DE19858300A1 - Radfelge für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Radfelgen mit einer innenliegenden Felgenschüssel und einer außenliegenden Felgenkontur, auf die ein Reifen aufziehbar ist, sind bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Felgenschüssel mit der Felgenkontur mittels einer Speichenstruktur verbunden, die durch mehrere energieabsorbierende Deformationselemente gebildet ist. DOLLAR A Einsatz für Personenkraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radfelge für ein Kraftfahrzeug, ins­ besondere für einen Personenkraftwagen, mit einer innenliegenden Felgenschüssel und einer außenliegenden Felgenkontur.

Solche Radfelgen sind als Stahl- oder Leichtmetallfelgen für Personenkraftwagen allgemein bekannt. Eine solche bekannte Rad­ felge weist eine Felgenschüssel auf, mittels der die Radfelge an einer entsprechenden Radnabe einer Vorder- oder Hinterachse des Personenkraftwagens befestigbar ist. Auf die außenliegende Fel­ genkontur ist ein Reifen aufziehbar, der gegen ein seitliches Abrutschen durch Felgenhörner der Felgenkontur gesichert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radfelge der eingangs genann­ ten Art zu schaffen, die für ein Kraftfahrzeug bei einem Fahr­ zeugaufprall eine weiter verbesserte Sicherheit bietet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Felgenschüssel mit der Felgenkontur mittels einer Speichenstruktur verbunden ist, die durch mehrere energieabsorbierende Deformationselemente ge­ bildet ist. Dadurch wird bei einem Fahrzeugaufprall, insbesonde­ re bei einem Frontalaufprall, auch die jeweils beaufschlagte Radfelge zur Energieabsorption herangezogen, wodurch die Auf­ prallbelastungen auf Fahrzeuginsassen reduziert werden. Dies führt zu einer erhöhten Sicherheit für die Fahrzeuginsassen und damit für das Kraftfahrzeug. Die Erfindung geht von der Erkennt­ nis aus, daß insbesondere bei einer Frontalkollision die Vorder­ räder und damit auch die Radfelgen im Bereich der Vorderräder einen erheblichen Einfluß auf die Deformation des Schwellerbe­ reichs und der jeweiligen A-Säule der Fahrgastzelle ausüben kön­ nen. Die Radfelge kann in die Fahrgastzelle eindringen oder die­ se erheblich verformen. Solche Deformationen treten insbesondere bei einem stark seitlich versetzten Frontalaufprall auf, bei dem die Vorbaustruktur des Kraftfahrzeugs nicht ausreichend zur Energieabsorption mit herangezogen werden kann. Die erfindungs­ gemäße Lösung schafft insoweit eine wesentliche Verbesserung, als bereits die jeweils am Kraftfahrzeug beaufschlagte Radfelge selbst zur Energieabsorption herangezogen werden kann. Intrusio­ nen der Fahrgastzelle aufgrund der Radfelge können so vermieden werden.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die energieabsorbierenden Deformationselemente radial zu einer Felgendrehachse zwischen Felgenschüssel und Felgenkontur ausgerichtet und nach dem Wirk­ prinzip der rollenden Biegung gestaltet. Dadurch ergeben sich besonders einfache, mechanisch wirkende Deformationselemente, die durch die radiale Ausrichtung zudem einen hohen Wirkungsgrad haben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die energieabsor­ bierenden Deformationselemente als rohrförmige Felgenspeichen gestaltet. In weiterer Ausgestaltung sind insgesamt fünf gleich­ mäßig über den Umfang verteilte Felgenspeichen vorgesehen. Die definierte Anzahl von fünf Felgenspeichen ermöglicht zum einen einen vergleichsweise einfachen Aufbau der Radfelge und gewähr­ leistet zum anderen, daß ein hoher Energieabsorptionswirkungs­ grad unabhängig von der jeweiligen Radstellung bei einem ent­ sprechenden Fahrzeugaufprall erzielbar ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeich­ nungen dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radfelge,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch die Rad­ felge nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3a bis 3c die Radfelge nach Fig. 1 in verschiedenen Belastungsposi­ tionen,

Fig. 4a in vergrößerter Schnittdarstellung eine energieabsorbie­ rende Felgenspeiche der Radfelge nach den Fig. 1 bis 3c im unbelasteten Ruhezustand, und

Fig. 4b die energieabsorbierende Felgenspeiche nach Fig. 4a im deformierten Zustand.

Eine Radfelge 1 nach den Fig. 1, 2 und 3a bis 3c ist für Räder von Personenkraftwagen vorgesehen und trägt insbesondere bei der Positionierung an Vorderrädern des Personenkraftwagens zur er­ gänzenden Energieabsorption bei einem Fahrzeugaufprall bei. Die Radfelge 1 weist eine innenliegende Felgenschüssel 2 auf, die in grundsätzlich bekannter Weise mittels entsprechender Felgen­ schrauben an einer Radnabe der jeweiligen Vorder- oder Hinter­ achse des Personenkraftwagens befestigbar ist. Die Radfelge 1 weist zudem eine äußere Felgenkontur 3 auf, auf die in an sich bekannter Weise ein Reifen aufgezogen wird. Im aufgezogenen Zu­ stand ist der nicht dargestellte Reifen auf beiden Stirnseiten der Radfelge 1 (Fig. 2) durch umlaufende Felgenhörner 5 gesi­ chert. Die Felgenschüssel 2 steht mit der ringförmigen Felgen­ kontur 3 über insgesamt fünf Felgenspeichen 4 in Verbindung, die in gleichen Winkelabständen jeweils radial zu einer Felgendreh­ achse gleichmäßig über den Umfang der Radfelge 1 verteilt sind und sowohl starr mit der Felgenkontur 3 als auch starr mit der Felgenschüssel 2 verbunden sind.

Jede Felgenspeiche 4 ist als energieabsorbierendes Deformations­ element nach dem Wirkprinzip der rollenden Biegung gestaltet. Hierzu weist jede Felgenspeiche 4 Rohr- oder Hülsenform auf und ist aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einer Stahl- oder Aluminiumlegierung, hergestellt. Die Felgenspeiche 4 kann jedoch auch aus entsprechend plastisch verformbaren Faser­ verbundwerkstoffen hergestellt sein, die insbesondere synthese­ faser- oder polyethylenfaserverstärkt sind.

Jede Felgenspeiche 4 setzt sich aus einem Rollbiegungsrohrab­ schnitt 6 und einem Aufnahmerohrabschnitt 7 zusammen, wobei ein Endbereich des Rollbiegungsrohrabschnittes 6 balgartig umge­ schlagen und mit seinem Stirnende an ein korrespondierendes Stirnende des Aufnahmerohrabschnittes 7, insbesondere durch Ver­ schweißung, angefügt ist.

Die Felgenspeiche, die nach dem Wirkprinzip der rollenden Bie­ gung energieabsorbierend deformierbar ist, muß nicht notwendi­ gerweise rohr- oder hülsenförmig gestaltet sein, sondern kann auch in anderer Art und Weise profiliert sein, wobei in jedem Fall entsprechend umgeschlagene Rollbiegungsabschnitte vorgese­ hen sind. Die Felgenspeiche kann auch aus mehreren laschenarti­ gen Teilen zusammengefügt sein.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel (siehe insbesondere Fig. 4a und 4b) ist der Aufnahmerohrabschnitt 7 so viel größer gestaltet als der Rollbiegungsrohrabschnitt 6, daß der Rollbiegungsrohrab­ schnitt 6 axial teleskopartig innerhalb des Aufnahmerohrab­ schnittes 7 verschiebbar ist, wobei gleichzeitig im Bereich ei­ ner sich ständig ändernden Wendelinie 8 die rollende Biegung er­ folgt. Die Felgenspeiche 4 ist bereits im unbelasteten Ruhezu­ stand (Fig. 4a) derart gestaltet, daß sowohl Zug- als auch Druckbelastungen auf die jeweilige Felgenspeiche 4 entsprechend energieabsorbierende Deformationen des Rollbiegungsrohrabschnit­ tes 6 zur Folge haben. Hierzu ist der Rollbiegungsrohrabschnitt 6 bereits im unbelasteten Ausgangszustand über ungefähr ein Drittel seiner Länge balgförmig umgeschlagen. Bei Druckbelastun­ gen durch Aufprallkräfte F und entsprechende Reaktionskräfte F' (Fig. 3a bis 3c und Fig. 4b) werden somit der Rollbiegungsrohr­ abschnitt 6 und der Aufnahmerohrabschnitt 7 jeder Felgenspeiche 4 teleskopartig ineinandergeschoben, wobei aufgrund der plasti­ schen Deformation im Bereich der Wendelinie 8 die entsprechende Energieabsorption bewirkt wird.

Anhand der Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wie jede Felgen­ speiche 4 in die Radfelge 1 eingebunden ist. Dabei ist jede Fel­ genspeiche 4 mittels des Rollbiegungsrohrabschnittes 6 mit einer korrespondierenden Aufnahme der Felgenschüssel 2 und mittels des Aufnahmerohrabschnittes 7 mit einer entsprechenden Öffnung in der außenliegenden Felgenkontur 3 verschweißt oder in anderer Art und Weise fest zusammengefügt. Selbstverständlich sind die Felgenspeichen 4 insbesondere im Bereich der Felgenkontur 3 der­ art angeordnet, daß Montage und Demontage sowie einwandfreier Sitz eines aufgezogenen Reifens nicht behindert werden. Bei schlauchlosen Reifen, die dicht auf der Felgenkontur 3 und den Felgenhörnern 5 anliegen, sind die jeweils außenliegenden Stirn­ bereiche jedes Aufnahmerohrabschnittes 7 jeder Felgenspeiche 4 dicht verschlossen, um ein Entweichen von Luft durch die jewei­ lige Felgenspeiche 4 zu verhindern.

Anhand der Fig. 3a bis 3c sind verschiedene Radstellungen der Radfelge 1 im Hinblick auf entsprechend auftretende Aufprallbe­ lastungen dargestellt, wobei die entsprechenden Aufprallbela­ stungen F, F' als Kräfte angesehen werden sollen, die durch ei­ nen seitlich versetzten Frontalaufprall eines Personenkraftwa­ gens auf eine entsprechende Radfelge eines belasteten Vorder­ rades des Personenkraftwagens auftreten. Die Belastungen F stel­ len direkt die Aufprallkräfte dar. Die Belastungen F' stellen Reaktionskräfte durch die Radfelge 1 aufhaltende Karosserie­ strukturteile wie Türschweller, unterer A-Säulenabschnitt oder ähnliches dar. Der bestmögliche Wirkungsgrad wird bei Radstel­ lungen der Radfelge 1 gemäß den Fig. 3a und 3c erzielt. Der schlechtestmögliche Wirkungsgrad ergibt sich bei der fünfspei­ chigen Radfelge 1 bei einem Winkelversatz der Radfelgen zur Be­ lastungsrichtung um einen Winkel α von 18°. Dennoch wird auch bei einem solchermaßen ungünstigen Auftreffwinkel noch eine aus­ reichende Energieaufnahme erzielt.

Bei einem seitlich versetzten Frontalaufprall eines mit Radfel­ gen 1 versehenen Personenkraftwagens kommt es zunächst zu einer Verformung und Rückverlagerung von Stoßfängern, Motoraggregaten, unterem Längsträger und einem Kotflügelverbund. Nach einem De­ formationsweg von üblicherweise 300 bis 450 mm kommt es zu einem Kontakt zwischen einer vorderen Radhausseite und dem Reifen der Radfelge 1. Das Vorderrad wird nun mit seiner gesamten Radauf­ hängung durch die weitere Krafteinwirkung gegen die hintere Sei­ te des Radhauses gedrückt. Dabei stellt das Radhaus selbst der Krafteinwirkung des Vorderrades wenig Widerstand entgegen. Der gesamte Radverbund wird somit nach hinten in Richtung Türschwel­ ler und A-Säule verlagert, wobei das Vorderrad zwischen der vor­ deren und der hinteren Radhausseite verkeilt ist. Bei der an­ schließenden radialen Zusammendrückung des Vorderrades wird zu­ nächst das Luftpolster im Reifen komprimiert, bis der Reifen platzt. Gleichzeitig kommt es zum Kontakt zwischen den entspre­ chenden Karosseriebauteilen und der Radfelge. Ab diesem Zeit­ punkt kommt die Energieabsorptionswirkung der Radfelge 1 und da­ mit der Felgenspeichen 4 zur Geltung. Neben einer gewünschten hohen Energieabsorption soll ein kraftbegrenzter Kraft-Weg-Ver­ lauf erzielt werden, um eine Deformation des Türschwellers oder der A-Säule zumindest weitgehend zu vermeiden. Bei einem übli­ chen Mittelklasse-Personenkraftwagen liegt die Versagensgrenze eines Türschwellers bei ca. 70 bis 80 kN. Die Radfelge 1 sollte somit ein solches Kraftniveau nicht überschreiten. Der maximal ausnutzbare Deformationsweg jeder Felgenspeiche 4 ist durch Rad­ größe einerseits und Größe einer Bremsscheibe oder Bremszange andererseits begrenzt und beträgt bei einem üblichen Mittelklas­ se-Personenkraftwagen etwas mehr als 100 mm.

Claims (6)

1. Radfelge für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Per­ sonenkraftwagen, mit einer innenliegenden Felgenschüssel und ei­ ner außenliegenden Felgenkontur, dadurch gekennzeichnet, daß die Felgenschüssel (2) mit der Felgenkontur (3) mittels ei­ ner Speichenstruktur (4) verbunden ist, die durch mehrere ener­ gieabsorbierende Deformationselemente (4) gebildet ist.

2. Radfelge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die energieabsorbierenden Deformationselemente (4) radial zu einer Felgendrehachse zwischen Felgenschüssel (2) und Felgenkon­ tur (3) ausgerichtet und nach dem Wirkprinzip der rollenden Bie­ gung gestaltet sind.

3. Radfelge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die energieabsorbierenden Deformationselemente als rohrför­ mige Felgenspeichen (4) gestaltet sind.

4. Radfelge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt fünf gleichmäßig über den Umfang verteilte Felgen­ speichen (4) vorgesehen sind.

5. Radfelge nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede rohrförmige Felgenspeiche (4) aus einem an einem Ende umgeschlagenen Rollbiegungsrohrabschnitt (6) sowie einem mit dem umgeschlagenen Bereich verbundenen Aufnahmerohrabschnitt (7) zu­ sammengesetzt ist, wobei der Rollbiegungsrohrabschnitt (6) der Felgenschüssel (2) oder der Felgenkontur und entsprechend entge­ gengesetzt der Aufnahmerohrabschnitt (7) der Felgenkontur (3) oder der Felgenschüssel zugeordnet sind.

6. Radfelge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der umgeschlagene Bereich des Rollbiegungsrohrabschnittes (6) etwa einem Drittel der Gesamtlänge des Rollbiegungsrohrab­ schnittes (6) entspricht.