DE102004001300A1

DE102004001300A1 - Fahrzeugrad

Info

Publication number: DE102004001300A1
Application number: DE200410001300
Authority: DE
Inventors: Rainer Wilke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2005-08-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugrad, bestehend aus einem Reifen (1) und einer diesen tragenden Felge (7). Der Reifenhohlraum (11) ist zumindest teilweise evakuiert, wobei der Reifenmantel eine ein Kollabieren desselben verhindernde Steifigkeit besitzt. Dadurch wird eine erhebliche Geräuschverminderung beim Betrieb des Fahrzeugrades erreicht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad bestehend aus einem Reifen und einer diesen tragenden Felge, mit der ein aus flexiblem Material bestehender, gegebenenfalls verstärkter Reifenmantel einen geschlossenen Reifenhohlraum bildet, und an der sich ein Ventil befindet, das mit dem Reifenhohlraum in Verbindung steht. Die Erfindung betrifft also die Kombination aus einer Felge und einem Reifen, wie sie üblicherweise insbesondere bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt.
Lärm, insbesondere Verkehrslärm gilt als einer der wesentlichen Stressfaktoren der modernen Zivilisation. Ständige Verschärfungen der Lärmschutzverordnungen signalisieren, welch hohe Gesundheitsgefährdungen durch Lärm hervorgerufen werden. Jeder Fortschritt in der systematischen Ursachenforschung nach Lärmquellen ist daher nach entsprechender Umsetzung ein direkter Beitrag zu gesünderer Lebensqualität und zu beträchtlichen Kosteneinsparungen im Bereich von Lärmschutzmaßnahmen.
Die durch das hohe Verkehrsaufkommen bedingte Geräuschkulisse setzt sich dank moderner Technik im Fahrzeugbau nicht mehr allein aus Schallemissionen der Verbrennungsmotoren und den von der Formgebung der Karosserie abhängigen Windgeräuschen zusammen, sondern ist als Summe aller lärmerzeugenden oder lärmverstärkenden Komponenten des Automobils zu betrachten.
Bei der Geräuschanalyse fällt auf, dass besonders von den rollenden Reifen ein nicht zu unterschätzender Lärmanteil ausgeht. Da sich dieser meist nicht durch ein so unüberhörbares grundtondominiertes Singen darstellt, welches man von bestimmten LKW-Reifentypen kennt, sondern sich eher im Sinne der Akustik hinter einem spektralen Rauschen verbirgt, welches eine höchst komplexe Klangcharakteristik aufweist, wurde diesem Lärmanteil bisher relativ wenig Beachtung geschenkt, obwohl einschlägige Studien darauf hinweisen, dass der Reifenlärm bereits ab 50 km/h den Motorenlärm übertrifft.
Bei einem herkömmlichen, luftgefüllten Reifen handelt es sich um eine in akustisch wechselseitiger Abhängigkeit stehende Kombination aus einem luftdichten Resonanzkörper, in dessen Innern sich eine stets schwingungsbereite, komprimierte Luftsäule befindet, und einer gewölbten Membran, deren Spannung durch den jeweiligen Luftdruck innerhalb des Resonanzkörpers bestimmt wird. Kommen beim rollenden Reifen nun noch unterschiedliche schallpegel-, schallprofil- und frequenzbeeinflussende Faktoren der Schwingungserregung bzw. -erregbarkeit wie unterschiedlichste Reifendurchmesser, Reifenprofile, Fahrbahnoberflächen, Luftdrücke, Lufttemperaturen, Zentrifugalkräfte, innere Luftrotationen, Turbulenzen, Verformungen, Temperaturwechsel etc. hinzu, wird verständlich, dass bei großer Anzahl vorbeifahrender Automobile innerhalb kürzester Zeit ein erhebliches Spektrum ständig variierender Frequenzen, Klänge und Pegel aufgebaut wird, welches von Mensch und Tier als eine sehr belästigende und belastende Geräusch- bzw. Lärmquelle empfunden wird.
Die zwischen Straßenbelag und Reifenprofil verpressten Luft- bzw. Wassermassen erzeugen ebenfalls Geräusche, welche aber erst aufgrund der unmittelbaren Verstärkung durch den als Resonanzkörper fungierenden Reifen zusätzlich nennenswert in Erscheinung treten.

Es gibt eine Vielzahl von Innovationen im Hinblick auf Geräuschminderung bei Luftreifen. So beschreibt die DE 1 008 598 ein Dämpfungsmittel, insbesondere für schlauchlose, luftgefüllte Kraftfahrzeugreifen für eine Dämpfung der im Inneren des Fahrzeugaufbaus häufig auftretenden Dröhngeräusche. Das Druckluftpolster, als ungedämpftes Medium im Reifeninneren, leitet üblicherweise die Schallwellen ungemindert in das Laufrad, von wo sie über den Fahrzeugrahmen in das Innere des Aufbaus weitergeleitet werden. Es wurde bereits durch einen anderen Vorschlag bekannt, eine Reifenfüllung vorzusehen, die aus einer mit Druckluft durchsetzten porösen Masse besteht, deren Dämpfwirkung jedoch nicht als befriedigend angesehen wurde. Zur verbesserten Dämpfung des Luftpolsters von Kraftfahrzeugreifen wird daher in der vorgenannten Schrift vorgeschlagen, eine Reifenfüllung vorzusehen, die aus zwei oder mehr konzentrisch angeordneten Lagen aus poröser, vom Luftüberdruck gleichmäßig durchsetzter Massen besteht, die gegeneinander durch einseitig aufgeklebte folienartige, mit Luftausgleichslöchern versehenen Zwischenlagen aus luftundurchlässigem Material, getrennt sind.

Aus der DE 30 42 350 C2 ist des Weiteren ein Fahrzeugluftreifen bekannt, dessen Innenflächen ganz oder teilweise mit einem geräuschmindernden Belag aus offenzelligem Schaumstoff versehen sind.

Die DE 43 25 470 A1 beschreibt ein geräuscharmes Fahrzeugrad, bei dem der von Reifen und Felge gebildete Hohlraum mit einem körnigen, form-temperaturbeständigen Füllmaterial ausgefüllt ist. Das Füllmaterial bewirkt eine Bedämpfung der Resonanzwirkung des Hohlraumes und verringert somit die Schallabstrahlung der vom Fahrzeugreifen ausgehenden Fahrzeuggeräusche.

Darstellung der Erfindung

Das technische Problem (Aufgabe) der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Fahrzeugrad mit deutlich reduzierter Geräuschentwicklung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Hohlraum eines Reifens anstelle von Druckluft mit einem Vakuum zu versehen, in welchem sich keine akustischen Schwingungen aufbauen oder fortpflanzen können, um somit die leisest mögliche Variante eines Hohlkammer-Reifens zu verwirklichen. Dies steht in Verbindung mit einer Reduzierung der Wärmeentwicklung.

Um ein Kollabieren des Reifens bei Aufbringung des Vakuums zu verhindern, ist der Reifenmantel zumindest teilweise durch einen innenliegenden Stützring ausgesteift. Dies hat zur Folge, dass sich das flexible und nachgiebige Reifenmaterial hinsichtlich Federung und Traktion nach wie vor auswirken kann. Dies wird noch verstärkt, wenn zwischen dem Stützring und dem Reifenmantel eine stoßdämpfende Polsterschicht angeordnet ist.

Eine besonders gegen Kollabieren gesicherte Konstruktion des Reifens ergibt sich, wenn der Stützring im Wesentlichen innerhalb des Reifenlaufflächenbandes angeordnet ist und dabei die Reifenmantelseitenwände vom Reifenlaufflächenbandrand auf dem im Wesentlichen kürzesten Wege zum Felgenhorn verlaufen. Dadurch stützen sich bei Aufbringung des Vakuums in optimaler Weise die Seitenwände in radialer Richtung an der Felge ab und eine Verformung nach innen wird bei Aufbringung des Vakuums wesentlich vermieden.

Trotzdem erlauben die Seitenwände ein ausreichendes Abfedern und Abrollen des Reifens.

Für ein sicheres Abdichten des Reifenhohlraumes gegenüber eindringende Luft sind die Reifenwülste im Felgenhorn lösbar, eine Dichtung bewirkend eingeklemmt.

Dabei befindet sich ein starrer integraler Bestandteil des Felgenhorns innen, wobei die Wülste durch einen außenliegenden Klemmring eingeklemmt werden, sodass das Felgenhorn bei Aufbringung des Vakuums in optimaler Weise eine sichere Abstützung der Wülste und somit des Reifens gewährleistet.

Um gegebenenfalls in einer Notsituation auch Druckluft einbringen zu können, ist das Ventil so gestaltet, dass es sowohl für die Aufbringung eines Vakuums als auch das Einbringen von Druckluft geeignet ist.

Damit beim Aufbringen des Vakuums der jeweilige Zustand im Hohlraum des Reifens erkennbar ist, befindet sich an der Felge ein Unterdruckmessgerät.

Der Stützring besteht vorzugsweise aus bruchsicherem, formstabilem aber biegeelastischem und damit auch stoßdämpfendem Material, wie z.B. Fiberglas, Kohlefaser, Kevlar etc.. Je nach Elastizität sorgt der Stützring auch gleichzeitig für eine kleinere Rückkontaktfläche zur Straße und damit für einen geringeren Rollwiderstand und eine geringere Rollreibung. Die Erfindung verhindert nicht nur die Schallfortpflanzung, sondern schafft eine kompromissartige Vereinbarkeit zwischen unvermeidbarer Steifigkeit einer vakuumresistenten Stützkonstruktion und höchstmöglicher Elastizität/Flexibilität einer Lauffläche. Die beanspruchte Stützkonstruktion, die bewusst minimalistisch auf den peripheren Bereich des Hohlraums als Stützring reduziert sein kann, bedingt durch eine zylindrische Form in der entlasteten Ruhelage sowohl bei gleichmäßigem Innendruck (also bei Überdruck) als auch bei gleichmäßigem Außendruck (also bei Teilvakuum oder Vakuum) eine Beibehaltung des kreisförmigen Querschnitts. Gleichzeitig besteht das Bestreben, diesen kreisförmigen Querschnitt nach jeder Deformierung im elastischen Bereich wieder anzunehmen. Dabei sollte der Stützring aus Gründen der angestrebten, möglichst hohen Elastizität möglichst dünn und möglichst wenig in Richtung Felge ausgebildet sein, um so die nach innen gewölbten, unter Vorspannung stehenden Reifenseitenwände (Flanken) die ja eine Art Gegenfeder verkörpern, möglichst wenig in ihrer Funktion zu behindern.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur stellt ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugrades dar, welches eine Teildarstellung ist mit einer Querschnittsansicht dieses Teilabschnittes.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
Das in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellte Fahrzeugrad besteht aus einem über ein Vakuumventil 5 mit Vakuum 6 zu versehenden Reifen 1, der zur Ermöglichung dieses Vakuums mit einem bruchsicheren, formstabilen aber biegeelastischen (und damit bedingt stoßabsorbierenden) Stützring 3 ausgerüstet ist. Dieser Stützring kann beispielsweise aus Kohlefaser, Glasfaser, Kevlar oder Ähnlichem bestehen. In der Darstellung ist zwischen dem Stützring und der Reifenlauffläche ein Stützringpolsterring 4 vorgesehen, der aus einem punktelastischen, gummiartigen Material besteht. Der Reifen sitzt auf einer Felge 7 mit innerhalb des Reifens liegenden Felgenhörnern 8 und Klemmringen 9, die die Reifenwülste 2 mittels Verschraubungen 10 zwischen Felgenhorn und Klemmring einklemmen. Reifen, Stützring und Stützringpolsterring sollten verrutschsicher, komplett oder partiell, ganzflächig oder punktuell miteinander z.B. durch Verklebung verbunden sein.

Claims

Fahrzeugrad bestehend aus einem Reifen (1) und einer diesen tragenden Felge (7), mit der ein aus flexiblem Material bestehender, gegebenenfalls verstärkter Reifenmantel einen geschlossenen Reifenhohlraum (11) bildet, und an der sich ein Ventil (5) befindet, das mit dem Reifenhohlraum (11) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass über das Ventil (5) von außen im Reifenhohlraum (11) zumindest ein Teilvakuum (6) von außen einstellbar ist, und dass der Reifenmantel (12) eine ein Kollabieren desselben verhindernde Steifigkeit besitzt.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifenmantel zumindest teilweise durch einen innenliegenden Stützring (3) ausgesteift ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stützring (3) und dem Reifenmantel eine stoßdämpfende Polsterschicht (4) angeordnet ist
Fahrzeugrad nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (3) im Wesentlichen innerhalb des Reifenlaufflächenbandes (13) angeordnet ist.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenmantelseitenwände (12) vom Reifenlaufflächenbandrand (13) auf im Wesentlichen kürzestem Wege zum Felgenhorn (8) verlaufen.
Fahrzeugrad nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenwülste (2) im Felgenhorn (8) lösbar, eine Dichtung bewirkend eingeklemmt sind.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5) ein Druckluft- und/oder Vakuumventil ist.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Felge (7) ein Unterdruckmessgerät angeordnet ist.