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BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht eine oder mehrere Erfindungen, die in der am 19. April 2016 eingereichten vorläufigen Anmeldung mit der Nummer 62/391,063 mit dem Titel „Round tubular structure comprised of multi density extruded foam that when placed into the cavity of a pneumatic tire replaces the air filled tube formerly used to provide pressure and strength to the tire. This multidensity structure has the ability to emulate all characteristics of a pneumatic tube without the possibility of structural compromise due to air loss. The variation in design of the multiple layers of the construction of the foam components of the tubular structure allow for characteristics of pressure, performance and weight to be manipulated to achieve any desired performance.“ (Runde schlauchförmige Struktur, die sich aus extrudiertem Schaumstoff mit unterschiedlicher Dichte zusammensetzt und bei Platzierung in den Hohlraum eines Luftreifens den luftgefüllten Schlauch, der zuvor dazu verwendet wurde, dem Reifen Druck und Festigkeit zu verleihen, ersetzt. Diese Struktur mit unterschiedlicher Dichte kann alle Eigenschaften eines Luftschlauchs ohne potentielle Strukturgefährdung durch Luftverlust imitieren. Die Variationen bei der Konfiguration der mehreren Lagen der Konstruktion der Schaumstoffkomponenten der schlauchförmigen Struktur gestatten die dahingehende Manipulation der Druck-, Leistungs- und Gewichtseigenschaften, eine beliebige Sollleistung zu erzielen.) offenbart wurden. Hiermit wird die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung nach 35 USC §119(e) beansprucht und die zuvor erwähnte Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme hier eingeschlossen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Innenschläuche für Fahrzeugreifen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Schaumstoffeinsatz zur Verwendung bei Reifen- und Schlauchsystemen bei Fahrzeugen, Motorrädern, Automobilen, Lastkraftwagen und anderen Fahrzeugen.
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BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
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Die Durchstichanfälligkeit des Luftreifens liegt in der Natur des Elastomermaterials, das der Reifen oder der Reifen und der Innenschlauch im Falle eines Fahrrads oder eines Kraftfahrzeugschlauchreifens umfasst, begründet. Die Eigenschaften derartiger Elastomermaterialien im aufgepumpten Zustand bestehen sowohl in der Bereitstellung einer abgefederten Fahrt als auch der Verleihung einer stärkeren Traktion als bei anderen Materialien, jedoch geht dies mit der bedauerlichen Eigenschaft eines verringerten Widerstands gegenüber scharfen Gegenständen einher.
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Fahrradreifen weisen in der Regel eine schmale Reifendecke aus Gummi mit einem dünnen Querschnitt und einen inneren luftgefüllten Innenschlauch aus Butylmaterial auf und tendenziell werden sie auf einen viel höheren Druck aufgepumpt, als es bei Kraftfahrzeugreifen der Fall ist. Bedauerlicherweise können scharfe Gegenstände ohne Weiteres die Reifendecke aus Gummi durchdringen und den Innenschlauch durchstechen. Platte Reifen treten bei allen Fahrradarten auf. Platte Reifen können für jeden Typ von Fahrer sehr frustrierend sein. Kinderfahrräder mit Luftreifen können besonders problematisch sein. Für den erwachsenen Leistungssportler kann ein platter Reifen insbesondere an einem abgelegenen Ort jedoch eine gefährliche Situation darstellen, in der der Fahrer ohne jegliches Transportmittel festsitzt.
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Obgleich viele Radfahrer Reifenreparaturkits, Werkzeug und andere Vorrichtungen, wie z. B. Luftpumpen und Abdichtmaterialien, zur Reparatur von platten Reifen mit sich führen, fällt es den Personen oftmals schwer, derartige Reparaturarbeiten durchzuführen, insbesondere dann, wenn es erforderlich ist. In jedem Fall ist das Durchdringen des Reifenäußeren von Dornen oder anderen scharfen Gegenständen, was zum Durchstechen des Innenschlauchs und einem platten Reifen führt, oftmals eine sehr unangenehme und frustrierende Erfahrung, insbesondere in einem recht abgelegenen Gelände.
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Es sind verschiedene Vorschläge dazu, wie diese Durchstichanfälligkeit vermieden werden kann, erbracht worden, die zu unterschiedlichem Erfolg führten. Verfahren, die darauf abzielen, einen Durchstich komplett zu verhindern, umfassen sogenannte Pannenschutzeinlagen, die an der Innenseite der Reifendecke angebracht oder durch Luftdruck zwischen der Reifendecke und einem Innenschlauch angeordnet sind. In der Vergangenheit waren derartige Schutzeinlagen oftmals teuer und erhöhten das Gewicht des Reifens, was den Vortrieb für einen Fahrradfahrer in höherem Maße erschwert.
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Andere Lösungen haben die Verwendung von Vollgummischläuchen anstatt des luftgefüllten Schlauch angestrebt. Obgleich diese das Problem des Luftverlusts lösen, wird durch das hohe Gewicht und die fehlende Abfederung das Fahren des Fahrrads aufgrund der trägen und von starken Erschütterungen, die das Fahrrad mit Vollschläuchen auf den Fahrer überträgt, geprägten Fahrt, nahezu unmöglich. Vollschläuche werden von keinem Hochleistungssportler akzeptiert.
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Es ist üblich, Reifen für Geländefahrzeuge, wie z. B. eine landwirtschaftliche Zugmaschine oder Straßenbaugeräte, mit Flüssigkeit, in den meisten Fällen entweder Wasser oder in kühleren Gebieten einer Lösung aus Calciumchlorid oder Ethylenglykol oder Propylenglykol und Wasser, zu füllen. Derartige Flüssigkeiten wirken als Ballast zur Erhöhung der Traktion und Reduzierung der Reifenabnutzung. Letztlich sind auch eingespritzte flüssige Lösungen mit kleinen Fasern in Suspension eingesetzt wurden, jedoch sind diese kurzlebig, schwer und nicht unproblematisch zu installieren.
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Beispiele für Reifen und/oder Schläuche des Stands der Technik umfassen Folgendes.
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Das
US-Patent Nr. 4,471,827 von 1984 für einen „Non-pneumatic insert tube for tires“ (Nicht-pneumatischer Einsatzschlauch für Reifen) zeigt einen nichtpneumatischen Einsatzschlauch für einen Reifen, der zur Befestigung auf einer kreisförmigen Felge ausgeführt ist. Der Einsatzschlauch ist ein länglicher elastischer Kunststoffzylinder mit einer dünnen Wand, die eine Durchgangsbohrung definiert, die sich über die gesamte Schlauchlänge hinweg erstreckt.
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Das
US-Patent Nr. 5,795,414 von 1998 für eine „Puncture resistant tire assembly“ (Durchstoßfeste Reifenanordnung) zeigt eine Reifenanordnung für einen Luftreifen, die die Fähigkeit zur Durchstoßfestigkeit verleiht. Die Reifenanordnung umfasst einen Innenschlauch mit einer Außenperipherie, die mehrere vorragende Biegestrukturen, die umfangsmäßig über den Innenschlauchkörper hinweg durchgängig sind, aufweist.
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Das
US-Patent Nr. 6,418,991 von 2002 für einen „Puncture proof inner tube“ (Durchstoßfesten Innenschlauch) stellt einen verbesserten pneumatischen Schlauch bereit, der aus einem halbstarren, luftdichten Gummikern, der von mehreren dünnen Kevlarbewehrungsschichten, die mit der Außenwand des Kerns verklebt sind, umgeben ist, gebildet ist.
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Die veröffentlichte
US-Anmeldung Nr. 2010/0084064 mit dem Titel „Puncture free tire tube, punture free tire, and method for fitting tire tube to tire“ (Durchstoßsicherer Reifenschlauch, durchstoßsicherer Reifen und Verfahren zum Bestücken des Reifens mit dem Reifenschlauch) zeigt einen durchstoßsicheren Reifenschlauch, der unter Druckverformung in einen Schlauchaufnahmeraum einer ringförmigen Reifenaußenwand eingepasst werden soll, die lösbar auf einer ringförmigen Felge montiert ist, wobei der durchstoßsichere Reifenschlauch ein extrudiertes langes Glied mit einem Elastomer als Rohmaterial enthält und eine Querschnittsfläche, die das 1-1,3-Fache einer Querschnittsfläche des Schlauchaufnahmeraums der Reifenaußenwand beträgt, und eine Länge, die einer Umfangslänge in der Mitte des Querschnitts der Reifenaußenwand entspricht, aufweist.
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Polymerschaumstoffe, als allgemeine Kategorie, setzen sich aus einer festen und einer Gasphase, die zur Bildung eines Schaumstoffs vermischt werden, zusammen. Dies erfolgt im Allgemeinen dadurch, dass die beiden Phasen zu schnell für eine glatte Reaktion der Systeme vermischt werden. Der resultierende Schaumstoff weist eine Polymermatrix auf, in die entweder Luftblasen oder Luftkanäle integriert sind, was entweder als geschlossenzellige oder offenzellige Struktur bekannt ist. Geschlossenzellige Schaumstoffe sind im Allgemeinen steifer, wohingegen offenzellige Schaumstoffe flexibler sind. Das Gas, das in den Schaumstoffen verwendet wird, wird als Treibmittel bezeichnet.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ersetzt jeglichen pneumatischen Innenschlauch in einer Rad-Reifen-Anordnung mit einem mehrlagigen Schaumstoffeinsatz, der das Leistungsvermögen und das Gewicht eines pneumatischen Systems durch die Manipulation der Querschnittsverhältnisse der mehreren Schaumstofflagen nachahmen und imitieren kann. Der Einsatz beseitigt Luftverlustprobleme, denen luftgefüllte Innenschläuche unterliegen, bei Aufrechterhaltung des Leistungsvermögens und des Gewichts des pneumatischen Reifen- und Schlauchsystems, das für Fahrräder, Motorräder, Automobile, Lastkraftwagen und andere pneumatischen Reifen/Schlauch-Systeme verwendet wird.
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Die Materialien des Schaumstoffeinsatzes haben Einfluss auf dessen Funktion, Haltbarkeit und Gewicht. Durch die Verwendung moderner Materialien, wie z. B. extrudierter mehrzelliger Copolymere, können die zur Herbeiführung des Laufgefühls und des Laufverhaltens eines Luftreifens nötige Rückfederung, Haltbarkeit und Energierückgabe, erzielt werden. Die Verwendung dieser Hochleistungscopolymere in Verbindung mit leichtem extrudiertem Polystyrol hoher Festigkeit im Kern des Produkts kann eine Plattform schaffen, auf deren Basis Konstruktionen in mehreren Größen und mehreren Lagen in jeglicher erforderlichen Kombination zur Berücksichtigung aller Verwendungsarten, Drücke und Gewichte hergestellt werden können. Diese Methode ist ein neuartiger Lösungsansatz für die Ersetzung pneumatischer Strukturen in vielen potentiellen Transportbereichen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Schnittansicht eines Reifeneinsatzes.
- 2 zeigt eine weggeschnittene perspektivische Ansicht einer Bogenlänge des Reifeneinsatzes, wobei die äußere Lage weggeschnitten ist, um die innere Lage zu zeigen.
- 3 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Reifeneinsatzes.
- 4 zeigt eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Reifeneinsatzes.
- 5 zeigt einen auf einer Felge befestigten Schaumstoffreifeneinsatz in einem Reifen.
- 6A-6F zeigen ein erstes Verfahren zum Bilden eines Reifeneinsatzes.
- 7A-7E zeigen ein zweites Verfahren zum Bilden eines Reifeneinsatzes.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Der Schaumstoffreifeneinsatz der Erfindung kann pneumatische Schläuche, insbesondere bei Fahrrädern, ersetzen, obgleich der Einsatz auch bei anderen Anwendungen, bei denen heutzutage luftgefüllte Schläuche oder Reifen verwendet werden, verwendet werden kann. Der Einsatz wird durch eine Schaumstoffkonstruktionsmethode unter Verwendung mehrerer Lagen verschiedener Schaumstoffmaterialien zur Erzielung eines Produkts, das imittieren kann, wie sich Druckluft in einem Reifen- und Schlauchsystem anfühlt und verhält, ohne beträchtliche Erhöhung des Gewichts über einen pneumatischen Schlauch durchschnittlicher Dicke hinaus hergestellt. Durch eine derartige Konstruktionsmethode mit modernen Materialien kann die Notwendigkeit pneumatischer Schläuche für weitläufige Nutzergruppen beseitigt werden.
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Der Einsatz kann bei seiner kostengünstigsten Ausführungsform als eine einstückige ringförmige Komponente hergestellt sein. Zu anderen Ausführungsformen kommt man durch Zerteilen des Einsatzes und Befestigen einer Klemmvorrichtung an jedem Ende, so dass der Schaumstoffeinsatz ohne Abbauen des Rads von dem Fahrrad befestigt werden kann. Darüber hinaus können durch die Verwendung verschiedener Materialien und verschiedener Konstruktionsverfahren Ausführungsformen mit unterschiedlichen Qualitätsstufen erzeugt werden. Dies gestattet die Ausrichtung auf verschiedene Marktsegmente durch Preis und Leistungsvermögen.
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1 und 2 zeigen Querschnittsansichten eines Verbund(mehrere Lagen)-Schaumstoffreifeneinsatzes 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Einsatz 10 aus einer Kombination aus zwei verschiedenen Kunststoffschaumarten, die als Polymerschaumstoffe bekannt sind, gebildet ist.
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Der Kern 1 des Einsatzes 10 ist aus einem steifen, strukturmäßig haltbaren, leichten Schaumstoffmaterial gebildet. Der Kern 1 trägt zur Bereitstellung der Langzeitstrukturintegrität des Einsatzes 10 bei und sorgt auch für die Festigkeit und die Masse, die die Basis für das Aufliegen der äußeren Lage 2 bilden. Ein geeignetes Material für den Kern 1 des Einsatzes 10 wäre ein leichtes, nicht komprimierbares, flexibles Material aus der Kategorie geschlossenzelliger vernetzter Ethylencopolymerschaumstoffe, geschlossenzelliger vernetzter Polyethylenschaumstoffe (XLPE) oder anderer im Handel erhältlicher vernetzter Polyethylenschaumstoffe. Diese Materialien unterstützen den Einsatz 10 bei der Imitation des Strukturluftdrucks, den ein pneumatisches System bereitstellt.
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Die hauptsächlichen Eigenschaften dieser Struktur sind geringes Gewicht, weniger als 5 % Kompressibilität, weniger als 1 % bleibende Verformung unter Last und nach Entlastung, Langzeitstrukturintegrität, leichte Handhabung und Formung mit engen Toleranzen und niedrigen Kosten. Die geschlossenen Luftzellen in der Struktur unterstützen die Imitation und Bereitstellung der Strukturkomponente des Systems. Die gewünschten Materialeigenschaften des Materials sollten gestatten, dass die Zellwände flexibel genug sind, in einem gewissen Maße gebogen zu werden, und gleichzeitig ein hohes Maß an Aufrechterhaltung des strukturellen Aufbaus nach der Belastung aufzeigen.
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Die äußere Lage 2 ist aus einem Schaumstoffmaterial gebildet, das sich von dem Material in dem Kern 1 unterscheidet, und ist dafür verantwortlich, dem Fahrer das Laufgefühl und das Laufverhalten eines pneumatischen Schlauchsystems zu vermitteln. Das Material der äußeren Lage 2 weist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise als wesentliche Eigenschaften Energierückgabe, weitreichende Temperaturtoleranz, Beibehaltung der Form, Dauerhaltbarkeit und die Fähigkeit, innerhalb von Präzisionstoleranzen extrudiert zu werden, auf. Vorzugsweise weist das Material der äußeren Lage 2 die Eigenschaft auf, dass es in einem Temperaturbereich zwischen -20 °C und +40 °C nicht starr wird, und weist eine Haltbarkeit von drei oder mehr Jahren auf.
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Ein geeignetes Material für die äußere Lage 2 des Einsatzes 10 wäre eine Materialkategorie, die als Styrol-Butadien-Styrol oder SBS bekannt ist. Diese Substanz ist ein Hartgummi, der für Dinge, wie z. B. Schuhsohlen, Reifenlaufflächen und an anderen Stellen, an denen Haltbarkeit wichtig ist, verwendet wird. Es handelt sich um eine Art Copolymer, die als Blockcopolymer bezeichnet wird. Seine Hauptkette ist aus drei Segmenten zusammengesetzt: einer langen Polystyrolkette, einer langen Polybutadienkette und einem anderen langen Polystyrolbereich.
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SBS ist auch eine ungewöhnliche Materialart, die als thermoplastisches Elastomer (TPE) bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um Materialien, die sich bei Raumtemperatur wie elastomere Gummis Verhalten, bei Erwärmung jedoch wie Kunststoffe verarbeitet werden können. Die meisten Gummiarten sind schwer zu verarbeiten, da sie vernetzt sind. Aber SBS und andere thermoplastische Elastomere können gummiartig sein, ohne vernetzt zu sein, wodurch sie ohne Weiteres in nützliche Formen verarbeitet werden können.
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Die Verwendung von SBS als Komponente in der äußeren Lage 2 des Einsatzes 10 unterstützt die Erfindung stark bei der Imitation der Federung der pneumatischen Struktur. Eine spezielle SBS-Art, die sich bei dieser Ausführungsform als eine äußere Lage 2 eignet, ist Olefinblockcopolymer (OBC), wobei es sich um Polyolefine mit abwechselnden Blöcken aus harten (sehr steifen) und weichen (sehr elastomeren) Segmenten handelt. Die Blockstruktur von OBCs bietet ein vorteilhaftes Leistungsverhältnis von Flexibilität und Wärmebeständigkeit im Vergleich zu statistisch aufgebauten Polyolefincopolymeren. Dieses Material weist auch den deutlichen Vorteil der Aufrechterhaltung stabiler Leistungseigenschaften über weitreichende Temperaturbereiche hinweg auf, wodurch die ordnungsgemäße Funktion in einem weitreichenden Bereich von Umgebungsbedingungen sichergestellt wird.
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Die äußere Lage 2 ist bei dieser Ausführungsform gleichmäßig um die Außenseite des Kerns 1 herum mit einer gleichförmigen Dicke 3 aufgebracht, wodurch die Bestimmung der Leistungseigenschaften des Produkts unterstützt wird. Durch Variieren dieser Abmessung 3 kann die Imitation von Druck und Leistungsvermögen eines pneumatischen Reifenschlauchs durch den Einsatz 10 bestimmt werden.
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3 und 4 zeigen Querschnittsansichten einer weiteren Ausführungsform des Einsatzes 10, bei denen das Verhältnis von Abmessungen und Position des Kerns und der äußeren Lage zur Erzielung unterschiedlicher Leistungseigenschaften variiert wird.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform des Reifenschlauches 30, die dazu verwendet werden kann, das Laufgefühl eines leichteren Hochleistungshochdruckreifens zu imitieren. Bei dieser Ausführungsform ist der Kern 31 bezüglich der äußeren Lage 32 größer als bei der Ausführungsform, die in 1 und 2 gezeigt wird. Der Kern 31 ist zum Innenumfang 36 des Einsatzes 30 hin versetzt, so dass die Dicke 33 der äußeren Lage 32 in nächster Nähe zum Innenumfang 36 weniger als die Dicke 34 der äußeren Lage 32 in der Nähe des Außenumfangs 35 des Einsatzes 30 beträgt. Dies führt zu einem hohen Anteil von steifem leichtem Kernmaterial 31 gegenüber einem niedrigeren Anteil von hochdichtem stark flexiblem Material in der äußeren Lage 32.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Reifeneinsatzes 40, die zur Imitation eines Reifens mit niedrigerem Luftdruck verwendet werden kann, was dem Fahrer mehr Komfort und weniger Probleme bereitet. Bei dieser Ausführungsform ist der Kern 41 bezüglich der äußeren Lage 42 kleiner als bei der Ausführungsform, die in 1 und 2 gezeigt wird. Wie bei der Ausführungsform von 3 ist der Kern 41 auch zu dem Innenumfang 46 des Einsatzes 40 hin versetzt, so dass die Dicke 43 der äußeren Lage 42 in nächster Nähe zum Innenumfang 46 weniger als die Dicke 44 der äußeren Lage 42 in der Nähe des Außenumfangs 45 des Einsatzes 40 beträgt. Dies führt zu einem niedrigeren Anteil von steifem leichtem Kernmaterial 41 gegenüber einem höheren Anteil von hochdichtem stark flexiblem Material in der äußeren Lage 42. Dieses Zusammensetzungsverhältnis sorgt für qualitatives Laufverhalten.
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Die Anteils-, Form- und Materialeigenschaften dieser beiden zu einer rohrförmigen Struktur kombinierten Materialien bestimmen die Eigenschaften des Reifeneinsatzes der Erfindung. Diese beiden Materialien können in verschiedenen Anteilen und in verschiedenen Formen in dem rohrförmigen Einsatz zur Imitation der wünschenswerten Eigenschaften eines pneumatischen aufgepumpten Schlauchs derart imitiert werden, dass verschiedene Arten und Drücke von Reifen- und Schlauchsystemen mit zu pneumatischen Systemen konkurrenzfähigen Gewichten imitiert werden können.
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Zur Imitation (Nachahmung) der erforderlichen Drücke und des Leistungsvermögens eines pneumatischen Systems in dem mehrlagigen Schaumstoffeinsatzmodell müssen drei unterschiedliche Faktoren berücksichtigt werden.
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Der erste Faktor ist der Durchmesser des Hohlraums, in den der Schaumstoffeinsatz eingeführt werden muss. Dieser Durchmesser entspricht dem Raum, der von dem pneumatisch aufgepumpten Schlauch gefüllt wird. Die genaue Abmessung dieses Durchmessers bei dem Sollfülldruck ist maßgeblich für die Sicherstellung der ordnungsgemäßen Passung und Funktionsweise des mehrlagigen Schaumstoffeinsatzes. Nach der genauen Abmessung dieses Durchmessers und der Definition des Drucks des Systems kann mit der Konstruktion des Schaumstoffeinsatzes begonnen werden.
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Der zweite Faktor besteht in der Modellierung der Schaumstoffstruktur zur Erzielung der gewünschten Gewichts- und Druckimitation des Systems. Jeder Reifen hat einen empfohlenen Nenndruck. Der Schaumstoffeinsatz muss derart konstruiert sein, dass er diesen erforderlichen Druck imitiert. Das Kernmaterial der Schaumstoffeinsatzstruktur ist das entscheidende Element bei der Erzielung dieses Solldrucks. Dieses innere Kernmaterial muss auch aus einem Material gebildet sein, dessen Gewicht unterhalb von (mindestens) 20 kg pro Kubikmeter Material liegt.
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Dieser Gewichtsparameter stellt sicher, dass das Strukturgesamtgewicht für den Verbraucher akzeptabel ist. Dieses innere leichte Schaumstoffkern-„Rückgrat“ ist für das Konzept einer leichten Hochleistungsstruktur wesentlich. Darüber hinaus muss das Kernmaterial kPa bieten, die zur Imitation des Drucks des aufgepumpten Schlauchs hoch genug sind. Die Formel zur Umwandlung von kPa in PSI lautet 1:0,15. Ein kPa entspricht 0,15 PSI.
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Die nachstehende Tabelle 1 stellt die kPa-Höhen und ihre entsprechenden PSI dar. Nach der Wahl der definierten PSI kann das entsprechende Material mit den zutreffenden kPa gewählt werden.
Tabelle 1
| kPa | PSI |
| 1 | 0,15 |
| 100 | 14,50 |
| 200 | 29,01 |
| 300 | 43,51 |
| 400 | 58,02 |
| 500 | 72,52 |
| 600 | 87,02 |
| 700 | 101,53 |
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Der dritte Faktor zur Erzielung der Imitation der erforderlichen Drücke und des Leistungsvermögens eines pneumatischen Systems sind die Eigenschaften immer auf dynamisch und kPa) der äußeren Lage der Schaumstoffeinsatzstruktur. Diese äußere Lage ist ausschlaggebend dafür, der Schaumstoffstruktur einen dynamischen und funktionalen Aspekt zu verleihen. Ohne diese äußere Lage sind das Laufgefühl und die Funktionsweise des gesamten Radsystems „leblos“ oder „taub“. Das Reifen/Rad-System wird nicht ordnungsgemäß funktionieren und wird dem Fahrer nicht das korrekte Fahrbahnoberflächenverhalten bzw. -feedback geben. Auch die Dicke dieser äußeren Lage im Verhältnis zu dem leichten inneren Schaumstoffkern kann dahingehend manipuliert werden, den gewünschten Enddruck und die gewünschte Funktionsweise des Systems zu erzielen. Innerhalb der SBS(TPE)-Familie thermoplastischer Elastomere gibt es viele Parameter hinsichtlich des Leistungsvermögens, die definiert werden können. Diese Materialparameter können dahingehend manipuliert werden, das beste Leistungsvermögen für einen gegebenen Verwendungszweck des Endbenutzers zu erzielen. Die Variationen bei der Dicke der äußeren Lage in Kombination mit den nahezu unbegrenzten Variationen bei den Materialeigenschaften erschweren die prädiktive Modellierung der Strukturleistung. Letztlich wird die Herstellung physischer Prototypen mit Labormessungen des Leistungsvermögens das optimale Verfahren zur Bestimmung der korrekten Materialien und Umfangsverhältnisse der Materialien zur Validierung der korrekten Struktur des Produkts sein.
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5 stellt eine Schnittansicht eines Rads eines Fahrrads, bei dem der Schaumstoffeinsatz 10 auf einer Felge 54 in einem Reifen 58 befestigt ist, dar. Ein Schaumstoffpolster 55 ist um die Felge 54 in dem Hohlraum 53 der Felge 54 zum Stützen des Reifeneinsatzes 10 platziert. Der Reifen 58 weist eine Seitenwand 59 auf, die durch einen Wulst 57 innerhalb der Ränder 56 der Felge 54 gehalten wird, und weist eine Lauffläche 50 um einen Außenumfang 52 herum auf, die, wie üblich, durch den Vulkanisierungsprozess chemisch und physisch mit dem Reifen 58 verbunden ist.
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Die Ausbildung der Struktur des Einsatzes 10 kann beispielsweise auf zwei Arten erfolgen.
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Das erste Verfahren, das in 6A-6F gezeigt wird, erfolgt unter Verwendung eines Extrusionsprozesses, der allseits bekannt und weltweit zum Extrudieren von Polyethylenschaumstoffen verbreitet eingesetzt wird.
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Schritt 1: 6A: Durch die Verwendung einer Schneckenextrusionsmaschine 60 mit in Position befindlicher Matrize 61a mit den korrekten Abmessungen kann der Kern 81 extrudiert werden.
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2: 6B: Durch die Verwendung einer Schneckenextrusionsmaschine 60 mit in Position befindlicher Matrize 61b mit den korrekten Abmessungen kann die äußere Lage 82 extrudiert werden.
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Es wird angemerkt, dass innerhalb der Lehren der Erfindung die Schritte 1 und 2 in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden könnten und die Länge des Kerns 81 und die Länge der äußeren Lage 82 entsprechend der erforderlichen Länge hergestellt werden können oder in Vorbereitung auf die nachstehend beschriebenen nachfolgenden Schritte lange Längen im Voraus hergestellt werden können.
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Schritt 3: 6C: das leichtere steife Kernmaterial 81 wird unter Formung des kombinierten Einsatzes 80 in die dichtere flexiblere äußere Lage 82 eingeführt. Optional kann ein Haftmittel 84 auf die Außenseite des Kerns 81 oder die Innenseite der äußeren Lage 82 aufgebracht werden, um für eine Anhaftung zwischen dem Kern 81 und der äußeren Lage 82 zu sorgen. Ein geeignetes Haftmittel 84 für diesen Prozess wäre beispielsweise ein bei niedriger Temperatur sprühbarer Schmelzkleber, der manuell von Hand auf das Produkt gesprüht und dann in eine Endstruktur verbaut wird. Ein Beispiel eines ungiftigen Haftmittels, das verwendet werden könnte, ist der sprühbare Schmelzkleber Tec Bond 420 von Hotmelt.com. Der extrudierter Kern 81 und die extrudierter äußere Lage 82, die optional durch das Haftmittel 84 verbunden sind, bilden die Struktur der Länge des Einsatzes 80. Schritt 4: 6D: wenn der Einsatz 80 aus langen Längen aus Material des Kerns 81 und der äußeren Lage 82 gebildet wurde, wie oben bei Schritt 2 angemerkt wird, wird der kombinierte Einsatz 80 auf die Länge 62, die dem Sollumfang des fertigen Reifeneinsatzes 65 entspricht, geschnitten. Alternativ dazu kann, wenn der Kern 81 und die äußere Lage 82 in Schritt 1 und 2 in ihrer exakten Länge 62 ausgebildet wurden, dieser Schritt weggelassen werden.
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Schritt 5: 6E: Das Haftmittel 64 wird auf beide Enden 63 des Einsatzes 80 aufgebracht. Ein geeignetes Haftmittel 64 für diesen Prozess wäre beispielsweise ein Band, das mit Acrylschaum hergestellt ist, der an sich viskoelastisch ist. Dies verleiht dem Schaumstoff energieabsorbierende und spannungsabbauende Eigenschaften, die diesen Bändern ihre einzigartigen Beschaffenheit verleihen. Die Acrylchemie sorgt für eine hervorragende Haltbarkeit. Diese Bänder verwenden eine Vielfalt spezieller Schaumstoff-, Haftmittel-, Farb- und Trennpapierarten, um jedem Produkt/jeder Familie spezielle Merkmale zu verleihen. Diese Merkmale können Haftung an speziellen oder einem weitreichenden Bereich von Materialien, Konformität, hohe Zugfestigkeit, hohe Scherfestigkeit und Klebkraft, Weichmacherbeständigkeit und UL746C-Anerkennung umfassen.
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Schritt 6: 6F: Die Enden 63 des Einsatzes 80 werden verbunden und bilden einen vollendeten rohrförmigen Reifeneinsatz 65, der zur Verwendung in einem Reifensystem bereit ist.
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Das zweite Verfahren verwendet einen Coextrusionsprozess, der eine Extrusionsmaschine 70 mit einer Mischungsmatrize 73 verwendet, deren Einsatz beim Extrudieren von Polyethylenschaumstoffen weniger bekannt ist. Dieses Verfahren, das in 7A-7D gezeigt wird, umfasst die folgenden Schritte:
- Schritt 1: 7A: derartiges Beschicken separater Beschickervorrichtungen 71 und 72 in der Extrusionsmaschine 70 mit dem Material für den Kern 81 und die äußere Lage 82, dass die beiden Materialien zur gleichen Zeit in die Extrusionsmaschine 70 eintreten.
- Schritt 2: 7B: Betreiben der Extrusionsmaschine 70 mit in Position befindlicher Mischungsmatrize 73, wobei gleichzeitig der innere Kern 81 und die äußere Lage 82 aus der Mischungsmatrize 73 als eine Länge eines kompletten rohrförmigen Einsatzes 80 extrudiert werden.
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Es wird angemerkt, dass der Einsatz 80 innerhalb der Lehren der Erfindung mit der zweckmäßigen Länge hergestellt werden oder in Vorbereitung auf die nachstehend beschriebenen nachfolgenden Schritte lange Längen im Voraus hergestellt werden können.
- Schritt 3: 7C: Wenn der Einsatz 80 als eine lange Materiallänge gebildet wurde, wie oben bei Schritt 2 angemerkt wird, wird der Einsatz 80 auf die Länge 74, die dem Sollumfang des fertigen Reifeneinsatzes 78 entspricht, geschnitten. Alternativ dazu kann, wenn der Einsatz 80 in Schritt 2 in seiner exakten Länge 74 ausgebildet wurde, dieser Schritt weggelassen werden.
- Schritt 4: 7D: Das Haftmittel 76 wird auf beide Enden 77 des Einsatzes 80 aufgebracht. Ein geeignetes Haftmittel 76 für diesen Prozess wäre beispielsweise ein Band, das mit Acrylschaum hergestellt ist, der an sich viskoelastisch ist. Dies verleiht dem Schaumstoff energieabsorbierende und spannungsabbauende Eigenschaften, die diesen Bändern ihre einzigartigen Beschaffenheiten verleihen. Die Acrylchemie sorgt für eine hervorragende Haltbarkeit. Diese Bänder verwenden eine Vielfalt spezieller Schaumstoff-, Haftmittel-, Farb- und Trennpapierarten, um jedem Produkt/jeder Familie spezielle Merkmale zu verleihen. Diese Merkmale können Haftung an speziellen oder einem weitreichenden Bereich von Materialien, Konformität, hohe Zugfestigkeit, hohe Scherfestigkeit und Klebkraft, Weichmacherbeständigkeit und UL746C-Anerkennung umfassen.
- Schritt 5: 7E: Die Enden 77 des Einsatzes 80 werden verbunden und bilden einen vollendeten rohrförmigen Reifeneinsatz 78, der zur Verwendung in einem Reifensystem bereit ist.
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Entsprechend versteht sich, dass die Ausführungsformen der Erfindung, die hier beschrieben werden, lediglich beispielhaft für die Anwendung der Prinzipien der Erfindung sind. Bezüge auf Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen sollen den Schutzumfang der Ansprüche, die wiederum jene Merkmale anführen, die als wesentlich für die Erfindung angesehen werden, nicht einschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4471827 [0010]
- US 5795414 [0011]
- US 6418991 [0012]
- US 2010/0084064 [0013]