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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung von Laufflächen für Luftreifen,
die dazu bestimmt sind, Lastkraftwagen auszurüsten; und sie betrifft insbesondere
das Profil dieser Laufflächen.
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Diese
Erfindung ist vor allem, aber nicht ausschließlich, dazu bestimmt, bei Luftreifen
mit radialer Karkasse eingesetzt zu werden, die für die nicht
motorisierten Achsen von Lastkraftwagen bestimmt sind.
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Derartige
Luftreifen umfassen im Allgemeinen eine Karkassenstahleinlage, die
außen
von einem oberen Gürtel
radial überlagert
wird, welcher seinerseits von einer Lauffläche überlagert wird, die mit einem
Profil versehen ist, das im Wesentlichen aus Rippen in allgemeiner
Umfangsausrichtung ausgebildet wird, die durch Nuten in derselben
Ausrichtung begrenzt werden, oder durch Blöcke, die durch Umfangsnuten
und Quernuten begrenzt werden oder durch eine Kombination aus Blöcken und
Rippen.
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Stand
der Technik: Falls es sich um ein Laufflächenprofil handelt, das Nuten
in Umfangsausrichtung aufweist, ist festgestellt worden, dass unter
bestimmten Nutzungsbedingungen Brüche am Nutgrund auftreten können. Dies
ist beispielsweise der Fall, wenn der Luftreifen bei einem Lenkmanöver über ein
Hindernis oder eine Erhöhung
fährt,
die auf der Fahrbahn vorhanden sind, wobei sich diese Erhöhung in
das Innere einer Nut eingräbt,
oder aber beim Auffahren auf Hindernisse (beispielsweise: Bürgersteig)
mit oder ohne Lenkbelastungen, die gleichzeitig auf den Luftreifen
ausgeübt
werden. Im Verlauf dieses Lenkmanövers neigen das Hindernis oder
die Erhöhung
dazu, sich dem Lenkvorgang zu widersetzen, und dies führt zu einer
Erhöhung
der Beanspruchungen des Grundmaterials der Lauffläche vor
allem am Grund der Nuten.
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Um
die Einwirkungen von unterschiedlichen Gegenständen, welche in die Nuten eindringen,
zu vermeiden, ist es bekannt, in der Nähe der Nutgründe durchgängige oder
unterbrochene Vorsprünge
in der Richtung der Nut anzuordnen, um die weitere Bewegung der
Gegenstände
in das Innere der Lauffläche zu
verhindern (insbesondere bis zum oberen Verstärkungsgürtel des Luftreifens). Während der
Lenkmanöver
sind diese Vorsprünge
geringer Höhe
(weniger als 50% der Tiefe der Nut) im Allgemeinen unzureichend,
um zu verhindern, dass genau im gleichen Moment wie das Lenken ein
Gegenstand, zumindest teilweise, in die Nut eindringt.
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Eine
weitere Lösung
besteht darin, die Höhe dieser
Vorsprünge
wesentlich zu erhöhen,
mit der Absicht, das Eindringen eines Gegenstandes in die Nut während des
Lenkmanövers
so weit wie möglich zu
beschränken,
ja sogar zu verhindern. Das Schriftstück
GB 903389 zeigt eine solche Lösung. Das
japanische Schriftstück 2002/234313 zeigt
ein Profil, das in einer Nut eine Rippe umfasst, die dazu bestimmt ist,
die Abnutzung einer Lauffläche
zu reduzieren, wobei diese Rippe mit einer Vielzahl von Querverlängerungen
versehen ist, die dazu bestimmt sind, sich an den Wänden der
Rippen des Profils abzustützen.
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Diese
Lösungen
weisen allerdings einige Nachteile auf, welche die vorliegende Erfindung
zu lösen
versucht. Bei diesen Nachteilen kann das Risiko erwähnt werden,
dass Risse am Grund der Nuten zwischen den Stollen oder Rippen und
den gegenüberliegenden
Wänden
der Nuten entstehen oder das Risiko, dass Stollen teilweise oder
vollständig
abreißen.
Außerdem
sind diese Stollen oder Rippen in dem uns interessierenden Fall
nicht wirkungsvoll genug, nämlich
beim Vorhandensein eines Gegenstandes in der Nut, welcher sich dem
Lenkvorgang des Luftreifens widersetzt (das heißt eine größere Lenkanstrengung wird benötigt).
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Der
Gegenstand der Erfindung ist eine Lauffläche gemäß Patentanspruch 1.
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Unter
mittlerer Länge
eines Steges ist die Abmessung eine Steges zu verstehen, gemessen
in einer parallelen Richtung zu der Spur auf der Laufoberfläche der
Seitenflächen
des eingesetzten Elementes und des benachbarten Profilelementes.
Der mittlere Abstand zwischen zwei Stegen entspricht der Länge des
Raumes zwischen zwei Verbindungsstegen in derselben Richtung auf
derselben Seitenfläche.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen zwei Seitenflächen, die
durch die Stege verbunden sind, höchstens gleich 2,0 mm, und
es wird noch eher vorgezogen, dass er höchstens gleich 1,0 mm ist.
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Die
radial außen
liegende Oberfläche
des eingesetzten Elementes ist im Verhältnis zu der Kontaktoberfläche der
benachbarten Profilelemente radial versetzt, d. h. sie berührt den
Boden nur, wenn eine Last auf den Luftreifen aufgebracht wird, der
mit dieser Lauffläche
versehen ist (das heißt,
wenn die Kompression der benachbarten Elemente ausreichend ist).
Der Versatz ist dergestalt gewählt,
dass diese Außenoberfläche des
eingesetzten Elementes im Neuzustand mit dem Boden in Kontakt kommt,
ja sogar nur nach einer anfänglichen
kurzen Benutzung verglichen mit der gesamten Benutzungsdauer der Lauffläche, vor
dem Schwund wegen Abnutzung.
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Was
für den
Fall einer Lauffläche
beschrieben worden ist, die Rippen umfasst, lässt sich einfach auf den Fall
einer Lauffläche
anwenden, die eine Vielzahl von Blöcken umfasst, welche umfangsmäßig oder
sogar quer angeordnet sind; beispielsweise kann das eingesetzte
Element aus einer einzigen durchgehenden Rippe oder einer Vielzahl
von Blöcken
bestehen, welche in derselben Richtung angeordnet sind.
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In
vorteilhafter Weise und um die Ableitung des Wassers beim Fahren
auf mit Wasser bedeckter Fahrbahn zu unterstützen, ist es sinnvoll vorzusehen, dass
die Verbindungsstege keine geschlossenen Bereiche bilden, d. h.
Bereiche, ohne eine andere Ablaufmöglichkeit als durch die Öffnung in
der Laufoberfläche.
Die Auswirkung dieser letzten Anordnung ist außerdem für das Fahrgeräusch vorteilhaft.
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Um
ein solches Profil herzustellen, können bekannte Techniken angewendet
werden, die darin bestehen, den Einschnitt, welcher das eingesetzte Element
von mindestens einem benachbarten Profilelement trennt, mittels
eines Materials in Form einer Folie oder eines Films zu gießen, dessen
Dicke der Breite des Einschnitts entspricht (das heißt dem mittleren
Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten,
welche den Einschnitt begrenzen) und die Eigenschaft aufweist, den
Beanspruchungen beim Gießen
und beim Vulkanisieren der Lauffläche zu widerstehen, wobei diese
Folie eine Vielzahl von Öffnungen
aufweist, um die Kautschukmischung während des Gießens hindurch
gehen zu lassen, damit Verbindungsstege ausgebildet werden, welche
das geopferte Element mit mindestens einem benachbarten Element
verbinden. Diese Folie ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt,
das sich während
des Fahrens selbst auflöst,
beispielsweise durch die Wirkung von Feuchtigkeit auf das Material.
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Außerdem ist
der Fachmann in der Lage, den Verbindungsgrad zwischen einem eingesetzten Element
und den benachbarten Elementen dergestalt auszuwählen, dass gleichzeitig eine
ausreichende Verbindungssteifigkeit zwischen den Reliefelementen
und eine Nachgiebigkeit verliehen wird, welche angepasst ist, beim
Fahren die Kontaktaufnahme des eingesetzten Elementes mit der Fahrbahn
zu ermöglichen.
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Unter
Verbindungsgrad ist das Verhältnis zwi schen
der gesamten Überbrückungsoberfläche (das
heißt
die Summe der Schnittflächen
von allen Stegen auf einer Seitenfläche eines Reliefelementes) und
der gesamten Oberfläche
der Seitenfläche
zu verstehen. Wenn dieses Verhältnis
null beträgt,
bedeutet dies, dass es keinen Steg gibt, und wenn es gleich eins
ist, bedeutet dies, dass die Verbindungsstege die gesamte Seitenfläche der
verbundenen Elemente einnehmen.
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Vorzugsweise
ist ein eingesetztes Element mit einem benachbarten Element über eine
Vielzahl von Verbindungsstegen verbunden, die sich in Richtung der
Tiefe der Nut mit der Tiefe V erstrecken, in deren Innerem das eingesetzte
Element platziert ist, wobei sich diese Stege zwischen dem eingesetzten Element
und den benachbarten Elementen über
mindestens 80% der Tiefe V erstrecken.
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Wenn
dieses eingesetzte Element durch eine Aufeinanderfolge von Blöcken ausgebildet
ist, kann es vorteilhaft sein, außer den Verbindungen durch
Gummistege mit den benachbarten Profilelementen, das Vorhandensein
von Stegen mit mechanischer Verbindung aus einer Kautschukmischung zwischen
den eingesetzten Elementen selbst vorzusehen.
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Bei
einer weiteren Variante eines Profils gemäß der Erfindung ist mindestens
ein eingesetztes Element mit den benachbarten Elementen durch Stege
verbunden, welche sich von der Kontaktoberfläche des eingesetzten Elementes
bis zu dem Grund der Nut erstrecken, in deren Innerem das eingesetzte Element
vorgesehen ist. Diese Variante kann erhalten werden, indem die Oberflächen der
Profilelemente auf herkömmliche
Weise gegossen werden und indem gleichzeitig eine Art von Senken
gegossen wird (die den Räumen
zwischen den Stegen entsprechen), die sich in der Breite der Lauffläche erstrecken.
Diese Senken können
in der Umfangs- oder Querrichtung, gemäß dem betrachteten eingesetzten Element,
regelmäßig beab standet
sein oder nicht.
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Die
Senken bilden also aufeinander folgende Teile von ein- und demselben
Einschnitt und die mit Kautschuk gefüllten Räume zwischen diesen Senken bilden
die Verbindungsstege.
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Vorzugsweise
weist jede Senke oder jeder Raum mit einer Länge D in eine parallele Richtung
zu der Spur auf der Laufoberfläche
der Seitenflächen
eines eingesetzten Elementes und seines benachbarten Profilelementes,
eine Querschnittsfläche
auf, die zwischen 0,5 mm2 und 10 mm2 liegt.
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Die
hergestellten Senken können
jeden geometrischen Querschnitt annehmen: insbesondere kreisförmig, elliptisch,
rechteckig, dreieckig oder halb kreisförmig, halb-elliptisch, halb-rechteckig.
Um so weit wie möglich
eine mögliche
Konzentration von Beanspruchungen an bestimmten Punkten der Senken
im Verlaufe der Nutzung zu verhindern, ist es sinnvoll, für den Querschnitt
der Senken eine Geometrie anzuwenden, deren Kontur keinen Eckpunkt enthält (infolgedessen
wird vor allem eine kreisförmige
Form einer rechteckigen Form vorgezogen). Außerdem können Verbreiterungen der Senkengründe vorgesehen
werden, um die Konzentrationen von Belastungen am Grund der Senken
zu verhindern.
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Die
infolgedessen hergestellten Senken können, in einer geschnittenen
Meridianebene gesehen, das heißt
sich in der Drehachse des Luftreifens erstreckend, der mit einer
Lauffläche
gemäß der Erfindung
versehen ist, geeignete Neigungen im Verhältnis zu einer Senkrechten
auf der Laufoberfläche
aufweisen. Der Neigungswinkel beträgt vorzugsweise weniger oder
gleich 25° mit
einer Senkrechten auf der Laufoberfläche. Noch eher wird vorgezogen, dass
der Winkel zwischen 0 und 15° beträgt.
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Wenn
gewünscht
wird, eine ausreichende Dränage leistung
während
des Fahrens auf einer mit Wasser bedeckten Fahrbahn zu erzielen,
ist es selbstverständlich
vorzuziehen, dass die ausgebildeten Senken nicht voneinander getrennt
sind, sondern dass sie untereinander verbunden sind, um den Durchgang
des Wassers zu ermöglichen.
Falls das eingesetzte Element quer auf der Lauffläche ausgerichtet
ist, kann das in der Patentschrift
US
6,484,772 oder auch in der Patentschrift
US 6,143,223 beschriebene Gießverfahren
angewendet werden.
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Falls
die Ausrichtung des Einschnitts, welcher ein eingesetztes Element
von einem anderen Reliefelement trennt, umfangsmäßig (oder sogar längsgerichtet)
ist, ist das Verfahren geeignet, das aus dem Gießen des Einschnitts mit einer
Folie oder einem Film besteht, der mit Öffnungen versehen ist. In diesem
letzten Fall kann außerdem
vorgesehen sein, eine Vielzahl von Kanälen in der Lauffläche auszubilden,
wobei jeder dieser Kanäle
an einem seiner Enden an mindestens einer Seitenfläche der
Lauffläche
austritt und an einem anderen Ende in mindestens einer Senke, die
ein Reliefelement von einem eingesetzten Element trennt.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
gegeben wird, die Ausführungsformen und
Anwendungen des Gegenstandes der Erfindung als nicht einschränkende Beispiele
zeigen.
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1 zeigt
eine perspektivische Teilansicht einer Lauffläche für einen Luftreifen gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
eine Schnittansicht gemäß der Linie
II-II von 1;
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3 zeigt
eine Teilansicht einer Gießform zum
Gießen
des in 1 gezeigten Profils.
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4, 5, 6 zeigen
in der Draufsicht und im Schnitt dieselbe Laufflächenvariante gemäß der Erfindung,
deren eingesetzte Elemente aus untereinander verbundenen Blöcken bestehen.
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7 zeigt
eine Variante, gemäß welcher ein
eingesetztes Element mit einem benachbarten Element einen geneigten
Einschnitt begrenzt.
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In 1 ist
in einer perspektivischen Teilansicht eine Lauffläche B gemäß der Erfindung
zu erkennen. In dieser Teilansicht sind zwei Rippen 1 zu erkennen,
welche eine Rippe 2 begrenzen, in deren Innerem eine eingesetzte
Rippe 3 angeordnet ist, die sich in dieselbe Richtung wie
die benachbarten Rippen 1 erstreckt. Diese eingesetzte
Rippe 3 begrenzt mit jeder der benachbarten Rippen 1 einen
Einschnitt 4 einer Breite von 0,6 mm.
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Außerdem ist
diese eingesetzte Rippe 3 durch die Verbindungsstege 6 aus
Gummi mit zwei benachbarten Rippen 1 mechanisch verbunden.
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Diese
Verbindungsstege 6 erstrecken sich über die gesamte Höhe der eingesetzten
Rippe 3, indem sie von der Kontaktoberfläche 31 des
Elementes bis zu dem Grund 42 der Einschnitte 4 reichen.
Bei dem Schnitt II-II,
der an 1 vorgenommen und in 2 gezeigt
ist, ist die eingesetzte Rippe 3 zu erkennen, deren Kontaktoberfläche 31 mit
dem Boden im Verhältnis
zu der Kontaktoberfläche 10 der
benachbarten Rippen 1 um einen Versatz f versetzt ist, der
geeignet ist, dass die Kontaktfläche 31 der
eingesetzten Rippe 3 einen Kontakt mit der Fahrbahn während des
Fahrens hat. Dieser Kontakt wird entweder schon von Beginn der Verwendung
des Luftreifens an, der mit dieser neuen Lauffläche versehen ist, oder nach
einem anfänglichen
Gebrauch herge stellt.
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Bei
dieser Variante weisen die Stege 6 eine Länge L und
eine Breite d auf und sind voneinander durch Senken 41 getrennt,
deren Querschnitt mit einer Länge
D und einer Breite d rechteckig ist.
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Die
Herstellung eines solchen Profils wird beispielsweise mit einer
Gießform
M erhalten, von der nur ein Teil in 3 gezeigt
ist. In dieser 3 ist eine Oberfläche 5' der Gießform M
der Rippen 2' zu erkennen,
um die Nuten zu gießen,
welche die Hauptrippen begrenzen.
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Zwischen
diesen Rippen 2' auf
der Gießform ist
eine Zwischenrippe 3' angeordnet,
welche auf der Oberfläche
der Gießform
mit einem Versatz f ein Relief bildet, wobei diese Zwischenrippe 3' eine geringere
Höhe als
die Höhe
der benachbarten Rippen 2' aufweist,
wobei die Höhen
im Verhältnis
zu der Oberfläche
der Gießform
gemessen werden. Außerdem ist
entlang jeder Seitenfläche
der Zwischenrippe 3' eine
Vielzahl von Stiften 41' mit
rechteckigem Querschnitt regelmäßig verteilt.
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Bei
dem beschriebenen Beispiel werden Stifte 41' mit rechteckigem Querschnitt verwendet,
aber es ist selbstverständlich
nicht auf diese Geometrie beschränkt,
und insbesondere können
andere Querschnittsformen, wie beispielsweise kreisförmige, elliptische,
dreieckige Formen verwendet werden. Um die Risiken der Bildung von
Rissen am Grund der Senken zu verhindern, ist vorzuziehen, den Teil
von jedem Stift 41',
der am weitesten im Inneren liegt, mit einem breiteren Teil zu versehen.
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Bei
einer anderen Variante können
die Verbindungsstege nur ab einer Höhe ausgebildet werden, die
zu einem bestimmten Prozentsatz der Tiefe des Einschnitts unter
der Kontaktoberfläche
des eingesetzten Profilelementes gleichwertig ist, wie dies der
Fall bei der Variante ist, die in 4 bis 6 gezeigt
wird.
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In 4 ist
eine Draufsicht der Laufoberfläche
einer Lauffläche
gemäß der Erfindung
zu sehen, die mindestens zwei Rippen 11 und zwischen diesen Rippen
eine Serie von eingesetzten Blöcken 13 umfasst,
wobei jeder dieser Blöcke 13 eine äußere Oberfläche 131 aufweist,
die leicht unter der Kontaktoberfläche 110 der Rippen 11 versetzt
ist, welche die Blöcke 13 einrahmen.
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Jeder
dieser Blöcke 13 ist
an seinen beiden Seitenflächen
mit den beiden Rippen 11 über Verbindungsstege 16 verbunden,
von denen in 6 (Schnitt gemäß der Linie
VI-VI) zu sehen ist, dass sie ihrerseits radial nach dem Inneren
im Verhältnis
zu der Kontaktoberfläche 131 der
eingesetzten Elemente 13 versetzt sind. Diese Stege 16 erstrecken
sich in Richtung der Tiefe nur über
einen Teil der Tiefe des Einschnitts, welcher die eingesetzten Blöcke von
den benachbarten Profilelementen dergestalt trennt, dass eine ausreichende
Dränageleistung
des Wassers beim Fahren auf einer nassen Fahrbahn beibehalten wird.
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Außerdem sind
diese eingesetzten Blöcke 13 untereinander über die
Verbindungsstege 17 verbunden, die in dem Schnitt gemäß der Linie
V-V sichtbar sind, der in 5 dargestellt
ist. Selbstverständlich
handelt es sich nur um eine Variante und die Verbindungsstege 17 zwischen
den Blöcken
können
weggelassen werden.
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Vorzugsweise
werden nur die Nuten, die am anfälligsten
für Risse
am Nutgrund sind, mit eingesetzten Reliefelementen versehen und
die anderen Nuten verbleiben ohne eingesetztes Element, um eine
ausreichende Dränage
zu ermöglichen
und um infolgedessen die notwendigen Leistungen insbesondere auf
nasser Fahrbahn aufrechtzuhalten.
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Bei
einer anderen, in 7 gezeigten Variante ist ein
eingesetztes Reliefelement über
eine Vielzahl von Stegen aus Gummi mit zwei Rippen verbunden. Bei
dieser Variante ist ein eingesetztes Element 23 zwischen
zwei benachbarten Elementen 21 angeordnet und stellt eine
Kontaktoberfläche 231 dar,
die um einen Betrag f im Verhältnis
zu der äußeren Oberfläche 210 der
benachbarten Elemente 21 versetzt ist. Dieses eingesetzte
Element 23 begrenzt mit jedem benachbarten Element einen
Einschnitt 25, der um einen Winkel α mit einer Senkrechten auf der
Kontaktoberfläche 231 des
eingesetzten Elementes geneigt ist.
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Zurzeit
beträgt
der Winkel α 10° und zwar
so, dass die Breite des eingesetzten Elementes, von der Laufoberfläche der
Lauffläche
aus gesehen, mit Abnutzung der Lauffläche abnimmt.
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Das
eingesetzte Element 23 ist mit jedem benachbarten Element 21 über Verbindungsstege 26 verbunden,
die in Richtung der Tiefe des geneigten Einschnitts 25 versetzt
sind.
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Vorzugsweise
ist der mittlere Neigungswinkel α der
Einschnitte zwischen einem eingesetzten Element und einem benachbarten
Element mit einer Senkrechten auf der Kontaktoberfläche des
eingesetzten Elementes höchstens
gleich 25°.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele
beschränkt,
und es können
unterschiedliche Modifikationen daran vorgenommen werden, ohne ihren
Rahmen zu verlassen. Insbesondere kann der Neigungswinkel der Einschnitte
dergestalt gewählt
werden, dass die Breite des eingesetzten Elementes mit der Abnutzung
zunimmt. Auch kann das Vorhan densein eines geneigten Einschnitts
mit einem Winkel, der größer als
null ist, mit einem weiteren Einschnitt kombiniert werden, der einen
Winkel null mit einer Senkrechten auf der Laufoberfläche bildet.
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Selbstverständlich kann
diese Erfindung mit dem Vorhandensein einer Rippe kombiniert werden, axial
auf der Außenseite
der Randrippen, die hinsichtlich der Abnutzung geopfert genannt
wird, um diese Randrippe vor einer unregelmäßigen Abnutzung an ihren Kanten
zu schützen.
Diese geopferte Rippe weist eine äußere Kontaktoberfläche auf,
die dazu bestimmt ist, beim Fahren mit der Fahrbahn in Kontakt zu
kommen, wobei der Unterschied der Laufradien dieser geopferten Rippe
und der Randrippe dazu führt,
das Rutschen auf der geopferten Rippe zu verstärken, was infolgedessen eine
verstärkte
Abnutzung dieser Rippe nach sich zieht. Diese in Richtung der Breite
versetzte Rippe ist von der Randrippe durch einen schmalen Einschnitt
getrennt, dessen gegenüberliegende
Wände durch
eine Vielzahl von Verbindungsstegen aus einer Kautschukmischung verbunden
sind.
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Falls
die Stege in den Nuten in einer allgemeinen Umfangs-(Längs-)Ausrichtung
ausgebildet sind und geschlossene Räume begrenzen (mit Ausnahme
der Öffnung
auf der Laufoberfläche),
kann es vorteilhaft sein, die Lauffläche mit einer Vielzahl von Kanälen zu versehen,
die auf einer Seite auf der Außenseite
der Lauffläche
und auf der anderen Seite in den Räumen austreten.
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Um
eine im Wesentlichen gleich bleibende Länge von Kanten aus Gummi in
der Kontaktoberfläche
der Lauffläche
mit der Fahrbahn beizubehalten, ist es vorteilhaft, die Verbindungsstege
auf versetzte Weise in Richtung des eingesetzten Elementes anzuordnen.