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Die Erfindung betrifft eine Felgenabdeckung für ein Fahrzeugrad.
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Fahrzeugfelgen werden in der Regel mit einer offenen Speichenstruktur gefertigt, durch deren Speichenzwischenräume Luft strömen kann. Moderne Alufelgen bleiben im Normalfall von außen sichtbar, während auf Stahlfelgen oft Radkappen aufgesetzt werden, die die Felge teilweise oder vollständig verdecken.
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Moderne Fahrzeugfelgen unterliegen einander teilweise entgegenlaufenden Anforderungen. Zum einen wird eine Felgenkontur gefordert, die eine hohe Luftdurchströmung zur Kühlung der Bremse ermöglicht. Zum anderen ist aber eine nach außen geschlossene Felge aerodynamisch günstiger, da sie den Strömungswiderstand verringern und so den Kraftstoffverbrauch senken kann.
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Um diesen gegenläufigen Anforderungen Genüge zu tun, wurde das Konzept entwickelt, eine aufgesetzte Radkappe temperaturabhängig verformbar zu gestalten. In der
DE 10 2011 104 264 A1 wird beispielsweise eine runde, geschlossene Radkappe beschrieben, an deren Innenseite mehrere Aktuatoren in Form von Bimetallstreifen angebracht sind. Bei einer Erwärmung aufgrund heißer Abluft von der Bremse krümmen sich die Bimetallstreifen nach außen, sodass sich der Umfang der Radkappe von der Felge abhebt. Durch den entstehenden Spalt kann Luft strömen, um die Bremse zu kühlen. Reduziert sich die Temperatur wieder, so stellen sich die Bimetallstreifen in ihre Ausgangslage zurück, und der Umfangsrand der Radkappe legt sich wieder an die Felge an. Das Vorsehen von vielen, über den Umfang verteilten Bimetallstreifen macht jedoch die Radkappe schwer und verteuert die Herstellung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatische, temperaturabhängige Belüftung eines Fahrzeugrades auf einfache und kostengünstige Weise bei minimaler Gewichtserhöhung zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Felgenabdeckung für ein Fahrzeugrad zur Anbringung an einer Fahrzeugfelge gelöst, die wenigstens ein Flügelelement zum Abdecken zumindest eines Abschnitts der Felge aufweist, das temperaturabhängig wenigstens eine erste Form und eine zweite Form einnehmen kann, wobei mindestens ein Teil des Flügelelements so ausgebildet ist, dass es sich bei Wärmezufuhr axial weg von der Felge verformt. In seiner zweiten Form bei hohen Temperaturen kann durch den Abstand in axialer Richtung zwischen der Felge und dem Flügelelement heiße Luft durch die Felge strömen, sodass die Bremse durch eine Luftströmung gekühlt wird. Bei tieferen Temperaturen kann sich hingegen das Flügelelement an die Felge anlegen, um den Strömungswiderstand des Rades zu minimieren. Zur Belüftung muss nur ein Flügelelement verformt werden, nicht aber der gesamte Umfang einer Radkappe, was die zur Formveränderung notwendige Energie reduziert.
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Anstatt zusätzliche Aktuatoren vorzusehen, wird bevorzugt eine Verformung des oder der Flügelelemente der Felgenabdeckung selbst ausgenutzt, um die Belüftungswirkung bzw. die aerodynamisch günstige Form einzustellen. Wenn sich das Material des Flügelelements selbst bei Wärmeeinwirkung verformt, kann auf einfachem Weg eine große Designvielfalt verwirklicht werden.
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Die Formänderung von der ersten zur zweiten Form ist vorzugsweise eine Aufwölbung, bei der sich wenigstens ein Rand des Flügelelements axial von der Felge entfernt. Das Flügelelement kann dabei eine Schaufelform oder die Form einer nach außen gerichteten Leitfläche annehmen, um eine möglichst günstige Luftströmung durch die Felge nach außen zu erzeugen.
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Vorzugsweise überdeckt das Flügelelement einen Speichenzwischenraum der Felge zumindest teilweise. In der ersten Form kann der Speichenzwischenraum durch das Flügelelement vollständig verschlossen sein, sodass eine Luftströmung durch die Felge im Wesentlichen unterbunden ist. In der zweiten Form lässt das Flügelelement jedoch eine Luftströmung durch den Speichenzwischenraum zu.
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Der durch Wärmezufuhr verformte Bereich des Flügelelements kann das gesamte Flügelelement umfassen. Eventuell können Randbereiche ausgenommen sein, die zur Verstärkung des Flügelelements oder zur Verbindung des Flügelelements beispielsweise mit der Felge oder mit einem anderen Teil der Felgenabdeckung dienen.
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Zur Befestigung der Felgenabdeckung an der Fahrzeugfelge können Befestigungselemente vorgesehen sein, die etwa eine Verschraubung mit an der Felge vorgesehenen Öffnungen erlauben, oder auch Clipsverbindungen mit eben diesen Öffnungen oder den Speichen der Felge. Es ist auch möglich, die Felgenabdeckung mit der Fahrzeugfelge zu verkleben oder zu vernieten.
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Um die reversible Verformung des Flügelelements von der ersten in die zweite Form zu erreichen, ist in einer ersten Ausführungsform vorgesehen, dass der wesentliche Teil des Flügelelements als Schichtverbund aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist. Vorzugsweise ist für die Innenseite des Schichtverbunds ein Material mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt als für die Außenseite des Schichtverbunds. Dies resultiert in einer Wölbung des Flügelelements bei Erwärmung, bei der sich zumindest ein Rand des Flügelelements von der Felge abhebt.
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Als Materialien kommen beispielsweise für die erste, sich stärker ausdehnende Schicht Kunststoffe, insbesondere Thermoplaste wie Polyamid, oder geeignete Duroplaste, aber auch geeignete Metalle infrage. Für die zweite, sich schwächer ausdehnende Lage hat sich eine Faserschicht bewährt, die aus Fasern mit möglichst geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie beispielsweise Kohlefasern, Glasfasern, Metallfasern oder anderen geeigneten anorganischen oder auch organischen Fasern besteht. Die Fasern können z. B. in Form eines Gewebes oder eines Geleges vorliegen. Das Gelege kann als unidirektionales, als bidirektionales oder als multidirektionales Gelege ausgeführt sein. Durch die Art des Fasergeleges lässt sich die temperaturabhängige Verformung des Schichtverbundes gezielt beeinflussen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schichtverbund eine Kunststoffschicht, die an eine Faserschicht angegossen oder angespritzt ist. Derartige Schichtverbände sind auch als Organoblech bekannt. Sie lassen sich fertigen, indem ein Gewebe oder Gelege beispielsweise aus Kohlefasern in eine Spritzgussform eingelegt wird und diese dann mit dem Kunststoff, beispielsweise einem Polyamid, hinterspritzt wird. Auf diese Weise sind Flügelelemente in nahezu beliebigen Formen herstellbar. Die temperaturabhängige Formveränderung des Flügelelements ergibt sich bei dieser Bauweise ohne weiteres Zutun.
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Es wäre auch möglich, die einzelnen Schichten des Schichtverbunds getrennt zu fertigen und anschließend z. B. durch Kleben, Schweißen oder andere geeignete Techniken miteinander zu verbinden.
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In einer alternativen Ausführungsform besteht das Flügelelement insbesondere in der Dicke durchgehend über einen wesentlichen Teil aus einem einzigen Kunststoffmaterial, das sich bei Wärmezufuhr ausdehnt. Das Flügelelement wird dann beispielsweise an zwei entgegengesetzten Rändern wenigstens abschnittsweise fest mit der Felge verbunden, sodass sich das Flügelelement in der Mitte von der Felge axial weg wölbt, wenn sich das Kunststoffmaterial bei Wärmezufuhr ausdehnt. Ist beispielsweise das Kunststoffelement an drei Seiten befestigt, hebt sich durch die erzwungene Wölbung in der zweiten Form der freie Rand des Flügelelements von der Felge ab. Es wäre auch möglich, einen parallel zur Felge durchgehenden Spalt zu schaffen, indem das Flügelelement nur an zwei gegenüberliegenden Rändern an der Felge fest fixiert ist.
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Auch in dieser Ausführungsform ist die Verformung reversibel. Bei Absinken der Temperatur nimmt das Flügelelement seine erste Form wieder an.
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Die Verformung des Flügelelements kann auch durch einen Temperaturgradienten von dessen zur Bremsscheibe gerichteten Innenseite zu dessen von der Felge weg gerichteten Außenseite hervorgerufen werden. Auch in diesem Fall ist es möglich, das Flügelelement durchgehend aus einem einzigen Werkstoff mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten herzustellen. Aufgrund der hohen Temperatur, die an der zur Bremsscheibe gerichteten Innenseite herrscht, dehnt sich das Flügelelement an dieser Seite stärker aus als an der erheblich kühleren Außenseite. Um den Temperaturunterschied zwischen den entgegengesetzten Seiten des Flügelelements noch zu verstärken, kann zwischen der Innenseite und der Außenseite ein Luftspalt oder ein Isoliermaterial vorgesehen sein.
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In einer anderen möglichen Variante weist das Flügelelement wenigstens abschnittsweise eine Formgedächtnislegierung aus Kunststoff (sogenannte Formgedächtnispolymere) auf, die bei unterschiedlichen Temperaturen die erste und die zweite Form des Flügelelements mitbestimmt.
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Es ist möglich, das Flügelelement so auszubilden, dass der Übergang von der ersten zur zweiten Form und zurück durch eine kontinuierliche Formänderung erfolgt, wobei eine höhere Temperatur auch einen höheren Grad der Verformung zur Folge hat.
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Alternativ kann das Flügelelement aber auch wenigstens abschnittsweise bistabil ausgebildet sein, sodass es bei Überschreiten einer Grenztemperatur von der ersten Form in die zweite Form umschnappt. Wird die Grenztemperatur wieder unterschritten, wechselt die Form erneut von der zweiten zur ersten Form. Ein solches bistabiles Element ergibt sich beispielsweise durch eine entsprechende Formgebung, Vorspannung und Fixierung von Randbereichen des Flügelelements. In diesem Fall nimmt das Flügelelement im Wesentlichen nur die erste und die zweite Form an, wobei Zwischenformen nur kurzzeitig durchlaufen werden. Der Vorteil einer bistabilen Form liegt darin, dass immer eine definierte Belüftung gewährleistet ist, da der Abstand des Flügelelements von der Felge nach Überschreiten der jeweiligen Grenztemperatur temperaturunabhängig ist.
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Es ist auch möglich, nur einen ersten Abschnitt des Flügelelements, der an der Felge fixierbar ist, bistabil auszubilden, und einen zweiten Abschnitt des Flügelelements dagegen so auszubilden, dass er sich bei Wärmeeinwirkung kontinuierlich verformt und auf den bistabilen Abschnitt zum Umschnappen einwirkt. In diesem Fall kann im Wesentlichen das restliche Flügelelement aus einem Schichtverbund oder auch einem sich bei Wärmeeinwirkung ausdehnenden Kunststoffmaterial bestehen. Der bei Wärmeeinwirkung verformbare Abschnitt des Flügelelements wirkt dann als in das Flügelelement integrierter Aktuator für den bistabilen Abschnitt, wobei bei einer bestimmten erreichten Verformung, entsprechend einer bestimmten Grenztemperatur, die auf den bistabilen Abschnitt wirkende Kraft ausreicht, um ein Umschnappen von der ersten in die zweite bzw. von der zweiten in die erste Form zu bewirken.
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Ist die Felgenabdeckung an einem Fahrzeugrad montiert, ist der sich zwischen der Felge und dem Flügelelement ausbildende Spalt in einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen in Radialrichtung ausgerichtet und entgegen der Laufrichtung des Fahrzeugrads bei der Vorwärtsfahrt geöffnet. Das Flügelelement kann sich in der zweiten Form entlang seiner gesamten radialen Länge von der Felge abheben, um einen möglichst großen Luftspalt zu realisieren.
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Es ist natürlich auch möglich, den Spalt in Umfangsrichtung des Fahrzeugrades auszubilden. Dies kann in einigen Fällen aerodynamisch von Vorteil sein. Auch eine Öffnung des Luftspalts in Laufrichtung ist in besonderen Fällen denkbar.
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Vorzugsweise sind mehrere Flügelelemente vorgesehen, die beispielsweise sämtliche Speichenzwischenräume der Felge abdecken.
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In einer möglichen Ausführungsform weist eine Felgenabdeckung mehrere Flügelelemente auf, die an einem an der Fahrzeugfelge anzubringenden Fixierabschnitt angeordnet sind. Der Fixierabschnitt wird fest an der Felge angebracht, wie dies von einer herkömmlichen Radkappe bekannt ist. Beispielsweise kann der Fixierabschnitt radial innen liegen, und die Flügelelemente können über dessen Umfang verteilt angeordnet sein. Der Fixierabschnitt ist dabei vorzugsweise nicht temperaturabhängig verformbar ausgebildet.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist eine Felgenabdeckung aus mehreren einzelnen, separaten Flügelelementen gebildet, die jeweils über Befestigungsmittel an der Fahrzeugfelge angebracht werden können. Die Anbringung erfolgt vorzugsweise so, dass jedes Flügelelement einen Speichenzwischenraum der Felge wenigstens abschnittsweise überdeckt. In diesem Fall bleiben die Speichen der Felge vorzugsweise größtenteils sichtbar, jedoch werden in der ersten Form der Flügelelemente die Speichenzwischenräume vorteilhaft vollständig verschlossen, sodass sich eine aerodynamisch günstige Luftströmung über die Fläche der Felge ausbilden kann. Bei Temperaturerhöhung, beispielsweise einem Bremsvorgang, verformen sich die Flügelelemente über den Speichenzwischenräumen so, dass ein Spalt entsteht, durch den Luft durch die Felge strömen kann.
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Um die Flügelelemente auch bei Temperaturen unterhalb normaler Umgebungstemperaturen definiert in ihrer Normallage zu halten, können beispielsweise Anlageflächen für das Flügelelement an der Felge vorgesehen sein, die eine unerwünschte Verformung des Flügelelements verhindern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein herkömmliches Fahrzeugrad mit einer Fahrzeugfelge;
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2 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad mit einer erfindungsgemäßen Felgenabdeckung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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3 die Felgenabdeckung aus 2 in einer schematischen perspektivischen Ansicht von der Vorderseite;
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4 die Felgenabdeckung aus 3 von der Rückseite;
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5 eine erfindungsgemäße Felgenabdeckung in einer zweiten Ausführungsform;
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6 eine erfindungsgemäße Felgenabdeckung gemäß einer dritten Ausführungsform;
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7 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad mit einer erfindungsgemäßen Felgenabdeckung gemäß einer vierten Ausführungsform;
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8 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad mit einer erfindungsgemäßen Felgenabdeckung gemäß einer fünften Ausführungsform; und
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9 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad mit einer erfindungsgemäßen Felgenabdeckung gemäß einer sechsten Ausführungsform.
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In den Figuren ist bei mehrfach auftretenden Bauteilen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht jedes der Bauteile mit allen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein herkömmliches bekanntes komplettes Fahrzeugrad 10 mit einem Reifen 12, der auf eine Fahrzeugfelge 14 aufgezogen ist. Die Fahrzeugfelge 14 weist hier sechs radial verlaufende Speichen 16 auf, die durch Speichenzwischenräume 18 voneinander beabstandet sind.
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Die Felge 14 kann als sichtbare Alufelge ausgebildet sein, wobei die in 1 dargestellte Ansicht die von außen sichtbare Seite des Fahrzeugrades 10 zeigt.
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Im Bereich der Radachse sind in der Felge 14 Verschraubungsöffnungen 20 vorgesehen, an denen beispielsweise eine herkömmliche Radkappe befestigbar wäre.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad 100 gezeigt, bei dem die Felge 14 teilweise von einer an der Felge 14 befestigten Felgenabdeckung 22 bedeckt ist.
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Die stufenförmige Felgenabdeckung 22 weist mehrere, hier z. B. sechs Flügelelemente 24 auf. Jedes der Flügelelemente 24 hat in diesem Beispiel eine annähernd trapezförmige Gestalt mit abgerundeten Ecken. Die Flügelelemente 24 sind gleichmäßig über den Umfang eines zentralen Fixierabschnitts 26 verteilt und über ihre Schmalseiten einstückig mit dem Fixierabschnitt 26 verbunden.
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Ist die Felgenabdeckung 22 an der Felge 14 montiert, so liegen die Flügelelemente 24 über den Speichenzwischenräumen 18 und können diese im gezeigten Beispiel vollständig überdecken.
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3 zeigt die Felgenabdeckung 22 von der Vorderseite, die die Sichtseite bildet. In 4 ist die Felgenabdeckung 22 von der Rückseite gezeigt, mit der sie an der Felge 14 fixierbar ist. Hierzu sind Befestigungsstifte 28 am Fixierabschnitt 26 vorgesehen, die in die Verschraubungsöffnungen 20 der Felge 14 eingreifen.
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In diesem Beispiel ist außerdem an jedem der Flügelelemente 24 ein Verrastelement 30 angeordnet, das jeweils an eine der Speichen 16 der Felge 14 angeclipst werden kann, um jedes Flügelelement 24 an einer der Speichen 16 zu arretieren. Die Verrastelemente 30 sind von der Mittellinie (bezogen auf die Radialrichtung) des jeweiligen Flügelelements 24 heraus an den Rand versetzt, sodass jeweils ein entgegengesetzter Rand 32 jedes Flügelelements frei beweglich ist.
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Der Fixierabschnitt 26 der Felgenabdeckung 22 bzw. die jeweiligen fixierten Ränder jedes der Flügelelemente 24 können auch mit der Felge 14 verklebt werden.
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Jedes der Flügelelemente 24 ist so ausgebildet, dass es bei Wärmeeinwirkung reversibel verformbar ist.
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Unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur, beispielsweise bei normalen Umgebungstemperaturen, nimmt es eine erste, vorzugsweise ebene Form ein (siehe beispielsweise 3), in der es den zugehörigen Speichenzwischenraum 18 der Felge 14 praktisch vollständig abdeckt und so abschließt, dass in axialer Richtung keine wesentliche Luftströmung durch die Felge 14 erfolgt. Das Fahrzeugrad 10 erhält so eine aerodynamisch günstige Form.
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Bei einer erhöhten Temperatur, beispielsweise beim oder nach dem Bremsen, wo hohe Bremsscheibentemperaturen auftreten, erwärmen sich die Flügelelemente 24 und verformen sich in eine zweite Form, die in 2 gezeigt ist. In diesem Beispiel hebt sich der freie Rand 32 jedes der Flügelelemente 24 axial von der Felge 14 ab, sodass in Radialrichtung ein Luftspalt 33 zwischen dem Flügelelement 24 und der Felge 14 entsteht, durch den eine Luftströmung durch die Felge 14 zur Kühlung der Bremse möglich ist.
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Im gezeigten Beispiel hebt sich der gesamte radiale Rand 32 über die gesamte radiale Länge des Flügelelements 24 von der Felge 14 ab. Der so entstehende Luftspalt 33 ist hier entgegen der Laufrichtung L des Fahrzeugrades 10 bei Vorwärtsfahrt geöffnet, um die Stabilität der Felgenabdeckung 22 zu erhöhen.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Felgenabdeckung 22', die aus mehreren (hier sechs) separaten Flügelelementen 24 besteht, die einzeln mit der Felge 14 verbunden werden. Die Verbindung kann beispielsweise über (hier nicht dargestellte) Verrastungselemente analog zu der eben beschriebenen Ausführungsform erfolgen. Die Funktion ist wie oben dargelegt: In der ersten Form verschließt jedes der Flügelelemente 24 den zugehörigen Speichenzwischenraum 18 der Felge 14, während sich bei Wärmeeinwirkung der freie Rand 32 jedes der Flügelelemente 24 von der Felge 14 abhebt und in der zweiten Form des Flügelelements 24 eine Luftströmung durch den jeweiligen Speichenzwischenraum 18 ermöglicht.
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6 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau einer Felgenabdeckung 22. Auch für die Ausführungsform der Felgenabdeckung 22' ist diese Konstruktion anwendbar.
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Jedes der Flügelelemente 24 besteht hier oder auch bei den anderen Ausführungsformen aus einem Schichtverbund mit einer außen liegenden Faserschicht 34 mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer innen liegenden Kunststoffschicht 36 mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten. In diesem Beispiel wird die Materialpaarung eines Kohlefasergewebes mit einer Polyamidschicht eingesetzt. Die Faserschicht 34 ändert ihre Form bei Wärmezufuhr in einem deutlich geringeren Ausmaß als die innere Kunststoffschicht 36. Infolgedessen verformt sich das gesamte Flügelelement 24, in diesem Fall, indem die Ränder des Flügelelements 24 bestrebt sind, sich nach außen aufzuwölben. Auf diese Weise lässt sich der Leitschaufeleffekt der in 2 gezeigten Felgenabdeckung 22 realisieren.
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Hier ist die gesamte Oberfläche jedes der Flügelelemente 24 von der äußeren Faserschicht 34 bedeckt, während die Innenseite jedes der Flügelelemente 24 vollständig aus der Kunststoffschicht 36 besteht.
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Andere Konstellationen wären auch denkbar, wobei es sich als günstig erwiesen hat, wenn ein wesentlicher Teil des Flügelelements 24 so ausgebildet ist, dass er sich bei Wärmezufuhr verformt.
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Der Fixierabschnitt 26 ist in diesem Beispiel ebenfalls aus Polyamid gebildet und bildet zusammen mit der inneren Kunststoffschicht 36 ein einstückiges Bauteil.
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Die Faserschicht 34 beschränkt sich jedoch auf die Fläche der Flügelelemente 24.
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Die in 6 dargestellte Felgenabdeckung 22 wird gefertigt, indem in eine Spritzgussform zunächst Kohlefasern beispielsweise in Form eines Kohlefasergewebes zur Bildung der Faserschicht 34 eingelegt werden und diese dann mit Polyamid hinterspritzt werden, um die Kunststoffschicht 36 zu erzeugen. Bei Spritzgussvorgang werden auch einstückig der Fixierabschnitt 26, die Befestigungsstifte 28 und die Verrastelemente 30 angeformt.
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Andere Materialpaarungen sind natürlich auch denkbar. Anstelle einer Kunststoffschicht lässt sich beispielsweise eine Aluminiumschicht oder eine Schicht eines anderen Metalls einsetzen, wenn dessen Wärmeausdehnungskoeffizient groß genug ist.
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Es ist auch möglich, für den Fixierabschnitt 26 ein anderes Material zu verwenden, das beispielsweise einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Kunststoffschicht 36 aufweist, da eine Verformung in diesem Bereich nicht notwendig ist. Jedoch ist auch die Verwendung eines Materials mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten möglich, da der Nabenbereich der Felge 14 deutlich weniger erwärmt wird als die Flügelelemente 24 über den Speichenzwischenräumen 18.
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Der Schichtverbund ist nicht auf zwei Lagen beschränkt. Gegebenenfalls können auch drei oder mehr Lagen aus jeweils unterschiedlichen oder sich abwechselnd wiederholenden Materialien vorgesehen sein, um die temperaturabhängige Formänderung zu optimieren.
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Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform ist das Flügelelement 24 so befestigt, dass ein Luftspalt 33 in Umfangsrichtung entsteht (siehe unteres Flügelelement 24 in 7; das obere Flügelelement 24 ist in seiner ersten Form dargestellt).
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Die Felge 14 ist in dieser und den folgenden Figuren nur angedeutet, kann aber genauso mit sechs Speichen 16 ausgebildet sein wie in den bisher beschriebenen Ausführungsformen. Genauso sind jeweils nur zwei Flügelelemente 24 dargestellt, es sind jedoch vorzugsweise so viele Flügelelemente 24 vorgesehen, wie Speichenzwischenräume 18 in der Felge 14 ausgebildet sind.
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An drei seiner vier Ränder 32, 40, 44 ist das Flügelelement 24 jeweils ganz oder abschnittsweise an der Felge 14 fixiert, sodass sich bei einer temperaturbedingten Verformung vorwiegend der freie Rand 40, der in Umfangsrichtung verläuft, von der Felge 14 abhebt.
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In diesem Beispiel bietet es sich an, das Flügelelement 24 aus einem Schichtverbund auszuführen, bei dem die äußerste Schicht einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, während die innere Schicht, die zur Felge 14 gerichtet ist, einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, sodass sich der freie Rand 40 von der Felge 14 weg krümmt.
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In einer anderen Ausführungsform sind die Flügelelemente 24 nicht aus einem Schichtverbund, sondern aus einem einzigen Material, insbesondere einem Kunststoff wie beispielsweise Polyamid, gefertigt. In diesem Fall wird ein Abschnitt des Randes des Flügelelements 24 fest mit der Felge 14 verbunden, um bei dessen Ausdehnung eine Wölbung und damit die Ausbildung eines Luftspalts 33 zu erzwingen.
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In 8 sind beispielsweise die in Radialrichtung entgegengesetzten Ränder 38, 40 des Flügelelements 24 fest an der Felge 14 fixiert.
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Das in 8 untere der Flügelelemente 24 ist in seiner ersten Form gezeigt, wo es einen der Speichenzwischenräume 18 vollständig überdeckt.
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Das in 8 obere der Flügelelemente 24 ist in seiner zweiten Form dargestellt, wo sich der Bereich zwischen den Rändern 38, 40 axial nach außen aufgewölbt und sich der freie Rand 32 von der Speiche 16 abgehoben hat. So entsteht ein Luftspalt 33, durch den Luft durch den darunter liegenden Speichenzwischenraum 18 strömen kann.
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Es ist möglich, auch den dem Rand 32 gegenüberliegenden Rand 44 des Flügelelements 24 an der Felge 14 zu fixieren, es wäre jedoch auch möglich, auch hier einen Luftspalt entstehen zu lassen.
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Die Fixierung der Ränder 38, 40 und eventuell 44 des Flügelelements 24 kann über die ganze Länge erfolgen oder punktuell durch Befestigungen 46 beispielsweise durch Schrauben, Klipse oder Nieten (siehe 9).
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In 9 ist eine alternative Form für die Flügelelemente 24 einer Felgenabdeckung 22'' dargestellt. Die Flügelelemente 24 sind hier dreieckig ausgebildet. Jede Ecke des Dreiecks ist über eine Befestigung 46 fest mit der Felge 14 verbunden.
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Der freie Rand 50 und damit der Luftspalt 33 ist einmal in Laufrichtung L des Rades 100 und einmal entgegen der Laufrichtung L gerichtet, sodass eine starke Luftdurchströmung der Felge 14 erreicht werden kann.
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Im Beispiel der 9 ist jedes der Flügelelemente 24 als bistabiles Element ausgebildet, das im Wesentlichen nur seine erste und seine zweite Form einnehmen kann und zwischen diesen beiden Formen schlagartig umschnappt, wenn eine gewisse Vorspannung in Richtung der jeweiligen Form erreicht ist. Die notwendige Vorspannung lässt sich beispielsweise durch eine entsprechende Formgebung und die Verwendung eines Materials mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, eventuell wie oben beschrieben auch einem Schichtverbund, für das Flügelelement 24 erreichen.
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Es ist auch möglich (hier nicht dargestellt), nur einen Abschnitt des Flügelelements 24 als bistabiles Element auszubilden und den Rest des Flügelelements 24 wie beschrieben temperaturabhängig formveränderlich zu gestalten. In diesem Fall dient der temperaturabhängig formveränderliche Abschnitt des Flügelelements als Aktuator für den bistabilen Abschnitt und bringt diesen bei einer bestimmten Grenztemperatur zum Umschnappen von der ersten in die zweite Form bzw. zurück von der zweiten in die erste Form. Die Grenztemperaturen für den Formwechsel können gleich oder unterschiedlich sein.
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Es wäre auch möglich bei der Verwendung eines bistabilen Flügelelements 24 dieses zusätzlich mit einem Aktuator beispielsweise in Form eines Drahtes aus einer Formgedächtnislegierung zu versehen. Bei Erwärmung verändert ein derartiger Draht seine Form bei Überschreiten einer bestimmten Grenztemperatur zu einer vordefinierten zweiten Form, was ausgenutzt werden kann, um das bistabile Element des Flügelelements 24 in seine zweite Form umschnappen zu lassen. Auch dieser Vorgang ist bei sinkender Temperatur reversibel.
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Alternativ wäre es auch möglich, beispielsweise einen Piezoaktor mit dem bistabilen Abschnitt des Flügelelements 24 zu verbinden, der die Umschnappbewegung initiiert.
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Ein bistabiler Abschnitt lässt sich in das Flügelelement 24 integrieren, indem beispielsweise ein bistabiles Element aus einem dünnen Metallblech beim Spritzgießen des Flügelelements 24 bzw. der gesamten Felgenabdeckung 22 mit in das Bauteil eingegossen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011104264 A1 [0004]
