DE102019114420B3

DE102019114420B3 - Mehrteiliges Rad für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019114420B3
Application number: DE102019114420.5A
Authority: DE
Inventors: Sven Bose; Tobias Peter; Henning Blumenthal; Markus Freiberger; Leonie van der Meulen; Stefan Schierz
Original assignee: Otto Fuchs KG
Current assignee: Otto Fuchs KG
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2039-05-30

Abstract

Ein mehrteiliges Fahrzeugrad 1 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. Zur Erstellung des Fahrzeugrades 1 ist die Radscheibe 2 in Umfangsrichtung des Fahrzeugrades 1 und in axialer Richtung über miteinander in Eingriff gestellte Verbindungsstrukturelemente 12, 16 formschlüssig mit axialem Abstand zur Felgenmitte an die Innenseite der Felge 3 angeschlossen, wobei als komplementäre Verbindungsstrukturelemente 12, 16 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse des Fahrzeugrades 1 wirkende Riegelkörper 16 und Riegelfallen 12 vorgesehen sind und in die Verbindungsanordnung zwischen der Radscheibe 2 und der Felge 3 eine Entkopplungsschicht 17 angeordnet ist und dass die Verbindungsanordnung ausgeführt ist, damit durch auf die Felge 3 einwirkende Querkräfte und/oder Biegemomente die Felge 3 gegenüber der Radscheibe 2 verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrteiliges Fahrzeugrad mit einer Felge und mit einer an die Felge angeschlossenen Radscheibe, wobei die Felge und die Radscheibe als separate Komponenten hergestellt sind und wobei zur Erstellung des Fahrzeugrades die Radscheibe in Umfangsrichtung des Fahrzeugrades und in axialer Richtung über miteinander in Eingriff gestellte Verbindungsstrukturelemente formschlüssig mit axialem Abstand zur Felgenmitte an die Innenseite der Felge angeschlossen ist
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 zweiten 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 die Reifenmontage 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.
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 WO 2015/106760 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. Bei diesem vorbekannten Leichtbau-Hybridrad ist die Radscheibe zweiteilig ausgeführt. Montiert wird die Radscheibe an der Felge durch Einspannen des Tiefbettabschnittes zwischen den beiden Felgenteilen.
Aus FR 1 114 895 ist ein Fahrzeugrad bekannt, bei dem das Tiefbetttiefste im Bereich der Felgenmitte, bezogen auf ihre axiale Erstreckung angeordnet ist. Innenseitig sind an die Außenseite des Tiefbettes in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete Buchsen angeordnet. Diese dienen zur Aufnahme des konisch verjüngten Endabschnitt einer Befestigungsschraube, die an der Radscheibe sitzt und durch die die Radscheibe sodann formschlüssig in Umfangsrichtung sowie in axialer Richtung an die Felge angeschlossen ist.
Aus DE 10 2018 113 877 B3 ist ein zweiteiliges Rad bekannt. Bei diesem Stand der Technik greifen federbelastet Riegelkörper, die von der Radscheibe getragen werden, in komplementäre Riegelausnehmungen der Felge ein. Hierdurch wird die Montage erleichtert, und zwar indem beim Einschieben der Radscheibe in die Felge die Riegelkörper selbsttätig in die Riegelausnehmungen einspringen, wenn diese beiden Verbindungsstrukturelemente in eine in radialer Richtung miteinander fluchtende Anordnung durch die Montage gebracht sind.
Ebenso wie bei einteiligen Rädern sind mehrteilige Räder ausgelegt, damit diese den an sie gestellten Anforderungen genügen. Dieses betrifft bei mehrteiligen Rädern insbesondere auch den Übergang von der Felge in die Radscheibe, da dieser Bereich des Rades gerade bei dynamischen Querbelastungen, wie etwa bei Kurvenfahrten besonders beansprucht ist. Demzufolge sind die Radscheibe-Felge-Verbindungen und die angrenzenden Radteilbereiche entsprechend stabil ausgelegt. Um bei einteiligen Faserverbundrädern die erforderliche Steifigkeit zu erzielen, sind in diesem Übergangsbereich mitunter Verstärkungselemente in das Faserverbundrad eingebracht.
Ausgehend von dem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mehrteiliges Rad vorzuschlagen, bei dem nicht nur die Gefahr des Auftretens von Undichtigkeiten im Felgenbett vermieden und welches gewichtsoptimiert ist, sondern welches ebenfalls einer hohen Querkraftbeanspruchung Stand hält.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes mehrteiliges Rad, bei dem als komplementäre Verbindungsstrukturelemente in radialer Richtung bezüglich der Drehachse des Fahrzeugrades wirkende Riegelkörper und Riegelfallen vorgesehen sind, wobei die Riegelkörper in Richtung zu ihrem in eine Riegelfalle eingreifenden Abschluss hin verjüngt sind, dass in die Verbindungsanordnung zwischen der Radscheibe und der Felge eine Entkopplungsschicht angeordnet ist und dass die Verbindungsanordnung ausgeführt ist, damit durch auf die Felge einwirkende Querkräfte und/oder Biegemomente die Felge gegenüber der Radscheibe verstellbar ist.
In Abkehr von der herrschenden Lehre zeichnet sich dieses mehrteilige Rad dadurch aus, dass der Anschluss der Radscheibe an die Felge nicht starr bzw. steif ausgeführt ist, um auf die Felge einwirkende Querkräfte auf die Radscheibe übertragen bzw. weiterleiten zu können, damit diese im Radlager aufgefangen werden können, sondern dergestalt ausgelegt, dass die Felge gegenüber der Radscheibe durch die vorgesehene Verstellbarkeit arbeiten kann. Die Verstellbarkeit der Felge gegenüber der Radscheibe kann beispielsweise einen Bewegungsbetrag von 0,3 bis 0,6 mm betragen. Diese Angabe ist beispielhaft zu verstehen und für die Verwirklichung der Erfindung nicht beschränkend. Auf die Felge beispielsweise bei einer Kurvenfahrt einwirkende Biegemomente werden hierdurch zumindest anteilig, typischerweise zu einem großen Anteil in die Verstellbarkeit umgesetzt. In Folge dessen wirken auf den Anschlussbereich der Radscheibe an die Innenseite der Felge nur entsprechend geringere Biegemomente. Zur Aufnahme derartiger Biegemomente, die vor allem bei dynamischen Kurvenfahrten beträchtlich sein können, braucht somit der Übergangsbereich von der Felge in die Radscheibe nicht verstärkt zu werden, was sich wiederum in einer Optimierung des Gewichtes des mehrteiligen Rades bemerkbar macht. Überdies wird hierdurch in geschickter Weise auch das Radlager entlastet.
Erreicht wird diese Bewegbarkeit der Felge gegenüber der Radscheibe dadurch, dass als komplementäre Verbindungsstrukturelemente Riegelkörper und Riegelfallen vorgesehen sind. Typischerweise trägt eines der beiden Elemente - Felge oder Radscheibe - den einen Typ der Verbindungsstrukturelemente - Riegelkörper oder Riegelfallen - während das andere Teil - Radscheibe oder Felge - die komplementären Verbindungsstrukturelemente - Riegelfallen oder Riegelkörper - trägt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Riegelfallen felgenseitig angeordnet sind, während die Riegelkörper von der Radscheibe getragen sind. Ist die Radscheibe an die Felge angeschlossen, greifen die Riegelkörper in die Riegelfallen ein, wodurch die Radscheibe formschlüssig in Umfangsrichtung (Rotationsrichtung) sowie in axialer Richtung an die Felge angeschlossen ist. Die Erstreckung der Riegelkörper verläuft in radialer Richtung oder zumindest mit einer Verstellrichtung, die zumindest mit einem gewissen Anteil in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse des Fahrzeugrades verläuft. Die Riegelkörper greifen zum Bewirken des Formschlusses in die Riegelfallen bei an der Felge montierter Radscheibe ein, und zwar ohne, dass die beiden komplementären Verbindungsstrukturelemente miteinander oder gegeneinander verspannt sind, jedenfalls nicht in nennenswertem Maße. Die Riegelkörper liegen, wenn in die Riegelfallen eingreifend, mit ihrer umfänglichen Mantelfläche an der komplementären Mantelfläche der jeweiligen Riegelfalle an. Dieses kann mit einer geringen Vorspannung vorgesehen sein, jedoch nicht mit einer solchen Spannung, wie dieses für das Verspannen herkömmlicher Spannbefestigungen zum Anschließen einer Radscheibe an eine Felge erforderlich ist. Der Kontakt der Riegelkörper an der komplementären Mantelfläche der jeweiligen Riegelfalle ist so ausgeführt, dass hierdurch die vorgesehene Bewegbarkeit der Felge gegenüber der Radscheibe bei Einwirkung von Querkräften und Biegemomenten auf die Felge möglich ist.
Um die vorgesehene Bewegbarkeit der Felge gegenüber der Radscheibe zu gewährleisten, ist in die Verbindungsanordnung dieser beiden Radteile eine Entkopplungsschicht eingeschaltet. Die Entkopplungsschicht ist typischerweise als Klebeschicht ausgeführt, sodass durch diese die beiden Radteile - Felge und Radscheibe - miteinander verbunden sind, jedoch die Verbindung dieser beiden Radteile eine Bewegbarkeit derselben gegeneinander aufgrund der materialelastischen Eigenschaften in dem vorbeschriebenen Maße gestattet. Zugleich dient die Entkopplungssicht einer galvanischen Trennung zwischen den beiden Radteilen. Eine solche als Klebeschicht ausgeführte Entkopplungsschicht kann zugleich die Montage der Radscheibe an die Innenseite der Felge unterstützen, da im Zuge der Montage die noch nicht ausgehärtigte Klebemasse als Gleitmittel genutzt werden kann.
Zur Verbesserung der Bewegbarkeit der Felge gegenüber der Radscheibe ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die in die Riegelfallen eingreifenden Riegelkörper sich zu ihrem felgenseitigen Abschluss hin verjüngen. Eine solche Verjüngung kann kegelstumpfförmig ausgeführt sein. Durchaus besteht auch die Möglichkeit, die Riegelkörper kalottenförmig oder die Verjüngung aus einer Mischform der beiden vorbeschriebenen Formen zu gestalten. Im Falle einer Auslegung der Riegelkörper mit einer gekrümmten Verjüngung wirken diese wie Gelenkpunkte, wobei gleichzeitig der gewünschte Formschluss zwischen den beiden Radteilen hergestellt ist.
Mit einem solchermaßen konzipierten mehrteiligen Rad kann die Radscheibe trotz der aufzunehmenden hohen Querkräfte im Bereich eines Horns der Felge, typischerweise dem Außenhorn an die Felge angeschlossen sein. An dieser Anschlussposition befindet sich die Radscheibe mit deutlichem Abstand zu der in der Felgenmitte befindlichen neutralen Zone. Somit eröffnet dieses mehrteilige Rad auch neue Designmöglichkeiten in der Auslegung eines solchen Fahrzeugrades.
Die beiden Radteile können aus demselben Material oder auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. So ist es beispielsweise möglich, die Felge und die Radscheibe als Faserverbundbauteil herzustellen und diese nach ihrer separaten Herstellung miteinander zu verbinden. Gleichfalls können beide Radteile aus Metall, typischerweise einem Leichtmetall hergestellt sein. Auslegen kann man ein solches mehrteiliges Rad auch als Leichtbau-Hybridrad, bei dem die Felge als Faserverbundstoffteil und die Radscheibe als Metallteil, typischerweise Leichtmetallteil hergestellt sind. Damit kann ein herkömmlich einteilig hergestelltes Rad zur Erhöhung der aufzunehmenden Querkräfte durch ein solches mehrteiliges Rad ersetzt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Riegelfallen als Sacklöcher ausgeführt. Zweckmäßigerweise sind die Riegelfallen der Felge zugeordnet. Im Bereich des äußeren Reifensitzes verfügt eine solche Felge typischerweise über eine den Reifensitz in Richtung zum Tiefbett begrenzenden Felgenwulst. Die Sacklöcher befinden sich gemäß einer Ausgestaltung im Bereich eines solchen Wulstes. Ausgenutzt wird in geschickter Weise die im Bereich des Felgenwulstes ohnehin vorhandene größere Materialdicke der Felge, um die Sacklöcher anzuordnen. Diese können somit ohne Einsatz von zusätzlichem Material mit der notwendigen Tiefe in die Innenseite der Felge im Bereich des Felgenwulstes eingebracht werden. Das Vorsehen von Sacklöchern als Riegelfallen an der Innenseite der Felge gewährleistet zudem die gewünschte Dichtigkeit, da die Felge zur Anbindung der Radscheibe nicht über das Felgenbett durchgreifende Bohrungen verfügen muss.
Die Riegelkörper sind gemäß einer Ausführung Teil einer ein Innengewinde der Radscheibe kämmenden Madenschraube. Eine solche Madenschraube sitzt in dem die radial äußere Mantelfläche bildenden Teil der Radscheibe und ist typischerweise sichtseitig verblendet, beispielsweise durch eine Speiche. Hierbei kann es sich um ein Verbindungskranz oder ein Verbindungskranzsegment des Fahrzeugrades handeln. Die Madenschraube ist gegenüber der Radscheibe in radialer Richtung oder in einer Richtung, die zumindest einen radialen Anteil aufweist, verstellbar und wird in die Riegelfalle unter Zuhilfenahme eines Werkzeuges eingeschraubt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Riegelkörper federbelastet von der Radscheibe vorspringend gehalten sind. Gehalten werden können die Riegelkörper in einem solchen Fall in ihrer in eine Riegelfalle eingreifenden Stellung durch ein oder mehrere Druckfedern. Bei einer solchen Ausgestaltung werden die Riegelkörper bei einer Montage der Radscheibe an der Felge in eine radscheibenseitige Riegelkörperaufnahme eingedrückt und springen sodann, wenn mit der komplementären Riegelfalle der Felge fluchtend, selbsttätig in diese ein.
Durchaus ist es möglich, dass die Radscheibe unterschiedliche Riegelkörper trägt, beispielsweise solche, die Teil einer Madenschraube sind und auch solche, die, wie vorstehend beschrieben, federbelastet in ihrer Eingriffsstellung in einer Riegelfalle gehalten sind. Bei einer solchen Ausgestaltung wird man diese Riegelkörper wechselweise mit Abstand zueinander in Umfangsrichtung der Radscheibe zueinander anordnen.
Bei einem solchen mehrteiligen Rad, bei dem die Felge aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, kann vorgesehen sein, dass die nach der Erstellung der Felge in diese innenseitig eingebrachten Riegelfallen jeweils mit einer Schutzschicht ausgekleidet wird. Durch diese wird sichergestellt, dass beim Einbringen eines Riegelkörpers das Faserverbundmaterial durch die Drehbewegung nicht beschädigt wird. Die Schutzschicht kann beispielsweise durch eine Metallfolie oder auch ein Metalleinsatz bereitgestellt sein.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Radscheibe benachbart zu der zum Außenhorn der Felge weisenden Tiefbettflanke angeordnet ist und außenseitig an dieser abgestützt ist. Diese Abstützung dient dem Zweck, den Formschluss zwischen den Riegelkörpern und den Riegelfallen in axialer Richtung des Fahrzeugrades und somit in Querrichtung zum Fahrzeug vor allem bei einer Außenkurvenfahrt zu entlasten.
Zum Entlasten des in Rotationsrichtung wirkenden Formschlusses zwischen den Riegelkörpern und den Riegelfallen ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass felgeninnenseitig mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Formschlusskörper vorgesehen sind, die in entsprechende Formschlusskörpertaschen eingreifen. Bei diesen Formschlusskörpern handelt es sich um von der Innenseite der Felge abragende Drehmitnahmekörper, beispielsweise mit einer rechteckförmigen Grundfläche. Diese ragen von der Innenseite der Felge beispielsweise mit 2 bis 3 mm Höhe ab. Der Formschluss dieser Formschlusskörper mit den Formschlusskörpertaschen wirkt in Umfangs- bzw. Rotationsrichtung des Rades. Die Formschlusskörpertaschen sind in axialer Richtung zur Felgenmitte hin geöffnet, damit die Formschlusskörper seitlich in diese eingeschoben werden können. In einer Weiterbildung einer solchen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich die felgenseitigen Verbindungsstrukturelemente in oder an diesen Formschlusskörpern befinden. Entsprechendes gilt für die radscheibenseitigen Verbindungsstrukturelemente, die bei einer solchen Auslegung in oder an den Formschlusskörpertaschen angeordnet sind.
Wenn im Rahmen dieser Ausführungen von einer Radscheibe die Rede ist, sind hierunter alle möglichen Ausgestaltungen zu verstehen, eine Nabe mit einer Felge zu verbinden, insbesondere auch ein Speichenstern.
Die Komponenten eines solchen Rades sind leicht montierbar. Die Radscheibe wird in axialer Richtung in die Felge eingeschoben, und zwar derart, dass die Riegelkörper mit den Riegelfallen des anderen Radteils fluchten. Sind die beiden Verbindungsstrukturelemente fluchtend zueinander angeordnet, werden die Riegelkörper in die Riegelfallen eingebracht, beispielsweise durch Betätigen einer Madenschraube, die endseitig einen Riegelkörper trägt. Eingeschraubt werden die Riegelkörper in die Riegelfallen nur soweit, dass ihr in die Riegelfalle weisender Abschluss von dem Boden der Riegelfalle beabstandet bleibt. Eingebracht werden die Riegelkörper in die jeweilige Riegelfalle, damit deren Mantelfläche darin mit der Mantelfläche der Riegelfalle, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Klebeschicht, zur Anlage gelangt. Sind die Riegelkörper federbelastet, springen diese bei der fluchtenden Anordnung mit den Riegelfallen selbsttätig in diese ein.
Unterstützt werden kann der Verbund von Felge und Radscheibe, 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, die bei einer solchen Ausgestaltung typischerweise aus einer Leichtmetalllegierung, etwa einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, 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: die beiden Komponenten des Rades der 1 und 2 - Felge und Radscheibe - bei ihrer Montage und
4: eine schematisierte Darstellung des Teilquerschnittes des Rades der 2 mit der gegenüber der Radscheibe verstellten Felge bei einer Querkrafteinwirkung auf diese.

Ein als Leichtbau-Hybridrad ausgelegtes Fahrzeugrad 1 ist aus einer Radscheibe 2 und einer Felge 3 zusammengesetzt. 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 in Umfangsrichtung des Rades 1 gesehen voneinander beabstandet.
Die Felge 3 verfügt im Bereich jedes Verbindungskranzsegmentes 11 über eine als Sackbohrung ausgeführte Riegelfalle 12 mit kegelstumpfförmiger Innenfläche. Die Verjüngung der Riegelfalle 12 ist in Richtung ihres Inneren gerichtet. Ausgekleidet ist die Riegelfalle 12 mit einer metallischen Schutzschicht 13. Die Riegelfalle 12 dient einer formschlüssigen Verriegelung der Radscheibe 2 mit ihren Verbindungskranzsegmenten 11 an der Innenseite der Felge 3. Zu diesem Zweck tragen die Verbindungskranzsegmente 11 jeweils eine Riegelschraube 14, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Madenschrauben ausgeführt sind. Die Riegelschrauben 14 kämmen mit ihrem Außengewinde das Innengewinde jeweils einer ein Verbindungskranzsegment 11 in radialer Richtung durchgreifenden Bohrung 15. Angeformt an den Gewindeabschnitt der Riegelschraube 14 ist ein kegelstumpfförmiger Riegelkörper 16. In der Figur ist der Einfachheit halber nicht dargestellt, dass die Riegelschrauben 14 eine Drehmitnahmekontur an ihrem dem Riegelkörper 16 gegenüberliegenden Ende aufweisen. Die Geometrie des Riegelkörpers 16 und diejenige der Riegelfalle 12 sind zur Erzielung des gewünschten Formschlusses komplementär zueinander ausgeführt. 2 zeigt die an der Felge 3 montierte Radscheibe 2, in welcher Stellung der gezeigte Riegelkörper 16 in die Riegelfalle 12 der Felge 3 eingreift. Zwischen diesen beiden Komponenten - Felge 3 und Radscheibe 2 - ist eine als Klebeschicht 17 ausgeführte Entkopplungsschicht angeordnet. Durch diese sind die Felge 3 und die Radscheibe 2 kraftschlüssig miteinander verbunden. Mit dem die Klebeschicht 17 ausbildenden Kleber ist auch die Schutzschicht 13 bzw. die Riegelfalle 12 ausgekleidet. Die Klebeschicht 17 bewirkt zugleich eine galvanische Trennung zwischen der Radscheibe 2 und der Felge 3.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Riegelfalle 12 unterhalb eines Felgenwulstes 18 (einem sogenannten Bump), der in Richtung zum Tiefbett der Felge 3 hin den Reifensitz 19 begrenzt. Der Reifensitz 19 ist durch den Wulst 18 und das seitliche Horn, in den Figuren das Außenhorn 7, begrenzt.
Die Felge 3 und die Radscheibe 2 werden gesondert voneinander hergestellt und zur Ausbildung des Fahrzeugrades 1 miteinander montiert. 3 zeigt den in 2 gezeigten Ausschnitt des Fahrzeugrades 1 vor der Montage von Radscheibe 2 und Felge 3. In der in 3 gezeigten Stellung ist die Riegelschraube 14 gegenüber ihrer in 2 gezeigten verriegelnden Stellung in Richtung zur Drehachse des Rades 1 abgesenkt, sodass sich der Riegelkörper 16 fast vollständig in der Bohrung 15 befindet. Vor der Montage wird entweder die Innenseite der Felge 3 im Anschlussbereich der Radscheibe 2 bzw. seiner Verbindungskranzsegmente 11 und/oder es werden die Verbindungskranzsegmente 11 an der radialen Außenseite mit einem noch nicht ausgehärteten Kleber beschichtet. Dieser dient bei der Montage zugleich als Gleithilfe beim Einführen der Radscheibe 2 in die Felge 3, wie in 3 durch den Blockpfeil angedeutet. Ist die Radscheibe 2 hinreichend weit in die Felge 3 eingeschoben und fluchten die Riegelkörper 16 mit den komplementären Riegelfallen 12, werden die Riegelschrauben 14 zum Einführen der Riegelkörper 16 in die jeweiligen Riegelfallen 12 in die Bohrung 15 eingeschraubt. Die Riegelkörper 16 werden durch die Einschraubbewegung translatorisch in die Riegelfallen 12 hineinbewegt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Riegelkörper 16 in radialer Richtung bewegt. Durch die dann in die Riegelfallen 12 eingreifende Riegelkörper 16 ist die Radscheibe 2 in axialer Richtung und in Umfangs- bzw. Rotationsrichtung des Rades 1 formschlüssig an die Felge 3 innenseitig angeschlossen. Durch die auch die in die Riegelfalle 12 eingreifende Klebeschicht 17 sind die Riegelschrauben 14 nach Aushärten der Klebeschicht 17 zugleich gegenüber einem unbeabsichtigten Lösen gesichert.
Von Vorteil bei dem vorbeschriebenen Leichtbau-Hybridrad 1 ist, dass in die Faserstruktur der CFK-Felge keine Verbindungsmittel eingearbeitet werden müssen und auch dass keine die Felge 3 durchgreifende Verbindungsmittel benötigt werden. Die Riegelfalle 12 wird in die fertige Felge 3 eingebracht und anschließend mit der Schutzschicht 13 innenseitig verkleidet. Bei der Schutzschicht 13 handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Metalleinsatz.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Riegelschrauben 14 innenseitig bezüglich der Speichen 4 der Radscheibe 2 und sind daher von der Radaußenseite nicht sichtbar.
In einer in den Figuren nicht dargestellten Ausgestaltung trägt jedes Verbindungskranzsegment der Radscheibe mehrere, beispielsweise zwei Riegelschrauben, sodass eine Verbindung mit der Felge im Bereich jedes Verbindungskranzsegmentes durch ein Riegelschraubenpaar bei Vorsehen von zwei Riegelschrauben erfolgt. Die Felge verfügt innenseitig sodann über eine entsprechende Anzahl an Ausnehmungen, die dieselbe Anordnung zueinander aufweisen wie die Riegelschrauben zueinander.
Die Klebeschicht 17 bildet aufgrund ihrer Materialeigenschaften eine Entkopplungsschicht innerhalb der Verbindungsanordnung von Radscheibe 2 und Felge 3. Diese Schicht 17 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Materialstärke von etwa 0,5 mm auf. Diese Entkopplungsschicht bewirkt, dass die Felge 3 gegenüber der Radscheibe 2 arbeiten kann, wenn auf die Felge 3 Querkräfte und Biegemomente wirken, wie beispielsweise beim Durchfahren einer Kurve. Dann wirken auf die Felge 3 Querkräfte, wie diese in 4, die den Ausschnitt der Felge gemäß 2 zeigt, durch einen Blockpfeil angedeutet ist. Entsprechende Biegemomente wirken sodann auf das Fahrzeugrad, vor allem an der Schnittstelle zwischen der Felge 3 und der Radscheibe 2. Da die beiden Radteile - Radscheibe 2 und Felge 3 - nicht miteinander verspannt sind, kann aufgrund der Entkopplungsschicht - bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Klebeschicht 17 ausgeführt - die Felge 3 gegenüber der Radscheibe 2 arbeiten und damit verstellt werden. Der Verstellbetrag beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel maximal etwa 0,5 mm. Das anliegende Biegemoment wird daher in die Verstellarbeit umgesetzt, sodass die Verbindungskranzsegmente 11 der Radscheibe 2 keine übermäßige Stabilität zur Aufnahme derartiger Momente aufweisen müssen. 4 zeigt schematisiert die gegenüber der Radscheibe im Zuge einer solchen Biegemomentbeanspruchung verstellte Felge 3 gegenüber der Radscheibe 2. Die Darstellung ist nicht maßstabsgerecht, verdeutlicht jedoch das mit diesem Fahrzeugrad 1 verwirklichte Prinzip.
Lässt die auf die Felge 3 wirkende Querkraftbelastung nach, stellt sich die Felge 3 gegenüber der Radscheibe 2 in ihre in 2 gezeigte Normalstellung zurück. Ein derartiges Verstellen der Felge 3 gegenüber der Radscheibe 2 ist in beiden axialen Richtung möglich.
Bei einer solchen Verstellung wirkt der in die Riegelfalle 12 eingreifende Riegelkörper 16 nach Art eines Scharnieres. Durch den Eingriff eines solchen Riegelkörpers 16 in eine Riegelfalle 12 wird der Drehpunkt einer Verstellung definiert. Innerhalb der als Klebeschicht 17 ausgeführten Entkopplungsschicht wird eine auf die Felge 3 einwirkende Querkraftbelastung vornehmlich über Scherkräfte aufgenommen und damit gegenüber der Radscheibe 3 zumindest zu einem nennenswerten Anteil entkoppelt.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten, die Erfindung umzusetzen, ohne dass dieses im Einzelnen dargelegt werden müsste.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugrad
2: Radscheibe
3: Felge
4: Speiche
5: Nabeneinfassung
6: Speichenkranz
7: Außenhorn
8: Tiefbetttiefste
9: Tiefbettflanke
10: Felgenbett
11: Verbindungskranzsegment
12: Riegelfalle
13: Schutzschicht
14: Riegelschraube
15: Bohrung
16: Riegelkörper
17: Klebeschicht
18: Wulst
19: Reifensitz

Claims

Mehrteiliges Fahrzeugrad 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 zur Erstellung des Fahrzeugrades (1) die Radscheibe (2) in Umfangsrichtung des Fahrzeugrades (1) und in axialer Richtung über miteinander in Eingriff gestellte Verbindungsstrukturelemente (12, 16) formschlüssig mit axialem Abstand zur Felgenmitte an die Innenseite der Felge (3) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als komplementäre Verbindungsstrukturelemente (12, 16) in radialer Richtung bezüglich der Drehachse des Fahrzeugrades (1) wirkende Riegelkörper (16) und Riegelfallen (12) vorgesehen sind, wobei die Riegelkörper (16) in Richtung zu ihrem in eine Riegelfalle (12) eingreifenden Abschluss hin verjüngt sind, dass in die Verbindungsanordnung zwischen der Radscheibe (2) und der Felge (3) eine Entkopplungsschicht (17) angeordnet ist und dass die Verbindungsanordnung ausgeführt ist, damit durch auf die Felge (3) einwirkende Querkräfte und/oder Biegemomente die Felge (3) gegenüber der Radscheibe (2) verstellbar ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riegelfallen (12) als Sacklöcher ausgeführt sind.
Fahrzeugrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher als Riegelfallen (12) der Felge (3) zugeordnet und im Bereich eines einen Reifensitz (19) begrenzenden Felgenwulstes (18) angeordnet sind.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung kegelstumpfförmig ausgeführt ist.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung kalottenförmig ausgeführt ist.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Riegelkörper (16) mit ihrem in eine Riegelfalle (12) eingreifenden Abschluss von dem Boden des Sackloches beabstandet sind.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage der Mantelfläche der Riegelkörper in den Riegelfallen unverspannt ist.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Riegelkörper (16) Teil einer ein Innengewinde der Radscheibe kämmenden Madenschraube (14) sind.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (3) ein Faserverbundbauteil ist und die Radscheibe (2) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einer Leichtmetalllegierung hergestellt ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Riegelfallen (12) zumindest im Bereich ihrer Mantelfläche mit einer Schutzschicht (13) ausgekleidet sind.
Fahrzeugrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (13) durch eine Metallfolie oder einen Metalleinsatz bereitgestellt ist.
Fahrzeugrad einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe (2) benachbart zu der zum Außenhorn (7) der Felge (3) weisenden Tiefbettflanke (9) angeordnet und daran abgestützt ist.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Felge, in die Verbindungsanordnung integriert, mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Formschlusskörper angeformt sind und die Radscheibe an komplementären Positionen in Umfangsrichtung mit den Formschlusskörpern einen Formschluss eingehende Formschlusskörpertaschen angeordnet sind.
Fahrzeugrad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die felgenseitigen Verbindungsstrukturelemente an oder innerhalb der Formschlusskörper angeordnet sind.
Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsschicht eine Klebeschicht (17) ist.
Fahrzeugrad nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht eine Dicke von 0,3 bis 0,7 mm aufweist.