EP3368342A1 - Radkonstruktion - Google Patents

Radkonstruktion

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Publication number
EP3368342A1
EP3368342A1 EP16808554.6A EP16808554A EP3368342A1 EP 3368342 A1 EP3368342 A1 EP 3368342A1 EP 16808554 A EP16808554 A EP 16808554A EP 3368342 A1 EP3368342 A1 EP 3368342A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rim
wheel
tire
footprint
bias
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16808554.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Debus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Debus-Innotech Ug
Original Assignee
Debus-Innotech Ug
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Debus-Innotech Ug filed Critical Debus-Innotech Ug
Publication of EP3368342A1 publication Critical patent/EP3368342A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B60C11/00—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts

Definitions

  • the invention relates to a device for rolling movement, which has a plurality of profile elements in a drain region.
  • the patent aims with a method and exemplary devices in particular on the improvement of today's tires.
  • exemplary mechanical structural members which provide active thrust bias to the contact surface of the radial lobes / profiles of resilient material throughout the vehicle's life.
  • four types are provided.
  • the measures for the lateral shear stress force when cornering which always negative, so acts as braking, but always depends on the curve, in left or right curve respectively opposite, short curve thrust bias, vector 1-180 °, 181-360 ° Das Action band made possible by its two-dimensional suspension and Agility that both in acceleration and braking, the lateral guidance with the optimum value (friction circle) of the curve bias takes place, vector 1-180 °, 181-360 °, ie between zero and 360 ° degrees.
  • the most important object of the method is to bend each individual radial tread element individually before touching the rolling surface / road with respect to the perpendicular / normal (to the tangent of the element at the circumference) and thus to bias it in the elastic material to the extent that as the vehicle movement currently requires: acceleration, rolling motion (small drive torque) or braking or cornering. Not always with the highest value, but if necessary.
  • Fig. 1 50% Theory sketches A: thrust zero; B: 0- max. C: prestressed max.- max + F2 Fig. 2: Security contour with locking ring
  • Fig. 3 Emergency running rim horns with wide rim base for function thrust prestressing + 5:
  • Fig. 4 biasing rake as a plate and bias rake with radial rake
  • Fig. 5 Stems with two bearings and eyelets connection (mechanics)
  • Fig. 5b bias as close as possible to the contact part e with side view
  • Fig. 6a model rake
  • Fig. 6b Action element as a role for positive thrust bias
  • Fig. 6c Action element as impeller for neg. Thrust bias
  • Fig. 6d Another sketch to illustrate a use of a Vorspannrechens with short stems, which engage in activators
  • Fig. 7 External action on tires (high speed, e.g., AS tires)
  • Fig. 8 Action band with engagement in rim handles +/- twisting unit
  • Fig. 9 Action band laid in plane, band with funnels, v synchron +/- adjustment
  • Fig. 12 Prolonged footprint, memory of Fig. 1A; B; C;
  • Fig. 13 Thrust bias of a rubber pad of tank chain link, hydraulic
  • Fig. 16 Hydraulic gentle control of the bias by elastic
  • each profile element eg a stud.
  • the stem of the Vorspannrechens a twist, a moment is generated.
  • Rake because the linkage must be thin and light, the impact on the profile element, which is usually made of elastic material but therefore wider, as in a rake (garden rake) must be.
  • the bias occurs in relation to the considered as motion neutral belt zone in cycloid representation.
  • the very stiff belt serves as an abutment for the Pretension rake via a belt eyelet that serves as a bearing.
  • This rake can consist both of a plate perpendicular to the stem of the rake on which the element is firmly anchored, and of a plate which is directed radially outward and protrudes into the element to the tip / contact zone and firmly on both sides with the Element is connected (see Fig. 4, 5).
  • the advantage of the vertical (perpendicular to the style) plate is that the wear is hardly considered, but has the great disadvantage that when you put the rest of the plate to the contact zone still needs to be biased. Preference is therefore given to the radial plate, so that the bias succeeds better because it biases the profile to the contact surface. But then you have to choose a material for the rake that does not significantly change the general ⁇ value when worn.
  • this exemplary mechanical solution requires, in any case, high-tech materials that embody the highest level of technology in weight and strength, including the belt eyelet through the belt, a low-rotational bearing.
  • high-tech materials that embody the highest level of technology in weight and strength, including the belt eyelet through the belt, a low-rotational bearing.
  • titanium, alloyed special steels, carbon solutions and high-quality plastic compounds and ceramic developments may also be considered. This also applies in particular to the continuation of the biasing torque by means of lever / stem through the compressed air space of the tire to the rim and airtight through the rim eyelet in the rim and the rim through.
  • the tire stem is connected to the rim stem via a hinge / eyelet so that a preload of the rim lever / style in the rim creates a bias of the rake in the tread element element (Figure 5).
  • the construction must be designed in such a way that the selected eyelet connection, the center eyelet, allows a change in height as it passes through the lower height of the footprint. This is favored by the fact that after the preload of the prestressed lug element under considerable tension, this, the tension in the joint, immediately returns to zero and is virtually taken over by the road, the sliding or telescoping in the compression in the footprint, so handy takes place without force in the middle eye / joint / hinge.
  • the bias rakes can, as the word rake suggests, also be individual peaks / elevations or, in the case of the vertical plate, a grid or analogous other force and torque transmitting embodiments. Furthermore, it is possible that each tread element in the tread zone receives a single individual calculation prestress, an individual rake, these individual stems, tread styles, inside the tire but find a common Mitteninate, which assigns the forces by means of only one or a few rim handles (rakes of the rim with airtight rim eyelets) forward. This reduces the number of points of attack to initiate the bias with the rim stems to one or a few and thus the variety of acting action band. In today's conventional wide tires / tires this can, because many individual profiles are transverse / perpendicular to the direction of travel in the contact zone, constructive advantage.
  • FIG. 6 Another type of bias correction is shown in FIG. 6.
  • the principle is a vulcanized rake across the entire width, the treads of the stem but the tread are arranged outside of the tire, which is also practically usable for special applications such as demonstrations, special races.
  • Hand model because it is manually movable. He might also serve as a demonstration of the main idea as a demonstration model because it is easier to create.
  • Fig.6b shows an interesting variant of the "action element”: a simple, adjustable role that determines the bias of their position. The deeper the role the greater the preload but only with drive. So a roller / roller can not only improve the drive in a truck wheel, but also significantly the life.
  • Flat projections on a roller / roller which can engage in the ends of the rim handles.
  • the depth of Eins-kung the biasing moment can be controlled, but also by the differential speed of the impeller against the stems; that is, a further supplement to the action element: revolving and driven with a differential speed and controllable in two levels impeller or in the sense of Getriebelehre adapted wing contour, which synchronously continuously controls the strength of the bias on the depth of the engagement.
  • Vorspannrechens acting only from the outside and thus a further manifestation of the method is possible with farm tractor tires / construction tires that are mounted on normal rims, which are primarily characterized by large rough studs and profiles possible. He embodies the design goal of the method also relatively vividly, as far as possible to directly bias the contact surface of the run-up studs to bend out of their radial position so to design the biasing rake so that this is largely achieved. He attacks from the outside on the coarse tunnels and spans them before putting on and still when putting on by friction pressing and possible "holding spikes" at the end of Fig. 7.
  • the farm tractor may be the ideal convincing model of the process because it can be used in addition to the usual Gutscherabsenken.
  • Such a drive usually consists of a first and a last pulley or wheel with interposed relatively large support rollers, which distribute the weight over the entire footprint largely uniformly over the individual chain, caterpillar or rubber members.
  • the first roll serves as a pressure roller. It has a controlled hydraulic system with rubber chambers between the chain teeth, which have an elastic surface to the outside. An identical area have the chain links, which press form-fitting and firmly and have elastic surfaces over the rubber cushion / pads. They are designed so that they can support themselves like an abutment with their hydraulic pressure against the direction of travel to bend the rubber cushion over radial biasing rake to the contact zone in the direction of travel and thus bias.
  • the pressure in the rubber pad of the chain links is increased and reaches the positive direction and the amount of thrust bias, wherein the chambers in the pressure roller / guide roller receive a survey that refers to the chambers in transfers the cushions like a pump.
  • the method is limited to the positive value of the thrust prestress, ie only for the drive. After pressing under the pressure roller / guide roller, the pressure in the rubber pad is automatically reduced to zero by the further rolling, while the thrust prestressing on the ground is maintained, even at strong unevenness of the ground, thanks to the even pressure distribution in the contact area to the rear of the unloading roller.
  • the force profiles of the +/- preloads have hitherto been indicated by the leading contact surface of the profile elements via stems with eyelets all the way to the inside of the wheel, tire and rim of the action band.
  • the required forces depend roughly on only two parameters: the rubber material / the rubber compound and the applied tire pressure.
  • P F x pi
  • the action band is concerned with providing a further fixed part in the relatively protected inner rim of the rim, in which the caliper is firmly fixed, which absorbs the entire braking torque. It is to apply the individual forces for the two-dimensional bias of the leading elements in each case in the positive and negative directions and at the same time for the curves, so that the side forces acting as braking forces, against the centrifugal force (centrifugal force) are negatively biased at right or left turn respectively opposed.
  • the so-called action band (in the case of the exemplary mechanical device) serves this purpose. It runs synchronously with the rim via two turning rolls and has funnel-shaped openings (see Fig. 8). These funnel-shaped openings engage the ends of the so-called rim rake handles. For the purposes of the invention, these forces are not built up abruptly but slowly over a longer path (for example from a few centimeters to a quarter to half circular arc.) In order to clarify this process, this process is shown in a horizontal representation in FIG.
  • the action band runs over two equal or different roles, which stand firm against the rolling wheel / rim. One or both are powered.
  • the action band is located with the left larger roll in the area of the casserole zone of the elements (beginning of the footprint / laces).
  • the action band also has a small possibility of change in the transverse direction, ie in the + direction of the roller axes, transversely to the direction of travel.
  • Both controls are independent of each other and can also be used accordingly, that is, in a strong cornering braking or acceleration can take place.
  • both are subject to the famous friction circle, but in the sense of the invention then with the ideal value of 100% and that is then the double value.
  • the above-mentioned actual value detection can be done either directly via suitable sensors, but it is also thought to use a technically implemented control when using programmed technical models from a particular driving behavior on the concretely realized positions and back this information in the context of Evaluate control loops.
  • the implementation of the control and / or the control can be done via a central concept via a central on-board electronics, but it is also thought to assign each wheel individual local control or regulation, if necessary, such locally distributed local elements can be centrally coordinated.
  • the method adapts by a displaceability of the so-called solid action belt body by an easy displaceability (angle change). In Fig. 9, this would be the horizontal / horizontal, which is shown in Fig. 8 as an angular displacement.
  • the control can be done in two ways. Through experiments, the respective optimal control is determined and anchored in the program. Due to the many possible and planned sensors in the new standard wheel (DebusInnotechRad) they could also be determined from case to case at the same time.
  • the action band In order to realize the modes of operation shown in FIG. 9 in FIG. 8, the action band must be guided with highly efficient, low-friction, for example ball-bearing rails in order to ensure correspondingly high forces vibration-free and largely silent at these high speeds and also at the same time in milliseconds to be adapted. If the noise is likely to be too high in the high-frequency range, premium vehicles will also need to use anti-noise methods.
  • highly efficient, low-friction for example ball-bearing rails
  • the method provides as a highlight of the invention with point 4, the noise minimization by suitable measures.
  • the action band for generating the bias has been described, which after the placement of the elements and the transmission of forces on the street in a flash, the force effect by lifting the funnel eyelets on the role over the casserole zone Fig. 10. This is the thrust bias on the Road over.
  • the tensions of the Individual elements are then largely retained until the tread is lifted off after the footprint, at the end of the contact surface, depending on the substrate. But with holes in the contact area, of course, can snap back to zero before. Which is why, as today, poor surfaces reduce the optimum.
  • the action levels Zone I + Zone II are preferred, the relatively stiff belt serving as an abutment of the reaction forces for both zones.
  • the pretensioning rakes can contribute to the thrust prestressing also within the height the elements / profiles as far out to the contact surface out. The loss at touchdown will be reduced as described.
  • the Action Band understands that measures will be taken to prevent excessive pollution from environmental pollution such as water, sand, mud, snow, slush and ice. This can be done by elastic or solid elements, optionally with rotating seals. Since these measures are always on the inside of the vehicle, they can be optimized without regard to aesthetic considerations.
  • the emergency training is designed only with the rim-horns, so that space is created in the foot of the rim.
  • the wheel receives the necessary cheap sensors such as temperature indicators, air pressure gauges, indicators indicating overstress in the carcass, as well as high molecular weight gas such as SF6 (sulfur hexafluoride) to minimize diffusion and thus pressure loss.
  • sensors such as temperature indicators, air pressure gauges, indicators indicating overstress in the carcass, as well as high molecular weight gas such as SF6 (sulfur hexafluoride) to minimize diffusion and thus pressure loss.
  • SF6 sulfur hexafluoride
  • the wheel-tire unit to a wheel tire is necessary for several reasons. Once to achieve a simplification, relief, increase in stability and safety improvement and, above all, a leap in quality. There is an increase in the product accuracy from the previously 1 / 10th orientation to the 1/100 to 1/1000 mark and production method including the RKS and SKS values for the dynamic balancing.
  • the new proposal A / experienced all emergency operations are side the surface projected by the belt onto the rim to keep the center clear for the design measures for influencing the running lugs / profile elements, see FIG. 3.
  • this corresponding area of the rim may vary if the measures for influencing the outer lugs from the center are also possible obliquely, so that the emergency running measures can then extend further inward to the center.
  • the freedom of design also increases when, instead of the exemplary MECHANICAL, a solution by means of hydraulic or compressed air or an electromagnetic, see above, is selected, Fig. 4.
  • Such an IT-controlled aggregate can be made available to the final carmaker as a preassembled and self-sufficient unit, in particular by suppliers. This results for the car manufacturer to use the electronic competence of suitable suppliers and to use different suppliers for different requirements. In particular, it is possible, for example, for units that are provided for example for passenger cars or trucks, different to consider competent suppliers. Likewise, other suppliers can be included in the manufacturing concept for special chain drives.
  • the level of the invention results from the first-time possibilities, not only to double the liability level, but to improve important other benefits such as longevity, unit unit, noise minimization and extremely low rolling resistance compared to today's tires, which promises the economic benefit of each individual process steps, such as Examples: Farm tractors or trucks or track drives shown. Furthermore, the simplification to only four new aggregates per platform. Furthermore, the enormous resource conservation and energy reduction. As a result, everything is far outstripped.
  • the method provides as a further solution also the mechanical utilization of the tire deformation when passing through the footprint:
  • the height H in the interior of the tire from the rim to the inside of the tread is in the footprint first smaller to h ⁇ H, and then return to H again ,
  • Figure 17 shows a possible mechanical solution.
  • the outer circumference 75 changes as a result of the pressing into the contour 76.
  • the cap is designed so that in this position, the biasing rake pops out and is released and now by the internal pressure with this bias to the road is pressed.
  • a restoring moment in pivot point 69 provides, for example, again for the starting position.
  • the levers have low sliding / sliding movements on the inner rubber layer of the tire.
  • a lubricant can be used, as developed in the CTS system by Continental for emergency operation.
  • Fig. 15 shows link chain drive with pressure roller and hydraulic control for the extended footprint.
  • the pressure roller with ring gear for engaging in the individual chain links ensures the thrust-biasing of the individual superimposed links, which is transmitted to the substrate along the entire path of the extended footprint thanks to the constant surface pressure and tension of the chain, so that the chain works with a much lower slip and develops the double traction of the drive when reaching the 00% percent efficiency.
  • the pressure roller is drawn very large only for demo reasons, could really have the size of the other deflection rollers / rollers.
  • FIG.1 shows with the sketches A, B and C the basic physical thought, which is essentially based on the dissertation Gerresheim Kunststoff in 1955.
  • the tire which rolls to the right without any drive forces, shows tension-free vertical profiles over the entire contact area.
  • the same tire drives with the drive torque M.
  • the driving forces are transmitted to the road via the profile.
  • the sum of these individual shear stresses is represented in the area F1 by S as shear stress and represents the total driving force with which the tire is supported above its static friction value on the road.
  • the area F2 represents the theoretical part of the transmission that was previously unusable, resulting in a theoretical frictional efficiency of 50%. In practice, this varies slightly depending on the drive and braking and the design parameters, but less on the static friction coefficient.
  • Fig. 2 shows the junction of a wheel tire unit on the rim flange, which is provided with a Notlauf rate.
  • Figure 5 shows the gluing zone on an optimal rope curve contour reaching to 8. 6 the main area of the gluing zone and 7 the safety ring, which may be made of metal but preferably made of hard rubber, or both.
  • Fig. 3 shows a wheel tire unit with the space for the mechanics. 9 + 10 the rim flange with the carcass connection, 11 the mechanism for thrust pretension, as illustrated in FIG. 5, 12 the belt and 13 a profile.
  • Fig. 4 bias rake as a plate and as a radial rake and alternative hydraulic use.
  • 14 is the tread and 12 the belt.
  • 17 shows the stem of the rake with radial plate 8 or horizontal plate on which the profile sits.
  • 13 a small and a large tubular elastic member that could exert a bending moment on the style 17 as an alternative to the described mechanism by one-sided pressures, once in positive and vice versa in negative biasing direction.
  • section B-B is the plate 19, the radial plate 18 in section A-A, which may also be formed as a net-like structure.
  • the forces can also be generated hydraulically on the right or left by unilateral filling with hydraulic fluid or gases, etc., which are filled up at 20, for rotation of the rake 17. It is understood that the stems are adjusted.
  • Fig. 5 shows the operation of the mechanics of rim 21 to belt 12 and tread 14 to the profile 13.
  • a force acting on the upper part of the rim stem 22 acts on the rim eye 23 and center eye 24 on the rim style 17 and the belt eyelet 25 on the radial plate of the Vorspannrechens on the profile 13 in the same direction.
  • Fig. 5b shows another variant of the Vorspannrechens.
  • Section AA shows on the stem 17 a pronounced calculation form, so that the bias effect almost reaches the contact zone, the outer skin.
  • Fig. 6 shows the model of a hand-operated pretensioning that extends over the entire width of a normal tire with indicated belt, comes in from the tire and leads upwards.
  • he can be coupled by means of eyelet to the boom of a servomotor, which allows small +/- movements that biases the biasing rake in a positive or negative direction and thus the individual profiles.
  • Fig. 6a shows the bias rake of Fig. 6 in an indicated 3D simulation.
  • Fig. 6b shows the simplest embodiment of an action element in the form of a roller 2 7, which in only one direction, which can bias the positive, the propulsion, vector zero.
  • the arm 28 is radially movable, it sits on a rotatable center mount 29 in the interior 30 of the wheel.
  • a plurality of center eyelets 24 are shown symbolically, all of which have only the goal to transmit the forces without loss and thereby
  • Fig. 6c shows an impeller 32 instead of the roller, which can bias in the negative direction, that is for braking. It rotates in the direction of rotation 33 and transmits over the middle eyelets 24 and the belt eyelets 25, the bias on the individual profiles or studs.
  • Fig. 6d shows another sketch to illustrate a use of a Vorspannrechens with short stems, which engage in activators
  • Fig. 7 shows a combatstolligen tire, such as a tractor tires on a normal rim, which causes by a special rake 34 from the outside, the bias in the casserole zone 35. It is three-dimensionally controllable and is pressed with high pressure against the incoming tire, so that the friction on the special rake the individual profiles biases until they are so biased fixed by the contact pressure of the tire in the footprint itself on the ground and this positive bias (drive ) is maintained over the entire surface until lifted off.
  • FIG. 8 shows the action band 36, which according to the invention can generate three biases for drive, braking and lateral guidance, vector 0-360 degrees. It sits in a wheel tire unit, which is characterized by the rim 21 and the tread 14.
  • the wheel tire unit runs to the right in the direction of v, which produces the peripheral speed v2 and the inner rim speed vi, which is also the synchronous speed of the action band.
  • the action band always sits in the incoming part, right in the picture.
  • the tread 14 with the profiles 13 surrounds with the rim 21 the pressure-filled interior tires with center eyelets 24.
  • the belt 37 passes through two end rollers synchronously with the speed vi of the rim inside and has to act on the rim handles hopper 38. Between the two end rollers The contact with the rim stems always solid. A change in position and thus a force is effected by the turning unit 39 in order to get the bias of the profiles 13 with the angle ⁇ .
  • Fig. 10 shows the process of a lifting profile 41 without showing the vibrations occurring.
  • Profile 41 is in the moment of taking off. It still has the angle ⁇ and still has the full restoring force R, with which the profile snaps back into the normal. Since the profile is elastic, an additional frictional effect arises, while the oscillations of the sudden, high-speed recoil make up part of the rolling noise.
  • Fig. 11 shows schematically the function of an action belt 42 acting in reverse. In point B, shortly before take-off, the rim stems are fixed in their spatial position with their bias and the relaxation is shifted to the point C.
  • the rim stems are fixed in their spatial position with their bias and the relaxation on alfa zero over the sector or the route BC gradually completed.
  • the underlying wheel tire unit is indicated by the references to zones I tread, II pressure filled interior and III inner rim.
  • Fig. 12 shows the principle of a wheel A with an extended footprint of A-B.
  • the link chain 45 runs with their hinges 46 and the rubber pad 47.
  • the spring-loaded pressure rollers 48 ensure by their number and division that the pressure on the individual chain links is always the same over the entire contact length 49.
  • Die Total load P corresponds to the sum of all part loads from o (zero) to Xn in the graph-like representation 50 with force P in the Y-axis.
  • FIG. 13 shows the bias of a rubber pad on a chain link 51 with three rows of bias rakes that can rotate in the brackets 52.
  • a small rotational movement is initiated, which biases the rubber cushion in the direction of travel.
  • Fig. 14 shows three rakes 26 which are mounted on the plate 55 at an angle-stable angle 54 through the hydraulic access 53, introducing a slight rotational movement ⁇ , so that the rake also obtains an angle ⁇ for prestressing the rubber pad.
  • the link chain runs over the lift-off wheel 44 via the deflection rollers 56, one of which is driven.
  • Fig. 16 shows the exemplary thrust bias of rubber pad of a chain drive by the Anpressrad by means of gentle transmission through elastic membranes 58 which are hydraulically controlled 59 and the angle ⁇ produce 57.
  • the chain link 51 shows 47 not yet biased Gummmipolster 47.
  • area III begins the approach of the two membranes, in area II causes the higher pressure in the pressure wheel, the deformation in the rubber pad of the chain link 51.
  • the section in area I shows in 57 the effect in the sense of bias with the angle a.
  • the areas -II and -III show the relaxation, in the membranes 58, the old contour is reached again. The preload on the ground is maintained.
  • Fig. 17 shows the exemplary possibility of generating thrust bias by the change in the footprint itself.
  • the tire is running to the left in the direction v. This produces a positive thrust prestress.
  • the original contour of the tire 60 is transformed into 61 by the deformation.
  • the theoretical footprint zone III is thereby increased by the zone II with the length A1-A2 and mirror image by zone IV, while the zones I and V are outside.
  • a lever 66 with extended grinding contour rotates about the point 65 a front part with a ratchet 64.
  • In the tread 62 sits a small biasing rake 63rd
  • the lever generates by its arc (dashed) a rotation of the Vorspannrechens in zone II which corresponds to an angle y.
  • the torque-rotation of the rim in the tire represented by the drive angle a 0 and the length Ao-Aa.
  • zone II the lever has reached its highest twist of the lead rake and is moving back.
  • the ratchet must release the preload rake.
  • the braking range with ß and Ao-Ab remains unconsidered, but it could be with a much more complicated in the context of the invention execution.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur rollenden Bewegung weist in einem Ablaufbereich eine Mehrzahl von Profilelementen auf. Mindestens einige der Profilelemente sind durch mindestens ein Verstellelement in Abhängigkeit von einer Abrollbewegung des Ablaufbereiches in ihrer räumlichen Orientierung veränderbar.

Description

Radkonstruktion
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur rollenden Bewegung, die in einem Ablaufbereich eine Mehrzahl von Profilelementen aufweist.
Das Patent zielt mit einem Verfahren und beispielhaften Vorrichtungen insbesondere auf die Verbesserung der heutigen Reifen. Dazu zählen alle Reifen auf Felgen, insbesondere Radreifen-Einheiten, die sich mit einem Teil ihres Umfanges mittels Reibkraft ihrer Aufstandsfläche auf der Straße und anderen Untergründen bewegen, sowie rollende Räder/Walzen mit spezieller verlängerter Aufstandsfläche wie Kettentriebwerke, Panzerkettenlaufwerke, Gummilaufwerke, Raupen und Gummiraupen, deren Aufstandsflächenbelastung Last/Fläche L/F = konstant +/- 10% ist. Alle diese rollenden Elemente besitzen zur Verbesserung dieser Reibkraftübertragung Erhebungen, Profile, Stollen, Gummiplatten und Gummikörper. Zur Erläuterung dient der millionenfach im Einsatz befindliche und bewährte auf Felgen montierte KFZ-Reifen. Diese heutigen Reifen haben einige gravierende Nachteile.
- Der Größte: sie haben so geringe Laufleistungen, dass während eines Fahrzeuglebens durch Abnutzung mehrere Sätze verbraucht und einfach weggeworfen werden müssen.
- Die Haftung ist so mangelhaft, dass Profiloptimierungen für Sommer und Winter, Aquaplaning und Gelände notwendig werden oder zur Verbesserung der Reibkraftübertragung.
- Gürtelkonstruktionen wie Stahlgürtelreifen erforderlich werden und
- Notlaufbehelfe bei Plattfüßen
- Dazu hoher Rollwiderstand durch Verlustenergie beim Abrollen und
- Starke Abrollgeräusche.
Grund ist einmal der heutige„4-Rad-Kompromiß-Reifen": Er verzichtet durch einen Reifen für alle 4 Radpositionen (Vorder-oder Hinterradantrieb, gelenkt oder gezogen), (beziehungsweise das einschließlich Reserverad, sogenannte 5-Radsystem) und die getrennte Felge, auf jedwede positionsorientierte Optimierung, ja verhindert sie stattdessen.
Der Hauptgrund im Sinne der Erfindung sind aber die physikalischen Abrollmechanismen, die seit der Mitte des vorigen Jahrhunderts erforscht wurden und als Naturgesetz mit einem Wirkungsgrad von ca. 50% hingenommen werden (Dissertation Gerresheim München 1975). Hier setzt das Patentverfahren ein, um die 100%, den doppelten Wert zu erreichen. Fig. /Fig. 2. Dunlop hatte den Radreifen erfunden. Wegen der vielen Plattfüße trennte man dann in Felge, Schlauch und Decke (Reifen). Ein weiterer Schritt war dann der Stahlgürtelreifen von Michelin. Schließlich vereinfachte man auf einen schlauchlosen Reifen, der mit einem Kern (Wulstkern) sehr dicht auf der Felge saß. Dieser Kern muss sehr fest sein, da er die Anpresskräfte der Abdichtung und gleichzeitig entgegengesetzt die hohen Zentrifugalkräfte des Reifens aufnehmen muss. Aus der Sicht der Produktgenauigkeit- und Qualität aber schwimmt der Reifen auf der Felge mit einer elastischen Abdichtungsschicht und hat im Serienbetrieb daher relativ große Toleranzen.
Nun folgt die nächste Stufe der Entwicklung mit einem Verfahrens-manipulierten Ab- rollprozess, der den 100%igen Abroll-und Reibkraftübertragungs-Wirkungsgrad erreichen soll, (dem Debus-Innotech-Rad, kurz„DIR") und im Folgenden beschrieben wird.
Vorzugsweise in eine hochwertige Radreifeneinheit werden dazu die beispielhaften mechanischen Konstruktionselemente eingebaut, die eine aktive Schubvorspannung der Kontaktfläche der radialen Stollen/Profile elastischen Materials über die gesamte Fahrzeuglebensdauer bewirken. Im Sinne der Erfindung werden vier Arten vorgesehen.
Die Maßnahmen für den Antrieb und die Beschleunigung, das positive Drehmoment, kurz die positive Schubvorspannung, Vektor null.
Die Maßnahmen für die Bremsung, das negative Drehmoment, kurz die negative Schubvorspannung, Vektor 180° Grad.
Die Maßnahmen für die seitliche Schubspannungs-Kraft bei Kurvenfahrt, die immer negativ, also als Bremsung wirkt, aber stets von der Kurve abhängig ist, bei Links-oder Rechtskurve jeweils entgegengesetzt, kurz Kurvenschubvorspannung, Vektor 1-180°, 181-360° Das Aktionsband ermöglicht durch seine zweidimensionale Aufhängung und Beweglichkeit, dass sowohl bei Beschleunigung wie auch bei Bremsung die Seitenführung mit dem optimalen Wert (Reibungskreis) der Kurvenvorspannung erfolgt, Vektor 1-180°, 181-360°, also zwischen null und 360° Grad.
Die 4. Maßnahme für das spannungsfreie Abheben der einzelnen Elemente am Ende der Aufstandsfläche, reifentechnisch des Rollwulstes, durch Blockade des sofortigen Zurückschnellens der noch vorhandenen Schubvorspannung, sodass keine Rutschreibung und starkes Geräusch auftreten kann, geschieht mittels eines umgekehrt wirkenden Aktionsbandes. Es ist eine zeit- und ortversetzende Blockade der Entspannung der Profile durch ihre Rückstellkraft R auf die Normale zurück und kann in zwei Arten erfolgen Fig.11. Blockade bis zur plötzlichen Entspannung, die Geräuschschwingung bleibt, oder Blockade mit allmählicher Entspannung, wodurch sowohl der Radiereffekt (Abnutzung) als auch der Geräuschanteil wesentlich reduziert werden.
Die wichtigste Aufgabe des Verfahrens ist es, jedes einzelne radiale Profilelement des Laufstreifens individuell vor dem Berühren der Abrollfläche/Straße gegenüber der Senkrechten/ Normalen (auf die Tangente des Elementes am Umfang) zu verbiegen und damit vorzuspannen im elastischen Material und zwar in dem Maße, wie es die Fahrzeugbewegung aktuell erfordert: Beschleunigung, rollende Bewegung (kleines Antriebsmoment) oder Bremsung oder Seitenführung. Keineswegs ständig mit dem Höchstwert, jedoch bei Bedarf.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen die Figuren/Skizzen im Einzelnen:
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 : 50 % Theorie Skizzen A: Schubkraft Null; B: 0- max. C: Vorgespannt max.- max.+F2 Fig. 2: Sicherheitskontur mit Sicherungssperrring
Fig. 3: Notlauffelgenhörner mit breitem Felgenbett für Funktion Schubvorspan- nung+ 5 :
Fig. 4: Vorspannrechen als Platte und Vorspannrechen mit radialem Rechen
Fig. 5: Stiele mit zwei Lagern und Ösen Verbindung (Mechanik)
Fig. 5b: Vorspannung möglichst fast am Berührungsteil e mit Seitensicht
Fig. 6: Außeneingriff bei Reifen-Felge -Modell mit Seitenriss
Fig. 6a: Modellrechen
Fig. 6b: Aktionselement als Rolle zur positiven Schubvorspannung
Fig. 6c: Aktionselement als Flügelrad für neg. Schubvorspannung
Fig. 6d: Eine weitere Skizze zur Veranschaulichung einer Verwendung eines Vorspannrechens mit kurzen Stielen, die in Aktivatoren eingreifen
Fig. 7: Äußere Einwirkung auf Reifen (hochstollig, z.B. AS-Reifen)
Fig. 8: Aktionsband mit Eingriff in Felgenstiele +/- Verdreheinheit
Fig. 9: Aktionsband in Ebene verlegt, Band mit Trichtern, v synchron +/- Verstellung
Fig. 10: Hintere Entspannungsverzögerung zur Geräuschs-und Rutschreibungsreduzierung Fig. 11 : Blockieren beim Abheben durch gegenwirkendes Aktionselement
Fig. 12: Verlängerte Aufstandsfläche, Erinnerung an Fig. 1 A;B;C;
Fig. 13: Schubvorspannung eines Gummipolsters von Panzerkettenglied, hydraulisch
Fig. 14: Spezial-Vorspannrechen für dieses Gummipolster Fig. 15: Schemaskizze für Ketten-Laufwerk
Fig. 16: Hydraulische sanfte Steuerung der Vorspannung durch elastischen
Berührungskontakt zwischen Anpressrolle und Kettenglied-Polster
Fig. 17: Reifen-Verformungs-Schubvorspannung
Betrachtet man das einzelne Profilelement, dann muss es vor dem Berühren vorgespannt sein und erst entspannt werden, wenn es mit der vollen Last aufgesetzt wurde (damit nicht ein ungewünschter Auflaufschlupf entsteht). Dies alles, die Kraft/Momenterzeugung und das Timing, übernimmt das Aktionsband, über das zunächst beschriebene Gestänge mit Stielen, Ösen etc.
Die notwendige Vorspannung beginnt am Fuße jedes Profilelementes (z. B. eines Stollens). Mit einem Hebel, dem Stiel des Vorspannrechens, wird eine Verdrehung, ein Moment erzeugt. Rechen deshalb, weil das Gestänge dünn und leicht sein muss, die Einwirkung auf das Profilelement, das in der Regel aus elastischem Material besteht daher aber breiter, wie bei einem Rechen (Gartenrechen) erfolgen muss.
Die Vorspannung geschieht gegenüber der als bewegungsneutral aufgefassten Gürtelzone bei Zykloiden-Darstellung. Der sehr steife Gürtel dient als Gegenlager für den Vorspannrechen über eine Gürtelöse, die als Lager dient. Dieser Rechen kann sowohl aus einer Platte senkrecht zum Stiel des Rechens bestehen auf dem das Element fest verankert ist, als auch aus einer Platte, die radial nach außen gerichtet ist und in das Element bis zur Spitze/Kontaktzone hineinragt und fest auf beiden Seiten mit dem Element verbunden ist (siehe Fig. 4, 5). Der Vorteil der senkrechten (senkrecht zum Stil) Platte ist, dass die Abnutzung kaum in Betracht zu ziehen ist, hat aber den großen Nachteil, dass beim Aufsetzen der Rest von der Platte bis zur Kontaktzone noch vorgespannt werden muss. Bevorzugt wird daher die radiale Platte, sodass die Vorspannung besser gelingt, weil sie das Profil bis zur Kontaktfläche vorspannt. Man muss dann aber für den Rechen ein Material wählen, das bei Abnutzung den generellen μ- Wert nicht wesentlich verändert.
Die ganze Konstruktion bei dieser beispielhaften mechanischen Lösung erfordert in jedem Fall Hightech-Materialien, die in Gewicht und Festigkeit den höchsten Stand der Technik verkörpern einschließlich der Gürtelöse durch den Gürtel, einem Lager für geringe Drehbewegungen. Neben Alu, Titan, legierten SpezialStählen dürften auch Kohlenstofflösungen und hochwertige Kunststoffverbindungen und Keramikentwicklungen in Frage kommen. Dies gilt auch insbesondere für die Weiterführung des Vorspannmomentes mittels Hebels/Stieles durch den Pressluftraum des Reifens zur Felge und luftdicht durch die Felgenöse in der Felge und die Felge hindurch.
In der angenommenen Mitte dieses Raumes wird über ein Gelenk/Öse der Reifen-Stiel mit dem Felgen-Stiel verbunden, sodass eine Vorspannung des Felgenhebels/Stiles in der Felge eine Vorspannung des Rechens im Element des Laufstreifens erzeugt (Fig. 5). Die Konstruktion ist so zu gestalten, dass die gewählte Ösen-Verbindung, die Mittenöse eine Höhenveränderung beim Durchlauf durch die geringere Höhe der Aufstandsfläche erlaubt. Begünstigt wird dies durch die Tatsache, dass nach dem Auflaufen des vorgespannten Stollenelementes unter erheblicher Spannung diese, die Spannung im Gelenk, sofort auf null zurückgeht und quasi von der Straße übernommen wird, das Gleiten bzw. Ineinanderschieben bei der Zusammenpressung in der Aufstandsfläche, also praktisch ohne Kraft in der Mittenöse/Gelenk/Scharnier stattfindet. Bei den Vorspannungsrechen kann es sich, wie das Wort Rechen suggeriert, auch um einzelne Zacken/Erhebungen oder im Falle der senkrechten Platte um ein Gitter oder sinngemäß andere Kraft- und momentübertragende Ausführungen handeln. Ferner ist es möglich, dass jedes Profilelement in der Laufstreifenzone eine einzelne individuelle Rechenvorspannung, einen individuellen Rechen erhält, diese einzelnen Stiele, Laufstreifenstile, im Reifeninnern aber eine gemeinsame Mittenöse finden, welche die Kräfte mittels nur einer oder einiger weniger Felgenstiele (Rechenstiele der Felge zugeordnet mit luftdichten Felgenösen) weiterleiten. Damit verringert sich die Zahl der Angriffspunkte zur Einleitung der Vorspannung mit den Felgenstielen auf einen oder einige wenige und damit die Vielfalt des einwirkenden Aktionsbandes. Bei den heute üblichen Breitreifen/Radreifen kann dies, weil immer viele einzelne Profile quer/senkrecht zur Fahrtrichtung in der Kontaktzone liegen, konstruktiv von Vorteil sein.
Eine andere Art eines Vorspannungsrechens zeigt Fig. 6 . Das Prinzip ist ein einvulkanisierter Rechen über die gesamte Breite, dessen Laufstreifen-Stiele des Gestänges aber außerhalb des Reifens angeordnet sind, der für besondere Einsatzfälle wie Vorführungen, Sonderrennen auch praktisch nutzbar ist. Handmodell, weil von Hand beweglich. Er könnte eventuell auch als Beweisstück der Hauptidee als Demonstrationsmodell dienen, weil einfacher zu erstellen. Hier geht der Vorspannrechen über die gesamte Breite des Reifens verbindet die einzelnen Rechen um dann draußen um den Reifen herum bis zur Felgeninnenseite verlängert zur Mittenöse, wo kräftige gesteuerte Stellmotore die Vor- oder Rückspannung, auch mittels„Felgen"-Stielen und einer Verbindungsöse/Mittenöse, bewältigen, allerdings ohne eine Seitenvorspannung. Es ist auch eine Variante des Vorspannrechens über die gesamte Breite des Reifens denkbar, der an beiden Seiten sehr kurze Stiele (Reifenstiele) nach oben erhält, die in Aktivatoren eingreifen, welche an den Rändern/Enden des Gürtels sitzen, die ähnlich der hydraulischen Aktivierung in Fig. 4 die Vorspannungskräfte auslösen. Dies findet in der Zone I des Verfahrens statt, der angestrebten idealen Zone.
Fig.6b zeigt eine interessante Variante des "Aktions-Elementes": eine einfache, verstellbare Rolle, die über ihre Stellung die Vorspannung bestimmt. Je tiefer die Rolle, desto größer die Vorspannung aber nur bei Antrieb. Also eine Rolle/Walze kann etwa bei einem LKW-Rad nicht nur den Antrieb verbessern, sondern auch wesentlich die Lebensdauer.
Fig. 6c zeigt im Sinne des Verfahrens für den negativen Fall der Vorspannung= Bremsen ein angetriebenes Flügelrad. Flache Erhebungen auf einer Rolle/Walze, die in die Enden der Felgenstiele eingreifen können. Auch hier kann durch die Tiefe der Einsen- kung das Vorspannmoment gesteuert werden, aber auch durch die Differenz-Geschwindigkeit des Flügelrades gegenüber den Stielen; das heißt eine weiter Ergänzung des Aktionselementes: mitlaufendes und mit einer Differenzgeschwindigkeit angetriebenes und in zwei Ebenen steuerbares Flügelrad oder im Sinne der Getriebelehre angepasste Flügelkontur, welche synchron laufend die Stärke der Vorspannung über die Tiefe des Eingriffs regelt.
Ein weitere Art des Vorspannrechens, ausschließlich von außen wirkend und damit eine weitere Ausprägung des Verfahrens ist mit Ackerschlepperreifen/Baumaschinenreifen die auf normalen Felgen montiert sind, die sich vornehmlich durch große grobe Stollen und Profile auszeichnen, möglich. Er verkörpert das Konstruktionsziel des Verfahrens auch relativ anschaulich, möglichst die Kontaktfläche der auflaufenden Stollen direkt vorzuspannen, aus ihrer radialen Lage zu verbiegen also die Vorspannrechen so zu konzipieren, dass dies weitgehend erreicht wird. Er greift von außen auf die groben Stollen ein und spannt sie vor dem Aufsetzen und noch beim Aufsetzen durch Reibpressung und mögliche„Haltezacken" am Ende vor Fig. 7.
Für besonders hohe Zugleistungen von Ackerschleppern oder Baumaschinen ist dies Prinzip auch in der Praxis anwendbar, insbesondere auf Ackerböden, weil dann der Rechen mit einzelnen Rechenzacken und dem Haltemechanismus im weichen Untergrund keinen unnötigen Widerstand erzeugt. Es wird damit nur Antriebs/Beschleuni- gungs- Schubvorspannung erzeugt (Vektor null Grad). Zwar ist es im Sinne der Erfindung auch möglich, den Ackerschlepper als Einheitsrad (Reifen/Felgeneinheit) wie vorgeschlagen zu konzipieren, aber wegen der Kosten könnte diese wesentlich billigere Lösung in der Praxis sich durchsetzen, Bremsung und Seitenführung sind hier kein Thema. Im Laufe der Entwicklung könnte die befürchtete Beschädigung/Abnutzung der Stollen durch die Druckreibung des Vorspannrechens (Fig. 7) minimiert werden, eventuell durch einen vibrierenden Rechen oder reibungsarme Oberflächen, Teflonbeschichtet oder Kugellager. Der große Vorteil bei Ackerschleppern: es genügt die lineare positive Vorspannung für den Antrieb.
Der Ackerschlepper kann das ideale Überzeugungsmodell des Verfahrens sein, weil es zusätzlich zum üblichen Luftdruckabsenken eingesetzt werden kann.
Für Raupenfahrzeuge, Kettenlaufwerke, insbesondere Gummiraupen mit verlängerter Aufstandsfläche, kommt eine Variante der von außen wirkenden„Vorspannrechen" zum Einsatz, wenn eine gleichmäßige Druckverteilung der ganzen Berührungszone/Aufstandsfläche konstruktiv garantiert wird Fig. 12. Ein solches Laufwerk besteht in der Regel aus einer ersten und einer letzten Umlenkrolle oder Rad mit dazwischen angeordneten relativ großen Stützrollen, die das Gewicht auf die gesamte Aufstandsfläche weitgehend gleichmäßig verteilen über die einzelnen Ketten-, Raupen- oder Gummiglieder.
Die heute üblichen Konstruktionen erlauben zwischen den einzelnen Abstützrädern Zonen verminderter Anpressung, wo die Schubspannung ebenfalls absinkt und welche durch Konstruktionen ersetzt werden müssen, die eine optimal gleichmäßige Flächenpressung über die ganze Länge der Aufstandsfläche ermöglichen. Nur dann bleibt eine Schubvorspannung des auflaufenden Elementes, z. B. des Gummipolsters, eines Kettengliedes über die gesamte Länge von A-B erhalten. Dies ist mechanisch durch z. B. unzählige kleine Anpressrollen/Räder zu erreichen, aber auch durch andere pneumatische oder hydraulische Unterstützung, etwa eine Art Hooverkraft. Zur Schubvorspannungserzeugung wird erfindungsgemäß ein hydraulisches Schubvorspannsystem mit Kontaktberührung bevorzugt siehe Fig. 16. Es wird beispielhaft ein Panzerkettenlaufwerk mit großen Gummipolstern beschrieben. Zwischen der ersten und der letzten großen Umlenkrolle befinden sich so viele kleinere Tragrollen, dass eine gleichmäßige Druckverteilung auf der gesamten Aufstandsfläche erreicht wird, die auch bei höherer Geschwindigkeit den Normalwert nur um +/- ca. 10 % verändert. Die erste Rolle dient als Anpressrolle. Sie besitzt ein gesteuertes hydraulisches System mit Gummikammern zwischen den Kettengliederzähnen, die eine elastische Fläche nach außen besitzen. Eine identische Fläche besitzen die Kettenglieder, die sich formschlüssig und fest anpressen und elastische Flächen über den Gummikissen/Polstern haben. Sie sind so gestaltet, dass sie sich wie ein Widerlager mit ihrem hydraulischen Druck entgegen der Fahrtrichtung abstützen können, um das Gummipolster über radiale Vorspannrechen bis in die Kontaktzone in Fahrtrichtung zu verbiegen und damit vorzuspannen.
Über die Menge/Volumen der Hydraulik in den Kammern der Anpresswalze wird der Druck in den Gummipolstern der Kettenglieder erhöht und die positive Richtung und die Höhe der Schubvorspannung erreicht, wobei die Kammern in der Anpresswalze/Umlenkrolle eine Erhebung erhalten, die sich auf die Kammern in den Polstern wie eine Pumpe überträgt. Das Verfahren beschränkt sich auf den positiven Wert der Schubvorspannung, also nur für den Antrieb. Nach dem Anpressen unter der Anpresswalze/Umlenkrolle wird der Druck in den Gummipolstern durch das Weiterrollen automatisch auf null reduziert, während die Schubvorspannung auf dem Untergrund dank der gleichmäßigen Druckverteilung in der Aufstandsfläche bis hinten zur Abheberolle erhalten bleibt, auch bei starken Unebenheiten des Untergrundes.
Zwei frühere Veröffentlichungen berühren diesen Vorschlag. Einmal die Patentschrift des Autors DE 30 17 184 A1 1980 und die Patentschrift CA 1073503 Caterpillar Trac- tor.
Bei Reifen mit eindeutiger Aufstandsfläche sind die Kraftverläufe der +/- Vorspannungen bisher von der auflaufenden Kontaktfläche der Profilelemente über Stiele mit Ösen bis in die Rad-Reifen-Felgen-Innenseite zum Aktionsband aufgezeigt worden. Die benötigten Kräfte hängen grob nur von zwei Parametern ab: dem Gummimaterial/der Gummimischung und dem angewandten Reifeninnendruck. Das Gummimaterial ist hinsichtlich seiner Haftungsfähigkeit relativ einheitlich, sodass im Wesentlichen nur der Innendruck die aufzuwendenden Kräfte bestimmt (da grob die Formel gilt, Tragkraft ist gleich Fläche der Aufstandsfläche mal dem Innendruck, P= F x pi). Bei Pkw-Reifen etwa 2,5 bar, bei LKW 8 -10 bar und mehr. Aufgewendet werden müssen nur die heute üblichen maximalen Vorspannungskräfte wie sie am Ende der Aufstandsfläche auftreten. Der tatsächliche Wert kann im Sinne der Erfindung etwas höher liegen, mit Überschuss arbeiten, um kleine Verluste beim Aufsetzen zu kompensieren und dann trotzdem insgesamt das Maximum zu erreichen.
Beim Aktionsband geht es im Sinne der Erfindung darum, im relativ geschützten Fel- geninnenraum, in dem ja auch der Bremssattel fest fixiert ist, der das gesamte Bremsmoment aufnimmt, ein weiteres festes Teil vorzusehen. Es soll die individuellen Kräfte für die zweidimensionale Vorspannung der auflaufenden Elemente jeweils in positiver und negativer Richtung aufbringen und gleichzeitig für die Kurven, damit die Seitenkräfte, die wie Bremskräfte wirken, entgegen der Fliehkraft (Zentrifugalkraft) negativ vorgespannt werden, bei Rechts- oder Linkskurve jeweils entgegengesetzt.
Dazu dient das sogenannte Aktionsband (bei der beispielhaften mechanischen Vorrichtung). Es läuft synchron mit der Felge über zwei Wenderollen mit und besitzt trichterförmige Öffnungen (siehe Fig. 8). Diese trichterförmigen Öffnungen erfassen die Enden der sogenannten Felgenrechenstiele. Im Sinne der Erfindung werden diese Kräfte nicht abrupt, sondern über einen längeren Weg (etwa von wenigen Zentimetern bis zu einem Viertel bis halben Kreisbogen langsam aufgebaut. Um diesen Vorgang zu verdeutlichen ist in Fig. 9 dieser Prozess in einer waagerechten Darstellung aufgezeigt. Das Aktionsband läuft über zwei gleich große oder unterschiedliche Rollen, die gegenüber dem rollenden Rad/Felge fest stehen. Eine oder beide sind angetrieben. Das Aktionsband befindet sich mit der linken größeren Rolle im Bereich der Auflaufzone der Elemente (Anfang der Aufstandsfläche/Latsches). Es berührt hier fast den Felgenin- nenbereich, während das Aktionsband rechts mit der kleineren Rolle knapp über den Felgenstielen sich befindet, sodass alle Felgenstiele in die vorgesehenen Trichterösen frei einlaufen können. Während das Aktionsband und die sich fast berührende Felgeninnenseite synchron mit der Radgeschwindigkeit parallel laufen, ist eine kleine Winkelverschiebung zur Regelung in + - Richtung zur synchronen Nulllinie vorgesehen und zwar von Null bis zum max. Wert der Vorspannungen, die wie schon erwähnt, etwas über dem benötigten Wert liegen können, um Verluste beim Aufsetzen (Aufsetzungsschlupf) zu kompensieren. Das Ganze wird von der bereits beschriebenen Elektronik in inniger Verarbeitung der Fahrzeug-Parameter gesteuert. Diese Trichterösen könnten bei ausschließlich linearer Steuerung und Verbesserung der Haftung (bei Antrieb, Bremsung) auch aus Trichterschlitzen bestehen. Bei Trichterösen besitzt das Aktionsband auch eine kleine Veränderungsmöglichkeit in der Querrichtung, also in + - Richtung der Rollenachsen, quer zur Fahrtrichtung. Beide Steuerungen sind unabhängig voneinander und können entsprechend auch genutzt werden, das heißt bei einer starken Kurvenfahrt kann eine Bremsung oder Beschleunigung erfolgen. Allerdings ist dann auch beides dem berühmten Reibungskreis unterworfen, allerdings im Sinne der Erfindung dann mit dem Idealwert von 100% und das ist dann der doppelte Wert.
Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass durch eine optimierte Steuerung dieser Wert übertroffen werden kann in der Querrichtung. Er ist auch gezielt zu erwarten, wenn die Felgenhörner nicht nur die beschriebene Notlaufausprägung bekommen, sondern im Sinne der Erkenntnisse über virtuelle Felgenverbreiterung, wie sie in der Patentschrift DE 40 03 017 A1 , 1990 bei der Verbesserung des CTS Rades von Continental durch den Erfinder versuchsweise erfolgreich praktiziert wurden, eingesetzt werden, was bei der Konzeption der Radreifeneinheit kein Problem ist. Bei der Gestaltung der Notlauffelgenhörner sind diese zur weiteren Verbesserung der Seitenführung in die neue Kontur mit einzubeziehen.
Vorstehend war bereits kurz erläutert worden, dass die erforderlichen Steuerungen beispielsweise sowohl mechanisch als auch elektrisch oder elektronisch realisiert werden können. Darüber hinaus war auch an pneumatische, hydraulische oder magnetische Realisierungen der Steuerungskomponenten gedacht worden.
Insbesondere im Hinblick auf elektrische oder elektronische Steuerungen können wahlweise und in Abhängigkeit von den jeweiligen Anwendungsanforderungen unterschiedliche Konzepte zur Anwendung kommen. Beispielsweise ist es hierbei möglich, eine Realisierung in Form einer konventionellen Steuerung vorzunehmen, bei der keine unmittelbare Erfassung von Ist-Werten erfolgt. Darüber hinaus ist aber ebenfalls daran gedacht, eine Positionierung der Verstellelemente und oder der Profilelemente im Rahmen eines oder mehrerer Regelkreise vorzunehmen. Es erfolgt hierbei eine Ist- Wert-Erfassung und ein Vergleich mit vorgegebenen Soll-Werten.
Die vorstehend erwähnte Ist-Wert-Erfassung kann entweder unmittelbar über geeignete Sensoren erfolgen, es ist aber ebenfalls daran gedacht, unter Einsatz einer technisch implementierten Regelung bei Verwendung programmierter technische Modelle aus einem jeweiligen Fahrverhalten auf die konkret realisierten Positionierungen zurückzuschließen und diese Informationen im Rahmen von Regelkreisen auszuwerten. Die Durchführung der Steuerung und/oder der Regelung kann über ein zentrales Konzept über eine zentrale Bordelektronik erfolgen, es ist aber ebenfalls daran gedacht, jedem individuellen Rad eine lokale Steuerung oder Regelung zuzuordnen, gegebenenfalls können derartige örtlich verteilte Lokalelemente zentral koordiniert werden.
Eine weitere Regelungsebene wird vorgesehen, um das Aktionsband veränderten Auflaufzonen in der Aufstandsfläche anzupassen und diesmal primär in linearer Richtung. Man weiß, dass durch veränderte Innendrücke oder Lasten, etwa bei starkem Bremsen auf der Vorderachse, die Aufstandsfläche vergrößert=verlängert wird und damit die wichtige Auflaufzone der Elemente verändert wird. Dem passt sich das Verfahren durch eine Verschiebbarkeit des sogenannten festen Aktionsbandkörpers durch eine leichte Verschiebbarkeit (Winkelveränderung) an. In Fig. 9 wäre das die Waagerechte/Horizontale, die in Fig. 8 sich als Winkelverschiebung darstellt. Die Steuerung kann auf zwei Arten vorgenommen werden. Durch Versuche wird die jeweilige optimale Steuerung ermittelt und im Programm verankert. Durch die vielen möglichen und vorgesehenen Sensoren im neuen Einheitsrad (DebusInnotechRad) könnten sie auch von Fall zu Fall zeitgleich ermittelt werden.
Um die in Fig. 9 dargestellten Funktionsweisen real in Fig. 8 zu verwirklichen, muss das Aktionsband mit hochwirksamen reibungsarmen, zum Beispiel kugelgelagerten Schienen geführt werden, um bei diesen hohen Geschwindigkeiten entsprechend hohe Kräfte vibrationsfrei und weitgehend geräuscharm zu gewährleisten und um auch zeitgleich in Millisekunden angepasst zu werden. Bei zu großer Geräuschentwicklung voraussichtlich im Hochfrequenzbereich sind bei Premiumfahrzeugen auch AntiNoise- Methoden anzuwenden.
Die unmittelbare Steuerung durch die Fahrzeugdaten wurde schon erwähnt. Umgekehrt ist das Verfahren zur Verbesserung der Haftung und der Performance selbst der beste Indikator und Sensor für die Optimierung aller internen Fahrzeug-Stabilitätssysteme-Bremsassistenten und Sicherheitssysteme. Durch die ständige Regelung des Ist- mit dem Sollzustand beziehen diese Systeme erstmals die Werte direkt aus der Aufstandsfläche und erhöhen damit die Sicherheit generell weit über die Haftungsverbesserung hinaus und erzeugen einen enormen Sicherheit-Zuwachs.
Das Verfahren sieht als Höhepunkt der Erfindung mit Punkt 4 die Geräuschminimie- rung durch geeignete Maßnahmen vor. Im vorhergehenden wurde das Aktionsband zur Erzeugung der Vorspannung beschrieben, welches nach dem Aufsetzen der Elemente und der Übertragung der Kräfte auf die Straße blitzartig die Kraftwirkung durch das Abheben der Trichterösen an der Rolle über der Auflaufzone beendet Fig. 10. Dadurch geht die Schubvorspannung auf die Straße über. Die Spannungen der ein- zelnen Elemente bleiben dann bis zum Abheben des Laufstreifens nach der Aufstandsfläche, am Ende der Berührungsfläche weitgehend erhalten, je nach Untergrund. Können aber bei Löchern im Kontaktbereich natürlich auch vorher auf null zurückschnellen. Weswegen, wie heute auch, schlechte Untergründe das Optimum reduzieren.
Ein fast gleiches Aktionsband wie das beschriebene wird nun nur mit kürzeren Abmessungen auf der linken Seite der Abhebeseite eingesetzt und fängt ebenfalls mittels Trichterösen die Felgenstiele ein, um sie nun aber nur in ihrer jeweiligen Spannungsposition zu halten und nur für die Millisekunden des Abhebens, um sie dann ebenso blitzartig wieder freizugeben. Es wird so der Rückschnellprozess mit einem teilweise noch unter Last befindlichen Reibeffekt vermieden Fig. 11. Dieser spezielle Vermeidungsvorgang hat sowohl auf den Abrieb als auch die Geräuschminimierung einen positiven Einfluss, der außerdem das Gesamtverfahren optimiert. Das umgekehrt wirkende Aktionsband kann in zwei Arten eingesetzt werden: orts-und zeitversetztes Blockieren und plötzliches Entspannen, oder Blockieren und langsames Entspannen. Es muss erwähnt werden, dass die Verschiebung zur Anpassung an geänderte Auf- stands-flächen, besonders Längenanpassungen, entgegengesetzt zum Aktionsband erfolgen muss. Die beiden Aktionsbänder entfernen oder nähern sich im Gleichklang mit der Länge der Aufstandsfläche.
Damit ist die beispielhafte mechanische Vorrichtung umfassend beschrieben, deren Wirkungsebene für die Vorspannungskrafterzeugung (Aktionsband) im Innenraum der Felge, z. B. im flachen sogenannten früheren„Tiefbett" liegt, der Zone III im Sinne der Erfindung, und Zone II Innenseite des Laufstreifens im Innenbereich des Gürtels=Luft- druckbereich, die Zone I der eigentliche Laufstreifen mit seiner Kontaktfläche zur Straße bis zum Gürtel.
Im Sinne des weiteren Verfahrens werden die Wirkungsebenen Zone l+ Zone II bevorzugt, wobei der relativ steife Gürtel als Widerlager der Reaktions-Kräfte für beide Zonen dient. Im Sinne des Verfahrens wird angestrebt, die Wirkungsebene möglichst nah an den Bereich der tatsächlichen Einwirkung zu bringen, den Laufstreifen und die einzelnen Elemente der Reibkraftübertragung, in die Zone I. Auch können die Vorspann-Rechen dazu beitragen, dass die Schubvorspannung auch innerhalb der Höhe der Elemente/Profile möglichst weit nach außen zur Kontaktfläche hin erfolgt. Der Verlust beim Aufsetzen wird wie beschrieben geringer.
Es wurden bereits weitere Varianten des Verfahrens erwähnt, wie die hydraulischen, auch mit hochgespanntem flüssigen Gas, welches beim Druckabfall sich in Gas verwandelt und als Gas entweichen kann, wie elektrische, welche Materialien eventuell aus der Biomechanik verwenden, die unter Stromzufuhr ihr Volumen vergrößern oder verkleinern oder elektromagnetische oder hochgespannte explosive Gase, die elektrisch gezündet werden vor dem Aufsetzen, um sofort nach der Explosion, dem Aufsetzen zu kollabieren (ähnlich dem Airbag, ferner die Verwendung von Ferroiten, Nanostrukturen unter Einfluss von elektrischen Feldern und andere).
Ideal ist es, wenn die notwendige Vorspannung am Fuße des jeweiligen Stollenelementes erfolgt. Daher gibt es gemäß diesem Patent/Verfahren mehrere weitere Möglichkeiten. Sieht man rechts und links neben der Mitte des Elementes kleine Röhren im Gummi vor, so können diese durch Hydraulik im Hochdruckbereich oder Hochdruckluft aufgebläht werden in der Zone II und I, um sie beim Auflaufen sofort auf null zu entlasten Fig. 4 . Es wird ferner ein spezielles Gas vorgeschlagen, welches unter hohem Druck bei den üblichen Temperaturen flüssig ist, als solches eingepresst wird, im Augenblick der Entspannung sich in Millisekunden in Gas verwandelt und entweicht. Im Sinne des Verfahrens ist auch im Fuße der Elemente ein Material einzusetzen, welches unter Stromschlägen/Stromzuführung augenblicklich sein Volumen vergrößert oder verkleinert. Beides bewirkt, wenn einseitig wie oben beschrieben eingesetzt, eine Vor- oder Rückspannung des einzelnen Elementes. Ein ähnlicher Effekt ist auch bei einem elektromagnetischen Material möglich. Oder in die kleinen Röhren werden explosive Gase eingeleitet, die gezündet werden. Es kann nützlich sein, mit LKW-Rädern zu beginnen, weil die max. Geschwindigkeiten bei 80-100 km/h liegen und sie größere Stollen aufweisen und eventuell die Anhebung der Haftung zur Langlauferhöhung ausreicht, um eine Vervielfachung der Lebensdauer zu erreichen. Bremsung und Seitenführung bleiben auf dem bisherigen Niveau.
Beim Aktionsband versteht es sich, dass Maßnahmen vorgesehen werden, um eine zu starke Verschmutzung durch Umweltbelastungen wie Wasser, Sand, Matsch, Schnee und Schneematsch sowie Eis zu verhindern. Dies kann durch elastische oder feste Elemente geschehen, gegebenenfalls mit rotierenden Dichtungen. Da diese Maßnahmen sich immer an der Innenseite des Fahrzeuges befinden, können sie ohne Rücksicht auf ästhetische Gesichtspunkte optimiert werden.
Das Endziel der Erfindung wird am besten erreicht durch verbesserte Rad-Reifen-Einheiten. Erst bei solchen kann nun die Fahrzeuglebensdauer-Iange-Nutzung gewährleistet werden, die entscheidende aktive Schubvorspannung, positiv für Antrieb, negativ fürs Bremsen und seitlich für die Kurvenfahrt rational und ökonomisch zu erreichen, sodass eine Verdoppelung der Gesamthaftung und Performance erreicht wird mit dem Endziel einer Halbierung der Systemkosten.
Das im Sinne des Verfahrens angehobene Niveau und der dazu notwendige Rad-Reifen oder besser die neue fest verbundene Radreifeneinheit als Reifen-Rad (DIR) verlangt daher eine in mehreren Stufen zu schildernde Verbesserung gegenüber allem bisherigen und bereits bekannten Rad-Reifen-Einheiten bzw. Reifenrädern.
Als Ausgangspunkt kann das in der Fachwelt und Fachzeitschriften publizierte EURAD dienen: Wegfall von Reifenwülsten und Felgenhörnern, Wegfall des Reserverades, dafür Notlaufzonen, Lebensdauer des Rad-Reifens auf die Lebensdauer des Fahrzeuges bezogen. Während dieser Zeit sind mehrere einfache Renaturierungen vorgesehen, z. B. traditionelle Runderneuerung, Runderneuerung des Rades mit vorgefertigten Laufstreifen, Injektionmoulding der Räder, einmal der jeweils eigenen Räder oder aber durch billige RU-Ersatzräder im Austausch, Überstreifen eines vorgefertigten Laufstreifens mit anschließender Heizung, Einsatz eines 3D-Druckverfahrens am Reifen. Einsatz am Fahrzeug noch wie bisher auf jeder beliebigen Radposition, Befestigung wie bisher mit 4-5 Schrauben.
In der nächsten Stufe werden alle Räder positionsoptimiert entwickelt und sind an diese Funktion und Position gebunden: VR+VL und HR+HL. Durch intensive Entwicklung der positionsgebundenen Räder wird die Performance insgesamt angehoben und die Intervalle, die zur Re-Naturierung der Abnutzungsfläche notwendig sind, werden wesentlich verlängert (Vereinfachung der Logistik). Die 4-5-Punktfixierung entfällt zugunsten einer Mitten-Zentrierung und Fixierung. Anhebung des Fertigungsprozesses von 1 /Zehntel zu 1/hundertstel-bis 1 /Tausendstel. Verfeinerung der Re-Naturierungs- Verfahren in kleine kompakte Automateneinheiten, 3-4 Grundverfahren siehe oben, mit Endziel am Fahrzeug selbst.
Ferner wird die Notlaufausbildung nur noch mit den Felgen-Hörnern gestaltet, damit Freiraum im Fuß der Felge entsteht. Ferner erhält das Rad die notwendigen billigen Sensoren wie Temperaturindikatoren, Luftdruckanzeigen, Indikatoren, die Überbeanspruchungen in der Karkasse anzeigen, außerdem hochmolekulares Gas wie etwa SF6 (Schwefel-Hexafluorid), um Diffusion und damit Druckverlust zu minimieren. Außerdem wird bei der Verklebung (Vulkanisation) der Seitenwände mit der Felge (Felgenhorn) eine Sicherheitskontur mit einem Sperrring vorgesehen, Fig.2.
Die Rad-Reifen-Einheit zu einem Radreifen ist aus mehreren Gründen notwendig. Einmal um eine Vereinfachung, Erleichterung, Stabilitätserhöhung und SicherheitsVer- besserung und vor allem einen Qualitätssprung zu erreichen. Es erfolgt eine Produkt- Genauigkeitserhöhung von der bisher 1/10tel Orientierung zur 1/100 bis 1/1000 Marke und Produktionsweise einschließlich der RKS- und SKS-Werte für die dynamische Auswuchtung. Beim neuen VorschlagA/erfahren sind alle Notlaufmaßnahmen seitlich der von dem Gürtel projizierten Fläche auf die Felge anzubringen, um die Mitte freizuhalten für die konstruktiven Maßnahmen zur Beeinflussung der auflaufenden Stollen/Profilelemente, siehe Fig. 3.
Diese entsprechende Fläche der Felge kann allerdings variieren, wenn die Maßnahmen zur Beeinflussung der Außenstollen von der Mitte ausgehend auch schräg möglich werden, sodass die Notlaufmaßnahmen dann weiter nach innen zur Mitte reichen können. Der Gestaltungsspielraum wird auch dann größer, wenn statt der beispielhaften MECHANISCHEN, eine Lösung mittels Hydraulik oder Pressluft oder eine elektromagnetische, siehe oben, gewählt wird, Fig. 4.
Vorschläge für Radreifeneinheiten, auch mit Notlaufflächen, gibt es viele, auch vom Erfinder aus den 80er Jahren (siehe Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft 1988 oder eine Porsche-Entwicklung EURAD März 1988 für den Golf wie auch in Veröffentlichungen des Autors zu finden sind, 7/1994 Gummibereifung: Neue Reifenwelt u. FAZ 22. Nov.1994 Weg mit dem 5. Rad im Wagen). Ein hochwertiges integriertes Radreifen- Element zu schaffen ist für Reifenbauer ein handwerkliches Gestaltungs-und Produktionsproblem, kein Grundsätzliches und keine Hürde.
Für den Autobauer ergibt sich ein neues IT-gesteuertes Aggregat aus Radreifen mit Aufhängung positionsgebunden an die vier Rad Positionen VL; VR; HL; HR;, welches wegen seiner großen Vorteile gegenüber bisherigen Entwicklungen eine alleinige Ausrüstung per Plattform ermöglicht, sodass größere Automobilfirmen mit den Entwicklungen für ihre Plattformen auskommen, anstelle ihrer vielen Typen.
Ein derartiges IT-gesteuertes Aggregat kann als vormontierte und autarke Einheit insbesondere von Zulieferern dem finalen Autobauer zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch ergibt sich für den Autobauer, die elektronische Kompetenz geeigneter Zulieferer zu nutzen und für unterschiedliche Anforderungen unterschiedliche Zulieferer heranzuziehen. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, für Aggregate, die beispielsweise für Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen vorgesehen sind, unterschiedliche kompetente Zulieferer zu berücksichtigen. Gleichfalls können für spezielle Kettenantriebe wiederum andere Zulieferer in das Fertigungskonzept einbezogen werden.
Die Höhe der Erfindung ergibt sich aus den erstmaligen Möglichkeiten, nicht nur die Haftungsebene zu verdoppeln, sondern wichtige weitere Vorteile wie Langlebigkeit, Einheitsaggregat, Geräuschminimierung und äußerst geringen Rollwiderstand grundlegend gegenüber heutigen Reifen zu verbessern, was den wirtschaftlichen Nutzen auch jeweils einzelner Verfahrensschritte verspricht, wie an Beispielen: Ackerschlepper oder LKW oder Lauf ketten laufwerken gezeigt. Ferner die Vereinfachung auf nur vier neue Aggregate pro Plattform. Ferner die gewaltige Ressourcen- Schonung und Energiereduzierung. Dadurch wird insgesamt alles Bisherige weit überboten.
Die wirtschaftlichen Vorteile sind so gewaltig, dass am Beispiel„Stahlgürtelreifen" von Michelin, der eine Verdoppelung der Lebensdauer und eine prozentuale Erhöhung der Haftung brachte, dieser mit 15 Jahren sich weltweit durchsetzte, der hier vorgestellte Debus-Innotechreifen„DIR" mit einer voraussichtlichen Lebensdauerverlängerung um ein Vielfaches und einer Anhebung der Haftung um das Doppelte, sich (nach der ersten Beweisführung, siehe oben) innerhalb von 10 Jahren weltweit durchsetzen dürfte.
Das Verfahren sieht als weitere Lösung auch die mechanische Ausnutzung der Reifenverformung beim Durchlauf durch die Aufstandsfläche vor: Die Höhe H im Innern des Reifens von der Felge zur Innenseite des Laufstreifens wird in der Aufstandsfläche zunächst kleiner bis h < H, um dann wieder auf H zurückzukehren. Figur 17 zeigt eine mögliche mechanische Lösung. Der äußere Umfang 75 verändert sich durch die An- pressung in die Kontur 76. Ein um den Punkt 69 schwenkbarer Hebel 68 hat sich bei Erreichen der Position Ao um einen bestimmten Winkel gedreht. Er hat mit der Kappe 70 den symbolischen Vorspannrechen 64 durch die Drehung in die Position A1 erreicht und in Richtung einer positiven = Antriebsschubvorspannung verändert.
Die Kappe ist so konstruiert, dass in dieser Position der Vorspannrechen herausspringt und frei wird und nun durch den Innendruck mit dieser Vorspannung auf die Straße gepresst wird. Ein Rückstellmoment in Drehpunkt 69 sorgt beispielsweise wieder für die Ausgangslage. Im Sinne der Erfindung kann die gesamte Aufhängung 82 und 77 auf der Felge 81 so verschoben werden, dass die Gegenseite der Kappe 70 zum Einsatz kommt und auch eine negative Schubvorspannung = Bremsung erfolgen kann. Es versteht sich, dass die Hebel geringe Rutsch/Gleitbewegungen auf der inneren Gummischicht des Reifens haben. Hier kann ein Gleitmittel zum Einsatz kommen, wie es beim CTS-System von Continental für den Notlauf entwickelt wurde.
Das Verfahren ist auch anwendbar auf Räder und Rollen mit verlängerter Aufstandsfläche, bei dem spezielle Vorspannrechen zum Einsatz kommen, die radial ausgerichtet sind und in einem elastischen Körper, den Gummipuffern/Gummikissen/Gummikörpern von Kettengliedern Teile verbiegen und so die Kontaktfläche gegenüber der Befestigungsebene vorspannen und zwar nur positiv für den Vortrieb. Fig. 15 zeigt Gliederkettenlaufwerk mit Anpressrolle und hydraulischer Steuerung für die verlängerte Aufstandsfläche.
Die Anpresswalze mit Zahnkranz zum Eingriff in die einzelnen Kettenglieder sorgt für die Schub-Vorspannung der einzelnen aufsetzenden Glieder, die dank der konstanten Flächenpressung und der Zugspannung der Kette auf dem ganzen Weg der verlängerten Aufstandsfläche auf den Untergrund übertragen wird und erhalten bleibt, sodass die Kette mit einem sehr viel geringeren Schlupf arbeitet und bei Erreichung des 00% prozentigen Wirkungsgrades die doppelte Zugkraft des Laufwerkes entwickelt. Die Anpresswalze ist nur aus Demo-Gründen sehr groß gezeichnet, könnte real die Größe der übrigen Umlenk-Rollen/Walzen haben.
Fig.1 zeigt mit den Skizzen A, B und C den physikalischen Grundgedanken, der im Wesentlichen auf der Dissertation Gerresheim München 1955 beruht. A : Eine Felge 1 , montiert mit einem Reifen besitzt den Laufstreifen 2, der mittels der Last/Kraft P auf der Straße eine Aufstandsfläche bildet. Durch den Innendruck entsteht darüber ein Druckgebirge 3 (gestrichelt), welches vereinfacht als Rechteck 4 dargestellt wird. Der ohne Antriebskräfte nach rechts rollende Reifen zeigt spannungslos auflaufende senkrechte Profile über die gesamte Aufstandsfläche.
B: Der gleiche Reifen fährt mit dem Antriebsmoment M. Die Antriebskräfte werden über das Profil auf die Straße übertragen. Die Profile laufen mit dem Winkel x=0 und der horizontalen Schubspannung Null auf und werden über die Länge der Aufstandfsläche über X/2 bis zum Maximalwert X als Winkel der Verspannung aufgebaut. Die Summe dieser einzelnen Schubspannungen wird in der Fläche F1 mit S wie Schubspannung dargestellt und stellt die Gesamtantriebskraft dar mit der sich der Reifen über seinen Haftreibungswert auf der Straße abstützt. Die Fläche F2 stellt den theoretischen bisher nicht nutzbaren Teil der Übertragung dar, was einen Theoretischen Wirkungsgrad der Reibkraftübertragung von 50 % ergibt. In der Praxis variiert dieser geringfügig in Abhängigkeit von Antrieb und Bremsung und Konstuktionsparametern, aber weniger vom Haftreibungsbeiwert.
C: Hier laufen die Profile mit der maximalen Schubvorspannung x auf und bleiben so bis zum Abheben, die Summe der Schubspannungskräfte F1+F2 ergibt den theoretischen Wirkungsgrad von 100%.
Fig. 2 zeigt die Verbindungsstelle einer Radreifen-Einheit am Felgenhorn, das mit einer Notlaufausbildung versehen ist. 5 zeigt die Klebezone auf einer optimalen Seilkurvenkontur, die bis 8 reicht. 6 den Hauptbereich der Klebezone und 7 den Sicherheitsring, der aus Metall bestehen kann, aber vorzugsweise aus Hartgummi besteht, oder bei- dem . Fig. 3 zeigt eine Radreifeneinheit mit dem Platz für die Mechanik. 9 + 10 das Felgenhorn mit der Karkassverbindung, 11 die Mechanik zur Schubvorspannung, wie sie in Fig. 5 verdeutlicht ist, 12 den Gürtel und 13 ein Profil.
Fig. 4 Vorspannrechen als Platte und als radialer Rechen sowie alternative Hydrauliknutzung. 14 ist der Laufstreifen und 12 der Gürtel. 17 zeigt den Stiel des Rechens mit radialer Platte 8 oder waagerechter Platte auf der das Profil sitzt. 13 einen kleinen und einen großen Röhren-förmigen elastischen Teil, der als Alternative zur beschriebenen Mechanik durch einseitige Drücke ein Biegemoment auf den Stil 17 ausüben könnte, einmal in positiver und umgekehrt in negativer Vorspannungsrichtung. Im Schnitt B-B ist die Platte 19, die radiale Platte 18 in Schnitt A-A, die auch als Netzartiges Gebilde ausgebildet sein kann. Die Kräfte können zur Verdrehung der Rechen- stiehle 17 beispielsweise auch hydraulisch rechts oder links durch einseitige Füllung mit Hydraulikflüssigkeit oder Gase etc.16 erzeugt werden, die bei 20 vollgefüllt sind. Es versteht sich, dass die Stiele angepasst werden.
Fig. 5 zeigt die Wirkungsweise der Mechanik von Felge 21 bis über Gürtel 12 und Laufstreifen 14 bis zum Profil 13. Eine Kraft, die am oberen Teil des Felgenstieles 22 angreift wirkt über die Felgenöse 23 und Mittenöse 24 auf den Felgenstil 17 und über die Gürtelöse 25 auf die radiale Platte des Vorspannrechens auf das Profil 13 und zwar in der gleichen Richtung.
Fig. 5b zeigt eine weitere Variante des Vorspannrechens. Schnitt A-A zeigt am Stiel 17 eine ausgeprägte Rechenform, sodass die Vorspannwirkung fast die Kontaktzone, die Außenhaut erreicht. Fig. 6 zeigt das Modell eines von Hand bedienbaren Vorspannrechens, der über die ganze Breite eines normalen Reifens mit angedeutetem Gürtel reicht, nach innen aus dem Reifen tritt und nach oben führt. Hier kann er mittels Öse an den Ausleger eines Stellmotors gekoppelt werden, der kleine +/- Bewegungen erlaubt, die den Vorspannrechen in positiver oder negativer Richtung vorspannt und damit die einzelnen Profile.
Fig. 6a zeigt den Vorspannrechen von Fig. 6 in einer angedeuteten 3D-Simulation.
Fig. 6b zeigt die einfachste Ausbildung eines Aktionselementes in Form einer Rolle 2 7, welche nur in einer Richtung, der positiven vorspannen kann, dem Vortrieb, Vektor Null. Der Arm 28 ist radial beweglich, er sitzt an einer drehbaren Mittenbefestigung 29 im Innenraum 30 des Rades. Im druckgefüllten Innenraum des Reifens 31 werden mehrere Mittenösen 24 symbolisch gezeigt, die alle nur das Ziel haben, die Kräfte verlustfrei zu übertragen und dabei
Fig. 6c zeigt anstelle der Rolle ein Flügelrad 32, welches in negativer Richtung vorspannen kann, das heißt für Bremsung. Es dreht in Drehrichtung 33 und überträgt über die Mittenösen 24 und die Gürtelösen 25 die Vorspannung auf die einzelnen Profile oder Stollen.
Fig. 6d zeigt eine weitere Skizze zur Veranschaulichung einer Verwendung eines Vorspannrechens mit kurzen Stielen, die in Aktivatoren eingreifen
Fig. 7 zeigt einen hochstolligen Reifen, etwa einen Ackerschlepperreifen auf normaler Felge, der durch einen Sonder-Rechen 34 von außen die Vorspannung in der Auflaufzone 35 bewirkt. Er ist dreidimensional steuerbar und wird mit hoher Pressung gegen den auflaufenden Reifen gedrückt, sodass die Reibung auf dem Sonder-Rechen die einzelnen Profile vorspannt bis sie durch den Anpressdruck des Reifens in der Aufstandsfläche selbst so vorgespannt am Boden fixiert sind und diese positive Vorspannung (Antrieb) über die ganze Fläche bis zum Abheben erhalten bleibt. Fig. 8 zeigt das Aktionsband 36, welches im Sinne der Erfindung drei Vorspannungen zu erzeugen kann für Antrieb, Bremsung und Seitenführung, Vektor 0-360 Grad. Es sitzt in einer Radreifen-Einheit, die gekennzeichnet ist durch die Felge 21 und den Laufstreifen 14. Um dies zu gewährleisten muss es in allen Ebenen, auch der Senkrechten, also dreidimensional steuerbar sein. Die Radreifen-Einheit läuft nach rechts in Richtung v, was die Umfangsgeschwindigkeit v2 und die innere Felgengeschwindigkeit vi erzeugt, welches auch die Synchrongeschwindigkeit des Aktionsbandes ist. Das Aktionsband sitzt immer im auflaufenden Teil, rechts im Bild.
Fig. 9 zeigt das Aktionsband 36 schematisch in die Ebene/Gerade projiziert, um die Funktion besser zu verdeutlichen. Der Laufstreifen 14 mit den Profilen 13 umschließt mit der Felge 21 den Druck-gefüllten Innenraum Reifen mit Mittelösen 24. Das Band 37 läuft über zwei Endrollen synchron mit der Geschwindigkeit vi der Felgeninnenseite und besitzt zum Einwirken auf die Felgenstiele Trichter 38. Zwischen beiden Endrollen wird der Kontakt mit den Felgenstielen immer fester. Eine Lageveränderung und damit eine Krafteinwirkung wird durch die Verdreh-Einheit 39 bewirkt, um damit die Vorspannung der Profile 13 mit dem Winkel α zu bekommen.
Fig. 10 zeigt den Vorgang eines abhebenden Profils 41 ohne die auftretenden Schwingungen zu zeigen. In der Aufstandsfläche von A-B befinden sich vorgespannte Profile wie 40 mit dem Winkel a. Profil 41 ist im Moment des Abhebens. Es hat noch den Winkel α und besitzt noch die volle Rückstellkraft R, mit der das Profil in die Normale zurückschnellt. Da das Profil elastisch ist entsteht ein zusätzlicher Reibeffekt, während die Schwingungen des plötzlichen starken Zurückschnellens einen Teil des Abrollgeräusches ausmachen. Fig. 11 zeigt schematisch die Funktion eines umgekehrt wirkenden Aktionsbandes 42. In Punkt B kurz vor dem Abheben werden die Felgenstiele in ihrer räumlichen Lage mit ihrer Vorspannung fixiert und die Entspannung auf den Punkt C verschoben. Oder aber: in Punkt B kurz vor dem Abheben werden die Felgenstiele in ihrer räumlichen Lage mit ihrer Vorspannung fixiert und die Entspannung auf alfa Null über den Sektor bzw. die Strecke B-C allmählich vollzogen. Die zugrundeliegende Radreifen-Einheit wird durch die Hinweise auf die Zonen I Laufstreifen, II druckgefüllter Innenraum und III Felgen Innenseite angezeigt.
Fig. 12 zeigt das Prinzip eines Rades A mit verlängerter Aufstandsfläche von A-B. Über das Anpressrad 43 und das Abheberad 44 läuft die Gliederkette 45 mit ihren Scharnieren 46 und den Gummipolstern 47. Die gefederten Anpressrollen 48 sorgen durch ihre Anzahl und Aufteilung dafür, dass der Druck auf die einzelnen Kettenglieder immer über die gesamte Aufstandslänge gleich ist 49. Die Gesamtlast P entspricht der Summe aller Teillasten von o (Null) bis Xn in der Diagramm ähnlichen Darstellung 50 mit Kraft P in der Y-Achse.
Fig. 13 zeigt die Vorspannung eines Gummipolsters auf einem Kettenglied 51 mit drei Reihen von Vorspannrechen, die sich in den Halterungen 52 drehen können. Durch den Hydraulikzugang 53 wird eine kleine Drehbewegung eingeleitet, welche das Gummipolster in Fahrtrichtung vorspannt.
Fig. 14 zeigt drei Rechen 26, die winkelstabil 54 auf der Platte 55 montiert sind durch den Hydraulik-Zugang 53, eine leichte Drehbewegung α einleiten, sodass auch die Rechen einen Winkel α zur Vorspannung des Gummipolsters erhalten. Fig. 15 zeigt die Anpresswalze 43 wie sie in einem normalen Gliederketten-Laufwerk für die Schubvorspannung sorgt, das die Bedingung der verlängerten Lauffläche mit der Formel L/F= konstant einhält. Die Gliederkette läuft über das Abheberad 44 über die Umlenkrollen 56, von der eine angetrieben wird.
Fig. 16 zeigt die beispielhafte Schubvorspannung von Gummipolstern eines Laufkettentriebwerkes durch das Anpressrad mittels sanfter Übertragung durch elastische Membranen 58, die hydraulisch gesteuert sind 59 und den Winkel α erzeugen 57. Das Kettenglied 51 zeigt bei 47 das noch nicht vorgespannte Gummmipolster 47. Im Bereich III beginnt die Annäherung der beiden Membranen, im Bereich II bewirkt der höhere Druck im Anpressrad die Verformung im Gummipolster des Kettengliedes 51. Der Schnitt in Bereich I zeigt in 57 die Wirkung im Sinne der Vorspannung mit dem Winkel a. Die Bereiche -II und -III zeigen die Entspannung, bei den Membranen 58 ist wieder die alte Kontur erreicht. Die Vorspannung auf dem Untergrund bleibt erhalten.
Fig. 17 zeigt die beispielhafte Möglichkeit der Erzeugung von Schubvorspannung durch die Veränderung in der Aufstandsfläche selbst. Der Reifen läuft nach links in Richtung v. Es wird hierdurch eine positive Schubvorspannung erzeugt. Die ursprüngliche Kontur des Reifens 60 wird durch die Verformung in 61 verwandelt. Die theoretische Aufstandsfläche Zone III wird dadurch durch die Zone II mit der Länge A1-A2 vergrößert und spiegelbildlich durch Zone IV, während die Zonen I und V außerhalb liegen. Ein Hebel 66 mit verlängerter Schleifkontur dreht über den Punkt 65 einen vorderen Teil mit einer Ratsche 64. In dem Laufstreifen 62 sitzt ein kleiner Vorspannrechen 63.
Der Hebel erzeugt durch seinen Kreisbogen (gestrichelt) eine Verdrehung des Vorspannrechens in der Zone II was einem Winkel y entspricht. Hinzu addiert sich ein Phänomen jedes Reifens die Momenten-verdrehung der Felge im Reifen, dargestellt durch den Antriebswinkel a0 und die Länge Ao-Aa. In Zone II hat der Hebel seine höchste Verdrehung des Vorspannrechens erreicht und bewegt sich wieder zurück. Hier muss die Ratsche den Vorspannrechen freigeben. Der Bremsbereich mit ß und Ao-Ab bleibt unberücksichtigt, könnte es aber mit einer im Sinne der Erfindung viel komplizierteren Ausführung werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur rollenden Bewegung, die in einem Ablaufbereich eine Mehrzahl von Profilelementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Profilelemente durch mindestens ein Verstellelement in Abhängigkeit von einer Abrollbewegung des Ablaufbereiches in ihrer räumlichen Orientierung veränderbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausbildung der Vorrichtung als Rad vorliegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausbildung der Vorrichtung als Kettenantrieb vorliegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsveränderung zur Generierung einer Vorspannung durchgeführt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement mechanisch ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement hydraulisch ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass rollende Antriebselemente, die auf der Straße und anderen Untergründen durch Berührung eines Teils ihrer Oberfläche mittels Reibkraft auf Aufstandsflächen wie Straßen und anderen Untergründen sich fortbewegen wie alle Arten von Reifen, Radreifen, Radreifen-Einheiten sowie solche mit längeren Aufstandsflächen wie Kettenlaufwerke, Panzerketten, Gummiraupen etc. mit Methoden zur Verbesserung des Kontaktes mit dem Untergrund wie Profilen, Gummiklötzen, Platten etc., dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elemente, die in Kontakt mit der Aufstandsfläche kommen sollen, vorher mit einer von innen oder außen einwirkenden Kraft zur Normalen dieser Elemente vorgespannt werden mit einem Vektor von Null bis 360 Grad, Null Grad in Fahrtrichtung zum Vortrieb, 180 Grad zum Bremsen und die übrigen Skalen für die teilweise oder volle Seitenführung entsprechend dem Reibungskreis, vorzugsweise in verbesserten Radreifeneinheiten mittels eingebauter Vorspannrechen in den Profilen/Elementen, die über zwei Lager, im Gürtel und der Felge, mechanisch verbunden sind, um dort mittels eines mitlaufenden Aktionsbandes an der Felgeninnenseite in den gewünschten Vorspannvektor versetzt zu werden bevor das Element die Aufstandsfläche erreicht hat, um sofort die Kraft zu unterbrechen (auf null zu reduzieren), nachdem es insgesamt aufsetzte und die volle Anpresskraft des dazugehörenden Laufstreifens erzielte, diese an den Untergrund übertrug, um über die ganze Aufstandsfläche/Latsches diese Spannung auf dem Untergrund aufrecht zu erhalten und beim Abheben am Ende der Aufstandsfläche (z. B. in der Rollwulst) durch ein entgegenwirkendes Aktionsband am Zurückschnellen und damit verbundenen schädlichen Rutschen beim beginnenden Abheben gehindert zu werden, sodass die Entspannung zur Normalen orts-und zeitverzögert erfolgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Profilelemente hinsichtlich seiner Neigung bezüglich einer radialen Richtung positionierbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Profilelemente vor einem Auftreffen auf einem Untergrund räumlich positionierbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Profilelemente vorspannbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verstellelement mit einer Steuerung verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verstellelement mit einer Regelung verbunden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die positionierbaren Profilelemente im Bereich eines Rades angeordnet sind, dass aus einem Gestell-artigen Träger und einem Reifen besteht.
14. Vorrichtung in Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Rades mindestens ein mit mindestens einem Profilelement gekoppeltes Verstellelement angeordnet ist.
15. Vorrichtung in Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Rades mindestens eine mit dem Verstellelement gekoppelte Steuerung angeordnet ist.
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