DE4207613A1 - Spikesreifen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen, insbesondere einen Luftreifen für PKW oder Nutzfahrzeuge, aus dessen Profilstollen je nach Bedarf Spikes durch Luftdruck­ steuerung aus- bzw. einfahrbar sind.

Spikesreifen bieten, abgesehen von Schneeketten, den sicher­ sten Halt eines Kraftfahrzeuges auf schnee- oder eisglatten Fahrbahnen. Sofern die Fahrbahnen jedoch trocken sind, bewir­ ken Spikesreifen einen erhöhten Fahrbahnabrieb und führen da­ mit zu einer frühzeitigen Zerstörung der Fahrbahndecke. Aus diesem Grund hat der Gesetzgeber die Verwendung von Spikes­ reifen in der Bundesrepublik untersagt.

Es gibt nun eine ganze Reihe von Überlegungen, die davon aus­ gehen, daß die Spikes mittels einer geeigneten Vorrichtung nur dann aus dem Reifen ausgefahren werden, wenn dies erfor­ derlich ist. Aufgrund vielfältiger technischer Probleme konnte sich bislang jedoch keines der vorgeschlagenen Kon­ zepte durchsetzen.

Es sind Konzepte gemäß z. B. den Druckschriften DT 23 54 612 oder CH 5 53 074 bekannt, welche Vorrichtungen beschreiben, bei denen die Spikes mittels einer Druckdecke aus- oder ein­ gefahren werden können. Diese Druckdecke ist hier an der Rei­ feninnenwand im Bereich der Reifenschultern angebracht. Neuere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß eine große Materialanhäufung bzw. eine hohe Reifendeckenstärke im Be­ reich der Reifenschultern vermieden werden muß, da hier im praktischen Fahrbetrieb eine beträchtliche Reib­ wärmeentwicklung durch Walkarbeit auftritt. Damit wäre eine zu große Gefahr der Reifenzerstörung insbesondere bei schnellfahrenden PKWs sowie im Bereich der Nutzfahrzeuge ge­ geben. Aus diesem Grund müssen die Reifen aus heutiger Sicht in dieser extrem kritischen Zone möglichst materialarm und dünnwandig gestaltet sein. In den beiden o. g. Druckschriften war diese Problematik noch nicht erkannt.

In neueren Dokumenten wie z. B. DE 40 05 010, DE 39 43 054 oder DE 39 19 710 wurde dieses Problem erkannt und versucht, diesem Rechnung zu tragen. Hier wurde die Druckdecke nur noch zum Teil im Schulterbereich angebracht. Damit konnten jedoch nach diesem Konstruktionsvorschlag nur noch Spikes im Bereich der Reifenmitte ausgefahren werden. Es ist offensichtlich, daß eine derart geringe Auflagefläche zu einer erhöhten Ab­ nützung und in kritischen Fahrsituationen zu einer starken Wärmeentwicklung führen kann, die sicherheitstechnisch äußerst bedenklich ist. Im übrigen fahren sich die Spikes bei hier vorgeschlagenen Konstruktion bei einem Leck der Arbeits­ kammer ein, was ebenfalls das Sicherheitskonzept dieses Vor­ schlages in Frage stellt.

Insgesamt zeichnen sich die neueren Konzepte durch immer auf­ wendigere Konstruktionen aus.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen einfach konstruierten Luftreifen mit ausfahrbaren Spikes zur Verfügung zu stellen, der den heutigen sicherheitstechnischen Anforderungen ent­ spricht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung durch die in den Unteransprüchen wiedergegebenen Merkmale gekennzeichnet sind.

Nach Maßgabe der Erfindung ist die Druckdecke, welche eine mit Druckluft befüllbare bzw. entleerbare Arbeitskammer um­ schließt, nicht mehr im kritischen Bereich der Reifenschul­ ter, sondern an der Innenwand der Lauffläche angebracht. So­ mit wird eine kritische Materialanhäufung im Bereich der Rei­ fenschulter vermieden. Aufgrund dessen kann die Druckdecke, welche je nach ihrer konstruktiven Ausführung am Rand mit um­ laufenden keilförmigen Abstandselementen versehen sein kann, mittels Kaltvulkanisation an der Reifeninnenwand anvulkani­ siert werden. Aus diesem Grunde bietet es sich an, die Druck­ decke sowie die Abstandselemente aus einem kaltvulkanisierba­ ren Material wie z. B. Butilkautschuk herzustellen. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Druckdecke mit einem Ver­ steifungsgewebe ausgestattet ist, wobei das Versteifungs­ gewebe sich jedoch nicht über die gesamte Breite der Druck­ decke erstreckt, sondern randliche Bereiche ausnimmt, um hier eine erhöhte Flexibilität zu gewährleisten.

Um ein einwandfreies Funktionieren der Vorrichtung zu gewähr­ leisten, muß die Druckdecke unter einer gewissen Vorspannung gegenüber der Reifeninnenwand angebracht werden. Es ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft, die Vorspannung der Druck­ decke so zu dimensionieren, daß diese größer ist, als die Summe der Zentrifugalkräfte, welche bei maximaler Fahrzeugge­ schwindigkeit auf die Speikes wirken.

Die für ein einwandfreies Funktionieren der Vorrichtung er­ forderliche Vorspannung der Druckdecke wird, bedingt durch die spezielle Form und Lage sowie durch die angebrachte Dehn­ zone im flexiblen Bereich der Druckdecke, bei der Reifen­ druckfüllung erzeugt.

Die Arbeitskammer kann mittels eines ersten Ventils druckbeaufschlagt werden. In diesem Fall entfaltet die Ar­ beitskammer ihr volles Volumen; die Spikes sind eingefahren. Entspannt man die Arbeitskammer über ein zweites Ventil gegenüber dem Umgebungsdruck, so wird die Druckdecke durch den Reifendruck gegen die Innenwand der Reifenlauffläche ge­ drückt und die Spikes treten durch die Spikesdurchtrittsöff­ nungen nach außen. Aus sicherheitstechnischen Erwägungen sind die Spikesdurchtrittsöffnungen in Form von Hülsen ausgebil­ det, welche fest mit der Armierung, insbesondere einer Stahlarmierung, der Karkasse verbunden sind. Darüber hinaus umfassen die genannten Hülsen geeignete Dichtungsmittel, wel­ che einen Luftaustritt aus der Arbeitskammer nach außen sowie ein Eindringen beispielsweise von Schmutzpartikeln, Eis, Schnee etc. von außen nach innen verhindern. Als Dichtungs­ mittel sind hier z. B. O-Ring, Kugelring-, Labyrinth- oder Winkel-Manschettendichtungen denkbar. Die an der Basis tel­ lerförmig ausgebildeten Spikesbolzen sind gegenüber der Druckdecke mittels eines lösbaren Klettverschlusses fixiert.

Als Druckreservoir zur Befüllung der Arbeitskammer ist ein Druckluftspeicher denkbar, welcher integraler Bestandteil der Felge ist. Voraussetzung hierfür ist also eine spezielle Aus­ gestaltung der Felge. Diese Ausgestaltung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Spikes, bedingt durch eine elektroni­ sche Regelung, häufig aus- und eingefahren werden. In vor­ teilhafter Weise kann hier zusätzlich ein Ventil zwischen dem Druckreservoir in der Felge und der Reifenhauptkammer vorgesehen sein. Mittels einer derartigen Anordnung können die Spikes, beispielsweise durch eine manuelle Öffnung dieses Ventils, auch dann noch eingefahren werden, wenn das Druckre­ servoir innerhalb der Felge einmal leer sein sollte.

Die Befüllung der Arbeitskammer kann entsprechend einer wei­ teren Gestaltungsmöglichkeit der Erfindung auch direkt aus der Reifenhauptkammer erfolgen. In diesem Fall wirkt also die Reifenhauptkammer selbst als Druckspeicher. Eine Druckentla­ stung der Arbeitskammer und das gleichzeitige Ausfahren der Spikes erfolgt über eine Druckleitung, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

In einer bevorzugten Ausführung besteht das Drucksteuerungs­ ventil aus einem 2-Wege-Druckfüll/Druckentlastungsventil, welches über eine Zwillingsdruckleitung die Arbeitskammer mit dem Druckreservoir verbindet.

Die Betätigung des 2-Wege-Druckfüll/Druckentlastungsventils kann manuell erfolgen, indem das Ventil durch eine entspre­ chende Vorrichtung an der Felge von Hand betätigt wird. Vor­ zugsweise ist jedoch vorgesehen, daß das 2-Wege-Druck­ füll/Druckentlastungsventil elektronisch gesteuert wird. Es bietet sich hierbei an, diese elektronische Steuerung mit ei­ ner Messung des Reifenschlupfes beim Beschleunigen oder Ver­ zögern des Kfz zu kombinieren. Dies ist besonders bei Kfz leicht möglich, welche ohnehin mit einem Anti-Schlupfsystem (ASC) ausgestattet sind. Im Falle eines erhöhten Reifen­ schlupfes wird demnach das 2-Wege-Druckfüll/Druckentla­ stungsventil über eine elektronische Fernsteuerung so ange­ steuert, daß sich die Spikes automatisch ausfahren. Ein der­ artiges ferngesteuertes 2-Wege-Druck­ füll/Druckentlastungsventil kann selbstverständlich auch un­ ter Umgehung der Regelungsautomatik vom Führer des Kfz bei Bedarf manuell bedient werden.

Die konstruktiven Merkmale der Kaltvulkanisation und der lös­ bar an der Druckdecke befestigten Spikesbolzen werden durch die Möglichkeit ergänzt, die Spikesdurchtrittsöffnungen mit geeigneten Polymeren zu verschließen. So hat der Verbraucher die Möglichkeit, einen derart vorbereiteten Winterreifen zu kaufen und nachträglich mit der beschriebenen Vorrichtung versehen zu lassen. Hierfür müssen lediglich die Spikesdurch­ trittsöffnungen geöffnet, die Spikesbolzen durch die Öffnun­ gen geführt und die Druckdecke entsprechend einvulkanisiert werden. Schließlich sind die Drucksteuerungsventile, welche integrale Bestandteile der Druckdecke sind, mittels geeigne­ ter Leitungen mit einer Drucksteuereinheit zu verbinden. Der­ artige Ventile können wahlweise mechanisch-manuell oder elek­ tronisch gesteuert werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht insge­ samt darin, daß es sich hierbei um eine vergleichsweise ein­ fache Konstruktion handelt, welche den heutigen sicherheits­ technischen Anforderungen entspricht. Selbst wenn durch eine Beschädigung der Lauffläche der Druck aus der Arbeitskammer entweicht, ist ein weiterer Betrieb des Reifens möglich. In diesem Falle würden lediglich die Spikes ausfahren.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen bei­ spielsweise näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein vorbekanntes Ausfüh­ rungsbeispiel eines Spikesreifens;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres vorbekanntes Ausführungsbeispiel eines Spikesreifens;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel eines Spikesreifens gemäß der Er­ findung mit eingefahrenen Spikes,

Fig. 4 einen Querschnitt, senkrecht zur Lauffläche eines Spikesreifen mit eingefahrenen Spikes;

Fig. 5 einen Querschnitt gemäß Fig. 4 mit ausgefahrenen Spikes, und

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Druckdecke.

In Fig. 1 und 2 sind Spikesreifen mit ausfahrbaren Spikes dargestellt, wie sie dem Stand der Technik entsprechen. Im besonderen ist hier im Schulterbereich 4 eine nicht wün­ schenswerte Materialanhäufung zu erkennen, welche durch die Befestigung der Druckdecke 5 in diesem Bereich hervorgerufen wird. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel versucht die Materialanhäufung in diesem Bereich zu verringern. Durch diese Konstruktion können jedoch nur noch ein bestimmter Pro­ filbereich in der Mitte der Lauffläche durch Druckbeaufschla­ gung aktiviert werden.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Spikesreifen der vorliegenden Erfindung. Der Reifen 1 weist eine Lauffläche 2 auf, in der vorzugsweise ein Stollenprofil 3 augebildet ist. In dem in Fig. 3 dargestellten Zustand, bei dem die Arbeitskammer 13 entweder im Druckgleichgewicht mit der Reifenkammer oder mit einem höheren Luftdruck beaufschlagt ist als die Reifenhaupt­ kammer 21, ist der Spike 7 eingezogen, d. h. er befindet sich in Ruhestellung. Die Druckdecke 5 ist unter Verwendung von radial umlaufenden, keilförmigen Abstandselementen 9 im Be­ reich der Innenwand der Lauffläche 6 an diese anvulkanisiert. Dadurch wird eine Materialanhäufung im kritischen Schulterbe­ reich 4 vermieden. Die Vulkanisation der Druckdecke 5 sowie der keilförmigen Abstandselemente 9 folgt bevorzugterweise kalt, d. h. unter Zurhilfenahme geeigneter Vulkanisati­ onsreagenzien.

Wie dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 zu entnehmen ist, um­ faßt die Druckdecke 5 ein kombiniertes 2-Wege-Druckfüll /Druckentlastungsventil 10, welches über eine Zwillingsdruckleitung 11 mit einem Druckreservoir, hier der Reifenhauptkammer 21, in Verbindung steht. Die Spikes 7 sind an ihrer Basis tellerförmig ausgebildet. Die Befestigung der Spikes erfolgt mittels eines Saugnapf- oder Klettverschlusses 12, gegenüber der Druckdecke 5. Die Spikes 7 sind durch die Lauffläche durch die Spikesdurchtrittsöffnung 8 geführt. Die Spikesdurchtrittsöffnung umfaßt eine Hülse 14, die ihrerseits fest mit der Stahlarmierung 17 des Reifens 1 verbunden ist. Zu Dichtungszwecken ist die Hülse 14 zusätzlich mit Dich­ tungsmitteln 15 versehen, die einen luftdichten Abschluß der durch die Spikesdurchtrittsöffnung geführten Spikes 7 gewähr­ leistet.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt gemäß Fig. 3, wobei hier je­ doch die Spikes ausgefahren sind. Die Funktion des Aus- bzw. Einfahrens der Spikes wird durch das 2-Wege-Druckfüll/Druck­ entlastungsventil, welches die Arbeitskammer 13 mittels einer Zwillingsdruckleitung 11 einerseits mit der Reifenhauptkammer 21 und andererseits mit dem Umgebungsdruck außerhalb des Sy­ stems verbindet. Ein Ausfahren der Spikes 7 wird dadurch er­ zielt, daß die Verbindung zwischen Reifenhauptkammer 21 und Arbeitskammer 13 geschlossen und danach die Verbindung zwi­ schen Arbeitskammer 13 und umgebenden Luftdruck geöffnet wird. Damit ergibt sich zwischen Arbeitskammer 13 und Reifen­ hauptkammer 21 eine Druckdifferenz, durch die die Druckdecke 5 gegen die Innenseite der Lauffläche 6 gedrückt wird. Die auf der Druckdecke befestigten Spikes 7 werden durch die Spikesdurchtrittsöffnungen 8 nach außen geschoben. Zum Ein­ fahren der Spikes wird das 2-Wege-Druck­ füll/Druckentlastungsventil in umgekehrter Weise betätigt, indem zunächst die Verbindung zwischen dem umgebenden Luft­ druck und der Arbeitskammer geschlossen und danach die Ver­ bindung zwischen der Arbeitskammer 13 und der Reifenhauptkam­ mer 21 geöffnet wird. Damit stellt sich zwischen der Arbeits­ kammer 13 und der Reifenhauptkammer 21 ein Druckgleichgewicht ein, die Druckdecke 5 entspannt sich und kehrt in ihre Aus­ gangslage zurück. In ihrer Ausgangslage ist die Druckdecke 5 genau so angeordnet, daß die Spikes, welche auf ihr befestigt sind, durch diese vollständig in die Lauffläche des Reifens eingezogen werden. Darüber hinaus wird das Einfahren der Spikes 7 nach der beschriebenen Betätigung des 2-Wege-Druck­ füll/-Druckentlastungsventils noch dadurch unterstützt, daß die Spikes durch die Gewichtskraft des Fahrzeuges, welche auf den Spikes lastet, nach innen gedrückt werden.

Das Einfahren der Spikes 7 kann zusätzlich durch eine Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer 13 mit einem Überdruck gegenüber der Reifenhauptkammer 21 unterstützt werden. Als Druckreservoir bietet sich, hier nicht dargestellt, eine spe­ zielle, mit einem Druckspeicher ausgestattete Felge an.

In Fig. 6 ist ein Querschnitt durch die Druckdecke 5 gezeigt. Aus dieser Darstellung geht nochmals deutlich die Anordnung des Versteifungsgewebes 18 und der flexiblen Zone 19 hervor. Mit 20 ist diejenige Fläche der Druckdecke bezeichnet, welche mittels Kaltvulkanisation an die Reifeninnenwand anvulkani­ siert wird.

Im folgenden wird noch näher auf die Montagemöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingegangen. Wie in Fig. 3 dar­ gestellt, kann die Spikesdurchtrittsöffnung 8 auch mit einem Verschluß 16 versehen sein, der bevorzugterweise aus einem Polymer gebildet ist. Dies bietet die Möglichkeit, zunächst einen Reifen zu kaufen, bei dem die Spikesdurchtrittsöffnun­ gen 8 vorgesehen sind. Derartig vorbereitete Reifen können dann später mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgerü­ stet werden. Hierfür ist der Reifen 1 von der Felge abzuzie­ hen, die Verschlüsse der Spikesdurchtrittsöffnungen 8 zu ent­ fernen und die Spikes 7 durch diese Durchtrittsöffnungen ein­ zustecken. Sodann wird die Druckdecke 5 zusammen mit den Ab­ standselementen 9 auf dem Wege der Kaltvulkanisation an der Innenseite der Lauffläche des Reifens 6 angebracht. Die Ver­ bindung zwischen Spikes 7 und Druckdecke 5 erfolgt selb­ ständig mittels des Saugnapf- oder Klettverschlusses 12. Ab­ schließend wird die Zwillingsdruckleitung 11 an ein entspre­ chendes Ventil bzw. Druckreservoir angeschlossen. Die be­ schriebene einfache Montageweise erfordert keine besonderen Werkzeuge und kann daher von jedem Reifenhändler oder Vulka­ niseur fachgerecht durchgeführt werden.

Claims (16)

1. Fahrzeugreifen, aus dessen Profilstollen je nach Bedarf Spikes mittels einer mit Luftdruck steuerbaren Druckdecke aus- oder einfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdecke (5) an der der Radlauffläche (2) gegen­ überliegenden Innenwand (6) der Reifendecke angebracht ist und eine mit Druckluft befüll- und entleerbare Ar­ beitskammer (13) umschließt und daß die Spikes (7) an der zur Arbeitskammer weisenden Innenseite der Druckdecke an­ gebracht sind und durch in der Reifendecke angeordnete Öffnungen (8) bewegbar sind.

2. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdecke (5) ein umlaufendes Versteifungsgewebe (18) umfaßt, welches mittig in einem Teilbereich im Quer­ schnitt der Druckdecke angeordnet ist, so daß im Randbe­ reich der Druckdecke umlaufende flexible Zonen (19) ge­ bildet sind.

3. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckdecke (5) radial umlaufende, keil­ förmige Abstandselemente (9) umfaßt.

4. Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdecke (5) sowie die Abstandselemente (9) aus Butilkautschuk gebildet sind.

5. Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdecke (5) sowie die Abstandselemente (9) mittels Kaltvulkanisation an der Reifeninnenwand (6) anvulkanisiert sind.

6. Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdecke (5) mindestens zwei mit der Arbeitskammer (13) verbundene Ventile (10) umfaßt, welche mit Druckleitungen (11) mit einem Druckre­ servoir bzw. der Atmosphäre außerhalb des Systems in Ver­ bindung stehen.

7. Fahrzeugreifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckreservoir integraler Bestandteil der Felge ist, wobei der Druck des Druckreservoirs größer als der Reifendruck ist.

8. Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckreservoir durch die Reifenhauptkammer (21) gebildet wird.

9. Fahrzeugreifen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckdecke (5) unter einer Vorspannung steht, so daß die Spikes (7) bei ausgeglichenem Druck zwischen Arbeitskammer (13) und Reifenhauptkammer (21) einziehbar sind.

10. Fahrzeugreifen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Druckdecke (5) derart gewählt ist, daß die auf die Spikes (7) wirkenden Zugkräfte größer als die bei maximaler Fahrzeuggeschwindigkeit auf die Spikes wirkenden Zentrifugalkräfte sind.

11. Fahrzeugreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdecke (5) zwei mit der Ar­ beitskammer (13) verbundene Ventile umfaßt, welche mit dem Druckreservoir bzw. der Atmosphäre außerhalb des Sy­ stems in Verbindung stehen.

12. Fahrzeugreifen nach Anspruch 6 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile in Form eines 2-Wege- Druckfüll/Druckentlastungsventils ausgebildet sind.

13. Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Ventile elektronisch in Abhängigkeit des Radschlupfes, insbeson­ dere beim Bremsen oder Beschleunigen gesteuert wird.

14. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spikes (7) mittels einer lösbaren Befestigungs­ vorrichtung an der Druckdecke (5) angebracht sind.

15. Fahrzeugreifen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Befestigungsvorrichtung durch einen Klettverschluß (12) oder einen Saugnapf gebildet ist.

16. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spikesdurchtrittsöffnungen (8) als Hülsen (14) ausgebildet sind, wobei diese Hülsen fest mit der Armie­ rung (17) des Reifens (1) verbunden sind.