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Diese Erfindung betrifft einen Luftradialreifen,
insbesondere einen Luftradialreifen verbesserter Lenkbarkeit für
Personenwagen.
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Radialreifen sind weitgehend gebräuchlich, um gute
Lenkstabilitität, Fahrkomfort, Verschleißraten usw. zu bieten. Jedoch
sind nun Reifen gefordert, welche überlegene
Geradeauslaufleistungsfähigkeit aufweisen, indem sie das Driften nach
einer Wagenseite verhindern, um die Fahrsicherheit eines
Wagens zu erhöhen. Herkömmlich wird das einseitige Abdriften
als durch sogenannte Konizität verursacht betrachtet, bei
welcher die Umfangslängen der Gürtelschicht in den rechten
und linken Seiten des Reifens voneinander unterschiedlich
sind. Deshalb wurden verschiedene Verfahren ausprobiert, um
die Homogenität in den rechten und linken
Reifenachsenrichtungen zu verbessern.
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Andererseits können, infolge des jüngsten Fortschrittes in
den Reifenmeßtechniken, wie schematisch in Fig. 3 gezeigt,
die Seitenführungskraft, d. h. die Lateralkraft F, welche in
lateraler Richtung Y eines Reifens erzeugt wird, wenn ein
kleiner Rutschwinkel (α) in der Laufrichtung X des Reifens
gegeben ist, und das Selbstausrichtungsdrehmoment SAT,
welches in Richtung des Rutschwinkels (α) um die durch die
Reifenmitte verlaufende vertikale Achse Z rotiert, mit hoher
Genauigkeit gemessen werden.
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Derartige Meßergebnisse sind durch die Kurve K in Fig. 4
gezeigt, indem das Selbstausrichtungsdrehmoment SAT auf der
Abszissenachse und das Lateraldrehmoment F auf der
Ordinatenachse aufgetragen sind. In der Kurve K sind die Fälle durch
Punkte gezeigt, wo der Rutschwinkel (α) 0 Grad, +0,1 Grad
oder -0,1 Grad beträgt.
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Aus dieser Beziehung des Selbstausrichtungsdrehmoments SAT
und der Lateralkraft F kann die Lateralkraft F am
Schnittpunkt K1 der Kurve K und der Ordinatenachse, das heißt, die
Lateralkraft F wenn kein Selbstausrichtungsdrehmoment SAT
erzeugt wird, abgeleitet werden, und dies wird Rückstand CF
genannt. Es ist das Ziel dieser Erf indung einen Reifen zu
schaffen, welcher einseitiges Abdriften des Wagens
verhindert, Geradlinienleistungsfähigkeit verbessert und eine gute
ästhetische Erscheinung aufweist.
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Die Erfinder haben gefunden, daß der Rückstand CF die
Reifencharakterstik darstellt, welche das einseitige Abdriften des
Wagens beeinflußt. Mit anderen Worten, ein Wagen driftet
nach einer Seite, wenn der Rückstand CF in Plusrichtung,
d. h. in rechter Richtung liegt. Somit können die
Charakteristiken einseitigen Abdriftens eines Wagens durch die
Richtung und die Größe des Rückstands CF bewertet werden. Um das
einseitige Abdriften eines Wagens zu verhindern, ist es
erforderlich, den Rückstand CF zu verringern.
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Der Rückstand CF wird von der Ausdehnung und Zusammenziehung
des Gürtels in der Bodenberührungszone erzeugt. Ein
Scherbeanspruchung in einer Oberfläche wird im Kreuzlagengürtel
eines Radialreifens durch die parallele Bewegung der Korde
infolge der Ausdehnung und Zusammenziehung hervorgerufen.
Somit erzeugt der Laufflächengummi ein Lenkdrehmoment durch
ein Scheren in der Oberfläche, welches zusammen mit der
Beanspruchung der Gürtellage in der äußersten Schicht des
Gürtels hervorgerufen wird. Es wird so betrachtet, daß die
Lateralkraft F durch dieses Lenkdrehmoment hervorgerufen wird.
Somit wurde gefunden, daß der Rückstand CF durch den Gürtel
verursacht wird und von der Kordmenge des Gürtels und der
Neigung der Gürtelkorde abhängt.
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Die Kordmenge ist definiert als N x S, was das Produkt aus
dem Gesamtquerschnittsbereich eines Gürtelkordes S (mm²) und
der Anzahl der Gürtelkorde N ist, welche in 10cm in der
rechtwinkligen Richtung der Gürtelkorde vorhanden sind. Die
Steifheit des Gürtels kann durch Verringern der Kordmenge N
x S oder durch Vergrößern des Neigungswinkels der Korde in
Richtung des Reifenäquators verringert werden. Dies
verringert den hoop- oder Ringeffekt des Gürtels und den
Rückstand CF, wodurch das einseitige Abdriften eines Wagens
gesteuert wird.
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Andererseits kann eine derartige Verringerung der
Gürtelsteifheit gleichzeitig die Fahrkomfortleistungsfähigkeit
verbessern, was ein grundsätzlicher für einen Wagen
erforderlicher Gegenstand ist.
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Zusätzliche Experimente wurden zur Verringerung des
Rückstands CF in einer Lauffläche mit einer relativ geringen
Gürtelsteifheit durchgeführt. Infolgedessen wurde gefunden, daß
gute Ergebnisse durch Verringern der Neigung der lateralen
Nuten, welche die Umfangsnuten des Laufflächenprofils
kreuzen, das heißt durch Positionieren der lateralen Nuten dicht
in Richtung der Reifenachse, erhalten werden könnten. Jedoch
liefert ein derartiges Laufflächenprofil der Kundschaft kein
hinreichend kraftvolles Bild, wird in der Ästhetik
mangelhaft empfunden, und neigt dazu, die Vermarktbarkeit des
Produktes zu verringern.
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In einer weiteren Annäherung wurde gefunden, daß durch
Verringern der Gürtelkordmenge und durch Vergrößern des
Neigungswinkels in Richtung des Reifenäquators der hoop-Effekt
verringert wird und die Seitenführungskraft insbesondere
beim Drehen abnimmt, wobei somit die Lenkstabilität
behindert wird.
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Es ist folglich ein Primäres Ziel der Erfindung einen
Luftradialreifen zu schaffen, welcher ein einseitiges Abdriften
eines Wagens beim Fahren verhindert,
Geradeauslaufleistungsfähigkeit verbessert und die Verschlechterung der
Lenkstabilität verringert.
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Um eine Vereinbarkeit der Lenkstabilität mit der
Leistungsfähigkeit einseitigen Abdriftens eines Fahrzeuges zu erhalten,
setzten die vorlegenden Erfinder weitere Untersuchungen
fort, welche auf einem herkömmlichen Luftradialreifen mit
Blockreihen für Personenwagen beruhten, welche durch Kreuzen
der lateralen Nuten in einer durch mehrere Umfangsnuten mit
gerader oder Zickzackform unterteilten Rippe ausgebildet
waren, welche sich in einer Umfangsrichtung erstreckte. Als
ein Ergebnis der Untersuchungen wurde gefunden, daß die
Beitragsbewertung lateraler Nuten auf die
Seitenführungsleistungsfähigkeit eines Reifens klein ist, und sie daher die
Lenkstabilität kaum beeinträchtigen.
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Außerdem wurde auch entdeckt, daß der Rückstand CF
verringert wird durch Ausbilden der äußeren lateralen Nuten im
rechten und linken Außenseitenbereich SL, SR in umgekehrter
Richtung zu den Außenseitengürtelkorden, welche die
Gürtelkorde der äußersten Gürtellage sind, und mit einer Neigung
von 0 bis 40 Grad zur Richtung der Reifenachse.
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Prototypen von Reifen SA, SB und SC mit äußeren lateralen
Nuten Gs im Außenseitenbereich S in unterschiedlichen
Richtungen wurden, wie in den Fig. 5 (a) bis (c) gezeigt,
hergestellt. Die Außenseitengürtelkorde 7a der äußersten
Gürtellage sind durch strichpunktierte Linien in den Figuren
gezeigt. In Fig. 5(a) sind die äußeren lateralen Nuten Gs in
gleicher Richtung wie die Außenseitengürtelkorde 7a geneigt.
In Fig. 5(b) sind sie in Richtung der Reifenachse
ausgebildet. In Fig. 5(c) sind sie in umgekehrter Richtung
ausgebildet. Die Meßergebnisse des Rückstandes CF in solchen
Pofilen, wie SA, SB und SC, sind in Fig. 7 gezeigt. In den
Profilen SA, SB und SC betragen die Rückstände CF 14,4 kg, 7,8 kg
bzw. 3,6 kg. Somit wurde vorgesehen, daß der Rückstand CF
des Profils SC, in welchem die äußeren lateralen Nuten Gs in
unterschiedlicher Richtung zu den Außenseitengürtelkorden 7a
aufgebaut sind, verringert ist.
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Fig. 7 zeigt den Rückstand CF in den Fällen der Profile CA,
CB und CC von Fig. 6, wobei im Fall des Profils CA die
inneren lateralen Nuten Co in derselben Richtung wie die
Außenseitengürtelkorde 7a im Innenseitenbereich C geneigt sind,
wie in Fig. 6(a) gezeigt. Die Fig. 6(b) und (c) zeigen das
Profil CB, in welchem sie in Richtung der Reifenachse
geneigt sind, bzw. das Profil CC, in welchem sie in
umgekehrter Richtung geneigt sind. Die Rückstände CF betragen 5,9
kg, 8,1 kg bzw. 12,1 kg. Der Absolutwert des Rückstands CF
wurde somit durch Neigen der inneren lateralen Nuten in
derselben Richtung wie die Außenseitengürtelkorde 7a
verringert.
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Somit wurde gefunden, daß der Rückstand CF verringert sein
kann und die Leistungsfähigkeit einseitigen Abdriftens eines
Wagens durch Neigen der lateralen Nuten in umgekehrter
Richtung zu den Außenseitengürtelkorden 7a im Außenseitenbereich
S und in gleicher Richtung im Innenseitenbereich C
verbessert sein kann.
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Deshalb sind in dem Aspekt der Erfindung äußere horizontale
Nuten Gs, welche im Außenseitenbereich S aufgebaut sind, in
unterschiedlicher Richtung zu den Außenseitengürtelkorden 7a
und unter 0 bis 40 Grad zur Richtung der Reifenachse
geneigt.
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Wie oben beschrieben kann der Rückstand CF durch Vorsehen
lateraler Nuten Gs im Außenseitenbereich S, welche sich in
unterschiedlicher Richtung zu den Außenseitengürtelkorden 7a
erstrecken, verringert sein, und je größer der
Neigungswinkel Cs ist, desto weiter kann der Rückstand CF verringert
sein.
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Jedoch wurde gefunden, daß in dem Fall, wo die Neigung (θs)
unter einem größeren Winkel festgesetzt ist, das durch das
Laufflächenprofil erzeugte Geräusch größer wird. Deshalb
muß, wenn die Geräuschcharakteristiken wichtig sind, der
Neigungswinkel (θs) der äußeren horizontalen Nuten Gs begrenzt
werden.
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Deshalb wurde das Steuerverfahren des Rückstands CF weiter
untersucht. Der Rückstand CF wurde durch Verändern der
Maximallänge L in der rechtwinkligen Richtung zu den lateralen
Nuten Gc eines Blocks B gemessen, welcher durch die inneren
lateralen Nuten Gc ausgebildet war, welche in einem
Mittelbereich M ausgebildet waren, welcher den in Fig. 9 gezeigten
Laufflächenteil in drei gleiche Bereiche teilt. Wie aus den
in Fig. 11 gezeigten Ergebnissen bekannt wurde gefunden, daß
der Rückstand CF durch graduelles Verringern der
Maximallänge L verringert wird. Des weiteren kann durch Festsetzen
der Maximallänge L bei 10 mm oder weniger der Absolutwert
des Rückstands CF bei 5 kg oder weniger festgesetzt werden.
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Somit wurde die Maximallänge L des Blocks B im Mittelbereich
M bei 10 mm oder weniger festgesetzt.
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Auf diese Weise kann die Geradeauslaufstabilität verbessert
werden, ohne die Lenkstabilität oder
Geräuschcharakteristiken zu beeinträchtigen.
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Außerdem kann die Erfindung vorzugsweise in einem Reifen mit
einem Gürtel angenommen werden, welcher einen starken hoop-
Effekt hervorbringt und die Lenkstabilität verbessert, worin
die Kordmenge NS 18,0 oder mehr beträgt und die Neigung der
Gürtelkorde zum Reifenäquator 18 Grad oder weniger beträgt.
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Ausführungsformen der Erfindung werden unten in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, in
denen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht einer Gürtellage ist,
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Fig. 2 eine Schnittansicht ist, welche ein Beispiel
eines Gürtelkords zeigt,
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Fig. 3 eine perspektivische Ansicht ist, welche den
Rückstand CR erklärt,
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Fig. 4 dessen Diagramm ist,
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Fig. 5(a) bis
(c) und 6(a)
bis (c) Draufsichten sind, welche in den
Experimenten verwendete Profile zeigen,
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Fig. 7 ein Diagramm ist, welches die
experimentellen Ergebnisse zeigt,
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Fig. 8 eine Schnittansicht ist, welche eine der
Ausführungsformen der Erfindung zeigt,
Fig. 9 eine Draufsicht ist, welche das Profil von
Fig. 8 zeigt,
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Fig. 10 eine Draufsicht ist, welche ein Beispiel
eines anderen Profils zeigt,
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Fig. 11 ein Diagramm ist, welches ein Beispiel des
Tests zeigt, und
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Fig. 12 und 13 Draufsichten sind, welche andere Profile
zeigen.
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In den Fig. 8 und 9 umfaßt ein Luftradialreifen 1 der
Erfindung eine Karkasse 6, welche sich von einem Laufflächenteil
2 durch einen Seitenwandteil 3 zu einem Wulstteil 4
erstreckt und ein um einen Wulstkern 5 in jedem Wulst
herumgewickelter Gürtel 7 radial außerhalb der Karkasse 6 und
innerhalb des Laufflächenteils 2 angeordnet ist.
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Der Gürtel 7 umfaßt Gürtellagen 7A und 7B zweier
Innenseiten- und Außenseitenschichten, welche in wechselseitig
umgekehrten Richtungen geneigt sind. Die äußersten
Gürtellagenkorde der Außenseitengürtellage 7A in der Ausführungsform
sind in die rechte obere Richtung zum Reifenäquator CO
geneigt, wie in Fig. 9 gezeigt. Für Gürtelkorde 7a, wie zum
Beispiel in Fig. 2 gezeigt, können verdrehte Stahlfilamente
7b in 2 + 7 x 0,22, 1 x 5 x 0,23 oder 1 x 4 x 0,22
Verhältnis verwendet werden.
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Der Laufflächenteil 2 ist virtuell in einen Mittelbereich M,
welcher den Reifenäqutor CO einschließt, und Außenbereiche
N, welche sich zu den Rändern des Laufflächenteils
erstrekken, unterteilt. In den Außenbereichen N sind äußere Nuten
Gs in Abständen in Richtung des Reifenäquators (CO)
angeordnet,
wobei sie sich auf die Richtung der Reifenachse zu
unter einem Neigungswinkel (θn) von 0 Grad erstrecken. Im
Mittelbereich M sind innere Nuten Gc unter einem Neigungswinkel
(θm) von 45 Grad oder weniger zur Richtung der Reifenachse
ausgebildet.
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Die inneren Nuten Gc sind kleine Nuten mit 0,5 bis 3 mm
Breite, und die inneren Nuten Gc sehen kreuzende Nuten vor,
welche wechselseitig in zwei unterschiedliche Richtungen
geneigt sind, jede unter ungefähr 40 Grad, zu beiden Seiten
der Richtung der Reifenachse. Deshalb sind im Mittelbereich
M vielfache rhombische Blöcke B in einer schiefen Gitterform
ausgebildet. Die Maximallänge L des Reifenblocks B in einer
rechtwinkligen Richtung zur Nut Gs ist bei 10 mm oder
weniger festgesetzt. Zusätzlich erstrecken sich Nuten G
kontinuierlich in Richtung des Reifenäquators und sind so
positioniert, daß sie den Mittelbereich M und die Außenbereiche N
in ungefähr drei gleiche Bereiche unterteilen. Die Nuten G
können lineare gerade Nuten oder Zickzacknuten sein. Die
Umfangsteilung Ps, welche der Abstand zwischen
aufeinanderfolgenden äußeren lateralen Nuten Gs in Richtung des
Reifenäquators (CO) ist, ist bei 40 mm oder weniger, vorzugsweise bei
20 mm oder weniger, festgesetzt.
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Durch Festsetzen der Länge der Blöcke B im Mittelbereich M
in einer rechtwinkliger Richtung zu den inneren horizontalen
Nuten Gc bei 10 mm oder weniger, auch wenn die sich in
Richtung der Reifenachse im Außenbereich N erstreckenden äußeren
Nuten Gs aufgebaut sind, um Profilgeräusche zu steuern, ist
der Rückstand CF wie zuvor erwähnt verringert.
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Jedoch sind die äußeren Nuten Gs nicht so begrenzt, und sie
können, wie in Fig. 10 gezeigt, in Richtung der Reifenachse
unter einem Winkel (θn) in einem derartigen Bereich geneigt
sein, welcher das Profilgeräusch nicht vergrößert, zum
Beispiel 15 Grad oder weniger, vorzugsweise 10 Grad oder
weniger, und noch bevorzugter 5 Grad oder weniger.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen einen Fall, wo die Umfangsnuten G
jeweils in den Teilen aufgebaut sind, welche den
Mittelbereich M und die Außenbereiche N unterteilen, während drei
solche Nuten G1, G2 und G2 wie in Fig. 12 gezeigt angewendet
werden können, oder vier Nuten G2A und G2B in regelmäßigen
Intervallen beabstandet, wie in Fig. 13 gezeigt, angewendet
werden können. In diesen Fällen sind der Mittelbereich M und
die Außenbereiche N durch virtuelle Linien F auf den Rippen
unterteilt. Innere laterale Nuten Gc brauchen nicht in eine
Gitterform sondern können auch als parallele Nuten zur
Richtung der Reifenachse oder geneigt und nicht wechselseitig
kreuzend ausgebildet sein, wie in den Fig. 12 und 13
gezeigt.
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Als ein Arbeitsbeispiel wurde ein Prototypreifen mit einer
Größe von 175/70R13 hergestellt, und der Fahrkomfort und der
Rückstand CF wurden gemessen. Für die Gürtelkorde wurden
Stahlkorde mit 1 x 4 x 0,22 verwendet. Der Gürtel wurde in
zwei Lagen ausgebildet. Der Test wurde durchgeführt durch
Aufziehen des Reifens auf eine Felge 5J x 13, Festsetzen des
Innendruckes bei 2,0 kg/cm², der Last bei 300 kg und
Verwenden einer Flachspurreifentestmaschine, welche durch Fa. MTS,
USA geliefert worden war, um den Rückstand CF zu messen. Der
Rückstand CF ist durch einen Rückstand CF-Index dargestellt,
wobei der Index des Vergleichsbeispiels als 100 in Tabelle 1
usw. festgesetzt ist. Je kleiner der Rückstand-Index ist,
desto vorzüglicher ist das Ergebnis. In Bezug auf den
Fahrkomfort wurde durch Aufziehen des Reifens auf einen 2000 cm³
Personenwagen durch einen Fahrer ein Fühltest durchgeführt,
und eine Bewertung vorgenommen, indem der Index der
Vergleichsbeispiele
als 100 Punkte festgesetzt wurde. Höhere
Punktzahlen zeigen besseren Fahrkomfort.
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In Bezug auf die Erfindung wurde ein Reifen, wie in Tabelle
1 und Fig. 9 gezeigt, hergestellt. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 1 gezeigt. Die Geräuschcharakteristik wurde auch durch
einen Fahrer über einen Fühltest bewertet und in
Geräuschgraden gezeigt. Höhere Punktzahlen bedeuten minderwertigere
Geräuschcharakterstiken.
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Somit kann die Erfindung das einseitige Abdriften eines
Wagens verbessern ohne die Lenkstabilität aufzugeben.
PROFIL
GÜRTELCORD
MATERIAL
ANZAHL DER LAGEN
CORD
RICHTUNG DES AUSSENSEITENGÜRTELCORDS
MITTLERE LATERALNUT NEIGUNGSWINKEL (θm)
MAXIMALLÄNGE L (mm)
ÄUSSERE LATERALNUT NEIGUNGSWINKEL (θn)
UMFANGSTEILUNG Ps (mm)
LENKSTABILITÄT
RÜCKSTANDS-CF-INDEX
GERÄUSCHCHARAKTERISTIK
STAHL
RECHTS OBEN
GEKREUZT
Lateral
UNTEN
AU.: AUSFÜHRUNGSFORM
VB.: VERGLEICHSBEISPIEL