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FRÜHERE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-
amerikanischen Patentanmeldung Nummer 62/434,709 , welche am 15. Dezember 2016 eingereicht wurde und deren Inhalte hierin durch Bezug aufgenommen sind.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Leichtgewicht-Verbundwerkstoff-Laufrad für ein Fahrzeug. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Hybrid-Verbundwerkstoff-Rad, welches metallische Legierungen und Polymer-Verbundwerkstoffmaterialien nutzt.
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HINTERGRUND
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Gusslegierungsräder werden seit vielen Jahren in Fahrzeugen für den Straßeneinsatz und anderen Fahrzeugen für den Off-Road-Einsatz eingesetzt. Gusslegierungen wie z.B. Aluminium, Magnesium und Titan haben ein wünschenswertes Erscheinungsbild geschaffen und gleichzeitig eine geringere Masse gegenüber älteren Stahlrädern, die Radkappen für ein wünschenswertes Erscheinungsbild beinhalten. Immer höhere Kraftstoffeffizienzstandards haben die Fahrzeughersteller unter Druck gesetzt, die Masse kontinuierlich zu reduzieren, auch bei Fahrzeugkomponenten, die bereits Merkmale mit geringer Masse aufweisen, wie z.B. Legierungsräder. Es wird angenommen, dass die Reduzierung der Masse eines Rades vorteilhafter ist als die Reduzierung der Masse anderer Fahrzeugkomponenten aufgrund der Energie, die benötigt wird, um ein Rad mit einem nachteiligen Trägheitsmoment zu drehen.
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Es wurden einige Anstrengungen unternommen, um die Masse eines Fahrzeugrades zu reduzieren, indem das Rad ganz oder teilweise aus Verbundwerkstoffen gebildet wurde. Die Bildung eines kompletten Rades aus einem Verbundwerkstoff hat sich für die Massenproduktion als zu teuer erwiesen, da die Komplexität der Bildung von Speichen und Ansatzbereichen des Rades zu komplex ist. Weitere Anstrengungen wurden unternommen, um die Front eines Rades aus einer Legierung und die Felge des Rades aus einem Verbundwerkstoff zu bilden. Die Verbindung der Legierung mit dem Verbundwerkstoff hat sich für eine kommerzielle Anwendung als nicht praktikabel erwiesen, da sich Verschlüsse und komplexe Verbindungselemente, die eingesetzt wurden, noch nicht bewährt haben. Effiziente und langlebige Verfahren zur Befestigung einer Front oder eines zentralen Bereichs eines aus einer Legierung bestehenden Rades an einem Verbundrandbereich haben sich als aufwendig erwiesen.
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Die kostengünstige und dennoch dauerhafte Anbindung des zentralen Bereichs an den Verbundrandbereich gilt als Voraussetzung für eine breite Vermarktung von Laufrädern aus Verbundwerkstoffen. Daher wäre es wünschenswert, einen neuen Radtyp zu entwickeln, der Kombinationen verschiedener Materialien verwendet, um die notwendigen physikalischen Eigenschaften und eine geringere Masse zu erreichen, um den ständig steigenden Leistungsanforderungen gerecht zu werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Laufrad für ein Fahrzeug beinhaltet einen zentralen Bereich, der eine Radachse definiert und aus einem ersten Material gebildet ist. Der zentrale Bereich beinhaltet eine Vielzahl von Speichen, die sich radial nach außen vom Ansatzelement aus erstrecken, wobei jede der Speichen mit einer Verbindung verbunden ist, die an einem distalen Ende der Speichen angeordnet ist. Ein Randbereich wird aus einem zweiten Material gebildet und definiert eine rohrförmige Wand, die koaxial zur Radachse ist. Der Randbereich definiert einen Verschluss, der in die Verbindung eingreift, um den zentralen Bereich mit dem Randbereich zu verbinden.
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Das Konzept von einem Rad aus zwei Materialien ist offenbart in der ebenfalls anhängigen provisorischen US-
amerikanischen Patentanmeldung Nummer 15/422,627 , die am 2. Februar 2017 eingereicht wurde und deren Inhalte hierin durch Referenz eingeschlossen sind. Es ist wünschenswert, dass das erste Material eine ausreichende Steifigkeit ermöglicht, während das zweite Material eine Massenreduktion erlaubt und gleichzeitig strukturelle Integrität ermöglicht. Weitere Vorteile aus der Wechselwirkung zwischen dem zentralen Bereich und dem Randbereich sind offenbart in der vorliegenden Anmeldung. Es wird angenommen, dass das Konzept von Gießen eines Verschlusses über einer Verbindung, die an dem zentralen Bereich angeordnet ist, weiter die Integrität des Laufrades, welches aus dem ersten Material und komplementären zweiten Material gebildet ist, erhöht. Alternativ kann die Einschließung einer von einer vorgeformten Verriegelung in unbeweglicher Weise aufgenommenen Verbindung, die eine Umfangsverschiebung des zentralen Bereichs vom Randbereich ohne Zusatz komplexer Befestigungstechniken verhindert, die Ursache für die Kommerzialisierung von Hybridrädern aus Legierungsverbundrädern fördern.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht erkannt, da sie durch die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, wobei:
- 1 zeigt eine Draufsicht des Rades der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Speiche des Rades der vorliegenden Erfindung;
- 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines zentralen Bereichs des Rades der vorliegenden Erfindung;
- 4 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch eine Verbindung und eine Speiche der ersten Ausführungsform;
- 5 zeigt eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des zentralen Bereichs;
- 6 und 7 zeigen perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsform des zentralen Bereichs und der Verbindung;
- 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des zentralen Bereichs und der Verbindung; und
- 9 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem Abdeckelement, welches den Verschluss und die Verbindung bedeckt.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Rades der vorliegenden Erfindung allgemein bei 10 dargestellt. Das Rad 10 beinhaltet einen zentralen Bereich 12 und einen Randbereich 14. Der zentrale Bereich 12 definiert eine Radachse, um die sich das Rad 10 in konventioneller Weise dreht. Eine Vielzahl von Speichen 16 erstreckt sich radial nach außen von einem Ansatzelement 15, das durch den zentralen Bereich 12 definiert ist, der in der Nähe der Achse a konvergiert. Somit verbindet das Ansatzelement 15 die Speichen 16 in der Nähe der Achse a. Zwischen der Achse a und den Speichen 16, die durch das Ansatzelement 15 definiert sind, sind eine Vielzahl von Ansatzöffnungen 18 angeordnet, die konfiguriert sind, um Ansätze aufzunehmen, um das Rad 10 an einer Radachse (nicht dargestellt) in einer bekannten Weise zu befestigen.
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Wie am besten in
2 dargestellt, die eine erste Ausführungsform zeigt, wobei sich jede Speiche
16 zu einem distalen Ende
20 erstreckt, das an einer Verbindung
22 endet, deren Zweck im Folgenden näher erläutert wird. Der zentrale Bereich
12, beinhaltend die Speiche
16 und die Verbindung
22, ist aus einer metallischen Legierung gebildet, wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung oder einer anderen Legierung, von der bekannt ist, dass sie die von den Speichen
16 geforderte strukturelle Integrität, beinhaltend die geringe Masse und gewünschte ästhetische Eigenschaften, gewährleistet. Die Konfiguration der Speiche
16 kann konventionell oder optimiert für die Reduzierung der Masse sein, wie sie in dem US-
amerikanischen Patent Nummer 9,815,323 und der anhängigen US-
amerikanischen Patentanmeldung Nummer 15/811,068 offenbart ist, deren Inhalte jeweils durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 definiert der Randbereich 14 eine rohrförmige Wand 24, die die Radachse a umläuft. Der Randbereich 14 definiert ein äußeres Wulstelement 26 und ein inneres Wulstelement 27, das durch die rohrförmige Wand 24 vom äußeren Wulstelement 26 beabstandet ist. Es sollte dem Fachmann bekannt sein, dass das äußere Wulstelement 26 einen äußeren Wulstsitz 29 und das innere Wulstelement 27 einen inneren Wulstsitz 31 definiert, von denen jeder einen paarenden Abschnitt eines Reifens (nicht dargestellt) aufnimmt, um eine ordnungsgemäße Abdichtung zum Halten des Luftdrucks innerhalb einer zwischen dem Reifen und dem Rad 10 definierten Kammer zu gewährleisten. Daher wird eine Dichtung zwischen dem Rad 10 und dem Reifen vollständig durch die Schnittstelle zwischen dem Verbundwerkstoff, der den Randabschnitt 14 definiert, und dem Reifen gebildet.
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Der Randbereich
14, beinhaltend die rohrförmige Wand
24 und das äußere Wulstelement
26 und das innere Wulstelement
27, ist vollständig aus einem verstärkten Polymermaterial gebildet. In einer Ausführungsform ist das verstärkte Polymermaterial ein thermoplastisches Band, das mit Carbonfaser, Kohlenstoffpulver, anderem Glasfasergewebe oder einer anderen Verstärkungskomponente durchzogen ist, um einen Strukturverbund bereitzustellen, von dem angenommen wird, dass er den Belastungen eines Laufrades standhält, wie in der ebenfalls anhängigen US-
amerikanischen Patentanmeldung Nummer 15/422,627 offenbart ist, deren Inhalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden. Andere Polymerverbundwerkstoffe sind im Umfang dieser Erfindung enthalten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf zwei Komponentenmaterialien wie beispielsweise Urethane oder andere Materialien, die den Belastungen eines Laufrades standhalten können. Duroplastische Harze und der Einsatz von Autoklavenhärtungsverfahren sind ebenfalls zum Umfang der Erfindung enthalten.
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Unter Bezugnahme auf 3 definiert der Randbereich 14 einen Verschluss 28, der die an einem distalen Ende 20 jeder Speiche 16 angeordnete Verbindung 22 aufnimmt. In einer Ausführungsform definiert die Verbindung 22 einen Sockel 23, der von dem Verschluss 28 empfangen wird. In dieser Ausführungsform nimmt der Verschluss 28 die Form einer Tasche oder eines Sitzes an, der eine ergänzende Konstruktion zur Aufnahme des Sockels 23 aufweist. Daher ist der Sockel 23 in einer angrenzenden Beziehung mit dem Verschluss 28 angeordnet, um eine Umfangsbewegung des zentralen Bereichs 12 gegenüber dem Randbereich 14 zu verhindern. Der Verschluss 28 schließt die Verbindung 22 vollständig oder im Wesentlichen ein, um den Randbereich 14 am zentralen Bereich 12 zu sichern.
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Um eine Einschließung zu erreichen, kann der Randbreich 14, und insbesondere der Verschluss 28, auch gegossen oder über die Verbindung 22 gebildet werden. In einer Ausführungsform wird die Verbindung 22 während normaler oder konventioneller Fertigungsprozesse (z.B. Gießen, Formen, Bearbeiten usw.) integral mit dem zentralen Bereich 12 gebildet und in eine Matrize zum Formen des Randbereichs 14 eingesetzt, so dass der Randbereich 14 über der Verbindung 22 gebildet wird. Eine alternative Ausführungsform beinhaltet das Vorformen des Randbereichs 14 mit der Tasche, in die die Verbindung 22 bei der Endmontage eingesetzt wird. Eine noch weitere Ausführungsform beinhaltet den Randbereich 14, der als kontinuierliches oder halbdurchlaufendes Blech ausgebildet ist, das über den zentralen Bereich 12 gerollt wird, um in die Verbindung 22 einzugreifen, und anschließend oder gleichzeitig gebildet wird. wärmebehandelndes Kleben, Laserschweißen und andere gleichwertige Befestigungsmethoden für paarende Abschnitte des Randbereichs 14 oder sogar zum Befestigen des Randbereichs 14 am zentralen Bereich 12 fallen in den Umfang dieser Erfindung.
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In einer Ausführungsform werden faserige Materialien (nicht dargestellt) ausgewählt, um das Verbundmaterial zu verstärken, das den Randbereich
14 definiert. Es wird erwogen, dass die Fasern in einem Polymerband eingeschlossen sind, wie in der ebenfalls anhängigen US-
amerikanischen Patentanmeldung Nummer 15/422,627 offenbart. Eine Vorform des Randbereichs
14 wird dann über die Verbindung
22 gelegt und der Randbereich
14 wird in einen Matrizenhohlraum zum Bilden oder Umformen eingesetzt.
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Alternativ werden die faserigen Materialien in einen Matrizenhohlraum gelegt, in den der zentrale Bereich 14 so eingesetzt wird, dass jeder Sockel 34 von den faserigen Materialien aufgenommen wird und der Randbereich 14 so geformt wird, dass er sowohl den Sockel 34 des zentralen Bereichs als auch die faserigen Materialien einschließt. Es sollte ferner verstanden werden, dass die faserigen Materialien oder andere Verstärkungsmaterialien eine variable Dichte beinhalten können, die erhöhte Materialmengen bereitstellt, wenn eine weitere strukturelle Unterstützung gewünscht wird. So kann beispielsweise eine höhere Dichte an faserigen Materialien in die Wulstelemente 26, 27 aufgenommen werden, wenn zusätzliche strukturelle Integrität erforderlich ist, und eine geringere Dichte an faserigen Materialien in die ringförmige Wand 24, wenn eine geringere strukturelle Integrität erforderlich ist.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform des zentralen Bereichs, wobei entsprechende Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform, jedoch in der 100er-Serie verwendet werden. In der alternativen Ausführungsform erstreckt sich jede Speiche 116 radial nach außen weg von der Achse a zu einem Bügel 132, der die distalen Enden 120 jeder Speiche 116 miteinander verbindet. Die Ansatzöffnungen 118 sind im Ansatzelement 115 zwischen den Speichen 116 und der Achse a angeordnet zur Aufnahme von Ansätzen (nicht dargestellt) zur Befestigung des Rades 10 an einer Achse eines Fahrzeugs in bekannter Weise. In dieser Ausführungsform ist die Verbindung 130 vollständig in dem Verschluss 28 eingeschlossen ( ), wodurch eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen der Verbindung 130 und dem Verschluss 28 entsteht. Der alternative zentrale Bereich 112 ist aus einer Metalllegierung wie vorstehend beschrieben gebildet. Darüber hinaus ist der Sockel 134 der Verbindung 130 in den Randbereich 14 eingeschlossen, der über der Verbindung 130 ausgebildet ist, wie ebenfalls vorstehend beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die 5 und 6, worin entsprechende Bezugszeichen zu früheren Ausführungsformen in der 200er Serie gezeigt sind, wird im Allgemeinen eine alternative Verbindung bei 222 dargestellt. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Verbindung 222 einen Bügel 232, der jede Speiche 216 verbindet. Jede Speiche 216 beinhaltet auch einen Sockel 234, so dass die Verbindung 222 sowohl einen Bügel 232 als auch einen Sockel 234 beinhaltet. Wie vorstehend beschreiben, ist die Verbindung 222, beinhaltend den Bügel 232, vollständig oder im Wesentlichen von der Verriegelung 28 in einer Weise eingeschlossen, wie sie in 3 dargestellt ist. Daher steht noch mehr Fläche zur Verfügung, damit die Verbindung 22 in den Verschluss 28 eingreift.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 werden nun ästhetische Qualitäten angesprochen, die einzigartig für das Rad 10 der vorliegenden Erfindung sind. Jede Speiche 16 beinhaltet eine helle, maschinelle Front 36. Die Front 36 ist in bekannter Weise lackiert, um Glanz und Haltbarkeitseigenschaften zu erzielen, die für ein hochwertiges Rad 10 wünschenswert sind. Darüber hinaus definiert der Randbereich 14 eine Randfläche 38, die optional eine Klarlackschicht erhält, um die einzigartigen Eigenschaften eines Verbundsubstrats hervorzuheben, die für das hochwertige Rad 10 der vorliegenden Erfindung wünschenswert sind. Der zentrale Bereich 12 wird optional lackiert, bevor er mit dem Verbundrandbereich 14 verbunden wird. Alternativ wird der zentrale Bereich 12 teilweise beschichtet, wo Farbe erwünscht ist, wie z.B. auf vertieften Oberflächen 40. Anschließend wird der zentrale Bereich 12 mit dem Randbereich 14 gepaart und das gesamte Rad 10 erhält eine Klarlackierung, um einen gewünschten Glanz mit gleichmäßigem Aussehen zwischen dem zentralen Bereich 12 und dem Randbereich 14 zu erzielen. Es ist zu verstehen, dass jede Beschichtungsanwendung, die die gewünschten Anforderungen an Ästhetik und Haltbarkeit erfüllt, im Umfang dieser Erfindung ist, beinhaltend PVD-Beschichtungen, die auf einen oder beide von dem zentralen Bereich 12 und dem Randbereich 14 aufgebracht werden. Pulverbeschichtung, lösungsmittelbasierte und wasserbasierte Beschichtung, autophoretische Beschichtungen, Mehrschicht- und Einschichtbeschichtungen sind alle im Umfang der Erfindung.
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Eine weitere Ausführungsform ist in 7 dargestellt, worin entsprechende Bezugszeichen zu gleichen Elementen früherer Ausführungsformen in der 300er Serie gezeigt sind. In dieser weiteren Ausführungsform beinhaltet der zentrale Bereich 312 eine Vielzahl von Speichen 316, die sich radial nach außen von der Achse a weg erstrecken. Eine unterbrochene Verbindung 330 in der Form eines Teilbügels 332 verbindet nur einen Teil der Speichen 316 und nicht alle Speichen, wie in einer früheren Ausführungsform offenbart. Intermittierende benachbarte Speichen 316 oder eine Reihe von Speichen 316 sind durch den Teilbügel 332 verbunden, abhängig von der gewünschten Steifigkeit des Rades 310. Durch die Verbindung nur eines Teils der Speichen 316 kann die Masse des Rades 310 zusammen mit der gewünschten oder erforderlichen Steifigkeit optimiert werden.
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Eine noch weitere Ausführungsform ist in 8 dargestellt, worin gleiche Elemente zu früheren Ausführungsformen ähnliche Bezugszeichen beinhalten, jedoch in der 400er Serie. In dieser Ausführungsform definiert ein äußeres Wulstelement 426 eines Randbereichs 414 eine Tasche 440, in die ein durch eine Verbindung 422 des zentralen Bereichs 412 definierter Bügel 432 aufgenommen wird. Ein Haftmittel 442 hält den Bügel 432 in der Tasche 440. Ein ringförmiges Abdeckelement 444, das aus dem Verbundmaterial gebildet ist, das zum Bilden des Randbereichs 414 verwendet wird, überlagert das äußere Wulstelement 426 zum Abdecken des Rahmens 412 und der Tasche 440. Das Abdeckelement 444 wird mit dem Haftmittel 442 auf das äußere Wulstelement 426 angeheftet. Das Abdeckelement 444 bildet eine dekorative Fassade, die in einer Weise beschichtet werden kann, die komplementär zum Finish des Frontelements 412 und der Speichen 416 ist.
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In einer weiteren Ausführungsform bietet das Abdeckelement 444 auch eine strukturelle Unterstützung für den Randbereich 414 oder beinhaltet eine höhere oder niedrigere Dichte, je nach Struktur- und Massenanforderungen. Darüber hinaus schließt das Abdeckelement 444 eingeschlossene Fasermaterialien für geringere Massen oder Fasermaterialien für erhöhte strukturelle Eigenschaften aus. In noch einer weiteren Ausführungsform ist das Abdeckelement 444 aus einem anderen Verbundwerkstoff als der Randbereich 414 gebildet, um entweder markante sichtbare Merkmale oder sogar eine verbesserte strukturelle Unterstützung zu bieten. Das Abdeckelement 444 kann auch in einer Weise lackiert werden, die weitere Unterscheidungsmerkmale bietet, wie beispielsweise eine Klarlackierung, um die Faserigkeit des Abdeckelement 444 Substrats hervorzuheben.
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Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich. Die vorgenannte Erfindung wurde nach den einschlägigen Rechtsnormen beschrieben; die Beschreibung ist daher nur exemplarisch und nicht einschränkender Natur. Abweichungen und Änderungen an der offenbarten Ausführungsform können für den Fachmann erkennbar werden und fallen in den Umfang dieser Erfindung. Der Schutzumfang dieser Erfindung kann daher nur durch die Untersuchung folgender Ansprüche bestimmt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 62/434709 [0001]
- US 15/422627 [0007, 0012, 0015]
- US 9815323 [0010]
- US 15/811068 [0010]
