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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung bei einem Radaufbau
für Fahrzeuge.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Ein
Rad, das bislang Verwendung fand, wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Es ist seit
langem bekannt, daß eine
Säulenresonanz,
die in einem Hohlraum auftritt, der durch einen Reifen 1 und
eine Felge 10 definiert ist, starken Lärm während der Fahrt des Fahrzeugs
verursacht. Genauer gesagt ist die Säulenresonanz ein Resonanzgeräusch, das auftritt,
wenn eine zufallsartige Vibration, die von einer Straßenoberfläche an den
Reifen weitergegeben wird, die Luft im Hohlraum 5 erschüttert, wodurch
ein Resonanzphänomen
in der Nähe
einer Säulen-Resonanzfrequenz
des Hohlraums 5 auftritt.
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Diese
Säulenfrequenz
wird im allgemeinen auf der Basis der folgenden Gleichung ermittelt: f – c/2πrwobei
(f) die Säulen-Resonanzfrequenz,
(c) die Schallgeschwindigkeit und (r) der Abstand zwischen der Mitte
eines Rades und einem radialen Zwischenabschnitt 20 des
Hohlraums ist, wobei jedoch Spitzenwerte der Säulen-Resonanzfrequenz in der
Praxis häufig
infolge des Fahrzeuggewichtes durch Unebenheiten der Stra ßenoberfläche auftreten,
die die Reifenoberfläche
berührt.
In jedem Fall ist die Querschnittsform des Hohlraums 5 zu
jedem Zeitpunkt unabhängig
von der Drehung des Rades 12 konstant. Demzufolge wird
bei einem Radaufbau des Standes der Technik der Wert (r) der oben
erwähnten
Gleichung konstant. In Überein
stimmung damit tritt die Säulenresonanz
immer mit derselben Säulenresonanzfrequenz
auf, wodurch das Resonanzgeräusch für das Gehör störend wirkt.
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Als
Verfahren für
die Beseitigung von Lärm, die
von einem Rad ausgeht, beschreibt die japanische Patentoffenlegungsschrift
No.
11704/1997 Techniken zum Verringern des Lärms eines
Rades, bei denen ein im wesentlichen zylindrischer Ring, der eine
Schicht enthält,
die aus wenigstens einem viskoelastischen Material besteht, auf
einer Außenumfangsfläche des
Rades aufgebracht ist, um dadurch die mechanische Vibration des
Rades zu absorbieren. Diese Techniken verhindern jedoch nicht grundlegend
das Auftreten eines Säulenresonanzgeräusches,
so daß ein
zufriedenstellender Lärmverringerungseffekt
nicht erreicht werden kann.
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US-A-4
392 522 beschreibt ein Rad, das die Merkmale des Oberbegriffs
von Anspruch 1 aufweist und zudem das Reifengeräusch verringert.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die
Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht
und gibt einen Radaufbau für
Fahrzeuge an, mit dem Lärm
wirkungsvoll verringert werden kann, der infolge eines Säulenresonanzgeräusches in
einem Hohlraum in einem Rad auftritt.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung hat der Radaufbau ein Rad gemäß Anspruch
1.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung sind Vorsprünge an Teilen einer Innenseite
des Hohlraums angebracht, wodurch eine Querschnittsform des Hohlraums
in Umfangsrichtung desselben variiert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung sind die Vorsprünge auf einer Außenumfangsfläche eines
Randkantenabschnittes der Felge angebracht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung sind die Vorsprünge auf einer Innenumfangsfläche einer
Lauffläche
des Reifens angebracht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung sind die Vorsprünge auf Innenumfangsflächen der
Seitenwände
des Reifens angebracht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung beträgt eine Länge jedes der Vorsprünge 15 im wesentlichen ¼ einer
Umfangslänge
des Reifens, wobei zwei Vorsprünge
in Umfangsrichtung gleich beabstandet angebracht sind.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung beträgt ein Anteil einer Querschnittsfläche jedes
der Vorsprünge
zu jener des Hohlraums, die nicht mit dem Vorsprung versehen ist,
im wesentlichen nicht weniger als 2,5%.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein in Umfangsrichtung mit unregelmäßiger Oberfläche ausgebildetes
Band auf eine Außenumfangsfläche des
Randkantenabschnittes der Felge aufgezogen, um dadurch in Umfangsrichtung
eine Querschnittsform des Hohlraums zu verändern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist die Außenumfangsfläche des
Randkantenabschnittes des Rades in der Umfangsrichtung unregelmäßig ausgebildet,
um dadurch in Umfangsrichtung eine Querschnittsform des Hohlraumes
zu ändern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist der Hohlraum derart ausgebildet,
daß ein Anteil
einer Länge
eines radial längsten
Abschnittes desselben zu einem radial kürzesten Abschnitt desselben
im wesentlichen nicht größer als
97% wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Detail auf der Basis der folgenden Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist eine Perspektivansicht
eines Rades in einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist eine schematische
Seitenansicht, die die Funktionsweise des Rades der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3 ist eine schematische
Seitenansicht, die die Funktionsweise des Rades der ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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4 ist ein Diagramm, das
vergleichend die Lärmpegeleigenschaften
im Bezug auf eine Säulenresonanzfrequenz
der ersten Ausführungsform der
Erfindung und jene des Rades des Standes der Technik zeigt;
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5 ist ein Diagramm, das
vergleichend die Lärmpegeleigenschaften
im Bezug auf die Resonanzfrequenz des Rades der ersten Ausführungsform
der Erfindung in jenes des Rades des Standes der Technik zeigt;
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6 ist eine Perspektivansicht
eines Rades einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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7 ist eine schematische
Seitenansicht eines Rades einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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8 ist eine schematische
Seitenansicht eines Rades einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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9 ist eine schematische
Ansicht eines Rades einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei:
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9A eine Seitenansicht und
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9B eine schematische Ansicht
ist, die einen Querschnitt entlang der Pfeillinie K-K von 9A zeigt; und
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10 ist eine schematische
Seitenansicht eines Rades des Standes der Technik.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben. 1 bis 5 zeigen eine erste Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung; 6 zeigt eine
zweite Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung, 7 eine dritte Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung, 8 eine vierte Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung und 9 eine
weitere Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 bis 9 sind Konstruktionsteile,
die mit jenen des oben beschriebenen Radaufbaus des Standes der
Technik identisch sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Zunächst wird
eine erste Ausführungsform des
Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Wie in 1 dargestellt, sind
vier in der Seitenansicht bogenförmige
Stege (Vorsprünge) 15,
von denen jeder eine Länge
in etwa eines 1/8 der gesamten Umfangsfläche 3 eines Randkantenabschnittes 6 eines
Rades 10 eines Fahrzeugs hat, in regelmäßigen Abständen auf dieser Außenumfangsfläche 3 angeordnet,
wodurch eine Querschnittsform eines Hohlraums 5, der durch einen
Reifen 1 und eine Felge 10 definiert ist, die
eine Radeinheit 12 bilden, in Umfangsrichtung desselben verändert wird,
wie es in 3 gezeigt
ist.
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Die
erste Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in oben beschriebener Weise ausgebildet. Demzufolge
unterscheidet sich eine Säulenresonanzfrequenz im
Hohlraum in einem Zustand A, bei dem kein Steg 15, wie
in 2 gezeigt, auf dem
Teil der Außenumfangsfläche 3 des
Randkantenabschnittes 6 vorhanden ist, der eine Bodenberührungsfläche 17 des
Reifens gegenüberliegt,
um dieser zu folgen, von jener des Hohlraumes in einem Zustand B,
der erreicht wird, nachdem die Radeinheit im Zustand A im wesentlichen
eine 1/8-Drehung gemacht hat, damit sich ein Steg 15 auf
dem oben beschriebenen Teil der Außenumfangsfläche 3 befindet.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 kennzeichnet Bezugszeichen 20 einen
radialen Zwischenabschnitt des Hohlraumes 5.
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Wenn,
um genauer zu sein, der Teil der Außenoberfläche des Reifens, der sich unmittelbar
unter dem Teil des Randkantenabschnittes 6 befindet, der über einen
Steg 15 verfügt,
eine Bodenoberfläche
berührt,
wird ein Abstand HB zwischen dem Abschnitt
einer Innenumfangsfläche 8 des
Reifens, der der Bodenberührungsfläche 17 des
Reifens entspricht, und dem Abschnitt der Außenumfangsfläche 3 (die
Oberfläche 27 des
Stegs) des Rades 10 in einem Ausmaß, das der Höhe des Steges 15 entspricht,
kürzer
als HA zwischen den erwähnten Teilen in einem Fall
(Zustand A), bei dem der Teil der Außenfläche des Reifens, die sich unmittelbar
unter dem Abschnitt des Randkantenabschnittes befindet, der keinen
Steg 15 hat, die Bodenfläche berührt. Somit ist der radiale
Zwischenabschnitt 20 des Hohlraumes 5 zur Seite
der Außenumfangsfläche der
Radeinheit 12 verschoben.
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Demzufolge
unterscheidet sich im Zustand A und B die Höhe des Querschnittes des Bodenberührungsabschnittes
des Hohlraumes 5. Zudem unterscheidet sich die Position
des Teils des radialen Zwischenabschnittes 20 des Hohlraums,
der dem Bodenberührungsabschnitt
des Reifens entspricht. Da die Säulenresonanzfrequenz
gemäß dem Abstand
(r) zwischen der Mitte der Radeinheit und dem radialen Zwischenabschnitt 20 desselben
ermittelt wird, wie es oben beschrieben wurde, ändern sich die Säulenresonanzfrequenzen
im entsprechenden Zustand. Die Säulenresonanzfrequenz ändert sich
fortwährend
mit der Drehung der Radeinheit 12 zwischen den Pegeln a,
a' (siehe die Vollinie,
die durch das Wort "Ausführungsform" gekennzeichnet ist)
im Zustand A und den Pegeln b, b' (siehe
die Strichlinie, die mit dem Wort "Ausführungsform" gekennzeichnet ist) im
Zustand B, wie es in 4 gezeigt
ist.
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Demzufolge
tritt bei einem Radaufbau des Standes der Technik, bei dem eine
Säulenresonanzfrequenz
in einem Hohlraum 5 unabhängig von der Drehung der Radeinheit 12 konstant
ist, die Resonanz (siehe die Strichpunktlinie, die mit den Worten "Stand der Technik" gekennzeichnet ist)
immer mit derselben Frequenz auf, selbst wenn sich die Radeinheit 12 dreht.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform
eines Radaufbaus der Erfindung ändert sich
andererseits die Säulenresonanzfrequenz
zyklisch mit jeder ¼-Drehung
der Radeinheit 12, so daß sich die Zeitdauer verringert,
während
der eine Resonanz mit einer einzigen Frequenz auftritt. Somit verringert
sich, wie es mit der Vollinie und der Strichlinie in 4 dargestellt ist, der Lärmpegel
relativ zur Säulenresonanzfrequenz.
Da die Säulenresonanzfrequenz
darüber
hinaus unterschiedliche Pegel hat, verringert sich der Schalldruckpegel,
wodurch der Fahrer Lärm
kaum wahrnimmt.
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Wenn
sich der Lärmpegel
der Säulenresonanzfrequenz
verringert, verringert sich ebenfalls die Amplitude durch Vibration
in einem Bereich der Säulenresonanzfrequenz,
die auf das Rad 10 übertragen wird,
so daß Lärm, der
aufgrund der Resonanz des Rades 10 auftritt und der Säulenresonanz
zugeschrieben wird, ebenfalls verringert werden kann.
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Das
Rad 10 hat charakteristische Frequenzen zweier Betriebsarten,
d.h. eine Glockenbetriebsart, in der beide Endabschnitte des Rades 10 in
Fahrzeuglängsrichtung
um eine Achse in entgegengesetzten Richtungen im Bezug auf die Brei tenrichtung des
Fahrzeugs verschoben werden und resonieren, und eine Biegebetriebsart,
in der die erwähnten
Abschnitte des Rades um die Achse in derselben Richtung im Bezug
auf die Breitentrichtung des Fahrzeugs verschoben werden und resonieren.
Wenn diese beiden charakteristischen Frequenzen in einem Frequenzbereich
in der Nähe
einer Säulenresonanzfrequenz
existieren, deren Amplitude weiterhin größer ist als jene anderer Frequenzen
der Frequenzen, die auf das Rad 10 einwirken, wird die
Resonanz des Rades 10 verstärkt, wodurch es unmöglich wird, den
Lärmpegel
wirkungsvoll zu verringern.
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Jedoch
ist die charakteristische Frequenz in der oben erwähnten Biegebetriebsart
proportional zu einer Biegesteifigkeit des Rades 10 und
jene der Glockenbetriebsart umgekehrt proportional zum Gewicht des
Rades 10. Wenn die oben erwähnten Stege 15 auf
der Außenumfangsfläche 3 angebracht
sind, wird somit die Biegesteifigkeit des Rades 10 verbessert, wobei
die charakteristische Frequenz in der Biegebetriebsart dementsprechend
zunimmt, und nimmt das Gewicht des Rades 10 zu, wobei die
charakteristische Frequenz in der Glockenbetriebsart dementsprechend
abnimmt. Wie es mit einer Vollinie in 5 dargestellt
ist, können,
selbst wenn sich die charakteristischen Frequenzen des Rades 10
im Säulenresonanzfrequenzbereich
befinden, die beiden Eigenschaften aus dem Bereich der Säulenresonanzfrequenz
entfernt werden, indem die Dicke des Materials für die Stege 15 und
deren Gewicht eingestellt wird.
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Dadurch
kann die Verstärkung
(siehe die Strichpunktlinie in 5)
der Resonanz des Rades 10, die auf einfache Art beim Radaufbau
des Standes der Technik auftritt, verhindert werden.
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Eine
zweite Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im folgenden beschrieben. Wie in 6 gezeigt, ist bei diesem Radaufbau ein
Band 30 um die Außenumfangsfläche 3 des
Randkantenabschnittes 6 des Rades 10 gewickelt.
Dieses Band 30 ist an beiden Enden mit Befestigungsabschnitten 28 versehen
und hat in seitlicher Ausdehnung eine unregelmäßige Form. Das Band ist um
die Außenoberfläche 3 des
Randkantenabschnittes 6 des Rades 10 gewickelt
und befestigt, indem die Verschlußabschnitte 28 an
beiden Enden desselben miteinander verbunden sind. Mit Hilfe dieses
Bandes 30 wird die Querschnittsform des Hohlraumes 28 in
der Umfangsrichtung geändert.
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Da
die zweite Ausführungsform
der Radaufbaus für
Kraftfahrzeuge gemäß der Erfindung
in der oben beschriebenen Art und Weise ausgebildet ist, ist es
nicht nur möglich,
einen Lärmverringerungseffekt
wirkungsvoll zu erreichen, der im wesentlichen identisch mit jenem
ist, den man bei der oben beschriebenen Ausführungsform erhält, sondern
auch die Herstellungsschritte zu vereinfachen und die Anbringung
nach dem Verlassen der Fertigungsstraße auszuführen.
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Eine
dritte Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der Erfindung
wird im folgenden beschrieben.
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Wie
in 7 dargestellt, ist
eine Außenumfangsfläche 3 eines
Randkantenabschnittes 6 eines Rades 10 bei diesem
Radaufbau nicht kreisrund ausgebildet.
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Die
dritte Ausführungsform
des Radaufbaus gemäß der vorliegenden
Erfindung ist derart aufgebaut, daß die Querschnittsform des
Hohlraumes 5 in der Umfangsrichtung variiert. Demzufolge
erhält
man eine Lärmverringerungswirkung,
die im wesentlichen identisch mit jener der oben beschriebenen Ausführungsformen
ist.
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Eine
vierte Ausführungsform
des Radaufbaus für
Fahrzeuge gemäß der Erfindung
wird im folgenden beschrieben. Wie in 8 dargestellt,
sind Stege 15' bei
diesem Radaufbau auf Teilen einer Innenumfangsfläche des Reifens angebracht,
wodurch die Querschnittsform des Hohlraumes 5 in Umfangsrichtung
variiert.
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Die
vierte Ausführungsform
des Radaufbaus gemäß der Erfindung
ist derart aufgebaut, daß die Querschnittsform
des Hohlraumes 5 in Umfangsrichtung variiert. Demzufolge
erhält
man einen Lärmverringerungseffekt,
der im wesentlichen identisch mit dem der oben beschriebenen Ausführungsformen
ist.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
wird der Lärm
dadurch reduziert, daß der Hohlraum
so ausgebildet ist, daß der
Abstand (r) (Länge
der radialen Zwischenlinie im Hohlraum 5) zwischen der
Mitte des Rades und dem radialen Zwischenabschnitt 20 des
Hohlraumes 5 mit der Drehung der Radeinheit 12 variiert,
um dadurch eine Wirkung zu erzielen, daß die Säulenresonanzfrequenz im Hohlraum 5 während der
Drehung der Radeinheit 12 variiert wird. Bei Untersu chungen,
die von den Entwicklern der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurden,
hat sich gezeigt, daß,
selbst wenn die Querschnittsform des Hohlraumes 5 derart
variiert, daß die
Querschnittsfläche
des Hohlraumes mit der Drehung der Radeinheit 12 variiert,
die Säulenresonanzfrequenz
im Hohlraum 5 durch die Drehung der Radeinheit 12 variiert
werden kann.
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Wenn
beispielsweise Stege 15" auf
den Innenflächen
der Seitenabschnitte eines Reifens im Bezug auf die Breitenrichtung
des Reifens angebracht sind, wie es in 9A und 9B gezeigt
ist, unterscheidet sich die Querschnittsfläche des Abschnittes des Hohlraumes 5,
der der Bodenberührungsfläche 17 des
Reifens in einem Zustand entspricht, in dem ein Steg 15'' im erwähnten Abschnitt vorhanden ist,
und jene desselben Abschnittes des Hohlraumes 5 in dem
Zustand, in dem kein Steg 15" im
selben Abschnitt vorhanden ist, voneinander. Daher kann der Lärm dadurch
verringert werden, daß die
Säulenresonanzfrequenz
durch Drehung der Radeinheit 12 in derselben Weise variiert
wird, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen.
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Diese
Ausführungsformen
sind ausgebildet, indem vier oder zwei Stege 15, 15' und 15" angeordnet
sind. Wenn der Radaufbau zwei Stege aufweist, von denen jeder eine
Länge hat,
die im wesentlichen ¼ der
gesamten Umfangslänge
der Außenumfangsfläche 3 des
Randkantenabschnittes 6 des Rades 10 entspricht,
und die auf der Innenfläche
eines Reifens oder auf der erwähnten
Außenumfangsfläche 3 in
regelmäßigen Intervallen
angebracht sind, kann die Zeit, während der eine Resonanz mit
einer einzigen Resonanzfrequenz auftritt, am besten verringert und der
Lärm ebenfalls
in größtem Umfang
reduziert werden.
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Wenn
ein Abstand des radial kürzesten
Abschnittes des Hohlraums 5, der sich vom Abschnitt desselben
unterscheidet, der der Bodenberührungsfläche 17 des
Reifens entspricht, auf nicht mehr als 97% (oder im wesentlichen
nicht mehr als 97%) eingestellt ist, oder wenn die Querschnittsfläche des Stegs 15 nicht
kleiner als 2,5% (oder im wesentlichen nicht kleiner als 2,5%) im
Bezug auf jene des Abschnittes des Hohlraumes 5 eingestellt
ist, der nicht mit einem Steg versehen ist, kann die Resonanzfrequenz
wirkungsvoll variiert und eine größere Lärmverringerungswirkung erreicht
werden.
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Beim
Radaufbau für
Fahrzeuge gemäß der oben
beschriebenen vorliegenden Erfindung kann die Zeit, während der
eine Resonanz mit einer einzigen Säulenresonanzfrequenz auftritt,
verringert und ein Pegel des Lärms
abgesenkt werden, der infolge der Säulenresonanz auftritt.
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Zeichnungen
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2, 3
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4, 5
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- high – hoch
- noise level – Lärmpegel
- the prior art – Stand
der Technik
- the invention (condition) – Erfindung
(Zustand)
- frequency – Frequenz
- bell mode – Glockenbetriebsart
- bending mode – Biegebetriebsart