DE102010008237A1

DE102010008237A1 - Gewichtsoptimiertes Rad für Nutzfahrzeuge mit einer neuartigen Schweißverbindung von Felge und Scheibe

Info

Publication number: DE102010008237A1
Application number: DE102010008237A
Authority: DE
Inventors: Bruno Atts
Original assignee: Atts Bruno 42699
Current assignee: Atts Bruno 42699
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-08-18
Also published as: WO2011100954A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeugrad mit einer Steilschulterfelge für schlauchlose Reifen und einer Radscheibe, die im Krümmungsbogen des Tiefbettbodens zur Seitenwand durch einen I-Stoß angeschädern als der steifste Punkt, so dass Räder mit einer solchen Felgen/Scheiben-Verbindung im Fahrbetrieb den geringsten Wechselspannungen unterliegen und somit eine höhere Dauerfestigkeit erhalten. Das Schweißen erfolgt nur von der Innenseite. Das Spezielle an dieser Schweißung ist, dass die Felge mit einer besonders angeordneten Schweißbadsicherung ausgestattet ist was eine sehr sichere Schweißverbindung von Felge und Radscheibe erlaubt. Die Felge und die Radscheibe werden bei dieser Neuerung so modifiziert, dass eine Materialeinsparung von mehr als 10% erreicht wird, was zu einer Gewichts- und Kostenreduzierung der Räder führt. Die Ventilanordnung kann so gewählt werden, dass der Einsatz eines geraden Rohres als außen liegendes Ventil verwendet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeugrad mit einer Steilschulterfelge für schlauchlose Reifen und einer Radscheibe, die im Krümmungsbogen des Tiefbettbodens zur Seitenwand durch einen I-Stoß angeschweißt wird. Das Schweißen erfolgt nur von der Innenseite. Durch die Verbindung an dieser Stelle entsteht die Möglichkeit den Materialeinsatz so zu verringern, dass das Radgewicht und die Kosten gegenüber der in der Regel gefertigten Teilen erheblich reduziert werden können.
Bei Fahrzeugrädern ist bekannt, dass der Radscheibenrand an dem gekrümmten Übergang zwischen Tiefbettboden und Tiefbettseitenwand beidseitig angeschweißt werden kann. Eine solche Anbindung ist im Gebrauchsmuster DE 000007005756U beschrieben indem der Radscheibenrand in der Verlängerung des Felgenbodens mit einer Innen- und einer Außenschweißnaht (K-Naht) angeschweißt wird. Damit soll erreicht werden, dass der Platz für die Unterbringung der Bremsorgane erweitert und ein gemeinsames Zentrieren von Radscheibe und Felge ermöglicht wird.
Bei Rädern mit außen liegendem Ventil ist die beschriebene Ausführung der beidseitigen Schweißung nicht möglich, da die Platzverhältnisse zwischen Felgenschulter und Schüsselrand so beengt sind, dass ein Schweißbrenner für eine sichere Schweißung der Außennaht nicht untergebracht werden kann. Außerdem würde bei Vorhandensein einer Außennaht die Unterbringung eines Ventils zwischen Felge und Radscheibe nicht mehr möglich sein.
Gegenwärtig werden als Standardräder für Nutzfahrzeuge meistens Steilschulterräder wie in Patent EP 0 701 911 B1 beschrieben, eingesetzt. Das besondere Merkmal dieser Räder ist, dass das Ventil in dem Raum zwischen der Felgenschulter und der Radscheibe untergebracht ist. Dies wurde durch die Einführung der Scheibenbremsen bei den Nutzfahrzeugen erforderlich. Da die Platzverhältnisse in diesem Bereich sehr begrenzt waren, wurde in der Felge ein Hump (Wulst) als Sicherheitselement eingebracht und der zylindrische Sitz an dem die Radscheibe angeschweißt wird, in Richtung Felgenmitte verlagert. Durch diese Veränderungen konnte ein gekrümmtes Ventil in dem geschützten Bereich zwischen der Felgenschulter und der Radscheibe untergebracht werden. Der Nachteil dieser Konstruktion ist, dass die Verbindungsschweißnaht in einem kritisch beanspruchten Bereich der Felge liegt. Um die geforderte Betriebsfestigkeit im Fahrbetrieb zu gewährleisten musste die Felgendicke wie auch die Radscheibendicke in einer verstärkten Ausführung gefertigt werden. Außerdem wurde die Höhe der Radscheibe, bedingt durch die Humpabmessungen und die erforderliche Überlappung von Felge und Scheibe, sehr hoch. Alle diese Merkmale führen dazu, dass das Gewicht solcher Räder deutlich höher ist als es ursprünglich vor der Einführung der Bremsscheiben und der damit verbundenen Verlagerung des Ventils war.
Unter Berücksichtigung des vorab geschilderten Standes der Technik wird mit der Erfindung ein gewichtsoptimiertes Steilschulterrad für Nutzfahrzeuge mit außen liegendem Ventil konzipiert. Diese Aufgabe wird durch die neuartige Veränderung der Anbindung der Radscheibe an die Felge und der damit verbundenen Möglichkeiten der Modifikationen der Felge und der Radscheibe erreicht. Dies führt zu einer erheblichen Gewichtserleichterung der Räder die mit einer Reduzierung der Kosten verbunden ist. Alle Belange der Sicherheit werden bei dieser Neuerung voll berücksichtigt. Die wesentlichen Merkmale sind:

a) Anschweißen der Radscheibe an die Felge im Krümmungsbereich des Tiefbettbodens zur Seitenwand mit einer Schweißnaht
b) Modifikation der Felge
c) Modifikation der Schüssel
d) Einsetzbarkeit von geraden Ventilen

Das Anschweißen der Radscheibe an die Felge basiert darauf, dass die Radscheibe nicht wie bisher üblich im Überlappungsbereich mit der Felge angeschweißt wird, sondern im Krümmungsbereich zwischen Tiefbettwand und Tiefbettboden. Dieser Bereich gilt bei Steilschulterrädern als der steifste Punkt, so dass Räder mit einer solchen Verbindung im Fahrbetrieb den geringsten Wechselspannungen unterliegen und somit eine beträchtlich höhere Dauerfestigkeit erhalten. Im Unterschied zu DE 000007005756U erfolgt die Schweißung bei der Erfindung nicht beidseitig, sondern nur von der Innenseite durch einen I-Stoß. Um solch eine Schweißung sicher durchzuführen und das flüssige Schmelzgut während des Schweißens auf der Rückseite (Außenrand der Radscheibe) nicht austreten zu lassen, ist es erforderlich eine Schweißbadsicherung anzuordnen. Die Details der Verbindung und der Schweißbadsicherung sind weiter unten anhand der 2, 3, 4, und 5 dargestellt. Die Zentrierung der Radscheibe mit der Felge ist in 2 und 3 zu sehen. Durch das Anschweißen der Radscheibe in der Verlängerung an den Tiefbettboden der Felge kann der zylindrische Übergangsteil zwischen der Schulter und der Tiefbettwand entfallen. Dadurch werden die Platzverhältnisse für das Ventil so verbessert, dass der „Hump” ebenfalls entfallen kann. Somit kann die Felgenschulter direkt mit dem Tiefbettboden mittels der Tiefbettwand verbunden werden. Der Winkel der Tiefbettwand kann so gewählt werden, dass der Gebrauch eines geraden Ventilrohres möglich ist. Der Tiefbettboden mit dem Krümmungsbogen, an dem die Radscheibe anzuschweißen ist, wird in Richtung der Außenschulter verlagert, so dass die Radscheibenhöhe um 30 bis 40 mm niedriger gemacht werden kann. Die daraus resultierende Verbreiterung des Tiefbetts dient der Montagefreundlichkeit des Reifens und der Gewichtsreduzierung der Felge. Fahrzeugräder die ein Sicherheitselement gegen Abrutschen des Reifenfußes beim Fahren mit zu niedrigem Reifendruck haben müssen, können selbstverständlich mit dieser Methode ebenfalls hergestellt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben:
1 zeigt eine geschnitten dargestellte Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades ohne Sicherheitselement
2 zeigt Detail „A” vor dem Zusammenfügen der Felge und Radscheibe
3 zeigt Detail „A” nach dem Zusammenfügen der Felge und Radscheibe
4 zeigt Detail „A” nach dem Zusammenfügen und dem Schweißen der Felge und Radscheibe
5 zeigt alternative Schweißbadsicherung
6 zeigt eine geschnitten dargestellte Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades mit Sicherheitselementen
7 zeigt ein Rad gemäß EP 0701911 B1
1 zeigt das erfindungsgemäße Fahrzeugrad, im Wesentlichen maßstabsgerecht, mit einer Felge (1) und einer daran angeschweißten Radscheibe (2). Die Felge hat ein Felgentiefbett (4), eine äußere und eine innere gegenüber der Horizontalen vorzugsweise unter einem Winkel von 15° +/– 1° geneigte Felgenschulter (3a u. 3b), eine jeweils zwischen den Schultern (3a u. 3b) und dem Tiefbett (4) angeordnete Verbindungswand (8a und 8b). An der äußeren Verbindungswand (8a) befindet sich ein Ventilloch (7) zum einsetzen eines Ventils (12). Der Winkel der Verbindungswand (8a) kann so gewählt werden, dass statt eines gekrümmten ein gerades Ventilrohr (12) eingesetzt werden kann. Der Vorteil des geraden Ventilrohrs liegt in den niedrigeren Kosten für das Ventil und der günstigeren Möglichkeiten der automatisierten Montage.
Die Radscheibe (2) ist in der Verlängerung des Tiefbettbodens (4) an dem Krümmungsbogen (6) zur Seitenwand (8a) mittels der Innennaht (11) angeschweißt. Die Radscheibe hat mindestens eine dem Ventil (12) gegenüberliegende Öffnung (10).
2 zeigt Detail „A” (1) vor dem Zusammenfügen der Felge und Radscheibe. Bei der Erfindung erfolgt die Verbindung durch einen I-Stoß und einer Schweißung der Innennaht. Um solch eine Schweißung sicher durchzuführen und das flüssige Schmelzgut auf der Rückseite (Außenrand der Radscheibe (9)) nicht austreten zu lassen, ist es erforderlich eine Schweißbadsicherung anzuordnen. Dieses wird bei der Erfindung damit erreicht indem eine kleine 1–2 mm tiefe Einkerbung (10/2) durch Drehen, Walzen oder Pressen in der Felge eingebracht wird. Der Durchmesser dieser Einkerbung entspricht dem Außenranddurchmesser der Radscheibe (9). Diese Kerbe wird auch als Zentrierung beim Zusammenfügen von Radscheibe und Felge benutzt.
3 zeigt Detail „A” (1) nach dem Zusammenfügen der Felge und Radscheibe. Hier kann man deutlich erkennen, dass die Radscheibe (9) in der Kerbe (10/2) der Felge zentriert ist.
4 zeigt Detail „A” (1) nach dem Zusammenfügen und dem Schweißen der Felge und Radscheibe. In den 3 und 4 kann man gut erkennen, dass nach dem Zusammenfügen der Radscheibe (9) und der Felge (4) eine Schweißung (11) sehr sicher ausgeführt werden kann. Der Wurzeleinbrand entsteht in der Tiefbettkrümmung (6), der Schüsselrand (9) sowie die Felge werden voll von der Schweißnaht erfasst. Das flüssige Schweißgut kann während des Schweißens nicht nach Außen entweichen.
5 zeigt alternative Schweißbadsicherung Alternativ kann als Schweißbadsicherung auch eine am Schüsselrand angebrachte Fase dienen (17/5) die einen Winkel (15/5) hat, der dem Winkel der Tangente der Tiefbettkrümmung im Berührungspunkt entspricht (16/5). Die Funktion der maßgerechten Zentrierung der Schüssel mit der Felge ist hier nicht mehr gegeben und ist durch andere geeignete Vorrichtungen zu erzielen.
7 zeigt ein Rad gemäß EP 0701911 B1 Diese Konstruktion gilt als Stand der Technik für ein aktuelles Standartsteilschulterrad mit außen liegendem Ventil und ist für einen Gegenvergleich mit der Erfindung (1) geeignet.
Durch das erfindungsgemäße Anschweißen der Radscheibe in der Verlängerung des Tiefbettbodens (4/1) der Felge kann der zylindrische Übergangsteil (22/7) zwischen der Schulter und der Tiefbettwand entfallen, d. h. die Felgenschulter (3a u. 3b/1) wird direkt mit dem Tiefbettboden mittels der Tiefbettwand (8a u. 8b/1) verbunden. Der Krümmungsbogen (6/1) zwischen Tiefbettboden (4/1) und Seitenwand (8a/1) welcher der Verbindungspunkt mit der Radscheibe (2/1) ist, wird in Richtung Felgenschulter (3a/1) verschoben. Die Platzverhältnisse für die Unterbringung des außen liegenden Ventils werden damit so verbessert, dass auf einen Hump (20/7), der aus Platzgründen für die Unterbringung des Ventils erforderlich war, verzichtet werden kann. Die Dicke für das Einsatzmaterial der Felge kann wegen der günstigeren Belastungsbedingungen, die durch die neue Lage der Schweißnaht gegeben sind, verringert werden. Geschätzter Gewichtsvorteil der Felge 1,5–2 kg.
Durch die Modifikation der Felge und der neuen Lage der Schweißnaht wird die Radscheibenhöhe um 30–40 mm verringert. Die Schüsselranddicke kann um ca. 0,2–0,3 mm reduziert werden. Geschätzte Gewichtsminderung der Radscheibe 3,5–4,5 kg. Die aus der Modifikation der Felge resultierende Verbreiterung des Tiefbetts dient der Montagefreundlichkeit des Reifens und der Gewichtsreduzierung der Felge.
6 zeigt eine geschnitten dargestellte Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades mit Sicherheitselementen. Ein 8 bis 10 mm breites Ledge (5a und 5b/6), dessen Durchmesser der zylindrischen Fläche genau dem genormten kleinsten Durchmesser der Schulter (3a u. 3b) entspricht, verhindert das Abrutschen des Reifenfußes beim Fahren mit zu niedrigem Reifendruck. Ein Ledge ist aus Gewichtsgründen dem Hump vorzuziehen. Selbstverständlich können bei dieser Methode auch Felgen mit Hump mit der Radscheibe verbunden werden.
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 000007005756 U [0002, 0006]
EP 0701911 B [0004, 0014, 0021]

Claims

Nutzfahrzeugrad (1) aus Stahlblech mit einer Steilschulterfelge (1) die eine äußere Schulter (3a), eine Verbindungswand (8a), einen Tiefbettboden (4), eine Verbindungswand (8b) und eine innere Schulter (3b) aufweist wobei in der Verbindungswand (8a) ein Loch (7) für die Unterbringung des Ventils (12) eingebracht ist, sowie einer Radscheibe (2) die eine den Rand der Schüssel bildende Seitenwand (14) hat mit mindestens einer Belüftungsöffnung (10) die in Radialrichtung gegenüber dem Ventilloch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Felge mit der Schüssel im Krümmungsbereich (6) zwischen Tiefbettwand (8a) und der Verlängerung des Tiefbettbodens (4) durch einen I-Stoß und der Schweißung der Innennaht (11) erfolgt.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 2 als Schweißbadsicherung und Zentrierung der Teile, eine 1–2 mm tiefe Kerbe (10) mit dem gleichen Durchmesser wie der Radscheibenaußendurchmesser (9) in die Felge eingebracht wird.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 5 an dem Außenrand (9) der Radscheibe eine Fase (17) mit einem Winkel (15) angebracht wird welcher dem Winkel der Tangente (16) des Krümmungsbogens (6) im Berührungspunkt der Felge und der Radscheibe entspricht wobei die Fase (17) die Funktion der Schweißbadsicherung übernimmt.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 6 die Felge (1) mit zwei jeweils 5 bis 15 mm breiten, vorzugsweise 8 bis 10 mm breiten als Sicherheitselementen dienenden „Ledges” (5a und 5b) ausgestattet ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 6 die Felge mit einem an der Außenschulter liegenden 5 bis 15 mm breiten, vorzugsweise 8 bis 10 mm breiten, als Sicherheitselementen dienenden „Ledge” (5a) ausgestattet ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge mit einem der Außenschulter liegenden „Hump”, der als Sicherheitselement dient, ausgestattet ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 1 der Winkel der Verbindungswand (8a) gegenüber der Senkrechten zwischen 11° und 45°, vorzugsweise 11°–20°, gewählt werden kann um ein gerades Ventilrohr (12) einzusetzen.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Verbindungswand (8a/1)) gegenüber der Senkrechten zwischen 11° und 45° gewählt werden kann um ein gekrümmtes Ventil einzusetzen.