DD215045A1

DD215045A1 - Radialreifen mit besonderer profilgestaltung

Info

Publication number: DD215045A1
Application number: DD24870783A
Authority: DD
Inventors: Christian Paech
Original assignee: Fuerstenwalde Reifen Veb K
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1984-10-31
Also published as: NO840911L; DD215045B1; SE8401333L; SE8401333D0; GB2136743A; DE3342584A1; NL8304245A; GB2136743B; BE899109A; GB8405700D0

Abstract

Durch die Erfindung soll der Gebrauchswert des Reifens, insbesondere die Fahrsicherheit, durch guenstigere Ausnutzung des Kraftschlussbeiwertes erhoeht und der Antrieb vermindert werden. Gemaess Erfindung sind die Profilrillen im Zenit der Laufflaeche im Bereich zwischen 0 Grad und 10 Grad und am Rand der Laufflaeche zwischen 90 Grad und 80 Grad angeordnet, wobei die Richtungsaenderung kontinuierlich erfolgt.

Description

Radialreifen mit besonderer Prof!!gestaltung

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft Radialreifen, insbesondere solche für Pkw und Lkw mit besonderer Profilgestaltung und einem Querschnittsverhältnis von 0,65 bis 0,82.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Im Fahrbetrieb überträgt der Reifen sämtlione Kräfte zwischen Fahrzeug und Fahrbahn. In Abhängigkeit von den momentenen Betriebsbedingungen einerseits und den geometrisoh-physikalischen Parametern der Eeifenkonstruktion und Profilgestaltung andererseits bilden sich in der Zone des Eontaktes zwischen Helfen und Fahrbahn Spannungen aus, die lokal untersohiedlich groß und versohieden gerichtet sind*

Daraus folgt, daß der zwischen Gummiieilchen und Fahrbahn maximal erreichbare Kraftschlußbeiwert /u in der AufStandsfläche lokal unterschiedlich ausgenutzt und im Grenzbereioh örtlich auoh überfordert wird. Das bedeutet, daß der theoretisch maximal mögliche Kraftschlußbeiwert ax zwischen Gummi te Hohen und Fahrbahn von einem realen Reifen nicht erreicht werden kann.

Die sich In der Kontaktzone ausbildenden lokal unterschiedlich großen Spannungen sind bedingt

I. durch die zu übertragenden Antriebs-, Brems- und Seitenführungakräfte,

II. durch die sich aus der Abplattung des rollenden Reifens ergebenden geometrischen Verschiebungen und Krümmungsänderungen des Reifenkopfes sowie

III. durch das Kriechen des unter Druck stehenden visko-elastischen Gumraimaterials·

Wie aus der Darstellung des technischen Standes und der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen hervorgeht, ist die Anordnung von Quer- und Längsrillen oder bogenförmigen Strukturen zur Gestaltung der Lauffläche von Luftreifen bekannt und üblich· Zielstellung ist dabei in der Segel eine gute Haftung auf trockener und nasser Fahrbahn, ein hoher Abriebwiderstand, eine geringe Geräuschentwicklung u.a.m.

Völlig unzureichend wurden dabei bisher die in der Aufstandsfläohe wirkenden abplattungsbedingten Schubspannungen berücksichtigt.

Bekannt ist ein Profil (DE-OS 27 10 825) bei dem die Rillen eine vogelschwingenförmige Bogenstruktur aufweisen, wobei die Bögen ggf. naoh einer Ellipsengleichung gekrümmt sind. Zielstellung dieser Erfindung 1st es, daß der bei einem Steifen mit gürtelartiger Verstärkung der Lauffläche auftretende Sohiefzieheffekt weitgehend ausgeschaltet wird und ein Reifen mit größerer Laufruhe, geringerer VerschleißempfindIichkeit und hohem Drainagevermögen gegen Aquaplaning vorliegt·

Bezüglich der zu vermeidenden abplattungsbedingten Schubspannungen in der Aufstandsfläohe ist dieses Profil nicht optimal.

Weiterhin ist ein Laufstreifen bekannt (DE-OS 24 32 363), der sich aus Profilblöcken mit im wesentlichen kreisförmigen und einander gleichen zentralen Trägheitsellipsen zusammensetzt.

Als Vorteil werden höherer Abriebwiderstand und höhere übertragbare Kräfte angegeben« Eine derartige Anordnung von Profilblöcken

läßt jedoch den Einfluß der abplattungsbedingten Spannungen völlig unberücksichtigt und ist demzufolge mit Erfolg nur bei Seifen mit einem sehr geringen H:B-Verhältnis anwendbar«

Ferner wurde ein Laufstreifen beschrieben (DD-PS 124 109), der aus drei Reihen gleichartiger Profilelemente gebildet wird, wobei die zwischen den Profilblöcken angeordneten Quernuten paarweise durch schmale Ausnehmungen verbunden sind. An diesen Stellen sollen sioh die Profilblöcke bei Deformation infolge äußerer Krafteinwirkung gegenseitig abstützen bzw. verzahnen, so daß ein gleichmäßiger Auflagedruok, eine gute Haftung, hohes Wasserverdrängungsvermögen, hohe Kurvenstabilität sowie gleichmäßiger Versohle iß erreloht werden. Hierbei bleibt ebenfalls der Einfluß der abplattungsbedingten Spannungen unberücksichtigt.

Bei einer weiterhin beschriebenen Profilierung (DE-OS 30 17 268) sind quer zur Laufrichtung angeordnete Profilblöoke in ihrem Winkel zur Umfangsrichtung so verändert, daß er vom Hand der Lauffläche trägt.

fläohe vorzugsweise 70 - 80°, In der Mitte jedoch 35 - 45° be-

Dlese Erfindung, die ausdrücklich nur für Lkw-Eadialreifen zur Anwendung kommen soll, stellt einen Versuch dar, die genannten Probleme zu lösen, was aber nicht befriedigend erfolgt 1st.

Die Lösung gemäß DE-OS 21 07 570 beschreibt ein aus bogenförmigen Rillenstrukturen gebildetes asymmetrisches Profil mit guter Drainagewlrkung gegen Aquaplaning· Durch die asymmetrische Anordnung ist es jedoch zur Verminderung der abplattungsbedingten Spannungen völlig ungeeignet.

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung 1st die Entwicklung eines ßadialreifens mit besonderer Profilgestaltung, die zu einer Erhöhung des Gebrauchswertes des Reifens führt.

Insbesondere sollen die Fahrsicherheit bei den jahreszeitlich unterschiedlichen Fahrbahnbedingungen erhöht und der Abrieb und Sollwiderstand reduziert werden»

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Radialreifens mit besonderer Profilgestaltung, bei der die abplattungsbedingten SchubSpannungen in der Aufstandsfläche auf ein Minimum reduziert «erden und dadurch zur Übertragung von Antriebs-, Brems- und Seitenführungskräften ein größerer Anteil des zwischen Gummielement und Fahrbahn maximal möglichen Kraftschlußbeiwertes zur Verfügung steht·

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe duroh einen Radialreifen mit besonderer Profilgestaltung gelöst, bei dem die Profilrillen im Zenit der Lauffläche im Bereich zwisohen O⁰ und 10° und am Band der Lauffläche zwischen 90° und 80° zur Umfangsrlchtung des Reifens angeordnet sind, wobei die Richtungsänderung der Profilrillen vom Rand zum Zenit im wesentlichen kontinuierlich In Form einer kreisförmigen Bogenstruktur mit einem Radius, der der Hälfte der Laufflächenbreite entspricht, bzw· nicht mehr als 10 % davon abweicht, erfolgt.

Dabei ist es möglich, daß sloh die kontinuierliche Richtungsänderung der Profilrillen auch ergibt, indem das Verhältnis von quer und längs zur Umfangsrichtung angeordneten geraden Profilrillen so verändert ist, daß die resultierende Richtung stets der Richtung der Tangente an den Kreisbogen im jeweiligen Längsschnitt entspricht, bzw. nicht mehr als 10° davon abweicht.

Ferner können die sich aus der Anordnung der Profilrillen ergebenden Profilblöcke bzw· Biookformationen so gestaltet sein, daß ihre Fläche ein Mindestmaß von 2 % des Quadrates der Laufflächenbreite nicht unterschreitet.

Günstig ist es, wenn der Umfang einer gegebenen profilblookflache

nicht mehr als 35 $ vom Umfang des zum Profilblock gehörenden flächengleichen Kreises beträgt*

Vorteilhaft ist es ferner, wenn bei den längsorientierten Profilrillen der Mittelwert der beiden FlankenwinkeΊ, bezogen auf die Senkrechte zur Drehaohse des Reifens, größer ist, als der Winkel zvjisohen der an der Stelle der längsorientierten Profilrille senkrecht auf der gekrümmten Lauffläche stehenden Linie und der Senkrechten zur Drehachse des Reifens.

Ausftihrunffsbeispiel;

Die Erfindung soll, nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig 1 - Abplattungsbedingte Spannungen in der Auf st and sf lache _>; Fig 2 - Abplattungsbedingte Ausgleichespannungen (Kriechen) am

äruokbelasteten Profilblock, Fig 3 a, b, c,_; d, e - verschiedene erfindungsgemäße Anordnungen

der Profilrillen im Laufstreifen des Reifens,

FIg 4 - Neigung von Profillängsrillen in Bezug auf die Lauffläche, Fig 5 - eine vorteilhafte Ausführung der Lauffläohenprofilierung. Fig 6 - eine weitere vorteilhafte Ausführung der Laufflächenprofilierung.

Sie in der Aufstandsfläohe herrschende lokale Kraftschlußbeanspruohung Ai ergibt sich aus der lokal wirkenden Schubspannung, bezogen auf die an dieser Stelle herrschenden Normalspannung (Bodendruck)· Dabei entsteht die lokale Schubspannung als Resultierende aus den bereits genannten drei Anteilen.

Erfindungsgeiiiäß ist eine Vergrößerung des Anteils der Schubspannungen zur Übertragung von Antriebs-, Brems- und Seitenführungskräften raöglioh, indem die in Fig 1 und 2 dargestellten abplattungsbedingten Schubspannungen 5,6,7 und 8 durch eine besondere Profilgestaltung auf ein Minimum verringert werden. Da die Kraftübertragung bei Gummi schlupfbedingt ist und das Abrieb verursachende Gleiten der Profilelemente schon bei sehr geringen Werten der Kraftschlußbeanspruchung einsetzt, hat jede Verringerung der abplattungsbedingten Spannung gleichzeitig einen geringeren Abrieb der Profilelemente zur Folge.

Außerdem bewirken spannungsbedingte Deformationen und Abrieb einen Energieverlust und leisten demzufolge einen Beitrag zum Rollwiderstand des Reifens, wodurch die erfindungsgemäße Lösung der

Aufgäbe ebenso mit einer Senkung desselben verbunden ist·

Aus Fig 1 ist ersichtlich, daß die sohematisch dargestellten abplattungsbedingten Sohubspannungen 5, 6 und 7 innerhalb der Aufstandsfläche A nach Betrag und Riohtung prinzipiell so wirken, daß sie vom Band der Aufstandsflache zur Mitte gerichtet sind, und am Hand den größten Betrag aufweisen·

Zur höheren Charakterisierung sind der Längssohub L entlang eines Umfangssohnittes 3 im Zenit des Reifens und der Querschub Q entlang eines Querschnittes 4 in der Mitte der AufStandsfläche eingezeichnet* Somit ergibt sich für die entlang einer Umfangslinie 1 am Band der Lauffläche wirkenden Schubspannungen eine vorherrschende resultierende Richtung von etwa 90° zur Zenitlinie 3 und für die entlang der Zenitlinie 3 wirkenden Schubspannungen eine vorherrschende resultierende Richtung von 0° zur Zenitlinie.

Nahezu unabhängig von den durch Krümmungsänderung des LaufStreifens und Rückwirkungen der deformierten Seitenwand Verursachten Spannungen in Fig 1 wirken die Ausgleiohsspannungen 8 der druckbelasteten Profilblöcke, dargestellt in Fig 2. Diese Ausgleichsspannungen wirken nur am Rand des Profilblockes und führen, da gleichzeitig in diesem Bereich die Normalspannung stark absinkt, zu einer äußerst hohen Kraftschluß- und Abriebbelastung des in Fig 2 gekennzeichneten Randbereiches 9 des Profilblockes.

Diese Erkenntnisse macht sich die Erfindung zunutze und sohlägt vor, die Hiohtung der in die Lauffläche einzuarbeitenden Profilrillen entsprechend Fig 3 so zu wählen, daß die Richtung der Profilrillen mit der vorherrschenden resultierenden Richtung der abplattungsbedingten Sohubspannungen 5, 6 und 7 übereinstimmt und weiterhin die Fläche to eines Profilblockes möglichst groß ist im Verhältnis zu seinem Umfang 11.

Erfindungsgemäß sind deshalb, wie aus Fig 3a, b, c, d und e ersichtlich, die Profilrillen 12, 15, 16 und 20 so gestaltet, daß

sie vom Rand der Lauffläohe In einer Riohtung von 90° zur Zenitlinie 3 ausgehen bzw» nicht mehr als 10° davon abweichen. Im weiteren verändert sich der Winkel ihrer Riohtung beispielsweise gemäß FIg 3a kontinuierlich entlang eines Kreisbogens, dessen Radius R der Hälfte der Lauiflächenbrelte B entspricht bzw. nicht mehr als 10 % davon abweicht, so daß im Zenit der Lauffläohe der Winkel zwischen der Richtung der Profilrille und der Zenitlinie im Bereich zwischen 0° und 10° liegt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Profilrille nicht ausschließlich dem Kreisbogen 12 folgt, sondern ihre Richtung alternierend entlang der Kreisbogenabsohnltte 12, 13, ändert, weil sich dadurch eine bessere Stabilität der Profilblockformation im Bereich der Umfangslinie 2 ergibt.

Ebenso ist es günstig, wenn die von den Rändern zur Mitte laufenden Profilrillen im Zenit der Lauffläche nicht miteinander verbunden sind, so daß eine durchgehende Mittelrippe 21 zur Aufnahme der Längsschubspannungen 7, L entsteht.

Die kontinuierliche Richtungsänderung der Profilrillen kann entspreohend FIg 3b auf zweckmäßige Art auch erreicht werden, indem das Verhältnis von quer angeordneten geraden Profilrillen 15, 16 und längs angeordneten Profilrillen 17, 18, 19 so verändert ist, daß die resultierende Richtung stets der Richtung der Tangente an dem Kreisbogen Im jeweiligen Längsschnitt entspricht bzw. nioht mehr als 10° davon abweicht.

Zur Gewährleistung weiterer Eigenschaften, wie z.B. geringe Geräuschen twlcklung, können die quer und längs angeordneten Profilrillen 20, 22, 23, 24 bis zu 10° von der Axial- bzw. Umfangsriohtung abweichen, vgl. FIg 3c, d, e.

Zur Verringerung der Ausgleichsspannungen der Profilblöoke 25, und Profilblockformationen 27 ist es vorteilhaft, wenn die sich aus der Anordnung der Profilrillen ergebenden Profilblöoke, wie in Fig 2 dargestellt, einen Umfang 11 haben, der nioht mehr als

35 % vom Umfang des Kreises abweicht, der die gleiche Fläche IO wie der praktisoh ausgeführte Profilblook besitzt·

Außerdem ist zu sichern, daß einzeln stehende Profilblöcke 25, 26 eine Mindestfläche 10 haben, die 2 °h des Quadrates der Lauf- , flächenbreite B nicht unterschreitet«

Da bei der profilierung der Lauffläche eines Luftreifens eine Vielzahl weiterer Forderungen zu berücksichtigen 1st, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll, sei darauf verwiesen, daß für die praktische Festlegung der Profilierung sich neben der Variante nach Fig 3a auch die Varianten nach FIg 3c und e

als besonders vorteilhaft erweisen»

Ein weiteres, an sich bekanntes Detail 1st in Fig 4 dargestellt.

In Kombination mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Profilrillen kommt es zu einer zusätzlichen Verringerung der abplattungsbedingten Sohubspannungen, wenn bei längsorientierten Profilrillen 28 der Mittelwert der Flankenwinkel 29, 3O_x bezogen auf die Senkrechte zur Drehachse des Reifens 31» größer 1st, als der Winkel zwischen der an der Stelle der längsorientierten Profilrille senkrecht auf der gekrümmten Lauffläche stehenden Linie 32 und w der Senkrechten zur Drehachse des Reifens.

In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Ausführung der in Fig. 3a besohriebenen Variante der Erfindung gezeigt.

Dabei stellt Abschnitt a der Fig. 5 das Grundprinzip der Anordnung der Profilrillen dar· Die Profilrillen entstehen durch aneinandergesetzte Kreisbogenstücken 12, 13 und 14 mit dem Eadius B, wodurch sich die Biohtung der Profilrille βrfindungsgemäß vom Band der Lauffläche zum Zenit kontinuierlich ändert.

Die sich ergebende Profilblockformation 27 ist im Zenit der Lauffläche mit der Mittelrippe 21 verbunden, vgl· Fig. 3b. Wird im Zenit eine BiUe 33 eingearbeitet, so sind nahe dem Zenit liegende Längsrippen 36 zur Aufnahme der in Umfangsrichtung wirkenden Schubspannungen vorzusehen.

Die Breite der Profilrillen und die Länge der kurzen Profilrillen 34 werden so gewählt, daß sich ein Verhältnis von Profilpositivfläche zur Gesamtfläche von 0,65 bis 0,75, vorzugsweise etwa 0,7 ergibt. Durch die spannungsoptimierte Ausführung des Profils kann ein Profilnegativanteil von 30 % und damit eine hohe Sicherheit gegen Aquaplaning bei gleichzeitig geringer Abriebintensität erreicht werden.

Weitere Möglichkeiten der Prof ilgestaltung zeigen Fig. 5c und el» Wenn einzeln stehende Prof ilblb'oke 25 vorgesehen werden, sollte jedoch die Fläche eines solchen Profilblocks mindestens 2 % des Quadrates der Laufflächenbreite betragen.

Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Fig. 6a und b dargestellt. Sinngemäß gelten die zu den Fig. 3 und 5 dargelegten Erläuterungen, wobei in diesem Fall gerade Profilrillen verwendet werden.

Die breiten Querrillen 20 sind von der Schulter zur Lauffläohenmitte in zunehmendem Maße durch ebenso breite Längsrillen 17, 18, 19, 22, 23, 24 verbunden, so daß kompakte ProfilblSoke bzw. Profilblockformationen 25, 26, 27 entstehen, die ein hohes Maß an

- 44·

Fahrsloherhelt bei,den jahreszeitlich unterschiedlichen Fahrbahn~· bedingungen bei gleichzeitig geringem Abrieb sichern·

Insbesondere werden

- sehr kurze Bremswege bei trockener und nasser Fahrbahn

- hohe Sicherheit gegen Aquaplaning und

- große Seitenlührungskräfte bei Kurvenfahrt erreicht.

Entsprechend Flg. 6a nimmt die Länge der in ümfangsrichtung orientierten Profilrille beginnend von 34 nach 17» 18 und 19 zu, so daß die kontinuierliche Richtungsänderung gegeben 1st. Das trifft für FIg* 6b durch Anordnung der Rillen 22, 23 und 24 ebenso zu»

Zur Verringerung der durch die Druckbelastung entstehenden Ausgleichsspannungen ist es günstig, wenn die !Profilblockecken 35 gerundet sind* Die Längsrillen 18 und 19 in Fig. 6a sind stufenförmig in sich versetzt eingearbeitet, um eine gleichmäßige Steifigkeit des Reifenkopfes zu erhalten. Dieser stufenförmige Versatz erhöht die durch die erfindungsgemäße Anordnung der Profilrillen gegebene gute Traktion (kurze Bremswege) des Profils bei Nässe, unter winterliohen Straßenbedingungen sowie auf losem Untergrund.

Selbstverständlich sind in die Pr<kfilierungen nach Fig. 5 und 6 zur Verbesserung der Griffigkeit bei Nässe zweckmäßige Feinlamellierungen einzufügen·

Claims

-/ft

Erfindungsanspruoh;

Λ. Radialreifen, insbesondere solche für Pkw und Lkw, mit besonderer Profilgestaltung und einem Quersohnittsverhältnis von 0,65 bis 0,82, gekennzeichnet daduroh, daß die Profilrillen im Zenit der Lauffläche im Bereich zwischen 0° und 10° und am Rand der Lauffläche zwischen 90° und 80° zur ümfangsriohtung des Reifens angeordnet sind, wobei die Richtungsänderung der Profilrillen vom Rand zum Zenit im wesentlichen kontinuierlich in Form einer kreisförmigen Bogenstruktur mit einem Radius, der der Hälfte der Laufflächenbreite entspricht, bzw, nioht mehr als 10 <jb davon abweicht, erfolgt.
2. Radialreifen nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich die kontinuierliche Richtungsänderung der Profilrillen auch ergibt, indem das Verhältnis von quer und längs zur ümfangsrlchtung angeordneten geraden Profilrillen so verändert ist, daß die resultierende Richtung stets der Richtung der Tangente an den Kreisbogen im jeweiligen Längsschnitt entspricht, bzw. nicht mehr als 10° davon abweicht·
3. Radialreifen nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die sich aus der Anordnung der Profilrillen ergebenden Profilblöcke bzw. Blockformationen so gestaltet sind, daß ihre Fläche ein Mindestmaß von 2 % des Quadrates der Lauffläohenbreite nicht unterschreitet.
4* Radialreifen nach Pkt. 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Umfang einer gegebenen Profilblockflache nicht mehr als 35 ί> vom Umfang des zum Profilblock gehörenden fläohengleiciien Kreises beträgt»
5. Radialreifen naoh Pkt. 1, gekennzeichnet daduroh, daß bei den längsorientierten Profilrillen der Mittelwert der beiden Flankenwinke 1, bezogen auf die Senkrechte zur Drehachse des Reifens, größer ist, als der Winkel zwisohen der an der Stelle der längsorientierten PrAfllrille senkrecht auf der gekrümmten Lauffläche stehenden Linie und der Senkrechten zur Drehachse des Reifens·