DE102010036611A1

DE102010036611A1 - Fahrzeugrad

Info

Publication number: DE102010036611A1
Application number: DE102010036611A
Authority: DE
Inventors: Georg Tardy-Tuch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Fahrzeugrad (1, 1', 1'') für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenwagen, bestehend zumindest aus einer Nabe und einem Felgenbett (2, 2', 2'', 2'''), die durch eine Felgenscheibe (3, 3', 3'', 3'''), die mehrere sich radial erstreckende Speichen (4, 4', 4'', 4''') aufweist, miteinander verbunden sind, wobei sich am Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') innen- und außenliegende Felgenhörner (5, 6, 6') erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenhörner (5, 6, 6') aus Metall bestehen und zumindest das Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') zumindest abschnittsweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenwagen, gemäß Anspruch 1.
Ein Fahrzeugrad besteht zumeist aus einer Felgennabe, Felgenstern bzw. Speichen oder Felgenscheibe und Felgenbett bzw. Felgenkranz. Das Felgenbett trägt beim luftbereiften Rad den Luftreifen. Es hat dann einen etwa u-förmigen, in radialer Richtung nach außen offenen Querschnitt; die beiden Seitenwände enden als Felgenhorn. Die Felgenscheibe und die Felgennabe bilden die radiale Tragstruktur für das Felgenbett und sind über einen Radflansch mit der Fahrzeugachse verbunden. Die Felgenscheibe kann Löcher aufweisen bzw. nur aus einzelnen Speichen bestehen. In ihrem Zentrum befindet sich die Felgennabe, die eine Anbindungsfläche für den Radflansch darstellt. Die Anbindungsfläche besitzt eine kreisförmige Öffnung, welche zur Radzentrierung dient, und mehrere um diese Öffnung angeordnete kleinere Löcher für die Befestigung der Radfelge auf dem Radflansch.
Der Stand der Technik umfasst derzeit eine große Vielfalt verschiedenster metallischer Radfelgenkonstruktionen welche mit gängigen Verarbeitungsprozessen wie z. B. dem Gesenkschmieden, dem Druckguss bzw. der Zerspanung oder dem Umformen hergestellt werden. Ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind endlosfaserverstärkte Felgenstrukturen.
Beispielsweise offenbart die DE 103 02 997 A1 ein Rad, insbesondere Leichtmetallrad für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Radstern und einer Radfelge. Die Radfelge weist ein Felgeninnenbett und ein Felgenaußenbett auf, die jeweils in ein Felgeninnenhorn und ein Felgenaußenhorn übergehen. Das Felgenaußenbett besteht hierbei zumindest abschnittsweise aus Kunststoff. Die Felgenhörner bestehen ebenfalls aus Kunststoff.
Die DE 20 2005 004 399 U1 offenbart ein Fahrzeugrad, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge und Motorräder, bestehend aus einer zur Aufnahme eines Reifens dienenden Felge und einer die Felge mit der Radnabe verbindenden Speicheneinheit oder Radschüssel. Die Felge besteht aus Kunststoff und die Speicheneinheit oder die Radschüssel aus Metall. Die Felge ist mit der Speicheneinheit oder mit der Radschüssel form- und/oder kraft- oder materialschlüssig verbunden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeugräder mit Komponenten aus Faserverbundwerkstoffen lassen jedoch im Hinblick auf ihre Ausgestaltung noch Wünsche offen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Fahrzeugrad vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeugrad gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeugrad für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenwagen, vorgesehen, bestehend zumindest aus einer Nabe und einem Felgenbett, die durch eine Felgenscheibe, die mehrere sich radial erstreckende Speichen aufweist, miteinander verbunden sind, wobei sich am Felgenbett innen- und außenliegende Felgenhörner erstrecken, und wobei die Felgenhörner aus Metall bestehen und zumindest das Felgenbett zumindest abschnittsweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Ein Faserverbundwerkstoff ist ein aus im Allgemeinen zwei Hauptkomponenten (z. B. einer bettenden Matrix sowie verstärkenden Fasern) bestehender Mehrphasen- oder Mischwerkstoff. Durch gegenseitige Wechselwirkungen der beiden Komponenten erhält dieser Werkstoff höherwertige Eigenschaften als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten. Bei Fahrzeugrädern kommt es durch den Reifeninnendruck jedoch zu einer sehr großen Belastung der Felgenhörner. Vorliegende Erfindung sieht deshalb vor, die Felgenhörner eines Fahrzeugrades aus Metall, beispielsweise Aluminium, und das Felgenbett aus einem Faserverbundwerkstoff herzustellen. Zum einen kann damit dem von den Herstellern gewünschten Nachweis der nachvollziehbaren Schädigungskette im Schadensfall Rechnung getragen werden und zum anderen können durch die Faserverbundwerkstoff bedingte Massereduktion nicht unerhebliche Gewichtspotenziale im Vergleich zum Stand der Technik erschlossen werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Felgenhörner und das Felgenbett und/oder die Felgenscheibe stoffschlüssig miteinander verbunden sein können. Vorzugsweise sind die Felgenhörner und das Felgenbett und/oder die Felgenscheibe miteinander verklebt. Beispielsweise kann das Felgenbett spezielle Befestigungsbereiche ausbilden die mit speziellen Befestigungsbereichen der Felgenhörner verbunden werden können. Bevorzugt sind dabei flächige Befestigungsbereiche vorgesehen, um eine größtmögliche Sicherheit beim Kleben zu gewährleisten. Beispielsweise können sich vom Felgenbett aus erstreckende stegartige Befestigungsbereiche vorgesehen sein, die wiederum mit zumindest im Kontaktbereich formkomplementär zu diesen ausgebildeten Befestigungsbereichen an den Felgenhörnern verbunden werden können.
Eine weitere Ausführungsform kann vorsehen, dass das Felgenbett einstückig ausgebildet ist und vollständig aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Eine einstückige Ausführungsform hätte den Vorteil, dass das Fahrzeugrad aus möglichst wenig Einzelkomponenten aufgebaut werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform kann vorsehen, dass das Felgenbett mehrteilig in der Art eines Sandwich-Bauteils ausgebildet ist und aus zumindest zwei übereinander liegend angeordneten Faserhalbzeugen gebildet werden kann. Beispielsweise können die Faserhalbwerkzeuge mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels Verkleben, miteinander verbunden werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform kann vorsehen, dass das Felgenbett mehrteilig in der Art eines Sandwich-Bauteils ausgebildet ist und aus zumindest zwei übereinander liegend angeordneten Faserhalbzeugen und zumindest einer zwischen den Faserhalbzeugen angeordneten und zu diesen differenten Zwischenschicht bestehen kann. Beispielsweise kann es sich bei der Zwischenschicht um eine Luftschicht oder um eine Zwischenschicht aus einem anderen Material, beispielsweise Kunststoff, Leichtmetall oder dergleichen handeln. Beispielsweise kann die Zwischenschicht als Verstärkungs- oder Stabilisierungsschicht ausgebildet sein.
Beispielsweise können die Felgenhörner zumindest bereichsweise innerhalb des Felgenbettes verlaufen bzw. in diesem angeordnet sein. Dazu können im Felgenbett entsprechende Aufnahmebereiche vorgesehen sein, in die die Felgenhörner zumindest bereichsweise eingesteckt und verklebt werden können.
Beispielsweise kann eine Verbindung in der Art einer Schäftung mit schräg verlaufenden Anlagebereichen vorgesehen sein. Ebenfalls denkbar ist eine einschnittige Schäftung.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform kann vorsehen, dass die Felgenscheibe bzw. die Speichen des Fahrzeugrades zumindest bereichsweise aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen, wobei die Felgenscheibe bzw. die Speichen stoffschlüssig mit entsprechenden Bereichen des Fahrzeugrades, insbesondere des Felgenbetts, verbunden werden können. Bei dieser Ausführungsform besteht das Fahrzeugrad somit im Wesentlichen (bis auf die Felgenhörner oder die Radnabe) aus Faserverbundwerkstoff. Insbesondere im Hinblick auf eine weitere Gewichtsreduzierung wäre diese Ausführungsform vorteilhaft.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
1 die schematische Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrads;
2 die schematische Teildarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Fahrzeugrads;
3 die schematisch perspektivische Darstellung eines Fahrzeugrads mit Faserverbund-Speiche,
4 die Verbindung zwischen einer Felge und einer Speiche in vergrößerter Seitendarstellung;
5 eine weitere Verbindung zwischen einer Felge und einer Speiche in vergrößerter Seitendarstellung.
1 zeigt die schematische Teildarstellung eines Fahrzeugrads 1. Zu erkennen ist das Felgenbett 2 sowie eine mit dem Felgenbett 2 verbundene Felgenscheibe 3, die aus mehreren einzelnen Speichen 4 besteht.
Am Felgenbett 2 erstrecken sich die innen- und außenliegenden Felgenhörner 5 und 6. Die Felgenhörner 5 und 6 sind aus Metall, insbesondere Aluminium, ausgebildet und mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise kleben, mit dem Felgenbett 2 bzw. der Felgenscheibe 3 verbunden.
Das Felgenbett 2 weist Aufnahmebereiche 7 und 8 auf, in denen das innere Felgenhorn 5 und das äußere Felgenhorn 6 zumindest bereichsweise eingesteckt und verklebt werden können. Die Verbindungsanordnung zwischen den Felgenhörnern 5, 6 und dem Felgenbett 2 ist in der Art einer Schäftung durchgeführt.
Das Felgenbett 2 besteht aus einem oberen und einem unteren Faserhalbzeug 9, 10, wobei zwischen den Faserhalbzeugen 9, 10 die Felgenhörner 5, 6 angeordnet sind. Vom oberen Faserhalbzeug 9 erstrecken sich stegartige Befestigungsbereiche 11, 12 die mit Befestigungsbereichen 13, 14 an den Felgenhörnern 5, 6 verbunden bzw. verklebt sind.
2 zeigt die schematische Teildarstellung eines weiteren Fahrzeugrads 1'. Zu erkennen ist das Felgenbett 2' und ein im Felgenbett 2' angeordnetes und mit diesem stoffschlüssig verbundenes äußeres Felgenhorn 6'.
Das Felgenbett 2' besteht hierbei aus einem oberen Faserhalbzeug 9' und dem unteren Faserhalbzeug 10'. Zwischen dem oberen und unteren Faserhalbzeug 9' und 10' ist eine Zwischenschicht 15 vorgesehen. Die Zwischenschicht 15 kann aus einem anderen Material wie die Faserhalbzeuge 9' und 10' ausgebildet sein. Das Felgenbett 2' ist somit in der Art eines Sandwich-Bauteils ausgebildet.
3 zeigt die schematisch perspektivische Darstellung eines Fahrzeugrads 1'' mit einer Speiche 4' aus Faserverbundwerkstoff. Die Speiche 4' ist mit einer Felgenscheibe 3' stoffschlüssig, bevorzugt mittels Verkleben, verbunden. Die Felgenscheibe 3' kann aus Aluminium oder ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen.
4 zeigt die Verbindung einer Speiche 4'' aus Faserverbundwerkstoff mit einer Felgenscheibe 3'' bzw. einem Felgenbett 2''. Die Speiche 4'' ist im vorderen Bereich 16 mit Bereichen der Felgenscheibe 3'' bzw. des Felgenbetts 2'' stoffschlüssig, bevorzugt mittels Verkleben, verbunden. Die Speiche 4'' kann dazu spezielle Kontaktzonen, welche eine Anlage an der Felgenscheibe 3'' oder am Felgenbett 2'' vereinfachen, ausbilden.
5 zeigt die Verbindung einer Speiche 4'' aus Faserverbundwerkstoff mit einer Felgenscheibe 3''' bzw. einem Felgenbett 2'''. Die Speiche 4''' ist im hinteren Bereich 17 mit Bereichen der Felgenscheibe 3''' bzw. des Felgenbetts 2''' stoffschlüssig, bevorzugt mittels Verkleben, verbunden. Die Speiche 4''' kann dazu spezielle Kontaktzonen, welche eine Anlage an der Felgenscheibe 3''' oder am Felgenbett 2''' vereinfachen, ausbilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10302997 A1 [0004]
DE 202005004399 U1 [0005]

Claims

Fahrzeugrad (1, 1', 1'') für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenwagen, bestehend zumindest aus einer Nabe und einem Felgenbett (2, 2', 2'', 2'''), die durch eine Felgenscheibe (3, 3', 3'', 3'''), die mehrere sich radial erstreckende Speichen (4, 4', 4'', 4''') aufweist, miteinander verbunden sind, wobei sich am Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') innen- und außenliegende Felgenhörner (5, 6, 6') erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenhörner (5, 6, 6') aus Metall bestehen und zumindest das Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') zumindest abschnittsweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenhörner (5, 6, 6') und das Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') und/oder die Felgenscheibe (3, 3', 3'', 3''') stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenhörner (5, 6, 6') und das Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') und/oder die Felgenscheibe (3, 3', 3'', 3''') miteinander verklebt sind.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') einstückig ausgebildet ist und vollständig aus Faserverbundwerkstoff besteht.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') mehrteilig in der Art eines Sandwich-Bauteils ausgebildet ist und aus zumindest zwei übereinander liegend angeordneten Faserhalbzeugen (9, 9', 10, 10') gebildet wird.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Felgenbett (2, 2', 2'', 2''') mehrteilig in der Art eines Sandwich-Bauteils ausgebildet ist und aus zumindest zwei übereinander liegend angeordneten Faserhalbzeugen (9, 9', 10, 10') und zumindest einer zwischen den Faserhalbzeugen (9, 9', 10, 10') angeordneten und zu diesen differenten Zwischenschicht 15 besteht.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenhörner (5, 6, 6') zumindest bereichsweise innerhalb des Felgenbettes (2, 2', 2'', 2''') verlaufen bzw. in diesem angeordnet sind.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenscheibe (3, 3', 3'', 3''') bzw. die Speichen (4, 4', 4'', 4''') des Fahrzeugrades (1, 1', 1'') zumindest bereichsweise aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen, wobei die Felgenscheibe (3, 3', 3'', 3''') bzw. die Speichen (4, 4', 4'', 4''') stoffschlüssig mit entsprechenden Bereichen des Fahrzeugrades (1, 1', 1''), insbesondere des Felgenbetts (2, 2', 2'', 2'''), verbunden werden.