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Diese Erfindung betrifft einen Radialluftreifen, bei dem
sowohl die Steuerstabilität -als auch der Laufkomfort
verbessert sind und der für Personenkraftwagen verwendet werden
kann.
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Radialluftreifen sind wegen ihrer Steuerstabilität und ihrer
geringen Kraftstoffverbrauchscharakteristik weit verbreitet.
Jedoch erfordern die neueren, bemerkenswerten Verbesserungen
der Fahrzeugleistungsfähigkeit weitere Verbesserungen in der
Steuerstabilität, und somit neigen Radialreifen dazu,
geringere Aspektverhältnisse aufzuweisen. Gleichzeitig sollen sie
jedoch einen gleichfalls verbesserten Laufkomfort aufweisen.
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Allgemein beeinflußt die vertikale Steifigkeit des Reifens
den Laufkomfort, und der Laufkomfort verschlechtert sich
durch jegliche Zunahme der vertikalen Steifigkeit.
Andererseits wird die Steuerstabilität größtenteils durch die
Seitensteifigkeit des gesamten Reifens beeinflußt, und eine
Zunahme in der Seitensteifigkeit erhöht die Steuerstabilität.
Wenn die Seitensteifigkeit eines Reifens jedoch erhöht wird,
um die Steuerstabilität zu verbessern, erhöht sich auch die
vertikale Steifigkeit und demgemäß verschlechtert sich der
Laufkomfort. Somit sind Verbesserungen im Laufkomfort und im
stabilen Fahrverhalten allgemein gegensätzliche
Anforderungen.
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Um einen Teil dieses Problems zu lösen, ist es in der
Japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 53-8402 vorgeschlagen
worden, die Winkel der Karkassenkorde geringfügig zu verändern.
Solch eine Karkassenänderung ist jedoch unzureichend, um die
geforderten Charakteristiken abzudecken.
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Wie oben beschrieben, sind die Verbesserungen im Laufkomfort
und in der Steuerstabilität im allgemeinen gegensätzlich,
und weiter existiert solch eine präzise Korrelation zwischen
der vertikalen Steifigkeit und der transversalen
Steifigkeit, daß, wenn eine erhöht wird, die andere auch beständig
erhöht wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen
Radialluftreifen zu schaffen, bei dem sowohl die
steuerstabilität als auch der Laufkomfort in einer ausgeglichenen Weise
verbessert werden und der sehr gut für Personenkraftwagen
verwendet werden kann.
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Die Erfinder erforschten die Beziehung zwischen den Winkeln
der Verstärkungsgürtelkorde und der Biegesteifigkeit des
Verstärkungsgürtels in sowohl der breitenmäßigen oder
seitlichen Richtung als auch der Radialrichtung über den
Verstärkungsgürtel und der Beiträge des Laufkronenteils und der
Laufflächenschulterteile zur Steuerstabilität und zum
Laufkomfort. Es wurde herausgefunden, daß der Reifen als Ganzes
sowohl im Laufkomfort als auch in der Steuerstabilität
verbessert werden kann.
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Allgemein wird auch die vertikale Steifigkeit des Reifens
vermindert, wenn die Biegesteifigkeit des
Verstärkungsgürtels in dessen modular dickenmäßiger Richtung (bezeichnet
als "senkrechte Biegesteifigkeit") vermindert wird, und
demgemäß wird der Laufkomfort verbessert. Andererseits, wenn
die Biegesteifigkeit des Verstärkungsgürtels in dessen
breitenmäßiger Richtung (bezeichnet als "seitliche
Biegesteifigkeit"
Bezug genommen wird) erhöht wird, erhöht sich auch
die Seitensteifigkeit der Lauffläche, was die
Steuerstabilität verbessert.
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In einem Verstärkungsgürtel mit zumindest zwei Kordlagen,
die so angeordnet sind, daß die Korde einer jeden Lage die
Korde der nächsten Lage kreuzen, erreicht die senkrechte
Biegesteifigkeit einen Minimalwert bei einem bestimmten
Verstärkungsgürtelkordwinkel, wenn die Winkel der
Verstärkungsgürtelkorde zur Äquatorebene des Reifens innerhalb eines
bestimmten Bereiches verändert werden, während die seitliche
Biegesteifigkeit einen Maximalwert annimmt. Fig. 4 zeigt die
Beziehung zwischen dem Verstärkungsgürtelkordwinkel und
bestimmten Steuerstabilitäten und Laufkomforts für einen
Radialreifen für Personenkraftwagen, welcher ein
Aspektverhältnis von 82 % aufweist und mit einem Verstärkungsgürtel
aus zwei Lagen versehen ist, in der die Korde der inneren
Lage unter dem gleichen Winkel angeordnet sind wie die der
äußeren Lage, aber in entgegengesetzter Richtung.
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Aus Fig. 4 wird deutlich, daß sowohl die Steuerstabilität
als auch der Laufkomfort durch Erhöhen des
Verstärkungsgürtelkordwinkels in einem Bereich unter 17 verbessert wird.
Dies geschieht weil, wie typischerweise in den Fig. 8 und 7
gezeigt ist, durch Erhöhen der Verstärkungsgürtelkordwinkel
in solch einem Bereich, die senkrechte Biegesteifigkeit
erniedrigt wird, aber die seitliche Biegesteifigkeit erhöht
wird. Als Folge können sowohl der Laufkomfort als auch die
Steuerstabilität verbessert werden, aber nur bei solch
geringen Winkeln.
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Jedoch zeigt Fig. 4 offensichtlich auch, daß beide
Charakteristiken schlechter werden, wenn der Winkel über 19
erhöht wird, und zeigt weiter, daß die bestimmte
Steuerstabilität und der bestimmte Laufkomfort ein Maximum erreichen,
wenn der Verstärkungsgürtelwinkel bei ungefähr 17 bzw.
ungefähr 19º liegt.
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Weiter wurde herausgefunden, daß die
Verstärkungsgürtelkordwinkel bei den Maximalwerten beider bestimmter Eigenschaften
mit der Reifengröße variieren und auch ein Verhalten
aufweisen, durch Vermindern des Aspektverhältnisses des Reifens
anzuwachsen.
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Zwischen den oben erwähnten Winkeln bei den Maximalwerten
weisen beide Charakteristiken reziproke Verhalten auf. Der
Grund ist darin zu finden, daß die Winkel, bei denen die
Werte der seitlichen Biegesteifigkeit einen Minimal- oder
Maximalwert annehmen, sich von denjenigen für die senkrechte
Biegesteifigkeit unterscheiden.
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Hierbei ist nochmals anmerkenswert, daß der Laufkomfort
durch Vermindern der vertikalen Steifigkeit des Reifens und
die Steuerstabilität durch Erhöhen der Seitensteifigkeit des
Reifens verbessert werden kann.
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Die Erfinder fanden bei weiterer Betrachtung der Lauffläche
die folgenden überraschenden Tatsachen. Wenn die Steifigkeit
des Laufflächenkronenteils erhöht wird, verbessert sich die
Richtungsstabilität, was zu einer Verbesserung der
Steuerstabilität beiträgt. In umgekehrter Weise, wenn die
Steifigkeit des Laufflächenkronenteils abnimmt, verbessert sich der
Laufkomfort. Andererseits, wenn die senkrechte
Biegesteifigkeit im Laufflächenschulterteil, in dem der
Bodenkontaktdruck hoch ist, vermindert wird, verbessert sich der
Laufkomfort. Wenn die seitliche Biegesteifigkeit im
Laufflächenschulterteil erhöht wird, erhöht sich auch die Kurvenkraft,
so daß die Steuerstabilität beim Kurvenfahren verbessert
ist.
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Das heißt, es wurde herausgefunden, daß der Laufkomfort und
die Steuerstabilität in einer ausgeglichenen Weise durch
Einstellen der Steifigkeit des Laufflächenkronenteils und
derjenigen der Laufflächenschulterteile in der richtigen Weise
verbessert werden könnten. Darum berücksichtigten die
Erfinder diese Steifigkeiten des Verstärkungsgürtels und ihres
Effektes auf beide Charakteristiken, wie oben beschrieben
wurde, und entdeckten, daß durch Ändern der
Verstärkungsgürtelkordwinkel im Kronenteil gegenüber denjenigen in den
Schulterteilen beide Charakteristiken in einer wie gewünscht
ausgeglichenen Weise verbessert werden können.
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Die US-A-2 958 359 offenbart einen Radialluftreifen mit
einer Karkasse aus zumindest einer Lage von radial
angeordneten Korden, die um Wulstkerne von deren Innenseite zur
Außenseite nach oben gebogen sind, und einen
Verstärkungsgürtel, der radial außerhalb der Karkasse angeordnet ist und
zumindest zwei benachbarte Lagen umfaßt, die hinsichtlich
der Äquatorebene des Reifens so geneigt sind, daß die Korde
einer Lage entgegengesetzt zu den Korden der anderen Lage
geneigt sind, wobei die Korde einer jeden
Verstärkungsgürtellage kontinuierlich so angeordnet sind, daß der Kordwinkel
in einem Kronenteil zur Äquatoreebene sich vom Kordwinkel in
jedem Schulterteil des Verstärkungsgürtels zur Äquatorebene
unterscheidet, der Kronenteil um den Reifenäquator zentriert
ist, jeweils ein Schulterteil auf jeder Seite des
Kronenteils angeordnet ist, wobei der Kronenteil eine Breite der
0,33- bis 0,6-fachen Maximalbreite des Verstärkungsgürtels
aufweist, der Unterschied zwischen dem Kordwinkel im
Kronenteil und dem Kordwinkel in den Schulterteilen ungefähr 15
bis 20 beträgt und diese Kordwinkel in einem Bereich von 0
bis 50 liegen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Radialluftreifen
eine Karkasse aus zumindest einer Lage von radial
angeordneten
Korden, die um Wulstkerne von innen nach außen nach
oben umgebogen sind, und einen Verstärkungsgürtel, der
radial außerhalb der Karkasse angeordnet ist und zumindest
zwei benachbarte Lagen umfaßt, die hinsichtlich der
Äquatorebene des Reifens geneigt sind, so daß die Korde einer Lage
entgegengesetzt zu den Korden der anderen Lage geneigt sind,
wobei die Korde einer jeden Verstärkungsgürtellage so
angeordnet sind, daß sich der Kordwinkel QC in einem Kronenteil
zur Äquatorebene vom Kordwinkel QS in jedem Schulterteil des
Verstärkungsgürtels zur Äquatorebene unterscheidet, der
Kronenteil um den Reifenäquator zentriert ist, jeweils ein
Schulterteil auf jeder Seite des Kronenteils angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kronenteil eine Breite der
0,4- bis 0,8-fachen Maximalbreite des Verstärkungsgürtels
aufweist, der Kordwinkel QS in den Schulterteilen größer ist
als der Kordwinkel QC im Kronenteil, der Unterschied
zwischen dem Kordwinkel QC im Kronenteil und dem Kordwinkel
QS in den Schulterteilen nicht geringer als 2º ist und die
Kordwinkel QC und QS im Bereich von 15 bis 35º liegen.
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Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
nun beispielsweise mit Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen erläutert, in denen:
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Fig. 1 eine Querschnittsansicht ist, die eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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Fig. 2 eine den Aufbau zeigende Draufsicht ist, die
den Verstärkungsgürtel und die Karkasse des
Reifens in Fig. 1 zeigt,
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Fig. 3 eine den Aufbau zeigende Draufsicht ist, die
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt,
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Fig. 4 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen
dem Verstärkungsgürtelkordwinkel und der
Steuerstabilität und die Beziehung zwischen
dem Verstärkungsgürtelkordwinkel und dem
Laufkomfort zeigt,
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Fig. 5a und b Querschnittsansichten sind, wobei jede ein
Verfahren zum Formen der
Verstärkungsgürtelkorde zeigt,
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Fig. 6 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen
dem Verstärkungsgürtelkordwinkel und der
senkrechten Biegesteifigkeit des
Verstärkungsgürtels zeigt und
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Fig. 7 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen
dem Verstärkungsgürtelkordwinkel und der
seitlichen Biegesteifigkeit des
Verstärkungsgürtels zeigt.
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In den Fig. 1 und 2 weist ein Reifen 1 einen ringförmigen
Laufflächenteil 2, Seitenwandteile 3, die sich jeweils von
jedem Rand radial nach innen erstrecken, und Wulstteile 5
auf, von denen jeweils einer am inneren Ende eines jeden
Seitenwandteils angeordnet ist. Die Wulstteile 5 sind durch
Wulstkerne 4 verstärkt, von denen einer in jedem Wulstteil
5a angeordnet ist. Der Reifen ist verstärkt durch eine
Karkasse, die in beiden Randteilen um die Wulstkerne 4 von
innen nach außen nach oben umgebogen ist, um an diesen
befestigt zu sein, und einen Verstärkungsgürtel 7, der radial
außerhalb der Karkasse angeordnet ist, um den
Laufflächenbereich 2 zu verstärken.
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Die Karkasse 6 umfaßt eine Lage von im wesentlichen radial
angeordneten Korden. Für die Karkassenkorde können Nylon,
Polyester, aromatische Polyamide oder Metallkorde oder
Glasfaserkorde verwendet werden. Bei diesem Beispiel besteht die
Karkasse 4 nur aus einer Lage, aber gemäß der vorliegenden
Erfindung können eine, zwei oder mehrere Lagen verwendet
werden.
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Der Verstärkungsgürtel 7 umfaßt zwei Kordlagen, eine radial
innere Lage 7b und eine äußere Lage 7a. Die
Verstärkungsgürtelkorde sind aus Metallkorden hergestellt, die
hinsichtlich der Reifenäquatorebene geneigt sind.
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Fig. 2 zeigt die Kordanordnungen des Verstärkungsgürtels 7
und der Karkasse 6.
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Der Verstärkungsgürtel 7 kann als in einen Kronenteil AC,
der auf der Äquatorebene CL des Reifens zentriert ist, und
zwei Schulterteilen AS geteilt angesehen werden, von denen
jeweils einer auf jeder Seite angeordnet ist.
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In jeder der inneren Lage 7b und der äußeren Lage 7a ist der
Kordwinkel QC im Kronenteil AC zur Äquatorebene CL größer
als der Kordwinkel QS in jedem Schulterteil AS zur
Reifenäquatorebene CL. Weiter ist der Kordwinkel im Kronenteil der
inneren Lage 7b der gleiche wie der Kordwinkel QC im
Kronenteil der äußeren Lage 7a, aber die Korde der inneren Lage
sind im entgegengesetzten oder umgekehrten Sinne zu den
Korden der äußeren Lage geneigt.
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Gleichwohl sind in jedem Schulterteil AC die Korde der
inneren Lage im umgekehrten Sinne zu den Korden der äußeren Lage
geneigt. Der Kordwinkel QS der inneren Lage 7b jedoch kann
sich vom Kordwinkel QS der äußeren Lage 7a unterscheiden.
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Auch ändern in jeder der äußeren Lage 7a und der inneren
Lage
7b die Verstärkungsgürtelkorde 9, welche in den
Zeichnungen dargestellt sind, ihre Richtung hinsichtlich der
Grenzbereiche zwischen den Schulterteilen AS und dem Kronenteil AC
ziemlich abrupt, aber mit einer weichen Biegung, wie sie
durch Anlegen eines kreisförmigen Bogens gebildet werden
kann.
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Die Verstärkungsgürtelkorde 9 müssen sich ohne jegliche
Unterbrechung kontinuierlich quer über die Teile AC und AS
erstrecken. Wenn einige Unterbrechungen vorhanden sind,
insbesondere Unterbrechnungen, die in den Randbereichen
zwischen den Bereichen AC und AS angeordnet sind, bewegen sich
die Schnittenden der Korde während der Zeit des
Bodenkontakts individuell, was vom Standpunkt der Haltbarkeit und
der Steuerstabilität unerwünscht ist.
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Die Breite LC des Kronenteils AC beträgt das 0,4- bis
0,8-fache der Maximalbreite L des Verstärkungsgürtels 7, die
parallel zur Reifenaxialrichtung gemessen ist. Wenn die Breite LC
das 0,8-fache der Breite L übersteigt, bewirkt dies, daß der
Kronenteil AS überbeansprucht wird. Andererseits, wenn LC
kleiner ist als das 0,4-fache von L, bewirkt dies, daß die
Schulterteile AC überbeansprucht werden. Somit wird es, wenn
die Breite LC außerhalb des Bereiches von 0,4 bis 0,8 L
liegt, sehr schwierig, die oben genannten zwei
Charakteristiken gleichzeitig zu erfüllen.
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Die oben genannten Verstärkungsgürtelkordwinkel QC und QS
werden durch die in den Fig. 6 und 7 gezeigten
Charakteristiken bestimmt, die von der Reifengröße abhängen, um so
Verbesserungen sowohl im Laufkomfort als auch in der
Steuerstabilität in solch einer Weise zu schaffen, daß die Stöße
von der Straßenoberfläche während des Fahrens durch den
Kronenteil AC mit einer geringen senkrechten Biegesteifigkeit
absorbiert werden und eine Deformation des
Verstärkungsgürtels
während des Kurvenfahrens durch die Schulterteile, die
eine hohe seitliche Biegesteifigkeit aufweisen, reduziert
wird.
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Beachte, daß QC einen größeren Winkel darstellt als QS und
der Unterschied zwischen dem Winkel QC und dem Winkel QS
vorzugsweise nicht weniger als 2º beträgt. Wenn er weniger als
2º beträgt, wird die hergeleitete Wirkung von jedem Teil des
Verstärkungsgürtels nicht erreicht, und es wird schwierig,
beide der oben genannten Charakteristiken zu verbessern.
Weiter ist es bevorzugt, die Verstärkungsgürtelkordwinkel QC
und QS im Bereich von 15 bis 35º über alle Teile des
Verstärkungsgürtels 7 aufrechtzuerhalten. Allgemein, wenn die
Winkel geringer als 15º sind, ist die senkrechte
Biegesteifigkeit des Verstärkungsgürtels 7 übermäßig erhöht, so daß es
schwierig wird, den Laufkomfort zu verbessern, und die
seitliche Biegesteifigkeit, d.h. die Steuerstabilität, wird
erniedrigt. Andererseits, wenn die Winkel größer als 35º
gemacht werden, wird die umfangsmäßige Bruchfestigkeit der
Verstärkungslage scharf reduziert und dementsprechend wird
deren Hüpf-Effekt auch reduziert, was ein grundsätzliches
Ziel des Verstärkungsgürtels 7 ist und genauso einen
nachteiligen Effekt auf andere Charakteristiken erzeugen kann.
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Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in der der Verstärkungsgürtelkordwinkel QC im
Kronenteil AC kleiner ist als der Verstärkungsgürtelkordwinkel
QS in jedem Schulterteil AS. In dieser Ausführungsform - im
Gegensatz zu der oben erwähnten Ausführungsform - trägt der
Kronenteil AC, der eine resultierende höhere seitliche
Biegesteifigkeit aufweist, zur Verbesserung der Steuerstabilität
bei, und die Schulterteile AS, die eine geringe senkrechte
Biegesteifigkeit aufweisen, verbessern den Laufkomfort.
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Wie in den Fig. 5a und 5b gezeigt ist, können die oben
genannten Verstärkungsgürtel 7, d.h. die Verstärkungsgürtel in
der ersten und zweiten Ausführungsform, durch Zusammenfügen
der Verstärkungsgürtellagen 7a und 7b um den Umfang einer
Verstärkungsgürtel bildenden Trommel - deren Durchmesser
sich zwischen dem Zentralteil (DC) und beiden Seitenteilen
(DS) abrupt ändert - hergestellt werden, so daß jede Lage
einen einheitlichen Kordwinkel aufweist, unter dem die
Verstärkungsgürtellagen um die geformte Karkasse anlegt sind
und weiter andere Komponenten auf diese anlegt sind, und
dann in einer Vulkanisiermaschine vulkanisiert werden.
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Testreifen von 205/60R15, gezeigt in Tabelle 1, wurden als
Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung zusammen mit
Referenzreifen zu Versuchszwecken hergestellt.
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Die Testreifen umfaßten jeweils eine Karkasse aus
Polyesterkorden, einen Verstärkungsgürtel aus Metallkorden und zwei
Wulstkerne, und weisen identische Spezifikationen außer für
die Verstärkungsgürtelkordwinkel auf.
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Der Referenzreifen 1 war ein konventioneller Reifen, bei dem
die Verstärkungsgürtelkordwinkel über die Breite des
Verstärkungsgürtels gleichförmig war.
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Der Referenzreifen 2 war ein Reifen, bei dem die
Verstärkungsgürtelkordwinkel kleiner waren als jene des
Referenzreifens 1.
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Der Referenzreifen 3 war ein Reifen, bei dem der
Verstärkungsgürtelwinkel größer war als jene des Referenzreifens 1.
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Die Arbeitsbeispielreifen 1 und 2 waren Reifen der
vorliegenden Erfindung, bei denen die Verstärkungsgürtelkordwinkel
zwischen dem Kronenteil AC und den Schulterteilen AS
verändert
sind.
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Die Testreifen jeder Art wurden an einem in Japan
hergestellten 1800 cc Personenkraftfahrzeug montiert und auf einem
vorgegebenen Kurs gefahren, um die Steuerstabilität und den
Laufkomfort über das Fahrgefühl eines Testfahrers zu
bestimmen. Die Ergebnisse sind in den Fußspalten der Tabelle 1
angegeben, wobei ein Index verwendet wurde, der auf der
Annahme basiert, daß die Ergebnisse des Referenzreifens 1 100
sind. (Je größer der Wert ist, desto besser ist die
Charakteristik.)
Tabelle 1
Reifen
Steuerstabilität
Laufkomfort
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Verglichen mit dem Referenzreifen 1 wies der Referenzreifen
2 eine höhere seitliche Biegesteifigkeit des
Verstärkungsgürtels auf, wodurch die Steuerstabilität verbessert war, aber
der Laufkomfort wurde schlechter, da dieser Reifen auch eine
höhere senkrechte Biegesteifigkeit seines
Verstärkungsgürtels aufwies. Der Referenzreifen 3 hatte das
entgegengesetzte Verhalten.
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Der Arbeitsbeispielreifen 1 war sowohl in der
Steuerstabilität als im Laufkomfort verglichen mit dem Referenzreifen 1
verbessert.
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Der Arbeitsbeispielreifen 2 war auf dem gleichen Niveau wie
der Referenzreifen 1 in der Steuerstabilität, aber der
Laufkomfort war verbessert, verglichen mit demjenigen des
Referenzreifens 1.
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Wie oben beschrieben, kann bei einem Radialluftreifen der
vorliegenden Erfindung durch Änderung der
Verstärkungsgürtelkordwinkel zwischen den Kronen- und den Schulterteilen die
Steuerstabilität und der Laufkomfort in einer gut
ausgeglichenen Weise verbessert werden.