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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einem Seitenwandaufbau,
der in der Lage ist, das Reifengewicht, den Rollwiderstand und das
Straßengeräusch zu
verbessern, ohne die Manövrierfähigkeit zu
verschlechtern.
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Im
Allgemeinen ist in den Seitenwandabschnitten von Luftreifen ein
aus einer Hartgummimischung hergestellter Seitenwandgummi axial
außerhalb
der Karkasse angeordnet. Der Seitenwandgummi weist eine minimale
Dicke auf, die gewöhnlich
um den Punkt der maximalen Reifenschnittbreite herum auftritt und
die herkömmlich
mindestens 2 bis 4 mm beträgt.
Allgemein gesagt, beträgt
die minimale Dicke mindestens das 2-fache des Karksasskorddurchmessers.
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Diese
Tendenz besteht bei verschiedenartigen Arten von Luftreifen, speziell
Personenkraftwagenreifen, damit das Reifenaspektverhältnis kleiner
wird, und die oben genannte Dicke wird verhältnismäßig vergrößert, wenn das Aspektverhältnis abnimmt.
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In
einem solchen Seitenwandaufbau sind die Karkasskorde, wenn der Seitenwandabschnitt
mit einer verhältnismäßig hohen
Reifenlast gebogen wird, einer großen Kompressionskraft unterworfen.
Da Kord einen geringen Widerstand gegen eine Kompressionskraft aufweist,
gibt es Probleme mit Kordknickung, Kordbruch und Kordablösung von
dem umgebenden Gummi.
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Diese
Probleme können
gelöst
werden, indem die Dicke des Seitenwandgummis weiter vergrößert wird.
Jedoch steigt das Reifengewicht unvermeidbar an, und der Rollwiderstand
kann leicht ansteigen, weil der Ener gieverlust im Seitenwandgummi
ansteigt. Des Weiteren kann leicht das Geräusch während der Fahrt ansteigen,
weil die Übertragung
von Vibrationen vom Laufstreifenabschnitt zu den Wulstabschnitten
durch den dicken Seitenwandgummi vergrößert wird. Auf der anderen
Seite haben die Seitenwandabschnitte, wenn die Dicke des Seitenwandgummis
ungenügend
ist, zu wenig Starrheit, was ungenügend Reifensteifigkeit, Seitenführungsleistung
und Seitenführungskraft
liefert. Im Ergebnis ist die Lenkstabilität nicht gut.
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US 4 096 899 offenbart einen
Reifen gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 mit einem Seitenwandgummi, welcher dünn ist und
im Bereich von 0,5 bis 3,0 mm oder stärker bevorzugt 0,5 bis 2,0
mm liegt. Die Gummiseitenwand ist über ihre gesamte Höhe in dieser
Dicke hergestellt, was eine Reduzierung des Gewichts liefert.
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Es
ist jedoch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen
bereitzustellen, in welchem sowohl das Reifengewicht als auch der
Rollwiderstand und das Geräusch
verringert sind, ohne die Reifensteifigkeit zu verringern und die
Lenkstabilität
und dergleichen zu verschlechtern.
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Entsprechend
stellt die vorliegende Erfindung einen Reifen bereit, wie er in
Anspruch 1 beschrieben ist.
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Deshalb
ist die neutrale Linie zwischen der Zugbeanspruchung und der Druckbeanspruchung,
die während
der Biegeverformung in einem Seitenwandabschnitt entsteht, axial
nach innen verschoben. Entsprechend verwandelt sich die Beanspruchung,
die auf die axial äußersten
Karkasskorde wirkt, in eine Zugbeanspruchung. Im Ergebnis kann das
Knicken, Abschneiden und Ablösen
der Karkasskorde verhindert werden. Des Weiteren wird die Reifensteifigkeit,
da die Karkasskorde ihren vollen Wi derstand gegen eine Zugspannung entfalten,
beibehalten oder vergrößert, obwohl
die Gummidicke verringert ist. Darüber hinaus können, da
die Gummidicke gering ist, der Rollwiderstand und das Geräusch verbessert
werden.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine Querschnittsansicht
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die ein Beispiel der Karkasse zeigt;
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2 ist eine schematische
Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel der Karkasse zeigt;
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3 ist eine schematische
Querschnittsansicht, die noch ein anderes Beispiel der Karkasse
zeigt;
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4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die ein Beispiel des Seitenwandabschnitts zeigt;
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5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die ein anderes Beispiel des Seitenwandabschnitts zeigt und
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6 ist eine Querschnittsansicht
zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Herstellen des Reifens.
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In
den Zeichnungen ist der Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Personenkraftwagen-Radialreifen, dessen Aspektverhältnis (Querschnittshöhe H/Querschnittsbreite
W des Reifens) nicht mehr als 60%, zum Beispiel 55%, beträgt.
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Der
Reifen 1 umfasst einen Laufstreifenschnitt 2,
ein Paar Seitenwandabschnitt 3, ein Paar Wulstabschnitte 4 mit
jeweils einem Wulstkern 5 darin, eine Karkasse 6,
die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt, und
einen Gürtel,
der radial außerhalb
der Karkasse 6 in dem Laufstreifenabschnitt 2 angeordnet
ist.
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Der
Gürtel
umfasst einen Breaker 7 und optional eine Bandage 9.
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Der
Breaker 7 umfasst zwei gekreuzte Lagen 7a und 7b paralleler
Korde, die unter einem Winkel von 10 bis 30 Grad in Bezug zum Reifenäquator CO
gelegt sind. Für
die Breakerkorde können
Korde mit hohem Elastizitätsmodul,
z. B. Faserkorde aus aromatischem Polyamid, Stahlkorde und dergleichen
verwendet werden. Die Breakerbreite BW oder die Breite der breitesten
Lage (In diesem Beispiel die radial innere Lage 7a) ist
im Bereich des 0,9 bis 1,1-fachen der Laufstreifenbreite TW festgelegt,
um so die im Wesentlichen gesamte Breite des Laufstreifenabschnitts 2 zu
verstärken.
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Die
Bandage 9 ist radial außerhalb des Breakers 7 angeordnet,
um zu verhindern, dass der Laufstreifenabschnitt 2 während der
Hochgeschwindigkeitsfahrt radial nach außen angehoben wird. In diesem
Beispiel ist die Bandage 9 aus spiralförmigen Wicklungen mindestens
eines organischen Faserkords, z. B. Nylon und dergleichen, hergestellt,
und der Kordwinkel ist im Bereich von nicht mehr als 5 Grad in Bezug
zum Reifenäquator
CO festgelegt.
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Die
Karkasse 6 umfasst mindestens eine Karkasslage aus gummierten
Korden 11, welche radial unter einem Winkel von 70 bis
90 Grad in Bezug zum Reifenäquator
CO angeordnet sind. Im Fall von Personenkraftwagen reifen werden
bevorzugt organische Faserkorde, z. B. Polyester, Nylon, Rayon,
aromatisches Polyamid und dergleichen für die Karkasskorde 11 verwendet.
Die oben genannte mindestens eine Karkasslage umfasst einen axial
innersten Teil 13, welcher sich durch den Seitenwandabschnitt 3 von
der Gürtelkante
TE zur axial inneren Seite des Wulstkerns 5 erstreckt,
und einen axial äußersten
Teil 15, der sich durch den Seitenwandabschnitt 3 von
der Gürtelkante
TE zur axialen Außenseite
des Wulstkerns 5 erstreckt.
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In 1 ist die Karkasse 6 aus
einer einzelnen Karkasslage 10 zusammengesetzt, die von
der Innenseite zur Außenseite
des Reifens um die Wulstkerne 5 herum umgeschlagen ist,
um ein Paar Umschlagabschnitte und dazwischen einen Hauptabschnitt
zu bilden. Jeder Umschlagabschnitt erstreckt sich über die
Breakerkante 7E hinaus in den Laufstreifenabschnitt 2 hinein,
und das Ende Ei desselben befindet sich unterhalb des Breakers 7.
In diesem Beispiel ist deshalb der oben genannte axial äußerste Teil 15 durch
den Umschlagabschnitt definiert, und der axial innerste Teil 13 ist
durch den Hauptabschnitt definiert. Die axiale Breite L der Überlappung
des Umschlagabschnitts mit dem Breaker 7 ist im Bereich
von 5 bis 30 mm festgelegt. Wenn die Breite der Überlappung weniger als 5 mm
beträgt,
wird die Kraft, die die Karkasse sichert, ungenügend. Wenn sie mehr als 30
mm beträgt,
ist die Starrheit des Laufstreifenmittelabschnitts vergrößert, was
den Fahrkomfort verschlechtert und einen unvorteilhaften Gewichtsanstieg
verursacht.
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2 zeigt eine Modifikation
der in 1 gezeigten Karkasse 6,
worin eine weitere Karkasslage 10a zusätzlich zu der oben genannten
Karkasslage 10 angeordnet ist. Diese Lage 10a ist
ebenfalls von der Innenseite zur Außenseite des Reifens um die
Wulstkerne 5 herum umgeschlagen, aber der Umschlagabschnitt
endet zwischen der Gürtelkante 7E und
dem radial äußeren Ende 5E des
Wulstkerns 5, bevorzugt zwischen dem Punkt P der maximalen
Reifenschnittbreite und dem Ende des Wulstkerns 5E. Dieser
axial innere Umschlagabschnitt kann in den Laufstreifenabschnitt 2 hinein
verlängert
sein. Somit sind der axial äußerste Teil 15 und der
axial innerste Teil 13 durch den Umschlagabschnitt beziehungsweise
den Hauptabschnitt der Karkasslage 10 definiert.
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3 zeigt ein anderes Beispiel
der Karkasse 6. In diesem Beispiel ist die Karkasse aus
einer inneren Karkasslage 10a und einer äußeren Karkasslage 10b zusammengesetzt.
Die innere Karkasslage 10a erstreckt sich zwischen den
Wulstabschnitten 4 und ist von der Innenseite zur Außenseite
des Reifens um die Wulstkerne 5 herum umgeschlagen, und
jeder Umschlagabschnitt endet zwischen dem Punkt P der maximalen
Reifenschnittbreite und dem radial äußeren Ende 5E des
Wulstkerns 5. Die äußere Karkasslage 10b erstreckt
sich zwischen den Wulstabschnitten 4 und ist ein wenig
von der Außenseite
zur Innenseite des Reifens um dem Wulstkern 5 herum umgeschlagen,
und das äußerste Ende
Eo derselben ist radial innerhalb des äußeren Endes 5E des
Wulstkerns 5, bevorzugt unter dem Wulstkern 5 angeordnet,
so dass sie zwischen dem Wulstkern 5 und einer Radfelge
befestigt ist. In diesem Beispiel sind der axial äußerte Teil 15 und
der axial innerste Teil 13 durch den Hauptabschnitt der äußeren Karkasslage 10b beziehungsweise
dem Hauptabschnitt der inneren Karkasslage 10a definiert.
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Jeder
Wulstabschnitt 4 ist zwischen dem Karkasslagen-Hauptabschnitt
und dem Umschlagabschnitt mit einem Wulstkernreiter 8 versehen.
Der Wulstkernreiter 8 ist aus einem Hartgummi hergestellt,
der sich von der radialen Außenseite
des Wulstkerns 5 bis in die Nähe des Punktes P der maximalen
Reifenschnittbreite radial nach außen erstreckt, während er
sich radial nach außen
verjüngt.
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Wie
es in 4 gezeigt ist,
hat die Gummidicke T, gemessen in den Seitenwandabschnitten 3 von
der äußeren Oberfläche 3S des
Reifen zu den axial äußersten
Karkasskorden 11, am Punkt P der maximalen Reifenschnittbreite
ein Minimum. Die minimale Dicke T0 am Punkt P der maximalen Breite
liegt im Bereich von nicht mehr als dem 1,5-fachen, bevorzugt des
1,0-fachen, des Durchmessers D des Karkasskords 11. Wenn die
minimale Dicke T0 größer ist
als 1,5 D, ist es schwierig die Lenkstabilität und dergleichen zu verbessern. Vom
Standpunkt der Starrheit her kann die Gummidicke T0 Null betragen.
Vom Standpunkt des Erscheinungsbildes her beträgt die minimale Dicke T0 jedoch
bevorzugt nicht weniger als 0,2 mm.
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In
dieser Ausführungsform
wird die Gummidicke T in einer Region Y1 auf einem im Wesentlichen
konstanten Wert gleich der Dicke T0 beibehalten, welche so definiert
ist, dass sie sich von dem Punkt P über einen Abstand L2 von mindestens
5% der Reifenschnitthöhe
H radial nach innen und nach außen
erstreckt. Dann steigt die Dicke T in Richtung des Laufstreifenabschnitts 2 und
des Wulstabschnitts 4 an. Die Dicke Tc am mittleren Punkt
Pc zwischen der Laufstreifenkante TE und dem breitesten Punkt P
entlang der äußeren Oberfläche des
Reifens liegt im Bereich des ungefähr 2 bis 4-fachen der Dicke
T0, und die Dicke Te, gemessen an der Laufstreifenkante TE, ist
im Bereich des ungefähr
6 bis 15-fachen der Gummidicke T0 festgelegt.
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Somit
ist die Gummidicke in der Region minimiert, in der die Verformung
oder Auslenkung bei der Biegung am größten ist. Deshalb ist die neutrale
Linie zwischen der Zugbeanspruchung der Druckbeanspruchung während der
Verformung verglichen mit vorhergehenden Reifen axial nach innen
verlagert, und die Spannung, die auf die axial äußersten Karkasskorde 11 wirkt,
wird zu einer Zugspannung. Im Ergebnis ist die Starrheit erhöht, obwohl
die Gummidicke verringert ist, und die Lenkstabilität kann wirksam
verbessert werden.
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Dieser
Effekt der Verbesserung der Lenkstabilität wird in Radialreifen maximiert,
die ein niedriges Aspektverhältnis
von weniger als ungefähr
60 % aufweisen, bei welchem der Seitenwandgummi verhältnismäßig dick
ist. Deshalb wird die vorliegende Erfindung passend auf Personenkraftwagenreifen
angewendet, die ein Aspektverhältnis
von nicht mehr als 60% aufweisen.
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Unter
der Vorgabe, dass das Reifenprofil oder die Reifenquerschnittsform
nicht verändert
werden, mit anderen Worten, dass die Heizform für die Reifenvulkanisation die
gleiche ist, steigt das Reifen-Innenvolumen oder das Volumen der
Luftkammer proportional zu der Abnahme der Gummidicke an. Entsprechend
wird die Lastkapazität
des Reifens vergrößert, was
die Reifenverformung verringert. Im Ergebnis sind die Reifensteifigkeit
und der Rollwiderstand verbessert. Des Weiteren gibt es Verbesserungen
beim Straßengeräusch und
dergleichen.
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Gelegentlich
ist an der Innenseite der Karkasse nur ein dünner, luftdichter Innerliner 20 angeordnet.
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Als
ein Verfahren zur Verringerung der Gummidicke T0 wird, wie es oben
beschrieben ist, die Dicke des Rohseitenwandgummis 16,
welcher auf die axiale Außenseite
der Karkasse 6 aufgebracht wird, wie in 4 gezeigt verringert.
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In
diesem Fall wird zuerst, wie es in 6 gezeigt
ist, ein Aufbau aus dem dünnen
Seitenwandgummi 16 und einem Innerlinergummi 20 auf
eine Reifenaufbautrommel 21 aufgebracht, und die Karkasslage 10, 10a darauf
gewickelt. Dann wird die Karkasslage 10, 10a zusammen
mit dem Seitenwandgummi 16 um den Wulstkern 5 herum
umgeschlagen. Hierdurch kann die Arbeitseffizienz verbessert werden.
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5 zeigt ein anderes Verfahren,
in dem die Dicke des Gummierungsgummis 12 für die Karkasslage 10 auf
der Außenseite
der Karkasse erhöht
wird. Der Seitenwandgummi wird in einen radial äußeren und innere Seitenwandgummis 16A und 16B aufgeteilt.
Die radial äußeren und
inneren Seitenwandgummis 16A und 16B werden auf
die Außenseite
des äußeren Gummierungsgummis 12 aufgebracht,
wobei die oben genannte Region Y1 verbleibt, um den oben genannten
Teil 17 konstanter Dicke zu bilden.
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Als
eine Modifizierung dieses Verfahrens ist es möglich, die oben genannten Seitenwandgummis 16A und 16B zu
eliminieren, indem ein sich radial nach innen erstreckendes Teil
an dem Laufstreifengummi 18 und ein sich radial nach außen erstreckendes
Teil an dem Wulstgummi 19 hergestellt wird, und indem diese
verlängerten
Teile als ein Ersatz für
die oben genannten, radial aufgeteilten Seitenwandgummis 16A und 16B verwendet
werden. Hierdurch kann die Produktionseffizienz weiter verbessert
werden.
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Vergleichstests
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Es
wurden versuchsweise Testreifen der Größe 195/55R15 gemäß dem in 1 gezeigten Aufbau und den
in Tabelle 1 gegeben Spezifikationen hergestellt, und das Reifengewicht,
der Rollwiderstand, das Straßengeräusch, die
Lenkstabilität,
der Fahrkomfort, die vertikale Steifigkeit, die laterale Steifigkeit,
die Seitenführungsleistung,
die Seitenführungskraft
wurden gemessen.
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Die
Testreifen hatten abgesehen von der Gummidicke in den Seitenwandabschnitten
alle den gleichen Aufbau, wie er in 1 gezeigt
ist. Die Karkasse war aus 1 Lage aus 1500d/2 Polyester-Korden zusammengesetzt,
die radial unter 88 bis 90 Grad zum Reifenäquator angeordnet waren (Kordtiter:
50 Enden/5 cm). Der Gürtel
war aus zwei Breakerlagen aus Stahlkorden zusammengesetzt (Kordwinkel:
+24 und –24
Grad, Kordtiter: 40 Enden/5 cm).
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Die
Spezifikationen und Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Test des Reifengewichts
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Das
Gewicht jedes Reifens wurde gemessen, und die Ergebnisse sind durch
einen Index angegeben, der darauf basiert, dass Ref. 1 bei 100 liegt,
wobei der Reifen umso leichter ist, je kleiner der Index ist.
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Test des Rollwiderstands
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Der
Rollwiderstand wurde mit einer Testvorrichtung unter den folgenden
Bedingungen getestet. Die Ergebnisse sind durch einen Index angegeben,
der darauf basiert, dass der Reifen nach dem Stand der Technik bei
100 liegt, wobei der Widerstand umso kleiner ist, je kleiner der
Index ist.
| Radfelge: | 15X6JJ
Standard |
| Innendruck: | 200
kPa |
| Fahrgeschwindigkeit: | 80
km/h |
| Reifenlast: | 3530
Newton (360 Kgf) |
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Test des Straßengeräuschs
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Als
Testwagen wurde ein frontgetriebener 1600 ccm-Personenkraftwagen
mit Rechtssteuerung, der auf allen Rädern mit Testreifen versehen
war, auf einer rauen Straßenoberfläche einer
gepflasterten Teststrecke gefah ren, und während der Fahrt mit einer konstanten
Geschwindigkeit von 50 km/h wurde der Gesamt-Geräuschpegel in dB(A) neben dem
linken Ohr des Fahrers und in der Mitte des Rücksitzes auf einer Höhe der Ohren
eines Fahrgasts gemessen. Der Mittelwert aus diesen beiden Positionen
ist in Tabelle 1 als eine Abweichung von dem des Reifens nach Stand
der Technik gezeigt. Somit bedeutet das Minuszeichen, dass der Geräuschpegel
geringer ist als mit Reifen nach dem Stand der Technik.
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Test der Lenkstabilität und Test
des Fahrkomforts
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Indem
der Testkraftwagen auf einer trockenen, gepflasterten Teststrecke
gefahren wurde, bewertete der Fahrer die Lenkstabilität und den
Fahrkomfort mit zehn Stufen, wobei der Reifen nach dem Stand der
Technik als Sechs eingestuft wurde, und die Leistung umso besser
ist, je größer der
Index ist.
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Test der vertikalen Steifigkeit
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Die Änderung
in der vertikalen Beanspruchung des Reifens wurde gemessen, wenn
die Reifenlast um plus/minus 490 Newton (50 Kgf) von 3530 Newton
(360 Kgf) aus (oder 3040 Newton (310 Kgf) bis 4020 Newton (410 Kgf))
verändert
wurde. In Tabelle 1 ist als vertikale Steifigkeit der Kehrwert der
gemessenen Veränderung
durch einen Index angegeben, der darauf basiert, dass der Reifen
nach dem Stand der Technik bei 100 liegt. Somit ist die Reifenverformung
umso kleiner, je größer der
Index ist.
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Test der lateralen Steifigkeit
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Die
laterale Beanspruchung des Reifens wurde gemessen, wenn eine seitliche
Kraft von 490 Newton (50 Kgf) unter einer konstanten Reifenlast
von 3530 Newton (360 Kgf) auf den Reifen aufgebracht wird. In der Tabelle
ist als laterale Steifigkeit der Kehrwert der gemessenen Beanspruchung
durch einen Index angegeben, der darauf basiert, dass der Reifen
nach dem Stand der Technik bei 100 liegt. Somit ist die Reifenverformung umso
kleiner, je größer der
Index ist.
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Test der Seitenführungsleistung
und Test der Seitenführungskraft
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Unter
Verwendung einer Innenraum-Reifentestvorrichtung wurde die Seitenführungsleistung
(Seitenkraft unter einem Schräglaufwinkel
von 1 Grad) und die Seitenführungskraft
(Seitenkraft unter einem Schräglaufwinkel
von 12 Grad) gemessen. In Tabelle 1 sind die Ergebnisse durch einen
Index angegeben, der darauf basiert, dass der Reifen nach dem Stand
der Technik bei 100 liegt, wobei die Seitenkraft umso größer ist,
je größer der
Index ist.
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Durch
Tabelle 1 wurde bestätigt,
dass, obwohl bei den Beispielreifen 1 bis 5 die Gummidicke T0 stark verringert
war, die vertikale Steifigkeit und die laterale Steifigkeit beibehalten
oder verbessert wurden, um die Seitenführungsleistung und die Seitenführungskraft
zu vergrößern. Hierdurch
wurde die Lenkstabilität
verbessert, obwohl es schwierig war, ein ausgeprägtes Ergebnis aus den Tests
des Fahrergefühls
zu erhalten. Es wurde auch bestätigt,
dass das Reifengewicht, der Rollwiderstand und das Straßengeräusch der
erfindungsgemäßen Reifen
verbessert waren.
