DE102006046195A1

DE102006046195A1 - Luftreifen für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102006046195A1
Application number: DE200610046195
Authority: DE
Original assignee: RHP GmbH
Current assignee: RHP GmbH
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Der Einsatz von diagonalen Versteifungen im Reifen (durch den mit Luft/Gas gefüllten Innenraum) führt zu einer direkteren Kraftübertragung zwischen Felge und Straße, zu geringerem Rollwiderstand bei hohem Abrollkomfort. Denkbar wäre für die Versteifungen, also für die Fäden/Drähte/Bänder oder Gewebeflächen, der Einsatz von hochfesten Materialien, aber auch von Materialien mit Formgedächtnis oder variablem E-Modul, das Federungs- und Dämpfungsverhalten des Reifens könnte sich blitzschnell ändern. Wer weiß, vielleicht wird der Einsatz von bewegten Fahrwerks- oder Federelementen für einige Fahrzeuge irgendwann überflüssig.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen für Fahrzeuge. Entwicklungsingenieure von Luftreifen sind von je her einem Zielkonflikt unterworfen, sie müssen einen Kompromiss zwischen Komfort und geringem Rollwiderstand finden.
Einerseits wird heute versucht möglichst niedrige Reifenquerschnitte zu realisieren, um den Reifen bei auftretenden Querkräften möglichst formstabil zu halten, andererseits wird durch die geringe Querschnittshöhe und relativ steife Seitenwände der Fahrkomfort des Reifens geschmälert.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Reifen mit hohem Verformungswiderstand gegenüber Querkräften zu entwickeln und gleichzeitig den Federungskomfort des Reifens zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Stellt man sich den Querschnitt eines Reifens einmal stark vereinfacht als Rechteck vor, so versuchen die während der Fahrt auftretenden Querkräfte dieses Rechteck zu einem Parallelogramm zu verschieben. Setzt man nun im Reifenquerschnitt diagonal angeordnete Fäden/Drähte/Bänder 7 ein, so wird eine Verschiebung unterbunden. Nun ist ein Reifenquerschnitt niemals ein Rechteck und er verändert sich auch dynamisch durch Fliehkräfte, Querkräfte, Längskräfte und Unwuchten, denn Reifen sind elastisch und werden es wohl auch bleiben. Die Fäden/Drähte/Bänder 7 (1) verhindern ein seitliches Verschieben des Laufstreifens gegenüber der Felge bei auftretenden Querkräften.
Bei vertikaler Belastung des Reifens federt der Reifen ein, seine Querschnittshöhe verringert sich, die unteren Krafteinleitungspunkte 8 wandern denen der Felge nähergelegenen in vertikaler Richtung entgegen. Die Fäden/Drähte/Bänder 7 würden nun erschlaffen, wenn der Reifen nicht elastisch wäre und durch den im Inneren herrschenden Überdruck stabilisiert würde. Je nach Positionierung der Krafteinleitungspunkte 8 werden sich die Seitenwände 1 verformen und nach außen wandern, dadurch bleiben die Fäden/Drähte/Bänder 7 straff und eine seitliche Verschiebung des Laufstreifens gegenüber der Felge wird minimiert. Um eine gleichmäßige Einleitung der Zugkräfte der diagonalen Stabilisierungen zu erreichen, können anstelle der Fäden/Drähte/Bänder 7 auch Gewebeflächen 9 eingesetzt werden, also diagonale Versteifungsflächen zwischen den Krafteinleitungspunkten 8. Die Krafteinleitungspunkte verschmelzen somit zu einer Linie im Folgenden wird dennoch von Krafteinleitungspunkten gesprochen, denn eine Linie besteht aus unendlich vielen aneinandergereihten Punkten). In der Regel werden sich diese Gewebeflächen kreuzen und gegenseitig durchdringen oder aufeinanderstoßen. Es ist vorteilhaft, wenn die Fäden/Drähte/Bänder 7 im Bereich dieser Durchdringung, bzw. im Bereich des Aufeinanderstoßens von Gummi umschlossen (vulkanisiert) werden, um ein Scheuern der einzelnen Fasern aneinander zu vermeiden. Es kann auch die gesamte Gewebefläche mit Gummi ummantelt werden.
In 2 ist eine Variante gezeigt, die in Umfangsrichtung wirkende Kräfte, also Brems- und Beschleunigungskräfte, auffangen kann. Hierbei verlaufen die Fäden/Drähte/Bänder 7 oder Gewebeflächen 9 in der Seitenansicht des Rades nicht radial, sondern diagonal.
Eine sehr einfach zu produzierende Variante zeigt 3, der Stoß kann vernäht und/oder verklebt oder vulkanisiert werden.
Es kann sinnvoll sein eine Gewebefläche 9 mit definierter Gasdurchlässigkeit einzusetzen, um die Dämpfung im Reifen gezielt zu nutzen, denn beim Stauchen des Querschnitts wird das Gas bestrebt sein durch die Fläche zu strömen. Über die Anordnung der Kraftleitungspunkte 8 sowie durch unterschiedliche Biegesteifigkeiten und Konturen der Seitenwände 1 stellt sich die Verformung der Seitenwände bei vertikaler Belastung des Reifens ein. Um die gewünschte Kontur unter verschiedenen Lastzuständen zu erhalten, kann es sinnvoll sein, wie in 4 gezeigt, mehrere Etagen der Fäden 7/Gewebeflächen 9 übereinander anzuordnen.
An den Krafteinleitungspunkten 8 kann die Karkasse durch umlaufende Ringe in den Seitenwänden 1 verstärkt werden, um die Zugkräfte der Fäden/Drähte/Bänder 7 oder der Gewebeflächen 9 gleichmäßig in die Karkasse einzuleiten.
In 5 sind mögliche Konturverläufe der Seitenwände 1 dargestellt. Ein Problem ergibt sich evtl. wenn die Krafteinleitungspunkte 8 in unmittelbarer Nähe der Reifenwulst angeordnet sind, der Reifen könnte nach innen von der Felge gezogen werden. Um dieses zu verhindern könnte der Hump in der Felge erhöht werden oder es könnten Felgen eingesetzt werden, bei denen dieses konstruktiv bedingt ausgeschlossen ist (etliche Systeme existieren bereits, meist sind es Räder mit Notlaufeigenschaften).
Durch die vorgenannten Maßnahmen ist es möglich die Wandstärken der Seitenwände zu reduzieren, dadurch bedingt sinkt der Walkwiderstand. Der Reifen kann mit höheren Drücken gefahren werden, der Rollwiderstand sinkt und zwar nicht zu Lasten des Abrollkomforts. Die Querstabilität kann im Vergleich zu heutigen Reifen deutlich gesteigert werden. Bei der Auslegung eines solchen Reifens hätte man unendlich viele neue Möglichkeiten, so ließen sich z.B. die Außenflanken bei vertikaler Belastung des Rades „anheben" oder es ließe sich eine progressives Federverhalten des Reifen erzielen. Ebenso kann bei richtiger Auslegung ein sehr sanftes aufsetzen des Fahrstreifenprofils auf die Straße erreicht werden. Denkbar wären für die Fäden/Drähte/Bänder 7 oder Gewebeflächen 9 auch Materialien mit Formgedächtnis oder variablem E-Modul, das Federungs- und Dämpfungsverhalten des Reifens könnte blitzschnell den Erfordernissen angepasst werden.

Claims

Luftreifen für ein Fahrzeug, wobei der Reifenkörper im wesentlichen aus zwei Seitenwänden (1), einer Karkasse (2), einem mit einem Laufstreifenprofil versehenen Laufstreifen (3), einem mit Luft/Gas gefüllten Innenraum (4) sowie ggf. aus einem Gürtel (5) und/oder zwei mit Wulstkernen versehenen Reifenwülsten (6) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Innenraum (4) zwischen den Seitenwänden (1) diagonal angeordnete Fäden/Drähte/flache Bänder (7) verlaufen, welche an den Krafteinleitungspunkten (8) mit der Karkasse (2) verbunden sind.
Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden/Drähte/flachen Bänder (7) aus ein oder mehreren Fäden, Fasern oder Drähten bestehen, welche beliebige Geometrien der Querschnittsflächen aufweisen können.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden/Drähte/flachen Bänder (7) aus hochfestem Kohlenstoff oder hochfesten Metalllegierungen bestehen.
Luftreifen für ein Fahrzeug, wobei der Reifenkörper im wesentlichen aus zwei Seitenwänden (1), einer Karkasse (2), einem mit einem Laufstreifenprofil versehenen Laufstreifen (3), einem mit Luft/Gas gefüllten Innenraum (4) sowie ggf. aus einem Gürtel (5) und/oder zwei mit Wulstkernen versehenen Reifenwülsten (6) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (4) zwischen den Seitenwänden (1) Gewebeflächen (9) angebracht sind, welche aus Kohlenstofffasern, einem Metallgeflecht oder anderen Geweben hergestellt sind und an den Krafteinleitungspunkten (8) mit der Karkasse (2) verbunden sind, wobei die Gewebefläche im Reifen über den gesamten Umfang verläuft und somit die Form eines Ringes hat.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gewebeflächen aus vorgenanntem Anspruch innerhalb des mit Luft/Gas gefüllten Innenraums (4) ein oder mehrmals durchdringen oder aufeinanderstoßen und so eine Schnittlinie/Durchdringungslinie in Umfangsrichtung des Reifens entsteht.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Schnittlinie/Durchdringungslinie das Gewebe von Gummi eingeschlossen wird (vulkanisiert), um ein Reiben der Fäden/Fasern/Drähte aneinander zu vermeiden.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe aus vorgenannten Ansprüchen auch komplett von Gummi eingeschlossen sein kann (vulkanisiert).
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe aus vorgenannten Ansprüchen auch mit Öffnungen in der Fläche versehen sein kann.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden/Drähte/flachen Bänder (7) oder die Gewebeflächen (9) in der Seitenansicht nicht radial, sondern diagonal verlaufen.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hump in der Felge (10) stärker ausgeprägt wird, um ein Abrutschen des Reifens nach innen zu erschweren.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei wulstlosen Reifen die Krafteinleitungspunkte (8) im Bereich der Seitenwände (1) bis einschließlich zum Übergang Reifen-Felge liegen.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungspunkte (8) der jeweiligen Diagonalverbindung auch auf Höhe der Reifenwulst (6), mit Krafteinleitung in die Wulst, in der Seitenwand (1) (zwischen Wulst und Laufstreifen) oder im Bereich des Laufstreifens (3) liegen.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Karkasse (2) im Bereich der Seitenwände (1) sehr dünn und flexibel ausgeführt wird.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Karkasse (2) im Bereich der Seitenwände (1) unterschiedlich steif ausgebildet ist, um bei Belastung des Reifens die gewünschte Verformung zu erzielen.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Karkasse (2) auf Höhe der Krafteinleitungspunkte (8) Verstärkungen integriert sind, die in Umfangsrichtung des Reifens verlaufen (ähnlich einem Wulstkern) und die Zugkräfte der Fäden/Drähte/flachen Bänder (7) oder der Gewebeflächen (9) in die Karkasse einleiten.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Seitenwände (1) jeder beliebigen mathematischen Funktion folgt.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch beliebig viele Fäden/Drähte/flache Bänder (7) oder der Gewebeflächen (9) in mehreren Etagen über den Querschnitt angeordnet sein können.
Luftreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung der Fäden/Drähte/Bänder (7) oder Gewebeflächen (9) auch Materialien mit Formgedächtnis oder variablem E-Modul eingesetzt werden.