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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad mit elastischen Speichen und
einem Laufstreifenelement.
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Beim
klassischen Luftreifen wird immer wieder nach Verbesserungen gesucht,
die insbesondere den Bremsweg verkürzen. Das Verbesserungspotential
ist aufgrund des physikalischen Aufbaus eines Luftreifens begrenzt.
Eine gezielte adaptive Einstellung während der Fahrmanöver ist
kaum möglich. Änderungen
des Reifeninnendruckes erfordern einen hohen konstruktiven Aufwand
und können
nicht so schnell bei dynamischen Fahrmanövern erreicht werden. Desweiteren
ist eine zylindrische Außenkontur mit
konstanter Bodendruckverteilung bislang nicht realisierbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugrad bereitzustellen,
bei dem die Bodenaufstandsfläche
des Fahrzeugrades gezielt angepasst werden kann.
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Gelöst wird
die Aufgabe gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen von Anspruch 1 dadurch, dass die Speichenlängen und
dadurch die Vorspannung der Speichen dergestalt varierbar sind,
das die Bodenaufstandsfläche
zwischen Laufstreifenelement und Fahrbahn der Fahrtsituation angepasst
werden kann.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch
gezielte Änderung
der Speichenlänge,
die Bodenaufstandsfläche
zwischen Laufstreifen und Fahrbahn optimal den jeweiligen Fahrbedingungen
angepasst werden kann. Dadurch ist es möglich, den Bremsweg des Fahrzeuges
zu verkürzen
oder den Abrieb des Laufstreifens zu minimieren.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Speichenlängen
adaptiv durch auf das Fahrzeugrad wirkende Momente oder/und Seitenkräfte verstellt
werden. Auf diese Weise passt sich das Fahrzeugrad von selber den
jeweiligen Fahrbedingungen an.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Speichen asymetrisch dergestalt als V-Speichen aufgebaut
sind, dass sich die Bodenaufstandsfläche in Abhängigkeit der wirkenden Momente
unterschiedlich verformt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Speichen in lateraler Richtung dergestalt geteilt sind,
dass die Bodenaufstandsfläche
durch eine Verstellgeometrie beim Auftreten von Seitenkräften gezielt
beeinflusst wird. Dadurch lässt
sich eine bessere Bodenhaftung bei Kurvenfahrten erzielen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Verstellgeometrie über
Keilflächen
und ein dazwischen angeordnetes Elastomer realisiert wird. Über eine
solche Verstellgeometrie lässt
sich die Speichenlänge
auf eine einfache Art und Weise variieren.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Speichenlänge über ein
Verstellmittel von außen
gesteuert eingestellt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Verstellmittel ein mehrteiliges Backenfutter ist.
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Anhand
mehrerer Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung näher
erläutert
werden. Es zeigen:
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1:
ein Fahrzeugrad mit asymmetrischen vorgespannten V-Speichen in Abhängigkeit
der wirkenden Momente
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2:
ein Fahrzeugrad mit einer radialen Vorspannung des Rades in Abhängigkeit
der wirkenden Momente
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3:
ein Fahrzeugrad mit dem die Speichenspannung über ein Backenfutter verstellt
wird.
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4:
ein Fahrzeugrad mit Speichen, die in lateraler Richtung geteilt
sind
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5:
ein Fahrzeugrad mit einer einwirkenden Seitenkraft
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6:
ein Fahrzeugrad mit massiven Speichen, die in lateraler Richtung
geteilt sind
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7:
ein Fahrzeugrad mit massiven Speichen mit einer einwirkenden Seitenkraft
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8:
ein Fahrzeugrad mit einer radialen Vorspannung in Abhängigkeit
von der Seitenkraft
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9:
ein Fahrzeugrad mit massiven Speichen mit einer radialen Vorspannung
in Abhängigkeit von
der Seitenkraft
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Die 1 zeigt
ein Fahrzeugrad 1 mit asymmetrischen V-Speichen 2.
Das Festlager 3 fixiert das Fahrzeugrad 1, so
dass in Abhängigkeit
von den Drehrichtungen 4 und 5 sich die Speichenvorspannungen ändern ,
insbesondere erhöhen
oder verringern, und sich dadurch weicher oder steifer verhalten. Über diese
durch das Drehmoment verursachte Änderung der Speichenvorspannung
lässt sich
z.B. beim Bremsen die Bodenaufstandsfläche vergrößern, wodurch der Bremsweg
verkürzt
wird. Andererseits kann ein Antriebsmoment die Speichenvorspannung
erhöhen
und über
eine kleinere Bodenaufstandsfläche
bzw. geringere Einfederung des Aussenringes einen geringeren Rollwiderstand
bewirken.
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Die
V-Speichen können
auch in Form von Karkassfäden
realisiert werden. Karkassfäden,
die asymetrisch unter einem Winkel in der Seitenwand stehen, können bei
Antriebs- oder Bremsmomenten über
die Änderung
der Fadenvorspannung die Bodenaufstandsfläche ändern.
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2 zeigt
ein Fahrzeugrad 1 mit einer radialen Vorspannung 13 des
Rades in Abhängigkeit
der wirkenden Momente 14. Die Speichen 6 umfassen gegenüberliegende
Keilflächen 7 mit
einem dazwischen angeordneten nicht kompressiblen Elastomer 8.
Die Speichen sind mit einem Innenring 9 und Außenring 10 verbunden,
der auf der Außenseite
mit einem Laufstreifen verbunden ist. Wirkt ein Antriebs- oder Bremsmoment
auf das Rad 1 ein, so verdreht sich der Außenring 10 geringfügig zum
Innenring 9, so daß über die
Keilflächen
eine Änderung
der Speichenvorspannung erfolgt. Beispielsweise kann dadurch beim
Auftreten eines Bremsmomentes die Speichenvorspannung reduziert
und über
eine vergrößerte Bodenaufstandsfläche eine
Verkürzung
des Bremsweges hervorrufen werden. Andererseits kann ein Antriebsmoment
die Speichenvorspannung erhöhen
und über
eine kleine Bodenaufstandsfläche
bzw. geringere Einfederung des Aussenringes einen geringeren Rollwiderstand
bewirken.
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3 zeigt
ein Fahrzeugrad 1, bei dem die Speichenlänge über ein
mehrteiliges Backenfutter 15 verstellt wird. Die Speichen 6 sind
an den Backen befestigt und werden durch ein Gewinde verlängert oder
verkürzt.
Dieser Vorgang wird über
einen nicht dargestellten Stellantrieb realisiert.
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4 zeigt
ein Fahrzeugrad 1 mit Speichen 6, die in lateraler
Richtung geteilt sind. Die Speichen sind mit einem Innenring 9 und
Außenring 10 verbunden,
der auf der Außenseite
mit einem Laufstreifen verbunden ist. Auf das Fahrzeugrad 1 wirkt
keine Seitenkraft, so dass die Bodenaufstandsfläche 11 schematisch
die dargestellte Kontur besitzt.
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5 zeigt
ein Fahrzeugrad 1 mit einer einwirkenden Seitenkraft 12.
Aufgrund der auf das Fahrzeugrad 1 wirkenden Seitenkraft 12 ergibt
sich durch die asymetrische Anordnung der Speichen eine entsprechende
Vorspannungs- bzw. Längenänderung der
Speichen 6 und dadurch eine Konturveränderung des Außenringes 10.
Die Bodenaufstandsfläche 11 nimmt
sodann schematisch die dargestellte trapezförmige Kontur an.
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6 zeigt
ein Fahrzeugrad 1 mit Speichen 6, die in lateraler
Richtung geteilt sind. Die Speichen 6 umfassen gegenüberliegende
Keilflächen 7 mit
einem dazwischen angeordneten Elastomer 8. Die Speichen
sind mit einem Innenring 9 und Außenring 10 verbunden,
der auf der Außenseite
mit einem Laufstreifen verbunden ist. Auf das Fahrzeugrad 1 wirkt
keine Seitenkraft, so dass die Bodenaufstandsfläche 11 schematisch
die dargestellte Kontur besitzt.
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7 zeigt
ein Fahrzeugrad 1 mit einer einwirkenden Seitenkraft 12.
Aufgrund der auf das Fahrzeugrad 1 wirkenden Seitenkraft 12 ergibt
sich durch die Keilflächen 7 eine
entsprechende Längenänderung
der Speichen 6 und dadurch eine Konturveränderung
des Außenringes 10.
Die Bodenaufstandsfläche 11 nimmt
sodann schematisch die dargestellte trapezförmige Kontur an.
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8 zeigt
ein Fahrzeugrad 1 mit einer radialen Vorspannung 13 in
Abhängigkeit
von der Seitenkraft 12. Durch die am Aussenring angreifende
eingezeichnete Seitenkraft 12 vergrößert sich die Vorspannung in
den jeweils rechten stärker
schräggestellten Speichen
stärker,
als das sich die jeweils linken Speichen entlasten. Damit erhöht sich
bei der eingezeichneten Seitenkraft 12 die Summe der Vorspannungen in
allen Speichen, so dass sich beispielsweise die Bodenaufstandsfläche verringert.
Greift die Seitenkraft entgegengesetzt an, so verringert sich die
Summe der Vorspannungen 13 und die Bodenaufstandsfläche wird
größer.
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9 zeigt
ein Fahrzeugrad 1 mit einer radialen Vorspannung 13 in
Abhängigkeit
von der Seitenkraft 12. Die Speiche 6 umfasst
wiederum die Keilflächen 7 und
ein Elastomer 8. Durch die am Aussenring angreifende eingezeichnete
Seitenkraft 12 vergrößert sich
die Zugvorspannung, so dass sich beispielsweise die Bodenaufstandsfläche verringert. Greift
die Seitenkraft entgegengesetzt an, so verringert sich die Summe
der Vorspannungen 13 und die Bodenaufstandsfläche wird
größer.
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Falls
die massiven Speichen auf Druck vorgespannt sind, ergibt sich bei
der eingezeichneten Seitenkraft eine geringere Druckvorspannung
und somit eine größere Bodenaufstandsfläche.
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Zusammenfassend
ist zu den Ausführungsbeispielen
festzustellen, dass eine wesentliche Idee darin besteht, die Fäden bzw.
Speichen eines elastischen Speichen-Rades im Betrieb zu verlängern oder
zu verkürzen,
bzw. die Vorspannung zu verändern.
Dadurch soll die Bodenaufstandsfläche des Rades der Fahrsituation
angepasst werden können. So
soll z.B. beim Bremsen durch Verlängern der Speichen die Bodenaufstandsfläche vergrößert werden
können,
um den Bremsweg zu verkürzen.
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Weiterhin
ist eine Anpassung der Bodenaufstandsfläche denkbar, die bei Beschleunigen,
Normalfahrt, glatter Straße,
rauer Straße,
angepasst werden kann.
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Das
in den Ausführungsbeispielen
beschriebene elastische Speichen-Rad ermöglicht den Aufbau eines nahezu
idealen zylindrischen „Laufstreifens" am Außenring
mit einer homogenen oder gezielt einstellbaren Druckverteilung in
der Bodenaufstandsfläche.
Durch den prinzipiellen Aufbau kann der Außenring besser von den Speichen
entkoppelt werden als bei einem klassischen Luftreifen. Im Gegensatz
zum Luftreifen wird beim Speichenrad der Laufstreifen in Umfangsrichtung
auf Druck belastet, wenn die Speichen auf Zug belastet werden. Denkbar
sind aber auch Speichen, die auf Druck belastet werden, die dann
eine gewisse Biegesteifigkeit aufweisen müssen. Werden die Speichen in
lateraler Richtung geteilt, so kann über unterschiedliche Verstellgeometrien
der geteilten Speichen innen und außen unterschiedliche Speichenlängen und
damit die Kontur und die Bodenaufstandsfläche gezielt verändert werden.
Neben der adaptiven Regelung ist eine verstellbare Voreinstellung
der Speichenbiegesteifigkeiten denkbar. Hierbei könnten beispielsweise
unterschiedliche Formkörper
zwischen die Speichen geschoben werden, die ein Ausknicken der Speichen in
der Bodenaufstandsfläche
vermindern.
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Asymmetrische
V-Speichen
- 3
- Festlager
- 4,
5
- Drehrichtung
- 6
- Speichen
oder Massivspeichen
- 7
- Keilflächen
- 8
- Elastomer
- 9
- Innenring
- 10
- Außenring
- 11
- Bodenaufstandsfläche
- 12
- Seitenkraft
- 13
- radiale
Vorspannung
- 14
- Moment
- 15
- Backenfutter