DE19950946A1 - Vorrichtung an Fahrzeugrädern zur Verhinderung des Durchdrehens und Aufschwimmens - Google Patents

Abstract

Saisonale Gleitschutzvorrichtung lösbar mit Fahrzeugrädern verbunden, deren Greifeinheiten im gesperrten Zustand bezüglich der Geschwindigkeit keine Behinderung darstellen, sich im entsperrten Zustand durch eingeleitete Kräfte radial nach außen oder innen verschieben. Die Greifeinheiten wirken im wesentlichen zwischen Fahrbahn und Reifenlauffläche.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitschutzvorrichtung für bereifte, insbesondere luftbereifte Fahrzeugräder für den Einsatz bei verschiedenen Boden- und Wetterverhältnissen, bei gewissen Flüssigkeitshöhen auf Fahrbahnen oder Spurrinnen. Bei diesen Zuständen drohen die Antriebsräder von Kraftfahrzeugen durchzudrehen oder sind wegen Rutschens bzw. Aufschwimmens (Aquaplaning) nicht mehr lenkfähig. Auch die nicht- treibenden Räder verhindern bei schlechten Bedingungen keine Querbewegungen (Ausbrechen des Fahrzeuges). Bei schlammigem Untergrund oder Sand wühlen sich die treibenden Räder in den Boden. In Jahreszeiten mit überfrierender Nässe sind Fahrzeuge in Bezug auf Lenkung oft nicht mehr zu kontrollieren.

In der Vergangenheit hat man die verschiedensten Mittel ersonnen, um dem Mängel zu begegnen. Bekannt sind

• a) Schneeketten,
• b) Anfahrhilfen,
• c) Winterreifen,
• d) Zwillingsräder für Traktoren oder über die Reifen hinausgreifende Arme,
• e) auf Reifen aufsetzbare und klappbare Bügel (mit und ohne Spannketten)
• f) Gurt- und Bandelemente quer über die Lauffläche der Reifen gespannt,
• g) Spikes auf pneumatischen Reifen oder Spikesvorrichtungen parallel neben dem Rad,
• h) mittels Adapter montierbare Ringe/Scheiben mit über die Reifenlauffläche reichende Arme,
• i) keine Mittel gegen Aquaplaning.

Die aus der (Patent)-Literatur bekannten o. g. Hilfsmittel haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt bzw. haben folgende Nachteil. Zu

• a) Nur bei Schnee einsetzbar, sonst Verschleiß von Straße und Kette. Umständlich montierbar, nur begrenzte Geschwindigkeiten möglich.
• b) Nur für kurze Strecken, vornehmlich für Tiefschnee
• c) Bei vereister Straße kein Vorteil.
• d) Nur auf Acker brauchbar.
• e) Holperndes Fahren, nur sehr geringe Geschwindigkeit.
• f) Räder müssen schon vor dem Einsatz präpariert sein. Auswuchten erforderlich, trotzdem nur mäßige Geschwindigkeit.
• g) In den meisten Ländern sind Spikes auf Reifen verboten. Zahlreiche Spikes an Vorrichtung neben dem Rand wirkend. Beschädigt ebenso die Fahrbahn. Bei wenig Spikes nur geringe Wirkung.
• h) EP-Pat. Appl. 0 263 433, DE 31 00 325, DE 31 48 112 und DE 33 31 855 sind Gleitschutzvorrichtungen, die Greifarme besitzen, welche sich schon bei der Montage über einen Teil der Reifenlauffläche erstrecken. Sie müssen am Ende des Schneebelages demontiert werden.

Nach DE-PS 27 50 111 ist eine Vorrichtung dargestellt, die an den Rädern montiert gefahren werden kann, ohne aktiviert zu sein. Erst bei Bedarf werden die tangential angeordneten Gleitschutzarme ausschwenkt und arretiert. Nach Beendigung des Einsatzes werden die Arme in die Ausgangsstellung mittels Federn selbständig zurückgedreht. Als Nachteil wird die ständige Verformung der über die Lauffläche ragenden Gleitschutzarme und der relativ hohe Fertigungsaufwand gesehen.

Es gibt noch eine Reihe von Vorschlägen über Anti-Rutschvorrichtungen, die das Ziel haben, neben dem Fahrzeugreifen auf den Boden zu greifen. Sie haben den Nachteil, gleichgültig ob die Greifarme einzeln oder gemeinsam auf Reifendurchmesser ausgefahren oder erst montiert werden müssen, daß ihr spezifischer Flächendruck nicht wesentlich über dem der Reifen liegt und nicht, wie bei einer Schneekette der spezifische Flächendruck relativ groß ist, weil auf schmaler Fläche der gesamte Raddruck liegt. Das hat zur Folge, daß der Schnee/Boden neben dem Kettengliedern verdichtet und ein größerer Scherwiderstand des Untergrundes bewirkt wird. Das zieht theoretisch eine mögliche höhere Fahrgeschwindigkeit nach sich. Diese Vorteile sollten bei einer Gleitschutzvorrichtung mit beinhaltet sein. Das bedeutet, die Griffelemente sollten nach Aktivierung unter die Lauffläche des Rades reichen. Damit würde auch ein Aquaplaning unterdrückt, weil die Griffelemente den Aufbau eines Strömungskeils zwischen Rad und Fahrbahnoberfläche verhindern. Weiter sollte die Vorrichtung relativ billig in der Herstellung, einfach in der Mechanik und Handhabung, ohne Montage vor Ort einsetzbar, nach Gebrauch ohne Demontage eine normale Weiterfahrt ermöglichen.

In den beiliegenden Skizzen sind beispielhaft einige Möglichkeiten zur Lösung der Aufgabe gezeigt. In Fig. 1 ist eine Ronde (4) am Fahrzeugrad lösbar befestigt. In die Ronde sind sickenartig Vertiefungen eingearbeitet, die radial nach außen laufen. In den Vertiefungen sind verschiebbar das Griffelement (1), das Führungsglied/Masse (3) und das beide verbindende Gelenk (2) angeordnet. Die Abdeckung (5) gewährleistet den Verbleib der Greifeinheit (1, 2, 3) bei Raddrehungen in den rinnenförmigen Vertiefungen. An der Vorrichtung sind Fliehkräfte wirksam, die das Griffelement (1) mit dem Führungsglied/Masse (3) radial nach außen drängen. Durch die Abdeckung/Führung (5) wird das Griffelement (1) auf einer Bahn entlang der Reifenwange über die Lauffläche des Rades geschoben (Fig. 5a bis 5e). Bis auf die Aufstandfläche (Walklinie) des Rades geschieht dies rund um das Rad. Beim Abrollen des Rades gelangen die Griffelemente (1) unter die Lauffläche und die durch die Aufstandfläche zurückgehaltenen Griffelemente zunächst über die Lauffläche. Durch die Reifenverformung bedingt, verschieben sich auch die Greifeinheiten mit der Abplattung des Reifens in Richtung der Radachse. Es entsteht eine oszillierende Bewegung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rades. Dabei drückt sich das Griffelement in den Untergrund analog einer Schneekette. - Die Griffelemente können je nach Einsatzbedingungen in Werkstoff und Formgebung unterschiedlich hergestellt werden.

Bei Stillstand des Rades tritt an Stelle der Zentrifugalkraft die Gravitationskraft. Diese zieht die Greifeinheiten im oberen Sektor des Rades in Richtung der Radmitte. Die Größe der Kraft bzw. die daraus resultierende Geschwindigkeit der Bewegung der Greifeinheiten zum Radzentrum hängt im wesentlichen von der Masse der Führungsglieder (3) ab. Wegen der Masse beeinflußt die Größe der Einzelglieder in Fig. 3 auch die Länge der Kette. Vom Querschnitt der Kettenglieder (eckig, rund) hängt es ab, ob sich die Griffelemente in sich drehen können. Fig. 3 deutet auch eine räumliche Führung der Kettenglieder (Kugelkette) an. - Fig. 2 zeigt Einzelheiten und deren Einflüsse bezüglich der Abstände der Griffelemente am Radumfang. Ebenso läßt sich die Überdeckung der Lauffläche vom Griffelement abschätzen.

Bisher wurden Beispiele über die Möglichkeiten der Anordnung und Führung der Greifeinheiten gezeigt und auf die Zentrifugal- und Gravitationskraft zur Betätigung des Gleitschutzes (Greifeinheit) hingewiesen.

Fig. 4 zeigt im oberen Teil eine Analogie zu Fig. 1. Lediglich im unteren Teil ist beispielsweise eine der vielen Möglichkeiten einer Sperre für die Beweglichkeit der Greifeneinheiten gezeigt. Bei Stillstand des Rades werden die im oberen Teil des Rades liegenden Greifeinheiten durch die Gravitationskraft nach unten, in Richtung Radachse, rutschen. Die mit der Masse (3) verbundene Feder (6) verhakt sich unter der Ecke (7) der Mutter (8). Damit bleiben die im oberen Radsektor befindlichen Greifeinheiten auch bei langsamen Weiterrollen des Rades in dieser Stellung stehen. So werden sektorenweise die Einheiten nach oben gerollt. Bei kurzem Verweilen des Rades in der Stellung fallen die Einheiten in Achsrichtung und verhaken an der Mutter. Nach wenigen langsamen Raddrehungen wird bei Radstillstand die Mutter (8) gegen das Rad geschraubt und damit alle Greifeinheiten (1, 2, 3) fixiert. Jetzt werden bei schneller Weiterfahrt die entstehenden Fliehkräfte, herrührend von den Greifeinheiten, von der Mutter aufgenommen. Ein weiteres Beispiel einer Elementensperre wird in Fig. 7 gezeigt.

Im gesperrten Zustand der Greifeinheiten ist auf normalen Fahrbahnen die Möglichkeit gegeben, auch mit Höchstgeschwindigkeiten fahren zu können. Die eingezogenen Griffelemente reichen bei einem vorgeschriebenen Luftdruck nicht bis zur Walklinie des Reifens (Fig. 5a, 7, 9). Damit können weit vor und nach Wintersaison die Vorrichtungen mit den Rädern verbunden bleiben, um bei Bedarf sofort aktiviert werden zu können, wobei auch bei der Gefahr von Aquaplaning die Vorrichtung genutzt werden kann. Außerdem kann die Gefahr bei einem Reifenplatzer bei Höchstgeschwindigkeiten minimiert werden, da die Durchmesser zwischen der Walklinie eines Reifens und dem der eingezogenen Griffelemente bei montierter Vorrichtung nicht sehr unterschiedlich sind.

Bei nicht vorhergesehenen Wetterbedingungen wie überfrorene Nässe, wird die Mutter (8) zurückgedreht bis die Kante (7) in Fig. 4 die Feder (6) nicht mehr tangiert bzw. in Fig. 7 die Mutter (8) mit dem Greifer den Hammer (6) soweit ausschwenkt, daß dessen Kante nicht mehr am Schienenende (7) hängen bleibt. Die Griffelemente fahren aus. - Am Ende des Einsatzintervalles wird die Mutter auf eine Markierung gedreht wo die Federn (6) an der Mutterkante (7) bzw. die Hammerfinnen an den Schienenden (7) verhaken. Damit beginnt das manuelle Spiel wie vorher beschrieben.

Der gesamte Einatzvorgang läßt sich auch teilweise oder ganz automatisieren, wobei die folgenden Möglichkeiten mit dem beschriebenen Vorgang oder untereinander kombinierbar sind.

• 1. Eine Schlupfkontrolle an den Rädern gibt ein Signal und schaltet den Motor ab.
• 2. Die Schlupfkontrolle gibt über ein (elektronisches) Management Signale an elektromagnetisch oder pneumatisch wirkende oder sonstige bekannte Betätigungseinheiten, die in zwei Richtungen (sperren/entsperren) arbeiten.
• 3. Die vorbeschriebenen Möglichkeiten können auch vom Fahrerplatz aus eingeleitet werden.

Neben den in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Führungen (5), die am Rad radial oder nahezu radial verlaufen und meist verdeckt dargestellt sind, werden in den Fig. 6 und 8a die Griffelemente (1) in einem Langloch einer Rippe mittels einfacher Drehgelenke (2) geführt. Die Abdeckung (5) mutiert hier zu einer Umlenkung für das Griffelement (1). Oft genügt das Gewicht des Drehgelenkes und eines Teiles des Griffelementes als Masse (3), um durch Gravitation in Richtung Radachse zu gleiten und um dort gesperrt zu werden.

In Fig. 8b sind die beiden Rippen mit den führenden Langlöchern in einem größeren Abstand zueinander dargestellt. Dazwischen läuft ein Körper (9), der durch eine Achse für die Gelenke (2), in Fig. 6 dargestellt, mitgenommen wird. Da für das Funktionieren im allgemeinen keine weitere Masse benötigt wird, wurde in Fig. 8b das Gelenk (2) mit (3) bezeichnet. Auf der Achse (3) mit Körper (9) befindet sich neben den Rippen jeweils ein Griffelement (1), welches durch Umlenkung (5) über/unter die Lauffläche des Rades gebracht wird. Der Raddruck wird beim Abrollen voll über die beiden Griffelemente und Körper (9) auf die Fahrbahn übertragen. Der Körper (9) verbreitert die Auflagefläche des Reifens (s. Fig. 6). Während die spezifische Flächenpressung wegen der Schlankheit der Griffelemente beim Abrollen unter der Lauffläche sehr hoch ist, ist er unter Körper (9) in Abhängigkeit von seinem Querschnitt geringer. Die spezifische Flächenpressung des Körpers (9) wird größer, je spitzer er an der Stelle der Fahrbahnberührung ist. Wird der Körper (9) schneidenförmig ausgebildet und verläuft die "Schneide" parallel zum Rad. d. h. in Fahrtrichtung, wird auch auf glatter Fahrbahn das Fahrzeug in Fahrtrichtung stabilisiert. Es besteht eine Abhängigkeit zwischen dem Untergrund (Eis, Schnee, Wasser) und dem Körperwerkstoff (Gummi, Metall, Kunststoff) mit seiner Formgebung.

Strömungstechnisch geschieht das Aufschwimmen der Fahrzeugreifen (Aquaplaning) im Flachwasser. Das sind in der Praxis ca. 5 bis 10 mm Tiefe. Physikalisch gibt es eine Ähnlichkeit mit dem Schmierkeil in der hydrodynamischen Schmierungstheorie. Es bietet sich eine weitere Anwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung als Gleitschutz an Fahrzeugrädern an. Unter den rotierenden Rädern baut sich ein Flüssigkeitskeil auf. Bei ausgefahrenen Griffelementen wird die Rotation der Strömung an den Reifen unterbrochen, die Strömung reißt ab und das Aufschwimmen hört auf.

Da das Fahrzeugrad bei Aquaplaning den Bodenkontakt verloren hat, bleibt auch ein Lenkeinschlag ohne Wirkung. Das kann durch Körper (9) mit ausgebildeter "Schneide", parallel zur Lauffläche des Reifens, vermieden werden. Alle mit dem Rade umlaufenden Körper (9) mit ausgebildeter "Schneide" bilden eine "Bordwand", die wie ein Ruder das jeweilige Rad stabilisiert. Verbessert wird die Wirkung, wenn Körper (9) durch seine Dimensionierung mehr als die Wassertiefe in das Wasser reicht, also ständig Bodenberührung hat oder durch eine Lagerung (z. B. Langloch) in der Lage ist, durch die Fliehkraft den Vorrichtungsradius um mehr als die Wassertiefe zu vergrößern. Dann geschieht beides: Bodenberührung und Ruderwirkung durch eine "Bordwand".

Die Fig. 5a bis 5e zeigen kinematisch die Bewegung der Griffelemente, die sich aus der Walkarbeit ergeben.

Nicht dargestellt ist in keiner Figur ein Griffelement, was durch eine Verlängerung mit einem Gelenk in der Lage ist, die gesamte Breite der Lauffläche zu überbrücken. Dabei ist das weitere Gelenk so gestattet, daß es nur in einer Richtung drehbar ist.

Das Beispiel in Fig. 7 lehnt sich an die Fertigungsmöglichkeiten in der Kunststofftechnik an. Es ist eine Schnittdarstellung in Richtung "Y" der Fig. 8. Das Führungsglied (3) wird hier durch eine an die Ronde gespritzte T-Schiene geführt.

Die in Fig. 9 dargestellte Ausführung ist den anderen Darstellungen prinzipiell ähnlich. Das Gelenk (2) entfällt. Die Führung ist kreisförmig. Das Führungsglied (3) ist gleichzeitig Masse.

Bei der Vielzahl der Reifen, Radgrößen und deren Felgen ist es sinnvoll, gewisse Typen in Gruppen zu fassen und dafür Adapter zu entwickeln, um Gleitschutzvorrichtungen an verschiedene Autotypen koppeln zu können.

Claims (11)

1. Gleitschutzvorrichtung für bereifte Fahrzeuge mit umfangsverteilten Greifeinheiten gegen das Durchdrehen von Rädern und gegen Lenkinstabilität, dadurch gekennzeichnet, daß sich entsperrte Greifeinheiten durch Zentrifugalkraft in die Wirkstellung zwischen Fahrbahn und Reifenlauffläche schieben.

2. Gleitschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die entsperrten Greifeinheiten bei Raddrehung in radialer Richtung nach außen verschieben.

3. Gleitschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Griffelemente ohne Verformung wirken.

4. Gleitschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich nach Radstillstand die Elemente in der Walkzone durch die Gravitationskraft zur Radmitte in Ruhestellung schieben.

5. Gleitschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Verbindungsachse zweier Gelenke von Greifeinheiten ein Griffelement montiert ist, das neben der Lauffläche des Rades wirkt (Fig. 6 und 8b).

6. Gleitschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beweglichen Elemente im Stillstand sperren lassen.

7. Gleitschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich im gesperrten Zustand auf normaler Fahrbahn unbeeinträchtigt fahren läßt.

8. Gleitschutzvorrichtung für luftbereifte Fahrzeugräder mit umfangsverteilten Greifeinheiten gegen das Durchdrehen von Rädern und gegen Lenkinstabilität, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit nicht immanenter Energie versorgt ist.

9. Gleitschutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Antischlupfregelung oder dergleichen über elektronisches Management ihr Einsatz automatisiert ist.

10. Gleitschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der automatisierte Einsatz auch teilweise oder ganz manuell gesteuert werden kann.

11. Gleitschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem am Rad befindlichen Adapter verbunden werden kann.