DE4005010C2 - Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeugluftreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeugluftreifen. Solche Gleitschutzsysteme sind bereits durch mehrere Offenlegungs­ schriften bzw. Patente bekannt geworden.

Zum Stand der Technik gehört z. B. die Patentanmeldung DE 22 02 420 A, nach deren Konzeption innerhalb des Reifens Spikessteuereinrichtungen angeordnet sind.

Kennzeichnend für diese Konzeption ist ein unterhalb der Rei­ fenlaufdecke eingeordneter spikesbestückter Gewebegürtel 4, dessen Spikes 6 in der Reifenlaufdecke geführt werden, wobei durch die wechselweise Druckbeaufschlagung von ober- bzw. un­ terhalb des Gewebegürtels angeordneten Spezialschläuchen 3 u. 5 die Spikes 6 aus der Reifendecke aus- bzw. eingefahren wer­ den.

Mit dieser Konzeption sind vor allem folgende Mängel verbun­ den:

• - Die Ausstellbewegung der Spikes erfolgt über die Druckbe­ aufschlagung der Spezialschläuche 3 u. 5, wodurch eine all­ seitige Ausdehnungstendenz in diesen Schläuchen veranlaßt wird. Infolgedessen wird auch eine Ausdehnung in den Rei­ feninnenraum mit der Tendenz zur Druckänderung innerhalb des Normalschlauches 2 - und damit innerhalb des Reifens - hervorgerufen.
  Aus der mit diesem Bauprinzip vorgegebenen ausgeprägten Ausdehnungsmöglichkeit der Spezialschläuche 3 u. 5 in den Innenraum des Normalschlauches 2 resultiert der Nachteil einer großen Beeinflussung der Reifenhärte sowie des Reifen-Federungsverhaltens.
• - In Abhängigkeit von den jeweiligen Straßenverhältnissen können die Spikes mit unterschiedlicher Dauer eingesetzt werden. Dementsprechend können die Spikes oder die spi­ kesfreien Reifen-Laufflächenelemente stärker verschleißen. Als Folge der unterschiedlichen Verschleißintensität ist damit zu rechnen, daß nach großen, mit eingezogenen Spikes zurückgelegten Fahrstrecken - infolge einer großen Laufflä­ chenabnutzung - ein relativ weites Auskragen der Spikes zu erwarten ist.
  Dieser Sachverhalt kann bei Fahrten auf vereisten Straßen zu einem extremen Verschleiß in den Spikesführungen, zu ei­ nem starken Fahrbahnverschleiß sowie zu einem extrem unru­ higen Laufverhalten der Räder führen.
• - Durch den starken Verschleiß in den Spikesführungen kann - bedingt durch eindringendes Wasser oder Eis - eine Verstär­ kung der Verschmutzungs- bzw. der Blockierungstendenz in­ nerhalb der Spikesführungen herbeigeführt werden.
• - Des weiteren offenbart die Konzeption nach DE 22 02 420 A keine Lösungsansätze zur Spikesaktivierung während der Fahrt des Kraftwagens.

Zum Stand der Technik gehören außerdem die Konzeptionen der Anmeldung DE 16 05 738 A und des Schweizer Patents Nr. 515 806, die beide nach dem Prinzip der ausschiebbaren und ein­ ziehbaren Spikes funktionieren.

Beide Konzeptionen sind mit gravierenden Mängeln behaftet: Dazu ist insbesondere die Beeinflussung der Reifenfederungs­ eigenschaften durch die Änderung des Reifenluftdrucks zur Spikessteuerung zu nennen.

Ferner weisen beide Systeme den Mangel eines fehlenden Steue­ rungsmechanismus für die Spikesbetätigung während der Fahrt des Fahrzeuges auf.

Zum Stand der Technik gehört auch die Konzeption nach der Offenlegungsschrift DE 24 24 469 A1. Kennzeichnend für die­ ses System sind die unterhalb der Reifenlaufdecke angeordne­ ten, mit stiftförmigen Spikes bestückten Spikesplatten, deren Spikes in der Reifen-Laufdecke geführt werden, wobei - durch die wechselweise Druckbeaufschlagung der ober- bzw. unterhalb der Spikesplatten angeordneten Spezialschläuche - die Spikes aus der Reifendecke aus- bzw. eingefahren werden.

Mit dieser Konzeption sind insbesondere folgende Mängel ver­ bunden:

• - In Abhängigkeit von den jeweiligen Straßenverhältnissen können die Spikes mit unterschiedlicher Dauer eingesetzt werden. Dementsprechend können die Spikes oder die spi­ kesfreien Laufflächenelemente unterschiedlich verschleißen.
  Als Folge der unterschiedlichen Verschleißintensität ist damit zu rechnen, daß bei der Spikesaktivierung nach gro­ ßer, mit eingezogenen Spikes zurückgelegten Fahrstrecke - infolge einer entsprechend großen Laufflächenbenutzung - ein relativ weites Auskragen der Spikes zu erwarten ist. Dadurch wird eine starke Beeinträchtigung der Laufruhe her­ vorgerufen.
• - Durch das verschleißbedingte Spiel in den Spikesführungen wird ferner - durch eindringendes Wasser oder Eis hervorge­ rufen - eine ausgeprägte Verschmutzungs- bzw. Blockierungs­ tendenz innerhalb des Spikesführungssystems herbeigeführt.

Zum Stand der Technik gehören auch Kraftfahrzeugreifen mit Krallelementen nach DE 21 31 918 A, bei denen eine Akti­ vierung von Spikes 6 über die elastische Ausstellbewegung von spikesbestückten Bändern 3 erfolgt, die selbst an elastischen Bändern 7 geführt werden.

Diese Konzeption weist vor allem folgenden Mangel auf: Bei Fahrten mit ausgestellten Spikes können infolge der dabei auftretenden starken elastischen Dehnung der elastischen Bän­ der ausgeprägte Instabilitäten der spikesbestückten Lauf­ deckenteile auftreten, mit der Folge, daß hierbei erhebliche Beeinträchtigungen der seitlichen Führungskräfte und der Spurtreue erwartet werden müssen.

Zum Stand der Technik zählt des weiteren ein "Einziehbares-Inte­ griertes-Reifenspikessystem" nach DE 37 21 500 A1. Kennzeichnend für dieses System sind mehrere, auf dem Umfang der Lauffläche des Reifens verteilte Kammern 3, in denen radial verstellbare Spikesträger 1 u. 2 geführt werden, die z. B. über pneumatischen oder elektromagnetischen Kraftan­ griff zur Spikesausstell- bzw. zur Rückstellbewegung veran­ laßt werden können.

Diese Konzeption weist zwar das Grundprinzip der regelungs­ technischen Betätigung der Spikesausstell- und Rückstellbewe­ gung auf, doch sind hierbei grundlegende Mängel vorhanden. So kann es an den Gleitflächen der Spikesträger und der zuge­ hörigen Kammern zum Eintritt von Fahrbahnwasser in den unte­ ren Bereich der Kammern kommen. Durch die Eisbildung des Was­ sers in den Kammern kann somit eine zeitweilige Blockierung der Spikes-Betätigungssysteme hervorgerufen werden. Die Tendenz zum Wassereintritt wird im übrigen mit zunehmen­ der Nutzungsdauer entsprechender Reifen erhöht, und zwar durch die verschleißbedingte Ausweitung der Gleitsitze für die Spikesträger.

Mit der neuen Erfindung werden die vorgenannten Mängel ver­ mieden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kraft­ fahrzeugrädern während aller Fahrzustände durch Druckmit­ telsteuerung reibungsverstärkende Mittel kurzfristig so ein­ setzen zu können, daß eine erhebliche Verbesserung des Rei­ bungsverhaltens auf glatten Fahrbahnen erzielt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Im einzelnen sind mit der Erfindung folgende Vorzüge verbun­ den:

• - Möglichkeit zur Aktivierung der reibungsverstärkenden Maß­ nahmen bei allen Fahrzuständen,
• - Einsatz der reibungsverstärkenden Mittel mit geringem Ener­ gieaufwand,
• - gute Möglichkeit zur Dosierung bzw. Steuerung der Spikeseingriffverhältnisse im Sinne einer Gewährleistung optimaler Spikesaustrittshöhen,
• - Minimierung der Beeinflussung der Reifenlaufeigenschaften durch Betriebseinflüsse - und
• - Möglichkeit zur Reaktion auf den Einfluß der Fliehkraft auf die Reifen-Laufflächenbeschaffenheit.

Mehrere Merkmale des ersten Anspruches gehören "an sich" zum Stand der Technik, wobei die Erfindung im wesentlichen aus der Kombination folgender Merkmale resul­ tiert:

• - Aus- und einfahrbare Krallelemente 15 in der Reifenlauf­ decke 1.2,
• - Steuerung der Position der Krallelemente 15 innerhalb der Reifen-Laufdecke 1.2 durch druckbeaufschlagbare, elastisch verformbare Druckmittel-Steuerleitungen 17 bzw. 18,
• - Einsatz von radinternen Regelungs- und Steuerungsorganen.

Das bestimmende Prinzip der neuen Erfindung besteht in der Möglichkeit zur Druckbeaufschlagung der an gürtelartigen Trägern 16 angeordneten Krallelemente 15,

• - und zwar durch elastische Schlauchelemente in Form von mehrsträngigen Druckmittel-Steuerleitungen 17 und 18 nach den Fig. 1 bis 3,
• - wodurch die Position der Krallelemente 15 in der Reifen­ lauffläche gesteuert
• - und die Anpassung des Laufflächenzustandes an die jeweili­ gen Fahrbahnzustände herbeigeführt werden kann.

Durch die Drucksteuerung der Träger 16 über mehrsträngige Druckmittel-Steuerleitungen 17 und 18 werden des weiteren folgende Vorzüge gewonnen:

• - Erzielung einer großen Betriebssicherheit durch die Mög­ lichkeit zur Unterteilung bzw. zur Abschottung z. B. der Druckmittel-Steuerleitungen 17 und 18 in mehrere eigenstän­ dige Funktionseinheiten.
• - Geringe Dickenabmessung der druckführenden Teile zur Beherrschung der Druckkräfte, und zwar auch bei hohen Drücken. Daraus resultiert eine leichte Reifenkonstruktion mit relativ geringen Schwungmassen.
• - Die Stabilität der mit steuerbaren Krallelementen 15 ausgestatteten Reifen wird durch die gute Integrierbarkeit der Krallelemente und deren Steuerorgane verbessert, und zwar dadurch, daß zwischen den einzelnen Schlauchelementen bzw. Kanälen stegartige Verbindungen 19 angeordnet werden können. Damit wird die Möglichkeit gewonnen, die Kraftfluß­ verhältnisse zwischen den Trägern 16 und der Karkasse 21 entscheidend zu verbessern. Der Einfluß der Fliehkraft auf die Beanspruchungs- und Verformungsverhältnisse im Bereich der Lauffläche kann damit weitgehend ausgeschaltet bzw. be­ herrscht werden.
• - Die neue Konzeption bietet eine einfache Möglichkeit zur steuerungs- bzw. regelungstechnischen Beherrschung der ge­ wünschten Stellung der Krallelement 15 in der Reifenlauf­ fläche, da über die Träger 16 als Stellglieder in Verbin­ dung mit den Druckmittel-Steuerleitungen 17 und 18 - z. B. über radinterne Steuerventile 9 und den Steuerungs- und Re­ gelungsaggregaten 6 - sowohl ausfahrende wie rückführende Positionsänderungen der Krallelemente herbeigeführt werden können.
• - Der Luftdruck in der Reifenhauptkammer 1.1 wird durch die Druckbeaufschlagung für die Positionsänderung der Krallele­ mente 15 nicht beeinflusst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen mit dem erfindungsgemäßen Lösungsansatz des Hauptanspruches werden über mehrere Unter­ ansprüche realisierbar.

Mit den Ansprüchen 2 und 3 werden die Werkstoffeigenschaften in der Reifen-Sonderlaufzone 1.2 optimiert, und zwar über die Beifügung von metallischen oder von organischen Partikeln oder von Keramikgranulat nach Anspruch 2 oder durch die Aus­ bildung von porösen Strukturen in der Reifenlauffläche nach Anspruch 3.

Eine weitere Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten der Erfin­ dung erfolgt entsprechend dem Anspruch 4, und zwar dadurch, daß die Krallelemente als Spikes ausgebildet werden.

Entsprechend dem Anspruch 5 können die Spikes lösbar mit dem Träger 16 verbunden werden, wodurch die Möglichkeit zum Aus­ tausch ebenso wie zur zeitweisen Entfernung der Spikes mit der Möglichkeit zum Einsatz entsprechender Reifen als Sommer­ reifen realisierbar wird.

Nach dem Anspruch 6 werden die Spikes 15 konisch - mit einer Verjüngungstendenz nach außen - gestaltet und möglichst spielfrei bzw. mit Schrumpfspannungen in die Reifendecke ein­ gefügt, so daß eine Optimierung der Abdichtung der Spikesfüh­ rungen bei herausgeschobenen ebenso wie bei zurückgenommenen bzw. bündig abschließenden Spikes erzielt wird.

Die Träger 16 haben die Aufgabe, die Krallelemente bzw. die Spikes 15 zu führen und deren Drucksteuerung über die Bünde­ lung und Weiterleitung der Druckkräfte von den mehrsträngigen Druckmittel-Steuerleitungen 17 und 18 auf die Krallelemente sicherzustellen. Dieser Aufgabe entsprechend werden die Trä­ ger 16 nach Anspruch 7 über die Wahl geeigneter Werkstoffe - z. B. durch den Einsatz von armierungsverstärkten Kunststof­ fen bzw. Kunststoffgeweben - oder durch besondere Formge­ bungsmaßnahmen - z. B. durch gezielte Aussparungen 22 nach Fig. 3 - angemessen dehnungsfähig und tragfähig gestaltet.

Durch die elastischen Einlagen 1.3 wird - über die Verwendung entsprechend elastischer Stoffe mit entsprechenden Federkon­ stanten - die Austrittsbewegung der Spikes beeinflußt, und zwar so, daß bei ihrer Kraftbeaufschlagung eine Optimierung der Spikes-Austrittshöhe erreicht werden kann. Das weiteren wird mit den elastischen Einlagen 1.3 die Möglichkeit zur Auslösung bzw. zur Unterstützung der Spikes-Rückstellbewegung gewonnen, die bei der Umstellung der Reifen vom Zustand "Eis­ fahrt" in den Zustand "Normalfahrt" zum Rücktritt der Spikes in die Lauffläche erforderlich wird.

Die erfindungsgemäße Konizität der Spikes stellt bereits ein wesentliches Element zur Realisierung der Spikes- Rückstellungsbewegung für die Reifenumstellung von der "Fahrt auf Eis" auf "Normalfahrt" dar. Genauigkeit und Schnelligkeit der entsprechenden Spikes-Positionierung können des weiteren über die Druckbeaufschlagung von oberhalb der Träger 16 ange­ ordneten mehrsträngigen Druckmittel-Steuerleitungen 18 ver­ stärkt werden.

Des weiteren wird mit den die Spikesposition steuernden Druckmittelleitungen 18 die Möglichkeit geboten, der durch die Fliehkraft hervorgerufenen Spikesaustrittstendenz zu be­ gegnen, wobei die Dosierung des entsprechenden Steuerdruckes durch Steuerungs- und Regelungsaggregate 6 erfolgen kann.

Die für die Abwicklung der Steuerungs- und Regelungsvor­ gänge erforderliche Energie kann durch die Umsetzung der Räder-Bewegungsenergie in elektrische Energie erzeugt werden - z. B. über Spulen oder Wicklungen 12 in den Rädern und Mag­ neten 13 an der Fahrzeugzelle -, wobei deren Transport über die Leitungen 14 und deren Verwendung über die Speicherung in Akkumulatoren bzw. Batterien 7 geregelt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von drei Zeichnungen erläutert.

Die Fig. 1 zeigt das Gleitschutzsystem,

Fig. 2 zeigt die Gegenüberstellung der Reifen­ zustände 1 und 2.

Die Fig. 3 zeigt das Prinzip eines Trägers, dessen Verfor­ mungsfähigkeit durch Aussparungen 22 erhöht wird.

Die neue Konzeption soll anhand eines Beispiels verdeutlicht werden, wozu folgende Einrichtungen zum Einsatz gelangen:

• - Reifen 1 mit Reifenhauptkammer 1.1, Felge 2 und Armie­ rung 21,
• - eine spikesbewehrte drucksteuerbare Reifen-Sonderlaufzone 1.2 mit einer Bandage 20,
• - Bestückung der Reifensonderlaufzone 1.2 mit Krallelementen bzw. Spikes 15, die an einem elastisch verformbaren Träger 16 befestigt sind,
• - mehrsträngige Druckmittel-Steuerleitungen 17 u. 18,
• - Gaspatronen 8 mit ihrem Zündmechanismus in den Rädern 1/2,
• - Druckmittelbehälter 10 mit Füll- und Steuerventilen sowie mit Einrichtungen zur Auslösung und Übertragung der Steuer­ signale für die Drucksteuerung.

Das sind im einzelnen:

• - Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren unterhalb des Fahr­ zeuges in Reifen- und Fahrbahnnähe,
• - Umwandler und Verstärker zur Umsetzung der Sensoren- Meßgrößen z. B. in elektromagnetische Wellen,
• - Sender - je nach Wahl der Informationsverarbeitung mit ent­ sprechenden Signal- bzw. Impulsgebern 3 -,
• - Signal- bzw. Impuls-Empfänger 4 für die Aufnahme der Signale vom Signalgeber 3,
• - Signalleiter 5,
• - Steuerventile 9,
• - Druckleitungen 11,
• - Steuerungs- und Regelungsaggregate 6 mit elektrischen Ener­ giequellen 7 zur Verarbeitung der Signale - z. B. zur Zün­ dung der Gaspatronen 8 bzw. für die Steuerung des Spikes­ steuerdruckes aus dem Druckmittelbehälter 10 oder zur Be­ einflussung des Reifendruckes in der Reifenhauptkammer 1.1.

Werden während der Fahrt eines Kraftfahrzeuges von den Sensoren kritische Fahrbahnzustände - z. B. durch eine Vereisung - registriert, so kann z. B. nach akustisch-optischer Vorwarnung des Fahrers jene Automa­ tik in Betrieb gesetzt werden,
die die von den Sensoren kommenden Steuersignale auslöst, und diese - über Signalumwandler und drahtlose Informations­ vermittler 3 und 4 - den Steuerungs- und Regelungsaggre­ gaten 6 zur Informationsverarbeitung zuleitet,
wodurch die Steuerventile 9 des Druckmittelbehälters 10 betätigt oder die Gaspatronen 8 zur Zündung gebracht werden.
Auf diesem Wege wird jener Steuerdruck in den an den Trägern 16 angreifenden mehrsträngigen Druckmittel-Steuerleitungen 17 aktiviert, über den der Spikesaustritt ΔR der Reifen- Sonderlaufzone 1.2 zusammen mit einer Aufwölbung ΔR' der Reifen-Sonderlaufzone 1.2 veranlaßt wird.

Claims (7)

1. Gleitschutzsystem für Kraftfahrzeugluftreifen

• - mit Krallelementen (15), die sich in einer Bandage (20) im mittleren Bereich der Lauffläche befinden, wobei die Krallelemente (15) an einem elastischen gürtelartigen Träger (16) befestigt sind und eine geringere Härte als übliche Hartmetalle aufweisen,
• - mit druckbeaufschlagbaren, elastisch verformbaren mehrsträngigen Druckmittelleitungen (17, 18), die unter bzw. über dem elastischen gürtelartigen Träger (16) angeordnet sind und
• - mit einer Vorrichtung zur Regelung und Steuerung des Luftdrucks in den Druckmittelleitungen (17, 18),
  wobei die Druckbeaufschlagung des Druckmittels radintern über einen Druckmittelbehälter (10), durch Zündung von Gaspatronen (8) oder durch Verdampfung von Treibgasen oder durch Kompressoren erfolgt.

2. Gleitschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage (20) metallische oder organische Partikel oder Keramikgranulat enthält.

3. Gleitschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Bandage (20) porös gestaltet ist.

4. Gleitschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bandage (20) Spikes (15) angeordnet sind.

5. Gleitschutzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spikes (15) lösbar mit dem Träger (16) verbunden sind.

6. Gleitschutzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spikes (15) konisch ausgebildet sind.

7. Gleitschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (16) aus verstärkten Kunststoffen bzw. aus Kunststoffgeweben besteht oder mit Aussparungen (22) versehen ist.