DE102012208081A1

DE102012208081A1 - Fahrzeugrad mit Einsatzelementen

Info

Publication number: DE102012208081A1
Application number: DE201210208081
Authority: DE
Inventors: Stephan Baum; Christian Riech
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: DE102012208081B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad mit einer Felge und diese auf einem Nabenabschnitt abstützenden Speichen, wobei in einen Freiraum zwischen zwei einander benachbarten Speichen ein Einsatzelement eingeklebt ist, welches sowohl an den Speichen als auch an den diesen Freiraum begrenzenden Segmenten der Felge und des Nabenabschnitts anliegt. Es ist das Einsatzelement als Hohlkörper aus zusammengesetzten Blechschalen oder Kunststoffschalen gebildet und vorzugsweise aus zwei Edelstahl-Blechschalen oder CFK-Laminat-Schalen zusammengesetzt. Bevorzugt bildet in Achsrichtung des Rades von außen betrachtet das Einsatzelement einen eine Durchtrittsöffnung umgebenden geschlossenen Ring, dessen an der Felge anliegender Abschnitt analog der EP 1 920 948 B1 geformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad mit einer Felge und diese auf einem Nabenabschnitt abstützenden Speichen, wobei in einen Freiraum zwischen zwei einander benachbarten Speichen ein Einsatzelement eingesetzt ist, welches zumindest abschnittsweise mit den Speichen und mit den diesen Freiraum begrenzenden Segmenten der Felge und des Nabenabschnitts stoffschlüssig verbunden ist. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die EP 1 053 110 B1 und daneben auf die EP 1 920 948 B1 verwiesen.
In der erstgenannten Schrift ist eine Leichtmetall-Felge (besser: ein Leichtmetallrad) mit einem Felgenbett, mit einem äußeren und einem inneren Felgenhorn und einer Speichen aufweisende, einstückig mit dem Felgenbett ausgebildete Radscheibe (gelegentlich auch Radstern genannt) sowie sichtbaren Einsätzen beschrieben, die jeweils zwischen den Speichen an der Radscheibe angeordnet und durch Schraubelemente befestigt sind, wobei sich die Speichen der Radscheibe bis zu dem äußeren Felgenhorn erstrecken und zudem eine im wesentlichen ebene axiale Außenoberfläche an der Radscheibe ausbilden, und wobei an dem Felgenbett zwischen den Speichen der Felgenachse zugekehrte geneigte Bereiche vorgesehen sind und diese geneigten Bereiche durch die sichtbaren Einsätze verkleidet sind, und wobei weiterhin die axial äußeren Oberflächen der sichtbaren Einsätze mit der axialen Außenoberfläche der Radscheibe jeweils in einer Ebene liegen. Dieses bekannte Leichtmetallrad soll bei ausreichender Stabilität und günstigen Herstellungseigenschaften einen optisch hochwertigen Eindruck vermitteln, wobei die Einsätze zusätzlich mit der Radscheibe verklebt (also auch stoffschlüssig verbunden) sein können.
In der eingangs zweitgenannten Schrift ist ein besonders gestaltetes Fahrzeugrad beschrieben, dessen Durchbrüche zwischen zwei einander benachbarten Speichen eine sich in Umfangsrichtung verändernde Breite in Radialrichtung gemessen aufweisen, wobei diese Breite bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs betrachtet solchermaßen abnimmt und damit die Angriffsfläche der sich aus der Luftanströmung des Rades bei Bewegung des Fahrzeugs in Fahrtrichtung an einer vertikal ausgerichteten und sich oberhalb des Rad-Mittelpunktes befindenden Speiche einstellenden Druckkraft solchermaßen reduziert ist, dass der Hebelarm dieser Druckkraft bezüglich des Mittelpunktes des Fahrzeugrads geringer ist als der Hebelarm der sich an der Rückseite bzw. gegenüberliegenden Seite dieser Speiche einstellenden Sogkraft. Mit einer solchen Gestaltung kann eine Herabsetzung des Luftwiderstands bei Fortbewegung des Fahrzeugs erzielt werden und es ist in dieser Schrift ist bereits erwähnt, dass eine solche Gestaltung mittels eines Einsatzelementes im Radkörper, alternativ aber auch andersartig erzielt werden kann.
Hiermit soll nun eine fertigungstechnisch günstige und insbesondere gewichtsoptimierte Gestaltung für solche Einsatzelemente, egal wie diese geformt und zu welchem Zweck diese vorgesehen sind, aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung). Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Fahrzeugrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement als Hohlkörper aus zusammengesetzten Blechschalen oder Kunststoffschalen gebildet ist. Bevorzugt ist dabei die stoffschlüssige Verbindung mit den Speichen und mit den den Freiraum begrenzenden Segmenten der Felge und des Nabenabschnitts ebenfalls im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung als Klebeverbindung ausgebildet, jedoch sind auch andere stoffschlüssige Verbindungstechniken möglich. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Dabei kann ein erfindungsgemäßes Einsatzelement an beliebigen Speichenrädern vorgesehen sein, d. h. es kann sich bei diesen Rädern um durch Schmieden oder Gießen oder anderweitig hergestellte Räder handeln.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Einsatzelementes als Hohlkörper verleiht diesem bei relativ geringem Gewicht eine ausreichende Formsteifigkeit, so dass dieses Einsatzelement nicht nur im Fertigungsprozess gut handhabbar ist, sondern auch im Einsatz, d. h. im Fahrbetrieb des mit diesem Einsatzelement versehenen Fahrzeugrades ausreichend formstabil ist. Eine solche Formstabilität ist insbesondere dann wichtig, wenn ein Abschnitt oder Teilbereich des Einsatzelementes ohne Abstützung am durch die Felge und die Speichen und den Nabenabschnitt gebildeten Radkörper quasi frei in den besagten Freiraum hineinragt und somit einen Teil dieses Freiraums zwischen den Speichen abdeckt. Insbesondere an einem solchen einen Teil des besagten Freiraums bei Betrachtung der Rad-Außenseite in Achsrichtung abdeckenden Abschnitt des Einsatzelementes können bei höheren Fahrgeschwindigkeiten eines mit erfindungsgemäßen Rädern ausgerüsteten Fahrzeugs relativ hohe durch den Fahrtwind hervorgerufene Kräfte einwirken. Neben solchen Kräften können auf das Einsatzelement aber auch noch stoßartige Belastungen beispielsweise durch geringfügigen Steinschlag auftreten, die durch eine Hohlkörperstruktur unter elastischer Verformung ebenfalls gut aufgenommen werden können. Insbesondere gilt dies, wenn das Einsatzelement aus relativ dünnem Metallblech zu einem Hohlkörper geformt ist, wobei zur Erzielung einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse beispielsweise ein Edelstahlblech mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,3 Millimeter zum Einsatz kommen kann. Aber auch ein Kunststoffmaterial, insbesondere kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), kann in Form eines Laminats, aus dem Schalen gebildet sind, die zu einem erfindungsgemäßen Einsatzelement zusammen gesetzt sind, den gegebenen Anforderungen hervorragend genügen. Erfindungsgemäß besteht das bzw. jedes Einsatzelement aus zusammengesetzten Schalen und vorzugsweise aus zwei „Halb”-Schalen, die zusammengesetzt den das Einsatzelement bildenden Hohlkörper bilden. Hierfür werden eine Innenschale und eine Außenschale welche auch als Bodenteil und als Deckelteil bezeichnet werden können, vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden, vorzugsweise in Überlappungsbereichen miteinander verklebt.
Grundsätzlich kann ein erfindungsgemäßes Einsatzelement die unterschiedlichsten Formen besitzen, besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Einsatzelement zumindest mit seinem dem jeweiligen Felgen-Segment zugewandten Abschnitt so geformt ist, wie dies in der eingangs zweitgenannten EP 1 920 948 B1 beispielhaft in Form eines dort sog. sichelförmigen Zusatzelementes beschrieben ist. Demnach kann zur Erzielung des in dieser genannten Schrift beschriebenen Effekts einer Verringerung des Luftwiderstands bei Fortbewegung eines mit solchen Rädern ausgerüsteten Fahrzeugs in Achsrichtung des Rades von außen betrachtet das Einsatzelement einen eine Durchtrittsöffnung umgebenden geschlossenen Ring bilden, dessen an der Felge anliegender Abschnitt derart geformt ist, dass die sich über der Rad-Drehrichtung verändernde und in Radialrichtung gemessene Breite dieser Durchtrittsöffnung solchermaßen abnimmt und damit die Angriffsfläche der sich aus der Luftanströmung des Rades bei Bewegung des Fahrzeugs in Fahrtrichtung an einer vertikal ausgerichteten und sich oberhalb des Rad-Mittelpunktes befindenden Speiche einstellende Druckkraft solchermaßen reduziert ist, dass der Hebelarm dieser Druckkraft bezüglich des Mittelpunktes des Fahrzeugrads geringer ist als der Hebelarm der sich an der gegenüberliegenden Seite bzw. Rückseite dieser Speiche einstellenden Sogkraft.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei die beigefügte 1a die Aufsicht von außen auf ein Fahrzeug-Rad in Achsrichtung des Rades betrachtet zeigt, bei welchem der besseren Erkennbarkeit wegen nur in einem einzigen der hier fünf Freiräume zwischen einander benachbarten Speichen ein erfindungsgemäßes Einsatzelement eingesetzt ist. 1b zeigt in etwas anderer Darstellungsweise die gleiche Ansicht mit Angabe von vier Schnitten, die in den 2a (Schnitt A-A), 2b (Schnitt B-B), 2c (Schnitt C-C), 2d (Schnitt D-D) dargestellt sind. Schließlich zeigt 1c die Ansicht des Rades von innen, d. h. eine der Ansicht der 1a, 1b entgegen gerichtete Ansicht.
Zunächst auf die 1a–1c Bezug nehmend ist mit der Bezugsziffer 1 der eigentliche und vorliegend einstückige, bspw. als Leichtmetall-Schmiedeteil ausgeführte Radkörper gekennzeichnet, der wie üblich aufgebaut ist und aus einer Felge 1a zur Aufnahme eines nicht dargestellten Reifens, weiterhin aus einem Nabenabschnitt 1c und hier aus fünf Speichen 1b besteht, über die die Felge 1a auf dem Nabenabschnitt 1c abgestützt ist. Der freie Raum zwischen zwei einander benachbarten Speichen 1b wird als Freiraum F bezeichnet.
Idealerweise in jeden solchen Freiraum F (hier nur für den rechten oberen Freiraum dargestellt) ist ein Einsatzelement 2 eingesetzt, welches vorliegend einen geschlossenen Ring bildet und somit eine Durchtrittsöffnung G für Kühlluft für eine in Blickrichtung (gemäß 1a, 1b) hinter dem Radkörper liegende Bremsanlage umgibt, wobei dieses Einsatzelement 2 mit seinem Rand auf den beiden den jeweiligen Freiraum begrenzenden Speichen 1b sowie den weiterhin den Freiraum F begrenzenden Segmenten der Felge 1a und des Nabenabschnitts 1c formgenau aufliegt. In dieser Position gehalten wird das Einsatzelement 2 vorliegend über eine Klebeverbindung, d. h. es ist dieses Einsatzelement 2 mit seinem umlaufenden Rand mit den beiden Speichen 1b sowie den genannten Segmenten der Felge 1a und des Nabenabschnitts 1c verklebt, allgemein stoffschlüssig verbunden.
In den 2a–2d sind zwei mögliche Gestaltungs-Formen des Einsatzelementes 2 gleichzeitig dargestellt, nämlich einmal in durchgezogenen Linien und als Alternative nur in denjenigen Abschnitten, in denen sich die zweite Ausgestaltung von der ersten Ausgestaltung unterscheidet, in gestrichelten Linien. Wie aus den 2a–2d hervorgeht stellt das Einsatzelement 2 einen aus hier zwei Blechschalen 2a, 2b zusammengesetzten Hohlkörper dar. Wie ersichtlich überlappen sich die beiden Blechschalen 2a, 2b in ihren Randabschnitten geringfügig, womit diese beiden zunächst jeweils für sich vorgeformten Blechschalen 2a, 2b oder Halbschalen in diesen Randabschnitten miteinander verklebt sein können. 2a zeigt, dass bzw. wie das Einsatzelement 2 mit seiner der Felge 1a zugewandten „inneren” Blechschale 2a an der Felge 1a angeklebt ist. Der 2b kann darüber hinaus entnommen werden, dass die der Felge 1a bzw. dem Radkörper 1 zugewandte innere Blechschale 2a nicht vollflächig auf dem Radkörper 1 bzw. der Felge 1a aufliegt. Vielmehr ragt die innere Blechschale 2a und damit auch das gesamte Einsatzelement 2 über die Felge 2 hinaus in Radialrichtung R nach innen, d. h. zum Rad-Mittelpunkt M bzw. zu der durch diesen verlaufenden Rad-Drehachse (vgl. 1b) in den Freiraum F hinein und deckt somit bei Betrachtung in Achsrichtung (vgl. 1b, 1c) einen Teil dieses Freiraums F ab.
Ebenfalls in 2b sowie in 2c erkennt man eine in der äußeren Blechschale 2b vorgesehene Sicke S, die auch in 1a sichtbar ist, und die zum einen die Formsteifigkeit der äußeren Blechschale 2a erhöht und zum anderen gleichzeitig ein Styling-Merkmal darstellt.
Aus 1a geht ferner die in der Beschreibungseinleitung erläuterte Formgebung des Einsatzelements 2 gemäß der dort genannten EP 1 920 948 B1 hervor, wenngleich sich bei der Darstellung in 1a nur im Freiraum F rechtsseitig der für die folgende Beschreibung relevanten oberen, im wesentlich vertikal ausgerichteten Speiche 1b ein Einsatzelement 2 befindet. Tatsächlich ist jedoch in jedem Freiraum F und somit auch linksseitig der oberen, vertikal ausgerichteten Speiche 1b ein solches Einsatzelement vorgesehen. Die besagte Formgebung des Einsatzelementes 2 bzw. sämtlicher Einsatzelemente 2 zeichnet sich nun dadurch aus, dass die sich über der Rad-Drehrichtung T verändernde und in Radialrichtung R gemessene Breite H (bzw. Höhe H) der Durchtrittsöffnung G solchermaßen abnimmt und damit die Angriffsfläche der sich aus der Luftanströmung des Fahrzeug-Rades bei Bewegung des mit diesem Rad ausgerüsteten Fahrzeugs in Fahrtrichtung an einer bzw. der vertikal ausgerichteten und sich oberhalb des Rad-Mittelpunktes M befindenden Speiche 1b einstellenden Druckkraft KD solchermaßen reduziert ist, dass der Hebelarm LD dieser Druckkraft KD bezüglich des Mittelpunktes M des Fahrzeugrads geringer ist als der Hebelarm LS der sich an der gegenüber liegenden (Rück)-Seite dieser Speiche 1b einstellenden Sogkraft KS.
Zur detaillierten Erläuterung dieser Zusammenhänge und des damit erzielbaren Effekts wird vollumfänglich auf die genannte EP 1 920 948 B1 verwiesen, wobei dort andere Bezugszeichen verwendet sind. So ist (unter anderem) die hier mit dem Buchstaben T gekennzeichnete Raddrehrichtung dort mit der Bezugsziffer 5 gekennzeichnet, für die Druckkraft KD ist dort der Buchstabe D und für die Sogkraft KS dort der Buchstabe S verwendet. Die zugehörigen Hebelarme LD bzw. LS bezüglich des Radmittelpunkts tragen dort die Buchstaben H_D bzw. H_S.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1053110 B1 [0001]
EP 1920948 B1 [0001, 0006, 0012, 0013]

Claims

Fahrzeugrad mit einer Felge (1a) und diese auf einem Nabenabschnitt (1c) abstützenden Speichen (1b), wobei in einen Freiraum (F) zwischen zwei einander benachbarten Speichen (1b) ein Einsatzelement (2) eingesetzt ist, welches zumindest abschnittsweise mit den Speichen (1b) und mit den diesen Freiraum (F) begrenzenden Segmenten der Felge (1a) und des Nabenabschnitts (1c) stoffschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (2) als Hohlkörper aus zusammengesetzten Blechschalen (2a, 2b) oder Kunststoffschalen gebildet ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (2) aus zwei Metallblechschalen, insbesondere aus Edelstahl geformt, zusammengesetzt ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (2) aus zwei aus CFK-Laminat geformten Schalen besteht.
Fahrzeugrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in Achsrichtung des Rades von außen betrachtet das Einsatzelement (2) einen eine Durchtrittsöffnung (G) umgebenden geschlossenen Ring bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Felge (1a) anliegende Abschnitt dieses Ringes analog der EP 1 920 948 B1 geformt ist, nämlich dass die sich über der Rad-Drehrichtung (T) verändernde und in Radialrichtung (R) gemessene Breite (H) dieser Durchtrittsöffnung (G) solchermaßen abnimmt und damit die Angriffsfläche der sich aus der Luftanströmung des Rades bei Bewegung des Fahrzeugs in Fahrtrichtung an einer vertikal ausgerichteten und sich oberhalb des Rad-Mittelpunktes (M) befindenden Speiche (1b) einstellenden Druckkraft (KD) solchermaßen reduziert ist, dass der Hebelarm (LD) dieser Druckkraft (KD) bezüglich des Mittelpunktes (M) des Fahrzeugrads geringer ist als der Hebelarm (LS) der sich an der gegenüber liegenden (Rück)-Seite dieser Speiche (1b) einstellenden Sogkraft (KS).