DE4323835A1 - Fahrzeugluftreifen sowie Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Regulieren des Luftdruckes - Google Patents

Description

Fahrzeugreifen sind zum weit überwiegenden Teil Luftdruckreifen. Es hat viele Versuche gegeben, anstelle von Luft andere Medien zur Füllung und Erzielung gleichwertiger Eigenschaften zu verwenden, so zum Beispiel Schaumstoffüllungen oder elastische Gerippe. Aus unterschiedlichen Gründen haben sich diese aber nicht bewährt, z. B. wegen des geringen Abroll- und Einfederungskomforts oder der starken Erwärmung und der damit zusammenhängenden vorzeitigen Zerstörung während des Betriebes.

Bei Luftdruckreifen stört zum einen die Notwendigkeit, entweichende Luft nachfüllen zu müssen, insbesondere bei Fahrzeugen wie Baumaschinen, Schubkarren, Fahrrädern, aber auch Kraftfahrzeugen, weil nicht immer und überall Druckluftanlagen zur Verfügung stehen und das manuelle Nachfüllen sehr mühsam ist. Hinzu kommt das Problem, daß bei längeren Fahrten von Kraftfahrzeugen der Luftdruck infolge der Erwärmung stark zunimmt, bei Temperaturstürzen im kalten Zustand dagegen häufig ein zu geringer Luftdruck vorhanden ist. Beides kann zu erhöhtem, unregelmäßigem Verschleiß und zur Unfallgefahr führen.

Durch die folgenden Schutzrechtsanmeldungen sind einige Problemlösungen bekannt geworden, die jedoch alle unzureichend sind. So ist aus DE 37 20 039 A1 eine Luftpumpe bekannt, die die Reifenaufstandsfläche zum Nachfüllen von Luft einsetzt, wie auch die DE 41 27 002 A1 und die DE 27 46 757, wobei jedoch unbrauchbare Kolbenpumpen im Reifeninneren zu installieren sind. Auch mit Fliehkraft oder Gravitation betätigte Nachfülleinrichtungen sind durch DE 28 13 601 und DE 25 13 875 als Schutzrechtsanspruch angemeldet worden, wobei jedoch aufwendige Einrichtungen u. a. mit Speichern notwendig sind. Zentale Speicher zum Nachfüllen von Luft sind vielfach vorgeschlagen worden, so z. B. bei DE 36 01 103 A1, DE 40 10 711 A1 und DE 25 03 837. Auch verschiedene Ausführungsformen von Pumpen wurden bekannt, eine Rotationspumpe beispielsweise bei DE 40 36 362 C2. Schließlich soll noch erwähnt werden, daß speziell für Fahrräder nockenbetätigte Pumpen vorgeschlagen wurden, wie bei EP 03 02 320 oder über eine Anlauffläche gesteuerte Pumpen bei G 91 13 462.5. Keines der bekannt gewordenen Systeme erfüllt jedoch alle Anforderungen, insbesondere ist keines allein mit Gummi- und elastischen Kunststoffelementen preiswert herzustellen und zuverlässig zu betreiben, weshalb auch bisher kein System Eingang in die Praxis gefunden hat.

Die Aufgabe bestand also darin, ein preiswertes Luftreifensystem zu finden, das weitgehend mit preiswerten Gummi- oder elastischen Kunststoffelementen arbeiten kann, das in der Lage ist, den Luftdruck selbsttätig dem variabel einstellbaren Wert ständig anzupassen, zumindest aber entwichene Luft während der Fahrt nachzufüllen. Außerdem sollte sich der Luftdruck unterschiedlichen Belastungszuständen anpassen und sich sowohl für Reifen mit Schlauch als auch für schlauchlose Reifen anwenden lassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst (Fig. 1):
In einem Luftdruckreifen 2 auf einer herkömmlichen Felge 1 - mit Schlauch oder schlauchlos - befindet sich ein zusätzlicher Schlauch 3, der die Funktion einer Pumpe übernehmen kann. Hat nämlich der Luftreifen 2 einen zu geringen Luftdruck, dann bildet sich eine relativ große Standfläche 10 des Reifens bzw. Pumpschlauches 3 (Fig. 2).

Dadurch und mit Hilfe des Versteifungselements 5 wird der Pumpschlauch 3 an der Standfläche 10 des Luftreifens abgequetscht, so daß bei der Weiterbewegung des Fahrzeugs ein Luftvolumen in Fahrtrichtung bewegt wird und durch Rückschlagklappen 4 und 9 in den Luftraum des Luftreifens 2 gedrückt wird. Dadurch wird der Luftdruck im Luftreifen 2 solange erhöht, bis die Standfläche 10 so klein geworden ist, daß sich der Pumpschlauch 3 nicht mehr vollständig luftdicht an der Standfläche abquetscht und kein Luftvolumen bei der Fahrzeugfortbewegung mehr vor sich herschiebt. Luftnachschub erhält das System über einen Verbindungsschlauch 7, der gleichzeitig über eine Regeleinrichtung 6 die Luft an den Luftreifen übergeben kann oder allternativ auch lediglich die Frischluftzufuhr übernimmt. Der Pumpschlauch 3 sollte ine solche Steifheit besitzen, daß er sich gegen den Überdruck im Luftreifen 2 nach Verlassen der Standfläche 10 wieder aufbläht, zumindest zu einem für die Funktion notwendigen Anteil.

Als Ergänzung zu dem geschilderten Grundprinzip ist das Versteifungselement 5 vorgesehen, das ebenfalls als Schlauch ausgebildet sein kann. Es dient damit außer zum Abstützen des Pumpschlauches 3 auch zur Regulierung des Luftdrucks, zur Entlastung des Pumpschlauches 3 von überflüssiger Pumpbewegung und macht ein ständiges Abblasen überschüssiger Luft entbehrlich. Ist nämlich der gewünschte, und an einer Druckregeleinrichtung 8 bzw. 17, Fig. 3 eingestellte Luftdruck erreicht, dann wird bei weiterer Pumpbewegung des Pumpschlauches die weitere Luft über die Leitung 11 in den Schlauch des Versteifungselementes 5 gelenkt, die dieses zum Ausbeulen bringt und damit die Versteifungsfunktion verlieren läßt. Damit wird der Pumpschlauch 3 entlastet und pumpt nicht mehr und erwärmt sich demzufolge auch nicht mehr.

Die einfachste Ausführungsform des Systems kann so ausgelegt werden, daß bei erhöhter Beladung des Fahrzeugs und damit auch des Reifens 2 sich durch länger anhaltende Pumpbewegung des Pumpschlauches 5 aufgrund der durch die Belastung vergrößerten Standfläche 10 ein höherer Luftdruck ergibt als bei geringerer Fahrzeugbelastung und sich dieser automatisch einstellt. Dieser ist dann aber nicht regulierbar, was bei einfachen Anwendungsfällen wie Schubkarren- und Fahrradreifen, sicher ausreicht.

Um jedoch einen höheren Komfort zu bekommen und höheren Ansprüchen gerecht werden zu können, sind zusätzlich Druckregeleinrichtungen sinnvoll. Sie gestatten es, daß bei Erwärmung während der Fahrt ein vorher eingestellter Luftdruck konstant gehalten wird (Fig. 3). Bei größerer Beladung des Fahrzeugs wäre vor Fahrtantritt dann der korrigierte Luftdruck an der Regelschraube 8 durch eine einfache Drehbewegung auf den gewünschten Skalenwert einzustellen. Solche Einrichtungen sind im Prinzip bekannt und können leicht dem Verwendungszweck angepaßt werden.

Es ist auch eine Kombination von Voreinstellbarkeit und automatisch sich einstellendem höherem Luftdruck bei größerer Beladung denkbar. Dazu müssen die verwendeten Elemente lediglich so ausgelegt werden, daß bei geringer Beladung der Pumpschlauch 3 seine Funktion bei einem festen Wert beendet. Bei größerer Beladung erst tritt dann die Regeleinrichtung 6 in Funktion, die durch ein Überdruckventil 16 auf die höhere Beladung fest ausgelegt ist oder variabel eingestellt werden kann, z. B. an der Regelschraube 8. Anstelle der Betätigung eines Luftnachfüllelements 3 durch die Reifenstandfläche 10 kann auch ein durch die Beschleunigungskräfte während der Fahrt betriebenes Pumpelement 19 zum Nachfüllen von Luft Verwendung finden (Fig. 4).

Während die bislang beschriebene Einrichtung vorzugsweise für langsam fahrende Fahrzeuge in Betracht kommt, ist die in Fig. 4 gezeigte Lösung für schnell fahrende Fahrzeuge geeignet. Das Pumpenelement 19 kann beispielsweise so ausgelegt werden, daß es seine Wirkung (gegen den im Reifen 2 herrschenden Überdruck) bereits z. B. bei 50 km/h entfaltet. Dann wird bei einer durch die Beschleunigung bewirkten Abwärtsbewegung des Pumpelements 19 Außenluft 13 angesaugt und bei der Aufwärtsbewegung des Pumpelements 19 über die Klappe 22 in den Kanal 12 zum Luftreifen 2 gepreßt. Dabei schließt sich die Rückschlagklappe 21. Damit bei sehr hohen Geschwindigkeiten und bei Erreichen des am Einstellrad 8 vorgewählten Reifenluftdrucks das Pumpelement 19 nicht ständig weiterpumpt, wird der Kolben 20 gegen eine Feder so bewegt, daß der untere Teil des Pumpelements 19 nicht mehr mit der Außenluft 18, sondern mit dem Reifendruck aus 12 in Verbindung steht, der der weiteren Bewegung des Pumpelements 19 den notwendigen Widerstand entgegensetzt. In einer nicht gezeichneten Ausführungsform kann der Reifenluftdruck aus 12 auch zum Festklemmen des Pumpelements 19 bei Erreichen des gewünschten Luftdrucks im Reifen 2 eingesetzt werden, um Unwuchtprobleme besser in den Griff bekommen zu können. Aus dem selben Grund ist auch eine Miniatisierung des ganzen Systems besonders zu empfehlen. Außerdem kann eine Einrichtung vorgesehen werden, die es gestattet, den Luftdruck, der sich während der Fahrt selbsttätig einstellt, sowohl nach oben als auch nach unten selbsttätig zu korrigieren. Das kann über einen Meßfühler geschehen, der abhängig vom Fahrzeuggewicht die Regeleinrichtung 17 bzw. 8 um den gewünschten Betrag selbsttätig verändert.

Claims (22)

1. Fahrzeugluftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsenergie des Fahrzeugs bei Bedarf zum Nachfüllen von Luft herangezogen wird.

2. Verfahren zum selbsttätigen Regulieren des Luftdrucks in Fahrzeugreifen während der Fahrt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reifenstandfläche zur Betätigung eines Luftnachfüllelements benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von Beschleunigungskräften während der Fahrt betriebene Pumpelement das Nachfüllen von Luft übernimmt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftnachfüllelement nur bei zu geringem Luftdruck in Funktion tritt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei steigender Fahrzeugbeladung auch der sich selbsttätig einstellende Luftdruck steigt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte sich selbst einstellende Luftdruck über eine Druckregulierungseinrichtung veränderbar ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der sich selbst einstellende Luftdruck mit zunehmender Fahrzeugbeladung steigt, jedoch durch ein Druckbegrenzungselement auf einen einstellbaren oder festen Wert beschränkt bleibt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Meßfühler für das Fahrzeuggewicht der sich selbst einstellende Luftdruckwert an einer Reguliereinrichtung sowohl nach oben als auch nach unten selbsttätig korrigiert werden kann.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Verfahrensansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpschlauch 3 an der Reifenstandfläche zusammengedrückt und im Querschnitt abgequetscht wird und während der Fahrt ein Luftvolumen bis zu Rückschlagklappen 4 bzw. 9 vor sich herschiebt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpschlauch 3 mehrere Kammern und Rückschlagklappen 4 besitzt.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versteifungselement 5 den Pumpschlauch 3 abstützt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement 5 aufblasbar ist und dadurch seine Stützfunktion bei bestimmten Betriebsfunktionen verliert.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansaugen nachzufüllender Luft der Pumpschlauch 3 über einen weiteren Schlauch 7 mit der Außenluft verbunden ist.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckregulierungseinrichtung 6 vorgesehen ist, die einen an einem Drehknopf 8 einstellbaren Wert für die Druckluft besitzt oberhalb dessen die vom Pumpschlauch 3 zugeführte Ergänzungsluft in das Versteifungselement 5 geleitet wird.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil 16 überschüssige Luft ins Freie leitet.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsschlauch 7 sowohl Druckluft von Pumpschlauch 3 als auch Ansaugluft transportiert und die entsprechende Funktion durch Rückschlagklappen 14 und 15 gewährleistet wird.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Verbindungsschlauch vorhanden ist, wovon der eine Druckluft von Pumpschlauch 3 zur Regeleinrichtung 6, der andere Ansaugluft vom Freien zum Pumpschlauch 3 transportiert.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpschlauch 3 die Druckluft direkt über eine oder mehrere Rückschlagklappen 9 in den Hautschlauch bzw. Luftreifen 2 pumpt und erst bei Erreichen des Sollwertes die Luft in das Versteifungselement über die Rückschlageinrichtung 17 geleitet wird.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung 6 aus einem Element mit Mehrfachfunktion besteht, und zwar mit einer oder mehreren der folgenden:

• - Ansaugen von Außenluft 13,
• - Aufnahme von Druckluft von Pumpschlauch 3 (7),
• - Weitergabe von Druckluft an den Hauptschlauch 2 (12),
• - Weitergabe von Druckluft an das Versteifungselement 5 ab einem bestimmten Überdruck (11),
• - Einstellbarkeit des Grenzwertes der Druckluft (8, 17),
• - Funktion als Überdruck-Sicherheitsventil (16).

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regeleinrichtung 6 zusätzlich ein von der Beschleunigungskraft während der Fahrt betätigtes Pumpelement 19 integriert ist.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpelement 19 bei Erreichen des gewünschten Luftdrucks im Luftreifen 2 durch eine Regeleinrichtung 20, die einen erhöhten Gegendruck am Pumpelement 19 bewirkt, gehemmt wird.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung 20 bei Erreichen des gewünschten Luftdrucks im Luftreifen 2 den Reifendruck aus der Leitung 12 dazu benutzt, ein Klemmstück seitlich gegen das Pumpelement 19 derart zu drücken, daß dieses an weiteren Bewegungen gehindert wird, solange die Klemmung anhält.