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Die Erfindung betrifft einen Reifen für ein Kraftfahrzeug, welcher wenigstens ein Indikatorelement aufweist. Das wenigstens eine Indikatorelement lässt einen Rückschluss auf einen auf den Reifen aufgebrachten Druck zu. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Reifen.
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Die
DE 10 2018 009 562 A1 beschreibt ein Verfahren zur Anzeige eines Reifendrucks durch einen Fahrzeugreifen. Hierbei können in den Fahrzeugreifen Partikel eines Materials eingebracht sein, deren Farbe in Abhängigkeit vom Reifendruck veränderbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Reifenrand mit einem Band beaufschlagt ist, welches hitzeempfindliche Polymere oder elektrochrome Materialien enthält. Der Fahrzeugreifen beziehungsweise das Band soll in Abhängigkeit von dem Reifendruck seine Farbe ändern, wobei die Farbänderung infolge einer Temperaturänderung des Fahrzeugreifens erfolgt oder infolge eines an den Fahrzeugreifen angelegten elektrischen Signals.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals an den Reifen zum Ermitteln des Reifendrucks technisch sehr aufwendig ist.
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Und wenn als die einem Reifenmaterial beigefügten Partikel etwa hitzeempfindliche Polymere verwendet werden, so ist zu bedenken, dass die Temperatur des Reifens nicht zwangsläufig derart mit dem Reifendruck korrespondiert, dass sich anhand einer jeweiligen Farbe des Fahrzeugreifens der Reifendruck erkennen lässt.
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Denn wenn beispielsweise das Fahrzeug in der Sonne steht und sich aufgrund der Sonneneinstrahlung die Temperatur des Reifens ändert, so kann es zumindest eine Zeit lang dauern, bis eine an der Außenseite des Reifens einsetzende Temperaturerhöhung auch zu einem Ansteigen eines innerhalb des Reifens vorliegenden Drucks führt.
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Das in der
DE 10 2018 009 562 A1 beschriebene Verfahren zur Anzeige eines Reifendrucks ist somit entweder vergleichsweise aufwendig oder relativ ungenau beziehungsweise unzuverlässig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Reifen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem sich der Reifendruck besonders einfach und zuverlässig erkennen lässt, sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Reifen anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch einen Reifen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Reifen für ein Kraftfahrzeug weist wenigstens ein Indikatorelement auf. Das wenigstens eine Indikatorelement lässt einen Rückschluss auf einen auf den Reifen aufgebrachten Druck zu. Das wenigstens eine Indikatorelement weist eine Mehrzahl von alternierend angeordneten Schichten auf. Die Schichten sind jeweils aus einem elastischen Material gebildet. Hierbei ist wenigstens ein Wellenlängenbereich aus dem Spektrum des für Menschen sichtbaren Lichts, in welchem bei einer Beaufschlagung des Indikatorelements mit sichtbarem Licht an dem Indikatorelement eine stärkere Reflexion stattfindet als in wenigstens einem weiteren Wellenlängenbereich aus dem Spektrum, von einer durch den Druck bewirkbaren Dehnung des Indikatorelements abhängig. Durch die Dehnung ist eine Dicke der Schichten veränderbar.
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Das wenigstens eine Indikatorelement reflektiert somit beispielsweise bei einer ersten Dicke der Schichten in einem ersten Wellenlängenbereich aus dem Spektrum des für Menschen sichtbaren Lichts stärker als in dem wenigstens einen weiteren Wellenlängenbereich aus dem Spektrum. Bei einer zweiten Dicke der Schichten reflektiert hingegen das Indikatorelement in wenigstens einem zweiten Wellenlängenbereich aus dem Spektrum des für Menschen sichtbaren Lichts stärker als in wenigstens einem weiteren Wellenlängenbereich aus diesem Spektrum. Für einen auf das wenigstens eine Indikatorelement blickenden Menschen äußerst sich dies in einer Reflexion des sichtbaren Lichts in einer jeweiligen Farbe, welche vom Ausmaß der Dehnung des Indikatorelements und entsprechend von der jeweiligen Dicke der Schichten abhängig ist. Denn durch die Dehnung des Indikatorelements kommt es zu einer Veränderung der jeweiligen Dicke der aufeinander gestapelt beziehungsweise alternierend angeordneten Schichten.
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Dies rührt daher, dass bei zunehmender Dehnung ein Stapel der alternierend angeordneten beziehungsweise aufeinanderliegenden Schichten aus den beiden Materialien beispielsweise senkrecht zu der Stapelrichtung auseinandergezogen wird. Dies führt dann dazu, dass die jeweilige Dicke der einzelnen Schichten abnimmt. Bei einer Entspannung des Stapels nimmt demgegenüber die jeweilige Dicke der Schichten wieder zu.
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In dem wenigstens einen Indikatorelement beziehungsweise in dem Stapel der alternierend angeordneten oder aufeinanderliegenden Schichten wechseln sich vorzugsweise Schichten eines ersten elastischen Materials und Schichten eines zweiten elastischen Materials alternierend ab. Hierbei ist es für die Reflexion von Licht in dem wenigstens einen Wellenlängenbereich vorteilhaft, wenn eine Anzahl an Grenzflächen, an welchen die aufeinander gestapelten Schichten aneinander angrenzen, sehr groß ist.
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Da die Dehnung des Reifens im Bereich des wenigstens einen Indikatorelements von dem Druck abhängt, welcher auf den Reifen aufgebracht wird, lässt sich aufgrund des Vorsehens des wenigstens einen Indikatorelements der Reifendruck besonders einfach und zuverlässig erkennen.
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Denn der auf den Reifen aufgebrachte Druck lässt sich an der Farbe ablesen, welche das von dem Indikatorelement reflektierte Licht aufweist, beziehungsweise daran, welchen Wellenlängenbereich aus dem Spektrum des sichtbaren Lichts das Indikatorelement bei einer jeweiligen Dehnung des Indikatorelements besonders stark reflektiert.
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In dem Indikatorelement ist die Dicke der alternierend angeordneten Schichten aus den beiden elastischen Materialien vorliegend geringer als eine Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Aufgrund dieser Ausgestaltung der Schichten kommt es an den jeweiligen Grenzflächen, an welchen die alternierend angeordneten Schichten aneinander angrenzen, zu Interferenzen, insbesondere zu konstruktiven Interferenzen.
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Das diesem Sachverhalt zugrunde liegende Prinzip soll nachfolgend erläutert werden. Trifft beispielsweise sichtbares Licht auf eine dünne Schicht, so wird ein Teil des Lichts an der Oberfläche der Schicht reflektiert, und ein weiterer Teil des Lichts dringt in die dünne Schicht ein. Das eindringende Licht erreicht nach Durchqueren der Schicht dessen Rückseite, wird an der Rückseite reflektiert und gelangt dadurch wieder in Richtung der beziehungsweise hin zu der Vorderseite beziehungsweise Oberfläche der Schicht. Nach abermaligem Passieren dieser Grenzfläche eilt dieser Lichtanteil dem unmittelbar reflektierten Lichtanteil hinterher. Da der ins Medium der Schicht eindringende Lichtanteil einen längeren Weg bis zum Wiederaustritt durchläuft als der direkt reflektierte Lichtanteil, liegen nun im Allgemeinen nicht mehr gleiche Schwingungsphasen des Lichts vor, sondern es ist ein Gangunterschied vorhanden.
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Da sich dieser Gangunterschiede bei konstanter Mediendicke oder Schichtdicke mit dem Einfallswinkel des Lichts oder bei konstantem Einfallswinkel des Lichts mit der Schichtdicke ändert, können in dem reflektierten und auch in dem durchfallenden Licht Interferenzen entstehen. Die Gangunterschiede sorgen dann über Interferenz für eine deutliche Verstärkung einer Farbe, welche die mit dem sichtbaren Licht beaufschlagte Schicht für einen Betrachter hat.
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Dementsprechend führt das Vorsehen der alternierend angeordneten dünnen Schichten dazu, dass in dem wenigstens einen Wellenlängenbereich die Reflexion stattfindet, welche stärker ist als eine Reflexion in dem wenigstens einen weiteren Wellenlängenbereich aus dem Spektrum des sichtbaren Lichts.
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Beim Einstellen oder Vorgeben der jeweiligen Dicke der Schichten beziehungsweise bei einer Bemaßung der Dicken der alternierend angeordneten Schichten des Indikatorelements wird vorzugsweise auf die Einhaltung von Randbedingungen geachtet, wie sie auch bei der Herstellung eines Bragg-Spiegels oder eines Bragg-Gitters zu beachten sind. Auf diese Weise lässt sich eine besonders weitgehende konstruktive Interferenz in dem wenigstens einen Wellenlängenbereich des insbesondere senkrecht auf den Stapel der Schichten einfallenden Lichts erreichen.
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Auch im Hinblick auf die Beschaffenheit der beiden elastischen Materialien der Schichten wird vorzugsweise auf die Einhaltung dieser Randbedingungen geachtet. Insbesondere kann somit weiter vorgesehen sein, dass die jeweiligen elastischen Materialien, aus welchen die alternierend angeordneten Schichten gebildet sind, unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Unterschiedliche Brechungsindizes sorgen insbesondere für eine besonders gute optische Erkennbarkeit der Reflexion in dem wenigstens einen Wellenlängenbereich. Jedoch kann es prinzipiell bereits aufgrund des Vorhandenseins von Grenzflächen der alternierend angeordneten und aneinander angrenzenden Schichten zu einem Auftreten der oben erläuterten Gangunterschiede kommen.
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Bei dem das wenigstens eine Indikatorelement aufweisenden Reifen kann der Reifendruck durch eine einfache visuelle Prüfung anhand einer jeweiligen Farbe des wenigstens einen Indikatorelements festgestellt werden. Folglich wird kein separater, herkömmlicher Drucksensor benötigt, um den aktuell vorliegenden Reifendruck zu bestimmen. Es ist auch nicht erforderlich, den Reifen selber mit einem Drucksensor auszustatten. Vielmehr kann alleine anhand des Wellenlängenbereichs, in welchem sichtbares Licht von dem wenigstens einen Indikatorelement bei einer jeweiligen Dehnung des Indikatorelements besonders stark reflektiert wird, auf den Druck geschlossen werden, welcher gerade auf den Reifen aufgebracht wird.
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Zum einen äußert sich der auf den Reifen aufgebrachte Druck darin, welcher Innendruck in einem zwischen einer Felge eines Rads des Kraftfahrzeugs und einer Innenseite des Reifens liegenden Raum beziehungsweise in einem von der Felge und der Innenseite begrenzten Raum herrscht. Das Einhalten eines insbesondere in Abhängigkeit von der gerade vorliegenden Beladung des Kraftfahrzeugs empfohlenen Innendrucks des Reifens ist vorteilhaft, etwa im Hinblick auf einen Kraftstoffverbrauch oder Energieverbrauch bei einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug. Des Weiteren ist das Einhalten des jeweils empfohlenen Innendrucks des Reifens im Hinblick auf die Fahrsicherheit vorteilhaft. Wenn es vorliegend zu einer Änderung dieses Reifeninnendrucks kommt, so äußert sich dies in einer Änderung der Dehnung des Indikatorelements und somit in einer Veränderung der Dicke der Schichten des Indikatorelements.
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Der auf den Reifen aufgebrachte Druck ist jedoch auch von der Beladung des Kraftfahrzeugs abhängig. Bei einem gegebenen Reifeninnendruck führt beispielsweise eine Erhöhung der Beladung des Kraftfahrzeugs zu einer zumindest lokal stärkeren Deformation des Reifens. Dies äußert sich wiederum in einer stärkeren Dehnung im Bereich dieser Deformation.
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Folglich lässt sich bei dem Reifen auch sehr einfach erkennen, ob aufgrund einer Veränderung der Beladung des Kraftfahrzeugs der Reifeninnendruck anzupassen ist. Denn wenn sich aufgrund einer Änderung der Beladung des Kraftfahrzeugs die Farbe beziehungsweise der Wellenlängenbereich des an dem Indikatorelement reflektierten sichtbaren Lichts ändert, so ist dies für einen auf das Indikatorelement blickenden Betrachter sehr einfach feststellbar. Daher lässt sich beispielsweise nach einer Änderung der Beladung anhand der Farbe des Indikatorelements leicht erkennen, ob ein Nachjustieren des Reifendrucks in Form eines Anpassens des Innendrucks vorgenommen werden sollte.
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In analoger Weise lässt sich beispielsweise anhand eines Farbwechsels des Indikatorelements ein Druckverlust des Reifens sehr einfach visuell feststellen. Insbesondere ist es auf diese Weise möglich zu erkennen, ob ein Reifen einer Mehrzahl von Reifen des Kraftfahrzeugs einen anderen Innendruck aufweist als wenigstens ein weiterer Reifen des Kraftfahrzeugs. Denn insbesondere wenn aufgrund unterschiedlicher Reifendrücke die jeweiligen Indikatorelemente jeweiliger Reifen des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichts reflektieren, ist ein derartiger Unterschied des Innendrucks der jeweiligen Reifen sehr augenfällig und somit besonders leicht zu erkennen.
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In vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem Vorsehen des wenigstens einen Indikatorelements zum Erkennen des Reifendrucks um einen neuartigen Anzeigeansatz, bei welchem keine elektrischen Geräte oder weitere Sensoren, insbesondere Drucksensoren, erforderlich sind. Es sind auch keine weiteren Hilfsmittel notwendig, um den jeweiligen Reifendruck zu erkennen. Vielmehr können allein durch Betrachten des wenigstens einen Indikatorelements bei einer Beaufschlagung desselben mit sichtbarem Licht Rückschlüsse auf den Druck vorgenommen werden, welcher auf den Reifen aufgebracht ist. Der jeweilige Reifendruck lässt sich somit sehr einfach bestimmen beziehungsweise erkennen.
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Und das Beaufschlagen des wenigstens einen Indikatorelements mit sichtbarem Licht lässt sich sehr einfach realisieren, insbesondere wenn es sich bei dem Licht um Tageslicht handelt. Jedoch auch durch Anleuchten des Indikatorelements mit einer Lampe kann das Beaufschlagen des Indikatorelements mit sichtbarem Licht erreicht werden.
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Des Weiteren lassen sich auch Änderungen einer Belastung des Reifens, welche beispielsweise durch eine Änderung der Beladung des Kraftfahrzeugs hervorgerufen sein können, und welche sich in einer Veränderung des auf den Reifen aufgebrachten Drucks äußern, sehr einfach bestimmen beziehungsweise erkennen.
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Insbesondere kann so bei einem mit dem Reifen ausgestatteten Kraftfahrzeug erreicht werden, dass sich stets erkennen lässt, ob ein optimaler Reifendruck vorliegt. Und durch Einstellen des jeweils optimalen Reifendrucks lassen sich Effizienzgewinne erzielen. Beispielsweise äußert sich dies in einem geringeren Verbrauch des Kraftfahrzeugs beziehungsweise in einer höheren Reichweite des Kraftfahrzeugs. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Gesamteffizienz des Kraftfahrzeugs und auch eine gesamte Ökobilanz des Kraftfahrzeugs vorteilhaft.
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Vorzugsweise sind die Schichten aus einem jeweiligen Polymermaterial gebildet. Insbesondere Polymerschichten lassen sich nämlich fertigungstechnisch gut mit der gewünschten Dicke bereitstellen, welche die Reflexion des wenigstens einen Wellenlängenbereichs an dem Indikatorelement in Abhängigkeit von der jeweiligen Dehnung des Indikatorelements mit sich bringen.
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Beispielsweise können die Schichten der geringen Dicke durch ein Abscheideverfahren aus dem Bereich der Dünnschichttechnologie bereitgestellt werden, etwa in Form einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) und/oder in Form einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Des Weiteren ist es möglich, die alternierend angeordneten Schichten geringer Dicke mittels eines Rotationsbeschichtungsverfahrens (spin coating - Verfahren) und/oder durch Rakeln und/oder mittels eines Extrusionsverfahrens und/oder mittels eines Druckverfahrens, insbesondere in Form eines Tintenstrahldruckverfahrens, oder dergleichen bereitzustellen.
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Mittels derartiger Verfahren lassen sich sehr genau Schichten mit der gewünschten Dicke im Bereich von weniger als einem Mikrometer bereitstellen. Ein die jeweiligen Polymermaterialien aufweisender Stapel der alternierend angeordneten Schichten, durch welchen das wenigstens eine Indikatorelement gebildet ist, kann dann an einem Grundkörper des Reifens angebracht werden, beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder dergleichen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, das wenigstens eine Indikatorelement in einen Grundkörper in Form einer Karkasse des Reifens einzubringen, insbesondere einzuweben.
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Vorzugsweise weisen das elastische Material einer ersten Schicht und das elastische Material einer zweiten Schicht der alternierend angeordneten Schichten einen im Wesentlichen gleichen Elastizitätsmodul auf. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich bei dem Dehnen des Stapels der alternierend angeordneten Schichten eine relativ gleichmäßige Veränderung der Dicke der jeweiligen Schichten ergibt. Zudem ist dies im Hinblick auf einen Zusammenhalt der Schichten auch bei einer Beanspruchung des Indikatorelements aufgrund des Dehnens vorteilhaft.
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Unter einem im Wesentlichen gleichen Elastizitätsmodul soll vorliegend verstanden werden, dass die beiden Elastizitätsmodule der jeweiligen Schichten insbesondere dieselbe dezimale Größenordnung aufweisen.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das wenigstens eine Indikatorelement als Faser mit einem Kernbereich ausgebildet ist, bei welcher die beiden Schichten um den Kernbereich aufgerollt angeordnet sind. Zum einen bestehen für die Herstellung einer derartigen Faser aus sehr dünnen Schichten bewährte und kostengünstige Fertigungsverfahren. Des Weiteren lässt sich eine derartige Faser bei der Anbringung des wenigstens einen Indikatorelements an dem Reifen besonders gut verarbeiten. Zudem kann auch die Faser selber gut gehandhabt und beispielsweise aufgerollt transportiert werden, sodass auch dies im Hinblick auf die Herstellung des Reifens unter Verwendung der wenigstens einen Faser vorteilhaft ist.
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In dem Kernbereich kann die Faser insbesondere hohl ausgebildet sein. Aufgrund der damit einhergehenden Flexibilität der Faser lässt sich diese sehr gut verarbeiten. Beispielsweise kann bei der Herstellung der Faser der Kernbereich zunächst durch eine (sehr dünne) Glasfaser gebildet sein, um welche zwei aufeinanderliegende Schichten spiralförmig aufgewickelt werden. Nach diesem Aufwickeln oder Aufrollen kann dann die Glasfaser aus der so gebildeten Rolle gezogen oder sonst wie entfernt werden, beispielsweise durch Auflösen der Glasfaser. Senkrecht zu dem Kernbereich ergibt sich in dieser Rolle oder Faser dann die alternierende Abfolge der beiden Schichten, welche jeweils aus einem elastischen Material gebildet sind.
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Vorzugsweise ist die wenigstens eine Faser in einen Grundkörper des Reifens eingebettet. Auf diese Weise ist eine sehr gute Verbindung der wenigstens einen Faser mit dem Grundkörper des Reifens sichergestellt. Dadurch kann das wenigstens eine Indikatorelement dauerhaft gut genutzt werden, um über den Reifendruck Aufschluss zu erhalten.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Indikatorelement um eine Rotationsachse des Reifens umlaufend an einer Außenseite des Reifens angeordnet. Zum einen ist an der Außenseite des Reifens das wenigstens eine Indikatorelement besonders gut für sichtbares Licht etwa in Form von Sonnenlicht beziehungsweise Tageslicht und/oder dem Licht einer Lampe sehr gut zugänglich.
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Des Weiteren kann auf diese Weise sehr einfach sichergestellt werden, dass stets zumindest ein Teilbereich des Indikatorelements für einen von der Außenseite her auf den Reifen blickenden Betrachter sichtbar ist.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Indikatorelement an einer Seitenflanke des Reifens angeordnet, welche in einer Einbaulage des Reifens für eine neben dem Kraftfahrzeug stehende Person sichtbar ist. Dies ist einer besonders einfachen Erkennbarkeit einer Farbänderung des wenigstens einen Indikatorelements zuträglich.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist wenigstens einen erfindungsgemäßen Reifen auf. Dadurch lässt sich an dem wenigstens einen Reifen der Reifendruck besonders einfach und zuverlässig erkennen.
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Vorzugsweise weisen sämtliche Räder des Kraftfahrzeugs einen erfindungsgemäßen Reifen auf. Auf diese Weise können insbesondere Unterschiede eines auf einen jeweiligen der Reifen aufgebrachten Drucks sehr einfach optisch erfasst werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Reifens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 schematisch ein Rad eines Kraftfahrzeugs, wobei an einer Seitenflanke eines Reifens des Rads ein als Faser ausgebildetes Indikatorelement angeordnet ist, dessen Farbe sich bei einer Änderung eines auf den Reifen aufgebrachten Drucks ändert;
- 2 schematisch das Einbetten einer solchen Faser in ein textiles Matrixmaterial, wie es bei dem Reifen gemäß 1 Verwendung finden kann;
- 3 Schritte bei einer möglichen Vorgehensweise zum Herstellen der in 2 gezeigten Faser;
- 4 eine Perspektivansicht und eine schematische, stark vergrößerte Detailansicht der Faser gemäß 2;
- 5 eine Verschiebung von Wellenlängenbereichen, in welchen die Faser Licht reflektiert, wobei die Verschiebung der Wellenlängenbereiche von einer Dehnung der Faser in deren Längserstreckungsrichtung abhängig ist;
- 6 Hauptwellenlängenbereiche, in welchen die Faser Licht reflektiert, in Abhängigkeit von einer Dehnung der Faser; und
- 7 stark schematisiert ein als Kraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches Räder gemäß 1 aufweist.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch ein Rad 10 eines in 7 ebenfalls lediglich schematisch gezeigten Kraftfahrzeugs 12 dargestellt. In an sich bekannter Weise weist das Rad 10 eine Felge 14 auf, auf welche ein Reifen 16 aufgezogen ist.
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Vorliegend geht es darum, mit einfachen Mitteln einen Reifendruck des Reifens 16 zu erkennen. Zu diesem Zweck weist der Reifen 16 wenigstens ein Indikatorelement auf, welches bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung des Reifens 16 als Faser 18 ausgebildet ist.
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Bei der in 1 gezeigten Variante des Reifens 16 läuft die Faser 18 um eine Rotationsachse 20 des Reifens 16 beziehungsweise des Rads 10 um. Hierbei ist die Faser 18 an einer Außenseite 22 einer Seitenflanke 24 des Reifens 16 angeordnet. Die Seitenflanke 24 des Reifens 16 erstreckt sich von der Felge 14 bis zu einer Lauffläche 26 des Reifens 16.
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Die Faser 18 besteht vorliegend aus einem Materialverbund von Schichten 28, 30 aus jeweiligen elastischen Materialien. Dieser Aufbau der Faser 18 ist gut aus der in 4 rechten Darstellung ersichtlich. Hier ist erkennbar, dass in der Faser 18 die Schichten 28, 30 alternierend angeordnet sind. Dementsprechend grenzt in einem durch die Schichten 28, 30 aus den beiden elastischen Materialien gebildeten Stapel eine erste Schicht 28 an eine benachbarte zweite Schicht 30 an, wobei in 4 lediglich einige dieser alternierend angeordneten Schichten 28, 30 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die aus den jeweiligen elastischen Materialien gebildeten Schichten 28, 30 sind vorliegend sehr dünn und beispielsweise aus einem jeweiligen Polymermaterial gebildet.
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Des Weiteren weisen bei der in 1 gezeigten Faser 18 die in alternierender Abfolge angeordneten Schichten 28, 30 unterschiedliche Brechungsindizes auf. Wenn nun beispielsweise sichtbares Licht senkrecht zu einem Kern oder Kernbereich 32 der Faser 18 (vergleiche 4) auf diese aufeinander gestapelten Schichten 28, 30 auftrifft, so kommt es zu konstruktiven Interferenzen an Grenzflächen, an welchen die Schichten 28, 30 aneinander angrenzen. Diese konstruktiven Interferenzen führen dazu, dass bei einer bestimmten Dicke der jeweiligen Schichten 28, 30 wenigstens ein Wellenlängenbereich aus dem Spektrum des für Menschen sichtbaren Lichts von der Faser 18 besonders stark reflektiert wird.
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Der Kernbereich 32 der Faser 18 ist in einer in 4 links gezeigten Darstellung, welche einen Zustand während der Herstellung der Faser 18 zeigt, beispielsweise durch eine Glasfaser 40 gebildet. Auf diese Glasfaser 40 können die beiden aufeinander angeordneten beziehungsweise aneinander angrenzen Schichten 28, 30 bei der Fertigung der Faser 18 aufgewickelt oder aufgerollt werden. Dadurch ergibt sich senkrecht zu dem Kernbereich 32 eine Vielzahl von aufeinander geschichteten Lagen oder Mikrolagen, welche abwechselnd oder alternierend durch die erste Schicht 28 und durch die zweite Schicht 30 gebildet sind.
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Wenn nun die Faser 18 gedehnt und hierbei in die Länge gezogen wird, so kommt es zu einer Veränderung einer Dicke der jeweiligen Schichten 28, 30. Ein derartiges Auseinanderziehen der Faser 18 ist in 2 durch entsprechende Pfeile 34 veranschaulicht. Bei diesem Auseinanderziehen kommt es also zu einer Verringerung der Dicke der einzelnen Schichten 28, 30 oder Mikrolagen. Nimmt der auf die Faser 18 ausgeübte Zug, welcher gemäß 2 in Richtung der einander entgegengesetzten Pfeile 34 auf die Faser 18 wirkt, jedoch wieder ab, so nimmt aufgrund der Elastizität der für die Schichten 28, 30 verwendeten Materialien die Dicke der Schichten 28, 30 wieder zu.
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Der Wellenlängenbereich aus dem Spektrum des für den Menschen sichtbaren Lichts, welcher bei einer jeweiligen Dehnung der Faser 18 hauptsächlich reflektiert wird, ist somit von der Dehnung abhängig, welche auf die Faser 18 aufgebracht wird. Dies hat zur Folge, dass die Faser 18 bei Lichtbestrahlung je nach Dehnung Licht in unterschiedlichen Farben reflektiert. Daher kann die bei der jeweiligen Dehnung reflektierte Farbe der Faser 18 verwendet werden um anzuzeigen, wie stark die Faser 18 gedehnt ist.
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Dieses Verhalten der alternierend angeordneten Schichten 28, 30 aus den beiden elastischen Materialien macht man sich vorliegend zunutze, um durch Betrachten der Faser 18 Rückschlüsse auf einen Druck zu ziehen, welcher auf den Reifen 16 aufgebracht wird.
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Zu diesem Zweck kann, wie dies in 2 schematisch dargestellt ist, die Faser 18 in ein Matrixmaterial 36 des Reifens 16 eingebettet werden, insbesondere eingeflochten werden, beispielsweise in ein Matrixmaterial 36, durch welches eine Karkasse des Reifens 16 gebildet ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Faser 18 von außen gut sichtbar ist. Hierbei ist vorliegend insbesondere dafür gesorgt, dass eine neben dem Kraftfahrzeug 12 (vergleiche 7) stehende Person die als Indikatorelement dienende Faser 18 sehen kann, wenn die Person auf die Seitenflanke 24 (vergleiche 1) des Reifens 16 blickt.
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Die wenigstens eine Faser 18 ermöglicht es somit, den Reifendruck visuell zu prüfen, nämlich anhand der Farbe beziehungsweise anhand des Wellenlängenbereichs, den die Faser 18 bei einer Beaufschlagung mit sichtbarem Licht in Abhängigkeit von der Dehnung und damit der Dicke der jeweiligen Schichten 28, 30 besonders stark reflektiert.
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Folglich wird zur Bestimmung des Reifendrucks kein herkömmlicher Drucksensor benötigt, welcher in das Rad 10 integriert ist, oder welcher beispielsweise an einer Tankstelle oder dergleichen an ein (nicht gezeigtes) Ventil des Rads 10 angeschlossen werden kann, um den Reifendruck zu prüfen. Es kann somit sehr leicht beispielsweise ein Druckverlust des Reifens 16 visuell erkannt werden, nämlich anhand eines Farbwechsels, den die Faser 18 in wenigstens einem Teilbereich der Faser 18 zeigt.
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Des Weiteren kann es beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug 12 stark beladen wird, zu einer zumindest lokalen Verformung der Reifen 16 kommen, auch wenn der innerhalb des Reifens 16 (also zwischen dem Reifen 16 und der Felge 14) vorliegende Innendruck, insbesondere Luftdruck, des Reifens 16 unverändert ist. Es lässt sich also auch optisch sehr einfach feststellen, ob beispielsweise aufgrund einer höheren Zuladung in einen Laderaum und/oder in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs 12 der Innendruck zumindest eines der Reifen 16 erhöht werden sollte.
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Mit Bezug auf 3 soll eine Möglichkeit für eine Herstellung der vorliegend die beiden elastischen Schichten 28, 30 aufweisenden Faser 18 erläutert werden. Beispielsweise wird zunächst die erste Schicht 28 als dünner Film auf einen rotierenden Träger 38 aufgebracht. Bei dem Film, durch welchen die erste Schicht 28 bereitgestellt wird, kann es sich beispielsweise um ein Silikonöl etwa in Form eines Siloxans handeln. Insbesondere kann zum Bereitstellen der ersten Schicht 28 ein Polydimethylsiloxan (PDMS) zum Einsatz kommen.
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Auf diesen Film beziehungsweise auf diese erste Schicht 28 wird nun die zweite Schicht 30 beispielsweise in Form einer zunächst (also beim Aufbringen oder Auftragen) fließfähigen Komponente aufgebracht, wie dies in der in 3 linken Darstellung gezeigt ist. Auch die zweite Schicht 30 kann durch ein elastisches Polymer wie etwa ein Silikonöl, insbesondere ein Siloxan, beispielsweise in Form eines anderen Polydimethylsiloxans (PDMS) bereitgestellt sein. Aufgrund der Rotation des Trägers 38 verteilt sich die zweite Schicht 30 als sehr dünne zweite Lage auf der ersten Schicht 28. Anschließend kann, wie dies in der in 3 rechten Darstellung schematisch gezeigt ist, ein derartiger, die beiden Schichten 28, 30 umfassender Schichtverbund auf einen Kern etwa in Form der Glasfaser 40 aufgewickelt werden.
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In der in 4 linken Darstellung ist die Faser 18 mit der noch nicht entfernten Glasfaser 40 gezeigt, durch welche der Kernbereich 32 der Faser 18 gebildet ist. Um diesen Kernbereich 32 herum sind die beiden Schichten 28, 30 aufgewickelt beziehungsweise aufgerollt.
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In einem in 5 gezeigten Graphen 42 ist auf einer Abszisse 44 die Wellenlänge beispielsweise des sichtbaren Lichts in Nanometern aufgetragen und auf einer Ordinate 46 die Intensität einer Reflexion der Faser 18. Eine jeweilige, in dem Graphen 42 gezeigte Kurve 48, 50 veranschaulicht hierbei die Reflexion der Faser 18 bei einer bestimmten Dehnung der Faser 18. Beispielsweise zeigt die in 5 mit der Ziffer 1 versehene Kurve 48, dass bei einer bestimmten, vergleichsweise geringen ersten Dehnung der Faser 18 vorwiegend bestimmte Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichts reflektiert werden. In diesen Wellenlängenbereichen weist die erste Kurve 48 jeweilige Peaks auf.
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Eine weitere, in 5 mit der Ziffer 2 versehene Kurve 50 veranschaulicht in dem Graphen 42 demgegenüber eine Situation, bei welcher die Faser 18 stärker gedehnt ist und somit eine Dicke der Schichten 28, 30 verringert ist. Hierbei sind jeweilige Peaks der weiteren Kurve 50, welche die hauptsächlich reflektierten Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichts angeben, im Gegensatz zu den Peaks gemäß der ersten Kurve 48 verschoben. Dies bedeutet, dass die Faser 18 bei der durch die weitere Kurve 50 angegebenen Dehnung in einer anderen Farbe erscheint als bei der durch die erste Kurve 48 angegebenen Dehnung.
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Ein in 5 gezeigter Pfeil 52 gibt eine zunehmende Dehnung der Faser 18 an. Dementsprechend kommt es bei der zunehmenden Dehnung der Faser 18 zu einer zunehmend weiteren Verschiebung der jeweiligen Peaks der jeweiligen Kurven 48, 50, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit in 5 lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind.
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In einem in 6 gezeigten Graphen 54 sind auf einer Ordinate 56 die Peaks der Wellenlängen aufgetragen, bei welchen eine Reflexion von sichtbarem Licht an der Faser 18 stattfindet. Demgegenüber ist auf einer Abszisse 58 in dem Graphen 54 gemäß 6 die Dehnung der Faser 18 aufgetragen. In 6 sind Kurven 60 dargestellt, welche die Peaks der von der Faser 18 reflektierten Wellenlängen in Abhängigkeit von der jeweiligen Dehnung der Faser 18 angeben. Aus 6 ergibt sich demnach, dass sich bei der vorliegend beispielhaft betrachteten Faser 18 die Peaks infolge einer zunehmenden Dehnung der Faser 18 hin zu geringen Wellenlängen verschieben. Diese Beobachtung ist in Übereinstimmung mit der Darstellung gemäß dem Graphen 42 in 5.
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In der Praxis hat dies zur Folge, dass die Faser 18 bei einer Beaufschlagung mit sichtbarem Licht einem Betrachter in unterschiedlichen Farben erscheint, je nachdem, wie stark die Faser 18 gedehnt ist. So kann sehr einfach anhand der jeweiligen Farbe der Faser 18 auf den Reifendruck des Reifens 16 rückgeschlossen werden. Denn die Faser 18 reflektiert bei Bestrahlung mit dem sichtbaren Licht an den sehr dünnen Schichten 28, 30 definiert in unterschiedlichen Farben, je nachdem, welche Dicke die Schichten 28, 30 infolge der Dehnung der Faser 18 gerade aufweisen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Verwendung der Faser 18 oder eines derartigen, die alternierend angeordneten Schichten 28, 30 aufweisenden Indikatorelements beziehungsweise durch die Verwendung eines entsprechenden Faserbündels das Anzeigen von Luftdruckeigenschaften in einem insbesondere als Autoreifen ausgebildeten Reifen 16 vereinfacht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rad
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- Felge
- 16
- Reifen
- 18
- Faser
- 20
- Rotationsachse
- 22
- Außenseite
- 24
- Seitenflanke
- 26
- Lauffläche
- 28
- Schicht
- 30
- Schicht
- 32
- Kernbereich
- 34
- Pfeil
- 36
- Matrixmaterial
- 38
- Träger
- 40
- Glasfaser
- 42
- Graph
- 44
- Abszisse
- 46
- Ordinate
- 48
- Kurve
- 50
- Kurve
- 52
- Pfeil
- 54
- Graph
- 56
- Ordinate
- 58
- Abszisse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018009562 A1 [0002, 0006]
