DE69927666T2

DE69927666T2 - Reifen mit opferbrücken

Info

Publication number: DE69927666T2
Application number: DE69927666T
Authority: DE
Inventors: Ciprian Robert RADULESCU
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Michelin Recherche et Technique SA France
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Michelin Recherche et Technique SA France
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: EP1036029A1; WO1999065814A2; US6102092A; AU5542199A; CA2300989A1; AU766391B2; JP2002538030A; EP1036029B1; DE69927666D1; BR9906536A; KR20010022933A; ZA200000199B; WO1999065814A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf radiale Luftreifen für Kraftfahrzeuge, bei denen die Anomalien auf der Profiloberfläche, die zur Unzufriedenheit der Verbraucher führen, kleiner sind, ohne dass die Leistungsfähigkeit des Reifens, wie Traktion bei Nässe und Bremsleistung, beeinträchtigt ist. Die Erfindung bezieht sich genauer auf einen Luftreifen mit einer Mehrzahl von in axialer Richtung beabstandeten, in etwa länglichen Rillen, die in etwa längliche Lamellen voneinander trennen. Auf mindestens einer Lamelle wiederholen sich in Umfangsrichtung in Querrichtung verlaufende Rillen oder Einschnitte und bilden erste und zweite Oberflächenbereiche, wobei die ersten Oberflächenbereiche Blöcke umfassen, deren Länge in Umfangsrichtung größer ist als die Länge der zweiten Oberflächenbereiche.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Um die Traktion bei Nässe, den Nassgriff und die Bremsleistung und dergleichen zu verbessern, weisen Radialreifen Profile mit längs laufenden Rillen oder Zickzackrillen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und, um die Traktion noch weiter zu verbessern, quer laufende Rillen auf, die die umlaufenden Rillen zur Bildung von Blöcken in axialer Richtung verbinden. Um ein hohes Niveau der Traktion auf recht zu erhalten, müssen die quer laufenden Rillen oder Einschnitte über die gesamte Lebensdauer des Reifenprofils vorhanden sein. Um dies zu erreichen, muss der Reifen leider quer laufende Rillen aufweisen, deren Tiefe in etwa der Tiefe der längs laufenden Rillen entspricht. Ein Beispiel für einen solchen Vergleichsreifen 100 ist in den 1a bzw. 1b in der Gesamtansicht und der Draufsicht auf den Profilbereich des Reifens gezeigt. In diesem Beispiel sind die Profilblöcke 20 in Umfangsrichtung durch Querrillen 30 mit in etwa voller Tiefe beabstandet. Derart gestaltete Reifen werden gewöhnlich an der Antriebsachse von Kraftfahrzeugen verwendet und weisen eine akzeptable Traktion bei Nässe auf, es ist jedoch bekannt, dass sie eine verminderte Profilsteifigkeit besitzen, die aus der Bildung von Anomalien an der Profiloberfläche resultiert, wie beispielsweise "Heel-and-toe" oder "Sägezahn"-Profil oder Profilblockvertiefung. Wegen dieser Anomalien sind die Verwender entweder wegen des nicht akzeptablen äußeren Aussehens des Reifens oder wegen den unkomfortablen Fahreigenschaften, die durch Profil-induzierte Vibrationen verursacht werden, unzufrieden. Beide Faktoren können dazu führen, dass der Reifen vor seiner ganzen möglichen Lebensdauer abgenommen wird.
Um eine Art von Kompromiss zwischen den Oberflächenanomalien und den Traktionseigenschaften zu erreichen, wurden Reifen konzipiert, die quer laufende Rillen aufweisen, welche Blöcke 20 definieren, bei denen die quer laufenden Rillen 30 eine Tiefe d aufweisen, die deutlich kleiner ist als die Tiefe h der längs laufenden Rillen, wobei ein solcher Reifen 200 in 2a gezeigt ist. Die Oberflächenbereiche des Profils, die von der Kante 22 eines ersten Blocks 20 und der Kante 21 eines zweiten Blocks 20 begrenzt werden, werden gewöhnlich als "Brücken" bezeichnet. Für Werte von d/h in der Nähe von null weisen die Reifen eine schlechte Traktion auf, für Werte von d/h in Richtung Eins können Oberflächenanomalien an den Reifen auftreten, die zu einer verminderten Lebensdauer des ursprünglichen Profils führen. Ein akzeptables Ergebnis kann erzielt werden, wenn das Reifenprofil so konzipiert wird, dass das Verhältnis R₁ = d/h der Rillentiefe d zu der Rillentiefe h so ist, dass d/h im Bereich von 0,1:1 bis etwa 0,2:1 liegt. Während ihrer Lebensdauer verlieren die Reifen jedoch leider wegen Faktoren wie Abrieb, Ermüdung und dergleichen, Profilgummi. Als Ergebnis nutzen sich Reifen mit Profildesigns, wie sie in 2a gezeigt sind, d. h. mit flachen quer laufenden Rillen, so ab, dass das Verhältnis d/h kontinuierlich sinkt und schließlich in Richtung null geht. Der Nachteil eines solchen Reifens, bei dem d/h in Richtung null geht, besteht in dem oben erwähnten Verlust von Nassgriff, Bremsleistung und dergleichen.
Es wurden Tests unter Autobahnbedingungen an Reifen wie Reifen 200 durchgeführt, die eine Profiltiefe von etwa 20, 5 mm an dem neuen Profil mit quer laufenden Rillen von etwa 3 mm Tiefe aufweisen. Die Entwicklung von d/h, die gerade beschrieben wurde, ist aus den in 2b gezeigten Testergebnissen zu sehen, wobei in 2b die gemessene Profiltiefe gegen die Position für einen Abschnitt des Reifens in Umfangsrichtung dargestellt ist. Nach 54.000 Kilometern Gebrauch hat die Profiltiefe überall einen Wert von etwa 17 mm, das Verhältnis von d/h ist etwa null. In diesem Fall werden die Reifen eher wegen einem wahrgenommenen Verlust der Traktion als der beginnenden Oberflächenanomalien nicht mehr weiter benutzt. Um diese schlechten Eigenschaften abzumildern, sehen die Reifenentwickler häufig eine zusätzliche Feinprofilierung vor oder verwenden eine komplexe Blockgeometrie, die, anstatt die Situation zu verbessern, zu weiteren Oberflächenanomalien und/oder Empfindlichkeit gegenüber Abrieb oder Rissbildung führen kann. Daher besteht ein Bedarf für ein Reifenprofildesign, bei dem der optimale Wert für das Verhältnis d/h während der gesamten Lebensdauer erhalten bleibt.
Zur Verminderung des unregelmäßigen Abriebs an den Lamellen ist in US 4,945,966 ein Reifen offenbart, der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, d. h. ein Reifen mit einem Profil, das Lamellen aufweist, die mit vertieften, quer laufenden Bereichen versehen sind, wobei die relative Länge dieser Bereiche in Umfangsrichtung in Bezug auf den anderen Bereich zwischen zwei vertieften Bereichen nicht erwähnt wird. EP 0 397 639 offenbart einen Reifen für hohe Belastungen, der ein Profil mit einer Vielzahl von Blöcken aufweist, wobei die Schulterblöcke in Umfangsrichtung durch schmale vertiefte Bereiche beabstandet sind.
Reifen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 9 sind aus der Druckschrift US 4,945,966 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Radialreifen anzugeben, dessen Eigenschaften bezüglich der Traktion bei Nässe erhalten bleiben, und der keine Oberflächenanomalien zeigt. Diese Aufgabe wird mit dem Reifen gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung gibt außerdem einen Reifen gemäß Anspruch 9 an.
Gemäß der in 3b für Reifen 300 angegebenen Bezeichnung wird der erste Oberflächenbereich im Folgenden als Block 20 und der zweite Oberflächenbereich als Opferbrücke 30 bezeichnet. Eine Auf gabe der Erfindung besteht darin, einen von null verschiedenen Wert des Verhältnisses R₁ = d/h aufrecht zu erhalten. Zur Lösung dieser Aufgabe muss die Opferbrücke von dem angrenzenden Profilblock 20 entkoppelt sein. Diese Entkopplung kann durch enge Querrillen oder Einschnitte 40 und 50 erreicht werden. Einschnitt 40 befindet sich zwischen der hinteren Kante 22 eines ersten Blocks 20 und der vorderen Kante 31 der Opferbrücke 30. Einschnitt 50 befindet sich zwischen der hinteren Kante 32 der Opferbrücke 30 und der vorderen Kante 21 eines zweiten Blocks 20. Die vordere Kante und die hintere Kante werden in Bezug auf die Fahrtrichtung des Reifens definiert, wobei die vordere Kante 21 der erste Punkt auf dem Block 20 ist, der während der Fahrt des Reifens mit dem Boden in Kontakt kommt, und die hintere Kante 22 der letzte Punkt auf dem Block 20 ist, der während der Fahrt des Reifens mit dem Boden in Kontakt kommt. Die Opferbrücke 30 wird in Umfangsrichtung durch Einschnitte 40 und 50 und seitlich durch umlaufende Rillen 10 begrenzt. Die Tiefe h₁ der Einschnitte 40 und 50 und die Höhe h₂ der Opferbrücke 30 sind so gewählt, dass die Oberfläche 33 der Opferbrücke 30 den Boden während des Abrollens des Reifens unter Last berührt. Ein Beispiel für ein solches Design ist der Reifen 300, der in Draufsicht in 3a gezeigt ist.
Da die Oberfläche 33 den Boden bei Fahrt unter Last berührt, wird die Opferbrücke 30 während der Zeitspanne des Bodenkontakts longitudinalen Scherkräften ausgesetzt. Diese Scherkräfte müssen ausreichend groß sein, um an der Opferbrücke eine solche Rate des Gummiverlusts (gemessen in mm/km) hervorzurufen, dass das Verhältnis d/h aufrechterhalten wird. Bei dem Versuch, die Probleme der bekannten Reifen zu lösen, haben die Erfinder festgestellt, dass eine optimale Größe der Scherkraft und damit der Rate des Kau tschukverlustes nur in bestimmten Bereichen der Werte für R₁ = d/h, R₂ = h₁/h und des Verhältnisses der Länge der Opferbrücke L₂ zur Länge des Blocks L₁ R₃ = L₂/L₁ erhalten wird. Wenn diese Parameter in ihren jeweiligen optimalen Bereichen liegen, bleibt das Verhältnis d/h während der gesamten Lebensdauer des Profils erhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung und die Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
1a eine teilweise perspektivische Ansicht des Vergleichsreifenprofils 100 mit quer laufenden Rillen ist, die die volle Tiefe haben;
1b den Profilbereich des in 1a gezeigten Vergleichsreifens 100 in Draufsicht zeigt;
2a den Profilbereich eines Vergleichsreifens 200 in Draufsicht zeigt, der quer laufende Rillen mit partieller Tiefe aufweist; 2b den Profilbereich des in 2a gezeigten Vergleichsreifens 200 im Querschnitt darstellt;
2c eine grafische Darstellung ist, in der die Profiltiefe gegen die Position in Umfangsrichtung an einem Reifen mit dem in 2a gezeigten Profilbereich aufgetragen ist;
3a den Profilbereich eines Luftreifens 300 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht zeigt;
3b einen Querschnitt entlang der Mittellinie des in 3a gezeigten Profilbereichs zeigt, wobei die Feinprofilierung an den Kanten der Rille aus Gründen der Übersichtlich keit weggelassen wurde;
3c eine grafische Darstellung ist, in der die Profiltiefe gegen die Position an einem Reifen mit dem in 3a gezeigten Profilbereich in Umfangsrichtung aufgetragen ist. Zur Beachtung: Die Drehrichtung des Reifens ist mit dem Großbuchstaben R angegeben;
4a und 4b Ansichten eines Radialreifens 300 im Querschnitt sind, die mögliche Konfigurationen für schräge Einschnitte zeigen; zur Beachtung: Die Drehrichtung des Reifens wird mit dem Großbuchstaben R angegeben;
5a den Profilbereich eines Luftreifens 400 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht zeigt;
5b eine teilweise perspektivische Ansicht des Profilbereichs eines Luftreifens gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist;
6a ein Querschnitt entlang der Mittellinie des in 5a gezeigten Profilbereichs ist, der einen ersten Einschnitt mit Zickzackprofil darstellt;
6b ein Querschnitt entlang der Mittellinie des in 5a gezeigten Profilbereichs ist, der einen ersten Einschnitt mit sinusförmigem Profil zeigt;
7a ein Querschnitt entlang der Mittellinie des in 5a gezeigten Profilbereichs ist, der einen zweiten Schnitt mit einem gekrümmten Profil zeigt; und
7b ein Querschnitt entlang der Mittellinie des in 5a gezeigten Profilbereichs ist, der einen zweiten Schnitt mit einem abgeschrägten Profil zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wenn der Reifen vom Blocktyp auf einem Kraftfahrzeug auf der Autobahn abrollt, treten Oberflächenscherbeanspruchungen an der Grenzfläche Reifen-Fahrbahn auf, da die Reifenkarkasse und die Gürtelstruktur abgeflacht und die Profilblockelemente komprimiert werden. Da sich die Profiloberfläche in radialer Richtung weiter außen befindet als die Gürtelstruktur, führt das Abrollen in Kontakt mit einer flachen Oberfläche dazu, dass an der Grenzfläche Reifen-Fahrbahn während in etwa der ersten Hälfte des Kontakts und in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung während der zweiten Hälfte des Kontakts tangentiale Beanspruchungen auftreten. Für Reifen mit Blockprofildesigns oder Designs vom Blocktyp tritt wegen der vertikalen Stauchung des Profilkautschuks, die durch die vertikale Belastung an dem aufgepumpten Reifen induziert wird, eine zweite Art von Beanspruchung auf. Diese zweite Art von Beanspruchung wirkt in Vorwärtsrichtung an der quer laufenden Kante des Blocks, die zuerst mit dem Boden in Kontakt ist, und in Rückwärtsrichtung an der quer laufenden Kante des Blocks, die den Boden zuletzt berührt. Diese quer laufenden Kanten werden als Vorderkante (vordere Kante) 21 bzw. Hinterkante (hintere Kante) 22 des Blocks 20 (in
3b gezeigt) bezeichnet. Diese beiden Arten von Belastungen treten gleichzeitig an der Blockoberfläche mit einer resultierenden Rate des Profilgummiverlustes auf, welcher über die Blockoberfläche nicht gleichförmig sein kann. Die Rate des Gummiverlustes ist genauer an oder nahe der Vorderkante 22 des Blocks maximal. Das Oberflächenprofil des Profils, das aus diesem nicht gleichförmigen Gummiabrieb resultiert, ist allgemein als "Heel-and-toe"- oder "Sawtooth"-Profil bekannt. Später kann ein solches Oberflächenprofil in einer schnellen Abnahme einiger Profilblöcke im Verhältnis zu angrenzenden Profilblöcken resultieren, wodurch es erforderlich sein kann, dass der Reifen vorzeitig nicht mehr weiter benutzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zwischen zwei Profilblöcken eine Opferbrücke vorgesehen. Durch die Gegenwart der Opferbrücke werden die unerwünschten "Heel-and-toe" oder "Sawtooth"-Profile minimiert, wobei gleichzeitig akzeptable Traktionseigenschaften aufrechterhalten bleiben.
Zur Lösung der oben angegebenen erfindungsgemäßen Aufgabe besitzt ein radialer Luftreifen einen Profilbereich, der umfasst: (a) Eine Vielzahl von in etwa umlaufenden, in axialer Richtung beabstandeten Rillen mit einer Tiefe h im Profilbereich des Reifens, (b) mindestens eine Lamelle, die an dem Oberflächenbereich zwischen zwei umlaufenden Rillen gebildet ist, (c) eine Vielzahl von quer laufenden Rillen mit einer Tiefe h₁, die die Tiefe h der umlaufenden Rillen nicht übersteigt, die in Umfangsrichtung in Intervallen an mindestens einer Lamelle vorgesehen sind, wobei alternierende Paare von quer laufenden Rillen erste Oberflächenbereiche mit einer umlaufenden Länge L₁ in Umfangsrichtung angrenzend an zweite Oberflächenbereiche mit einer umlaufenden Länge L₂ definieren, wobei das Verhältnis der Länge L₂ des zweiten Oberflächenbereichs und der Länge L₁ des ersten Oberflächenbereichs so ist, dass gilt: 0,25:1 < L₂/L₁ < 0,50:1, und (d) der zweite Oberflächenbereich in radialer Richtung um einen Abstand d von dem ersten Oberflächenbereich nach innen versetzt ist. Durch geeignete Spezifikation des Verhältnisses der Länge der Opferbrücke zu der Länge des Profilblocks und der Tiefe und Weite der Einschnitte an der vorderen Kante und der hinteren Kante der Opferbrücke bleibt der gewünschte Effekt während der gesamten Le bensdauer des Profils erhalten.
In den 3a und 3b, 4a und 4b sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reifens gezeigt. In diesen Ausführungsformen sind mehrere umlaufende Rillen 10 in regelmäßigen axialen Abständen über dem Profilbereich des Reifens angeordnet. Die Anzahl und spezielle axiale Position der umlaufenden Rillen hängt von der beabsichtigten Verwendung des Reifens ab. Umlaufende Rillen 10 weisen in radialer Richtung eine Tiefe h auf. Zwischen zwei angrenzenden umlaufenden Rillen werden mehrere Lamellen gebildet. In diesen Ausführungsformen sind die Lamellen in Querrichtung durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Einschnitten 40 und 50 unterteilt. Ein erster Oberflächenbereich, Block 20, weist eine Oberfläche auf, die an dem Profilbereich des Reifens in radialer Richtung am weitesten außen liegt. Block 20 besitzt in Umfangsrichtung eine Länge L₁ und in radialer Richtung eine Höhe h, die der Höhe der umlaufenden Rillen 10 entspricht. Ein zweiter Oberflächenbereich, die Opferbrücke 30, weist eine Oberfläche 33 auf, die in radialer Richtung nach innen um einen Abstand d von der Oberfläche des Blocks 20 beabstandet ist. Die Oberfläche 33 der Opferbrücke 30 besitzt eine in Umfangsrichtung gemessene Länge L₂. Die Einschnitte 40 und 50 weisen Höhen h₁, die von der Profiloberfläche in radialer Richtung nach innen gemessen werden, und Breiten w₁ bzw. w₂ auf, die in Umfangsrichtung des Reifens ermittelt werden. Die Einschnitte 40 und 50 sind in den Figuren als gerade radiale Einschnitte mit gleicher Höhe h₁ gezeigt, wobei die Erfindung jedoch auch Einschnitte 40 und 50 umfasst, deren Tiefe nicht gleich ist oder die unterschiedliche Formen aufweisen.
Wenn ein erfindungsgemäßer Reifen auf eine Felge montiert, aufge pumpt und gemäß den Empfehlungen der Tire and Rim Association belastet wird, verursacht das Abrollen des Reifens am Boden die oben genannten Scherkräfte, die an den Blöcken 20 auftreten. Wenn Opferbrücken 30 vorhanden sind, führt die Kompression des Profilkautschuks dazu, dass sich die radialen Wände der Einschnitte 40 und 50 aneinander annähern, so dass die Opferbrücke 30 nun als Verstärkung für den angrenzenden Profilblock 30 gegen die Einwirkung der genannten Scherkräfte wirkt und dabei die Gleichförmigkeit des Profilgummiverlustes über die Blockoberfläche verbessert. Der Oberflächenbereich 33 der Opferbrücke 30 wird ebenfalls ähnlichen Beanspruchungsmechanismen ausgesetzt. Wegen der Gegenwart der Einschnitte 40 und 50 kann sich die Opferbrücke unter der Scherbeanspruchung verformen und der Kautschukverlust ist so, dass die Vertiefung d erhalten bleibt. Wenn die speziellen Abmessungen der Opferbrücke 30 so sind, dass der Oberflächenbereich nicht ausreichend beständig gegenüber Scherverformung ist, ist die Rate des Kautschukverlustes an der Brückenoberfläche 33 geringer als die Rate des Gummiverlustes an Block 20. In diesem Fall verschwindet die Vertiefung d nach einer geringen Anzahl von Betriebsmeilen und das Verhältnis d/h geht gegen null.
3a zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reifens. In dieser Ausführungsform sind in den Lamellen Blöcke 20 zwischen umlaufenden Vertiefungen ausgebildet, wobei Opferbrücken 30 zwischen den Blöcken 20 durch schmale radiale Einschnitte 40 und 50 gebildet werden. Die Opferbrücken befinden sich um den Umfang des Reifens in regelmäßigen Abständen. In 3a sind Blöcke 20 mit einer gleichmäßigen Länge L₁ dargestellt. Typischerweise liegt die Länge L₁ zwischen etwa 1,0 % und 1,4 % des Reifenumfangs, wobei L₁ mehrere bestimmte Werte annehmen kann, so dass eine Sequenz von einzelnen Teilblocklängen gebildet wird. Gemäß der erfindungsgemäßen Lehre werden sowohl die jeweiligen Werte von L₁ und die Abfolge der einzelnen Teilsequenzen typischerweise so bestimmt, dass unerwünschte Reifengeräusche minimiert werden. Die Opferbrücken 30 weisen in der Abbildung gerade Kanten 31 und 32 mit einem mit Winkel β in Bezug auf die Abrollrichtung wie in 3a gezeigt auf. Der Winkel β liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 60° bis etwa 90°. Die Erfindung umfasst Kanten 31 und 32, die eine alternierende Zickzackform oder gekrümmte Form annehmen können.
Beispiel
Die hier offenbarte Erfindung kann für alle Klassen von Luftreifen vorteilhaft sein, bei denen es erforderlich ist, den Kompromiss zwischen Traktionseigenschaften und Gesamtlebensdauer zu verbessern. Um die gemäß der vorliegenden Erfindung möglichen Verbesserungen zu zeigen, wurden nach der ersten Ausführungsform drei verschiedene Designs auf 275/80 R 22.5 schweren Lastwagen-Radialreifen hergestellt und dann auf die Antriebsachse von 6 × 4 Lastkraftwagen montiert, die unter Autobahnbedingungen betrieben wurden. Jedes Design wurde zusammen mit einem Set von Vergleichsreifen montiert. Während des Tests wurden die Profiltiefen und Oberflächenprofile des Profils gemessen, wobei auch das Auftreten von Oberflächenanomalien am Profil vermerkt wurde. Die speziellen Daten für die drei Designs und den Vergleichsreifen sind in der Tabelle 1 angegeben.
Die Ergebnisse dieser Tests zeigen, dass bei einem Reifen gemäß dieser Ausführungsform eine akzeptable Vertiefung und somit d/h bis zu 144.000 km (90.000 Meilen) erhalten bleibt. Die in Tabelle 1 ange gebenen Ergebnisse zeigen ganz klar, dass nur bestimmte Kombinationen von Designparametern zu diesem Grad Eigenschaftsniveau. Bei Ausführungsform 1-1 und Ausführungsform 1-2 wurden alle Parameter konstant gehalten, mit Ausnahme der anfänglichen Vertiefung d. Dennoch liegt die Anzahl der Kilometer bis d/h~0 in etwa bei 80.000 km (50.000 Meilen). Die Ausführungsform 1-3 zeigt eine bessere Leistung von 144.000 km (90.000 Meilen). Hier ist der Wert für das Verhältnis R₃ = L₂/L₁ 0,42:1.
Die Daten zeigen, dass ein wirksamer Bereich für R₃ 0,25:1 < L₂/L₁ < 0,50:1 ist, wobei R₃ vorzugsweise einen Wert größer etwa 0,40:1 bis etwa 0,50:1 aufweisen sollte. Werte für R₃ kleiner als 0,25:1 führen zu Opferbrücken, deren Kautschukverlustrate ungenügend ist, damit eine deutliche Verbesserung bezüglich der Aufrechterhaltung der Vertiefung d auftritt. Werte von R₃ größer 0,50:1 bedeuten dagegen, dass die gesamte Oberfläche der Blöcke 20 für adäquate Traktionskräfte ungenügend ist oder zu einer beschleunigten Kautschukverlustrate des Profils führen würde.
Das Verhältnis R₁ = d/h liegt in den Beispielen im Bereich von 0,10 bis 0,15, wobei sich herausgestellt hat, dass ein effektiver Bereich 0,10:1 < R₁ < 0,20:1 ist. Vorzugsweise beträgt R₁ etwa 0,15:1. In allen in Tabelle 1 gezeigten Beispielen ist die Tiefe der Einschnitte 40 und 50 gleich der Profiltiefe h oder, alternativ R₂ = 1,00:1. Die übliche Praxis von Verbrauchern, die schwere Lastwagenreifen benutzen, führt jedoch häufig dazu, dass ein Reifen nicht mehr weiter benutzt wird, wenn noch Profil vorhanden ist. Dies ermöglicht es, dass die Einschnitte 40 und 50 weniger tief sind als die Profiltiefe h, es ist jedoch auf jeden Fall erforderlich, dass h₁ mindestens 75 % der Profiltiefe h beträgt, damit während der tatsächlichen Lebensdauer akzeptable Eigenschaften bezüglich der Traktion bei Nässe aufrechterhalten bleiben. Dies führt zu einer Spezifikation von 0,75 < R₂ < 1,00, vorzugsweise ist R₂ etwa 1, 00. Die Breiten der Einschnitte 40 und 50 sind in dieser Ausführungsform gleich und betragen 0,5 mm. Effektive Breiten w₁ und w₂ liegen im Bereich von etwa 0,2 mm bis etwa 2 mm. Vorzugsweise liegen die Breiten w₁ und w₂ im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm. Belastungen am Boden der engen Einschnitte 40 und 50 können leider zu Rissbildung führen, was dazu führen kann, dass der Reifen früh nicht mehr weiter benutzt wird. Um diese Belastungskonzentration zu vermindern, ist es erforderlich, dass die Einschnitte 40 und 50 am Boden der Rille einen minimalen Radius von etwa 1 mm aufweisen. Als Maßnahme zur Verminderung der Belastungskonzentration weisen die in den Figuren gezeigten Einschnitte 40 und 50 sowie die Feinprofilierung an den Kanten der Rille an ihrer am weitesten innen liegenden Stelle einen vergrößerten Bereich auf.
Die Ergebnisse aus Tests an Kraftfahrzeugen, wie die in Tabelle 1 und in 2c beschriebenen, zeigen, dass die Vertiefung d angren zend an die vordere Kante von Block 30 erhalten bleibt, jedoch angrenzend an die hintere Kante beträchtlich vermindert wird. Trotz der besseren Leistung durch die Gegenwart der Opferbrücke hat das durch den Profilgummiverlust gebildete Profil von Block 20 tendenziell eine Sägezahnform. Ein Weg, um die gewünschte Verbesserung in Richtung einer gleichförmigeren Höhe von Block 20 während der Lebensdauer des Profils zu erzielen, besteht darin, mindestens einen Einschnitt 40 oder 50 relativ zur äußeren Normalen von der Profiloberfläche zu neigen.
Eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform ist in den 4a und 4b gezeigt, wobei Einschnitte 40 und 50 in Bezug auf die Normale von der Profiloberfläche geneigt sind. In diesen Fällen haben die Einschnitte 40 und 50 Neigungswinkel α₁ bzw. α₂, bezogen auf die äußere Normale der Profiloberfläche. Der Winkel α ist positiv, wenn die Achse der Vertiefung in Richtung der Rotation des Reifens oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wie in den 4a und 4b gezeigt ist. In dem ersten in 4a gezeigten Beispiel ist nur Einschnitt 40 im Bereich von –15° < α₁ < –5° geneigt, wobei α₁ vorzugsweise im Bereich von etwa –7° bis etwa –10° liegt. In einem anderen Beispiel (nicht gezeigt) ist nur Einschnitt 50 in Bereich von –15° < α₂ < –5° geneigt, wobei α₂ vorzugsweise im Bereich von etwa –7° bis etwa –10° liegt. In dem in 4b gezeigten Beispiel sind beide Einschnitte 40 und 50 schräg und α₁ und α₂ besitzen negative Werte. Im Beispiel von 4b kann die Neigung der Einschnitte im Bereich von –15° < α₁ oder α₂ < –5° effektiv sein, wobei vorzugsweise beide Winkel α₁ und α₂ im Bereich von etwa –7° bis etwa –10° liegen. Die Neigung von Einschnitt 40 und/oder 50 führt dazu, dass der Reifen direktional ist, d. h. eine bevorzugte Drehrichtung aufweist. Dies ist in den
4a und 4b durch den Großbuchstaben R angegeben. Gewöhnlich wird diese bevorzugte Drehrichtung an dem Reifen durch einen Pfeil oder einen Hinweis angegeben.
In einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wie sie für Reifen 400 in den 5a und 5b gezeigt ist, wird eine stärkere Feinprofilierung der Opferbrücke erreicht, indem die Breite des zweiten Einschnitts 50 im Verhältnis zu den in der ersten Ausführungsform offenbarten Breiten erhöht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die stärkere Feinprofilierung der Opferbrücke zu einer größeren anfänglichen Rate des Kautschukverlustes an der Opferbrücke führt. Dies ermöglicht, dass die Opferbrücke des Profils anfänglich keine Tiefe hat (d/h = 0), eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, um noch weitgehender zu verhindern, dass früh Oberflächenanomalien des Profils auftreten, wobei später ein von null verschiedener Wert für d/h auftritt. Dadurch wird sowohl eine höhere Lebensdauer als auch eine bessere Traktion an dem gebrauchten Reifen erzielt. Wegen der Lebensdauer des Profils ist es nicht günstig, dass ein übermäßig großer Bereich der Profiloberfläche Opferbereich ist. Daher besitzt Reifen 400 einen engen ersten Einschnitt 40 mit einer Breite w₁ nahe der vorderen Kante des ersten Blocks 30 und eine größere Breite w₂ des zweiten Einschnitts 50 in der Nähe der vorderen Kante des zweiten Blocks 30. Für Profiltiefen h von etwa 20 mm kann die Breite w₂ von Einschnitt 50 in etwa im Bereich von 1 bis 10 mm liegen. Die Erhöhung der Breite von Einschnitt 50 vermindert die Steifigkeit des gesamten Profils und kann die Rate des Profilgummiverlustes beeinträchtigen. Es ist daher vorzuziehen, wenn die Breite von Einschnitt 50 im Bereich von 1 mm < w₂ < 3 mm liegt.
Durch Vergrößerung der Breite von Einschnitt 50 kann die Opferbrü cke 30 nun entstehen und ihre Vertiefung kann während der Lebensdauer des Reifens länger aufrechterhalten bleiben. Die Breite w₁ des schmalen Einschnitts 14 bleibt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1 mm.
Eine wesentliche Funktion der Opferbrücke besteht darin, die durch die kompressive Belastung von Block 30 erzeugte Scherbeanspruchung zu vermindern. In der eben beschriebenen dritten Ausführungsform vermindert der verbreiterte zweite Einschnitt 50 den Verstärkungseffekt der Opferbrücke, was zu einem Verlust der Steifigkeit der hinteren Kante 22 von Block 30 führt. Es ist vorteilhaft, etwas von der verlorenen Steifigkeit durch eine Form des ersten Einschnitts 40 wiederzugewinnen, durch die die hintere Kante 22 von Block 30 mit der vorderen Kante 31 der Opferbrücke 30 verbunden wird. Dies kann mit einem ersten Einschnitt 40 erreicht werden, der eine in
6a gezeigte Zickzackform, eine in 6b gezeigte sinusförmige Form oder ähnliche in radialer Richtung gewellte Form aufweist. Ein deutliches Ausmaß der Wellung ist erforderlich, um den Verriegelungseffekt zu erhalten, vorzugsweise eine Amplitude der Wellung von 4 – 8 mm mit mindestens einem Zyklus der Wellung innerhalb der Abmessung h des Profils. Da in dieser Ausführungsform die Opferlamelle höheren Scherverformungen ausgesetzt sein wird als in der vorangegangenen Ausführungsform, kann es an dem engen Einschnitt 40 dazu kommen, dass der Kautschuk am Boden des Einschnitts 40 wegen lokaler Stresskonzentrationen und größerer Scherverformung reißt. Um den Reifen davor zu schützen, wird der Einschnitt 40 mit einem vergrößerten Bereich am Boden ausgeführt, der etwa zwei- bis fünfmal breiter ist als die Breite w₁. In dieser Ausführungsform ist zwar die Vertiefung d anfänglich null, es sind jedoch auch von null verschiedene anfängliche Werte, wie sie in der ersten Ausführungsform offenbart wurden, akzeptabel. Das Verhältnis R₁ liegt daher nun im Bereich von 0 < R₁ < 0,20:1, das für h = 20 mm bedeutet, dass 0 < d < 4 mm ist, wobei d an einem neuen Reifen vorzugsweise null ist.
7a zeigt ein weiteres Beispiel der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei der zweite Einschnitt 50 von der Profiloberfläche zum Boden von Einschnitt 50 eine sich kontinuierlich verändernde Breite 50 hat. In diesem Fall wird w₂ an der am weitesten außen gelegenen Stelle gemessen. Die in 7a gezeigte Form ist so gekrümmt, dass etwa bei der halben Tiefe die Breite des Einschnitts 50 in etwa der Breite des schmalen Einschnitts 40 entspricht. Hierdurch wird die Verstärkungswirkung der Opferbrücke wiederhergestellt, die Vertiefung d und ein günstiger Wert für R₁ bleiben jedoch während der Lebensdauer des Reifens erhalten. Eine alternative Form für den Einschnitt 50 ist in 7b gezeigt, wobei der Einschnitt einer in etwa geradlinige Abschrägung von der Oberfläche des Profils zu einem Punkt radial innen, der etwa auf der halben Tiefe liegt, folgt. Von diesem Übergangspunkt vom Boden 51 ist die Breite in etwa konstant und entspricht vorzugsweise der Breite, die für den schmalen Einschnitt 40 festgelegt wurde. In beiden, in den 7a und 7b gezeigten Beispielen ist bevorzugt eine Verbreiterung 51 am Grund des Einschnitts angebracht, um Spannungsrissbildung zu verhindern. Noch weitergehende Beständigkeit gegenüber der Bildung von Oberflächenanomalien kann erhalten werden, indem entweder der erste Einschnitt 40 oder der zweite Einschnitt 50 oder beide geneigt ausgeführt werden, wie dies für die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben wurde. In diesem Fall sind die Anordnungen für geneigte Einschnitte, wie sie in 4a und 4b gezeigt sind, auch auf die dritte Ausführungsform anzuwenden.

Claims

Radialer Luftreifen (300) mit einem Profilbereich, der umfasst: (a) mehrere, in etwa umlaufende, in axialer Richtung beabstandete Rillen (10) mit einer Tiefe h in dem Profilbereich des Reifens, und (b) mindestens eine Lamelle, die durch den Oberflächenbereich zwischen zwei der umlaufenden Rillen gebildet wird, und (c) mehrere enge, quer laufende Rillen (40, 50) mit einer Tiefe h1, die die Tiefe h der umlaufenden Rillen nicht übersteigt, die an mindestens einer Lamelle in Umfangsrichtung in Intervallen angeordnet sind, wobei alternierende Paare von quer laufenden Rillen erste Oberflächenbereiche 20, die eine Länge L1 in Umfangsrichtung aufweisen, in Umfangsrichtung angrenzend an zweite Oberflächenbereiche (30) definieren, die in Umfangsrichtung eine Länge L2 aufweisen, wobei das Verhältnis der Länge L2 des zweiten Oberflächenbereichs und der Länge L1 des ersten Oberflächenbereichs so ist, dass 0,25 ≤ L2/L1 ≤ 0,50, (d) wobei der zweite Oberflächenbereich (30) in radialer Richtung um einen Abstand d von dem ersten Oberflächenbereich (20) nach innen versetzt ist, wobei der Reifen dadurch gekennzeichnet ist, dass die genann ten mehreren engen, quer laufenden Rillen (40, 50) in Bezug auf die Abrollrichtung des Reifens einen Schnittwinkel b im Bereich von etwa 60° bis etwa 90° aufweisen.
Radialer Luftreifen nach Anspruch 1, wobei mindestens eine schmale Rille (40) in Bezug auf die radiale Richtung nach außen einen Neigungswinkel aufweist.
Radialer Luftreifen nach Anspruch 2, wobei eine erste schmale Rille (40), die an der vorderen Kante des ersten Oberflächenbereichs (30) angeordnet ist, einen Neigungswinkel α₁, bezogen auf die radiale Richtung nach außen, von etwa –5° bis etwa –15° aufweist.
Radialer Luftreifen nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine zweite schmale Rille (50), die an der hinteren Kante des zweiten Oberflächenbereichs (30) angeordnet ist, einen Neigungswinkel α₂, bezogen auf die radiale Richtung nach außen, von etwa –5° bis etwa –15° aufweist.
Radialer Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Länge L1 des ersten Oberflächenbereichs (20) etwa 1,0 % bis 1,4 % des Reifenumfangs beträgt.
Radialer Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verhältnis der Tiefe h1 der schmalen, quer laufenden Rillen (40, 50) und der Tiefe h der umlaufenden Rillen im Bereich von 0,75:1 bis etwa 1,00:1 liegt.
Radialer Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Breite der schmalen Rillen (40, 50) etwa 0,2 bis etwa 2 mm beträgt.
Radialer Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verhältnis der Vertiefung d und der Tiefe h der umlaufenden Rillen 0,10:1 ≤ d/h ≤ 0,20:1 beträgt.
Luftreifen (400) mit einem Profilbereich, der umfasst: (a) mehrere, in etwa umlaufende, in axialer Richtung beabstandete Rillen (10) mit einer Tiefe h in dem Profilbereich des Reifens, und (b) mindestens eine Lamelle, die durch den Oberflächenbereich zwischen zwei der umlaufenden Rillen gebildet wird, und (c) mehrere enge, quer laufende Rillen (40, 50) mit einer Tiefe h1, die die Tiefe h der umlaufenden Rillen nicht übersteigt, die an mindestens einer Lamelle in Umfangsrichtung in Intervallen angeordnet sind, wobei alternierende Paare von quer laufenden Rillen erste Oberflächenbereiche 20, die eine Länge L1 in Umfangsrichtung aufweisen, in Umfangsrichtung angrenzend an zweite Oberflächenbereiche (30) definieren, die in Umfangsrichtung eine Länge L2 aufweisen, wobei das Verhältnis der Länge L2 des zweiten Oberflächenbereichs (30) und der Länge L1 des ersten Oberflächenbereichs (20) so ist, dass 0,25 ≤ L2/L1 ≤ 0,50, wobei der Reifen dadurch gekennzeichnet ist, dass – eine erste der beiden schmalen, quer laufenden Rillen (40) an einer vorderen Kante des zweiten Oberflächenbereichs (30) angeordnet ist und eine Breite w1 und eine Tiefe h1 aufweist, und eine zweite der beiden schmalen, quer laufenden Rillen (50) an der hinteren Kante des zweiten Oberflächenbereichs (30) angeordnet ist und eine Breite w2 und eine Tiefe h2 aufweist, wobei die Breite w2 größer ist als die Breite w1.
Radialer Luftreifen nach Anspruch 9, wobei die Breite w1 der ersten schmalen Rille im Bereich von etwa 0,2 mm bis etwa 1 mm liegt und die Breite w2 der zweiten schmalen Rille im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 10 mm liegt.
Radialer Luftreifen nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste schmale Rille (40) in Umfangsrichtung des Luftreifens eine gewellte Querschnittsform aufweist, wobei die gewellte Form eine Amplitude von etwa 4 mm bis etwa 8 mm besitzt und mindestens einen Wellungszyklus aufweist.
Radialer Luftreifen nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zweite schmale Rille (50) eine kontinuierlich veränderliche Rillenbreite aufweist, wobei die Breite ihren maximalen Wert an der radialen Position aufweist, die der Profiloberfläche entspricht, und einen minimalen Wert radial innen an der Stelle, die in etwa der Tiefe h2 der zweiten schmalen Rille entspricht.
Radialer Luftreifen nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei sich die Breite der zweiten schmalen Rille (50) aus einem ersten Bereich mit variabler Breite, wobei der erste Bereich radial nach innen von der Oberfläche des Profils bis zu einem Abstand erstreckt, der in etwa der halben Tiefe der zweiten schmalen Rille entspricht und an der Profiloberfläche eine maximale Breite und radial nach innen nach dem ersten Bereich eine minimale Breite besitzt, und einem zweiten Bereich von konstanter Breite zusammengesetzt ist, die der minimalen Breite entspricht und sich von dem in radialer Richtung am weitesten innen liegenden Bereich des ersten Bereichs zu dem radial innen liegenden Ende der zweiten schmalen Rille erstreckt.
Radialer Luftreifen nach Anspruch 9 bis 13, wobei mindestens eine schmale Rille (40, 50) in Bezug auf die radiale Richtung nach außen einen Neigungswinkel aufweist.
Radialer Luftreifen nach Anspruch 14, wobei mindestens eine schmale Rille (40, 50) relativ zur radialen Richtung nach außen einen Neigungswinkel von etwa –5° bis etwa –15° aufweist.
Radialer Luftreifen nach Anspruch 14 oder 15, wobei sowohl die erste schmale Rille als auch die zweite schmale Rille (40, 50) relativ zur radialen Richtung nach außen einen Neigungswinkel von etwa –7° bis etwa –10° aufweist.