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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad für Schwerfahrzeuge bestehend
aus Felge und Reifen.
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Bei
Schwerfahrzeugen werden üblicherweise
luftbereifte Fahrzeugräder
verwendet.
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Luftreifen
werden beispielsweise bei Ballastwagen mit hohen Tragfähigkeiten
bei kleinen Geschwindigkeiten eingesetzt. Bei den großen Volumina
der Reifen besteht beim Eindringen von Fremdkörpern erhebliche Explosionsgefahr.
Darüber
hinaus kann ein Luftreifen bei Luftverlust nicht weiter betrieben
werden. Es bestehen hier also keine Notlaufeigenschaften, die zumindest
einen weiteren eingeschränkten
Betrieb des Ballastwagens erlauben würden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Fahrzeugrad zum Einsatz für Schwerfahrzeuge
zur Verfügung
zu stellen, das zum einen einfach und preiswert herstellbar ist
und zum anderen stabil und sicher gegenüber Beschädigungen ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass
der Reifen des Fahrzeugrads aus einem Vollgummigrundköper und
einer diesen umgebenden Lauffläche
mit Profil besteht. Bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Fahrzeugrad kann
das Eindringen von Fremdkörpern
nicht mehr die Funktionsfähigkeit
des gesamten Fahrzeuges beeinträchtigen.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
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Demnach
kann die Lauffläche
auf den Vollgummigrundkörper
aufvulkanisiert sein. Hierdurch ergibt sich eine besonders innigliche
und stabile Verbindung zwischen Vollgummigrundkörper und Lauffläche.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im Vollgummigrundkörper Gewindestücke integriert.
Auf diese integrierten Gewindestücke
können
die in Segmente aufgeteilten Laufflächen aufschraubbar sein. Hierdurch
können die
ein Profil aufweisenden Laufflächenbereiche
bei entsprechender Abnutzung des Laufprofils leicht ausgewechselt
werden.
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Die
Flanken des Vollgummigrundkörpers können gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch einen Flankenschutz seitlich
geschützt sein.
Hier ist ein Schutz gegenüber
Beschädigungen oder
auch gegen UV-Strahlung möglich.
Da durch Verformungsarbeit im Reifen interne Wärme entsteht, die aufgrund
der schlechten Wärmeleitfähigkeit des
Gummis nicht nach draußen
abgeführt
werden kann, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Vollgummigrundköper mit
Kanälen
durchzogen ist, die Kühlflüssigkeit
beinhalten.
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Dabei
können
diese Kanäle
beispielsweise axial und radial verlaufen, wobei die radialen Kanäle die axialen
Kanäle
miteinander verbinden, so dass sich hier insgesamt ein Kanalsystem
ergibt, durch welches die Kühlflüssigkeit
strömen
kann. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Felge
auf Umfang zumindest einen Hohlraum aufweisen, durch den die Kühlflüssigkeit leitbar ist.
Hierdurch kann erwärmte
Kühlflüssigkeit von
den Kanälen
in dem Vollgummigrundkörper
in die Felge geführt
werden. Dort kann die Kühlflüssigkeit abkühlen oder
gegebenenfalls von dort weitergeleitet werden, um in einer besonders
dafür vorgesehenen Einrichtung
gekühlt
zu werden.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind in der Felge zwei Kammern
ausgebildet, die einerseits mit den Kanälen des Vollgummigrundkörpers und
andererseits mit einer Umlaufkühlung
verbunden sind. Hierdurch kann das Kühlmittel im Kreislauf geführt werden,
so dass es bei einer möglichst
konstanten Kühltemperatur
gehalten werden kann, so dass eine Aufheizung des Kühlmittels über die
Zeit während
des Betriebs des Fahrzeugs vermieden werden kann.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
sind die axialen Kanäle
im Vollgummigrundkörper
größer ausgeführt als
die radialen Kanäle.
Hierdurch wird erreicht, dass beim Zusammendrücken des Reifens im Bereich
der Aufstandsfläche
die entsprechenden Kammern zusammengedrückt werden und dass damit das
darin befindliche Kühlmittel
zurück
in den Hohlraum der Felge gepresst wird.
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Zwischen
dem mindestens einen Hohlraum in der Felge und den Kanälen im Vollgummigrundkörper können jeweils
Rückschlagventile
derart angeordnet sein, dass das im Reifen erwärmte Kühlmittel gegen im Hohlraum
der Felge enthaltenes kühleres Kühlmittel
austauschbar ist. Es wird also beim Zusammenpressen der Hohlräume im Reifen
durch das entsprechende Abrollen das heiße Kühlmittel über ein Ventil in die Felge
gepresst. Beim entsprechenden Entlasten des Reifens wird dann, wenn
die entsprechenden Bereiche des Reifens in die unbelasteten Zonen
kommen, aufgrund der Elastizität
des Gummis wieder neue Flüssigkeit über das
zweite Ventil angesaugt. Hiermit ergibt sich eine automatische Pumpwirkung
und eine extern vorgesehene zusätzliche
Pumpe ist nicht erforderlich.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung kann am Hohlraum in der Felge ein Füllanschluß angesetzt
sein, über
den das Kühlmittel
einfüllbar
bzw. auch wieder ablaßbar
ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung besteht darin, dass die Kanäle innerhalb des Vollgummigrundkörpers aus
in Umfangsrichtung angeordneten Schlauchstücken bestehen. Diese wiederum
sind durch radiale Kanäle
miteinander und auch mit dem gegebenenfalls vorhandenen Hohlraum
in der Felge verbunden. Beim Abrollen des Fahrzeugrades unter Belastung
werden nun im Bereich der Aufstandsflächen die Hohlräume zusammengedrückt, wodurch
das Kühlmittel
in die Hohlkammer der Felge zur Kühlung hinausgedrückt wird.
Im Bereich des unbelasteten Reifens öffnen sich die Schlauchhohlräume wieder,
wodurch Kühlmittel
in die Hohlräume
eingesaugt wird. Somit verhält
sich der Reifen wie ein Schwamm, der ausgedrückt bzw. wieder entspannt wird.
Hierdurch wird eine zwangsweise Durchströmung des Reifens mit Kühlflüssigkeit
ermöglicht,
da ab einer bestimmten Geschwindigkeit die Zentrifugalkraft größer wird
als die Erdanziehungskraft. Hier würde sich also das Kühlmittel
im größtmöglichen Durchmesser
der Kühlleitung
ansammeln, ohne in die Felge zurückzuströmen, wenn
man nicht einen entsprechenden Zwangsmechanismus vorsehen würde. Daher
lässt sich
diese Ausführungsform
zur Kühlung
der erfindungsgemäßen Fahrzeugräder für Schwerlastfahrzeuge
mit relativ hohen Geschwindigkeiten relativ vorteilhaft einsetzen.
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Vorteilhaft
kann auf Umfang der Felge eine Zentrierung angeordnet sein, die
in eine entsprechende Ausnehmung im Vollgummigrundkörper eingreift.
Hierdurch wird ein seitliches Abrutschen des Vollgummireifens von
der Felge verhindert.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
einen Teilschnitt durch ein Fahrzeugrad gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2:
eine alternative Ausgestaltung des Fahrzeugrades im Rahmen der vorliegenden
Erfindung in einer Schnittdarstellung, die derjenigen gemäß 1 entspricht,
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3:
eine andere Schnittdarstellung des Fahrzeugrades gemäß 2,
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4:
eine Schnittdarstellung des Fahrzeugrades gemäß 2 mit einem
Teil der Achse und einer schematisch ergänzten Umlaufkühlung für die Kühlflüssigkeit,
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5:
Darstellung entsprechend 1 für eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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6:
einen anderen Schnitt durch das in 5 dargestellte
Fahrzeugrad,
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7:
einen der 1 entsprechenden Schnitt durch
ein Fahrzeugrad gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung,
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8:
eine andere Schnittdarstellung des Fahrzeugrads gemäß 7 und
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9:
eine vergrößerte Darstellung
eines Details gemäß 8.
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1 zeigt
einen Halbschnitt durch ein Fahrzeugrad 10, welches eine
Felge 12 und einen Reifen 14 aufweist. Die Felge 12 weist
eine Scheibe 16 mit Lochkreis 18 auf, die mit
einer Trommel 20 verschweißt ist. Über den gesamten Außenumfang
der Trommel 20 ist mittig eine Zentrierung 22 aufgeschweißt, die über den
gesamten Umfang verläuft und
das seitliche Abrutschen des Reifens 14, der eine entsprechende
Ausnehmung aufweist, verhindert. Der auf der Felge 12 aufsitzende
Reifen 14 besteht aus einem Vollgummigrundkörper 24 und
einer diesen umgebenden Lauffläche 16,
die auch das entsprechende Profil des Reifens bildet. Die seitlichen Flanken
des Vollgummigrundkörpers 24 sind
mittels eines Flankenschutzes 28 vor UV-Strahlen und Beschädigungen
geschützt.
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Der
Vollgummigrundkörper 24 wird
dadurch gebildet, dass auf die Trommel 20 ein Gummiband, das
vorher in einem Extruder aufgeheizt wurde, aufgewickelt und an gepresst
wird. Durch Wahl von verschiedenen Shorehärten oder durch Variation der
Außenkontur
kann die Einfederrate des Reifens variiert werden.
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Die
Lauffläche 26 mit
dem entsprechenden Profil wird als Band produziert und gemäß einer
ersten, hier nicht dargestellten Ausführungsvariante, aufvulkanisiert.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 sind
Gewindestücke 30 mit eingewickelt,
um die Lauffläche 26,
die bei dieser Ausführungsform
segmentweise ausgebildet ist, auf den Vollgummigrundkörper aufschrauben
zu können. Hierzu
dienen die Schrauben 32, die in den Stollen 34 des
Profils der Lauffläche 26 versenkt
sind.
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Die
gesamte Reifekonstruktion wird im Autoklaven durch Hitzeeinwirkung
vulkanisiert, so dass zwischen den Metallteilen und den verschiedenen Gummiteilen
eine feste Verbindung besteht.
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In
den 2 bis 4 ist eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, die für größere Fahrstrecken und höhere Geschwindigkeiten einsetzbar
ist. Gerade bei Einsatz von Vollgummireifen für größere Fahrstrecken und höhere Geschwindigkeiten
entsteht im Reifen aufgrund der Verformungsarbeit intern eine Wärme, die
in Folge der schlechten Wärmeleitfähigkeit
des Gummis nicht nach außen
abgeführt
werden kann. Um die Wärme aus
dem Vollgummireifen abführen
zu können,
wird ein Kühlmittel 36 durch
den Reifen geführt.
Im Vollgummigrundkörper 24 sind
in axialer Richtung axiale Kanäle 38 und
in radialer Richtung radiale Kanäle 40 zur
Durchleitung der Kühlflüssigkeit 36 vorgesehen. Diese
Kanäle
können
in einfacher Weise durch Stifte, die auf einer Vorrichtung aufgeschweißt sind,
erzeugt werden, in dem diese in den Vollgummigrundkörper in
axialer bzw. radialer Richtung bewegt werden, um so die entsprechenden
Kanäle
zu bilden. Die sich hierdurch nach außen bildenden Öffnungen
können mittels
Gummipfropfen 42 verschlossen werden.
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Wie
in der 2 gezeigt, ergibt sich ein System von axialen
Kanälen 38 und
radialen Kanälen 40, die
miteinander in Verbindung stehen und über die radialen Ka näle 40 auch
eine Verbindung mit einer Hohlkammer 44 darstellt, die
in der Felge 12 vorgesehen ist. Die Hohlkammer 44 ist
im Ausführungsbeispiel
gemäß 2 zweigeteilt.
In der linken Hohlkammer 44 gemäß 2 ist ein
Ablaufrohr 46 eingesetzt, während in der rechten Hohlkammer 44 in 2 ein
Zulaufrohr 48 eingesetzt ist (beachte die Pfeilrichtung,
die die Strömungsrichtung
der Kühlflüssigkeit
angibt).
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In 3 ergibt
sich aus der entsprechenden Schnittdarstellung, wie gleichmäßig die
Kanäle über die
Höhe des
Vollgummigrundkörpers
gleich verteilt sind.
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4 zeigt
dann, wie der Hohlraum 44 der Felge 12 mit einem
Umlaufkühler 50,
der hier nur schematisch dargestellt ist, verbunden ist. Hierdurch werden
die entsprechenden Kammern, die sogenannte Innenkammer bzw. Außenkammer,
des zweigeteilten Hohlraums 44 der Felge über eine
Drehdurchführung
mit dem Umlaufkühler 50 verbunden.
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In 5 ist
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Fahrzeugrads
gezeigt, bei der die axial verlaufenden Kanäle 38 mit einem größeren Querschnitt
ausgeführt
sind, als die radialen Kanäle 40.
Somit ergibt sich beim Zusammendrücken des Reifens 14 im
Bereich der Aufstandsfläche, dass
diese Kanäle 38 zusammengedrückt werden und
dass damit das darin befindliche Kühlmittel zurück zum Hohlraum 44 der
Felge 12 gepresst wird. Von der Felge 12 aus wird
innerhalb des Hohlraums 44 zu dem verbindenden radialen
Kanal 40 jeweils ein Ventil 52 bzw. 54 vorgesehen,
wobei die Ventile 52 und 54 als Rückschlagventile
wirken, so dass zum einen beim Zusammenpressen der Hohlräume das heiße Kühlmittel über das
Ventil 52 in den Hohlraum 54 der Felge 12 abströmen kann
und beim Entlasten des Reifens, wenn die entsprechenden Reifenelemente
in die unbelastete Zone kommen, über
die Elastizität
des Gummis wieder neue Kühlflüssigkeit über das
Ventil 54 angesaugt wird. Beide Hohlraumhälften des
Hohlraums 44 sind über
einen Kanal 56 miteinander verbunden.
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Insgesamt
ergibt sich eine automatische Pumpwirkung, so dass eine zusätzliche
Pumpe, wie sie in der Ausführungsform
gemäß der 4 vorzusehen
war, hier nicht mehr notwendig ist. Die Ausführung gemäß 5 baut daher
einfacher. Die Drehdurchführung
in der Achse kann entfallen. Das System arbeitet vollkommen autark.
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Zusätzlich ist
hier insbesondere noch ein zusätzlicher
Füllanschluß 58 vorgesehen,
um das Kühlmittel
ablassen und nachfüllen
zu können.
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Die 6 ist
eine Seitenansicht des Fahrzeugrades 10 gemäß 5,
wobei der geschnittene Bereich im oberen Teil des Fahrzeugrades 10 die Lage
und Anordnung der axialen Kühlkanäle 38 sowie
radialen Kühlkanäle 40 zeigt.
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In
den 7 bis 9 ist schließlich eine weitere Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Fahrzeugrades 10 gezeigt.
Hier sind im Vollgummigrundkörper 24 Schläuche 60 vorgesehen,
die in Umfangsrichtung des Fahrzeugrades 10 angeordnet sind.
Diese sind wiederum über
radiale Kanäle 40 miteinander
und mit dem Hohlraum 44 innerhalb der Felge 12 verbunden.
Dabei sind die Anschlußleitungen 62,
die über
die radialen Kanäle 40 gebildet
werden, über
den Umfang versetzt angeordnet.
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Beim
Abrollen des Fahrzeugrades 10 unter Belastung werden im
Bereich der Aufstandsfläche die
Hohlräume
zusammengedrückt,
wodurch die Kühlflüssigkeit
in die Hohlkammer 44 der Felge 12 zur Kühlung hinausgedrückt wird.
Die Kühlflüssigkeit kann
beispielsweise aus Wasser mit Frostschutzmitteln gebildet sein.
Im Bereich des unbelasteten Reifens 14 öffnen sich die nun die Schlauchräume wieder,
wodurch das Kühlmittel
in die Hohlräume
eingesaugt wird. Demnach verhält
sich der Reifen wie ein Schwamm, der ausgedrückt bzw. wieder entspannt wird.
Hierdurch ist eine einfache Kühlung
des Reifens möglich.
Eine zwangsweise Durchströmung
des Reifens ist hier aber erforderlich, da ab einer bestimmten Geschwindigkeit
die Zentrifugalkraft größer wird
als die Erdanziehungskraft, wodurch sich das Kühlmittel im größten möglichen
Durchmesser der Kühlleitung ansammeln
würde,
ohne die Felge zurückzuströmen. Wichtig
ist es aber, dass das Kühlmittel
möglichst gleich
verteilt über
das Volumen des Vollgummigrundkörpers
gehalten wird. Dies wird durch die Zwangsdurchströmung der
gleichmäßig über das
Volumen des Reifens verteilten Schläuche 60 erreicht.
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Anhand
der seitlichen Schnittdarstellung in 8 und der
vergrößerten Darstellung
gemäß 9 kann
der Aufbau des Vollgummigrundkörpers 24 in
dieser Ausführungsform
erläutert
werden. Nach jeder gespulten Lage des extrudierten Gummis werden
bei Herstellung des Vollgummigrundkörpers 24 mehrere gebogene
Schlauchstücke 61,
die beispielsweise die Länge
eines viertel Durchmessers haben, mit Gummistopfen 64 zu
einem Kreistorus zusammengesteckt. Die Gummistopfenverbindungen
werden pro Lage gleichmäßig auf
dem Umfang verteilt.
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Zwischen
und über
den Schläuchen
werden weitere extrudierte Gummilagen eingefügt. Nach der Vulkanisation
des gesamten Reifens werden Verbindungskanäle 40, z. B. von außen aus,
eingebracht, um die einzelnen Schlauchsegmente mit der Hohlkammerfelge
zu verbinden.