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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Raupenfahrzeuge für Landbaufahrzeuge und dergleichen, spezieller
einen pneumatischen Antriebsreifen und -rad für solche Raupenfahrzeuge.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verwendung pneumatischer Reifen bei Landbaufahrzeugen dominiert
die Landbauindustrie, wie sie heute bekannt ist. Trotzdem besteht
eine steigende Verwendung von Raupenfahrzeugen für Landbauzwecke. Diese Raupenfahrzeuge
verwenden ein Endlosband, das vorzugsweise aus mittels Stahlschnüren verstärktem Elastomermaterial
gefertigt ist. Das Band hat eine am Boden angreifende Profiloberfläche, ähnlich der
an einem Reifen vorgefundenen. Der primäre Nutzen eines Raupensystems
ist deutlich die vergrößerte Tragfähigkeit,
die Raupen gegenüber
Reifen aufweisen. Raupen können
ein längeres Oberflächengebiet überbrücken, was
hilft, das Fahrzeug an der Oberfläche zu halten. Bei vielen landwirtschaftlichen
Anwendungen wird die Verwendung von Raupenfahrzeugen stets populärer.
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In
einem Patent des Standes der Technik, dem US-Patent Nr. 5.279.378
für Charles
E. Grawey et al. ist ein reibungsgetriebenes, mit einem Band versehenes
Arbeitsfahrzeug offengelegt. In der Anmeldung offenbart Grawey die
Verwendung einer metallbeschichteten Radzusammenstellung, die ein Paar
starrer Räder
mit einer Gummibeschichtung als Antriebsrad aufweist. Auch ein Ballonrad
kann als Antriebsrad verwendet werden, und in einer alternativen
Ausführung
wird ein pneumatischer Diagonalgürtelreifen
in Paaren verwendet, um ein Antriebsrad für das mit einem Band versehene
Fahrzeug zu verschaffen. In dieser Anmeldung empfiehlt Grawey et al.,
dass die Metall- oder Ballonräder
aus einer Vielzahl von Gründen
gegenüber
den pneumatischen Rädern
bevorzugt werden. Grawey merkt an, dass Panagrafieren und relative
Bewegung zwischen dem Antriebsrad und dem Gürtel nicht toleriert werden können und
noch stets für
einen beträchtlichen
Verschleiß sorgen.
Er merkt weiterhin an, dass außer dem
wohlbekannten Panagrafieren, das bei allen Diagonalreifen auftritt,
Diagonalreifen, wenn sie unter Belastung stehen, auch eine Spurabweichung
des Abdrucks für
eine Umdrehung davon aufweisen, die um annähernd 2 oder 3% kürzer ist als
der Umfang um den Außenrand
solcher Reifen bei Nichtbelastung. Solche Umfangsveränderungsphänomene verursachen
eine relative Bewegung zwischen der Innenfläche des Bandes und den Profilbereichen
des Antriebsrades. Eine solche Bewegung führt zu einem Verschleiß der Führungskante
der Profilstollen auf der Oberfläche
des Bandes, was seinerseits die Reibungskoppelung zwischen der Antriebsradstruktur und
dem Band reduziert, wenn sie in Schlamm oder anderen widrigen, den
Reibungskoeffizienten reduzierenden Anforderungen betrieben werden.
Ein solcher relativer Reibungseingriff zwischen Gürtelreifen und
Bandbewegung führt
zu Verschleiß des
Bandes und des Reifens. Der Erfinder geht dann weiter, indem er
anmerkt, dass das Fehlen relativer Bewegung zwischen der Raupe oder
dem Band und einer Ballonrad- oder starren Radstruktur diese Verschleißprobleme
stark reduziert.
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Während die
starren Räder
und semi-Ballon- oder Ballonräder
die Verschleißprobleme
drastisch reduzieren, ist es bekannt, dass das Fahrzeugaufhängungssystem
sehr verbessert werden muss, um irgendeinen Fahrkomfort zu verschaffen.
Dies erhöht die
Kosten des Fahrzeugs und insgesamt die Betriebskosten eines Raupenfahrzeugsystems
drastisch.
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DE-B-1
009 954 offenbart einen für
ein Raupenfahrzeug geeigneten Reifen mit einer Vielzahl von Stollen,
die in zwei Reihen verteilt sind, wobei die Stollenreihen sich von
jeder Seitenwand zur Mittelebene des Profils erstrecken.
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WO-A-98/33669
offenbart einen Reifen zur industriellen Anwendung, mit einer Vielzahl
von Stollen, die sich von der inneren Profilbasis radial nach außen erstrecken.
Eine erste und zweite Stollenreihe erstrecken sich von jeder der
Profilschultern und eine zentrale Reihe ist zwischen der ersten
und zweiten Reihe positioniert.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches
Rad zu verschaffen, das keine unüblichen
Schlammaufhäufungsmerkmale aufweist.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, dass das pneumatische
Rad verwendet werden kann, das sich an Bodenbedingungen wie Schutt bzw.
nasse Erde anpassen kann, während
es noch stets den Reibungseingriff mit dem Band selbst aufrechterhält, sodass
die Vorwärts-
oder Rückwärtsantriebskraft
des Fahrzeugs nicht aufgrund eines nassen oder schlammigen Bodenzustands
drastisch reduziert wird.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen pneumatischen Reifen
in der Antriebsradposition zu verschaffen, der verbesserte Zugmerkmale
im Profilbereich aufweist, um jegliches Rutschen zu minimieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Antriebsreifen
(10) für
Raupenfahrzeuge. Der Reifen (10) hat eine Unterbauverstärkungsstruktur
(30) mit zwei oder mehr diagonal angewinkelten Lagen (32, 34).
Die Schnüre
der ersten Lage (32) sind in Bezug zu den Schnüren der
zweiten Lage (34) einander gegenüberliegend angeordnet. Vorzugsweise
besitzt der Reifen (10) keine Gürtel oder Protektoren und hat
vorzugsweise ein Aspektverhältnis
von 100%. Der Reifen (10) hat ein Profil (12)
mit Lücken,
die sich über
das gesamte Profil erstrecken, wobei sie Erdabfuhrkanäle (70)
bilden. Vorzugsweise hat das Reifenprofil (12) einen zentralen Bereich
(66), der einen großen
Kontaktbereich aufweist, und axiale äußere Bereiche (60, 62)
mit einem kleineren Kontaktbereich. Die Profilstollen (40)
haben auch einen Radiusteil (48), der so entworfen ist, dass
er das In-Kontakt-Kommen der Reifenseitenwände (16) mit der Raupe
(2) einschränkt.
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Jeder
Reifen (10) besitzt ein Paar ringförmiger Wülste (24), eine sich
von Wulst (24) zu Wulst (24) radial nach außen erstreckende
Unterbauverstärkungsstruktur
(30), eine aus Elastomer bestehende Seitenwand (16),
die sich von jedem Wulst (24) aus benachbart zur Unterbauverstärkungsstruktur (30)
radial nach außen
zu einem radialen äußeren Profil
(12) erstreckt. Das Profil (12) ist gekennzeichnet
durch eine innere Profiloberfläche
(14), eine Vielzahl von Stollen (40), die sich
vom inneren Profil (14) mit einem Abstand (h) radial nach
außen
erstreckt. Die Stollen (40) sind in eine erste Reihe und
eine zweite Reihe aufgeteilt. Die erste Reihe erstreckt sich von
der Seitenwand (16) zur Mittelebene des Profils (12).
Die zweite Reihe erstreckt sich von der gegenüberliegenden Seitenwand zur
Mittelebene des Profils (12). Die Stollen (40)
der ersten Reihe sind in Bezug zum Umfang versetzt angeordnet und
von gleichartiger Form, jedoch in Bezug zu den Stollen (40)
der zweiten Reihe gegenüberliegend
orientiert. Jeder Stollen (40) hat ein vergrößertes axiales
inneres Ende (46). Eine untiefe, über den Umfang durchlaufende
zentrale Rippe (50) erstreckt sich vom inneren Profil (14) über einen
Abstand von weniger als die Hälfte
von (h) radial nach außen.
Eine Kombination von Stollen (40), innerem Profil (14)
und eine untiefe zentrale durchlaufende Rippe (50) ist
zueinander beabstandet, um Lücken
durchlaufender Erdabfuhrkanäle
(70) zu bilden, die sich von der Seitenwand (16) über das
Profil (12) zur gegenüberliegenden
Seitenwand (16) erstrecken.
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Das
Profil (12) ist in drei Teile (60, 62, 66) aufgeteilt.
Ein erster axialer äußerer Teil
(60) beträgt 1/6
der Profilbreite. Ein zweiter axialer äußerer Teil (62) beträgt 1/6 der
Profilbreite, und ein zentraler Teil (66) beträgt 2/3 der
Profilbreite. Jeder Teil (60, 62, 66) weist
einen Netto-Kontaktbereich auf, gemessen um den Umfang des Reifens
(10). Der Kontaktbereich des ersten Reifenteils (60)
und des zweiten Teils (62) beträgt weniger als 60% des Brutto-Umfangsbereichs
des jeweiligen Teils. Der zentrale Teil (66) hat einen
Netto-Kontaktbereich von etwa 60%. In der bevorzugten Ausführung hatten
die äußeren Teile
(60, 62) einen Netto-Kontaktbereich von 52%, während der
Netto-Kontaktbereich
des zentralen Teils annähernd
60% betrug.
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In
einem Reifen (10) einer bevorzugten Ausführung hat
jeder Stollen (40) eine axiale äußere Oberfläche (42), die eine
Tangente einer Seitenwand (16) ist und sich im allgemeinen
davon radial nach außen
erstreckt, wobei die radiale äußere Oberfläche (44)
von auf dem Umfang benachbarter Stollen (40) durch den
Erdabfuhrkanal (70) vorzugsweise so beabstandet ist, dass
die radiale äußere Oberfläche (44)
vorzugsweise an einem Radiusteil (48) an der axialen äußeren Oberfläche (42)
anschließt.
Der Radiusteil (48) beträgt weniger als der Radius der
zentralen Führung
der Raupe, wodurch der Kontakt des axialen äußeren Teils (42) des
Stollens (40) und der Seitenwand (16) mit der
Raupe (2) minimiert wird.
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In
dem Reifen (10) der bevorzugten Ausführung erstrecken die Stollen
(40) sich radial von der zentralen Rippe (50) über einen
Abstand von weniger als der Hälfte
eines Zolls (2 cm), die zentrale Rippe (50) erstreckt sich
weniger als ein Viertelzoll (1 cm) nach außen, wobei der gesamte Abstand
(h) weniger als 0,75 Zoll (3 cm) beträgt. Die Stollen (40)
haben jeder eine Mittellinie (41), gemessen zwischen den Führungskanten
(43) und den nachlaufenden Kanten (45) des entsprechenden
Stollens. Die Mittellinie (41) beträgt etwa 90° in Bezug zur Umfangsrichtung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Vorzüge
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
deutlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gelesen
wird, worin:
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1 ein
Seitenaufriss des Arbeitsfahrzeugs (1) ist;
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2 eine
teilweise Querschnittsansicht einer bevorzugten Antriebsradstruktur
(4) ist;
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3 eine
Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Antriebsreifens (10)
ist;
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4 eine
Draufsicht des Antriebsreifens (10) von 3 ist;
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5 eine
Seitenansicht des Reifens (10) der vorliegenden Erfindung
gemäß 3 ist;
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6 eine
vergrößerte Teilansicht
des Reifens (10) gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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7 eine
vergrößerte Draufsicht
des Profils (12) des Reifens (10) gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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8 eine
vergrößerte Querschnittsansicht des
Reifens (10), genommen entlang den Linien 8-8, ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Bezugnehmend
auf 1 ist ein Fahrzeug (1) mit seiner zugehörigen Raupe
(2) und Antriebsradeinheit (4) dargestellt. In
dem repräsentativen
Beispiel weist das Fahrzeug (1) eine vordere und hintere Antriebsradposition
auf, die von der Raupe mitgenommen wird. Jede Antriebsradposition
hat zwei Räder
(4), wie in der Querschnittsansicht von 2 weiter
illustriert. Diese Raupen (2) haben integrale Führungsstollen
(5), die in der Umfangsrichtung und quer zwischen jedem
Paar Antriebsrädern
(4) axial ausgerichtet sind. Diese Führungsstollen (5)
verhindern das Rutschen der Raupe (2) über die Enden der Räder (4).
An der Außenseite
hat die Raupe (2) ein gummiertes Profil (3), wobei
Querriegel oder Stollen (6) in einem gerichteten Muster
plaziert sind, wie gezeigt. In der Anwendung, wie gezeigt, werden
keine zusätzlichen
Stützstrukturen
oder Grobgefüge
verwendet. Die pneumatischen Reifen (10) verschaffen die
Federkonstante für
das Fahrzeug (1) und verschaffen seine Federung derart,
dass das Fahrzeug (1) ohne ein komplexes Aufhängungssystem
vorgesehen sein kann. Die Raupe (2) ist durch Schnüre (7) verstärkt, die
entlang einer umfangsgerichteten Raupe (2) verlaufen. Die
Radeinheit (4) fährt
an jeder Seite der Führungsstollen
(5) entlang einer glatten Oberfläche des Inneren der Raupe.
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Pneumatische
Reifen des vorigen Standes der Technik wurden für diese Anwendung im allgemeinen
nicht bevorzugt, wenn sie jedoch verwendet wurden, dann wiesen die
Reifen eine Diagonalgürtelkonstruktion
auf.
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Bezugnehmend
auf 8 ist eine Schnittansicht des Reifens (10)
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Reifen (10) weist
ein Paar von Wulstkernen (24) auf. Die Wulstkerne (24)
sind im Wesentlichen nicht dehnbar, da sie vorzugsweise aus Stahl
gefertigt sind. Eine Unterbauverstärkungsstruktur (30)
erstreckt sich von Wulstkern (24) zu Wulstkern (24),
wie dargestellt. Die Unterbauverstärkungsstruktur (30) hat
zwei oder mehr Lagen, eine erste Lage (32) und eine zweite
Lage (34). Jede Lage (32, 34) ist mit Schnüren verstärkt. Die
Schnüre
der ersten Lage (32) sind gleich den Schnüren der
zweiten Lage (34), jedoch in Bezug zu diesen gegenüberliegend
orientiert. Es wird bevorzugt, dass die Schnüre in einem Winkel von zwischen
35 und 40° verschoben
sind. Jede Lagenstruktur (32, 34), wie gezeigt,
hat eine Umstülpung,
die sich um den Wulstkern (24) legt. Benachbart zu dem
Wulstkern (24) befindet sich ein Paar Seitenwandstrukturen
(16). Die Seitenwandstrukturen (16) sind im allgemeinen
aus Elastomer und erstrecken sich von den Wülsten (24) zum Profil (12).
Das Profil (12) weist eine radiale innere Profiloberfläche (14)
und eine Vielzahl von Profilstollen (40) auf, die sich
von der radialen inneren Profiloberfläche (14) nach außen erstrecken.
Die Profilstollen (40) haben eine axiale äußere Oberfläche (42)
und eine radiale äußere Oberfläche (44).
In diesem zentralen Teil des Profils (12) ist die untiefe
durchlaufende Rippe (50) angeordnet.
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Wie
in 7 gezeigt, ist das Profil (12) in axiale äußere Teile
(60) und (62) und einen zentralen Teil (66)
aufgeteilt. Die äußeren Teile
betragen jeweils 1/6 der Profilbreite, während der zentrale Teil 2/3
der Profilbreite darstellt, wie bildlich dargestellt. Die axialen äußeren Teile
(60, 62) haben einen Netto-Kontaktbereich, gemessen um den Umfang
des Reifens (10), von annähernd 52%. Der zentrale 2/3-Teil,
identifiziert durch die Referenzziffer (66), hat einen
Kontaktbereich von im Wesentlichen 60%. Wie gezeigt, befindet sich
die untiefe Rippe (50) vollständig innerhalb des zentralen
Teils (66) des Profils (12). Wie weiterhin illustriert,
befindet sich der vergrößerte Stollenkopf
(46) an dem axialen inneren Ende jedes Stollens (40)
vollständig
innerhalb des zentralen Teils (66) der Profil (12).
Der zentrale Teil (66) stellt die primäre Antriebs- und Zugkraft für das Band
oder die Raupe (2) bereit und hat als solcher den größten Netto-Kontaktbereich.
Wie aus 7 ersichtlich ist, erstreckt
sich der Leerbereich zwischen den Stollen (40) von einer
Profilkante quer über
das Profil (12) zur anderen Profilkante, wodurch quer über das
gesamte Profil ein offener Erdabfuhrkanal (70) erzeugt wird.
Wie weiter illustriert, hat jeder Profilstollen (40) eine
Stollen-Mittellinie (41), die im Wesentlichen in 90° zur Umfangsrichtung
des Reifens (10) liegt. Jeder Stollen (40), wie
in 8 gezeigt, hat eine Gesamttiefe von annähernd h,
gemessen an der Äquatorialebene.
Die Stollenhöhe
h umfasst die radiale Dicke der untiefen Rippe (50), die
sich in einem Abstand von weniger als einem halben Zoll (2 cm) um die
Innenfläche
(14) des Profils (12) erstreckt. Diese untiefe
Rippe (50) verschafft eine zusätzliche Bremsunterstützung für die Stollen
(40) und hält
das Zentrum des Reifens (10) in einem starreren Umfangswiderstand
in Bezug auf Reifenablenkung, wenn sie mit den in Bezug zum Umfang
versetzten Stollen (40) der ersten und zweiten Reihe eingesetzt
wird.
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Bezugnehmend
auf 3 ist eine Perspektivansicht des Reifens (10)
dargestellt. Das Profilmuster ist weiterhin in 4 in
Draufsicht gezeigt; es ist wichtig, anzumerken, dass die Reifen
(10) eine extrem kleine Querschnittsbreite haben, wobei
sie in manchen Fällen
eine gesamte Querschnittsbreite von weniger als 4 Zoll (16 cm) aufweisen.
In einer Ausführung
hat der Reifen (10) eine Größe 4,00-16sl und ein Aspektverhältnis von
101%. In einem Reifen (10) einer zweiten Ausführung hat
der Reifen (10) eine Querschnittsbreite von 6 Zoll (24
cm) und einen nominalen Felgendurchmesser von 16-Zoll (40 cm) und
ein Aspektverhältnis
von 103. Die Profilbreite ist natürlich etwas kleiner als die
Querschnittsbreite des Reifens (10), was bedeutet, dass
die gesamte Zugkraft des Antriebsreifens vom Profil (12) über eine sehr
schmale Breite erzielt werden muss. In einer bevorzugten Ausführung des
Reifens (10) beträgt
der Stollen-Nichtrutsch-Abstand oder die Stollenhöhe h annähernd 0,635
Zoll (1,6 cm). Der Stollen misst über der durchlaufenden Rippe
(50) 0,485 Zoll (1,2 cm), wobei die Rippe (50)
selbst eine Tiefe von 0,15 Zoll (0,4 cm) aufweist.
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Wie
in 5, einer Seitenansicht des Reifens (10),
gezeigt, ist ersichtlich, dass der Erdabfuhrkanal (70)
sich deutlich über
einen wesentlichen Abstand über
die Seitenwand (16) des Reifens (10) hinunter
erstreckt und dass der axiale äußere Teil
(42) der Profilstollen (40) sich gleichermaßen über einen beträchtlichen
Abstand über
die Seitenwand des Reifens (10) hinunter erstrecken.
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Wie
weiterhin in 6 gezeigt, hat jeder Stollen
(40) einen großzügigen Radius
(48), der den axialen äußeren Teil
(42) des Stollens (40) mit der radialen äußeren Oberfläche (44)
jedes Stollens (40) verbindet. Es wird als vorzuziehend
betrachtet, dass dieser Radius (48) weniger als der Radius
der Raupe (2) beträgt,
an der der Reifen (10) montiert werden soll. Wird dieses
Verhältnis
erzielt, so ist der Reifen (10) in der Lage, auf vernünftige Weise
am Radius des Führungsstollens
(5) in Kontakt mit dem Führungsstollen (5)
und der inneren Oberfläche
der Raupe (2) zu kommen, sodass die Reifen-Seitenwände (16)
im allgemeinen frei von Kontakt mit den Führungsstollen (5)
der Raupe (2) sind, außer
unter schwerwiegenden seitlichen Belastungen. Dies verhindert den
Verschleiß des
Reifens (10) in der Art und Weise, wie ein Keilriemen auf
einer Riemenscheibe verschleißen
würde.
Unter Berücksichtigung
dessen ist es deutlich, dass der zentrale Teil (66) des
Profils (12) die primäre
Antriebszugkraftleistung des Reifens (10) tragen muss,
und daher muss ein großer
Kontaktbereich mit ausreichender Rillenausbildung vorgesehen sein,
sodass der Reifen (10) nicht rutscht, wenn die Innenfläche der Raupe
(2) und das Profil (12) der Reifen-/Radeinheit
mit Schlamm oder nassem dünnflüssigem Boden
geschmiert werden. Dies ist besonders deutlich, wenn die Reifen
(10) so entworfen sind, dass sie eine minimale Profilbreite
haben. Während
man glaubt, dass der Reifen (10) der vorliegenden Erfindung
keine begrenzenden Gürtel oder
Protektoren erfordert, versteht es sich, dass diese hinzugefügt werden
könnten,
wenn man dies wünschte,
ohne die vorteilhaften Zugmerkmale des Profils (12), wie
oben beschrieben, zu verlieren. Es wird jedoch geglaubt, dass der
Gürtel
oder Protektoren als ein unnötiges
Merkmal des Reifens (10) betrachtet werden, wenn dieser
in einer Diagonalunterbauverstärkungsstruktur,
wie oben beschrieben, konstruiert ist.
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Interessanterweise
hat der Reifen (10), wenn er wie oben beschrieben hergestellt
ist, eine relativ niedrige Nichtrutschtiefe mit einem relativ großen Netto-Kontaktbereich im
Profil (12). Der Reifen (10), der eine relativ
schmale Querschnittsbreite und einen ausreichend kleinen Durchmesser
aufweist, ist extrem leichtgewichtig von der Größe her und doch sehr langlebig
für die
Anwendung. Die über
das Profil (12) durchlaufenden Kanäle (70) sorgen für eine hervorragende
Schmutzabfuhrleistung, und die Tatsache, dass die Stollen (40)
der ersten Reihe in Bezug zum Umfang zu den Stollen der zweiten
Reihe versetzt sind, versetzt den Reifen (10) in die Lage,
gute gleichmäßige Fahrcharakteristiken
aufrechtzuerhalten, die jegliche vibrationserzeugten Oberschwingungen
stark reduzieren, was die Fahrleistung des Fahrzeugs (1)
weiter verbessert.
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Während es
rasch akzeptiert wird, dass die starren Räder am besten für Schwerlastanwendungen
geeignet sind, versteht es sich weiterhin, dass der pneumatische
Reifen (10) der vorliegenden Erfindung dem Band oder der
Raupe (2) eine Erhöhung der
Oberflächenzugkraft
zur Verfügung
stellt, sodass er eine akzeptable Alternative für mittel- bis leichtgewichtige
Fahrzeuge ist, was die Gesamtkosten des Einsatzes eines Raupensystems
stark reduziert.
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Während gewisse
repräsentative
Ausführungen
und Details zum Zweck der Illustration der Erfindung dargestellt
wurden, wird es den Fachleuten in dieser Technik deutlich sein,
dass hierin verschiedene Veränderungen
und Modifikationen angebracht werden können, ohne den Geist oder Rahmen
der Erfindung zu verlassen.