DE3324706A1

DE3324706A1 - Luftreifen

Info

Publication number: DE3324706A1
Application number: DE19833324706
Authority: DE
Inventors: Sumio Amagasaki Hyogo Onishi
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1983-07-08
Publication date: 1984-01-12
Also published as: US4481993A; JPS5911902A

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einem Laufflächenprofil mit einer Mehrzahl voneinander durch Profilrillen getrennter Profilrippen , die jeweils einen sich von einer Laufflächen-Seitenkante zum Laufflächeninneren erstreckenden, zur Äquatorlinie des Reifens geneigt verlaufenden Schrägabschnitt und einen daran anschließenden, sich senkrecht zur Äq iatorlinie über diese hinaus erstreckenden und jenseits dieser endenden Querabschnitt aufweisen, wobei die Querabschnitte jeweils von den gegenüberliegenden Laufflächen-Seitenkanten ausgehender Profilrippen einander überlappend in Reifenumfangsrichtung abwechselnd aufeinander folgen.

Bekannte Luftreifen für kleinere Baufahrzeuge nutzen zum Fahren auf schlammigem Untergrund Auftriebskräfte, so daß sie auf dem Untergrund schwimmen. Die Zugkraft wird unter Nutzung des Scherwiderstandes des von den Reifen zusammengepreßten und in den Rillen des Laufflächenprofils verfestigten Schlamms gewonnen. Zur Erzielung großer Zugkraft werden besonders breite und tiefe Rillen im Laufflächenprofil vorgesehen, deren Kanten einen großen Krümmungsradius aufweisen. Weiterhin werden, wie Fig. 1 zeigt, die Profilrillen 31 und die dazwischen liegenden Profilrippen 21, ausgehend vom Bereich der Äquatorlinie TE des Reifens unter einem groB-sen Rückwärtswinkel zur Seitenkante SL der Lauffläche geführt um die Abscheidung von in den Rillen verklumptem Schlamm zu erleichtern. Solche Reifen sind auf eine Drehrichtung beschränkt. Reifen mit diesem bekannten Laufflächenprofil weisen jedoch relativ kleine Zugkraft und Abnutzungsfestigkeit auf und unterliegen äußerlichen Beschädigungen wie Abrissen, Schnitten usw. Die Haltbarkeit solcher bekannter Reifen ist unbefriedigend.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Luftreifen mit einem Laufflächenprofil zu schaffen, das eine verbesserte Zugkraft bei vergrößerter Verschleißfestigkeit gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Luftreifen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ausgestattet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Luftreifens ist im Unteranspruch 2 beschrieben.

Untersuchungen ergaben, daß die meisten schlammigen Untergründe aus einer tiefer liegenden harten Unterschicht und einer darauf liegenden Schlammschicht mit hohem Wassergehalt bestehen, wobei die Schlammschicht etwa so tief wie die Profilrillentiefe der Reifenlanfflache ist, oder aus einer Schlammschicht mit darin abgesetztem Kies bestehen und daß die harte Unterschicht oder der Kies die genannten Beschä-

digungen an den bekannten Reifen hervorrufen. Weitere Forschungen auf diesem Gebiet ergaben, daß die Zugkraft erhöht werden kann, wenn die Reifen durch die obere Schlammschicht hindurch mit dem abnutzungsfesteren harten Untergrund unter der Schlammschicht in Kontakt treten.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des Luftreifens an Hand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1t eine schematische Ansicht eines bekannten Laufflächenprofils;
Fig. 2: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen

Laufflächenprofils;

Fig. 3* einen Querschnitt einer Profilrille bei der Viertelungslinie der Laufflächenbreite, entlang der

Linie A-B in Fig. 2;

Fig. kt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Überlappungsverhältnis der Profilrippen und der Zugkraft;

Fig. 5X eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Krümmungsradius der Profilrippenkanten und der Zugkraft;

Fig. 6: eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Vorsprungslängen-Koeffizienten der Profilrippenkanten und der Zugkraft und

Fig. 7» eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Prοfilri11en-Querschnittsflachen und der Zugkraft.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Laufflächenprofils mit einer Lauffläche T und einer Äquatorlinie TE des Reifens, während Tw die halbe Laufflächenbreite, SL die Seitenkante der Lauffläche, QL die Viertelungslinie der Laufflächenbreite und P den Profilrippenabstand bezeichnen.

■έ-

An den gegenüberliegenden Seiten des Laufflächenumfanges sind jeweils die gleiche Anzahl von Profilrippen im gewünschten Abstand P ausgebildet. LP bezeichnet die gesamte Vorsprungslänge der Profilrippe 3 t ©P die Vorsprungslänge der Verlängerung 3(e) der Profilrippe, deren Endkante mit 1 bezeichnet ist . Ein Schrägabschnitt 3(i) der Profilrippe 3 erstreckt sich, gegen die Äquatorlinie des Reifens geneigt, von der Seitenkante SL der Lauffläche T ungefähr bis zur Viertelungslinie QL der Laufflächenbreite, von wo aus ein Querabschnitt 3(t) zur Aquatorlinie TE des Reifens verläuft und jenseits dieser endet. Der sich über die Äquatorlinie TE des Reifens in die gegenüberliegende Reifenhälfte erstreckende Teil der Profilrippe 3 bildet deren Verlängerung 3(e). Auf der Lauffläehe T sind eine Mehrzahl von Profilrippen 3 niit alternierender Anordnung der nach rechts bzw. nach links weisenden Querabschnitte 3(t) ausgebildet.

Fig. 3 zeigt die Form der Profilrille h. Der Neigungswinkel y der Rillenwand auf der "B^M-Seite ist kleiner als der Neigungswinkel ß der gegenüberliegenden Rillenwand.

Vorzugsweise liegt ß im Bereich von 15° bis ^5°, J^ im Bereich von 13,8° bis 30° und das Verhältnis Q/J^±m Bereich von 1,09 bis 1,5· Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt ß 20°, J^ 15° und das Verhältnis ß//^v 1,33. Der Kantenbereich 5 der Profilrille ist gekrümmt. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen Ss die Profilrillen-Querschnittafläche längs der Linie C-D an der Seitenkante SL der Lauffläche und das Bezugszeichen Sq die Profilrillen-Querschnittsfläche längs der Linie A-B bei

30 der Viertelun^siinie QL der Laufflächenbreite.

Bei üblichen Roifendrücken wurden Reifentests durchgeführt, um den Einfluß des Krümmungsradius der Profilrillenkanten, des Uberlappungsverhältnisses der Profilrippen, des Vorsprungslängen-Koeffizienten der Kanten und des Verhältnisses Ss/Sq der Profilrillen-Querschnittsflächen auf

die Zugkraft zu ermitteln.

Hierbei ist der Krümmungsradius derjenige der Kanten 5 in Fig. 3· Das Überlappungsverhältnis der Profilrippen ist das Verhältnis eP/Tw, d.h. das Verhältnis der Vorsprungslänge eP der sich über die Äquatorlinie TE in die gegenüberliegende Reifenhälfte erstreckenden Verlängerung 3(e) der Profilrippe zur halben Laufflächenbreite Tw, die dem Abstand der Äquatorlinie TE von der Seitenkante SL der Lauffläche entspricht.

Der Vorsprungslängen-Koeffizient der gekrümmten Kante ist gegeben durch 2 LP χ N/YD χ S7O'. In dieser Gleichung bezeichnen LP die gesamte Vorsprungslänge der Profilrippe 3» N die Gesamtzahl der auf beiden Seiten vorgesehenen Profilrippen, D den Außendurchmesser des Reifens und S7O die Querschnittsbreite des auf eine Felge von 70% der Standardbreite aufgezogenen Reifens.

Das Verhältnis der Profilrillen-Querschnittsflächen Ss/Sq ist das Verhältnis der Profilrillen-Querschnittsfläche Ss an der Seitenkante SL der Lauffläche (längs der Linie C-D) zur Profilrillen-Querschnittsfläche Sq bei der Viertelungslinie der Laufflächenbreite (längs der Linie A-B).

Die Testreifen hatten die in Tabelle 1 wiedergegebenen Bemessungen, wobei das Flachheitsverhältnis H/W das Verhältnis der Reifenhöhe H zur Reifenbreite V ist.

-S-

Tabelle 1

Parameter

Außendurchmesser D Querschnittsbreite S7O Flachheitsverhältnis H/W Laufflächenbreite
Scheitelradius
Rillentiefe:

Beine s sungen

im Äquatorbereich TE

bei der Viertelungslinie
QL der Laufflächenbreite

bei Querschnitt längs der

Linie C-D Anzahl der Profilrippenabstände P

676	mm
211	nun
70%
191	ram
270	mm
11,	8 mm

11,9 mm

19,4 mm 20 pcs.

Zur Ermittlung der Zugkraft wurden diese Testreifen auf einem Testuntergrund mit einer harten Grundschicht und 15 einer darüber aufgebrachten nassen Schlammschicht erprobt. Tabelle 2 gibt die Versucheergebnisse wieder.

Tabelle 2

Versuchsreifen
Parameter 12 3 4 5 6 7 8

Überlappungsverhältnis

der Profilrippen

(eP/TV) 0,365 0,365 0,365 0,365 0,036 0,036 0,036 0,036

Kriiriniuii^Frar.i r 9 der

Profilrillenkante

(mm) 0,2 0,2 5 5 0,2 0,2 5 5

Vorsprungslängen-Koeffizient der Profil- »
rillenkanten Y
(2 LPxNA'DxS70) 28,4 24,2 28,4 24,2 28,4 24,2 28,4 24,2

Verhältnis der Profilrill en-Querschnittsflachen
(Ss/Sq) 1,6 1,05 1,05 1,6 1,05 1,6 1,6 1,05

Zugkraft

(kg) 673 618 615 595 560 548 493 390

Zur Ermittlung des Einflusses jedes in Tabelle 2 aufgeführten Reifenparameters auf die Zugkraft der Versuchereifen wurden die Reifenfaktoren entsprechend den Versuchsbedingungen analysiert. Die Fig. k bis 7 zeigen graphisch den Einfluß dieser Versuchsreifen-Parameter auf die Zugkraft.

Fig. k zeigt die Beziehung zwischen dem Überlappungsverhältnis der Profilrippen und der Zugkraft (in kg). Das Überlappungsverhältnis ist eine Kennziffer für die Bemessung wirkungsvoller Profilrippen und hat einen starken Einfluß auf die Zugkraft, die mit dem Wert des Überlappungsverhältnisses rasch zunimmt. Das Beitragsverhält nisy> des Überlappungsverhältnisses betrug 0,584, also etwa

Fig. 5 zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius der Profilrillenkante und der Zugkraft. Diese Beziehung betrifft die Wirksamkeit, mit der durch Eingriff der gekrümmten Kanten mit der unregelmäßigen Berührungsfläche des Untergrunds ein Rutschen verhindert wird. Die Figur zeigt, daß die Zugkraft umso stärker ist, je kleiner der Krümmungsradius der Kanten ist. Das Beitragsverhältnis J> der gekrümmten Kanten beträgt 0,198.

Fig. 6 zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem Vorsprungslängenkoeffizienten der Profilkanten und der Zugkraft. Der Vorsprungslängen-Koeffizient der.Profilrippenkanten ist eine Kennziffer zum Vergleich des Verhältnisses der Gesamtlänge jeder Vorsprungslänge der Profilrippenkanten ^zur Gesamtfläche der Lauffläche, wobei die Querschnittsbreite, der Außendurchmesser, die Neigung der Rillen usw. konstant gehalten werden. Das Beitragsverhältnis ο ist gering.

Fig. 7 zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Profilrillen-Querschnittsflächen und der

Zugkraft. Dies betrifft die Abscheidung von in den Rillen verklumptem Schlamm und die Verhinderung solchen Schlammverklumpens in den Rillen.

Ein Vergleich der Fig. k und 5 mit den Fig. 6 und 7 zeigt, daß die Profilrippenbereiche nahe der Äquatorlinie des Reifens sowie die Profilrillenkanten besonders wirksam sind,

Bei den bekannten Reifen des "schwimmenden" Typs wurde die Zugkraft durch Ausnutzung des Scherwiderstandes gewonnen, der durch Pressen und Verdichten des nassen Schlammunter-

1Q grundes durch die Rillenwandungen erzeugt wird. Daher wurde die Länge der Profilrillenkanten erhöht und die Querschnittsfläche der Rille zur Seitenkante der Lauffläche hin vergrößert. Erfindungsgemaß wird jedoch auf der Grundlage der angeführten abweichenden Untersuchungsergebnisse

15 eine demgegenüber noch erhöhte Zugkraft erzielt.

Auf der Basis dieser Versuchsergebnisse und der Analysen der Reifenfaktoren wurden verbesserte Luftreifen mit ausgewählten Parametern geschaffen. Ein erfindungsgemäßer Reifen hat eine nominelle Felgengröße von unter 7^2 mm und weist ein Laufflächenprofil mit einer Mehrzahl von voneinander durch Profilrillen getrennten Profilrippen auf. Das Flachheitsverhältnis H/W, d.h. das Verhältnis der Reifenhöhe zur Reifenbreite ¥ beträgt weniger als 80$. Jede Profilrippe umfaßt einen Schrägabschnitt 3(i)> der sich gegen die Äquatorlinie TE des Reifens geneigt von der Seitenkante SL der Lauffläche etwa bis zur Viertelungslinie QL der Laufflächenbreite erstreckt und dem sich ein Querabschnitt 3(t) anschließt, der sich über die Äquatorlinie TF hinaus in die gegenüberliegende Reifenhälfte erstreckt und dort endet. Zwischen zwei Profilrippen 3 liegt jeweils eine Profilrille k. Jeweils ein Querabschnitt ?{t) einer linken Profilrippe 3 folgt, diesen überlappend, auf jeden Querabschnitt 3(t) einer rechten Profilrippe 3. Die Profilrillenkante 5 ist mit

einem Krümmungsradius von weniger als 1 mm gekrümmt. Das Überlappungsverhältnis eP/Tw, d.h. das Verhältnis der Vorsprungslänge eP der in der gegenüberliegenden Reifenhälfte jenseits der Äquatorlinie TE endenden Verlängerung 3(e) der Profilrippe 3 zu der dem Abstand der Äquatorlinie TE zur Seitenkante SL der Lauffläche entsprechenden halben Laufflächenbreite Tw liegt zwischen 0,30 und 0,38. Das Verhältnis der Länge Lt des Querabschnittes 3(t) zur Laufflächenbreite 2Tw liegxlTzwischen 0,25 und 0,^5, der Vorsprungslängen-Koeffizient der Profilrillenkante zwischen 25 und 32 und das Verhältnis der Profilrillen-QuerschnittsELächen Ss/Sq zwischen 1,25 und 1,65.

Für Baufahrzeuge zur Beladung mit Erde und Steinen wird meist ein Reifen mit breiter Kontaktfläche und kleinem Außendurchmesser eingesetzt, um die Leistungsfähigkeit und Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern. Ein erfindungsgemäßer Reifen weist ebenfalls ein kleines Flachheitsverhältnis auf. Nahe der Äquatorlinie des Reifens erstrecken sich die Rillen etwa im rechten Winkel zur Vorwärtsbewegungsrichtung des Reifens und gewährleisten eine große Zugkraft. Weiterhin sind die Rillen nahe dem Viertelungspunkt der Laufflächenbreite rückwärts geneigt, so daß in den Rillen nahe der Äquatorlinie verklumpter Schlamm leicht abgeschiod⁹¹ werden kann. Die Profilrillenkanten treten mit der unregelmäßigen Berührungsfläche des harten Untergrundes in Wirkeingriff.

In Anbetracht dor Ergebnisse der obengenannten Analyse beträgt der Krümiiii.ri, sradius der Profilrillenkanten nicht mehr als 1 mm. Ein Krümmungsradius von mehr als 1 mm ist woniger wirksam. Das Verhältnis eP/Tw liegt

zwischen 0,30 und 0,38, das Verhältnis Lt/2x Tw lieH^^Üft*]; ::.oTick auf die Querrippen, im Bereich zwischen 0,25 '»nri 0,^5. Wenn das Verhältnis eP/Tw kleiner

O Cr « O «do !* --> β C

OO «β · ΰ j OC «9

als 0,30 (d.h. 30%) ist und das Verhältnis Lt/2 χ Tw kleiner als 0,25 (d.h. 25%) ist, ist die Zugkraft klein und der Berührungsdruck der Profilrippen hoch, wodurch im Äquatorlinienbereich wellige Abnutzung auftritt und die Verschleißfestigkeit nachläßt. Auf der anderen Seite erfordern ein Verhältnis eP/2 χ Tw von mehr als 0,38 (38%) und ein Verhältnis Lt/2x Tw von mehr als 0,^5 (45% eine große Länge der sich jenseits der Äquatorlinie erstreckenden Verlängerung (3(e)) der Profilrippe. In diesem Fall muß zur Erzielung hinreichender Profilrillenbreiten zwischen den Profilrippen die Breite der Profilrippen verkleinert oder die Anzahl von Abständen P zwischen ihnen vermindert werden* Die daraus entstehende Verkleinerung der Berührungsfläche der Profilrippen führt zu einer Verminderung der Verschleißfestigkeit.

Der Vorsprungslängen-Koeffizient der Profilrillenkanten liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 25 und 32. Beträgt er weniger als 25t dann wird die Verschleißfestigkeit vermindert, liegt er oberhalb von 32, dann neigen die Profilrillen zur Verstopfung mit Schlamm, so daß die Profilrippen im Äquatorbereich des Reifens nicht wirksam werden. Das Verhältnis Ss/Sq der Profilrillen-Querschnittsflächan liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1,25 und 1,65. Beträgt es weniger als 1,25 so ist die Abscheidung von in den Profilrillen verklumptem Schlamm unzureichend. Um das Verhältnis Ss/Sq größer als 1,65 zu gestalten, müßten die Profilrillen nahe der Laufflächen-Seitenkante tiefer oder breiter sein, was die Steifigkeit der Profilrippen im Seitenkantenbereich vermindert und zu Brüchen oder übergroßer Abnutzung der Profilrippen führt.

■Versuchs- sowie mit Vergleichs?» ^

MLt erfindungsgemaüenyreifen würaen^Tersuche durchgeführt. Die Reifengröße betrug 33 χ 12.5-15. Zwei Lauf-

'M-

flächenprofile entsprechend den in Fig. 1 und 2 dargestellten Typen wurden getestet. Tabelle 3 zeigt die Versuchsergebnisse .

Parameter

Tabelle 3

Versuchsreifen
ABC

Vergleichsreifen D E

5 Laufflächenprofil

entsprechend Fig.2 Fig.2 Fig.2 Fig.2 Fig.1

Überlappungsverhältnis der Profilrippen 10 (eP/Tw)

Krümmungsradius der Profilrillenkante
(mm)

15 Vorsprungslängen-Koeffizient der Profilrillenkanter. _____ (2 LPxN//DxS7OJ

0,3ß 0,33 0,30 0,28 0,04 0,2 0,2 0,2

30 26

24

Verhältnis der
Profilrillen-Querschnitt sf lachen
(Ss/Sq) 1,60 1,30 1,30 1,1

Zugkraft
25 (kg)

68o 615 600 435

2k

1,70 370

Die Versuchsreifen wurden auf Felgen 7JA χ 15DC an den Antriebswellen des Testfahrzeugs aufgezogen. Der Luftdruck betrug 2,4 kg. Ein Schaufelfahrzeug wurde über eine zwischen<*oschaltete Kraftmeßdose hinterseitig am Versuchsfahrziug angebracht und mit einer Last von 860 beladen. Das Versuchsfahrzeug wurde anschließend mit zum Erdschaufeln bereitgehaltener Schaufel über schlammigen Untergrund gefahren. Dabei wurde die Zugkraft gerade vor dem Durchdrehen der Räder bei der vergrößerten Last gemessen.

Die Versuchsstrecke wies eine tiefer liegende harte Untergrundschicht und eine darüber liegende nasse und schlammige Lehmschicht mit einer Dicke von 50 mm auf. Der Vassergehalt der Lehmschicht betrug 150$ bei einer Teilchenkennziffer von 0,2*3.

Wie Tabelle 3 zeigt, erwiesen sich die erfindungsgemäßen Reifen hinsichtlich der Zugkraft den Vergleichsreifen als überlegen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

luftreifen mit einem Laufflächenprofil mit einer Mehrzahl voneinander durch Profilrillen (4) getrennter Profilrippen (3), die jeweils einen sich von einer Laufflächen-Seitenkante (SL) zum Laufflächeninneren erstrekkenden, zur Äquatorlinie (TE) des Reifens geneigt verlaufenden Schrägabschnitt (3(i)) und einen daran anschließenden, sich senkrecht zur Äquatorlinie (TE) über diese hinaus erstreckenden und jenseits dieser endenden Querabschnitt (3(t)) aufweisen, wobei die IQ Querabschnitte (3(O) jeweils von den gegenüberliegenden Laufflächen-Seitenkanten (SL) ausgehender Profilrippen (3) einander überlappend in Reifenumfangsrichtung abwechselnd aufeinander folgen, dadurch gekenn-

zeichnet, daß

a) die Felgengröße des Luftreifens 7^2 mm (30 inches) nicht überschreitet,

b) das Flachheitsverhältnis H/W, d.h. das Verhältnis von Reifenhöhe H zu Reifenbreite W, kleiner als 80$ ist,

c) die Schrägabschnitte (3(i)) sich von den Laufflächen-Seitenkanten (SL) im wesentlichen bis zur Viertelungslinie (QL) der Laufflächenbreite erstrecken,

d) das Überlappungsverhältnis eP/Tw, d.h. das Verhältnis der Vorsprungslänge (eP) der Verlängerung (3(e)) des Querabschnitts (3(t)) über die Äquatorlinie (TE) des Reifens hinaus zur halben Laufflächenbreite (Tw), im Bereich zwischen 0,3 und 0,38 liegt, und

e) der Krümmungeradius der Profilrillenkanten 1 mm nicht überschreitet.
2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Verhältnis Lt/2xTw, d.h. das Verhältnis der Gesamtlänge (Lt) des Querabschnitts (3(t)) zur Gesamtbreite der Lauffläche (2xTw), im Bereich zwischen

20 0,25 und 0,^5 liegt,

b) der Vorsprungslängen-Koeffizient der Profilri enkanten im Bereich zwischen 25 und 35 liegt, und

c) das Verhältnis Ss/Sq, dJi. das Verhältnis der Profilrillen-Querschnitt sflache (Ss) an der Laufflächen-Seitenkante (SL) zur Profilrillen-Querschnittsfläche (Sq) bei der Viertelungslinie (QL) der Laufflächenbreite, im Bereich zwischen 1,25 und 1,65 liegt.