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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leichtmetallrad für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
DE 101 58 408 A1 befasst sich mit einer Radscheibe einer Radfelge eines Kraftfahrzeuges. Über Radspeichen ist ein zentrumsnaher Bereich mit einem radial außenseitigen Bereich verbunden. Dabei offenbart die
DE 101 58 408 A1 , dass in einer Gruppe von drei Speichen zwei Speichen eine geringere Breite aufweisen als die dritte Speiche, wobei ein Flankenwinkel stets gleich bleibt.
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Die im Internet unter http://www.lowesoflarne.co.uk/accessory/1 archiviert am 02.März 2013 unter https://web.archive.org abrufbare Veröffentlichung BMW 18" MV 3 zeigt eine Radfelge mit einer Vielzahl von Speichen. Dabei sind eine Mehrzahl an Doppelspeichen und schlanken Einzelspeichen vorgesehen. Die schlanken Einzelspeichen sind zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Doppelspeichen angeordnet. Die Speichen sind an ihrer Außenseite unterschiedlich gestaltet; Die Doppelspeichen sind erkennbar unterschiedlich zur schlanken Einzelspeiche.
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Eingangs genannte aus Leichtmetalllegierungen, zum Beispiel Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, gegossene Leichtmetallräder sind in vielen Ausgestaltungen bekannt. Sie umfassen eine den Reifen aufnehmende Radfelge und mehrere die Radfelge mit einem Radflansch verbindende Radspeichen. Der Radflansch dient der Befestigung des Rads über Radbolzen mit der Nabe des Kraftfahrzeugs. Die Leichtmetallräder werden bei ihrem Einsatz durch an- und abschwellende dynamische Biege- und Torsionskräfte belastet. Die Querschnitte der Radspeichen müssen entsprechend diesen Belastungen dimensioniert werden. Daneben spielen die Erzielung eines geringen Gewichts, die Einhaltung gewünschter NVH-Eigenschaften (Noise, Vibration, Harshness) und nicht zuletzt die Schaffung eines ansprechenden Aussehens bei derartigen Leichtmetallrädern ebenfalls wesentliche Rollen.
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So wird gewöhnlich ein Leichtmetallrad mit einer hohen Anzahl an Radspeichen visuell als ansprechender Empfunden als ein Rad mit einer geringen Anzahl an Radspeichen. Eine hohe Anzahl an Radspeichen führt jedoch im Vergleich zu einem Leichtmetallrad mit demselben Gewicht und weniger Radspeichen zu einer Absenkung der Eigenfrequenz des Leichtmetallrads und damit zu ungünstigeren NVH-Eigenschaften. Beispielsweise weist ein Leichtmetallrad mit zehn Radspeichen eine niedrigere Eigenfrequenz auf als ein Leichtmetallrad mit lediglich fünf Radspeichen bei gleichem Gewicht. Eine niedrigere Eigenfrequenz des Leichtmetallrads verursacht jedoch die Erzeugung lauterer, von den Insassen des Kraftfahrzeugs wahrgenommener Geräusche, was unerwünscht ist. Dementsprechend wird zur Erzielung guter NVH-Eigenschaften eine möglichst hohe Eigenfrequenz des Leichtmetallrads angestrebt. Zudem sind bei Leichtmetallrädern mit einer hohen Anzahl an Radspeichen die Querschnitte der Radspeichen gewöhnlich relativ klein, was zu einer Beeinträchtigung der Radsteifigkeit führt.
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Zur Erhöhung der Eigenfrequenz eines Rads mit einer Radfelge und mehreren, die Radfelge mit einem Radflansch verbindenden Radspeichen schlägt die
JP 2006 -
347 477 A vor, die Dicke jeder Radspeiche in einem mittleren Abschnitt im Vergleich zu einem Endabschnitt zu verringern.
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Dasselbe Ziel verfolgend offenbart die
JP 2006 -
347 476 A denselben Ansatz bei einem Rad, das anstelle von Radspeichen eine die Radfelge mit dem Radflansch verbindende Radscheibe aufweist. Die Dicke der Radscheibe verringert sich in radialer Richtung von dem Radflansch zur Radfelge.
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Weitere gewichtsreduzierende Maßnahmen an jeder Radspeiche eines Leichtmetallrads beschreiben die
JP 2003 -
306 001 A und die
JP 2012 -
40 903 A .
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Leichtmetallrad für ein Kraftfahrzeug mit geringem Gewicht anzugeben, das trotz einer hohen Anzahl an Radspeichen eine hinreichend hohe Steifigkeit und gute NVH-Eigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Leichtmetallrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Leichtmetallrad für ein Kraftfahrzeug eine über Radspeichen mit dem Radflansch verbundene Radfelge, wobei Radspeichen innenseitig eine Materialauffüllung aufweisen und so eine höhere Masse aufweisen als die übrigen Radspeichen, wobei die höhere Masse der Radspeichen durch eine Massenreduzierung der übrigen Radspeichen wenigstens teilweise kompensiert ist, wobei die Radspeichen innenseitig eine unterschiedliche Ausgestaltung außenseitig jedoch eine identische Ausgestaltung aufweisen. Mit anderen Worten weisen bei dem erfindungsgemäßen Leichtmetallrad nicht alle Radspeichen dieselbe Masse auf, so dass Radspeichen vorhanden sind, die eine geringere Masse aufweisen als die übrigen Radspeichen. Hierdurch werden die Eigenfrequenz und die Steifigkeit des Leichtmetallrads erhöht. Die Eigenfrequenz des erfindungsgemäßen Leichtmetallrads erhöht sich, da der Einfluss der in ihrer Masse verringerten Radspeichen auf die Eigenfrequenz des Leichtmetallrads verringert wird und sich das erfindungsgemäße Leichtmetallrad bezüglich seiner NVH-Eigenschaften so darstellt, als wäre es mit einer geringeren Anzahl an Radspeichen ausgestattet, nämlich lediglich den Radspeichen mit höherer Masse. Durch die höhere Masse der Radspeichen vergrößert sich gleichzeitig deren Steifigkeit, wodurch auch das erfindungsgemäße Leichtmetallrad insgesamt an Steifigkeit gewinnt.
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Gemäß der Erfindung ist die höhere Masse der Radspeichen durch eine Massenreduzierung der übrigen Radspeichen wenigstens teilweise kompensiert. Hierbei ist zu verstehen, dass in vorteilhafter Weise die Gesamtmasse des erfindungsgemäßen Leichtmetallrads gegenüber einem herkömmlichen Leichtmetallrad, bei dem alle Radspeichen dieselbe Masse aufweisen, im Wesentlichen gleich bleibt. Mit anderen Worten kann die Masse, die den Radspeichen mit höherer Masse zugeschlagen wird, im Wesentlichen oder wenigstens teilweise den Radspeichen mit geringerer Masse entnommen werden, so dass sich das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Leichtmetallrads von einem herkömmlichen Leichtmetallrad nicht oder nur geringfügig unterscheidet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine geradzahlige Anzahl an Radspeichen vorgesehen, wobei eine erste Hälfte der Radspeichen eine höhere Masse aufweist als die übrige, zweite Hälfte der Radspeichen. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl der bezüglich der NVH-Eigenschaften des Leichtmetallrads im Wesentlichen wirksamen Radspeichen halbieren. Mit anderen Worten weist das Leichtmetallrad NVH-Eigenschaften auf, die im Wesentlichen einem Leichtmetallrad mit der halben Anzahl an Radspeichen entsprechen, nämlich lediglich denjenigen mit höherer Masse, wodurch sich folglich die Eigenfrequenz des Leichtmetallrads vergrößern lässt.
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Zur Erzielung eines symmetrischen Aufbaus sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Radspeichen mit höherer Masse dieselbe Masse aufweisen und die Radspeichen mit geringerer Masse dieselbe Masse aufweisen.
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Weiterhin bevorzugt sind die Radspeichen mit höherer Masse und die Radspeichen mit geringerer Masse gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in Umfangsrichtung des Radflansches abwechselnd angeordnet. Auf diese Weise sind die im Wesentlichen die dynamischen Lasten aufnehmenden Radspeichen mit höherer Masse gleichmäßig um das Leichtmetallrad verteilt.
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Für ein ansprechendes Aussehen des Leichtmetallrads sind gemäß der Erfindung alle Radspeichen auf einer im montierten Zustand am Kraftfahrzeug sichtbaren Außenseite identisch ausgestaltet. Mit anderen Worten lässt sich auf der sichtbaren Außenseite des Leichtmetallrads nicht erkennen, welche Radspeiche eine höhere Masse und welche Radspeiche eine geringere Masse aufweist, so dass der optische Gesamteindruck des Leichtmetallrads nicht beeinträchtigt wird. Wenn überhaupt, dann lassen sich die in ihrer Masse unterschiedlich ausgestalteten Radspeichen allenfalls auf der dem Kraftfahrzeug in einem montierten Zustand zugewandten Innenseite des Leichtmetallrads identifizieren, weil sie beispielsweise unterschiedliche Materialdicken, Wandstärken, Querschnitte und dergleichen aufweisen.
- 1 zeigt eine Innenansicht eines Leichtmetallrads nach dem Stand der Technik. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
- 2 eine Innenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Leichtmetallrads,
- 3 eine Innenansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Leichtmetallrads,
- 4 eine Innenansicht eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Leichtmetallrads und
- 5 eine Innenansicht eines vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Leichtmetallrads.
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In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt schematisch eine Innenansicht eines Leichtmetallrads 1 nach dem Stand der Technik. Allgemein ist die Innenseite des Leichtmetallrads 1 im Gegensatz zur Außenseite die dem Kraftfahrzeug im montierten Zustand zugewandte Seite des Leichtmetallrads 1. Das Leichtmetallrad 1 umfasst im Wesentlichen eine Radfelge 2, an welcher der in 1 nicht dargestellte Reifen befestigt wird, und einen Radflansch 3, über welchen das Leichtmetallrad 1 mittels Radbolzen (nicht dargestellt) an einer ebenfalls nicht dargestellten Nabe eine Kraftfahrzeugs angebracht wird. Die Radfelge 2 ist mit dem Radflansch 3 über mehrere, insbesondere bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt zehn, Radspeichen 4 verbunden, die sich im Wesentlichen von dem Radflansch 3 zur Radfelge 2 in radialer Richtung erstrecken. In 1 ist deutlich zu erkennen, dass alle Radspeichen 4 des Leichtmetallrads 1 dieselbe Ausgestaltung und somit auch dieselbe Masse aufweisen. Das Leichtmetallrad 1 weist eine Eigenfrequenz von etwa 350 Hz bei einem Gesamtgewicht von etwa 7,9 kg auf.
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2 stellt eine Innenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Leichtmetallrads 5 dar. Der Wesentliche Unterschied des Leichtmetallrads 5 zum in 1 dargestellten Leichtmetallrads 1 liegt in der Ausgestaltung der Radspeichen 4. Bei genauer Betrachtung umfasst das in 2 gezeigte Leichtmetallrad 5 zwei verschiedene Arten von Radspeichen 4, nämlich fünf Radspeichen 6 mit höherer Masse im Vergleich zu fünf Radspeichen 7 mit geringerer Masse. Im Wesentlichen weisen beide Arten von Radspeichen 6 und 7 einen u-förmigen Querschnitt auf, wobei jedoch die Radspeichen 6 mit höherer Masse eine wesentlich dickere Wandstärke aufweisen als die Radspeichen 7 mit geringerer Masse. Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Radspeichen 6 und 7 in Umfangsrichtung um den Radflansch 3 abwechselnd angeordnet. Des Weiteren weisen alle Radspeichen 6 denselben Aufbau und damit im Wesentlichen dieselbe Masse auf. In derselben Weise weisen alle Radspeichen 7 ebenfalls denselben Aufbau und damit ebenfalls dieselbe Masse auf. Auf diese Weise ergibt sich ein vollkommen symmetrischer Aufbau des Leichtmetallrads 5. Das in 2 dargestellte Leichtmetallrad 5 weist eine Eigenfrequenz von etwa 338,7 Hz bei einem Gesamtgewicht von etwa 7,35 kg auf. Die Verringerung der Eigenfrequenz im Vergleich zu dem 1 dargestellten Leichtmetallrad 1 ist mit der Gewichtreduzierung von etwa 0,55 kg im Vergleich zum Leichtmetallrad 1 zu erklären.
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Eine hinsichtlich der NVH-Eigenschaften bereits leicht verbesserte Eigenfrequenz weist das in 3 dargestellt zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines Leichtmetallrads 8 auf. Es ist deutlich zu erkennen, dass das im Wesentlichen u-förmige Querschnittsprofil der Radspeichen 6 mit höherer Masse in dem radflanschseitigen Abschnitt mit Material ausgefüllt ist. Mit anderen Worten nimmt die Masse der Radspeichen 6 von radial außen nach radial innen zu. Die Eigenfrequenz des in 3 dargestellten Leichtmetallrads 8 beträgt etwa 340,4 Hz bei einem etwas höheren Gesamtgewicht als bei dem in 2 dargestellten Leichtmetallrad 5.
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Eine noch weitere Verbesserung der Eigenfrequenz wird erzielt, wenn die Massenverteilung der Radspeichen 6 mit höherer Masse entsprechend des in 4 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Leichtmetallrads 9 erfolgt. Diese verläuft im Prinzip genau umgekehrt zu der in 3 dargestellten Massenverteilung der Radspeichen 6 mit höherer Masse. Bei dem in 4 dargestellten Leichtmetallrad 9 nimmt die Masse der Radspeichen 6 von radial innen nach radial außen zu. Die Eigenfrequenz des Leichtmetallrads 9 beträgt etwa 357,3 Hz.
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5 stellt ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Leichtmetallrads 10 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das ursprüngliche, im Wesentlichen u-Förmige Querschnittsprofil der Radspeichen 6 mit höherer Masse vollständig mit Material ausgefüllt, wohingegen die Radspeichen 7 mit geringerer Masse auf der dargestellten Innenseite des Leichtmetallrads 10 im Wesentlichen hohl ausgebildet sind. Im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Leichtmetallrad 1 nach dem Stand der Technik ist auf diese Weise der Materialzuschlag bei den Radspeichen 6 mit höherer Masse vollständig durch die Materialreduzierung bei den Radspeichen 7 mit geringerer Masse kompensiert. Die Eigenfrequenz des Leichtmetallrads 10 beträgt etwa 372,8 Hz bei einem Gesamtgewicht von etwa 7,9 kg. Es ist zu erkennen, dass, obwohl das Leichtmetallrad 10 dasselbe Gesamtgewicht aufweist wie das Leichtmetallrad 1 nach dem Stand der Technik, die Eigenfrequenz des Leichtmetallrads 10 gegenüber der Eigenfrequenz des Leichtmetallrads 1 nach dem Stand der Technik deutlich vergrößert ist und das Leichtmetallrad 10 somit wesentlich bessere NVH-Eigenschaften aufweist.
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Obwohl die Radspeichen 6 und 7 bei den in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen auf der Innenseite des jeweiligen Leichtmetallrads 5, 8, 9 bzw. 10 eine unterschiedliche Ausgestaltung aufweisen, ist zu verstehen, dass die Radspeichen 6 und 7 bevorzugt auf der Außenseite des jeweiligen Leichtmetallrads 5, 8, 9 bzw. 10 eine identische Ausgestaltung derart aufweisen, dass sie optisch nicht voneinander zu unterscheiden sind. Hierdurch lässt sich ein ansprechendes Aussehen der Leichtmetallräder 5, 8, 9 bzw. 10 erzielen.
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Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Leichtmetallräder sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen.
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In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße Leichtmetallrad an einem Kraftfahrzeug verwendet.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Leichtmetallrad nach Stand der Technik
- 2
- Radfelge
- 3
- Radflansch
- 4
- Radspeichen
- 5
- Leichtmetallrad
- 6
- Radspeiche mit hoher Masse
- 7
- Radspeiche mit geringer Masse
- 8
- Leichtmetallrad
- 9
- Leichtmetallrad
- 10
- Leichtmetallrad
