CH618126A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kunststoffrad, das aus mit geschnittenen Fasern verstärktem Kunststoff besteht und durch Formpressen hergestellt ist, wobei die geschnittenen Fasern überwiegend axial orientiert sind, um eine gleichmässige Festigkeit und Verteilung der geschnittenen Fa- 30 seni zu erzielen.

In der deutschen Patentschrift Nr. 2 101 247 wird angegeben, dass eine Radfelge aus mit Glasfasern verstärktem Polyamidharz hergestellt werden kann. In diesem Patent wird behauptet, dass die Felgen aus Kunstharz sich gleich verhalten 35 wie aus Metall hergestellte Felgen. Es wird auch beschrieben, dass die Wandteile eine variable Dicke haben können, die mit den speziellen Beanspruchungen zusammenhängt, die auftreten können. Es wird angegeben, dass die beanspruchte Felge durch Spritzguss hergestellt ist. 40

Die USA-Patentschrift Nr. 3 811 737 bezieht sich auf ein verstärktes Kunstharzrad, das die Probleme lösen soll, die damit zusammenhängen, dass die Bremskräfte im Befestigungsbereich der Räder aufgenommen werden müssen, und dass die bekannten Kunststoffräder, die mit Metallteilen, wie Schrau- 45 ben und Muttern, befestigt werden, diesen Beanspruchungen nicht gewachsen sind. Das erfinderische Merkmal, das nach Angaben des Patentinhabers einen technischen Fortschritt darstellen soll, besteht darin, dass die Löcher im Kunststoff mit steifem Blech (Metall) verstärkt werden, das in den Rad- 50 körper eingebettet wird und mit der Aussenseite des Radkörpers bündig ist oder über dieselbe hinausragt. Diese Metallverstärkung soll das Problem des übermässigen Verschleisses wirksam lösen, der auftreten würde, wenn das Harzloch an sich mit der Schraube in Berührung käme. 55

Die USA-Patentschrift Nr. 3 940 357 sowie der darin zitierte Stand der Technik beziehen sich auf Verfahren zum Formen und Überziehen von Glasfasern. Die nach dieser Patentschrift und dem in den Spalten 1 und 2 angegebenen Stand der Technik erzeugten mit Harz überzogenen, geschnittenen Glas- 60 fasern stellen ein typisches Verfahrensprodukt dar, das im vorliegenden Kunststoffrad als Verstärkungsmaterial aus geschnittenen Glasfasern verwendet werden kann.

In Modem Plastics Encyclopedia 1971-1972 werden auf den Seiten 348 und 350 eine typische Formpressvorrichtung 65 und ein typisches Formpressverfahren beschrieben, die angewandt werden können, um das mit geschnittenen Glasfasern verstärkte Kunststoffrad durch Formpressen herzustellen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein durch Formpressen hergestelltes, verstärktes Kunststoffrad, welches durch die Keimzeichnung des Anspruchs 1 definiert ist. Dieses Rad kann leicht anstelle der zur Zeit im allgemeinen verwendeten, signifikant schwereren Stahlräder verwendet werden, z.B. bei der Konstruktion von Rädern für Personenkraftwagen. Derartige Kunststoffräder haben ein signifikant geringeres Gewicht als die herkömmlichen Stahlräder und können unter Verwendung von z.B. chromplattierten Muttern visuell reizvoll gestaltet werden, so dass die herkömmliche dekorative Radkappe nicht erforderlich ist. Die Farbe eines gegebenen Kunststoffrades kann unter Verwendung von Farbstoffen und/oder gefärbten geschnittenen Glasfasern variiert werden.

Ein solches Kunststoffrad hat eine annehmbare Lebensdauer bei der beabsichtigten Verwendung auf beispielsweise Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen, einschliesslich Geländefahrzeugen. Der Radkörper des Kunststoffrades wird beim Schraubvorgang zusammengepresst, so dass sich auf der Aussenfläche der Bremstrommel ein Presssitz ergibt, ohne dass die Sitzfläche bearbeitet werden müsste. Dieser Radkörper wird durch die normale Wärme, die durch die Bremstrommeln erzeugt wird, mit welcher der Radkörper nach dem Schraub vorgang in innigem Kontakt sein kann, nicht nachteilig beeinflusst.

Es ist bemerkenswert, dass ein Formpressvorgang erforderlich ist, um eine gleichmässige Verteilung der axial orientierten geschnittenen Glasfasern im vorliegenden Kunststoffrad zu erzielen. Wenn das Spritzgussverfahren nach dem Stand der Technik angewandt wird, ergibt sich ein zufalliges Muster und eine zufallige Verteilung der geschnittenen Fasern, so dass eine nicht gleichmässige Konzentration und Verteilung der geschnittenen Fasern vorliegt und die verschiedenen Teile des Rades keine gleichmässigen Eigenschaften haben.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform beispielsweise erläutert; in der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Seite des Rades, die in Fig. 2 als linke Seite dargestellt ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 ; und

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Matrix des Kunststoffrades mit gleichmässig axial orientierten geschnittenen Fasern 13.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein mit geschnittenen Fasern verstärktes Kunststoffrad aus Polyimid, das durch Formpressen hergestellt worden ist. Die Felge 1 entspricht den herkömmlichen Konstruktionsvorschriften ebenso wie der Radkörper 2, der einen einheitlichen Teil des Rades darstellt. Beim Festschrauben des Radkörpers durch die Schraubenlöcher 10 um eine Nabe mit Hilfe der Nabenöffnung 11 wird ein Presssitz, z.B. auf der äusseren Oberfläche einer gegebenen Bremstrommel, erzielt. Die Radkörper-Schraubenlöcher zeigen (nach ausgedehnter Verwendung) bei visueller Untersuchung keinerlei Verschleiss, so dass es nicht erforderlich ist, nach den Lehren des Standes der Technik Verstärkungselemente zu verwenden, um einen Verschleiss durch die Schrauben zu verhindern.

Der Radkörper 2 wird an der Nabe befestigt und überträgt Fahrzeugbelastungen plus Antriebs- und Biemsdrehmomente auf die Felge 1.

Die Felge 1 überträgt die Belastungen von dem Randkörper 2 auf den Reifen. Die Felge 1 umfasst Flansche 5, welche die Bewegung der Reifenwülste nach aussen beschränken, Leisten 7, die dem Reifen als Sitz dienen, ein Zentralteil 8 zum Montieren und Abmontieren des Reifens sowie Übergangssegmente zwischen diesen Teilen.

Der Radkörper 2 besteht aus einem äusseren Teil mit Öffnungen 9 zur Ventilation und zu dekorativen Zwecken und

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einem inneren Teil 3, der Schraubenlöcher 10 und die Naben- rer Beanspruchung, und derartige Stellen mit hoher Beanspru-

öffnung 11 aufweist. chung können zJB. durch Einbau von Verstärkungsringen aus

Die Felgenkontur 4 umfasst sanfte Kurven und allmähli- gegebenenfalls mit Harz überzogenen endlosen Glasfasern che Dickenänderungen, um den Materialfluss während des weiter verstärkt werden. Diese Ringe werden getrennt auf Fi-Formens zu erleichtern und eine optimale Orientierung der 5 lamentwickelmaschinen hergestellt und vor dem Einbringen Verstärkungsfasern 13 zu erzielen. Höcker 6 verhindern, dass der anderen Formmaterialien, nämlich der geschnittenen Fasich der Wulst des Reifens von seinem Sitz abhebt. sern und des Kunststoffes, in die Form gebracht. Diese Ringe Die wie oben erzeugte verstärkte Kunststoffelge zeigt voll- stören die Einbringung des verstärkten Kunststoffes nicht, der ständig annehmbare Zugfestigkeits-, Kompressions- und während des Formpressens um die Ringe herum fliesst. Eine Schlagfestigkeitseigenschaften. Obgleich die vorstehende Be- 10 signifikante Aufgabe der Ringe besteht darin, dass die durch Schreibung sich im wesentlichen auf die Herstellung von Rä- derartige Ringe verstärkten Gebiete grössere Teile der Beiadern für Personenkraftwagenreifen bezieht, eignen sich die stung anziehen wegen ihrer grösseren Steifigkeit. Dadurch Technologie und das Verfahren vollständig für die Herstel- wird der Sicherheitsfaktor in anderen Gebieten der Felge si-lung von Kunststoffrädem, Felgen und/oder Radkörpern für gnifikant verbessert.

Lastkraftwagen. Bei der Herstellung von Kunststoffrädern für 15 Es ist signifikant, dass ein erfindungsgemäss hergestelltes

Lastkraftwagen kann z.B. die Felgendicke variiert werden, um Kunststoffrad in Kombination mit einem pneumatisch herge-

berechnete und gemessene Belastungsverteilungen in der Fei- stellten Reifen bei einem Bremstest unter einer Belastung von ge zu berücksichtigen. Im Falle von Geländefahrzeugen und 544 kg nach 33 000 Bremszyklen noch befriedigend funktio-

Lastkraftwagen können auch Ringe aus Endlosfäden in das er- niert; dies zeigt ein annehmbares Verhalten des Rades,

findungsgemässe einstückige Kunststoffrad eingebaut werden, 20 Der Wulsttest wurde erfolgreich ausgeführt, wobei Seiten-

und zwar in Gebieten maximaler Beanspruchung, wie die kräfte von 1293 kg auf das vorliegende Kunststoffrad ausge-

Ecken in der Nähe von Wulstsitzen und die Enden des Zen- übt wurden; diese annehmbare Schlagfestigkeit gegen eine tralteiles 8. derartige Kraft erfüllt die DOT-Vorschriften von 907 kg Sei-

Es spielt keine entscheidende Rolle, welchen Kunststoff tenkraft mehr als befriedigend; die Erfüllung dieser Vorschrif-

man zum Formen der erfmdungsgemässen Räder verwendet. 25 ten, ohne dass der Wulst sich von der Felge abhebt, wird als

Zum Beispiel kann es sich um ein Polyimid (wie von der erwünscht angegeben.

Rhodia, Inc. geliefert), einen Polyester (HMC «sheet molding Das erfindungsgemässe verstärkte Kunststoffrad erzeugt in compound» von P.P.G. Industries, Inc.), Nylon, Epoxyharz, Kombination mit einem pneumatischen Reifen bei statischer Polypropylen oder eine aus diesen Materialien hergestellte Mi- Belastung (Fahrgast) von 363 bis 726 kg und einem Fülluft-schung handeln. 30 druck von 1,687 bis 2,250 kg/cm2 eine nach aussengerichtete Die Länge der verstärkenden geschnittenen Glasfasern Kraft auf die Innenseite der Felge; die erzeugte Kraft im Bekann zwischen 3,175 und 38,1 mm liegen; die bevorzugte Län- reich von 4536 bis 11 340 kg verursachte keine Rissbildung, ge zur Erzielung der erwünschtesten Verformbarkeit und Fe- Die Kombinationen des vorliegenden Kunststoffrades mit stigkeit des Rades beträgt 25,4 mm. Der Gehalt an verstärken- Reifen wurden Fülluftdrücken, bis die zum Dreifachen des für den Fasern, bezogen auf das Gewicht des Kunststoffes, kann 35 das normale F üllen empfohlenen Höchstwertes betrugen, zwischen 30 und 75% liegen, wobei 65% zur Eizielung eines 0hne Rissbildung ausgesetzt.

gleichmässigen zusammengesetzten Materials und eines hohen Der Flankenverschleisstest ist ein Mass für ein annehmba-

Festigkeitsgrades bevorzugt werden. res Verhalten der Flanke und wurde von der Kombination des

Man kann mit Harz überzogene geschnittene Glasfasern vorliegenden Kunststoffrades mit einem pneumatischen Rei-verwenden ebenso wie Plattenformmassen, die durch Sprühen 40 fen nach 300 000 Zyklen bestanden; dieser Test wurde ausge-von zerhackten Fasern über aufeinanderfolgende Harzschich- führt, indem man das Rad und den Reifen unter normaler Beten hergestellt sind. Das Rad kann dann geformt werden, in- lastung durch Fahrzeuginsassen gegen eine Stützplatte hielt, dem man die Fasern oder zugeschnittenen Platten, welche die während man die Platte im Verlauf von 300 000 Zyklen seit-Fasern enthalten, in eine vorgeheizte Form gibt und während lieh hin- und herbewegte.

des Formzyklus Formdruck anwendet. Dieser Druck kann im 45 Ein weiterer Test, der verwendet wurde und von dem vorBereich zwischen 70 und 422 kg/ cm2 liegen, während der liegenden, durch Formpressen hergestellten verstärkten Formzyklus zwischen 5 und 20 Minuten dauern kann. Die op- Kunststoffrad bestanden wurde, ist derjenige Test, der zur Be-timale Grösse der zugeschnittenen Platten ist der Hälfte der Stimmung von Ermüdungsbeanspruchungen bei Stahlrädern Radfläche äquivalent. verwendet wird; der geforderte Standardwert ist, dass das Rad Eine Form, die verwendet werden kann, besteht aus drei 50 unter einer Belastung von 1025 kg und geradlinigem Abrollen Hauptteilen: einem oberen Teil, einem unteren Teil und einer auf der Trommel während 400 000 Zyklen befriedigend funk-Manschette; wenn die Form geschlossen ist, bilden die ge- tioniert. Die vorliegende Kunststoffelge funktioniert in diesem nannten Teile einen Hohlraum, der die Form eines gegebenen Testverfahren nach mehr als 988 000 Zyklen erfolgreich.

Rades definiert. Jeder Teil wird für sich erhitzt. Der obere Teil Räder und Felgen, die in der Broschüre mit dem Titel enthält Profile zur Bildung von Schraubenlöchern, Handlö- 55 «Firestone Accu-Ride Wheels and Rims» ~ Nr. M-509-44 ehern und der Nabenöffnung. Die Manschette besteht aus (1975) wiedergegeben sind, können bei der praktischen Auszwei Hälften, die durch Betätigung von hydraulischen Kolben, führung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, wobei die an der Manschette befestigt sind, getrennt werden können; diese Felgen, Räder und/ oder Radkörper einzeln geformt und der untere Formteil weist Ausstossstifte auf, die um die Nabe dann routinemässig zusammengebaut werden können, und herum passen. Diese Stifte werden durch hydraulische Kolben 60 zwar sowohl für Personenkraftwagenreifen als auch für Lastbetätigt und stossen das geformte Rad nach Beendigung des kraftwagenreifen.

Formzyklus zwecks Entfernung aus der Form aus.

Bei der Herstellung von Lastkraftwagenrädern werden variable Dicken zur Anpassung an erwartete Beanspruchungsverteilungen bei der Belastung von Rädern durch die Formab- 65 messung geplant, um die Verteilung des verstärkten Kunststoffmaterials zu optimieren. Gebiete mit hoher Beanspruchung müssen grössere Dicken haben als Gebiete mit geringe-

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In der Broschüre «Firestone Electric Wheel Company» -Katalog Nr. 176-S werden Geländefahrzeug-Radfelgen aus Metall beschrieben; solche Felgen können aus dem mit geschnittenen Glasfasern verstärkten Kunststoff gemäss der vorliegenden Erfindung durch Formpressen hergestellt werden.

Die pneumatischen Reifen, die in Kombination mit dem vorliegenden Kunststoffrad verwendet werden, sind im Handel erhältliche Reifenmarken von Gebrauchsqualität und wurden aufgrund der beabsichtigten Verwendung gewählt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Formgepresstes, mit überwiegend axial orientierten geschnittenen Glasfasern verstärktes Kunststoffrad, dadurch gekennzeichnet, dass die geschnittenen Glasfasern 3,1 bis 38,1 mm lang sind und in einer Menge im Bereich von 35 bis 75%, 5 bezogen auf das Gewicht des Kunststoffes, vorliegen.

2. Kunststoffrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyimid ist und die geschnittenen Glasfasern 6,3 mm lang sind und in einer Menge von 65%, bezogen auf das Gewicht des Kunststoffes, vorliegen. i0

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kunststoffrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff geschnittene Glasfasern mit verschiedenen Längen im Bereich von 3,1 bis 38,1 mm enthält.

4. Kunststoffrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es an Stellen maximaler Beanspruchung zu einer er- i5 höhten Dicke formgepresst ist.

5. Kunststoffrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer verstärkten Polyester-Plattenformmasse geformt ist, die als wesentliche Bestandteile ein Polyesterharz und 25,4 mm lange Glasfasern, die in einer Menge von 65%, 20 bezogen auf das Gewicht des Polyesterharzes, vorhanden sind, enthält.