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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialreifen
für einen Personenkraftwagen, der in der Lage ist, den
Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
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Radialreifen sind weit verbreitet aufgrund ihrer hohen
Lenkstabilität, hohen Geschwindigkeitsdauerhaftigkeit,
Niedrig-Geräusch-Leistung, ihres hohen
Verschleißwiderstands und geringen Kraftstoffverbrauchs. Vor kurzem
sind derartige Reifen bei höherem Innendruck verwendet
worden, um die Eigenschaft geringen
Kraftstoffverbrauchs weiter zu steigern.
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Auf einen hohen Innendruck aufgepumpt, wird jedoch die
vertikale Steifigkeit vergrößert und eine niedrigere
Umhüllungsleistung tritt auf, die einen Verlust von
Fahrkomfort ergibt. Dieser Effekt wird insbesondere
deutlich in einem Reifen des sogenannten
Stahlgürteltyps, welcher Stahlcorde im Gürtel benutzt. Da die
Stahlgürtelstruktur die Steifigkeit der Lauffläche
steigert, verbessert sie andererseits die
Reifenleistung wie Lenkstabilität und dergleichen. Ein
derartiger Gürtel ist nun ein unerläßliches Erfordernis für
einen Radialreifen.
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Ein bekannter Reifen, der die Merkmale des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 umfaßt und ein Verhältnis Tr2/Tr1
zwischen 1,2 und 1,5 zeigt (wobei Tr1 bei 5 % des
nominellen Drucks vorliegt), ist z.B. in der EP-A-0,194,108
gezeigt.
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Es ist daher ein primäres Ziel der Erfindung, einen
Radialreifen für einen Personenkraftwagen zu schaffen,
der einen geringen Kraftstoffverbrauch und guten
Fahrkomfort aufweist und dabei eine Stahlgürtelstruktur und
hohen Innendruck verwendet.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt
ein Radialreifen für einen Personenkraftwagen eine
Karkassenschicht, die aus Karkassencorden
zusammengesetzt ist, die im wesentlichen in der radialen Richtung
angeordnet sind und sich durch einen Laufflächenteil
und Seitenwandteile erstrecken und an jeder Kante der
Karkassenschicht um einen Wulstkern in jedem von zwei
Wülsten von der Innenseite zur Außenseite des Reifens
herumgewickelt sind, und eine Gürtelschicht, die aus
wenigstens zwei Gürtellagen zusammengesetzt ist, die
jede zueinander parallele Stahlcorde umfaßt, die radial
außerhalb der Karkassenschicht angeordnet sind, worin
der Laufflächenteil ein Laufflächengummi umfaßt, das
eine Basisgummischicht, die außerhalb der Gürtelschicht
angeordnet ist, deren Verlustfaktor tan δ (b) 0.03 bis
0.08 beträgt, und eine Kronengummischicht besitzt, die
außerhalb der Basisgummischicht angeordnet ist, deren
Verlustfaktor tan δ (c) 0.06 bis 0.10 beträgt und größer
als der Verlustfaktor tan δ (b) der Basisgummischicht
ist; wobei der Stahlcord der Gürtellage aus vier oder
weniger Stahlfilamenten zusammengesetzt ist; und in
einem die Achse des Reifens einschließenden Querschnitt
des Reifens, wenn der Reifen an seiner spezifizierten
Felge angebracht ist, das Verhältnis Tr2/Tr1 des
Laufflächenkrümmungsradius Tr2, wenn auf den spezifizierten
Innendruck aufgepumpt, zum Laufflächenkrümmungsradius
Tr1, wenn auf 2% des spezifizierten Innendrucks
aufgepumpt, 1.0 bis 2.0 beträgt.
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Da das Laufflächengummi aus zwei sich in einem
Verlustfaktor unterscheidenden Schichten zusammengesetzt ist,
wird der geringe Kraftstoffverbrauch erhalten, während
die Griffigkeitsleistung aufrechterhalten wird. Falls
jedoch der Verlustfaktor tan δ (c) der
Kronengummischicht größer als 0.10 oder der Verlustfaktor tan δ (b)
der Basisgummischicht größer als 0.08 ist, wird der
verbesserte Effekt geringen Kraftstoffverbrauchs nicht
erzielt. Obwohl die Griffigkeitsleistung des Reifens
beträchtlich durch das auf der Lauffläche ausgebildete
Laufflächenprofil beeinträchtigt wird, falls der
Verlustfaktor tan δ (c) der Kronengummischicht kleiner als
0.06 ist, wird die Griffigkeitsleistung zu sehr
herabgesetzt, um eine Kompensation durch den
Laufflächenprofilentwurf zu erlauben. Außerdem zeigt durch Einstellen
von tan δ (c) > tan δ (b) die sich mit der
Straßenoberfläche in Kontakt befindende Kronengummischicht eine
gute Griffigkeitsleistung, und die Basisgummischicht,
die nach innen angeordnet ist, vermindert den
Rollwiderstand aufgrund von Hystereseverlust.
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Der Innendruck verursacht eine auf die Corde der
Gürtelschicht aufzubringende Spannung. Wenn die Anzahl von
Filamenten eines Cords fünf oder mehr beträgt, wird die
Umfangssteifigkeit der gesamten Gürtelschicht erhöht,
und die Krümmungssteifigkeit der äußeren Oberfläche der
Gürtelschicht wird auch erhöht. Infolgedessen wird der
Fahrkomfort aufgegeben durch das Herabsetzen der
Umhüllungsleistung. Daher wird, wenn die Anzahl von
Filamenten auf vier oder weniger begrenzt ist, dann im Fall
der Verwendung bei hohem Luftdruck, der Verlust von
Fahrkomfort unterdrückt.
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Darüber hinaus wird dadurch, daß die Anzahl von
Filamenten als vier oder weniger definiert wird, die
Spurfähigkeit der Laufflächenoberfläche auf den
Straßenoberflächenwechseln verbessert, und der Mangel an Griffigkeit,
der andernfalls aufgrund dessen, daß der Verlustfaktor
tan δ (c) der Kronengummischicht auf 0.10 oder weniger
begrenzt ist, erwartet werden wurde, wird kompensiert.
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Da das Verhältnis Tr2/Tr1 des
Laufflächenkrümmungsradius Tr1, wenn auf 2 % des spezifizierten Innendrucks
aufgepumpt, und des Laufflächenkrümmungsradius Tr2,
wenn auf den spezifizierten Innendruck aufgepumpt, als
1.0 bis 2.0 definiert ist, nimmt darüber hinaus der
Krümmungsradius des Reifenlaufflächenteils aufgrund des
Aufpumpdrucks zu. Somit wird eine Druckbelastung in der
axialen Richtung des Reifens auf das Laufflächengummi
aufgebracht, und die Charakteristiken des
Laufflächengummis niedrigen Verlustfaktors können effektiv
erhalten und gesehen werden, wobei somit der
Kraftstoffverbrauchsverlust der Lauffläche aufgrund von
Hochgeschwindigkeitsbewegung herabgesetzt wird.
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Änderungen dieser Laufflächenform aufgrund von
Innendruck können durch Einstellen der Karkassenform
realisiert werden, jedoch wenn die Anzahl von Filamenten des
Gürtelcords fünf oder mehr beträgt, wird die
Krümmungssteifigkeit der äußeren Oberfläche der Gürtelschicht zu
groß, und geeignete Änderungen können nicht erzielt
werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun
lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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Figur 1 eine geschnittene Breitenansicht ist, die
eine Hälfte einer Ausführungsform der
Erfindung um die Äquatorialebene 0-0 herum
zeigt;
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Figuren 2(a), (b), (c) geschnittene Ansichten sind, welche die
Cordzusammensetzungen zeigen, die in der
Erfindung verwendet werden; und
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Figur 3 ein Diagramm ist, das den
Laufflächenkrümmungsradius zeigt.
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Der Radialreifen 1 für einen Personenkraftwagen umfaßt
eine Karkasse 6 aus Karkassencorden, die sich von einem
Laufflächenteil 2 durch Seitenwandteile 3 erstrecken
und um einen Wulstkern 5 in jedem von zwei Wulstteilen
4 von der Innenseite zur Außenseite des Reifens
herumgewickelt sind. Die Karkassencorde sind im wesentlichen
in der radialen Richtung angeordnet, in dieser
Ausführungsform unter einem Winkel von 75 bis 90 Grad
bezüglich der Reifenumfangsrichtung. Die Karkassencorde
können aus Polyester, Nylon, aromatischem Polyamid,
anderen organischen Fasercorden oder metallischen
Corden hergestellt werden. In dieser Ausführungsform
ist die Karkasse 6 durch eine einfache Lage gebildet,
um die Steifigkeit der Seitenwände herabzusetzen und
somit den Fahrkomfort zu verbessern.
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Radial außerhalb der Karkasse 6 und innerhalb der
Laufflächenteile 2 befindet sich eine Gürtelschicht 7,
die aus wenigstens 2 Gürtellagen zusammengesetzt ist,
die jede parallel zueinander angeordnete Stahlcorde
umfaßt. In dieser Ausführungsform ist die Gürtelschicht
7 aus zwei Gürtellagen zusammengesetzt, wobei sich die
eine radial innerhalb der anderen befindet. Die
Stahlcorde liegen unter einem kleinen Winkel zur
Reifenumfangsrichtung, zum Beispiel 10 bis 30 Grad, und die
Stahlcorde der benachbarten Lagen sind so angeordnet,
daß sie einander kreuzen.
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Der Stahlcord wird von vier oder weniger
Stahlfilamenten 9 gebildet, wie in Figur 2(a), 2(b) oder 2(c)
gezeigt. Figur 2(a) zeigt die Struktur eines 1x4-Cords,
Figur 2(b) die Struktur eines 1x3-Cords und Figur 2(c)
die Struktur eines 1x2-Cords.
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Der Reifen der Erfindung in Betrieb ist aufgepumpt mit
einem Luftdruck (zum Beispiel 230 bis 250kPa) höher als
der gewöhnliche Innendruck. Wegen dieses hohen
Innendrucks wird eine große Spannung auf jeden Cord der
Gürtelschicht 7 angewendet. Falls die Anzahl von
Filamenten des Cords auf fünf oder mehr gebracht werden
würde, würde die Umfangssteifigkeit der gesamten
Gürtelschicht 7 dann wegen der Spannung vom Luftdruck erhöht
werden, und die Biegesteifigkeit der äußeren Oberfläche
der Gürtelschicht 7 wird erhöht. Infolgedessen wird die
Umhüllungsleistung herabgesetzt und der Fahrkomfort
aufgegeben. Indem insbesondere die Anzahl von
Stahlfilamenten so definiert wird, daß sie vier oder weniger
beträgt, und vorzugsweise drei oder weniger, wird der
Verlust von Fahrkomfort unterdrückt, sogar bei
Verwendung bei hohem Luftdruck.
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Der Laufflächenteil 2 umfaßt ein Laufflächengummi 10,
das außerhalb der Gürtelschicht 7 in der radialen
Richtung angeordnet ist. Das Laufflächengummi 10 ist aus
zwei Schichten zusammengesetzt, das heißt ein
Basisgummi 10B, das radial innerhalb, und ein Kronengummi
10C, das radial außerhalb des Basisgummis 10B
angeordnet ist.
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Der Verlustfaktor tan δ (c) der Kronengummischicht 10(c)
ist so spezifiziert, daß er 0.06 bis 0.10 beträgt und
größer ist als der Verlustfaktor tan 6(b) des
Basisgummis 10B. Außerdem ist der Verlusttangens tan δ (b)
der Basisgummischicht 10B 0.03 bis 0.08.
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Hier stellt der Verlustfaktor (tan δ) den Wert dar, der
durch eine Visco-Elastizitäts-Meßvorrichtung von
Iwamoto Seisakusho unter den Bedingungen einer
Temperatur von 70ºC, Amplitude von 1.0% und Frequenz von 10 Hz
gemessen wird. Da das Laufflächengummi 10 aus zwei
verschiedenen Gummi schichten besteht
(Kronengummischicht
10C und Basisgummischicht 10B) und jede Schicht
ihren eigenen speziellen Verlustfaktor besitzt, wird
geringer Kraftstoffverbrach erzielt, während die
Griffigkeitsleistung aufrecht erhalten wird. Falls der
Verlustf aktor tan δ (c) der Kronengummischicht 10C größer
als 0.10 oder der Verlustfaktor tan δ (b) der
Basisgummischicht 10B größer als 0.08 gemacht wird, wird der
Effekt geringen Kraftstoffverbrauchs nicht erhalten.
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Außerdem wird die Griffigkeitsleistung des Reifens,
obwohl beträchtlich durch das Laufflächenprofil wie oben
erwähnt beeinflußt, herabgesetzt, falls der
Verlustfaktor tan δ (c) kleiner als 0.06 ist. Falls der
Verlustfaktor tan δ (b) der Basisgummischicht 10B kleiner als 0.03
ist, ist sie darüber hinaus zu schwierig herzustellen.
Auch ist die Relation, wo tan δ (b) < tan δ (c),
definiert, um die Griffigkeitsleistung des Reifens mittels
der Kronengummischicht 10C zu steigern und den
Rollwiderstand aufgrund von Hystereseverlust der
Basisgummischicht 10B zu verringern.
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Darüber hinaus beträgt das Verhältnis Tr2/Tr1 des
Laufflächenkrümmungsradius Tr1, wenn der Reifen 1 an seiner
spezifizierten Felge angebracht und auf 2% des
spezifizierten Innendrucks aufgepumpt ist, zu dem
Laufflächenkrümmungsradius Tr2, wenn auf den spezifizierten
Innendruck aufgepumpt, 1.0 bis 2.0. Der Krümmungsradius Tr
ist der Krümmungsradius der Laufflächenoberfläche, der
durch die äußere Oberfläche der Lauffläche auf dem die
Reifenachse einschließenden Reifenschnitt verläuft. Wie
in Figur 3 gezeigt, wird er durch die folgende
Gleichung bestimmt, welche die Entfernungen H1, H2 von
den Bodenkontaktenden P zur Linie L, die parallel zur
Reifenachse gezeichnet ist, die durch Punkt C auf der
Laufflächenoberfläche auf der Reifenäquatorialebene 0-0
verläuft, und die Entfernung B zwischen den
Bodenkontaktenden P enthält.
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Tr = [B² + (H1 + H2)²] / 4(H1 + H2)
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Die Bodenkontaktenden P werden von der Bodenkontaktform
bestimmt, wenn die maximale Standardlast aufgebracht
wird, indem die spezifizierte Felge auf ihren
spezifizierten Innendruck aufgepumpt wird.
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Somit wird das Verhältnis Tr2/Tr1 im Bereich von 1.0
bis 2.0 definiert, um den Kraftstoffverbrauch zu senken
und eine Beschädigung des Laufflächenteils aufgrund Von
Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu verhindern. Wenn das
Verhältnis Tr2/Tr1 2.0 übersteigt, wird der
Rollwiderstand erhöht und das Ziel der Erfindung nicht erzielt.
Falls es andererseits kleiner als 1.0 ist, wird eine
Zugbeanspruchung in die Richtung der Breite auf die
Lauffläche vom Aufpumpdruck aufgebracht, wobei
wahrscheinlich eine Beschädigung des Laufflächengummis oder
sogenannte Ausbrüche nahe der Reifenäquatorialebene
verursacht werden, insbesondere während der Bewegung
bei hoher Geschwindigkeit Bevorzugter wird das
Verhältnis von Tr2/Tr1 auf 1.3 bis 1.8 eingestellt.
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Radialreifen mit einer Reifengröße von P165/70R13
wurden experimentell mit den in Tabelle 1 gezeigten
Laufflächengummimischungen und der Spezifizierung in
Tabelle 2 hergestellt Diese wurden getestet im
Vergleich mit den in denselben Tabellen gezeigten
Referenzbeispielen.
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In der Tabelle ist das Rollwiderstandsverhältnis der
Meßwert im standardmäßigen Maximallastzustand, durch
eine Tisch-Trommeltestmaschine nach Anbringung der
Reifen an spezifizierten Felgen und Einstellen des
Innendrucks auf 240kPa, und zwar ausgedrückt als ein
Verhältnis, wobei der Wert des Referenzbeispieis 1 als
100 genommen wird. Der tatsächliche Autofahrkomfort war
eine Funktionsbewertung eines Fahrers bei Betrieb auf
einer Teststrecke, und zwar mit den Reifen auf den
spezifizierten Felgen, einem Innendruck von 240kPa und
beim Testen an einem in Japan hergestellten
Personenkraftwagen mit einem Hubraum von 1500cc, ausgedrückt im
Vergleich mit Referenzbeispiel 1 als 100. Ein kleinerer
Wert des Rollwiderstandsverhältnisses bedeutet den
niedrigeren Kraftstoffverbrauch, und ein größerer Wert
der Bewertung des tatsächlichen Autofahrkomforts
bedeutet das bessere Ergebnis.
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Beide Ausführungsformen 1 und 2 zeigten exzellente
Niedrig-Kraftstoff-Verbrauchs-Eigenschaften, und
Ausführungsform 1 war außerdem im Fahrkomfort überlegen.
Tabelle 1
Mischung
Natürliches Gummi
SBR
Kohlenstaffruß
Schwefel
Vulkanisationsbeschleuniger
tan δ
(Einheit: PHR)
Tabelle 2
Ausführungsform
Vergleich
Reifengröße
Gürtelschicht
Cordzusammensetzung
Winkel
Breite
Anzahl von getriebenen Corden
Lauffläche Kronengummischicht 10C
Basisgummischicht 10B
Laufflächenkrümmungsradius
Rollwiderstandsverhältnis
Bewertung des tatsächlichen Autofahrkomforts
Grad