CH699293A1 - Fahrzeugrad mit federnden Speichen. - Google Patents

Abstract

Ein Fahrzeugrad aus einer starren Felge (1), einem flexiblen Reifen (2) ohne Luftfüllung und dazwischen angeordnete gegenüber der radialen Richtung winkelversetzte, federnde Speichen (3). Die Speiche (3) sind in drei oder mehr axial voneinander getrennte Gruppen mit abwechselnd gegenläufig gerichteter Winkelversetzung aufgeteilt.

Description

  [0001]    Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad aus einer starren Felge, einem flexiblen Reifen ohne Luftfüllung und dazwischen angeordnete, gegenüber der radialen Richtung winkelversetzte, federnde Speichen.

  

[0002]    Für den Zweck dieser Beschreibung sollen folgende Begriffe gelten: Der Begriff "Speiche" umfasst federnde Verbindungselemente zwischen Felge und Reifen, der Begriff "Felge" umfasst ein starres, in der Regel kreisscheibenförmiges, mit einer Nabe verbundenes oder versehenes Element, ggf. auch nur eine Nabe. Der Begriff "Reifen" umfasst ein ringförmiges, das Rad aussen umfassendes, flexibles Element, das mit einer elastischen Lauffläche versehen sein kann. Als "Breite" eines Rads und seiner Elemente wird seine Abmessung in axialer Richtung bezeichnet. Bei den hier betrachteten Rädern sind die Elemente Felge bzw. Nabe, Speichen und Reifen üblicherweise annähernd gleich breit.

  

[0003]    Während der längsten Zeit seit der Erfindung des Rads war dieses starr, d.h. es hatte keine federnden Teile. Falls eine Federung benötigt wurde, erfolgte diese ausschliesslich durch die Radaufhängung. Bis heute sind starre Räder vielfach im Einsatz, beispielsweise bei der Eisenbahn. Mit der Entwicklung der Strassenfahrzeuge wurden zunächst Räder mit einem elastischen Reifen und später das pneumatische Rad entwickelt und perfektioniert.

  

[0004]    Ein Problem, das pneumatische Reifen haben und für das bisher keine wirkliche Lösung gefunden wurde, ist die Gefahr einer Beschädigung mit Druckverlust, die den Reifen mit sofortiger Wirkung unbrauchbar macht und das Fahrzeug blockiert.

  

[0005]    Seit einiger Zeit sind Entwicklungen im Gange, die ein Rad zum Ziel haben, das ohne pneumatischen Reifen auskommt. Die dem Rad inhärente Federung wird durch elastische Speichen bewirkt, die den Reifen mit einer Felge oder Nabe verbinden. Der Reifen ist zwar elastisch, aber flach und hat keine Luftfüllung. Eine solche Entwicklung ist beispielsweise das sog. TWEEL der Firma Michelin. Auch andere Reifenproduzenten sind dabei, ähnliche Konzepte zu entwickeln.

  

[0006]    Bei den meisten dieser Entwicklungen sind die elastischen Speichen radial angeordnet. Es gibt auch Entwicklungen mit gegenüber der radialer Richtung winkelversetzten Speichen, die gegenüber radialen Speichen einige Vorteile bieten, beispielsweise einen längeren und besser definierten Federweg. Allerdings sind diese Räder bezüglich der seitlichen Relativbewegung zwischen Nabe und Reifen unbefriedigend.

  

[0007]    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rad der eingangs genannten Art zu finden, welches die Nachteile der bekannten Räder dieser Art nicht aufweist.

  

[0008]    Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Speichen in mindestens drei axial voneinander getrennte Gruppen mit abwechselnd gegenläufig gerichteter Winkelversetzung aufgeteilt sind.

  

[0009]    Vorzugsweise ist die Breite der Speichen, d.h. ihre Ausdehnung in axialer Richtung, in den einzelnen Gruppen verschieden.

  

[0010]    Im Folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Seitenansicht in axialer Richtung eines Rads nach einer Ausführungsform der Erfindung mit sechs Speichen pro Gruppe


  <tb>Fig. 2<sep>eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform gemäss Fig. 2


  <tb>Fig. 3<sep>eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform gemäss Fig. 2, jedoch ohne Reifen und mit drei Speichen pro Gruppe


  <tb>Fig. 4<sep>eine perspektivische Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 3, jedoch mit sechs Speichen pro Gruppe


  <tb>Fig. 5<sep>eine perspektivische Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 3, jedoch mit vier Gruppen von Speichen


  <tb>Fig. 6<sep>eine schematische Darstellung eines in einer Axialebene geführten Schnitts durch ein Rad mit drei Gruppen von Speichen


  <tb>Fig. 7<sep>eine schematische Darstellung eines in einer Axialebene geführten Schnitts durch ein Rad mit vier Gruppen von Speichen


  <tb>Fig. 8<sep>die Situation der Kraftaufnahme bzw. der Abstützung eines Rads mit 12 Speichen pro Gruppe und drei oder mehr Gruppen bei unterschiedlichen Drehwinkeln


  <tb>Fig. 9<sep>eine schematische Darstellung der Einwirkung radialer, tangentialer und axialer Kräfte auf das Rad.

  

[0011]    Wie schematisch in den Fig. 1und 2 gezeigt, besteht eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Rads aus einer Felge 1 und einem koaxial dazu angeordneten Reifen 2. Felge und Reifen sind durch Speichen 3 miteinander verbunden, die gegenüber der radialen Richtung winkelversetzt sind. Sie sind so angeordnet, dass an ihrer Verbindung mit der Felge und mit den Reifen der Übergang annähernd tangential verläuft. Zu diesem Zweck sind sie an ihrem einen Ende gebogen.

  

[0012]    Wie aus Fig. 2 und speziell aus Fig. 3 ersichtlich ist, haben die Speichen die Form von dünnen Blättern mit einer im Vergleich zu Länge und Breite geringen Dicke. Sie bestehen aus elastischem Material, beispielsweise aus Federstahl.

  

[0013]    In der perspektivischen Darstellung der Fig. 2 sind der Übersichtlichkeit halber nur die am nächsten zum Betrachter hin gelegenen Speichen dargestellt. Um zunächst das Prinzip übersichtlich darzustellen sind in Fig. 3 weniger Speichen dargestellt und der Reifen weggelassen. Es ist ersichtlich, dass die Speichen in drei Gruppen angeordnet sind. Die bei einer Stirnseite der Felge 1 angeordneten Speichen 3 bilden eine erste Gruppe. Die bei der gegenüberliegenden Stirnseite angeordneten Speichen 5, sind gleich ausgerichtet sind wie die Speichen 3 der ersten Gruppe und bilden eine zweite Gruppe. Die dazwischen angeordneten Speichen 4 sind entgegengesetzt gerichtet wie die Speichen der beiden anderen Gruppen und bilden eine dritte Gruppe.

  

[0014]    In Fig. 4 sind in einer entsprechenden Darstellung pro Gruppe sechs Speichen dargestellt, d.h. also die in den Fig. 1und 2gezeigte Zahl. Allerdings ist der Übersichtlichkeit halber in jeder Gruppe jede zweite Speiche gestrichelt gezeigt.

  

[0015]    Wie in den Fig. 3 und 4 erkennbar, sind die Speichen der mittleren dritten Gruppe breiter als diejenigen der beiden äusseren Gruppen. Die Speichen der beiden äusseren Gruppen haben eine Breite von etwa 60 - 80% der Breite der Speichen der mittleren Gruppe. Damit wird bewirkt, dass die mechanischen, insbesondere die elastischen Eigenschaften gleich-massig bzw. symmetrisch auf die Speichen mit unterschiedlicher Ausrichtung verteilt sind.

  

[0016]    Durch Variation der Breite der Speichen können diese Eigenschaften in gewissen Grenzen verändert werden, d.h. also gezielte Abweichungen von der symmetrischen Verteilung erreicht werde. Eine andere Möglichkeit für Variationen der Eigenschaften bestehen darin, die Dicke der Speichen in den einzelnen Gruppen unterschiedlich auszubilden. Schliesslich können auch noch Veränderungen von Materialeigenschaften, beispielsweise der Elastizität vorgenommen werden.

  

[0017]    Auch die Länge der Speichen kann zur Beeinflussung der Eigenschaften des Rads variiert werden. Im Übrigen besteht eine weitere Abstimmungsmöglichkeit in der Anpassung der Eigenschaften der Speichen an die Eigenschaften des Reifens, dessen Flexibilität ebenfalls durch Material, Dicke, Breite, Umfang, sowie durch die Anzahl der durch die Speichen gebildeten Stützpunkte bestimmt ist.

  

[0018]    In Fig. 5 ist eine Version mit vier Gruppen von Speichen 6-9 dargestellt, wobei wiederum der Übersichtlichkeit halber nur drei Speichen pro Gruppe gezeigt sind. Bei der Ausführungsform mit vier Gruppen sind alle Speichen vorzugsweise gleich breit. Im praktischen Anwendungsfall sind mehr Speichen vorzusehen, d.h. pro Gruppe mindestens sechs, aber je nach Anwendung auch wesentlich mehr, beispielsweise zwölf oder vierundzwanzig. In der Regel wird es eine Zahl sein, die sich gleichmässig über einen Umfang verteilen lässt.

  

[0019]    Bei allen Ausführungsformen ist es auch möglich, zur Erzielung spezieller Wirkung Gruppen von Speichen oder einzelne Speichen in Drehrichtung gegeneinander zu verschieben, beispielsweise derart, dass sie kammartig ineinander greifen.

  

[0020]    Die Fig. 6 und 7 zeigen eine schematische Darstellung eines Schnitts in einer Axialebene. Dabei sind die Speichen in einer Art Ersatzdarstellung als Spiralfedern wiedergegeben um die elastische Wirkung der Speichen zu verdeutlichen.

  

[0021]    Fig. 8 zeigt die Situation der Kraftaufnahme bzw. der Abstützung eines Rads mit 12 Speichen pro Gruppe und drei oder mehr Gruppen bei unterschiedlichen Drehwinkeln. Bei einer Anordnung mit nur zwei Gruppen von Speichen wäre die Einwirkung einer senkrecht auf die Lauffläche des Reifens gerichteten Kraft nur beim Stützpunkt der Speichen am Reifen symmetrisch entlang des Reifens. Demgegenüber bleibt bei drei oder mehr Gruppen von Speichen die symmetrische Krafteinwirkung bei Entfernung vom Stützpunkt der Speichen entlang des äusseren Reifens erhalten. Der Querschnitt und die Mittelinie des Reifens bilden die Symmetrieebene.

  

[0022]    Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung der Einwirkung radialer, tangentialer und axialer Kräfte auf das Rad. Wie in Fig. 9a gezeigt, entsteht bei ausreichender Zahl von Stützpunkten als Eigenschaft die homogene Verformung des Reifens bei senkrechter konstanter Krafteinwirkung auf den Reifen.

  

[0023]    Wie in Fig. 9b angedeutet entsteht bei Einwirkung eines Drehmoments auf die Felge eine geringe Drehverschiebung der Felge relativ zum reifen. Dies beeinträchtigt jedoch die Drehmomentübertragung von der Felge zum Reifen praktisch nicht. Fig. 9czeigt die Einwirkung einer axialen Kraft auf das Rad. Die Verschiebung der Felge relativ zum Reifen ist gering.

  

[0024]    Durch die Biegung der Speichen wird eine hohe Laufruhe erreicht. Die Speichen sind mit der Felge und mit dem Reifen durch die unterschiedlichsten Verbindungstechniken verbunden, beispielsweise durch Schweissen, Kleben, Verschrauben etc. Sie können auch einstückig ausgebildet sein. Speichen und Reifen können aus Federstahl mit einem Überzug aus einem Elastomer versehen sein.

  

[0025]    Das vorstehend beschriebene Rad kann in jeder zweckmässigen Grösse gebaut und für Automobile, wie auch für eine Vielzahl von anderen Fahrzeugen eingesetzt werden. Je grösser der Durchmesser desto mehr Speichen können pro Gruppe untergebracht werden. Selbstverständlich kann auch die Speichenzahl von Gruppe zu Gruppe variiert werden, wenn die gewünschten Eigenschaften dies erfordern würden.

Claims (6)

1. Fahrzeugrad aus einer starren Felge, einem flexiblen Reifen ohne Luftfüllung und dazwischen angeordnete, gegenüber der radialen Richtung winkelversetzte, federnde Speichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen in mindestens drei axial voneinander getrennte Gruppen mit abwechselnd gegenläufig gerichteter Winkelversetzung aufgeteilt sind.

2. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen in den einzelnen Gruppen unterschiedlich breit sind.

3. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen in vier axial voneinander getrennte Gruppen aufgeteilt sind.

4. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen aus gleichmässig über den Umfang verteilte Speichen bestehen.

5. Fahrzeugrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe aus sechs gleichmässig über den Umfang verteilte Speichen besteht.

6. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen einzelner Gruppen gegenüber denen der anderen Gruppen in Drehrichtung verschoben sind.