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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verschiebung von Schwingungsresonanzen in einem inneren Volumen eines Fahrzeugrads mit wenigstens zwei mit einer Felge des Fahrzeugrads verbundenen Trennelementen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der
US 6,533,009 B2 bekannt. Hierbei sind auf der Felge flexible Wände befestigt, welche die Querschnittsfläche des inneren Volumens des Fahrzeugrads unterteilen und damit als Trennelemente wirken. Sie werden durch die radialen Kräfte bei der Rotation des Fahrzeugrads aufgestellt. Weitere derartige Vorrichtungen sind auch aus der
DE 600 26 805 T2 , der
DE 696 00 980 T2 oder der
CN 104553633 A bekannt.
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Die bekannten Dokumente beschreiben demnach die Idee, das innere Volumen des Fahrzeugrads, das auch als Torus-Volumen bezeichnet wird, mittels solcher Wände zu unterteilen, um die sich in dem inneren Volumen einstellende Resonanz derart anzupassen, dass die Eigenfrequenzen der schwingenden Luft in für die Fahrzeugpassagiere weniger komfortrelevante Bereiche verschoben werden. Dadurch sollen letztendlich die im Fahrzeuginnenraum durch die von den Fahrzeugrädern ausgehenden und über das Fahrwerk in das Kraftfahrzeug eingetragenen Schwingungen entstehenden Geräusche verringert werden.
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Wenn dagegen steife Wand- bzw. Trennelemente eingesetzt werden, sind diese zwar in der Lage, die Torus-Resonanz zu höheren Frequenzen und damit in weniger komfortrelevante Bereiche zu verschieben, wenn diese jedoch eine wirksame Größe besitzen sollen, so stellen sie, insbesondere durch ihre Erstreckung in Radialrichtung des Fahrzeugrads, ein großes Hindernis bei der Montage und Demontage der Fahrzeugreifen auf und von der Felge dar.
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Die in den anderen Dokumenten beschriebenen flexiblen Wände richten sich durch die Zentrifugalkraft bei der Rotation des Fahrzeugrads auf, wobei sich durch die in radialer Richtung wirkenden Kräfte die Steifigkeit der Wand ergibt. Um einer derartigen flexiblen Wand eine möglichst große Schallhärte zu verleihen, sollte die Steifigkeit derselben möglichst hoch sein. Allerdings ist bei der Ausführung als flexible Wand die Steifigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugrads und damit von der Fahrgeschwindigkeit des mit einem solchen Fahrzeugrad ausgestatteten Kraftfahrzeugs abhängig, was zu einer Verschlechterung der Schallhärte bei niedrigen Geschwindigkeiten führt. Zwar kann dies bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, bei denen bei niedrigen Geschwindigkeiten die Motorgeräusche dominieren und die über die Fahrzeugräder in das Fahrwerk und von dort in den Innenraum eingeleiteten Geräusche keine große Rolle spielen, vernachlässigt werden, bei Fahrzeugen, bei denen das Antriebsaggregat nur geringe Geräuschemissionen verursacht, wie zum Beispiel bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen ist, dies jedoch durchaus relevant.
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Ein weiteres Problem der flexiblen Wände besteht darin, dass das flexible Material sämtliche auf die Wand wirkenden Kräfte aufnehmen muss, was beispielsweise bei Elastomeren zum Kriechen der Materialien führen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verschiebung von Schwingungsresonanzen in einem inneren Volumen eines Fahrzeugrads mit wenigstens zwei mit einer Felge des Fahrzeugrads verbundenen Trennelementen zu schaffen, die einerseits eine hohe Wirksamkeit aufweist und andererseits bei der Reifenmontage keine Störung darstellt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung, die das Trennelement bei Überschreiten einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugrads in der Wirkposition, in der das Trennelement in das innere Volumen hineinragt, verriegelt, werden die Vorteile einer von der Geschwindigkeit unabhängigen, schallharten Wand mit den Vorteilen der einfachen Reifenmontage verbunden. So wird bei Überschreiten einer bestimmten, sehr niedrigen Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugrads die üblicherweise bereits beim Auswuchten nach der Montage des Reifens auf der Felge erreicht wird, das Trennelement in der Wirkposition verriegelt, so dass dessen Funktion bereits unmittelbar nach der Reifenmontage gegeben ist.
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Auf diese Weise ergibt sich also eine Vorrichtung zur Verschiebung von Schwingungsresonanzen in einem inneren Volumen eines Fahrzeugrads, die durch das Hineinragen in das innere Volumen des Fahrzeugrads eine Unterteilung desselben bewirkt, wodurch die Eigenfrequenzen der in dem inneren Volumen schwingenden Luftsäule gestreut und in weniger komfortrelevante Bereich verschoben werden. Dabei stellt das Trennelement keine Störung bei der Montage und Demontage des Reifens auf der Felge dar.
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Um eine verbesserte Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Hinblick auf das Verschieben der Eigenfrequenzen in einen höheren und damit noch weniger störenden Bereich zu erreichen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass mehrere Trennelemente in einem Tiefbett der Felge über den Umfang derselben verteilt angeordnet sind. Dabei sollten die Trennelemente so angeordnet sein, dass durch dieselben keine Unwucht erzeugt wird.
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Wenn dabei die Trennelemente in ungleichen Abständen voneinander angeordnet sind, so ergibt sich eine Streuung der Eigenfrequenzen der einzelnen, durch die Trennelemente gebildeten Teilhohlräume.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trennelement eine Umhüllung aus einem flexiblen Material und wenigstens zwei in der Umhüllung angeordnete Profilelemente aufweist, die an ihren einander zugerichteten Seiten komplementäre Strukturen aufweisen, welche dafür vorgesehen sind, bei Unterschreiten eines bestimmten Abstands der Profilelemente voneinander miteinander in Eingriff zu gehen. Bei dieser Ausführungsform des Trennelements werden die beiden Profilelemente aneinandergepresst, sobald der Reifen des Fahrzeugrads mit Luft befüllt wird. Dadurch gelangen die beiden Profilelemente miteinander in Eingriff und bewirken ein Aufstellen des Trennelements, das dann in das innere Volumen des Fahrzeugrads hineinragt.
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In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Trennelement ein Sockelelement, ein über eine Achse drehbar mit dem Sockelelement verbundenes Wandelement und ein sich an dem Sockelelement abstützendes, auf das Wandelement wirkendendes Federelement aufweist. Hierbei wird bei Überschreiten einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit aufgrund der dabei auftretenden Zentrifugalkraft das Wandelement entgegen der Kraft des Federelements aufgestellt und gelangt in seine Wirkposition. Da bei der Demontage des Reifens das hierzu verwendete Werkzeug oder auch der Reifen selbst an dem Wandelement anschlägt, wird dieses, unterstützt durch die Kraft des Federelements, wieder in seine Ruheposition gebracht und die Demontage des Reifens von der Felge kann problemlos durchgeführt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
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1 eine Felge eines Fahrzeugrads mit einer daran angebrachten Vorrichtung;
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2 eine erste Ausführungsform des Trennelements der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Position;
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3 das Trennelement aus 2 in einer zweiten Position;
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4 eine zweite Ausführungsform des Trennelements der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Position; und
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5 das Trennelement aus 4 in einer zweiten Position.
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1 zeigt ein Fahrzeugrad 1, von dem lediglich eine Felge 2 dargestellt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung eines an der Felge 2 angebrachten Reifens verzichtet. Zwischen der Felge 2 und dem Reifen befindet sich ein ebenfalls nicht zu erkennendes inneres Volumen des Fahrzeugrads 1, das als Torus-Volumen bezeichnet werden kann. In dem inneren Volumen des Fahrzeugrads 1 entstehen aufgrund des Abrollens des Reifens auf der Straße sowie aufgrund der Rotation des Fahrzeugrads 1 Schwingungen der Luftsäule, die über das Fahrwerk des mit dem Fahrzeugrad 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs in den Innenraum des Kraftfahrzeugs übertragen werden können.
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Zur Verschiebung bzw. zur Streuung von Schwingungsresonanzen dieser Schwingungen weist das Fahrzeugrad 1 eine Vorrichtung 3 auf, die wenigstens zwei mit der Felge 2 des Fahrzeugrads 1 verbundene Trennelemente 4 aufweist. Vorzugsweise sind in einem Tiefbett 2a der Felge 2 mehrere Trennelemente 4 über den Umfang der Felge 2 verteilt angeordnet, in 1 ist jedoch lediglich eines der Trennelemente 4 dargestellt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Trennelemente 4 in ungleichen Abständen voneinander angeordnet sind.
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Durch die Trennelemente 4 wird das innere Volumen des Fahrzeugrads 1 in mehrere Teilvolumina unterteilt, so dass die Eigenfrequenz der Schwingung der Luftsäule eine kleinere Wellenlänge und dadurch eine höhere Frequenz erhält. Da die über das Fahrwerk in den Fahrzeuginnenraum übertragenen Schwingungen bei höheren Frequenzen eine geringere Störung für die Passagiere im Fahrzeuginnenraum darstellen, ermöglichen die Trennelemente 4 eine Verbesserung des subjektiven Geräuschempfindens der Passagiere. Des Weiteren sind die Schwingungen höherer Frequenz nicht nur weniger störend für die Insassen, sondern können, sofern sie eine höhere Frequenz als ca. 300 Hz aufweisen, nicht mehr über das Fahrwerk übertragen werden.
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Um zu erreichen, dass die Vorrichtung 3 einerseits eine hohe Wirksamkeit aufweist und andererseits bei der Reifenmontage keine Störung darstellt, weist das Trennelement 4 eine Verriegelungseinrichtung 5 auf, die, wie nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben, das Trennelement 4 bei Überschreiten einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugrads 1 in der Wirkposition verriegelt.
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Das Trennelement 4 ist zwischen einer Ruheposition, in der es im Wesentlichen an der Felge 2 anliegt, und einer Wirkposition, in der es in das innere Volumen hineinragt, verstellbar. Während die 1, 2, 3 und 5 jeweils die Wirkposition des Trennelements 4 darstellen, ist dessen Ruheposition in 4 dargestellt.
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Bei der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform weist das Trennelement 4 eine Umhüllung 6 aus einem flexiblen Material, wie zum Beispiel Silikon, und wenigstens zwei in der Umhüllung 6 angeordnete Profilelemente 7 auf. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehr als die zwei Profilelemente 7 vorzusehen bzw. es ist möglich, dass ein Profilelement 7 aus mehreren Segmenten besteht. Die Umhüllung 6 ist im vorliegenden Fall an einem Sockelelement 8 angeordnet, es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, diese direkt an der Felge 2 anzubringen und auf das Sockelelement 8 zu verzichten. Die Profilelemente 7, die aus einem steifen, glatten Material, wie beispielsweise Kunststoff oder einem geeigneten Metall bestehen, sind an der Umhüllung 6 angebracht und weisen an ihren einander zugerichteten Seiten komplementäre Strukturen auf. Beispielsweise können die Profilelemente 7 mit der Umhüllung 6 verklebt sein. Vorzugsweise decken die Profilelemente 7 auf der der Umhüllung 6 zugewandten Seite die komplette Breite und in ihrer Gesamtheit die komplette Höhe der Umhüllung 6 und somit des Trennelements 4 ab. Zumindest bei einem der beiden Profilelementen 7 ist der unterste Bereich fest mit dem Sockelelement 8 bzw. mit der Felge 2 verbunden. Wenn, wie hier dargestellt, nur zwei Profilelemente 7 eingesetzt werden, so ist der Einsatz des Sockelelements 8 vorteilhaft, da hierdurch ein Ablegen des Trennelements 4 in das Tiefbett 2a gewährleistet wird.
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Die Umhüllung 6 ist als dünne, luftdichte und flexible Folie ausgebildet, in der Umgebungsdruck, also atmosphärischer Druck, herrscht. Dies kann durch die Montage der Umhüllung 6 bei Umgebungsdruck erreicht werden, wodurch auf zusätzliche Maßnahmen, wie zum Beispiel zusätzliche Ventile oder Druckbeaufschlagungen bei bzw. nach der Montage verzichtet werden kann. Nach der Fertigung der Felge 2 und der Bildung des Trennelements 4 durch die Umhüllung 6 und die Profilelemente 7 und gegebenenfalls das Sockelelement 8 wird das Trennelement 4 mit der Felge 2 verbunden. Da sich das Trennelement 4 im Tiefbett 2a der Felge 2 befindet, kann der Reifen sehr einfach auf die Felge 2 aufgezogen werden.
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Anschließend wird das innere Volumen des Fahrzeugrads 1 in üblicher Weise mit Luft befüllt, so dass in dem inneren Volumen zwischen dem Reifen und der Felge 2 ein höherer Druck aus zuvor herrscht. Beispielsweise kann der Druck ca. 2 bis 2,5 bar betragen. Dadurch wird das Volumen in der Umhüllung 6 verringert, da sich der Druck innerhalb derselben dem äußeren Druck, also dem Druck des inneren Volumens des Fahrzeugrads 1 anpasst. Diese Volumenänderung innerhalb der Umhüllung 6 führt dazu, dass die beiden Profilelemente 7 aufeinander zu bewegt werden. Durch die komplementären Strukturen der Profilelemente 7, die beispielsweise dadurch gebildet sein können, dass das eine Profilelement 7 das Negativ des anderen Profilelements 7 ist, rasten die beiden Profilelemente 7 ineinander ein, wenn beim Auswuchten des Fahrzeugrads 1 und der dabei auftretenden Rotation desselben die beiden Profilelemente 7 aneinander abgleiten und sich das Trennelement 4 aufrichtet. Dies ist in 3 schematisch angedeutet.
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In der aufgerichteten Position ist das Trennelement 5 fixiert und unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugrads 1 wirksam, wobei die Schallhärte durch das aufgrund der Verbindung der beiden Profilelemente 7 steife Trennelement 4 gebildet wird. Die Umhüllung 6 trägt lediglich die Kräfte, die die Umhüllung 6 aufgrund ihrer Masse selbst verursacht, wodurch einem eventuellen Kriechen des flexiblen Materials der Umhüllung 6 entgegengewirkt wird. Die beiden Profilelemente 7 bilden somit gemeinsam mit der Umhüllung 6 die Verriegelungseinrichtung 5.
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Wenn der Reifen von der Felge 2 demontiert werden soll, so wird in üblicher Weise der Druck im inneren Volumen des Fahrzeugrads 1 durch Ablassen der Luft entfernt. Dadurch wird auch der Druck innerhalb der Umhüllung 6 verringert, was zu einer Erhöhung des Volumens innerhalb der Umhüllung 6 führt, so dass die Profilelemente 7 voneinander getrennt werden. Dadurch gleiten sie wieder voneinander ab und das Trennelement 4 fällt aufgrund seiner Flexibilität wieder in sich zusammen. Das Trennelement 4 liegt dann ohne Fremdeinwirkung wieder im Tiefbett 2a der Felge 2 und der Reifen kann in üblicher Weise von der Felge 2 demontiert werden.
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Die komplementären Strukturen der Profilelemente 7 können beispielsweise durch Gitter und die entsprechenden negativen Formen davon, durch Stifte und dazu passende Vertiefungen oder auf andere Art und Weise gebildet werden. Statt der komplementären Strukturen wäre es auch möglich, eines der Profilelemente 7 mit einem Magneten zu versehen und das andere Profilelement 7 aus einem magnetischen Material auszuführen. Die Stärke des Magneten könnte dann den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
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In den 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform des Trennelements 4 mit der Verriegelungseinrichtung 5 dargestellt. Hierbei weist das Trennelement 4 wiederum das Sockelelement 8, ein über eine Achse 9 mit dem Sockelelement 8 drehbar verbundenes Wandelement 10 sowie ein sich an dem Sockelelement 8 abstützendes, auf das Wandelement 10 wirkendes Federelement 11 auf. Wiederum ist das Sockelelement 8 im Tiefbett 2a der Felge 2 angebracht. Die Höhe des Sockelelements 8 ist derart, dass es bei der Reifenmontage und -demontage keine Störung darstellt. Das steife und damit schallharte Wandelement 10 schließt gemeinsam mit dem Sockelelement 8 den Hohlraum zur Felge 2 nach unten hin ab.
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Das Federelement 11 ist durch ein Band gebildet, das an seinem einen Ende elastisch an dem Sockelelement 8 gelagert ist, und dessen anderes Ende in einer an dem Wandelement 10 angebrachten Führung 12 geführt ist. Hierzu kann das Federelement 11 an diesem dem Sockelelement 8 gegenüberliegenden Ende mit nicht dargestellten Führungsplättchen verbunden, beispielsweise verklebt, sein. Dadurch ist ein Gleiten des Federelements 11 an dem Wandelement 10 möglich. Die Drehung des Wandelements 10 um die Achse 9, also die Bewegung des Wandelements 10 von der in 4 dargestellten Ruheposition in die in 5 dargestellte Wirkposition wird durch ein nicht dargestelltes Anschlagelement, das im vorliegenden Fall an dem Sockelelement 8 angebracht ist, begrenzt.
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Das Federelement 11 ist so angeordnet, dass es das Wandelement 10 in der Ruheposition hält. Des Weiteren ist das Federelement 11 so ausgebildet, dass es für das Wandelement 10 möglich ist, sich bei einer Rotation des Fahrzeugrads 1 aufgrund der Zentrifugalkraft entgegen der Kraft des Federelements 11 aufzurichten, wozu es um die Achse 9 rotiert. Hierzu wird ein Federelement 11 verwendet, das im gestreckten Zustand einer Kraft senkrecht zur Richtung der bandartig ausgeführten Feder entgegenwirkt. Sobald diese Grenze erreicht wird, biegt sich das Federelement 11 und rollt sich in Richtung der aufgeprägten Kraft zusammen. Dieser Vorgang ist reversibel, so dass sich das Federelement 11 beim Entrollen wieder versteift und den gestreckten Zustand beibehält. Als das Federelement 11 kann ein an sich bekanntes, vorzugsweise aus Metall bestehendes Federelement 11 eingesetzt werden, das die oben genannten Eigenschaften aufweist.
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Nach der Montage des Trennelements 4 mit der oben beschriebenen Verriegelungseinrichtung 5 an der Felge 2 wird das Wandelement 10 in seiner Ruheposition ausgerichtet, in welcher das Federelement 11 eingerollt ist und die Wand im Tiefbett 2a der Felge 2 liegt. Aufgrund der auch hier vorgesehenen und nicht dargestellten Anschläge ist ein weiteres Einrollen des Federelements 11 nicht möglich. Dadurch presst das Federelement 11 das Wandelement 10 in die Ruheposition, in der der Reifen sehr einfach auf der Felge 2 montiert werden kann.
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Nach der Montage des Reifens wird das Fahrzeugrad 1 mit Luft befüllt und anschließend ausgewuchtet. Die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte richten das Wandelement 10 auf und führen dazu, dass das Federelement 11 entrollt wird und in gestrecktem Zustand einrastet. Nach diesem Einrasten bleibt das Wandelement 10 in der aufgerichteten Position und entfaltet seine Wirkung als schallharte Wand.
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Bei der Demontage des Reifens von der Felge 2 genügt nach dem Entfernen des Überdrucks aus dem Reifen ein kurzes Rotieren des Reifens relativ zu der Felge 2, was bei einem üblichen Demontiervorgang ohnehin auftritt. Dabei drückt der Reifen auf das Wandelement 10, wodurch die oben genannte Kraftgrenze des Federelements 11 überschritten wird und das Federelement 11 sich einrollt. Dadurch wird das Wandelement 10 in die Ruheposition bewegt und der Reifen kann leicht von der Felge 2 demontiert werden. Gegebenenfalls kann auch ein bei der Demontage des Reifens verwendetes Werkzeug an dem Wandelement 10 anschlagen und dieses in seine Ruheposition bringen. Dabei ist es auch möglich, an dem Wandelement 11 einen Mitnehmer oder ähnliches anzubringen, um sicherzustellen, dass der Reifen bei der Demontage das Wandelement 11 in die Ruheposition bringt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6533009 B2 [0002]
- DE 60026805 T2 [0002]
- DE 69600980 T2 [0002]
- CN 104553633 A [0002]
