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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radial-Luftreifen.
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Reifen mit radialem Aufbau, bei dem die Karkasskorde im
wesentlichen rechtwinklig zu der Äquatorialebene des Reifens
angeordnet sind, sind wegen ihres überlegenen
Verschleißwiderstandes und ihrer Lenkstabilität weithin im Gebrauch.
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Derartige Radialreifen werden im Laufstreifenbereich durch
einen Reifeneffekt (hoop-effect) verfestigt, der sich durch
einen sog. Gürtel ergibt, der außerhalb der Karkasse durch
Anordnen von Korden aus organischem oder anorganischem
Material mit relativ kleinen Winkeln zur Äquatorialebene des
Reifens gebildet ist.
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Die Form dieser Radialreifen wurde als eine spontan
ausgeglichene Gestalt ausgelegt, bei der das Karkassprofil von
dem in der Vulkanisierform ausgebildeten zu dem sich beim
Aufpumpen des Reifens auf seinen Standard-Innendruck
bildenden nicht geändert wird.
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Hier bedeutet der Ausdruck spontan ausgeglichene Gestalt ein
Karkassprofil, das nach der Theorie der spontan
ausgeglichenen Gestalten erhalten wird, wie sie von W. Hofferberth in
Kautsen, Gummi (8-1955, S. 124 bis 130) vorgeschlagen wurde.
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Bei dieser Theorie wird der im Laufstreifenabschnitt des
Reifens angeordnete Gürtel als ein steifer Ringkörper
angesehen, der seine Gestalt beim Erhöhen des Innendrucks nicht
ändert und der dazu bestimmt ist, die sich zwischen diesem
Gürtel und den Wulstkernen erstreckende Karkasse, die
ebenfalls ihre Gestalt nicht ändert, unter Verwendung einer
Vulkanisierform vorläufig zu formen, die so ausgebildet ist,
daß keine Verformung entsteht, wenn der geformte Reifen
daraufhin aufgepumpt wird.
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Zusätzlich ist das Karkassprofil aufgrund der Theorie der
spontan ausgeglichenen Gestalt mit der Absicht gebildet, daß
keine Verformung stattfindet, wenn der Reifen aufgepumpt
wird, indem die Zugkräfte gleichmäßig auf die Karkasskorde
einwirken.
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Die originale Hofferberth'sche Theorie bezog sich
ursprünglich auf Schräg- oder Diagonalreifen und wurde durch Akasaka
in "The sectional shape of the radial tyre", Japan Composite
Material Magazine, Bd. 3,4 (1977), S. 149 bis 154 so
weiterentwickelt, daß sie auch auf den echten Radialreifen
anwendbar wurde.
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Für diese Anwendung der Theorie der spontan ausgeglichenen
Gestalt ist es notwendig, mindestens die nachfolgenden zwei
Tatsachen zu verstehen.
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An erster Stelle ist der Gürtel in der Praxis kein perfekt
steifer Körper, auch wenn er aus metallischen Korden
zusammengesetzt ist, sondern kann durch Anwenden des Innendrucks
leicht verformt werden. Insbesondere wird der Gürtel durch
das Aufgehen der Karkasse infolge ihres Aufpumpens durch den
Innendruck umso wahrscheinlicher verformt, je kleiner das
Reifenquerschnitts-Verhältnis ist.
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An zweiter Stelle ist der Wulstabschnitt durch die nach oben
zurückgeschlagenen Teile der Karkasse, den Wulstreiter und
andere Wulstverstärkungsschichten versteift und die Theorie
der spontan ausgeglichenen Gestalt kann in diesem Bereich
vom Wulstkern zu dem allgemein Felgenpunkt (rim point)
genannten Wendepunkt des Karkassprofils nicht angewendet
werden. Damit ergibt sich die äquivalente Wulstposition und
so sollte die auf dieser Theorie begründete Kurve so
betrachtet werden, daß sie von einer sog. äquivalenten
Wulstposition ausgeht.
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Bei Radialreifen, die das von der Theorie der spontan
ausgeglichenen Gestalt abhängige Karkassprofil besitzen,
insbesondere Reifen, bei denen das Karkassprofil wegen eines
relativ hohen Ansichtsverhältnisses auch dann in der Nähe
eines Kreises ist, wenn der Reifen auf seinen Standard-
Innendruck aufgepumpt ist, ist jedoch die Verformung der
Karkasse 6 und zwischen der Karkasse 6 und dem Gürtel 7 an
der Schulter und insbesondere in der Nähe der Kante des
Gürtels 7 klein, wie in Fig. 8 gezeigt. Bei der Theorie der
spontan ausgeglichenen Gestalt wird angenommen, daß die
Karkasse beim Aufpumpen keine Dehnung erfährt, jedoch dehnt
sich in der Praxis die Karkasse etwas, und das auf der
Theorie der spontan ausgeglichenen Gestalt gegründete
Karkassprofil dehnt sich zu einer grob gleichartigen Figur. Das
bedeutet, daß die Bindungskraft zwischen der Karkasse 6 und
dem Gürtel 7 durch Andrücken aneinander nicht so groß sein
kann und deswegen die Zwangskraft zwischen Karkasse 6 und
Gürtel 7 geringfügig ist.
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Infolgedessen wirkt die auf die Karkasse 6 einwirkende
Spannung kaum auf den Gürtel 7 ein, insbesondere im Bereich
seiner Kanten, und der Gürtel 7 kann deswegen seinen
Reifeneffekt (hoop effect) nicht zufriedenstellend ausüben.
Dadurch wird das Laufstreifenprofil im Schulterbereich
ungleich und zusammen mit der Tatsache, daß die Zwangskraft
durch den Gürtel 7 nicht groß ist, ergibt sich beim Gebrauch
des Reifens ein ungleicher Verschleiß, wodurch der
Verschleißwiderstand oder die Reifenlaufstreifen-Lebenszeit
abnimmt.
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Vor allem in Reifen mit hohem Querschnittverhältnis besteht
die Wahrscheinlichkeit, daß eine stellenweise Abnutzung
(spot wear) entsteht, bei der der Laufstreifen in
Abschnitten mit geringem Bodenaufstandsdruck und großem Schlupf
gegenüber der Straßenoberfläche stellenweise örtlich
verschleißt.
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Da das Biegungsmaß des Gürtels in radialer Richtung beim
Abrollen erhöht wird, wird auch die auf den Gürtel 7
einwirkende Spannung erhöht und der Rollwiderstand des Reifens
steigt an, wodurch sich das Kraftstoff-Verbrauchsverhalten
des Fahrzeuges verschlechtert.
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In der japanischen Patentanmeldung Nr. 61-252485 hat der
gleiche Anmelder ein Radialreifen für Personen-Kraftwagen
vorgeschlagen, der einen verbesserten Verschleißwiderstand,
Widerstand gegen ungleichen Verschleiß und verbesserte
Kraftstoff-Ökonomie aufweist durch Erhöhen der Größe der
Bewegung der Schulterabschnitte radial nach außen, wenn der
Reifen auf Standarddruck aufgepumpt wird. Dadurch wird der
Krümmungsradius des Laufstreifens vergrößert und dabei ein
Einwirken der Spannung der Karkasse 6 auf den Gürtel in
wirksamer Weise verursacht, wodurch der Reifeneffekt des
Gürtels 7 erhöht wird.
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Es sei auch erwähnt, daß ein Herstellverfahren für einen
derartigen Radialreifen für Personen-Kraftwagen in der
Beschreibung und in den Zeichnungen der japanischen
Patentanmeldung Nr. 62-13408 vorgeschlagen wurde.
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Die europäische Offenlegungsschrift Nr. EP-A-0 194 108
beschreibt einen Radialreifen entsprechend den Merkmalen des
Oberbegriffes des Anspruchs 1, bei dem das Karkassprofil
gegenüber der spontan ausgeglichenen Gestalt bewußt so
geändert wurde, daß sich die Krümmung des Laufstreifenprofils
bei zunehmenden Innen-Aufpumpdruck erhöht. Dieser Reifen
zeigt jedoch eine schlechte Bodenberührungsgestalt.
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Es ist das primäre Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
Luftreifen zu schaffen, der das vorstehend genannte Problem
überwindet.
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Die Erfinder haben entdeckt, daß es möglich ist, einen
Reifen herzustellen, bei dem die Bewegungsgröße in den
Schulterbereichen des Reifens groß ist, so daß der
Reifeneffekt in diesen Abschnitten erhöht wird, um so die
Zwangskraft des Gürtels zu erhöhen und die erwünschten
Auswirkungen zu erhalten.
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Sie entdeckten, daß, verglichen mit der
Bodenberührungsgestalt der Reifen nach dem Stand der Technik, die, wie in
Fig. 4 zu sehen, fast kreisförmig wird, wobei der Anteil K
mit einem großen Bodenberührungsdruck im Kronenbereich
vorhanden und um den Äquator des Reifens zentriert ist, die
Bodenberührungsfläche des erfindungsgemäßen Reifens
großflächig und fast rechteckförmig wird, und die Abschnitte K, K
mit einem hohen Bodenberührungsdruck an den Seitenkanten
vorhanden sind, d.h. in den Schulterbereichen, wobei die
vorgenannten Verbesserungen erzielt werden.
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Die Erfinder entdeckten weiter, daß, um das Reifenverhalten
weiter zu verbessern, es zu bevorzugen ist, einen angemessen
festen Bodenberührungsdruck im Kronenbereich beizubehalten,
wie auch die Erhöhung des Bodenberührungsdrucks in den
Schulterbereichen, und es dementsprechend das beste ist, den
Bodenberührungsdruck bei dem Reifen im groben gleichmäßig zu
gestalten.
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Deswegen setzten die Erfinder die Betrachtung des
Laufstreifenprofils und der Laufstreifendicke in den verschiedenen
Positionen vom Gesichtspunkt der Gleichgestaltung des
Bodenberührungsdrucks fort durch Auslegen des Reifenprofils zu
einem sog. Doppelradiusprofil, bei dem die
Laufstreifenfläche aus Bögen zusammengesetzt ist, die im Kronenbereich und
den Schulterbereichen unterschiedliche Krümmungsradien
besitzen, wodurch Reifen hergestellt werden können, die eine
relativ breite Bodenberührungsfläche von etwa achteckiger
Gestalt besitzen, bei denen der Abschnitt K mit großem
Bodenberührungsdruck im Kronenbereich liegt, wie in Fig. 6
gezeigt, und daß durch Kombinieren der Laufstreifenfläche,
welche die Form der Bodenberührungsfläche nach Fig. 6 zeigt,
mit der Form nach Fig. 5 die Verteilung des
Bodenberührungsdrucks in der in Fig. 7 gezeigten Weise gleichmäßig
gestaltet werden kann, wodurch das Reifenverhalten weiter
verbessert wird.
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Es ist deswegen ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen in hohem Maße verbesserten Luftreifen zu
schaffen, bei dem der Reifeneffekt (hoop effect) in den
Schulterbereichen verbessert wird und gleichzeitig der
Bodenberührungsdruck in der Bodenberührungsfläche gleichmäßig
gestaltet wird.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung besitzt ein
Luftreifen einen Laufstreifen, bei dem die Laufstreifenfläche so
geformt ist, daß ein erster Punktabstand LA, definiert als
der radiale Abstand zwischen einem ersten Standardpunkt An
am Reifenäquator an der Laufstreifenfläche Tn bei auf einen
Standard-Innendruck aufgepumptem Reifen und einem ersten
Niederdruckpunkt As an dem Reifenäquator an der
Laufstreifenfläche Ts bei auf einen niedrigen Druck-Anteil des
standardmäßigen Innendrucks aufgepumptem Reifen weniger als 1,00
mm beträgt; ein dritter Punktabstand Lc, definiert als der
radiale Abstand zwischen einem dritten Standardpunkt Cn an
der Laufstreifenfläche Tn mit einem Abstand vom 0,45-fachen
der Laufstreifenbreite TWn von dem ersten Standardpunkt An,
und einem dritten Niederdruckpunkt Cs, definiert als die
Überschneidung der durch den dritten Standardpunkt Cn
hindurchgehenden radialen Linie mit der Laufstreifenfläche Ts,
1,0 mm bis 4,0 mm beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis LC/LA des dritten Punktabstandes LC zu dem ersten
Punktabstand LA 4,0 oder mehr beträgt und der gemeine oder
Zehner-Logarithmus log&sub1;&sub0; (RCn/RSn) des Verhältnisses RCn/RSn
eines Standard-Innenradius RCn, definiert als der
Krümmungsradius des durch den ersten Standardpunkt An und zwei an dem
ersten Standardpunkt zentrierte und voneinander durch das
0,5-fache der Laufstreifenbreite TWn getrennte zweite
Standardpunkte Bn an der Laufstreifenfläche hindurchgehenden
Bogens bei auf den Standard-Innendruck aufgepumptem Zustand,
zu einem Standard-Außenradius RSn, definiert als der
Krümmungsradius des durch den ersten Standardpunkt An und die
beiden zu beiden Seiten von jenem definierten dritten
Standardpunkt Cn hindurchtretenden Bogens zwischen 0,1 und 0,7
liegt; der Standard-Innenradius RCn das 2,7 bis 5,0-fache
eines Wertes TWn/S beträgt, der erhalten wird beim
Dividieren der Laufstreifenbreite TWn bei auf Standard-Innendruck
aufgepumptem Reifen durch das Reifenquerschnitts-Verhältnis
S, das das Verhältnis Hn/Wn der Höhe Hn des auf den
Standard-Innendruck aufgepumpten Reifens zur maximalen
Reifenbreite Wn ist; wobei der Absolutwert a-b der Differenz
zwischen der Laufstreifendicke (a) an dem ersten
Standardpunkt An und der Laufstreifendicke (b) an den zweiten
Standardpunkten Bn 0,3 mm oder weniger beträgt, und der Wert
b-c, der erhalten wird durch Abziehen der Laufstreifendicke
(c) an dem dritten Standardpunkt Cn von der
Laufstreifendikke b, 0,5 mm bis 3,0 mm beträgt, und ein vierter
Punktabstand LE, definiert als der Axialabstand zwischen einem
vierten Standardpunkt En an der Seitenwandfläche in einem
Abstand von 30 mm von der Basis des Wulstes (3) des Reifens
in der radialen Richtung, wenn dieser auf den
Standard-Innendruck aufgepumpt ist, und einem vierten Niederdruckpunkt
ES an der Seitenwandfläche im Abstand von 30 mm von der
Basis des Wulstes (3) in der radialen Richtung, wenn er auf
einen niedrigen Anteildruck des Standard-Innendrucks
aufgepumpt ist, 1,0 mm oder weniger beträgt, und der niedrige
Anteil des Drucks 10% des Standard-Innendrucks beträgt.
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Das Ergebnis des Schaffens einer solchen speziellen Struktur
ist, daß die Größe der Auswärtsbewegung in den
Schulterbereichen größer wird als die im Kronenbereich, und die Karkasse
den Gürtel beim Erhöhen des Innendrucks insbesondere in den
Schulterbereichen aufrichtet. Dementsprechend wird die
Bindungskraft zwischen Karkasse und Gürtel erhöht und damit
arbeitet die auf die Karkasse einwirkende Zugkraft auf den
Gürtel ein, insbesondere an seinen Kanten. Der Reifeneffekt
des Gürtels wird dadurch erhöht.
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Das Ergebnis der Form der Bodenberührungsfläche ist auch,
daß die Abschnitte K, K mit einem großen
Bodenberührungsdruck in den Schulterbereichen des Reifens vorhanden sind,
wie in Fig. 5 gezeigt, und daß die Flächengröße der
Bodenberührungsfläche vergrößert wird.
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Dementsprechend wird der Verschleißwiderstand angehoben, ein
ungleicher Verschleiß wie stellenweise Abnutzung wird
reduziert, der Kraftstoffverbrauch wird infolge des verringerten
Abrollwiderstandes verbessert, das Naßbremsverhalten wird
verbessert, die Kurvenleistung erhöht und die Stabilität bei
Kurvenfahrt und bei Geradeausfahrt und die Lenkstabilität
werden verbessert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Reifen wird der standardmäßige
Innenradius RCn auf das 2,7-fache oder mehr und auf das 5,0-
fache oder weniger des Wertes TWn/S festgesetzt, der durch
Dividieren der Laufstreifenbreite TWn bei anliegendem
Standardinnendruck durch das Querschnittsverhältnis S erhalten
wird. Das ergibt einen optimierten Krümmungsradius des
Bogens im Kronenbereich mit Bezug auf die
Laufstreifen-Einheitsbreite, also des Standard-Innenradius RCn bei der Form
der Laufstreifenfläche Tn, wenn auf den Standard-Innendruck
aufgepumpt wurde. Weiter ist dies das gleiche, wie die
Differenz zwischen dem Radius an dem ersten Standardpunkt An am
Reifenäquator und dem Radius an den dritten Standardpunkten
Cn in den Schulterbereichen auf den optimalen Wert zu
setzen. Durch Bestimmen dieses Wertes bei der Auslegung des
Querschnitts-Verhältnisses S werden die Effekte weiter
verbessert.
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Darüberhinaus befindet sich der Briggs'sche oder
10er-Logarithmus des Verhältnisses des Standard-Innenradius RCn zum
Standard-Außenradius RSn im Bereich zwischen 0,1 und 0,7.
Dadurch erhält der Reifen ein Doppelradiusprofil, bei dem
die Bodenberührungsfläche relativ groß ist und der Abschnitt
K mit hohem Bodenberührungsdruck bei anliegendem Standard-
Innendruck in dem Kronenbereich liegt, wie in Fig. 6
beschrieben. Das sorgt für eine fast gleichmäßige
Bodenberührungsdruck-Verteilung über die gesamte
Bodenberührungsfläche, wie in Fig. 8 gezeigt.
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Das zusätzliche Merkmal, daß die Differenz zwischen den
Laufstreifendicken a und b am ersten Standardpunkt An bzw. dem
zweiten Standardpunkt Bn auf 0,3 mm oder weniger festgesetzt
wird und daß die Dicke b-c, die erhalten wird durch Abziehen
der Laufstreifendicke c an dem dritten Standardpunkt Cn von
der genannten Laufstreifendicke b, auf 0,5 mm oder mehr bis
3,0 mm oder weniger festgesetzt wird, reduziert die
Laufstreifendicke in den Schulterbereichen. Das erhöht die
Auftreibkraft in den Schultern, setzt das Laufstreifenprofil wie
angefordert fest und behält das bevorzugte Doppelradiusprofil
bei, um die vorerwähnten Auswirkungen zu verbessern.
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Gleichzeitig wird der Abstand LE in Axialrichtung zwischen
dem vierten Standardpunkt En und dem vierten 10%-Punkt Es
auf 1,0 mm oder weniger festgesetzt. Dadurch wird eine
Erhöhung der Steifigkeit in den Wulstabschnitten durch das
Aufpumpen des Reifens verhindert und es wird eine dadurch
entstehende Verschlechterung des Fahrkomforts vermieden.
Üblicherweise erwartet man, daß sich der Fahrkomfort reduziert,
wenn der Reifeneffekt durch eine solche Dehnung in den
Schulterbereichen erhöht wird, wie vorher festgestellt, jedoch
wird bei dieser Erfindung der Fahrkomfortverlust wirksam
dadurch verhindert, daß der genannte Wert LE auf 1,0 mm oder
weniger festgesetzt wird, im Gegensatz zu dem relativ großen
Wert bei Reifen nach dem Stand der Technik.
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Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun
beispielsweise mit Bezug auf die Zeichnung im einzelnen
beschrieben, in welcher:
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Fig. 1 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ein Schaubild ist, das ein Profil des Reifens
bei dem Standard-Innendruck und bei dem 10%-Innendruck zeigt;
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Fig. 3 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen
dem Verschleißwiderstand und dem stellenweisen örtlich
begrenzten Verschleiß zeigt;
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Fig. 4 bis 7 Schaubilder sind, die in grobem Maße die
Formen von Bodenberührungsflächen und die Verteilungen des
Bodenberührungsdrucks zeigen;
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Fig. 8 ein Schaubild ist, das den Aufbau eines
Reifens nach dem Stand der Technik zeigt, nur soweit Karkasse
und Gürtel betroffen sind;
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Fig. 9 ein Schaubild ist, das die spontan
ausgeglichene Gestalt erklärt; und
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Fig. 10 ein Schaubild ist, das die Standard-Innen-
und Außenkrümmungsradien RCn bzw. RCs zeigt.
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In Fig. 1 ist ein Luftreifen 1 an einer Standardfelge 10
angebracht und mit Luft auf seinen Standard-Innendruck von 2,1
kp/cm² aufgepumpt. Der Reifen 1 besitzt zwei Wulste 3, durch
welche jeweils ein Wulstkern 2 hindurchtritt,
Seitenwandabschnitte 4, die sich radial von jedem Wulst 3 nach außen
erstrecken, und einen Laufstreifen 5, der sich zwischen den
Kanten der Seitenwandabschnitte 4 erstreckt. Eine um die
Wulstkerne 2 von innen nach außen oben zurückgeschlagene
Verstärkungskarkasse 6 ist vorgesehen, deren Hauptabschnitt sich
durch die Seitenwandabschnitte 4 und den
Laufstreifenabschnitt 5 erstreckt. In dem Laufstreifen 5 ist ein Gürtel 7
außerhalb der Karkasse 6 angeordnet. In jedem Wulst 3 ist ein
Wulstreiter 9 vorhanden.
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Die Karkasse 6 ist aus Korden zusammengesetzt, die radial
mit 80 bis 90º zum Reifenäquator CL angeordnet sind. Als
Karkasskord wird Kord aus organischen Fasern wie Nylon,
Polyester, Reyon oder aromatischem Polyamid benutzt. Es kann auch
Kord aus anorganischen Fasern wie Metallen benutzt werden.
Die Karkasse 6 kann eine Kordlage oder mehrere Kordlagen
enthalten.
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Der Gürtel 7 besteht aus zwei Lagen, wobei eine erste Lage 7A
der Karkasse 6 benachbart und eine zweite Lage 7B darüber
angeordnet ist, weil sowohl die erste wie die auch die zweite
Lage 7A und 7B aus Metallkorden gefertigt ist, die mit
entgegengesetzten Richtungen bezüglich des Reifenäquators CL
geneigt sind, und zwar mit relativ kleinen Winkeln zum
Reifenäquator CL. Die erste Lage 7A ist breiter als die zweite Lage
7B und beide Kanten der ersten Lage 7A sind von den
Laufstreifenkanten nach unten fortgeführt, wo die
Seitenwandabschnitte 4 und der Laufstreifenabschnitt 6 zusammenstoßen.
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Der Reifen 1 ist mit leicht gedrückter Gestalt gebildet und
besitzt ein Querschnittsverhältnis, d.h. ein Verhältnis der
Höhe Hn des Reifens, die der Abstand von dem Grund des
Wulstes 3 zum höchsten Punkt des Laufstreifens Tn ist, der
allgemein den ersten Standardpunkt am Äquator CL des Reifens an
der Laufstreifenfläche Tn bildet, wenn dieser auf den
Standard-Innendruck aufgepumpt ist, zur maximalen Reifenbreite
Wn, kleiner als 1, z.B. etwa 0,9 ist.
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In Fig. 2 ist das Profil des Reifens 1 bei Aufpumpen auf
seinen Standard-Innendruck mit durchgezogener Linie gezeigt,
das Profil bei Aufpumpen auf 10% des Standard-Innendrucks (im
folgenden 10%-Innendruck genannt) ist gestrichelt gezeigt und
der Punkt am Reifenäquator an der Laufstreifenfläche Tn beim
Aufpumpen auf den Standard-Innendruck ist als der erste
Standardpunkt An definiert. Zusätzlich sind die Punkte Bn an der
Laufstreifenfläche als zweite Standardpunkte Bn definiert,
die einen Abstand vom 0,5-fachen der Laufstreifenbreite TWn
besitzen und um den ersten Standardpunkt An zentriert sind,
und die Punkte Cn an der Laufstreifenfläche Tn, die
voneinander einen Abstand vom 0,9-fachen der Laufstreifenbreite TWn
besitzen und an dem ersten Standardpunkt An zentriert sind,
sind als die dritten Standardpunkte Cn definiert.
Darüberhinaus ist der Punkt As am Reifenäquator der Laufstreifenfläche
Ts beim Aufpumpen auf den 10%-Innendruck als der erste 10%-
Punkt As definiert, die Punkte Bs, bei denen eine Radiallinie
durch jeden zweiten Standardpunkt Bn die Laufstreifenfläche
Ts kreuzt, ist definiert als der zweite 10%-Punkt Bs, und der
Punkt Cs, wo eine durch den dritten Standardpunkt Cn
hindurchtretende Radiallinie die Laufstreifenfläche Cs kreuzt,
ist als dritter 10%-Punkt Cs definiert.
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Bei dem Reifen 1 ist der erste Punktabschnitt LA, der
Abstand zwischen dem ersten Standardpunkt An und dem ersten
10%-Punkt As so festgesetzt, daß er weniger als 1,0 mm
beträgt. Weiter ist der dritte Punktabstand LC, der Abstand
zwischen dem dritten Standardpunkt Cn und dem dritten 10%-
Punkt Cs so festgesetzt, daß er 1,0 mm bis 4,0 mm beträgt,
und das Verhältnis LC/LA des dritten Punktabstandes LC zum
ersten Punktabstand LA beträgt 4,0 oder mehr.
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Wie vorstehend beschrieben, wird in dem zwischen den zweiten
Standardpunkten Bn definierten und an dem ersten
Standardpunkt An zentrierten Kronenbereich die Dehnungsgröße der
Laufstreifenfläche Ts bis Tn durch das Aufpumpen von 10% auf
100% des Standard-Innendrucks als klein festgesetzt. Im
Gegenteil dazu ist das Ausmaß der Bewegung radial nach außen im
Schulterbereich um die dritten Standardpunkte Cn, d.h. der
dritte Punktabstand LC, groß.
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Demzufolge treibt die Karkasse 6 im wesentlichen den Gürtel
7 im Bereich seiner Kanten nach außen, wenn der Innendruck
erhöht wird, wodurch die Bindungskraft zwischen der Karkasse
6 und dem Gürtel anwächst. Aus diesem Grund ist die auf die
Karkasse 6 einwirkende Zugkraft besonders in den
Kantenbereichen des Gürtels 7 wirksam. Als ein Ergebnis wird der
Reifeneffekt des Gürtels 7 wirksam und effizient durch den Druck
erhöht. Dementsprechend bekommt die Bodenberührungsfläche
eine relativ große annähernd rechtwinklige Form, wie in Fig.
5 gezeigt, und der Abschnitt K mit einem hohen
Bodenberührungsdruck liegt in den Schulterbereichen.
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Das reduziert den Verschleiß und verringert ungleichmäßigen
Verschleiß einschließlich Schulterverschleiß und
stellenweise Abnützung.
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Zusätzlich ergibt sich eine Verbesserung der
Kraftstoff-Ökonomie infolge einer Herabsetzung des Rollwiderstandes, und
das Naßbremsverhalten wird verbessert.
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Darüberhinaus werden die Lenkstabilitäten wie die Lenkrad-
Reaktion, die Kurvenleistung, die Kurvenstabilität und die
Geradeausfahrt-Stabilität verbessert.
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Kehrt man nun zur Betrachtung des ersten Punktabstandes LA
zurück, so enthält diese Erfindung eine Änderung oder
Bewegung, durch welche der erste Standardpunkt An radial
innerhalb von dem ersten 10%-Punkt As kommt.
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Man merke, daß dann, wenn das Verhältnis LS/LA des dritten
Punktabstandes LC zum ersten Punktabstand LA geringer als 4,0
ist, der Betrieb und die Auswirkungen nicht wie vorstehend
beschrieben erzielt werden.
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Dazu wird der Krümmungsradius des durch den ersten
Standardpunkt An und die beiden zweiten Standardpunkte Bn gehenden
Bogens als der innere Standard-Radius RCn und der
Krümmungsradius
des durch den ersten Standardpunkt An und die beiden
dritten Standardpunkte Cn gehenden Bogens als der äußere
Standard-Radius RSn definiert, und dann wird der
10er-Logarithmus log&sub1;&sub0; (RCn/RSn) des Verhältnisses RCn/RSn des inneren
Standardradius RCn zum äußeren Standardradius RSc festgesetzt
auf Werte zwischen 0,1 bis 0,7, wodurch das Verhältnis
RCn/RSn sich in einem Bereich zwischen 1,36 und 5,01
befindet.
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Auf diese Weise wird dadurch, daß der äußere Standardradius
RSn in dem Bereich des vorgenannten Verhältnisses kleiner als
der innere Standardradius festgesetzt wird, der
Krümmungsradius des durch den Schulterbereich gehenden Bogens groß
gemacht.
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Dementsprechend werden der Kronenbereich und die
Schulterbereiche der Laufstreifenfläche Tn jeweils mit einem Bogen
ausgebildet, der einen größeren Krümmungsradius besitzt, bzw.
mit einem Bogen mit einem kleineren Krüinmungsradius.
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Das bedeutet, das Laufstreifenprofil ist ein sog.
Doppelradius-Profil.
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Das ist eine der Bedingungen, die notwendig sind, um der
Bodenberührungsfläche eine Achteckform zu verleihen und den
Abschnitt K mit hohem Bodenberührungsdruck, wie in Fig 6
gezeigt, in den Kronenbereich zu legen, und indem diese
Bedingung zu den vorstehend beschriebenen hinzugefügt wird,
wird es möglich, eine Laufstreifenform zu erhalten, bei der
der Bodenberührungsdruck gemäß Fig. 7 gleichmäßig verteilt
ist.
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Dies verbessert weiter den Verschleißwiderstand und die
Lenkstabilität.
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Der Grund, warum der 10er-Logarithmus log&sub1;&sub0;(RCn/RSn) auf 0,1
oder mehr gesetzt wird, besteht darin, daß die
vorstehenden Merkmale
dem Doppelradius-Profils dann nicht wirksam
sind, wenn dieser Wert kleiner als 0,1 ist. Im Gegensatz
dazu wird, wenn dieser Wert über 0,7 liegt, der äußere
Standardradius RSn außerordentlich kleiner als der innere
Standardradius RCn, und der Krümmungsradius des Bogens in den
Schulterbereichen wird vermindert; als Ergebnis stehen die
Schulterbereiche unzureichend mit dein Boden in Berührung.
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Es wird bevorzugt, diesen Wert entsprechend dem
Querschnittsverhältnis S zu ändern. Wenn dar Querschnittsverhältnis S
größer als 0,8 ist, wird der Wert vorzugsweise zwischen 0,10
und 0,40 festgesetzt, wenn das Querschnittsverhältnis S über
0,6 ist, wird der Wert vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,55
festgesetzt, und wenn das Querschnittsverhältnis S 0,6 oder
weniger ist, wird der Weht vorzugsweise zwischen 0,35 und
0,65 festgesetzt.
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Der Grund, warum der Radius RCn/RSn größer festgesetzt werden
soll, wenn das Querschnittsverhältnis geringer wird, d.h.
wenn der Reifen eine gedrücktere Form hat, besteht darin,
daß die Reifenbreite Wn relativ im Vergleich zu der
Reifenhöhe Hn durch dieses Eindrücken zunimmt und dadurch eine
erhöhte Ausbiegung an der Reifenfläche Tn bei der Bodenberührung
verursacht und dadurch der Schulterbereich den Boden leicht
berühren kann.
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Der innere Standardradius RCn wird auf das 2,7- bis 5,0-fache
des Wertes TWn/S gesetzt, das erhalten wird durch Teilen der
Laufstreifenbreite TWn durch das
Reifen-Querschnittsverhältnis S.
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Dadurch, daß der innere Standardradius RCn auf den genannten
Bereich begrenzt wird, wird die Laufstreifenfläche Tn
entsprechend ausgebildet und die Größe der Bewegung der
Schulterbereiche nach außen erhöht, wodurch der Reifeneffekt in
den Schulterbereichen verstärkt wird.
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Dieser Wert bestimmt dazu den inneren Standardradius RCn mit
Bezug auf die jeweilige Laufstreifenbreite TWn, und weiter
bestimmt der Wert qualitativ den Radius mit Bezug auf die
Laufstreifenbreite pro Einheitslänge, d.h. die Differenz des
Radius zwischen dem dritten Standardpunkt Cn und dem ersten
Standardpunkt An. Durch Einstellen dieses Wertes in
Abhängigkeit von dem Querschnittsverhältnis S wird die Größe der
Auswärtsbewegung des Schulterbereiches infolge des Aufpumpens
auf den Standard-Innendruck erhöht, wodurch zur Verbesserung
des Reifeneffekts in den Schulterbereichen beigetragen wird
und zur Ausbildung der Laufstreifenfläche Tn in der
angemessensten Gestalt.
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Wenn der Wert kleiner als 2,7 ist wird das Verhältnis des
äußeren Standardradius RSn zur Laufstreifenbreite gering und
die Größe der Auswartsbewegung der Schulterabschnitte neigt
dazu, außerordentlich groß zu werden, und Bodenberührung wird
im Schulterbereich schwierig.
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Wenn der Wert im Gegensatz dazu größer als 5,0 wird, wird
die Laufstreifenfläche außerordentlich flach und der
Bodenberührungsdruck im Schulterbereich wird zu hoch.
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Was die bestimmte Verteilung der Laufstreifendicke betrifft,
wird der Absolutwert a-b der Differenz zwischen der
Laufstreifendicke a am ersten Standardpunkt An und der
Laufstreifendicke b an dem zweiten Standardpunkt Bn 0,3 mm oder
weniger und die durch Abziehen der Laufstreifendicke c an dem
dritten Standardpunkt Cn von der Laufstreifendicke b
erhaltene Differenz b-c liegt im Bereich von 0,5 mm bis 3,0 mm und
mehr bevorzugt von 1,3 mm bis 3,0 mm.
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Auf diese Weise sollten die Laufstreifendicken a und b fast
gleich sein mit einem Absolutwert ihrer Differenz von 0,3 mm
oder weniger. Der Wert von b-c liegt jedoch zwischen 0,5 mm
und 3,0 mm und durch derartiges Auswahlen der
Laufstreifendicke c am dritten Standardpunkt Cn wird die Größe der
Auswärtsbewegung
der Schulterbereiche beim Aufpumpen vergrößert,
wodurch die Laufstreifenfläche zu dem erwünschten
Doppelradiusprofil geformt wird.
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Man bemerke, daß die Laufstreifendickenwerte jeweils die
von der Laufstreifenfläche Tn zur oberen Fläche der oberen
Gürtellage 7A im rechten Winkel zur Laufstreifenfläche Tn
gemessene Dicke bedeuten.
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Falls b-c kleiner als 0,5 mm ist, wird der Effekt nicht
erzielt, und falls sie über 3,0 mm liegt, wird die Festigkeit
an der Schulter verringert, was die Standhaftigkeit ebenso
beeinflußt, wie es zu viel Auswärtsbewegung ergibt, die es
schwierig macht, das richtige Doppelradiusprofil
auszubilden.
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Eine solche Form des Reifens 1 kann hergestellt werden durch
Benutzen einer Vulkanisierform mit einer in der Mitte
aufgetriebenen Gestalt, die deshalb gezielt die Theorie der
spontan ausgeglichenen Gestalt verletzt.
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Durch die Theorie der spontan ausgeglichenen Gestalt wird
das Karkassprofil erzielt nach der nachfolgenden Gleichung:
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wobei, wie in Fig. 9 gezeigt,
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D: eine Überschneidung einer sich von der Kante d des
Gürtels 7 in Radialrichtung und senkrecht zur Achse Z, d.h. der
Z-Achse in dieser Ausführung erstreckenden Senkrechten X mit
der Karkasse 6,
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C: ein Punkt, bei dem die Karkasse die maximale Breite
besitzt,
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r: die Höhe von der Z-Achse in Radialrichtung des Reifens
(in dieser Ausführung r-Achse),
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rC:die Höhe von der Z-Achse zu dem Punkt C an der Karkasse 6
in Radialrichtung,
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rD: die Höhe von der Z-Achse zur Überschneidung D an der
Karkasse 6 in Radialrichtung, und
φD: ein Winkel ist, der durch eine Senkrechte Y zur Karkasse
an der Überschneidung D und der Z-Achse gebildet wird.
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Die Z-Achse kann ersetzt werden durch eine Linie, die
horizontal durch den Wulstgrund 3A hindurchgeht. Unter der
Annahme, daß die Karkasse 6 mindestens in der Nähe der Kante des
Gürtels 7 einen Bogen bildet, wird die Gleichung (1)
erhalten durch Berücksichtigung der Überschneidung O der Z-Achse
mit der r-Achse, die durch den Schnittpunkt D hindurchtritt,
als Ursprung.
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Dementsprechend kann durch Vorgeben der Höhe die Abweichung
von der r-Achse in horizontaler Richtung, d.h. der Wert Z,
errechnet und eine Kurve erhalten werden, die von der Theorie
der spontan ausgeglichenen Gestalt abhängt.
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Bei der Theorie der spontan ausgeglichenen Gestalt wird, wie
sich aus Gleichung (1) ergibt, wenn die Orte in den Höhen rC
und rD und der Winkel φD gegeben werden, die Linie bestimmt.
Wenn hier der Wert z an dem Punkt C gegeben ist, wird durch
Wählen entweder des Winkels φD oder aber der Höhe rC der
jeweils andere Wert erhalten.
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Bei dem Reifen 1 nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch
die Höhe in Radialrichtung von der Wulstbasis 3A zur Stelle
C, bei der die Karkasse in dem geformten Reifen 1 in einer
Vulkanisierform am breitesten wird, kleiner angesetzt, als
die Höhe, die durch Benutzung der Rechnungen der Theorie der
spontan ausgeglichenen Gestalt erforderlich ist, so daß das
Karkassprofil in einer im unteren Teil aufgetriebenen
Gestalt gebildet wird.
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Diese Höhe wird auf einen Bereich von 35% bis 55% der Höhe
des geformten Reifens beschränkt, und weiter wird auch die
maximale Breite der Karkasse 6 in einem Verhältnis zwischen 1
und 1,1 größer als die die sich durch die Theorie der spontan
ausgeglichenen Gestalt ergebende maximale Breite gemacht.
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Der Reifen 1 der vorliegenden Erfindung wird so mit
Abweichung von der spontan ausgeglichenen Gestalt erzeugt.
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Daneben wird bei dem Reifen dieser Ausführung der Punkt an
der Seitenwand, der 30 mm Abstand (Abstand 1) vom unteren
Ende des Wulstes besitzt und die Referenz für den
Felgenradius in Radialrichtung ist, als der vierte Standardpunkt En
bei Aufpumpen auf den Standard-Innendruck definiert, und als
ein vierter 10%-Punkt Es bei Aufpumpen auf 10% Innendruck.
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Der Abstand zwischen diesen beiden Punkten En und Es in
Axialrichtung wird auf 1,0 mm oder weniger gebracht.
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Dementsprechend wird der Fahrkomfort, der dazu neigt, mit
zunehmender Steifigkeit des Reifens abzunehmen infolge einer
großen Auswärtsbewegung der Schulterabschnitte, nicht so
beeinflußt.
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Testreifen der Größe 5,60 R13 mit den in Fig. 1 und 2
dargestellten Aufbau wurden versuchsweise entsprechend den in
Tabelle 1 gegebenen Spezifikationen hergestellt. Die Reifen
wurden auf eine Felge der Größe 4-J x 13 aufgezogen.
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Der verwendete Gürtel 7 bestand aus zwei Lagen von
Stahlkorden und die Karkasse bestand aus einer Lage Polyesterkorde.
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Die Abmessung an den Punkten einschließlich dem ersten
Standardpunkt An, dem dritten Standardpunkt Tn und dem ersten
10%-Punkt As bis zum dritten 10%-Punkt Cs wurden gemessen
aus Zeichnungen, welche die Querschnittsformen des Reifens
beim Aufpumpen auf seinen Standard-Innendruck bzw. seinen
10%-Innendruck zeigten, und die unter Benutzung eines Laser-
Ausweich-Meßinstruments aufgetragen wurden.
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Die Laufstreifendickenwerte a, b und c wurden durch
nachfolgendes Zerschneiden des Reifens gemessen.
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Die Testergebnisse, die erzielt wurden, indem die Reifen an
dem Hinterrad eines 1800 cm³ FF-Wagens mit 4 mm Vorspur und
einer Fahrstrecke von 50.000 km aufgezogen wurden, sind in
Fig. 3 gezeigt. Es hat sich gezeigt, daß bei der Ausführung
1 die Fahr-Distanz pro Dickeneinheit relativ lang und der
Stellen-Verschleißindex niedrig war.
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Zusätzlich wurde der Rollwiderstand unter Benutzung einer
Trommel gemessen. Der Widerstand (kp) wurde gemessen durch
Drehen der Trommel mit einer Geschwindigkeit, die einer
Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h entsprach, und als ein Index
ausgedrückt, unter der Annahme, daß der Wert der Referenz 1 100
betrug. Bei diesem Ausdruck ist, je kleiner der
Rollwiderstand ist, der Wert auch kleiner. Es ist klar, daß in der
Ausführung 1 der Rollwiderstand gering war, wie in Tabelle 1
gezeigt, und die Kraftstoff-Ökonomie wurde im Vergleich zu
der Referenz verbessert.
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Dazu wurde noch das Naßbremsverhalten geprüft durch
Anbringen von vier Reifen an einem 1.500 cm³ FU-Wagen und Fahren
an befestigter Straße mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h
und Messen des Anhaltewegs bei blockierten Reifen. Der
Anhalteweg wurde mit einem Index ausgedrückt, wobei der Wert von
Referenz 1 zu Index 100 angenommen wurde.
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Die Ausführung 1 war bei diesem Test, wie in Tabelle 1 zu
sehen, überlegen.
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Ein zweiter Satz Testreifen der Größe 205/60R14 87H wurde
entsprechend den in Tabelle 2 dargestellten
Spezifikationen hergestellt, und diese Reifen wurden auf Felgen der
Größe 5½ JJ x 14 aufgezogen. Der Abrollwiderstand und das
Naßbremsverhalten wurden auf gleiche Weise wie vorstehend
beschrieben gemessen. Die sich ergebenden Daten sind in
Tabelle 2 gezeigt. Das Naßbremsverhalten wurde mit Benutzung
eines 2 000 cm³ FR-Wagens gemessen.
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Weiter wurde die Lenkrad-Reaktion, die Kurvenfahrgrenze, die
Stabilität an der Kurvenfahrgrenze, die Stabilität bei
Geradeausfahrt mit hoher Geschwindigkeit bewertet und zwar nach
dem Gefühl des Fahrers, wobei die Reifen an einem 2.000 cm³
FF-Wagen angebracht und im Testkurs gefahren wurden.
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Die Ergebnisse werden mit Hilfe eines Index verglichen, der
auf die Annahme gegründet ist, daß Referenz 1 den Wert 3
gibt und größere Werte bessere Resultate ausdrücken. Aus den
Resultaten zeigt sich, daß die Ausführung 2 bei jedem Test
überlegene Daten zeigte.
Tabelle 1
Erster Punktabstand LA mm
Dritter Punktabstand LC mm
Vierter Punktabstand LE mm
Verhältnis LC/LA
Standard-Innenradius RCn mm
Standard-Außenradius RSn mm
log(RCn/RSn)
Laufstreifenbreite TWn mm
Reifenhöhe Hn mm
Maximal-Reifenbreite SWn mm
Querschnitts-Verhältnis S
Verhältnis
Laufstreifendicke
Differenz
Testergebnisse
Rollwiderstand
Naßbremsverhalten
Tabelle 2
Erster Punktabstand LA mm
Dritter Punktabstand LC mm
Vierter Punktabstand LE mm
Verhältnis LC/LA
Standard-Innenradius RCn mm
Standard-Außenradius RSn mm
log(RCn/RSn)
Laufstreifenbreite TWn mm
Reifenhöhe Hn mm
Maximal-Reifenbreite SWn mm
Querschnitts-Verhältnis S
Verhältnis
Laufstreifendicke
Differenz
Testergebnisse
Lenkradreaktion
Kurvenfahrgrenze
Stabilität bei Kurvenfahrgrenze
Stabilität bei schneller Geradeausfahrt
Rollwiderstand
Naßbremsverhalten
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So ist bei dem erfindungsgemäßen Reifen das Ausmaß der
Auswärtsbewegung der Schulterabschnitte beim Aufpumpen größer
als das bei der Krone und die Karkasse drückt dann gegen den
Gürtel insbesondere in den Schulterbereichen, wodurch eine
Erhöhung der Bindungskraft zwischen Karkasse und Gürtel
herbeigeführt wird. Dementsprechend wirkt die Zugkraft in der
Karkasse auf den Gürtel ein, und der Reifeneffekt des
Gürtels wird verbessert.
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Die Gestalt der Bodenberührungsfläche wird ebenfalls
insoweit verbessert, als die Abschnitte K mit einem hohen
Bodenberührungsdruck, wie in Fig. 5 gezeigt, in den
Schulterbereichen
des Reifens vorhanden sind und die Flächengröße der
Bodenberührungsfläche vergrößert ist. Dementsprechend wird
der Verschleißwiderstand verbessert, ungleicher Verschleiß
wie stellenweise Verschleißerscheinungen sind reduziert, der
Kraftstoffverbrauch wird verbessert infolge der Abnahme des
Rollwiderstands, das Naßbremsverhalten ist verbessert, das
Kurvenverhalten ist gefestigt und die Lenkstabilität ist in
beiden Stabilitätsformen, d.h. bei Kurvenfahrt und bei
Geradeausfahrt, verbessert.
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Von dem zweiten Aspekt, bei dem der Standard-Innenradius RCn
zwischen dem 2,7- bis 5,0-fachen des Wertes TWn/S liegt, ist
der Krümmungsradius des Bogens der Schulterabschnitte,
bezogen auf die Laufstreifenbreiteneinheit, d.h. der äußere
Standardradius RCn in der Gestalt der Laufstreifenfläche Tn
bei Aufpumpen auf den Standard-Innendruck optimiert. Das ist
gleichwertig zur Festsetzung der Differenz der Radien am
ersten Standardpunkt An am Äquator des Reifens und am dritten
Standardpunkt Cn im Schulterbereich. Durch Bestimmen dieses
Wertes und Einschließen des Querschnittsverhältnisses S wird
bewirkt, daß der Betrieb und die Auswirkungen verbessert
werden, die durch den vorgenannten ersten Aspekt der
Erfindung erbracht worden sind.
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Wenn darüberhinaus der 10er-Logarithmus des Verhältnisses
des inneren Standardradius RCn zum äußeren Standardradius
RSn im Bereich zwischen 0,1 und 0,7 liegt, trägt das
Ergebnis zu dem Zustand bei, der dazu führt, daß die
Bodenberührungsfläche bei dem Doppelradiusprofil relativ groß wird.
Dann ist der Abschnitt K mit einem hohen
Bodenberührungsdruck im Kronenbereich gelegen, wenn, wie in Fig. 6
beschrieben, der Standard-Innendruck angelegt wird. Durch das
Hinzufügen dieser Bedingung wird die Verteilung des
Bodenberührungsdrucks über der gesamten Bodenberührungsfläche fast
gleichförmig gestaltet, wie in Fig. 8 gezeigt.
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Wenn schließlich die Differenz zwischen den
Laufstreifendikken
a und b am ersten Standardpunkt An bzw. zweiten Standard
punkt Bn mit 0,3 mm oder weniger festgesetzt wird und b-c zu
0,5 mm bis 3,0 mm festgesetzt wird, wird die Andrückkraft
der Schulter wiederum erhöht und die Gestalt der
Laufstreifenfläche wird am angemessensten festgesetzt und das
bevorzugbare Doppelradiusprofil beibehalten, wodurch die
vorangehend beschriebenen Effekte maximalisiert werden.