DE3943054A1

DE3943054A1 - Verfahren und einrichtungen zur beeinflussbarkeit der laufflaechenbeschaffenheit von fahrzeugraedern mit mehrkammer-luftreifen

Info

Publication number: DE3943054A1
Application number: DE19893943054
Authority: DE
Inventors: Willi Liebig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-07-11

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur Va riation der Laufflächenbeschaffenheit von Fahrzeugrädern mit Luftreifen, deren Reibungsverhalten bei allen Fahr zuständen durch eine über die Änderung des Reifendruckes hervorgerufene Änderung der Reifenlaufflächenform beein flußt wird. Solche Verfahren und Einrichtungen sind be reits aus der Patentanmeldung P 39 19 710.7-16 bekannt. Dort wird über mechanische oder drahtlose Signalübertra gung mit radinternen Regelorganen und Steuerenergien jene Reifendrucksteuerung von Mehrkammer-Luftreifen ausgelöst, die über eine Vergrößerung der Laufflächenwölbung eine Verringerung der tragenden Lauffläche mit einer entspre chenden Intensivierung der Fahrbahn-Eindringtendenz her beiführt.

Mit diesem Prinzip wird erfindungsgemäß der rasche, bei stehenden oder fahrenden Fahrzeugen vornehmbare Zugriff auf gleitschutzverbessernde Maßnahmen realisierbar, wobei über das Prinzip des Mehrkammer-Reifens die Möglichkeit zur Optimierung der Gleitsicherheit bei einer weitgehenden Er haltung des Federungskomforts erzielt werden kann. Die neue Erfindung schließt an dieser bereits bekannten Konzeption in Form einer Zusatzanmeldung an.

Die neuen Lösungen der Zusatzanmeldung sind identisch mit Weiterentwicklungen der Anmeldung P 39 19 710.7-16, mit de nen insbesondere zwei Komplexe verbessert werden, und zwar sollen die Einsatzmöglichkeiten nach dem erfindungsgemäßen Prinzip der Reifendrucksteuerung ebenso wie die Möglichkei ten zur Energieversorgung für die reibungsverstärkenden Maßnahmen erweitert werden.

Die v. g. Aufgaben werden im Prinzip durch die Konkretisie rung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Ausgestaltung der Erfindung erfolgt im einzelnen nach den in den Unteransprüchen aufgezeigten Lösungsansätzen.

Entscheidende Vorteile der neuen Konzeption werden durch mehrere neue Patentansprüche erreicht, die vorrangig das Ziel verfolgen, eine Anwendungserweiterung der erfindungs gemäßen Reifenkonzeption zum Allwetter-Reifen zu erreichen. Dieses Ziel wird nach Fig. 1 z. B. über einen Dreikammer- Reifen nach Anspruch 2 erreicht: Hier werden zur Anpassung an unterschiedliche Fahrzustände Sonder-Laufzonen 1.2 und 1.3 mit unterschiedlicher Bestückung ausgerüstet, die über die Drucksteuerung der Reifen-Teilkammern 1.4 und 1.5 wechselweise oder gemeinsam zur Aufwölbung ΔR und damit zur Änderung der Reifen-Reibungseigenschaften veranlaßt werden.

Bei der Druckbeaufschlagung der Reifen-Teilkammer 1.4 soll über die relativ große Kompressibilität der elastischen Einlage 16 die Austrittstendenz der Krallelemente 14 erhöht bzw. bestimmt werden.

Auch nach Anspruch 3 wird das Ziel einer allwettertaugli chen Fahrwerkskonzeption nach dem Prinzip des Mehrkammer reifens angestrebt, und zwar dadurch, daß gemäß der Fig. 2 die Reifen-Hauptkammer 1.1 durch eine die Seitenwangen des Reifens verbindende, zugfeste Membrane 1.6 unterteilt wird, wobei die durch die Druckbeaufschlagung bedingte Durchbie gung der Membrane eine Distanzverkürzung der beiden Seiten wangen und dadurch eine Verstärkung der Aufwölbungstendenz der Reifen-Lauffläche ΔR auslöst.

Die mit den vorstehend beschriebenen Prinzipien erzielbare Änderung der Reifen-Laufeigenschaften kann durch den Einsatz von Krallelementen 14 nach Anspruch 4 verstärkt werden. Nach diesem Anspruch kann der Einsatz von Krallelementen gemäß Fig. 2 z. B. über die Druckbeaufschlagung von schlauch artigen Zuführungen 13 erreicht werden: Durch die direkte Verbindung der Krallelemente 14 mit dem Steuer- und Regel aggregat 6 über die Druckleitung 11 besteht nämlich einer seits die Möglichkeit, die Menge des für die Reifen-Druck steuerung erforderlichen Druckmediums äußerst gering zu hal ten, andererseits bleibt mit diesem Prinzip der Druck in der Reifenhauptkammer unverändert, so daß mit dieser Art der Spikesteuerung eine Beeinträchtigung des Reifenfederungs verhaltens weitgehend vermieden werden kann.

Über die Ansprüche 5 und 6 werden - z. B. gemäß Fig. 2 - die technischen Möglichkeiten der Technologie-Bereiche Hydraulik und Pneumatik für die erfindungsgemäße Reifen- Drucksteuerung herangezogen. Dabei bietet der Einsatz der Hydraulik nach Anspruch 5 vorrangig die aus der geringen Kompressibilität des entsprechenden Druckmediums resultie renden Vorzüge: Das sind insbesondere der geringe Ener gieaufwand und die kurze Ansprechzeit bei der Auslösung des Steuervorgangs.

Die Verwendung der Pneumatik nach Anspruch 6 bietet vor allem den Vorzug der erfindungsgemäßen Energiespeicherung und -Bereitstellung über Gase oder - beispielsweise - über Gaspatronen 8. Die Trennung der gasförmigen von den flüs sigen Druckmedien kann gemäß Fig. 2 über Druckmittelwand ler 18 erfolgen.

Mit dem Anspruch 7 werden die Möglichkeiten der Energiebe reitstellung für die Drucksteuerung erweitert. Zu diesem Zweck wird die erforderliche Energie über physikalische Prozesse - z. B. über die Verdampfung von Kohlendioxid oder von CFKW-ähnlichen Substanzen im Gaserzeuger 8 - bereitge stellt.

Über den Anspruch 8 werden die Folgerungen aus der Notwen digkeit zur Entwicklung neuer - erfindungsgemäßer - Reifen konstruktionen verdeutlicht. Die Realisierung des Einsatzes reibungsverstärkender Mittel über die durch Reifen-Druck steuerungen hervorgerufenen Reifen-Aufwölbungen ΔR erfor dern nämlich relativ leichtveränderliche, elastisch dehn bare Laufflächen. Gemäß Anspruch 8 sind die entsprechenden Reifeneigenschaften insbesondere durch folgende Gestaltungs- Merkmale herbeizuführen:

- Durch Erhöhung der elastischen Verformungsfähigkeit des Gürtels bzw. von Teilen der Karkasse durch Einsatz beson derer zugelastischer Werkstoffe,
- durch den Verzicht auf Gürtelarmierungen und/oder
- durch Einsatz von Reifenmischungen, die die Radkraftauf nahme auch bei armierungsarmen bzw. -freien Reifen-Lauf flächenzonen ermöglichen.

Eine Optimierung des Kompromisses zwischen ausgeprägter Laufruhe und Federungskomfort einerseits und maximaler Gleitsicherheit auf Eis kann nach Anspruch 9 dadurch erzielt werden, daß Reifen mit einem der Ansprüche nach 1 bis 8 zu sammen mit normalen bzw. üblichen Reifen zu Funktionseinhei ten kombiniert und so z. B. als Zwillingsreifen zum Einsatz gelangen.

Mit der Konzeption nach Anspruch 10 wird gemäß Fig. 3 eine Kompensation der mit der Reifen-Drucksteuerung verbundenen, in der Reifendecke ablaufenden Volumen- und Formänderung herbeigeführt.

Zur diesem Zweck werden z. B. die Krallelemente 14 und die Teile zu deren Betätigung 13 von pastösen bzw. elastischen Ausgleichmassen 17 umgeben. Der Zweck dieser Ausgleichsmas sen besteht in der Ausschaltung der Tendenz zur Hohlraumum bildung in der Reifendecke, die durch die Austritts- und Rückstellbewegung der v. g. Teile hervorgerufen wird und zwangsläufig mit der Tendenz zur Saugwirkung und des Wasser eintritts verbunden ist.

Der Schutz der reifeninternen Teile vor störenden Einflüssen wird des weiteren mit den Ansprüchen 11 und 12 verbessert: Sowohl durch die Führung der Krallelemente in der Reifen decke über leichte Schrumpfsitze/Preßpassungen wie durch wasserabweisende Werkstoffkombinationen im Führungskanal 15 der Krallelemente wird das Eindringen von Fahrbahn-Feuchtig keit unterbunden, so daß eine Störung des Drucksteuerungs mechanismus′ durch Eisbildung oder Verschmutzung ausgeschlos sen werden kann.

Die Möglichkeit zur Vermeidung des Wassereintritts in die Reifendecke kann ferner durch den Einzug gesonderter Buch sen bei 14/15, durch Oberflächenbeschichtungen der Berüh rungsflächen oder durch die Einbringung besonders wasserab weisender Schmiermittel erweitert werden.

Mit den technischen Lösungen nach Anspruch 13 können weitere Verbesserungen der reibungsverstärkenden Maßnahmen erzielt werden, und zwar dadurch, daß für besondere Verwendungs zwecke - wegen des Verzichts auf Krallelemente - besondere werkstofftechnische Maßnahmen zum Einsatz kommen.

Zu diesem Zweck können die Reibungseigenschaften der Reifen lauffläche 1.2/1.3 - im Sinne einer Ergänzung oder eines Ersatzes der Krallelemente - durch die Beifügung von metal lischen oder organischen Partikeln bzw. von Keramikgranular oder durch die Ausbildung von porösen Strukturen verbessert werden.

Mit dem Anspruch 14 wird der Problematik der Redundanz und des Einflusses der erfindungsgemäß erforderlichen zusätzli chen Rotationsmassen in den Rädern begegnet. Zu diesem Zweck werden die reibungsverstärkenden Einrichtungen in den Rei fensonderlaufzonen in mehrere, über den Radumfang verteilte, unabhängig voneinander steuerbare Einheiten unterteilt, damit über die Steuer- und Regelaggregate 6 die Möglichkeit zu einem evtl. gebotenen Massenausgleich oder zur Beseiti gung eines unrunden Laufs realisiert werden können.

Die Erfindung im Sinne der Realisierung mehrerer neuer Merk male wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen darge stellten Beispiele präzisiert bzw. erläutert. Die Zeichnung bzw.

Fig. 1 zeigt die Konzeption der neuen Entwicklung. Sie stellt gleichzeitig eine Reihe der kennzeichnenden Teile für die verschiedenen Realisierungsmöglichkeiten dar, wobei die Prinzipien nach Anspruch 1 über die Gegenüberstellung der Reifenzustände 1 bis 3 verdeutlicht und der Einfluß der Reifendrucksteuerung auf die Reifenbeschaffenheit geklärt werden sollen. Die

Fig. 2 zeigt das Prinzip eines Allwetterreifens, und zwar vorrangig nach den Ansprüchen 1, 3 bis 6, wobei der Ein fluß der erfindungsgemäßen Drucksteuerung über die Gegen überstellung von zwei extremen Reifenzuständen verdeutlicht werden soll. In diesem Zusammenhang ist hier der erfindungs gemäße Einsatz der Hydraulik-Pneumatik zur Drucksteuerung der Krallelemente herauszustellen. Die

Fig. 3 zeigt eine Detailzeichnung mit Einzelheiten zur Bestückung der Reifen-Sonderlaufzone 1.7.

Zur Realisierung der neuen Konzeption sollen - gemäß Fig. 1 - folgende Einrichtungen zum Einsatz gelangen:

- Reifen 1 mit Felgen 2, mit gesondert drucksteuerbaren Reifen-Sonderlaufzonen 1.2/1.3 bzw. 1.7,
- eine Bestückung der Reifen-Sonderlaufzonen 1.2 und 1.7 mit Krallelementen 14,
- Reifen-Teilkammern 1.4 und 1.5 zur Drucksteuerung der Reifen-Sonderlaufzonen 1.2 und 1.3,
- Gaspatronen 8 mit ihrem Zündmechanismus in den Rädern 1/2,
- Druckausgleichskammern 10 mit Füll- und Steuerventilen,
- Einrichtungen zur Auslösung und Übertragung der Steuer signale für die Drucksteuerung.
Das sind im einzelnen:
- - Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren unterhalb des Fahrzeuges in Reifen- und Fahrbahnnähe,
- - Umwandler und Verstärker zur Umsetzung der Sensoren- Meßgrößen, z. B. in elektromagnetische Wellen,
- - Sender - je nach Wahl der Informationsverarbeitung bzw. der Signal- bzw. Impulsgeber 3 -,
- - Signal- bzw. Impulsaufnehmer bzw. Empfänger 4 für die Aufnahme der Signale vom Signalgeber 3 - sowie -
- Signalleiter 5, Regel- bzw. Steuerventile 9, Druckleitungen 11, 12 und 13 sowie Steuer- und Regelaggregate 6 mit elektr. Energiequellen 7 zur Verarbeitung der Signale - z. B. für die Gaspatronen 8 bzw. für die Steuerung des Reifen druckes über die Gasdruck-Ausgleichskammer 10.

Werden während der Fahrt eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Kraftfahrzeuges von den Sensoren kritische Fahrbahnzustände - mit Nässe oder Eis - registriert, so kann z. B. nach akustisch-optischer Vorwarnung des Fahrers jene Automatik in Betrieb gesetzt werden, die, nach Erreichen von kritischen Grenzwerten, jene Steuerimpulse auslöst, die, von den Sensoren über Signalumwandler, drahtlosen Informationsver mittlern 3 und 4 den Steuer- und Regelaggregaten 6 zur Infor mationsverarbeitung zugeleitet werden, wodurch die Steuer ventile der Druckausgleichskammer 10 betätigt oder die Gas patronen 8 zur Entzündung gebracht werden können.

Auf diesem Wege wird jene Druckerhöhung in den Reifen-Teil kammern 1.4 und/oder 1.5 bzw. in den Schlauchelementen 13 erzeugt, die die Reifen-Sonderlaufzonen 1.2 und 1.3 oder 1.7 aktiviert und jene hervorragenden bzw. tragenden Reifenele mente zum Einsatz bringt, die über eine Verringerung der tragenden Reifenfläche eine Erhöhung der Flächenpressung und somit ein Eindringen und Verkrallen im Eis der Straßen oder eine Durchtrennung der Wasserfilme herbeiführen kann.

Mit der vorstehend beschriebenen Konzeption werden im wesent lichen jene Reifenabroll- und Reibungsverhältnisse erreicht, die z. B. auch beim Fahren mit Spikes - bzw. mit speziellen Aquaplaningreifen - auftreten, allerdings mit dem entschei denden Vorzug der neuen Konzeption, mit der jetzt die Mög lichkeit gegeben ist, die erfindungsgemäßen Reifen im Sinne von Allwetterreifen einzusetzen, und zwar mit der Möglichkeit zur kurzfristigen Anpassung an alle denkbaren Fahrbahnver änderungen.

Claims

1. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern mit Mehrkammer-Luftreifen, deren Reibungsverhalten bei anormalen Fahrbahnzuständen durch eine über die Änderung des Reifendruckes in Reifen- Teilkammern hervorgerufene Änderung der Reifenquerschnitts form veranlaßt und durch eine Reifendruck-Steuerung über mechanische oder drahtlose Impuls- bzw. Signalübertragung über radinterne Regelorgane und Steuerenergien ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß über gesonderte Ausfor mungen besonders der Druckmittelführung und -Bereitstellung - z. B. über die Einführung von Hydraulik-Pneumatik-Elemen te - sowie über besonders ausgerüstete Laufflächenteile - z. B. durch besondere Reifenwerkstoffe oder durch Keramik zusätze in den Profilstollen - eine Erhöhung der Gleit schutzsicherheit bzw. eine Verbreiterung der Einsatzmög lichkeiten des Prinzips der Reifendrucksteuerung erzielt wird.

2. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Reifen-Lauffläche Reifenteile (1.2/1.3) zur Anpassung an unterschiedliche Fahrzustände mit unter schiedlicher Bestückung ausgerüstet sind, die über die Drucksteuerung der Reifen-Teilkammern (1.4/1.5) wechselweise oder gemeinsam zur Aufwölbung (ΔR) und damit zur Änderung der Reifen-Reibungseigenschaften veranlaßt werden.

3. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Lauffläche eine die Seitenwangen des Reifens verbindende Membrane (1.6) angeordnet ist, so daß die durch die Druckbeaufschlagung be dingte Durchbiegung der Membrane eine Distanzverkürzung der beiden Seitenwangen und dadurch eine Verstärkung der Auf wölbungstendenz der Reifen-Lauffläche herbeiführt.

4. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Krallelemente (14) über gesonderte flexible Schlauchelemente bzw. Kanal führungen (13) druckbeaufschlagt werden.

5. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern mit Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steue rung der reibungsverstärkenden Maßnahmen - z. B. zur Betä tigung der Krallelemente (14) - Hydraulik-Elemente und -Medien sowie pastöse Massen herangezogen werden.

6. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der reibungs verstärkenden Maßnahmen Hydraulik- und Pneumatikelemente und -Medien kombiniert eingesetzt werden, wobei deren Ver bindung zu gemeinsam wirkenden Steuereinheiten über Druck speicher, Druckmittelwandler (18) oder über Druckübersetzer herbeigeführt wird.

7. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über die von der Fahrzeugseite kommenden Signale über Signalgeber (3), Signalempfänger (4) und Signalleiter (5) jene druckerhöhenden radinternen Reak tionen ausgelöst werden, die über die Verdampfung z. B. von Kohlendioxid oder von CFKW-ähnlichen Substanzen die Steue rung der erforderlichen Reifendruckänderungen realisieren lassen.

8. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern mit Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwöl bungsfähigkeit der Reifenlaufflächen durch eine zonenweise Verminderung bzw. Verlagerung der Reifenarmierung ver stärkt wird, und zwar über eine gezielte Karkassengestal tung, insbesondere

- durch Verzicht auf eine Gürtelarmierung,
- durch Erhöhung der elastischen Verformungsfähigkeit des Gürtels bzw. von Teilen der Karkasse durch Einsatz be sonderer zugelastischer Werkstoffe oder
- durch Einsatz von Reifenmischungen zur armierungsarmen bzw. -freien Laufflächen- bzw. Deckengestaltung.

9. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Reifen mit einem der Ansprüche nach 1 bis 7 zusammen mit normalen bzw. üblichen Reifen zu Funktionseinheiten kombiniert und so z. B. als Zwillingsrei fen eingesetzt werden.

10. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Krallelemente (14) und Teile zu deren Betätigung (13) zum Volumenausgleich in der Reifen decke von pastösen oder elastischen Ausgleichsmassen (17) umgeben werden.

11. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern mit Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Krall elemente zur Vermeidung des Wassereintritts mit Schrumpf spannungen in der Reifenlauffläche eingelassen werden.

12. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern mit Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Werk stoffbeschaffenheit der Krallelemente (14) so gewählt wird, daß sie in der Kombination mit den umgebenden Werkstoffen bzw. Gleitmitteln eine wasserabstoßende bzw. kapillardepres sive Tendenz bewirkt.

13. Fahrzeugräder mit Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß z. B. bei vereisten bzw. nassen Fahrbahnen über Reifendrucksteuerungen besondere Reifen-Laufflächenzonen (1.2/1.3) verstärkt zum Tragen kom men, deren Reibungseigenschaften bzw. Eindringvermögen in Eis z. B. durch den Einsatz besonders harter Reifenwerk stoffe, durch die Beimengung von metallischen oder organi schen Partikeln bzw. von Keramikgranulat oder durch die Aus bildung von porösen Strukturen beeinflußt werden.

14. Verfahren zur Beeinflussung der Laufflächenbeschaf fenheit von Fahrzeugrädern mit Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die reibungs verstärkenden Einrichtungen in den Reifensonderlaufzonen in mehrere über den Radumfang verteilte, unabhängig voneinander steuerbare Einheiten unterteilt werden, damit über die Steuer- und Regelaggregate (6) die Möglichkeit zu einem evtl. gebotenen Massenausgleich oder zur Beseitigung eines unrunden Laufs realisiert werden können.