DE102018128331B3

DE102018128331B3 - Mehrteiliges Rad für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018128331B3
Application number: DE102018128331.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Freiberger; Leonie van der Meulen; Stefan Schierz; Sven Bose; Tobias Peter; Henning Blumenthal
Original assignee: Otto Fuchs KG
Current assignee: Otto Fuchs KG
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2038-11-14

Abstract

Ein mehrteiliges Rad 1 für ein Fahrzeug umfasst eine Felge 3 und eine an die Felge 3 angeschlossene Radscheibe 2. Die Felge 3 und die Radscheibe 2 sind als separate Komponenten hergestellt, wobei die Felge 3 an ihrer Innenseite mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete erste Verbindungsstrukturelemente 17 und die Radscheibe 2 radial außenseitig einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungskranz oder mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Verbindungskranzsegmente 11 mit zweiten, mit den ersten Verbindungsstrukturelementen 17 zum Befestigen der Radscheibe 2 an der Felge zusammenwirkenden Verbindungsstrukturelementen 18 aufweisen, welche ersten und zweiten Verbindungsstrukturelemente 17, 18 in axialer Richtung sowie in Rotationsrichtung des Rades 1 miteinander in Eingriff gestellt sind. Die Felge 3 weist mehrere mit Abstand in Umfangsrichtung angeordnete, von der Felgeninnenseite her zugängliche weibliche Verbindungsstrukturelemente 17 auf. Die Radscheibe 2 ist mit komplementären, den Verbindungskranz oder ein Verbindungskranzsegment 11 durchgreifende, in die weiblichen Verbindungsstrukturelemente 17 eingreifenden männlichen Verbindungsstrukturelementen 18 an der Felge 3 befestigt. Die weiblichen Verbindungsstrukturelemente 17 sind jeweils Teil eines in radialer Richtung felgenaußenseitig im Bereich eines Reifensitzes 12 angeordneten Einsatzes 14, wobei jeder Einsatz zumindest einen in eine in die Felge 3 eingebrachte Felgenöffnung 16 eingreifenden Vorsprung 15 aufweist und der wenigstens eine Vorsprung 15 in der Felgenöffnung 16 in Umfangsrichtung des Rades 1 und in axialer Richtung desselben formschlüssig darin aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrteiliges Rad für ein Fahrzeug, etwa ein Landfahrzeug oder Luftfahrzeug mit einer Felge und mit einer an die Felge angeschlossenen Radscheibe, wobei die Felge und die Radscheibe als separate Komponenten hergestellt sind und wobei die Felge an ihrer Innenseite mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete erste Verbindungsstrukturelemente und die Radscheibe radial außenseitig einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungskranz oder mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Verbindungskranzsegmente mit zweiten, mit den ersten Verbindungsstrukturelementen zum Befestigen der Radscheibe an der Felge zusammenwirkenden Verbindungsstrukturelementen aufweisen, welche ersten und zweiten Verbindungsstrukturelemente in axialer Richtung sowie in Rotationsrichtung des Rades miteinander in Eingriff gestellt sind, wobei die Felge mehrere mit Abstand in Umfangsrichtung angeordnete, von der Felgeninnenseite her zugängliche weibliche Verbindungsstrukturelemente aufweist und die Radscheibe mit komplementären, den Verbindungskranz oder ein Verbindungskranzsegment durchgreifenden, in die weiblichen Verbindungsstrukturelemente eingreifenden männlichen Verbindungsstrukturelementen an der Felge befestigt ist.
Insbesondere durch Verwenden von Leichtbau-Hybridrädern kann das Gesamtgewicht eines Fahrzeuges gegenüber herkömmlichen Rädern, auch gegenüber Leichtmetallrädern reduziert werden. Konzepte für derartige Räder gibt es für Landfahrzeuge ebenso wie für Luftfahrzeuge. Bei derartigen Leichtbau-Hybridrädern ist die Felge aus einem ersten Material und die Radscheibe aus einem zweitem Material hergestellt. Typischerweise ist die Felge bei einem solchen Rad aus einem CFK-Werkstoff (CFK: Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) hergestellt. Bei der Radscheibe handelt es sich üblicherweise um ein Metallbauteil, typischerweise ein Leichtmetallbauteil, entweder gegossen oder geschmiedet. Die Radscheibe trägt innenseitig die Radnabe mit ihren Radmutterbohrungen. Aufzunehmende Radlasten werden von der Felge in radialer Richtung in die Radscheibe eingeleitet. Die Radscheibe selbst kann nach Art einer Schüssel, typischerweise mit darin eingebrachten Belüftungsöffnungen oder durch Speichen bereitgestellt sein. Die Speichen können radial außenseitig durch einen Speichenkranz miteinander verbunden sein.
Moderne PKW-Felgen sind als Tiefbettfelgen ausgeführt. Dieses wird für einen Reifenwechsel benötigt. Aus WO 2015/106760A1 ist ein Leichtbau-Hybridrad bekannt geworden, bei dem die Radscheibe mittels Schrauben an der aus CFK gefertigten Felge befestigt ist. Zu diesem Zweck trägt die als Rad-stern ausgebildete Radscheibe an ihren radial äußeren Speichenenden jeweils einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungsfortsatz. Dieser ist ausgelegt, um an der fahrzeugseitig äußeren Schulter des Tiefbettabschnittes der Felge anzuliegen. Durch diese Schulter und unterhalb des äußeren Reifensitzes der Felge durchgreifende Schrauben, die mit ihrem Schraubenschafft in den Verbindungsfortsätzen festgesetzt sind, ist die Radscheibe an der Felge befestigt. Um aufgrund des Durchgreifens dieser Befestigungsschrauben die erforderliche Dichtigkeit des Felgenbettes zu gewährleisten, sind entsprechende Dichtungselemente vorzusehen.
Aus WO 2015/090276 A1 ist ein weiteres Leichtbau-Hybridrad offenbart, bei dem die Befestigung der Radscheibe an der CFK-Felge ohne das Felgenbett durchgreifende Befestigungsschrauben vorgesehen ist. Zu diesem Zweck wird während der Fertigung des Felgenbettes ein in radialer Richtung von der Felgeninnenseite abragendes Anschlusselement mit dem Felgenbett verbunden. Hierbei handelt es sich um einen in radialer Richtung nach innen ragenden Verbindungsring mit einem sich radial erstreckenden Befestigungssteg. An diesen wird der Speichenring der Radscheibe in herkömmlicher Weise durch Schrauben befestigt. In einem anderen Ausführungsbeispiel dieses Standes der Technik sind mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand angeordnete, in das CFK-Material eingearbeitete Anschlusselemente vorgesehen. Diese sind mit einem die eigentlichen Anschlusselemente verbindende Teil verbunden. Bei den Anschlusselementen handelt es sich um Gewindestifte, die Felgeninnenseitig abragen und an denen die Radscheibe befestigt ist. Diese männlichen Verbindungsstrukturelement durchgreifen Gabelöffnungen in dem Verbindungskranz oder einem Verbindungskranzsegment der Radscheibe. Durch eine auf jeden Gewindestift aufgeschraubte Mutter als weibliches Verbindungsstrukturelement ist die in Eingriff mit den von der Felge radial nach innen abragenden Gewindestiften an der Felge befestigt.
Bei diesem vorbekannten Rad sind die radscheibenseitigen Verbindungsstrukturelemente außenseitig durch eine Speiche verdeckt. Allerdings ist es erforderlich, den Verbindungskranz oder die Verbindungskranzsegmente zum Einführen der männlichen Verbindungsstrukturelemente geschlitzt auszubilden.
Zum Anschließen der Radscheibe an die CFK-Felge werden hochwertige Befestigungsschrauben eingesetzt. Dieses ist erforderlich, da über diese die Radialkräfte und die Rotationskräfte von der Felge in die Radscheibe bzw. umgekehrt übertragen werden. Aufgrund der Anzahl der zum Befestigen der Radscheibe an der Felge notwendigen Schrauben tragen diese zum Gewicht des Rades bei. Bei dem Gegenstand der WO2015/106760 A1 werden zudem die nach der Verschraubung notwendigen Dichtungsmaßnahmen zum Abdichten des Felgenbettes als nachteilig angesehen. Diese zusätzlichen Dichtungsmaßnahmen sind über die Lebensdauer eines solchen Rades potentielle Stellen, an denen Undichtigkeiten auftreten können.
DE 10 2011 083 834 A1 offenbart ebenfalls ein Leichtbau-Hybridrad für ein Fahrzeug mit einer Felge, hergestellt aus einem ersten Material, und mit einer an die Felge angeschlossenen Radscheibe, hergestellt aus einem zweiten Material. Die Felge trägt an ihrer Innenseite erste Verbindungsstrukturelemente und die Radscheibe radial außenseitig einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungskranz mit zweiten, mit den ersten Verbindungsstrukturelementen zum Befestigen der Radscheibe an der Felge zusammenwirkenden Verbindungsstrukturelementen. Die ersten und zweiten Verbindungsstrukturelemente sind in Rotationsrichtung des Rades sowie in axialer Richtung desselben formschlüssig miteinander in Eingriff gestellt.
Aus DE 20 2016 105 179 U1 ist ein mehrteiliges Rad bekannt, bei dem die Felge aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist. Innerhalb der Hörner und/oder den Reifensitzen sind in den faserverstärkten Kunststoff Schutzeinsätze integriert, um die Neigung einer Beschädigung durch plötzliche und/oder hohe axialen und/oder radiale Lasten zu verringern. In einem unterhalb des Außenhorns befindlichen Füllmaterial sind angrenzend an die zum Reifensitz weisende Seite der Felge in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander Muttern angeordnet. Die Innengewindebohrung jeder Mutter fluchtet mit einer Durchbrechung in der Felge, sodass diese von außen zugänglich ist. Genutzt werden diese weiblichen, im Krümmungsbereich der Felge zum Außenhorn hin angeordneten Verbindungsstrukturelemente, um daran die Radscheibe zu befestigen. Befestigt ist die Radscheibe in den Muttern mittels Schraubbefestigern, die sodann die komplementären männlichen Verbindungsstrukturelemente darstellen. Die Schrauben durchgreifen die eine Belüftungsöffnung der Radscheibe einfassende Wand im Bereich ihres der Nabe gegenüber liegenden Scheitels. Die in radialer Richtung nach außen weisende Mantelfläche der Radscheibe ist komplementär zur außenhornseitigen Krümmung der Felge gestaltet und erstreckt sich zum Teil über die in axialer Richtung weisende Außenseite des Außenhorns.
Nachteilig ist bei diesem vorbekannten Rad der zur Realisierung notwendige hohe Aufbau der Felge und das an diese nur eine Radscheibe mit einem die Nabe umfassenden Ring und somit keine als Stern ausgelegte Radscheibe angeschlossen werden kann. Zudem wäre es wünschenswert, wenn die zur Verbindung der Radscheibe eingesetzten Schraubbolzen als Verbindungsstrukturelemente nicht sichtbar wären.
Ausgehend von dem vorstehend diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein mehrteiliges Rad vorzuschlagen, welches zum Einen die Gefahr des Auftretens von Undichtigkeiten im Felgenbett nicht aufweist und zum anderem der Anschluss der Radscheibe an die Felge von außen nicht notwendigerweise sichtbar ist, keine sicherheitsvermindernde Gabelöffnung der Radscheibe oder des Verbindungskranzes erfordert und insbesondere hinsichtlich einer Krafteinleitung verbessert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes gattungsgemäßes mehrteiliges Rad, bei dem die weiblichen Verbindungsstrukturelemente jeweils Teil eines in radialer Richtung felgenaußenseitig im Bereich eines Reifensitzes angeordneten Einsatzes sind, wobei jeder Einsatz zumindest einen in eine in die Felge eingebrachte Felgenöffnung eingreifenden Vorsprung aufweist und der wenigstens eine Vorsprung in der Felgenöffnung in Umfangsrichtung des Rades und in axialer Richtung desselben formschlüssig darin aufgenommen ist.
Bei diesem mehrteiligen Rad verfügt die Felge über mehrere in radialer Richtung felgenaußenseitig gehaltene Einsätze, die jeweils zumindest ein weibliches Verbindungsstrukturelemente aufweisen. Diese weiblichen Verbindungsstrukturelemente sind von der Felgeninnenseite her zugänglich. Ein solcher Einsatz verfügt über zumindest einen in die Felge eingreifenden Vorsprung. Die Öffnung in der Felge durchgreift diese typischerweise, sodass diese einen Durchbruch durch den Hauptlastfall der Felge darstellt. Der zumindest eine Vorsprung eines solchen Einsatzes durchgreift diese Felgenöffnung nicht, um ein Verspannen der Felge mit der Radscheibe mittels des zumindest einen weiblichen Verbindungsstrukturelementes der Einsätze zu gewährleisten. Durch den Eingriff der Vorsprünge in die Felge sind die Einsätze in Umfangsrichtung des Rades sowie in axialer Richtung desselben formschlüssig darin aufgenommen. Somit dient der Eingriff der Vorsprünge in die Felge einer verbesserten Kraftübertragung und einer Reduzierung von zwischen dem Einsatz und dem Felgenbett stattfindender Scherbelastungen. Überdies wird durch diesen Eingriff das zumindest eine mit einem solchen Einsatz in Eingriff gestellte männliche Verbindungsstrukturelement an der Schnittstelle zwischen Radscheibe und Felge in Bezug auf Scherbelastungen entlastet.
Aufgrund der durch die Einsätze großflächigen Verspannung der Felge mit dem Verbindungskranz oder den Verbindungskranzsegmenten der Radscheibe erfolgt die Krafteinleitung von der Felge in die Radscheibe und umgekehrt über eine große Fläche, was vor allem dann vorteilhaft ist, wenn zumindest eines der beiden Elemente - Radscheibe oder Felge - aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
Vorzugsweise wird man die Höhe des in die Felge eingreifenden Vorsprunges so wählen, dass der Vorsprung mit geringem Abstand zur innenseitigen Oberfläche der Felge innerhalb der Felgenöffnung endet, um auf diese Weise möglichst viel der Höhe der Mantelfläche der Felgenöffnung für eine Krafteinleitung in Umfangsrichtung und auch in axialer Richtung zwischen Einsatz und Felge nutzen zu können.
Die Felgenöffnungen sind bezüglich ihrer Tiefe an die Länge der Vorsprünge angepasst. Typischerweise durchgreifen die Felgenöffnungen die Felge zum Felgeninneren hin.
Die Vorsprünge weisen gemäß einem Ausführungsbeispiel eine kreisrunde Querschnittsgeometrie auf. Genauso möglich ist es, die Vorsprünge mit einer hiervon abweichenden Querschnittsgeometrie auszulegen, beispielsweise oval förmig. Bei einer solchen Geometrie mit einer Vorzugsrichtung (Langachse) kann diese gegenüber der axialen Richtung geneigt sein; wenn ein Einsatz mehrere Vorsprünge trägt, können diese auch gegensinnig zueinander geneigt sein.
Diese Einsätze befinden sich zumindest teilweise im Bereich eines Reifensitzes, typischerweise in dem zu dem Außenhorn benachbarten Reifensitz. Von dem Reifen in die Felge eingeleitete Kräfte werden durch die über die Einsätze und die Verbindungsstrukturelemente mit der Felge verspannte Radscheibe in diese eingeleitet. Gleiches gilt auch für in umgekehrter Richtung wirkende Kräfte. Auch wenn die Einsätze in Umfangsrichtung gesehen voneinander beabstandet sind, wird hierdurch der Bereich des Reifensitzes, vor allem wenn dieser aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, deutlich geringeren Belastungen ausgesetzt als dieses bei herkömmlichen mehrteiligen Rädern, der in Rede stehenden Art der Fall ist. Dieses ermöglicht nicht nur eine dünnere Auslegung der Felge in diesem Bereich. Insbesondere brauchen zur Verlängerung der Lebensdauer einer solchen Felge grundsätzlich keine gegenüber den übrigen Bestandteilen weichere Schutzeinsätze, wie dieses im Stand der Technik vorgeschlagen ist, eingesetzt zu werden. Die Felge kann aus diesem Grunde mit einer geringeren Höhe konzipiert werden, was die Designfreiheiten in der Auslegung einer solchen Felge und damit des Rades verbessert. Die Einsätze tragen jeweils zumindest ein weibliches Verbindungsstrukturelement. Die Radscheibe trägt sodann die zu diesen Verbindungsstrukturelementen komplementären männlichen Verbindungsstrukturelemente. Diese können in einem jeweils umfänglich geschlossenen Durchgriff des Verbindungskranzes oder der Verbindungskranzsegmente der Radscheibe gehalten sein. Hierdurch ist nicht nur der Anschluss der Radscheibe an die Felge sondern auch die Montage der Radscheibe an die Felge verbessert. Der zumindest eine Vorsprung eines Einsatzes kann benachbart zu einem weiblichen Verbindungsstrukturelement angeordnet sein. Typischerweise wird man die Vorsprünge jedoch nutzen, in diese jeweils ein weibliches Verbindungsstrukturelement einzuarbeiten. Dann steht für die Ausbildung des weiblichen Verbindungsstrukturelementes hinsichtlich der diesbezüglichen Nutzdicke des Einsatzes durch den Vorsprung entsprechend mehr Material zur Verfügung. Zudem erfolgt dann ein Verspannen von Felge und Radscheibe unmittelbar in der vorbeschriebenen Anordnung, typischerweise zentrisch.
Gemäß einer Ausgestaltung sind die die weiblichen Verbindungsstrukturelemente tragenden Einsätze an der Ausformung eines den Reifensitz zum Felgenbett hin begrenzenden Wulstes, auch als Hump bezeichnet, beteiligt. Bei einer solchen Ausgestaltung des Einsatzes ist nicht nur die Kraftübertragung von dem Reifen in den Einsatz und umgekehrt verbessert. Die diesbezügliche Materialverdickung des Einsatzes wird in einer Ausgestaltung genutzt, um diese Materialverdickung für die Einarbeitung der weiblichen Verbindungsstrukturelemente zu nutzen. Besonders viel Material für die Einarbeitung der weiblichen Verbindungsstrukturelement steht dann zur Verfügung, wenn sich die weiblichen Verbindungsstrukturelemente in den Vorsprüngen befinden und sich bis in die einen solchen Wulst ausformenden Teile des Einsatzes hinein erstrecken.
Wenn die Einsätze an der Ausformung des den Reifensitz zum Felgenbett hin vorgesehenen Wulstes beteiligt sind, ist hierdurch der Wulst stabilisiert, wenn die Felge aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist und es sich bei den Einsätzen um Metallteile handelt.
Die Einsätze können sich in axialer Richtung vom Reifensitz zum Felgenbett hin über den Wulst hinweg bis zur Tiefbettflanke erstrecken, wenn es sich bei der Felge um eine Tiefbettfelge handelt und sich der Wulst in axialer Richtung nicht bis zur Tief-bettflanke erstreckt.
In Richtung zum Horn der Felge hin ist in einer Ausführung vorgesehen, dass sich die Einsätze zumindest bis zu dem dem Außenhorn zugewandten Wulstbereich oder sogar über diese hinaus des Reifensitzes erstrecken.
Bei einem solchen mehrteiligen Rad, bei dem die Radscheibe als Radstern ausgebildet ist und die Speichen in radialer Richtung außenseitig jeweils ein Verbindungsstrukturelement tragen, können sich die Einsätze in Umfangsrichtung typischerweise etwa über die Umfangserstreckung eines Verbindungskranzsegmentes der Radscheibe erstrecken. Aus Gewichtsgründen wird man diese in Umfangsrichtung gesehen so kurz wie möglich halten.
Ein Einsatz kann durchaus auch mehrere, beispielsweise zwei weibliche Verbindungsstrukturelemente tragen.
Ein Einsatz, wie vorbeschrieben, hat eine große Kontaktfläche mit der tragenden Struktur der Felge, was eine Krafteinleitung über eine entsprechend große Fläche erlaubt. Somit werden durch einen solchen Einsatz, auf dem der Reifen zumindest mit einem Teil der Außenseite seines Wulstes aufsteht bzw. wirkt, Kräfte über die große Kontaktfläche schonend in die Felge ein- und in die Radscheibe weitergeleitet.
Bei den weiblichen Verbindungsstrukturelementen kann es sich um Bohrungen mit einem Innengewinde handeln. In einem solchen Fall sind die männlichen Verbindungsstrukturelemente als Schraubbefestiger ausgelegt. Möglich ist auch die beiden komplementären Strukturelemente derart auszulegen, damit diese nach Art eines Steck-Dreh-Verriegelung (Bajonett-Verriegelung) miteinander verriegelt werden können.
Diese Radscheibe-Felge-Verbindung kann eingesetzt werden unabhängig von den konkret eingesetzten Materialien für die Radscheibe und/oder die Felge. Durchaus können Radscheibe und Felge aus gleichen Materialien hergestellt sein. Als Werkstoffpaarung kann beispielsweise auch vorgesehen sein, die Radscheibe aus Metall, beispielsweise Stahl oder einer Leichtmetalllegierung, herzustellen, während die Felge aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Auch eine umgekehrte Werkstoffpaarung ist denkbar. Ein solches Faserverbundwerkstoffbauteil kann als Faserkomponente Kurz- und/oder Langfasern aufweisen. Hierbei kann es sich um Glasfasern oder sonstige Fasern, wie beispielsweise Kohlefasern handeln.
Typischerweise befindet sich zwischen der zur Nabe weisenden Innenseite der Felge und der radialen Mantelfläche der Radscheibe und damit an der radialen Außenseite des Verbindungskranzes oder der Verbindungskranzsegmente eine galvanische Trennschicht zwischen der benachbarten radialen Innenseite der Felge. Die galvanische Trennschicht kann als Klebeschicht ausgeführt sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Felge mit der Radscheibe nicht nur durch den Formschluss der miteinander in Eingriff gestellten Verbindungsstrukturelemente verbunden, sondern auch kraftschlüssig über die Klebeverbindung.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Bereich der Einsätze die Felge unterseitig eine Strukturierung, beispielsweise einen vorspringenden Absatz, der sich in Umfangsrichtung etwa über die Länge des Einsatzes erstreckt, trägt. Eine komplementäre Tasche weist dann der Verbindungskranz oder das Verbindungskranzsegment der Radscheibe auf. Bei an der Felge montierte Radscheibe greifen die vorbeschriebenen Absätze bzw. Strukturierungen in diese Taschen ein mit dem Ergebnis, dass die Felge mit ihrer zur Nabe weisenden Innenseite in Umfangsrichtung des Rades gesehen, formschlüssig an die Radscheibe angeschlossen ist.
Handelt es sich bei der Felge um eine Tiefbettfelge ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass sich die axiale Erstreckung des Verbindungskranzes oder der Verbindungskranzsegmente bis an die in axialer Richtung nach außen weisende Seite der Tiefbettflanke erstreckt und somit die Außenseite der Tiefbettflanke ebenfalls an dem Verbindungskranz oder den Verbindungskranzsegmenten der Radscheibe abgestützt ist. Eine Kraftübertragung in axialer Richtung kann dann auch über diese Anlagefläche zwischen der zur Radscheibe weisenden Seite der Felge und der Radscheibe übertragen werden, was wiederum zu einer Entlastung einer Kraftübertragung über die miteinander in Eingriff gestellten Verbindungsstrukturelemente sowie der in die Felgenöffnungen eingreifenden Vorsprünge zur Folge hat.
Unterstützt werden kann der Verbund von Felge und Radscheibe, wenn die Radscheibe als Metallteil, typischerweise aus einem Leichtmetallteil vorgesehen, wenn die Radscheibe gekühlt, beispielsweise bis auf -40° Celsius gekühlt, in die Felge eingesetzt wird. Die bei einer anschließenden Erwärmung auf Umgebungstemperatur bedingte Materialausdehnung der Radscheibe, bewirkt eine unter einer gewissen Vorspannung stehende Verbindung, auch wenn zwischen den beiden, dann gegeneinander verspannten Komponenten ein Kleber vorgesehen ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1: Eine Ansicht eines aus Radscheibe und Felge montierten Fahrzeugrades,
2: einen schematisierten Teilquerschnitt durch das Rad der 1 entlang der Linie A - A,
3: einen schematisierten Teilquerschnitt durch das Rad der 1 entlang der Linie B - B,
4: eine perspektivische Ansicht eines weibliche Verbindungsstrukturelemente tragenden Einsatzes und
5: eine Stirnseitenansicht des Einsatzes der 5.

Ein Leichtbau-Hybridrad 1 ist aus einer Radscheibe 2 und einer Felge 3 zusammengesetzt. Bei diesem Rad 1 handelt es sich somit um ein mehrteiliges Rad. Die Radscheibe 2 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist durch Speichen 4 gekennzeichnet, die eine Nabeneinfassung 5 mit einem Speichenkranz 6 verbinden. Die Radscheibe 2 kann aufgrund der Speichenausbildung auch als Radstern angesprochen werden. Die Radscheibe 2 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist aus einer für diesen Zweck an sich bekannten Aluminiumlegierung hergestellt, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Radscheibe 2 im Wege eines Schmiedeprozesses geformt worden ist. Die Felge 3 ist, wie aus der Teilquerschnittdarstellung der 2 erkennbar als Tiefbettfelge ausgeführt und aus einem CFK-Material hergestellt. Die Schnittlinie befindet sich im Bereich des Außenhorns 7. Zur Ausführung des Tiefbettes ist benachbart zu dem Außenhorn 7 das Tiefbetttiefste 8 durch eine Tiefbettflanke 9 begrenzt. An das Tiefbetttiefste 8 schließt sich in Richtung zu dem Innenhorn ein gegenüber der Horizontalen geneigter und damit konischer Felgenbettabschnitt 10 an.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an den Speichenkranz 6 der Radscheibe 2 sich in axialer Richtung zur Innenseite hin erstreckende Verbindungskranzsegmente 11 angeformt. Ein solches Verbindungskranzsegment 11 befindet sich, angeformt an den Speichenkranz 6 im Bereich jeder Speichenanbindung an den Speichenkranz 6. Diese befinden sich somit in Verlängerung der eigentlichen Speiche 4. Die Verbindungskranzsegmente 11 sind daher in Umfangsrichtung des Rades 1 gesehen voneinander beabstandet.
Benachbart zu dem Außenhorn 7 befindet sich ein Reifensitz 12, der in Richtung zum Felgenbett hin durch einen umlaufenden Wulst 13 begrenzt ist. Der Wulst 13 wird durch Beteiligung mehrerer in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneter Einsätze 14 ausgeformt. In Umfangsrichtung des Rades 1 ist zwischen den Einsätzen 14 der Wulst 13 durch CFK-Material oder durch leichtgewichtige Einsätze ausgeformt. Bei den in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigten Einsätzen 14 handelt es sich um solche, die aus einem hochfesten Werkstoff, und zwar Titan gefertigt sind. Diese Einsätze 14, in 4 und 5 in Alleindarstellung gezeigt, greifen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit jeweils zwei Vorsprüngen 15 in jeweils eine Felgenöffnung 16 der Felge 3. Die Vorsprünge 15 weisen eine kreisrunde Querschnittgeometrie auf. Die Einsätze 14 sind entsprechend dem Krümmungsradius der Felge in Umfangsrichtung gekrümmt. Eingebracht sind die Felgenöffnungen 16 in das CFK-Material der Felge 3, nachdem die CFK-Felge 3 als Vorform fertiggestellt ist. Dann werden die Felgenöffnungen 16 in die Vorform eingearbeitet und durch entsprechendes Positionieren der Einsätze 14 und des zwischen den Einsätzen 14 benötigten Unterfütterungsmaterials montiert und zur radialen Außenseite der Felge 3 hin mit einer dünnen Schutzlage S aus CFK-Material bedeckt. Dieses dient dem Zweck, damit zum Reifen weisende Mantelfläche der Felge 3 materialeinheitlich ausgebildet ist. Nach Fertigbehandlung der Vorform durch Aushärten des Harzes sind die Einsätze 14 mit der Felge 3 verbunden.
Aus den Schnittdarstellungen der 2 und 3 wird deutlich, dass die Einsätze 14 eine nicht unbeträchtliche Erstreckung in axialer Richtung aufweisen. Dieses und auch die Erstreckung der Einsätze 14 in Umfangsrichtung (siehe 4) bewirkt eine große Kontaktfläche mit dem CFK-Material der Felge 3.
Die Materialdicke der Einsätze 14 in radialer Richtung ist durch die Vorsprünge 15 und die den Wulst 13 ausformenden Anteile hinreichend groß, damit darin weibliche Verbindungsstrukturelemente eingebracht werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Innengewindebohrungen 17 als weibliche Verbindungsstrukturelemente vorgesehen. Die Innengewindebohrungen 17 dienen zum Verankern jeweils eines Schraubbefestigers 18 als komplementäres männliches Verbindungsstrukturelement zum Befestigen der Radscheibe 2 an der Felge 3. 2 zeigt einen Schraubbefestiger 18, der mit einem Schaftabschnitt 19 eine entsprechende, das Verbindungskranzsegment 11 in radialer Richtung durchgreifende Bohrung durchgreift und mit einem Gewindeabschnitt 20 in der Innengewindebohrung 17 des Einsatzes 14 verankert ist. Der Durchgriff durch das Verbindungskranzsegment 11, der von dem Schaftabschnitt 19 des Schraubbefestigers 18 durchgriffen wird, ist somit in Umfangsrichtung geschlossen und nicht gegabelt. Durch jeweils zwei Schraubbefestiger 18 je Einsatz 14 sind Felge 3 und Radscheibe 2 in radialer Richtung gegeneinander verspannt. Die Innengewindebohrungen 17 befinden sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zentrisch innerhalb der Vorsprünge 15. Insgesamt verfügt die Felge 3 über fünf Einsätze 14. Jeder Einsatz 14 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Rades 1 gesehen etwa über den Umfangswinkelbetrag einer Speiche 4.
Die axiale Erstreckung der Einsätze 14 erstreckt sich bis etwa in den Bereich der Mitte des Reifensitzes 12. Aus diesem Grunde steht ein auf dem Leichtbau-Hybridrad 1 aufgezogener Reifen mit seiner Wulst teilweise auf der zum Außenhorn 7 weisenden Flanke 22 der Einsätze 14 auf, nur getrennt durch die Schutzlage 16. Über den Einsatz 14 und seine Vorsprünge 15 ist eine direkte Krafteinleitung in die Radscheibe 2 gegeben. Gleiches gilt für den Lastfall in umgekehrter Richtung.
Der Eingriff der Vorsprünge 15 in die CFK-Felge 3 ist ausgelegt, damit die Einsätze 14 wirksam sowohl in Umfangsrichtung der Felge 3 als auch in axialer Richtung formschlüssig mit der Felge 3 verbunden sind.
Die Einsätze 14 erstrecken sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Richtung zum Felgenbett 10 hin bis an die Tiefbettflanke 9. Wie aus den Schnittdarstellungen der 2 und 3 sowie der perspektivischen Ansicht eines solchen Einsatzes 14 der 4 erkennbar, sind die Einsätze 14 großflächig mit ihrer Unterseite an der Felge 3 abgestützt. Die Krafteinleitung in die Felge 3 erfolgt somit über eine große Fläche, womit Kräfte schonend in die Felge 3 eingeleitet werden.
Zwischen der zur Nabeneinfassung 5 weisenden inneren Mantelfläche der Felge 3 und der äußeren Mantelfläche des Speichenkranzes 6 bzw. seiner Verbindungskranzsegmente 11 ist eine Klebeschicht 23 angeordnet, über die die Radscheibe 2 mit der Innenseite der Felge 3 verklebt ist. Zugleich bewirkt die Klebeschicht 23 eine galvanische Trennung zwischen der Felge 3 und der Radscheibe 2. Der noch nicht ausgehärtete Kleber kann zugleich als Gleitmittel bei der Montage der Radscheibe 2 an der Innenseite der Felge 3 genutzt werden.
Die Schnittdarstellungen der 2 und 3 sind schematisierte Darstellungen und weichen daher hinsichtlich der Geometrie der gezeigten Einsätze leicht voneinander ab. Die in den beiden Figuren erkennbaren Unterschiede sind tatsächlich nicht gegeben, wie dieses auch aus den Darstellungen des Einsatzes 14 in den 4 und 5 deutlich wird.
In der Schnittdarstellung der 2 und 3 ist erkennbar, dass der Schraubbefestiger 18 mit einer geringen Neigung zur Radialen mit seiner Längsachse angeordnet ist. Dieses ist als mögliche Ausgestaltung zu verstehen. Das vorbeschriebene Konzept der Einsätze 14 mit ihren in die Felge 3 eingreifenden Vorsprüngen 15 erlaubt einen Anschluss der Schraubbefestiger 18 auch mit einer gewissen Neigung, wie beispielswiese in 2 und 3 gezeigt. Insofern bieten die beschriebenen Einsätze ein hohes Maß an Designfreiheiten hinsichtlich der Anschlussrichtung der männlichen Verbindungsstrukturelement, hier: der Schraubbefestiger 18. Die in den Schnittdarstellungen erkennbare Neigung der Längsachse des Schraubbefestiger 18, und zwar in Richtung zum Felgenbett 10 hin ist sinnvoll, da hierdurch die in axialer Richtung durch mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Taschen 24 als Negativstrukturen konturierte Mantelfläche der Verbindungskranzsegmente 11 in die komplementäre innenmantelflächenseitige Geometrie der Felge 3, hier: als Positivstrukturen vorgesehene Absätze 25 eingepresst wird, wenn die Schraubbefestiger 18 gespannt werden. Die Taschen 24 bzw. die Absätze 25 befinden sich im Bereich der Felgeninnenseite an den Positionen, wo auch die Ein-sätze 14 angeordnet sind. Dadurch sind die Absätze 25 durch die darin als Kern befindlichen Einsätze 14 verstärkt. Erreicht wird hierdurch ein zusätzlicher Formschluss zwischen Radscheibe 2 und Felge 3 in Umfangsrichtung sowie in einer axialen Richtung des Rades 1. Durch die vorbeschriebene Neigung der Schraubbefestiger 18 wird die Felge 2 mit ihren Speichenkranzsegmenten 11 zudem an die Außenseite der Tiefbettflanke 9 gepresst, sodass auch diese Fläche der Felge 3 für eine Kraftübertragung von der Felge 3 in die Radscheibe 2 benutzt wird. Zu diesem Zweck erstrecken sich bei den dargestellten Ausführungsbeispielen die Verbindungskranzsegmente 11, wie aus 2 und 3 ersichtlich, bis an die Außenseite der Tiefbettflanke 9 der Felge 3.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten, die beanspruchte Lehre umzusetzen, ohne dass dieses im Rahmen dieser Ausführungen näher erläutert werden müsste.
Bezugszeichenliste

1: Leichtbau-Hybridrad
2: Radscheibe
3: Felge
4: Speiche
5: Nabeneinfassung
6: Speichenkranz
7: Außenhorn
8: Tiefbetttiefste
9: Tiefbettflanke
10: Felgenbett
11: Verbindungskranzsegment
12: Reifensitz
13: Wulst
14: Einsatz
15: Vorsprung
16: Felgenöffnung
17: Innengewindebohrung
18: Schraubbefestiger
19: Schaftabschnitt
20: Gewindeabschnitt
22: Flanke
23: Klebeschicht
24: Tasche
25: Absatz
S: Schutzlage

Claims

Mehrteiliges Rad für ein Fahrzeug mit einer Felge (3) und mit einer an die Felge (3) angeschlossenen Radscheibe (2), wobei die Felge (3) und die Radscheibe (2) als separate Komponenten hergestellt sind und wobei die Felge (3) an ihrer Innenseite mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete erste Verbindungsstrukturelemente (17) und die Radscheibe (2) radial außenseitig einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungskranz oder mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Verbindungskranzsegmente (11) mit zweiten, mit den ersten Verbindungsstrukturelementen (17) zum Befestigen der Radscheibe (2) an der Felge zusammenwirkenden Verbindungsstrukturelementen (18) aufweisen, welche ersten und zweiten Verbindungsstrukturelemente (17, 18) in axialer Richtung sowie in Rotationsrichtung des Rades (1) miteinander in Eingriff gestellt sind, wobei die Felge (3) mehrere mit Abstand in Umfangsrichtung angeordnete, von der Felgeninnenseite her zugängliche weibliche Verbindungsstrukturelemente (17) aufweist und die Radscheibe (2) mit komplementären, den Verbindungskranz oder ein Verbindungskranzsegment (11) durchgreifenden, in die weiblichen Verbindungsstrukturelemente (17) eingreifenden männlichen Verbindungsstrukturelementen (18) an der Felge (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die weiblichen Verbindungsstrukturelemente (17) jeweils Teil eines in radialer Richtung felgenaußenseitig im Bereich eines Reifensitzes (12) angeordneten Einsatzes (14) sind, wobei jeder Einsatz zumindest einen in eine in die Felge (3) eingebrachte Felgenöffnung (16) eingreifenden Vorsprung (15) aufweist und der wenigstens eine Vorsprung (15) in der Felgenöffnung (16) in Umfangsrichtung des Rades (1) und in axialer Richtung desselben formschlüssig darin aufgenommen ist.
Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiblichen Verbindungsstrukturelemente (17) in jeweils einen Vorsprung (15) des Einsatzes (14) eingearbeitet sind.
Rad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung gesehen felgenaußenseitig mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Einsätze (14) vorgesehen sind.
Rad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung gesehen zwischen jeweils zwei Einsätzen (14) in Fortsetzung eines durch die Einsätze (14) geformten Wulstes (13) wulstausformende Zwischeneinsätze angeordnet sind.
Rad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine in einen Einsatz eingearbeitete weibliche Verbindungsstrukturelement (17) sich im Bereich der wulstbildenden Ausformung eines Einsatzes (14) befindet.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einsatz (14) mehrere weibliche Verbindungsstrukturelemente (17) aufweist.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgriffe für die männlichen Verbindungsstrukturelemente in dem Verbindungskranz oder den Verbindungskranzsegmenten (11) umfänglich verschlossen sind.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weiblichen Verbindungsstrukturelemente (17) Bohrungen mit einem Innengewinde und die männlichen Verbindungsstrukturelemente Schraubbefestiger (18) sind.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (3) eine Tiefbettfelge ist und die Einsätze (14) in axialer Richtung zum Tiefbett (10) hin bis an die Tiefbettflanke (9) heranreichen.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (14) in axialer Richtung sich bis etwa zur Mitte des Reifensitzes (12) erstrecken.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die weiblichen Verbindungsstrukturelemente aufweisenden Einsätze (14) aus Metall, insbesondere einem widerstandsfähigen Leichtmetall, wie beispielsweise einer Titanlegierung hergestellte Einsätze (14) sind.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (3) ein Faserverbundbauteil ist.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe (2) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung, etwa einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zur Innenseite der Felge (3) weisende Abschnitten der Radscheibe (2) und der Felgeninnenseite eine galvanische Trennschicht (22) angeordnet ist.
Rad nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Trennschicht eine Klebeschicht (23) ist.