DE3525394C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen für ein Zweiradfahrzeug.

Aus der DE-A 30 48 489 ist ein Luftreifen für ein Vierradfahr­ zeug bekannt, bei dem eine Lauffläche auf einen Zentralabschnitt einer toroidförmigen Karkasse aufgelegt ist. Die Lauffläche weist über ihre Breite eine etwa gleichbleibende Stärke auf und steht bei Geradeausfahrt mit einem Mittelabschnitt in Kontakt mit der Fahrbahn. Bei Kurvenfahrt steht die Lauffläche über zwei gesondert ausgebildete Seitenabschnitte mit der Fahrbahn in Kontakt. Der Mittelabschnitt besteht aus einem anderen Gummi als die Seitenabschnitte.

Luftreifen für Zweiradfahrzeuge und solche für Vierradfahr­ zeuge verhalten sich insbesondere bei Kurvenfahrt sehr unterschiedlich. In vielen Fällen müssen die Räder, also die Reifen, unter einem großen Winkel zur Seite geneigt werden, damit die in den Reifen hervorgerufene Sturzseiten- bzw. Seitenneigungskraft der auf das Fahrzeughauptteil wirkenden Zentrifugalkraft entgegenwirkt. Aus diesem Grunde hat der Reifen für Zweiradfahrzeuge normalerweise eine Lauffläche, die auf den Zenitabschnitt einer toroidförmigen Karkasse aufgelegt ist und beiderseits des Karkassenmittelabschnitts bis über die über die Seitenwände gemessene maximale Breite hinausreicht und über ihre gesamte Erstreckung eine zumin­ dest annähernd gleichbleibende Dicke aufweist.

Im allgemeinen beträgt der Sturz- bzw. Neigungswinkel, unter dem die Reifen eines Zweiradfahrzeuges geneigt werden, bei einem Fahrzeug-Geschwindigkeitsbereich von nicht mehr als 160 km/h etwa 20° bis 30° und bei hoher Geschwindigkeit von nicht weniger als 200 km/h etwa 40° bis 45°. Wenn bei einem Zweiradfahrzeug die Reifen nicht unter diesen Winkeln ge­ neigt werden, kann eine Kurvenfahrt mit Steuerung durch den Fahrer nicht durchgeführt werden. Wenn andererseits der Rei­ fen mit diesen Winkeln zur Seite geneigt wird, damit das Zweiradfahrzeug eine Kurvenfahrt unter stabilen Bedingungen durchführt, muß nicht nur bei dieser Neigung eine genügend große Bodenberührungsfläche der Lauffläche gewährleistet sein, sondern es muß auch für die Lauffläche ein Werkstoff gewählt sein, der eine gewünschte Seitenneigungskraft er­ zeugen kann.

Daher wird von Reifen für Zweiradfahrzeuge gefordert, daß sie nicht nur bei hoher Geschwindigkeit in Geradeausfahrt haltbar sind, sondern auch bei Kurvenfahrt eine ausgezeich­ nete Straßenlage besitzen.

Unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Kautschuks sind die beiden vorstehend genannten Forderungen widersprüchlich. Mit anderen Worten, der Kautschuk mit geringem Hysterese­ verlust und geringer Wärmeentwicklung ist zum Erhöhen der Haltbarkeit des Reifens bei hoher Geschwindigkeit, der Kau­ tschuk mit großem Hystereseverlust dagegen zum Verbessern des Kurvenfahrverhaltens vorteilhaft. Unter diesen Umständen war es üblich, für die Lauffläche einen Kautschuk zu verwen­ den, der einen Kompromiß zwischen diesen geforderten Eigen­ schaften darstellte, oder die Lauffläche in zwei bzw. in einen inneren und einen äußeren Schichtabschnitt zu unter­ teilen und dabei den äußeren Schichtabschnitt aus einem Kau­ tschuk mit verhältnismäßig hohem Hystereseverlust und den inneren Schichtabschnitt aus einem Kautschuk mit relativ ge­ ringem Hystereseverlust herzustellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Luftrei­ fen für ein Zweiradfahrzeug zu schaffen, der bei hohen Ge­ schwindigkeiten in Geradeausfahrt gute Haltbarkeit und bei Kurvenfahrt ausgezeichnete Straßenlage besitzt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Reifen wird erreicht, daß auch bei großem Neigungs­ winkel des Reifens eine ausreichend große Bodenaufstands­ fläche erzielt wird. Insbesondere dadurch, daß das Verhältnis tg δ/E′ zwischen der Verlustzahl und dem Speichermodul bei den Kautschukschichten der Seitenzonen größer gemacht wird als bei der Kautschukschicht der Mittelzone, wird durch die letztgenannte Kautschukschicht die Haltbarkeit des Reifens bei hohen Geschwindigkeiten in ausreichendem Maße verbessert und dabei durch die Kautschukschichten in den Seitenzonen das Kurvenfahrverhalten des Reifens gut verbessert.

Die Erfindung schafft somit einen Reifen, bei dem eine aus­ reichende Haltbarkeit bei hohen Geschwindigkeiten und ein ausgezeichnetes Kurvenfahrverhalten dadurch erzielt werden, daß bei den Kautschukschichten in den entgegengesetzten Sei­ tenzonen das Verhältnis tg δ/E′ größer gewählt ist als bei der Kautschukschicht der Mittelzone. Der Reifen gemäß der Erfindung läßt sich in vorteilhaftester Weise sowohl auf dem Vorder- als auch auf dem Hinterrad von Zweiradfahrzeugen verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, die ei­ nen axialen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Luft­ reifens zeigt.

Weil die verstärkenden Bauelemente von Luftreifen dieses Typs allgemein bekannt sind, wurde auf ihre detaillierte Darstellung in der Zeichnung verzichtet.

Gemäß der Zeichnung erstreckt sich eine toroidförmige Kar­ kasse 3 zwischen zwei Wulstkernen 2,2, die, bezogen auf die radiale Richtung des Reifens, in der Nähe von Innenum­ fangsabschnitten von Seitenwänden 1 angeordnet sind. Die Karkasse 3 ist durch Übereinanderschichten mehrerer textiler Cordeinlagen aufgebaut. Entsprechend der überkreuzten Anord­ nung der Corde in den jeweiligen Einlagen beträgt der Zenit- bzw. Fadenwinkel zwischen 26° und 45° gegenüber der Reifen­ mittelebene 0-0. In einigen Fällen können auf einen Zenit­ abschnitt 4 eine oder zwei nicht dargestellte Zwischenbau­ einlagen aufgelegt sein, in denen Corde derselben Art wie in der Karkasse 3 unter zumindest annähernd dem gleichen Winkel wie bei der Karkasse 3 angeordnet sind. Andererseits wird bei einer sogenannten Radialbauart mit Gürtel eine Karkasse mit einer oder mehreren Cordeinlagen ähnlich wie bei der Diagonalbauart verwendet, und als Gürtel, der den Zwischen­ bau ersetzt, werden insbesondere mehrere Cordschichten aus nichtdehnbaren Corden, z.B. aus Stahl oder Aramidfaser, ver­ wendet. Wenn bei der Karkasse 3 der Fadenwinkel zwischen 70° und 90° gegenüber der Reifenmittelebene 0-0 eingestellt ist, sind zwischen der Karkasse 3 und einer Lauffläche 5 eine bis maximal vier Gürtelschichten mit einem Fadenwinkel von nicht mehr als 30° zur Reifenmittelebene angeordnet und erstrecken sich dabei über die gesamte Breite der Lauffläche 5.

Die Lauffläche 5 als Ganzes ist auf den Zenitabschnitt 4 der Karkasse 3 so aufgelegt, daß sie über die über Seitenwände 1 gemessene maximale Breite hinausreicht und sich beiderseits der Reifenmittelebene 0-0 und entlang dem Querschnittsprofil der Karkasse 3 erstreckt. Die Lauffläche 5 ist ferner von zumindest annähernd gleichbleibender Dicke.

Bezogen auf die Breitenrichtung ist im Mittelabschnitt der Lauffläche 5 eine Mittelzonen-Kautschukschicht 6 angeordnet. An diese sich anschließenden Bereiche sind in entgegengesetz­ ten Seitenzonen von Kautschukschichten 7,7 eingenommen, die sich von der Kautschukschicht 6 hinsichtlich ihrer physika­ lischen Eigenschaften unterscheiden. Die Kautschukschichten 6 und 7 sind miteinander verbunden, und das Verhältnis tg δ/E′ zwischen der Verlustzahl und dem Speichermodul ist bei den Kautschukschichten 7 größer als bei der Kautschuk­ schicht 6 gewählt.

Weil bei Geradeausfahrt des Zweiradfahrzeuges die Last hauptsächlich von der Mittelzonen-Kautschukschicht 6 abge­ stützt wird, die ein kleineres Verhältnis tg δ/E′ hat, wird aufgrund dieser Konstruktionsweise die Haltbarkeit der Luft­ reifen bei hohen Geschwindigkeiten erhöht, wogegen beim Kur­ venfahren die notwendige Seitenneigungskraft von den in den entgegengesetzten Seitenzonen angeordneten Kautschukschich­ ten 7,7 mit dem größeren Verhältnis tg δ/E′ erzeugt wird. Dies bedeutet, daß durch Vergrößern des Verhältnisses tg δ/E′ die Reibungskraft zwischen dem Reifen und der Fahr­ bahnoberfläche erhöht wird.

Vorzugsweise beträgt das Verhältnis tg δ/E′ bei der Kau­ tschukschicht 6 zwischen 2,3 · 10^-3 und 3,2 · 10^-3 und bei den Kautschukschichten 7 zwischen 3,2 · 10^-3 und 6,2 · 10^-3. Der Grund hierfür liegt darin, daß, wenn das Verhältnis tg δ/E′ bei der Kautschukschicht 6 weniger als 2,3 · 10^-3 beträgt, Schwierigkeiten beim Aufnehmen und Mildern von äußeren Störungen auftreten, wogegen beim Überschreiten von 3,2 · 10^-3 beim Lauf mehr Wärme erzeugt wird, welche die Haltbarkeit bei hohen Geschwindigkeiten in ungünstiger Weise herabsetzt. Wenn andererseits das Verhältnis tg δ/E′ bei der seitlichen Kautschukschicht 7 weniger als 3,2 · 10^-3 be­ trägt, kann eine ausreichende Seitenneigungskraft nicht er­ zeugt werden, wogegen bei Überschreiten von 6,2 · 10^-3 Schwierigkeiten hinsichtlich der Haltbarkeit auftreten, der­ art, daß das äußere Aussehen nach Abnutzung und folglich die Haltbarkeit in außergewöhnlichem Maße herabgesetzt werden.

Der Speichermodul kann für die zentrale Kautschukschicht 6 und die seitlichen Kautschukschichten 7 zumindest annähernd gleich sein und ist auf 70 bis 170 kg/cm², vorzugsweise auf 90 bis 150 kg/cm² eingestellt. Mit anderen Worten, wenn der Speichermodul bei beiden Kautschukschichten 6 und 7 kleiner als 70 kg/cm² ist, ist die Laufseite der Lauffläche 5 so weich, daß die Laufstabilität abnimmt. Ist dagegen der Spei­ chermodul größer als 170 kg/cm², wird die Laufseite der Lauffläche so hart, daß der Fahrkomfort herabgesetzt wird. Wenn die Speichermodule der Kautschukschichten 6 und 7 auf 70 bis 120 kg/cm² bzw. 100 bis 170 kg/cm² eingestellt sind, werden "Flattern" des Vorderreifens, das Schwingen der Lenk­ stange hervorruft, und "Pendeln" am Hinterreifen, das Schwingen des Fahrzeuges verursacht, wirkungsvoll verhin­ dert. Wenn ferner die Speichermodule der Kautschukschichten 6 und 7 auf 100 bis 170 kg/cm² bzw. 70 bis 120 kg/cm² einge­ stellt sind, lassen sich für die Haltbarkeit bei hoher Ge­ schwindigkeit und das Kurvenfahrverhalten ausgezeichnete Werte erzielen, ohne daß die Abriebsfestigkeit des Reifens herabgesetzt wird.

Außer den vorstehend angegebenen physikalischen Eigenschaf­ ten der Kautschukschichten 6 und 7 ist die Breite der Mit­ telzonen-Kautschukschicht 6 an der Außenseite mit nicht we­ niger als 10%, vorzugsweise mit 20 bis 70% der Breite ge­ wählt, welche die Bodenberührungsfläche des Reifens bei nor­ malem Reifenfülldruck und normaler Last hat. Der Grund hier­ für liegt darin, daß wenn die Breite der Kautschuk­ schicht 6 an der Außenseite weniger als 10% beträgt, die von den Eigenschaften des Kautschuks in den Schichten 7 hervor­ gerufenen Einflüsse so viel stärker werden, daß das Errei­ chen der angestrebten Haltbarkeit bei Hochgeschwindigkeiten behindert wird, weil die physikalischen Eigenschaften der Mittelzonen-Kautschukschicht 6 hauptsächlich im Hinblick auf die Haltbarkeit bei Hochgeschwindigkeiten bestimmt werden, wogegen jene der seitlichen Kautschukschichten 7 im Hinblick auf das Kurvenfahrverhalten bestimmt werden.

Zwischen den Kautschukschichten 6 und 7 verläuft im Reifen­ querschnitt in Breitenrichtung eine gerade oder gekrümmte Trennlinie 8, die beim gezeigten Beispiel allmählich geneigt ist. Ihre Länge beträgt wenigstens das 1,5fache, vorzugs­ weise zwischen dem 2,5- und dem 7fachen der Dicke h₀ des Mittelabschnitts von der Lauffläche 5. In diesem Bereich ist eine Hauptrille 9 von der Tiefe h ausgebildet, und die Dicke h₁ der seitlichen Kautschukschicht 7 ist vorzugsweise größer als h. Mit anderen Worten, wenn die Länge der Trennlinie 8 größer ist, wird die Haftfläche zwischen den Kautschuk­ schichten 6 und 7 größer, so daß die zwischen den Kautschu­ ken von verschiedenen Speichermodulen wirkende Kraft ge­ streut bzw. verteilt wird, um eine Zerstörung der Verbindung und örtliche Abnutzung zu verhindern. Ferner wird beim all­ mählichen Vergrößern des Seitenneigungswinkels in der Kur­ venfahrt die eigenartige Empfindung beim Handling gemildert, die auf die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Kautschuke in der Mittelzonen-Schicht 6 und den seitli­ chen Schichten 7 zurückgeht.

Außerdem kommt es beim Hochgeschwindigkeits-Geradeausfahren zu einem Reifenversagen im allgemeinen dadurch, daß sich auf etwa 10% der Breite der Bodenberührungsfläche des Lauf­ flächen-Mittelabschnitts der Kautschuk in der Reifenlauf­ fläche unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in der radia­ len Reifenrichtung nach außen vorwölbt, sich erwärmt und bis zum Poröswerden auf der Innenseite an Güte verliert, weil der Bodenberührungsdruck zunimmt. Unter diesen Umständen ist die Mittelzonen-Kautschukschicht 6 auf der radial inneren Seite breiter gemacht.

Im folgenden werden ein Beispiel und Vergleichsbeispiele beschrieben.

Ein Reifen gemäß der Erfindung und je ein herkömmlicher Reifen entsprechend der nachstehenden Tabelle von der Größe 130/80-18 und mit den in der Tabelle angegebenen Lauf­ flächen-Typen wurden auf das Hinterrad eines Zweiradfahr­ zeuges mit einem Motor-Hubraum von 750 ccm aufgezogen und einem Vergleich unterzogen.

Tabelle

Die vorstehend angegebenen physikalischen Eigenschaften des Kautschuks wurden mit einem Viskoelastizitäts-Spektrometer, hergestellt von der Iwamoto Seisakusho Company, gemessen. Der Speichermodul E′ und die Verlustzahl tg δ wurden bei einer Temperatur von 30°C für eine Probe 20 mm lang, 5 mm breit und 2 mm dick bei einer Anfangsverformung von 5%, einer Amplitude von 1%, einer Frequenz von 50 Hz und inner­ halb eines Temperaturbereiches von -10°C bis 50°C ermittelt.

Prüfverfahren a) Haltbarkeit bei hohen Geschwindigkeiten

Ein Hinterradreifen (der Größe 130/30-18) wurde auf einer glattflächigen Lauftrommel aus Stahl von 1,5 m Durchmesser bei einem Innendruck von 3,0 kg/cm² und einer Last von 300 kg geprüft. Die Geschwindigkeit wurde ab 170 km/h intermit­ tierend um jeweils 10 km/h bis auf 190 km/h gesteigert, un­ ter der Voraussetzung eines störungsfreien Laufs während 10 Minuten. Sodann wurde der Reifen während 10 Minuten bei 190 km/h geprüft. Danach wurde der Reifen nacheinander unter einer Last von 300 kg bei 200 km/h während 20 Minuten, unter einer Last von 285 kg bei 210 km/h während 20 Minuten, unter einer Last von 270 kg bei 220 km/h während 20 Minuten, unter einer Last von 255 kg bei 230 km/h während 20 Minuten und unter einer Last von 240 kg bei 240 km/h während 20 Minuten geprüft. Wenn der Reifen mit der jeweiligen Geschwindig­ keitserhöhung um 10 km/h nacheinander störungsfrei gelaufen hatte, wurde die Prüfung mit der erhöhten Geschwindigkeit während 20 Minuten fortgesetzt. Die Beurteilung wurde für die Geschwindigkeit vorgenommen, bei der ein Reifenschaden eintrat. Die Prüfergebnisse sind als Bezugswerte angegeben, mit dem Prüfwert für den herkömmlichen Reifen Nr. 1 als Basis 100.

b) Kurvenfahrverhalten

Bei einem Fülldruck von 2,25 kg/cm² im Vorder- und Hinter­ reifen wurde die Zeit gemessen, die für ein einmaliges Um­ runden einer Kreisbahn von 100 m Radius mit einem normalen Zweiradfahrzeug benötigt wurde. Die Prüfergebnisse sind als Bezugswerte angegeben, mit dem Prüfwert für den herkömmli­ chen Reifen Nr. 1 als Basis 100.

Aus den in der Tabelle angegebenen Prüfergebnissen ist zu ersehen, daß der Reifen gemäß der Erfindung bei hohen Ge­ schwindigkeiten die Haltbarkeitswerte des herkömmlichen Reifens Nr. 1 erreichen und dessen Kurvenfahrverhalten weit überschreiten kann. Der herkömmliche Reifen Nr. 2 besaß eine einheitliche Lauffläche; weil das Verhältnis tg δ/E′ zu groß war, konnte mit ihm zwar ein ausgezeichnetes Kurvenver­ halten erzielt werden, jedoch war die Haltbarkeit bei hohen Geschwindigkeiten in außergewöhnlichem Maße herabgesetzt.

Claims (2)

1. Luftreifen für ein Zweiradfahrzeug, mit einer Lauffläche (5), die seitlich die Seitenwände des Reifens überragt, die auf den Zentralabschnitt (4) einer toroidförmigen Karkasse (3) auf­ gelegt ist, über ihre Breite (W) eine etwa gleichbleibende Stärke aufweist und aus einem Mittelabschnitt (6) mit einem Speichermodul im Bereich von 70 bis 120 kg/cm² und einem Ver­ hältnis tan δ/E des Tangens der Verlustzahl zum Speichermodul beim Gummi im Bereich von 2,3×10^-3 bis 3,2×10^-3 3,2×10^-3, sowie zwei Seitenabschnitten (7) mit einem Speichermodul im Be­ reich von 100 bis 170 kg/cm² und einem Verhältnis tan δ/E′ beim Gummi im Bereich von 3,2×10^-3 bis 6,2×10^-3 zusammengesetzt ist, wobei die Breite (W1) der Mittelzone (6) an der Außenseite des Reifens nicht weniger als 10% der Breite (W) der Bodenbe­ rührungsflächen bei normalem Reifenfülldruck und normaler Last beträgt.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennlinie (8) zwischen dem Mittelabschnitt (6) und den Seitenabschnitten (7) wenigstens eine Länge aufweist, die dem 1,5fachen der Stärke (h₀) des Mittelabschnittes (6) der Lauf­ fläche (5) entspricht.