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HINTERGRUND UND KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft schlauchlose Luftreifen und Räder und insbesondere ein Rad,
das dazu konfiguriert ist, eine manuelle Montage eines schlauchlosen
Luftreifens an dem Rad ohne Hilfe von Werkzeugen zu gestatten.
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Aus
einem schlauchlosen Luftreifen und einem Rad bestehende Anordnungen
bilden eine Kammer, die Luft ohne einen getrennten Luftaufnahmeschlauch
hält. Spannung
an den Reifenwülsten
an den Radfelgenschultern bildet eine luftdichte Dichtung. Innenluftdruck
wirkt axial nach außen,
um den Reifenwulst gegen das Radfelgenhorn zu drücken. Das Felgenhorn, das sich
von der Felgenschulter radial nach außen erstreckt, verhindert,
dass der Reifenwulst vom Rad rutscht.
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Bei
der Montage eines Luftreifens an einem Rad wird ein Wulst in der
Regel vollständig
relativ leicht über
das Felgenhorn geschoben. Die Befestigung des anderen Wulstes wird
durch das Radfelgenbett unterstützt,
das es gestattet, einen Teil des Wulstes über das Horn zu schieben, aber
das Anlegen von Kraft erfordert, um den verbleibenden Teil des Wulstes über das
Horn zu bewegen. Dieser Schritt erfordert Werkzeuge und erfordert
in der Regel eine Maschine, weil der Reifenwulst von einer kreisförmigen Form
verformt und so gestreckt werden muss, dass er über das Felgenhorn passt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen und ein
Rad mit Geometrien, die speziell dazu ausgelegt sind, eine Montage
des Reifens am Rad von Hand ohne Verwendung von Werkzeugen oder Maschinen
zu gestatten.
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Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Rad mit einem Felgenhorn,
das eine Höhe aufweist,
und mit einem Felgenbett, das bezüglich das Felgenhornhöhe eine
Tiefe aufweist und sich bezüglich des
Felgenhorns an einer Stelle befindet, die es gestattet, dass ein
Reifenwulst mit manuell erzeugten Kräften über das Felgenhorn passieren
kann.
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Gemäß der Erfindung
wird für
einen Reifen mit einem Felgenschulterumfang C
t die
Radgeometrie definiert durch:
wobei D
w den
Radfelgenbettdurchmesser, G die Tiefe des Felgenbetts, gemessen
von der Radfelgenschulter, W einen axialen Abstand vom Rand des
Radfelgenbetts zum Montageseitenhorn, H die radiale Höhe des Felgenhorns über der
Radfelgenschulter, Y die axiale Breite des Felgenhorns und M ein
Ausmaß einer
zusätzlichen
Länge,
die zur Ermöglichung
einer Montage von Hand erforderlich ist, darstellen, wobei die Maßeinheiten Millimeter
sind.
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Vorzugsweise
weist der Reifen Wülste
auf, die gegen Unrundwerden beständig
sind, das heißt,
sie können
einer Verformung von einer Kreisform zu einer ovalen Form von nicht
mehr als ca. 0,7 N/mm widerstehen.
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Darüber hinaus
kann es erforderlich sein, den Reifen und/oder das Rad zu modifizieren,
um zu gewährleisten,
dass zwischen dem Innendruck des Reifens und der von dem Felgenhorn
erzeugten axialen Widerstandskraft ein angemessenes Gleichgewicht
herrscht. Ein Verfahren zur Überprüfung der
relativen Kräfte könnte die
folgenden Schritte umfassen: nach Bestimmung der Felgenhornhöhe H von
der obigen Beziehung kann die Belastung des Felgenhorns und die
durch den Innenreifendruck erzeugte nach außen wirkende Kraft durch die
folgenden Gleichungen ungefähr
in Beziehung gesetzt werden:
wobei F die axial nach außen wirkende
Kraft auf das Reifenfelgenhorn, D
eq der
Gleichgewichtsdurchmesser des Reifens, D
b der
Reifenwulstdurchmesser und P der Aufblasdruck ist, und
F ≈ σπDbHwobei σ die Belastung des Felgenhorns
und H die Höhe
des Felgenhorns, wie durch die Radgeometriegleichung bestimmt, ist.
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Um
das geeignete Gleichgewicht der Kräfte zu erreichen, könnte das
Felgenhorn des Rads verstärkt werden,
um die Bewältigung
von Belastungen zu verbessern. Als Alternative dazu könnte der
Reifen modifiziert werden; zum Beispiel könnte die Innendruckspezifikation
gesenkt werden, oder der Reifengleichgewichtsdurchmesser könnte geändert werden,
indem das Höhen/Breiten-Verhältnis des
Reifens verringert wird, das heißt durch Verwendung kürzerer Seitenwände.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den angehängten Figuren besser verständlich;
es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht, die einen flexiblen Ring darstellt, der über ein
Felgenhorn eines Rads geschoben wird;
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2 eine
Ansicht des Rings und Rads von 1, wobei
das Rad um 90° um
seine Drehachse gedreht ist; und
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3 eine
Schnittansicht eines Reifenwulstes und einer Felge, die die Kräfte an der
Felgenschulter und am Felgenhorn schematisch darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die
Erfindung betrifft die Montage von schlauchlosen Luftreifen auf
Räder ohne
Hilfe von Werkzeugen oder Maschinen. Zur Darstellung der Grundzüge der Erfindung
zeigt 1 eine Seitenansicht eines Rads 20 mit
einem flexiblen Ring 10, der so dargestellt ist, als ob
er über
das Felgenhorn 22 auf das Rad passiert, was in etwa dem
Weg entspricht, dem ein Reifenwulst folgt, wenn er auf ein Rad der
Tiefbett- oder Felgenbettart angebracht wird. Die folgende Beschreibung
und die angehängten
Zeichnungen sollen die Grundzüge
der Erfindung anhand von Ausführungsformen
beschreiben und darstellen, und die Erfindung sollte nicht als auf
die bestimmten Ausführungsformen
beschränkt
ausgelegt werden.
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Ein
schlauchloser Luftreifen, der auf einem Rad, wie zum Beispiel dem
Rad 20 in 1, montiert ist, sitzt mit seinen
Wülsten
auf den Felgenschultern 24 und stößt an das Felgenhorn 22 an.
Der Wulst eines Reifens (in 1 nicht
dargestellt) umfasst einen Wulstdraht oder ein Wulstkabel, der bzw.
das die Karkassenlagen in Eingriff nimmt und von verschiedenen Gummiprodukten,
die verschiedene Funktionen ausführen,
umgeben ist. Das Gummiprodukt unter dem Reifendraht, das heißt radial
einwärts
des Wulstdrahtes, wird gegen die Felgenschulter komprimiert, wenn
der Reifen unter Bildung einer luftdichten Dichtung montiert wird.
Der Reifenwulst wird durch das Entgegenwirken des Innenreifenluftdrucks
und des Felgenhorns und der in der Regel kegelstumpfförmigen Felgenschulter
festgehalten.
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Das
Felgenhorn 22 bereitet bei der Montage des Reifens Schwierigkeiten,
weil der Reifenwulst, der einen kleineren Durchmesser als das Felgenhorn 22 aufweist,
verformt und/oder gestreckt werden muss, um über das Horn 22 auf
das Rad 20 zu passen. Das Radfelgenbett 26 bietet
durch Verkürzung
des Wegs zwischen dem Außenrand
des Horns 24 und der Radinnenfläche eine gewisse Unterstützung. Nichtsdestotrotz erfordert
das Montieren eines Reifens bei herkömmlichen schlauchlosen Luftreifen
Werkzeuge und/oder eine Maschine, um die erforderliche Verformung
des Reifenwulstes auszuführen.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass durch Modellieren der Bewegung
des Reifenwulstes über das
Felgenhorn die Beziehungen zwischen den verschiedenen Abmessungen
des Rads zum Wulstdurchmesser so erstellt werden können, dass
eine Kombination aus schlauchlosem Luftreifen und Rad so ausgeführt werden
kann, dass sie eine Montage des Reifens auf dem Rad von Hand gestattet.
Die 1 und 2 zeigen ein Felgenprofil, bei
dem die Abmessungen von Interesse identifiziert sind: die Felgenhornbreite
Y, der axiale Abstand vom Felgenhorn zum Radfelgenbett W, die Höhe H des
Felgenhorns über
der Felgenschulter 24, die Tiefe G des Radfelgenbettes
bezüglich
der Felgenschulter 24, der Radfelgenbettdurchmesser Dw und der Felgenschulterdurchmesser Db. Die Drehachse X des Felgenbettes wird
auch gezeigt. Der den Felgenschulterdurchmesser bestimmende Punkt
ist der axiale Mittelpunkt der Schulter.
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Der
Anordnung des Reifenwulstes über
ein Felgenhorn 22 kann, wie in den 1 und 2 dargestellt,
durch einen Ring 10 mit einem halbkreisförmigen Teil 12 in
etwa entsprochen werden, der auf dem Radfelgenbett 26 positioniert
wird, wobei ein dreieckiger Teil 14 verformt wird, um sich über das
Felgenhorn 22 zu strecken. Es sei darauf hingewiesen, dass
sich jeder Schenkel 16, 18 des dreieckigen Teils 14 vom
Radfelgenbett 26 radial nach außen zu einer Stelle am Außenrand
des Felgenhorns 22 und axial auswärts auf einer die Drehachse
X des Rads enthaltenden Ebene erstreckt. Der Länge C des Rings 10,
die zur Bildung dieser Form erforderlich ist (und dementsprechend über das
Felgenhorn passt) wird in etwa als die Summe der Länge des halbkreisförmigen Teils 12 (der
halbe Umfang des Radfelgenbetts 26) plus der Gesamtlänge 2L der
beiden Schenkel 16, 18 des dreieckigen Teils 14 entsprochen: C = 12 πDw + 2L
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Die
Länge jedes
Schenkels
16,
18 kann dadurch berechnet werden,
dass jeder Schenkel als die Hypotenuse eines durch den Schenkel
16 oder
18,
den Radius des Felgenhorns (1/2 D
w + G +
H) (siehe
1) und eine Projektion des Schenkels
16,
18 auf
die axiale Radebene gebildeten Dreiecks behandelt wird. Als Ausdruck
kann die Länge
L eines Schenkels wie folgt geschrieben werden:
wobei p die Länge der
Projektion des Schenkels des dreieckigen Teils
14 ist.
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Die
Länge der
Projektion p des Schenkels kann dadurch berechnet werden, dass sie
als die Hypotenuse eines durch die Projektion p, den Radius des
Radfelgenbetts (1/2D
w) und den axialen Abstand
W + Y vom Außenrand
des Felgenhorns
22 zum Radfelgenbett
26 gebildeten
Dreiecks behandelt wird; oder
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Somit
kann die Länge
der beiden Schenkel des dreieckigen Teils
14 ausgedrückt werden
als:
was nach
Erweitern des ersten Terms und Sammeln identischer Größen zu
wird.
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Durch
Summieren der Länge
des halbkreisförmigen
Teils
12 und der Längen
der beiden dreieckigen Teile wird eine Annäherung an die Mindestlänge des
Wulstumfangs erhalten, die zum Passieren über das Felgenhorn erforderlich
ist. Diese Länge
würde jedoch
nicht zwangsweise einen von Hand montierbaren Wulst erzeugen. Die
Erfinder haben herausgefunden, dass der Reifenwulstumfang um eine
zusätzliche
Länge verlängert werden
muss, damit eine Montage des Reifens von Hand ermöglicht wird.
Gemäß der Erfindung
wird für
einen Reifen mit einem Felgenschulterumfang C
b die
Radgeometrie definiert durch:
wobei
die Maßeinheiten
Millimeter sind und M eine Größe zusätzlicher
Länge darstellt,
die zur Ermöglichung einer
Montage von Hand erforderlich ist.
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Gemäß der Erfindung
beträgt
ein bevorzugter Wert von M zur Ermöglichung einer Montage von
Hand 80 Millimeter. Die zusätzliche
Länge M
hängt mit
dem Raddurchmesser und der Steifheit des Radwulstes zusammen (unten
ausführlicher
erläutert)
und kann zwischen 75 und 100 mm liegen. Natürlich sollte das Ausmaß der Länge, das
dem Reifenwulstumfang hinzugefügt
wird, nicht so groß sein,
dass der Reifen keine Dichtung auf der Felgenschulter mehr bildet
oder nicht auf der Felge sitzen bleibt.
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Vorzugsweise
weist der Reifen zur Montage von Hand Wülste mit einer Beständigkeit
gegen Unrundwerden, das heißt
dem Vermögen,
einer Verformung unter Kraft von einer Kreisform in eine ovale Form
von nicht mehr als 0,7 N/mm zu widerstehen, auf.
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Die
Größe der zusätzlichen
Länge M
kann durch die Beständigkeit
gegen Unrundwerden des Reifenwulstes beeinflusst werden, und ein
leichter verformbarer Wulst könnte
weniger als 80 mm zusätzliche
Länge erfordern,
während
ein weniger leicht verformbarer Wulst mehr als 80 mm erfordern kann.
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Die
Gleichung für
die Länge
des Wulstumfangs legt nahe, dass ein tieferes Radfelgenbett und/oder eine
niedrigere Felgenschulterhöhe
ein Rad erzeugt/erzeugen, auf dem ein Reifen leichter von Hand montierbar
ist. Natürlich
gibt es hinsichtlich der Tiefe des Radfelgenbetts praktische Grenzen,
so dass keine Auswirkungen auf den erforderlichen Radmontagenabendurchmesser
und auf die Felgenschulterhöhe
bestehen, um zu gewährleisten,
dass der Reifen auf der Felge gehalten wird.
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Um
zu gewährleisten,
dass die Reifenfelge der Innendruckkraft des Reifens widerstehen
kann, kann es erforderlich sein, den Reifen und/oder die Radfelge
zu modifizieren. Für
den Fachmann liegt auf der Hand, dass der Innenluftdruck eine axiale
Expansionskraft auf den Reifen ausübt, die als eine auf das Felgenhorn
22 wirkende
resultierende Kraft F dargestellt werden kann, die in
3 dargestellt
wird. Das Felgenhorn
22 erzeugt eine entgegengesetzte Kraft,
die als die Summe der Belastungen σ über die Felgenhornhöhe H ausgedrückt werden
kann. Nach Bestimmung der Felgenhornhöhe H aus der obigen Radgeometriegleichung
können die
Belastung des Felgenhorns und die durch den inneren Reifendruck
erzeugte axial nach außen
wirkende Kraft durch die folgenden Gleichungen in Beziehung gesetzt
werden:
wobei D
eq der
Gleichgewichtsdurchmesser des Reifens, D
b der
Reifenwulstdurchmesser und P der Aufblasdruck des Reifens ist, und
F ≈ σπDbHwobei σ die Belastung des Reifenfelgenhorns
und H die Höhe
des Felgenhorns, wie aus der Geometriegleichung oben bestimmt, ist.
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Diese
Beziehungen werden in 3 dargestellt.
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Um
zu der entsprechenden Beziehung zu gelangen, könnte die Reifenfelge verstärkt werden,
um einen größeren Belastungswiderstand
zu gewährleisten.
Als Alternative oder zusätzlich
dazu könnte
der Reifen modifiziert werden, zum Beispiel könnte die Innendruckspezifikation
P für Reifen
für Kleinfahrzeuge
gesenkt werden, oder der Reifengleichgewichtsdurchmesser könnte durch
Reduzieren des Höhen/Breiten-Verhältnisses
des Reifens geändert
werden.
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Unter
Verwendung dieser Werkzeuge kann der Reifenkonstrukteur die Geometrie
eines Reifens und eines Rads bestimmen, um einen Reifen und ein
Rad zu erhalten, wobei der Reifen von Hand auf dem Rad montierbar
ist. Der Begriff „von
Hand montierbar" bedeutet,
dass eine Person durchschnittlicher Stärke den Reifenwulst ohne Hilfe
von Werkzeugen über
das Felgenhorn stülpen
kann.
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Die
Erfindung ist anhand bevorzugter Grundzüge und Ausführungsformen beschrieben worden,
jedoch ist für
den Fachmann der Einsatz von Äquivalenten,
und wie die Äquivalente
verwendet werden können, ohne
von dem in den angehängten
Ansprüchen
definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, offensichtlich.
wird.
