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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckluftreifen und, genauer gesagt, auf einen
Druckluftreifen, der aufgrund einer Verbesserung des Laufflächenmusters bzw. der
Laufflächenstruktur eine Kombination aus Fahrstabilität und Fahrkomfort hat.
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Es ist bekannt, daß die Festigkeit bzw. Steifigkeit der Lauffläche eines Reifens die Fahrstabilität
bzw. Spurtreue und den Fahrkomfort in hohem Maße beeinflußt. Es besteht eine gegenläufige
Beziehung zwischen der Fahr- oder Antriebsstabilität bzw. Spurtreue und dem Fahrkomfort,
weshalb es schwierig ist, eine Kombination dieser Eigenschaften in gleicher guter Qualität zu
erreichen. Insbesondere bringt eine Steigerung der Laufflächensteifigkeit eine Steigerung der
Kurvenstabilität bzw. der Fähigkeit, Kurven zu fahren, mit sich, was zu der Verbesserung der
Spurtreue des Reifens beiträgt. Jedoch bringt dies auch eine Zunahme der Stoßkraft mit sich, die
auf die Lauffläche wirkt, so daß der Fahrkomfort gemindert wird. Die Laufflächensteifigkeit kann
relativ leicht durch Veränderung eines Musters verändert werden, welches Rippen und Blöcke
aufweist, die auf der Lauffläche gebildet sind.
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Bei der Kurvenfahrt eines Fahrzeuges wird der Winkel zwischen der Vorwärtsbewegung des
Fahrzeuges relativ zur Umfangsrichtung des abgewinkelten Reifens ein "Schlupfwinkel" genannt.
Bei der normalen Kurvenfahrt eines üblichen Personenkraftwagens beträgt, wie in Figur 6
dargestellt, der Schlupfwinkel θ des Reifens üblicherweise 1º. Aus dieser Blickrichtung weist, wie
in Figur 5 dargestellt, das Laufflächenmuster des konventionellen Reifens für einen
Personenwagen im allgemeinen eine Rippe 1 auf, die entlang der Äquatorlinie (EL) des Reifens vorgesehen
ist, und, in Reihen auf beiden Seiten derselben, eine Mehrzahl von Blöcken 5, die durch
Hauptnuten 3 und Nebennuten 4 aufgeteilt sind. Ein Reifen mit dieser Art von Zentralrippe bringt
jedoch bei einem Schlupfwinkel der nur 1º beträgt eine Zunahme der Kurvenkraft mit sich, was
die Fahrstabilität bzw. Spurtreue sicherstellt. Da jedoch auch die Steifigkeit des zentralen
Abschnittes des Reifens groß ist, ist der Fahrkomfort in nachteiliger Weise schlecht.
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Ein Reifen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist beispielsweise aus der GB-A-2,178,380
(Figur 27a) bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckluftreifen bereitzustellen, der es ermöglicht,
daß man eine Kombination beider Eigenschaften, d.h. der Spurtreue und des Fahrkomforts, auf
hohem Niveau erreichen kann.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckluftreifen bereitzustellen, der nicht
nur hinsichtlich der Spurtreue bei einem Schlupfwinkel von nur etwa 1º ausgezeichnet ist, was bei
der Kurvenfahrt eines typischen Personenkraftwagens oft verwirklicht bzw. verwendet wird,
sondern bei welchem auch der Fahrkomfort während der Geradeausfahrt ausgezeichnet ist.
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Um die vorstehenden Ziele zu erreichen, erfüllen bei dem beschriebenen Druckluftreifen gemäß
der Erfindung der Abstand a der durchgehenden Rippe, welche in Umfangsrichtung des Reifens
die höchste Festigkeit hat, von der Äquatorlinie, und die Breite c der Hauptnut in der
Reifenschulter jeweils die folgenden Beziehungen:
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0,2d ≤ a ≤ 0,65 d .....(I)
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(e/2) ≤ c ≤ (2b/3); .....(II)
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Figur 1 ist die Draufsicht auf ein Beispiel eines Laufflächenmusters eines Reifens gemäß
der vorliegenden Erfindung,
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Figur 2 ist eine Querschnittansicht entsprechend einem Schnitt entlang der Linie II-II in
Figur 1,
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Figuren 3 und 4 sind Vorderansichten auf einen Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung,
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Figur 5 ist eine ebene Ansicht eines Beispieles des Laufflächenmusters des
konventionellen Reifens,
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Figur 6 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit vier Rädern und daran
montierten Reifen,
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Figur 7 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Form der mit dem Boden
in Berührung tretenden Fläche und der Kontaktdruckverteilung eines
gleichmäßigen, glatten Reifens im Fall der Geradeausfahrt,
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Figur 8 ist ein Diagramm, welches die Beziehung der Form der Bodenberührfläche und
die Kontaktdruckverteilung eines gleichmäßigen Reifens zeigt, wenn der Reifen
mit einem Schlupfwinkel von 1º gefahren wird,
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Figur 9 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Kurvenkraft
(CP) des Reifens und der Belastung zeigt, und
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Figur 10 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Stoßkraft in
Tangentialrichtung des Reifens und der Laufgeschwindigkeit des Reifens zeigt.
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Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ist eine Mehrzahl von Hauptnuten 3 auf der Lauffläche
entlang der Umfangsrichtung des Reifens vorgesehen, und gleichzeitig ist eine Anzahl von
Nebennuten 4 so vorgesehen, daß sie die Umfangsrichtung des Reifens diagonal bzw. schräg
kreuzen. Diese Hauptnuten 3 bilden eine Rippe 1 in Umfangsrichtung des Reifens und eine Anzahl
von Blöcken 5 wird auf beiden Seiten der Rippe 1 durch die Nebennuten 4 gebildet. Da die Rippe
1 im Gegensatz zu den Blöcken 5 in Querrichtung des Reifens nicht durch die Nebennuten 4
unterbrochen ist, ist die Festigkeit bzw. Steifigkeit der Rippe 1 in Umfangsrichtung des Reifens viel
größer als die der Blöcke 5.
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Der Reifen mit dem oben beschriebenen Laufflächenmuster wird auf einem Fahrzeug montiert,
so daß die rechte Seite bzw. die linke Seite der Zeichnung der Außenseite bzw. der Innenseite
des Fahrzeuges entsprechen. In einem derart montierten Zustand ist die Rippe 1 in einer von der
Äquatorlinie (EL) des Reifens zur Außenseite des Reifens hin versetzten Position vorgesehen.
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Genauer gesagt hat, wie in Figur 2 dargestellt, die vorstehend beschriebene Rippe ein Maß, so
daß, wenn der Abstand von der Äquatorlinie (EL) des Reifens zu der Zentralposition der Rippe
1 in Breitenrichtung a ist, die Breite der Rippe b ist und die Breite und Tiefe der Hauptnut 3 auf
der Schulterseite (SH) des Reifens, welche der Rippe 1 am nächsten liegt, c bzw. e sind und der
Abstand von der Äquatorlinie (EL) des Reifens zu dem mit dem Boden in Kontakt tretenden Ende
des Schulterbereiches d ist, der Abstand a der Rippe und die Breite c der Hauptnut die in den
oben angegebenen Formeln (I) bzw. (II) definierten Werte.
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Das Vorsehen einer Rippe 1, welche eine höhere Festigkeit bzw. Steifigkeit hat als die anderen
Blöcke 5, trägt in der oben beschriebenen Weise zu einer Verbesserung der Spurtreue beim
Kurvenfahren unter einem geringen Schlupfwinkel bei und verbessert während der Geradeausfahrt
den Fahrkomfort.
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Bezüglich eines glatten Reifens, der kein Laufflächenmuster auf seiner Oberfläche hat, haben die
Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Form der Bodenkontaktfläche und die Verteilung des
Kontaktdruckes des Reifens während der Geradeausfahrt (Schlupfwinkel = 0º) untersucht. Im
Ergebnis hat sich herausgestellt, daß, wie in Figur 7 dargestellt ist, die mit dem Boden in Kontakt
tretende Fläche eine Form hat, welche mit der Bezugszahl 70 bezeichnet ist und der zentrale
Abschnitt CT und beide Schulterbereiche SH haben den höchsten Kontaktdruck. Im Gegensatz
hierzu ist, wenn die Kurvenfahrt auf der linken Seite relativ zur Vorwärtsrichtung unter einem
Schlupfwinkel (SA) von nur 1º durchgeführt wird, wie in Figur 8 dargestellt ist, die Form der
Bodenkontaktfläche so, wie durch die Bezugszahl 80 angezeigt, während die Verteilung des
Kontaktdruckes derart ist, daß der Bereich L auf der rechten Seite des Reifens den höchsten
Kontaktdruck hat und der Kontaktdruck des Zentralbereiches CT des Reifens abgesenkt ist. In
Anbetracht des Vorstehenden wurde eine Rippe mit einer großen Festigkeit in dem Bereich L
vorgesehen, welcher den größten Kontaktdruck zeigte, wenn der Reifen unter dem oben
beschriebenen, kleinen Schlupfwinkel fuhr, was zu einer Verbesserung der Spurtreue aufgrund
der Steigerung der Kurvenkraft beitrug. Weiterhin wird in diesem Fall, da dem Zentralbereich des
Reifens beim Geradeausfahren ein Block mit einer niedrigen Festigkeit entspricht, die Stoßkraft
auf die Lauffläche vermindert, was zu einer Verbesserung des Fahrkomforts beiträgt.
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Wenn der (durch a angezeigte) Abstand der Zentralposition der Rippe 1 in Breitenrichtung von der
Äquatorlinie (EL) kleiner ist als 0,2 mal dem Abstand d zwischen der oben erwähnten Äquatorlinie
(EL) zu dem Ende des Bodenkontaktes des Reifenschulterabschnittes, so wird die
Funktionsfähigkeit bzw. werden die Eigenschaften des Reifens denjenigen eines Reifens ähnlich, welcher
das konventionelle Muster mit zentraler Rippe hat, so daß man keinen ausreichenden Effekt durch
das Versetzen der Rippe 1 von der oben erwähnten Äquatoriallinie erhält. Andererseits ist, wenn
die Rippe 1 in einer Position vorgesehen wird, in welcher der Abstand a größer als 0,65 d ist, die
Position der Rippe 1 zur Verbesserung der Kurvenstabilität bzw. Kurvenfähigkeit so dicht an dem
Hochlastbereich des Schulterendabschnittes des Reifens, daß man durch das Versetzen der
Rippe 1 von der obigen Äquatorlinie keinen ausreichenden Effekt erhält. Weiterhin wird die Fläche
des Schulterabschnittes so klein, daß die Kurvenstabilität im Falle eines großen Schlupfwinkels
(SA) beträchtlich vermindert wird, was in nachteiliger Weise eine gegenteilige Wirkung auf die
praktische Funktionsfähigkeit hat.
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Um in wirksamer Weise den höchsten Kontaktdruck auf die Position aufzubringen, wohin die
Rippe 1, welche eine hohe Steifigkeit hat, versetzt ist, ist es notwendig, daß die Breite c der
Hauptnut 3, welche auf der Seite der Reifenschulter vorgesehen ist, welche der Rippe 1 am
nächsten liegt, die folgende Beziehung erfüllt:
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(e/2) ≤ c ≤ (2b/3).
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Das heißt, wenn die Breite der Hauptnut 3 auf der Seite der an die Rippe 1 angrenzenden
Schulter kleiner ist als die Hälfte der Tiefe der Hauptnut 3, so wird es unmöglich, die Rippe 1
bezüglich der Festigkeit oder Steifigkeit von der Hauptnut 3 unabhängig zu machen. Dies bewirkt,
daß die Hauptnut 3 während einer Kurvenfahrt leicht zusammengedrückt wird und mit der
benachbarten Blockreihe zu einer Einheit wird. Dementsprechend wird nicht nur die Steifigkeit
oder Festigkeit der Rippe, sondern auch der Kontaktdruck vermindert, so daß man keinen
ausreichenden Effekt bezüglich der Verbesserung der Spurtreue erzielen kann.
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Wenn andererseits die Breite c der Hauptnut 3 größer als 2/3 der Breite b der Rlppe 1 ist, wird
der Abrieb der Rippe 1 in spürbarer Weise nachteilig.
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Bei dem Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es keine besondere Einschränkung
bezüglich der besonderen Form und Breite der Rippe, welche eine hohe Festigkeit hat. Die Rippe
kann jedoch in Form einer geraden Linie im wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung des
Reifens oder auch in Form einer gekrümmten Linie verlaufen. Die Breite der Rippe liegt
vorzugsweise zwischen 12 und 25 mm.
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Die Anzahl der Rippen, die auf dem Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind,
ist nicht auf eine beschränkt, was anhand von Beispielen bestätigt wurde, sondern sie kann auch
zwei oder drei betragen. Von diesen Rippen sollte jedoch diejenige, welche die größte Steifigkeit
hat, in der durch die oben beschriebene Formel (I) definierten Position vorgesehen sein. Die Breite
der Rippe, welche die höchste Steifigkeit hat, liegt vorzugsweise zwischen 12 und 25 mm.
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Weiterhin gibt es bezüglich der Rippe 1, welche die höchste Steifigkeit hat, keine besondere
Einschränkung bezüglich der Breite und Tiefe der Hauptnut 3 auf der Seite der Äquatorlinie (EL)
des Reifens. Bevorzugt ist jedoch eine Breite bzw. Tiefe der Hauptnut zwischen 2 und 8 bzw.
zwischen 6 und 8 mm.
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Bei der Rippe und dem Block bzw. den Blockreihen, welche auf dem Reifen gemäß der
vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, ermöglicht die Bereitstellung einer dünnen Einkerbung
2, wie z.B. einer in den Figuren 3 und 4 gezeigten Kerbe, daß die Steifigkeit der Rippe 1 und des
Blockes 5 eingestellt bzw. verändert wird.
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Weiterhin ist es zur Erleichterung der Montage, da es notwendig ist, den Reifen gemäß der
vorliegenden Erfindung an einem Fahrzeug derart zu montieren, daß die Rippe mit der höchsten
Festigkeit auf der Außenseite des Fahrzeuges liegt, bevorzugt, daß eine Markierung auf der Seite
des Reifens angebracht ist, um die Montageart zu kennzeichnen.
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Wie oben beschrieben, ermöglicht der Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kombination
einer Verbesserung der Spurtreue bei einem kleinen Schlupfwinkel mit einer Verbesserung im
Fahrkomfort während der Geradeausfahrt, indem von zumindest einer auf der Lauffläche
vorgesehenen Rippe diejenige mit der höchsten Festigkeit in Umfangsrichtung des Reifens um
einen bestimmten Abstand von der Äquatorlinie des Reifens versetzt angeordnet wird.
Beispiel 1:
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Die folgenden zwei Typen von Reifen, d.h. ein Reifen I gemäß der vorliegenden Erfindung und
ein konventioneller Reifen II wurden hergestellt.
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Diese Reifen hatten jeweils eine Reifengröße von 195/60 R 14, eine Felgengröße von 14 x 6 JJ
und einen Luftdruck von 2,0 kg/cm².
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Reifen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung:
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Laufflächenmuster: Figur 1
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a=30 mm, b = 20 mm, c = 10 mm, d = 70 mm, e = 8 mm
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(a/d) = 0,43
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(e/2) = 4 mm
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(2b/3) = 13,3 mm
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Herkömmlicher Reifen II:
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Laufflächenmuster: Figur 5
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Maße von b, c, d und e: dieselben wie bei dem Reifen I.
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Die Kurvenkraft (CP) wurde unter Einstellung eines Schlupfwinkels θ von 10 nach links relativ zur
Rotationsrichtung des Reifens und unter Änderung der Belastung gemessen. Die Ergebnisse sind
in Figur 9 dargestellt.
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Für den Vergleich wurde die obige Kraft CP gemessen, indem der Reifen 1 der vorliegenden
Erfindung an einem Fahrzeug derart montiert wurde, daß die Rippe mit der höchsten Festigkeit
auf der Innenseite des Fahrzeuges lag. Dieser Vergleichsfall ist als Vergleichsreifen III dargestellt.
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Wie aus Figur 9 deutlich hervorgeht, ist die Kurvenkraft CP des Reifens gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Bereich hoch, in welchem die Last 300 kg überschreitet, und die Kurvenkraft
CP des konventionellen Reifens II und des Vergleichsreifens III sind groß in einem Bereich, wo
die Last unter 300 kg liegt.
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Dies macht deutlich, daß im Hochlastbereich der CP-Wert beträchtlich gesteigert werden kann,
wenn die Festigkeit bzw. Steifigkeit auf der Außenseite des Reifens 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung zunimmt, weil die Rippe, welche die höchste Festigkeit hat, derart vorgesehen ist, daß
die Rippe von der Äquatorlinie zur Außenseite des Reifens hin versetzt ist.
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In dem Niedriglastbereich wirkt die Rippe, welche eine hohe Steifigkeit hat, da der Kontaktdruck
pro Einheitsfläche abgesenkt wird, in entgegengesetzter Weise, so daß ein größerer CP-Wert für
den Vergleichsreifen III und den konventionellen Reifen II erhalten wird, insbesondere für den
Vergleichsreifen III, bei welchem die Rippe bzw. die Blockreihen, welche eine niedrige Festigkeit
haben, auf der Innenseite bzw. auf der Außenseite des Reifens angeordnet sind.
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Generell gilt, daß die Kurvenkraft des Reifens, bei welchem die Rippe mit der hohen Steifigkeit
auf der Außenseite der Kurven- bzw. Wenderichtung des Fahrzeuges liegt, größer ist als die
statische Last (300 kg in Figur 9) des Fahrzeuges, da die Last sich in der Kurvenrichtung des
Fahrzeuges (zur Kurvenaußenseite) bewegt.
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Im Gegensatz hierzu ist die Kurvenkraft des Reifens, bei welchem die Rippe mit der großen
Festigkeit auf der Innenseite bezüglich der Wenderichtung bzw. Kurvenrichtung des Fahrzeuges
liegt, niedriger als die statische Last des Fahrzeuges.
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Das heißt, die Wendigkeit bzw. Kurvenfähigkeit des Fahrzeuges ist proportional zu der Summe
der CP-Werte des Reifens auf der Außenseite und auf der Innenseite des Fahrzeuges. In Figur
9 sind deshalb die CP-Werte des Reifens 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, des
konventionellen Reifens II und des Vergleichsreifens III M + N bzw. O + P bzw. Q + R, d.h. der
Vergleichsreifen III hat den niedrigsten CP-Wert. Deshalb ist die Reihenfolge der Spurtreue
folgendermaßen: Reifen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung > konventioneller Reifen II >
Vergleichsreifen III.
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Der vorstehend beschriebene Reifen I gemäß der vorliegenden Erfindung und der konventionelle
Reifen II wurden jeweils durch drei Teilnehmer bzw. Testfahrer einem Test an einem echten
Fahrzeug ausgesetzt um die Steuerbarkeit, das Ansprechen und die Stabilität auf der Grundlage
bzw. Skala von 10 Punkten (Durchschnittswert, bis auf die erste Stelle gerundet) zu ermitteln, um
dadurch die Spurtreue bzw. Fahrstabilität zu bewerten.
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Zum Vergleich wurde der vorstehende Test für die Spurtreue dadurch ermittelt, daß der Reifen
1 gemäß der vorliegenden Erfindung auf dem Reifen derart montiert wurde, daß die Rippe mit der
höchsten Festigkeit auf der Innenseite des Fahrzeuges angeordnet war. Dieser Vergleichsfall ist
als Bezugsreifen III dargestellt.
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Die Ergebnisse waren die folgenden:
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Reifen I gemäß der vorliegenden Erfindung: 8,7
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konventioneller Reifen II: 7,3
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Bezugsreifen III: 6,3
Beispiel 2:
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Reifen I gemäß der vorliegenden Erfindung und der konventionelle Reifen II, die jeweils wie in
Beispiel 1 hergestellt wurden, wurden einem Test bezüglich des Fahrkomforts unterzogen durch
Messung der tangentialen Stoßkraft auf den Reifen, welche während der Fahrt auf einen
Vorsprung mit einem Fahrtrommeltestgerät aufgebracht wurde, welches eine Fahrtrommel von
2.500 mm Durchmesser aufwies und einen halbkreisförmigen Vorsprung von 10 mm im Radius
hatte, der auf der Außenseite in Richtung der Trommelwelle vorgesehen war. Die Ergebnisse sind
in Figur 10 dargestellt.
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Aus Figur 10 wird deutlich, daß der Reifen I gemäß der vorliegenden Erfindung und der Reifen
III im gesamten Geschwindigkeitsbereich eine geringere tangentiale Stoßkraft als der
konventionelle Reifen II aufweisen, was in hohem Maße den Fahrkomfort beeinflußt. Dies liegt daran,
daß der Reifen I gemäß der vorliegenden Erfindung und der Reifen III jeweils eine geringere
Steifigkeit bzw. Festigkeit als der konventionelle Reifen II in ihrem Zentralbereich haben, welcher
während der Geradeausfahrt den höchsten Kontaktdruck hat.
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Weiterhin wurden diese Reifen jeweils einem realen Fahrzeugtest durch drei Teilnehmer bzw.
Testfahrer unterzogen, um eine gefühlsmäßige Auswertung des Fahrkomforts auf der Basis einer
10 Punkte-Bewertung durchzuführen (Durchschnittswert, bis auf die erste Stelle gerundet).
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Die Ergebnisse waren die folgenden:
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Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung: 7,7
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konventioneller Reifen II: 7,0
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Bezugsreifen III: 7,7
Vergleichsbeispiel:
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Vier Typen von Vergleichsreifen IV bis VII wurden hergestellt, wobei die Werte von a, b, c, das
Verhältnis a/d und das Verhältnis 2b/3 entsprechend der folgenden Tabelle verändert wurden.
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Diese Reifen wurden dann unter denselben Bedingungen wie bei der Bewertung des Reifens I
gemäß der vorliegenden Erfindung bewertet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle
wiedergegeben.
Vergleichsreifen
Spurtreue:
Fahrkomfort:
Verschleißfestigkeit:
ohne Probleme
Verschleiß der äußeren Schulter
ohne Probleme
schneller Verschleiß der Rippe
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Der Vergleichsreifen IV hatte dieselben Eigenschaften wie der konventionelle Reifen II, bei
welchem eine Rippe in dem Zentralbereich vorgesehen war.
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Der Vergleichsreifen V war schlecht bezüglich der Spurstabilität und der Verschleißfestigkeit
aufgrund eines allzu kleinen Maßes des Schulterblockes, welcher in dem mit dem Boden in
Kontakt tretenden Endabschnitt vorgesehen war. Weiterhin war der Vergleichsreifen V auch
hinsichtlich des Fahrkomforts schlecht, weil die Rippe dem Schulterbereich entsprach, welcher
einen großen Kontaktdruck aufwies.
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Der Vergleichsreifen VI zeigte einen niedrigen Kontaktdruck der Rippe und keine Steigerung des
CP-Wertes, so daß keine spürbare Verbesserung der Spurtreue bzw. Fahrstabilität erzielt wurde.
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Der Vergleichsreifen VII zeigte beim Kurvenfahren einen außerordentlichen Verschleiß.