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Die
Erfindung betrifft einen Reifen für ein zweirädriges Fahrzeug, wie etwa für ein Motorrad oder
einen Motorroller, von dem durch JP-A-63-121505 offenbarten Typ.
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Derartige
Reifen benutzen Laufstreifen, deren Querschnitt stark gekrümmt ist,
um einen guten Kontakt mit dem Straßenbelag bereitzustellen, wenn das
Motorrad während
der Kurvenfahrt stark in die Kurve gelegt wird.
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Wie
bei den meisten anderen Reifentypen ist es üblich, damit diese Reifen unter
allen Bedingungen gut arbeiten, dass der mit dem Boden in Kontakt stehende
Laufstreifenbereich des Reifens in der Oberfläche mit relativ tiefen Rillen
versehen ist. Unter nassen Bedingungen helfen derartige Rillen,
Wasser aus der Kontaktfläche
zwischen dem Reifenlaufstreifen und dem Straßenbelag abzuführen und
helfen somit, eine Lenkkontrolle des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten,
indem Aquaplaning verhindert wird.
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Jedoch
schwächt
die Bereitstellung derartiger Rillen effektiv den Reifenlaufstreifen
und macht ihn gegenüber
Verschleiß anfälliger.
Dieser tritt auf, da derartige Rillen den Laufstreifen in diskrete
Elemente, wie etwa Rippen und Blöcke,
unterteilen, die einzeln gegenüber
Verformung in den Reifen/Boden-Kontaktbereich aufgrund der Traktions-
und Kurvenfahrkräfte,
die darin übertragen
werden, anfälliger sind
und daher durch Abrieb am Straßenbelag
verschleißen.
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Bei
der Tätigung
der vorliegenden Erfindung untersuchten die Erfinder die Ausrichtung
der Rillen des Reifenlaufstreifens und stellten fest, dass es möglich war,
diese so anzuordnen, dass Verschleiß des Laufstreifengummis minimiert
und somit die Lebensdauer des Reifens ausgedehnt wurde.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Reifen
für ein
zweirädiges
Fahrzeug und ein Verfahren zum Entwurf eines Reifens, dessen Laufstreifenverschleiß verbessert
ist, bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Reifen für
ein zweirädiges
Fahrzeug einen mit dem Boden in Kontakt stehenden Laufstreifen,
in dem Laufstreifenrillen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Bereich des Reifenlaufstreifens, der der zentrale
Laufstreifenbereich und der Kontaktbereich zwischen dem Reifen und dem
Boden ist, wenn sich das Motorrad in den Zustand einer geradlinigen
Bewegung befindet, die Ausrichtung der Laufstreifenrillen im Wesentlichen
in Umfangsrichtung ist, und in einem zweiten Bereich des Reifenlaufstreifens,
der an der axialen Kante des Laufstreifens liegt und der Kontaktbereich
ist, wenn sich das Motorrad in den Zustand einer Kurvenfahrt mit
maximaler Schräglage
befindet, die Ausrichtung der Laufstreifenrillen im Wesentlichen
quer ist, und in einem dritten Bereich, der der Laufstreifenbereich zwischen
dem ersten zentralen Bereich und dem zweiten axialen Bereich ist
und der die mit dem Boden in Kontakt stehenden Bereiche bereitstellt,
wenn das Motorrad eine Kurve mit weniger als der maximalen Schräglage fährt, die
Rillenausrichtung sich fortschreitend axial nach außen von
im Wesentlichen in Umfangsrichtung bis zu im Wesentlichen quer ändert, so
dass in dem den Boden berührenden
Bereich, wenn er sich in dem ersten, zweiten oder dritten Bereich
befindet, die Laufstreifenrillen im Wesentlichen mit den resultierenden
Kräften,
die auf die Laufstreifenoberfläche
des Reifens wirken, ausgerichtet sind.
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Vorzugsweise
ist die Ausrichtung der Rillen an irgendeinem axialen Punkt in dem
dritten Bereich des Laufstreifens gleich wie die Richtung der Kraftresultierenden
aus der Addition der Längs-
und Querkräfte,
die auf den Laufstreifen an diesen Punkt wirken, wenn das Motorrad,
an dem der Reifen aufgezogen ist, mit einer konstanten Längsbeschleunigung
in eine Kurve gelegt wird, so dass der axiale Punkt sich in der
Mitte des Kontaktbereiches befindet. Die Laufstreifenrillen sind
vorzugsweise von der Laufstreifenmitte bis zur Laufstreifenkante
durchgehend.
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Gemäß einem
anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen
des erforderlichen Laufstreifenrillenwinkels bereit, um das Laufstreifenprofil
eines Reifens für
ein zweirädiges
Fahrzeug zu bilden, so dass sich ein optimaler Laufstreifenverschleiß ergibt,
das umfasst, dass an aufeinanderfolgenden axialen Punkten über den
Laufstreifen hinweg von der Mitte bis zur Laufstreifenkante die Laufstreifenrille
in der Richtung des typischen Schlupfes des Laufstreifens an diesem
axialen Punkt ausgerichtet wird, wenn sich der Punkt im Reifen/Straße-Kontaktbereich
befindet.
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Ein
bevorzugtes Verfahren der Erfindung stellt ein Verfahren zum Bestimmen
des erforderlichen Laufstreifenrillenwinkels bereit, um das Laufstreifenprofil
eines Reifens für
ein zweirädriges
Motorrad zu bilden, so dass sich ein optimierter Laufstreifenverschleiß im Gebrauch
an einem Motorrad ergibt, umfassend: Entscheiden der typischen Längsbeschleunigung
des Motorrades während
der Kurvenfahrt auf die besondere Fahrweise und Bestimmen der entsprechenden
der Längskraft
auf den Reifen, und anschließend
Bestimmen der Querbeschleunigung des Reifens und der entsprechenden Querkraft
auf den Reifen für
aufeinanderfolgende axiale Punkte über die Laufstreifenoberfläche hinweg von
der Laufstreifenmitte bis zu der Laufstreifenkante entsprechend
aufeinanderfolgenden Werten des Sturzes des Reifens, Bestimmen der
Richtung der Kraftresultierenden aus der Addition der Längs- und Querkräfte und
Ausrichten des Laufstreifenrillenabschnittes an diesem besonderen
axialen Punkt mit der Richtung der bestimmten resultierenden Kraft.
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Weitere
Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden, lediglich beispielhaften
Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen deutlich
werden, in denen:
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1 eine
Draufsicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Reifenlaufstreifens eines
Motorrades zeigt;
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2 das
axiale Profil des Reifens von 1 zeigt;
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3 ein
schematisches Schaubild ist, das eine Abwicklung eines erfindungsgemäßen Laufstreifens
ist und die Ausrichtungen von drei weiteren Rillen A, B, C zeigt;
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4 ein
weiteres Beispiel von Rillenausrichtungen des erfindungsgemäßen Laufstreifenprofils
zeigt; und
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5 ein
anderes Beispiel von Rillenausrichtungen eines erfindungsgemäßen Laufstreifenprofils
zeigt.
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In 2 ist
ein schematisches Schaubild des axialen Profils eines Motorradreifens
gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Die gekrümmte
Laufstreifenoberfläche 10 ist
nominell in einem ersten Bereich 1 in der Laufstreifenmitte,
zweite Bereiche 2 an jeder Laufstreifenkante und dritte
Bereiche 3 zwischen dem ersten Bereich und jedem der zweiten
Bereiche unterteilt.
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Jeder
dieser drei nominellen Bereiche entspricht dem Teil der Laufstreifenoberfläche, der
unter verschiedenen Bedingungen, auf die während der Fahrt eines Motorrads
oder Motorrollers getroffen wird, in Kontakt mit dem Straßenbelag
steht.
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Somit
entspricht der erste oder zentrale Bereich 1 jenem Teil
des Laufstreifens, der mit dem Straßenbelag in Kontakt ist, wenn
das Fahrzeug geradeaus fährt.
Die zweiten oder Randbereiche 2 entsprechen jenem Teil
des Laufstreifens, der bei extremer Kurvenfahrt in Kontakt gebracht
wird, wenn das Fahrzeug voll in die Kurve gelegt wird, während die dritten
oder mittleren Bereiche 3 diejenigen sind, die mit dem
Straßenbelag
in Kontakt stehen, wenn das Fahrzeug eine moderate Kurve fährt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Ausrichtung der Laufstreifenrillen in diesen drei
nominellen Bereichen des Laufstreifens derart, dass an jeder axialen
Position die Rillenrichtung im Wesentlichen gleich ist wie die Richtung
des typischen Schlupfes aufgrund der resultierenden Kräfte, die
an dieser Stelle auf die Laufstreifenoberfläche wirken, wenn sich die entsprechende
Stelle in der Aufstandsfläche
befindet.
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Somit
sind, wie es in 1 zu sehen ist, die Rillen 11 in
dem ersten oder zentralen Bereich 1 in dem Laufstreifen
im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung C/L des Reifens orientiert,
so dass sie mit den vorherrschenden längsgerichteten Beschleunigungs-
oder Bremskräften
ausgerichtet sind, die auf dem Laufstreifen wirken, wenn das Fahrzeug
geradeaus fährt
und sich daher in einer aufrechten Stellung befindet.
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Im
Gegensatz dazu sind in dem zweiten Bereich 2 an der Laufstreifenkante
die Laufstreifenrillen im Wesentlichen axial, d.h. normal zur Umfangs richtung
C/L, orientiert, so dass sie mit der vorherrschenden quer gerichteten
Kraft ausgerichtet sind, die auf den Reifen wirkt, wenn der Reifen
unter extremer Kurvenfahrt voll in die Kurve gelegt wird.
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In
dem dritten oder mittleren Bereich 2 ändert sich die Orientierung
der Laufstreifenrille 11 glatt und fortschreitend von in
Umfangsrichtung nach axial, wenn man sich in die Richtung axial
nach außen
bewegt. Innerhalb des dritten Bereiches ist die Ausrichtung der
Rille an irgendeiner axialen Stelle gleich wie die Richtung der
Kraft, die die resultierende Kraft aus der Addition von sowohl den
Längs-
als auch Querkräften
ist, die in dem Laufstreifenkontaktbereich auf diese axiale Stelle
zentriert wirken.
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Die
Laufstreifenrillen können
von der Laufstreifenmitte bis zu der Laufstreifenkante durchgehend
sein, wie in 1, oder sie können nicht
durchgehend sein, wie in den 4 und 5,
wobei erfindungsgemäß jeder
Rillenabschnitt 40a – 40g, 50a – 50g ausgerichtet
ist. Der Reifenlaufstreifen kann auch Umfangsrillen aufweisen, wie
es in der Technik üblich
ist.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
ist der Laufstreifen zwischen benachbarten Rillen im Wesentlichen
durchgehend. Somit gibt es keine weiteren Hauptlaufstreifenrillen,
die die Rillen schneiden, die erfindungsgemäß ausgerichtet sind, und daher
ist der Laufstreifen nicht in Blöcke
unterteilt, die gegenüber
Verschleiß an
ihren einlaufseitigen oder auslaufseitigen Kanten anfällig sind.
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Zum
Zweck der Bereitstellung einer allgemein optimierten Rillenausrichtung,
wie es in 1 gezeigt ist, haben die Erfinder
herausgefunden, dass eine Kosekanskurve eine annehmbare Form ergibt, die
den Verschleiß des
Laufstreifenprofils verbessert. Diese wird als y = Kosekans (x)
implemen tiert, wobei y die Umfangsrichtung des Reifens ist und x
die axiale Richtung.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Bestimmen des erforderlichen
Laufstreifenrillenwinkels oder der erforderlichen Laufstreifenrillenausrichtung
bereit, um das Laufstreifenprofil mit einem optimalen, d.h. minimalen,
Laufstreifenverschleiß zu
bilden. Dieses Verfahren umfasst an aufeinanderfolgenden axialen
Punkten über
den Laufstreifen hinweg von der Mitte bis zur Laufstreifenkante,
dass die Laufstreifenrille in der gleichen Richtung wie der typische
Schlupf aufgrund der resultierenden Kraft, die auf den Laufstreifen
wirkt, wenn der betreffende axiale Punkt sich in der Mitte des Laufstreifen/Straße-Kontaktbereiches
befindet, ausgerichtet wird.
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Dieses
Verfahren kann entweder durch praktische Mittel oder durch Berechnung
implementiert werden, wie es nachstehend erläutert wird.
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Für das Verfahren
durch Berechnung ist es als empfehlenswert befunden worden, durch
direkte Berechnung die Richtung der resultierenden Kraft, die auf
den Laufstreifen an einem axialen Punkt im Kontaktbereich wirkt
zu bestimmen und die Rille an diesen Punkt in dieser gleichen Richtung
auszurichten.
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Bei
der praktischen Implementierung des Verfahrens wird der Reifen,
vorzugsweise ein unbenutzter Reifen, mit einer Anordnung aus kleinen
Löchern,
die vorzugsweise an der Reifenoberfläche kreisförmig sind, versehen, um ein
Loch an jeder axialen Stelle über
die Laufstreifenoberfläche
hinweg vorzusehen. Der Reifen wird dann an dem Fahrzeug unter allen
Fahrbedingungen gefahren, um einen Verschleiß des Laufstreifens über seine
gesamte Breite einzuleiten. Der Laufstreifenverschleiß wird mit
dem Auftreten eines Verschleißmusters
deutlich werden, das in einer besonderen Richtung von jedem kleinen
Loch gemäß der axialen
Position des Loches ausgeht. Im Anschluss kann das Laufstreifenrillenprofil
in den Laufstreifen eines anderen Reifens eingeformt oder geschnitten
werden, indem die Laufstreifenrille an jeder besonderen axialen
Stelle in der gleichen Richtung wie das Verschleißmuster
ausgerichtet wird, das von dem Loch an dieser Stelle an dem verschlissenen
Reifen ausgeht.
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Darüber hinaus
kann gemäß dem Berechnungsverfahren
der Erfindung die Ausrichtung von Laufstreifenrillen entsprechend
der erwarteten Fahrweisen oder Verwendungsarten des Fahrzeuges weiter
optimiert werden. Somit stellt die Erfindung ein Verfahren zum Optimieren
der Rillenausrichtung beispielsweise von einem Reifen für ein Hochleistungs-Rennmotorrad bereit,
von dem zu erwarten ist, dass es mit hoher Beschleunigung und starkem Bremsen
und unter extremen Kurvenfahrbedingungen mit hoher Beschleunigung
und vollem Sturz gefahren wird, und im Gegensatz dazu von einem
Reifen für
ein Motorrad oder einen Motorroller für niedrigere Leistung, wie
etwa von einem schwach motorisierten Moped, von dem vernünftigerweise
zu erwarten ist, dass es gemütlicher
gefahren wird.
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Somit
entscheidet der Reifenkonstruktionsingenieur gemäß dem Verfahren der Erfindung
zunächst
die typische Längsbeschleunigung,
die der Reifen bei der Kurvenfahrt erfahren wird, gemäß der erwarteten
Fahrweise oder Verwendungsart des Fahrzeuges, und die entsprechende
Längskraft,
die auf den Laufstreifen in dem Reifen/Straße-Kontaktbereich wirkt. Beispielsweise
kann der Reifenkonstruktionsingenieur entscheiden, dass für einen
Reifen, der für
ein Hochleistungs-Motorrad mit starker Motorisierung vorgesehen
ist, ein Längsbeschleunigungswert
von mehr als 0,5 g geeignet ist, wohingegen für ein schwach motorisiertes
Moped ein Wert von weniger als 0,1 g geeignet ist.
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Es
werden anschließend
für aufeinanderfolgende
axiale Punkte über
den Laufstreifen hinweg von der Mitte bis zur Kante, wobei die Punkte,
wenn sie als in der Mitte des Kontaktbereiches angesehen werden,
besonderen Sturzwerten entsprechen, die Querbeschleunigung und somit
die Querkraft, die auf den Reifen wirkt, bestimmt. Nachdem nun die
Längs- und
Querkräfte
bekannt sind, die an aufeinanderfolgenden axialen Punkten des Laufstreifens
wirken, wenn derartige Punkte in dem Reifen/Straßen-Kontaktbereich zentriert sind, kann
die Richtung der resultierenden Kraft aus der Vektoraddition dieser
beiden bekannten Kräfte
bestimmt werden, und der Rillenabschnitt an diesem Punkt sollte
dann mit der Richtung dieser resultierenden Kraft ausgerichtet werden.
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Anhand
des Beispiels der Ergebnisse der Anwendung des obigen Verfahrens
zeigt 3 die Ausrichtung von drei Laufstreifenrillen,
die schematisch durch die einzelnen Linien A, B, C gekennzeichnet
sind und die optimalen Rillenanordnungen für drei Reifen mit stark unterschiedlichen
erwarteten Benutzungsweisen zeigen. 3 zeigt
die abgewickelten Formen dieser Ausrichtungen.
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Somit
stellt das Rillenprofil A eine optimierte Form für einen Reifen für einen
Gebrauch bei niedriger Leistung bereit, wie beispielsweise an einem schwach
motorisierten Motorrad oder einem Moped. Für diesen Reifen wurde ein typischer
Längsbeschleunigungswert
bei Kurvenfahrt von lediglich 0,1 g verwendet.
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Im
Gegensatz dazu stellt das Rillenprofil C die optimierte Form für einen
Hochleistungsgebrauch, wie etwa an einem Rennmotorrad, dar. Für die sen
Reifen wurde ein Längsbeschleunigungswert bei
Kurvenfahrt von 0,6 g verwendet.
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Die
Rillenform B stellt die optimierte Ausrichtung für einen Reifen für einen
Gebrauch mit dazwischenliegender Leistung dar. Für diesen Reifen wurde ein Längsbeschleunigungswert
bei Kurvenfahrt von 0,3 g verwendet.
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Bei
den obigen Verweisen auf eine Längsbeschleunigung
ist zu verstehen, dass eine Längsverzögerung,
d.h. ein Bremsen, eingeschlossen ist, welches, wie es in der Technik üblich ist,
als eine Beschleunigung mit negativem Vorzeichen angesehen wird.
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Im
Hinblick auf Lastübertragungserwägungen sollte
die Optimierung der Rillenausrichtung der Reifen auf der Grundlage
durchgeführt
werden, dass der Vorderreifen des Fahrzeuges für ein Bremsen optimiert ist,
während
der Hinterreifen für
eine Beschleunigung optimiert ist. Eine derartige Grundlage führt zu dem
laufrichtungsgebundenen Aufziehen des Laufstreifenprofils, das in 1 angegeben
ist, bei dem der Vorderreifen bei der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs in
der Richtung des Pfeils F rotiert, wohingegen der Hinterreifen in
der Richtung des Pfeils R rotiert.
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Obgleich
die obigen Ausführungsformen
die Rillenwinkel oder -ausrichtungen an der Laufstreifenmitte und
den Laufstreifenkanten als 0° bzw.
90° zur Umfangsrichtung
des Reifens beschreiben, können andere
Winkel, wie etwa 10° bzw.
80° verwendet
werden, die einen großen
Teil des Vorteils reduzierten Laufstreifenverschleißes gemäß der Erfindung
behalten werden.