DE102022001651A1

DE102022001651A1 - Rad für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022001651A1
Application number: DE102022001651.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Hummel
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-11-16
Also published as: WO2023217789A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rad (1) für ein Kraftfahrzeug, das eine zentral im Rad (1) angeordnete Radnabe (2), eine radial im Umfangsbereich (4) des Rads (1) angeordnete Radfelge (5), und eine im Zwischenbereich zwischen Radnabe (2) und Radfelge (5) angeordnete Radscheibe (6) aufweist.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Radscheibe (6) in mindestens zwei durch einen Trennspalt (8) voneinander getrennte bewegliche Scheibensegmente (7) unterteilt ist, wobei ein in der Radnabe (2) integrierter Aktuator (10) über Verbindungselemente (11) mit den beweglichen Scheibensegmenten (7) der Radscheibe (6) verbunden ist. Die Winkelstellung der beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) ist bei einer Ansteuerung des Aktuators (10) über die Verbindungselemente (11) veränderbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rad für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2008 007 690 A1 ist eine Felge für ein Rad eines Kraftfahrzeugs mit verschließbaren Belüftungsöffnungen bekannt. Eine Stelleinrichtung ist zum Öffnen und Schließen dieser Belüftungsöffnungen vorgesehen, wobei die Belüftungsöffnungen im geöffneten Zustand in Axialrichtung zur Radachse hin durchströmbar ausgebildet sind.
In der DE 10 2013 114 476 A1 ist ein Schließsystem für Radöffnungen eines Fahrzeugs beschrieben, bei dem mittels zweier schwenkbarer Blenden die Radöffnungen wahlweise verschlossen werden können.
Weiterhin ist in der DE 10 2017 204 656 A1 eine Felgenanordnung für ein Fahrzeugrad offenbart, bei der eine drehbare Abdeckscheibe mittels eines Aktuators auf der Felge in zwei unterschiedliche Positionen gedreht werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rad für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art anzugeben, das sich auf einfache Weise und prozesssicher in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen betreiben lässt.
Diese Aufgabe wird bei einem derartigen Rad für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche.
Erfindungsgemäß ist die zwischen Radnabe und Radfelge angeordnete, aus einem formstabilen, möglichst steifen, temperaturbeständigen und verschleißfreien Material bestehende Radscheibe des Rads des Kraftfahrzeugs in zwei oder mehrere vorzugsweise gleichgroße bewegliche Scheibensegmente unterteilt; das heißt, die einen Vollkreis bildende Oberfläche der Radscheibe ist in zwei oder mehrere, vorzugsweise gleichgroße Kreissektoren unterteilt. Aufgrund der angeführten Materialwahl für die Radscheibe und damit auch für die beweglichen Scheibensegmente der Radscheibe behalten diese auch während der Fahrt des Kraftfahrzeugs ihre vorgegebene Kontur bei. Die jeweiligen Scheibensegmente beziehungsweise Kreissektoren der Radscheibe des Rads des Kraftfahrzeugs sind jeweils durch einen Trennspalt voneinander getrennt. Dieser Trennspalt zwischen den Scheibensegmenten kann mit einer Füllschicht aus einem elastischen Material, d.h. einer elastischen Verbindungsschicht ausgefüllt sein, so dass hierdurch eine vollflächig geschlossene Oberfläche der Radscheibe auf Basis zweier Materialien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften realisiert ist.
Alternativ hierzu kann der Trennspalt zwischen den Scheibensegmenten der Radscheibe auch bestehen bleiben, beispielsweise aus Designgründen zur Sichtbarmachung der Radspeichen. In diesem Falle wird der Trennspalt zwischen den Scheibensegmenten somit nicht ausgefüllt und die die nicht vollständig geschlossene Radscheibe besteht demzufolge lediglich aus einem einzigen einheitlichen formstabilen Material.
In der zentral im Rad angeordneten, mit einer Achse des Kraftahrzeugs verbundenen Radnabe ist ein Aktuator integriert, der über insbesondere als Kippgelenke oder Drehgelenke ausgebildete Verbindungselemente mit allen beweglichen Scheibensegmenten der Radscheibe verbunden ist. Über die Auslenkung des beispielsweise elektromagnetischen Aktuators können diese Verbindungselemente betätigt werden und hierdurch die Winkelstellungen aller beweglichen Scheibensegmente gleichzeitig verändert werden. Insbesondere können die beweglichen Scheibensegmente gekippt werden, so dass infolgedessen zwischen dem an die Radfelge angrenzenden Randbereich der Scheibensegmente und der Radfelge ein Luftspalt (Ringspalt) ausgebildet wird. Durch diesen Luftspalt (Ringspalt) kann eine konvektive Luftströmung auf die Rückseite des Rads gelangen. Eine derartige Ausbildung eines Luftspalts (Ringspalts) wird insbesondere dann durch die beschriebene Vorgehensweise eingestellt, wenn in bestimmten Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs eine kritische Betriebstemperatur an den Bremsen des Kraftfahrzeugs oder ein kritischer Temperaturwert auf der Rückseite des Rads erreicht wird.
Dieser Luftspalt (Ringspalt) kann im Übrigen auch in Abhängigkeit von der Formgebung der Radscheibe und damit der beweglichen Scheibensegmente der Radscheibe auf unterschiedliche Weise realisiert werden.
Beispielsweise können die eine ebene (planare) Kontur aufweisenden Scheibensegmente in eine konvexe Kontur oder in eine konkave Kontur gebracht werden, wodurch ein Luftspalt zwischen dem an die Radfelge angrenzenden Randbereich der Scheibensegmente und der Radfelge ausgebildet wird.
Alternativ können die eine konkave Kontur aufweisenden Scheibensegmente in eine ebene (planare) Kontur oder in eine konvexe Kontur gebracht werden, wodurch ebenfalls ein Luftspalt zwischen dem an die Radfelge angrenzenden Randbereich der Scheibensegmente und der Radfelge ausgebildet wird. Oder die eine konvexe Kontur aufweisenden Scheibensegmente können in eine ebene (planare) Kontur oder in eine konkave Kontur gebracht werden, wodurch ebenfalls ein Luftspalt zwischen dem an die Radfelge angrenzenden Randbereich der Scheibensegmente und der Radfelge ausgebildet wird.
Der in der Radnabe integrierte Aktuator wird von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs mittels eines Ansteuersignals drahtlos angesteuert, wobei ein Ansteuersignal zur Bewegung (zum Ausrücken oder Einrücken) des Aktuators und damit auch zur Veränderung der Scheibensegmente der Radscheibe in einem bestimmten Betriebszustand des Kraftfahrzeugs generiert wird, insbesondere bei einem bestimmten kritischen Betriebszustand der Bremsen des Kraftfahrzeugs. Insbesondere wird beim Erreichen eines (kritischen) Temperaturschwellwerts im Bereich der Bremsen des Kraftfahrzeugs eine entsprechende Ansteuerung des Aktuators vorgenommen, der die Winkelstellung der Scheibensegmente verändert, so dass ein Luftspalt (Ringspalt) zwischen dem an die Radfelge angrenzenden Randbereich der Scheibensegmente und der Radfelge von beispielsweise 20 mm bis 50 mm am Scheibenrand der Scheibensegmente der Radscheibe entsteht.
Zur Verkippung der Scheibensegmente der Radscheibe sind diese Scheibensegmente mittels beweglicher Lagerpunkte wie beispielsweise mittels Elastomergelenken oder Kugelgelenken vorzugsweise zwischen den Radspeichen angeordnet und mit den Radspeichen über Befestigungsmittel verbunden. Bei einer Auslenkung des Aktuators kann somit der Öffnungswinkel des Randbereichs der Scheibensegmente der Radscheibe zwei unterschiedliche Werte annehmen, einerseits im geschlossenen Zustand des Randbereichs der Scheibensegmente und andererseits im geöffneten Zustand des Randbereichs der Scheibensegmente.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den beiden Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 Eine schematische Draufsicht auf das Rad des Kraftfahrzeugs.
2 Eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs des Rads des Kraftfahrzeugs mit der Darstellung der beiden unterschiedlichen Betriebszustände des Rads des Kraftfahrzeugs.

Gemäß der 1 weist das in Draufsicht dargestellte Rad 1 eines beispielsweise als vollelektrisches Fahrzeug (BEV) ausgebildeten Kraftfahrzeugs eine zentral im Rad 1 befindliche Radnabe 2 auf, die mit einer Achse des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Am peripheren Umfangsbereich 4 des Rads 1 ist die Radfelge 5 umlaufend angeordnet, auf der ein in der 1 nicht dargestellter Reifen des Kraftfahrzeug und somit auf dem Rad 1 montiert werden kann.
Weiterhin befindet sich zwischen der Radnabe 2 und der Radfelge 5 des Rads die aus einem formbeständigen Material bestehende, beispielsweise plan ausgeführte Radscheibe 6; die beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens oder Gießverfahrens hergestellte Radscheibe 6 besteht beispielsweise aus einem Kunststoff wie beispielsweise einem Thermoplast oder Duroplast oder aus einem Leichtmetall wie beispielsweise Aluminium oder Magnesium. Diese kreisförmige Radscheibe 6 ist gemäß der 1 in beispielsweise vier gleichgroße Bereiche als bewegliche Scheibensegmente 7 beziehungsweise Kreissektoren unterteilt, die somit jeweils annähernd einen Viertelkreis der Oberfläche des Rads 1 einnehmen. Aufgrund der Unterteilung der Radscheibe 6 in die beweglichen Scheibensegmente 7 besitzen auch die Scheibensegmente 7 die gleiche formstabile Materialeigenschaft wie die gesamte Radscheibe 6.
Der Trennspalt 8 zwischen benachbarten Scheibensegmenten 7 ist beispielsweise mit einer elastischen Verbindungsschicht, d.h. einer Füllschicht 9 aus einem elastischen Material ausgefüllt, beispielsweise mit einem Elastomer wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Silikon oder mit einem gummiartigen Material. Dadurch ist trotz der Segmentierung der Radscheibe 6 in mehrere Scheibensegmente 7 eine durchgängig vollflächige Abdeckung des Rads 1 realisiert. Die Radscheibe 6 besteht folglich aus Bereichen mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften, nämlich den Bereichen der Scheibensegmente 7 mit einem formstabilen Material und den Bereichen der Füllschicht 9 mit einem elastischen Material.
In der Radnabe 2 ist zudem ein eine Abdeckkappe 3 aufweisender elektromagnetischer Aktuator 10 integriert (siehe hierzu auch die 2), der über Verbindungselemente 11 mit allen vier Scheibensegmenten 7 der Radscheibe 6 verbunden ist, und der zwei unterschiedliche Winkelstellungen der Scheibensegmente 7 abhängig vom jeweiligen Betriebszustand vorgeben kann. Diese beiden unterschiedlichen Betriebszustände beziehungsweise Winkelstellungen der beweglichen Scheibensegmente 7 der Radscheibe 6 sind aus der Schnittdarstellung der 2 mit einer Darstellung des oberen Teils des Rads 1 ersichtlich.
Der in der Radnabe 2 integrierte elektromagnetische Aktuator 10 ist über beispielsweise als Drehgelenke ausgebildete Verbindungselemente 11 mit den Scheibensegmenten 7 der Radscheibe 6 verbunden, wobei die beweglichen Scheibensegmente 7 der Radscheibe 6 ihrerseits über bewegliche Lagerpunkte wie beispielsweise mittels Kugelgelenken 12 über beispielsweise als Flanschelemente ausgebildete Befestigungselemente an die Radspeichen 18 angebunden sind.
Weiterhin sind gemäß der 2 in den Radspeichen 18 Bohrungen 19 für Radschrauben vorgesehen und der sich in der Mitte der Felgenhörner (des Außenhorns des Rads 1) befindliche Bereich der Radfelge 5 als Felgenbett 20.
Im einen Betriebszustand, d.h. im normalen Fahrbetrieb des beispielsweise als vollelektrisches Fahrzeug (BEV) ausgebildeten Kraftfahrzeugs, befindet sich der elektromagnetische Aktuator 8 beispielsweise in der ausgerückten Position 13 und die Scheibensegmente 7 der Radscheibe 6 liegen somit plan an, insbesondere auch in ihrem Randbereich 16, d.h. die Scheibensegmente 7 der Radscheibe 6 bilden eine vollflächige geschlossene Abdeckung des Rads 1 aus. Hierdurch wird auch der Luftwiderstandsbeiwert (cW-Wert) des Rads 1 und damit des Kraftfahrzeugs nicht negativ beeinflusst.
Im anderen Betriebszustand, d.h. bei einer starken Bremsverzögerung des beispielsweise als vollelektrisches Fahrzeug (BEV) ausgebildeten Kraftfahrzeugs oder falls im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs eine starke Erhitzung der Bremsscheiben des Kraftfahrzeugs auftritt, wird der elektromagnetische Aktuator 10 in die eingerückte Position 14 bewegt. Der Verfahrweg 15 des elektromagnetischen Aktuators 10 zwischen der ausgerückten Position 13 und der eingerückten Position 14 beträgt beispielsweise ca. 40 mm. Über die Verbindungselemente 11 werden bei der Bewegung des elektromagnetischen Aktuators 10 in die eingerückte Position 14 auch die Scheibensegmente 7 der Radscheibe 6 um einen bestimmten Winkel von beispielsweise 10° gekippt, so dass ein Luftspalt 17 (Ringspalt) zwischen dem an die Radfelge 5 angrenzenden Randbereich 16 der Scheibensegmente 7 und der Radfelge 5 ausgebildet wird. Beispielsweise wird hierdurch ein Luftspalt 17 (Ringspalt) zwischen dem an die Radfelge 5 angrenzenden Randbereich 16 der Scheibensegmente 7 und der Radfelge 5 von ca. 30 mm ausgebildet, der einen Luftstrom und damit eine konvektive Strömung auf die Rückseite des Rads gelangen lässt, die für eine effektive Kühlung der sich dort befindlichen Bremsscheiben des Kraftfahrzeugs sorgt.
Die Ansteuerung des elektromagnetischen Aktuators 10 und damit die Verstellung (Verkippung) der Scheibensegmente 7 der Radscheibe 6 wird über ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs vorgenommen, das den elektromagnetischen Aktuator 10 drahtlos mit entsprechenden Steuersignalen beaufschlagt.
Insbesondere falls im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ein vorgegebener Schwellwert für die Betriebstemperatur der Bremsen des Kraftfahrzeugs oder ein vorgegebener Schwellwert für die Temperatur auf der Rückseite des Rads 1 erreicht wird, wird das Steuersignal zum Einrücken des elektromagnetischen Aktuators 10 ausgegeben und hierdurch der Luftspalt 17 (Ringspalt) ausgebildet.
Falls ein weiterer Schwellwert für die Betriebstemperatur der Bremsen des Kraftfahrzeugs oder ein weiterer Schwellwert für die Temperatur auf der Rückseite des Rads 1 wieder unterschritten wird, wird das Steuersignal zum Ausrücken des elektromagnetischen Aktuators 10 in die ausgerückte Position 13 ausgegeben und hierdurch der Luftspalt 17 (Ringspalt) wieder geschlossen, so dass eine vollflächig geschlossene Abdeckung des Rads 1 mit den Scheibensegmenten 7 und den Füllschichten 9 ausgebildet wird, was wiederum den Luftwiderstandsbeiwert (cW-Wert) positiv beeinflusst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008007690 A1 [0002]
DE 102013114476 A1 [0003]
DE 102017204656 A1 [0004]

Claims

Rad (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer zentral im Rad (1) angeordneten Radnabe (2), einer radial im Umfangsbereich (4) des Rads (1) angeordneten Radfelge (5), und einer im Zwischenbereich zwischen Radnabe (2) und Radfelge (5) angeordneten Radscheibe (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe (6) in mindestens zwei durch einen Trennspalt (8) voneinander getrennte bewegliche Scheibensegmente (7) unterteilt ist, dass ein in der Radnabe (2) integrierter Aktuator (10) über Verbindungselemente (11) mit den beweglichen Scheibensegmenten (7) der Radscheibe (6) verbunden ist, und dass die Winkelstellung der beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) bei einer Ansteuerung des Aktuators (10) über die Verbindungselemente (11) veränderbar ist.
Rad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) bei einer Ansteuerung des Aktuators (10) über die Verbindungselemente (11) kippbar sind, wodurch ein Luftspalt (17) zwischen dem an die Radfelge (5) angrenzenden Randbereich (16) der beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) und der Radfelge (5) ausbildbar ist.
Rad (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (11) zwischen dem Aktuator (10) und den beweglichen Scheibensegmenten (7) der Radscheibe (6) als Kippgelenke oder Drehgelenke ausgebildet sind.
Rad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennspalt (8) zwischen den beweglichen Scheibensegmenten (7) der Radscheibe (6) mit einer Füllschicht (9) aus einem elastischen Material ausgefüllt ist.
Rad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) aus einem formstabilen Material bestehen.
Rad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) eine ebene Kontur aufweisen und bei einer Ansteuerung des Aktuators (10) über die Verbindungselemente (11) in eine konvexe Kontur oder eine konkave Kontur veränderbar sind, in der ein Luftspalt (17) zwischen dem an die Radfelge (5) angrenzenden Randbereich (16) der beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) und der Radfelge (5) ausgebildet ist.
Rad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) eine konkave Kontur aufweisen und bei einer Ansteuerung des Aktuators (10) über die Verbindungselemente (11) in eine ebene Kontur oder eine konvexe Kontur veränderbar sind, in der ein Luftspalt (17) zwischen dem an die Radfelge (5) angrenzenden Randbereich (16) der beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) und der Radfelge (5) ausgebildet ist.
Rad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) eine konvexe Kontur aufweisen und bei einer Ansteuerung des Aktuators (10) über die Verbindungselemente (11) in eine ebene Kontur oder eine konkave Kontur veränderbar sind, in der ein Luftspalt (17) zwischen dem an die Radfelge (5) angrenzenden Randbereich (16) der beweglichen Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) und der Radfelge (5) ausgebildet ist.
Rad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) über ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs mittels eines Ansteuersignals drahtlos ansteuerbar ist.
Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibensegmente (7) der Radscheibe (6) mittels Elastomergelenken oder Kugelgelenken mit den Radspeichen (18) verbunden sind.