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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen, insbesondere eine
Lauffläche, die in der Lage ist, eine Verringerung des Fahrgeräusches und
gleichzeitig eine Verbesserung des Aquaplaningverhaltens zu erreichen.
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Während sich in den letzten Jahren die Kraftfahrzeugtechnologie merklich
entwickelt hat, nimmt der Prozentsatz des Geräusches von den Reifen zu
dem Gesamtgeräusch von dem Kraftfahrzeug zu. Deshalb gibt es einen
großen Bedarf für Reifen mit geringerem Geräusch.
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Im allgemeinen sind Reifen mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden,
fortlaufenden Rillen versehen, die eine Breite von ungefähr 10 bis 20 mm
aufweisen, um einen Ablauf für den Laufflächenabschnitt zu schaffen und
die Nässeverhalten, wie das Aquaplaningverhalten, zu verbessern.
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Derartige Umfangsrillen bewirken jedoch ein sogenanntes
Luftsäulenresonanzgeräusch.
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Ein Luftsäulenresonanzgeräusch ist eine Resonanzerscheinung der Luft in
einer Säule, die in der Bodenaufstandsfläche des Reifens gebildet wird,
indem sie von der Innenfläche einer Umfangsrille und dem Straßenbelag
umgeben ist. Weil beide Umfangsenden der Säule offen sind, tritt die
Primärmodenresonanz bei einer Wellenlänge von ungefähr dem 2-fachen der
Säulenlänge auf. In dem Fall eines Personenwagenreifens liegt deren
Frequenz in einem Bereich von ungefähr 800 Hz bis 1 kHz, in welchem
menschliche Ohren am empfindlichen sind, und ist im wesentlichen
unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit konstant.
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Wenn das Volumen und/oder die Anzahl der Umfangsrillen verkleinert
wird, oder wenn in den Rillen Blöcke vorgesehen werden, kann das
Luftresonanzgeräusch verringert werden. Weil der Ablauf durch die Rillen dann
verkleinert ist, ist jedoch das Aquaplaningverhalten des Reifens stark
verschlechtert.
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Wenn die Anzahl und das Volumen der Umfangsrillen vergrößert wird,
kann das Aquaplaningverhalten verbessert werden, jedoch nimmt das
Reifengeräusch zu. Da die Bodenkontaktfläche abnimmt, werden auch
ferner das Trockengriffverhalten, die Steifigkeit des Laufflächenprofils, die
Lenkstabilität und dergleichen verschlechtert.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen zu
schaffen, bei dem das Luftsäulenresonanzgeräusch verringert ist, ohne
das Aquaplaningverhalten zu verschlechtern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Luftreifen einen
Laufflächenabschnitt, der mit zwei axial äußeren Umfangsrillen und einer axial
inneren Umfangsrille versehen ist, die sich jeweils kontinuierlich in der
Umfangsrichtung des Reifens erstrecken, wobei die axial äußeren
Umfangsrillen innerhalb einer Bodenkontaktbreite 2 SW des
Laufflächenabschnitts angeordnet sind und die axiale Entfernung L der Rillenmittellinie
von diesem von dem Reifenäquator größer als das 0,4-fache einer Hälfte
SW der Bodenkontaktbreite ist, die innere Umfangsrille derart angeordnet
ist, daß die axiale Entfernung L der Rillenmittelinie von dieser von dem
Reifenäquator nicht größer als das 0,4-fache einer Hälfte SW der
Bodenkontaktbreite ist, wobei die Bodenkontaktbreite 2 SW in einem normal
belasteten Zustand gemessen wird, bei dem der Reifen auf eine normale
Felge aufgezogen, auf einen normalen Innendruck aufgepumpt und mit
einer normalen Last belastet ist, das Verhältnis m/n der axialen Breiten m
und n der äußeren Umfangsrille am Rillenboden bzw. der Rillenoberseite
größer als 0,5 jedoch nicht größer als 1,0 ist, das Verhältnis m/n der
axialen Breiten m und n der inneren Umfangsrille am Rillenboden bzw. der
Rillenoberseite größer als 0 jedoch nicht größer als 0,5 ist.
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Hier ist die oben erwähnte normale Felge eine Felge, die in der Norm
ETRTO(Europa), TRA(USA), JATMA(Japan) und dergleichen spezifiziert
ist und "Meßfelge", "zugelassene Felge", "normale Felge" und dergleichen
genannt wird. Die normale Last beträgt 88% der maximalen Reifenlast, die
in der gleichen Norm spezifiziert ist. Der normale Innendruck ist auch
derart, wie er in der Norm spezifiziert ist.
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Es ist bevorzugt, daß die äußeren und inneren Umfangsrillen eine
Oberseitenbreite n von 3 bis 20% der Hälfte der Bodenkontaktbreite SW und
eine Tiefe von 2,5 bis 20% der Hälfte der Bodenkontaktbreite SW
aufweisen.
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Es ist auch bevorzugt, daß die Oberseitenbreite n der äußeren
Umfangsrillen größer als die Oberseitenbreite n der inneren Umfangsrille ist.
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Wenn das Rillenbreitenverhältnis m/n der äußeren Umfangsrillen kleiner
als 0,5 ist, nimmt die Aquaplaningleistung abrupt ab, wie es in Fig. 9
durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist.
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Weil der Bodendruck in der Nähe der äußeren Umfangsrillen kleiner als
bei der inneren Umfangsrille ist, haben die äußeren Umfangsrillen viel
Einfluß auf das Aquaplaningverhalten. Durch Vergrößern des
Rillenbreitenverhältnisses m/n der äußeren Umfangsrillen wird das Rillenvolumen
vergrößert und das Aquaplaningverhalten wird verbessert.
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Wenn das Rillenbreitenverhältnis m/n größer als 1,0 ist, wird der
Verschleißwiderstand und die Steifigkeit der Laufflächenelemente, wie Blöcke,
Rippen und dergleichen, verringert, und infolgedessen wird die Haltbarkeit
und die Manövrierbarkeit verringert.
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Weil der Bodendruck in der Nähe der inneren Umfangrille höher als bei
den äußeren Umfangsrillen ist, hat im Gegensatz dazu das
Rillenbreitenverhältnis m/ n der inneren Umfangsrille nicht viel Einfluß auf das
Aquaplaningverhalten. Jedoch hat die innere Umfangsrille viel Einfluß auf das
Vorbeifahrgeräusch, und, wie es in Fig. 8 durch eine gestrichelte Linie
gezeigt ist, verkleinert sich das Vorbeifahrgeräusch, während das
Rillenbreitenverhältnis m/n abnimmt.
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Wie es in den Fig. 10(A), (B) und (C) gezeigt ist, wenn die Luftsäule, die
durch eine Rille und den Straßenbelag verschlossen ist, die gleiche
Querschnittsfläche (Wh) aufweist, nimmt im allgemeinen die Umfangslänge Z
(abgewickelte Länge) des Querschnitts zu, während das
Rillenbreitenverhältnis m/n abnimmt. Wenn die Luft in der Rille oder die Luftsäule sich in
der Längsrichtung bewegt, nimmt der Reibungswiderstands proportional
zur Zunahme der Umfangslänge Z zu. Entsprechend kann ohne eine
Veränderung der Rillenquerschnittsfläche (Rillenvolumen) durch Verringern
des Rillenbreitenverhältnisses m/n die Energie, die Luftresonanz bewirkt,
verringert werden, um den Schalldruck des Vorbeifahrgeräusches zu
verkleinern. Wie es oben erläutert wurde, kann das Vorbeifahrgeräusch
verringert werden, obwohl das Rillenbreitenverhältnis m/n im Vergleich mit
den äußeren Umfangsrillen an der inneren Umfangsrille verkleinert ist,
wobei das Aquaplaningverhalten verbessert wird. Wenn das
Rillenbreitenverhältnis m/n größer als 0,5 ist, ist die Verringerung des
Vorbeifahrgeräusches sehr klein. Dies ist somit nicht bevorzugt.
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Bei der vorliegenden Erfindung sind die Rillenbreitenverhältnisse der
inneren und äußeren Umfangsrillen bewußt unterschieden worden, wie es
oben erläutert ist. Infolgedessen werden die Verbesserung des
Aquaplaningverhaltens und die Verringerung des Vorbeifahrgeräusches
miteinander vereinbar.
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Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich
in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist,
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Fig. 2 den Bodenkontaktbereich der Lauffläche zeigt, wobei ein
Beispiel des Laufflächenprofils gezeigt ist,
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Fig. 3 eine Querschnittsansicht der inneren Umfangsrille ist,
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Fig. 4 eine Querschnittsansicht der äußeren Umfangsrille ist,
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Fig. 5 eine Draufsicht eines anderen Beispiels der Umfangsrille ist,
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Fig. 6 eine Draufsicht eines anderen Beispiels der Umfangsrille ist,
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Fig. 7 eine Querschnittsansicht ist, die ein anderes Beispiel der
Querschnittsform der Umfangsrille zeigt,
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Fig. 8 ein Graph ist, der die Zusammenhänge zwischen dem
Rillenbreitenverhältnis der inneren Umfangsrille und dem
Aquaplaningverhalten und dem Vorbeifahrgeräusch zeigt,
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Fig. 9 ein Graph ist, der Zusammenhänge zwischen den
Rillenbreitenverhältnis der äußeren Umfangsrille und dem
Aquaplaningverhalten und dem Vorbeifahrgeräusch zeigt, und
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Fig. 10(A) - (C) Querschnittsansichten sind, um einen Zusammenhang
zwischen dem Rillenbereitenverhältnis m/n und der
Umfangslänge Z der Rillenquerschnittform zu erläutern.
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In den Figuren umfaßt ein Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Laufflächenabschnitt 12, zwei axial beabstandete Wulstabschnitte
14, in denen jeweils ein Wulstkern 15 vorgesehen ist, zwei
Seitenwandabschnitte 13, die sich zwischen den Laufflächenrändern E und den
Wulstabschnitten 14 erstrecken, eine radiale Karkasse 16, die sich zwischen
den Wulstabschnitten 14 durch den Laufflächenabschnitt 12 und
Seitenwandabschnitte 13 erstreckt und um den Wulstkern 15 in dem
Wulstabschnitt 14 von der axialen Innenseite zur Außenseite des Reifens
umgeschlagen ist, um an diesem befestigt zu werden, einen Gürtel 17, der
außerhalb der Kasse 16 und innerhalb des Laufflächenabschnitts 12
ange
ordnet ist, und einen Wulstkernreiter 18, der zwischen dem
Karkassenhauptabschnitt und dem Umschlagabschnitt in jedem Wulstabschnitt 14
angeordnet ist und sich radial von dem Wulstkern 15 nach außen
erstreckt.
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Die Karkasse 16 bei dieser Ausführungsform umfaßt eine einzige Lage aus
radial angeordneten organischen Fasercorden. Innerhalb von Reifen für
Personenwagen können beispielsweise Polyester, Nylon, Kunstseide oder
dergleichen verwendet werden. ·
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Der Gürtel 17 umfaßt mehrere Lagen aus Corden, die eine hohe
Zugfestigkeit aufweisen, wie Stahl, aromatisches Polyamid und dergleichen. Die
Corde in jeder Lage sind unter einem relativ kleinen Winkel von 15 bis 30
Grad in bezug auf die Reifenumfangsrichtung parallel zueinander jedoch
über Kreuz zu den Corden der anderen Lage gelegt.
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In Fig. 1 ist der Reifen 1 auf eine normalen Felge J aufgezogen und auf
einen normalen Innendruck aufgepumpt. In einem Querschnitt von
diesem ist die Oberfläche 2 des Laufflächenabschnitts 12 durch eine konvexe
Kurve festgelegt, die einen einzigen Radius oder einen mehrfachen Radius
aufweist. Wenn der Reifen mit einer normalen Last (= 88% der max. Last)
belastet ist, nimmt somit der Bodendruck des Laufflächenabschnitts
allmählich von den Laufflächenrändern E in Richtung des Reifenäquators C
zu, wodurch die Bodenkontaktbreite (2 SW) als die maximale axiale
Entfernung zwischen den axialen Rändern F des Bodenkontaktbereiches S
festgelegt ist.
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Der Laufflächenabschnitt 12 ist innerhalb der Bodenkontaktbreite (2 SW)
mit mindestens drei Umfangsrillen 3 versehen, die sich kontinuierlich in
der Umfangsrichtung des Reifens erstrecken.
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Die Umfangsrillen 3 umfassen mindestens zwei axial äußere
Umfangsrillen 5, die jeweils auf jeder Seite des Reifenäquators C angeordnet sind,
und mindestens eine axial innere Umfangsrille 4, die axial innen von
diesem angeordnet ist.
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Jede äußere Umfangsrille 5 ist derart angeordnet, daß die axiale
Entfernung der Rillenmitte von dem Reifenäquator größer als das 0,4-fache der
Hälfte der Bodenkontaktbreite SW ist.
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Jede innere Umfangsrille 4 ist derart angeordnet, daß die axiale
Entfernung der Rillenmitte von dem Reifenäquator nicht mehr als das 0,4-fache
der Hälfte der Bodenkontaktbreite SW beträgt.
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Die Gesamtzahl der inneren und äußeren Umfangsrillen 4 und 5 ist
dementsprechend nicht kleiner als drei und vorzugsweise nicht größer als
sieben. Wenn die Gesamtzahl kleiner als drei ist, nimmt die
Aquaplaningleistung stark ab. Wenn die Gesamtzahl größer als sieben ist, hat das
Vorbeifahrgeräusch eine Tendenz zuzunehmen, und die Bodenkontaktfläche
nimmt ab, so daß der Verschleißwiderstand, die Lenkstabilität und
dergleichen verschlechtert sind.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind zwei innere
Umfangsrillen 4 und zwei äußere Umfangsrillen 5 vorgesehen, von denen jede eine
gerade Rille ist, die sich im wesentlichen parallel zu dem Reifenäquator C
erstreckt.
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Jedoch kann die Ausgestaltung der inneren und äußeren Umfangsrillen 4
und 5 zu einer nicht geraden modifiziert werden.
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Fig. 5 zeigt die Umfangsrille 3 (4, 5), die als eine Zickzack-Rille 3A
ausgebildet ist. In dem Fall einer Zickzack-Rille ist das Verhältnis X2/X1 der
Zickzack-Höhe X2 zur Zickzack-Teilung X1 vorzugsweise nicht größer als
0,3. Hier umfaßt die "Zickzack"-Rille eine wellige Rille (glatt gekrümmte
Ausgestaltung).
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Fig. 6 zeigt eine Rechteckwellen-Rille 3B als eine weitere Modifikation der
Umfangsrille 3 (4, 5). In dem Fall einer Rechteckwellen-Rille 3B ist das
Verhältnis (e/n) der axialen Abweichung oder Amplitude (e) der
Rillenmittellinie vorzugsweise nicht größer als das 0,45-fache der
Rillenoberseitenbreite n.
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Vorzugsweise ist der Laufflächenabschnitt 12 ferner mit axialen Rillen 21
versehen, die sich axial von dem Reifen erstrecken, so daß sie die inneren
und äußeren Umfangsrillen 3 (4, 5) schneiden.
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Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die axialen Rillen von jeder
inneren Umfangsrille 4 zu der benachbarten äußeren Umfangsrille 5 und
von der äußeren Umfangsrille 5 in Richtung des Laufflächenrandes E über
den Rand der Bodenkontaktfläche F hinaus. Dadurch sind auf jeder Seite
des Reifenäquators C zwei Blockreihen gebildet, jedoch ist in der
Laufflä
chenmitte zwischen den beiden inneren Rillen 4 eine in Umfangsrichtung
fortlaufende Rippe gebildet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zwischen der inneren Umfangsrille
und der äußeren Umfangsrille das
Bodenbreite/Oberseitenbreite-Verhältnis verändert.
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Bei den inneren Umfangsrillen 4 ist das Verhältnis m/n der Bodenbreite m
zur Oberseitebreite n größer als 0 aber nicht größer als 0,5. Jedoch ist es
in den äußeren Umfangsrillen 5 größer als 0,5 aber nicht größer als 1,0,
wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist.
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Bei den inneren und äußeren Umfangsrillen 4 und 5 liegt die
Oberseitenbreite n im Bereich von 3 bis 20% einer halben Bodenkontaktbreite SW,
und die Rillentiefe GD liegt im Bereich von 2,5 bis 20% einer halben
Bodenkontaktbreite SW, wodurch ein erforderliches Rillenvolumen erhalten
werden kann, das hilft, das Aquaplaningverhalten mit dem
Vorbeifahrgeräusch in Einklang zu bringen.
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In den Fig. 3 und 4 sind die Querschnittsformen der Umfangsrillen 4 und
5 im wesentlichen symmetrisch um die Mittellinie der Rille herum.
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Jedoch kann die Querschnittsform asymmetrisch sein. Fig. 7 zeigt eine
asymmetrische Querschnittsform für die inneren und äußeren
Umfangsrillen 3 (4, 5), wobei der Neigungswinkel der einen Seitenwand 7 zu
demjenigen der anderen Seitenwand 7 unterschiedlich gestaltet ist, und
infolgedessen ist die Mittellinie x1 der Oberseitenbreite n axial von der
Mittellinie x2 der Bodenbreite m verschoben.
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In dem Reifenquerschnitt, der die Reifenachse umfaßt, sind die
Seitenwände 7 von jeder der äußeren und inneren Umfangsrillen 5 und 4 im
allgemeinen gerade.
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Die Oberseitenbreite n ist die axiale Entfernung zwischen den
Schnittpunkten H der Seitenwände 7 mit der Laufflächenoberfläche 2.
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Die Bodenbreite m ist die axiale Entfernung zwischen den Schnittpunkten
G der Seitenwände 7 mit einer axialen geraden Linie, die durch den
tiefsten Punkt des Bodens verläuft, der gewöhnlich in der Rillenmitte auftritt.
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Vorzugsweise sind die Ecken zwischen dem Rillenboden und den
Seitenwänden angefast, um ein Reißen zu verhindern. In diesem Fall wird
stattdessen als der oben erwähnte Schnittpunkt G derjenige der
Verlängerungslinie der Seitenwand 7 mit der oben erwähnten Bodenlinie
verwendet.
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Im Gegensatz dazu ist es bevorzugt, daß die Ecke zwischen der
Seitenwand 7 und der Laufflächenoberfläche 2 nicht angefast ist. Wenn sie
jedoch angefast ist, wie es der Schnittpunkt H ist, wird die
Verlängerungslinie der Seitenwand 7 mit der Laufflächenoberflächenlinie verwendet.
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In den Fig. 3 und 4 sind die Ecken des Rillenbodens 6 der inneren und
äußeren Umfangsrillen 4 und 5 gerundet. Infolgedessen weist der Boden 6
der äußeren Umfangsrille 5 zwei gekrümmte Abschnitte (gerundete Ecken)
auf, und zwar einen auf jeder Seite seines flachen Hauptabschnittes.
Jedoch weist der Boden 6 der inneren Umfangsrille 4 keinen flachen
Ab
schnitt auf, seine Gesamtheit ist mit einem im wesentlichen einzigen
Krümmungsradius gekrümmt. Es ist jedoch möglich, daß der Boden der
inneren Umfangsrille einen flachen Abschnitt zwischen zwei gekrümmten
Abschnitten umfaßt. Ferner ist es möglich, um die Ecken anzufasen, eine
geneigte gerade Linie statt einer gekrümmten Linie zu verwenden, so daß
die Querschnittsform der Rille nur aus geraden Linien besteht.
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Die oben erwähnten verschiedenen Querschnittsformen und
Ausgestaltungen für die Umfangsrillen 3 (4 und 5) können allein oder in Verbindung
bei einem Reifen verwendet werden.
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Es wurden Testreifen der Größe 205/60R15 mit dem in den Fig. 1 und 2
gezeigten Aufbau und den in der Tabelle 1 gezeigten Spezifikationen
hergestellt. Die Testreifen wurden auf eine 15X6JJ-Felge aufgezogen und auf
2,0 kgf/cm² aufgepumpt und an einem Testwagen angebracht, und es
wurden die folgenden Tests vorgenommen.
1. Test 1
1.1. Fahrgeräuschtest
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Gemäß JASO C-606 (Mikrofonposition 7,5 Meter) wurde der Testwagen
gefahren und es wurde dessen gesamtes Fahrgeräusch
(Vorbeifahrgeräusch) in dB(A) gemessen. In Tabelle 1 sind die Ergebnisse als eine
Differenz zu einem herkömmlichen Reifen angezeigt.
1.2. Aquaplaningverhalten
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Indem der Testwagen auf einem nassen Straßenbelag gefahren wurde
(Wassertiefe 5 mm, Radius 100 Meter, Länge 20 Meter) und die
Fahrgeschwindigkeit schrittweise vergrößert wurde, wurde die
Querbeschleunigung (Quer-G) gemessen. Aus diesen Daten wurde die Quer-G von 70 bis
90 km/h berechnet. Die Ergebnisse sind durch einen Index angezeigt, der
darauf beruht, daß der herkömmliche Reifen 100 ist. Je größer der Wert
ist, desto besser ist das Verhalten.
2. Test 2
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Ferner wurden Testreifen hergestellt, und das Aquaplaningverhalten und
das Vorbeifahrgeräusch wurden auf die gleiche Weise wie oben gemessen.
Die Testreifen wiesen ein Laufflächenprofil auf, das auf demjenigen des
herkömmlichen Reifens in dem oben erwähnten Test 1 beruht, wobei
jedoch alle axialen Rillen von diesem beseitigt waren. Das
Rillenbreitenverhältnis m/n von nur den beiden inneren Umfangsrillen wurde verändert,
indem nur die Rillenbodenbreite m verändert wurde. Die Testergebnisse
sind in Fig. 8 gezeigt.
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Außerdem wurden auf die gleiche Weise wie oben Testreifen hergestellt
und getestet, bei denen das Rillenbreitenverhältnis m/n von nur den
beiden äußeren Umfangsrillen verändert wurde. Die Testergebnisse sind in
Fig. 9 gezeigt.
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Durch die Tests 1 und 2 wurde bestätigt, daß die Reifen gemäß den
vorliegenden Erfindung das Aquaplaningverhalten und das Vorbeifahrgeräusch
zufriedenstellten. Dies ist insbesondere offensichtlich, wenn der Reifen
gemäß den vorliegenden Erfindung mit dem Referenzreifen 4 verglichen
wird, der das gleiche Rillenvolumen aufweist.
Tabelle 1