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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein schlauchloses Rad gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Bei
der Entwicklung von Fahrzeugen ist man kontinuierlich bestrebt,
das Fahrverhalten zu verbessern. Das Fahrverhalten von Fahrzeugen
hängt nicht nur
von der mechanischen Auslegung des Fahrwerks, sondern von einer
Vielzahl von Faktoren ab. Einen ganz wesentlichen Faktor bilden
die Räder,
d. h. das Zusammenspiel von Felgen und Reifen. Einen unmittelbaren
Einfluss auf das Fahrverhalten hat die Federrate des Reifens, die
durch eine Änderung
des Reifenluftdrucks verändert
werden kann. Während der
Fahrt kann der Reifenluftdruck jedoch nicht verändert werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Rad zu schaffen, dessen Federrate während der
Fahrt veränderbar
ist bzw. dessen Federrate sich während
der Fahrt automatisch ändert.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Ausgangspunkt
der Erfindung ist ein Rad, insbesondere ein schlauchloses Rad, mit
einer Felge und einem auf die Felge aufgezogenen Reifen, wobei die
Felge und eine Innenseite des Reifens eine unter Überdruck
stehende erste Luftkammer bilden.
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Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass mindestens eine zweite Luftkammer
vorgesehen ist, die zumindest in manchen Betriebszuständen des Rads über eine
Strömungsverbindung
mit der ersten Luftkammer in Strömungsverbindung
steht. Je nach Betriebszustand kann also mit unterschiedlich großen „effektiven” Reifenvolumina „gearbeitet” werden. Selbstverständlich können zusätzlich zu
der ersten Luftkammer mehrere weitere Luftkammern vorgesehen sein,
die bei Bedarf bzw. bei bestimmten Betriebszuständen des Rads „zuschaltbar” oder „abschaltbar” sind.
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Die
Volumina der ersten und der mindestens einen zweiten Luftkammer
können
gleich oder unterschiedlich groß sein.
Sind mehrere „zusätzliche” Luftkammern
vorgesehen, so können
diese in Bezug zueinander gleich große oder unterschiedlich große Volumina
aufweisen.
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Die
mindestens eine zweite Luftkammer kann von außen her an der Felge angeordnet
sein. Alternativ dazu kann die mindestens eine zweite Luftkammer
auch in der Felge vorgesehen sein. Die mindestens eine zweite Luftkammer
kann insbesondere in die „Felgenstruktur” integriert
sein. So kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine zweite Luftkammer
durch den Innenraum einer oder mehrerer „Speichenbereiche” der Felge
gebildet ist. Unter einem „Speichenbereich” einer
Felge wird ein Verbindungsabschnitt zwischen einem radial äußeren Felgenbereich
und einem radial innen Felgenbereich bzw. einem Nabenbereich der
Felge verstanden. Moderne Auto- bzw. Motorradfelgen weisen häufig eine ungerade
Anzahl derartiger Speichenbereiche auf, z. B. drei, fünf oder
sieben „Speichenbereiche”.
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Bei
der „Strömungsverbindung”, über welche die
erste Luftkammer mit der mindestens einen zweiten Luftkammer in
Strömungsverbindung
steht, kann es sich um eine „Drosselstelle” handeln.
Unter dem Begriff „Drosselstelle” wird ganz
allgemein eine Strömungsverbindung
mit vergleichsweise geringem Strömungsquerschnitt
verstanden, was bei einer schnellen Druckveränderung in einer der beiden Kammern
bei geöffneter
Drosselstelle zu einer zeitlich verzögerten Druckanpassung in der
mindestens einen anderen Luftkammer führt.
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Es
kann eine Drosselstelle vorgesehen sein, die permanent geöffnet ist.
Alternativ oder ergänzend dazu
kann zwischen der ersten Luftkammer und der mindestens einen zweiten
Luftkammer eine Strömungsverbindung
vorgesehen sein, in der ein schaltbares Ventil angeordnet ist. Denkbar
ist einerseits die Verwendung einer aktiv schaltbaren Ventils, d.
h. eines Ventils, das elektrisch ansteuerbar ist. Alternativ oder
ergänzend
dazu kann auch ein Ventil vorgesehen sein, das selbsttätig, z.
B. rein mechanisch gesteuert schaltet. Denkbar ist beispielsweise
ein Fliehkraftventil, das in Abhängigkeit
von der Raddrehzahl von einem Öffnungszustand
in einen Schließzustand schaltet
bzw. umgekehrt. Anstatt eines Ventils, das nur zwei definierte Zustände, nämlich einen Öffnungszustand
und einen Schließzustand
aufweist, kann auch ein Proportionalventil vorgesehen sein, das
sich bei verändernder
Raddrehzahl im Wesentlichen proportional zur Raddrehzahl öffnet bzw. schließt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die
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1a, 1b zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Rads mit einer zusätzlichen
Luftkammer;
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2a, 2b ein
Ausführungsbeispiel
eines Rads mit zwei zusätzlichen
Luftkammern;
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3a, 3b ein
Ausführungsbeispiel
eines Rads mit zwei unterschiedlich großen zusätzlichen Luftkammern;
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4 einen
Querschnitt durch das in den 3a, 3b,
gezeigte Rad in perspektivischer Darstellung;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines „Vier-Speichenrads”;
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6 einen
Querschnitt durch ein Scheibenrad in perspektivischer Darstellung;
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7 einen
Querschnitt durch ein Rad mit zwei außen an der Felge angeordneten
zusätzlichen Luftkammern;
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8, 9 Ausführungsbeispiel
mit Fliehkraftventilen,
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10, 11 Ausführungsbeispiele
mit Fliehkaftventilen und zusätzlicher
permanenter Strömungsverbindung
zwischen der Hauptluftkammer und der Zusatzluftkammer; und
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12 ein
Ausführungsbeispiel
mit einem elektrisch ansteuerbaren Ventil.
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Die 1a, 1b zeigen
ein Rad 1, das eine Felge 2 aufweist, auf die
ein Reifen 3 aufgezogen ist.
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Die
Felge 2 weist ein Felgenbett 4 auf. Da es sich
bei der in den 1a, 1b gezeigten
Felge um eine „Scheibenfelge” handelt,
sind keine Speichen vorgesehen, sondern umlaufende Felgenwände 5, 6 über die
das Felgenbett 4 mit einem Nabenbereich 7 der
Felge verbunden ist.
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Das
Felgenbett 4 und eine Innenseite 8 des Reifens 3 bilden
eine erste Luftkammer 9. Eine radiale Innenseite 10 des
Felgenbetts 4 und Innenseiten 11, 12 der
Seitenwände 5, 6 bilden
eine zweite Luftkammer 13.
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Im
Bereich zwischen dem Felgenbett 4 und der radialen Innenseite 10 des
Felgenbetts 4 ist ein Ventil 14 vorgesehen. Das
Ventil 14 stellt eine „Strömungsverbindung” zwischen
der ersten Luftkammer 9 und der zweiten Luftkammer 13 dar.
Ist das Ventil 14 geschlossen, so hat das Rad 1 dieselben
Federeigenschaften wie ein herkömmliches
Rad, bei dem ausschließlich
die „äußere” Luftkammer 9 vorgesehen
ist. Ist das Ventil 14 hingegen ganz oder teilweise geöffnet, so
stehen die beiden Luftkammern 9, 13 in Strömungsverbindung
miteinander, was die Federrate des Rads 1 entsprechend
beeinflusst.
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Bei
dem Ventil 14 kann es sich um ein aktiv ansteuerbares bzw.
schaltbares Ventil handeln, das z. B. durch eine Bordelektronik
des Fahrzeugs, an dem das Rad 1 verbaut ist, angesteuert,
d. h. geöffnet
bzw. geschlossen wird. Alternativ dazu kann es sich bei einem Ventil 14 auch
um ein automatisch in Abhängigkeit
von der Raddrehzahl schaltendes Ventil handeln.
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Die 2a, 2b zeigen
eine Variante des Ausführungsbeispiels
der 1. Zusätzlich zu der ersten Luftkammer 9 sind
hier zwei Zusatzluftkammern 13a, 13b vorgesehen,
die voneinander durch zwei im Wesentlichen radiale Trennwände 15, 16 getrennt
sind. Zwischen der ersten Luftkammer 9 und der ersten Zusatzluftkammer 13a ist
ein Ventil 14a angeordnet. Zwischen der ersten Luftkammer 9 und der
zweiten Zusatzluftkammer 13b ist ein zweites Ventil 14b angeordnet.
Die beiden Zusatzluftkammern 13a, 13b können über die
beiden Ventile 14a, 14b somit unabhängig voneinander
zu der Hauptluftkammer 9 hinzugeschaltet bzw. von der Hauptluftkammer 9 abgeschaltet
werden.
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Bei
dem in den 2a, 2b gezeigten Ausführungsbeispiel
weisen die beiden Zusatzluftkammern 13a, 13b im
Wesentlichen das selbe Luftvolumen auf.
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Insgesamt
sind je nach Öffnungszustand
der beiden Ventile 14a, 14b drei verschiedene
Federraten einstellbar, entsprechend einem Zustand, in dem die beiden
Ventile 14a, 14b geschlossen sind bzw. einem Zustand,
in dem eines der beiden Ventile 14a oder 14b geöffnet ist
bzw. einem Zustand, in dem die beiden Ventile 14a, 14b geöffnet sind.
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Die 3a, 3b zeigen
eine Variante des Ausführungsbeispiels
der 2a, 2b. Wie aus 3b ersichtlich
ist, sind die beiden Trennwände 15, 16 so
angeordnet, dass die erste Zusatzluftkammer 13a in etwa
das doppelte Luftvolumen der zweiten Zusatzluftkammer 13b aufweist.
Zusätzlich
zu den beiden Ventilen 14a, 14b, über die
die erste Luftkammer 9 mit der ersten bzw. zweiten Zusatzluftkammer 13a bzw. 13b in
Fluidverbindung steht, ist in der Trennwand 15 zwischen
den beiden Zusatzluftkammern 13a, 13b ein Ventil 14c vorgesehen, über das ein
Druckausgleich zwischen den beiden Zusatzluftkammern 13a, 13b ermöglicht wird.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Rads 1, dessen Felge vier Speichenbereiche aufweist,
von denen hier lediglich drei Speichenbereiche 17, 18, 19 dargestellt
sind. In die beiden „Speichen” 17, 19 ist
jeweils ein Zusatzluftvolumen 13a, 13b bzw. eine
Zusatzluftkammer 13a, 13b integriert. Die Zusatzluftkammern 13a, 13b können unabhängig voneinander über die
zugeordneten Ventile 14a, 14b in Strömungsverbindung
mit der ersten Luftkammer 9, die durch die Innenseite des
Reifens 3 und das Felgenbett 4 gebildet ist, geschaltet
werden.
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5 zeigt
das in 4 dargestellte Vier-Speichenrad 1 in
perspektivischer Darstellung.
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6 zeigt
das in den 1a, 1b gezeigte „Scheibenrad” 1 in
perspektivischer Darstellung.
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Rads 1, bei dem zusätzlich zu der ersten Luftkammer 9 eine
erste und eine zweite ringförmige
Zusatzluftkammer 20, 21 vorgesehen ist. Die beiden
ringförmigen
Zusatzluftkammern 20, 21 sind von den beiden Außenseiten
der Felge 2 her an der Felge 2 an geordnet. Über einen
T-förmigen
Verbindungskanal 23 und ein Ventil 14 können die
beiden Zusatzluftkammern 20, 21 in Strömungsverbindung
mit der ersten Luftkammer 9 geschaltet werden. Wie aus
der Anordnung des T-förmigen Verbindungskanals 23 und
des Ventils 14 ersichtlich ist, können die beiden Zusatzluftkammern 20, 21 bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
jeweils nur gleichzeitig zu- oder abgeschaltet werden.
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8 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel, bei
dem die erste Luftkammer 9 über ein „Fliehkraftventil” 14 mit
der zweiten Luftkammer 13 verbunden ist. Das Fliehkraftventil 14 weist
einen durch eine Feder 24 in eine Schließstellung
vorgespannten Ventilkörper 25 auf.
Wenn das Rad 1 still steht oder sich mit einer Drehzahl
dreht, die kleiner als eine vorgegebene Drehzahl ist, ist die Strömungsverbindung
zwischen der ersten Luftkammer 9 und der Zusatzluftkammer 13 durch
den Ventilkörper 25 gesperrt.
Bei höheren
Drehzahlen wird der Ventilkörper 25 entgegen
der von der Feder 24 ausgeübten Vorspannkraft radial nach
außen
gedrückt,
was ab einer vorgegebenen „Grenzdrehzahl” zum Öffnen der
Strömungsverbindung
zwischen der ersten Luftkammer 9 und der ersten Zusatzluftkammer 13 führt.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 9 zeigt eine Variante, bei der das Ventil 14 umgekehrt
arbeitet wie beim Ausführungsbeispiel
der 8. Im Grundzustand, d. h. bei stillstehendem Rad
bzw. bei niedrigen Drehzahlen ist der Ventilkörper 25 durch die
Feder 24 in einen Öffnungszustand
vorgespannt, indem die erste Luftkammer 9 über das
Ventil 14 in Strömungsverbindung
mit der ersten Zusatzluftkammer 13 steht. Bei zunehmender
Raddrehzahl wird der Ventilkörper 25 durch
die auf ihn wirkende Fliehkraft entgegen der Kraft der Feder 24 radial
nach außen verschoben,
was dazu führt,
dass der Ventilkörper 25 die
Strömungsverbindung
zwischen der ersten Luftkammer 9 und der Zusatzluftkammer 13 sperrt.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 8 vergrößert sich
somit mit zunehmender Raddrehzahl das effektive Luftvolumen, was
dazu führt,
dass die Federrate mit zunehmender Drehzahl sinkt.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 9 ist es gerade umgekehrt. Hier verringert sich
das effektive Luftvolumen mit zunehmender Drehzahl, was nach dem
Schließen
des Ventils 14 mit einem Anstieg der Federrate des Rads 1 einhergeht.
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10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem zwischen der ersten Luftkammer 9 und der Zusatzluftkammer 13 ein
Ventil 14 angeordnet ist, das in seinem Grundzustand, d.
h. bei stehendem Rad bzw. bei niedrigen Raddrehzahlen geschlossen
ist und bei höheren
Raddrehzahlen öffnet.
Zusätzlich
zu dem drehzahlabhängig öffnenden
bzw. schließenden
Ventil 14 ist eine Drossel 26 vorgesehen, die
einen konstanten Strömungsquerschnitt
aufweist und somit unabhängig
von der Raddrehzahl einen „gedämpften” Druckausgleich
zwischen der ersten Luftkammer 9 und der Zusatzluftkammer 13 ermöglicht.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 11 unterscheidet sich von dem der 10 dadurch,
dass es sich bei der Drossel 26 um eine verstellbare Drossel handelt,
die z. B. elektromagnetisch ansteuerbar bzw. verstellbar ist.
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12 zeigt
in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel, bei dem das
Ventil 14, welches in geöffnetem Zustand eine Strömungsverbindung
zwischen der ersten Luftkammer und der hier nicht näher dargestellten
zweiten Luftkammer ermöglicht,
elektromotorisch bzw. elektromagnetisch verstellbar ist. Die Steuerung
bzw. Regelung des Ventils 14 kann durch die Bordelektronik
des Fahrzeugs erfolgen, in das das Rad 1 eingebaut ist.