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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Luftreifen, der eine verbesserte Gürtelstruktur aufweist, die
in der Lage ist, das Reifengewicht zu verringern ohne die Reifenfestigkeit
und den Ringeffekt des Gürtels
zu vermindern.
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Als ein Lösungsansatz für die Umweltprobleme,
wie der globalen Erwärmung
und der Luftverschmutzung, ist es ein Hauptanliegen, den Kraftstoffverbrauch
von Automobilen zu verbessern. Bei Reifen ist es deshalb sehr wichtig,
das Gewicht zu verringern, was besonders bei Luftreifen für Schwerlastfahrzeuge,
wie Lastwagen und Busse, zutrifft.
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Heutzutage sind Radialreifen weit
verbreitet, und diese sind radial außerhalb der Karkasse (a) mit
einem Breaker (b) ausgerüstet
um, wie in 10 gezeigt
ist, den Laufflächenabschnitt
zu verstärken.
Im Allgemeinen besteht der Breaker für Schwerlastradialreifen aus
vier Lagen (b1–b4)
gummierter paralleler Corde mit geschnittener Kante, um die nötige Festigkeit
für die
Laufflächenabschnitt
bereitzustellen. Wird die Anzahl der Lagen mit geschnittener Kante
verringert, wird es für
den Reifen schwer, einen Festigkeitstest zu bestehen. Hier entspricht
die Festigkeit (im Fol- genden Stößelfestigkeit genannt) der
so genannten Stößelenergie,
die entsprechend dem in der Japanischen Industrienorm D4230 spezifizierten
Verfahren ermittelt wird.
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Andererseits wird, wenn der Neigungswinkel
der Breakercorde zum Reifenäquator C vergrößert wird, der
Umhüllungseffekt
auf Kosten des Ringeffekts verbessert. Deshalb gibt es einige Fälle, bei
denen die notwendige Stößelfestigkeit
ausschließlich
durch die Vergrößerung des
Neigungswinkels erreicht werden kann, sogar wenn die Anzahl der
Breakerlagen ver ringert wird. In diesem Fall ist jedoch wegen des
verkleinerten Ringeffekts ein Anwachsen unvermeidlich, besonders
ein teilweise größeres Anwachsen
in der Laufflächenkrone.
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Das europäische Patent 0 733 115 offenbart
einen Luftreifen mit mindestens einer Lage Karkasscorde im Winkel
von 70 bis 90 Grad und einem Breaker in einem Laufflächenabschnitt,
der radial äußere und
innere Lagen mit entgegengesetzten Cordneigungen im Bereich von
10 bis 45 Grad und ein Band zwischen der Karkasse und dem Breaker
umfasst, das spiralförmige
Windungen aus mindestens einem Cord unter zwischen 0 und 10 Grad
zur Umfangsrichtung des Reifens umfasst.
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Solche Konstruktionen sorgen jedoch
nur für
einen Widerstand gegen das Anwachsen des Reifens, und es ist ein
Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen bereitzustellen,
bei dem das Reifengewicht verringert ist ohne die Stößelfestigkeit
herabzusetzen, und bei dem gleichzeitig das oben genannte ungünstige Anwachsen
des Reifens verhindert werden kann.
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Entsprechend liefert die vorliegende
Erfindung einen Luftreifen wie in Anspruch 1 beschrieben. Weitere
Aspekte der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 beansprucht.
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Nun wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung detailliert in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen beschreiben, in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
schematische, abgewickelte Draufsicht ist, die eine Anordnung von
Karkasse, Band und Breaker zeigt, wobei eine der zickzackförmigen Windungen
des Streifens gezeigt ist, die anderen jedoch weggelassen sind;
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3 eine
Perspektivansicht des Streifens ist, der dazu verwendet wird, den
Breaker und das Band herzustellen;
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4 ein
Diagramm ist, das die Biegungen des zickzackförmigen Streifens darstellt;
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5 eine
Graphik ist, die Veränderungen
des Reifendurchmessers am Reifenäquator
als eine Funktion der Laufstrecke zeigt;
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6 eine
Graphik ist, die Veränderungen
des Reifendurchmessers an der Reifenschulter als eine Funktion der
Laufstrecke zeigt;
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7 eine
Graphik ist, die Veränderungen
des Krümmungsradius
im Laufflächenkronenabschnitt
als eine Funktion der Laufstrecke zeigt;
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8 eine
Graphik ist, die Zusammenhänge
zwischen Stößelfestigkeit
und Reifengewicht zeigt;
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9 eine
Graphik ist, die einen Zusammenhang zwischen dem BKW/TW-Verhältnis und
der Seitenführungskraft
zeigt und
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10 eine
abgewickelte Draufsicht ist, die eine herkömmliche Gürtelanordnung für Schwerlastradialreifen
zeigt.
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In 1 ist
der Reifen mit der vorliegenden Erfindung ein Schwerlastradialreifen
für eine
Tiefbettfelge mit 15 Grad Wandneigung.
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Der Reifen umfasst einen Laufflächenabschnitt 2,
ein Paar axial beabstandet angeordnete Wulstabschnitte 4,
die jeweils einen Kern 5 enthalten, ein Paar Seitenwandabschnitte 3,
die sich zwischen den Laufflächenkanten
und den Wulstabschnitten 4 erstrecken, eine Karkasse 6,
die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt, und
einen Gürtel 7, 9 zur
Verstärkung
der Lauffläche,
der radial außerhalb
der Karkasse 6 und innerhalb eines Laufflächengummis
angeordnet ist.
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Die Karkasse 6 ist zusammengesetzt
aus mindestens einer Lage 6a Corde 6c, die radial
unter einem Winkel im Bereich von 70 bis 90 Grad zum Reifenäquator C angeordnet
ist und sich zwischen den Wulstabschnitten 4, durch die
Lauffläche 2 und
Seitenwandabschnitte 3 erstreckt und in jedem der Wulstabschnitte 4 um
den Wulstkern 5 zur Befestigung an diesem umgeschlagen
ist. In diesem Beispiel besteht die Karkasse 6 aus einer
einzelnen Lage 6a, die von der Innenseite zur Außenseite
des Reifens um die Wulstkerne 5 herum umgeschlagen ist.
Für die
Karkasscorde 6c werden in diesem Beispiel Stahlcorde verwendet.
Jedoch können organische
Fasercorde, wie zum Beispiel Polyester, Nylon, Rayon, aromatische
Polyamide und dergleichen, allein oder in Kombination mit Stahlcorden
verwendet werden.
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Der oben genannte Gürtel besteht
aus einem Band 9 und einem Breaker 7.
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Das Band 9 ist radial außerhalb
der Karkasse angeordnet und ist aus spiralförmigen Windungen mindestens
eines Cords 13 zusammengesetzt. Sein Cordwinkel liegt dabei
im Bereich von weniger als 10 Grad, vorzugsweise weniger als 5 Grad,
zur Umfangsrichtung des Reifens. In diesem Beispiel ist der Winkel
annähernd
Null. Die axiale Breite BW des Bandes 9 ist im Bereich
des 0,2 bis 0,8fachen der Laufflächenbreite
TW festgelegt.
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Für
den Bandcord 13 werden vorzugsweise Stahlcorde oder hochmodulige
organische Fasercorde, wie beispielsweise Corde aus aromatischen
Polyamiden verwendet. Relativ niedrigmodulige organische Fasercorde,
wie beispielsweise Nylon, Polyester und ähnliche, können jedoch verwendet werden.
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In diesem Beispiel ist das Band 9 gebildet,
indem ein Streifen 14 kontinuierlich spiralförmig von
einer Kante des Bandes 9 zur anderen Kante gewickelt ist,
so dass die Kanten 14a des Streifens 14 aneinander
stoßen.
Der Streifen 14 wird später
beschrieben.
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Hier stellt die Laufflächenbreite
TW die maximale axiale Breite der Aufstandsfläche dar, die unter Standardbedingungen
den Boden berührt,
bei welchen der Reifen auf eine Standardfelge aufgezogen und bis
zu einem Standarddruck aufgepumpt wird und dann mit einer Standardbelastung
beaufschlagt wird. Die Standardfelge ist die „Standardfelge", die spezifiziert
ist in JATMA, die „Measuring
Rim" in ETRTO, die „Design
Rim" in TRA und dergleichen. Der Standarddruck ist der „Maximum
Air Pressure" in JATMA, der „Inflation
Pressure" in ETRTO, der maximale Druck, der in der Tabelle „Tyre Load
Limits at Various Cold Inflation Pressures" in TRA angegeben ist
oder dergleichen. Die Standardlast ist die „Maximum Load Capacity" in
JATMA, die „Load
Capacity" in ETRTO, der maximale in der oben genannten TRA-Tabelle
angebene Wert oder dergleichen.
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Der Breaker ist radial außerhalb
des Bandes 9 angeordnet und weist eine doppelschichtige
Cordstruktur auf, die eine radial innere und eine radial äußere Schicht
umfasst, wobei in Bezug zum Reifenäquator die Cordnei- gung der radial inneren
Lage der Cordneigung der radial äußeren Läge entgegengesetzt
ist. Der Neigungswinkel θ liegt
bevorzugt im Bereich von 10 bis 35 Grad, stärker bevorzugt zwischen 10
und 20 Grad. Die axiale Breite BKW des Breakers 7 ist vorzugsweise
im Bereich vom 0,8 bis 1,0fachen der Laufflächenbreite TW festgelegt.
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Der Breaker kann gebildet sein, indem
Streifen gummierter paralleler Corde übereinander gewickelt werden.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Breaker
jedoch, wie in 2 bis 4 gezeigt, gebildet, indem
ein Streifen 10 kontinuierlich zickzackförmig vielfach
um die radiale Außenseite
des Bandes 9 gewickelt ist. Als Ergebnis ist der Widerstand
gegen Ablösung
der Laufflächenkanten
effektiv erhöht,
um die Haltbarkeit zu verbessern. Bei jeder Umdrehung oder Wicklung
ist der Streifen 10 an den Kanten F1 und F2 des Breakers 7 gebogen
(4) oder gefaltet (nicht
dargestellt). Zwischen den Kanten F1 und F2 erstreckt sich der Streifen
nahezu geradlinig unter dem Winkel θ in Bezug auf den Reifenäquator C.
Im Folgenden werden die geraden Anteile des Streifens, die sich
von der einen Kante F1 zur anderen Kante F2 erstrecken, als schräge Segmente bezeichnet.
Die Anzahl der Biegungen pro Umdrehung an beiden Kanten F1 und F2
ist im Bereich von zwei bis sechs festgelegt. Mit anderen Worten,
falls die Anzahl der Biegungen zum Beispiel zwei beträgt, ist
der Streifen alle 180 (=360/2) Grad um die Achse des Reifens herum
gebogen. Beträgt
die Anzahl sechs, ist der Streifen alle 60 (=360/6) Grad gebogen.
Im Ergebnis wird es möglich,
den Cordwinkel θ auf
einen bestimmten Wert im Bereich von ungefähr 10 bis 40 Grad festzulegen.
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Streng genommen kann die Anzahl der
Biegungen jedoch keine exakt ganze Zahl sein, weil jede der Wicklungen
von der vorhergehenden Wick- lung
in einer Umfangsrichtung verschoben werden muss, um eine einheitliche
doppelschichtige Struktur zu bilden, bei der die radial äußere Schicht
aus ersten schrägen
Segmenten besteht, und die radial innere Schicht aus zweiten schrägen Segmenten
besteht, wobei die ersten schrägen
Segmente in der gleichen Richtung geneigt sind und die zweiten schrägen Segmente
in der gleichen Richtung geneigt sind, welche jedoch der der ersten
schrägen
Segmente entgegengesetzt ist.
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In jeder Schicht oder Lage 7a sind,
mit Ausnahme der Kantenabschnitte, der Cord oder die Corde unter
dem Winkel θ in
einer Richtung geneigt. Wie es oben erwähnt ist, liegt der Winkel θ bevorzugt
im Bereich von 10 bis 35 Grad, stärker bevorzugt zwischen 10
und 20 Grad. Ist der Winkel θ kleiner
als 10 Grad, wird die laterale Starrheit für die Erzeugung einer notwendigen
Seitenführungskraft
ungenügend.
Bei mehr als 35 Grad wird die Ringkraft für die Karkasse 6 ungenügend.
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Die oben genannten Streifen 10 und 14 sind,
wie in 3 gezeigt ist,
ein Gummistreifen 12, in dessen Längsrichtung ein einzelner Cord
oder parallele Corde eingebettet sind. Vorzugsweise wird ein Streifen
verwendet, in dem 2 bis 10 Gürtelcorde 11, 13 eingebettet
sind, es ist jedoch auch möglich,
einen Streifen mit einem einzelnen Cord darin zu verwenden. Die
Streifen 10 und 14 weisen eine annähernd rechteckige
Querschnittsform auf, deren Breite vorzugsweise im Bereich von 5
bis 15 mm festgelegt ist.
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Bei dieser Ausführungsform sind der Bandcord 13 und
der Breakercord 11 aus dem gleichen Material, die Durchmesser
sind jedoch unterschiedlich. Um es konkreter zu machen: es werden
Stahlcorde verwendet, und der Durchmesser des Bandcords 13 ist
geringer als der des Breakercords 11.
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Zwischen dem Band und dem Breaker
können
die Corde im Hinblick auf Material, Durchmesser, Verdrehungsstruktur,
Dehnung und Ähnliches
unterschiedlich sein. Des Weiteren ist es auch möglich, die gleichen Corde zu
verwenden.
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Das Band 9 und der Breaker 7 können hergestellt
werden, indem sie direkt auf die radial äußere Oberfläche der Karkasse gewickelt
werden. In der Praxis werden sie jedoch getrennt von der Karkasse
hergestellt, indem zum Beispiel der Streifen auf die zylindrische
Oberfläche
einer Gürtelaufbautrommel
gewickelt wird, um sowohl die Effektivität der Produktion als auch die
Maßgenauigkeit
zu verbessern.
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Des Weiteren ist es möglich, das
Band 9 und den Breaker 7 herzustellen, indem ein
Streifen kontinuierlich vom Band zum Breaker gewickelt wird, wobei
zum Beispiel ein Streifen verwendet wird, in den zwei bis vier Stahlcorde
eingebettet sind.
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5 bis 7 zeigen die Ergebnisse von
Vergleichstests. Die Probereifen waren Schwerlastradialreifen der
Größe 11R22,5
umfassend: Den erfindungsgemäßen Reifen,
der mit der oben beschriebenen Gürtelstruktur
versehen ist, die aus dem doppelschichtigen Breaker und dem einschichtigen
Band besteht; und einen Referenzreifen, der mit einem herkömmlichen
Vierlagenbreaker versehen ist, wie in 10 gezeigt
ist. In 5 sind die Veränderungen
des Reifendurchmessers, gemessen am Reifenäquator, als Funktion der Laufstrecke gezeigt.
In 6 sind die Veränderungen
des Reifendurchmessers, gemessen im Schulterabschnitt an der Stelle
der Laufflächenkante,
als Funktion der Laufstrecke gezeigt. In 7 sind die Veränderungen des Krümmungsradius
TR im Kronenbereich der Lauffläche
als eine Funktion der Laufstrecke gezeigt. Wie es in 5 bis 7 gezeigt ist, können die Veränderungen
beim erfindungsgemäßen Reifen
im Vergleich zum Referenzreifen verringert werden, obwohl die Anzahl
der Gürtellagen
niedriger ist als die des Referenzreifens.
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8 zeigt
jeweils das Reifengewicht und die Stößelfestigkeit des erfindungsgemäßen Reifens
mit der Vier-Breaker-Lage und des Referenzreifens, der den herkömmlichen
Vierlagenbreaker aufweist, und des Weiteren eines Referenzreifens
mit drei Breakerlagen und eines Referenzreifens mit zwei Breakerlagen.
In 8 sind die Stößelfestigkeit
und das Reifengewicht durch einen Index angegeben, der für den Reifen
mit der Vier-Breaker-Lage
auf 100 festgelegt ist. Obwohl das Reifengewicht niedriger ist als
das des Reifens mit der Vier-Breaker-Lage, kann die Stößelfestigkeit
des Reifens der vorliegenden Erfindung stark verbessert werden.
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9 zeigt
die Seitenführungskraft
als eine Funktion der Breakerbreite BKW, wenn die Bandbreite BW auf
einen konstanten Wert vom 0,5fachen der Laufflächenbreite TW festgelegt ist.
Wenn die Breakerbreite BKW weniger als das 0,8fache der Laufflächenbreite
TW beträgt,
sinkt die Seitenführungskraft
stark ab, was die Lenkstabilität
verschlechtert. Falls die Breakerbreite BKW mehr als das l,0fache
der Laufflächenbreite
TW beträgt,
nimmt die Gummistärke
der Lauffläche
an den Breakerkanten ab, was die Haltbarkeit vermindert.
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Falls die Bandbreite BW weniger als
das 0,2fache der Laufflächenbreite
TW beträgt,
reicht die Ringkraft nicht aus, um eine Laufflächenverformung zu verhindern.
Falls die Breite BW mehr als das 0,8fache der Laufflächenbreite
TW beträgt,
wird es schwierig, eine signifikante Abnahme des Gewichts zu erreichen.
Des Weiteren ist es wahrscheinlich, dass ein Problem durch ungleichmäßige Profilabnutzung
entsteht.
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Die Bandbreite BW ist im Bereich
des 0,2 bis 0,8fachen, stärker
bevorzugt des 0,2 bis 0,5fachen der Laufflächenbreite TW festgelegt.
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Ist das Band 9 radial außerhalb
des Breakers 7 angeordnet, nimmt die Stößelfestigkeit ab, und es wird schwierig,
den Stößelfestigkeitstest
zu bestehen. Des Weiteren nimmt die Seitenführungskraft ab, was die Lenkstabilität verschlechtert.
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Setzt sich das Band aus einer einzelnen
Wicklung eines Streifenelements aus gummierten parallelen Corden
zusammen, neigt die Ringkraft auf die Karkasse auf Grund der Verspleißung der
Streifenelementenden dazu, sich zu verringern, und die Haltbarkeit
nimmt ab.
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Vergleichsversuche
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Schwerlastradialreifen der Größe 11R22,5
wurden hergestellt und in Bezug auf Reifengewicht, Anwachsen der
Reifen, Stößelfestigkeit
und Haltbarkeit getestet. Die Spezifikationen der Reifen und die
Testergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
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Test des Reifengewichts
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Das Reifengewicht wurde gemessen
und in Tabelle 1 durch einen Index angegeben, der für den herkömmlichen
Reifen auf 100 gesetzt ist, wobei der Index umso niedriger ist,
je kleiner das Reifengewicht ist.
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Test des Anwachsens des
Reifen
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Nach einer Laufstrecke von 20.000
km auf einer Reifentrommel wurde die Differenz Dc des Reifendurchmessers
am Reifenäquator,
die Differenz Ds des Reifendurchmessers an der Breakerkante und
die Differenz Rc des Krümmungsradius
im Bereich des Laufflächenkronenabschnitts
zu den jeweils vor dem Lauf gemessenen Werten berechnet.
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Radfelge: 7,50 × 22,5 Standardfelge
Innendruck:
850 kPa
Traglast: 2680 kgf
Laufgeschwindigkeit: 80 km/h
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Test der Stößelfestigkeit
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Die Stößelfestigkeit wurde entsprechend
der Japanischen Industrienorm D4230 gemessen. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 1 durch einen Index angegeben, der für den herkömmlichen Reifen auf 100 gesetzt ist,
wobei der Index umso höher
ist, je größer die
Festigkeit ist.
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Radfelge: 7,50 × 22,5 Standardfelge
Innendruck:
700 kPa
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Test der Haltbarkeit
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Der Testreifen wurde auf einer Reifentrommel
laufen gelassen und die Laufgeschwindigkeit alle drei Stunden in
einem Schritt von 10 km/h auf 80 km/h erhöht. Wenn während des Laufs irgendein sichtbarer
Defekt gefunden wurde, wurde der Lauftest angehalten und die Gesamtlaufzeit
gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 durch einen Index angegeben,
der für
den herkömmlichen
Reifen auf 100 gesetzt ist, wobei der Index umso höher ist,
je größer die
Haltbarkeit ist.
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Radfelge: 7,50 × 22,5 Standardfelge
Innendruck:
850 kPA
Traglast: 4000 kgf
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Durch die Testergebnisse wurde bestätigt, dass
der erfindungsgemäße Reifen
bezüglich
Festigkeit und Haltbarkeit in bemerkenswerter Weise verbessert war,
obwohl das Gewicht verringert war, und dass die Formstabilität effektiv
verbessert war.
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