DE3942286A1 - Virtuelle felgenverbreiterung bei innen montierten reifensystemen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die Fahreigenschaften von Reifensystemen zu verbessern, welche von innen in die Felge montiert werden. Bei diesen neuen Systemen ist es möglich, die Felge so zu gestalten, daß statt eines Tiefbettes ein Hochbett (oder auch zwei) entsteht, welches hervorragende Notlauffähig­ keiten besitzt. Auch hat ein solches Reifensystem noch einige andere günstige Eigenschaften.

Leider besitzt das System aber auch einige Nachteile, die man mit mangelnden sportlichen Fahreigenschaften umreißen kann. Kon­ kreter handelt es sich um die Fahrstabilität, die Lenkpräzision und angrenzende Eigenschaften. Auch sind diese beeinträchtigten Eigenschaften im Notlauf wirksam, so daß die ausgezeichnete Not­ lauffähigkeit von mehreren hundert Kilometern darunter leidet.

Bisher ist es nicht gelungen, diese Nachteile durch konstruktive Maßnahmen beim Reifenbau selbst gleichwertig zum Stand der Tech­ nik abzufangen, trotz langjähriger erheblicher Anstrengungen der bisherigen Entwickler bzw. Hersteller.

Das zugrunde liegende Problem ist systembedingt und wurde als Systemfehler in der Fachzeitschrift "Gummibereifung", Heft Fe­ bruar 1986, Seite 68-72, beschrieben. Wegen der Innenmontage des Reifens kann die Felge eine systemtypische maximale Felgen­ breite nicht überschreiten. Sie gehorcht einer mathematischen Funktion für die theoretisch maximale Breite. Gegenüber dem heu­ tigen Stand der Breitreifen/Felgen-Kombinationen zu schmal. Da­ bei müßte wegen des axialen Austritts der Seitenwand, Tangente am Austrittspunkt ca. 0° zur Achse, sogar eine Überbreite ge­ wählt werden.

Es ist bekannt, daß versucht wurde, diese Schwäche durch zahl­ reiche Maßnahmen zu kompensieren: z. B. durch Luftdruckerhöhung und extreme Niederquerschnittswahl. Aber beide Maßnahmen lösen das Grundproblem nicht und schaffen zusätzliche Beeinträchtigun­ gen, u. a. lehnen die Erstausrüster unterschiedliche Luftdrücke bei wahlweiser Ausrüstung ab, Komforteinbuße bleibt nicht aus, u. a. Auch hat man sich der theoretischen maximalen Felgenbreite schrittweise genähert (78-95%), ohne daß die 100%ige Errei­ chung das Problem lösen würde.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, durch geeignete Maßnahmen das Hauptproblem selbst zu beseitigen und eine virtu­ elle Verbreiterung der Felge bis zu Überbreiten zu ermöglichen. Ferner hat sie die Aufgabe, die aus den Maßnahmen sich ergeben­ den Zielkonflikte zu berücksichtigen, ggfs. zu optimieren, wie z. B. Gewichtsminimierung, Wirtschaftlichkeit, Mißbrauchsstabili­ tät (Bordstein), Pannenlauf, Serienfertigung, Service-Freund­ lichkeit u. a. Schließlich soll sie den Stand der Technik hin­ sichtlich sportlicher Fahrweise mindestens erreichen und die ei­ gentlichen Vorteile des Systems voll zur Entfaltung bringen: Pannenlauf und Komfort.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf 8 Maßnahmen: Einmal wird die Seitenwand des Reifens verlängert und zweitens erhält sie im vorgegebenen Abstand eine Montagenut. Zum dritten wird ein Stützring vorgesehen, welcher in die Nut eingreift und auch den Teilabschnitt der Seitenwand vom Wulst bis zur Nut stützt.

Der Stützring hat eine mehrfache Funktion zu übernehmen. Er er­ füllt zum Teil die Funktionen des nach außen verlegten Felgen­ horns mit Ausnahme der primären Zugspannung über die Cordfäden. Daher muß insbesondere der äußere Rand sehr biegesteif und wi­ derstandsfähig sein. Die durch den Abrollprozeß in der Auf­ standsfläche oszillierenden, umlaufenden Kräfte sollen ohne Ver­ formung abgefangen werden. Die erheblich größeren Zugkräfte bei extremer Seitenkraft, Schräglauf, sollen gleichermaßen nur mini­ male Deformationen des Rings verursachen. Ferner müssen beide Stützringe die erheblichen Antriebs- und Bremsmomente ohne Ver­ drehung abfangen, wozu besondere Mittel und Maßnahmen vorge­ schlagen werden. Diese betreffen zwei Kraftführungsübergänge des Stützrings. Einmal die Befestigung und Kräfteübertragung vom Stützring zur Felge, zum anderen vom Stützring zur Montage-Nut und Seitenwand.

Die Montage-Nut in ihrer Schlüssel/Schloß- bzw. in ihrer Wider­ haken-Funktion hat die Aufgabe, die Seitenwand im virtuellen äu­ ßeren Hornbereich auch unter extremster, fast entgegengerichte­ ter Zugwirkung durch die maximalen Seitenkräfte in ihrer Posi­ tion zu fixieren und dies auch im luftleeren Zustand (Notlauf). Dies kann nur gelingen, wenn diese Montage-Nut mit ihrem Um­ schlingungsteil unter Zugbeanspruchung eine Art Selbstsperrung, wie beispielhaft gezeigt wird, hervorruft, die ggfs. durch spe­ zielle Demontagehebel überwunden werden kann.

Um den Mißbrauch durch z. B. Bordsteinberührungen abzufangen, können erfindungsgemäß mindestens zwei Wege beschritten werden. Bei der Verwendung von faserverstärktem Kunststoff kann eine Ge­ staltung mit hoher Steifigkeit gewählt werden, die bei Überbean­ spruchung etwas nachgibt und wieder in die alte Form zurück­ schnellt. Der andere ist der im Felgenbau übliche, durch die Di­ mensionierung gewisse Höchstbeanspruchungen zu erlauben und da­ rüber das Material praktisch (über die Streckgrenze hinaus) zu verformen, was beim heutigen Reifensysten den Austausch der Fel­ ge, hier nur den Austausch des Stützringes zur Folge hätte.

Die Vorteile der Erfindung sind die Verbesserung der Fahreigen­ schaften, insbesondere Lenkpräzision, Fahrstabilität und Komfort sowie wesentlich angehobenes Fahrverhalten im Notlauf, insbeson­ dere Notlauf-Fahrstabilität. Ein weiterer Vorteil ist der Weg­ fall der Abdichtungsringe sowie die Bremswärmeabschirmung. Darü­ ber hinaus kann das Styling und Design der Felge/Reifenoptik neu und ggfs. attraktiver gestaltet werden. Mehrgewicht und Mehrauf­ wand werden durch die überragenden Gesamteigenschaften mehr als kompensiert. Ein wegen seiner Mängel ins Abseits gestelltes System kann durch vorliegende Erfindung mit der Anhebung des Ge­ samt-Niveaus einen Platz in der Spitzengruppe erobern.

Die Vorteile der einzelnen Varianten und Ausgestaltungen werden dort beschrieben.

Anhand der Fig. 1-8 wird eine beispielhafte Ausführung mit einigen Ausgestaltungen gezeigt:

Fig. 1 Perspektivische Gesamtansicht

Fig. 2 Schnitt durch einen Reifen mit 2 Variationen des Stützringes

Fig. 3 Einseitiger Stützring (asymmetrisch)

Fig. 4 Vergrößerte Darstellung einer beispielhaften Ring­ nut

Fig. 5 Ringnut mit Rückhalte-Variante

Fig. 6 Ringnut mit Fixierung durch druckstabile Zier­ leisten

Fig. 7 Rändelungen der Ringnut

Fig. 8 Einvulkanisierte Zughaken

In Fig. 1 wird perspektivisch ein Schnitt mit einem Gesamtein­ druck des Systems verbunden. Der Stützring im äußeren Teil kann wie eine Zierblende z. B. verchromt oder eloxiert oder lackiert sein. Ferner können im Bereich der Wulste, wie in Fig. 3 bei­ spielhaft gezeigt, Halte- bzw. Klemm-Elemente so ausgebildet werden, daß sie einen optischen Zusatz-Effekt, ähnlich den Muttern von zusammengeschraubten Felgen, ergeben können. Im Be­ reich der Seitenwand im Übergang zur Ziernut können im Gummi ge­ eignete optische Mittel in großer Vielfalt gewählt werden, wie z. B. Riefen, Leisten, Dekorbilder, etc. Auch kann die Seitenwand bis zur Ringnut glatt durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt die ursprüngliche Felge (1) mit dem innen montier­ ten Reifen (2) und der ursprünglich gestrichelten Kontur (3) in je einer Ausführung beidseitig dann Verwendung finden könnten. Die Seite A zeigt einen Stützring (4), der aus Blech geformt ist und im Walzverfahren hergestellt werden kann. Entsprechend sind die Nut (5) und das Blechende relativ scharfkantig. Die Ausfüh­ rung I zeigt einen Stützring (6), wie er aus Leichtmetall in einem hochwertigen Guß, Spritzgußverfahren, hergestellt werden könnte. Ebenso könnte diese Art der Formgebung für faserver­ stärkte Kunststoffe gelten, wie z. B. glasfaserverstärkten Kunst­ stoff. In besonderen Fällen könnte auch ein kohlefaserverstärk­ ter Kunststoff mit entsprechend dünneren Abmessungen gewählt werden. Die ursprüngliche Felge hat eine Breite von etwa 6′′, während die virtuelle Felgenverbreiterung 8 1/2-9′′ erreicht.

Die Gestaltung der ursprünglichen Felge kann der neuen Funk­ tion in verschiedener Hinsicht angepaßt werden. Die Spitzenbe­ lastung der Felgenhörner wird durch die virtuellen Hörner ent­ lastet und kann daher berücksichtigt werden, d. h. die Material­ dicke kann dort reduziert sein. Die Mittelpartie der Felge, wo die Hochbetten zum Mittelsteg sich vereinigen, kann ebenfalls neu gestaltet werden, um die Rastungen (7) für die Stützringe (4, 6) einzubeziehen. Die Stützringe werden im Hauptteil leicht konisch gewählt mit einem Winkel γ, z. B. 5°, um sie u. a. leicht montieren zu können und im letzten Teil eine innige Verbindung mit den Wulsten und dem anschließenden Seitenwandteil zu errei­ chen. In dem Teil, in dem die konischen Ringe am Mittelsteg ein­ rasten, sind sie dagegen parallel orientiert, um einen guten Paßsitz zu gewährleisten. Die Stütznut und das virtuelle Felgen­ horn, wie es z. B. auf der Seite I dargestellt ist, kann in gro­ ßen Bereichen relativ frei gewählt werden und den tatsächlichen Beanspruchungen durch entsprechende Formgebung und Widerstands­ momente (8) angepaßt werden.

Der Austrittswinkel, mit dem die Seitenwand das Felgenhorn ver­ läßt, entspricht etwa dem Winkel α auf der Seite A, und kann ebenfalls in großen Bereichen durch entsprechende Maßnahmen, auf die später eingegangen wird, variiert werden. Ebenso kann die Ausbuchtung der Seitenwand in gewissen Grenzen frei gewählt wer­ den und ergibt sich aus den Konstruktions-Zielen.

Fig. 3 zeigt eine einseitige oder asymmetrische Lösung mittels nur eines Stützringes (9), der zweckmäßigerweise innen ange­ bracht wird. Die ursprüngliche Felge (1) ist aus der Mittellage bis zur neuen Mittellinie (10) außen verschoben worden, wodurch der Stützring auf der Innenseite besonders breit geworden ist. Diese Konstruktion hat ihren besonderen Vorteil darin, daß die stets stärker beanspruchte Außenseite mit einem erstmals wesent­ lich besser dem Kurvenverlauf angepaßten Außenhorn (11) versehen werden kann und damit auch sehr stabil ist. Dieser Felgenhorn- Bereich kann einer Ketten-Linie folgen und dann in eine optimale Kurve für die extreme Seitenführungskraft übergehen. Das gesamte Rad gewinnt optisch durch den weiter außerliegenden Mittelsteg mit seinen Durchbrüchen.

Der innere, sehr breite Stützring (9) kann hier vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff gestaltet werden, der zur weiteren Erleichterung konstruktiv eingebaute Hohlräume (12), die nach oben offen sein können, vorsieht. Zur Fixierung dieses Stützrin­ ges am Mittelsteg ist durch eine Mittellinie eine mögliche zu­ sätzliche Fixierung (13), etwa durch Stifte, Schrauben, etc., möglich und in Höhe des Wulstes durch einen zusätzlichen Halte­ körper bzw. Klemmkörper (14). Dieser Wulst hat im Bereich, wie gezeichnet, d. h. nach innen, eine relativ unempfindliche Zone, in welche Stifte oder Schrauben oder Klemmkörper eingebracht werden können. Dargestellt ist hier eine Schraube, die im Stütz­ ring eine enge Fassung hat, damit einen sehr festen Sitz, ggfs. durch einen leichten Konus, und im Wulstteil ein Schraubengewin­ de. Die Wulste können während der Vulkanisation in der Form ggfs. bereits kleine Sacklöcher bekommen.

Die gestrichelte Linie deutet die Mittellage der ursprünglichen Felgenkontur an.

Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Gestaltung des Stützringes mit Ringnut und Reifen im Bereich der Ringnut. Die gestrichelte Li­ nie der Seitenwand deutet den Festigkeitsträger (15), also den Cordfaden, an und seinen Verlauf über die Ringnut bis zu einer Wende nach oben. Ein sehr hochwertiger, aber wesentlich dünner gestalteter Festigkeitsträger (16) ist in diesem Bereich der Seitenwand fest mit der Seitenwand verbunden, z. B. durch Vulka­ nisation oder Klebung. Er übernimmt Zugkräfte aus der Seitenwand und führt sie in den äußeren Teil der Ringnut nach innen. Dabei entsteht zwischen Seitenwand und dem neuen Festigkeitsträger ein Dreieck (17), welches mit hochelastischem hysteresefreiem Kaut­ schuk gefüllt sein kann. In diesem Beispiel wurde der Austritt der Seitenwand aus dem Bereich der Ringnut mit einem Winkel α gekennzeichnet, der in diesem Falle negativ ist, weil er bezogen auf die achsiale Richtung nach innen geneigt ist, während im Beispiel Fig. 2 ein positiver Winkel entstanden ist. Die hier beispielhaft skizzierte Ringnut (18) strebt einen Selbstsper­ rungs-Effekt an und zwar dadurch, daß es eine schmalste Stelle (19) gibt, gestrichelte Linie, und sich darüber der Hohlraum leicht öffnet. Entsprechend ist auch das Gegenstück, das End­ stück des Festigkeitsträgers, konisch gestaltet, ggfs. mit einer Überbreite, so daß beim Zug des Festigkeitsträgers eine Klemm­ wirkung entsteht. Der Hohlraum darüber dient der Montagemöglich­ keit.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Ringnut, diesmal so gestaltet, daß ein Widerhaken (20) entsteht. In allen gezeigten Fällen wird das Prinzip der Umschlingungs-Reibung, d. h. der ex­ ponentiellen Verringerung der Haltekräfte angewandt.

Fig. 6 zeigt einen zusätzlichen Haltemechanismus, der in Form einer Ziernut (21) mit Zierleiste (22) besteht, die drucksteif ist und nachträglich unter Druckspannung eingefügt wird.

Fig. 7 zeigt einige Möglichkeiten die beim Bremsen und Anfahren auftretenden Drehmomente an der Ringnut aufzufangen, und zwar durch eine zackige (23) oder wellige Rändelung (24) bzw. Ein­ kerbungen (25).

Fig. 8 zeigt zu diesen Einkerbungen die entsprechenden Haken (26), welche in diesem Falle z. B. aus Kunststoff sein können und in einem Spritzprozeß gefertigt werden, vorzugsweise von einem Material, welches ohne Vorbereitung mit dem Gummi und dem Festigkeitsträger vulkanisiert werden kann, wie z. B. Vestoran, auch könnten Metallhaken gewählt werden.

Weitere Ausgestaltungen könnten in Fig. 3 z. B. die Gestaltung des Reifeninneren Hochbettes (27) sein, welches zweckmäßigerwei­ se auch im abfallenden Bereich an der Außenseite gerade geführt würde, um eine möglichst breite Notlauffläche zu erzielen. Eben­ so könnte über der Ringnut zum besseren Bewegungsablauf beim Seitenwandaustritt ein Festigkeitsträger (28), der etwas elastisch ist, gewählt werden und dort mit 2 kleinen Kreisen für einen Kunststoff-Faden gekennzeichnet, z. B. Nylon, angebracht werden.

Ferner kann ebenfalls in Fig. 3 die innere Wulstpartie (29) leichter, dünner und kleiner gestaltet werden, da die äußere Ringnut einen Teil der Funktionen übernimmt und damit die Kern­ partie entlastet. Unter diesem Aspekt kann die gesamte Konstruk­ tion zu Gunsten eines größeren Bremsraumes optimiert werden.

Um die Kraftübertragung von der Montagenut zur Felge zu unter­ stützen, kann die Aufgabe dadurch erleichtert werden, daß eine Klebung zwischen Reifenwand und Stützring vorgesehen wird. Es kann sich dabei um eine reversible Klebung handeln in Form der auf dem Markt üblichen Haft-Stick-Klebung mit Permanent-Haftung. Selbst eine Permanent-Klebung kann ihre Berechtigung aus der ho­ hen Wahrscheinlichkeit ziehen, daß der im Notlauf gefahrene Rei­ fen nicht wiederverwendungsfähig ist und andererseits die Ent­ deckung eines Reparaturfalles bei ausreichendem Luftdruck sehr geringe Häufigkeit zeigt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die reifenseitige Ausführung der Montagenut, d. h. die Ausbildung des Gummiwulstes mit seiner Verstärkung, entweder, wie naheliegend, bei der Vul­ kanisation in der Form zu fertigen, oder aber diesen gesamten Bereich als einen Ring vorzufertigen und dann in die Form ein­ zulegen, oder aber ihn in einem nachträglichen Arbeitsgang ggfs. in einem Kaltvulkanisationsverfahren mit der Seitenwand zu ver­ binden.

Dies gilt auch für den Fall, daß die oben beschriebenen Haken- Elemente vorgesehen werden. Wenn sie aus Kunststoff gefertigt sind, können sie in einem Spritzguß über dünne elastische ver­ formbare Stege gefertigt und als Ring eingelegt werden, der in einem geringen Maße elastisch verformbar ist. Ganz besonders eignet sich ein Spritzgußverfahren im 2-Stufenprozeß, bei dem die komplette Ringnut vorgefertigt werden kann. Man kann dann diese vorgefertigte Ringnut dem Fertigungsprozeß, wie oben ange­ gedeutet, zuführen.

Eine besonders interessante Ausgestaltung der Erfindung bietet die Möglichkeit, die TU-Qualität (Tire-Uniformity) des Rad-Rei­ fensystems zu verbessern.

Es ist eine Verbesserung geometrischer Art durch Höhenschlag- Korrektur - im normalen Montagebetrieb möglich.

Eine verbesserte Form zielt auf RKS-Korrektur nach umfang- oder winkelbezogener Erfassung des RKS-Verlaufes ab und eignet sich für die hochwertige komplette Rad-Reifenmontage durch den Her­ steller oder Erstausrüster.

In beiden Fällen kann im Bereich der Ringnut des neuen virtu­ ellen Hornes ein HS- oder RKS-Wert negativen Vorzeichens durch Unterlegung schmaler Streifen exakt in diesem Bereich ausgegli­ chen werden, so daß sowohl die Spitze/Spitze-Werte als auch die 1. Harmonische erheblich eingeengt werden.

Diese Streifen können aus Gummi oder Kunststoff bestehen und dem Ort ihrer Anbringung bereits angepaßt sein (vorgeformt). Ferner können sie in Umfangsrichtung eine entsprechend abgestufte Länge haben und sie können in der Dicke variieren. Die Übergänge soll­ ten über einen nicht zu kurzen Bereich allmählich auslaufen. Beispiel: Wird ein negativer Höhenschlag im Bereich von 90- 150° mit einem Absolutwert 1,2 mm festgestellt, kann ein Strei­ fen von (Standardlänge z. B. 45, 30, 15) 45° und einer Höhe von z. B. 1,2 mm an der gemessenen Seite des Reifens untergelegt wer­ den, ggfs. auch auf der anderen Seite.

Sinngemäß kann bei RKS verfahren werden, wobei hier eine Weiter­ entwicklung der TU-Maschinen zur beidseitigen Messung und Kor­ rektur einen noch besseren Ausgleich gestattet.

In der Praxis wird man eine größere Auswahl vorgefertigter Aus­ gleichsstreifen, ähnlich wie bei den Gewichten, zur Verfügung haben und Annäherungen an den Ideal-Wert anstreben.

Claims (11)

1. Rad-Reifen-System mit innen montierten Reifen und ein oder zwei Hochbetten als Notlaufflächen dienend, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die an die Wulste anschließende Seitenwand in etwa achsialer Richtung nach außen verlängert ist, sich auf einem Stützring bis zu einem virtuellen Felgenhorn auflegt und gegen abhebende Kräfte der Seitenwand durch Rückhalte­ vorrichtungen gesichert wird.

2. Rad-Reifen-System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die virtuelle Felgenhornverbreiterung nur einseitig, vorzugsweise innen vorgenommen wird.

3. Stützringe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt besonders im Bereich des virtuellen Hornes und der Ringnut hohe Biegesteifigkeit besitzt.

4. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringnut mit Widerhaken und/oder Selbsthemmungspro­ fil vorgesehen wird und eine Umlenkung des Festigkeitsträ­ gers vorgesehen wird.

5. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine drucksteife Zierleiste die Klemmwirkung in der Ringnut unterstützt (Fig. 6).

6. Stützringe mit Ringnut nach Anspruch 1-5 dadurch gekenn­ zeichnet, daß Rändelungen vorgesehen werden (Fig. 7), die ein Verdrehen des Reifens verhindern.

7. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 4, 5 und 6 dadurch ge­ kennzeichnet, daß Widerhaken vorgesehen sind, vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. Vestoran, welche durch elastische Zwi­ schenstege in einem Spritzvorgang gefertigt werden.

8. Äußeres Felgenhorn nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage bzw. Abhebekontur der Seitenwand einer Ideal- Linie folgt und bis in den Bereich der Notlaufebene reicht, z. B. Ketten-Linie oder kombinierter Linie, welche den extre­ men Seitenführungsfall miteinschließt.

9. Stützring nach Anspruch 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz kommen, z. B. GFK oder Kohlenstoff-faserverstärkte Kunststoffe, und zur weite­ ren Gewichtseinsparung Hohlräume vorgesehen sind (Fig. 3).

10. Seitenwand nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Rückhaltevorrichtung/en eine Null-Ab­ deckung, d. h. eine bis mehrere hochbeanspruchbarbare Mono­ file oder auch Corde in Höhe des virtuellen Felgenhorns im inneren des Reifens über den Festigkeitsträgern der Karkasse in Rotationsrichtung eingebettet werden (Fig. 3).

11. Rundlaufverbesserungs-Elemente, Tire-Uniformity-Maßnahmen nach Anspruch 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß zum Aus­ gleich von Höhenschlägen und Radialkraftschwankungen vorge­ fertigte Unterlegstreifen im Bereich des virtuellen Hornes zwischen Horn und Karkasse eingelegt werden.