DE2443493C3 - Elastisches Fahrzeugrad mit einem auf einer Felge des Fahrzeugrades befestigten Reifenkörper aus elastomerem Material mit darin eingebetteten Stromabnahmeeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Fahrzeugrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein elastisches Fahrzeugrad der eingangs aufgeführten Bauart ist aus der DE-OS 22 56 453 bekannt, wobei ein massiver Trägerkörper verwendet wird, an dessen radialen Umfangsbereich die Stromabnahmeeinrichtungen in einer Lauffläche eingebettet sind. Infolge der Verwendung eines massiv ausgebildeten Fahrzeugrads kann dieses nur in geringem Umfang deformiert werden, nämlich im wesentlichen nur im Bereich der Elektrodeneinbettung, so daß sich das bekannte Fahrzeugrad nur in einem relativ begrenztem Umfang an Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Stromzuführungsweges anpassen kann.

Aus der US-PS 18 59 343 ist ferner ein elastisches Fahrzeugrad bekannt, bei welcher die Elektroden in Nuten eines unter Überdruck stehenden Luftreifens eingesetzt sind. Bei dieser Anordnung ist zwar eine weitgehende Verformung des Fahrzeugrads unter Anpassung an Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Stromzuführungsweges möglich, jedoch besteht bei zu hohem Überdruck im Luftreifen die Gefahr eines Springens des Rads, wodurch die Gleichmäßigkeit der Stromzuführung beeinträchtigt wird.

Der letztgenannte Nachteil ist auch bei einem elastischen Fahrzeugrad gemäß der GB-PS 11 50 738 vorhanden, bei welchem die Elektroden nachträglich in einen gewöhnlichen, auf einer Felge des Fahrzeugrades befestigtem Luftreifen eingesetzt und mittels eines durch den Luftraum des Reifens geführten Leiter mit der Felge verbunden sind.

In letzter Zeit wurde ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Reifens vorgeschlagen, bei welchem ein Elastomermaterial in flüssigem Zustand vergossen wird. Dieser Gußreifen wird dadurch hergestellt, daß man ein flüssiges Elastomermaterial in einen hohlen Raum mit der Form des Reifens zwischen einer Reifenform, die die äußere Ausbildung des Reifens festlegt und einer Reifenform zur Ausbildung der Innenform desselben gießt und dieses aushärtet, worauf man den gewünschten Reifen erhält. Wenn beispielsweise Polyurethangummi als ein solches Elastomermaterial verwendet wird, so weist der auf diese Weise > hergestellte Reifen eine hohe Zugfestigkeit, einen hohen Verschleißwiderstand und eine große Steifigkeit im Vergleich zu herkömmlich geformten Gummiteilen auf. Somit wurde es möglich, einen Reifen herzustellen, der der Verwendung unter harten Bedingungen ausreichend widersteht, ohne daß zusätzlich Verstärkungselemente bzw. Reifencords erforderlich sind, wie es bei bisher hergestellten Reifen der Fall ist. Die Entwicklung dieser einzigartigen Reifengießtechnik hat es möglich gemacht, leicht und mühelos einen Reifen herzustellen, welcher darin eingebettete Elektroden und elektrische Leitungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Fahrzeugrad der eingangs genannten Bauart derart auszubilden, daß ungeachtet von Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Stromzuführungswegs eine gleichmäßige Stromabnahme mit entsprechend gutem Wirkungsgrad erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Als Folge der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es möglich, eine große Kontaktfläche mit dem Stromzuführungsweg zu erzielen, da der Reifenkörper sich aufgrund seiner Flexibilität leicht in seiner Form ändern kann, und zwar auch dann, wenn nur eine geringe Last am Fahrzeugrad angreift, so daß ein guter elektrischer Wirkungsgrad infolge gleichmäßiger Stromabnahme zusammen mit einer geringen Abnützung erzielt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des elastischen Fahrzeugrades gibt der Anspruch 2 an.

Die Erfindung wird anschließend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht des Fahrzeugrads,

Fig. 2, 3 und 4 schematische Draufsichten auf eine Reifenabwicklung mit der Darstellung verschiedener Möglichkeiten der elektrischen Verbindung zwischen den Elektroden und elektrischen Leitungen in verschiedenen Ausführungsbeispielen,

Fig.5 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels,

F i g. 6 und 7 eine perspektivische und eine abgewikkelte Darstellung mit genauer Darstellung der Art der elektrischen Verbindung zwischen den Elektroden und den elektrischen Leitungen aus F i g. 5;

Fig.8 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der mit den Elektroden verbundenen elektrischen Leitungen, und

Fig.9 und 10 perspektivische Ansichten weiterer Ausführungsbeispiele.

Das elastische Fahrzeugrad gemäß F i g. 1 weist einen Reifenkörper 1 aus Elastomermaterial auf, sowie einen Reifenwulst 2, eine Vielzahl von Elektroden 3, die fortlaufend (oder ringförmig) im Reifenkörper 1 in Umfangsrichtung tier Lauffläche des Reifens angeordnet sind, so daß sie teilweise auf der Lauffläche freiliegen. Ferner ist ein elektrisches Leitungsnetz 4 mit den Elektroden 3 zur Zufuhr von Strom zu einem vorgegebenen Teil des Fahrzeugs verbunden und es sind eine Felge 5, eine elektrische Leitung 6, sowie eine in die Felge 5 gebohrte öffnung 5;i /ur Durchführung elektrischer Leitungen vorhanden.

Das den Reifenkörper 1 bildende Elastomermaterial kann jedes geeignete Material mit gewünschter Haltbarkeit sein. Dieses Elastomermaterial bildet einen Teil der Gruppe aus natürlichen Gummiarten, synthetischen Gummiarten, und synthetischen Hangen. Beispielsweise kann ein Polyurethanelastomermaterial als eines dieser Materialien verwendet werden, das die geeigneten Grundeigenschaften für einen Reifen ohne Luftstützung aufweist.

Man kann durch den aus diesem Polyurethane^- stomermaicrial hergestellten Reifenkörper leicht ein an Elastizitätsmodul in radialer Richtung wie bei einem herkömmlichen Luftreifen erzielen, der bei einem PKW-Reifen bei 200 n/mm liegt, bei einem LKW- oder Bus-Reifen bei etwa 900 bis 1000 N/mm, wobei der Reifen eine Dauerlaufleistung aufweist, die der eines herkömmlichen Reifens nahekommt bzw. gleichwertig ist. In diesem Fall wird die Wanddicke des Reifens so eingestellt, daß sich ein Elastizitätsmodul ergibt, welcher insgesamt dem eines herkömmlichen Luftieifens gleichkommt, so daß sich auch ein Elastizitätsmodul in radialer Richtung ergibt, der im wesentlichen dem eines Luftreifens gleicht. Weiterhin können die das elektrische Leitungsnetz 4 bildenden Stromleiter gleichförmig bzw, gleichmäßig in so großer Dicke angeordnet werden, daß sie eine Schicht bilden, die je nach Bedarf der herkömmlichen Reifenunterbauschicht ähnlich ist.

Die Elektroden 3 können aus jedem geeigneten Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit hergestellt sein. Das Material für die Elektroden 3 wird beispielsweise aus der Gruppe gewählt, die Kupfer, Aluminium, Zink, Kohlenstoff und deren Legierungen umfaßt, je nach dem für den Reifenkörper gewählten Material.

Auch wenn die Elektroden 3 in Fig. 1 als drei ringförmige bzw. bandförmige Elektroden dargestellt sind, die sich fortlaufend in Umfangsrichtung der Lauffläche erstrecken, können sie doch auch in unterbrochener Form angeordnet sein. Diese letztere Anordnungsform ist sogar von besonderem Vorteil in vielen Fällen, wenn man von den Eigenschaften des Reifens ausgeht, wie im folgenden noch beschrieben werden wird.

F i g. 2 und 3 sind schematische Draufsichten, die eine Abwicklung der Elektroden 3 und des elektrischen Leitungsnetzes 4 in dem Fall zeigen, bei welchem die Elektroden 3 in unterbrochener Form in der Laufdecke des Reifens angeordnet sind. In F i g. 2 sind die Stromleiter des Leitungsnetzes so angeordnet, daß sie sich in radialer Richtung vom Schulterbereich in den Wulstbereich erstrecken, während gemäß F i g. 3 die das elektrische Leitungsnetz bildenden Stromleiter 4 so angeordnet sind, daß sie sich schneiden. Aufgrund dessen, daß ein Reifen im allgemeinen unter der Belastung eine große und örtlich beschränkte Verformung erfährt, ist eine unterbrochene Anordnung der Elektroden 3 in der Lauffläche des Reifenkörpers — wie Fig.2 und 3 zeigen — wünschenswert, um eine übergroße Konzentration der Belastung zu verhindern und die Haltbarkeit der Elektroden 3 zu verbessern.

Auch in diesen Fällen muß mindestens eine der Elektroden 3 mit der Schiene beim Abrollen des Reifens auf derselben in Kontakt stehen, so daß sie fortlaufend von der Schiene elektrischen Strom abnimmt. Somit wird je nach Steifigkeit des Reifenkörpers die Dichte der Elektroden 3, die in unterbrochener Anordnung über die Lauffläche des Reifenkörpers verteilt sind, festgelegt.

Es wird nun wieder auf F i g. 1 Bezug genommen, die zeigt, daß das elektrische Leitungsnetz 4 mit dem Wulstkern 2 und über diesen mit einem geeigneten Teil des Fahrzeugs über die elektrische Leitung 6 verbunden ist. Diese elektrischen Leitungen δ umfassen eine oder mehrere Zuführleitungen. Die in die Felge 5 nahe der Position der elektrischen Leitungen 6 angeordnete Bohrung 5a zum Hindurchführen der Stromversorgungsleitungen ist durch einen elektrischen Isolator isoliert, während die Felge 5 in der Regel ebenfalls von dem elektrischen Leitungsnetz 4 isoliert ist.

Zwar zeigen F i g. 1 bis 3, daß das elektrische Leitungsnetz 4 vollständig in den Wandungen des Reifenkörpers eingebettet sind, aber diese Leitungen können auch so angeordnet sein, wie F i g. 4 zeigt, und an den Außenflächen der seitlichen Wandungen des Reifenkörpers frei liegen. In diesem Fall können die Elektroden 3 so angeordnet sein, daß sie eine Verschiebung des elektrischen Leitungsnetzes 4 verhindern und die Stromleitfähigkeit noch verbessern.

Die Stromsbnahmekapazität der Elektroden 3 und des elektrischen Leitungsnetzes 4 wird durch die Gesamtfläche der kontinuierlich oder unterbrochen in der Lauffläche des Reifens angeordneten Elektroden 3 bestimmt, während die Leitungskapazität durch die elektrische Kapazität, die für die Stromabnahme erforderlich ist, festgelegt wird. Deshalb ist die Anzahl der das elektrische Lfitungsnetz bildenden Stromleiter, die sich entlang der seitlichen Wandungen des Reifens erstrecken, bemerkenswert kleiner als die Anzahl der bei herkömmlichen Reifenunterbauten verwendeten Reifencords, auch wenn die Anzahl dieser Stromleiter durch den Durchmesser derselben bestimmt ist. Jedoch sind viele Stromleiter erforderlich, wenn das elektrische Leitungsnetz gleichzeitig als Verstärkungsschicht in der Art eines Reifenunterbaus verwendet wird.

F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem Elektroden und die elektrischen Leitungen in eine Vielzahl von Gruppen unterteilt sind, die parallel zueinander angeordnet sind. Aus Fig. 5 geht hervor, daß das Fahrzeugrad einen Reifenkörper 11 aus Elastomermaterial aufweist, sowie einen im Reifenkörper 11 angeordneten Wulstkern 12 und eine Vielzahl von Elektroden 13, die in der Lauffläche des Reifenkörpers 11 so eingebettet sind, daß ein Ende derselben auf der Lauffläche frei liegt.

Diese Elektroden 13 bestehen aus vielen feinen Drähten aus elektrisch ieitfähigem Material, wie F i g. 6 und 7 zeigen. Diese feinen Metalldrähte sind so in Bündeln zusammengefaßt, daß sie elektrisch mit Stromleitern 14 verbunden sind, die das elektrische Leitungsnetz bilden, beispielsweise durch »Verzwirnen« der Stromleiter 14, wie F i g. 6 zeigt. Weiterhin sind die Elektroden 13 in unterbrochener Form bzw. im Abstand voneinander in der Lauffläche des Reifens angeordnet. Anstelle dieser unterbrochenen Anordnung der Elektroden können auch bandförmige Elektroden kontinuierlich bzw. ringförmig in Umfangsrichtung der Lauffläche des Reifens angeordnet werden, wie in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde.

Alle diese Elektroden 13 sind nicht elektrisch mit den Stromleitern 14 ein und derselben Gruppe verbunden. Die Stromleiter 14 sind elektrisch in eine Vielzahl von Gruppen unterteilt (bei diesem Ausführungsbeispiel sind es zwei), nämlich in die Stromleiter 14a und 146, so daß es mindestens zwei Gruppen von Stromabnahmeleitungen gibt, während die Elektroden 13 so in Gruppen zusammengefaßt sind, daß sie elektrisch mit

den Stromleitern 14a und 146 verbunden sind. An einem Ende sind Leitungen 15a und 156 jeweils mit den Stromleitern 14a bzw. 146 verbunden. Diese Leitungen 15a und 156 laufen durch den Innenhohlraum des Reifenkörpers und sind elektrisch am anderen Ende mit einem Teil des Fahrzeugs, beispielsweise mit der Fahrzeugachse, verbunden. Innerhalb des Innenhohlraumes des Reifens können Schleifringe angeordnet werden, so daß das andere Ende der Leitungen 15a bzw. 156 mit der Fahrzeugachse verbunden werden kann. Diese Anordnung ist insofern vorteilhaft, daß die von den Schleifringen erzeugten Reibungsgeräusche merklich gedämpft werden können, da sie innerhalb des Reifenkörpers angeordnet sind, während andererseits der Reifen ohne merkliches Geräusch laufen kann, das durch die üblichen, unter Reibung arbeitenden Stromabnehmer, wie beispielsweise Scherenstromabnehmer, unweigerlich erzeugt wird.

Fig.8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der elektrischen Leitungen, welches anstelle der Anordnung aus F i g. 5,6 und 7 verwendet wird, und bei welchem die im Abstand voneinander angeordneten Elektroden 13 mit den Stromleitern 14a und 146 verbunden sind, indc.n diese Stromleiter so verdrahtet sind, daß ein Netz elektrischer Leitungen entsieht, wie Fig. 9 und 10 zeigen. Aus Fig.8 gehl hervor, daß in ein dünnes Metallblech 16 viele Löcher 17 eingebohrt sind, in welche die Elektroden 13 eingepaßt sind, so daß ein elektrisches Netz in Blechform entsteht. Diese elektrische Verdrahtung hat eine Funktion, die der der elektrischen Leitungen in Netzform gleichwertig ist.

Wie F i g. 9 zeigt, können die Elektroden 23 aus einem Strang bzw. einem Band aus feinen Metalldrähten bzw. Metallfäden hergestellt sein. Die auf diese Weise ι hergestellten Elektroden sind sehr elastisch. In diesem Fall kann man auf die Stromleiter und Leitungen verzichten, wenn die Elektroden 23 weiter verlängert werden, so daß sie durch den lnnenhohlraum des Reifens verlaufen.

in Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 33 aus Metalldrähten gebildet, die in der Art von Metallwolle verkräuselt und verdichtet wurden. Die verdichteten Metallfäden können rasterartig über die gesamte Lauffläche des Reifens verteilt

ι ^r< werden (Fig. 10). Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, da sie zu einem geringeren Geräusch im Vergleich zu einer Anordnung mit Metallteilen auf der Lauffläche führt, wie beispielsweise bei Reifen mit Eisspikes. Außerdem führt diese weitere Anordnung zu einer

.'(i Verbesserung des elektrischen Kontakts mit dem Slromführungsweg.

Bei den Anordnungen der Fig. 5, 9 und 10 sind eine Vielzahl von Elektroden und Stromleitern, die mit ersteren verbunden sind, so in Gruppen unterteilt und

.'■> zusammengefaßt, daß mindestens zwei Leitungsgruppen entstehen, die elektrisch mit dem Fahrzeug verbunden sind, so daß ein einziger Reifenkörper den Anforderungen zur Zufuhr von elektrischen Strom zum Fahrzeug von mindestens zwei Stromquellen verschic-

(H dcner Art genügen kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elastisches Fahrzeugrad mit einem auf einer Felge des Fahrzeugrades befestigten Reifenkörper aus elastomerem Material, insbesondere Leitrad für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, mit Stromabnahmeeinrichtungen, mit einer Vielzahl von Elektroden aus leitfähigem Material, welche fortlaufend oder in unterbrochener Form in das elastische Fahrzeugrad in Umfangsrichtung der Lauffläche eingebettet sind, an einem Ende in der Lauffläche freigelegt und am anderen Ende elektrisch mit einem geeigneten Teil des Fahrzeugs über im Reifenkörper eingebettete elektrische Leitungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifenkörper (1; 11) aus einem Elastomermaterial ausreichender Härte für einen Luftreifen beneht, um die Belastung ohne Luftüberdruck zu tragen.

2. Elastisches Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Reifenkörpers so bemessen ist, daß der Elastizitätsmodul in radialer Richtung im wesentlichen jenem eines Druckluftreifens gleichkommt (bei Pkw-Reifen etwa 200 N/mm² und bei Lkw-Reifen etwa 900-1000 N/mm²).