DE2930479A1

DE2930479A1 - Druckloser reifen

Info

Publication number: DE2930479A1
Application number: DE19792930479
Authority: DE
Inventors: Larry R Bradford; Richard L Clinefelter
Original assignee: Gates Rubber Co
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1978-07-31
Filing date: 1979-07-27
Publication date: 1980-02-14
Also published as: IT1122340B; CA1119927A; GB2027398A; SE7906417L; NL7905778A; FR2432395A1; US4446903A; IT7924657A0; GB2027398B

Description

The Gates Rubber Company,

999 South Broadway, Denver, Colorado 80217 (U.S.A.)

Druckloser Reifen

Die Erfindung betrifft einen drucklosen Reifen für die Räder von Pollstühlen oder anderen Vorrichtungen sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es ist bekannt, Rollstuhlreifen aus extrudierten hohlzylindrischen Strängen herzustellen. Das vorvernetzte Extrusionsmaterial wird auf Länge geschnitten, unter Verwendung einer Vorrichtung ähnlich einer Schlauchklammer zu einem Schlauch geformt und dann unter Streckung mit einer Vorrichtung auf die Felge aufgezogen. In ähnlicher Technik wird ein Draht in den hohlen axialen Kanal des extrudierten Stranges lose eingeschoben und der Strang und der darin befindliche Draht werden durch Verdrillung oder durch Einhaken der Endes des Drahtes in eine Kreisform gebracht, indem an den aneinanderstoßenden Enden des extrudierten Stranges eine Verbindung hergestellt wird.

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teilweise durch die Verbindung zwischen den gegeneinanderstoßenden Enden des Stranges und wegen der Tatsache, daß der Reifeneinsatz sich im Innern des Hohlstranges bewegen und brechen kann. Eine weitere Schwierigkeit besteht beim Auswechseln der bekannten Rollstohlreifen. Im allgemeinen ist es nötig, den Reifen mit einer speziellen Maschine aufzuziehen, wozu häufig der Rollstuhl bzw. das Rad in die Fabrik oder in eine Reparaturwerkstatt gebracht werden muß.

Bei einem anderen bekannten Rollstuhlreifen ist im Innern eines extrudierten Stranges eine Schraubenfeder eingebettet oder teilweise eingebettet, und zwar auf der Höhe des Innendurchmessers des Reifens und die Enden sind miteinander verbunden. Der Reifen kann von Hand auf eine Felge aufgezogen und auch demontiert werden. Während die Schraubenfeder das Aufziehen und das Demontieren des Reifens von der Felge erleichtert, hat sie jedoch den Nachteil, daß sie sich bei Seitenbelastung erheblich dehnt, so daß der Widerstand dieses Reifens gegen Abrollen von der Felge geringer ist als notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen auf die Felge aufschnappbaren endlosen einstückig geformten Reifen zu schaffen, der einen ausreichenden Widerstand gegen seitliches Abrollen von der Felge auch bei größeren Seitenbelastungen bietet und der dennoch auf einfache Weise ausgewechselt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein integral geformter endloser Voll-Reifenkörper ein

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eingebettetes Zugteil enthält, das im Abstand von dem radial innen liegenden Bereich des Vollkörpers angeordnet ist und kontinuierlich über dessen gesamte Länge verläuft.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines endlosen einstückig geformten drucklosen Reifens. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge aus vulkanisierbarem elastomerem Material mit einer durchgehenden Längsnut hergestellt wird, daß die Länge aus vulkanisierbarem elastomerem Material um eine ringförmige Befestigungsvorrichtung derart herumgelegt wird, daß die Nut sich an der Außenseite befindet und die Enden der Länge im wesentlichen gegeneinanderstoßen, daß in die Nut ein Zugteil eingelegt wird und daß der so entstandene Reifenrohling in eine Form eingelegt und unter Erweichung des Materials vernetzt wird.

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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Teilansicht eines endlosen Reifens mit Felge für das rückwärtige Rad eines Rollstuhls,

Figur 2 eine Querschnittsdarstellung eines Extrusionsproduktes, das in einer ersten Stufe bei der Herstellung des Reifens hergestellt wird,

Figur 3 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung einer zweiten Stufe des Aufbaus des Reifens,

Figur 4 eine Querschnittsdarstellung der Formvorrichtung zur Erzeugung des Reifens,

Figur 5 eine alternative Ausführungsform des Reifenquer-Schnitts und

Figur 6 eine weitere alternative Ausführungsform des Reifenquerschnitts .

Die Erfindung wird im einzelnen anhand des Reifens für das rückwärtige (große) Rad eines Rollstuhls erläutert, ebenso wie das Herstellungsverfahren, es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch auf die Vorderräder von Rollstühlen anwendbar ist und sich generell auf nicht-pneumatische Reifen für die verschiedensten mit Räder versehenen Ein-

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richtungen eignet, wie Go-Carts, Dreiräder und andere Spielzeuge, Krankenhauseinrichtungen und Gartenbaugeräte, wie beispielsweise Rasenmäher u.dgl.

In Figur 1 ist ein Segmentbereich einer kreisförmigen Rollstuhlfelge 10 dargestellt, die von zahlreichen radialen Speichen 12, die mit der Mittelnabe 11 verbunden sind, gehalten wird. Die Speichen sind an der Felge mit (nicht dargestellten) Muttern befestigt, die in den Sitzbereich der Felge hineinragen. Die kanalförmige Felge hat einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt.

Auf der Felge befindet sich der generell toroidförmige Reifen 14. Der Reifen besteht aus einem elastomeren Element 16 mit festem Kern. Das elastomere Element 16 hat generell kreisförmigen Querschnitt. Es ist endlos und zusammen mit dem festen Kern einstückig geformt und weist entlang des Reifensumfangs keine Stirnseitenverbinder auf. Vorzugsweise bildet der Reifen mit den Seitenwänden der Felge 10 eine konjugierte Passung, obwohl dies nicht allzu kritisch ist.

0 im Innern des luftlosen Vollmaterial-Elementes befindet sich ein Zugteil 18 bzw. Zugabschnitt in das elastomere Material eingebettet. Das Zugteil erstreckt sich kontinuierlich kreisförmig durch das elastomere Element hindurch. Das Zugteil kann, wie dargestellt, aus zahlreichen 5 Fäden, Strängen oder Cordteilen 20 bestehen, die aus einem zugfesten textlien oder andersartigen Material hinreichend hoher Festigkeit bestehen, um die beim Betrieb auftretenden Zugkräfte auszuhalten und dennoch ausreichend dehnbar sind, um den Reifen montieren zu können und um auf der

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Felge festzusitzen und nicht von der Felge abzurollen, während dennoch eine einfache Reifenmontage ermöglicht wird. Es können verschiedene Materialien für das Zugteil verwendet werden. Zu diesen Materialien gehören Polyester- und Nylon-Cords, orientiertes Hytrel (Warenzeichen für bestimmte thermoplastische Polyester-Elastomermassen), CeI-lulosefasern, wie Rayon u.dgl. Bei bestimmten Anwendungen kann man auch nicht dehnbares Material, wie Glasfasermaterial oder Draht benutzen. Bei anderen Anwendungen und in Abhängigkeit von der Anordnung des Zugteiles ist eine Dehnung des Zugteiles bei der Reifenmontage auf der Felge erforderlich. In gewissen Fällen reicht es jedoch aus, wenn die Dehnung ausschließlich durch Kompression des elastomeren Körpers 22 zwischen dem Zugteil und der Innenflache des Reifens aufgebracht wird.

Es ist wichtig, daß das Zugteil 18 in die elastomere Matrix eingebettet ist. Auf diese Weise ist mindestens ein Teil der Außenfläche eines jeden einzelnen Zugteiles in engem und direktem Kontakt mit dem elastomeren 0 Material. Dies führt zu einer mechanischen Umschließung oder Bindung und/oder einer chemischen Bindung, in Abhängigkeit von den jeweiligen Materialien und in Abhängigkeit davon, ob ein Bindemittel oder eine entsprechende Behandlung angewendet wird. In diesem Zusammenhang sollte das Zugteil über eine Kompressionsschicht 22 einen gewissen Abstand von dem radial am weitesten innen liegenden Bereich des Reifens haben.

Obwohl der Querschnitt des Kernelementes im wesentlichen rund sein kann (wie bei den alternativen Ausführungsfor-

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men der Figuren 5 und 6 gestrichelt angedeutet ist), ist das Kernelement vorzugsweise mit einer durchgehenden oder halbkontinuierlichen Nut 24 versehen, die direkt in den Reifen eingeformt ist. Die Nut 24 erlaubt nicht nur einen Sitz des Reifens auf der Felge ohne Störungen durch die die Speichen haltenden Muttern, sondern er erzeugt auch einen Widerstand gegen die Rollkraft F, die bestrebt ist, das Reifenelement von der Felge abzurollen. Die Seiten der Nutenfläche umschließen die Speichenmuttern, die entlang der Innenfläche der Speiche angeordnet ist und auf diese Weise die Abrollbewegung begrenzen. Hierdurch wird ein Rollen des Reifens innerhalb der Felge vermieden, im Gegensatz zu einer Drehbewegung, die in Abhängigkeit von den gegenseitigen Reibungskoeffizienten oder anderen Faktoren eventuell auftreten kann.

Bei der alternativen Ausführungsform nach Figur 5 ist ein einziges kontinuierliches Zugteil 18' in die elastomere Matrix 16 des Reifens eingebettet. Dieses Zugteil kann aus einer Stange aus Kunststoff oder hochfestem Gummiwerkstoff bestehen, deren Enden aneinander befestigt sind, beispielsweise durch WärmeSchmelzung, Vernetzung zum Zwecke der gegenseitigen Verbindung oder mit Hilfe einer mechanischen Befestigungsvorrichtung. Zu den geeigneten Materialien gehören Stäbe aus PoIyesterelastomeren, Polyäthylen oder Polyurethan.

Vorzugsweise liegt das Zugteil 18 zwischen der ungefähren Mittellinie X-X des toroidalen Reifenelementes und der radial am weitesten innen liegenden Fläche oder Nut 24 des Reifens. Höchst vorzugsweise ist die Mitte des

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Zugteils in bezug auf die Querschnittsmittellinie X-X (die rechtwinklig zu der Ebene des Reifens verläuft und durch die ungefähre Mitte oder den Schwerpunkt des Elementes hindurchgeht) um mindestens 15 % des radialen Ab-Standes Y (s. Figur 5) unterhalb der Mittellinie X-X angeordnet und insbesondere um mindestens etwa 4 0 % des radialen Abstandes Y unterhalb der Mittellinie. In jedem Fall sollte das Zugteil um mindestens 10 % des radialen Abstandes Y über dem am weitesten innen liegenden Bereich 24 des Reifens liegen.

Bei bestimmten Anwendungen und in Abhängigkeit von der Form des Reifens reicht es jedoch aus, wenn das Zugteil, z.B. das Zugteil 18" gemäß Figur 6 sich annähernd in der Mitte des Reifenskörpers befindet oder geringfügig darüber. Der wichtige Faktor besteht darin, einer einwirkenden Abrollkraft genügend Widerstandszug entgegenzusetzen, um zu verhindern, daß der gesamte Reifen sich von der Felge löst. Solange der Reifen selbsttätig wieder in die Felge zurückschnappt, sind natürlich Verformungen und ein Abheben des Reifens von der Felge tolerierbar.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 verwendet eine asymmetrische Reifenform, um das Problem des Abrollens von Rollstuhlreifen weiter zu bekämpfen. Durch Verringerung der radialen Ausdehnung Z des Reifenskörpers über die Mittellinie X-X radial nach außen hinaus auf ein Maß, das vorzugsweise kleiner ist als die Erstreckung Y des Reifenkörpers radial nach innen, wird die Länge des Momentenarmes und die Abrolltendenz des Reifens verringert.

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Der Reifen der Figur 1 wird hergestellt, indem die Bestandteile zur Bildung eines Rohlings aufgebaut werden. Der Rohling wird anschließend unter Wärme und/oder Druck geformt. Bei dem bevorzugten Verfahren wird, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt ist, eine kontinuierliche Länge eines vulkanisierbaren elastomeren Materials 16' extrudiert oder es wird eine bestimmte Länge gegossen. An der einen Seite des Extrusionsproduktes befindet sich eine Nut oder Einbuchtung 26. Anschließend wird die gewünschte Länge des genuteten Materials um eine endlose Haltevorrichtung 29 herumgelegt, die die gleiche Querschnittsform haben kann wie die Felge 10. Die Enden des elastomeren Materials werden durch eine Verbindung 3 0 miteinander verbunden. Die Nut 26 wird von der Befestigungsvorrichtung abgewandt, so daß sie entlang des äußeren Umfanges liegt.

Dann werden mehrere Windungen eines Zug-Cords 20 um das elastomere Element gewickelt, so daß das (in Figur 3 gestrichelt dargestellte) Zugteil entlang der Basis oder des Scheitels 28 der Nut angeordnet ist, und damit vorzugsweise über der Mitte des Elementes liegt. Es hat sich als ausreichend erwiesen, drei Cordwindungen 20 um das genutete elastomere Element herumzuwickeln, in dem an einer Stelle 31 begonnen wird, die im wesentlichen der Verbindungsstelle 30 gegenüberliegt und in dem drei Windungen im Uhrzeigersinn aufgebracht werden, wobei an der Überlappungsstelle 32, also gegenüber der Verbindungsstelle 30, aufgehört wird. In bestimmten Fällen reicht eine einzige Windung des Cords aus, die vorzugsweise mit 0 einer Überlappung versehen wird.

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Der Rohling besteht aus dem endlosen stabförmigen elastischen Material mit nach außen gerichteter Nut und darin angeordnetem Zugteil. Er wird hauptsächlich wegen der Elastizität des elastomeren Werkstoffs und der Positionierung des Zugteiles zur Außenseite des Rohlings hin von der Befestigungsvorrichtung 2 9 durch Abschnappen oder auf andere Weise entfernt.

Die Form 34 besteht aus gleichen Formhälften 36, 38 und in ihr befindet sich der Reifenrohling. Der Rohling wird in der Form 34 mit Hilfe von Wärme und Druck geformt, so daß das elastomere Material erweicht und sich der Form der Formfläche anpaßt (Druckzylinder, Eingußlöcher und andere allgemeine Merkmale der Form sind in den Zeichnungen fortgelassen). Bei der bevorzugten Verwendung von wärmeschi-umpffähigen Zugteilen 20, wie beispielsweise Polyester-Cord, bewirkt die während des Formvorganges wirksame Hitze eine Verschiebung des Zugbereichs von der Anfangsposition 40, die dem Scheitel 28 des Rohlings entspricht, radial nach innen in die in Figur 4 dargestellte Endposition. Diese radiale Verschiebung kann entsprechend der thermischen Schrumpfcharakteristiken der Materialien des Zugteiles und des elastomeren Körpers sowie anderer Faktoren über den Reifen variieren.

Nach dem Entformen ist der fertiggestellte endlose, einstückig geformte Reifen mit vollständig eingebettetem Zugteil fertig, um auf eine Felge 10 montiert zu werden. Dies kann geschehen, indem der Reifen einfach über die Felge gedehnt wird und man ihn anschließend einschnappen läßt, ähnlich dem Aufziehen eines Automobilreifens auf

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seine Felge. In Abhängigkeit von der Konstruktion kann auch ein Handwerkzeug zu Hilfe genommen werden.

Die für den Reifen benutzten elastomeren Materialien sollten unter Berücksichtigung der Elastizität, Härte und Verdichtungsverformung der speziellen Anwendung entsprechend ausgewählt oder zusammengesetzt werden. Es eignen sich verschiedene natürliche und synthetische Kautschuke, wie Polybutadien, SBR und Polyisopren, sowie verschiedene Mischungen.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Druckloser Reifen für die Räder von Rollstühlen oder anderen Vorrichtungen, dadurch g e k e η nz e ich net, daß ein integral geformter endloser Voll-Reifenkörper (16) ein eingebettetes Zugteil (20) enthält, das im Abstand von dem radial innen liegenden Bereich des Vollkörpers angeordnet ist und kontinuierlich über dessen gesamte Länge verläuft.
2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugteil (18) so ausgebildet ist, daß es eine geringfügige Dehnung zuläßt, wodurch der Reifen einschnappend über eine Felge (10) dehnbar ist.
3. Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugteil (18) näher an der radial innen

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liegenden Fläche des Reifens liegt als an der äußeren Umfangsflache.
4. Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Reifens im wesentlichen kreisförmig ist und daß entlang der radialen Innenfläche des Reifens ein sehnenförmiger Schlitz (24) verläuft.
5. Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifenquerschnitt in bezug auf eine Linie, die im wesentlichen durch die Mitte des Vollkörpers (16) und rechtwinklig zu einer Radiallinie des Reifens verläuft, asymmetrisch ausgebildet ist.
6. Reifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung des Vollkörpers (16) von der Linie X-X aus nach innen größer ist als die radiale Ausdehnung des Vollkörpers von der Linie X-X aus nach außen.
7. Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugteil (18) aus mehreren dicht bemichbarten Windungen eines Zug-Cords besteht.
8. Reifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugteil (18) im wesentlichen im Schwerpunkt des Reifonquerschnitts angeordnet ist.
9. Reifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diis Zugteil (18) integral

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in dem Vollkörper (16) enthalten ist und eine mechanische oder chemische Bindung mit dem elastomeren Material des Vollkörpers bildet.
10. Reifen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugteil in der Nähe des Schlitzes (24) und in der Nähe der radialen Innenwand des Reifens angeordnet ist.
11. Reifen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (24) mit einer Form in den Vollkörper (16) eingeformt ist.
12. Reifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugteil aus einer endlosen Stabverstärkung aus Kunststoff oder Gummi besteht, deren Enden aneinander befestigt sind.
13. Reifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (24) Schraubenteile aufnimmt, mit denen die Speichen (12) eines Rades an der Felge (10) befestigt sind.
14. Verfahren zur Herstellung eines Reifens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge aus vulkanisierbareni elastomere«! Material mit einer durchgehenden Längsnut hergestellt wird, daß die Länge aus vulkanisierbarein elastomer em Material um eine ringförmige Befestigungsvorrichtung derart herumgelegt wird, daß die Nut sich an der Außenseite befindet und die Enden der Läncje im wesentlichen gegeneinanderstoßen, daß in die Nut ein Zugteil einge-

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legt wird und daß der so entstandene Reifenrohling in eine Form eingelegt und unter Erweichung des Materials vernetzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß längs des elastomeren Materials eine im wesentlichen V-förmige Nut angebracht wird und daß in die Nut mehrere Windungen einer Zugverstärkung eingelegt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Nut sich bis kurz vor die Querschnittsmitte des Materials erstreckt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugteil aus mindestens zwei Windungen eines wärmeschrumpfbaren Cordmaterials besteht, das bei der Vernetzung des Reifenmaterials schrumpft und sich vom Grund der Nut aus in Richtung auf die radial innen liegende Fläche des Reifens verschiebt.

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