DE102009024088A1

DE102009024088A1 - Reifenfüllmasse, Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009024088A1
Application number: DE102009024088A
Authority: DE
Inventors: Paul RÖSLER; Martin RÖSLER
Original assignee: Zeus GmbH and Co KG
Current assignee: Carlisle Tyrfil GmbH
Priority date: 2009-06-06
Filing date: 2009-06-06
Publication date: 2010-12-09
Also published as: EP2440397A1; US20120061874A1; WO2010139484A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reifenfüllmasse für Fahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, bestehend aus einem Polyurethananteil und einem Feststoffpartikelanteil, wobei der Polyurethananteil aus einem zweikomponentigen Polyurethan-Elastomer besteht, wobei der Feststoffpartikelanteil von Korkpartikeln gebildet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Reifenfüllung mit einer solchen Reifenfüllmasse und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reifenfüllmasse für Fahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 4 und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.
Nutzfahrzeuge, die mit luftgefüllten Reifen versehen sind, weisen bei ihrem üblichen Einsatz vor allem in unwegsamen Gelände oder Baugelände den Nachteil auf, dass die Reifen einer starken Beschädigungsgefahr ausgesetzt sind und bei einer Beschädigung die Luft verlieren, was die Handhabung solcher Nutzfahrzeuge erheblich erschwert bzw. völlig unmöglich macht. Ferner besteht die Gefahr, dass bei einer Zerstörung eines Reifens der Nutzfahrzeugbediener oder in der Nähe stehende Personen verletzt werden können. Diese Nachteile haben dazu geführt, dass viele Nutzfahrzeuge mit sogenannten ”pannenfreien Reifen” versehen sind.
Besonders verbreitet ist der Einsatz elastomerer Polyurethan-Kunststoffe als Reifenfüllmassen, ein Beispiel für eine solche Reifenfüllmasse ist in DE 40 38 996 C2 beschrieben. Diese Reifenfüllmassen bestehen aus einer flüssigen A-Polyurethankomponente und einer flüssigen B-Polyurethankomponente, die mit hohem Druck in einen Reifen eingebracht werden und im Reifeninneren miteinander reagieren und aushärten.
Neben diesen zweikomponentigen Reifenfüllmassen sind auch dreikomponentige Reifenfüllmassen bekannt, die neben zwei flüssigen Polyurethankomponenten zusätzlich eine feste Gummigranulatkomponente aufweisen. Eine solche Reifenfüllmasse weist bessere physikalische Eigenschaften auf, insbesondere ist die Elastizität deutlich verbessert. Eine solche Reifenfüllmasse auf Polyurethanbasis mit einer zusätzlichen Gummigranulatkomponente wird von der Anmelderin zusammen mit einem geeigneten Füllsystem vertrieben und hat sich in der Praxis bereits gut bewährt. Allerdings ist der Feststoffanteil verarbeitungsbedingt auf etwa 50 Vol.% des gesamten Füllvolumens beschränkt und das Gesamtgewicht eines entsprechend gefüllten Reifens ist relativ hoch, wodurch das Gesamtgewicht des Nutzfahrzeuges deutlich zunimmt, was u. a. zu einem höheren Energieverbrauch führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reifenfüllmasse sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ihrer Herstellung bereitzustellen, die ohne Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften eine nennenswerte Gewichtseinsparung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Reifenfüllmasse der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Feststoffpartikelanteil von Korkpartikeln gebildet ist.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass Korkpartikel als Feststoffkomponente für eine Reifenfüllmasse geeignet sind, wobei in Verbindung mit einem zweikomponentigen, im Ausgangszustand flüssigen Polyurethan-Elastomer eine elastische Reifenfüllmasse herstellbar ist. Dabei lässt sich je nach Korkanteil das Gewicht einer Reifenfüllmasse gegenüber bekannten Reifenfüllmassen wesentlich reduzieren, beispielsweise bis zu einer Größenordnung von 30%. Darüber hinaus ist eine solche Reifenfüllmasse umweltverträglicher, da Kork ein nachwachsender Naturstoff ist. Alternativ kann selbstverständlich auch synthetischer Kork verwendet werden, sofern dieser zur Verfügung steht.
Es hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, dass der Volumenanteil der Korkpartikel bezogen auf das Gesamtvolumen zwischen 50 und 80 Vol.% betragen kann. Durch diesen hohen Korkanteil lässt sich das Gesamtgewicht der Reifenfüllmasse entsprechend reduzieren.
Die Korkpartikel selbst brauchen keine bestimmte geometrische Form aufzuweisen, insbesondere ist es nicht erforderlich, dass die Korkpartikel gleichförmig ausgebildet sind. Bevorzugt werden Korkpartikel eingesetzt, deren maximale Längserstreckung zwischen 0,5 bis 1,5 mm liegt.
Als Zweikomponenten-Polyurethan-Elastomere werden bevorzugt solche verwendet, die auf folgenden Grundstoffen basieren:

– Polyether-Polyol, ca. 30 bis 40 Gew.%,
– primäre und sekundäre Weichmacher, beispielhaft: Prozessöl aus der Mineralölwirtschaft, alternativ oder additiv Öl aus Kohleaufbereitung (Teeröl), ca. 40 bis 60 Gew.%,
– aromatische Isocyanate, 5 bis 10 Gew.%,
– zusätzlich Katalysatoren, Vernetzer und Kettenverlängerer mit einem Anteil < 5 Gew.%.

Dabei besteht besonders bevorzugt die A-Polyurethankomponente aus

– ca. 54 bis 60 Gew.% Polyetherpolyol,
– 36 bis 40 Gew.% primären und sekundären Weichmachern,
– 2 bis 5 Gew.% Kettenverlängerern/Vernetzern/Katalysatoren

– ca. 14 bis 16 Gew.% Polyetherpolyol,
– 12 bis 20 Gew.% aromatischen Isocyanaten,
– 66 bis 72 Gew.% Weichmachern.

Gemäß der Erfindung kann eine Reifenfüllung mit einer vor beschriebenen Reifenfüllmasse dadurch hergestellt werden, dass die Reifenfüllmasse aus einer flüssigen A-Polyurethankomponente, einer flüssigen B-Polyurethankomponente und aus Korkpartikeln gemischt wird, die gemischte Reifenfüllmasse anschließend in einen Reifen eingebracht und im Reifeninneren ausgehärtet wird.
Dabei wird die Reifenfüllmasse bevorzugt bei einem Systemdruck zwischen 15 bis 20 bar in den Reifen gefördert.
Es wird eine Reifenfüllmasse mit einem Volumenanteil der Korkpartikel am Gesamtvolumen zwischen 50 und 80 Vol.% eingesetzt, wobei die Korkpartikel bevorzugt eine maximale Längserstreckung zwischen 0,5 bis 1,5 mm aufweisen. Die Schüttdichte der Korkpartikel liegt beispielsweise bei 70 bis 80 kg/m³. Die Dichte des Korks in der Mischung liegt etwa bei 100 bis 120 g/dm³.
Um eine vorbeschriebene Reifenfüllung aus einer Reifenfüllmasse herstellen und in einen Reifen einbringen zu können, sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 vor.
Grundsätzlich sind zu anderen Einsatzzwecken gattungsgemäße Vorrichtungen mit einer Exzenterschneckenpumpe und einer Förderschnecke bekannt, ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in DE 101 60 335 B4 beschrieben. Eine speziell gestaltete Förderschnecke ist in DE 10 2006 036 243 A1 offenbart, DE 10 2004 038 686 B3 beschreibt eine geeignete Exzenterschneckenpumpe ohne Förder- und Mischeinrichtung.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, dass die Förderschnecke im Bereich der wenigstens einen Einfüllöffnung mit Unterbrechungen versehen ist.
Es hat sich herausgestellt, dass durch das Vorsehen von Unterbrechungen der Förderschnecke im Bereich der Flüssigzugabe (Einfüllöffnung) gegenüber herkömmlichen Förderschnecken mit durchgängiger Schnecke eine wesentliche bessere Benetzung der Feststoffpartikel mit den beiden Flüssigkomponenten erfolgt, was die Vermischung und Förderfähigkeit auch bei hohem Trockenanteil begünstigt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine reibungsvermindernde Innenauskleidung aufweist. Diese Innenauskleidung besteht bevorzugt aus PTFE.
Die Durchmischung der Komponenten lässt sich noch dadurch deutlich verbessern, dass das Gehäuse im Bereich der wenigstens einen Einfüllöffnung in das Gehäuseinnere hineinragende stabförmige Elemtente aufweist.
Die Wirksamkeit der stabförmigen Elemente lässt sich noch dadurch verbessern, dass die stabförmigen Elemente verstellbar am Gehäuse festgelegt sind. Dazu können sie beispielsweise mit einem mehr oder weniger weit in die Gehäusewandung einschraubbaren Gewinde versehen sein.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in:
1 eine Draufsicht einer Förder- und Mischeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine Seitenansicht der Förder- und Mischeinrichtung und
3 eine Vorderansicht der Förder- und Mischeinrichtung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer Rei fenfüllung aus einer Reifenfüllmasse weist eine nicht dargestellte Exzenterschneckenpumpe, eine im einzelnen dargestellte Förder- und Mischeinrichtung und wenigstens einen nicht dargestellten Antriebsmotor auf.
Die erfindungsgemäß gestaltete Förder- und Mischeinrichtung der Vorrichtung ist allgemein mit 1 bezeichnet. Diese Förder- und Mischeinrichtung 1 weist zunächst ein rohrförmiges Gehäuse 2 auf, in dem eine rohrförmige Welle 3 angeordnet und gelagert ist. Diese Welle 3 weist an beiden Enden jeweils eine Wellenkupplung auf, die nicht dargestellt ist. Das im Sinne der 1 und 2 linke Wellenende ist zur drehfesten Verbindung mit dem Rotor der nicht dargestellten Exzenterschneckenpumpe ausgebildet. Das andere Wellenende der Welle 3 ist mit einer Kupplung zum Ankuppeln an einen nicht dargestellten Antriebsmotor versehen. Der grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung mit der Misch- und Fördereinrichtung 1 entspricht somit zum Beispiel demjenigen, der in DE 101 60 335 B4 dargestellt ist.
Etwa im Bereich der mittleren Längserstreckung des Gehäuses 2 weist das Gehäuse 2 wenigstens eine Einfüllöffnung 4 auf. Beanstandet von dieser Einfüllöffnung 4 ist ferner im der nicht dargestellten Pumpe zugewandten Endbereich des Gehäuses 2 ein Einfülltrichter 5 vorgesehen.
Die rohrförmige Welle 3 ist von einer Förderschnecke 6 umgeben, die beispielsweise auf die rohrförmige Welle 3 aufgeschweißt ist. Wesentlich ist dabei, dass die Förderschnecke 6 im Bereich der Einfüllöffnung 4 und stromabwärts desselben mit Unterbrechungen versehen ist. Diese Bereiche sind mit 6a bezeichnet.
Ferner sind im Bereich der Einfüllöffnung 4 und somit im Bereich der Unterbrechungen 6a der Förderschnecke 6 stabför mige Elemente 7 vorgesehen, die durch das Gehäuse 2 hindurch in das Gehäuseinnere hineinragen. Dabei sind die stabförmigen Elemente 7 vorzugsweise verstellbar am Gehäuse 2 festgelegt, sie weisen dazu zum Beispiel ein Gewinde auf und lassen sich mehr oder weniger weit in die Gehäusewandung des Gehäuses 2 einschrauben, so dass sie mehr oder weniger weit in das Gehäuseinnere hineinragen.
Weiterhin ist das Gehäuse 2 mit einer reibungsvermindernden Innenauskleidung 8 versehen, welche zum Beispiel aus einem PTFE-Rohr besteht, das in das rohrförmige Gehäuse 2 eingesetzt ist, welches zum Beispiel aus VA-Stahl besteht.
An die wenigstens eine Einfüllöffnung 4 ist ein nicht dargestellter Anschlussschlauch angeschlossen, der mit einem Flüssigreservoir einer A-Polyurethankomponente und einer B-Polyurethankomponente in Verbindung steht. Der Einfülltrichter 5 dient zum Einfüllen von Korkpartikeln.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Reifenfüllmasse bzw. einer daraus gebildeten Reifenfüllung werden in die Vorrichtung, d. h. in die Förder- und Mischeinrichtung 1 der Vorrichtung zwischen 50 und 80 Vol.% Korkpartikel über den Einfülltrichter 5 und zwischen 50 und 20 Vol.% zweikomponentiges Polyurethan-Elastomer über die Einfüllöffnung 4 eingefüllt. Die Größe des Korkschrotes liegt dabei vorzugsweise bei etwa 0,5 bis 1,5 mm (größte Längserstreckung), die Schüttdichte bei ca. 70 bis 80 kg/m³. Die Dichte des Korks beträgt ca. 100 bis 120 g/dm³. Von der nicht dargestellten Pumpe wird ein Systemdruck zwischen 15 bis 20 bar aufgebaut, so dass sich eine Fördermenge von etwa 20 bis 30 l/min erreichen lässt. Durch die spezielle Gestaltung der Förder- und Mischeinrichtung 1 der Vorrichtung wird eine einwandfreie Vermischung und eine einwandfreie Förderung der Reifenfüllmasse gewährleistet. Durch die Gestaltung der Förder schnecke, d. h. die Unterbrechungen 6a, ist eine bessere Benetzung der Feststoffpartikel mit den Flüssigkomponenten gewährleistet, die Durchmischung wird durch die stabförmigen Elemente 7 verbessert, die Innenauskleidung 8 vermeidet ein Anhaften der Reifenfüllmasse an der Innenwandung der Förder- und Mischeinrichtung 1.
Als Zweikomponenten-Polyurethan-Elastomere werden bevorzugt solche verwendet, die auf folgenden Grundstoffen basieren:

Dabei besteht besonders bevorzugt die A-Polyurethankomponente aus

Ein mit einer erfindungsgemäßen Reifenfüllmasse gefüllter Reifen weist gegenüber herkömmlich gefüllten Reifen eine wesentliche Gewichtseinsparung auf. Ein Testreifen der Dimension 405/70 R 20 wog leer ca. 103 kg, gefüllt mit einer erfindungsgemäßen Korkfüllung ca. 264 kg. Die erfindungsgemäße Füllung wog somit ca. 161 kg. Eine sonst übliche Füllung nach dem Stand der Technik dagegen wiegt 220 kg. Erkennbar lässt sich somit eine erhebliche Gewichtseinsparung erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4038996 C2 [0003]
- DE 10160335 B4 [0016, 0027]
- DE 102006036243 A1 [0016]
- DE 102004038686 B3 [0016]

Claims

Reifenfüllmasse für Fahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, bestehend aus einem Polyurethananteil und einem Feststoffpartikelanteil, wobei der Polyurethananteil aus einem zweikomponentigen Polyurethan-Elastomer besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffpartikelanteil von Korkpartikeln gebildet ist.
Reifenfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der Korkpartikel bezogen auf das Gesamtvolumen zwischen 50 und 80 Vol.% beträgt.
Reifenfüllmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korkpartikel eine Längserstreckung zwischen 0,5 bis 1,5 mm aufweisen.
Verfahren zum Herstellen einer Reifenfüllung mit einer Reifenfüllmasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenfüllmasse aus einer flüssigen A-Polyurethankomponente, einer flüssigen B-Polyurethankomponente und aus Korkpartikeln gemischt wird, die gemischte Reifenfüllmasse anschließend in einen Reifen eingebracht und im Reifeninneren ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenfüllmasse bei einem Systemdruck zwischen 15 bis 20 bar in den Reifen gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reifenfüllmasse mit einem Volumenanteil der Korkpartikel am Gesamtvolumen zwischen 50 und 80 Vol.% eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korkpartikel eine Längserstreckung zwischen 0,5 bis 1,5 mm aufweisen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7 mit einer Exzenterschneckenpumpe und einer Förder- und Mischeinrichtung, welche eine auf einer Welle angeordnete Förderschnecke aufweist, wobei die Welle der Förderschnecke über eine Kupplung mit dem Rotor der Exzenterschneckenpumpe verbunden ist und die Förderschnecke von einem Gehäuse umgeben ist, welches am der Exzenterschneckenpumpe abgewandten Endbereich einen Einfülltrichter und beabstandet vom Einfülltrichter wenigstens eine Einfüllöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke (6) im Bereich der wenigstens einen Einfüllöffnung (4) mit Unterbrechungen (6a) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine reibungsvermindernde Innenauskleidung (8) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenauskleidung (8) aus PTFE besteht.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Bereich der wenigstens einen Einfüllöffnung (4) in das Gehäuseinnere hineinragende stabförmige Elemente (7) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Elemente (7) verstellbar am Gehäuse (2) festgelegt sind.