DE10138410B4

DE10138410B4 - Notlaufstützkörper für luftbereiftes Fahrzeugrad

Info

Publication number: DE10138410B4
Application number: DE2001138410
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Scharr
Original assignee: Continental AG
Current assignee: SCHARR, GERHARD, PROF. DR.-ING., 18107 ELMENHORST,
Priority date: 2001-08-04
Filing date: 2001-08-04
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2021-08-05
Also published as: DE10138410A1

Abstract

Fahrzeugrad mit einem an einer Fahrzeugfelge (1) befestigten Luftreifen (3), wobei innerhalb des Torusraums des Luftreifens (3) ein Notlaufstützkörper in Form einer koaxial um die Fahrzeugfelge (1) geschlossenen Schraubenfeder (2) angeordnet ist und diese Schraubenfeder (2) aus einem Faserverbundkunststoff besteht und am Außenumfang und in den Zwischenräumen der Schraubenfeder (2) eine Schalenabdeckung (18) angeordnet ist, die aus Polymerwerkstoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad mit einem auf einer Fahrzeugfelge befestigten Luftreifen, wobei innerhalb des Torusraums des Reifens ein Notlaufstützkörper in Form einer koaxial um die Fahrzeugfelge geschlossenen Schraubenfeder angeordnet ist.
Einer der Hauptnachteile von schlauchlosen Luftreifen ist das mögliche Auftreten einer Undichtigkeit, wodurch der Luftdruck im Reifen abfällt und der Reifen kollabiert. Bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit kann das plötzliche Entweichen der Luft im Reifen darüber hinaus zu gefährlichen Situationen führen, in denen der Fahrer die Kontrolle über sein Fahrzeug verliert. Ferner kann der Reifen bei einem Druckverlust dadurch beschädigt werden, dass die Fahrzeugfelge sich in die Innenseele und darüber liegende Lagen einschneidet.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 1 872 662 U ist ein Notlaufstützkörper in Form eines Schraubenfederringes für Luftreifen bekannt. Der Schraubenfederring wird beim Entweichen der Luft zum Träger der Last. Die Anordnung des Schraubenfederringes im Torusraum des Luftreifens zeichnet sich dadurch aus, dass der Ring direkt an der Innenseite des Reifens anliegt und die Reifendecke unter Spannung hält. Dadurch ergibt sich der Nachteil, dass der Schraubenfederring die Rolleigenschaften auch im funktionstüchtigen Zustand des Luftreifens beeinflusst. Beispielsweise wird dadurch die Federungseigenschaft des Luftreifens beeinträchtigt.

Die BE 496538 A offenbart ebenfalls eine Schraubenfeder, die als Notlaufstützkörper in einem Luftreifen angeordnet ist. Die Schraubenfeder stützt sich auf der Reifeninnenseite an den Reifenwülsten ab und verhindert dadurch ein Abrutschen der Reifenwülste ins Felgentiefbett. Ein wesentlicher Nachteil dieser Schraubenfederanordnung als Notlaufstützkörper besteht darin, dass der Abstand zwischen den einzelnen Schraubenfederwindungen relativ groß ist. Dadurch wird sich die Schraubenfeder im Notlaufzustand durch die auftretende Belastung auseinanderspreizen und deswegen nur einen sehr eingeschränkten Notlauf ermöglichen. Die CH 239309 A offenbart ebenfalls eine Schraubenfeder, die als Notlaufstützkörper in einem Luftreifen angeordnet ist.

Die DE 37 40 503 A1 offenbart einen u-förmigen Notlaufstützkörper, der sich direkt auf der Felge abstützt und dort von den Reifenwülsten eingeklemmt wird. Da der Notlaufstützkörper keine Schraubenfeder-Struktur aufweist, besitzt der Reifen im Notlaufzustand nur unzureichende Federungseigenschaften.

Die DE 39 31 219 C1 zeigt einen ringförmigen Federkörper aus Faserverbundkunststoff. Aus dieser Entgegenhaltung geht jedoch kein Hinweis hervor, einen solchen Federkörper als Notlaufstützkörper in einem Luftreifen einzusetzen. Die DE 40 10 694 A1 offenbart hingegen lediglich den strukturellen Aufbau eines Faserverbundkunststoffs.

Weiter ist ein Notlaufstützkörper mit einer geschlossenen metallischen Drahtfeder bekannt, die koaxial um die Fahrzeugfelge angeordnet ist. Auf der radialen Außenseite der Drahtfeder ist eine schalenförmige Fassung angeodnet, wodurch sich eine kontinuierliche Notlauffläche ergibt. Dieser Notlaufstützkörper weist jedoch den Nachteil auf, dass er aus einem metallischen Werkstoff mit einer hohen spezifischen Dichte besteht. Gewichtserhöhungen sind auf Grund eines erhöhten Kraftstoffverbrauches nachteilig und sollten insbesondere bei rotierenden ungefederten Massen vermieden oder minimiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Notlaufstützkörper für einen Luftreifen bereitzustellen, welcher bei hoher Stabilität ein geringes Gewicht besitzt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass das Gewicht und die Herstellungskosten durch das eingesetzte Material erheblich reduziert werden. Gegenüber herkömmlichen Notlaufstützkörpern aus Metall wird bei gleichen Festigkeitseigenschaften eine Gewichtersparnis von bis zu 70 % erzielt. Weitere Vorteile der Schraubenfeder aus Faserverbundwerkstoff sind die hohe spezifische Festigkeit, das gute Ermüdungsverhalten, die hohe elastische Energieaufnahme, die hohe Materialdämpfung und die einfache Herstellung. Außerdem besteht keine Korrosionsgefahr, wie das bei den metallischen Notlaufstützkörpern der Fall ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Schraubenfeder auf der Fahrzeugfelge abstützt und im funktionstüchtigen Zustand ein Abstand zwischen der Schraubenfeder sowie der Innenseele des Reifens besteht. Durch den Abstand der Innenseele des Reifens wird das Rollverhalten des Reifens im funktionstüchtigen Zustand nicht beeinträchtigt. Es können keine Reibungsverluste zwischen der Schraubenfeder und dem Reifen auftreten, die den Rollwiderstand erhöhen würden. Außerdem kann dadurch die Schraubenfeder die Innenseele des Reifens nicht beschädigen. Die freien Enden der Schraubenfeder liegen in einer als Steckverbindung dienenden Hülle und werden auf diese Weise zusammengebunden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schraubenfeder über eine Bandage und/oder einen Stoffschluss mit der Fahrzeugfelge fixiert ist. Über die Vorspannung der Schraubenfeder liegt sie direkt an der Fahrzeugfelge an. Beide Bauteile werden über eine Bandage fest miteinander verbunden, damit sich die Schraubenfeder unter Einwirkung von Flieh- und Tangentialkräften nicht von der Felge ablöst. Eine zusätzliche Fixierung kann über einen Stoffschluss, beispielsweise eine Klebeverbindung, im Kontaktbereich zwischen beiden Bauteilen erreicht werden. Die Bandage kann beispielsweise aus einem schrumpfbaren Fasermaterial aus Polyvinylalkohol bestehen. Dieses Fasermaterial schrumpft unter Wärmeeinwirkung zusammen und übt dadurch einen Druck auf die radiale Innenseite der Schraubenfeder aus, die auf diese Weise mit der Fahrzeugfelge verspannt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stützt sich die Schraubenfeder seitlich an den Reifenwülsten ab. Das hat den Vorteil, dass der Reifen in der Notlaufsituation gegen ein Ablösen von der Felge gesichert ist. In der Notlaufsituation stützt sich der Reifen auf der Schraubenfeder ab, die wiederum einen seitlichen Druck auf die beiden Reifenwülste ausübt und diese mit den Felgenhörnern fixiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Fasern der Schraubenfedern in eine Polymermatrix eingebettet und weisen einen Faserorientierungswinkel zwischen 0 ° und ±45 °, vorzugsweise 0 °, zum Schraubengang auf. Bei einem Faserorientierungswinkel von 0 ° ist die Biege- und Dehnsteifigkeit der Schraubenfeder am größten. Dieser Winkel ist in der Herstellung der Schraubenfeder am einfachsten zu realisieren. Dagegen besitzt die Schraubenfeder bei einem Faserorientierungswinkel von ±45 ° eine optimale Schubsteifigkeit und den höchsten Dämpfungswert. Über die Einstellung des Faserorientierungswinkels lässt sich sowohl die Materialdämpfung als auch die Federungseigenschaft der Schraubenfeder verändern.

In weiteren praktischen Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schraubenfeder im Querschnitt rechteckig, kreis-, trapez- oder ovalförmig ist. Durch die verschiedenen Querschnittskonfigurationen kann die Schraubenfeder an die jeweilige Fahrzeugart angepasst werden. Ein PKW-Reifen besitzt beispielsweise einen geringeren Querkrümmungsradius der Lauffläche als ein Fahrradreifen. Ein trapezförmiger Querschnitt würde bevorzugt beim PKW-Reifen eingesetzt, während der kreisförmige Querschnitt eher bei einem Fahrradreifen in Frage kommt.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Federstrang der Schraubenfeder einen rechteckigen, runden, ovalen oder trapezförmigen Querschnitt aufweist. Durch die unterschiedlichen Querschnitte lassen sich die Dämpfungs- und Federungseigenschaften der Schraubenfeder variieren.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fasern der Schraubenfeder aus Kohlenstoff-, Glas-, Natur- oder Synthetik-Fasern bestehen, wobei gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Synthetik-Fasern aus PBO (Polybenzazoles) sind, wobei weiter vorgesehen sein kann, dass die Polymer-Matrix, in welcher die Fasern der Schraubenfeder angeordnet sind, aus einem Duroplast, einem Thermoplast oder einem Elastomer besteht. Bei Einsatz eines Duroplasten kommt beispielsweise Epoxydharz, bei Einsatz eines Thermoplasten beispielsweise Polyamid und bei Einsatz eines Elastomers Polyurethan, Silikon oder Kautschuk in Frage. Über die gezielte Auswahl eines bestimmten Faser- und Matrixmaterials können die Federungs- und Dämpfungseigenschaften der Schraubenfeder eingestellt werden.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Faseranteil an der Schraubenfeder zwischen 45 und 75 Vol.-% beträgt, ferner, dass die Breite des Federstranges 5 bis 40 % und/oder dass die Dicke des Federstranges 3 bis 15 % des mittleren Durchmessers der Schraubenfeder beträgt. Die Schraubenfeder ist dadurch einfach in der Herstellung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Außenumfang der geschlossenen Schraubenfeder eine geschlossene Schalenabdeckung angeordnet ist, die aus Polymerwerkstoff besteht. Die Schalenabdeckung ragt in die Zwischenräume der Federstränge hinein und erhöht die Steifigkeit der Schraubenfeder in tangentialer Richtung. Außerdem bietet sie in der Notlaufsituation einen zusätzlichen Schutz vor einer Beschädigung der Innenseele des Reifens.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Schraubenfeder als Notlaufstützkörper für einen Luftreifen im Radialschnitt,
2 die Schraubenfeder aus 1 in Teilansicht von der Seite und
3 die Schraubenfeder aus 2 in Teilansicht mit der als Verbindung dienenden Hülse.
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bestehend aus einer koaxial um eine Fahrzeugfelge 1 angeordneten Schraubenfeder 2, die einen geschlossenen Ring bildet. Bei der Fahrzeugfelge 1 des dargestellten Ausführungsbeispiels handelt es sich um eine PKW-Felge, auf der ein entsprechender Reifen 3 montiert ist. Die Schraubenfeder 2 besitzt in dem Ausführungsbeispiel einen trapezförmigen Querschnitt mit zwei unterschiedlichen Krümmungsradien an den Übergängen 4 und 5. Der Querschnitt der Schraubenfeder kann jedoch ebenfalls eine kreisrunde Form, die Form eines Rechtecks oder die eines Ovals aufweisen.
Auf Grund der Vorspannung liegt die Schraubenfeder 2 auf den zur Wulstsicherung vorgesehenen Sicken 6 und 7, die ebenfalls als Hump bezeichnet werden. Die Schraubenfeder 2 und die Fahrzeugfelge 1 werden über die Bandage 19 fest miteinander verbunden. Eine zusätzliche Fixierung kann über die Klebeverbindungen 20 und 21 im Kontaktbereich zwischen beiden Bauteilen erreicht werden. Die Bandage 19 kann aus einem schrumpfbaren Fasermaterial bestehen, die einen Druck auf die radiale Innenseite der Schraubenfeder 2 ausübt. Die Schraubenfeder 2 wird dadurch mit der Fahrzeugfelge 1 verspannt. Seitlich stützt sich die Schraubenfeder 2 gegen die Reifenwülste 8 und 9 ab, wodurch eine zusätzliche Wulstsicherung für den Notlauf erzielt wird. Die Reifenwülste 8 und 9 werden an ihren Außenseiten von den Felgenhörnern 10 und 11 gehalten. Die Schalenabdeckung 18 bildet einen geschlossenen Ring um die Schraubenfeder 2.
In der 2 ist der Federstrang 12 der Schraubenfeder 2 gezeigt. Der Federstrang 12 kann einen rechteckigen, runden, ovalen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Die Dicke und Breite des Federstrangs 12, seine Querschnittsform, die Art und die Anzahl der Fasern sowie der Faserorientierungswinkel sind dabei für die anzunehmende Radlast und Einfederungslänge ausgelegt. Die Schalenabdeckung 18 ragt in die Zwischenräume der Federstränge 12 hinein und überbrückt diese am Außenumfang der Schraubenfeder 2. Dadurch wird in einer Notlaufsituation das Auseindanderspreitzen der Schraubenfeder 2 in tangentialer Richtung reduziert. Die Schalenabdeckung 18 bietet außerdem einen zusätzlichen Schutz für die Innenseele des Reifens.
In der Notlaufsituation kollabiert der Reifen 3 und stützt sich auf der Außenseite der Schalenabdeckung 18 ab. Die Radlast wird im Notlauf über die Schraubenfeder 2, die bestimmte Federungs- und Dämpfungseigenschaften besitzt, auf die Fahrzeugfelge 1 übertragen.
In der 3 sind zwei Ausführungsformen des Faserorientierungswinkels dargestellt. Die Schalenabdeckung 18 ist aufgrund der vereinfachten Darstellung in dieser Figur nicht dargestellt. Das Bezugszeichen 16 zeigt die Ausführungsform bei einem Faserorientierungswinkel von 0°, während bei Bezugszeichen 17 die Fasern einen Orientierungswinkel von α = ±45° aufweisen. Denkbar sind auch dazwischenliegende Winkelgrößen.
Die Schraubenfeder 3 wird über eine in der 3 dargestellte Hülse 13 zu einem geschlossenen Ring verbunden. Die beiden freien Enden 14 und 15 der Schraubenfeder 3 werden jeweils von beiden Seiten in diese Hülse gesteckt und mit dieser fest verbunden. Die Bandage 19 liegt als geschlossener Ring auf der radialen Innenseite der Schraubenfeder 2 an.

1: Fahrzeugfelge
2: Schraubenfeder
3: Reifen
4,5: Krümmungsradius am Übergang
6,7: Sicke/Hump
8,9: Reifenwulst
10,11: Felgenhorn
12: Federstrang
13: Hülse
14,15: Freie Enden des Federstranges
16: Faserorientierungswinkel zum Schraubengang: 0°
17: Faserorientierungswinkel zum Schraubengang: 45°
18: Schalenabdeckung
19: Bandage
20,21: Stoffschlussverbindung durch Kleben

Claims

Fahrzeugrad mit einem an einer Fahrzeugfelge (1) befestigten Luftreifen (3), wobei innerhalb des Torusraums des Luftreifens (3) ein Notlaufstützkörper in Form einer koaxial um die Fahrzeugfelge (1) geschlossenen Schraubenfeder (2) angeordnet ist und diese Schraubenfeder (2) aus einem Faserverbundkunststoff besteht und am Außenumfang und in den Zwischenräumen der Schraubenfeder (2) eine Schalenabdeckung (18) angeordnet ist, die aus Polymerwerkstoff besteht.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schraubenfeder (2) auf der Fahrzeugfelge (1) abstützt und im funktionstüchtigen Zustand ein Abstand zwischen der Schraubenfeder (2) sowie der Innenseele des Reifens besteht.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (2) über eine Bandage (19) und/oder einen Stoffschluss (20,21) mit der Fahrzeugfelge fixiert ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (2) sich an den Reifenwülsten (8,9) abstützt.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (2) aus einem Faserverbundkunststoff besteht, wobei die Fasern der Schraubenfeder (2) in eine Polymermatrix eingebettet sind und einen Faserorientierungswinkel zum Schraubengang zwischen 0° und ±45°, vorzugsweise 0 °, aufweisen.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (2) im Querschnitt rechteckig, kreis-, trapez-, oder ovalförmig ist.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federstrang (12) der Schraubenfeder (2) einen rechteckigen, runden, ovalen oder trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Schraubenfeder (2) aus Kohlenstoff-, Glas- , Natur- oder Synthetikfasern bestehen.
Fahrzeugrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Synthetikfasern aus PBO (Polybenzoles) bestehen.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix, in welcher die Fasern der Schraubenfeder (2) angeordnet sind, aus einem Duroplast, Thermoplast oder Elastomer besteht.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Faseranteil an der Schraubenfeder (2) zwischen 45 und 75 Volumenprozent beträgt.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Federstranges (12) 5 bis 40 Prozent des mittleren Durchmessers der Schraubenfeder (2) beträgt.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Federstranges (12) 3 bis 15 Prozent des mittleren Durchmessers der Schraubenfeder (2) beträgt.
Notlaufstützkörper in Form einer geschlossenen Schraubenfeder (2) für einen auf einer Fahrzeugfelge (1) befestigten Luftreifen (12), dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang der geschlossenen Schraubenfeder (2) eine Schalenabdeckung (18) angeordnet ist, die aus Polymerwerkstoff besteht.