-
Die Erfindung betrifft eine Radschüssel für ein Scheibenrad, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einem sich zumindest im Wesentlichen radial erstreckenden Nabenanschlussflansch und mit einem im Wesentlichen zylindrischen, an einer Radfelge anschließbaren Schüsselrand sowie mit einem sich zwischen dem Schüsselrand und dem Nabenanschlussflansch erstreckenden Übergangsbereich. Die Erfindung ist ferner auf ein Scheibenrad, insbesondere für Nutzfahrzeuge, gerichtet, das mit einer solchen Radschüssel ausgestattet ist.
-
Scheibenräder, die heutzutage hauptsächlich für Nutzfahrzeuge eingesetzt werden, bestehen im Wesentlichen aus zwei Stahlformteilen, nämlich einer Radfelge und einer Radschüssel, die mit einem sich zumindest im Wesentlichen radial erstreckenden Nabenanschlussflansch mittels Radschrauben bzw. Muttern an einer Radnabe des Fahrzeugs festlegbar und mit einem im Wesentlichen zylindrischen, umlaufenden Schüsselrand am Innenumfang der Felge an einem Anschlussbereich angeschweißt ist. Die Herstellung der Radschüssel erfolgt meist auf einer Drückwalzmaschine durch Drückwalzen oder Abstreckdrücken, indem ein stählerner Vorformling im Bereich des Nabenanschlussflansches zwischen einer Stirnseite eines Drückfutters und einem Niederhalter eingespannt wird. Im Anschluss wird dann das radial außen an den Nabenanschlussflansch angrenzende ggf. schon vorgeformte Material mittels Drückwalzen bei Rotation des Vorformlings gegen ein Drückfutter angedrückt und abgestreckt, um die gewünschte Kontur des Übergangsbereiches und des an dessen Ende sich ausbildenden Schüsselrands zu erhalten. Radschüsseln, die durch Drückwalzen bzw. Abstreckdrücken hergestellt werden, haben an ihren Innen- und Außenseiten gleichmäßige Oberflächen und eine gute Gefügestruktur, womit sie die im Fahrbetrieb eines Fahrzeugs auftretenden Belastungen gut zwischen Felge und Fahrzeugnabe übertragen können. Verfahren und Vorrichtungen zum Drückwalzen bzw. Abstreckdrücken zur Herstellung von Radschüsseln für Fahrzeugräder sind beispielsweise aus der
DE 21 56 551 , der
DE 196 15 675 A1 , der
DE 198 60 732 A1 oder der
EP 1 473 097 B1 bekannt.
-
Aus der
DE 20 2014 104 068 U ist eine Radschüssel der gattungsgemäßen Art für ein entsprechendes Scheibenrad bekannt, bei der der Übergangsbereich zwischen dem zentralen Nabenanschlussflansch und dem radial au-ßen liegenden Schüsselrand in mindestens fünf ineinander oder in den Nabenanschlussflansch oder den Schüsselrand übergehende Abschnitte untergliedert ist, wobei die Abschnitte wenigstens auf einem Teilbereich ihrer Länge zwischen ihrem äußeren und ihrem inneren Ende eine Krümmung aufweisen und die Krümmungen von einander benachbarten Abschnitten unterschiedliche Krümmungsrichtungen haben. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass die einzelnen Abschnitte an ihren inneren Enden einen größeren Radialabstand von einer Drehachse der Radschüssel haben als an ihren äußeren Enden, wobei die Radschüssel in ihrem Übergangsbereich eine variable Materialstärke hat und die Verhältnisse der Materialstärken der einzelnen Abschnitte in bestimmten Verhältnissen zueinander definiert sind.
-
Fahrzeugräder beeinflussen in einem nicht unerheblichen Maß nicht nur das Fahrverhalten des damit ausgestatteten Fahrzeugs, sondern bestimmen in nennenswertem Umfang auch dessen Kraftstoffverbrauch und die erreichbare Tragfähigkeit. Dabei hat ein möglichst geringes Gewicht der einzelnen Räder einen vorteilhaften Effekt auf das Fahrverhalten und den Verbrauch. Allerdings ist die Gewichtsminimierung regelmäßig mit einer Verringerung der Materialdicke der Radschüssel verbunden, wodurch Spannungen im Material größer werden, was wiederum einen nachteiligen Effekt auf die Tragfähigkeit haben kann. Das bekannte Rad und die bei diesem eingesetzte Radschüssel haben sich zwar als sehr erfolgreich erwiesen, sind aber hinsichtlich ihres Gewichts noch verbesserungsfähig.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radschüssel sowie ein damit versehenes Scheibenrad zu schaffen, womit einerseits ein möglichst geringes Gewicht des Rades realisierbar ist, andererseits aber auch die an die Radschüssel bzw. das damit versehenen Scheibenrad die gestellten Festigkeitsanforderungen zuverlässig erfüllt werden.
-
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung bei einer Radschüssel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Übergangsbereich mit über den Umfang verteilt angeordneten Lüftungslöchern versehen ist, wobei sich die Lüftungslöcher in Radialrichtung von einem näher zum Befestigungsflansch gelegenen ersten inneren Teilkreis zu einem näher zum Schüsselrand gelegenen, zweiten äußeren Teilkreis erstrecken, wobei der Übergangsbereich im Radialschnitt in einem ersten, sich zwischen dem Radbefestigungsflansch und dem radial innen liegenden ersten Teilkreis erstreckenden Abschnittsbereich eine im Verhältnis zu einer Materialdicke des Radbefestigungsflansches um mindestens 30% reduzierte Materialdicke aufweist und/oder wobei die Lüftungslöcher einen Lochbereich mit einer vom radial inneren, ersten Teilkreis hin zum radial äußeren, zweiten Teilkreis zunehmenden Lochbreite in Schüsselumfangsrichtung aufweisen. Das erfindungsgemäße Scheibenrad eignet sich insbesondere für Nutzfahrzeuge und weist eine Radfelge auf, die ein innen liegendes Felgentiefbett sowie zwei axial außen liegende Felgenschultern mit diese am Au-ßen- und Innenrand der Felge begrenzenden Felgenhörnern und einem zwischen einer der Felgenschultern und dem Felgentiefbett angeordneten, im Wesentlichen zylindrischen Anschlussbereich aufweist, an dessen Innenseite der Schüsselrand der erfindungsgegenständlichen Radschüssel nach angeschlossen, insbesondere angeschweißt ist.
-
Die Radschüssel nach der Erfindung, deren besondere Gestaltung durch aufwendige Finite-Elemente-Methoden entwickelt wurde, zeichnet sich zum einen durch eine besonderes vorteilhafte Materialdickenverteilung der Schüsselwandung und zum anderen durch eine spezielle Gestaltung und Anordnung der Lüftungslöcher aus, die in dem Übergangsbereich der Radschüssel zwischen dem Nabenanschlussflansch und dem Schüsselrand vorgesehen sind. Es hat sich überraschend gezeigt, dass in dem radial innen liegenden Teil des Übergangsbereiches eine erhebliche Reduzierung der Materialdicke des Radschüsselmaterials um mehr als 30%, verglichen mit der Materialdicke am zentralen Radanschlussflansch, eine erhebliche Reduktion der Spannungen speziell in diesem Bereich der Schüssel zur Folge hat, womit eine nennenswerte Reduktion des Bauteilgewichtes bei Gewährleistung der geforderten Festigkeit erzielbar ist. Eine nennenswerte Gewichtsreduktion bei ebenfalls sehr guter Gewährleistung der Festigkeit wird durch die spezielle Gestalt der Lüftungslöcher erreicht, die etwa als tropfenförmig beschrieben werden kann. Die Form der Lüftungslöcher mit einer radial nach innen zum Anschlussflansch hin weisenden Tropfenspitze und einem ausgehend vom inneren Teilkreis radial nach außen breiter werdenden Lochquerschnitt hat sich für den Spannungsverlauf im Übergangsbereich, insbesondere in den zwischen benachbarten Löchern vorhandenen Materialstegen (Speichen) als sehr vorteilhaft erwiesen, indem hierdurch Spannungsspitzen vermieden werden und eine hohe Tragfähigkeit bei vergleichsweise geringen Gewicht erreichbar ist. Versuche haben ergeben, dass es mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen möglich ist, die Masse eines Scheibenrads im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen bei gleicher Tragfähigkeit um ca. 15 % zu reduzieren und damit eine erhebliche Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eines damit ausgestatteten Fahrzeugs sowie ein besseres Fahrverhalten zu ermöglichen.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann das Verhältnis der Materialdicke in dem radial innen vom ersten Teilkreis gelegenen Abschnittsbereich zur Materialdicke des Nabenanschlussflansches höchstens 0,6, vorzugsweise nicht mehr als 0,5 betragen und insbesondere kleiner als 0,46 sein. Die Materialdicke in dem radial innen liegenden Abschnittsbereich, die im Sinne der Erfindung definiert sein soll als das Maß senkrecht zur Radschüsselaußen- und innenseite, kann also weniger als die Hälfte der (üblichen) Dicke am Nabenanschlussflansch betragen, was tatsächlich eine sehr erhebliche Gewichtsersparnis zur Folge hat!
-
In vorteilhafter, konstruktiver Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Materialdicke des Übergangsbereichs am ersten Teilkreis mindestens 50% der Materialdicke des Nabenanschlussflanschs beträgt. Es hat sich durch die Finite-Elemente-Simulation der Gestaltung gezeigt, dass hierdurch trotz der am ersten Teilkreis ansetzenden Lüftungslöcher in den betrachteten Lastfällen eine sehr gute Festigkeit der Radschüssel gewährleistet ist. Bevorzugt wird das Verhältnis der Materialdicke am ersten Teilkreis zur Materialdicke am Nabenanschlussflansch größer als 0,54 gewählt.
-
Bei der Dimensionierung der Lüftungslöcher wurde gefunden, dass die maximale Lochbreite der Lüftungslöcher vorzugsweise höchstens 85% ihrer in Radialrichtung gemessenen Lochhöhe, insbesondere vorzugsweise höchstens 80%, beträgt. Die maximale Lochbreite der Lüftungslöcher kann vorzugsweise auf einem dritten Teilkreis liegen, der sich zwischen dem ersten, inneren Teilkreis und dem zweiten äußeren Teilkreis befindet. Dabei ist dann der Abstand zwischen dem dritten Teilkreis und dem ersten Teilkreis zweckmäßig höchstens so groß und bevorzugt kleiner als der Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Teilkreis. Bei dieser besonders bevorzugten Gestaltung kann die Grundform des Lüftungsloches auch als eiförmig beschrieben werden.
-
Das Verhältnis des Abstands zwischen dem ersten und dritten Teilkreis und der Lochhöhe der Lüftungslöcher ist vorzugsweise kleiner oder gleich 0,48, insbesondere kleiner oder gleich 0,47.
-
Wie bereits erläutert, haben die Lüftungslöcher bevorzugt eine etwa tropfen- oder eiförmige Grundform mit einer zum ersten, inneren Teilkreis weisenden Lochspitze, die vorzugsweise einen engen Krümmungsradius hat, und mit einer zum zweiten, äußeren Teilkreis hin gelegenen Abflachung, die einen zweiten, größeren Krümmungsradius aufweist. Die Lüftungslöcher sind bevorzugt jeweils achsensymmetrisch zur die Lochhöhe definierenden Radialebene ausgestaltet.
-
In vorteilhafter Weiterbildung der Gestalt der Lüftungslöcher können diese zwischen ihrer Lochspitze und ihrer maximalen Lochbreite eine Lochrandkrümmung aufweisen, die ausgehend von dem engen Krümmungsradius der Lochspitze auf mindestens das 6-fache, vorzugsweise mehr als das 8-fache, des Lochspitzenradius ansteigt. In einem Übergangsbereich zur maximalen Lochbreite kann die Lochrandkrümmung etwa das 1,5- bis 3-fache, vorzugsweise mehr als das doppelte des engen Krümmungsradius der Lochspitze betragen.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Scheibenrad, das mit einer Radschüssel der vorstehend erläuterten Art versehen ist, besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, dass zwischen dem Anschlussbereich und der an diesem angrenzenden Felgenschulter ein umlaufender Hump angeordnet ist, der das Abrutschen des Reifenfußes eines auf dem Rad montierten Reifens in das Felgentiefbett bei großen auftretenden Seitenkräften zuverlässig verhindern kann. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Hump an einem Teilstück seines Umfangs eine Erhöhung mit einer zum Anschlussbereich weisenden Steilflanke aufweist, deren Höhe und Breite zur Anordnung eines Ventillochs für ein Reifenfüllventil angepasst ist. Es lässt sich so ein von außen zugänglichen Füllventils auch dann realisieren, wenn die Höhe des Humps vergleichsweise gering gewählt ist und somit ein Freiraum zwischen dem Schüsselrand und der gegenüber liegenden Felgenschulter vergleichsweise eng ist und einen ungehinderten Zugang zum Ventil ohne die Erhöhung erschwert oder sogar unmöglich wäre.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in den Zeichnungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Es zeigt:
- 1 eine obere Hälfte oder Erzeugende einer Radschüssel eines Stahl-Scheibenrads nach der Erfindung im Radialschnitt;
- 1 eine Darstellung eines der Lüftungslöcher im Übergangsbereich der erfindungsgemäßen Radschüssel; und
- 3 das Scheibenrad nach der Erfindung in einer Radialschnittdarstellung der oberen Radhälfte.
-
Die 1 zeigt einen Radialschnitt (Erzeugende) einer oberen Hälfte einer Radschüssel 10 nach der Erfindung, die in bekannter Weise einen radial verlaufenden Nabenanschlussflansch 11 mit mehreren Bolzenlöchern 12 hat, womit das mit der Radschüssel 10 versehene Rad an einer nicht dargestellten Radnabe eines Nutzfahrzeugs befestigt werden kann.
-
Die Radschüssel 10 weist weiter einen zylindrischen Schüsselrand 13 auf, mit dem sie an einer Radfelge 14 (3) an einem Anschlussbereich 15 angeschweißt ist, der sich bei dem gezeigten erfindungsgemäßen Rad seitlich neben einem Felgentiefbett befindet, wie dies nachstehend noch im Detail beschrieben wird.
-
Zwischen dem Schüsselrand 13 und dem Nabenanschlussflansch 11 erstreckt sich ein die beiden Teile 11, 13 verbindender Übergangsbereich 16, dessen besondere Gestaltung wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist.
-
Wie die Zeichnung erkennen lässt, sind im Übergangsbereich 16 mehrere über den Schüsselumfang gleichmäßig verteilt angeordnete Lüftungslöcher 17 vorgesehen, die sich in dem radial weiter außen, zum Schüsselrand hin gelegenen äußeren Abschnitt des Übergangsbereiches 16 zwischen einem radial innen liegenden ersten Teilkreis 18 und einem radial äußeren Teilkreis 19 erstrecken. Die Lüftungslöcher 17 sind an ihrem radial nach innen zur Drehachse 20 des Rades hin weisenden, inneren Ende im Wesentlichen spitz zulaufend mit einer abgerundeten Lochspitze 21 mit vergleichsweise engem Lochspitzenradius rmin. Ausgehend vom ersten, inneren Teilkreis 18 hin zum äußeren Teilkreis 19 nimmt die Lochbreite der Lüftungslöcher zu, und zwar auf eine maximale Lochbreite bmax, die auf einem dritten Teilkreis 22 liegt, welcher sich zwischen dem ersten und dem zweiten Teilkreis 18, 19 befindet. Dabei ist das Verhältnis des Abstandes a zwischen dem ersten und dem dritten Teilkreis zur Lochhöhe h der Lüftungslöcher 17, also dem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Teilkreis, bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kleiner/gleich 0,47. Die maximale Breite bmax der Lüftungslöcher 17 liegt also näher beim ersten als beim zweiten Teilkreis. In ihrem jeweils radial weiter außen gelegenen Bereich sind die Lüftungslöcher mit einer zum zweiten Teilkreis hin gelegenen Abflachung 23 versehen, die mit äu-ßeren Krümmungsradien R in seitliche Lochbereiche übergeht.
-
Die Lüftungslöcher sind achsensymmetrisch zur die Lochhöhe h definierenden Radialebene E. In dem radial weiter innen liegenden Lochbereich der Lüftungslöcher zwischen der Lochspitze 21 und der maximalen Lochbreite bmax am dritten Teilkreis steigt die Lochrandkrümmung r von dem engen (minimalen) Krümmungsradius rmin auf etwa das 8-fache dessen an, um dann im Übergangsbereich zur maximalen Lochbreite wieder auf das etwa 2,5-fache des Lochspitzenradius rmin abzufallen. Es ergibt sich so im unteren, radial weiter innen liegenden Teil der Lüftungslöcher ein etwa dreieckförmiger Wandverlauf wie bei einem gleichschenkeligen Dreieck. Die Gesamtform der Lüftungslöcher kann als tropfen- oder eiförmig bezeichnet werden.
-
Neben der besonderen Gestalt der Lüftungslöcher zeichnet sich die erfindungsgemäße Gestaltung der Radschüssel durch ein besonderes Verhältnis der Materialdicke im radial innen vom ersten Teilkreis 18 liegenden Abschnittsbereich 24 zur Materialdicke am Nabenanschlussflansch 11 aus, wobei diesem nachstehend erläuterten Materialdickenverhältnis eigenständig erfinderischer Charakter zukommt. Wie man insbesondere in 1 erkennen kann, ist die Materialdicke DN am Nabenanschlussflansch im Wesentlichen konstant. In dem sich außen an den Nabenanschlussflansch 11 anschließenden Abschnittsbereich 24 reduziert sich die Materialdicke DA kontinuierlich auf weniger als 0,46 der Materialdicke DN am Nabenanschlussflansch, wobei diese minimale Materialdicke DA etwa auf halbem Weg zwischen dem Übergang vom Nabenanschlussflansch 11 zu dem inneren Abschnittsbereich 24 und dem ersten Teilkreis 18 erreicht wird. Von dort steigt die Dicke wieder an auf einen Wert D1, der dann am ersten Teilkreis 18 mindestens 50% der Materialdicke DN am Nabenanschlussflansch erreicht und der dort vorzugsweise größer ist als das 0,54-fache der Dicke DN am Nabenanschlussflansch. Durch die Reduzierung der Materialdicke in dem radial innen vom ersten Teilkreis 18 liegenden Abschnittsbereich 24 auf weniger als die Hälfte, tatsächlich weniger als 46 % der Dicke DN des Nabenanschlusses werden Spannungen in diesem Teil der Radschüssel 10 minimiert und man erreicht überraschend eine besonders gute Stabilität des Rades bei einem im Vergleich zu bekannten Rädern reduzierten Gewicht. Auch die besondere Gestaltung der Lüftungslöcher 17, die im Vergleich zu den Löchern bekannter Räder einen größeren Querschnitt aufweisen, tragen erheblich zur Gewichtsreduktion bei, ohne dass hierdurch die Festigkeit des Rades bzw. dessen Radschüssel nachteilig beeinflusst ist.
-
3 zeigt ein Fahrzeugrad 25, das in vorteilhafter Weise mit der vorstehend beschriebenen Radschüssel 10 ausgestattet ist. Die bei dem Fahrzeugrad 25 zum Einsatz kommende Radfelge 14 hat ein innen liegendes Felgentiefbett 26, zwei axial außen liegende Felgenschultern 27 sowie diese am Außen- und Innenrand der Felge 14 begrenzende Felgenhörner 28.Zwischen dem Felgentiefbett 26 und der äußeren Felgenschulter 27A ist der Anschlussbereich 15 für den Schüsselrand 13 der Radschüssel angeordnet. Der Schüsselrand 13 ist in bekannter Weise an der Innenseite des Anschlussbereiches über dessen Umfang mit der Felge verschweißt. Zwischen dem Anschlussbereich 15 und der äußeren Felgenschulter 27A ist ein umlaufender, vergleichsweise niedriger Hump 29 ausgeformt, der ein ungewolltes Abrutschen eines auf der Felge montierten Reifens in das Felgentiefbett, beispielsweise bei zügiger Kurvenfahrt, verhindert, wie dies bekannt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2156551 [0002]
- DE 19615675 A1 [0002]
- DE 19860732 A1 [0002]
- EP 1473097 B1 [0002]
- DE 202014104068 U [0003]
