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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung ist auf einen selbsttragenden Reifen mit einer modifizierten
Innenisolierung gerichtet. Die Innenisolierung der vorliegenden
Erfindung erstreckt sich von einem Schulterbereich zu dem gegenüberliegenden
Schulterbereich des Reifens und befindet sich radial einwärts von
der radial innersten Lage des Reifens.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
der größeren Verbesserungen
bei Reifen im vorigen Jahrhundert war die Entwicklung einer Innenisolierung.
Das Vorhandensein der Innenisolierung, die sich von Wulst zu Wulst
erstreckt, radial einwärts
von der Reifenkarkasse, gestattete das Weglassen eines Innenschlauchs.
Die Innenisolierung ist aus einem Material mit niedriger Durchlässigkeit
gebildet, um Luft innerhalb des Reifens zurückzuhalten, wenn der Reifen richtig
auf einem Rad montiert ist.
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Kautschuke,
wie etwa Butyl-, Brombutyl- und Halobutylkautschuk, die relativ
luftundurchlässig
sind, werden oft als ein größerer Anteil
von Innenisolierungen verwendet. Beispielsweise offenbart US-A-2,676,636 die
Verwendung von Butylkautschuk als eine hoch luftundurchlässige Innenisolierung
für Reifen.
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Die
Innenisolierung wird normalerweise durch herkömmliche Kalander- oder Walztechniken
hergestellt, um einen Streifen aus unvulkanisiertem gemischtem Kautschuk
geeigneter Breite zu bilden, der manchmal als Gumstreifen bezeichnet
wird. Typischerweise ist der Gumstreifen das erste Element des Reifens,
das auf einer Reifenbautrommel angebracht wird, über und um das herum der Rest
des Reifens gebaut wird. Wenn der Reifen ausgehärtet ist, wird die Innenisolierung
zu einem integralen, co-vulkanisierten Teil des Reifens. Reifeninnenisolierungen
und deren Herstellungsverfahren sind den Fachleuten in solcher Technik
geläufig.
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In
der Reifenindustrie sind auch selbsttragende Reifen bekannt, die
in der Lage sind, ein Fahren zuzulassen, selbst wenn der Reifen
unterbefüllt
ist. Solche Reifen sind in US-A-4,365,659, 5,158,627, 5,368,082 und
6,453,961 offenbart. Ein übliches
Merkmal eines selbsttragenden Reifens ist das Vorhandensein von Gummielementen
in den Seitenwänden
des Reifens. Die Gummielemente verhindern das Zusammenfallen der
Reifenseitenwand während
des Betriebs im unterbefüllten
Zustand.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Luftreifen gerichtet, der zum
Selbsttragen bei Unterbefüllung fähig ist
und der eine modifizierte Innenisolierungskonstruktion hat, welche
zur Verschaffung einer mit vorigen selbsttragenden Reifen vergleichbaren
Leistung in der Lage ist und aufgrund einer modifizierten Innenisolierungskonstruktion
verringerte Kosten und verbesserte Wucht und verbesserte Luftdichtigkeit
aufweist.
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Offenbart
ist ein Radial-Luftreifen mit Notlaufeigenschaften gemäß Anspruch
1 mit Einsätzen,
die das Selbsttragen während
unterbefüllten
Betriebs unterstützen.
In Übereinstimmung
mit der Erfindung befindet sich radial einwärts von der Karkassenlage eine
Einsatzisolierung, die sich von einem Wulstbereich zu dem gegenüberliegenden
Wulstbereich erstreckt. Aufgrund des Vorhandenseins der Einsatzisolierung
erstreckt sich die luftundurchlässige
Isolierung nur von einem Standort radial einwärts von einer oberen Seitenwand
zu der gegenüberliegenden
oberen Seitenwand.
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Die
Einsatzisolierung ist vorzugsweise aus einem im Wesentlichen gleichartigen,
wenn nicht demselben, Material wie das die Seitenwandeinsätze bildende
Material ausgebildet.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein zweiter Einsatz in jeder
Seitenwand vorhanden sein. Die eigentliche Gestaltung und Anzahl
von Einsätzen
in den Reifenseitenwänden
können
von jeder bekannten Gestaltung sein und sind von den Leistungsmerkmalen
des Reifens abhängig.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung hat der Reifen zweite und dritte
luftundurchlässige
Innenisolierungen, die sich jede in einem Wulstbereich befinden.
Die radiale Außenkante
jeder zweiten und dritten luftundurchlässigen Innenisolierung überlappt
die Enden der Einsatzisolierung. In einer solchen Konstruktion sind
luftundurchlässige
Innenisolierungen in den kritischsten Bereichen angeordnet: unter
der Lauffläche
und den Schultern und um die Wulstbereiche herum.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung haben, um zu verhindern, dass
die Reifenseitenwände übermäßig schwer
oder zu dick werden, die Einsatzisolierung und die Seitenwandeinsätze eine
kombinierte maximale Dicke im Bereich von 5 mm bis 12 mm. Die tatsächliche
Dicke wird durch die tatsächliche
Reifengröße bestimmt.
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Definitionen
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- "Äquatorebene
(EP)" bezieht sich
auf eine Ebene lotrecht zur Rotationsachse des Reifens und durch
das Zentrum seiner Lauffläche
verlaufend;
- "Innenisolierung" bedeutet die Lage
oder Lagen von Elastomer oder anderem Material, die die Innenfläche eines
schlauchlosen Reifens bilden und die das Füllgas oder -fluid innerhalb
des Reifens enthalten;
- "Maximale Querschnittshöhe" bedeutet den größten radialen
Abstand von dem Felgennenndurchmesser zum Außendurchmesser des Reifens;
- "Maximale Querschnittsbreite" bedeutet den maximalen
linearen Abstand parallel zur Rotationsachse des Reifens und zwischen
dem Äußeren seiner
Seitenwände,
wenn und nachdem er 24 Stunden lang auf Normaldruck aufgepumpt worden
ist, jedoch unbelastet, unter Ausschluss von Erhebungen der Seitenwände aufgrund
von Etikettierung, Verzierung oder Schutzbändern;
- "Querschnittshöhe" bedeutet den radialen
Abstand vom Nenndurchmesser zum Außendurchmesser des Reifens
an seiner Äquatorebene;
- "Schulter" bedeutet den oberen
Teil der Seitenwand gerade unterhalb der Laufflächenkante;
- "Seitenwand" bedeutet denjenigen
Teil eines Reifens zwischen der Lauffläche und dem Wulst;
- "Profilbreite" bedeutet die Bogenlänge der
Profiloberfläche
in der axialen Richtung, das heißt, in einer Ebene parallel
zur Rotationsachse des Reifens.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird als Beispiel und unter Verweis auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Reifens in Übereinstimmung mit der Erfindung
ist; und die
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2–4 Querschnittsansichten
verschiedener Reifenausführungen
sind.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 illustriert
einen Radial-Luftreifen 10 mit Notlaufeigenschaften. Der
Reifen ist ein Personenwagenreifen, jedoch kann die offenbarte Konstruktion
für Reifen
für andere
Anwendungen verwendet werden. Der Reifen hat eine am Boden angreifende
Lauffläche 12,
die in den Schultern 14 an den Seitenkanten der Lauffläche 12 endet.
Seitenwände 16 erstrecken
sich ab den Schultern 14 und enden in einem Paar Wulstbereichen 18;
jeder Wulstbereich 18 weist einen ringförmigen unausdehnbaren Wulstkern 20 auf.
Die Wulstkerne 20 sind vorzugsweise aus einem durchlaufend
herumgeschlagenen Einzel- oder Monofilament-Stahldraht konstruiert,
und eine geeignete Wulstkernkonstruktion ist in US-A-5,263,526 beschrieben.
Der Reifen 10 hat eine Karkassenverstärkungsstruktur 22,
die sich von dem ersten Wulstbereich 18 durch die erste
Seitenwand 16, Lauffläche 12,
zweiten Seitenwandteil 16 zu dem zweiten Wulstbereich 18 erstreckt.
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Die
Karkassenverstärkungsstruktur 22 umfasst
wenigstens eine Verstärkungslage.
In der dargestellten Ausführungsform
gibt es eine erste radial innere Verstärkungslagenstruktur 24,
deren Enden um die Wulstkerne 20 nach oben umgeschlagen
sind, und eine radial äußere zweite
Verstärkungslagenstruktur 26,
deren Enden nicht um die Wulstkerne 20 herum nach oben
umgeschlagen sind und welche eine sogenannte "schwimmende" Lage ist. Jede Lage 24, 26 ist
aus einer Einzellage paralleler Verstärkungskorde gebildet. Die Korde
jeder Verstärkungslagenstruktur 24, 26 sind
in einem Winkel von wenigstens 75 Grad in Bezug zu der in der Mitte
der umfangsgerichteten Mittenebene CP des Reifens 10 orientiert.
Die Korde können
aus jedem normalerweise zur Kordverstärkung von Gummigegenständen verwendeten
Material bestehen, beispielsweise, und nicht als Einschränkung, Rayon,
Nylon, Polyester und Stahl. Vorzugsweise sind die Korde aus einem Material
mit einer hohen Hafteigenschaft an Gummi und hoher Hitzebeständigkeit
hergestellt. während
diese Ausführungsform
nur zwei Lagen aufweist, kann jede beliebige Anzahl von Karkassenlagen
verwendet werden.
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Innerhalb
der Wulstbereiche 18 und der radial inneren Teile der Seitenwände 16 befindlich
sind Elastomerkernprofile 28 mit hohem Modul zwischen Karkassenlagen 24, 26 und
den Umschlagenden der ersten Karkassenlage 24 angeordnet.
Die Elastomerkernprofile 28 erstrecken sich von der radialen
Außenseite
der Wulstkerne 20 und bis in die Seitenwände 16,
wobei sie allmählich
an Querschnittsbreite abnehmen. Die Kernprofile 28 enden
vor der maximalen Querschnittsbreite des Reifens 10.
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Eine
Gürtelstruktur 30 ist
in Umfangsrichtung über
die radial äußere Oberfläche der
Karkassenverstärkungsstruktur 22 und
unter der Lauffläche 12 plaziert.
Bei dem dargestellten Reifen 10 umfasst die Gürtelstruktur 30 zwei
geschnittene Gürtellagen 32, 24.
Die Korde der Gürtellagen 32, 34 sind
in einem Winkel von 17° bis
27° in Bezug
zur in der Umfangsmitte gelegenen Mittenebene des Reifens orientiert.
Die Korde der ersten Gürtellage 32 sind
in einer entgegengesetzten Richtung zu der in der Umfangsmitte gelegenen
Mittenebene und zu der der Korde der benachbarten Gürtellage 34 angeordnet.
Die Gürtelstruktur 30 kann
jedoch jede Anzahl von Gürtellagen
jeder gewünschten
Konfiguration umfassen und die Korde können in jedem gewünschten Winkel
angeordnet sein. Die Gürtelstruktur 30 hat
eine seitliche Steifigkeit quer über
die Gürtelbreite,
um das Abheben der Lauffläche 22 von
der Fahrbahnfläche
während
des Betriebs des Reifens 10 im unaufgepumpten Zustand zu
minimieren. In der dargestellten Ausführung wird dies erreicht, indem
die Korde der Gürtellagen 32, 34 aus
Stahl und bevorzugt aus einer Stahlseilkonstruktion hergestellt
werden.
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Wenigstens
ein Elastomereinsatz befindet sich benachbart zu der Karkassenstruktur 22 in
jeder Seitenwand 16. In dem dargestellten Reifen 10 von 1 gibt
es zwei solcher Einsätze 36, 38 in
jeder Seitenwand 16. Der erste und äußere Einsatz 36 befindet
sich zwischen den zwei Karkassenlagen 24, 26,
und der zweite und innere Einsatz 38 befindet sich radial
einwärts
von der ersten Karkassenlage 24. Jeder Einsatz 36, 38 erstreckt
sich ab wenigstens den oberen Seitenwandteilen, wobei bevorzugt
wenigstens ein Einsatz 38 sich von unter der Kante der
Gürtelstruktur 30 her,
um jegliche Scharnierpunkte zu vermeiden, zu dem Wulstbereich 18 erstreckt,
wobei wenigstens ein Einsatz 36 das Wulstkernprofil 28 überlappt,
um jegliche Scharnierpunkte in dem Wulstbereich des Reifens 10 zu
eliminieren. Beide Einsätze 36, 38 sind
dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hohen Grad an Steifigkeit
haben, aber dennoch auch eine relativ niedrige Hysterese für einen
solchen Grad von Steifigkeit haben. Die größte Breite jedes Einsatzes 36, 38 wird
am besten durch den Endgebrauch des Reifens 10 bestimmt,
jedoch hat jeder Einsatz 36, 38 mindestens eine
Höchstbreite
von wenigstens 1% der maximalen Querschnittshöhe des Reifens und nicht höher als
12% der maximalen Querschnittshöhe. Gleich
welche maximalen Breiten für
die Einsätze 36, 38 gewählt werden,
wenn in Kombination mit dem Kernprofil, ist der Großteil der
Seitenwand 16 bevorzugt von einer konstanten Dicke.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung befindet sich radial einwärts von
dem inneren Einsatz 38 eine Einsatz-Einlage 40,
die sich von einem Wulstbereich 18 zu dem gegenüberliegenden
Wulstbereich 18 erstreckt. Vorzugsweise hat die Einlage 40 eine
konstante Dicke über
ihre gesamte Länge,
obwohl die Dicke gewisser Bereiche schwanken kann. Am wichtigsten
ist, dass die Einsatz-Einlage 40 aus demselben Material,
oder einem im Wesentlichen gleichartigen Material, gebildet ist
wie der innere Einsatz 38. Die Einsatz-Einlage hat eine
bevorzugte durchschnittliche Dicke von 0,8 mm bis 1,5 mm.
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Damit
die Seitenwanddicke aufgrund des Vorhandenseins der Einsatz-Einlage 40 nicht
erhöht
ist, ist die Dicke des inneren Einsatzes 38 verringert,
sodass die maximale Gesamtdicke der Einsatz-Einlage und des inneren
Einsatzes wenigstens 1% und nicht mehr als 12% der maximalen Querschnittshöhe beträgt.
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Radial
einwärts
von der Einsatz-Einlage 40, wenigstens unter dem Laufflächenbereich
des Reifens 10, befindet sich eine luftundurchlässige Innenisolierung 42.
Anders als bei herkömmlichen
Reifen erstreckt die undurchlässige
Isolierung 42 sich nicht von Wulst zu Wulst, um die gewünschten
Luftrückhalteeigenschaften des
Reifens zu erzielen. Das die Innenisolierung 42 bildende
Material kann jedes herkömmlich
für Innenisolierungen
verwendete Material sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf,
Butyl-, Brombutyl- und Halobutylkautschuk, sowie jedes Material
mit den Luftdurchlässigkeitsmerkmalen
von Butyl-, Brombutyl- und Halobutylkautschuk. Die Dicke der undurchlässigen Isolierung
liegt bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm.
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2 illustriert
eine alternative Ausführung
eines Reifens in Übereinstimmung
mit der Erfindung, wobei nur der halbe Reifen 50 abgebildet
ist, wobei die andere Hälfte
des Reifens ein Spiegelbild der dargestellten Hälfte ist. Bei diesem Reifen 50 ist
die Karkassenstruktur eine Einzellage 52, die um den Wulstkern 54 herumgeschlagen
ist. Das Karkassenumschlagende 56 ist sandwichartig zwischen
Wulstverstärkern 58 gelegen,
die sich weiter bis in die Reifenseitenwand, die Karkasse und den
das Kernprofil 60 umschließenden Umschlag erstrecken.
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Radial
einwärts
von der Karkassenlage 52, im Seitenwandbereich 62,
befindet sich ein Einsatz 64, um dem Reifen Unterstützung zu
verschaffen, wenn er in einem zu gering aufgepumpten Zustand betrieben
wird. Ähnlich
dem Reifen 10 der ersten Ausführung befindet sich radial
einwärts
von dem Einsatz 64 eine Einsatz-Einlage 66, die sich von Wulst
zu Wulst erstreckt. Die Dicke des Einsatzes 64 ist zwecks
Kompensation der Dicke der Einsatz-Einlage 66 verringert.
Die gesamte maximale Dicke des Einsatzes 64 und der Einsatz-Einlage 66 sollte
im Bereich von 5 mm bis 12 mm liegen, wobei die Auswahl von der
hergestellten Reifengröße abhängig ist.
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Radial
einwärts
von der Einsatz-Einlage 66 befindet sich eine aufgeteilte
dreiteilige Innenisolierungskonstruktion. Das erste Stück der Innenisolierung 68 erstreckt
sich von einem Schulterbereich zu dem gegenüberliegenden Schulterbereich,
wobei es sich an den Enden verjüngt,
um in der inneren Struktur des Reifens 50 aufzugehen. Die
zweiten und dritten Stücke 70 befinden
sich jeweils in den Wulstbereichen, wobei sie sich ab gerade über dem
Ende der Einsatz-Einlage 66 und um jede Zehe 72 des
Reifens 50 erstrecken.
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Die 3 und 4 illustrieren
zulässige
Variationen der Erfindung. In 3 befindet
sich die von Schulter zu Schulter reichende Innenisolierung 68 radial
auswärts
von der Einsatz-Einlage 66. Der Reifen 50' ist mit den
zweiten und dritten Stücken 70 in
den Wulstbereichen versehen; solche Stücke 70 können jedoch, ähnlich dem
Reifen 10 von 1, ausgeschlossen werden. Bei
dem Reifen 50'' von 4 ist
die von Schulter zu Schulter verlaufende Innenisolierung 68 weiter
auwärts
bewegt und befindet sich radial auswärts von dem Einsatz 64,
jedoch einwärts
von der Karkassenlage 52. Bei jedem der Reifen 50' oder 50'' können mehrere Einsätze, wie
etwa die Einsätze 36, 38 von 1,
verwendet werden, und in jeder Konstruktion befindet sich die von
Schulter zu Schulter reichende Innenisolierung 68 radial
einwärts
von der innersten Karkassenlage.
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Der
Einsatz 64 in den zweiten, dritten und vierten dargestellten
Ausführungen
ist als aus einem einzigen Material gebildet dargestellt. Es liegt
jedoch innerhalb der Reichweite dieser Erfindung, dass der Einzeleinsatz
aus mehreren Materialien gebildet ist, wie etwa der in US-A-6,453,961
offenbarte. Andere Einsatzkonfigurationen, sowie andere Gürtel-, Karkassen-,
Wulstbereich- und Kernprofilkonfigurationen, liegen innerhalb der
Reichweite dieser Erfindung.
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Die
Argumentation hinter der Konstruktion der modifizierten Innenisolierung
ist wie folgt. Während
des Experimentierens wurde ermittelt, dass die Natur der Innenisolierung
eine erhebliche Auswirkung auf die Leistung eines Reifens hat. Für einen
herkömmlichen
Reifen ohne Notlaufeigenschaften ist die Innenisolierung von elf
Reifenbauteilen das Bauteil, das den fünftgrößten Beitrag in Hinblick auf
Rollwiderstandsmerkmale leistet, und ist das drittschwerste Bauteil
in dem Reifen. Während
für einen
Reifen mit Notlaufeigenschaften der Beitrag der Innenisolierung
nicht so hoch ist, ist er noch stets höher als der des Großteils anderer
Reifenbauteile.
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Aufgrund
dieses Faktors untersuchten die Erfinder die Auswirkung der Innenisolierung
auf einen Reifen mit Notlaufeigenschaften.
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Reifen,
wie in Tabelle 1 beschrieben, wurden gebaut und getestet, um Luftdurchlässigkeitsmerkmale von
Reifen mit Notlaufeigenschaften zu ermitteln. Zusätzlich zu
der in der Tabelle beschriebenen Innenisolierungskonstruktion hatte
jeder Reifen die folgenden gemeinsamen Konstruktionsmerkmale: einen
einzigen Notlaufeinsatz in jeder Seitenwand, ein Kernprofil, zwei
Stahlkordgürtel,
eine spiralförmige
Nylon-Gürtellage,
eine Lauffläche
und eine einzige Rayon-Karkassenlage.
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Aus
dem beschleunigten Luftrückhaltetest
wurden die folgenden Rückschlüsse gezogen:
a) die Ergebnisse sind mit den Luftdiffusionsraten der als Einlage
verwendeten Materialien konsistent – die Innenisolierungsmaterialien
haben eine größe Undurchlässigkeitsrate
als das Seitenwandeinsatzmaterial; und b) der Seitenwandbereich
leistet nur einen geringen Beitrag zur Luftrückhaltung – geschlossen aus der guten
Leistung der von Schulter zu Schulter reichenden Innenisolierungsauflage
(mit oder ohne die Innenisolierung im Zehenbereich) gegenüber der
von Wulst zu Wulst reichenden Innenisolierungsauflage.
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Aus
dem Radsturz-Hochgeschwindigkeitstest wurde der Rückschluss
gezogen, dass die durch die Innenisolierung im Bereich des Einsatzes
dissipierte Energiemenge die Hochgeschwindigkeitsleistung beeinflusst.
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Aus
dem Notlauf-Haltbarkeitstest war die Schlussfolgerung, dass die
Notlaufleistung durch die von der Innenisolierung im Bereich des
Einsatzes dissipierte Energiemenge erheblich beeinflusst wird. Wie
aus der Tabelle abgeleitet, wird die beste Leistung erzielt, wenn
keine Innenisolierung in der Konstruktion vorhanden ist.
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Auf
Basis dieser Tests ermittelten die Erfinder, dass das Innenisolierungsmaterial
sich nicht über
die volle Breite des Innenumfangs des Reifens erstrecken muss, aber
im Laufflächenbereich
von einer Schulter zur gegenüberliegenden
Schulter vorhanden sein muss. Die sich ergebende Konstruktion verschafft
den besten Kompromiss für
Luftrückhaltung,
Radsturz-Hochgeschwindigkeit
und Notlaufleistung bei einem selbsttragenden Reifen. Zusätzlich bietet
dieser Konstruktionstyp Kostensenkungsmöglichkeiten aufgrund verringerter Verwendung
teurer undurchlässiger
Materialien. Auch ist, aufgrund einer definierten und steuerbaren
Dicke der Einsatz-Einlage, die Gleichförmigkeit der Reifenkonstruktion
verbessert. Auch wird, wenn die Einsatz-Einlage 40, 66 aus
demselben oder einem im Wesentlichen gleichartigen Material wie
der benachbarte Einsatz 38, 64 gebildet wird,
eine ausgezeichnete Haftung der Reifenbauteile erzielt. Zusätzlich wird
das Gewicht des Reifens beibehalten, während die Notlaufleistung verbessert
ist.