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Die vorliegende Erfindung betrifft einen geräuscharmen
Reifen, bei dem das durch die Axialnuten erzeugte
Profilmuster-Laufgeräusch reduziert ist.
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Vom Standpunkt der Umweltverunreinigung wie auch von dem des
Fahrkomforts ist das durch Kraftfahrzeuge erzeugte Geräusch
insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-Fahrt ein Problem, das
der Lösung bedarf.
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Der Hauptteil des Kraftfahrzeug-Geräuschs ist das
Reifengeräusch, und der Hauptteil des Reifen-Geräuschs ist das vom
Laufstreifenmuster herrührende Profilgeräusch. Ein solches
Profilgeräusch wird durch den folgenden Mechanismus erzeugt.
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Das Laufstreifen-Nutvolumen, insbesondere das
Axialnut-Volumen untergeht während der Fahrt beträchtliche periodische
Änderungen, wenn die Nut in den Bodenberuhrüngs-Bereich
eintritt und ihn verläßt, in welchem die Luft in der Nut stark
vibriert und so eine Druckwelle erzeugt, die als Geräusch
gehört wird.
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Allgemein ist eine bedeutsame Spitze in dem Schallenergie-
Spektrum um die durch die Umfangs-Identitätsabstände des
Laufstreifenmusters und die Reifen-Drehgeschwindigkeit
bestimmten Frequenzen vorhanden, und wenn der Spitzenwert hoch
ist, macht er den erzeugten Schall sehr lästig.
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Aus diesem Grund wurden zum Vermindern des Muster- oder
Profilgeräuschs Verfahren wie das sog. variable Abstandshalten
vorgeschlagen, z.B. in EP-A-0 268 436, die dem Oberbegriff
des Anspruchs 2 entspricht.
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Bei den Verfahren zum variablen Identitätsabstandhalten
werden, um den Absolutwert der Spitze zu senken,
verschiedene unterschiedliche Identitätsabstände in Umfangsrichtung
des Reifens in einer speziellen Weise angeordnet, um die
Synchronität der Geräuschimpulse zu stören, die von dem
Laufstreifenmuster erzeugt werden, und dadurch die Geräusch-
Schallenergie auf einen breiteren Frequenzbereich zu
verteilen.
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Jedoch führt das optimale Abstandsverändern zum Verringern
des Geräuschs oft zu einer Verschlechterung anderer Aspekte
des Reifenverhaltens. Z.B. haben Laufstreifenelemente mit
unterschiedlichen Identitätsabständen unterschiedliche
Steifigkeitswerte, die leicht einen ungleichen
Laufstreifenverschleiß erzeugen und dadurch die Verschleiß-Lebensdauer
herabsetzen und Vibrations-Eigenschaften wie die Radialkraft-
Veränderung (RFV = radial force variation) und den
Radialauslauf (RRO = radial run out) ungünstig beeinflussen.
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Das Ziel der Erfindung ist deshalb, einen geräuscharmen
Reifen zu schaffen, bei dem die Geräusch-Charakteristik
verbessert ist, ohne andere Reifen-Charakteristiken zu opfern.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein
geräuscharmer Reifen geschaffen mit einem Laufstreifen, der mit
Axialnuten versehen ist, welche mit regelmäßigen Wiederholabständen
in der Umfangsrichtung des Reifens angeordnet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umfangslänge des
Bodenberührungs-Bereichs des Laufstreifens, wenn der Reifen an einer regulären
Felge angebracht und auf seinen normalen Innendruck
aufgepumpt und mit seiner Normallast belastet ist, im
wesentlichen gleich dem mit einer ganzen Zahl multiplizierten
Wiederholabstand ist.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt
ein geräuscharmer Reifen einen Laufstreifen mit einem
Laufstreifen- (Profil-) Muster, das mit irregulären
Wiederholabständen in Umfangsrichtung des Reifens angeordnete
Axialnuten umfaßt, wobei die Umfangslänge des Bodenkontakt-
Bereichs des Laufstreifens, wenn der Reifen an einer
regulären Felge angebracht und auf seinen normalen Innendruck
aufgepumpt und mit seiner normalen Last belastet ist, im
wesentlichen gleich einem ganzzahligen Vielfachen der
mittleren Wiederhollänge der erwähnten irregulären
Wiederholabstände ist.
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Der Erfinder hat den Mechanismus der Geräuscherzeugung
untersucht unter Benutzung eines Test-Laufstreifenmusters, wie in
Fig. 5 gezeigt. Das Testmuster umfaßte zwei parallele
geradlinige Umfangsnuten und eine Axialnut (a), die sich parallel
zur Axialrichtung des Reifens von einer Umfangsnut (b) zur
Laufstreifenkante erstreckte. Fig. 6 zeigt die Wellenform
des von der Axialnut (a) erzeugten Schalldrucks. Aus dieser
Wellenform kann gesehen werden, daß die Axialnut bedeutsame
Impulse B1 bzw. B2 zum Zeitpunkt T1 erzeugt, wenn die Nut
den Boden berührt, und zum Zeitpunkt T2, wenn die Nut den
Boden verläßt, und der Impuls B1 sowie der Impuls B2 sind
einander im Schalldruck entgegengesetzt. Diese Tatsache wird
erklärt durch den Luftstrom aus der Nut, wenn sie ihr
Volumen verringert bei Berührung des Bodens (T1) und umgekehrt
durch den Luftstrom in die Nut, wenn sie beim Verlassen des
Bodens (T2) ihr Volumen erhöht.
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Bei der vorliegenden Erfindung werden die Identitätsabstände
der in Umfangsrichtung Abstand aufweisenden Axialnuten in
solcher Weise festgesetzt, daß die Bodenberührung einer Nut
des Reifens und das Verlassen des Bodens einer anderen Nut
zur gleichen Zeit geschehen, um so entgegengesetzte Impulse
zu erzeugen, die einander ausgleichen.
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Einige Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden nun im
einzelnen mit Bezug auf die Zeichnung beschriebne, in
welcher:
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Fig. 1 eine ebene Abwicklung ist, die ein
Laufstreifenmuster einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Reifens
im Bodenberührungszsutand ist,
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Fig. 3a und 3b schematische Draufsichten auf jeweils andere
Ausführungen der vorliegenden Erfindung
sind,
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Fig. 4 ein Schaubild ist, das eine Beziehung
zwischen der Bodenberührungslänge geteilt durch
den Nut-Identitätsabstand und dem
Geräuschpegel in dB zeigt;
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Fig. 5 eine Draufsicht auf ein bei einer
Überprüfung benutztes Laufstreifenmuster ist, und
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Fig. 6 eine graphische Darstellung der Zeitverlaufs
des bei dem Muster nach Fig. 5 gemessenen
Schalldrucks ist.
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In Fig. 1 und 2 ist der geräuscharme Reifen 1 ein
Personenwagen-Luftreifen. Der Reifen 1 besitzt einen
Laufstreifenabschnitt T, der mit vier sich in Umfangsrichtung
kontinuierlich erstreckenden Nuten G1, G2 versehen ist und dadurch den
Laufstreifen in eine sich längs des Reifenäquators
erstrekkende Mittelrippe R1, zwei Zwischenrippen R2 jeweils an
einer Seite des Äquators und zwei Schulterrippen R3
unterteilt, die sich längs der Laufstreifenkanten erstrecken.
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In Fig. 1 und 2 sind die Umfangsnuten G1, G2 geradlinige
Nuten, es können aber auch Zickzack-Nuten oder Wellennuten
als Umfangsnuten verwendet werden, unabhängig oder in
entsprechender Kombination.
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Der Laufstreifenabschnitt T ist weiter mit in
Umfangsrichtung einen Abstand aufweisenden Axialnuten Y1, Y2 versehen.
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Die Axialnuten Y1, Y2 erstrecken sich von den axial inneren
Umfangsnuten G1 axial nach außen zu den Laufstreifenkanten,
wobei sie die axial äußeren Umfangsnuten G2 überqueren und
dadurch die Zwischenrippen R2 und die Schulterrippen R3 in
in Umfangsrichtung getrennte Blöcke unterteilen.
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Damit enthalten die Axialnuten Y in dieser Ausführung innere
Axialnuten Y1, die sich von der inneren Umfangsnut G1 bis
zur äußeren Umfangsnut G2 erstrecken, und äußere Axialnuten
Y2, die sich von der äußeren Umfangsnut G2 zur
Laufstreifenkante (e) erstrecken und an ihrem äußeren Ende an der
Seitenwand des Reifens münden.
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Weiter sind die Axialnuten Y1, Y2 bei dieser Ausführung in
geradliniger Gestaltung parallel zur Axialrichtung des
Reifens ausgebildet, d.h. mit rechtem Winkel zu den
Umfangsnuten, sie können aber auch mit einem entsprechenden
Schrägwinkel zur Axialrichtung des Reifens gebildet werden.
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Weiter sind bei dieser Ausführung die Axialnuten Y1, Y2 mit
regelmäßigen Abständen (pitches = Identitätsabstände) in
Umfangsrichtung des Reifens versehen, und die
Identitätsabstände sind so festgesetzt, daß die Bodenberührungslänge L des
Reifens unter einer Standardbedingung im wesentlichen gleich
der Länge 1 ist, die der mit einer ganzen Zahl
multiplizierte Nut-Identitätsabstand ist, wenn der vorher erwähnten
Standard-Zustand so ist, daß der Reifen auf einer regulären
Felge aufgezogen und auf seinen normalen Innendruck
aufgepumpt und mit seiner Normallast belastet ist.
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Vorzugsweise wird die erwähnte ganze Zahl N aus den ganzen
Zahlen 3, 4, 5 oder 6 ausgewählt.
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Wenn N kleiner als 3 ist, wird die Anzahl der Axialnuten
unzureichend, um die Naßgriff-Eigenschaften des Reifens
aufrecht
zu erhalten. Wenn andererseits N größer als 6 ist,
wird die Anzahl der Nuten so außerordentlich groß, daß die
Steifkeit des Laufstreifens abnimmt und dadurch das
Laufverhalten sich verschlechtert. Weiter erhöht die Anzahl der
Nuten die Anzahl der erzeugten Impulse und läßt dadurch das
Muster- oder Profilgeräusch insgesamt anwachsen.
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Die vorher erwähnte Bodenberührungslänge L wird allgemein
definiert als die Umfangslänge des Bodenkontakt-Bereichs des
Laufstreifenabschnitts des Reifens, gemessen am
Reifenäquator mit dem oben erwähnten Standardzustand.
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In Praxis sind die Vorder- und Hinterkanten des
Bodenberührungs-Bereichs in größerem oder geringerem Ausmaß gekrümmt.
Dementsprechend wird die Umfangslänge zwischen der Vorder-
und Hinterkante in der Axialposition der betreffenden
Axialnuten vorzugsweise als die vorher erwähnte
Bodenberührungslänge L benutzt.
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Weiter ändert sich die tatsächliche Bodenberührungslänge
unter aktuellen Dienstzuständen.
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Deswegen kann die vorher erwähnte integral-multiple
Identitätsabstands-Länge 1 einen Bereich besitzen, der vom 0,97-
bis zum 1,03-Fachen der Bodenberührungslänge L reicht.
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Wie vorstehend erklärt, wird bei dieser Ausführung die
äußere Axialnut Y2 und die innere Axialnut Y1 mit gleichem
Identitätsabstand und in der gleichen Phase ausgebildet.
D.h., die Identitätsabstände P1 der inneren Axialnuten Y1
werden als gleich den Identitätsabszänden P2 der äußeren
Axialnuten Y2 festgesetzt, und die axial einander
benachbarte Innen- und Außennut Y1 und Y2 sind längs einer geraden
Linie ausgerichtet.
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Aus dem Vorhergehenden wird jedoch verstanden, daß es nur
notwendig ist, die integral mehrfache Identitätsabstands-
Länge l (11, 12) als im wesentlichen gleich der
Bodenberührungslänge
bei jeder Rippe R2 und R3 festzusetzen, wodurch
die axiale Anordnung der Axialnuten bezeichnet wird.
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Fig. 3a und 3b zeigen eine andere Ausführung der
vorliegenden Erfindung, bei der die Axialnuten mit regelmäßigen
Abständen (Identitätsabständen) angeordnet sind.
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In Fig. 3a ist der Laufstreifenabschnitt mit vier
geradlinigen Umfangsnuten in ähnlicher Weise wie bei der
vorangehenden Ausführung versehen, jedoch ist die Axialnut Y1 und die
Axialnut Y2 bezüglich der Reifenaxialrichtung geneigt.
Weiter sind bei der inneren Axialnut Y1 und der äußeren
Axialnut Y2 der Identitätsabstand P1 wie auch die integrale
mehrfache Identitätsabstands-Länge 11 gleich dem
Identitätsabstand und die integrale mehrfache Identitätsabstands-Länge
12, jedoch unterscheiden sich ihre Umfangsorte voneinander,
d.h. sie sind phasenverschoben.
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In Fig. 3b ist das Laufstreifenmuster gleich dem nach Fig.
3a, jedoch unterscheidet sich der Identitätsabstand P1 der
inneren Axialnut Y1 von dem Identitätsabstand P2 der äußeren
Axialnuten Y2.
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Der Wert der ganzen Zahl N in der axial äußeren Rippe
beträgt 4 und der Wert der ganzen Zahl N bei der axial inneren
Rippe beträgt 3.
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Weiter kann die vorliegende Erfindung mit variablen
Identitätsabstands-Verfahren kombiniert werden. In diesem Fall
wird der Mittelwert der variierten Identitätsabstände oder
der Umfang, geteilt durch die Anzahl der Axialnuten, als die
Identitätsabstands-Länge der Axialnuten behandelt. Das läßt
sich sehr gut in einem solchen Fall anwenden, wenn keine
Periodizität einer Blockanordnung in Umfangsrichtung des
Reifens vorhanden ist. Weiter können in einigen Fällen, wenn
eine Periodizität in einer Blockanordnung vorhanden ist, die
Axialnuten so angeordnet sein, daß jede Axialnut eine dazu
gepaarte Axialnut besitzt, die davon mit einen Abstand
aufweist,
der im wesentlichen gleich der Bodenberührungslänge
ist.
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Um die Erfindung zu demonstrieren, wurden Radialreifen der
Größe 195/60R14 für Vergleichstests hergestellt. Alle Reifen
besaßen ein identisches Laufstreifenmuster, wie in Fig. 1
gezeigt, bis auf die Identitätsabstände der Axialnuten.
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Jeder Testreifen wurde auf eine reguläre Felge der Größe
5½Jx14 aufgezogen und auf den normalen Innendruck von 2,0
kp/cm² aufgepumpt, und der Umfang der Reifen unter dieser
Bedingung betrug 1855 mm. Die Bodenberührungslänge L der
Reifen unter normaler Belastung betrug 132,5 mm.
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Der Schalldruckpegel der Testreifen wurde gemessen. Die
Messung wurde ausgeführt entsprechend dem
Reifengeräusch-Testverfahren, wie es durch JASO-C606 angegeben ist, wobei die
Mikrophon-Position einen Seitenabstand von 1 m vom
Reifenäquator und vertikal 25 cm von der Bodenberührungsfläche des
Reifens an der nächstgelegenen Seite des Reifens hat. Die
Meßergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt.
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Wie in Fig. 4 zu sehen, war der Schalldruckpegel bei den
erfindungsgemäßen Beispiel-Reifen 1 und 2 im Vergleich zu den
Referenzreifen beträchtlich abgesenkt.
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Wie vorstehend beschrieben, wird in einem geräuscharmen
Reifen nach der vorliegenden Erfindung der
Umfangs-Identitätsabstand der Axialnuten, multipliziert mit einer ganzen
Zahl, im wesentlichen gleich der Bodenberührungslänge des
Reifens festgesetzt. Deswegen wird die von der mit dem Boden
in Berührung kommenden Axialnut erzeugte Schalldruckwelle
und die von der sich vom Boden lösenden erzeugte einander
aufheben und so das Profilgeräusch verringern.