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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Arbeitselement, insbesondere ein Rad für ein Fahrzeug nach den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 3.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Rädern aus Felge und Bereifung bekannt. Für unterschiedliche Fahrbahnbeschaffenheiten stehen Bereifungen unterschiedlicher Art, Härte, Gummimischung, Breite, Durchmesser und/oder Profil zur Verfügung. Dabei ist eine schnelle Anpassung des Reifens an die Fahrbahn nicht oder nur mit einem relativ grossen Montageaufwand möglich. Der verwendete Reifen ist also meist nur für eine Art von Fahrbahn geeignet. Bei anderen Fahrbahnen verhält sich der Reifen nicht optimal oder unterliegt einem hohen Verschleiss.
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Ist eine ein Fahrbahnunebenheit grösser als 0,5 × Radius eines Rades, kann diese mit einem Reifen nach dem Stand der Technik kaum schadfrei überwunden werden.
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Ein weitere Nachteil der bekannten Luftreifen ist, dass diese relativ anfällig für Reifenpannen sind. Bei einer Reifenpanne muss der Reifen bzw. das Rad demontiert und gewechselt oder geflickt werden.
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Desweiteren sind aus dem Stand der Technik ein Vielzahl von Arbeitselementen bekannt, geeignet für rotierende Bewegungen, wie Zahnräder oder Getriebeelemente für Getriebe oder Generatoren. Nachteiligerweise unterliegen diese einem hohen Verschleiss und sind schlecht auf unterschiedliche Einsatzzwecke anpassbar.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Arbeitselement, geeignet für rotierende Bewegungen, insbesondere ein Rad zu schaffen, das die o. g. Nachteile minimiert und vielfältig einsetzbar ist.
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale des kennzeichnenden Teile des Ansprüche 1 und 3.
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In typischen Ausführungsbeispielen umfasst ein Arbeitselement, geeignet für eine rotierende Bewegung eine Vielzahl von einzelne Flächenelementen, welche eine Oberfläche ausbilden oder eine gemeinsame Oberfläche abstützen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass Arbeitselemente die rotierende Bewegungen ausführen, auf eine Vielzahl von Anwendungsfälle und sich ändernde Belastungen angepasst werden können. Solche Arbeitsgeräte sind bspw. Räder, Zahnräder, Rotoren oder Element in Getrieben und/oder Generatoren. Des weiteren ist vorteilhaft, dass bei einem defekten Flächenelement nicht der ganze Arbeitselement funktionsuntüchtig ist. Nur das defekte Flächenelement muss ausgetauscht werden. Vorteilhafterweise ist das Arbeitselement auch mit einem defekten Flächenelement meist trotzdem noch funktionsfähig, da die benachbarten Flächenelemente die Funktion des defekten Flächenelementes zumindest teilweise übernehmen.
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Bevorzugt umfasst das Arbeitselement eine Vielzahl von Stacheln, die an ihrem Ende ein Flächenelement ausbilden. Zweckmässigerweise umfasst ein Rad für ein Fahrzeug eine Felge und einen Reifen. Bevorzugt wird die Oberfläche des Reifens aus einer Vielzahl von einzelnen Flächenelementen gebildet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einem defekten Flächenelement nicht der ganze Reifen funktionsuntüchtig ist. Nur das defekte Flächenelement muss ausgetauscht werden. Ein Radwechsel, wie bei herkömmlichen Rädern ist nicht notwendig. Vorteilhafterweise ist der Reifen bzw. das Rad auch mit einem defekten Flächenelement meist trotzdem noch funktionsfähig, da die benachbarten Flächenelemente die Funktion des defekten Flächenelementes zumindest teilweise übernehmen.
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Bevorzugt sind die einzelnen Flächenelemente zueinander verstellbar. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Lauffläche und/oder der Umfang des Rades bzw. des Arbeitselements vergrössert und/oder verkleinert wird. Insbesondere bei Arbeitselementen wie Zahnrädern ergibt sich dadurch der Vorteil, dass eine Zahnform auf den Belastungsfall angepasst werden kann. Dadurch wird eine bestmögliche Kraftübertragung und ein geringer Verschleiss erreicht. Auch Spiel, das sich durch Verschleiss ergibt, kann durch Nachstellen der einzelnen Stacheln ausgeglichen werden.
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Des weiteren ist Vorteilhaft, dass die Übersetzung auf einen Belastungsfall angepasst werden kann.
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In typischen Ausführungsbeispielen umfasst der Reifen eine Vielzahl von Stacheln. Bevorzugt bilden die nach aussen gerichteten Enden der Stacheln die Lauffläche des Reifens. Besonders bevorzugt ist an einem Ende des Stachels das Flächenelement ausgebildet.
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Zweckmässigerweise sind die Stacheln in ihrer Höhe verstellbar. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Reifen in seinem Umfang verstellbar ist. Wenn die Stacheln verlängert werden, wird der Umfang des Reifens vergrössert. Wenn die Stacheln verkürzt werden, wird der Umfang des Reifens verkleinert. Dies ist auch bei Arbeitselementen wie Zahnrädern, Rotoren, Getriebe- oder Generatorkomponenten vorteilhaft. Des weiteren ist vorteilhaft, dass sich durch das Ein- oder Ausfahren der Stachel die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitselemente ändern lässt. Diese Wirkung ist besonders vorteilhaft für Arbeitselemente, die in Getrieben oder Generatoren zum Einsatz kommen.
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Bevorzugt ragen die Stacheln in einem Winkel von der Felge bzw. einem inneren Bereich des Arbeitselements ab, der bevorzugt ca. 90° beträgt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass alle Stacheln geordnet zueinander ausgerichtet sind. Andere Winkel sind aber auch denkbar.
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Zweckmässigerweise sind eine Mehrzahl von Stacheln auf einer Breite der Felge bzw. einem inneren Bereich der Arbeitselements vorgesehen und ansteuerbar, wobei z. B. einzelne Stacheln eines Ringes gemeinsam verstellbar sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Breite des Reifens verstellbar ist, indem beispielsweise äussere Stacheln von äusseren Ringreihen gemeinsam eingezogen werden.
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Bevorzugt sind die Stacheln in einer beliebigen Position festlegbar. Besonders bevorzugt sind die Stacheln in einer Position mit einem Spiel, insbesondere einem einstellbaren Spiel, festlegbar. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass mit dem Reifen der Erfindung die federnde Eigenschaft von Luftreifen imitiert werden kann.
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In typischen Ausführungsbeispielen sind die Stacheln in mehreren Reihen angeordnet. Bevorzugt sind die Stacheln gitterförmig angeordnet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Reifen eine flächige Lauffläche aufweist.
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In weiteren Ausführungsbeispielen sind die Stacheln unregelmässig verteilt. Die Gitterform muss nicht homogen über den gesamten Reifen bzw. das Arbeitselement verteilt sein. In einzelnen Anwendungen kann eine asymmetrische Anordnung von Vorteil sein.
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Zweckmäsigerweise umfasst das Rad bzw. das Arbeitselement einen Sensor oder eine Mehrzahl von Sensoren zum Erfassen von Umgebungsdaten. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass Daten zur Beschaffenheit der Fahrbahn erfasst werden. Zweckmässigerweise umfasst das Rad eine Steuereinrichtung, geeignet die Stacheln in Abhängigkeit der erfassten Daten zur Fahrbahnbeschaffenheit zu verstellen.
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Für Arbeitselemente in Getrieben ist Vorteilhaft, dass diese Ihren Umfang, Flankenform, Winkelgeschwindigkeit durch verstellen der einzelnen Stacheln ebenfalls auf ermittelte Umgebungsdaten anpassen können.
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In typischen Ausführungsbeispielen umfasst das Rad oder das Arbeitselement eine Bedieneinrichtung. Bevorzugt ist die Bedieneinrichtung geeignet zur Eingabe von Parametern zum Verstellen der Stacheln. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Arbeitselement oder das Rad auch von einem Bediener direkt eingestellt werden kann.
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Selbstverständlich bleibt auch die Möglichkeit, die Stacheln innerhalb einer Reifenkarkasse anzuordnen, so dass diese von einer her mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden kann.
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In typischen Ausführungsbeispielen sind die Stacheln individuell in ihrer Länge verstellbar. Bevorzugt können die einzelnen Stacheln so verstellt werden, dass sich eine rechteckiger oder sternförmiger Umfang ergibt. Besonders bevorzugt sind die Ecken des Sterns abgerundet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Umfang des Reifens ausgebildet werden kann, der sich zum Überwinden von Hindernissen, insbesondere zum Treppen steigen eignet. Ein weiterer Vorteil der sich dadurch ergibt, dass die Stacheln individuell in ihrer Länge verstellbar sind, ist, dass der Reifen mit unterschiedlich starken Profilen ausgebildet werden kann. So lässt sich der Reifen durch das Verstellen der Stacheln auf unterschiedliche Fahrbahnbeschaffenheiten, insbesondere Schnee und Eis anpassen.
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Des weiteren ist Vorteilhaft, dass grössere Fahrbahnunebenheiten, bspw. Schlaglöcher oder Erhebungen überwunden werden können. Desweiteren können einzelne Stacheln auch so verstellt werden, dass diese über eine Lauffläche des Reifens hinausragen und wie Spikes wirken.
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In typischen Ausführungsbeispielen weisen die einzelnen Stacheln des Arbeitselements unterschiedliche Längen auf so dass diese ein Zahnrad ausbilden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ausgehend von einer Grundstellung der Stacheln eine Flankenform oder ein Umfang des Zahnrads durch kleine Hübe der Stacheln angepasst werden kann.
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Zweckmässigerweise sind die einzelnen Stacheln zumindest teilweise über Querverstrebungen verbunden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Arbeitselement, bzw. dessen Stacheln besser Kräfte aufnehmen können, die nicht radial eingeleitet werden. Diese ist besonderes vorteilhaft, wenn das Arbeitselement ein Zahnrad ist.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung kurz beschrieben, diese zeigt in
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1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines erfindungsgemässen Rades;
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2 eine weitere schematische Darstellung einer Seitenansicht eines erfindungsgemässen Rades in einer weiteren Fahrposition;
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3 eine schematische Darstellung einer Draufsicht des erfindungsgemässen Rades;
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4 eine weitere schematische Darstellung einer Seitenansicht eines erfindungsgemässen Rades in einer weiteren Arbeitsposition.
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1 zeigt ein erfindungsgemässes Rad 1 mit einer Felge 2 und einem Reifen 3 aus einer Vielzahl von einzelnen Stacheln 4. Das Rad 1 weist eine Mittelachse M auf. Die Stacheln 4 sind so mit der Felge 2 verbunden, dass sie in radialer Richtung verschoben werden können, wie in 2 gezeigt. Durch das radiale Verschieben der Stacheln 4 in die Felge 2 wird ein Umfang des Rades 3 vergrössert oder verkleinert.
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Die Stacheln 4 weisen jeweils einen Kopf 5 auf, der einen grösseren Durchmesser als ein Querschnitt der Stacheln 4 in einem unteren Bereich aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass an einem Ende des Stachels 4 ein grössere Auflagefläche ausgebildet wird. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die Stacheln 4 über ihre gesamte Länge einen einheitlichen Durchmesser auf.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Rad 1. Hier sind die einzelnen Stacheln 4 bzw. die Flächeneinheiten an deren Köpfe 5 von oben erkennbar. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ragen die einzelnen Stacheln 4 jeweils in etwa vertikal von einer Oberfläche der Felge 2 ab.
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Wie in 4 gezeigt, kann auch ein Winkel der Stacheln 4 zu der Felge 2 verstellt werden. Dadurch kann bspw. eine Oberfläche bzw. eine Lauffläche des Rades 3 im Vergleich zur Oberfläche des Rades 3 der 3 vergrössert werden. Die Abstände zwischen den einzelnen Stacheln 4 sind dann grösser.
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Die einzelnen Stacheln 4 sind in den gewünschten Positionen jeweils festlegbar, so dass eine eingestellte Reifengrösse fixiert ist. Es besteht auch die Möglichkeit die Stacheln mit einem gewissen Spiel festzulegen, dadurch kann mit dem erfindungsemässen Rad 1 die federnde Eigenschaft eines Luftreifens imitiert werden.
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Bevorzugt umfasst das Rad 1 eine nicht dargestellte Bedieneinrichtung, geeignet zum Verstellen der einzelnen Stacheln 4. Besonders bevorzugt besteht die Möglichkeit, dass der Fahrer direkt Werte wie Reifenbreite, Reifendurchmesser und/oder Spiel der Stacheln 4 eingeben kann. Des weiteren ist die Bedieneinrichtung auch geeignet zur Eingabe von Parametern wie bspw. der gewünschten Geschwindigkeit oder der Fahrbahnbeschaffenheit. Zweckmässigerweise werden die Stacheln 4 dann in Abhängigkeit der eingegebene Werte oder Parameter positioniert.
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In typischen Ausführungsbeispielen umfasst der Reifen
3 bzw. das Fahrzeug, bei dem der Reifen
3 eingesetzt wird eine nicht dargestellte Steuereinrichtung. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung bzw. deren Sensoren geeignet zum Erfassen von Parametern, wie bspw. Fahrbahnbeschaffenheit, Geschwindigkeit, Wetterverhältnisse, Beladung des Fahrzeugs und/oder Anzahl der Insassen. In Abhängigkeit der erfassten Parameter wird dann die bevorzugte Position der Stacheln
4 ermittelt. Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung einen Speicher, der geeignete Programme bzw. Algorithmen zum Ermitteln der Stacheleinstellungen aufweist. Bezugszeichenliste
| 1 | Rad | 34 | | 67 | |
| 2 | Felge | 35 | | 68 | |
| 3 | Reifen | 36 | | 69 | |
| 4 | Stacheln | 37 | | 70 | |
| 5 | Kopf | 38 | | 71 | |
| 6 | | 39 | | 72 | |
| 7 | | 40 | | 73 | |
| 8 | | 41 | | 74 | |
| 9 | | 42 | | 75 | |
| 10 | | 43 | | 76 | |
| 11 | | 44 | | 77 | |
| 12 | | 45 | | 78 | |
| 13 | | 46 | | 79 | |
| 14 | | 47 | | | |
| 15 | | 48 | | | |
| 16 | | 49 | | | |
| 17 | | 50 | | | |
| 18 | | 51 | | | |
| 19 | | 52 | | M | Mittelachse |
| 20 | | 53 | | | |
| 21 | | 54 | | | |
| 22 | | 55 | | | |
| 23 | | 56 | | | |
| 24 | | 57 | | | |
| 25 | | 58 | | | |
| 26 | | 59 | | | |
| 27 | | 60 | | | |
| 28 | | 61 | | | |
| 29 | | 62 | | | |
| 30 | | 63 | | | |
| 31 | | 64 | | | |
| 32 | | 65 | | | |
| 33 | | 66 | | | |
