EP2315675A2 - Rad-reifenkombination für fahrzeuge - Google Patents

Rad-reifenkombination für fahrzeuge

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EP2315675A2
EP2315675A2 EP09781572A EP09781572A EP2315675A2 EP 2315675 A2 EP2315675 A2 EP 2315675A2 EP 09781572 A EP09781572 A EP 09781572A EP 09781572 A EP09781572 A EP 09781572A EP 2315675 A2 EP2315675 A2 EP 2315675A2
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EP
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spokes
groups
vehicle wheel
tire
wheel
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EP09781572A
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Edgar Carrasco
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Individual
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B9/00—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces
    • B60B9/26—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces comprising resilient spokes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C7/00—Non-inflatable or solid tyres
    • B60C7/10—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency
    • B60C7/14—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency using springs
    • B60C7/16—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency using springs of helical or flat coil form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T152/00—Resilient tires and wheels
    • Y10T152/10—Tires, resilient
    • Y10T152/10279—Cushion
    • Y10T152/10378—Casing enclosed core
    • Y10T152/10387—Separate core

Definitions

  • the invention relates to a vehicle wheel of a rigid rim, a flexible tire without air filling and see therebetween, with respect to the radial direction angularly offset, resilient spokes.
  • spoke includes resilient connecting elements between rim and tire
  • rim includes a rigid, usually circular disk-shaped, connected or provided with a hub element, possibly also just a hub.
  • the term “hoop” includes an annular, outboard, flexible element that may be provided with an elastic tread.
  • Width of a wheel and its elements is its dimension in the axial direction. In the wheels considered here, the elements rim or hub, spokes and tires are usually approximately the same width.
  • the invention has for its object to find a wheel of the type mentioned, which does not have the disadvantages of the known wheels of this type.
  • spokes are divided into at least three axially separate groups with alternately oppositely directed angular displacement.
  • the width of the spokes, i. their extent in the axial direction, in the individual groups differed.
  • Fig. 1 is a side view in the axial direction of a wheel according to an embodiment of the invention with six spokes per group
  • FIG. 2 is a perspective view of the embodiment according to FIG. 2
  • Fig. 3 is a perspective view of the embodiment according to Figure 2, but without tires and with three spokes per group
  • Fig. 4 is a perspective view similar to that of Fig. 3, but with six
  • Fig. 5 is a perspective view similar to that of Fig. 3, but with four groups of spokes
  • Fig. 6 is a schematic representation of a in a
  • Fig. 7 is a schematic representation of a in a
  • FIG. 8 shows the situation of the force absorption or the support of a wheel with 12 spokes per group and three or more groups at different angles of rotation.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the effect of radial, tangential and axial forces on the wheel.
  • Figs. 1 and 2 there is an embodiment of the inventive wheel of a rim 1 and a coaxially arranged tire second rim and tires are connected by spokes 3, which are angularly offset with respect to the radial direction. They are arranged so that at their connection with the rim and with the tires the transition runs almost tangentially. For this purpose, they are bent at one end.
  • the spokes are in the form of thin sheets with a small thickness compared to their length and width. They consist of elastic material, such as spring steel.
  • spokes are arranged in three groups. Arranged at a front side of the rim 1 spokes 3 form a first group. The arranged at the opposite end spokes 5, are aligned the same as the spokes 3 of the first group and form a second group. The interposed spokes 4 are oppositely directed as the spokes of the other two groups and form a third group.
  • Fig. 4 In Fig. 4, six spokes are shown in a corresponding representation per group, i. So the number shown in Figs. 1 and 2. However, for clarity, each second spoke is shown in phantom in each group.
  • the spokes of the middle third group are wider than those of the two outer groups.
  • the spokes of the two outer groups have a width of about 60-80% of the width of the spokes of the middle group. This ensures that the mechanical, in particular the elastic properties are the same. are distributed massively or symmetrically on the spokes with different orientation.
  • the length of the spokes can also be varied to influence the properties of the wheel.
  • FIG. 5 shows a version with four groups of spokes 6 - 9, again showing only three spokes per group for the sake of clarity.
  • all spokes are preferably the same width.
  • more spokes are to be provided, i. at least six per group, but depending on the application also significantly more, for example twelve or twenty-four. In general, it will be a number that can be distributed evenly over a range.
  • Figures 6 and 7 show a schematic representation of a section in an axial plane. The spokes are reproduced in a kind of substitute representation as spiral springs in order to illustrate the elastic effect of the spokes.
  • Fig. 8 shows the situation of the power or the support of a wheel with 12 spokes per group and three or more groups at different angles of rotation.
  • the action of a force directed perpendicularly to the tread of the tire would be symmetrical along the tire only at the point of support of the spokes on the tire.
  • the symmetric one remains
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the effect of radial, tangential and axial forces on the wheel. As shown in FIG. 9a, with sufficient number of support points as a characteristic, the homogeneous deformation of the tire arises with a constant vertical force acting on the tire.
  • Fig. 9b arises when a torque on the rim a small rotational displacement of the rim relative to the tire. However, this practically does not affect the torque transmission from the rim to the tire.
  • Fig. 9c shows the action of an axial force on the wheel. The displacement of the rim relative to the tire is small. By bending the spokes a high smoothness is achieved.
  • the spokes are connected to the rim and the tire by a variety of bonding techniques, such as welding, gluing, screwing, etc. They can also be integrally formed.
  • Spokes and tires may be made of spring steel with a coating of an elastomer.
  • the wheel described above can be built in any convenient size and used for automobiles, as well as for a variety of other vehicles.
  • the number of spokes can also be varied from group to group if the desired properties would require it.

Abstract

Ein Fahrzeugrad aus einer starren Felge, einem flexiblen Reifen ohne Luftfüllung und dazwischen angeordnete gegenüber der radialen Richtung winkelversetzte, federnde Speichen. Die Speichen sind in drei oder mehr axial voneinander getrennte Gruppen mit abwechselnd gegenläufig gerichteter Winkelversetzung aufgeteilt.

Description

Rad-Reifenkombination für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad aus einer starren Felge, einem flexiblen Reifen ohne Luftfüllung und dazwi- sehen angeordnete, gegenüber der radialen Richtung winkelversetzte, federnde Speichen.
Für den Zweck dieser Beschreibung sollen folgende Begriffe gelten: Der Begriff „Speiche" umfasst federnde Verbindungs- elemente zwischen Felge und Reifen, der Begriff „Felge" umfasst ein starres, in der Regel kreisscheibenförmiges, mit einer Nabe verbundenes oder versehenes Element, ggf. auch nur eine Nabe. Der Begriff „Reifen" umfasst ein ringförmiges, das Rad aussen umfassendes, flexibles Element, das mit einer elastischen Lauffläche versehen sein kann. Als „Breite" eines Rads und seiner Elemente wird seine Abmessung in axialer Richtung bezeichnet. Bei den hier betrachteten Rädern sind die Elemente Felge bzw. Nabe, Speichen und Reifen üblicherweise annähernd gleich breit.
Während der längsten Zeit seit der Erfindung des Rads war dieses starr, d.h. es hatte keine federnden Teile. Falls eine Federung benötigt wurde, erfolgte diese ausschliess- lich durch die Radaufhängung. Bis heute sind starre Räder vielfach im Einsatz, beispielsweise bei der Eisenbahn. Mit der Entwicklung der Strassenfahrzeuge wurden zunächst Räder mit einem elastischen Reifen und später das pneumatische Rad entwickelt und perfektioniert.
Ein Problem, das pneumatische Reifen haben und für das bisher keine wirkliche Lösung gefunden wurde, ist die Gefahr einer Beschädigung mit Druckverlust, die den Reifen mit sofortiger Wirkung unbrauchbar macht und das Fahrzeug blockiert . Seit einiger Zeit sind Entwicklungen im Gange, die ein Rad zum Ziel haben, das ohne pneumatischen Reifen auskommt. Die dem Rad inhärente Federung wird durch elastische Speichen bewirkt, die den Reifen mit einer Felge oder Nabe verbinden. Der Reifen ist zwar elastisch, aber flach und hat keine Luftfüllung. Eine solche Entwicklung ist beispielsweise das sog. TWEEL der Firma Michelin. Auch andere Reifenproduzenten sind dabei, ähnliche Konzepte zu entwickeln.
Bei den meisten dieser Entwicklungen sind die elastischen Speichen radial angeordnet. Es gibt auch Entwicklungen mit gegenüber der radialer Richtung winkelversetzten Speichen, die gegenüber radialen Speichen einige Vorteile bieten, beispielsweise einen längeren und besser definierten Federweg. Allerdings sind diese Räder bezüglich der seitlichen Relativbewegung zwischen Nabe und Reifen unbefriedigend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rad der ein- gangs genannten Art zu finden, welches die Nachteile der bekannten Räder dieser Art nicht aufweist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Speichen in mindestens drei axial voneinander getrennte Gruppen mit abwechselnd gegenläufig gerichteter Winkelversetzung aufgeteilt sind.
Vorzugsweise ist die Breite der Speichen, d.h. ihre Ausdehnung in axialer Richtung, in den einzelnen Gruppen ver- schieden.
Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 eine Seitenansicht in axialer Richtung eines Rads nach einer Ausführungsform der Erfindung mit sechs Speichen pro Gruppe
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Ausfüh- rungsform gemäss Fig. 2
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform gemäss Fig.2, jedoch ohne Reifen und mit drei Speichen pro Gruppe
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 3, jedoch mit sechs
Speichen pro Gruppe
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 3, jedoch mit vier Gruppen von Speichen Fig. 6 eine schematische Darstellung eines in einer
Axialebene geführten Schnitts durch ein Rad mit drei Gruppen von Speichen
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines in einer
Axialebene geführten Schnitts durch ein Rad mit vier Gruppen von Speichen
Fig. 8 die Situation der Kraftaufnahme bzw. der Abstützung eines Rads mit 12 Speichen pro Gruppe und drei oder mehr Gruppen bei unterschiedlichen Drehwinkeln Fig. 9 eine schematische Darstellung der Einwirkung radialer, tangentialer und axialer Kräfte auf das Rad.
Wie schematisch in den Fig. 1 und 2 gezeigt, besteht eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Rads aus einer Felge 1 und einem koaxial dazu angeordneten Reifen 2. Felge und Reifen sind durch Speichen 3 miteinander verbunden, die gegenüber der radialen Richtung winkelversetzt sind. Sie sind so angeordnet, dass an ihrer Verbindung mit der Felge und mit den Reifen der Übergang annähernd tangential verläuft. Zu diesem Zweck sind sie an ihrem einen Ende gebogen.
Wie aus Fig. 2 und speziell aus Fig. 3 ersichtlich ist, ha- ben die Speichen die Form von dünnen Blättern mit einer im Vergleich zu Länge und Breite geringen Dicke. Sie bestehen aus elastischem Material, beispielsweise aus Federstahl.
In der perspektivischen Darstellung der Fig. 2 sind der Ü- bersichtlichkeit halber nur die am nächsten zum Betrachter hin gelegenen Speichen dargestellt. Um zunächst das Prinzip übersichtlich darzustellen sind in Fig. 3 weniger Speichen dargestellt und der Reifen weggelassen. Es ist ersichtlich, dass die Speichen in drei Gruppen angeordnet sind. Die bei einer Stirnseite der Felge 1 angeordneten Speichen 3 bilden eine erste Gruppe. Die bei der gegenüber liegenden Stirnseite angeordneten Speichen 5, sind gleich ausgerichtet sind wie die Speichen 3 der ersten Gruppe und bilden eine zweite Gruppe. Die dazwischen angeordneten Speichen 4 sind entgegengesetzt gerichtet wie die Speichen der beiden anderen Gruppen und bilden eine dritte Gruppe.
In Fig. 4 sind in einer entsprechenden Darstellung pro Gruppe sechs Speichen dargestellt, d.h. also die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Zahl. Allerdings ist der Übersichtlichkeit halber in jeder Gruppe jede zweite Speiche gestrichelt gezeigt.
Wie in den Fig. 3 und 4 erkennbar, sind die Speichen der mittleren dritten Gruppe breiter als diejenigen der beiden äusseren Gruppen. Die Speichen der beiden äusseren Gruppen haben eine Breite von etwa 60 - 80% der Breite der Speichen der mittleren Gruppe. Damit wird bewirkt, dass die mechanischen, insbesondere die elastischen Eigenschaften gleich- massig bzw. symmetrisch auf die Speichen mit unterschiedlicher Ausrichtung verteilt sind.
Durch Variation der Breite der Speichen können diese Eigen- Schäften in gewissen Grenzen verändert werden, d.h. also gezielte Abweichungen von der symmetrischen Verteilung erreicht werde. Eine andere Möglichkeit für Variationen der Eigenschaften bestehen darin, die Dicke der Speichen in den einzelnen Gruppen unterschiedlich auszubilden. Schliesslich können auch noch Veränderungen von Materialeigenschaften, beispielsweise der Elastizität vorgenommen werden.
Auch die Länge der Speichen kann zur Beeinflussung der Eigenschaften des Rads variiert werden. Im Übrigen besteht eine weitere Abstimmungsmöglichkeit in der Anpassung der Eigenschaften der Speichen an die Eigenschaften des Reifens, dessen Flexibilität ebenfalls durch Material, Dicke, Breite, Umfang, sowie durch die Anzahl der durch die Speichen gebildeten Stützpunkte bestimmt ist.
In Fig. 5 ist eine Version mit vier Gruppen von Speichen 6 - 9 dargestellt, wobei wiederum der Übersichtlichkeit halber nur drei Speichen pro Gruppe gezeigt sind. Bei der Ausführungsform mit vier Gruppen sind alle Speichen vorzugs- weise gleich breit. Im praktischen Anwendungsfall sind mehr Speichen vorzusehen, d.h. pro Gruppe mindestens sechs, aber je nach Anwendung auch wesentlich mehr, beispielsweise zwölf oder vierundzwanzig. In der Regel wird es eine Zahl sein, die sich gleichmässig über einen Umfang verteilen lässt.
Bei allen Ausführungsformen ist es auch möglich, zur Erzielung spezieller Wirkung Gruppen von Speichen oder einzelne Speichen in Drehrichtung gegeneinander zu verschieben, bei- spielsweise derart, dass sie kammartig ineinander greifen. Die Figuren 6 und 7 zeigen eine schematische Darstellung eines Schnitts in einer Axialebene. Dabei sind die Speichen in einer Art Ersatzdarstellung als Spiralfedern wiedergege- ben um die elastische Wirkung der Speichen zu verdeutlichen .
Fig. 8 zeigt die Situation der Kraftaufnahme bzw. der Abstützung eines Rads mit 12 Speichen pro Gruppe und drei o- der mehr Gruppen bei unterschiedlichen Drehwinkeln. Bei einer Anordnung mit nur zwei Gruppen von Speichen wäre die Einwirkung einer senkrecht auf die Lauffläche des Reifens gerichteten Kraft nur beim Stützpunkt der Speichen am Reifen symmetrisch entlang des Reifens. Demgegenüber bleibt bei drei oder mehr Gruppen von Speichen die symmetrische
Krafteinwirkung bei Entfernung vom Stützpunkt der Speichen entlang des äusseren Reifens erhalten. Der Querschnitt und die Mittelinie des Reifens bilden die Symmetrieebene.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung der Einwirkung radialer, tangentialer und axialer Kräfte auf das Rad. Wie in Fig. 9a gezeigt, entsteht bei ausreichender Zahl von Stützpunkten als Eigenschaft die homogene Verformung des Reifens bei senkrechter konstanter Krafteinwirkung auf den Reifen.
Wie in Fig. 9b angedeutet entsteht bei Einwirkung eines Drehmoments auf die Felge eine geringe Drehverschiebung der Felge relativ zum reifen. Dies beeinträchtigt jedoch die Drehmomentübertragung von der Felge zum Reifen praktisch nicht. Fig. 9c zeigt die Einwirkung einer axialen Kraft auf das Rad. Die Verschiebung der Felge relativ zum Reifen ist gering. Durch die Biegung der Speichen wird eine hohe Laufruhe erreicht. Die Speichen sind mit der Felge und mit dem Reifen durch die unterschiedlichsten Verbindungstechniken verbunden, beispielsweise durch Schweissen, Kleben, Verschrauben etc. Sie können auch einstückig ausgebildet sein. Speichen und Reifen können aus Federstahl mit einem Überzug aus einem Elastomer versehen sein.
Das vorstehend beschriebene Rad kann in jeder zweckmässigen Grosse gebaut und für Automobile, wie auch für eine Vielzahl von anderen Fahrzeugen eingesetzt werden. Je grösser der Durchmesser desto mehr Speichen können pro Gruppe untergebracht werden. Selbstverständlich kann auch die Speichenzahl von Gruppe zu Gruppe variiert werden, wenn die ge- wünschten Eigenschaften dies erfordern würden.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugrad aus einer starren Felge, einem flexiblen Reifen ohne Luftfüllung und dazwischen angeordnete, gegenüber der radialen Richtung winkelversetzte, federnde Speichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen in mindestens drei axial voneinander getrennte Gruppen mit abwechselnd gegenläufig gerichte- ter Winkelversetzung aufgeteilt sind.
2. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen in den einzelnen Gruppen unterschiedlich breit sind.
3. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen in vier axial voneinander getrennte Gruppen aufgeteilt sind.
4. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen aus gleichmässig über den Umfang verteilte Speichen bestehen.
5. Fahrzeugrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe aus sechs gleichmässig über den Umfang verteilte Speichen besteht.
6. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen einzelner Gruppen gegenüber denen der anderen Gruppen in Drehrichtung verschoben sind.
EP09781572A 2008-08-06 2009-08-06 Rad-reifenkombination für fahrzeuge Withdrawn EP2315675A2 (de)

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EP2315675A2 true EP2315675A2 (de) 2011-05-04

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EP09781572A Withdrawn EP2315675A2 (de) 2008-08-06 2009-08-06 Rad-reifenkombination für fahrzeuge

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