DE3525394C2 - - Google Patents
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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.
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.
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.
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.
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