-
Technisches Gebiet
-
Diese
Erfindung betrifft einen Luftreifen und spezieller einen Luftreifen
für Geländezwecke.
-
Stand der Technik
-
Reifenkonstrukteure
arbeiten kontinuierlich an der Verbesserung der Betriebsaufstandsfläche eines
Reifens. Die Betriebsaufstandsfläche
wirkt auf die folgenden Reifenvariablen ein: Traktion, Geräusch, Schwingung
und Handling. Obwohl diese Variablen für alle Reifentypen dieselben
sind, ist die Wichtigkeit jeder Variablen vom Reifentyp abhängig. Beispielsweise
befassen sich bei Geländereifen
die Benutzer in erster Linie mit der Traktion und Schwingung der
Betriebsaufstandsfläche.
-
4 zeigt
den Goodyear RL-2 Radial Semi Xtra Tread Traction-Reifen, wie im
Tread Design Guide von 1984 auf Seite 205 ersichtlich. Der RL-2
ist ein an Sattelzug-Muldenkippern, Laderaupen, Straßenhobeln
und anderer Geländemaschinenausstattung verwendeter
Geländereifen.
Der RL-2 stellt eine ausgezeichnete Traktion, insbesondere Traktion
in Umfangsrichtung, zur Verfügung.
In manchen Anwendungen verursacht jedoch die Profilgestaltung des RL-2
eine stärkere
Schwingung als erwünscht.
-
Ein
großer
Teil der von einem Reifen verursachten Schwingung tritt auf, wenn
ein Stollen entweder in die Aufstandsfläche eintritt oder die Aufstandsfläche verlässt. Beim
Eintreten in die Aufstandsfläche wird
der Profilstollen zusammengepresst, wodurch eine Aufprallschwingung
verursacht wird. Wenn ein Profilstollen die Aufstandsfläche verlässt, schnappt der
Stollen wieder in seine ursprüngliche
Position zurück,
wobei er eine zusätzliche
Schwingung verursacht. Die Amplitude der Schwingung ist am höchsten,
wenn die Aufstandsflächenlänge so ist,
dass ein eintretender Stollen zu demselben Zeitpunkt aufprallt,
an dem ein austretender Stollen in seine ursprüngliche Position zurückschnappt.
-
Zwei
zu der starken Schwingung des RL-2 beitragende Hauptfaktoren sind
die nahezu axiale Ausrichtung der Stollen und die Breite der seitlichen Rillen.
Die nahezu axiale Ausrichtung der Stollen gestattet das Eintreten
eines großen
Prozentsatzes jedes Stollens in die Aufstandsfläche auf einmal. Das verursacht
ein sofortiges Zusammendrücken
eines großen
Prozentsatzes des Stollens und führt
zu vermehrter Schwingung. Der RL-2
hat auch breite seitliche Rillen. Da breitere Rillen die Biegesteifigkeit
eines Reifens senken, führen
die breiten seitlichen Rillen zu einer niedrigen Biegesteifigkeit
in Umfangsrichtung, was ein leichtes Biegen der Lauffläche in einer
Umfangsrichtung zulässt.
Je mehr die Lauffläche sich
biegt, desto mehr ragen die Stollen von der Profilfläche hervor
und desto größer ist
die Amplitude der durch ihren Aufprall und ihre Freisetzung verursachten
Schwingung. Zusätzlich
dazu, dass sie die Biegesteifigkeit eines Reifens senken, verringern
die breiteren Rillen die Fläche
der Stollen in der Aufstandsfläche
des Reifens. Folglich wird der auf jeden Stollen in der Aufstandsfläche verteilte
Druck erhöht.
Bei Erhöhung
des Drucks auf jeden Stollen wird das Verformungsniveau des jeweiligen
Stollens erhöht,
was zu einem Anstieg der Amplitude der Schwingung führt.
-
US-A-4,649,976 offenbart
eine Lauffläche mit
einer Vielzahl von Serien unabhängiger
Profilelemente, die durch gekrümmte
Rillen voneinander getrennt werden, gezeigt in
5.
Jede Serie unabhängiger
Profilelemente erstreckt sich in einem gekrümmten Pfad über die Breite der Lauffläche. Jedes Profilelement
in einer jeweiligen Serie ist von den anderen Profilelementen durch
eine gerade Rille getrennt. Diese geraden Rillen haben dieselbe
Tiefe wie die gekrümmten
Rillen. Der in diesem Patent offenbarte Reifen verschafft eine ausgeglichenere
Fahrt als der RL-2, da der gekrümmte
Pfad zulässt,
dass die Serien unabhängiger
Profilelemente einander überlappen,
wenn sie in die Aufstandsfläche
eintreten oder sie verlassen. Diese Überlappung führt zu geringeren
Schwingungen, da weniger Kompression vorliegt, wenn jedes Profilelement
in die Aufstandsfläche
eintritt, und weniger Zurückschnappen,
wenn jedes Element die Aufstandsfläche verlässt.
-
DE-U-85 02 311 offenbart
einen Reifen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
EP-A-0423059 offenbart einen
selbstreinigenden landwirtschaftlichen Reifen.
WO-A-98/33669 beschreibt einen industriellen
Traktorreifentyp mit einer spezifischen Anordnung von drei Reihen
von Stollen.
-
Diese
Erfindung führt
weitere Verbesserungen an der Betriebsaufstandsfläche eines
Geländereifens
durch. Der Reifen dieser Erfindung sorgt für ausgezeichnete Traktion,
jedoch geringere Schwingung als die im Stand der Technik offenbarten
Reifen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Diese
Erfindung betrifft einen Luftreifen für Geländezwecke nach Anspruch 1.
-
Definitionen
-
Zum
leichteren Verständnis
dieser Offenbarung werden die folgenden Begriffe offenbart.
-
„Axial" wird dazu verwendet,
auf Linien oder Richtungen zu verweisen, die parallel zur Drehachse des
Reifens verlaufen.
-
„Umfangsgerichtet" oder "in Umfangsrichtung" bedeutet Linien
oder Richtungen, die sich entlang dem Außenumfang der Oberfläche des
ringförmigen
Reifens parallel zur Äquatorebene
(EP) und lotrecht zur axialen Richtung erstrecken.
-
„Zenit" bezieht sich auf
den in Umfangsrichtung äußersten
Teil der Karkasse, im Wesentlichen innerhalb der Breitengrenzen
der Lauffläche.
-
„Äquatorebene” (EP) bedeutet
die Ebene lotrecht zur Drehachse des Reifens und durch das Zentrum
seiner Lauffläche
verlaufend.
-
„Aufstandsfläche" bedeutet die Kontaktstelle oder
den Kontaktbereich der Reifenlauffläche mit einer flachen Oberfläche bei
null Geschwindigkeit und unter normalem Lastdruck oder unter spezifizierten Druck-
und Geschwindigkeitsbedingungen.
-
„Rille" bedeutet ein längliches
leeres Gebiet in einer Lauffläche,
das sich in Umfangsrichtung oder seitlich auf gerade, gekrümmte oder
zickzackförmige Weise über die
Lauffläche
erstrecken kann. Die Rillenbreite ist gleich dem Laufflächenoberflächengebiet,
das von einer Rille oder einem Rillenteil eingenommen wird, dividiert
durch die Länge
solcher Rille oder solchen Rillenteils; somit ist die Rillenbreite
ihre durchschnittliche Breite über
ihre Länge.
Rillen, wie auch Leerräume,
reduzieren die Steifigkeit von Laufflächenbereichen, in denen sie
sich befinden. Die Tiefe einer Rille kann um den Umfang der Lauffläche variieren,
oder die Tiefe einer Rille kann konstant sein, jedoch von der Tiefe
einer anderen Rille in einem Reifen abweichen.
-
„Lateral" oder „seitlich" bedeutet eine axiale Richtung.
-
„Führend" oder „vorlaufend" bezieht sich auf einen
Anteil oder Teil der Lauffläche,
der in Bezug auf eine Serie solcher Teile oder Anteile während der
Rotation des Reifens in der bevorzugten Fahrtrichtung zuerst mit
dem Boden in Kontakt kommt.
-
„Stollen" bedeutet eine radiale
Reihe von Profilgummi, der sich über
die Breite des Reifens erstreckt. Mindestens ein Teil des Stollens
ist in direktem Kontakt mit der Boden- oder Straßenfläche. Ein Stollen kann aus einer
Vielzahl von Profilelementen, die durch Rillen getrennt sind, gebildet
sein.
-
„Profiltiefe" bedeutet die Tiefe
der Rillen in einem Reifenprofil.
-
„Pitch" bedeutet den Abstand
von einem Scheitel im Profilmuster zum nächsten. Pitch bezieht sich
auf den Abstand in Umfangsrichtung von einem Konstruktionsmerkmal
in dem Profilmuster zu dem nächsten
gleichartigen Konstruktionsmerkmal.
-
„Luftreifen" bedeutet eine geschichtete
mechanische Vorrichtung von genereller Kreisringform, üblicherweise
ein offener Torus, mit Wülsten
und einer Lauffläche
und aus Gummi, Chemikalien, Gewebe und Stahl oder anderen Materialien
hergestellt. Wenn der Reifen auf dem Rad eines Kraftfahrzeugs montiert
ist, sorgt der Reifen durch seine Lauffläche für Traktion und enthält das Fluid,
das die Fahrzeuglast trägt.
-
„Steifigkeit" bedeutet das Maß der Fähigkeit eines
Reifens, sich wie eine Feder zu verhalten.
-
„Profilsteg" bezieht sich auf
eine zusätzliche Dicke
des Gummis am Boden einer Rille, sodass an der Stelle, an der der
zusätzliche
Gummi vorhanden ist, die Rillentiefe weniger beträgt als die
Rillentiefe an allen anderen Stellen. Profilstege stabilisieren
einen Stollen durch Einschränken
der unabhängigen Bewegung
von zwei Teilen eines Stollens, die durch eine Rille voneinander
getrennt sind. Profilstege können
auch zwischen zwei benachbarten Stollen vorhanden sein.
-
„Nachlaufend" bezieht sich auf
einen Anteil oder Teil der Lauffläche, der in Bezug auf eine
Serie solcher Teile oder Anteile während der Rotation des Reifens
in der bevorzugten Fahrtrichtung zuletzt mit dem Boden in Kontakt
kommt.
-
„Lauffläche" bedeutet ein mit
einem Formwerkzeug geformtes Gummibauteil, das, wenn es unlösbar mit
einer Reifenkarkasse verbunden ist, denjenigen Teil des Reifens
beinhaltet, der, wenn der Reifen normal befüllt und unter Normallast ist,
mit der Fahrbahn in Kontakt kommt.
-
„Laufflächenmittellinie" bezieht sich auf
den Durchschnitt der Äquatorebene
(EP) mit der Lauffläche.
-
„Laufflächenbreite" bedeutet die Bogenlänge der
Profilfläche
in axialer Richtung, das heißt,
in einer Ebene parallel zur Drehachse des Reifens.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird als Beispiel und unter Verweis auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, worin:
-
1 eine
Ansicht einer Ausführungsform der
Erfindung ist;
-
2 eine
Ansicht einer Ausführungsform der
Erfindung ist, wobei die jeweiligen Stollen von einer ersten Schulter
zu einer zweiten Schulter geneigt sind;
-
3 eine
detaillierte Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
-
4 eine
Ansicht des Goodyear RL-2-Geländereifens
des Standes der Technik ist; und
-
5 eine
Ansicht eines zweiten Reifens des Standes der Technik ist.
-
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
-
1 zeigt
einen Ausschnitt der Lauffläche 12 des
Luftreifens 10 der Erfindung. Die Lauffläche 12 weist
eine Vielzahl von Stollen 14 auf, die sich von einer ersten
Schulter 16 zu einer zweiten Schulter 18 über die
Lauffläche 12 erstrecken.
Die Lauffläche 12 weist
ebenfalls eine Vielzahl breiter Rillen 20 auf.
-
Jede
breite Rille 20 trennt in Umfangsrichtung benachbarte Stollen 14 voneinander.
-
Der
Reifen 10 weist mindestens einen ersten Stollen 22 und
einen zweiten Stollen 24 auf. Die Stollen 14 wechseln
sich in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Stollen 22 und
dem zweiten Stollen 24 ab. Jeder erste Stollen 22 weist
drei Profilelemente auf, das erste Profilelement 30, das
zweite Profilelement 32 und das dritte Profilelement 34.
Ein Profilelement ist ein Teil eines jeweiligen Stollens 14,
der mit dem Boden oder der Fahrbahn in Kontakt kommt und durch eine
Rille von benachbarten Profilelementen desselben Stollens 14 getrennt
ist. Die drei ersten Stollenprofilelemente 30, 32, 34 sind
durch eine erste und eine zweite schmale Rille 26, 28 voneinander
getrennt. Die erste schmale Rille 26 befindet sich zwischen
dem ersten Profilelement 30 und dem zweiten Profilelement 32.
Die zweite schmale Rille 28 befindet sich zwischen dem
zweiten Profilelement 32 und dem dritten Profilelement 34.
Jeder zweite Stollen 24 weist zwei Profilelemente auf,
das vierte Profilelement 36 und das fünfte Profilelement 38.
Die zwei zweiten Stollenprofilelemente 36, 38 sind
durch eine dritte schmale Rille 40 voneinander getrennt.
-
Die
Lauffläche 12 hat
eine Laufflächenbreite TW.
Jede breite Rille 20 hat eine Breite in einer Umfangsrichtung
im Bereich von 10% bis 40% der Laufflächenbreite TW. Jede schmale
Rille hat eine Breite in einer seitlichen Richtung im Bereich von
5% bis 20% der Laufflächenbreite
TW.
-
Jede
breite Rille 20 hat eine Profiltiefe NSK. Jede schmale
Rille hat eine Tiefe im Bereich von 10% bis 90% der Tiefe NSK der
breiten Rille. Da die schmalen Rillen im Vergleich zu den breiten
Rillen eine verringerte Tiefe haben, bilden sie Profilstege 42 in
dem Gebiet unter jeder schmalen Rille.
-
In
der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung weist
jede breite Rille 20 mindestens einen Profilsteg 44 für eine breite
Rille auf. Der Profilsteg 44 für eine breite Rille verbindet
in Umfangsrichtung benachbarte Stollen 14 und kann sich
an gleich welcher Stelle in der jeweiligen breiten Rille 20 befinden.
Die Profilstege 44 der breiten Rillen erhöhen die
Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung der Lauffläche 12. Diese erhöhte Biegesteifigkeit
in Umfangsrichtung reduziert den Betrag des Vorragens der Führungskante 46 jedes
Stollens 14, indem sie das Verbiegen des Reifens 10 bei
dessen Eintreten in die Aufstandsfläche begrenzt. Folglich wird
die Amplitude der durch den Aufprall und das Zurückschnappen jedes Stollens 14 verursachten
Schwingung verringert. Die Lauffläche 12 in 1 hat
auch eine höhere seitliche
Biegesteifigkeit als die Reifen des Standes der Technik. Diese erhöhte seitliche
Biegesteifigkeit ist auf die Verwendung der Profilstege 42 der
schmalen Rillen zurückzuführen. Diese
Profilstege 42 der schmalen Rillen lassen zu, dass die
Lauffläche 12 eine
gewisse Flexibilität
in einer seitlichen Richtung aufweist, lassen jedoch auch zu, dass
die Lauffläche 12 eine
gewisse seitliche Steifigkeit behält. Die höhere seitliche Biegesteifigkeit
veranlasst den Reifen 10, mehr zu seiner Mittellinie zu
rollen, was zu einem verringerten Aufprall der Schulterteile jedes
Stollens 14 führt.
Obwohl das Verringern der seitlichen Biegesteifigkeit generell zu
verringerter Traktion führt,
gestatten es die längeren
Profilelemente in dem zweiten Stollen 24, dass die Lauffläche 12 erhöhte Drehmomentlasten
aufnimmt, wodurch jegliche durch Erhöhen der seitlichen Biegesteifigkeit
verursachte Verringerung der Traktion begrenzt wird. Zusätzlich begrenzt
die Verwendung der Profilstege 42 der schmalen Rillen die
unabhängige
Bewegung der jeweiligen Profilelemente, wodurch die Fähigkeit
der Lauffläche, erhöhte Drehmomentlasten
aufzunehmen, weiter erhöht
wird.
-
2 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, wobei jeder Stollen 14 von einer ersten
Schulter 16 zu einer zweiten Schulter 18 geneigt
ist. Um als geneigt angesehen zu werden, muss die Stelle, wo die
Führungskante 46 auf
die erste Schulter 16 trifft, der Stelle nachlaufen, wo
die Führungskante 46 auf die
zweite Schulter 18 trifft. Obwohl die in 2 gezeigten
Stollen 14 nicht immer geneigt sein können, wenn sie die Laufflächenbreite
TW überqueren,
wird jeder Stollen 14 als geneigt angesehen, da die Führungskante 46 an
der ersten Schulter 16 der Führungskante 46 an
der zweiten Schulter 18 nachläuft.
-
Der
Winkel der jeweiligen schmalen Rillen 26, 28, 40 kann
variieren, wenn jede einen jeweiligen Stollen 14 kreuzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist jede schmale Rille 26, 28, 40 in
einem Winkel α in
Bezug zur Mittellinie der Lauffläche 12 im
Bereich von 15 bis 45 Grad angewinkelt. In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die erste schmale Rille 26 jedes ersten
Stollens 22 beim Bewegen in der bevorzugten Fahrtrichtung
zu der dritten schmalen Rille 40 eines in Umfangsrichtung
benachbarten zweiten Stollens 24 ausgerichtet. Die jeweilige
dritte schmale Rille 40 ist weiter zu der zweiten schmalen Rille 28 einer
in Umfangsrichtung benachbarten, nächsten ersten Rille 22 ausgerichtet.
Folglich werden drei schmale Rillen in drei in Umfangsrichtung benachbarten
Stollen 14 zueinander ausgerichtet. Obwohl nicht erforderlich,
kreuzt in der bevorzugten Ausführungsform
die dritte schmale Rille 40 zumindest teilweise die Mittellinie
der Lauffläche 12.
-
Die
Ausführungsform
von 2 verbessert die Betriebsaufstandsfläche des
Reifens 10 weiter. Die Neigung der jeweiligen Stollen 14 verursacht
eine Überlappung,
wenn jeder Stollen 14 in die Aufstandsfläche des
Reifens 10 eintritt. Jeder Stollen 14 tritt flott
in die Aufstandsfläche
ein, da der Führungsteil der
Aufstandsfläche
sich noch immer an einem jeweiligen Profilelement in Nähe der ersten
Schulter 16 befindet, wenn der nächste Stollen in Nähe der zweiten Schulter 18 in
die Aufstandsfläche
eintritt. Zusätzlich erhöht die geneigte
Natur der jeweiligen Stollen 14 die Biegesteifigkeit in
Umfangsrichtung, indem sie die breiten Rillen 20 von einer
axialen Richtung zu einer mehr geneigten Richtung verändert. Die
Kombination der Überlappung
der jeweiligen Stollen 14 und der erhöhten Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung
verringert die Amplitude der durch den Aufprall und das Zurückschnappen
von Stollen 14 verursachten Schwingung. Zusätzlich wird,
da die Lauffläche 12 in 2 angewinkelte
scharfe Kanten hat, die laterale Traktion gegenüber der in 1 gezeigten
verbessert. Die langen Profilelemente, insbesondere die des zweiten
Stollens 24, ermöglichen
es, dass die Lauffläche 12 hohe
Drehmomentlasten annimmt, was zu verbesserter umfangsgerichteter
und seitlicher Traktion für
die Lauffläche 12 führt.
-
3 zeigt
die bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Stollen 14 von
der ersten Schulter 16 zu der zweiten Schulter 18 in
einem Winkel δ in
Bezug zur Mittellinie der Lauffläche 12 im
Bereich von 45 bis 85 Grad geneigt. Da der Winkel über die
Lauffläche 12 schwanken
kann, bezieht sich der Winkel δ auf
den Winkel zwischen der Mittellinie und einer geraden Linie, welche
die Führungskante 46 eines
jeweiligen Stollens 14 an einer ersten Schulter 16 und
die Führungskante 46 desselben
Stollens 14 an einer zweiten Schulter 18 verbindet.
Jede breite Rille 20 enthält mindestens einen Profilsteg 44 für eine breite
Rille. Die Profilstege 44 für die breiten Rillen wechseln
sich von einer breiten Rille 20 zur nächsten über die Mittellinie des Reifens 10 ab.
Jeder Profilsteg 44 der breiten Rillen weist am dichtesten
an der Mittellinie des Reifens 10 eine Kante auf, die sich
zu einer Kante der dritten schmalen Rille 40 ausrichtet.
Zusätzlich weist
in der bevorzugten Ausführungsform
jeder zweite Stollen 24 mindestens zwei versetzte Rillen 50 auf.
Eine versetzte Rille 50 ist eine Rille, die sich an dem
Punkt befindet, wo der zweite Stollen 24 auf die jeweilige
Schulter 16, 18 trifft. Jede versetzte Rille 50 weist
eine Breite im Bereich von 3% bis 25% der Laufflächenbreite TW auf.
-
Wie
in 3 ersichtlich ist, kann jede breite Rille 20 sich
etwas erweitern, wenn sie sich einer jeweiligen Schulter 16, 18 annähert. Diese
Erweiterung in Nähe
einer jeweiligen Schulter 16, 18 hilft, Schlamm
und andere Fremdmaterialien, die sich in einer Lauffläche 12 festsetzen
können,
auszuwerfen. Die versetzten Rillen 50, die sich an jedem
zweiten Stollen 24 befinden können, helfen, die Öffnung der breiten
Rillen 20 an den jeweiligen Schultern 16, 18 weiter
aufzuweiten, wodurch sie zusätzliche
Hilfe zum Auswerfen von Schlamm und anderen Fremdmaterialien aus
der Lauffläche 12 vorsehen.
-
Der
Reifen 10 der Erfindung kann so formwerkzeugbehandelt sein,
wie ein Fachmann typischerweise einen Reifen formwerkzeugbehandeln würde. Ein
Felgen-Nenndurchmesser von mehr als 20 Zoll wird für den Reifen 10 dieser
Erfindung bevorzugt. Zusätzlich
kann die Pitchgestaltung des Reifens 10 verändert werden,
um das von dem Reifen 10 verursachte Geräusch zu
verringern.