DE102017205608A1

DE102017205608A1 - Fahrzeugluftreifen

Info

Publication number: DE102017205608A1
Application number: DE102017205608.8A
Authority: DE
Inventors: Tobias Huber; Lena Ebner
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen (1), insbesondere für Nutzfahrzeuge, aufweisend einen Laufstreifen (2), Seitenwände (3) und Reifenwülste (4), wobei der Fahrzeugreifen ein Phasenwechselmaterial (8) aufweist, welches aufgrund seiner Phasenwechsel die Betriebstemperatur des Fahrzeugreifens beeinflusst.
Um ein signifikant schnelleres Aufwärmen des Fahrzeugreifens auf desssen Betriebstemperatur zu erreichen, ist das Phasenwechselmaterial (8) derart gewählt, dass ein Phasenwechsel von flüssig nach fest, bei welchem Wärme freigesetzt wird, bei den ersten Rollbewegungen des Fahrzeugreifens nach Beginn einer Fahrt auslösbar ist, um die Erwärmung des Fahrzeugreifens (1) auf eine optimale Betriebstemperatur zu beschleunigen und dass ein Phasenwechsel von fest nach flüssig während der optimalen Betriebstemperatur des Fahrzeugreifens (1) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen, insbesondere für Nutzfahrzeuge, aufweisend einen Laufstreifen, Seitenwände und Reifenwülste, wobei der Fahrzeugreifen ein Phasenwechselmaterial aufweist, welches aufgrund seiner Phasenwechsel die Betriebstemperatur des Fahrzeugreifens beeinflusst.
Ein vorgenannter Fahrzeugreifen ist beispielsweise aus der DE 20 2008 009 008 U1 bekannt. Der Fahrzeugluftreifen weist in seinem Inneren eine Schaumeinlage auf, welche in Projektion des Laufstreifens radial innen an der Innenschicht angeordnet ist. In der Schaumeinlage ist mikrogekapseltes Phasenübergangsmaterial angeordnet, welches derart in Bezug auf die Phasenübergänge, insbesondere von fest in flüssig zum Wärmeverbrauch (Wärmeaufnahme) gewählt ist, dass Temperaturspitzen im Fahrbetrieb im Hinblick auf eine Reifenüberhitzung gepuffert sind.
Aus der EP 1 881 026 A2 ist es bekannt, Phasenwechselmaterial direkt in die unvulkanisierte Kautschukmischung von Fahrzeugluftreifen einzubringen, um Überheizungen am Reifen bzw. am Reifenrohling zu vermeiden.
Phasenwechselmaterialien sind allgemein bekannt. Phasenwechselmaterialien zeichnen sich dadurch aus, dass deren latente Schmelzwärme, Lösungswärme oder Absorptionswärme wesentlich größer ist als die Wärme, die sie aufgrund ihrer normalen spezifischen Wärmekapazität (ohne den Phasenumwandlungseffekt) speichern können. Phasenwechselmaterialien werden ebenfalls als PCM (Phase Chance Materials) bezeichnet und dienen als Latentwärmespeicher.
Beim Aufladen des Phasenwechselmaterials durch Aufnahme von Wärmeenergie (Schmelzwärme) wird dieses durch Schmelzen vom festen in den flüssigen Aggregatzustand überführt. Das Entladen findet als Erstarren vom flüssigen in den festen Zustand statt, wobei das Phasenwechselmaterial die zuvor aufgenommene große Wärmemenge als Erstarrungswärme abgibt.
Es ist bekannt, dass Fahrzeugluftreifen, insbesondere Nutzfahrzeugreifen, erst nach ca. 20 bis 30 Minuten nach Fahrtbeginn durchgewärmt und auf ihre hinsichtlich des Rollwiderstandes optimale Betriebstemperatur erwärmt sind. Während dieser anfänglichen Aufwärmphase ist der Rollwiderstand des Fahrzeugluftreifens auf bis zu 130% im Vergleich zum Rollwiderstand während der optimalen Betriebstemperatur (Temperatur nach der Aufwärmphase) erhöht. Im Betriebszustand verringert sich der Rollwiderstand auf den Idealzustand. Die Reduktion des Rollwiderstandes bei höherer Temperatur basiert auf der thermodynamischen Grundlage, dass bei höherer Temperatur das Volumen der Luft steigt, wodurch ein erhöhter Druck entsteht.
Der Fachmann ist ständig bestrebt, den Rollwiderstand von Fahrzeugreifen, insbesondere für Nutzfahrzeuge, zu verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Fahrzeugreifen bereitzustellen, dessen Rollwiderstand optimiert ist.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass das Phasenwechselmaterial derart gewählt ist, dass ein Phasenwechsel von flüssig nach fest, bei welchem Wärme freigesetzt wird, bei den ersten Rollbewegungen des Fahrzeugreifens nach Beginn einer Fahrt auslösbar ist, um die Erwärmung des Fahrzeugreifens auf eine optimale Betriebstemperatur zu beschleunigen und dass ein Phasenwechsel von fest nach flüssig während der optimalen Betriebstemperatur des Fahrzeugreifens erfolgt.
Es ist ein Fahrzeugreifen geschaffen, dessen Aufwärmung nach Fahrtbeginn auf die optimale Betriebstemperatur durch die Wärmeabgabe des Phasenwechselmaterials signifikant beschleunigt ist, so dass der Reifen wesentlich schneller seine optimale Betriebstemperatur erreicht. Hierdurch ist die Aufwärmphase des Reifens auf die optimale Betriebstemperatur signifikant verkürzt, wodurch der Fahrzeugreifen wesentlich schneller auf diejenige Temperatur erwärmt wird, bei welcher er in Bezug auf den Rollwiderstand optimiert ist. Der Phasenwechsel von fest nach flüssig erfolgt bei der optimalen Betriebstemperatur, wodurch das Phasenwechselmaterial „aufgeladen“ wird und Wärme latent speichert. Diese gespeicherte Wärme steht für den nächsten Fahrtbeginn zum schnelleren Aufwärmen des Reifen auf seine in Bezug auf den Rollwiderstand optimale Betriebstemperatur zur Verfügung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Phasenübergang von flüssig nach fest durch die Walkarbeit des Fahrzeugreifens oder durch einen aktiven Impuls aktivierbar ist. Hierdurch ist sicher gestellt, dass das Phasenwechselmaterial bei Fahrtbeginn durch den Phasenübergang von flüssig nach fest Wärme abgibt, wodurch sofort bei Fahrtbeginn Wärme zum beschleunigten Aufwärmen des Reifens auf seine optimale Betriebstemperatur zur Verfügung gestellt wird. Die bekannten Mittel zum Auslösen eines Phasenüberganges von flüssig nach fest können eingesetzt werden. So kann z.B. ein Keim in das Phasenwechselmaterial eingebracht werden oder der Phasenübergang kann durch Induktion ausgelöst werden. Bei einem aktiven, den Phasenübergang auslösenden Impuls kann das Auslösemittel mit einem Temperatursensor gekoppelt sein, um bei einer bestimmten Temperatur den Impuls auszulösen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fahrzeugreifen ein Fahrzeugluftreifen mit einer den Reifenhohlraum auskleidenden Innenschicht ist, dass das Phasenwechselmaterial als zusätzliche Lage radial innen an der Innenschicht des Fahrzeugluftreifens angeordnet ist, wobei die Lage vorzugsweise ein phasenwechselmaterial-dichter Beutel oder Schlauch ist, welcher das Phasenwechselmaterial beinhaltet. Die Oberflächen des Beutels oder Schlauches sind derart ausgeführt bzw. behandelt, dass diese sicher gegen Loslösen an der Innenschicht an dieser anzuordnen sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Phasenwechselmaterial in Projektion des Laufstreifens und/oder auf Höhe der Seitenwände angeordnet ist. Die Lage verspricht Nähe zu den zu erwärmenden Reifenteilen für eine Reduzierung des Rollwiderstandes ohne Beeinflussung des Laufstreifens. Da unter der Fahrt u.a. die meiste Walkarbeit in den Seitenwänden der Reifen erfolgt, ist gesichert, dass das Phasenwechselmaterial genügend Energie während einer Warmphase aufnimmt, damit diese Energie während einer Aufheizphase auch abgegeben werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Phasenwechselmaterial in der Kautschukmischung von zumindest einer Lage des Fahrzeugreifens, vorzugsweise in der Kautschukmischung des Laufstreifens, enthalten ist. Hier kann eine gezielte, lokale Wärmeabgabe erfolgen. Die Übergangskoeffizienten sind an dieser Stelle als nahezu optimal zu sehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Phasenwechselmaterial in unverkapselter und/oder in mikroverkapselter Form ausgebildet ist. Die wärmeabgebende Fläche kann somit beeinflusst werden. Durch diese Verkapselungsform ist gewährleistet, dass der Verbund aus Reifenmaterial und Phasenwechselmaterial optimal interagiert. Die Übergangsfläche ist in dieser Ausbildung sehr groß gegenüber dem Ausprägungsvolumen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Phasenwechselmaterial ein Material mit zu unterkühlender Neigung ist. Nur bei einem unterkühlten Phasenwechselmaterial kann eine gezielte Auslösung des Phasenwechsels - beispielsweise beim initialen Losfahren der Lastkraftmaschine bei noch nicht optimierten Reifentemperaturen - erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Phasenwechselmaterial eine Salz-Essig-Lösung, beispielsweise Natriumacetat-Trihydrat, ist oder Zuckeralkohole Mischungen (Eutektika) sind. All diese Materialien weisen die nötige Eigenschaft, die Unterkühlung, für eine gezielte Auslösung per definierten Mechanismus auf. Weitere Materialien und Materialmischungen mit dieser Eigenschaft sind denkbar.
Das Phasenwechselmaterial ist derart gewählt, dass beispielsweis bei einem Standardreifen für NFZ

- Der Phasenwechsel von flüssig nach fest bei Umgebungstemperatur nach Auslösung erfolgt,
- Der Phasenwechsel von fest nach flüssig in einem Temperaturbereich von 50°C und höher erfolgt.

Durch die erzwungene Unterkühlung des Phasenwechsels gibt es bei dem Phasenwechsel von flüssig nach fest keinen festen Temperaturbereich.
Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

1 einen Querschnitt durch ein NFZ-Luftreifen.

Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen NFZ-Luftreifen 1, welcher einen Laufstreifen 2, Seitenwände 3, Reifenwülste 4 und eine den Reifenhohlraum 5 auskleidende Innenschicht 6 aufweist. Zudem sind radial innen an der Innenschicht 6 zusätzliche Lagen mit Phasenwechselmaterial 7a, 7b, 7c angeordnet. Der Ausdruck „zusätzliche Lage“ bezeichnet dabei ein zur üblichen Reifenkonstruktion weiteres Bauteil. Diese zusätzlichen Lagen mit Phasenwechselmaterial 7a, 7b, 7c sind Beutel oder Schläuche, welche das Phasenwechselmaterial beinhalten. Es sind drei Lagen mit Phasenwechselmaterial 7a, 7b, 7c angeordnet, eine Lage 7a ist in Projektion des Laufstreifens 2, die beiden weiteren Lagen 7b, 7c auf Höhe jeder Seitenwand 3 angeordnet. Die zusätzlichen Lagen mit Phasenwechselmaterial 7a, 7b, 7c sind natürlich derart gestaltet, dass sie sicher und gegen Loslösen haltbar an der Innenschicht 6 angeordnet sind. Das Phasenwechselmaterial beeinflusst aufgrund seiner Phasenwechsel die Betriebstemperatur des NFZ-Luftreifens 1. Das Phasenwechselmaterial ist derart gewählt, dass ein Phasenwechsel von flüssig nach fest, bei welchem Wärme freigesetzt wird, bei den ersten Rollbewegungen des NFZ-Luftreifens 1 nach Beginn einer Fahrt auslösbar ist, um die Erwärmung des NFZ-Luftreifens 1 auf eine optimale Betriebstemperatur zu beschleunigen. Der Phasenwechsel von fest nach flüssig, also die Aufnahme von Wärme und ein „Aufladen“ erfolgt während der optimalen Betriebstemperatur des NFZ-Luftreifens 1. Der Phasenübergang von flüssig nach fest ist durch die Walkarbeit des NFZ-Luftreifens aktivierbar. Das Phasenwechselmaterial ist ein Material mit zu unterkühlender Neigung und ist vorzugsweise eine Salz-Essig-Lösung.
Bezugszeichenliste
(ist Teil der Beschreibung)

1: NFZ-Luftreifen
2: Laufstreifen
3: Seitenwand
4: Reifenwulst
5: Reifenhohlraum
6: Innenschicht
7a: Lage mit Phasenwechselmaterial
7b: Lage mit Phasenwechselmaterial
7c: Lage mit Phasenwechselmaterial
8: Phasenwechselmaterial
aR: axiale Richtung
rR: radiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008009008 U1 [0002]
EP 1881026 A2 [0003]

Claims

Fahrzeugreifen (1), insbesondere für Nutzfahrzeuge, aufweisend einen Laufstreifen (2), Seitenwände (3)und Reifenwülste (4), wobei der Fahrzeugreifen ein Phasenwechselmaterial (8) aufweist, welches aufgrund seiner Phasenwechsel die Betriebstemperatur des Fahrzeugluftreifens beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (8) derart gewählt ist, dass ein Phasenwechsel von flüssig nach fest, bei welchem Wärme freigesetzt wird, bei den ersten Rollbewegungen des Fahrzeugluftreifens nach Beginn einer Fahrt auslösbar ist, um die Erwärmung des Fahrzeugreifens (1) auf eine optimale Betriebstemperatur zu beschleunigen und dass ein Phasenwechsel von fest nach flüssig während der optimalen Betriebstemperatur des Fahrzeugreifens (1) erfolgt.
Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenübergang von flüssig nach fest durch die Walkarbeit des Fahrzeugluftreifens (1) oder durch einen aktiven Impuls aktivierbar ist.
Fahrzeugreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugreifen ein Fahrzeugluftreifen mit einer den Reifenhohlraum (5) auskleidenden Innenschicht (6) ist, dass das Phasenwechselmaterial (8) als zusätzliche Lage (7a, 7b, 7c) radial innen an der Innenschicht (6) des Fahrzeugluftreifens (1) angeordnet ist, wobei die Lage (7a, 7b, 7c) vorzugsweise ein Beutel oder Schlauch ist, welche das Phasenwechselmaterial (8) beinhaltet.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage mit Phasenwechselmaterial (7a, 7b, 7c) in Projektion des Laufstreifens (2) und/oder auf Höhe der Seitenwände (3) angeordnet ist.
Fahrzeugreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugreifen ein Fahrzeugluftreifen oder ein Vollgummireifen ist, dass das Phasenwechselmaterial (8) in der Kautschukmischung zumindest einer Lage des Fahrzeugluftreifens (1), vorzugsweise in der Kautschukmischung des Laufstreifens (2), enthalten ist.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (8) in unverkapselter und/oder in mikroverkapselter Form ausgebildet ist.
Fahrzeugluftreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (8) ein Material mit zu unterkühlender Neigung ist.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (8) eine Salz-Essig-Lösung, beispielsweise Natriumacetat-Trihydrat, ist oder Zuckeralkohole Mischungen (Eutektika) sind.