DE4420743C1 - Hohem Überdruck ausgesetztes Ventil mit einem Ventilgehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für schlauchlose Reifen, die mit einem Überdruck größer 4,2 bar zu betreiben sind, mit einem Ventilgehäuse, einem innerhalb des Ventil­ gehäuses angeordneten dichtenden Rückschlagmechanismus und einer auf der Außenseite lösbar oder unlösbar oder einstückig mit dem Ventilgehäuse verbundenen Dichtung zur Abdichtung gegenüber der Felge, wobei das Ventilgehäuse an seinem reifenseitigen Ende einen an der Dichtung anliegenden steifen Kragen aufweist, der einstückig mit ihm verbunden ist, und das Ventilgehäuse an diesem Kragen seinen größten Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der zur Ventilbefestigung vorgesehenen Bohrung der Felge.

Aus der DE-OS 19 23 133 ist ein Ventilgehäuse bekannt, das anscheinend wie üblich aus Messing besteht und in einigen axial aufeinanderfolgenden Bereichen verschieden weit spanlos aufgeweitet ist. In allen Bereichen bleibt der Außen­ durchmesser des Ventilgehäuses kleiner als der Durchmesser der zugeordneten Felgenbohrung. Wie heute beim Einsatz in PKW und Transportern (VW T3, T4, Ford Transit etc.) üblich ist das Ventilgehäuse in ein Gummihülse einvulkanisiert, die in der Fig. 2 dieser Druckschrift von links oben nach rechts unten schraffiert dargestellt ist. Diese Gummihülse weist eine Nut auf, mit der sie in die entsprechende Felgenbohrung einschnappt. Wegen dieser Montageweise wird diese Ventil­ bauweise häufig als Schnappventil bezeichnet. Die Nut zur Aufnahme der Felgenwandung ist am reifenseitigen Ende durch einen höheren Gummikragen begrenzt als am reifenabgewandten Ende, weil der vor dem Ventil anstehende Überdruck das Ventil aus der Felge herauszudrücken sucht. In der Axialrichtung des Ventiles benötigt dieser Gummikragen eine beträchtliche Abmessung, um dem Überdruck standzuhalten.

Diese Gestaltung wird äußerstenfalls bis zu einem Überdruck von 4 bar eingesetzt, weil noch größere Druckbeständigkeiten eine so kräftige Dimensionierung des Gummikragens erfordern würden, daß dieser so weit aus dem Felgentiefbett hervorragen würde, daß die Reifenmontage behindert würde.

Die US 4,760,860 lehrt ein Ventil für schlauchlose Reifen mit einem Ventilgehäuse, das wie vorgenannte Ventile durch Ein­ führen in den unter Überdruck zu setzenden Reifeninnenraum zu montieren ist und durch Einschnappen in seiner Endlage fixiert wird. Der Einschnapp-Mechanismus besteht hier jedoch nicht aus einem Gummiformteil sondern aus mehreren um den Mantel des Ventilgehäuses herum angeordneten Biegezungen, die sich beim Einführen an die Mantelfläche des Ventilgehäuses anlegen und die sich nach der Passage unter Entspannung so weit spreizen, daß der Weg zurück versperrt ist. Wegen der höheren Festigkeit der aus Metall herstellbaren Zungen ist hiermit ein sicherer Ventilsitz auch bei Drücken über 4,2 bar zu erwarten.

Von Ventilgehäusen für LKW-Bereifungen her ist es bekannt, am reifenseitigen Ende ein Gewinde einzuschneiden oder einzurollen und eine Mutter aufzuschrauben. Aufgrund der höheren Festigkeit und Steifigkeit des für die Mutter verwendeten Metalles - in der Regel Messing - bleibt die Bauweise auch für den im LKW-Bereich (je nach Gewichtsklasse) üblichen Überdruck zwischen 5,0 und 8,5 bar ausreichend flach, um die Reifenmontage nicht zu behindern. Auf der reifen­ abgewandten Seite kann ebenfalls eine Mutter angeordnet sein. Ventile dieser Bauweise werden als Schraubventile bezeichnet.

Schraubventile sind in der Herstellung und in der Montage wesentlich teurer als Schnappventile wegen der größeren Zahl der herzustellenden und zu montierenden Einzelteile (zusätzlich mindestens eine separate Mutter und eine Dichtung) und wegen der Kosten der Gewindepaarung.

Überdies wäre insbesondere für eine Anwendung im Bereich der sogenannten Industrie-Luftreifen (größtes Anwendungsfeld: Gabelstapler) eine noch flachere Bauweise am reifenzugewandten Ende wünschenswert. Industrie-Luftreifen werden häufig von den Fahrzeugherstellern je nach Kundenwunsch alternativ zu Voll­ reifen auf die gleichen Felgen montiert. Dies setzt voraus, daß für beide grundverschiedene Reifentypen die gleichen Felgen verwendbar sind. Zumindest bislang ist es üblich, die - gegenüber Luftreifen in diesem Marktsegment starken - Vollreifen auf abgesehen von den Felgenhörnern zylindrische, also tiefbettfreie Felgen zu montieren. Zur Reifenmontage ist in der Regel das fahrzeugäußere Felgenhorn abnehmbar.

Wegen der Lösbarkeit des Felgenhornes sind auf diesen Felgen trotz ihrer Tiefbettfreiheit eigentlich auch schlauchlose Luftreifen montierbar, allein das in den Reifenhohlraum wegen des Tiefbettmangels (ansonsten wird das Ventil im Tiefbett montiert) weit vorspringende Ventil be- oder verhindert ein axiales Aufgleiten des fahrzeuginneren Reifenwulstes. Deshalb werden auf diesen vollreifentauglichen Felgen dann, wenn Luftreifen montiert werden sollen, bislang nur Luftreifen mit Schlauch eingesetzt. Wie von PKW- und LKW-Reifen her bekannt, lassen sich aber mit schlauchlosen Reifen günstigere Eigen­ schaften erreichen, insbesondere sinkt die Wahrscheinlichkeit von Perforationen und die Geschwindigkeit des Luftdruck­ verlustes im Falle einer Perforation liegt niedriger.

So stellt sich die Aufgabe, ein Ventil so zu gestalten, daß es mit genauso wenigen Bauteilen wie ein Schnappventil auskommt und dennoch Drücken über 4 bar widersteht. Außerdem sollte es nicht mehr - vorzugsweise weniger - in den Reifeninnenraum vorstehen als die bekannten Schnapp- oder Schraubventile.

Der Erfinder hat erkannt, daß zur Lösung dieser Aufgabe an dem "Innenleben" des Ventiles, insbesondere dem Rückschlag- und Dichtungsmechanismus, nichts geändert zu werden braucht, was die gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung erleichtert. Vielmehr reicht es aus, das Ventilgehäuse neu zu gestalten: Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kragen durch spanlose Formgebung des Ventilgehäuses gebildet ist.

Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, daß von der Montierbarkeit her eine lösbare Verbindung zwischen dem Kragen und dem Schaft des Ventilgehäuses nicht erforderlich ist. Zwar ist so das Ventilgehäuse ähnlich einem konventionellen Nippel in einem Speichenrad nur noch von radial außen her in die Felge montierbar, da aber nur extrem selten ein Bedarf nach Ventilwechsel ohne Bedarf nach Reifenwechsel entsteht, stellt dies keinen wesentlichen Nachteil dar.

Zum zweiten hat der Erfinder erkannt, daß auch wenn die derzeitig im Ventilgehäusebau üblichen Messingverbindungen keine genügende plastische Verformbarkeit aufweisen, eine spanlose Formgebung des Kragens möglich ist. Gegenüber einer spanabhebenden Formgebung aus dem Vollen ergibt sich so ein besserer Faserverlauf, was eine zartere Dimensionierung erlaubt. Diese Vorteile sind stark genug, um den Übergang auf verformbarere Werkstoffe und/oder ein Zwischenglühen wirtschaftlich zu rechtfertigen.

Der erfindungsgemäß spanlos zu formende Kragen des Ventil­ gehäuses eines erfindungsgemäßen Ventiles ist vorzugsweise durch axiales Zusammenstauchen unter gleichzeitiger Aufweitung aus dem reifenseitigen Ende des Ventilgehäuses gebildet.

Zwecks erleichterter Zugänglichkeit sollte das Ventilgehäuse in an sich bekannter Weise abgewinkelt sein.

Vom Rohrleitungsbau her zeichnen sich inzwischen ausreichend feste Kunststoffe als Werkstoff für die neuartigen Ventil­ gehäuse erfindungsgemäßer Ventile ab, insbesondere hoch­ vernetztes Polyethylen und/oder Polypropylen. Für den Luftdruckbereich über etwa 6 bar werden allerdings nach wie vor metallische Werkstoffe bevorzugt. Es kommen insbesondere gut knetbare Messinglegierungen oder - vorzugsweise rostfreie - Edelstahllegierungen in Frage; der Übergang auf Edelstahl begünstigt überdies eine besonders flache Bauweise.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Querschnitt ein Ventil mit erfindungsgemäßem Ventilgehäuse in einer Tiefbettfelge,

Fig. 2 im Querschnitt ein Ventil mit erfindungsgemäßem Ventilgehäuse in einer Felge mit abnehmbarem Felgenhorn,

Fig. 3 in einer Übersichtszeichnung einen Längsschnitt durch eine tiefbettlose Felge mit einem Ventil mit erfindungsgemäßem Ventilgehäuse und

Fig. 4 ein Verfahren und ein Werkzeug zur Erstellung des erfindungsgemäßen Kragens am zunächst zylinderrohr­ förmigen Ventilgehäuse.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Ventil 2 mit einem Ventil­ gehäuse 1 in einer Felge 6 mit Tiefbett 10, die einen Luftreifen 3 trägt. Im Inneren des Ventilgehäuses 1 ist ein dichtender Rückschlagmechanismus 4 angeordnet, der hier nur schematisch dargestellt ist, da er gegenüber dem Stand der Technik unverändert bleibt. Zwischen dem Ventilgehäuse 1 und der Felgenbohrung 9 ist eine Dichtung 5 angeordnet. Diese Dichtung 5 ist - wie bevorzugt und von Schnappventilen her bekannt - mit dem Ventilgehäuse 1 stoffschlüssig verbunden, also angeklebt oder anvulkanisiert, um die Zahl der zu montierenden (und der verlier- und vergeßbaren) Teile so klein wie möglich zu halten.

Die Dichtung liegt vorzugsweise - wie dargestellt - nicht nur auf der radial äußeren Felgenfläche an - obwohl dies für die Dichtfunktion ausreichen würde - sondern durchsetzt auch die Felgenbohrung 9 und reicht ein Stück nach radial innen aus dem Rad heraus und bildet dort - wie ebenfalls von Schnappventilen her an sich bekannt - einen kleinen Wulst 11, der einen Außen­ durchmesser D₁ aufweist, der etwas größer ist als der Innen­ durchmesser d der Felgenbohrung 9. Zur Erleichterung der Reifenmontage, während der noch kein Luftdruck anliegt, wird das Ventil so in der Felge 6 unverlierbar gehalten.

Der entscheidende Unterschied zum vorbekannten Schnappventil liegt darin, daß das Ventilgehäuse 1 an seinem reifenseitigen Ende 7 einen einstückig angeformten großen Kragen 8 aufweist, dessen Durchmesser D so viel größer als der Felgenloch­ durchmesser d ist, daß die sich einstellende Flächenpressung der Dichtung 5 an der ringförmigen Anlagefläche 6.1 zur Felge 6 hinreichend klein ist, um ein seitliches Ausquetschen des Gummis zu verhindern. Der in Abhängigkeit vom vorgesehenen Reifenüberdruck zu bemessende Flächeninhalt dieser ring­ förmigen Fläche ist dem Fachmann in weiterer Abhängigkeit von der Gummiqualität vom Schraubventil her bekannt.

Weiterhin ist dem Fachmann vom Schnappventil her bekannt, wie stark die Federrate und damit die Wandstärke der Dichtung in diesem Bereich zu sein hat, um in Abhängigkeit von der Größe der Felgenrauhtiefe und der Felgenwölbung im Verhältnis zur Größe der Auflagefläche zu einer ausreichenden Dichtwirkung zu gelangen.

Gegenüber den vorbekannten Schnappventilen hat diese Lösung den Vorteil, daß das Ventil auch bei größeren Überdrücken im Reifen (bei Gabelstapler-Luftreifen meistens 10 bar) stabil in der Felge bleibt. Gegenüber den vorbekannten Schraubventilen ist die Anzahl der zu montierenden Teile, der Aufwand zur Herstellung, Distribution und Lagerhaltung derselben und der benötigte radiale Bauraum geringer. Letzteres vereinfacht insbesondere bei knapp bemessener Tiefbettiefe die Reifenmontage.

Fig. 2 zeigt das gleiche Ventil 2 in einer tiefbettlosen Felge mit abnehmbarem Felgenhorn, einer Felgenkonstruktion, die bei Industriefahrzeugen wie Gabelstaplern etc. vorherrschend ist, zumal auf sie auch die meisten Vollreifen­ typen abgestimmt sind. Dabei wird zur Reifenmontage zunächst der eine, hier rechts dargestellte, Reifenwulst 3.1 über die Felge bis zum starren Felgenhorn 6.2 geschoben und muß dabei das Ventil 2 überwinden. Dies wird erleichtert durch eine besonders flache Bauweise des Ventiles 2 in dem in den Reifeninnenraum hereinragenden Bereich, was die erfindungs­ gemäße Ausbildung des Ventilgehäuses erlaubt. Danach wird zwischen der anderen Reifenwulst 3.2 und den entsprechenden Felgenrand der im Querschnitt leicht keilförmige Sitzring 18 von axial außen her aufgeschoben, der gegenüber der Felge dichten muß. Diese Dichtfunktion kann durch ein getrenntes Bauteil, zum Beispiel durch einen O-Ring erfüllt werden oder - wie hier gezeigt - in den Sitzring 18 mit integriert werden, indem der Sitzring nicht aus einem Metall sondern einem Polymer, vorzugsweise Gummi, hergestellt wird. Danach wird der Felgenhornring 19 von axial außen her aufgeschoben, vorzugsweise etwas weiter als es der Endstellung entsprechen würde. Dann nämlich ist trotz der Nase 19.1 am Felgenhornring 19 der Sprengring 20 leicht zu montieren.

Durch Luftdruckbeaufschlagung des Reifens 3 bewegt sich der Reifenwulst 3.2 nach axial außen, wodurch der Sitzring 18 weiter komprimiert wird und der Felgenhornring axial bis zur Anlage an den Sprengring 20 wandert und die Nase 19.1 des Felgenhornringes den Sprengring 20 zusätzlich gegen radiales Aufweiten sichert.

Fig. 3 zeigt in einer Übersichtszeichnung einen Längsschnitt durch eine andere - ebenfalls tiefbettlose - Felge 6, in die ein Ventil 2 mit Ventilgehäuse 1 eingesetzt ist. Die Außen­ seite der Felge 6 ist im Bereich der Felgenbohrung 9 plan gefräst, erscheint also im Längsschnitt als Kreissehne 12. Die in den Reifeninnenraum 13 weisende Ventilbauhöhe h ist klein genug im Verhältnis zur Einfrästiefe t und zum Außen­ durchmesser D des Kragens 8, daß das Ventil kaum - wie hier dargestellt - oder gar nicht in den Sitzkreis 14 der Felge 6 hereinragt. Auf diese Weise ist eine besonders leichte Montage von schlauchlosen Luftreifen 3 auch auf Felgen 6 mit zylindrischem Mittelteil möglich.

Fig. 4 zeigt ein zweistufiges Verfahren und zugehörige Werk­ zeuge 15 zur Erstellung des Kragens am Ventilgehäuse ausgehend von einem zunächst zylinderrohrförmigen Werkstück 16.

Die Fig. 4 ist gegliedert in eine linke Teilfigur 4a, die den ersten Verfahrensschritt zeigt, und in eine rechte Teilfigur 4b, die den zweiten Verfahrensschritt zeigt. Das für den ersten Verfahrensschritt eingesetzte Werkzeug 15 gliedert sich in einen Preßstempel 15.1 und einen kontinuierlich und sanft gewölbten Aufweitdorn 15.2. Im ersten Verfahrensschritt wird das zunächst hohlzylinderförmige Werkstück 16 mittels des Preßstempels 15.1 auf den Aufweitdorn aufgepreßt und nimmt dadurch an einem - dem späteren reifenseitigen - Ende 7 eine pilzförmige Gestalt an.

Weil nicht von einem planen Blechrondell ausgehend der Schaft tiefgezogen wird, was zur Erstellung solcher Pilzformen üblich ist, sondern ausgehend vom Schaft gedrückt wird, ist eine Wandstärkenabnahme über dem Durchmesser des zukünftigen Kragens weitgehend unterdrückt.

In dem zweiten, in der Teilfigur 4b dargestellten Verfahrens­ schritt wird das bereits pilzförmige Werkstück 16 in einem weiteren zweiteiligen Gesenk 17 mit Unterteil 17.2 und Oberteil 17.1 in die endgültige Form gepreßt. Die Fläche 17.3 des Oberteiles 17.1 muß nicht exakt plan sein, wie hier der Einfachheit halber dargestellt, sondern kann exakt an die eventuelle Felgenwölbung angepaßt sein. Anschließend werden ggf. die am Rand entstehenden Preßgrate in üblicher Weise entfernt. Zum Beispiel durch (jeweils spanabhebendes) Scheuern in einer mit Sand oder anderen abrasiven Materialien gefüllten und zu drehenden Trommel wie in der Wälzkörperherstellung bekannt oder durch Schleifen. Die weitere Bearbeitung des Werkstückes 16 bis zur Fertigstellung des erfindungsgemäßen Ventilgehäuses und schließlich des kompletten Ventiles bleibt vorzugsweise unverändert, also so, wie im Stand der Technik bekannt.

Erfindungsgemäße Ventile mit einem Ventilgehäuse mit spanlosgefertigtem Kragen verbinden die Vorteile der Schraubventile weitgehend mit denen der Schnappventile, übertreffen bezüglich der Kleinheit des erforderlichen radialen Bauraumes sogar beide bekannten Bauformen. Neben den Einsparungen in der Herstellung, dem Vertrieb und der Montage erfindungsgemäßer hochdruckbeständiger Ventile können solche Ventile speziell in der Anwendung von Industriereifen einen größeren Anteil von schlauchlosen Luftreifen ermöglichen ohne Felgen mit Tiefbett zu erfordern oder die besonders teuren Schraubventile.

Der Übergang zu schlauchlosen Luftreifen statt der bisherigen mit Schlauch zu fahrenden Reifen, die vornehmlich an außer­ halb von Werkshallen eingesetzten Flurförderzeugen eingesetzt werden, verringert die Wahrscheinlichkeit von Undichtigkeiten nach Reifendurchschlägen bis auf die Felge und/oder das Ventil, senkt die Druckabfallsgeschwindigkeit im Falle von Perforationen, verlängert die Luftdruckkontrollintervalle und senkt geringfügig den Rollwiderstand. Im Zusammenwirken mit schlauchlosen Reifen und tiefbettfreien oder nur ein flaches Tiefbett aufweisenden Felgen entfalten die erfindungsgemäßen Ventile mit ihren neuartigen Ventilgehäusen ihre größten Vorteile.

Claims (5)

1. Ventil (2) für schlauchlose Reifen, die mit einem Überdruck größer 4,2 bar zu betreiben sind, mit einem Ventilgehäuse (1), einem innerhalb des Ventilgehäuses (1) angeordneten dichtenden Rückschlagmechanismus (4) und einer auf der Außenseite lösbar oder unlösbar oder einstückig mit dem Ventilgehäuse (1) verbundenen Dichtung (5) zur Abdichtung gegenüber der Felge (6), wobei das Ventilgehäuse (1) an seinem reifenseitigen Ende (7) einen an der Dichtung (5) anliegenden steifen Kragen (8) aufweist, der einstückig mit ihm (1) verbunden ist, und das Ventilgehäuse (1) an diesem Kragen (8) seinen größten Durchmesser (D) aufweist, der größer ist als der Durchmesser (d) der zur Ventil­ befestigung vorgesehenen Bohrung (9) der Felge (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (8) durch spanlose Formgebung des Ventilgehäuses (1) gebildet ist.

2. Ventil (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (8) durch axiales Zusammenstauchen unter gleichzeitiger Aufweitung aus dem reifenseitigen Ende (7) des Ventilgehäuses (1) gebildet ist.

3. Ventil (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) abgewinkelt ist.

4. Ventil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) aus Metall besteht.

5. Ventil (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall eine - vorzugsweise rostfreie - Edelstahllegierung ist.