DE3919710C2

DE3919710C2 - Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeugluftreifen

Info

Publication number: DE3919710C2
Application number: DE19893919710
Authority: DE
Inventors: Willi Liebig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2009-06-17
Also published as: DE3919710A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeuge.

Solche Einrichtungen sind bereits über mehrere Offenlegungs schriften bzw. Patente bekannt geworden.

So wird mit dem Patent CH 542 732 eine Konzeption mit Mehrkammer-Luftreifen und teilweiser Spikesbestückung vorgestellt, bei der unterhalb der Lauffläche eine aufblas bare ringförmige Reifenteilkammer enthalten ist, wobei durch Aufblasen dieser Kammer bzw. durch Verringerung des Druckes die Spikes in oder außer Wirkung gebracht werden können. Im einzelnen sind mit der Konzeption nach CH 542 732 folgende Mängel verbunden:

- Die entsprechende Reifen-Luftdruckänderung lässt sich nur von außen - z. B. durch Tankstellen-Luftpumpen - reali sieren. Ein rasches Reagieren auf plötzliche Schlecht wettereinbrüche- bzw. auf plötzlich auftretende Fahrbahn vereisungen - ist dementsprechend nicht möglich.
- In Abhängigkeit von den jeweiligen Straßenverhältnissen können die Spikes mit unterschiedlicher Dauer eingesetzt werden. Dementsprechend können entweder die Spikes oder die spikesfreien Laufflächenteile stärker verschleißen. Nach großer Abnutzung der spikesfreien Laufflächenteile wird daher bei der Umsteuerung vom spikestragenden zum spikes freien Fahrzustand ein relativ großer Ausstellhub erforderlich: Infolge einer entsprechenden Ausstellbewegung muss an den Anschlussstellen dar druckgesteuerten Lauf flächenteile mit großen Werkstoffspannungen gerechnet werden.
- Davon ausgehend, dass die Spikes nach CH 542732 aus Hart metall bestehen sollen, ist die Erlangung der Zulassungs genehmigung für entsprechende Reifen äußerst zweifelhaft.
- Infolge der systembedingten Flexibilität der Verbindungs teile zwischen den spikesbestückten und den spikesfreien Laufflächenteilen kommt es zu Schwierigkeiten bei der genauen Positionierung der Spikes bzw. der Spikesaus kragung, da. z. B. als Folge der Fliehkraft unterschied liche Auskragungen der verschiedenen Laufdeckenteile - mit entsprechenden Einflüssen auf Laufruhe und Spurtreue - in Rechnung zu stellen sind.

Mit der Anmeldung nach DE 17 55 940 A wird eine Konzeption vorgestellt, deren Prinzip weitgehend identisch ist mit der des Patents CH 542 732 - mit dem Unterschied, dass bei CH 542 732 die spikesbestückten Laufflächenzonen in den äußeren Laufflächenbereichen angeordnet sind, während sie bei der Konzeption nach DE 17 55 940 A in der Laufflächenmitte platziert werden.

Aufgrund der weitgehenden Identität der Wirkungsprinzipien der beiden Systeme sind auch die Mängel der Anmeldung DE 17 55 940 A weitgehend identisch mit den Mängeln des Patents CH 542 732.

Hierbei handelt es sich insbesondere um folgende Probleme:

- Fehlende Lösungsansätze zur Spikesaktivierung während der Fahrt - und
- ausgeprägte Schwankungen der Spikesaustrittshöhen mit entsprechenden Einflüssen auf die Spannungsverhältnisse in der Laufdecke.
- In Abhängigkeit von dem Verschleißzustand der verschiedenen Laufflächenzonen kann es zu gravierenden Beeinträchtigungen der Reifenabrollverhältnisse kommen.

Zum Stand der Technik gehören auch Kraftfahrzeugluftreifen mit Krallelementen nach DE 21 31 918 A, bei denen eine Aktivierung von Spikes über die elastische Ausstellbewegung von spikesbestückten Bändern erfolgt, die selbst an elastischen Bändern geführt werden, wobei die Ausstell bewegung durch eine Druckluft-Beaufschlagung einer Kammer unterhalb der elastischen Bänder erfolgt.

Die Konzeption nach DE 21 31 918 A weist vor allem folgende Mängel auf:

- Es fehlen jegliche Lösungsansätze zur Spikesaktivierung während der Fahrt.
- Bei dem Einsatz entsprechender Reifen als Spikesreifen führt vor allem der Einsatz von neuen, noch nicht abgenutzten Reifen zu großen Ausstellhüben der spikes bestückten Bänder, wodurch mit großen Werkstoffspannungen mit entsprechend ausgeprägten Risstendenzen gerechnet werden muss.
- Bei Fahrten mit aktivierten, d. h. mit ausgestellten Spikes können infolge der dabei auftretenden starken elastischen Dehnung der elastischen Bänder ausgeprägte Instabilitäten der spikesbestückten Laufdeckenteile auftreten - mit der Folge, dass hierbei erhebliche Beeinträchtigungen der seitlichen Führungskräfte und der Spurtreue erwartet werden müssen.

Zum Stand der Technik gehört auch eine Konzeption nach DE 25 00 377 A1. Mit dieser Anmeldung wird der Patentanspruch für einen Luftreifen erhoben, bei dem Stollen verstellbar bzw. ausstellbar angeordnet sind - wobei der Reifen bei normalen Straßenverhältnissen wie ein Normalreifen zu benutzen ist, da die Stollen erst bei Schnee oder Glatteis mechanisch bzw. elektrisch mehrstufig ausgestellt werden können.

Die Veröffentlichung dieser Anmeldung erschöpft sich in dem Hinweis auf die mechanische oder elektrische Verstellmög lichkeit von ausstellbaren Stollen. Weitere Ausführungen über die Realisierungsmöglichkeit dieser Konzeption fehlen in den Anmeldeunterlagen, so dass die gebotene Klarheit der Lehre fehlt.

Zum Stand der Technik gehört des weiteren die Konzeption nach der Anmeldung DE 16 05 738 A, die nach dem Prinzip des Einkammerreifens mit variablen Spikes funktioniert.

Kennzeichnend für diese Anmeldung ist vor allem, dass Gleit schutzelemente senkrecht zur Reifenlauffläche verschiebbar in der Sohlenwandung angeordnet sind, wobei zwischen dem Kopf der Gleitschutzelemente und der Reifenlaufdecke eine elastische Abstützung angeordnet ist. Die Aktivierung der Reibungsverstärkung erfolgt durch Erhöhung des Luftdruckes in der Reifenhauptkammer, mit der Folge, dass die Gleitschutz elemente aus der Reifenlauffläche herausgeschoben werden. Mit dieser Konzeption sind vorrangig folgende Mängel verbunden:

- Es fehlen jegliche Lösungsansätze zur Spikesaktivierung während der Fahrt.
- Die Ausstellbewegung der Gleitschutzelemente erfolgt durch die Erhöhung des Luftdruckes in der Reifenhauptkammer. Dies bewirkt eine erhebliche Beeinträchtigung des Reifen federungskomforts und der Abrollverhältnisse.

Der neuen Erfindung liegt die Konzeption zugrunde, bei Kraftfahrzeugrädern mit variierbarer Laufflächenbeschaffen heit - bei allen Fahrzuständen - durch Druckmittelsteuerungen reibungsverstärkende Maßnahmen kurzfristig so einsetzen zu können, dass eine erhebliche Verbesserung des Reibungs verhaltens auf glatten Fahrbahnen erzielt werden kann, und zwar

- mit einer möglichst geringen Beeinträchtigung des Reifen- Federungsverhaltens,
- mit weitgehender Aufrechterhaltung der Reifenstabilität und des Radführungsverhaltens,
- mit der Möglichkeit zur Steuerung der Reifenlaufflächen beschaffenheit bei allen Fahrzuständen sowie
- mit einer möglichst weitgehenden Schonung der Fahrbahn decken.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Einige wesentliche Merkmale der ersten Ansprüche der Erfindung gehören "für sich" zum Stand der Technik. Zu diesen bekannten Merkmalen gehört die Möglichkeit zum Einsatz von Krallelementen bzw. von Spikes.

Zum Stand der Technik gehören ferner mehrere Lösungsversuche, bei denen in der Reifenlauffläche Spikes angeordnet sind, die über eine Druckbeaufschlagung von Reifenteilkammern wechsel weise von "kontaktfreie" in "fahrbahnangreifende" Positionen umgesetzt werden können.

Die neue Erfindung führt über den integrierten Einsatz mehrerer bekannter Merkmale zu einer neuen - mit den vorgenannten Vorzügen ausgestatteten - Lösung.

Kennzeichnend für diese neue Lösung sind folgende Sachver halte:

- Durch Druckerhöhungen innerhalb der Reifen-Teilkammer 1.3 können Teile der Reifendecke - in Form einer Sonder laufzone 1.2 - nach dem Prinzip der Durchbiegung von biegebeanspruchten Platten um ΔR aufgewölbt werden, wobei über die elastische Verkleinerung der Laufflächenradien - zusammen mit der partiellen Erhöhung der Reifenhärte - die Sonderlaufone 1.2 der Reifenlauffläche exponiert wird. Die Folge davon ist, dass hier eine Konzentration der Radkraft auf eine verkleinerte Radaufstand fläche - mit einer entsprechenden Reibungsverstärkung infolge einer erhöhten Fahrbahneindringtendenz - hervor gerufen wird.
- Das vorstehend beschriebene Prinzip der drucksteuerbaren Reibungsverstärkung kann durch die Bestückung der exponierbaren Reifen-Sonderlaufzonen 1.2 mit reibungs verstärkenden Mitteln weiter verstärkt werden - u. a. über Krallelemente 15 in Verbindung mit deren Heraushebungen ΔR und ΔR'.
- Die reibungsverstärkenden Mittel - z. B. Spikes bzw. Krallelemente 15 oder besondere Reifenprofile - sind für normale Fahrzustände bündig in dem umgebenden Material der Reifenlauffläche integriert. Sie haben bei allen Fahrbahn zuständen - d. h. bei Fahrten auf trockenen wie bei vereisten Straßen - Kontakt mit der Fahrbahn.
- Das vorstehend beschriebene Prinzip der drucksteuerbaren Reibungsverstärkung kann durch eine angepasste elastische Verformbarkeit der Laufdecke - z. B. durch eine entsprechende elastische Verformbarkeit der Gürtelarmierung - optimiert werden.
- Durch das vorgenannte Prinzip der bündigen Einordnung von reibungsverstärkenden Mitteln kann der Verschleiß dieser Mittel weitgehend dem Verschleiß des übrigen Laufflächen materials angepasst werden, und zwar unabhängig von den wetterbedingten - von Jahr zu Jahr wechselnden - Verei sungszuständen der Straßen.
Daraus folgt, dass z. B. bei dem Einsatz der entsprechenden Reifen als Spikesreifen die Spikesheraushebungen weitgehend konstant gehalten werden können - unabhängig davon, ob die Reifen im neuen Zustand oder mit abgenutztem Gummiprofil eingesetzt werden.
Aus diesem Sachverhalt folgt des weiteren, dass bei der erfindungsgemäßen Exponierung der reibungsverstärkenden Mittel der Einfluss des Reifen-Verschleißzustandes auf die Reifenabrollverhältnisse relativ gering gehalten werden kann.
- Winterreifen nach dem vorstehend beschriebenen Grundprinzip sind vorrangig für Regionen geeignet, die relativ kurz dauernde Fahrbahnvereisungen aufweisen.
Für Regionen mit länger dauernden Frostperioden - das gilt z. B. für Skandinavien oder für die Alpenländer - kann es erforderlich sein, diese Grundkonzeption über die Merkmale der Neben- bzw. Unteransprüche zu modifizieren, und zwar vorrangig durch den gezielten Einsatz der Steuerungs technik. Hierzu käme die erfindungsgemäße Möglichkeit zur Veränderung des Reifensteuerungsdruckes in Frage, z. B. um einen relativ größeren Verschleiß der spikesbestückten Sonderlaufzone auszugleichen. Das heißt, über eine Erhöhung des Druckes in der Reifenteilkammer 1.3 kann eine entsprechende Vergrößerung der Hervorhebung der Krallelemente 15 herbeigeführt werden.

Mit der vorstehend beschriebenen Konzeption wird erfindungsgemäß der rasche, bei stehenden oder fahrenden Fahrzeugen vornehmbare Zugriff auf gleitschutzverbessernde Maßnahmen realisierbar.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung werden über die Unteransprüche ermöglicht.

So können nach Anspruch 1 die verschiedenen Lauf flächenzonen mit Reifenwerkstoffen unterschiedlicher Beschaffenheit ausgestattet werden, und zwar derart, dass z. B. bei üblicher Straßenfahrt - bei frostfreier Wetterlage - die Fahreigenschaften, im Wesentlichen von den Reifenwerkstoffen mit den üblichen Reibungswerten bestimmt werden, während z. B. bei vereister Fahrbahn - in Verbindung mit Reifendruckerhöhungen und entsprechenden Laufflächen aufwölbungen - besondere Laufflächenzonen verstärkt zum Einsatz kommen, die mit besseren Reibungswerten zur Eindringung in die Eisschichten der Fahrbahn ausgestattet sind. Der Gefährdung durch Schmelzschnee oder Nässe - mit der entsprechenden Gefahr des Aquaplanings - kann des weiteren durch große Profilkanäle zwischen den tragenden Laufflächen elementen der Sonderlaufzone 1.2 begegnet werden.

Nach einem weiteren Merkmal des Anspruches 1 wird der Werkstoff der reibungsverstärkenden Mittel der Abriebfestigkeit des umgebenden Reifenmaterials angepasst, so dass bei Normalfahrten die reibungsverstärkenden Mittel weitgehend bündig mit der normalen Reifenlauffläche abschließen, mit der Folge, dass alle Bestandteile der Lauffläche gleichmäßig verschleißen. Ein Heraustreten der reibungsverstärkenden Mittel aus dem umgebenden Reifenmaterial wird dementsprechend erst nach Druckerhöhung in den Reifenteilkammern 1.3 herbeigeführt.

Mit der Konzeption des Anspruches 1 kann des weiteren die Intensität der reibungsverstärkenden Maßnahmen dadurch verstärkt werden, dass die Krallelemente 15 im Inneren der Reifendecke von einem - im Vergleich zu der Reifendecklage - elastischeren bzw. kompressibleren Material - z. B. in Form von Einlagen 16 - zu umgeben sind. Dadurch wird die Möglichkeit gegeben, die jeweilige Position der reibungs verstärkenden Mittel bezüglich ihrer Austrittshöhe von dem Wechselspiel zwischen der nach außen wirkenden Kraft der Reifenteilkammer 1.3 und der Reaktionskraft der innerhalb der Reifendecke befindlichen elastischen Einlage 16 regeln zu können.

Die durch die Druckänderung hervorgerufene Laufflächen- Aufwölbungstendenz ΔR wird durch besondere Armierungs einlagen 17 beeinflusst, und zwar mit dem Ziel, eine Optimierung der Aufstandsflächenform und der Abroll verhältnisse herbeizuführen - wozu vorrangig die Wahl entsprechender Werkstoffe, die Abstimmung der Abmessungen und eine die angestrebte Krümmungstendenz fördernde Vorspannung der Armierungseinlagen 17 einzusetzen sind.

Eine Verbesserung der Montage- und Reparaturfreundlichkeit wird des weiteren über die Gestaltung der spikesbewehrten Sonderlaufzone 1.2 als Bandage 18 verwirklicht.

Die erfindungsgemäße Minimierung der Zugriffszeit wird mit Lösungen nach den Ansprüchen 2 bis 4 erreicht. Zu diesem Zweck können die vom Fahrer ausgelösten Impulse bzw. Signale mechanisch oder über eines der bekannten Verfahren zur drahtlosen Signalübertragung auf die Regel- und Steuerungsorgane 6 und 9 der Räder übertragen werden, womit hier gemäß Anspruch 2

- über die Zündung von Gaspatronen 8,
- über die Verdampfung von Treibgasen - oder
- über den Übergang von komprimierten Gasen aus radinternen Gasdruck-Ausgleichskammern 10

eine Änderung des Druckes in den Reifenteilkammern

1.3

herbeigeführt werden kann.

Mit den Ansprüchen 3 und 4 werden die Möglichkeiten zur weiteren Optimierung der Drucksteuerung von reibungs verstärkenden Maßnahmen geschaffen, und zwar durch

- die Automatisierung der Steuerungsprozesse über deren Auslösung durch Sensoren nach Anspruch 3 - und -
- durch die Koppelung der Reifendrucksteuerung mit Radkraft- oder Bremsschlupfregeleinrichtungen - z. B. mit sogenannten Antiblockiersystemen nach Anspruch 4.

Gemäß Anspruch 5 weisen die Krallelemente eine konische bzw. nach außen verjüngte Form auf. Der Zweck dieser Verjüngung besteht in der Herbeiführung einer Spikesrückstellkraft, die bei der Umstellung der Reifen von der Position "Eisfahrt" auf "Normalfahrt" die Rückführung der Spikes in den bündigen Abschluss mit der Reifenlauffläche erleichtern soll. Wegen der Konizität der Krallelemente wird zwar bei der Ausstellbewegung derselben ein erhöhter Kraftaufwand erforderlich, doch wird auf diesem Weg eine spielfreie Führung der Krallelemente ermöglicht, d. h., das Innere der Reifendecke kann damit gegenüber dem Fahrbahnwasser relativ einfach und betriebssicher abgedichtet werden.

Die Erfindung im Sinne der Realisierung einer Kombination mehrerer Merkmale wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Einrichtungen erläutert. Die Zeichnung bzw. Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung und stellt gleichzeitig den größten Teil der Einrichtungen für die verschiedenen Realisierungsmöglichkeiten dar, wobei diese Zeichnung die neue Konzeption durch die Gegen überstellung der Reifenzustände 1 und 2 - insbesondere durch den Einfluss der Reifendruckerhöhung auf die Reifenaufwölbung ΔR - verdeutlichen soll.

Die Fig. 2 zeigt - insbesondere mit Bezug auf Anspruch 2 - eine Detailzeichnung mit Einzelheiten zur Ausgestaltung der Sonderlaufzone 1.2.

Zur Bewältigung der mit der Erfindung zu lösenden Aufgabe kommen - gemäß Fig. 1 - z. B. folgende Einrichtungen zum Einsatz:

- Felgen 2 und Reifen 1 mit druckbeaufschlagbaren Reifen- Teilklammern 1.3,
- eine Bestückung der Sonderlaufzone 1.2 mit Krallelementen 15, mit vorgeformten Armierungs-Einlagen 17, mit besonderen elastischen Einlagen 16,
- Gaspatronen 8 mit ihrem Zündmechanismus in den Rädern 1/2.
- Einrichtungen zur Auslösung und Übertragung des Zündimpulses für die Gaspatronen 8. Das sind im einzelnen:
- Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren unterhalb des Fahrzeuges in Reifen- und Fahrbahnnähe.
- Sender - je nach Wahl der Informationsverarbeitung bzw. nach Wahl der Impulsgeber 3,
- Impulsnehmer bzw. -Empfänger 4 für die Aufnahme der Signale bzw. Impulse vom Impulsgeber 3 - sowie
- Impulsleiter 5, Regel- bzw. Steuerungsventile 9, elektrische Energiespeicher 7, Gasdruck-Leitungen 11 sowie Steuer- und Regelungsaggregate 6 zur Verarbeitung der Impulse bzw. Signale - z. B. für die Gaspatrone 8 bzw. für die Steuerung des Reifendruckes über die Gasdruck-Augleichskammern 10.

Werden jetzt während der Fahrt eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Kraftfahrzeuges von den Sensoren kritische Fahrbahnzustände mit Nässe bei Temperaturen im Bereich des Gefrierpunktes registriert, so kann z. B. nach akustisch- optischer Vorwarnung des Fahrers jene Automatik in Betrieb gesetzt werden, die nach Erreichen kritischer Grenzwerte Zündimpulse auslöst, die von den Sensoren über Impuls umwandler, die drahtlosen Informationsvermittler 3 und 4 sowie über die Informationsverarbeitung im Steuer- und Regelungsaggregat 6 die Gaspatronen 8 zur Zündung bringt. Mit dieser Zündung wird jene Reifendruckerhöhung in den Reifen- Teilkammern 1.3 erzeugt, die die Reifenlaufflächen aufwölbt und damit jene hervorragenden bzw. tragenden Reifenelemente zum Einsatz bringt, die über eine Verringerung der tragenden Reifenfläche eine Erhöhung der Flächenpressung und somit ein Eindringen und Verkrallen im Eis der Straßen herbeiführen kann.

Mit dieser Konzeption können im wesentlichen jene Reifen abroll- und Reibungsverhältnisse erreicht werden, die auch beim Fahren mit Spikesreifen auftreten - allerdings mit dem entscheidenden Vorzug der neuen Konzeption, nach der jetzt die Möglichkeit zur kurzfristigen Anpassung an kritische, durch plötzliche Fahrbahnvereisungen vorgegebene Situationen erzielt werden kann. Außerdem wird mit der neuen Konzeption die Tendenz zur Beschädigung der Fahrbahndecke relativ gering gehalten, da ein dominierender Kraftangriff der Krallelemente 15 nur auf Fahrten über kritische Fahrbahnstrecken erfolgt.

Claims

1. Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeuge, bestehend aus
Krallelementen (15), die in einer Sonderlaufzone (1.2) im mittleren Bereich der Lauffläche (1.1) angeordnet sind, wobei die Krallelemente (15) eine geringere Härte als übliche Hartmetalle aufweisen, wobei die Sonderlaufzone (1.2) aus einer außen angeordneten Bandage (18), einer innen angeordneten Armierungseinlage (17) und einer zwischen Bandage (18) und Armierungseinlage (17) angeord neten elastischen Einlage (16) besteht,
mit einer Reifenteilkammer (1.3), die unterhalb der Sonderlaufzone (1.2) angeordnet ist und
einer Vorrichtung zur Regelung des Luftdrucks in der Reifenteilkammer (1.3).

2. Kraftfahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifen mit einer Vorrichtung zur Regelung und Steuerung des Druckmitteldruckes in der Reifenteilkammer (1.3) ausgestattet ist, wobei die Druck beaufschlagung der Reifenteilkammer radintern über einen Druckmittelbehälter (10), durch Zündung von Gaspatronen (8) oder durch Verdampfung von Treibgasen oder durch Kompressoren erfolgt.

3. Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeugluftreifen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse zur Druckbeaufschlagung der Reifenteilkammer (1.3) durch Impulse von Sensoren in Form von Temperatur- oder Wasser fühlern ausgelöst werden.

4. Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeugluftreifen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse zur Druckbeaufschlagung der Reifenteilkammer (1.3) von Radkraft- oder Bremsschlupfregelungseinrichtungen oder von Antiblockiersystemen ausgelöst werden.

5. Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krallelemente (15) konisch ausgebildet sind.