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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialreifen für Personenwagen,
dessen Gewicht verringert ist und der Reifengeräusche verringern kann.
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In letzter Zeit ist zur Energieeinsparung eine Gewichtsverringerung eines
Reifens für Personenwagen gefordert worden. So wie Verfahren zum
Verringern des Reifengewichts, wie eine Verringerung der Größe und Dicke
des Reifens, kann das Gewicht des Reifens auch effektiv verringert
werden, indem Corde aus Fasern aus aromatischem Polyamid als eine
Alternative zu Stahl für die Gürtelcorde angewandt werden.
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Wenn Fasern aus aromatischem Polyamid als die Gürtelcorde verwendet
werden, gibt es jedoch darin ein Problem, daß der Geräuschpegel während
des Fahrens im Vergleich mit Stahlcorden erhöht ist.
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Die Erfinder untersuchten die Ursachen des Geräusches und fanden
heraus, daß der Geräuschpegel in einem Reifen mit einer Gürtelschicht aus
Fasercorden aus aromatischem Polyamid bei ungefähr 500 Hz erhöht war,
wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Zusätzlich wurde eine primäre Resonanzmode
bei ungefähr 500 Hz gefunden, indem die Kennlinie der
Schwingungsübertragung in einer Querschnittsfläche in der Richtung des Meridians
des Reifens gemessen wurde. Die Erfinder erkannten, daß eine
Gürtelschicht aus Fasercorden aus aromatischem Polyamid eine höhere
Kennlinie der Schwingungsübertragung als ein Gürtel aus Stahlcorden aufweist,
das heißt, sie wird leichter in Schwingung versetzt. Es wird angenommen,
daß dies der Fall ist, weil die Faser aus aromatischem Polyamid
hinsichtlich einer Festigkeit gegenüber Zug einem Stahlcord äquivalent ist, aber
dem letzteren im Hinblick auf die Druckfestigkeit unterlegen ist. In Fig. 5
sind Ergebnisse einer Frequenzanalyse jeweils für einen Reifen mit zwei
Stahlcordlagen durch eine gestrichelte Linie bzw. für einen Reifen mit zwei
Fasercordlagen aus aromatischem Polyamid durch eine durchgezogene
Linie gezeigt.
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Infolge dieser und anderer Untersuchungen über die Ausgestaltung eines
Laufstreifens im Meridianabschnitt entdeckten die Erfinder auch, daß die
Schwingungsbeschleunigung im zentralen Bereich eines Laufstreifens in
Abhängigkeit von der Lage einer Umfangslaufstreifenrille merklich
verändert wurde.
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Ein Reifen mit einem Laufstreifen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1
ist beispielsweise aus der EP-A-0 175 829 bekannt. Ein Leichtgewicht-
Radialreifen mit verringertem Geräusch, der eine Gürtelschicht aufweist,
die aus Lagen aus Fasercorden aus aromatischem Polyamid hergestellt ist,
ist beispielsweise aus der JP-A-4 208 607 bekannt.
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Es ist ein Hauptziel der Erfindung, einen Radialreifen für Personenwagen
zu schaffen, dessen Gewicht verringert ist und der dennoch in der Lage
ist, das Geräusch zu verringern.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Reifen für
Personenwagen eine radiale Karkasse, die sich von einem Laufstreifen
durch Seitenwände erstreckt und an jedem Rand um einen Wulstkern
eines Wulstes herumgefaltet ist, und eine Gürtelschicht, die radial
außerhalb der Karkasse angeordnet ist, wobei der Laufstreifen mehrere
Umfangsrillen aufweist, die sich auf einer Laufstreifenfläche in der
Umfangs
richtung des Reifens erstrecken, wobei, wenn die Aufstandsfläche der
Laufstreifenfläche im wesentlichen in drei Aliquoten in der Axialrichtung
des Reifens unterteilt ist, so daß ein zentraler Bereich C und seitliche
Bereiche S, S, jeweils einer auf jeder Seite von diesem, gebildet sind, ein
Verhältnis ΣWs/ΣWc zwischen einer Gesamtsumme ΣWs der Breite Ws in der
Axialrichtung des Reifens der Umfangsrillen, die in dem seitlichen Bereich
S vorgesehen sind, und einer Gesamtsumme ΣWc der Breite Wc in der
Axialrichtung des Reifens der Umfangsrillen, die in dem mittleren Bereich
C vorgesehen sind, auf 0,8 bis 2,0 festgelegt ist, der zentrale Bereich C mit
zwei zentralen Umfangsrillen versehen ist, die symmetrisch zum
Reifenäquator CO angeordnet sind, wobei jeder der seitlichen Bereiche S mit
einer seitlichen Umfangsrille versehen ist, die symmetrisch zum
Reifenäquator CO angeordnet ist, und der Laufstreifengummi, der zwischen der
Laufstreifenfläche und der Gürtelschicht festgelegt ist, im wesentlichen in zwei
äußere Rippenabschnitte zwischen einer radialen Linie Y1 von einem
Rand der Aufstandsfläche und einer radialen Linie Y2 von einer Mitte
eines Rillengrundes der seitlichen Umfangsrille, zwei innere
Rippenabschnitte zwischen der radialen Linie Y2 und einer radialen Linie Y3 von
einer Mitte eines Rillengrundes der zentralen Umfangsrille, und einen
zentralen Rippenabschnitt zwischen den radialen Linien Y3 unterteilt ist,
und das Verhältnis Mb/Ma zwischen der Gummimasse Mb des inneren
Rippenabschnitts und der Masse Ma auf 1,0 bis 1,5 festgelegt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reifen ein Radialreifen mit einem
Aspektverhältnis von 0,4 bis 0,6 ist, wobei die Gürtelschicht zwei Gürtellagen aufweist,
die einander überlappen, und eine der Gürtellagen Gürtelcorde aus
Fasern aus aromatischem Polyamid umfaßt, eine weitere Gürtellage
Gürtelcorde aus Fasern aus aromatischem Polyamid oder Stahlfasern umfaßt,
und daß das Verhältnis Mc/Ma zwischen der Gummimasse Mc des
zen
tralen Rippenabschnitts und der Gummimasse Ma des äußeren
Rippenabschnitts auf 0,8 bis 1,5 festgelegt ist.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft
unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen
beschrieben, in denen
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Fig. 1 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform der
Erfindung zeigt,
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Fig. 2 eine Draufsicht ist, die das Laufstreifenprofil des Reifens von
Fig. 1 veranschaulicht,
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Fig. 3 ein Diagramm ist, das einen Zusammenhang zwischen dem
Rillenbreitenverhältnis und dem Beschleunigungsniveau zeigt,
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Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Geräuschfrequenzanalyse für einen
Reifen der Erfindung und einen Vergleichsreifen zeigt,
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Fig. 5 ein Diagramm ist, das eine Geräuschfrequenzanalyse für
Gürtelschichten mit einer Stahlcordlage bzw. einer Fasercordlage
aus aromatischem Polyamid zeigt,
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Fig. 6 eine Draufsicht ist, die das Laufstreifenprofil des
herkömmlichen Reifens von Tabelle 1 zeigt,
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Fig. 7 eine schematischen Darstellung ist, welche die
Gesamtrillenbreite erläutert, wenn sich die Rille auf einer Dreisektorlinie J
erstreckt,
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Fig. 8 eine schematischen Darstellung ist, welche die
Gesamtrillenbreite erläutert, wenn die Rillenbreite schwankt,
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Fig. 9 eine Teilquerschnittsansicht ist, welche den
Laufstreifengummi erläutert.
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Die Ausführungsform umfaßt einen Niederaspekt-Radialreifen für
Personenwagen, der zwei Wülste 4, die jeweils einen Wulstkern 5 aufweisen,
Seitenwände 3, die sich von den Wülsten 4 in der Radialrichtung des
Reifens nach außen erstrecken, und einen Laufstreifen 2 umfaßt, der eine
Verbindung zwischen ihren äußeren Enden herstellt. Das
Aspektverhältnis der Reifenquerschnittshöhe zur Reifenbreite beträgt 0,4 bis 0,6.
Zwischen den Wülsten 4 erstreckt sich eine radiale Karkasse 6 unter beiden
Rändern des Laufstreifens 2 durch die Seitenwände 3, und ihre Ränder
sind von der Innenseite zur Außenseite um den Wulstkern 5 herum
umgefaltet. Eine Gürtelschicht 7 ist auf der Karkasse 6 und von dem
Laufstreifen 2 radial innenliegend vorgesehen. Zusätzlich ist in jedem Wulst
zwischen dem Hauptteil der Karkasse 6 und ihrem umgefalteten Teil ein
Wulstkernreitergummi 8 vorgesehen, der sich von dem Wulstkern 5 radial
nach außen erstreckt.
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Die Karkasse 6 umfaßt zwei Lagen aus Karkassencorden, die unter einem
Winkel von 70 bis 90 Grad zum Reifenäquator CO schräggestellt sind. Als
die Karkassencorde können derartige organische Fasercorde, wie Nylon,
Polyester oder aromatisches Polyamid, verwendet werden.
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Die Gürtelschicht 7 umfaßt zwei Gürtellagen, deren Ränder geschnitten
sind. Eine erste Gürtellage 7a und eine zweite Gürtellage 7b sind der
Reihe nach von der Karkasse 6 in Richtung der Laufstreifenfläche 2A
angeordnet. Die zweite Gürtellage 7b ist derart gebildet, daß sie eine
geringfügig kleinere Breite als diejenige der ersten Gürtellage 7a aufweist, und die
Breite des überlappenden Teils der beiden Gürtellagen 7a, 7b fällt
dadurch mit der Breite der zweiten Gürtellage 7b zusammen. Die maximale
Breite WB der Gürtellagen ist auf das 0,8 bis 1,1fache der Breite WT der
Aufstandsfläche des Laufstreifens 2 festgelegt.
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Hier ist die Aufstandsfläche als der Bereich der Laufstreifenfläche
festgelegt, der in dem Zustand in Kontakt mit dem Boden gelangt, in dem auf
eine reguläre Felge aufgezogen ist, auf 70% des regulären Innendrucks
aufgepumpt ist und mit 88% der normalen Last, wobei die reguläre Felge
die Felge ist, die für den Reifen offiziell beispielsweise durch die JATMA
(Japan), die TRA (USA), die ETRTO (Europa) oder dergleichen zugelassen
ist, der reguläre Innendruck der maximale Luftdruck für den Reifen ist,
der offiziell in der Luftdruck/Max.-lasten-Tabelle beispielsweise durch die
JATMA (Japan), die TRA (USA), die ETRTO (Europa) oder dergleichen
spezifiziert ist, und die normale Last die maximale Last für den Reifen ist, die
offiziell in der Luftdruck/Max.-lasten-Tabelle beispielsweise durch die
JATMA (Japan), die TRA (USA), die ETRTO (Europa) oder dergleichen
spezifiziert ist.
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Die ersten und zweiten Gürtellagen 7a, 7b sind aus Gürtelcorden
zusammengesetzt, die unter einem Schrägstellungswinkel von 5 bis 30 Grad zum
Reifenäquator ausgerichtet sind, so daß die Corde der einen Lage zu den
Corden der anderen Gürtellage überkreuz gelegt sind. Für die Gürtelcorde
der Gürtellage 7a, 7b, sind die Gürtelcorde der einen Gürtellage
Fasercorde aus aromatischem Polyamid, und die Gürtelcorde der anderen
Gürtellage sind Fasercorde aus aromatischem Polyamid oder Stahlfasercorde.
Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist die erste Gürtellage 7a aus
Stahlfasercorden zusammengesetzt und die zweite Gürtellage 7b aus
Fasercorden aus aromatischem Polyamid, außerdem weisen die Gürtelcorde der
Gürtellagen 7a, 7b einen Zugelastiziätsmodul von 600 kg/mm² oder mehr,
eine Cordgröße von 750 d/2 bis 3000 d/2 und eine Corddichte in den
Lagen von 80 bis 150 pro 10 cm auf.
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Die Gürtellage 7 kann eine Bandlage umfassen, die auf der zweiten
Gürtellage 7b angeordnet ist, so daß sie die Gürtellagen bedeckt. Die Bandlage
dient dazu, zu verhindern, daß der Gürtel durch die Zentrifugalkraft bei
Hochgeschwindigkeitsfahrt abgehoben wird, und kann aus einer Lage mit
geschnittenem Ende aus organischen Fasercorden gebildet sein, die unter
einem Winkel von 0 bis 5 Grad zum Reifenäquator CO ausgerichtet sind.
Die Dicke des Bandcords kann kleiner als die oben erwähnte Dicke des
Gürtelcords sein, und es können Fasercorde aus aromatischem Polyamid
mit einer Dicke von 20 bis 50% des Gürtelcords als Bandcorde angewandt
werden. Die Bandlage kann durch eine Endloslage gebildet sein, wobei ein
schmaler Lagenstreifen aus mit einer Gummierung überzogenen
organischen Fasercorden spiralförmig gewickelt ist.
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Die Laufstreifenfläche 2A des Laufstreifens 2 ist mit mehreren sich in der
Umfangsrichtung erstreckenden Umfangsrillen 10 (11, 12) und mehreren
sich in der Querrichtung erstreckenden seitlichen Rillen 10A versehen,
wobei diese die Umfangsrillen 10 (11, 12) kreuzen, so daß ein Block- oder
Rippenprofil gebildet ist.
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Andererseits ist die Aufstandsfläche durch Dreisektorlinien J, J im
wesentlichen in drei Aliquoten, einen zentralen Bereich C und zwei seitliche
Bereiche S. von denen sich jeweils einer auf jeder Seite von diesem
befindet, unterteilt. Das Verhältnis der Gesamtrillenbreite ΣWs der
Umfangsrillen im seitlichen Bereich S zur Gesamtrillenbreite ΣWc der
Umfangsrillen im mittleren Bereich C ist auf 0,8 bis 2,0 festgelegt. Die Umfangsrillen
10 können gerade Rillen, die parallel zum Reifenäquator CO liegen, oder
Zickzack-Rillen sein.
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Hier wird die Breite Ws, Wc der Umfangsrille 10 (11, 12) auf der
Laufstreifenfläche 2A in der Axialrichtung des Reifens gemessen. Die
Gesamtrillenbreite ΣWs ist die Gesamtsumme der Breiten Ws der Umfangsrillen 12, die
im seitlichen Bereich 5 vorgesehen sind, und die Gesamtrillenbreite ΣWc
ist die Gesamtsumme der Breite Wc der Umfangsrillen 11, die im mittleren
Bereich C vorgesehen sind. Wenn eine Umfangsrille 10 (11, 12) auf den
Dreisektorlinien J liegt, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, wird die Breite W der
Umfangsrille 10 (11, 12) durch die Dreisektorlinien J in ein
Breitenelement Ws im seitlichen Bereich 5 und ein Breitenelement Wc im mittleren
Bereich C unterteilt, und die Breitenelemente Ws, Wc sind auf die
Gesamtbreite ΣWs bzw. ΣWc verteilt. Wenn die Breite oder das
Breitenelement der Umfangsrille 10 (11, 12) an jeder Position x der
Reifenumfangsrichtung F schwankt, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, wird die
Durchschnitts
breite der Umfangsrille 10 (11, 12) entlang der gesamten Rillenlänge
angewandt. Diese Durchschnittsbreite ist durch den folgenden numerischen
Ausdruck gegeben:
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wobei X die volle Länge der Umfangsrille ist.
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Durch Verändern der Lage und Breite der in dem zentralen Bereich des
Laufstreifens angewandten Umfangsrillen und Messen der
Beschleunigung des Laufstreifens zum Zweck eines Verringerns der
Übertragungsfähigkeit für Schwingungen ist infolgedessen bestätigt, wie es in Fig. 3
gezeigt ist, daß das Beschleunigungsniveau abgesenkt wurde, wenn das
Verhältnis ΣWs/ΣWc der Gesamtrillenbreite 2,0 oder weniger betrug und
das Geräusch bei ungefähr 500 Hz dann verringert war. Hier bedeutet die
Übertragungsfähigkeit für Schwingungen das Verhältnis einer
Erregungsbeschleunigung, die an dem zentralen Bereich durch einen Erreger erregt
wird, und eine Schwingungsbeschleunigung, die an der entgegengesetzten
Position des zentralen Bereichs zu der Position gemessen wird, die von
dem Erreger erregt wird.
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Wenn das Volumen der Umfangsrillen in den seitlichen Bereichen
verringert ist, so daß das Verhältnis ΣWs/ΣWc der Gesamtrillenbreite kleiner als
0,8 ist, ist die Steifigkeit des Profils unausgeglichen und die Lenkstabilität
ist herabgesetzt.
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In der Laufstreifenfläche 2A ist ein zentraler Bereich C mit zwei zentralen
Umfangsrillen 11, 11 versehen, die symmetrisch zum Reifenäquator CO
angeordnet sind, und zwei seitliche Bereiche S, S auf jeder Seite von
diesem sind mit seitlichen Umfangsrillen 12, 12 versehen, und zwar eine für
jeden Bereich, die symmetrisch zum Reifenäquator CO liegen, wie es in
Fig. 2 gezeigt ist.
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Somit ist der Laufstreifengummi 9 in zwei äußere Rippenabschnitte 14, 14
zwischen der radialen Linie Y1 und der radialen Linie Y2, zwei innere
Rippenabschnitte 15, 15 zwischen der radialen Linie Y2 und der radialen Linie
Y3 und einen zentralen Rippenabschnitt 16 zwischen den radialen Linien
Y3, Y3 unterteilt.
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Die Rillenbreiten Ws, Wc der Umfangsrillen 11, 12 sind derart festgelegt,
daß das Verhältnis ΣWs/ΣWc, in diesem Fall das Verhältnis Ws/2Wc, im
Bereich von 0,8 bis 2,0 liegt.
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Außerdem ist bei der Ausführungsform das Verhältnis Mc/Ma zwischen
der Gummimasse Mc des zentralen Rippenabschnitts 16 und der
Gummimasse Ma des äußeren Rippenabschnitts 14 im Bereich von 0,8 bis 1,5
festgelegt, und das Verhältnis Mb/Ma zwischen der Gummimasse Mb des
inneren Rippenabschnitts 15 und der Masse Ma beträgt 1,0 bis 1,5. Die
Lenkstabilität ist herabgesetzt, wenn das Verhältnis der Masse Mc/Ma
kleiner als 0,8 ist oder das Verhältnis Mb/Ma kleiner als 1,0 ist, während
das Geräusch bei ungefähr 1000 Hz erhöht ist, wenn das Verhältnis
Mc/Ma 1,5 überschreitet oder das Verhältnis Mb/Ma 1,5 überschreitet.
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Wenn der Abstand La von einem äußeren Rand Fe des überlappenden
Teils der Gürtellagen zum Schwerpunkt Ga des äußeren Rippenabschnitts
14 in seiner Querschnittsfläche und ein Abstand Lb von dem äußeren
Rand Fe zum Schwerpunkt Gb des inneren Rippenabschnitts 15 in seiner
Querschnittsfläche und ein Abstand Lc von dem äußeren Rand Fe zum
Schwerpunkt Gc des zentralen Rippenabschnitts 16 in seiner
Querschnittsfläche berechnet werden, wird bei dieser Ausführungsform
außerdem der Laufstreifengummi 9 derart gesteuert, daß das Verhältnis
L0a/L0c zwischen dem Durchschnitt L0a des Abstandes La zum
Durchschnitt L0c eines Abstandes Lc 0,35 bis 0,45 beträgt, und das Verhältnis
L0b/L0c zwischen dem Durchschnitt L0b des Abstandes Lb zum
Durchschnitt L0c des Abstandes Lc 0,55 bis 0,75 beträgt.
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Hier schwanken die Schwerpunkte Ga, Gb, Gc durch ein Muster von
seitlichen Rillen 10A gemäß den Querschnittsformen des Rippenabschnitts,
die an jedem Punkt in der Umfangsrichtung schwanken. Deshalb sind die
Durchschnitte L0a, L0b und L0c der Abstände La, Lb und Lc über die
gesamte Rippenlänge durch den folgenden numerischen Ausdruck gegeben,
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wobei X die volle Länge des Rippenabschnitts ist.
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Die Lenkstabilität ist herabgesetzt, wenn das Abstandsverhältnis L0a/L0c
kleiner als 0,35 ist, und das Geräusch bei 1000 Hz ist erhöht, wenn das
Verhältnis L0a/L0c größer als 0,45 ist oder das Verhältnis L0b/L0c
kleiner als 0,55 ist, während das Geräusch bei ungefähr 500 Hz erhöht ist,
wenn das Verhältnis Lb/Lc 0,75 überschreitet.
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Solange das Verhältnis ΣWs/ΣWc der Gesamtrillenbreite innerhalb des
Bereiches von 0,8 bis 2,0 liegt, können bei dieser Ausführungsform
außerdem mehrere zentrale Umfangsrillen 11 und seitliche Umfangsrillen 12
jeweils in den zentralen und seitlichen Bereichen C bzw. S vorgesehen
sein.
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Es wurden Prototypen von Reifen (Ausführungsformen 1 bis 3) der Größe
225/50R16 und mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau gemäß den in den
Ta
bellen 1, 2 gezeigten Spezifikationen hergestellt und auf ihre
Leistungsfähigkeit getestet. Es wurden ebenfalls Reifen mit einem herkömmlichen
Aufbau (Vergleichsbeispiel 1) und einem zu demjenigen der Erfindung
unterschiedlichen Aufbau getestet.
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Die Tests wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
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1) Reifengewicht
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Es wurde das Nettogewicht jedes Reifens gemessen und als ein Index
gezeigt, wobei derjenige des Vergleichsbeispiels 1 auf 1000 festgelegt wurde.
Eine niedrigere Punktzahl zeigt, daß der Reifen leichter ist.
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2) Geräuschmessung in 500-Hz- und 1000-Hz-Bändern.
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Es wurde ein Test gemäß dem durch die JASO C606 spezifizierten
Testverfahren für Reifengeräusche durchgeführt. Bei den Tests wurden die
Probereifen auf einen Innendruck von 2,0 kg/cm² aufgepumpt, mit 350 kg
belastet und mit einer Geschwindigkeit von 60 Km/h gefahren, und das
Ergebnis wurde für ein Band einer 1/3 Oktave analysiert.
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Wie es zu sehen ist, waren die Reifen der Erfindung leichter und erzeugten
in den kritischen Bändern weniger Geräusch.
TABELLE 1
TABELLE 2