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Dokumentenidentifikation DE4114279C2 15.09.1994
Titel Fahrzeugreifen mit Profilnuten
Anmelder Continental Aktiengesellschaft, 30165 Hannover, DE
Erfinder Lampe, Gerhard, 30453 Hannover, DE
DE-Anmeldedatum 02.05.1991
DE-Aktenzeichen 4114279
Offenlegungstag 05.11.1992
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.09.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.09.1994
IPC-Hauptklasse B60C 11/04
IPC-Nebenklasse B29C 35/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugreifen mit Profilnuten, der in einer radial geteilten Vulkanisationsform hergestellt wird. Jedes der in Umfangsrichtung aneinander gereihten Formsegmente formt während der Heiz- und Preßphase im Herstellungsverfahren einen Reifensektor ab.

Die Profilnuten sind bei den meisten Anwendungsfällen von Fahrzeugreifen erforderlich, um die Griffigkeit zu erhöhen und, um die Wasserabführung aus dem Aufstandsflächenbereich zu verbessern. Nachteiligerweise strahlen in der Regel profilierte Fahrzeugreifen ein höheres Geräusch ab als unprofilierte Fahrzeugreifen. Das Abrollgeräusch wird von Fahrzeuginsassen und vor allem von Straßenanwohnern als störend empfunden.

Die DE-OS 38 13 954 offenbart einen Fahrzeugluftreifen, bei dem zumindest ein Teil der Oberfläche der Lauffläche eine Oberflächenrauhigkeit von mindestens 100 µm und vorzugsweise unter 2 mm aufweist. Dies soll zu einer Schallpegelabsenkung führen. Es hat sich allerdings gezeigt, daß eine Oberflächenrauhigkeit im unteren Bereich des angegebenen Intervalles nur zu einer kaum meßbaren Pegelabsenkung führt. Größere Rauhigkeiten können aber nicht zugelassen werden, weil dann die Tendenz der Reifenprofile, Steine zu fangen, zu sehr steigt. Ferner stellte sich heraus, daß Rauhtiefen im oberen Bereich des genannten Intervalles die Entformung der fertigvulkanisierten Reifen behindern; zwar sind die Reifen aufgrund der vorhandenen, sehr kräftigen Vorrichtungen nach wie vor entnehmbar, aber es kommt in den tiefsten Stellen der Rauhtiefen zu feinen Anrissen, die die Hochgeschwindigkeitsfestigkeit und die Lebensdauer senken.

Letztgenannter Nachteil ist umso krasser, desto scharfkantiger die Rauhigkeit ausgeführt ist und desto größer der Höhenunterschied zwischen tiefsten und höchsten Punkten - nachfolgend Rauhtiefen genannt - ist. Da die Rauhigkeit umso scharfkantiger sein muß, desto kleiner die Rauhtiefen sind, damit überhaupt noch ein statistisch meßbarer Effekt übrigbleibt, können nicht beide Größen hinreichend klein gehalten werden.

Aus der DE-OS 38 24 897 ist eine dahingehende Weiterbildung des erstgenannten Standes der Technik bekannt, daß die Rauhigkeit zu einer Rilligkeit weitergebildet ist.

Mit "Rilligkeit" ist in dieser Anmeldung eine Strukturierung der Art gemeint, daß die erhabenen Oberflächenbereiche - nachfolgend Rillenberge genannt - genauso wie die zurücktretenden Oberflächenbereiche - nachfolgend Rillentäler genannt - im wesentlichen parallele Linien bilden. Bisweilen wird für eine solche Oberflächenstruktur auch der Begriff "Riffeligkeit", verwendet. Ein anderer - in der Technik häufig benutzter - Begriff mit ähnlicher Bedeutung ist "Welligkeit"; dieser Begriff ist hier nicht verwendet worden, weil er den unzutreffenden Eindruck hervorrufen könnte, daß in einem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Rillenberge und -täler dieselben geschwungen, das heißt stetig differenzierbar erscheinen müßten; vielmehr soll der verwendete Begriff neben geschwungenen auch scharfkantige Ausführungen umfassen. Eine scharfkantige Rilligkeit ergibt eine besonders deutliche Pegelabsenkung; sie allerdings in einer Großserienfertigung schwieriger aufrecht zu erhalten als eine geschwungene Ausführung aufgrund beschleunigten Verschleißes der Vulkanisationsformen.

Beiden zuvor behandelten Ständen der Technik ist die Aufgabe gemein, die Lärmemission im Reifenbetrieb zu mindern. Beide haben den Nachteil, die Reifenentformung zu erschweren wegen verringerten Gleitvermögens des vulkanisierten Gummis gegenüber den rauheren Wandungen der Vulkanisationspresse.

Die US-PS 4,481,992 offenbart, zickzackförmigen Längsrillen von LKW-Reifen eine weitere Zickzackfunktion kürzerer Wellenlänge zu überlagern, wobei die kürzere Wellenlänge bei einer Profiltiefe von etwa 14 mm zwischen 4 und 8 mm liegen soll, während die größere Wellenlänge etwa bei 40 mm liegen soll. Das kurzwelligere Zickzack soll Verschleißkonzentrationen in den Buchten des langwelligeren Zickzacks eindämmen. Auch hierbei kommt es zu einer Erschwernis des Ausformens.

In Einzelmessungen liegt die Reproduzierbarkeit akustischer Messungen nur knapp unter 1 dB; bei statistischer Auswertung von Serienmessungen liegt die Nachweisbarkeitsgrenze nicht unter 0,3 dB. Aufgabe der Erfindung ist es, das Reifenabrollgeräusch gegenüber nicht-rilligen Vergleichsreifen deutlich meßbar zu vermindern und gleichzeitig jede Erschwernis der Reifenentformung nach erfolgter Vulkanisation zu vermeiden, so daß das Entformen zu keinen Rissen führt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Fahrzeugreifen gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Mit dem Begriff "Radialrilligkeit" ist im Rahmen dieser Anmeldung eine solche Rilligkeit gemeint, daß - nach Zerlegung der Erstreckung der Rillentäler und Rillenberge in eine Komponente in Umfangsrichtung und in eine Komponente in radialer Richtung - die Komponente in Umfangsrichtung höchstens 58% der Komponente in radialer Richtung beträgt, so daß sich sich die Rillentäler und -berge im wesentlichen radial erstrecken. Unter Verwendung dieses Begriffes läßt sich die erfindungsgemäße Lehre auch so ausdrücken, daß zumindest einige Flankenflächen einiger Profilnuten radialrillig ausgebildet sind.

Ferner soll die Richtung der Rillen mit der Öffnungsrichtung des den jeweiligen Reifenbereich abformenden Segmentes der Vulkanisationsform übereinstimmen. Hierdurch wird der kleinstmögliche Widerstand beim Entformen der geheizten Reifen aus der Vulkanisationspresse erzielt und eine Erhöhung der Rißgefährdung vermieden. Hierzu dient eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6, einer radial geteilten Vulkanisationsform, wobei jedes der in Umfangsrichtung aneinander gereihten Formsegmente einen Reifensektor abformt und die nutflankenbildenden Flächen eines jeden Formsegmentes Rillentäler und Rillenberge aufweisen, deren Erstreckung parallel zur Bewegungsrichtung des Formsegmentes ist. Sofern - wie üblich - die Bewegungsrichtung der Formsegmente mit der Mittelsenkrechten auf die Segmentsehne übereinstimmt, ergeben sich Reifen gemäß dem Anspruch 1.

Die erfindungsgemäß radialrilligen Oberflächen weisen bei größerer Schalldiffusion einen kleineren Schallreflexionsgrad und einen erhöhten Schalldämpfungsgrad gegenüber glatten Flächen auf. Selbst bei unverändert emittierter Schalleistung aus der Kontaktzone Reifen-Fahrbahn selbst wird der ans Ohr dringende Schallpegel kleiner, weil die Impedanz der zwischengeschalteten, schallübertragenden Luftsäulen zwischen Nuten und Fahrbahn erhöht ist.

Die erfindungsgemäße Maßnahme zur Schalldämpfung greift sehr dicht an der Schallquelle Kontaktzone an.

Neben den aus der Kontaktfläche Reifen/Fahrbahn stammenden Geräuschanteilen spielen auch die allein durch ungleichmäßige Luftströmungen verursachten Geräuschanteile eine erhebliche Rolle. Sowohl an der Einlaufstelle als auch an der Auslaufstelle aus der Profilaufstandsfläche entsteht sogenanntes "Airpumping". Dabei entstehen hochfrequente Geräuschanteile, die als Zischen empfunden werden. Bei diskreten Geschwindigkeiten können sich diese Geräusche zu einem Heulen steigern. Bei nur geringer Variation der Profilschrittlängen kann sogar ein pfeifenähnliches Geräusch entstehen. - Diese strömungsbedingten Geräuschanteile werden besonders effektiv mit der Erfindung gesenkt.

Durch die Beschränkung der Strukturierung der Flanken auf eine radial ausgerichtete Rilligkeit wird vermieden, daß die Nutenflanken in erhöhtem Maße Steine fangen; die Wirkung der nach radial außen weisenden Fliehkraft auf eventuell in die Nuten eingedrungene Steine wird in keiner Weise vermindert.

Neben der Radialrilligigkeit der Nutflanken weisen vorzugsweise auch die Nutengründe eine Strukturierung auf. Die Nutengründe können insbesondere unregelmäßig gestaltet, das heißt rauh sein, so daß keine Richtung bevorzugt ist. Die solchermaßen strukturierten Oberflächen erscheinen unabhängig von der Blickrichtung als körnig und matt. Vorzugsweise ist die Rauhigkeit der Nutengründe so bemessen, daß etwa das Erscheinungsbild von grobem Schmirgelpapier, z. B. mit einer 40er-Körnung, erreicht wird.

Solche ungerichtete Strukturierungen können dadurch erzeugt werden, daß die entsprechenden Oberflächen der Vulkanisationsform entsprechend strukturiert ausgebildet sind; dies kann durch Blasstrahlen, zum Beispiel mit Sand oder Koksgrieß oder gemahlener Schlacke erreicht werden.

Bei der Gestaltung der Radialrilligigkeit des Profilnutengrundes spielen die Aspekte des Steinefangens und der Entformbarkeit keine Rolle; allerdings hat sich zur Strömungsdämpfung eine Rilligkeit als besonders effektiv erwiesen, bei der die Rillenberge und Rillentäler sich etwa senkrecht zur jeweiligen Nutenrichtung erstrecken, bei Umfangsnuten also in etwa axialer Richtung und bei Quernuten etwa in Umfangsrichtung.

Das Ausmaß der Rilligkeit des Nutengrundes konkurriert mit dem Entwicklungsziel, bei möglichst geringem Reifengewicht eine große Profiltiefe anbieten zu können. Wo dieses andere Entwicklungsziel besonders wichtig ist, empfiehlt sich eine nur kleinamplitudige Rillung des Nutengrundes. Es ist auch möglich, die Nutengründe glatt zu lassen.

Die Radialrilligkeit der Nutenflanken führt an den Klotzkanten zu leicht erhöhtem Kraftschluß und Verschleiß. In Marktsegmenten, wo dies unerwünscht ist, ist eine Kompensation durch eine härtere Gummimischung möglich.

Insbesondere für nicht angetriebene Achsen von Nutzfahrzeugen ist aber auch eine Differenzierung dergestalt möglich, daß nur die Quernuten radialrillig ausgebildet sind und die Quernuten glatt gelassen bleiben. Die erhöhte Griffigkeit kommt dann bei Übertragung von Seitenführungskräften zur Geltung; andererseits wird die Lebensdauer praktisch nicht vermindert, da die Fahrzeuge weit überwiegend geradeaus fahren.

Eine Differenzierung dergestalt, daß die Radialrilligkeit der Quernuten zumindest größer ist als die der Längsnuten empfiehlt sich überdies für die Reifen, die zu den Seiten hin ein störenderes Geräusch abstrahlen als nach vorne und/oder hinten. Dies ist in der Regel bei all den Reifen der Fall, deren Bodenaufstandsfläche in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung aufweist als in axialer Richtung.

Analog gilt für die anderen Reifen, wo die axiale Erstreckung der Bodenaufstandsfläche größer ist als die in Umfangsrichtung, also insbesondere für die extremen Breitreifen von Hochleistungs-PKW, daß dort die Radialrilligkeit der Längsnuten zumindest größer sein sollte als die der Quernuten. Zur Vereinfachung kann auf die Radialrilligkeit der Quernutenflanken auch ganz verzichtet werden. Die Radialrilligkeit der Längsnuten hat bei der Reifenherstellung zudem den Vorteil, daß sich die Kautschukfließverhältnisse beim Schließen der radial geteilten Vulkanisationsform in der Weise verändern, daß weniger Kautschuk in Umfangsrichtung zu den Segmentgrenzen hin abfließt.

Es ist noch unklar, wie das veränderte, matter wirkende Erscheinungsbild am Markt aufgenommen wird; für Käuferschichten, die auf Glanz Wert legen, kann eine Beschränkung auf die Radialrilligkeit der weniger sichtbaren Nutenflanken angezeigt sein, wodurch immerhin einen Teil der durch Oberflächenstrukturierung möglichen Geräuschreduzierung realisiert wird.

Die Radialrilligkeit der Nutenflanken ist vorzugsweise so bemessen, daß der Höhenunterschied zwischen den Tälern und Bergen einer Nutenfläche - der nachfolgend als Doppelamplitude bezeichnet wird - zwischen 0,5% und 8% der jeweiligen Profiltiefe beträgt.

In der Draufsicht auf eine radialrillige Nutenflanke sollte der Abstand zwischen den nächstliegenden höchsten und tiefsten Linien der Nutenfläche zwischen 1% und 10% der Profiltiefe betragen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen partiellen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Fahrzeugreifen und

Fig. 2 eine partielle Draufsicht auf den gleichen Reifen.

Fig. 3 eine partielle Draufsicht auf eine Reifenvariante mit rilligen Nutengründen und einer Flankenrilligkeit nur in den Quernuten.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt in Umfangsrichtung U durch einen Fahrzeugreifen 1 mit Längsnuten 2, wobei der Schnittverlauf mitten durch eine Längsnut 2 gelegt ist. Der Bildausschnitt zeigt drei von neun Reifensektoren 9. Jeder Reifensektor 9 wird im Laufflächenbereich von einem Segment der Vulkanisationsform geprägt. Die Segmente bewegen sich beim Öffnen der Form jeweils in der mit "Ö" bezeichneten Richtung. Hier ist - wie üblich - die Öffnungsrichtung "Ö" so gelegt, daß sich die Segmentmitte exakt radial bewegt, daß also die Öffnungsrichtung Ö mit der Winkelhalbierenden zwischen den Sektorgrenzen 10 zusammenfällt.

Erfindungsgemäß ist die Rilligkeit der Nutenflanken 3 so ausgerichtet, daß die Rillenberge 5 und -täler 6 parallel zur jeweiligen Segmentöffnungsrichtung Ö verlaufen.

Der Nutengrund 4 ist rauh; die erhabenen Stellen sind mit dem Bezugszeichen 7 und die versenkten mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Der Höhenunterschied zwischen den Erhebungen 7 und den Senken 8 ist mit h4 bezeichnet. Im Verhältnis zur mittleren Profiltiefe t beträgt h4 in diesem Ausführungsbeispiel 7% bis 8%.

In der Fig. 2 , einer partiellen Draufsicht auf den gleichen Reifen, gibt die dick strichpunktierte Linie I-I den Schnittverlauf der Fig. 1 an. Überdies zeigt Fig. 2 der Unterschied zwischen ungerichtet strukturierten, das heißt rauhen, Flächen - hier den Nutengrund 4 - und gerichtet strukturierten, nämlich radialrilligen Flächen - hier den Nutenflanken 3 - besonders deutlich. Sowohl die Erhebungen 7 als auch die Senken 8 des Nutengrundes 4 erscheinen bei dieser Ausführung in der Draufsicht punktförmig. Ohne Vergrößerung erscheint die solchermaßen strukturierte Oberfläche unabhängig vom Lichteinfall leicht mattiert. Hiermit wird zwar nicht der maximal mögliche akustische Effekt erzielt, aber immerhin ein erheblicher Teil davon.

Fig. 3 zeigt eine andere, insbesondere für LKW-Reifen bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Hiernach sind nur die Flanken 3Q der Quernuten 2Q radialrillig, während die Flanken 3L der Längsnuten 2L glatt sind. Hierdurch wird jegliche Lebensdauerverminderung vermieden.

Zur Steigerung des akustischen Effektes sind auch die Nutengründe 4 rillig, das heißt, daß sowohl die Erhebungen 7 als auch die Senken 8 in Form zumindest im wesentlichen gerader Linien vorliegen. Die Rilligkeit des Nutengrundes 4 ist so ausgerichtet, daß sich die Rillenberge 7 und -täler 8 in allen Nuten 2 im wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Nutenrichtung erstrecken, das heißt in den Quernuten 2Q im wesentlichen in Umfangsrichtung und in den Längsnuten 2L im wesentlichen in axialer Richtung.

Die Erfindung lehrt besonders leise Reifen und eine bevorzugte Vorrichtung zu deren besonders günstigen Herstellung in Großserie. Die bislang erreichten Pegelabsenkungen liegen bei etwa 2 dB. Die Erfindung führt praktisch zu keiner Verteuerung der Herstellung der Reifen.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeugreifen

2 Profilnuten in der Lauffläche eines Fahrzeugreifens 1

2Q Quernuten

2L Längsnuten

3 Flanken der Nuten 2

4 Grund der Nuten 2

5 Rillenberge auf den Nutflanken 3

6 Rillentäler auf den Nutflanken 3

7 Erhabene Stellen im Nutengrund 4

8 Versenkte Stellen im Nutengrund 4

9 Reifensektor, welcher von einem Formsegment einer radial geteilten Vulkanisationsform abgeformt wird

10 Grenzen eines Reifensektors 9 entsprechend den Segmentgrenzen der verwendeten Vulkanisationsform im Laufflächenbereich

h Höhenunterschied zwischen höchster Stelle 7 einer strukturierten Fläche bzw. Rillenberg 5 und der tiefsten Stelle (8) bzw. Rillental 6 der gleichen Fläche (3, 4)

h4 Höhenunterschied zwischen Erhebungen 7 und Senken 8 im Rillengrund 4

s Abstand von höchster Stelle einer strukturierten Fläche zur nächstbenachbarten tiefsten Stelle der gleichen Fläche

s3 Abstand von Rillenberg 5 zu nächstbenachbartem Rillental 6 auf Nutflanke 3

s4 Abstand von höchstem Punkt 7 zu nächstbenachbartem tiefsten Punkt im Nutengrund 4

t mittlere Profiltiefe

Ö Öffnungsrichtung eines Formsegmentes 9

U Umfangsrichtung.


Anspruch[de]
  1. 1. Fahrzeugreifen (1), der in einer radial geteilten Vulkanisationsform hergestellt wird, wobei jedes der in Umfangsrichtung (U) aneinander gereihten Formsegmente einen Reifensektor (9) abformt, mit, Profilnuten (2), von denen zumindest einige Flanken (3) rillig (zick-zack-förmig oder wellig) ausgebildet sind und zwar in der Weise, daß nach Zerlegung der Erstreckung der Rillentäler (6) und Rillenberge (5) in eine Komponente in Umfangsrichtung (U) und in eine Komponente in radialer Richtung die Komponente in Umfangsrichtung (U) höchstens 58% der Komponente in radialer Richtung beträgt, wobei sich die Rillentäler (6) und die Rillenberge (5) der Nutenflanken (3) innerhalb eines jeden Reifensektors (9) parallel zur radialen Ebene erstrecken, die den jeweiligen Reifensektor (9) mittig durchschneidet.
  2. 2. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutengründe (4) der Profilnuten (2) rauh oder rillig ausgebildet sind.
  3. 3. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutengründe (4) in der Weise rillig ausgebildet sind, daß die Rillentäler (6) und Rillenberge (5) sich im wesentlichen senkrecht zur Nutenrichtung erstrecken.
  4. 4. Fahrzeugreifen (1) zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Draufsicht auf eine radialrillige Nutenfläche (3, 4) der Abstand (s) zwischen den nächstliegenden höchsten Punkten (7) und tiefsten Punkten (8) der Nutenfläche (3, 4) zwischen 1% und 10% der mittleren Profiltiefe (t) beträgt.
  5. 5. Fahrzeugreifen (1) zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhenunterschied (h) zwischen den höchsten Punkten (7) und den tiefsten Punkten (8) einer radialrilligen Nutenfläche (3, 4) zwischen 0,5% und 8% der mittleren Profiltiefe (t) beträgt.
  6. 6. Radial geteilte Vulkanisationsform zur Herstellung eines Fahrzeugreifens nach Patentanspruch 1, wobei jedes der in Umfangsrichtung (U) aneinander gereihten Formsegmente einen Reifensektor (9) abformt und die nutflankenbildenden Flächen eines jeden Formsegments Rillentäler und Rillenberge aufweist, deren Erstreckung parallel zur Bewegungsrichtung (Ö) des Formsegments ist.






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