwähnten
Krümmungsradius des
radial äußeren, gekrümmten Abschnitts
RC des Felgenhorns.
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Im
Fall der leicht konvex gekrümmten
Linie kann der Krümmungsradius
davon, anders als bei der konkaven Linie, kleiner als 300 mm sein,
im Hinblick auf die Abriebfestigkeit und Haltbarkeit wird es jedoch
wünschenswert
sein, auch diesen Radius auf die gleiche Weise wie bei der konkaven
Linie, und zwar sehr groß im Vergleich
mit dem Krümmungsradius
des Felgenhorns, zu begrenzen.
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Die
Höhe ha
des radial inneren Endes des radial äußeren Teils Sw2 ist in dem
Bereich von mehr als dem 0,6-fachen, vorzugsweise mehr als dem 0,8-fachen,
aber nicht mehr als dem 1,2-fachen einer Höhe hc festgelegt. Die Höhe hc ist
eine Höhe,
bei der der radial äußere gekrümmte Abschnitt
Rc des Felgenhorns Rf auf den radial inneren, vertikalen Abschnitt
Rv des Felgenhorns trifft. Im Fall von Personenwagenreifen beträgt die Höhe he etwa
9 oder 10 mm.
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Die
Höhe hb
des radial äußeren Endes
des radial äußeren Teils
Sw2 ist größer als
die Höhe
des Felgenhorns Rf festgelegt. Im Fall von Personenwagenreifen oder
dergleichen beträgt
die Felgenhornhöhe
etwa 14–22
mm.
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Der
Neigungswinkel theta des radial äußeren Teils
Sw2 ist mit zumindest 5 Grad, vorzugsweise im Bereich von 10 bis
20 Grad in Bezug auf die Reifenäquatorebene
EP festgelegt. Im Fall der leicht gekrümmten Linie wird der Winkel
theta als Schnittwinkel zwischen dem inneren Teil Sw1 und dem äußeren Teil
Sw2 betrachtet. Anders ausgedrückt,
ein Wendepunkt P ist in jedem Fall dazwischen gebildet.
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In
diesem Beispiel ist der radial äußere Teil
Sw2 gerade und der Neigungswinkel theta beträgt 15 Grad.
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In
dem in den 1 und 2 gezeigten
Beispiel geht der radial äußere Teil
Sw2 in die Außenfläche 3S des
Seitenwandabschnitts 3 über,
wobei sich die Fläche
auf einem kreisförmigen
Bogen (K) mit der Mitte auf einer axial geraden Linie, die durch
den Punkt M maximaler Querschnittsbreite verläuft, erstreckt.
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Die 3 und 4 zeigen
teilweise Abwandlungen des Reifens 1, wobei der Seitenwandabschnitt 3 in
dem unteren Abschnitt mit einem Felgenprotektor 10 versehen
ist, der von dem oben erwähnten
kreisförmigen
Bogen (K) axial nach außen
vorsteht, um über
das Felgenhorn Rf zu hängen,
und eine allgemein dreieckige Querschnittsform (4)
oder eine allgemeinen trapezförmige
Querschnittsform (3) aufweist. Die Unterseite
Sw3 des Felgenprotektors 10 ist durch eine leicht konkav
gekrümmte
Linie gebildet, die sich von der radial äußeren Kante des oben erwähnten radial äußeren Teils
Sw2 axial nach außen
erstreckt. In beiden der in den 3 und 4 gezeigten
Beispielen schneidet die Unterseite Sw3 den radial äußeren Teil
Sw2 unter einem stumpfen Winkel von weniger als 180 Grad.
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Wenn
die oben erwähnte
Höhe ha
des inneren Endes mehr als das 0,25-fache der Höhe H des Punktes M maximaler
Querschnittsbreite beträgt
und/oder die Höhe
hb des äußeren Endes
weniger als das 0,35-fache der Höhe
H beträgt
und/oder der oben erwähnte
Winkel theta weniger als 10 Grad beträgt, dann wird es schwierig,
die Spurhaltigkeit zu verbessern. Wenn die Höhe ha weniger als das 0,15-fache
der Höhe
H beträgt und/oder
der Winkel theta mehr als 20 Grad beträgt, dann besteht die Tendenz,
dass der Wulstsitz instabil wird. Wenn die Höhe hb mehr als das 0,45-fache
der Höhe
H beträgt,
dann besteht die Tendenz, dass sich die Spurhaltigkeit verschlechtert.
Wenn ferner die Höhe
hb mehr als das 0,6-fache
der Höhe
H beträgt,
besteht die Tendenz, dass Fehler beim Formen wie z.B. Schwindestellen
von Gummi an der Reifenaußenfläche, Karkassenverformungen
wie z.B. Welligkeit der Karkasslinie und dergleichen auftreten.
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Es
ist somit vorzuziehen, dass die Höhe ha auch im Bereich des 0,15-
bis 0,25-fachen der Höhe
H begrenzt ist und die Höhe
hb höchstens
das 0,6-fache der
Höhe H
beträgt
und vorzugsweise im Bereich des 0,35 bis 0,45-fachen der Höhe H liegt.
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Das
oben erläuterte
Wulstprofil soll, zumindest wenn der Reifen z.B. beim Drehen des
Lenkrades oder während
einer Kurvenfahrt einer Seitenkraft ausgesetzt ist, einen engen
Kontakt zwischen dem radial äußeren Teil
Sw2 des Reifenwulstabschnitts und dem radial äußeren gekrümmten Abschnitt Rc des Felgenhorns
bewirken. Infolgedessen ist die Reaktionskraft gegen die Seitenkraft
erhöht
und das Lenkansprechen und die Spurhaltigkeit können verbessert werden.
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Wenn
ein sehr scharfes Ansprechen angestrebt wird, ist die Höhe ha kleiner
als die Höhe
hc festgelegt. In diesem Fall wird bereits zu dem Zeitpunkt, zu
dem der Reifen auf die Felge aufgezogen und normal aufgepumpt wird,
ein enger Kontakt bewirkt, obwohl das herkömmliche Profil einen engen
Kontakt bewirkt, wenn der Reifen mehr als geringfügig durchgebogen
wird. Somit können
das Lenkansprechen und die Spurhaltigkeit nicht nur während einer
Kurvenfahrt, sondern auch beim Geradeauslauf verbessert werden.
In diesem Fall sind für
den oben erwähnten
Neigungswinkel theta relativ kleine Werte wie z.B. 5 bis 10 Grad
bevorzugt.
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Wenn
ein etwas sanftere Ansprechen als das obige angestrebt wird, ist
die Höhe
ha nicht kleiner als die Höhe
hc festgelegt. In diesem Fall wird zu dem Zeitpunkt, zu dem der
Reifen auf die Felge aufgezogen und normal aufgepumpt wird, ein
enger Kontakt beinahe noch nicht bewirkt, ein enger Kontakt wird
jedoch selbst durch eine geringe Durchbiegung auf Grund der Seitenkraft
einfach bewirkt. Somit kann auch in diesem Fall das Ansprechen im
Vergleich mit dem herkömmlichen
Profil verbessert werden. In diesem Fall sind hingegen relativ hohe
Werte wie z.B. 10 bis 20 Grad als Neigungswinkel theta bevorzugt.
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In
stark belasteten Zuständen,
wie in 5 auf übertriebene
Weise gezeigt ist, steht dies außer Frage, wenn ein Spalt (g)
zwischen dem Reifenwulst und dem Felgenhorn auf Grund eines resultierenden
losen Kontakts in der mittleren Höhe des Felgenhorns gebildet
ist, sofern der Maximalwert davon weniger als 1,5 mm beträgt und ein
Spalt nur teilweise auftritt. Bei einem Maximalwert, der üblicherweise
am Wendepunkt P oder dem Schnittpunkt zwischen dem inneren und dem äußeren Teil
Sw1 und Sw2 1,5 mm übersteigt,
besteht die Tendenz, dass sich die Kraftschwankung während eines
Rollens auf Grund eines instabilen Wulstsitzes erhöht. Daher
ist der Spalt (g) vorzugsweise kleiner als maximal 1,0 mm.
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Vergleichstests
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Testreifen
der Größe 215/40R16
(Radfelgengröße 7JJX16)
die dieselbe Struktur wie in 1 gezeigt, mit
Ausnahme des Wulstprofils aufweisen, wurden hergestellt und auf
Spurhaltigkeit und Fahrkomfort getestet, wobei ein zweisitziger
Mittelmotor-Sportwagen mit 3200 cm3 an allen
vier Rädern
mit Testreifen (Reifendruck 230 kPa) versehen war.
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Der
Fahrtest wurde auf einer trockenen Asphaltstraße auf einer Reifenteststrecke
durchgeführt
und der Testfahrer bewertete die Spurhaltigkeit (anfängliches
Reifenansprechen, Lenkansprechen und Härtegefühl) und den Fahrkomfort in
zehn Rangstufen. Die Testergebnisse und Spezifikationen des Wulstprofils
sind in Tabelle 1 gezeigt. Je höher
die Rangnummer ist, desto besser ist die Leistung.
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Wie
oben beschrieben, kann bei dem Luftreifen gemäß der vorliegenden Erfindung
die Spurhaltigkeit durch einfaches Ändern des Wulstprofils unerwartet
und wirksam verbessert werden, während
der Fahrkomfort beibehalten wird, ohne das Gummivolumen zu erhöhen und
eine zusätzliche
Verstärkungsschicht
vorzusehen.
