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Die Erfindung betrifft eine Felge, insbesondere gekennzeichnet durch eine Hohlstruktur, für die Anwendung bei Kraftfahrzeugen im Straßenverkehr, sowie vor allem im Rennsport.
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Um die Gesamtsteifigkeit zu erhöhen, werden moderne Felgen aus hochfesten Aluminium- oder Magnesiumlegierungen gegossen bzw. geschmiedet. Um strukturelle Einsparpotentiale zu nutzen, ist ein hohler Aufbau der Speichen empfehlenswert. Aus
DE 296 23 451 U1 ist ein Felgenstern bekannt, welcher aus zwei Schalen zusammengesetzt wird, um einen geschlossenen Hohlraum zu erzeugen. Aus
DE 10 2004 028 841 A1 geht außerdem ein weiterer Aufbau zur Herstellung einer Hohlkammerspeiche hervor. Besonders bei Kurvenfahrt wirken Seitenführungs- sowie Radaufstandskräfte in Kombination, was zu einem Biegemaximum in den Speichen führt. Durch den Abstand der äußeren und inneren Wandung in Verbindung mit den Seitenwänden können mit diesem Aufbau ein erhöhtes Flächenträgheitsmoment und dadurch dünnere Wanddicken bei geringerem Gewicht und gleicher Steifigkeit erreicht werden. Unter radialer und axialer Belastung des inneren Felgenhorns erfährt die Innenseite eine Druck- und die Außenseite eine Zugspannung. Währenddessen die Druckkraft direkt von der Nabeneinspannung zum Horn verlaufen kann, fehlt beim Verlauf der Zugkraft eine direkte Verbindung zum Felgenbett und so wird sie nur indirekt über das Felgenaußenbett weitergeleitet. Ein sauberer Kraftfluss kann mit diesem Aufbau nicht realisiert werden, was unnötig große Wandstärken bedingt und Leichtbaupotential, bzw. die Möglichkeit einer Steifigkeitssteigerung ungenutzt lässt. Ein weiterer kritischer Bereich für die Gesamtsteifigkeit der Felge neben den Speichen stellt die auf der Innenseite offene Mantelfläche des Felgenbettes dar, welche sich unter Last oval verformt.
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Aus diesem Grund bestand die technische Aufgabe, eine steife Querschnittskontur zur direkten Kraftweiterleitung von Nabeneinspannung über die äußere Speichenwand zum inneren Felgenhorn, unter Berücksichtigung einer beanspruchungsgerechten Speichengeometrie, zu finden, sowie das Design der Mantelfläche auf geringe Ovalverformung auszulegen. Vor allem im Rennsport soll so eine große Steifigkeit unter hohen Seitenführungskräften bei minimalem Gewicht erreicht werden.
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Die erfindungsgemäße Felge weist einen innerhalb der Hohlstruktur verlaufenden Laststeg auf, welcher die Außenseite der Speiche auf direktem Wege mit dem Felgenbett verbindet. Dabei folgt die Speichenkontur entsprechend dem Bauraum der Radträgergruppe einem konvexen Verlauf mit nahezu parallelen Wandungen, so dass der Laststeg nahezu tangential weiter verlaufen kann. Einzeln betrachtet kann diese tragende Struktur als eine Art Biegetragarm angesehen werden. Hierbei ist zu beachten, dass ausschließlich gekrümmte Flächen vorgesehen sind um Steifigkeitssprünge im Bereich des Felgensterns zu vermeiden. Da die aufzunehmenden Belastungen für das Felgenaußenbett wesentlich geringer sind, kann dieser Bereich im Vergleich relativ filigran ausgeführt werden. Der weitere Bereich des Tiefbetts bis hin zum Felgeninnenbett ist ebenso komplett, oder nur teilweise im Bereich des Felgeninnebettes, hohl ausgeführt. Die Felge kann sowohl aus metallischen Werkstoffen, jedoch vorzugsweise aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) hergestellt werden. Dieser Werkstoff eignet sich besonders gut, da im Schnittbild an Innen- und Außenseiten der Speichen unidirektionale Fasern verwendet und somit Zug- bzw. Druckkräfte optimal aufgenommen werden können. Weiterhin besteht dann die Möglichkeit, hohle Bereiche zur Festigkeitssteigerung als Sandwichstruktur, beispielsweise mit Schaumkernen oder anderen Füllmaterialien, sowie innere Verrippungen, vorzusehen.
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Die vorliegende Erfindung soll an nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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Die Felge in Bild 1 besteht aus folgenden Teilen mit ihren jeweiligen Funktionen:
- 1) innerer Laststeg, der nahezu tangential die Speichenaußenseite mit dem Tiefbett verbindet
- 2) Felgeninnenbett, über das vor allem axial wirkende Seitenführungs- sowie radial wirkende Radaufstandskräfte übertragen werden
- 3) Felgenaußenbett inklusive beider Wandungen bis hin zum Laststeg 1, welches wenn ausgeblendet auf den Biegetragarm schließen lässt
- 4) Felgenbett ist der Bereich, welcher sich in Verbindung mit dem Felgeninnenbett 2 möglichst wenig oval verformen soll
- 5) Innere Wandung der Speiche, die bei radialer und/oder axialer Krafteinleitung eine Druckbelastung erfährt
- 6) Äußere Wandung der Speiche, die bei radialer und/oder axialer Krafteinleitung eine Zugbeanspruchung erfährt und durch den Laststeg 1 mit dem Felgenbett verbunden ist
- 7) Hohlraum, bzw. Kernmaterial welcher zum Beispiel nur mit Luft, oder welches mit Schäumen, Waben oder Pasten gefüllt sein oder jegliche Art von Verrippungen aufweisen kann
- 8) Nabeneinspannung, durch welche alle Kräfte, die auf den Reifen wirken, in weitere Teile des Fahrwerks eingeleitet werden
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Mit der Ausführungsform nach Bild 1 wird die Philosophie des Biegetragarmes verfolgt, so dass im Querschnitt eine durchgängige Hohlstruktur vorgesehen ist, wobei mit zunehmendem Biegemoment auch der Abstand zur neutralen Faser wächst.
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Die Felge in Bild 2 besteht aus folgenden Teilen mit ihren jeweiligen Funktionen:
- 1) innerer Laststeg, der eine Verbindung der Speichenaußenseite auf Höhe des Tiefbettes mit dem selben realisiert
- 2) Felgeninnenbett mit Hohlstruktur und Kernmaterial 9 für hohe Steifigkeit gegen ovale Verformung durch vor allem axial wirkende Seitenführungs- sowie radial wirkende Radaufstandskräfte
- 3) Felgenaußenbett mit dünn ausgeführten Wandungen da an dieser Stelle nur vergleichsweise geringe Lasten aufgebracht werden
- 4) Felgenbett ohne Hohlstruktur mit deutlich ausgeprägtem Tiefbett, um das Aufziehen der Reifen zu erleichtern, sowie ein geringes Rotationsträgheitsmoment zu erreichen
- 5) Innere Wandung der Speiche, die bei radialer und/oder axialer Krafteinleitung eine Druckbelastung erfährt
- 6) Äußere Wandung der Speiche, die bei radialer und/oder axialer Krafteinleitung eine Zugbeanspruchung erfährt und durch den Laststeg 1 mit dem Felgenbett verbunden ist
- 7) Hohlraum, bzw. Kernmaterial welcher zum Beispiel nur mit Luft, oder welches mit Schäumen, Waben oder Pasten gefüllt sein oder jegliche Art von Verrippungen aufweisen kann
- 8) Nabeneinspannung, durch welche alle Kräfte, die auf den Reifen wirken, in weitere Teile des Fahrwerks eingeleitet werden
- 9) Hohlraum, bzw. Kernmaterial zur Erhöhung der Steifigkeit im Bereich des Felgeninnenbettes 2
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Mit der Ausführungsform nach Bild 2 wird eine Gewichtsreduktion im Vergleich zu Bild 1 erreicht, da nur das Felgeninnenbett hohl ausgeführt ist weil die Mantelfläche des Felgenbettes bereits eine in sich runde und somit steife Struktur darstellt und im Versagensfall nur beulen kann. Dennoch wurde auch hier ein direkter Kraftfluss vom Tiefbett in die Speichen durch den Laststeg realisiert.
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Bezugszeichenliste
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Liste der verwendeten Bezugszeichen zu Bild 1
- 1
- Laststeg
- 2
- Felgeninnenbett
- 3
- Felgenaußenbett
- 4
- Felgenbett
- 5
- Innere Wandung
- 6
- Äußere Wandung
- 7
- Hohlraum bzw. Kernmaterial
- 8
- Nabeneinspannung
- 9
- Äußerer Reifensitz
Liste der verwendeten Bezugszeichen zu Bild 2 - 1
- Laststeg
- 2
- Felgeninnenbett
- 3
- Felgenaußenbett
- 4
- Felgenbett
- 5
- Innere Wandung
- 6
- Äußere Wandun
- 7
- Hohlraum bzw. Kernmaterial
- 8
- Nabeneinspannung
- 9
- Hohlraum bzw. Kernmaterial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29623451 U1 [0002]
- DE 102004028841 A1 [0002]
