DE102013205797A1

DE102013205797A1 - Einrichtung zur Befestigung einer Radscheibe aus Faserverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE102013205797A1
Application number: DE102013205797.0A
Authority: DE
Inventors: David Keller; Peter Jägermeyr
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-04-03
Also published as: US20160016427A1; DE102013205797B4; WO2014161697A1; US10183525B2

Abstract

Nach der Erfindung ist ein Rad für ein Fahrzeug, mit einer zur Aufnahme eines Reifens bestimmten Felge und einer mit dieser verbundenen Radscheibe aus Faserverbundwerkstoff und einer Schrauben oder Muttern aufweisenden Einrichtung zur Befestigung der Radscheibe an einer Radnabe, wozu die Radscheibe axial gerichtete Durchbrechungen zum Durchtritt der Schrauben oder von Gewindebolzen zum Aufschrauben der Muttern besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung für jede Durchbrechung der Radscheibe einen Isolierkörper, eine Buchse und eine Scheibe, jeweils mit mittiger Durchbrechung, umfasst, die die Durchbrechung der Radscheibe U-förmig einfassen, wobei die Buchse als Zarge am Innenumfang der Durchbrechung anliegt und der Isolierkörper und die Scheibe an der Zarge und an der Radscheibe jeweils auf einer Seite des Rades anliegend, die Radscheibe in radialer Richtung wenigstens teilweise abdecken, der Isolierkörper zur Radinnenseite und die Scheibe zur Radaußenseite hin gerichtet. Dabei kann der Isolierkörper wenigstens teilweise aus keramischem Werkstoff bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rad für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer Schrauben oder Muttern aufweisenden Vorrichtung zur Befestigung einer Radschüssel aus Faserverbundwerkstoff an einer Fahrzeugnabe, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Ein Rad für Kraftfahrzeuge besitzt nach dem Stand der Technik eine Radschüssel aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, die als gepresstes oder gegossenes Teil ausgebildet ist. Zu dem Rad gehört weiterhin eine Vorrichtung zur Befestigung der Radschüssel an der Fahrzeugachse, wobei diese Vorrichtung in der Regel aus Schrauben besteht, die in entsprechende Gewindelöcher an der Fahrzeugachse eingreifen. Es ist aber auch bekannt, an der Fahrzeugachse Stehbolzen anzuordnen und die Befestigung der Radschüssel über Muttern durchzuführen. Üblich sind vier oder fünf über den Umfang verteilte Schrauben oder Muttern. Solche Räder können neben der Radschüssel und der Vorrichtung zu ihrer Befestigung auch noch weitere Elemente, beispielsweise Radkappen, Abdeckscheiben o. dgl. aufweisen. Die aus Metall bestehende Radschüssel weist eine hinreichende Festigkeit und Stabilität auf. Benachbart zu der Radschüssel ist üblicherweise die Radbremse vorgesehen, die als Scheiben- oder Trommelbremse ausgebildet sein kann und am Achsgehäuse der Fahrzeugachse oder an einem Teil der Achsaufhängung befestigt ist.
Bei Betätigung der Bremse entsteht bekanntlich Reibungswärme, welche nicht nur die Elemente der Radbremse erwärmt, sondern auch an andere benachbarte Teile übertragen wird. Die an die Radschüssel abgegebene Wärme beeinträchtigt die Festigkeit und Stabilität der Radschüssel nicht, zumal beim Fahren auch eine gewisse Kühlung der Elemente der Radbremse und der Radschüssel stattfindet. Diese Kühlung kann erschwert sein, wenn die Radschüssel der Einwirkung des Fahrtwindes nur begrenzt ausgesetzt ist, indem eine Radkappe aus Kunststoff o. dgl. Verwendung findet. Auch durch die Einbauenge im Bereich moderner Kraftfahrzeuge ist die Kühlung von Elementen der Radbremse vergleichsweise schlecht. Da die Räder zu den ungefederten Massen eines Kraftfahrzeuges gehören, ist man bestrebt, diese Massen durch Verwendung spezifisch leichter Metalle, insbesondere Aluminium, zu verringern.
Die DE 30 47 837 A1 beschreibt ein Fahrzeugrad mit einer Radschüssel aus synthetischem Kunststoff, insbesondere aus mit Glasfasern verstärktem Kunststoff. Dabei ist der Radschüssel eine Scheibe aus Stahl zugeordnet, die auf ihrer der Fahrzeugnabe zugekehrten Seite Vorsprünge oder radiale Stege aufweist. Die Befestigungseinrichtung besteht aus Schrauben, die sowohl die Radschüssel wie auch die Scheibe durchsetzen und in die Fahrzeugnabe eingreifen. Die aus Kunststoff bestehende Radschüssel besitzt zentrisch eine Durchbrechung, durch die hindurch Kühlluft von der Außenseite des Rades angesaugt werden kann. Der Antrieb der Kühlluft erfolgt durch radiale Stege in Verbindung mit dem sich drehenden Rad. Die Scheibe aus Stahl deckt nur einen Teil der aus Kunststoff bestehenden Radschüssel ab.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, eine Radschüssel aus Kunststoff zu verwenden. Es kann insbesondere ein faserverstärkter Kunststoff eingesetzt werden. Damit wird ein Werkstoff verwendet, dessen spezifisches Gewicht sich von demjenigen von Metallen erheblich unterscheidet. Ein solcher Kunststoff hat jedoch den Nachteil, dass er die Wärme schlecht leitet, also gleichsam einen Isolierkörper darstellt. Bei erheblicher Wärmeeinwirkung beeinträchtigt dies die Festigkeit der Radschüssel. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Kunststoffen, insbesondere Kohlenstofffaser verstärkten Polymeren und metallischen Werkstoffen in der Radverschraubung führt zu thermischen Eigenspannungen bei einer Erwärmung, zum Beispiel durch die Bremse. So ist die Anlagefläche zwischen Radgrundkörper und Bremstopf/Radmitnehmer thermisch stark beansprucht. Die schlechte Wärmeleitung vieler Kunststoffe kann dann einen Hitzestau bewirken, der sich negativ auf den Werkstoff Kunststoff auswirken kann. Weiterhin müssen übliche metallische Inserts im Bereich der Verschraubung gegenüber einem Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoff zur Vermeidung von Kontaktkorrosion galvanisch getrennt werden.
Diesen Nachteilen abzuhelfen ist Aufgabe der Erfindung, die eine besondere Einrichtung zur Befestigung einer Radschüssel aus Kunststoff vorsieht.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung ist ein Rad für ein Fahrzeug, mit einer zur Aufnahme eines Reifens bestimmten Felge und einer mit dieser verbundenen Radscheibe aus Faserverbundwerkstoff und einer Schrauben oder Muttern aufweisenden Einrichtung zur Befestigung der Radscheibe an einer Radnabe, wozu die Radscheibe axial gerichtete Durchbrechungen zum Durchtritt der Schrauben oder von Gewindebolzen zum Aufschrauben der Muttern besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung für jede Durchbrechung der Radscheibe einen Isolierkörper, eine Buchse und eine Scheibe, jeweils mit mittiger Durchbrechung, umfasst, die die Durchbrechung der Radscheibe U-förmig einfassen, wobei die Buchse als Zarge am Innenumfang der Durchbrechung anliegt und der Isolierkörper und die Scheibe an der Zarge und an der Radscheibe jeweils auf einer Seite des Rades anliegend, die Radscheibe in radialer Richtung wenigstens teilweise abdecken, der Isolierkörper zur Radinnenseite und die Scheibe zur Radaußenseite hin gerichtet. Dabei kann der Isolierkörper wenigstens teilweise aus keramischem Werkstoff bestehen.
Wenn Im Bereich einer Radverschraubung auf diese Weise form-, kraft-, oder materialschlüssig Isolierkörper beziehungsweise keramische Inserts eingebracht werden, hat das den Vorteil, dass der keramische Werkstoff thermisch isoliert und dadurch den Kunststoff der Radscheibe vor Beschädigung durch hohe Temperaturen schützt. Keramik ist auch bezüglich Setzen und Kriechen, auch unter Temperatur, unkritisch. Als elektrischer Isolator vermeiden keramische Einleger zusätzlich Galvanokorrosion. Als keramischer Werkstoff bietet sich zum Beispiel ZiO2 an. Der keramische Werkstoff ist dann so ausgewählt, dass er thermisch und galvanisch isoliert.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sehen vor, dass die Buchse und die Scheibe aus keramischem Werkstoff oder aus Metall bestehen. Dabei können Buchse und Scheibe vorteilhafterweise auch einstückig ausgebildet sein. Alternativ dazu können Buchse und Isolierkörper einstückig ausgebildet sein. Wenn dann die Radscheibe und die Buchse miteinander einen Kegelsitz bilden und eventuell zusätzlich noch der Isolierkörper und die Buchse miteinander einen Kegelsitz bilden, hat eine solche konische Ansatzfläche den Vorteil, dass durch die Befestigungseinrichtung eine Zentrierwirkung für die Radschüssel erreicht wird. Konische Zentrier- und Abstützflächen tragen auch zur Vergrößerung der Kontaktflächen bei. Durch die Befestigungseinrichtung wird auch ein direkter Kontakt zwischen den Schrauben oder Muttern der Schraubbefestigung und der Radschüssel aus Kunststoff vermieden.
Die Erfindung wird anhand von vier bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben. Die 1 bis 4 zeigen jeweils einen Teilquerschnitt einer Befestigungseinrichtung für eine Radscheibe an einer nicht gezeichneten Fahrzeugachse eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung in einer ersten bis vierten Ausführungsform.
Das in den Figuren teilweise dargestellte Rad besteht im Wesentlichen aus drei Teilen, nämlich aus einem nicht dargestellten Reifen, aufgezogen auf eine nicht dargestellte Felge, mit der, in den Figuren ebenfalls nicht dargestellt, eine Radscheibe 2 aus Faserverbundkunststoff verbunden ist. Die Radscheibe 2 ist mittels einer Einrichtung 3 zur Befestigung der Radscheibe 2 mit einer nicht dargestellten Fahrzeugnabe einer Fahrzeugachse verbunden, wozu die Radscheibe 2 über den Umfang verteilt angeordnet üblicherweise vier oder fünf axial gerichtete Durchbrechungen 6 zum Durchtritt von Radschrauben 9 besitzt, von denen in den Figuren jeweils eine Durchbrechung 6 mit durchgesteckter Radschraube 9 dargestellt ist. Es versteht sich, dass die Radscheibe 2 in an sich bekannter Formgebung gestaltet sein kann, wie dies auch bei Radscheiben aus Stahl oder Aluminium der Fall ist.
Von der Einrichtung 3 zur Befestigung der Radscheibe 2 an der Fahrzeugnabe ist in jeder Figur nur eine Radschraube 9 gezeichnet. Die Befestigungseinrichtung 3 besitzt vier- oder fünfmal ein Zwischenglied, das von jeweils einer Radschraube 9 durchdrungen ist, wobei jedes Zwischenglied einen Isolierkörper 4, eine Buchse 5 und eine Scheibe 7 umfasst, jeweils mit mittiger Durchbrechung 6' für die Radschraube 9 und wobei jedes Zwischenglied die Durchbrechung 6 der Radscheibe 2 U-förmig einfasst. Dabei liegt die Buchse 5 als Zarge am Innenumfang der Durchbrechung 6 der Radscheibe 2 an und der Isolierkörper 4 und die Scheibe 7 liegen an der Zarge und an der Radscheibe 2 jeweils auf einer Seite des Rades an und decken die Radscheibe 2 in radialer Richtung wenigstens teilweise ab. Der Isolierkörper 4 ist zur Radinnenseite und die Scheibe 7 zur Radaußenseite hin gerichtet. Durch den Isolierkörper 4 wird die Wärmeübertragung, vor allem der beim Bremsen entstehenden Wärme, an die Radscheibe 2 erheblich reduziert. Vorteilhafterweise besteht dieser aus keramischem Werkstoff. Dabei können die Buchse 5 und die Scheibe 7 aus keramischem Werkstoff oder aus Metall gefertigt sein.
Bei der Ausführung der Erfindung nach 2 sind die Buchse und die Scheibe einstückig, als Bundbuchse 8 ausgebildet, während die Ausführung der Erfindung nach 3 eine Isolierkörperbuchse 10 zeigt, bei der die Buchse und der Isolierkörper einstückig ausgebildet sind.
4 zeigt dagegen eine Ausführungsform der Erfindung bei der die Radscheibe 2 und die Buchse 5 miteinander einen Kegelsitz 11 bilden. Zusätzlich bilden der Isolierkörper 4 und die Buchse 5 ebenfalls einen Kegelsitz 11'. Dazu ist der Außenumfang der Buchse 5 zur Radinnenseite hin konisch verjüngt, während die Radscheibe 2 und der Isolierkörper 4 zur Radaußenseite hin einen entsprechend konisch verjüngt gestalteten Innenumfang aufweisen. Dadurch wird die Radscheibe 2 relativ zum Isolierkörper 4 zentriert. Der Kegelsitz 11 bewirkt auch, dass mehr Drehmoment von der Radnabe auf die Radscheibe 2 übertragen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3047837 A1 [0004]

Claims

Rad für ein Fahrzeug, mit einer zur Aufnahme eines Reifens bestimmten Felge und einer mit dieser verbundenen Radscheibe (2) aus Faserverbundwerkstoff und einer Schrauben (9) oder Muttern aufweisenden Einrichtung (3) zur Befestigung der Radscheibe (2) an einer Radnabe, wozu die Radscheibe (2) axial gerichtete Durchbrechungen (6) zum Durchtritt der Schrauben (9) oder von Gewindebolzen zum Aufschrauben der Muttern besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) für jede Durchbrechung (6) der Radscheibe (2) einen Isolierkörper (4), eine Buchse (5) und eine Scheibe (7), jeweils mit mittiger Durchbrechung (6'), umfasst, die die Durchbrechung (6) der Radscheibe (2) U-förmig einfassen, wobei die Buchse (5) als Zarge am Innenumfang der Durchbrechung (6) anliegt und der Isolierkörper (4) und die Scheibe (7) an der Zarge und an der Radscheibe (2) jeweils auf einer Seite des Rades anliegend, die Radscheibe (2) in radialer Richtung wenigstens teilweise abdecken, der Isolierkörper (4) zur Radinnenseite und die Scheibe (7) zur Radaußenseite hin gerichtet.
Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (4) wenigstens teilweise aus keramischem Werkstoff besteht.
Rad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (5) und die Scheibe (7) aus keramischem Werkstoff oder aus Metall bestehen.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (5) und die Scheibe (7) einstückig ausgebildet sind.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (5) und der Isolierkörper (4) einstückig ausgebildet sind.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe (2) und die Buchse (5) miteinander einen Kegelsitz (11) bilden.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (4) und die Buchse (5) miteinander einen Kegelsitz (11') bilden.