Fahrrad, Kraftfahrzeug oder Luftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rad mit einem fluidbefüllten Reifen und einer Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Rad ist aus der DE 10 2010 039 854 AI bekannt. Ferner betrifft die vorliegende Erfin- dung ein Fahrrad, ein Kraftfahrzeug oder Luftfahrzeug, welche mit solchen erfindungsgemäßen Rädern ausgerüstet sind.

Um für Fahrzeuge mit luftgefüllter Bereifung optimale Fahreigenschaften zu erzielen, ist der Reifendruck von erheblicher Bedeutung. Er steht in direkter Beziehung zu der Zuladung des Fahrzeugs; aber auch bei unterschiedlichen Fahrbahneigenschaften, speziell bei nicht befestigten Wegen bzw. Straßen, ist eine Anpassung des Reifendrucks sinnvoll. Das Einsinken eines Fahrzeugs in losem Sand, beispielsweise bei Fahrten am Strand oder in der Wüste, kann vermindert werden, indem man den Reifendruck soweit absenkt, dass sich die Auflagefläche der Reifen auf dem Untergrund vergrößert. Dadurch sinkt die Gewichtskraft pro Flächeneinheit, also der Auflagedruck, den der Reifen auf den Untergrund ausübt, wodurch dieser auf losem, unbefestigtem Grund weniger tief einsinkt, und die Traktion wird erhöht. Wenn die Wegstrecke mit losem Untergrund beendet ist, soll der Reifendruck wieder erhöhbar sein.

Andererseits beeinträchtigt ein falsch gewählter Reifendruck das Fahrverhalten eines Fahrzeugs negativ und setzt den Reifen einem erhöhten Verschleiß aus. Der Reifendruck sollte daher, ohne in üblicher Weise eine Tankstelle ansteuern zu müssen, vom Fahrzeugführer kontrolliert und auch aktiv angepasst werden können, wenn es die Umstände erfordern. Dieses Thema betrifft sowohl Motorfahrzeuge als auch Fahrräder.

Um im Fahrradsport, insbesondere beim "Mountain-Biking", stets eine optimale Bodenhaftung bei gleichzeitig möglichst geringem Reibungswiderstand zu erzielen, stellt der zu wählende Reifendruck ebenfalls eine entscheidende Komponente dar. Er steht in direkter Abhängigkeit von der Art der Bereifung (Profilstruktur), vom eigenen Körpergewicht, von der Bodenbeschaffenheit und von der Steigung bzw. dem Gefälle der befahrenen Wegstrecke. Er stellt somit eine Variable dar und sollte während der Fahrt präzise kontrollierbar und individuell aktiv regelbar sein, ohne Inanspruchnahme einer sonst notwendigerweise mitzuführenden Handluftpumpe.

Für Kraftfahrzeuge, insbesondere Geländewagen und in der Landwirtschaft eingesetzte Fahrzeuge, wie Traktoren und dergleichen, gibt es bereits diverse Felgenkonstruktionen und Reifendruckkontroll- und -regelungsvorrichtungen, mit denen eine Druckregulierung eines Reifens vorgenommen werden kann.

Die bekannten Reifendruckregulierungsvorrichtungen, wie sie bei- spielsweise aus der DE 10 2010 039 854 AI oder der DE 100 44 886 B4 bekannt sind, sind ausschließlich für mit Motorkraft betriebene Fahrzeuge ausgelegt, haben ein relativ hohes Gewicht und sind technisch aufwendig und dementsprechend teuer. Aufgrund ihres Gewichtes und ihrer Abmessungen sind sie für Fahrräder nicht geeignet.

Aus dem Radsportbereich ist eine aktive Reifendruckregelung bekannt. Diese Regelung arbeitet mit einer Druckflasche, die am Fahrrad mitgeführt wird und mit CO2-Gas, das unter einem sehr hohen Druck steht, nämlich ca. 58 bar, hochdruckbefüllt ist. Das CO2-Gas kann über Schlauchleitungen während der Fahrt den Reifen dosiert zugeführt werden. Die Gaszufuhr von der Druckflasche über die Radnaben in die Reifenkammern ist technisch aufwendig. Darüber hinaus stellt eine Druckflasche, die unter sehr hohem Druck steht, eine immense Gefahrenquelle dar, z.B. beim Mitführen des Rades in Fahrzeugen, die Sonneneinstrahlung hoher Intensität ausgesetzt sein können, sodass auch der Herstel- 1er dieses Systems zu äußerster Vorsicht rät.

Die DE 10 2010 039 854 AI beschreibt ein Rad mit einem fluidbefüllten Reifen und einer Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks, welche ein System zur Bereitstellung eines gegenüber dem aktuellen Reifen- druck höheren Fluiddrucks und eine steuerbare, funktional mit dem System, einer Reifenkammer und der Umgebungsatmosphäre verbundene Ventilanordnung aufweist.

Diese Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks ist ebenfalls aus- schließlich für die Verwendung bei Kraftfahrzeugen ausgelegt, hat ein relativ hohes Gewicht und erfordert eine spezielle Felgenkonstruktion. Dies macht sie verhältnismäßig teuer und führt insgesamt zu einem hohen Gewicht. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rad mit einem fluidbefüllten Reifen und einer Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks anzugeben, bei dem die Vorrichtung verhältnismäßig leicht ist, auch bei Fahrrädern einsetzbar ist, keine spezielle Felgenkonstruktion und auch keinen großen Energieeintrag von außen, beispiels- weise durch Kompressoren oder dergleichen, erfordert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Rad mit einem fluidbe- füllten Reifen und einer Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche sind auf Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Die Erfindung ist ferner auf ein Fahrrad, Kraftfahrzeug oder Luftfahrzeug gerichtet, welche mit den erfindungsgemäßen Rädern zumindest teilweise ausgerüstet sind.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines

erfindungsgemäßen Rads;

Figur 2 eine geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rads;

Figur 3 eine Schnittansicht entlang A-A in Figur 2;

Figur 4 eine geschnittene Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rads;

Figur 5 einen Schnitt entlang B-B in Figur 4; und

Figur 6 eine seitliche Schnittansicht durch eine vierte Ausführungs- form des erfindungsgemäßen Rads.

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rads mit einem fluidbefüllten Reifen und einer Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks. Figur 1 ist ein Querschnitt durch das Rad 1 in einer Ebene, in der sich die Längsachse der Nabe 1 1 befindet. Die Nabe 1 1 , die hier nur sehr schematisch dargestellt ist - es sind keine konstruktiven Details dargestellt - ist über Speichen 10 mit der Felge 9 verbunden. Auf der Felge 9 ist der schlauchlose Reifen 2 aufgezogen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf schlauchlose Reifen 2 beschränkt; es können gleichermaßen Reifen mit Schläuchen verwendet werden.

Zusammen mit der Felge 9 umschließt der Reifen eine Reifenkammer 2a. Bei der Felge 9 handelt es sich um eine handelsübliche Felge, die eine Ventilbohrung aufweist, in der üblicherweise ein Ventil zum Aufpumpen des Reifens eingesetzt ist. Erfindungsgemäß wird ein solches Ventil durch einen dichtangepassten Stutzen, an dessen äußerem Ende eine Schlauch- oder Rohrverbindung 24 angesetzt ist, deren anderes Ende in einem Balg 7 mündet, ersetzt. Dieser Balg 7 ist zwischen der Felge 9 und der Nabe 1 1 in einem geschlossenen Gehäuse innerhalb der Radspeichung 10 radialsymmetrisch angeordnet und bildet eine Pum- penkammer 6a. Der Balg 7 ist vorzugsweise aus einem gasdichten elastischen Kunststoff gefertigt. Der Balg 7, die Schlauch- oder Rohrverbindung 24 und die Reifenkammer 2a bilden zusammen ein abgeschlossenes Volumen, in dem sich ein Druckfluid, in der Regel Luft, unter einem bestimmten Nominaldruck befindet. Die Befüllung dieses Volu- mens mit Druckfluid erfolgt über ein Befüllungsventil, welches sich (in Figur 1 nicht dargestellt) am Balg 7, an der Schlauch- oder Rohrverbindung 24 oder an der Felge 9 befinden kann.

Der Balg 7 ist Teil einer Pumpenanordnung 6, die ferner einen Kom- pressionsmechanismus 8 aufweist, mit dem der Balg 7 zusammengedrückt werden kann.

Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Kompressionsmechanismus 8 einen Spindelantrieb 8a auf mit einer Steuerwelle 17, die in einem Stellrad 17a endet, das von einem fernsteuerbaren Elektromotor 18 angetrieben wird. Der Spindelantrieb 8a weist eine Gewindestange auf, bei deren Drehung, je nach Drehrichtung, ein Stellglied in Figur 1 nach rechts oder nach links bewegt werden kann. Dieses Stellglied ist mit Lamellen 8b oder dergleichen verbunden, die am radial äußersten Ende des Balgs 7 an einer entsprechend ausgeführten Halterung angelenkt sind. Wird das Stellglied 8a in Figur 1 durch den Motorantrieb 18 durch Drehung der Spindel nach links bewegt, so wird der Balg 7 komprimiert, sein Innenvolumen verringert sich, und der Gesamtdruck in der Pumpenkammer 6a, der Schlauch- oder Rohrverbindung 24 und der Reifenkammer 2a erhöht sich. Wird die Drehrichtung der Spindel 8a umgekehrt, so bewegen sich die Lamellen 8b in Figur 1 nach rechts, der Balg 7 kann sich ausdehnen und das oben beschriebene Gesamtvolumen vergrößert sich, wodurch der Druck auch in der Reifenkammer 2a sinkt. Somit kann der Reifendruck von einem Druck unterhalb eines nominalen Reifendrucks bis auf einen Druckwert oberhalb des nominalen Reifendrucks durch Betätigung des Kompressionsmechanismus 8 stufenlos variiert werden. Der Elektromotor 18 wird durch den Fahrer des Fahrzeugs, an dem das erfindungsgemäße Rad angebracht ist, durch entsprechend ausgelegte Schalter gesteuert.

Im Falle eines Fahrrads, insbesondere Mountain-Bikes, befindet sich ein solcher Schalter vorzugsweise am Lenker des Fahrrads oder in dessen Nähe. Dort kann ebenfalls eine analoge oder digitale Druckanzeige angebracht sein, die mit einem Drucksensor 31 verbunden ist, der den Druck in der Reifenkammer 2a misst. Der Drucksensor 31 kann seine Messwerte über Funk an die Druckanzeige übermitteln.

Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rads mit einer Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks. Im Unter- schied zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform handelt es sich hier nicht um ein Rad mit einer Felge, die über Drahtspeichen mit einer Nabe verbunden ist, sondern hier bilden die Nabe 1 1 , Holme 13 und die Felge 9 eine Einheit. Diese Einheit kann aus Leichtmetall gegossen sein oder ist aus faserverstärktem Kunststoff oder dergleichen hergestellt. Gemäß Figur 2 ist die Felge 9 mit der Nabe 1 1 über drei sternförmig angeordnete Holme 13 verbunden. Die Holme 13 sind als Hohlzylinder ausgebildet, die über entsprechende Öffnungen im Felgenbett mit der Reifenkammer 2a verbunden sind. In den als Hohlzylinder ausgebildeten Holmen 13 begrenzt ein Kolben 14, der mit einer Dichtlippe 14a versehen ist, eine Pumpenkammer 6a. Der Kolben 14 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Gewindestange mit einem Spindelantrieb 15 verbunden. Am anderen Ende der Gewindestange befindet sich auf der Höhe der Längsachse der Nabe 1 1 (hier nur sehr schematisch dargestellt) eine Winkelverzahnung.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder der Holme 13 mit einem Hohlzylinder ausgerüstet, sodass sich in jedem Holm 13 eine Pumpen- kammer 6a befindet. Die Spindelantriebe 15 werden über eine zur Nabe 1 1 koaxial verlaufende Steuerwelle 17 durch einen Elektromotor 18 angetrieben. Je nach Drehrichtung des Elektromotors 18 wird das Volumen der Pumpenkammern 6a vergrößert oder verkleinert. Auch hier bilden die Pumpenkammern 6a und die Reifenkammer 2a zusammen ein abgeschlossenes Volumen. Dieses Volumen kann über ein (in Figur 2 nicht dargestelltes) Befüllungsventil mit einem Druckflu- id, in der Regel Luft, aufgepumpt werden. In der Reifenkammer 2a befindet sich vorzugsweise wiederum ein

Drucksensor 31 , der seine Messergebnisse an eine Druckanzeige abgibt.

Genau wie bei der ersten Ausführungsform kann der Fahrzeugführer über entsprechend ausgelegte und angeordnete Schalter den Elektromo- tor 18 steuern, sodass sich die Kolben in Figur 3 entweder nach oben bewegen, wodurch das Gesamtvolumen 2a, 6a verringert wird und der Reifendruck steigt, oder umgekehrt nach unten, wodurch das Gesamtvolumen 2a, 6a vergrößert wird, wodurch der Reifendruck sinkt. Die in den Figuren 2 und 3 gezeigte Winkelverzahnung und deren

Antrieb an der Nabe 1 1 durch einen Elektromotor 18 ist nur sehr schematisch dargestellt in Form einer Prinzipienzeichnung. Die genaue konstruktive Ausgestaltung liegt im Bereich des fachmännischen Könnens.

Bei den in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt es sich jeweils um geschlossene Systeme, die ein zusammenhängendes variables Volumen bilden. Die Veränderung des geschlossenen Volumens führt zu einer Änderung des Reifendrucks. Die Veränderung des Reifendrucks kann vom Fahrzeugführer während der Fahrt, das heißt während sich die Räder drehen, vorgenommen werden.

Figur 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer seitlichen geschnittenen Ansicht. Hier ist die Pumpenanordnung 6 in die Nabe 1 1 integriert. Die Pumpenanordnung 6 hat hier die Form einer 5-zylindrigen Pumpe, wobei die Pumpenkammern 6a nach Art eines Sternmotors angeordnet sind. Die Pumpenkammern 6a weisen Hohlzylinder auf, die von der Längsachse der Nabe 1 1 radial nach außen auf die Felge 9 zu ausgerichtet sind. In den Hohlzylindern der Pumpenkammern 6a bewegen sich Kolben 14, die einerseits an einer Exzenterscheibe 20 angelenkt sind und andererseits jeweils durch eine Rückholfeder 32 radial nach innen gedrückt werden. Die Exzenterscheibe 20 hat eine freilaufende, kugelgelagerte Drehachse, die mit der Drehachse der Nabe 1 1 zusammenfällt. Liegen an der Exzenterscheibe keine weiteren Kräfte an, so dreht sie sich synchron mit dem Rad während der Fahrt. Das heißt, die Kolben in der Pumpenanordnung bewegen sich nicht und es wird kein Druck aufgebaut. Wird jedoch die Exzenterscheibe durch einen (in Fig. 5 nicht dargestellten) Bremsmechanismus, der an dem feststehenden Teil der Nabe 1 1 angeordnet ist, abgebremst (durch Betätigung des Fahrers), so unterscheiden sich die Drehgeschwindigkeiten der Exzenterscheibe und des Rads und damit der Pumpenkammern, sodass es zu einem Antrieb der Kolben kommt und ein Druck in der Pumpenanordnung aufgebaut wird. Die Hohlzylinder der Pumpenkammern 6a sind jeweils an ihrem radial äußeren Ende über Rückschlagventile 23 mit einer Ringleitung 22 verbunden. Ferner weisen die Pumpenkammern Fluidventile 25 auf, durch die bei einer radialen Einwärtsbewegung der Kolben 14 bei geschlossenen Rückschlagventilen 23 Luft aus der Atmosphäre in die Pumpenkammern 6a eingesogen wird. Bei einer radial auswärts gerichteten Kolbenbewegung verschließen sich die Fluidventile 25 und die komprimierte Luft wird durch die Rückschlagventile 23 in die Ringleitung 22 gepresst. Die Ringleitung 22 steht über eine Schlauch- oder Rohrverbindung 24 mit der Felge 9 und somit der Reifenkammer 2a in Verbindung. Am felgen- seitigen Ende der Schlauch- oder Rohrverbindung 24 ist eine Zweiwege- ventilanordnung 5a angeordnet. Diese Ventilanordnung 5a wird ebenfalls über Funk gesteuert, zwischen einer Stellung, in der das Volumen der Reifenkammer 2a abgeschlossen ist, einer Stellung, in der Luft aus der Reifenkammer 2a in die Umgebungsatmosphäre abgegeben werden kann, und einer Stellung, in der Druckfluid, erzeugt durch die Pum- penanordnung 6, durch die Schlauch- oder Rohrverbindung 24 in die Reifenkammer 2a gepresst werden kann.

Figur 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B in Figur 4 zur näheren Verdeutlichung der Steuerung der Pumpenkammern 6a.

Bei der in den Figuren 4 und 5 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um ein offenes System, d.h., wenn der Reifendruck in der Reifenkammer 2a gegenüber einem Nominalwert abgesenkt werden soll, wird Luft in die Umgebungsatmosphäre abgegeben. Bei einer Erhöhung des Reifendrucks saugt die Pumpenanordnung 6 Luft aus der Atmosphäre an, komprimiert diese und führt sie unter Druck über die Schlauchoder Rohrverbindung 24 der Reifenkammer 2a zu. Figur 6 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Pumpenanordnung 6 eine in die Nabe 1 1 integrierte Tro- choidkreisko Ibenpumpe 26 aufweist. Ein Kreiskolben 26a bewegt sich in einem Pumpengehäuse 26b, angetrieben über eine Zahnradverbindung bestehend aus einem kleineren mit der Drehachse der Nabe 1 1 koaxialen Zahnrad 26c. Der Kreiskolben 26a saugt über einen Ansaugkanal 28 Luft ein, die in dem Kompressionsbereich 29 komprimiert wird. In dem Kompressionsbereich mündet ein steuerbares Entlüftungsventil 30, das vom Fahrzeugführer ferngesteuert geöffnet oder geschlossen werden kann. Bei geöffnetem Entlüftungsventil 30 baut sich kein Überdruck in der Schlauch- oder Rohrverbindung 24 auf. Möchte der Fahrzeugführer den Druck in der Reifenkammer 2a erhöhen, so schließt er das steuerbare Entlüftungsventil 30 und an der Zweiwegeventilanordnung 5a steht ein Überdruck zum Aufpumpen des Reifens 2 an. Zum Erhöhen des Reifendrucks öffnet der Fahrzeugführer das Zweiwegeventil 5a und stellt eine Verbindung zwischen der Schlauch- oder Rohrverbindung 24 und der Reifenkammer 2a her. Auch hier sind Drucksensoren 31 in der Reifenkammer 2a und in dem Kompressionsbereich 29 angeordnet. Die gemessenen Drücke werden über Druckanzeigen angezeigt.

Soll der Reifendruck in der Reifenkammer 2a gesenkt werden, so wird die Zweiwegeventilanordnung 5a so gesteuert, dass Luft aus der Reifenkammer 2a in die Atmosphäre abgegeben wird. Das erfindungsgemäße Rad mit einem fluidbefüllten Reifen und einer Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks kann in einem Fahrrad, insbesondere vom Typ Mountain-Bike, verbaut werden, wobei es möglich ist, nur ein Rad oder beide Räder erfindungsgemäß auszustatten. Ebenfalls findet die vorliegende Erfindung eine Anwendung bei vier- oder mehrrädrigen Kraftfahrzeugen oder Luftfahrzeugen, wobei ebenfalls mindestens eine Achse oder alle Achsen mit Rädern gemäß der vorliegenden Erfindung bestückt werden können. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt zu verstehen, sondern umfasst alle Varianten, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Bezugszeichenliste

1 Rad

2 Reifen

2 a Reifenkammer

3 Vorrichtung zum Einstellen des Reifendrucks

4 System zur Bereitstellung eines höheren Reifendrucks

5 Ventilanordnung

5a Zweiwegeventilanordnung

6 Pumpenanordnung

6a Pumpenkammer

7 Balg

8 Kompressionsmechanismus

8a Spindelantrieb

8b Lamellen

9 Felge

10 Speichen

1 1 Nabe

12 Spindelantrieb

13 Holme

13a Hohlzylinder

14 Kolben

14a Dichtlippe

15 Spindelantrieb

16 Winkelverzahnung

17 Steuerwelle

18 E-Motor

19 Welle

20 Exzenterscheibe

21 Pleuel

22 Ringleitung

23 Rückschlagventile Schlauch- oder Rohrverbindung Fluidventile

Trochoidkreiskolbenpumpe Ausstoßkanal

Ansaugkanal

Kompressionsbereich

steuerbares Entlüftungsventil Drucksensor