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Die
Erfindung betrifft einen druckluftlosen Fahrzeugreifen. Druckluftlose
Fahrzeugreifen sind insbesondere wegen ihrer Pannenresistenz bezüglich eines „Platten" von Interesse.
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Bei
herkömmlichen
Fahrzeugluftreifen sind unterschiedliche konstruktive Lösungsansätze bekannt
geworden, um einen Fahrzeugluftreifen pannensicher in Bezug auf
einen plötzlichen
Druckluftverlust zu gestalten. Eine Lösung setzt im Pannenfall auf
Notlaufeigenschaften des Luftreifens durch verstärkte Seitenwandkonstruktionen,
so dass der Notlaufreifen aufgrund der verdickten Seitenwände über eine
gewisse Fahrtstrecke selbstragend erhalten bleibt. In einer anderen
Lösung
wird vorgeschlagen, den plötzlichen
Druckluftverlust und somit den Pannenfall von vornherein durch eine
Durchstichresistenz des Reifens oder durch selbstdichtende, im Reifen
angeordnete, Dichtmittel enthaltende Einlage zu verhindern, welche
aber gerade bei Durchstichen von Gegenständen größeren Durchmessers nicht zuverlässig abdichten.
Insbesondere die Fahrzeugluftreifen mit verstärkten Seitenwänden weisen
Nachteile bezüglich
des Reifengewichtes und der Einfederungseigenschaften auf.
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Konstruktionen
von druckluftlosen Reifen sind beispielsweise massive Reifen oder
Reifen mit Speichen. Bekannte druckluftlose Fahrzeugreifen können zwar
nicht der Panne eines plötzlichen Druckluftverlustes
unterliegen, weisen aber insbesondere hinsichtlich des Fahr- und Einfederungsverhaltens
Nachteile im Vergleich zu Fahrzeugluftreifen auf.
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Aus
der
WO 03/018332 A1 ist
ein druckluftloser Reifen mit einer Speichenkonstruktion bekannt geworden,
bei dem oberhalb einer kreisringförmigen Verstärkungslage
radial außen
eine Lauffläche
aufgebracht ist, und von der nach radial innen Rippenspeichen angeordnet
sind, die durch Mittel an der Felge angebunden sind. Die kreisringförmige Verstärkungslage
dient als elastomere Scher-Lage, die Membrane mit höherer Zugfestigkeit
enthält,
als die Scherfestigkeit der Scherlage. Durch diese konstruktive
Maßnahme
soll ein uniformer Bodenkontaktdruck der Bodenkontaktfläche erreicht
werden. Jedoch erhitzt sich der Reifen im Betrieb stark durch eine
hohe zu leistende Walkarbeit der sich im Umlauf elastisch verformenden
Verstärkungslage
und unterliegt damit starker Beanspruchung, die sich negativ auf
die Lebensdauer des Reifens auswirkt.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen pannenresistenten Reifen mit
guten Fahr- und guten Einfederungseigenschaften zu schaffen, der
zudem vergleichsweise langlebig ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst,
indem der druckluftlose Fahrzeugreifen aus wenigstens einem eine kreisrunde
Umfangsfläche
aufweisenden Segment besteht, wobei jedes Segment wenigstens aus
einem radial inneren Ring und einem radial äußeren Ring besteht, wobei die
Ringe aus starrem Material bestehen, wobei der radial innere Ring
und der radial äußere Ring
durch hochelastische Festigkeitsträger nach Art von Speichen miteinander
unter Spannung stehend verbunden sind, wobei der radial innere Ring starr
zentriert an einer Rotationsachse angeordnet ist und als Felge dient
und wobei der radial äußere Ring durch
die Anbindung über
die Festigkeitsträger
gegenüber
dem inneren Ring auslenkbar angeordnet ist und dessen radial äußere Mantelfläche die
Lauffläche
des Reifens darstellt.
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Erfindungswesentlich
ist, dass starre Ringe, welche untereinander mit Speichen verbunden
sind, den druckluftlosen Reifen bilden. Der radial innere Ring wird
nicht ausgelenkt, während
der äußere Ring gegenüber dem
inneren Ring durch die Anbindung über elastischen Speichen auslenkbar
angeordnet ist. Mit der radial äußeren Mantelfläche des
radial äußeren Ringes
liegt der Reifen auf der Fahrbahn auf und kann ein Laufstreifenprofil
aufweisen.
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Im
Betriebszustand wird der radial äußere Ring
gegenüber
dem radial inneren Ring ausgelenkt, so dass der radiale Abstand
zwischen innerem und äußerem Ring
des am Fahrzeug angeordneten Reifens an der der Fahrbahnoberfläche zugewandten Seite
geringer ist, als der Abstand zwischen beiden Ringen auf der der
Fahrbahnoberfläche
abgewandten Seite. Denn durch die Auflast des Fahrzeugs wirkt eine
senkrecht zur Fahrzeugachse in Richtung Fahrbahnoberfläche gerichtete
Kraft, die die oberhalb der Achse angeordneten Festigkeitsträger, also die
Festigkeitsträger,
die von der Fahrbahnoberfläche
entfernt angeordnet sind, durch die Auslenkung unter größere Spannung
setzt, während
die der Fahrbahnoberfläche
zugewandten Festigkeitsträger
entsprechend unter geringerer Spannung stehen.
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Im
Fahrbetrieb sind entsprechend der auftretenden dynamischen Kräfte dynamische
Auslenkungen ermöglicht.
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Es
findet keine Verformung eines oder beider Ringe eines Segmentes
statt, sondern es ändert
sich zumindest der radiale Abstand zwischen beiden Ringen, welche
durch elastische Festigkeitsträger
miteinander verbunden sind.
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Fahrbahnunebenheiten
werden durch die elastische Aufhängung
des radial äußeren Ringes ausgeglichen,
so dass ein besonders vibrationsarmes und erschütterungsfreies Fahren trotz
eventueller auftretender Bodenunebenheiten ermöglicht ist.
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In
Analogie mit einem herkömmlichen
Fahrzeugreifen fungiert der innere Ring quasi als Felge, während der äußere Ring
quasi als Gürtel
dient. Die die Ringe verbindenden Festigkeitsträger übernehmen quasi die Funktion
der Karkasse. Die Festigkeitsträger
können
einen geringen, mittleren oder hohen Elastizitätsmodul von 1.0–20.0 GPa
aufweisen.
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Ring
hat in dieser Anmeldung die Bedeutung von einem kreisförmigen Ring.
Ein Ring ist beispielsweise aus Metall, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung
gefertigt und kann vorgefertigte Ansatzpunkte für die Anordnung der Festigkeitsträger an dem
Ring aufweisen.
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Die
Speichen können
einen länglichen,
aber auch runden, eckigen oder ovalen Querschnitt oder Kombinationen
von diesen aufweisen. Über
den Umfang können
die Speichen in etwa hintereinander oder aber auch in etwa hintereinander
und nebeneinander angeordnet sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn zwei oder mehr Segmente parallel zueinander
auf derselben Achse angeordnet sind und gemeinsam einen Fahrzeugreifen
bilden. Hierdurch ist ein Fahrzeugreifen geschaffen, der aus mehreren
Segmenten besteht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Mehrsegmentreifens ist jeder äußere Ring eines jeden Segmentes
unabhängig
von einer Auslenkung und dem Betrag der Auslenkung des benachbarten äußeren Ringes
auslenkbar. Es reagiert also jeder radial äußere Ring unabhängig von
den benachbarten radial äußeren Ringen.
Die inneren Ringe sind nicht auslenkbar. Am Beispiel einer Fahrbahnunebenheiten,
die schmaler als die Reifenaufstandsbreite ist, werden nur die radial äußeren Ringe
derjenigen Segmente um einen Betrag -abhängig von der Materialwahl der
Festigkeitsträger-
entsprechend der Bodenunebenheit ausgelenkt, während die benachbarten Segmentringe,
deren Aufstandfläche
außerhalb
der Bodenaufstandsfläche
liegt, nicht oder nur kaum ausgelenkt werden.
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Wenn
die Segmente vorzugsweise achsparallel über den gesamten Ringumfang
flexibel miteinander verbunden sind, können die Auslenkungen der äußeren Ringe
gekoppelt und gedämpft
werden. Die Verbindung soll aber auch weiterhin gewisse vertikale,
horizontale und torsionale Auslenkungen ermöglichen.
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Die
Festigkeitsträger,
welche als Speichen dienen sind entweder Garne, Korde, Monofilamente oder
Hybridmonofilamente, welche vorzugsweise aus Gummi, Polyurethan,
Polyamid und/oder Polyester oder deren Zusammensetzungen bestehen.
Es können
auch in eine Gummimischung eingebettete Festigkeitsträger als
Speichen Verwendung finden oder es können in einer anderen Ausführungsform beispielsweise
Gummistreifen, die mit hochmoduligen Garnen ummantelt sind, eingesetzt
werden.
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Zu
den in dieser Anmeldung verwendeten Begriffen wird darauf verwiesen,
dass unter „Filament" generell ein langer
Einzelfaden zu verstehen ist, dass unter „Monofilament" ein Einzelfaden
(Filament) mit einem größerem Durchmesser
zu verstehen ist und unter „Kord" eine Anzahl von
Filamenten, welche miteinander verdreht sind, gefasst ist. Aus wenigstens
zwei Materialien bestehende Filamente, z.B. Matrix und Kurzfaser
aus verschiedenen Materialien, werden als „Hybridfilamente" bezeichnet. Als „Matrix" ist die Grundmasse
des Filaments bezeichnet, in der die Kurzfasern angeordnet sind.
Unter „Modul" ist der Elastizitätsmodul
zu verstehen.
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Damit
der Reifen dynamische, während
des Fahrbetriebs entstehende Kräfte
aufnehmen kann, ist es vorteilhaft, wenn die Speichen zur Verbindung des
inneren und des äußeren Ringes
radial, diagonal und/oder in Kombinationen von radial und diagonal geführten Festigkeitsträgern zwischen
dem inneren und äußeren Ring
sind.
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In
verschiedenen Ausführungsformen
können
die Ringe einen in etwa rechteckigen oder in etwa runden Querschnitt
aufweisen und entweder massiv oder zur Gewichtsreduktion hohl ausgeführt sein.
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Insbesondere
bei Ausführungsformen,
bei denen hochmodulige Festigkeitsträger zum Verbinden des radial
inneren und des radial äußeren Ringes
verwendet werden, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem radial inneren
und dem radial äußeren Ring
eines Segmentes wenigstens ein weiterer, durch Festigkeitsträger miteinander
verbindbarer Zwischenring angeordnet ist. Hierdurch ist die Deformationsfähigkeit
trotz hochmoduliger Festigkeitsträger gegeben. In besonderen
Ausführungsformen,
bei denen hochmodulige Festigkeitsträger als Speichen um Einsatz
kommen, kann der weitere Ring eine andere achsparallele Breite und/oder
eine andere Querschnittsform als der interne oder der externe Ring
aufweisen, um somit vorteilhafte dynamische Reifeneigenschaften
zu erlangen.
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Um
einen Fahrzeugreifen, der aus mehreren Segmenten besteht, eine interne
Stabilität
zu verleihen ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung der benachbarten
Ringe durch Anordnung von elastomeren Abstandhaltern zwischen den
benachbarten äußeren Ringen erfolgt,
wobei die elastomeren Abstandhalter fest mit der Ringoberfläche verbunden
sind. Je nach Eigenschaft des als Abstandhalter gewählten elastomeren
Materials, welches vorzugsweise Gummi ist, ist die interne Stabilität und somit
die Reifeneigenschaften festzulegen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der Zeichnungen, dies schematische Ausführungsbeispiele darstellen,
näher erläutert. Es
zeigen die:
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1 einen
Radialschnitt eines erfindungsgemäßen Mehrsegment-Reifens-unbeladener
Zustand;
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2 einen
Radialschnitt des Mehrsegment-Reifens-beladener Zustand;
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3 einen
Radialschnitt eines Mehrsegment-Reifens beim überfahren einer Bodenunebenheit;
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4 einen
Radialschnitt durch einen Mehrsegment-Reifen mit lateraler und vertikaler
Auslenkung
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5 einen
Radialschnitt der oberen Hälfte einer
anderen Ausführungsform
mit Zwischenringen;
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6 einen
Radialschnitt durch eine weitere Ausführungsform;
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7 einen
Radialschnitt durch eine weitere Ausführungsform mit Laufstreifen.
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Die 1 zeigt
einen druckluftlosen Fahrzeugreifen 1, der aus fünf einzelnen
Segmenten 2 besteht. Jedes Segment 2 besteht aus
einem radial inneren Ring 3 und einem radial äußeren Ring 4.
Die Ringe 3, 4 sind aus einer Aluminiumlegierung
gefertigt und verformen sich während
des Betriebes des Reifens 1 nicht. Der radial innere Ring 3 und
der radial äußeren Ring 4 sind
durch elastomere, elastische oder viskoelastische Festigkeitsträger 5 nach Art
von Speichen, welche unter Spannung stehen, miteinander verbunden.
Der radial innere Ring 3 ist starr zentriert an der Rotationsachse 6 angeordnet und
dient als Felge. Der radial äußere Ring 4 ist durch
die Anbindung über
die elastomeren Festigkeitsträger
gegenüber dem
inneren Ring auslenkbar angeordnet. Die radial äußere Mantelfläche des äußeren Ringes 4 trägt die Lauffläche des
Reifens (nicht dargestellt).
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In
Analogie zu einem herkömmlichen
Fahrzeugluftreifen fungiert der innere Ring 3 quasi als
Felge, während
der äußere Ring 4 quasi
die Funktion eines Gürtels
hat. Die die Ringe 3, 4 verbindenden Festigkeitsträger 5 übernehmen
quasi die Funktion der Karkasse. Die Festigkeitsträger 5 weisen
einen mittleren Elastizitätsmodul
von 3.0–8.0
GPa auf.
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Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen druckluftlosen
Reifens 1 wird im Betriebszustand, der in 2 dargestellt
ist, näher
erläutert.
In beladenem Zustand ist der radiale Abstand h1, h2 zwischen innerem
und äußerem Ring 3, 4 des
am Fahrzeug angeordneten Reifens 1 an der der Fahrbahnoberfläche 1 zugewandten
Seite h1 geringer, als der Abstand zwischen beiden Ringen h2 auf
der der Fahrbahnoberfläche 7 abgewandten
Seite, obgleich der Reifen 1 über seinen Umfang mit gleichen
Festigkeitsträgern gleicher
Spannung nach Art von Speichen hergestellt ist. Denn durch die Auflast
des Fahrzeugs wirkt eine senkrecht zur Fahrzeugachse in Richtung
Fahrbahnoberfläche 7 wirkende
Kraft, die die oberhalb der Achse 6 angeordneten Festigkeitsträger 5,
also die Festigkeitsträger 5,
die von der Fahrbahnoberfläche 7 entfernt
angeordnet sind, unter größere Spannung
setzt, während
die der Fahrbahnoberfläche 7 zugewandten
Festigkeitsträger 5 unter
geringerer Spannung stehen. Es findet keine Verformung eines oder
beider Ringe 3, 4 eines Segmentes 2 statt,
sondern es ändert
sich der radiale Abstand h1, h2 zwischen beiden Ringen, welche durch
elastomere elastische oder viskoelastische Festigkeitsträger 5 miteinander
verbunden sind. Ist der Reifen 1 im Betriebszustand, wird
sich immer aufgrund der Auflast des Fahrzeuges derjenige Zustand
der 2 einstellen, so dass ein bestimmter Festigkeitsträger während eines
Reifenumlaufs in Nähe
der Fahrbahnoberfläche
eine geringere Spannung aufweist, als wenn er um 180° gedreht
der Fahrbahnoberfläche am
entferntesten ist und größten Spannungen
unterliegt. Jeder Festigkeitsträger,
der als Speiche dient, unterliegt den größtmöglichen und geringstmöglichen
Spannungen innerhalb eines Reifenumlaufes. Aufgrund diesen Effektes
liegt die fiktive Achse 6', welche
parallel zur Rotationsachse 6 durch das Zentrum des äußeren Ringes 4 verläuft, oberhalb
der Rotationsachse 6.
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Die 3 zeigt
das Verhalten des erfindungsgemäßen Reifens 1 beim Überfahren
von Fahrbahnunebenheiten 8. Es wird deutlich, dass nur der äußere Ring 4 gegenüber dem
inneren Ring 3 in vertikaler Richtung ausgelenkt wird.
Durch die elastische bzw. viskoelastische Aufhängung des radial äußeren Ringes 4 werden
die Unebenheiten abgefangen/aufgenommen, so dass ein besonders vibrationsarmes
und erschütterungsfreies
Fahren trotz vorhandener Bodenunebenheiten ermöglicht ist. Jeder äußere Ring
eines jeden Segmentes ist unabhängig
von dem benachbarten Segment auslenkbar.
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Die 4 zeigt
sowohl eine vertikale Auslenkung als auch eine laterale Auslenkung
zweier Segmente 1 aufgrund einer Fahrbahnunebenheit 8 im Betriebszustand
des Reifens 1.
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Die
Auslenkbarkeit ist durch die Aufhängung (Material, Speichengestaltung
bzw. Wicklung des elastomeren Materiales zur Verbindung der Ringe
eines Segmentes) bestimmt.
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In
der 5 ist ein Radialschnitt der oberen Hälfte einer
anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen druckluftlosen
Reifens dargestellt. Zwischen radial innerem Ring 3 und
dem radial äußeren Ring
sind zwei weitere Zwischenringe 10 angeordnet, die durch
eine diagonale, einander kreuzende Festigkeitsträgerwicklung nach Art von Speichen eingebunden
sind. Insbesondere beim Einsatz von hochmoduligen Festigkeitsträgern 5 (10–300 GPa) zum
Verbinden des radial inneren 3 und des radial äußeren Ringes 4 ist
es vorteilhaft, wenn zwischen dem radial inneren 3 und
dem radial äußeren Ring 4 eines
Segmentes 1 wenigstens ein weiterer, durch Festigkeitsträger 5 miteinander
verbindbarer Ring 10 angeordnet ist. Hierdurch ist die
Deformationsfähigkeit
trotz hochmoduliger Festigkeitsträger gegeben und ein hoher Fahrkomfort
ist erhalten.
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In
der 6 ist ein Radialschnitt durch einen druckluftlosen
Reifen 1 nach dem vorbeschriebenen Prinzip dargestellt.
Die in dieser Figur gezeigte Ausführungsform zeichnet sich dadurch
aus, dass zwischen den axial benachbarten Ringen 3, 4 jeweils
ein Verbindungselement 11 aus hochelastischem elastomeren
Material angeordnet ist, durch welche der Reifen 1 eine
größere lateraler
Steifigkeit gewinnt. Die Verbindungselemente 11 können auch
nur zwischen den axial benachbarten inneren Ringen 3 oder
den axial benachbarten äußeren Ringen 4 angeordnet sein.
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Die 7 zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Reifens 1 im
Radialschnitt mit einem Laufstreifen 12, der sich als geschlossene
radial äußere Mantelfläche in axialer
Richtung oberhalb aller Segmente 2 angeordnet ist.
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- 1
- Fahrzeugreifen
- 2
- Segment
- 3
- Radial
innerer Ring
- 4
- Radial äußerer Ring
- 5
- Festigkeitsträger (Speiche)
- 6
- Rotationsachse
- 7
- Fahrbahnoberfläche
- 8
- Fahrbahnunebenheit
- 9
- Mantelfläche
- 10
- Zwischenring
- 11
- Verbindungselement
- 12
- Laufstreifen