-
Die Erfindung betrifft die Verwendung
von Reifen, die mit einer Sicherheitseinlage ausgestattet sind,
und besonders die Erfassung der Herstellung der Auflage des Reifens
auf der Sicherheitseinlage. Sie schlägt eine solche Einlage vor,
die an den Fahrer meldet, sobald der Reifen nach einer Reifenpanne
oder im Fall eines bedeutenden Druckverlusts auf ihr aufsitzt.
-
Es ist die Funktion dieser Sicherheitseinlagen,
die im allgemeinen auf der Felge im Inneren des Reifens angebracht
sind, die Last im Fall eines Reifendefekts aufzunehmen.
-
Das Herstellen der Auflage des Reifens
auf der Sicherheitseinlage ist begleitet von einer mehr oder weniger
ausgeprägten
Verschlechterung seiner Leistungen, die von Fahrer über das
Verhalten und den Komfort des Fahrzeugs hinweg nicht wahrnehmbar
sein kann. Außerdem
ist die Funktionslebensdauer dieser Einlagen begrenzt. Es ist demnach
für eine
Sicherheit wesentlich, daß der
Fahrer gewarnt werden soll, sobald ein Reifen auf seiner Sicherheitseinlage
aufsitzt, damit er sich entsprechend der Anweisungen ihres Herstellers
verhalten kann.
-
Mehrere Sicherheitseinlagen wurden
bereits vorgeschlagen, die Mittel umfassen, um den Fahrer vom Aufsitzen
zu warnen.
-
Das US-Patent 4 262 724, das dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, schlägt besonders eine Sicherheitseinlage
vor, die dazu bestimmt ist, in einer Baugruppe montiert zu werden,
die einen Reifen aufweist, eine Felge, und radial außerhalb
bezüglich
der Felge die Sicherheitseinlage. Diese Einlage hat eine radial äußere Oberfläche, die
eine radiale Auflage für
den Scheitel des Reifens festlegt, wenn der Reifen drucklos ist, und
deren Rollradius unter Auflage sich zwischen einem Mindestradius
und einem Höchstradius ändert, um
beim Abrollen eine Schwingung zu erzeugen. Genauer gesagt, diese
radial äußere Oberfläche bietet
zwei Umfangsbereiche, den ersten mit Höchstradius und den zweiten
mit Mindestradius, die durch Übergangszonen
mit mittleren Radien verbunden sind.
-
Dieses Patent schlägt auch
vor, in die Sicherheitseinlage einen oder mehrere Vorsprünge mit
einzubeziehen. Diese Lösung
zieht eine sehr unangenehme Fahrt nach sich, besonders bei niedrigen
Geschwindigkeiten. Diese Lösung
gestattet es nicht, die augenblickliche Stillegung des Fahrzeugs
im Fall eines Reifenschadens zu verhindern. Wenn man versucht, das
Fahrzeug zu benutzen, muß statt
dessen selbst bei begrenzten Geschwindigkeiten auf langen Streecken
die Warnung, die von der Einlage übertragen wird, kompatibel
mit der Fahrsicherheit und für die
Mechanik unschädlich
sein, aber gleichzeitig vollkommen durch den Fahrer bemerkbar bleiben.
-
Angesichts dieser Schwierigkeiten
hat die Erfindung eine Sicherheitseinlage zum Gegenstand, die den
Fahrer warnt, sobald der Reifen aufsitzt, und zwar in einem großen Bereich
von Geschwindigkeiten des Fahrzeugs, während sie gleichzeitig eine Charakteristik
bewahrt, die sowohl für
den Fahrer als auch die Mechanik im Bereich der zugelassenen Geschwindigkeiten
hinnehmbar ist.
-
Die Sicherheitseinlage der Erfindung,
die dazu bestimmt ist, in einer Gruppe, die einen Reifen und eine
Felge aufweist, sowie radial außerhalb
der Felge montiert zu werden, wobei der Rollradius bei Auflage der
genannten Sicherheitseinlage zwischen einem Mindestradius und einem Höchstradius
variiert, um bei Fahrt eine Schwingung zu erzeugen, ist dadurch
gekennzeichnet, daß sich
der genannte Rollradius im wesentlichen sinusartig zwischen dem Höchstradius
und dem Mindestradius ändert,
um eine Schwingung mit einer Frequenz zu erzeugen, die der Drehfrequenz
der genannten Gruppe aus Felge und Reifen gleich ist.
-
Diese Sicherheitseinlage hat den
Vorzug, während
der Fahrt bei Auflage eine Schwingung zu erzeugen, deren Energie
mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in einem großen Bereich
von Geschwindigkeiten zunimmt. Die Interpretation dieser Schwingung
in diesem Geschwindigkeitsbereich durch den Fahrer ist demnach eindeutig.
Diese Schwingung ist bei niedriger Geschwindigkeit von den Fahrern
erträglich,
bleibt aber auch bei erhöhten Geschwindigkeiten
wahrnehmbar, auch dann, wenn jenseits einer bestimmten Geschwindigkeit
ihre Energie sich nicht mehr mit der Geschwindigkeit erhöht.
-
Nach einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Sicherheitseinlage ändert sich
der Radius der radial äußeren Oberfläche der
genannten Sicherheitseinlage im wesentlichen sinusartig zwischen
einem Mindestradius und einem Höchstradius.
-
Diese Sicherheitseinlage kann einen
zylindrischen Bereich mit einem Höchstradius aufweisen, der kleiner
ist als ein Viertel des Umfangs der radial äußeren Oberfläche der
Sicherheitseinlage.
-
Die Schwingungen, die durch eine
solche Einlage während
der Fahrt bei Auflage erzeugt werden, sind praktisch immer auf ihre
Drehfrequenz beschränkt.
-
Eine Variante dieser ersten Ausführungsweise
einer Sicherheitseinlage nach der Erfindung besteht darin, daß die radial äußere Oberfläche der
Sicherheitseinlage zylindrisch ist, wobei ihre Mittelachse bezüglich der
Drehachse der Gruppe aus Reifen und Felge exzentrisch ist.
-
Gemäß einer zweiten Ausführungsweise wird
die Änderung
des Rollradius bei Auflage der erfindungsgemäßen Sicherheitseinlage durch
eine Änderung
der radialen Steifigkeit in Umfangsrichtung der genannten Einlage
erreicht.
-
Diese Änderung der radialen Steifigkeit
der Sicherheitseinlage in Umfangsrichtung kann besonders durch eine Änderung
des relativen Gehalts an mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Steifigkeiten
erreicht werden, oder durch eine Änderung der Dichte in Umfangsrichtung.
-
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Änderung
des Rollradius bei Auflage auch durch eine Kombination der Änderungen
des Radius, der Steifigkeit und der Dichte in Umfangsrichtung erhalten
werden kann.
-
Die Eigenschaft, ob Schwingungen
erträglich sind
oder nicht, die während
einer Fahrt bei Auflage durch die erfindungsgemäße Sicherheitseinlage erzeugt
werden, ist unmittelbar mit der Amplitude der Änderung des Rollradius unter
Auflage verbunden. Diese Amplitude liegt vorteilhafterweise zwischen
1, 5 und 4,0% des Durchmessers des Reifens und vorzugsweise zwischen
2,5 und 3,0% .
-
Vorteilhafterweise weist die Sicherheitseinlage
nach der Erfindung zusätzlich
Mittel auf, um bei Auflage ein Rollgeräusch zu erzeugen. Diese Mittel können eine
Gruppe von Leisten sein, mit einer Amplitude, die zwischen 0,1 und
1,0 % des Durchmessers des Reifens liegt. Dieses Rollgeräusch, das
für sich
alleine ungenügend
ist, hat den Vorteil, den Fahrer auf die Fahrt bei Auflage hinzuweisen,
besonders bei höheren
Geschwindigkeiten.
-
Die erfindungsgemäße Sicherheitseinlage hat auch
bevorzugt eine statische Unwucht Null.
-
Die folgenden Figuren stellen mehrere
Ausführungsformen
der Erfindung dar und gestatten es, alle ihre Vorteile zu erfassen:
-
1 ist
ein schematischer Schnitt einer Radfelge, die mit einer Sicherheitseinlage
ausgestattet ist;
-
2 stellt
eine erfindungsgemäße Sicherheitseinlage
dar: im Umfangsschnitt (2(a)), und im
Axialschnitt (2(b));
-
3 stellt
einen Umfangsschnitt einer Sicherheitseinlage des Standes der Technik
mit zwei Bereichen mit Höchstradius
dar;
-
4 gibt
eine Abwicklung der Schwingungsenergie, die durch die Sicherheitseinlagen
der 2 und 3 in Funktion der Fahrgeschwindigkeit
für ein
gegebenes Fahrzeug erzeugt wird;
-
5 stellt
einen Umfangsschnitt einer Variante der erfindungsgemässen Sicherheitseinlage dar;
und
-
6 stellt
eine andere Variante der erfindungsgemäßen Sicherheitseinlage dar.
-
Man sieht in 1 eine Radfelge 1, die mit einer
ringförmigen
Sicherheitseinlage 2 ausgestattet ist. Die spezielle Geometrie
dieser Radfelge 1 ist besonders in der französischen
Patentanmeldung Nr. 2 713 558 beschrieben. Sie weist zwei Wulstsitze
mit unterschiedlichen Durchmessern auf und ist besonders zum erleichterten
Einsetzen dieser Schutzeinlage 2 eingerichtet. Diese Baugruppe
gestattet die Fahrt trotz eines erheblichen Absinkens des Drucks im
Reifen 3. Im Fall einer solchen Fahrt reibt das Innere
des verformten Reifens auf der äußeren Oberfläche der
Einlage, was eine Erwärmung
hervorruft, die den verfügbaren
Aktionsradius begrenzt: es ist demnach wesentlich, daß der Fahrer
informiert wird, sobald ein Reifen auf seiner Einlage 2 zur
Auflage gelangt.
-
Zu diesem Zweck verwendet man vorteilhafterweise
als Einlage eine Sicherheitseinlage nach der Erfindung, deren Rollradius
bei Auflage variabel ist, mit einer Änderungsfrequenz, die ihrer
Drehfrequenz gleich ist.
-
Eine solche Einlage ist in 2 dargestellt. Sie weist eine radial innere,
zylindrische Oberfläche 4 mit
einem Radius auf, der im wesentlichen gleich dem des Bereichs 6 der
Felge 1 ist. Ihre radial äußere Oberfläche 5 ist ihrerseits
ebenfalls zylindrisch, aber mit einer Mittelachse, die in Bezug
auf die Mittelachse YY' der Oberfläche 4 exzentrisch
ist, die auch die Drehachse der Gruppe aus Reifen, Felge und Sicherheitseinlage
ist. Demzufolge ändert
sich der Radius der äußeren Oberfläche 5 zwischen
einem Mindestradius R1 und einem Höchstradius
R2 (2(b)). Diese
beiden Radien liegen einander diametral gegenüber. Wie die äußere Oberfläche 5 zylindrisch
ist, so ändert
sich der Radius dieser Oberfläche
bezüglich
der Drehachse YY' der Gruppe aus Reifen, Felge und Einlage im wesentlichen
sinusartig zwischen R1 und R2.
Die Sicherheitseinlage 2 weist eine Höhlung 7 auf, die radial
nach außen
offen ist, und deren Querschnitt sich ständig, auf den Winkel bezogen, ändert, damit
der Schwerpunkt der Einlage auf der Achse YY' liegt und man somit
eine statische Unwucht von Null erhält. Diese Höhlung 7 verringert
sich an dem Punkt auf Null, wo der Radius der äußeren Oberfläche 5 der
Einlage 2 ein Minimum ist. Die Höhlung 7 könnte auch
völlig
innenliegend oder seitlich offen sein.
-
Zur Ausstattung von Reifen mit der
Abmessung 185/70 × 350
(die Abmessungen sind in Millimeter ausgedrückt) liegt der Größenunterschied
zwischen den Radien R1 und R2 in
der Größenordnung von
15 mm. Da der Durchmesser dieser Reifen etwa 500 mm beträgt, liegt
der Größenunterschied
zwischen den beiden Radien demnach in der Größenordnung von 3% dieses Durchmessers.
In Funktion der betroffenen Fahrzeuge und Reifen kann sich der Größenunterschied
zwischen diesen Radien deutlich ändern,
bleibt aber bevorzugt immer in der Größenordnung von 2,5 bis 3% des
Durchmessers der Reifen.
-
Die Sicherheitseinlage 2 hat
eine radiale Steifigkeit, die ausreicht, daß der Größenunterschied, der unter Last
gesetzt wird, nicht wesentlich den vorausgehenden Größenunterschied
von 15 mm während
einer Fahrt bei Auflage abwandelt. Eine solche Einlage ist zum Beispiel
aus steifem Gummi, steifem Polyurethan oder Nylon hergestellt. Sie
kann auch aus Gummi mit einem verhältnismäßig niedrigen Schermodul hergestellt
sein, wenn sie massiv ist. Sie kann eine Umfangslage mit hoher Steifigkeit
aufweisen, die längs
ihrer inneren Oberfläche 4 angeordnet
ist. Die äußere Oberfläche der
Einlage ist bevorzugt geschmiert, um die Erwärmungen bei einer Fahrt bei
Auflage zu begrenzen und so ihre Dauerhaftigkeit zu verbessern.
-
3 stellt
im Umfangsschnitt eine bekannte Sicherheitseinlage
40 mit
einer Geometrie dar, die der nahekommt, die in
20 des
Patentes
US 4 262 724 dargeboten
ist. Diese Einlage hat zwei Bereiche mit Höchstradi
us 41 und
42 ,
die getrennt sind durch zwei Bereiche 43 und 44 mit Mindestradius. Der Übergang
zwischen diesen Bereichen ist sehr steil.
-
4 stellt
die Abwicklung der Schwingungsintensität dar, die durch Sicherheitseinlagen 2 und 40 mit
derselben Amplitude R2 – R1 erzeugt
wird, in Funktion von der Rollgeschwindigkeit und für ein Fahrzeug
der Marke Peugeot, Modell 405. Man hat dieses Fahrzeug
mit einem Meßfühler für vertikale Beschleunigung
ausgestattet, der auf dem Fahrersitz angeordnet ist. Dieser Meßfühler quantifiziert
so die Erregung, die auf den Fahrer übertragen wird und von diesem
wahrnehmbar ist.
-
Die Kurve C1 stellt den Verlauf von
Messungen vertikaler Beschleunigungen dar, die in Funktion von der
Geschwindigkeit des Fahrzeuges erzielt wurden, wobei einer der Reifen
völlig
drucklos ist und dieser Reifen mit einer Sicherheitseinlage 40 mit
zwei Bereichen mit Höchstradius
wie der Reifen der 3 ausgestattet
ist.
-
Diese Kurve C1 zeigt, daß die vertikale
Beschleunigung, die durch die Exzentrizität der Einlage 40 während einer
Fahrt bei Auflage erzeugt wurde, sich in im wesentlichen proportionaler
Weise bis zu einer Geschwindigkeit von etwa 30 km/h entwickelt. Dann
beobachtet man eine sehr ausgeprägte
Verringerung, die von zwei anderen Maxima gefolgt ist. Jenseits 85 km/h
ist die Verringerung besonders ausgeprägt. Diese Einlage hat demnach
einen sehr verringerten, korrekten Benutzungsbereich, der auf etwa 30
km / h begrenzt ist. Die Entwicklung ist danach sehr veränderlich,
und es ist demnach unmöglich,
sie in befriedigender Weise durch einen üblichen Fahrer zu interpretieren.
-
Die Kurve C2 stellt die Entwicklung
der vertikalen Beschleunigung dar, gemessen, wenn der drucklose
Reifen mit einer Einlage 2 der Erfindung ausgestattet ist.
In diesem Fall bleibt die Entwicklung der vertikalen Beschleunigung
praktisch proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs, bis etwa
100 km/h. Dann nimmt diese Intensität ab.
-
Die Funktion dieser Einlage ist demnach
bis zu verhältnismäßig hohen
Geschwindigkeiten besonders zufriedenstellend, da ja die Intensität der Warnung
proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
-
Tatsächlich liegt während des
gesamten ersten Teils dieser Kurve der Scheitel des drucklosen Reifens
auf der radial äußeren Oberfläche der
Einlage auf. Die Radmitte wird daher bei jeder Umdrehung des Rads
einer Veränderung
der Relativlage zum Boden unterzogen, die im wesentlichen dem Größenunterschied
zwischen R1 und R2 entspricht
(etwa den Änderungen
des Einsinkens). Die Erhöhung
der Intensität
der gemessenen vertikalen Beschleunigung ist somit unmittelbar verbunden
mit der Erhöhung
der Drehfrequenz des Rades und der Einlage.
-
Dagegen liegt jenseits des Maximum
der Kurve C2 aufgrund der Trägheit der
Gruppe aus Rad, Reifen, Einlage usw. der Scheitel des Reifens nicht mehr
ständig
auf der radial äußeren Oberfläche der Einlage
auf, besonders nicht gegen den Teil mit Mindestradius R1.
Demzufolge ist die Veränderung
der Relativlage der Radmitte zum Boden kleiner als der Grössenunterschied
zwischen R1 und R2 (etwa
die Änderungen
des Einsinkens) und nimmt mit der Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit
fortlaufend ab. Im Zusammenhang hiermit verringert sich auch die Intensität der gemessenen,
vertikalen Beschleunigung.
-
Damit eine Einlage im Bereich höchstmöglicher
Geschwindigkeiten wirksam ist, ist es wesentlich, nur einen einzigen
Bereich mit Höchstradius
pro Umdrehung zu haben, aufs höchste
die Umfangsamplitude dieses Bereichs zu mindern und einen progressiven Übergang
zwischen R1 und R2 zu haben.
Das ist es, was mit einer Einlage nach der Erfindung durchgeführt wird,
die eine im wesentlichen sinusartige Veränderung zwischen dem Höchstradius
und dem Mindestradius hat.
-
Diese spezielle Form hat auch den
Vorzug, eine Schwingung mit einer Frequenz zu erzeugen, die im wesentlichen
alleine der Drehfrequenz der Einlage gleicht. So wird jede Schwingungsenergie
in diese Frequenz konzentriert, die durch die verschiedenen Elemente
der Aufhängung
des Fahrzeugs leicht auf den Fahrer übertragbar ist.
-
Eine Einlage mit einem Bereich mit Höchstradius,
der sich über
höchstens
25% des Umfangs der Einlage erstreckt, ergibt so im wesentlichen sehr
nahekommende Ergebnisse.
-
Im Gegensatz zur Einlage der Erfindung
weisen die Einsätze,
die durch das Patent
US 4 262
724 vorgeschlagen wurden, mehrere Umfangsbereiche mit Höchstradius
(
20) oder aber einen einzigen Bereich,
jedoch mit einer Umfangsamplitude von 75% des Umfangs (
14 und
18)
oder gleich 50% (Beispiele) auf. Solche Einlagen sind, wie wir gesehen
haben, nur wirksam in einem Bereich von Geschwindigkeiten, der viel
begrenzter ist, als der der Einlagen der Erfindung. Außerdem bieten
dieses Einlagen Übergangszonen
zwischen den Bereichen mit Höchstradius
und Mindestradius, die hart sind (siehe
14).
Dem zufolge verhalten sich diese Zonen wie veritable Vorsprünge, die
dazu beitragen, die Fahrt bei Auflage selbst bei geringer Geschwindigkeit
sehr unangenehm zu machen.
-
Im vorangehenden Beispiel wird die
Veränderung
des Rollradius während
der Fahrt bei Auflage durch die Veränderung des Radius der Einlage
erhalten. Es ist auch möglich,
diese Veränderung
des Rollradius durch eine Vielzahl anderer Mittel zu erreichen.
-
Zum Beispiel weist die 5 eine zylindrische Einlage 30 auf,
die zwei Materialien mit unterschiedlichen Steifigkeiten 31 und 32 aufweist.
Der Anteil eines jeden Materials ändert sich über den Winkel kontinuierlich,
um eine im wesentlichen sinusartige Änderung der radialen Steifigkeit
und so des Rollradius der Einlage in zusammengedrücktem Zustand
zu erhalten. In diesem Beispiel sind die radial innere Oberfläche 33 und
die radial äußere Oberfläche 34 der
Einlage 30 koaxial.
-
Um den Warneffekt der erfindungsgemäßen Sicherheitseinlage
zu vervollkommnen, kann man auf der äußeren Oberfläche der
Einlage Leisten hinzufügen.
Da bei hohen Geschwindigkeiten die Auflage zwischen dem Scheitel
des Reifens und der radial äußeren Oberfläche der
Einlage immer mehr begrenzt ist auf den Bereich des Höchstradius
und dessen Umgebung, sind diese Leisten bevorzugt in dieser Zone
anzuordnen. Diese haben zum Zweck, ein Pfeifgeräusch zu erzeugen, das vom Fahrer
wahrnehmbar ist. 6 stellt
eine Einlage 60 dar, die mit solchen Leisten 63 in
Form von Halbzylindern ausgestattet ist, die längs der Drehachse der Einlage 60 angeordnet
sind. Ihre Amplitude muß kleiner
sein als die des Größenunterschiedes
der Radien R1 und R2, um
bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht die erregende Schwingung mit
einer Frequenz gleich der Frequenz der erzeugten Drehung der Einlage
zu stören.
Eine zufriedenstellende Amplitude liegt in der Größenordnung
von 0,1 bis 1% des Durchmessers des Reifens und soll im vorangehenden
Beispiel in der Größenordnung
von 0,5 bis 5 mm liegen.
-
Wie bei der Einlage 2 der 2 sind die radial innere 61 und radial
aussere Oberfläche 62 zylindrisch,
aber nicht koaxial. Die Leisten 63 sind über die
Oberfläche
der Einlage beiderseits des Höchstradius
R2 regelmäßig verteilt. Ihre Anzahl liegt
zum Beispiel in der Größenordnung
von 10 bis 100 und bevorzugt von 10 bis 60. Im dargestellten Beispiel
beträgt
die Anzahl der Leisten einige dreißig.