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Die Erfindung betrifft eine Radkappe oder eine Abdeckung für den Zwischenraum von Rad-Speichen eines Fahrzeugrades, (jeweils) mit zumindest einem Flügelelement, welches temperaturabhängig wenigstens eine erste Form und eine zweite Form einnehmen kann und wobei zumindest ein Teil des Flügelelements derart ausgebildet ist, dass es sich bei Wärmezufuhr zumindest annähernd axial weggerichtet vom Rad oder den Rad-Speichen verformt, wofür zumindest ein Teil des Flügelelements als Schichtverbund aus Materialien mit unsymmetrischem oder ungleichem Wärmeausdehnungsverhalten ausgebildet ist. Alternativ betrifft die Erfindung ein entsprechend gestaltetes Fahrzeug-Rad mit Speichen, an welchem zumindest ein Flügelelement zur zumindest teilweisen Abdeckung eines Speichen-Zwischenraumes vorgesehen ist, d.h. in diesem Falle wäre ein sog. Flügelelement auf geeignete Weise an der landläufig auch sog. Felge (korrekt am Rad) angebunden. Zum Stand der Technik wird auf unsere
DE 10 2013 222 044 A1 verwiesen, deren Inhalt durch Referenzierung auf diese Schrift auch Inhalt der vorliegenden Anmeldung sein soll.
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In der genannten Schrift ist eine dort sog. Felgenabdeckung zur Optimierung der Umströmung der Felge (eigentlich korrekt des Rades) eines (insbesondere zweispurigen) Fahrzeugs und damit einhergehender Reduktion des Luftwiderstandes und somit einer Kraftstoffreduktion bzw. Reichweitenerhöhung vorgestellt. Hierbei deckt ein Flügelelement den Speichen-Zwischenraum zwischen den Rad-Speichen wenigstens teilweise oder sogar vollständig ab und ist dabei geeignet am Fahrzeug-Rad befestigt. Da aber eine auf der Rad-Innenseite, d.h. auf der der Fahrzeug-Mitte zugewandten Seite des Rades liegende Bremse bei intensiverer Nutzung gekühlt werden muss, wird - in Abhängigkeit von der Temperatur der Reibungsbremse, genauer von der Temperatur in deren direkter Umgebung - die besagte Abdeckung selbsttätig geöffnet, um Wärme abfließen bzw. einen Kühlluftstrom zwischen den Rad-Speichen hindurch zur Bremse gelangen zu lassen. Diese selbsttätige Öffnungsbewegung nutzt den bekannten Thermo-Bimetall-Effekt, wofür das besagte Flügelelement als Schichtkörper mit Kunststoffanteil und Faserverstärkung, so bspw. als ein Organoblech, ausgebildet ist. Ein ungleiches Wärmeausdehnungsverhalten der einzelnen Schichten führt dann zu einer Wölbung des zunächst annährend ebenen Flügelelements, d.h. zu dessen zumindest annährend axial vom Rad weg gerichteten Verformung, wodurch ein Speichen-Zwischenraum zumindest teilweise frei gelegt wird und somit ein Durchtritt von Kühlluft für die Bremse ermöglicht wird.
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Es hat sich gezeigt, dass mit einer solchen bekannten Abdeckung tatsächlich eine gewünschte temperaturabhängige Verformung der (mehreren) Flügelelemente darstellbar ist, jedoch befindet sich das Flügelelement oftmals und somit öfter als eigentlich erforderlich wäre in einer teilweise geöffneten Position, d.h. es nimmt das Flügelelement auch dann, wenn es eigentlich eine im wesentlichen ebene Gestalt aufweisen (und damit die Speichenzwischenräume abdecken) sollte, bereits eine geringfügig gewölbte Form an.
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Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und ist für eine Radkappe oder ein Rad-Abdeckelement bzw. ein Fahrzeug-Rad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der oder einer zur Fahrzeug-Mitte hin gerichteten inneren Materialschicht (des Flügelelements) und der oder einer von der Fahrzeug-Mitte weg gerichteten äußeren Materialschicht (des Flügelelements) zumindest eine Wärmeisolationsschicht vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß weist das weiterhin sandwichartig und somit aus mehreren Materialschichten aufgebaute Flügelelement zumindest eine Wärmeisolationsschicht auf, welche eine nennenswert wärmeisolierende Wirkung besitzt. Die einzelnen Schichten des Flügelelements sind - ebenso wie das Flügelelement selbst - im Einbauzustand am Fahrzeug zumindest annährend vertikal ausgerichtet, d.h. sie liegen zumindest näherungsweise parallel zur Längs-Symmetrieebene des Fahrzeugs, welche die Längsmittelachse des Fahrzeugs enthält und sich in Vertikalrichtung erstreckt. Erfindungsgemäß ist nun zwischen (zumindest) einer bezüglich des Fahrzeugs inneren Schicht, welche also der Längs-Symmetrieebene des Fahrzeugs näher zugewandt ist als eine bezüglich des Fahrzeugs äußere und somit von der Längs-Symmetrieebene des Fahrzeugs weiter beabstandete Schicht, und einer bzw. der zumindest einen äußeren Schicht die (bzw. zumindest eine) sog. Wärmeisolationsschicht vorgesehen. Diese verhindert aufgrund ihrer wärmeisolierenden Wirkung einen nennenswerten Wärmeübergang von der/einer fahrzeug-inneren Schicht zu der bzw. einer fahrzeug-äußeren Schicht des Flügelelementes.
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Bei für einen ausreichenden Zeitraum abgestelltem Fahrzeug ist die Temperatur der (oder einer) fahrzeug-inneren Schicht des Flügelelements gleich der Temperatur der (oder einer) fahrzeug-äußeren Schicht des Flügelelements und gleich der Umgebungstemperatur, so dass das Flügelelement - jedenfalls bei geeigneter Fertigung - wie gewünscht eben ist. Erwärmt sich später im Fahrzeugbetrieb die Bremse des Rades, welches mit einer erfindungsgemäßen Abdeckung versehen ist, auf eine nennenswert höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur, so erwärmt bzw. erwärmen sich damit auch diejenige(n) Schicht bzw. Schichten des Flügelelements, welche auf der fahrzeuginneren Seite der genannten Wärmeisolationsschicht liegen, während die bezüglich der Wärmeisolationsschicht fahrzeug-äußeren Schichten des Flügelelements jedenfalls zunächst die Umgebungstemperatur beibehalten. Die damit signifikante TemperaturDifferenz im Flügelelement verstärkt die gewünschte Wirkung des Bimetalleffekts, so dass sich eine eindeutige und sichere Wölbung des Flügelelements, d.h. Verformung desselben in (bezüglich des Rades) axialer Richtung einstellt. Ein erfindungsgemäßes Flügelelement mit einer Wärmeisolationsschicht reagiert somit erheblich genauer auf Wärmeanfall an der Radbremse, während dann, wenn das Fahrzeug für eine gewisse Zeit abgestellt und somit die Temperatur an der dem Fahrzeug zugewandten Innenseite des Flügelelements im wesentlich gleich der Temperatur an der dem Fahrzeug abgewandten Außenseite des Flügelelements (und somit gleich der Umgebungstemperatur) ist, unabhängig von oder absoluten Höhe der Umgebungstemperatur das Flügelelement eben ist. Letzteres ist beim Stand nicht gewährleistet, da aufgrund der dort nicht vorgesehenen Wärmeisolationsschicht auch die Höhe der Umgebungstemperatur einen nennenswerten Einfluss auf das Verformungsverhalten des Flügelelements hat. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Wärmeisolationsschicht kann dieser Einfluss jedenfalls im für Kraftfahrzeuge relevanten Umgebungstemperaturbereich praktisch vollständig eliminiert werden.
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Was das Material der Wärmeisolationsschicht betrifft, so kann hierfür ein Werkstoff mit einem ausreichend niedrigen Wärmeleitkoeffizienten und/oder Wärmeübergangskoeffizienten gewählt werden. Was die die Materialien für die dieser Wärmeisolationsschicht benachbarten Schichten, also der dem Fahrzeug zugewandten Schicht oder Schichten und der dem Fahrzeug abgewandten Schicht oder Schichten an bzw. in einem erfindungsgemäßen Flügelelement betrifft, so können hierfür - wie im Stand der Technik vorgeschlagen, geeignete unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz kommen. Dies kann im Hinblick auf eine günstige Fertigung jedoch aufwändig sein, d.h. einen aufwändigeren Fertigungsprozess erfordern. Daher wird vorliegend weiter vorgeschlagen, zur Erzielung des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens zumindest annährend gleiche Materialien mit anisotropischer Wärmedehnung zu verwenden und diese mit entsprechend unterschiedlicher Ausrichtung zu verbauen.
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Insbesondere kann eine solche anisotropische Wärmedehung durch unterschiedliche Faserausrichtung in Kunststoffen mit im wesentlichen gleicher Matrix erzielt werden. So können die im Einbauzustand des Flügelelementes im Fahrzeug in Fahrzeug-Fahrtrichtung betrachtet links und rechts der Wärmeisolationsschicht(en) liegenden Schichten einen gleichen oder zumindest ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen und bei der Konzeption als Faserverbundbauteil einen symmetrischen bzw. annähernd symmetrischen Lagenaufbau besitzen, jedoch in FahrzeugQuerrichtung betrachtet um beispielsweise 90° gegeneinander verdreht verbaut sein. Die längeren Endlosfasern der bezüglich der Wärmeisolationsschicht äußeren Schichten können dann bspw. im Wesentlichen in Radialrichtung des Rades verlaufen, während die bezüglich der Wärmeisolationsschicht inneren Schichten des Flügelelements dann bspw. im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Rades ausgerichtet sein können. Damit ergibt sich typischerweise ein (bezüglich der erfindungsgemäßen Wärmeisolationsschicht) unsymmetrisches Wärmeausdehnungsverhalten. Ausdrücklich darauf hingewiesen sei jedoch, dass die vorstehend beispielhaft genannte Orientierung der Fasern linksseitig und rechtsseitig der Wärmeisolationsschicht auch anderweitig vorgesehen sein kann - insbesondere können sowohl linksseitig als auch rechtsseitig der Wärmeisolationsschicht solche Schichten nebeneinander liegenden vorgesehen sein, deren Faserverläufe in Rad-Achsrichtung betrachtet gegeneinander um bspw. 90° verdreht sind. Dies ist individuell für bestimmte Flügelelemente geeignet auszulegen.
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Es wird somit (als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung) für das Flügelelement (oder die mehreren Flügelelemente einer Radkappe oder dergleichen oder eines Rades) ein Schichtverbund vorgeschlagen, der aus einzelnen Schichten mit den gleichen Materialien besteht. All diese Schichten weisen den gleichen Aufbau sowie Materialien und daher die gleichen mechanischen sowie thermodynamischen Eigenschaften (z. B. Wärmeausdehnungskoeffizienten) auf. Jede Einzelschichten für sich alleine betrachtet besitzt anisotropische Eigenschaften insbesondere hinsichtlich der Wärmeausdehnung. So hat bspw. eine Lage aus unidirektionalem endlosfaserverstärkten Kunststoff quer zur Faserrichtung eine deutlich höhere Wärmeausdehnung als in Faserrichtung. Ist nun bei einem Schichtverbund aus bspw. zwei Lagen von unidirektionalem endlosfaserverstärkten Kunststoff eine Lage gegenüber der zweiten Lage um bspw. 90° verdreht gefügt, so liegt ein unsymmetrischer Schichtverbund mit unsymmetrischer Wärmeausdehnung vor. Bei entsprechender Temperatureinwirkung wird sich dann das Bauteil mit diesem beispielhaften 90%0° Schichtaufbau wie gewünscht verformen. Dabei sind die Werkstoffe und sogar die Materialien der einzelnen Schichten gleich, lediglich die Orientierungen der Schichten mit anisotropischen Eigenschaften sind unterschiedlich.
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Dabei kann nicht nur die Orientierung der Fasern hinsichtlich des gewünschten Formveränderungsverhaltens des Flügelelements geeignet angepasst werden, sondern bspw. auch Schichtdicke und die Anordnung der einzelnen Schichten. Insbesondere ist aufgrund der Verwendung der gleichen Materialien eine temperaturabhängige Verformung an einem Flügelelement darstellbar, welches einfachst gefertigt werden kann, nämlich in einem einzigen Fertigungsprozess praktisch in einem einzigen Werkzeug, ohne dass weitere Fügeprozesses wie bspw. Kleben oder Nieten zwischen den einzelnen Schichten erforderlich wären.
Und der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass ein erfindungsgemäßes Flügelelement im Herstellprozess wegen der dabei herrschenden höheren Temperaturen durchaus in gewölbter Form hergestellt werden kann oder muss, woraufhin sich dessen gewünschte ebene Form beim Abkühlen auf Umgebungstemperatur durch den integrierten Thermo-Bimetall-Effekt selbsttätig einstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013222044 A1 [0001]