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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Fahrzeugräder weisen eine Felge und ein darauf aufgezogenen Fahrzeugreifen auf, zwischen denen ein Reifenvolumen eingeschlossen wird. In dem Reifenvolumen herrscht im Betrieb des Fahrzeugreifens ein vorab festgelegter Reifendruck. Über den Reifendruck wird ein Fahrverhalten des Fahrzeugreifens bestimmt, wobei der Reifendruck sich während der Fahrt aufgrund von beispielsweise thermischen Effekten verändern kann. Weiterhin kann der Reifendruck durch Diffusion über einen längeren Zeitraum abfallen. Durch derartige Veränderungen können sich im laufenden Betrieb des Fahrzeugrades Beeinträchtigungen des Fahrverhaltens, insbesondere eines Rollwiderstandes, ergeben. Ein zu geringer Reifendruck wird meist erst nach einem längeren Zeitraum beispielsweise bei einer routinemäßigen Kontrolle festgestellt.
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Gemäß
DE 10 2008 054 214 A1 ist vorgesehen, in einer Felge eines schlauchlosen Fahrzeugrades, insbesondere in einem Speichenbereich, als Reservoir eine zweite Luftkammer mit einem Reservoirvolumen bereitzustellen, das in bestimmten Betriebszuständen mit einer ein erstes Volumen bzw. das Reifenvolumen ausbildenden ersten Luftkammer, die zwischen dem Fahrzeugreifen und der Felge ausgebildet wird, in Strömungsverbindung steht. Die Strömungsverbindung kann über ein dauerhaft öffnendes Einlassventil ausgebildet werden, beispielsweise in Form eines Drosselventils, oder aber über ein schaltbares Einlassventil, das entweder aktiv geschaltet wird oder aber selbsttätig beispielsweise in Abhängigkeit einer wirkenden Zentrifugalkraft und somit in Abhängigkeit einer Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugrades.
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Somit kann je nach Strömungsverbindung ein Gesamtvolumen, das aus dem Reifenvolumen und dem Reservoirvolumen gebildet wird, vergrößert werden, um beispielsweise die Federeigenschaften des Fahrzeugrades an die aktuelle Situation anzupassen. Nachteilig hierbei ist, dass durch die stufenweise Anpassung des Gesamtvolumens keine variable Anpassung des Reifendruckes möglich ist. Beispielsweise ist eine Erhöhung des Reifendruckes während der Fahrt zum Anpassen des Fahrverhaltens nicht vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Fahrzeugrad bereitzustellen, dessen Fahrverhalten im Betrieb des Fahrzeugreifens in einfacher Weise präzise an eine aktuelle Fahrsituation angepasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeugrad nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, an einem Fahrzeugrad mindestens ein Reservoir anzuordnen, das über ein Einlassventil mit einem zwischen einem Reifen und einer Felge des Fahrzeugrades ausgebildeten Reifenvolumen strömungsverbunden werden kann. In ein Reservoirvolumen des mindestens einen Reservoirs kann hierbei durch Einlassen eines entsprechenden Druckmittels, beispielsweise Luft, ein Reservoirdruck aufgebaut werden, der über das Einlassventil auf das Reifenvolumen übertragen werden kann. Demnach findet ein Druckausgleich zwischen dem Reservoirvolumen und dem Reifenvolumen statt sobald eine Strömungsverbindung ausgebildet ist, so dass sich ein im Reifenvolumen vorherrschender Reifendruck erhöht, da der Reservoirdruck erfindungsgemäß höher ist als der Reifendruck. Das Reservoir dient somit erfindungsgemäß als ein Hochdruckspeicher.
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Über den Hochdruckspeicher ist vorteilhafterweise auch im Betrieb des Fahrzeugrades während der Fahrt ein stufenloses Anpassen des Reifendruckes durch Ausbilden der Strömungsverbindung zwischen beiden Volumina möglich. Dadurch können beispielsweise durch Diffusion verursachte Verluste, die den Reifendruck unter einen vorab festgelegten Grenzdruck senken, ausgeglichen werden. Weiterhin kann je nach Fahrsituation der Reifendruck gezielt angepasst werden, so dass Reifeneigenschaften, insbesondere der Rollwiderstand oder die Federeigenschaften, in Abhängigkeit der Fahrsituation als auch die Haltbarkeit des Fahrzeugrades optimiert werden können. Da das mindestens eine Reservoir als Hochdruckspeicher direkt am oder im Fahrzeugrad angeordnet ist, kann das Bereitstellen eines zusätzlichen Druckmittels von extern zum Erhöhen des Reifendruckes entfallen. Dadurch kann die Zuverlässigkeit erhöht werden, da ein Verlegen von Druckmittelleitungen durch eine Nabe des Fahrzeugrades entfallen kann.
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Um eine zuverlässige Anpassung des Reifendruckes während der Fahrt zu gewährleisten, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, das mindestens eine Reservoir in einem Speichen-Innenraum einer Speiche des Fahrzeugrades anzuordnen. Dadurch kann vorteilhafterweise Platz gespart und der Hochdruckspeicher zusätzlich vor äußeren Einflüssen geschützt werden.
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Gemäß einer alternativen oder ergänzenden Ausführung kann das mindestens eine Reservoir oder eines der Reservoire auch außen an der Speiche des Fahrzeugrades angeordnet sein. Dadurch kann ein Austausch und/oder ein Nachfüllen des Reservoirs erleichtert werden.
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In beiden genannten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, das mindestens eine Reservoir fest oder austauschbar auszuführen, wobei das Reservoir dazu beispielsweise über einen Schnellverschluss an der Speiche oder am Fahrzeugrad befestigt werden kann. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Austausch bei entleertem Reservoir vereinfacht werden, falls das Reservoir selbst nicht nachgefüllt werden kann.
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Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, das mindestens eine Reservoir umlaufend oder bereichsweise direkt in dem Reifenvolumen anzuordnen. Dadurch kann ebenfalls Platz im Fahrzeugrad gespart und das Reservoir vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Vorteilhafterweise kann das Reservoir dazu auf einer Felgenschulter der Felge befestigt werden, um das Reifenvolumen so wenig wie möglich zu beeinträchtigen.
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Um dies weiter zu verbessern, ist gemäß einer vorteilhaften Ausbildung vorgesehen, dass das mindestens eine Reservoir eine flexible Außenwandung mit Festigkeitsträgern aufweist. Dadurch kann das Reservoir bei der Montage des Reifens auf der Felge zunächst entleert werden, so dass das Reservoir ein minimales Reservoirvolumen annimmt. Anschließend kann der Reifen aufgezogen und das Reservoirvolumen wieder befüllt werden, wobei die Festigkeitsträger das Reservoirvolumen auf ein maximales Reservoirvolumen begrenzen, so dass das Reifenvolumen nicht wesentlich beeinflusst wird. Alternativ kann aber auch eine starre Außenwandung vorgesehen sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Einlassventil als elektrisch gesteuertes Ventil, beispielsweise als Magnetventil, ausgeführt, wobei das elektrisch gesteuerte Ventil über ein elektrisches Steuersignal in Abhängigkeit des Reifendruckes ansteuerbar ist. Dadurch kann in einfacher Weise elektrisch gesteuert eine Strömungsverbindung ausgebildet werden, wenn der Reifendruck beispielsweise einen Grenzdruck unterschreitet oder aber die Fahreigenschaften durch Erhöhen des Reifendruckes angepasst werden sollen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Einlassventil als pneumatisch betätigtes Ventil ausgeführt, beispielsweise als Membranventil, Schlauchquetschventil oder vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, insbesondere mit einem Pilotventil (Pilot operated relief valve (PORV)), wobei das pneumatisch betätigte Ventil in Abhängigkeit des Reifendruckes umschaltbar ist. Dabei kann im Falle eines Membranventils eine Membran vorgesehen sein, auf die von einer Seite der Reifendruck und von einer anderen Seite der Reservoirdruck derartig wirkt, dass die Membran in Abhängigkeit des Reifendruckes aus einem Strömungspfad des Druckmittels im mindestens einen Reservoir bewegt werden kann. Ergänzend kann auch eine Federvorspannung auf die Membran wirken, so dass der Zeitpunkt genau eingestellt werden kann, ab dem das Einlassventil unter Einwirkung des Reifendruckes und des Reservoirdruckes öffnet. Bei einem vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil wird ein Kolben über ein zusätzliches Pilotventil in den Strömungspfad des Druckmittels im Reservoir bewegt, falls der Reifendruck einen bestimmten Grenzdruck überschreitet. Wird der Grenzdruck unterschritten, erfolgt eine Druckmittelfreigabe aus dem Reservoir. Dadurch kann vorteilhafterweise eine selbstregulierende Strömungsverbindung ausgebildet werden. Somit sind keine externen Ansteuerung und Auswertungen nötig sondern lediglich eine Abstimmung der Membran bzw. der ergänzenden Federvorspannung oder des Pilotventils.
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Vorzugsweise ist bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeugrad für einen PKW ein Reservoirdruck von beispielsweise 3 bar oder mehr, beispielsweise 50bar bis 100bar, zu wählen, um ein Erhöhen des Reifendruckes zu ermöglichen, der bei einem PKW im Normalfall bei etwa 2bar bis 3bar liegt. Bei einem LKW hingegen sind je nach Beladung Reifendrücke von ca. 5bar bis 9bar zu erwarten, so dass vorzugsweise ein Reservoirdruck von 10bar oder mehr zu wählen ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, an dem mindestens einen Reservoir ein Auffüllventil anzuordnen, so dass das mindestens eine Reservoir mit einem Druckmittel aufgefüllt werden kann, um den Reservoirdruck wieder zu erhöhen, nachdem ein oder mehrere Male eine Erhöhung des Reifendruckes stattgefunden hat. Vorzugsweise kann das mindestens eine Reservoir dazu über das Auffüllventil manuell oder automatisch über eine Pumpe am Fahrzeugrad aufgefüllt werden. Dadurch kann das Reservoir auch ohne einen Austausch oder ein Abnehmen mehrere Male verwendet werden. Bei einem automatischen Auffüllen kann das Reservoir zudem auch während der Fahrt befüllt werden.
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Um vorteilhafterweise auch ein Verringern des Reifendruckes zum Anpassen der Fahreigenschaften an die aktuelle Fahrsituation zu ermöglichen, ist gemäß einer Ausbildung vorgesehen, zwischen dem Reifenvolumen und einer Umgebung des Fahrzeugreifens ein elektrisch steuerbares Entlüftungsventil anzuordnen, so dass der Reifendruck auch abgesenkt werden kann.
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Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im Folgenden näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1, 2 ein Fahrzeugrad mit einem in einer Felge integrierten Reservoir;
- 3a, 3b ein Fahrzeugrad mit einem flexiblen Reservoir;
- 4 ein Fahrzeugrad mit einem an der Felge befestigten Reservoir.
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Gemäß den Figuren ist ein Fahrzeugrad 1 mit einer Felge 2 und einem darauf aufgezogenen Reifen 3, einer Nabe 4 sowie drei zwischen der Nabe 4 und der Felge 2 angeordneten Speichen 5 vorgesehen. Über die Nabe 4 wird das Fahrzeugrad 1 in allseits bekannter Weise gelagert, sodass sich das Fahrzeugrad 1 während des Betriebs drehen kann. Zwischen dem Reifen 3 und der Felge 2 wird ein gegenüber einer Umgebung U abgedichtetes Reifenvolumen V1 ausgebildet, in dem ein bestimmter Reifendruck p1 vorherrscht, der in einem Fahrzeugrad für einen PKW im Normalfall in etwa 2 bar bis 3 bar und bei einem LKW je nach Beladung zwischen 5bar und 9bar entspricht.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 und 2 ist in einem Speichen-Innenraum 6 jeder Speiche 5 ein Reservoir 7 mit einem Reservoirvolumen V2 angeordnet, das mit einem Druckmittel, beispielsweise Luft befüllt ist, das einen bestimmten Reservoirdruck p2 aufweist, der höher als der Luftdruck ist, so dass das Reservoir 7 als Hochdruckspeicher verwendet werden kann. Jedes Reservoir 7 ist über ein Einlassventil 8a, 8b mit dem Reifenvolumen V1 verbunden, wobei über das Einlassventil 8a, 8b eine Strömungsverbindung zwischen dem Reservoirvolumen V2 und dem Reifenvolumen V1 ausgebildet werden kann, so dass ein Druckausgleich zwischen beiden Volumina V1, V2 stattfinden kann, der zu einer Erhöhung des Reifendruckes p1 führt, da der Reservoirdruck p2 im Hochdruckspeicher höher als der Reifendruck p1 ist.
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Dadurch kann auch während der Fahrt der Reifendruck p1 über den Hochdruckspeicher erhöht werden, falls dieser beispielsweise durch Diffusion zu stark abgefallen ist oder der Fahrsituation entsprechend anzupassen ist. Der Reservoirdruck p2 ist dazu entsprechend vorab einzustellen, beispielsweise auf mehr als 3bar, z.B. auf 50bar bis 100bar, bei einem PKW, so dass ein unter 2,5 bar gesunkener Reifendruck p1 wieder erhöht werden kann, wobei die Erhöhung variabel erfolgen kann. So kann ein beispielsweise unter einen Grenzdruck pGrenz von 2,5bar gefallener Reifendruck p1 durch ein kurzzeitiges Ausbilden einer Strömungsverbindung bei einem Reservoirdruck p2 von 3bar oder mehr wieder auf 2,5 bar oder mehr angehoben werden. Weiterhin kann beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten der Reifendruck p2 von 2,5bar auf 3bar angehoben werden, um die Fahreigenschaften bei hohen Geschwindigkeiten zu verbessern. Bei einem Fahrzeugrad 1 an einem LKW kann der Reservoirdruck p2 beispielsweise 10bar, z.B. auch 50bar bis 100bar, oder mehr sein, um den Reifendruck p1 je nach Beladung über den Hochdruckspeicher erhöhen oder an die Fahrsituation anpassen zu können.
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Das Einlassventil ist gemäß 1 als ein elektrisch gesteuertes Ventil 8a, beispielsweise als Magnetventil, ausgeführt, das in Abhängigkeit eines Steuersignals S angesteuert wird, wobei das Steuersignal S beispielsweise in Abhängigkeit des Reifendruckes p1 erzeugt wird. Ist der Reifendruck p1 geringer als der Grenzdruck pGrenz oder soll der Reifendruck p1 für die aktuelle Fahrsituation erhöht werden, wird das elektrisch gesteuerte Ventil 8a über das Steuersignal S zumindest zeitweise geöffnet.
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Alternativ kann das Einlassventil gemäß 2 auch ein pneumatisch betätigtes Ventil 8b sein, das die Strömungsverbindung zwischen dem Reservoirvolumen V2 und dem Reifenvolumen V1 dann ausbildet, wenn der Reifendruck p1 gegenüber dem Reservoirdruck p2 um einen bestimmten Wert oder der Reifendruck p1 unter den Grenzdruck pGrenz abgefallen ist. Dies kann beispielsweise durch ein Membranventil erreicht werden, das eine Membran 9 aufweist, auf die von einer Seite der Reservoirdruck p2 und von der anderen Seite der Reifendruck p1 wirkt. Die Membran 9 kann ergänzend auch federvorgespannt sein. Sobald der Reifendruck p1 gegenüber dem Reservoirdruck p2 zu niedrig ist, wird die Membran 9 durch den Reservoirdruck p2 - und ggf. gegen die Federvorspannung - aus dem Strömungspfad des Druckmittels im Reservoir 7 bewegt und das pneumatisch betätigte Ventil 8b dadurch geöffnet. Alternativ kann auch ein Schlauchquetschventil oder ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, insbesondere mit einem Pilotventil (Pilot operated relief valve (PORV)), als pneumatisch betätigtes Ventil 8b verwendet werden. Über das pneumatisch betätigte Ventil 8b kann die Strömungsverbindung somit selbstregulierend ausgebildet werden, so dass bei zu niedrigem Reifendruck p1 automatisch das Reservoir 7 zugschaltet werden kann bis der Reifendruck p1 wieder auf einen bestimmten Wert, beispielsweise den Grenzdruck pGrenz, gestiegen ist. Der Zeitpunkt der Öffnung bzw. der Grenzdruck pGrenz kann durch die ergänzende Federvorspannung oder das Pilotventil genau eingestellt werden.
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Um ein Nachfüllen des Reservoirs 7 zu erlauben, weist dieses ein Auffüllventil 10 auf, über das der Reservoirdruck p2 wieder erhöht werden kann nachdem beispielsweise das Reservoir 7 für ein Druckerhöhen mit dem Reifenvolumen V1 verbunden wurde. Das Auffüllventil 10 kann hierbei zum manuellen Befüllen im Stillstand verwendet werden oder aber zum automatischen Befüllen durch eine in der Felge 2 oder eine im Fahrzeug angeordnete - nicht dargestellte - Pumpe, so dass auch ein Nachfüllen während der Fahrt ermöglicht wird.
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Alternativ kann das Reservoir 7 auch abnehmbar und/oder austauschbar ausgeführt sein, so dass nach einem Abfallen des Reservoirdruckes p2 bzw. einem Entleeren des Reservoirs 7 dieses extern - beispielsweise auch über das Einlassventil 8a, 8b - wieder befüllt und anschließend wieder eingesetzt oder ein neues Reservoir 7 eingesetzt werden kann.
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Weiterhin kann das Reifenvolumen V1 über ein vorzugsweise elektrisch gesteuertes Entlüftungsventil 11 entlüftet werden, das das Reifenvolumen V1 mit der Umgebung U verbindet, um ein in einer bestimmten Fahrsituation erhöhten Reifendruck p1 nachträglich wieder abzusenken, um die Fahreigenschaften an die neue Fahrsituation anzupassen.
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Ein derartiger Aufbau des Reservoirs 7 und dessen Anbindung an das Reifenvolumen V1 ist gemäß 1 und 2 in jeder Speiche 5 identisch vorgesehen, so dass im Speichen-Innenraum 6 jeweils ein Reservoir 7 bereitgestellt wird. In den Figuren sind die Bezugszeichen der Übersichtlichkeit halber lediglich für eine Speiche 5 gezeigt. Es können aber auch lediglich einzelne Speichen 5 mit einem Reservoir 7 versehen sein.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Reservoir 7 auch im Reifenvolumen V1 angeordnet sein. Dazu ist in den 3a und 3b eine Schnittansicht des Fahrzeugrades 1 gezeigt. Demnach ist das Reservoir 7 umlaufend auf einer Felgenschulter 12 der Felge 2 angeordnet, wobei das Reservoir 7 eine flexible Außenwandung 13 aufweist. Die Außenwandung 13 weist Festigkeitsträger derartig auf, dass das Reservoir 7 lediglich bis zu einem maximalen Reservoirvolumen V2max ausgedehnt werden kann, um nur bis zu einem bestimmten Maße in das Reifenvolumen V1 hineinzuragen, und damit das Reifenvolumen V1 im Betrieb nicht zu sehr zu beeinflussen. Alternativ kann das Reservoir 7 oder können mehrere Reservoire 7 statt umlaufend auch lediglich bereichsweise auf der Felgenschulter 12 angeordnet sein.
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Das Reservoir 7 weist auch gemäß dieser Ausführungsform ein Auffüllventil 10 zum manuellen oder automatischen Nachfüllen des Reservoirs 7 und ein Einlassventil 8a, 8b auf, das wie in den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 sowohl elektrisch als auch pneumatisch betätigt werden kann. Auch ein Entlüftungsventil 11 kann vorgesehen sein, um das Reifenvolumen V1 wieder entlüften zu können, wodurch der Reifendruck p1 sinkt.
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Die flexible Außenwandung 13 dient in dieser Ausführungsform dazu, den Einbau des Reifens 3 zu erleichtern. So wird beim Einbau gemäß 3b das Reservoir 7 vollständig entleert, so dass das Reservoirvolumen V2 minimiert wird. Dadurch kann der Reifen 3 ungehindert auf die Felge 2 aufgezogen werden. Anschließend wird das Reservoir 7 über das Auffüllventil 10 wieder befüllt, so dass sich das Reservoirvolumen V2 bis zu seinem maximalen Reservoirvolumen V2max ausdehnt und ein Reservoirdruck p2 aufgebaut wird, der im Betrieb des Fahrzeugrades 1 über das Einlassventil 8a, 8b zum Erhöhen des Reifendruckes p1 verwendet werden kann.
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Alternativ kann die Außenwandung 13 aber auch starr sein und somit im entleerten und befüllten Zustand dasselbe Reservoirvolumen V2 aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, kann das Reservoir 7 oder können mehrere Reservoire 7 auch außen an der Felge 2 angeordnet sein. Dazu kann das Reservoir 7 fest oder abnehmbar, beispielsweise über einen Schnellverschluss 14, an der Felge 2 befestigt sein und über ein entsprechendes Einlassventil 8a, 8b mit dem Reifenvolumen V1 verbunden sein, so dass wie auch in den 1 und 2 ein Erhöhen des Reifendruckes p1 ermöglicht wird. Das Nachfüllen des Reservoirs 7 kann auch in diesem Fall durch ein Abnehmen und Austauschen des Reservoirs 7 oder ein Nachfüllen manuell im Stillstand oder während der Fahrt über das Auffüllventil 11 erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Felge
- 3
- Reifen
- 4
- Nabe
- 5
- Speichen
- 6
- Speichen-Innenraum
- 7
- Reservoir
- 8a, 8b
- Einlassventil (pneumatisch/elektrisch)
- 9
- Membran
- 10
- Auffüllventil
- 11
- Entlüftungsventil
- 12
- Felgenschulter
- 13
- Außenwandung
- 14
- Schnellverschluss
- p1
- Reifendruck
- p2
- Reservoirdruck
- pGrenz
- Grenzdruck
- S
- Steuersignal
- U
- Umgebung
- V1
- Reifenvolumen
- V2
- Reservoirvolumen
- V2max
- maximales Reservoirvolumen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054214 A1 [0003]
