DE112020000616T5

DE112020000616T5 - Delta-Rad

Info

Publication number: DE112020000616T5
Application number: DE112020000616.6T
Authority: DE
Inventors: Armin von Czarnowski; Peter von Czarnowski; Dirk Uffelmann
Original assignee: Delta Wheels LLC
Current assignee: Delta Wheels LLC
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-12-16
Also published as: WO2020160487A1; US20220105746A1

Abstract

Rad für ein Fahrzeug weist eine Felge zum Tragen eines Reifens und eine Radschüssel auf, die mit der Felge verbunden und ausgebildet ist, um mit einer Achsnabe eines Fahrzeugs zusammenzuwirken. Die Radschüssel weist eine oder mehrere Speichen auf, die sich von einem Mittenabschnitt der Radschüssel nach außen zur Felge erstrecken, wobei jede Speiche durch ein im Wesentlichen ebenes Außenspeichenelement und ein im Wesentlichen ebenes Innenspeichenelement gebildet wird. Das Außenspeichenelement und das Innenspeichenelement sind quer zueinander und zu einem Abschnitt des Mittenabschnitts ausgerichtet, der zwischen dem Außenspeichenelement und dem Innenspeichenelement liegt, um ein Dreieck zu bilden. Eine Ebene des Dreiecks ist im Wesentlichen parallel zu einer Symmetrieachse der Schüssel.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorteile der U.S. Provisional Application Seriennummern 62/860,103 , eingereicht am 11. Juni 2019, und 62/800,125, eingereicht am 1. Februar 2019, beide mit dem Titel „PATENT TRIO WHEEL“, von denen jede durch diesen Verweis in vollem Umfang hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Rad und insbesondere auf eine Schüssel eines Rades und insbesondere auf ein Rad mit einer oder mehreren Speichen.
HINTERGRUND
Es gibt eine Reihe verschiedener Konstruktionen von Fahrzeugrädern, von denen jede ihre Vor- und Nachteile hat. Zum Beispiel können gegossene Aluminiumräder ein angemessenes Verhältnis zwischen Leistung und Gewicht und gute Konstruktionsmöglichkeiten zu angemessenen Kosten bieten, aber sie können empfindlich gegenüber Defekten der Bauteile sein. Geschmiedete Aluminiumräder können eine gute Leistung und überlegene Konstruktionsmöglichkeiten zu hohen Kosten bieten, sind aber sehr anfällig für Defekte an den Bauteilen. Speichenräder können eine gute Leistung und eine ausgeprägtes Design aufweisen, aber ungünstige Verpackungsbedingungen für die Integration von Brems- und Aufhängungskomponenten haben. Räder aus Stahl können ein schlechtes Verhältnis zwischen Leistung und Gewicht haben, sind billig und robust, können aber nur begrenzte Konstruktionsmöglichkeiten bieten. Gefertigte Räder aus Aluminium können eine angemessene Leistung aufweisen, haben aber begrenzte Konstruktionsmöglichkeiten bei mittleren Kosten und sind empfindlich gegenüber Bauteilfehlern.
Ein nach dem Stand der Technik hergestelltes Aluminiumrad besteht aus einer Felge und einer Schüssel aus Aluminium-Flachhalbzeugmaterial. Das derzeit verwendete Flachhalbzeugmaterial wird aus flach gewalztem Aluminiumband mit einer typischen Dicke von 8-10 mm für die Schüssel und 4-7 mm für die Felge geschnitten. Das Material der Schüssel der Serie 5xxx ist auf warmgewalztes Aluminiumband beschränkt, da kaltgewalztes und geglühtes Flachhalbzeugmaterial nur bis zu einer Dicke von etwa 5-6 mm angeboten wird. Die Schüssel wird in der Regel durch ein Ziehverfahren geformt, das mit dem Stanzen von Flachhalbzeug beginnt und dann durch Umkehrziehen einer Kuppel und Formen der gewünschten Felgenform in mehreren Schritten fortgesetzt wird. Die letzten Schritte sind das Beschneiden, das Stanzen/Bohren der Bolzen- und Entlüftungslöcher und des Mittenlochs sowie das Kumpeln und Verstärken der Radbolzenlöcher, um das Kriechen der Verbindung zu begrenzen. Die oben genannten komplexen Prozesse erfordern erhebliche Ziehverhältnisse, eine hohe lokale Materialduktilität und qualitativ hochwertige Kanten nach den Schneidvorgängen. Daher sind hervorragende Materialeigenschaften erforderlich, um ein optimales Profil bzw. eine optimale Kontur der Schüssel zu erreichen. Die Felge eines gefertigten Rads wird in der Regel aus einem vorgeschnittenen Metallband rollgeformt. Durch das Walzprofilieren wird ein konstruierter Abschnitt mit maßgeschneiderten lokalen Dicken (Ausdünnung) und Radien für die gewünschte Leistung erzeugt. Abschließend werden Schüssel und Felge schmelzgeschweißt, in der Regel im MIG-Verfahren, wodurch das Rad hergestellt wird.
Die wichtigsten Kriterien für ein Rad sind die Steifigkeit und die dynamische Lastverteilung, die stark von der strukturellen Form des Querschnitts der Schüssel abhängen. Es ist sehr wichtig, dass die Konstruktion hinsichtlich des Materials so frei wie möglich ist, da das Paket durch die Konstruktion des Bremssystems und der Aufhängung eingeschränkt ist. Ein schwerwiegender Nachteil des derzeit hergestellten Rads ist, dass die hohen Materialstärken bis zu 10 mm eine eingeschränkte Umformbarkeit, geringe geometrische Toleranzen und inkonsistente Materialmikrostrukturen bei warmgewalzten Bändern aufweisen. Dies schränkt die geometrischen Konstruktionsmöglichkeiten des Querschnitts der Schüssel ein und führt zu einer ungünstigen Spannungs-/Belastungsverteilung und der Entstehung von Bauteilfehlern. Dies wiederum schränkt das Potenzial zur Gewichtsreduzierung sowie die Verwendung moderner Werkstoffe für die Schüssel ein.
Warmgewalztes Aluminiumband hat im Vergleich zu kaltgewalztem Aluminiumband schlechtere Materialeigenschaften (z.B. Festigkeit, Verformbarkeit). Außerdem sind die Toleranzen in Bezug auf die Abmessungen und die mikrostrukturelle Konsistenz im Vergleich zu kaltgewalztem Flachhalbzeugmaterial bei niedrigeren Dicken begrenzt. Die typische zweiteilige Konstruktion von Rädern aus warmgewalztem 5xxx-Flachhalbzeugmaterial schöpft das Potenzial von Aluminiumlegierungen im Hinblick auf das Verhältnis von Leistung und Gewicht nicht voll aus und führt daher zu einer ungünstigen Kostenposition im Vergleich zu Aluminiumgussrädern oder hergestellten Stahlrädern.
Darüber hinaus kann eine Schüssel, üblicherweise in erster Linie, zur Steifigkeit von Rad und Felge beitragen und die Lastkräfte auf die Nabe übertragen. Die Schüssel hat in der Regel eine hohe Dicke und ein komplexes Profil, um eine hohe Steifigkeit auf Kosten des Gewichts (Leistung) zu erreichen. Eine stark gekrümmte Konstruktion der Schüssel kann wiederum zu einer komplexen Spannungs-Dehnungs-Verteilung führen. Insbesondere bei oberflächennahen Elementen können die unregelmäßigen und höher beanspruchten Komponenten von Bedeutung sein, wenn Kerben vorhanden sind, die durch mechanische Einwirkungen oder Korrosionsangriffe verursacht werden können. Das bedeutet, dass bei den derzeitigen Konzepten für Aluminiumräder die Position und Geometrie der Schüssel eine sehr geringe Steifigkeit im Verhältnis zur Dicke der Schüssel aufweist. Diese Geometrie beruht auf einem höheren Verhältnis von Scherkräften in der Radschüssel/Radspeiche als Reaktion auf dynamische und statische mechanische Belastungen des Rades. Scherkräfte haben in der Regel lokale Scherspannungsmaxima an der Oberfläche des Materials, was kritisch wird, wenn Kerben vorhanden sind, die durch mechanische Einwirkungen oder Korrosionsangriffe verursacht werden können.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG
Diese und andere Bedürfnisse werden durch die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung angesprochen. Die Offenbarung bezieht sich auf kosteneffiziente und ultraleichte Räder aus Metalllegierungen oder Verbundwerkstoffen. Das vorgeschlagene Produkt ist besonders vorteilhaft für das Marktsegment Flottenfahrzeuge/Leistungsräder. Es können fortschrittliche Werkstoffe und Konstruktionskonzepte wie wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen, UHS oder Edelstahl in Kombination mit dreieckigen Konstruktionselementen verwendet werden.
Ein Rad für ein Fahrzeug kann Folgendes aufweisen:

eine Felge zum Tragen eines Reifens; und
eine Radschüssel, die mit der Felge verbunden und ausgebildet ist, um mit einer Achsnabe eines Fahrzeugs zusammenzuwirken.

Die Radschüssel kann eine oder mehrere Speichen aufweisen, die sich von einem Mittenabschnitt der Radschüssel nach außen zur Felge erstrecken, wobei jede Speiche durch ein Außenspeichenelement mit einer im Wesentlichen ebenen Außenspeichenoberfläche und ein Innenspeichenelement mit einer im Wesentlichen ebenen Innenspeichenoberfläche gebildet wird. Die äußeren Enden des Außenspeichenelements und des Innenspeichenelements können mit der Felge zusammenwirken (engage) und die inneren Enden des Außenspeichenelements und des Innenspeichenelements können mit dem Mittenabschnitt der Radschüssel zusammenwirken. Die im Wesentlichen ebenen Außen- und Innenspeichenelemente können quer zueinander und zu einem Abschnitt der Oberfläche des Mittenabschnitts, der zwischen den im Wesentlichen ebenen Außen- und Innenspeichenelementen liegt, ausgerichtet werden, um ein Dreieck zu bilden. Eine Ebene des Dreiecks kann im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse der Schüssel verlaufen.
Ein Rad für ein Fahrzeug kann aufweisen:

eine Felge zum Tragen eines Reifens, wobei eine Außenkante der Felge eine Felgenebene definiert; und
eine Radschüssel, die mit der Felge verbunden und ausgebildet ist, um mit einer Achsnabe eines Fahrzeugs zusammenzuwirken, wobei die Radschüssel eine oder mehrere Speichen aufweist, die sich von einem Mittenabschnitt der Radschüssel zur Felge nach außen erstrecken, wobei jede der einen oder mehreren Speichen durch ein Außenspeichenelement und ein Innenspeichenelement gebildet ist. Die äußeren Enden des Außenspeichenelements und des Innenspeichenelements können mit der Felge zusammenwirken und die inneren Enden des Außenspeichenelements und des Innenspeichenelements können mit dem Mittenabschnitt der Radschüssel zusammenwirken. Eine im Wesentlichen ebene Außenspeichenoberfläche des Außenspeichenelements kann so positioniert werden, dass die im Wesentlichen ebene Außenspeichenoberfläche des Elements im Wesentlichen in der Felgenebene liegt, und eine im Wesentlichen ebene Innenspeichenoberfläche des Innenspeichenelements kann so positioniert werden, dass sie quer zur Felgenebene liegt.

Ein Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen:

Formen eines ersten, im Wesentlichen flachen, kreisförmigen Flachhalbzeugs aus einem flach gewalzten Metallflachhalbzeug;
Formen eines zweiten, im Wesentlichen flachen, kreisförmigen Flachhalbzeugs aus dem flach gewalzten Metallflachhalbzeug;
Formen mindestens eines Abschnitts des zweiten Flachhalbzeugs in eine konische Form durch Tiefziehen; und

Verbinden des ersten im Wesentlichen flachen kreisförmigen Flachhalbzeugs und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs zur Bildung eines Rads mit einem äußeren Rand.
Der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug können voneinander getrennt sein, der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug können von einem Mittenabschnitt getrennt sein, und der Verbindungsschritt kann aufweisen:

Anordnen der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs in Kontakt mit der Felge, während entgegengesetzte Enden der kreisförmigen Flachhalbzeuge in Kontakt mit dem Mittenabschnitt sind;

Zusammendrücken der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs, während sie in Kontakt mit der Felge sind; und während sie zusammengedrückt werden, Verschweißen der Enden mit der Felge.
Das zweite kreisförmige Flachhalbzeug kann die Felge aufweisen oder integral mit ihr ausgebildet sein.
Der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug können voneinander getrennt sein, der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug können von einem Mittenabschnitt getrennt sein, und der Verbindungsschritt kann aufweisen:

Berühren der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs mit der Felge, während entgegengesetzte Enden der kreisförmigen Flachhalbzeuge in Kontakt mit dem Mittenabschnitt sind;
Stabilisieren der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs, während sie in Kontakt mit der Felge und dem Mittenabschnitt sind; und während sie stabilisiert sind, Reibrührschweißen der Enden mit der Felge.

Der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug können voneinander getrennt sein, der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug können von einem Mittenabschnitt getrennt sein, und der Verbindungsschritt kann aufweisen:

Berühren der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs miteinander, während entgegengesetzte Enden der kreisförmigen Flachhalbzeuge in Kontakt mit dem Mittenabschnitt sind;
Berühren eines Endes des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs, aber nicht eines Endes des ersten flachen kreisförmigen Flachhalbzeugs, mit der Felge, während entgegengesetzte Enden der kreisförmigen Flachhalbzeuge in Kontakt mit dem Mittenabschnitt sind; und
Verschweißen der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs miteinander und des Endes des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs mit der Felge, während ein Kontakt mit der Felge und dem Mittenabschnitt besteht.
Das Dreieck kann ein rechtwinkliges Dreieck sein, wobei die Außenspeichenoberfläche senkrecht zu dem Abschnitt des Mittenabschnitts verläuft und wobei eine Länge des Außenspeichenelements kleiner ist als eine Länge der Innenspeichenoberfläche und die Längen der Innen- und Außenspeichenoberflächen länger sind als eine Länge des Abschnitts des Mittenabschnitts,
Das Dreieck kann ein rechtwinkliges Dreieck sein, wobei die Innenspeichenoberfläche senkrecht zu dem Abschnitt des Mittenabschnitts steht und wobei die Länge des Innenspeichenelements aus den Längen des Innenspeichenelements und des Abschnitts des Mittenabschnitts unter Verwendung des Satzes von Pythagoras bestimmt werden kann.
Das Dreieck kann ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck sein, wobei das Innenspeichenelement die gleiche Länge hat wie das Außenspeichenelement und wobei die Länge des Innenspeichenelements und des Außenspeichenelements jeweils länger ist als die Länge des Abschnitts des Mittenteils.
Das Dreieck kann ein spitzwinkliges Dreieck sein, wobei das Innenspeichenelement, das Außenspeichenelement und der Abschnitt des Mittenabschnitts unterschiedliche Längen haben.

Die Mittelachse des Rades kann eine Symmetrieachse der Schüssel sein.
Die Mittelachse des Rades kann im Wesentlichen parallel zu einer verbundenen Achse des Fahrzeugs sein. Wie zu erkennen ist, ist die Achse mit dem Rad verbunden, indem sie lösbar mit der Achsnabe zusammenwirkt.
Das Rad kann ein hergestelltes Rad mit im Wesentlichen minimierten Biegekräften in den Innen- und Außenspeichenelementen sein, wodurch hohe Spannungsbelastungen in der oberflächennahen Zone der Speiche vermieden werden, und wobei jedes der Innen- und Außenspeichenelemente aus Flach- oder Extrusionsprodukten aus Metall oder Nichtmetallmaterial hergestellt ist.
Jedes der Innen- und Außenspeichenelemente kann flach gewalzte Produkte sein, die hochfestes Stahl- oder Aluminium-Schmiedematerial aufweisen.
Die Extrusionsprodukte können aus hochfestem Aluminium-Schmiedematerial bestehen, wobei das Rad ein nicht-metallisches Material aufweist, das aus verstärktem Kunststoff auf der Basis von Fasern oder Flocken besteht, die aus Kohlenstoff, Graphit oder Graphen oder Graphenoxid-Bestandteilen bestehen.
Die Dreiecksform kann hohe Biegekräfte in einer elementnahen Zone vermeiden.
Ein Normalenvektor des Dreiecks kann in einer Rad-Rotationsbahn dominant sein, um den Seitenkräften zu widerstehen.
Das Dreieck kann einen Ebenenvektor haben, der senkrecht zur Rotationsbahn des Rades steht, um den Kräften beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs zu widerstehen.
Jedes der Innen- und Außenspeichenelemente kann flache Walzprodukte aus Stahl oder Aluminium aufweisen, die geschnitten und letztendlich dreidimensional verformt werden.
Jedes der Innen- und Außenspeichenelemente kann extrudierte Produkte aus Aluminium aufweisen, die geschnitten und dreidimensional verformt werden.
Jedes der Innen- und Außenspeichenelemente können gefertigte Profile aus Stahl oder verstärktem Kunststoff aufweisen, die geschnitten und letztendlich dreidimensional verformt werden.
Für jedes der Innen- und Außenspeichenelemente beträgt die Abweichung der Spannungsverteilung über die Dicke der Innen- oder Außenspeichenelemente weniger als 50 Prozent (Abweichung von der Mitte zur Oberfläche), während die Dicke der Querschnitte der Innen- oder Außenspeichenelemente (außerhalb des Mittenabschnitts) an einem dicksten Querschnitt in Bezug auf eine Aluminiumblechlegierung bei einer Radlast von 800 kg nicht mehr als etwa 5 mm beträgt. Die typische Fließbelastung einer 6xxx-Aluminiumlegierung für Radschüsseln liegt zwischen 260 und 300 MPa. Bei Legierungen mit höherer Fließbelastung wäre der maximale Querschnitt der Schüssel-Flachhalbzeuge geringer. Das Biegemoment kann zu einer neutralen Spannungsschicht im Material führen und hat daher eine 100R%ige Abweichung wie oben.
Jedes der Innen- und Außenspeichenelemente kann aus Flachhalbzeugmaterial bestehen und aus zugeschnittenen und vorgeformten Flachhalbzeugen hergestellt werden, wobei die Innen- und Außenspeichenelemente, der Mittenabschnitt und die Felge geschweißt oder mechanisch befestigt oder durch Klebstoff verbunden oder durch eine formschlüssige Geometrie oder durch eine Kombination dieser Verfahren in Position gehalten werden.
Das Rad kann durch Reibrührschweißen hergestellt werden, wobei in der Nähe des äußeren Umfangs der Schüssel ein Materialreservoir geschaffen wird, das gegen ein inneres Felgenelement gedrückt wird.
Die Innen- und Außenspeichenelemente können aus Flachhalbzeugmaterial und der Mittenabschnitt aus Extrusionen hergestellt werden, wobei die Schüssel aus mehreren geschnittenen und vorgeformten Extrusionen besteht, die geschweißt oder mechanisch befestigt oder durch Klebstoff verbunden sind oder durch eine formschlüssige Geometrie oder durch eine Kombination davon in Position gehalten werden.
Die Schüssel und die Felge können aus zwei Flachhalbzeugen bestehen, wobei ein erstes Flachhalbzeug teilweise die Felge und die Schüssel an einer Seite der Aufhängung bildet und ein zweites Flachhalbzeug eine Außenseite der Felge und der Schüssel bildet.
Das Innenspeichenelement kann durch das erste Flachhalbzeug und das Außenspeichenelement durch das zweite Flachhalbzeug gebildet werden.
Das erste Flachhalbzeug kann durch Tiefziehen und eine (letztendliche) endgültige Kalibrierung durch einen radialen Umformvorgang wie das Drückwalzen hergestellt werden.
Das zweite Flachhalbzeug kann durch Tiefziehen und eine (letztendliche) Kalibrierung durch einen radialen Umformvorgang wie das Drückwalzen hergestellt werden.
Die teilweise geformte Felge und die Schüssel an einer Seite der Aufhängung und die Außenseite der Felge und der Schüssel können durch Schweißen verbunden oder mechanisch befestigt mit Klebstoff verbunden werden oder durch eine Kombination dieser Verfahren.
Nach dem Zusammenbau der teilweise geformten Felge und Schüssel an einer Seite der Aufhängung und der Außenseite der Felge und Schüssel kann ein abschließender Kalibrierungsprozess durchgeführt werden, wobei die Kalibrierung durch einen radialen Umformvorgang wie das Drückwalzen ausgeführt wird.
Eines oder mehrere von Außenspeichenelement, Innenspeichenelement und Mittenabschnitt können durch Tiefziehen geformt und wahlweise bei folgenden Temperaturen warmgeformt werden: 7xxx mindestens 150°C, 6xxx mindestens 150°C in T6 und 5xxx mindestens 150°C.
Eines oder mehrere von Außenspeichenelement, Innenspeichenelement und Mittenabschnitt können durch Tiefziehen geformt werden und werden gegebenenfalls bei Temperaturen von -150° oder darunter kryogenisch geformt.
Eine äußere Flachhalbzeugkomponente des Rades kann als Konstruktionselement verwendet werden, das ein vollflächiges Layout aufweist (wodurch die S-förmige Form eines herkömmlichen, aus Flachhalbzeug hergestellten Rades vermieden wird), wobei das Innen- und das Außenspeichenelement aus einem flachen Flachhalbzeug geformt sind und das flache Flachhalbzeug lackiert, laminiert, poliert oder eine Kombination davon ist.
Die äußere Flachhalbzeug-Komponente des Rades kann zur Belüftung verwendet werden, um Wärme vom inneren zum äußeren Bereich des Rades abzuleiten, wobei die Speichenelemente eine oder mehrere Aussparungen aufweisen, die zur Bildung einer offenen, vollflächigen Konstruktion verwendet werden, und wobei die Aussparungen optional so geformt sind, dass sie die turbulente Strömung im inneren Abschnitt des Rades verbessern.
Die Speichenelemente können im Wesentlichen für einen minimalen Luftwiderstand optimiert werden, wobei die Speichenelemente im Wesentlichen minimale Aussparungen aufweisen und wobei ein Rücksprung der äußeren Schüssel zu einer Felge minimiert ist.
Die dreieckige Speiche kann die Verwendung von hochfesten Materialien durch Mikrolegierung ermöglichen, da die vertikale Spannungskomponente im Element minimal ist und folglich eine Rissausbreitung im Vergleich zu konventionell hergestellten Rädern weniger kritisch ist.
Ein Ventil kann auf herkömmliche Weise im Mittenabschnitt oder am äußeren Umfang der Schüssel angebracht werden und ist durch einen Schlauch mit der Felge verbunden.
Die äußere Schüssel kann eine ballistische Panzerplatte aufweisen, die aus monolithischem Metall oder Verbundwerkstoff oder aus mehreren Schichten besteht. Optional kann der Umfang der äußeren Schüssel den Durchmesser der Felge überschreiten, um die Reifen des Rades zu schützen.
Zumindest der größte Teil der im Wesentlichen ebenen Außenspeichenoberfläche kann in der Felgenebene liegen.
Dreieckige oder eckige Elemente bilden die Schüssel/Speichen im Rad (oder in der Felge). Ein oder mehrere dreieckige oder eckige Elemente bilden den Querschnitt einzelner Komponenten der Schüssel wie Speichen oder Naben. Die Elemente können aus flachem, gewalztem Flachhalbzeug, durch Extrusion von Aluminium, Gießen, Schmieden oder aus Verbundwerkstoffen hergestellt werden. Verschiedene Konstruktionen können die Trio-Elemente auf unterschiedliche Weise anordnen. Die verschiedenen Konstruktionen können aus unterschiedlichen Materialien und mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden.
Dreieckselemente für die Speichen können speziell aus flachgewalztem Al-Blech hergestellt werden. In der Grundausführung bilden zwei flachhalbzeuggeformte Speichen die beiden Seiten des Dreieckselements, während die Nabe die Basis bildet. Die beiden Flachhalbzeugspeichen können jedoch auch aus mehr als einem Dreieckselement bestehen. Auch andere Elemente des Rades wie die Nabe können aus dreieckigen Elementen bestehen.
Die Radschüssel kann einen oder mehrere Querträger aufweisen, die zwischen dem Außen- und dem Innenspeichenelement angeordnet sind, um ein fachwerkartiges Trägernetz zu bilden.
Die Radlast kann durch einen Presssitz von der äußeren Felge auf die innere Trägerstruktur übertragen werden.
Die innere Struktur kann aus Speichenelementen in einer dreieckigen Konstruktion bestehen, wobei diese Anordnung verhindert, dass Schweiß- oder mechanische Verbindungen durch Lastspitzen beeinträchtigt werden.
Die Komponente der Felge kann aus einem herkömmlichen drückwalzengeformten Flachhalbzeug oder einer Guss-Schüssel bestehen.
Die Speichen können die Dreieckselemente aufweisen, wobei der lasttragende Presssitz durch konventionelle Verfahren wie Schweißnähte, Klebstoffe, mechanische Verbindungen, Stifte oder Dichtbänder gesichert bzw. verriegelt wird, wobei diese Verriegelungsverbindungen die Belastung des Rades nicht begrenzen.
Die Schnittstelle Felge/Speiche kann geometrische Merkmale aufweisen, die eine formschlüssige Verzahnung schaffen, um die Spannungen im Presssitz aufzunehmen, z.B. können geometrische Merkmale gegossene Hohlräume bei Gussfelgen, gezogene Elemente bei Flachhalbzeugfelgen, Aussparungen bei Flachhalbzeugen oder ein verstärkter (verdickter) flacher Schnittstellenpresssitz sein.
Die Speichen können mittels eines Expansionsmechanismus in eine formschlüssige Eigenschaft der Felge gedrückt werden, wobei der Expansionsmechanismus in den Mittenabschnitt integriert ist, und wobei der Expansionsmechanismus im Mittenabschnitt schräge Ebenen verwendet, um axiale in radiale Bewegungen zu übertragen, und wobei die radiale Bewegung die Speiche in die formschlüssige Eigenschaft drückt.
Die vorliegende Offenbarung kann je nach der jeweiligen Ausgestaltung eine Reihe von Vorteilen bieten. Die neuartige Geometrie des Rades aus dreieckigem Aluminiumflachhalbzeug kann eine geringere Dicke (typischerweise etwa 2-5 mm) ermöglichen. Die geringere Dicke kann die Verwendung von hochwertigen 5xxx-Legierungen aus kaltgewalztem Aluminiumband sowie wärmebehandelbarem Flachhalbzeug oder anderen fortschrittlichen Materialkonzepten ermöglichen. Die synergetische Kombination aus geringerer Flachhalbzeugdicke und fortschrittlichem Material kann zusätzliche Materialeinsparungen zur Gewichtsreduzierung und daraus resultierenden Kosten- und Leistungsoptimierung ermöglichen.
Diese und andere Vorteile werden aus der Offenlegung der hierin enthaltenen Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen ersichtlich.
Wie hier verwendet, sind „mindestens eines“, „eines oder mehrere“ und „und/oder“ offene Ausdrücke, die sowohl konjunktiv als auch disjunktiv verwendet werden können. Zum Beispiel bedeutet jeder der Ausdrücke „mindestens eines von A, B und C“, „mindestens eines von A, B oder C“, „eines oder mehrere von A, B und C“, „eines oder mehrere von A, B oder C“, „A, B und/oder C“ und „A, B oder C“ A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen oder A, B und C zusammen. Wenn sich jedes von A, B und C in den obigen Ausdrücken auf ein Element wie X, Y und Z oder eine Klasse von Elementen wie X₁-X_n, Y₁-Y_m und Z₁-Z₀ bezieht, soll sich der Ausdruck auf ein einzelnes Element aus X, Y und Z, eine Kombination von Elementen aus derselben Klasse (z.B. X₁ und X₂) sowie eine Kombination von Elementen aus zwei oder mehr Klassen (z.B. Y₁ und Z₀) beziehen.
Es ist zu beachten, dass sich der Begriff „ein“ oder „eine“ Entität auf eine oder mehrere dieser Entitäten bezieht. Daher können die Begriffe „eine“ (oder „ein“), „eine oder mehrere“ und „mindestens eine“ hier austauschbar verwendet werden. Es ist auch zu beachten, dass die Begriffe „aufweisend“, „aufweisend“ und „habend“ austauschbar verwendet werden können.
Der Begriff „Mittel“, wie er hier verwendet wird, ist gemäß 35 U.S.C., Abschnitt 112(f) und/oder Abschnitt 112, Absatz 6 so weit wie möglich auszulegen. Dementsprechend deckt ein Anspruch, der den Begriff „Mittel“ enthält, alle hierin dargelegten Strukturen, Materialien oder Handlungen sowie alle Äquivalente davon ab. Darüber hinaus umfassen die Strukturen, Materialien oder Handlungen und deren Äquivalente alle in der Zusammenfassung der Offenbarung, der Kurzbeschreibung der Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung, der Zusammenfassung und den Ansprüchen selbst beschriebenen Strukturen, Materialien oder Handlungen auf.
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Gehalte an Komponenten oder Zusammensetzungen auf den aktiven Abschnitt dieser Komponente oder Zusammensetzung und schließen Verunreinigungen, z. B. Restlösungsmittel oder Nebenprodukte, die in handelsüblichen Quellen solcher Komponenten oder Zusammensetzungen vorhanden sein können, aus.
Alle Prozentsätze und Verhältnisse sind, sofern nicht anders angegeben, auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bezogen.
Es ist davon auszugehen, dass jede numerische Maximalbegrenzung, die in dieser Offenlegung angegeben ist, jede niedrigere numerische Begrenzung als Alternative aufweist, so als ob diese niedrigeren numerischen Begrenzungen hier ausdrücklich geschrieben wären. Jede minimale numerische Begrenzung, die in dieser Offenlegung angegeben wird, ist so zu verstehen, dass sie jede höhere numerische Begrenzung als Alternative aufweist, als ob solche höheren numerischen Begrenzungen hier ausdrücklich geschrieben wären. Jeder in dieser Offenbarung angegebene Zahlenbereich ist so zu verstehen, dass er jeden engeren Zahlenbereich aufweist, der in einen solchen breiteren Zahlenbereich fällt, als ob diese engeren Zahlenbereiche alle ausdrücklich hierin aufgeführt wären. Beispielsweise weist der Ausdruck von etwa 2 bis etwa 4 die ganzzahligen und/oder ganzzahligen Bereiche von etwa 2 bis etwa 3, von etwa 3 bis etwa 4 und jeden möglichen Bereich auf der Grundlage reeller (z.B. irrationaler und/oder rationaler) Zahlen auf, wie etwa von etwa 2,1 bis etwa 4,9, von etwa 2,1 bis etwa 3,4 usw.
Das Vorstehende ist eine vereinfachte Zusammenfassung der Offenbarung, um ein Verständnis für einige Aspekte der Offenbarung zu schaffen. Diese Zusammenfassung stellt weder einen umfassenden noch einen erschöpfenden Überblick über die Offenbarung und ihre verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen dar. Es ist weder beabsichtigt, wichtige oder kritische Elemente der Offenbarung zu identifizieren, noch den Umfang der Offenbarung abzugrenzen, sondern ausgewählte Konzepte der Offenbarung in vereinfachter Form als Einführung in die nachfolgende detailliertere Beschreibung darzustellen. Wie zu erkennen ist, sind andere Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Offenbarung möglich, die allein oder in Kombination eines oder mehrere der oben dargelegten oder unten im Detail beschriebenen Merkmale verwenden. Auch wenn die Offenbarung in Form von beispielhaften Ausführungsformen dargestellt wird, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass einzelne Aspekte der Offenbarung separat beansprucht werden können.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind in die Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil davon, um verschiedene Beispiele der vorliegenden Offenbarung darzustellen. Diese Zeichnungen, zusammen mit der Beschreibung, erklären die Grundsätze der Offenbarung. Die Zeichnungen veranschaulichen lediglich bevorzugte und alternative Beispiele dafür, wie die Offenbarung gemacht und verwendet werden kann, und sind nicht so auszulegen, dass die Offenbarung nur auf die abgebildeten und beschriebenen Beispiele beschränkt ist. Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden, detaillierteren Beschreibung der verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Offenbarung ersichtlich, wie sie in den nachstehend genannten Zeichnungen dargestellt sind.

1A und 1C zeigen Kraftverläufe in einem herkömmlichen Rad;
1B und 1D zeigen Kraftverläufe in einem Delta-Rad gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2A zeigt die Spannungsverteilung einer konventionellen Schüsselgeometrie;
2B zeigt die Spannungsverteilung eines dreieckigen Konstruktionselements gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt einen Querschnitt eines Delta-Rades gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt die Vorder- (links) und Rückansicht (rechts) eines Delta-Rades gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 ist ein schematischer Umriss eines Materialreserven bildenden Elements gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 ist ein alternativer schematischer Umriss eines Materialreserven bildenden Elements gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
7 zeigt eine Ausführungsform zum Schweißen einer Zweiteiliges-Rad-Reibschweißung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
8 zeigt ein Beispiel für eine Spannanordnung in einem dreiteiligen Rad für eine Reibschweißung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
9 zeigt ein Beispiel für eine Spannanordnung in einem dreiteiligen Rad für eine Reibschweißung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
10 zeigt ein Beispiel für eine wärmebeeinflusste Zone in einer Verbindungsanordnung und ein Beispiel für einen Wärmereibrührschweißweg gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
11 zeigt ein Beispiel für ein dreiteiliges Rad, das durch Klebstoffe für eine Reibschweißung getragen wird;
12 ist eine isometrische Schnittdarstellung von unten eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
13 ist eine isometrische Schnittansicht von oben eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
14 ist eine isometrische Vorderansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
15 ist ein Querschnitt eines Rades entlang einer Mittellinie des Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
16 ist eine isometrische Ansicht von oben auf ein Rad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
17 ist eine isometrische Ansicht von hinten eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
18 ist eine Querschnittsansicht einer Speiche mit einem fachwerkartigen Netz von Trägerelementen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
19 ist ein Querschnitt durch ein Rad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
20 ist ein Querschnitt durch ein Rad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
21 ist ein Querschnitt durch ein Rad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
22 ist eine isometrische Vorderansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
23 ist eine Querschnittsansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
24 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
25 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Rads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
26 ist eine isometrische Vorderansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
27 ist eine Querschnittsansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
28 ist eine Seitenansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
29 ist eine isometrische Vorderansicht eines Rads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
30 ist eine Tabelle, in der verschiedene Verbindungsmöglichkeiten für die Außen- und die Innenspeichenelemente und/oder der Felge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt sind;
31 ist ein morphologischer Kasten, der verschiedene Herstellungsoptionen für extrudierte Speichenelemente gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
32 ist eine Fortsetzung des morphologischen Kastens von 31;
33 ist eine Ansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
34 ist eine Ansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
35 ist eine Ansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
36 ist eine Ansicht eines Rades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verteilung von Belastung und Dehnung
In einem Rad trägt die Schüssel in erster Linie zur Steifigkeit des Rades bei und überträgt die Lastkräfte vom äußeren Rad auf die Komponenten der Nabe. Bei den momentan verwendeten Rädern ist die Schüssel daher sehr dick und hat ein komplexes Profil, um eine hohe Steifigkeit auf Kosten des Gewichts (Leistung) zu erreichen. Die stark gekrümmte Konstruktion der Schüssel führt wiederum zu einer komplexen Verteilung von Belastung und Beanspruchung. Besonders in oberflächennahen Elementen können die unregelmäßigen und höher belasteten Komponenten kritisch sein, wenn Kerben vorhanden sind, die durch mechanische Einwirkungen oder Korrosionsangriffe verursacht werden können. Das bedeutet, dass bei den derzeitigen Konzepten für gefertigte Aluminiumräder die Position und Geometrie der Schüssel eine sehr geringe Steifigkeit im Verhältnis zur Dicke der Schüssel aufweist. Diese Geometrie beruht auf einem höheren Verhältnis von Scherkräften in der Radschüssel/Radspeiche als Reaktion auf dynamische und statische mechanische Belastungen des Rades. Scherkräfte haben in der Regel lokale Scherspannungsmaxima an der Oberfläche des Materials, was kritisch wird, wenn Kerben vorhanden sind, die durch mechanische Einwirkungen oder Korrosionsangriffe verursacht werden können.
Beim Rad der vorliegenden Offenlegung hingegen bilden dreieckige Elemente die Schüssel/Speichen innerhalb des Rades. Ein oder mehrere dreieckige oder „Trio“-Elemente bilden den Querschnitt einzelner Komponenten der Schüssel wie Speichen oder Nabe. Die Elemente können ausgehend von einem flach gewalzten Flachhalbzeug, durch Extrusion von Aluminium, Gießen, Schmieden oder aus Verbundwerkstoffen hergestellt werden. In den folgenden Abschnitten werden verschiedene Varianten zur Anordnung der Trioelemente beschrieben. Diese verschiedenen Versionen können aus ungleichen oder unterschiedlichen Materialien und verschiedenen Verfahren zur Verbindung hergestellt werden.
Eine elementare Version dieses Konzepts verwendet dreieckige Elemente für die Speichen, die speziell aus flachgewalztem Al-Blech hergestellt werden. In der elementaren Version bilden zwei Flachhalbzeuge die beiden Seiten des Dreieckselements, während die Nabe die Basis bildet. Die beiden Flachhalbzeuge können jedoch auch aus mehr als einem Dreieckselement bestehen. Auch andere Elemente des Rades wie die Nabe können aus Dreieckselementen gebildet werden.
Die prinzipiellen Vorteile der Offenbarung werden zunächst für die obige einfache Version beschrieben.
Die neuartige Geometrie des Rades aus dreieckigem Aluminiumflachhalbzeug ermöglicht eine geringere Dicke (typischerweise etwa 2-5 mm). Die geringere Dicke ermöglicht die Verwendung von hochwertigen 5xxx-Legierungen aus kaltgewalztem Aluminiumband sowie wärmebehandelbarem Flachhalbzeug oder anderen fortschrittlichen Materialkonzepten. Die synergetische Kombination aus geringerer Flachhalbzeugdicke und fortschrittlichem Material kann zusätzliche Materialeinsparungen zur Gewichtsreduzierung und daraus resultierenden Kosten- und Leistungsoptimierung ermöglichen.
Eine dreieckige Geometrie erzeugt eine Verteilung der Belastung entlang der Hauptmaterialachse und in der Ebene mit der Radschüssel/Radspeiche/dem Flachhalbzeugmaterial. Aluminiumlegierungen haben eine viel höhere Zug- als Scherfestigkeit, daher kann die Konstruktion einer Radschüssel, die die dynamischen/mechanischen Radlasten durch Zugkräfte aufnimmt, eine viel leichtere Radkonstruktion ermöglichen.
1A und C zeigen Kraftverläufe in einem herkömmlichen Rad und 1B und D zeigen Kraftverläufe in einem Rad gemäß der vorliegenden Offenbarung. Herkömmliche Konstruktionen (Aluminium-, Stahl-, Gusslegierungen u. ä.) weisen im Vergleich zum Rad der vorliegenden Offenbarung höhere Scherkräfte in der Radschüssel/Radspeiche auf (als Reaktion auf dynamische und statische mechanische Belastungen des Rades).
In den 2A und B wird die Spannungsverteilung der konventionellen Schüsselgeometrie (2A) mit der eines dreieckigen Konstruktionselements (2B) verglichen. Bei konventionellen Konzepten für Aluminiumräder führen die Position und die Geometrie der Schüssel zu einer sehr geringen Steifigkeit im Verhältnis zur Dicke des Flachhalbzeugs, so dass nur warmgewalztes Flachhalbzeugmaterial mit hoher Dicke (etwa 8-10 mm) in Frage kommt. Diese Geometrie beruht auf einem höheren Verhältnis von Scherkräften in der Schüssel/Radspeiche als Reaktion auf dynamische und statische mechanische Belastungen des Rades. Wie bereits erwähnt, weisen Scherkräfte im Allgemeinen lokale Scherspannungsmaxima an der Oberfläche des Materials auf, was bei Vorhandensein von Kerben, die durch mechanische Einwirkungen oder Korrosionsangriffe verursacht werden können, kritisch wird. Eine dreieckige Geometrie der Radschüssel kann die Konzentration von Oberflächenspannungen minimieren und somit die Ermüdungsfestigkeit und Langlebigkeit erhöhen.
Darüber hinaus kann die dreieckige Geometrie die Verwendung von dünnerem Flachhalbzeugmaterial ermöglichen (typischerweise 3-5 mm Dicke im Vergleich zu 8-10 mm bei konventionellen Rädern aus Aluminiumlegierung). Dickeres Flachhalbzeug kann nur warmgewalzt werden und hat im Hinblick auf die Konstruktion des Rades ungünstigere Materialeigenschaften. Die Geometrie kann daher die Verwendung von mechanisch überlegenen Materialien im Gegensatz zu konventionellen Konstruktionen ermöglichen.
Das nach dem Stand der Technik gefertigte Aluminiumrad wird von einer einzigen tiefgezogenen Schüssel aus Flachhalbzeug getragen. In der elementaren Version des Rades der vorliegenden Offenbarung wird die einzelne Schüssel durch mehrere Flachhalbzeuge ersetzt, die einen oder mehrere dreieckige Abschnitte bilden. Ein dreieckiges Element liegt immer in einer Ebene und bildet eine stabile Struktur. Biegemoden werden unterdrückt, so dass die dominierenden Belastungsmoden Zug und Druck sind. Die dreieckige Konstruktion bietet mehrere „kaskadierende“ Vorteile. Die Vorteile werden am Beispiel von gefertigten Aluminiumrädern beschrieben, sind aber nicht auf FRP-Aluminium beschränkt. Obwohl sich die Diskussion auf bestimmte Aluminiumlegierungen bezieht, gelten die Konzepte der vorliegenden Offenlegung auch für andere Aluminiumlegierungen, andere Leichtmetalllegierungen aus anderen Metallen als Aluminium, schwerere Metalllegierungen wie Stahl und deren Verbundwerkstoffe.
Die möglichen Gewichtsreduzierungen eines Rades gemäß der vorliegenden Offenbarung sind vielfältig: Als Beispiel seien genannt:

(1) Die dreieckige Konstruktion kann die Verwendung besserer kaltgewalzter Werkstoffeigenschaften und Toleranzen ermöglichen, die eine Gewichtsreduzierung der Schüssel erlauben.
(2) Das derzeitige, nach dem Stand der Technik gefertigte Al-Rad wird aus Aluminiumlegierungen der Serie 5xxx hergestellt. Die Konstruktion mit einer Schüssel hat normalerweise eine Dicke von t_d≈8-10 mm. Mit der vorgeschlagenen Konstruktion aus mehreren Flachhalbzeugen, vorzugsweise einer 2-Schüssel-Version, können für die zweiteilige Schüssel dünnere Dicken von t_d<4 mm verwendet werden. Infolgedessen kann anstelle von warmgewalztem Flachhalbzeug der 5er-Reihe hochwertigeres kaltgewalztes Al-Band verwendet werden. Kaltgewalztes Flachhalbzeugmaterial bietet eine bessere Festigkeitsumformung, eine bessere Oberflächenqualität sowie bessere Maßtoleranzen und Toleranzen bei den Werkstoffeigenschaften.
(3) Die Steifigkeit der Dreieckselemente im Vergleich zur klassischen Konstruktion mit Felge kann eine weitere Reduzierung der Dicke der Schüssel ermöglichen. Die hohe Steifigkeit der zwei Schüsseln, die ein Fachwerk- oder Dreieckselement bilden, kann eine weitere Gewichtsreduzierung ermöglichen.
(4) Bei der derzeitigen Konstruktion von Rädern werden nicht wärmebehandelbare 5er-Aluminiumlegierungen verwendet, da „hochfeste“ wärmebehandelbare Legierungen ihr hohes Ermüdungspotenzial bei Korrosionsangriff, wie er durch eine gekerbte Oberfläche entsteht, nicht voll ausschöpfen können. In Kombination mit der komplexen Spannungsverteilung in der konventionellen Schüsselgeometrie wird die tatsächliche Ermüdungsleistung durch die Verwendung hochfester Al-Legierungen nicht wesentlich verbessert. Im Gegensatz dazu kann der vorherrschende Zug-/Druckmodus in der vorgeschlagenen Dreiecks- oder Trio-Geometrie weniger kritisch sein in Bezug auf die Wechselwirkung von hochfestem Material mit durch Korrosion eingebrachten Kerben auf der Oberfläche.

Die Dreiecksgeometrie kann eine zeit- und kosteneffiziente computergestützte Topologieoptimierung (TO) der Kontur der Radschüssel in der Ebene nutzen. Es wird ein hohes strukturelles Optimierungsniveau erreicht, da die doppelte ebene Konstruktion/triangulierte Konstruktion in der Regel nur eine weitere zweidimensionale Optimierung der Kontur der Schüssel in der Ebene erfordert. Weitere Vorteile umfassen die zugeordnete kostengünstige Neukonstruierbarkeit der Schüsselkontur für unterschiedliche Belastungszustände/Fahrzeuge. Die Neukonstruktion der Schüssel erfordert lediglich eine Änderung des Schneidwerkzeugwegs oder des Stanzwerkzeugs.

Tabelle 1 fasst die relativen Vor- und Nachteile herkömmlicher Rad-Konstruktionen im Vergleich zur Delta-Rad-Konstruktion der vorliegenden Offenbarung zusammen: Tabelle 1

Radkonzept	Kosten	Gewicht	Optische Design Fähigkeit	Inhärenter KorrosionsWiderstand	Überlast-Toleranz	Management-Zusammenfassung +/-
Hergestelltes Stahl-Flachhalbzeug	++	-	-	-	+	-
Hergestelltes Alu-Flachhalbzeug	+	+	-	◯	+	+
Gegossenes Alu	◯	◯	◯	◯	◯	◯
Geschmiedetes Alu	-	+	+	◯	+	++
Geschmiedetes Magnesium	-	++	◯	-	◯	-
Delta-Rad Aluminium	+	++	O	◯	+	++++

Gegossenes Aluminium-Rad wird als Referenz genommen, wobei alle Eigenschaften per Definition auf „O“ gesetzt wurden.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, sind die Hochleistungs-Schmiederäder sehr teuer, während Räder mit gegossener Konstruktion billig, aber schwer sind. Keine dieser Rad-Konstruktionen vereint niedrige Kosten für den Massenmarkt und hohe Leistung. Die kostengünstigeren, aus Aluminium gefertigten Räder haben ein schlechtes kosmetisches/optisches Erscheinungsbild und weisen von Natur aus Kompromisse bei der Materialauswahl und der strukturellen Konstruktion auf.
Optionen für die Konstruktion von Rädern

Die folgende Tabelle 2 zeigt verschiedene Konstruktionskategorien für ein dreieckiges Rad. Die in Tabelle 2 angegebenen Herstellungs- und Fügeverfahren sind vorteilhaft, aber die Herstellung von Verbindungen ist nicht auf diese Möglichkeiten beschränkt. Alternative Halbzeuge können Gussteile, Schmiedeteile, Extrusionen, Verbundwerkstoffe, 3D-Druckteile oder andere Optionen sein. Die Basisversion der Konstruktion besteht in der Regel aus der Aluminiumsorte AA6061, aber auch andere Aluminiumserien wie 3xxx/5xxx/6xxx oder 7xxx sind möglich. Das Konzept ist nicht auf Aluminiumlegierungen beschränkt. So werden beispielsweise auch Stahlsorten und Verbundwerkstoffstrukturen in dem Vorschlag berücksichtigt. Tabelle 2: Grundlegende Konstruktions-Kategorien

Klasse	1	2	3	4	5
Felgenhorngeometrie
Felgentyp	(1) Rollgeformtes Blech, (2) Fliessgeprester Guss, (3) Konventioneller Guss	(1) Einteilige Felge & Speiche, (2) Tiefgezogen & Rollgeformt	(1) Rollgeformtes Blech, (2) Fliessgeprester Guss, (3) Konventioneller Guss	(1) Einteilige Felge & Speiche, (2) Tiefgezogen & Rollgeformt	(1) Rollgeformtes Blech, (2) Fliessgeprester Guss, (3) Konventioneller Guss
Felgenhorn Verbindungsmechanismus	(1) MIG geschweisst, (2) Geschraubt, (3) Reibgeschweisst, (4) Verklebung	(1) Geometrisch eingefasst + Kleber, (2) Geometrisch Eingefasst + Punktschweissen	(1) MIG Schweissung, (2) Reibschweissung,	(1) MIG geschweisst, (2) Geschraubt, (3) Reibgeschweisst, (4) Verklebung	(1) MIG Schweissung, (2) Reibschweissung,
Zentralelement	(1) MIG geschweisstes Profil, (2) Gussstück, (3) Blechkonstruktion, (4) Fliesspressteil	(1) MIG geschweisstes Profil, (2) Gussstück, (3) Blechkonstruktion, (4) Fliesspressteil	(1) MIG geschweisstes Profil, (2) Gussstück, (3) Blechkonstruktion, (4) Fliesspressteil	(1) MIG geschwelsstes Profil, (2) Gussstück, (3) Blechkonstruktion, (4) Fliesspressteil	(1) MIG geschweisstes Profil, (2) Gussstück, (3) Blechkonstruktion, (4) Fliesspressteil
Schüssel Vorne (Zentralelement Befestigung)	(1) MIG geschweisst, (2) Geschraubt, (3) Verklebung	(1) MIG Schweissung, (2) Verschraubung, (3) Verklebung,	(1) Eingeschoben in Ausbuchtung, (2) MIG Schweissung, (3) Verschraubung, (4) Verklebung	(1) MIG Schweissung, (2) Verschraubung, (3) Verklebung,	(1) MIG Schweissung, (2) Verschraubung, (3) Verklebung,
Schüssel Hinten (Zentralelement Befestigung)	(1) Eingepresst + MIG, (2) Eingepresst + Verklebung	(1) Eingepresst + MIG, (2) Eingepresst + Verklebung	(1) Eingepresst + MIG, (2) Eingepresst + Verklebung	(1) Eingepresst + MIG, (2) Eingepresst + Verklebung	(1) Eingepresst + MIG, (2) Eingepresst + Verklebung 3) Reibschweissung

In den 3-4 ist ein Rad gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Bevor die Konstruktion des Rades erörtert wird, ist es wichtig, zunächst die Terminologie des Rades zu verstehen. Ein Rad bezieht sich in der Regel auf die gesamte Baugruppe, auf der der Reifen montiert ist und die eine äußere Felge und eine innere Radschüssel aufweist. Die Nabe ist die Radbasis oder Achsnabe und hat Bolzen, mit denen das Rad an der Fahrzeugaufhängung befestigt ist. Die Felge ist eine zylindrische Radaußenkante, die den Reifen auf dem Rad hält. Die Hauptfunktion der Felge besteht darin, den Reifen auf dem Rad zu tragen und abzudichten. Insbesondere sorgt die Felge für den richtigen Sitz zwischen Reifen und Felge, um die Luft auf der Innenseite des Reifens zu halten. Die Schüssel ist ein Teil des Rades, der mit der Felge und der Achsnabe verbunden ist. Felge und Schüssel können je nach Anwendung fest miteinander verbunden oder abnehmbar sein.
Wie in den 3-4 und 12-17 dargestellt, weist das Rad 300 eine Felge 304 und eine Radschüssel 308 auf. Die Radschüssel 308 weist ein Mittenloch 12 und 47, einen Mittenabschnitt 13 und 48, Radbolzenlöcher 11 und 46 in einem innenseitigen Radschüssel-Befestigungsring 10 und 45 sowie eine Vielzahl von Speichen 312 auf. Jede der Speichen 312 hat einen dreieckigen Querschnitt 332, der durch ein Außenspeichenelement 316 mit einer Außenspeichenoberfläche 318, ein Innenspeichenelement 320 mit einer Innenspeichenoberfläche 322 und ein Mittenabschnittselement 324 mit einer Mittenabschnittoberfläche 326 gebildet wird. Der dreieckige Querschnitt verläuft entlang einer Ebene, die parallel zur Mittelachse 328 des Rades verläuft. In jeder Speiche können das Außenspeichenelement 316 der Radschüssel/Speiche 14 und 49 und der Mittenabschnitt 324 durch jede geeignete Technik verbunden 8 und 43 werden, wie z. B. durch Schmelzschweißen, Reibschweißen oder Kleben. Ebenso können in jeder Speiche das Innenspeichenelement 320 der inneren Radschüssel/Speiche 7 und 42 und der Mittenabschnitt 324 durch jede geeignete Technik verbunden 9 und 44 werden, z. B. durch Schmelzschweißen, Reibschweißen oder Kleben. Wie dargestellt, sind die Außen- und Innenspeichenoberflächen 318 und 322 jeder Speiche im Wesentlichen eben und stehen in einem spitzen Winkel zueinander. Der Mittenabschnitt 324 bildet eine im Wesentlichen zylindrische Oberfläche mit einem im Wesentlichen konstanten Radius und Durchmesser um seinen Umfang und entlang seiner Höhe, gemessen von der Mittelachse 328. Mit anderen Worten, der Mittenabschnitt 324 hat einen kreisförmigen Querschnitt und keinen Ellipsen-, Parabel- oder Hyperbelquerschnitt (z.B. es ist ein rechter Kreiszylinder und kein elliptischer, parabolischer oder hyperbolischer Zylinder). Jedes der Außen- und Innenspeichenelemente 316 und 320 bildet mit dem Mittenabschnitt 324 einen Winkel, der nicht mehr als 90 Grad beträgt.
Wie man sehen wird, sind viele andere Ausgestaltungen von Rädern möglich, die die Konzepte der vorliegenden Offenbarung nutzen. In einigen Ausführungsformen bildet beispielsweise das Außenspeichenelement 316 oder die Oberfläche 318 einen normalen Winkel mit dem Mittenabschnitt 324 oder der Oberfläche des Mittenabschnitts 326, während das Innenspeichenelement 320 oder die Oberfläche 322 einen spitzen Winkel mit dem Mittenabschnitt 324 oder der Oberfläche des Mittenabschnitts 326 bildet. In einigen Ausführungsformen bildet das Außenspeichenelement 316 oder die Oberfläche 318 einen spitzen Winkel mit dem Mittenabschnitt 324 oder der Oberfläche des Mittenabschnitts 326, während das Innenspeichenelement 320 oder die Oberfläche 322 einen normalen Winkel mit dem Mittenabschnitt 324 oder der Oberfläche des Mittenabschnitts 326 bildet.
In einigen Ausführungsformen bilden die Eckpunkte des Dreiecks, das durch das Außenspeichenelement 316 oder die Oberfläche 318, das Innenspeichenelement 320 oder die Oberfläche 322 und den Abschnitt 324 oder die Oberfläche 326 des Mittenteils gebildet wird, ein gleichseitiges Dreieck. In einigen Ausführungsformen haben das Außenspeichenelement 316 oder die Oberfläche 318 und das Innenspeichenelement 320 oder die Oberfläche 322 die gleiche Länge und bilden ein gleichschenkliges Dreieck. Bei einigen Ausführungsformen sind das Außenspeichenelement 316 oder die Oberfläche 318, das Innenspeichenelement 320 oder die Oberfläche 322 und der Abschnitt des Mittenabschnitts 324 oder der Oberfläche 326, der die Basis des Dreiecks bildet, unterschiedlich lang. In einigen Ausführungsformen bilden die Eckpunkte des Dreiecks, das durch das Außenspeichenelement 316 oder die Oberfläche 318, das Innenspeichenelement 320 oder die Oberfläche 322 und den Abschnitt 324 oder die Oberfläche 326 des Mittenteils gebildet wird, ein rechtwinkliges Dreieck. In einigen Ausführungsformen bilden die Eckpunkte des Dreiecks, das durch das Außenspeichenelement 316 oder die Oberfläche 318, das Innenspeichenelement 320 oder die Oberfläche 322 und den Abschnitt 324 oder die Oberfläche 326 des Mittenteils gebildet wird, ein spitzwinkliges Dreieck. In einigen Ausführungsformen sind das Außenspeichenelement 316 oder die Oberfläche 318 und das Innenspeichenelement 320 oder die Oberfläche 322 länger als die Länge des Abschnitts 324 oder der Oberfläche 326 des Mittenteils, die die Basis des Dreiecks bilden. In einigen Ausführungsformen sind die Außenspeichenelemente oder -flächen der Vielzahl von Speichen im Wesentlichen koplanar zueinander und liegen in einer parallelen Ebene, die durch die äußere Öffnung oder den äußeren Rand der Felge 304 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen sind die Innenspeichenelemente oder -oberflächen der Vielzahl von Speichen im Wesentlichen koplanar zueinander und liegen in einer parallelen Ebene, die durch die innere (oder nabenseitige) Öffnung oder den inneren Rand 1400 der Felge 304 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen sind die Außenspeichenelemente oder -oberflächen der Vielzahl von Speichen im Wesentlichen koplanar zueinander und liegen zwischen (und parallel zu) einer Außenseitenebene, die durch die äußere Öffnung oder Außenkante 1404 des Felgenlaufs 304 und die innere (oder nabenseitige) Öffnung 1400 oder Innenkante des Felgenlaufs 304 gebildet wird.
Die Felge 304 weist äußere und innere Felgenschultern 2 und 3 auf, hat ein Felgenschulterprofil 4 in Form eines Höckers und weist eine mit einem Krümmungsradius-Topologie 5 auf. Die Felge 304 ist mit der Radschüssel durch jede geeignete Technik, wie z. B. eine Schmelzschweißung, eine Reibschweißung oder eine Klebeverbindung, verbunden 1 und 41.
Wie in 4 dargestellt, weisen das Außenspeichenelement 316 und das Innenspeichenelement 320 jeweils ein Entlüftungsloch 50 mit einem Krümmungsradius 53 und einem Krümmungsradius 54 auf. Die Felgen 304 weist ein Felgenhorn 51 auf, und die Radschüssel 308 weist eine Abschrägung der Mitte des Mittenlochs 52 auf.
Aus den 14-17 ist ersichtlich, dass der Innenraum 1600 der Speiche auf beiden Seiten der Speiche zur Atmosphäre hin offen ist, damit die Luft während der Drehung des Rades durch die Speiche strömen kann, wodurch der Luftwiderstand verringert und die Kraftstoffeffizienz erhöht wird. Anders ausgedrückt, beide Seiten der Speiche sind nicht von einem Seitenteil umschlossen, wie es bei vielen herkömmlichen Konstruktionen der Fall ist.
In einigen Ausführungsformen hat jedes der Speichenelemente und der dazwischen liegende Abschnitt des Mittenabschnitts eine maximale Dicke von typischerweise nicht mehr als etwa 7,5 mm und typischerweise nicht mehr als etwa 5 mm und eine minimale Dicke von typischerweise mindestens etwa 1,5 mm und typischerweise von mindestens etwa 2 mm.
Andere Ausführungsformen des Rades sind möglich.
In den 19 und 21-22 sind Räder 1900 und 2100 im Querschnitt dargestellt, die dem Rad der 3-4 und 12-17 ähneln, aber eine andere Geometrie im Flanschbereich zur Erhöhung der Reifenfestigkeit aufweisen, die das Außenspeichenelement 316 und die vordere Lippe oder Rand 304a in einem Stück integrieren, das Innenspeichenelement 320 und die hintere Lippe oder Rand 304b in einem Stück integrieren, im Fall des Rades 1900 die beiden Abschnitte mit optionalem Klebstoff dazwischen verbinden 1908 und einen anderen Mittenabschnitt 324 und eine andere Abstandshaltergeometrie aufweisen. Wie in 21 gezeigt, können die beiden Abschnitte alternativ auch schmelzgeschweißt, reibgeschweißt usw. werden, anstatt sie zu verschrauben und zu verkleben. Der größte Teil der im Wesentlichen ebenen Außenspeichenoberfläche 318 liegt in der Felgenebene, die von der Innenseite 1904 der Felge gebildet wird.
In 20 ist ein Rad 2000 im Querschnitt dargestellt, das dem Rad der 3-4 und 12-17 ähnelt, wobei jedoch das Außenspeichenelement 316 unabhängig oder separat von der Felge 304 oder dem Mittenabschnitt 324 ist, das Innenspeichenelement 320 unabhängig oder separat von der Felge 304 oder dem Mittenabschnitt 324 ist und alle verschiedenen Elemente, d. h. die Speichenelemente 316 und 320, der Mittenabschnitt 324 und die Felge 304, mit einer optionalen Klebstoffverbindung miteinander verschraubt sind. Das Rad 2000 weist ferner eine andere Geometrie des Mittenabschnitts und des Abstandshalters auf als das Rad der 3-4 und 12-17, da das von den im Wesentlichen ebenen Außen- und Innenspeichenoberflächen 318 und 322 und der Oberfläche des Mittenabschnitts 326 gebildete Dreieck ein spitzes Dreieck ist.
In 23 ist ein Rad 2300 im Querschnitt dargestellt, das dem Rad der 3-4 und 12-17 ähnelt, jedoch keinen Abstandshalter oder Mittenabschnitt 324 aufweist, tiefgezogene und drückgewalzte Flachhalbzeugprodukte als Außen- und Innenspeichenelemente 316 und 320 verwendet und die Außen- und Innenspeichenelemente 316 und 320 unter Verwendung einer Doppelnaht herstellt, die der Verbindung von Getränkedosendeckel und Zylinder ähnelt (auch Doppelnaht/Doppelsaum genannt). Obwohl ein Rad mit Doppelnaht/Doppelsaum gezeigt wird, kann man sich auch eine Konstruktion mit einfachem Saum/umgeklapptem Rad vorstellen, die auf den Lehren dieser Offenbarung basiert. Der größte Teil oder die gesamte Fläche der im Wesentlichen ebenen Außenseite 318 liegt in der Felgenebene, die von der Innenseite 2304 der Felge gebildet wird.
In den 24-25 ist ein Rad 2400 im halben Querschnitt dargestellt, das dem Rad in den 3-4 und 12-17 ähnelt, aber durch Falzen des Außenspeichenelements 316 des Rades über beide Flachhalbzeuge, die die Radschüssel 308 bilden, hergestellt wird. Das Speichenelement 316 kann vor dem Falzvorgang zugeschnitten und vorbereitet werden, um Faltenbildung zu vermeiden. Das Speichenelement 316 hat einen zentralen tiefgezogenen Becher, der als integraler Mittenabschnitt 324 dient und als Abstandshalter zwischen dem Speichenelement 316 und dem Innenspeichenelement 320 fungiert.
In den 26-29 ist ein Rad 2600 dargestellt, das ein Mehrspeichenrad mit einem Außenspeichenelement 316 ist, das umgefaltet ist, um die Außenseite und die Innenspeichenelemente 316 und 320 in die Außenposition zu bringen, und das einen integrierten Mittenabschnitt 324 aufweist.
In den 32-36 sind weitere Ausführungsformen von Rädern dargestellt, die die Lehren der vorliegenden Offenbarung berücksichtigen.
Wie aus den 3-4 und 12-17 ersichtlich ist, können die grundlegenden Radkonstruktionskategorien eine vollflächige Konstruktion beschreiben, bei der das visuelle Erscheinungsbild einer ebenen Ebene mit Aussparungen entspricht. Die Herausforderung bei einer Full-Face-Konstruktion ist die extrem asymmetrische Positionierung des Schüssel-Moduls 308 gegenüber der Felge 308. Dies kann sich ungünstig auf die Steifigkeit der Felge und die Kraftverteilung auswirken. Die Integration des Bremssystems und der Komponenten der Radaufhängung führen zu weiteren geometrischen Einschränkungen bei der Anordnung von Felge und Rad. Um die Lastverteilung und Steifigkeit zu verbessern, wird folgende Strategie vorgeschlagen:

1. Bügel bilden einen weiteren dreieckigen Abschnitt, der Segmente der Schüssel, der Felge und des Bügels aufweist. Dieses Lastverteilungselement befindet sich in der Nähe der Felge. Daher beeinträchtigt das Lastverteilungselement nicht das Bremssystem, das in der Nähe des Mittenabschnitts der Schüssel angeordnet ist. Das Lastverteilungselement kann in mehrere einzelne Bügel oder einen einteiligen Ring unterteilt sein, der die Felge mit der inneren Schüssel verbindet. In die innere Schüssel bzw. Felge können Formelemente integriert sein, um eine optimale geometrische Schweißvorbereitung für die Halterung zu ermöglichen.
2. Die innere Schüssel wird mit sich wiederholenden Versteifungsflanschen geformt. Die Komponente Innenschüssel/Flansch bildet zusammen mit äußerem Rand und Schüssel zwei dreieckige Abschnitte. Die Versteifungsflansche sind bei dieser Konstruktion auf den felgennahen Bereich beschränkt, um eine Beeinträchtigung des Bremssystems zu vermeiden (Package-Anforderungen). Zur Herstellung der einteiligen inneren Schüssel/Flansch-Komponente wird vorzugsweise Tiefziehen und Walzprofilieren eingesetzt.
3. Die Konstruktion ähnelt der ersten Konstruktionsvariante, jedoch ist die Schüssel weiter von der äußeren Radvorderseite zurückgesetzt.
4. Bei der zweiteiligen Ausführung des Rades werden 2 Flachhalbzeuge tiefgezogen, verbunden und in einem abschließenden Drückwalzen kalibriert.
5. Eine dreiteilige Version, die der ersten Konstruktion ähnelt, bei der jedoch eine Verbindung von drei Flachhalbzeugen vermieden wird.

Herstellungs- und Materialoptionen
30 zeigt verschiedene Verbindungsmöglichkeiten für die Außenspeiche und die Innenspeiche, den Mittenabschnitt und die Felge.
Es gibt eine Reihe von Herstellungs- und Materialoptionen, die Folgendes umfassen:

1. Flachgewalztes Flachhalbzeug mit dreieckiger Struktur für Speiche und Felge
2. Zwei-Schüssel-Prägung: Die Felge wird durch konventionelles Drückwalzen von Flachhalbzeugmaterial hergestellt. Die beiden Schüsseln sind Stanzteile auf der Basis eines Flachhalbzeugs. Zur Verbindung von Schüssel und Felge können verschiedene Verfahren angewandt werden, wie Schmelzschweißen (vorzugsweise MIG oder Laser), reibschlüssige Verfahren, Klebstoffe oder mechanische Befestigung. bzw. eine Kombination aus verschiedenen Verfahren.

Im Folgenden werden verschiedene Konstruktionsoptionen, Verbindungstechniken und die Vorbereitung der Verbindungsgeometrie beschrieben. Der geometrische Umriss der Schweißflächen kann für eine optimale Leistung von Bedeutung sein. Die bevorzugten Konstruktionen sind in den folgenden Skizzen dargestellt.
Herstellungsschritte der Felge:

Die Felge wird durch Drückwalzen (konventionelles Verfahren) hergestellt. Zur Vorbereitung der Oberfläche für das Fügen können jedoch geometrische Merkmale verwendet werden.
Herstellungsschritt der äußeren Schüssel
Stanzen eines Kreises mit optionalen Schneidöffnungen;
Umformen/Strecken der gewünschten Form und der inneren Belastung;
Kalibrieren und abschließendes Beschneiden der Kanten; und
Wahlweise Vorbereitung der Oberfläche für das Fügen.
Herstellungsschritt der inneren Schüssel
Stanzen eines Kreises, optional mit Schneidöffnungen;
Umformung der gewünschten Form durch Tiefziehen;
Kalibrieren und abschließendes Beschneiden der Kanten; und
Wahlweise Vorbereitung der Oberfläche für das Fügen.
Fügen von äußerer Schüssel und innerer Schüssel

Für die Verbindung Felge/Doppelschüssel (Rim/Double-Disc, RDD) und Innen-/Außenschüssel (Inner/Outer-Disc, IOD) oder Abschnitt Mitte/Doppelschüssel (Center Section/Double-Disc, CDD) kommen verschiedene Verfahren in Frage.

1. Mechanische Befestigung: Die Felge ist mit einem Bügel/Flansch versehen, um Platz für die mechanische Verbindung (z.B. Schraube) zu schaffen. Die beiden Schüsseln werden in dem flachen Bereich, in dem die innere und äußere Schüssel in Kontakt besteht, verschraubt. Optional wird die mechanische Befestigung durch Klebstoffe getragen.
2. Für die RDD-, IOD- bzw. CDD-Verbindung kommen verschiedene Schweißverfahren in Frage, vorzugsweise Reibschweißverfahren oder Schmelzschweißverfahren wie MIG-Schweißen.

Ein bevorzugtes Verfahren für ein trianguliertes Rad ist das Reibschweißen. Der Schweißprozess weist aufeinanderfolgende Phasen auf: Eine Komponente wird in eine relative Drehbewegung (Rotor) zur zweiten Komponente (statisch) versetzt. Es wird ein definierter Druck ausgeübt. Durch die Relativbewegung und den ausgeübten Druck entsteht eine Temperatur in der Grenzfläche. Die Relativbewegung wird gestoppt, während der Druck erhöht wird, um ein plastisches Fließen zu ermöglichen, wodurch eine „Reibverbindung“ entsteht. Nach einer Haltephase wird die Komponente schließlich unter Druck langsam abgekühlt. Um die Leistung zu optimieren und kosmetische Defekte aufgrund der Wärmebelastung beim Reibschweißen zu vermeiden, können Verbindungen aus mehreren Materialien (z.B. Aluminium, Edelstahl) eingesetzt werden.
In den folgenden Abschnitten werden Prozessabläufe und die geometrische Vorbereitung des Flachhalbzeugs offenbart, um einen kostengünstigen, optimalen Fügeprozess und eine hohe Verbindungsqualität zu gewährleisten.
RDD-Verbindung
Die vorliegende Offenbarung weist ein „Materialreserve-Formungselement“ (material reserve forming element, MRM) auf, das es ermöglicht, die Schüssel in die Felge einzufügen, ohne dass sich die beiden Komponenten gegenseitig behindern, und das eine günstige Verbindungsgeometrie für verschiedene Reibschweißtechnologien bietet. Im Folgenden wird die Hauptfunktion des MRM-Elements anhand eines Beispiels in Absatz (1) näher erläutert. Die Konstruktion von MRM-Elementen ist nicht auf das nachstehende Beispiel beschränkt. Der allgemeine Zweck des MRM-Elements besteht darin, dass das zusätzliche Material so umgeleitet wird, dass beim Schweißen eine Kraft aufgebracht wird, um die doppelte Schüssel formschlüssig in eine Felgen-Konstruktion einzupassen. Das MRM-Element kann auch für zwei „einzelne“ Schüsseln verwendet werden, die in der Felge befestigt werden und eine dreieckige Konstruktion bilden.
Gemäß 5, RDD-Verbindung beim Reibschweißen (Rotations-, Vibrations- oder Reibrührschweißen) - die Verbindungsebene steht senkrecht zur Radachse:

1 Der äußere Umfang der Doppelschüssel bildet eine gerade Kante, wie in 5 dargestellt (wobei sich die „vordere Schüssel“ auf das Außenspeichenelement 316 und die „hintere Schüssel“ auf das Innenspeichenelement 320 bezieht);
2 In der Nähe oder am äußeren Rand wird ein Formgebungselement in die doppelten „Schüsseln“ gepresst, um „zusätzliches“ Material in der Nähe des Randes bereitzustellen. Wie in 5 gezeigt, wird das zusätzliche Material, das auch als „Materialreserveformelement“ bezeichnet wird, beim späteren Fügevorgang gegen die Oberfläche der Felge gedrückt. Dieses überschüssige Material, das gegen die Felge gedrückt wird, sorgt für die beim Reibschweißen erforderliche Kraft. Das „Materialreserveformelement“ wird von zwei senkrecht zum Flachhalbzeugmaterial ausgerichteten Werkzeugen umschlungen. Dadurch vergrößert sich der Umfang der doppelten Schüssel, wodurch die Reibschweißkraft auf die Felge übertragen wird. Für das Schweißen ist vorzugsweise das Flachhalbzeug statisch und die Felge beweglich (rotierend oder vibrierend). Alternativ kann die RDD-Verbindung auch durch Reibrührschweißen oder eine herkömmliche MIG-Verbindung realisiert werden.
3 Da der anfängliche Umfang kleiner ist als der endgültige, kann die Schüssel in die Felge eingesetzt werden, ohne die Oberfläche der Felge zu beschädigen oder zu zerkratzen.
4 Zwischen den doppelten Schüsseln in der Nähe des äußeren Umfangs kann ein Klebstoff aufgetragen werden, um den Spalt zu füllen (Korrosionsschutz) und den Kraft-/Formschlüssigen Sitz zu verbessern.

Eine weitere RDD-Verbindung in Reibschweißtechnik ist in 6 dargestellt (wobei sich „Materialreserve“ auf das MRM-Element bezieht). Der Flansch, der die äußeren Umfänge der Doppelschüssel bildet, ist in 6 als Verbindungsebene senkrecht zur Radachse dargestellt. Wie in 5 wird ein Formgebungselement an den doppelten „Schüsseln“ angebracht, um „zusätzliches“ Material in der Nähe des Umfangs bereitzustellen. Dies ermöglicht es, die Schüssel in die Oberfläche der Felge zu bringen und den für das Schleuderschweißen erforderlichen Druck auszuüben. Das „Materialreserveformelement“ wird beim späteren Fügeprozess durch Drückwalzen gegen die vorbereitete Oberfläche der Felge (flache Ausbuchtung) gedrückt. Die Oberfläche der Felge bietet ein geeignetes Formgebungselement (flache Ausbuchtung) zur Aufnahme des zusätzlichen Doppelschüsselmaterials (durch Drückwalzen eingedrückt). Diese Geometrie bietet eine günstige Fügegeometrie für den späteren Reibschweißprozess.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die Felge ein Formflansch und die Doppelschüssel wird reibgeschweißt, wobei die Verbindungsebene parallel zur Radachse verläuft.
IOD-Verbindung
Die Verbindung der beiden Schüsseln wird durch Rotations- oder Vibrationsreibschweißen hergestellt. Vorzugsweise enthält mindestens ein Flachhalbzeug eine Vorbiegung, um einen definierten Ablauf des Reibschweißprozesses zu gewährleisten. Bei Bedarf kann ein Formelement angebracht werden, um zusätzliches Material in die Verbindung einzubringen.
CDD-Verbindung
Die Nabe ist am Mittenabschnitt der Doppelschüssel befestigt. Beim Rotations- oder Vibrationsreibschweißen ist die Doppelschüssel vorzugsweise statisch, die Nabe rotiert. Die Kräfte zum Tragen der Reibschweißung werden axial aufgebracht. Da die Nabe beim Rotationsreibschweißen das rotierende Element ist, kann die Oberfläche der Nabe optional in der gleichen Aufspannung bearbeitet werden.
Vordere/hintere Halbschale: Wie in 7 dargestellt, besteht das Rad aus zwei Komponenten, wobei jede Komponente aus einem Flachhalbzeug hergestellt wird. Die erste Komponente weist die vordere Schüssel und das Fragment der vorderen Felge auf und bildet eine vordere Schale. Die zweite Komponente weist die hintere Schüssel und das Fragment der hinteren Felge auf und bildet eine hintere Schale. Die Herstellung weist die folgenden Schritte auf:

Herstellungsschritte der ersten Komponente (vordere Schale):
1. 1. Stanzen eines Kreises, optional Schneiden von Öffnungen;
2. 2. Umformung der gewünschten Form durch Tiefziehen, optional mit Schneiden von Öffnungen;
3. 3. Fertigstellung der Form durch Drückwalzen; und
4. 4. Wahlweise Vorbereitung der Oberfläche für das Fügen.
Herstellungsschritte der zweiten Komponente (hintere Schale):
1. 1. Stanzen eines Kreises, optional Schneiden von Öffnungen;
2. 2. Umformung der gewünschten Form durch Tiefziehen, Material wird dort platziert, wo es im Endprodukt benötigt wird;
3. 3. Optionales Schneiden von Öffnungen;
4. 4. Fertigstellung der Form durch Drückwalzen; und
5. 5. Optionale Vorbereitung der Oberfläche für das Fügen.

Die obige Reihenfolge von Umformung und Fügen ist eine Option, die Herstellungsreihenfolge kann umgekehrt werden, so dass das Fügen vor dem Umformvorgang erfolgt.
Die erste Komponente und die zweite Komponente werden durch Verfahren wie Schmelzschweißen, reibschlüssige Fügeverfahren oder Klebstoff zu einem Rad zusammengefügt.
Details zum Rotations-Reib-Fügeverfahren
Es können verschiedene Konstruktionen rotationsreibgeschweißt werden. Einige, aber nicht alle dieser Konstruktionen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Bei der in 8 dargestellten Version wird das Rad aus vier Komponenten gefertigt: Felge, Mittenabschnitt, vordere Schüssel und hintere Schüssel. Die Felge, die vordere Schüssel und der Mittenabschnitt werden durch Spannvorrichtungen fixiert. Die hintere Schüssel wird von einer rotierenden Klemme gehalten und gedreht, die durch einen Trägheitsantrieb, Direktantrieb oder ein hybrides Reibschweißsystem angetrieben wird. Die hintere Schüssel wird vom Felgenschutlerflansch gehalten. Nachdem die hintere Schüssel auf die erforderliche Rotationsgeschwindigkeit gebracht wurde, übt ein Hydraulikkolben Druck auf den äußeren Umfang der vorderen Schüssel aus und bringt so vordere Schüssel, hintere Schüssel und Felge in Kontakt. Die dadurch entstehende Reibung erwärmt die beiden Grenzflächen und versorgt den Schweißmechanismus. Der Kolben steuert die Funktion der Reibschweißkraft.
Die Verschweißung der Felge mit der Schüssel wird mit eingesetztem Mittenabschnitt ausgeführt. Alle Teile werden in der Vorrichtung mit kalibrierten Toleranzen positioniert, die die plastische Verformung aller Komponenten während des Schweißvorgangs berücksichtigen. In einem sekundären Rotationsreibschweißverfahren wird der Mittenabschnitt mit der vorderen und hinteren Schüssel verbunden. Da die Toleranzen zwischen den Schüsseln und dem mittleren Abschnitt nach dem ersten Schweißvorgang nun den Spezifikationen entsprechen, wird der mittlere Abschnitt auf die erforderliche Drehgeschwindigkeit beschleunigt und Druck auf die Schüsseln ausgeübt, um die Reibschweißbedingungen zu schaffen. Ein Hydraulikkolben steuert die Funktion der Reibschweißkraft.
Details zum Reibrührschweißen
Es können verschiedene Konstruktionen reibrührgeschweißt werden. Einige, aber nicht alle dieser Konstruktionen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Bei der in den 9 und 10 dargestellten Version wird das Rad aus vier Komponenten gefertigt: Felge, Mittenabschnitt, vordere Schüssel und hintere Schüssel. Für die obere Vertexverbindung werden alle Komponenten durch Halterungen zueinander fixiert. Eine Vorrichtung zum Reibrührschweißen (friction stir welding, FSW) wird an der Außenseite der Felge direkt über dem Schnittpunkt der Felge und der beiden Schüsseln positioniert. Während des Reibrührschweißens sind die FSW-Parameter so gewählt, dass die Rührzone alle drei Komponenten durchdringt. Die Rührzone deckt die Grenzflächen zwischen Felge und Schüssel sowie zwischen Schüssel und Schüssel vollständig ab. Das typische FSW-Endloch wird entweder in einem zweiten Schritt gefüllt, oder der Werkzeugkopf überlappt den Schweißbereich und wird unabhängig vom Bund langsam zurückgezogen. Die Verbindungen zwischen dem Mittenabschnitt und den Schüsseln werden in einem ähnlichen Prozess ausgeführt. Die Spannmatrize kann in einem geeigneten Verfahren segmentiert werden, um das Entfernen der Komponente/Stempel zu ermöglichen.
Einzelheiten zum Klebstoff-Verfahren
Es können verschiedene Konstruktionen rotationsreibgeschweißt werden. Einige, aber nicht alle dieser Konstruktionen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Einzelheiten zur mechanischen Befestigung
Es können verschiedene Konstruktionen rotationsreibgeschweißt werden. Einige, aber nicht alle dieser Konstruktionen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Einzelheiten zum Reibrührschweißen - Kleben (RFSSW-AB)
In 11 sind verschiedene Konstruktionen dargestellt, die mit RFSSW (Refill Friction Stir Spot Welding) und Klebstoffen geschweißt werden können. Einige, aber nicht alle, dieser Konstruktionen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Extrusionsintensive Schüssel/Speiche-Trio-Konstruktion (Felge ist standardmäßig drückgewalzt)
Die wichtigste Komponente der Konstruktion ist ein dreieckiges Element (Querschnitte), das als Flachhalbzeug, Extrusion, Guss oder Schmiedeteil hergestellt werden kann. Eines der bevorzugten Verfahren ist die Verwendung von Extrusionen.
Eine Möglichkeit der Verbindung ist das Kleben. Aus Sicherheitsgründen wird das Kleben mit einem „mechanischen Befestigungsverfahren“ gesichert. Bei dieser extrusionsintensiven Variante sichern formschlüssige Extrusionsgeometrien die Klebeverbindung. Die Möglichkeit der Konstruktion des Abschnitts mit Hinterschneidung und die Verwendung von Klebstoffen ermöglichen eine optimale Kombination von formschlüssiger und kraftschlüssiger Verbindung.
Das Dreieckselement (DE) kann auf zwei verschiedene Arten angeordnet werden.
Der DE-Querschnitt steht senkrecht zur Radebene.
Der DE-Querschnitt liegt in der Radebene.
Die Speichenstruktur kann aus einzelnen oder Mehrfach-Extrusionen hergestellt werden. Die Wandstärken der Extrusionen sind an die Konstruktionsbeispiele angepasst.
18 zeigt im Querschnitt eine Speiche 1800 mit mehreren Dreiecken als zusätzliche Träger. Jedes Dreieck 1812 weist einen ersten und einen zweiten Querträger 1804 und 1808 auf, um ein fachwerkartiges Netz benachbarter oder gestapelter Dreiecke zu bilden, die zur strukturellen Unterstützung der Außen- und Innenspeichenelemente 316 und 320 miteinander verbunden sind.
Gießen einer dreieckigen Struktur für die Komponente der Schüssel eines Rades
Mehrere dreieckige Querschnitte können die Belastung des Materials erheblich reduzieren, was zu einer weiteren Gewichtsreduzierung führt. Für besonders komplex geformte dreieckige Konstruktionen von Speichen.
Bei dieser optionalen Lösung ist das Gießen das bevorzugte Verfahren für die Herstellung der Schüssel. Um komplexe Formen zu ermöglichen, können Sandkerne im 3-D-Druckverfahren hergestellt werden.
Ultrafeine Abscheidungshärtung
Rad-Legierungen zielen auf eine höhere Festigkeit, insbesondere auf eine höhere Dauerfestigkeit ab. Daher muss die Rissausbreitung begrenzt werden. Die Stellmöglichkeiten sind (1) Korngrenzen oder Partikel, die den Riss aufhalten, (2) der Riss breitet sich vorzugsweise auf langen Bahnen aus, während (3) an der Rissspitze geringe Spannungen verbleiben sollten, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit zu begrenzen. Diese Kombination von Gefügeeigenschaften kann durch Verstärkung der „weicheren Matrix“ durch ultrafeine Partikel erreicht werden. Ultrafeine Partikel können durch externe Injektion oder durch In-situ-Abscheidung eingebracht werden. Die externe Injektion kann durch Zugabe von nichtmetallischen Partikeln oder hochschmelzenden Intermetallen in die Schmelze erfolgen. So können beispielsweise Graphenflocken zugegeben werden, die vorzugsweise in einer Magnesiumlegierung vorlegiert sind. Die ultrafeinen Graphenflocken verbessern die spezifische Festigkeit, die Herstellbarkeit (Gießen, Extrusion) und verringern das Gesamtgewicht.
In 6xxx-Legierungen sind die Ausscheidungen relativ grob. Feinere Ausscheidungen würden eine effizientere Verstärkung bewirken und eine weichere Matrix ermöglichen. Die weichere Matrix ist für das Ermüdungsverhalten von Vorteil. Kleinere (ultrafeine) Ausscheidungen entstehen durch die Verwendung von Bestandteilen (Elementen), die im Vergleich zu den Si-Mg-basierten Ausscheidungen langsamere Diffusionseigenschaften aufweisen, wie z. B. Mengen an Zr, Ag, Sn oder Sc und anderen Seltenerdmetallen als kleine Zusätze (<0,5 %), vorzugsweise 0,05 bis 0,4 % für Zr bzw. 0,01 bis 0,2 % für Sc zu herkömmlichen NHT- und HT-Legierungen. Die genannten Elemente können einzeln oder in Kombination zugesetzt werden. Der höchste Gehalt an Zr liegt bei bis zu 0,45%, Sn bei bis zu 0,25% und Sc bei bis zu 0,15%. Der Zusatz der oben genannten Elemente ist sowohl bei handelsüblichen wärmebehandelbaren Legierungen als auch bei handelsüblichen nicht wärmebehandelbaren Legierungen wie 3xxx und 5xxx von Vorteil. Diese normalerweise nicht wärmebehandelbaren Systeme werden durch die oben genannten Zusätze wärmebehandelbar und gewinnen in einem Alterungsprozess erheblich an Festigkeit.
Formen bei erhöhten Temperaturen
Die erforderlichen dreieckigen Elemente können bei erhöhten Temperaturen geformt werden, um enge Radien und wichtige Konstruktionselemente zu erreichen. Durch die Möglichkeit, komplexere Geometrien zu erreichen, wird die Anzahl der Fügevorgänge zur Herstellung eines dreieckigen Abschnitts reduziert. Die angewandte Temperatur hängt vom verwendeten Material ab. Zum Beispiel Stahl (xx), 5xxxx (XX), 6xxx (xx) oder 7xxx-Legierungen. Sie hängt ferner von dem für die jeweilige Geometrie bevorzugten Warm-/Warmumformverfahren ab, wobei die Umformung bei mittleren Temperaturen für Stahl oder Aluminium ebenso in Betracht kommt wie die superplastische Umformung oder die schnelle plastische Umformtechnik. Die Umformung kann mit einem Festlösungstempern und einem anschließenden Abschreckvorgang im Umformwerkzeug kombiniert werden. Die Warmumformung von T6 bis hin zur Vergütung während der Lackhärtung ist im Allgemeinen nicht anwendbar.
Maßgefertigte Al-Si-Mg-Legierungen
Typischerweise erfolgt die Vergütung in einem separaten Prozess oder während der Aushärtung des Radlacks.
Carbonfasern
Die Kohlefaser-Dreiecksstruktur kann entsprechend der vorherrschenden Kraftverteilung unter Last in Schichten angeordnet werden.
Aluminium - CFP-Hybrid-Rad
Kohlefaserverstärkte Polymere (CFP; Carbon-Fiber Reinforced Polymers (CFRP)) weisen eine sehr hohe Zugfestigkeit auf, eignen sich aber nicht für die Anwendung im Biege- oder Druckmodus. Auch Korrosionsprobleme in Kombination mit anderen Komponenten des Rades schränken die Verwendung ein. Die Konstruktion schlägt die Verwendung einer geeigneten Legierungs-CFP-Kombination bzw. einer Verbindungskomponente vor, die für CFP ungeeignete Belastungen aufnimmt und unkritische Verbindungslösungen bietet.
Flachhalbzeug-Speichen aus kohlefaserverstärkten Polymeren mit gefrästen „Extrusionsadaptern“ zur Verbindung mit Felge und Nabe
Isotrope ultradünne „Carbon-Flocken“ bzw. „Graphene-Flocken" oder Graphenoxid-Flocken in einer Polymermatrix.
Eine Reihe von Variationen und Modifikationen der Offenbarung können verwendet werden. Es wäre möglich, einige Merkmale der Offenbarung vorzusehen, ohne andere vorzusehen. Zum Beispiel sind die oben genannten Flachhalbzeuge nicht die einzigen Optionen für die Herstellung der Außenseite und der Innenseite der Innenspeichenelemente. In den 31-32 ist eine morphologische Box dargestellt, die verschiedene Herstellungsverfahren für extrudierte Speichenelemente bietet. Die morphologische Box zeigt verschiedene Konzepte mit zusätzlichen, oben nicht dargestellten Details.
Die vorliegende Offenbarung weist in verschiedenen Aspekten, Ausführungsformen und Ausgestaltungen Komponenten, Verfahren, Prozesse, Systeme und/oder Geräte auf, die im Wesentlichen wie hierin dargestellt und beschrieben sind, einschließlich verschiedener Aspekte, Ausführungsformen, Ausgestaltungen, Unterkombinationen und Teilmengen davon. Diejenigen, die auf dem Gebiet der Technik bewandert sind, werden verstehen, wie man die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen herstellt und verwendet, nachdem sie die vorliegende Offenbarung verstanden haben. Die vorliegende Offenbarung weist in verschiedenen Aspekten, Ausführungsformen und Ausgestaltungen Vorrichtungen und Verfahren auf, bei denen Elemente fehlen, die hierin nicht dargestellt und/oder beschrieben sind, oder in verschiedenen Aspekten, Ausführungsformen und Ausgestaltungen davon, die z.B. zur Verbesserung der Leistung, zur Erzielung von Einfachheit und zur Verringerung der Implementierungskosten das Fehlen solcher Elemente aufweisen, die in früheren Vorrichtungen oder Verfahren verwendet worden sein können.
Die vorstehende Erörterung der Offenbarung wurde zum Zweck der Erläuterung und Beschreibung vorgelegt. Es ist nicht beabsichtigt, die Offenbarung auf die hier offenbare Form oder Formen zu beschränken. In der vorstehenden detaillierten Beschreibung sind beispielsweise verschiedene Merkmale der Offenbarung in einem oder mehreren Aspekten, Ausführungsformen und Ausgestaltungen zusammengefasst, um die Offenbarung zu vereinfachen. Die Merkmale der Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Offenbarung können in alternativen Aspekten, Ausführungsformen und Ausgestaltungen kombiniert werden, die von den oben beschriebenen abweichen. Dieses Verfahren der Offenbarung ist nicht so zu verstehen, dass die Offenbarung mehr Merkmale erfordert, als in den einzelnen Ansprüchen ausdrücklich aufgeführt sind. Wie aus den folgenden Ansprüchen hervorgeht, liegen erfinderische Aspekte vielmehr in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen der oben offenbaren Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen. Daher werden die folgenden Ansprüche hiermit in diese ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich genommen eine separate bevorzugte Ausführungsform der Offenbarung darstellt.
Auch wenn die Beschreibung der Offenbarung die Beschreibung eines oder mehrerer Aspekte, Ausführungsformen oder Ausgestaltungen und bestimmter Variationen und Modifikationen aufweist, liegen andere Variationen, Kombinationen und Modifikationen im Rahmen der Offenbarung, z.B. in dem Maße, wie sie nach dem Verständnis der vorliegenden Offenbarung den Fachleuten bekannt sein können. Es ist beabsichtigt, Rechte zu erlangen, die alternative Aspekte, Ausführungsformen und Ausgestaltungen im zulässigen Umfang aufweisen, einschließlich alternativer, austauschbarer und/oder äquivalenter Strukturen, Funktionen, Bereiche oder Schritte zu den beanspruchten, unabhängig davon, ob solche alternativen, austauschbaren und/oder äquivalenten Strukturen, Funktionen, Bereiche oder Schritte hierin offenbart sind oder nicht, und ohne die Absicht, einen patentierbaren Gegenstand öffentlich zu widmen.
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

US 62/860103 [0001]

Claims

Rad für ein Fahrzeug, aufweisend: eine Felge zum Tragen eines Reifens; und eine Radschüssel, die mit der Felge verbunden und ausgebildet ist, um mit einer Achsnabe eines Fahrzeugs zusammenzuwirken, wobei die Radschüssel eine oder mehrere Speichen aufweist, die sich von einem Mittenabschnitt der Radschüssel zur Felge nach außen erstrecken, wobei jede der einen oder mehreren Speichen durch ein Außenspeichenelement mit einer im Wesentlichen ebenen Außenspeichenoberfläche und ein Innenspeichenelement mit einer im Wesentlichen ebenen Innenspeichenoberfläche gebildet wird, wobei äußere Enden der Außen- und Innenspeichenelemente mit der Felge zusammenwirken und innere Enden der Außen- und Innenspeichenelemente mit dem Mittenabschnitt der Radschüssel zusammenwirken, wobei die im Wesentlichen ebenen Außen- und Innenspeichenoberflächen quer zueinander und zu einem Oberflächenabschnitt des Mittenabschnitts ausgerichtet sind, der zwischen den im Wesentlichen ebenen Außen- und Innenspeichenoberflächen liegt, um ein Dreieck zu definieren, und wobei eine Ebene des Dreiecks im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse der Schüssel ist.
Rad nach Anspruch 1, wobei die Mittelachse eine Symmetrieachse der Schüssel ist, wobei die Mittelachse im Wesentlichen parallel zu einer verbundenen Achse des Fahrzeugs ist, wobei das Dreieck ein rechtwinkliges Dreieck ist, wobei die Oberfläche der Außenspeiche senkrecht zu dem Oberflächenabschnitt des Mittenabschnitts ist, und wobei eine Länge des Außenspeichenelements kleiner als eine Länge des Innenspeichenelements ist und die Längen des Innen- und Außenspeichenelements länger als eine Länge des Abschnitts des Mittenabschnitts sind.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Dreieck ein rechtwinkliges Dreieck ist und wobei die Oberfläche der Innenspeiche senkrecht zu dem Oberflächenabschnitt des Mittenabschnitts steht und wobei die Länge des Innenspeichenelements aus den Längen des Außenspeichenelements und des Abschnitts des Mittenabschnitts unter Verwendung des Satzes von Pythagoras bestimmt werden kann.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Dreieck ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck ist und wobei das Innenspeichenelement die gleiche Länge wie das Außenspeichenelement hat und wobei die Länge des Innenspeichenelements und des Außenspeichenelements jeweils länger ist als die Länge des Abschnitts des Mittenteils.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Dreieck ein spitzwinkliges Dreieck ist und wobei das Innenspeichenelement, das Außenspeichenelement und der Abschnitt des Mittenabschnitts unterschiedliche Längen aufweisen.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Rad ein hergestelltes Rad mit im Wesentlichen minimierten Biegekräften in dem Innenspeichenelement und dem Außenspeichenelement ist, wodurch eine hohe Spannungsbeanspruchung in der speichennahen Zone des Elements (der Oberfläche) verhindert wird, und wobei das Innenspeichenelement und das Außenspeichenelement aus Flachhalbzeug oder Extrusionsprodukten aus Metall oder Nichtmetallmaterial hergestellt ist.
Rad nach Anspruch 6, wobei das Innenspeichenelement und das Außenspeichenelement flach gewalzte Produkte sind, die hochfestes Stahl- oder Aluminiumschmiedematerial aufweisen.
Rad nach Anspruch 6, wobei es sich bei den Extrusionsprodukten um ein hochfestes Aluminiumschmiedematerial handelt und wobei das Rad ein nichtmetallisches Material aufweist, das verstärkten Kunststoff auf der Basis von Fasern oder Flocken aus Kohlenstoff-, Graphit- oder Graphen- oder Graphenoxid-Bestandteilen aufweist.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Dreieck hohe Biegekräfte in einer elementnahen Zone vermeidet.
Rad nach Anspruch 2, wobei ein Normalenvektor des Dreiecks überwiegend in einer Rad-Drehbewegung liegt, um den Seitenkräften zu widerstehen.
Rad nach Anspruch 2, wobei das Dreieck einen Ebenenvektor ausweist, der senkrecht zu einer Rotationstrajektorie des Rads liegt, um Kräften beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs zu widerstehen.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Innenspeichenelement und das Außenspeichenelement flache Walzprodukte aus Stahl oder Aluminium aufweisen, die geschnitten und schließlich dreidimensional verformt werden.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Innenspeichenelement und das Außenspeichenelement stranggepresste Produkte aus Aluminium aufweisen, die geschnitten und dreidimensional verformt werden.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Innen- und das Außenspeichenelement Profile aus Stahl oder verstärktem Kunststoff aufweisen, die geschnitten und letztendlich dreidimensional verformt werden.
Rad nach Anspruch 1, wobei für das Innenspeichenelement und das Außenspeichenelement eine Varianz der Spannungsverteilung über eine Dicke des Innen- oder des Außenspeichenelements weniger als etwa 50 Prozent Varianz von der Mitte zur Oberfläche beträgt, während eine Dicke des Innen- oder Außenspeichen-Querschnittselements (außerhalb des Mittenabschnitts) etwa 5 mm an einem dicksten Querschnitt in Bezug auf eine Aluminiumblechlegierung basierend auf einer Radlast von 800 kg nicht überschreitet.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Innenspeichenelement und das Außenspeichenelement aus Flachhalbzeugmaterial besteht und aus geschnittenen und vorgeformten Flachhalbzeugen hergestellt ist und wobei das Innenspeichenelement und das Außenspeichenelement, der Mittenabschnitt und die Felge geschweißt oder mechanisch befestigt oder durch Klebstoff verbunden oder durch formschlüssige Geometrie oder durch eine Kombination davon in Position gehalten werden.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Rad durch Reibrührschweißen hergestellt wird und wobei ein Materialreservoir in der Nähe eines äußeren Umfangs der Schüssel geschaffen wird, das gegen ein inneres Felgenelement gedrückt wird.
Rad nach Anspruch 1, wobei das Innenspeichenelement und das Außenspeichenelement aus Flachhalbzeugmaterial und der Mittenabschnitt aus Extrusionen hergestellt sind, wobei die Schüssel aus mehreren geschnittenen und vorgeformten Extrusionen besteht und wobei die mehreren geschnittenen und vorgeformten Extrusionen geschweißt oder mechanisch befestigt oder durch Klebstoff verbunden oder durch eine formschlüssige Geometrie oder durch eine Kombination davon in Position gehalten werden.
Rad nach Anspruch 1, wobei die Schüssel und die Felge aus zwei Flachhalbzeugen bestehen, wobei ein erstes Flachhalbzeug teilweise die Felge und die Schüssel an einer Seite der Aufhängung bildet und ein zweites Flachhalbzeug eine Außenseite der Felge und der Schüssel bildet.
Rad nach Anspruch 19, wobei das Innenspeichenelement durch das erste Flachhalbzeug und das Außenspeichenelement durch das zweite Flachhalbzeug gebildet wird.
Rad nach Anspruch 19, wobei das erste Flachhalbzeug durch Tiefziehen und eine (letztendliche) Endkalibrierung durch einen radialen Umformvorgang wie das Drückwalzen hergestellt wird.
Rad nach Anspruch 19, wobei das zweite Flachhalbzeug durch Tiefziehen und eine (letztendliche) Kalibrierung durch einen radialen Umformvorgang wie das Drückwalzen hergestellt wird.
Rad nach Anspruch 19, wobei die teilweise geformte Felge und die Schüssel an einer Seite der Aufhängung und die Außenseite der Felge und der Schüssel durch Schweißen verbunden oder mechanisch befestigt oder mit Klebstoff verbunden sind oder eine Kombination davon.
Rad nach Anspruch 23, wobei nach dem Zusammenbau der teilweise geformten Felge und der Schüssel an einer Seite der Aufhängung und der Außenseite der Felge und der Schüssel ein abschließender Kalibrierungsprozess durchgeführt wird und wobei die Kalibrierung durch einen radialen Umformvorgang wie das Drückwalzen ausgeführt wird.
Rad nach Anspruch 1, wobei eines oder mehrere von Außenspeichenelement, Innenspeichenelement und Mittenabschnitt durch Tiefziehen geformt und optional bei Temperaturen wie folgt warmgeformt werden: 7xxx mindestens bei 150°C, 6xxx mindestens bei 150°C in T6 und 5xxx mindestens bei 150°C.
Rad nach Anspruch 1, wobei eines oder mehrere von Außenspeichenelement, Innenspeichenelement und Mittenabschnitt durch Tiefziehen geformt werden und gegebenenfalls bei Temperaturen von -150° oder darunter kryogenisch geformt werden.
Rad nach Anspruch 1, wobei eine äußere Flachhalbzeug-Komponente des Rades als Konstruktionselement verwendet wird, das ein ganzflächiges Layout aufweist (wodurch die S-förmige Form eines konventionell hergestellten Flachhalbzeugrades vermieden wird), wobei das Innen- und das Außenspeichenelement aus einem flachen Flachhalbzeug geformt sind und wobei das flache Flachhalbzeug lackiert, laminiert, poliert oder eine Kombination davon ist.
Rad nach Anspruch 27, wobei die äußere Komponente des Flachhalbzeugs des Rads zur Belüftung verwendet wird, um Wärme vom inneren zum äußeren Sektor des Rads abzuleiten, wobei die Speichenelemente eine oder mehrere Aussparungen aufweisen, die zur Bildung einer offenen, vollflächigen Konstruktion verwendet werden, und wobei die Aussparungen optional so geformt sind, dass sie die turbulente Strömung im inneren Abschnitt des Rads verbessern.
Rad nach Anspruch 1, wobei die Speichenelemente im Wesentlichen für einen minimalen Luftwiderstand optimiert sind, wobei die Speichenelemente im Wesentlichen minimale Aussparungen aufweisen und wobei ein Rücksprung der äußeren Schüssel zu einer Felgenkante minimiert ist.
Rad nach Anspruch 1, wobei die dreieckige Speiche die Verwendung von hochfesten Materialien durch Mikrolegierung ermöglicht, da die vertikale Spannungskomponente in dem Element minimal ist und folglich eine Rissausbreitung im Vergleich zu konventionell hergestellten Rädern weniger kritisch ist.
Rad nach Anspruch 1, wobei die äußere Schüssel eine ballistische Panzerplatte aufweist, die aus einem monolithischen Metall oder einem Verbundwerkstoff oder aus mehreren Schichten hergestellt ist, und wobei der Umfang der äußeren Schüssel den Durchmesser der Felge überschreiten kann, um einen Reifen zu schützen, der mit dem Rad zusammenwirkt.
Rad für ein Fahrzeug, aufweisend: eine Felge zum Tragen eines Reifens, wobei eine Außenkante der Felge eine Felgenebene definiert; eine Radschüssel, die mit der Felge verbunden und ausgebildet ist, um mit einer Achsnabe eines Fahrzeugs zusammenzuwirken, wobei die Radschüssel eine oder mehrere Speichen aufweist, die sich von einem Mittenabschnitt der Radschüssel zur Felge nach außen erstrecken, wobei jede der einen oder mehreren Speichen durch ein Außenspeichenelement und ein Innenspeichenelement gebildet wird, wobei äußere Enden des Außen- und des Innenspeichenelements mit der Felge zusammenwirken und innere Enden des Außen- und des Innenspeichenelements mit dem Mittenabschnitt der Radschüssel zusammenwirken, und wobei das Außenspeichenelement eine im Wesentlichen ebene Außenspeichenoberfläche und das Innenspeichenelement eine im Wesentlichen ebene Innenspeichenoberfläche aufweist und wobei die im Wesentlichen ebene Außenspeichenoberfläche im Wesentlichen in der Felgenebene liegt und das im Wesentlichen ebene Innenspeichenelement quer zur Felgenebene verläuft.
Rad nach Anspruch 32, wobei zumindest der größte Teil der Fläche der im Wesentlichen ebenen Außenspeichenoberfläche in der Felgenebene liegt, wobei die im Wesentlichen ebenen Außen- und Innenspeichenelemente quer zueinander und zu einem Mittenabschnitt, der zwischen den im Wesentlichen ebenen Außen- und Innenspeichenelementen liegt, ausgerichtet sind, um ein Dreieck zu definieren, und wobei eine Ebene des Dreiecks im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse der Schüssel ist.
Rad nach Anspruch 32, wobei die Radschüssel ein oder mehrere Querelemente aufweist, die zwischen den Außen- und Innenspeichenelementen angeordnet sind, um ein tragwerkähnliches Lastträgernetz zu definieren.
Verfahren, das aufweist: Formen eines ersten im Wesentlichen flachen kreisförmigen Flachhalbzeugs aus einem flachen intermetallischen Flachhalbzeug; Formen eines zweiten im Wesentlichen flachen kreisförmigen Flachhalbzeugs aus dem flachen intermetallischen Flachhalbzeug; Formen von mindestens einem Abschnitt des zweiten Flachhalbzeugs in eine konische Form durch Tiefziehen; und Verbinden des ersten im Wesentlichen flachen kreisförmigen Flachhalbzeugs und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs zur Bildung eines Rads mit einem äußeren Rand.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug voneinander getrennt sind und wobei der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug von einem Mittenabschnitt getrennt sind, und wobei das Verbinden aufweist: Anordnen von Enden des flachen kreisförmigen und zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs in Kontakt mit der Felge, während entgegengesetzte Enden der kreisförmigen Flachhalbzeuge in Kontakt mit dem Mittenabschnitt sind; Zusammendrücken der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs, während sie in Kontakt mit der Felge sind; und während des Zusammendrückens, Verschweißen der Enden mit der Felge.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das zweite kreisförmige Flachhalbzeug die Felge aufweist.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug voneinander getrennt sind und wobei der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug von einem Mittenabschnitt getrennt sind, und wobei das Verbinden aufweist: Berühren der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs mit der Felge, während entgegengesetzte Enden der kreisförmigen Flachhalbzeuge in Kontakt mit dem Mittenabschnitt sind; Stabilisieren der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs, während sie in Kontakt mit der Felge und dem Mittenabschnitt sind; und während sie stabilisiert sind, Reibrührschweißen der Enden mit der Felge.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug voneinander getrennt sind und wobei der äußere Rand und das erste und zweite Flachhalbzeug von einem Mittenabschnitt getrennt sind, und wobei das Verbinden aufweist: Berühren der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs miteinander, während entgegengesetzte Enden der kreisförmigen Flachhalbzeuge in Kontakt mit dem Mittenabschnitt sind; Berühren eines Endes des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs, aber nicht eines Endes des ersten flachen kreisförmigen Flachhalbzeugs, mit der Felge, während entgegengesetzte Enden der kreisförmigen Flachhalbzeuge in Kontakt mit dem Mittenabschnitt sind; und Verschweißen der Enden des flachen kreisförmigen und des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs miteinander und des Endes des zweiten konisch geformten kreisförmigen Flachhalbzeugs mit der Felge, während ein Kontakt mit der Felge und dem Mittenabschnitt besteht.
Rad nach Anspruch 1, wobei eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt sind: wobei die Radlast durch einen Presssitz von dem äußeren Rand auf den inneren Träger übertragen wird, wobei der innere Aufbau aus Speichenelementen in dreieckiger Konstruktion nach Anspruch 1 besteht, wobei durch diese Anordnung vermieden wird, dass Schweiß- oder mechanische Verbindungen durch Lastspitzen beeinträchtigt werden, wobei die Komponente der Felge aus einem herkömmlichen drückgewalzten Flachhalbzeug oder einem Gussstück besteht, wobei die Schüssel bzw. die Speichen die dreieckigen Elemente nach Anspruch 1 aufweisen, wobei der lasttragende Presssitz durch konventionelle Verfahren wie Schmelzschweißen, Kleben, mechanische Verbindungen, Stifte oder Dichtbänder gesichert bzw. verriegelt wird, wobei diese Verriegelungsverbindungen die Radlast nicht begrenzen, und wobei die Felge/Speiche-Grenzfläche geometrische Merkmale aufweist, die eine formschlüssige Verzahnung zur Aufnahme der Spannungen im Presssitz schaffen, z.B., geometrische Merkmale können gegossene Hohlräume im Falle von Gussfelgen, gezogene Elemente im Falle von Flachhalbzeugfelgen, Aussparungen im Falle von Flachhalbzeugfelgen oder ein verstärkter (verdickter) flacher Presssitz sein.
Rad nach Anspruch 1, wobei eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt sind: wobei die Speichen nach Anspruch 1 mittels eines Expansionsmechanismus in eine formschlüssige Eigenschaft der Felge gedrückt werden, wobei der Expansionsmechanismus in den Mittenabschnitt integriert ist und wobei der Expansionsmechanismus im Mittenabschnitt schräge Ebenen verwendet, um axiale in radiale Bewegungen zu übertragen, und wobei die radiale Bewegung die Speiche in die formschlüssige Eigenschaft drückt. Die den Formschluss bildenden Speichen- und Felgenelemente werden durch herkömmliche Verfahren wie z.B. Reibpunktschweißungen, Rührreibschweißungen verbunden.