DE202016105179U1

DE202016105179U1 - Felge für ein Rad

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Publication number: DE202016105179U1
Application number: DE202016105179.7U
Authority: DE
Original assignee: Dymag Group Ltd
Current assignee: Dymag Group Ltd
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2016-12-16
Anticipated expiration: 2026-09-17

Abstract

Nichtmetallische Felge für ein Rad, wobei die Felge Folgendes umfasst: eine Trommel, die einen ersten und einen zweiten Flansch hat, die sich von entgegengesetzten Kanten der Trommel aus in Radialrichtung nach außen erstrecken, und wobei die Trommel einen ersten Wulstsitz und einen zweiten Wulstsitz umfasst, die jeweils von dem ersten beziehungsweise zweiten Flansch aus in Axialrichtung nach innen angeordnet sind, wobei sich ein Hauptstrukturbestandteil wenigstens durch den ersten Flansch und die Trommel erstreckt, wobei der Hauptstrukturbestandteil dazu in der Lage ist, den Großteil der radialen und/oder lateralen Last zu tragen, der bei Anwendung durch die Felge getragen werden würde, ein Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des ersten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet ist und/oder wenigstens ein Abschnitt des ersten Wulstsitzes von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet ist und der Hauptstrukturbestandteil, der Wulstsitz und, falls vorhanden, der Schutzeinsatz durch eine Polymermatrix verbunden sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Anmeldung betrifft Räder, insbesondere Räder, die eine nichtmetallische Felge, wie beispielsweise eine Felge, die Faserverbundstoff und/oder Kunststoffmaterialien umfasst, haben. Die hierin beschriebenen Felgen und Räder können zum Beispiel zur Verwendung mit motorisierten und nichtmotorisierten Fahrzeugen, wie beispielsweise Automobilen, Motorrädern, Fahrrädern und Flugzeugen usw. dienen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Aus Verbundwerkstoffen, wie beispielsweise faserverstärkten Kunststoffen, hergestellte Räder haben in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Jedoch können selbst jüngste Gestaltungen bestimmte Nachteile haben. Zum Beispiel können einige Räder, die sehr hohe und/oder plötzliche axiale oder radiale Belastungen erfahren, einen Verlust bei der strukturellen Integrität des Rades erfahren, was zu Reifenluftverlust und/oder Verlust der Kontrolle eines Fahrzeugs führen kann. Dies ist insbesondere eine Sorge bei Automobilen und Motorrädern, die hohe Geschwindigkeiten erfahren. Außerdem kann eine strukturelle Beschädigung einer Felge bedeuten, dass, aus Sicherheitsgründen, auf Grund der Schwierigkeit einer genauen Schadenseinschätzung und des Fehlens von leicht zu ersetzenden Elementen, die gesamte Felge ersetzt werden muss, anstatt einfach repariert zu werden. Manchmal kann die Beschädigung an Felgen unerkannt bleiben, was ein Sicherheitsproblem sein kann, falls die Räder an einem Fahrzeug verwendet werden und dann an demselben versagen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem ersten Aspekt wird eine nichtmetallische Felge für ein Rad bereitgestellt, wobei die Felge die folgenden Bestandteile umfasst:
eine Trommel, die einen ersten und einen zweiten Flansch hat, die sich von entgegengesetzten Kanten der Trommel aus in Radialrichtung nach außen erstrecken, und wobei die Trommel einen ersten Wulstsitz und einen zweiten Wulstsitz umfasst, die jeweils von dem ersten beziehungsweise zweiten Flansch aus in Axialrichtung nach innen angeordnet sind, wobei
sich ein Hauptstrukturbestandteil wenigstens durch den ersten Flansch und die Trommel erstreckt und wahlweise der Hauptstrukturbestandteil dazu in der Lage ist, den Großteil der radialen und/oder lateralen Last zu tragen, der bei Anwendung durch die Felge getragen werden würde,
ein Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des ersten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet ist und/oder
wenigstens ein Abschnitt des ersten Wulstsitzes von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet ist und
wahlweise der Hauptstrukturbestandteil, der Wulstsitz und, falls vorhanden, der Schutzeinsatz durch eine Polymermatrix verbunden sind.
In einem zweiten Aspekt wird ein Rad bereitgestellt, das eine Felge des ersten Aspekts umfasst.
In einem dritten Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Rad des zweiten Aspekts umfasst.
Weiters wird hierin ein Verfahren zum Herstellen einer Felge des ersten Aspekts offenbart, wobei das Verfahren das Zusammenbauen des Hauptstrukturbestandteils, des Wulstsitzes und, falls vorhanden, des Schutzeinsatzes und jeglicher anderer wahlweise Bestandteile der Felge, wie beispielsweise eines Füllmaterials und das Verbinden derselben miteinander durch eine Polymermatrix, umfasst.
Die typische Gestaltung einer Felge eines Verbundwerkstoffrades des Standes der Technik ist eine Trommel, die zwei Flansche hat, die sich von entgegengesetzten Kanten der Trommel aus in Radialrichtung nach außen erstrecken. Die Trommel ist im Allgemeinen zylindrisch im Querschnitt. Wulstsitze sind normalerweise innerhalb der Trommel angeordnet. Die Wulstsitze sind Flächen, auf denen die Innenränder eines Reifens auf dem Rad sitzen. Die Flansche verhindern eine seitliche (d.h., axiale) Bewegung des Reifens auf dem Rad. Im Allgemeinen haben im Handel erhältliche Verbundwerkstoffräder eine Felge, die integral geformt und konturiert ist, um die Flansche, die Wulstsitze und die Sektion der Trommel zwischen den Wulstsitzen zu bilden. Die Erfinder des Vorliegenden haben herausgefunden, dass die Übertragung von plötzlichen und/oder hohen Lasten durch den Wulstsitz eine der Ursachen eines Verlustes bei der strukturellen Integrität eines Rades sein kann. Ausführungsformen von Felgen, die hierin beschrieben werden, verringern die Neigung eines Verbundwerkstoffrades, eine Beschädigung von plötzlichen und/oder hohen axialen und/oder radialen Lasten zu erleiden, während sie doch eine leichte Struktur und gewünschte Eigenschaften haben, was ihre Verwendung in Hochleistungssituationen, in Fahrzeugen oder Flugzeugen, ermöglicht. Außerdem hat sich gezeigt, dass eine Beschädigung an der Felge bei einigen Felgen des Standes der Technik unerkannt sein kann oder, einmal erkannt, zu einem größeren strukturellen Defekt geführt hat, was zu einem Verlust an Festigkeit in der Felge führt. Ausführungsformen der hierin beschriebenen Felge ermöglichen ein frühes Erkennen einer Beschädigung an einer Felge und einen Hinweis, dass die Felge eine weitere Untersuchung benötigt, um festzustellen, ob die Beschädigung ernst ist, und bevor sie sich verschlimmert und/oder ein Sicherheitsproblem an einem Fahrzeug sein kann. Darüber hinaus können die Felgen in Hybrid- und Monoblock-Rädern verwendet werden, während die Wiederholbarkeit des Fertigungsprozesses verbessert wird.
Hierin beschriebene Ausführungsformen haben ferner Vorteile, wie folgt:

1) Einen Lastpfad, der weder der Innen- noch der Außenfläche der Radstruktur durchgehend folgt. Die erzeugt einen Lastpfad mit weniger Richtungsänderungen von Flansch zu Flansch, was die Spannungskonzentrationspunkte innerhalb des Lastpfades verringert, was zu höherer mechanischer Leistung und geringerer Neigung, zu versagen, wenn hohe axiale und/oder radiale Lasten auf die Felge ausgeübt werden, führt.
2) Ein Füllmaterial, z.B. ein Schaumstoff, kann verwendet werden, um einen Wulstsitz zu stützen, und das faserige Material über dem Wulstsitz kann eine Faserausrichtung haben, welche die Biegesteifigkeit des Rades von Flansch zu Flansch nicht bedeutend steigert.
3) Verbesserter Schutz der lasttragenden Hauptstruktur der Räder unter Stoß und Fehlbehandlung des Rades, durch die Verwendung einer Opferlage (des Schutzeinsatzes und einer beliebigen darüberliegenden Lage, z.B. der hierin beschriebenen äußeren Lage), die in einen oder beide der Felgenflansche integriert ist, die Innen- und Außenflansche an einem Automobil- und linke und rechte Flansche an einem Motorradrad sein können.
4) Verbesserte Aufnahme und Ableitung von Lasten, die durch Stöße in Axial- und Radialrichtung auf die Flansche des Rades, die Innen- und Außenflansche sein können, verursacht werden.
5) Verbesserte Ablenkung und/oder Ableitung von Energie bei Stoß auf die Felge verringern die Neigung zur Rissausbreitung zu dem Hauptstrukturbestandteil, z.B. von einer äußeren Lage.
6) Verbesserte sichtbare Erkennung von Beschädigung an einer integrierten Opferlage, die eine Notwendigkeit, das Rad auf Beschädigung zu untersuchen und außer Dienst zu stellen, anzeigt.
7) Fernerkennung durch die Verwendung eines eingebetteten elektronischen Alarmerkennungssystems für Beschädigung an dem in die Opferlage integrierten Opferlagensystem, das eine Notwendigkeit, das Rad auf Beschädigung zu untersuchen und außer Dienst zu stellen, anzeigt.
8) Ein entwickeltes 3D-Faserlagenmaterial, gefertigt in kreisförmigen Reifsektionen, um Schaumstoff zu ersetzen, was ebenfalls Steifigkeit und Stoßbeständigkeit verbessert.

Dieses Gebrauchsmuster beschreibt ausführlich die Gestaltung und den Aufbau und offenbart den Fertigungsprozess, um diese Sicherheitsmerkmale in ein Rad, zum Beispiel ein Rad vom faserverstärkten Monoblock- oder hybridgeformten Typ, zu integrieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Felge, wenn sie in ein Hybridrad für ein Automobil integriert ist.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Felge, wie hierin beschrieben, zur Verwendung in einem Automobilrad, mit dem äußeren Flansch auf der linken Seite und dem inneren Flansch auf der rechten Seite der Figur.
3A zeigt eine Querschnittsnahansicht des äußeren Flansches der Felge von 2.
3B zeigt, schematisch, ein dreiachsiges Gewebe zur Verwendung in dem Hauptstrukturbestandteil, gesehen aus einer radialen Richtung, wobei eine der Achsen der Fasern des Gewebes parallel zu der Axialrichtung sind, d.h., entlang einer Flansch-Flansch-Richtung (A – von dem ersten Flansch zu dem zweiten Flansch) verlaufen.
3C zeigt, schematisch, ein zweiachsiges Gewebe zur Verwendung in der äußeren Lage, z.B. als ein Teil des Wulstsitzes, gesehen aus einer radialen Richtung, wobei keine der Achsen der Fasern des Gewebes parallel zu der Axialrichtung ist, d.h., entlang einer Flansch-Flansch-Richtung (von dem ersten Flansch zu dem zweiten Flansch) verläuft. Jede Achse des Gewebes liegt in einem Winkel von etwa 45° zu der Flansch-Flansch-Richtung (oder Axialrichtung A).
4 zeigt eine Querschnittsnahansicht des inneren Flansches der Felge von 2.
5A und 5B zeigen jeweils Ausführungsformen des ersten beziehungsweise des zweiten Flansches mit in dem Schutzeinsatz angeordneten Sensoren.
6 und 7A zeigen jeweils eine Vorderansicht (gesehen entlang einer axialen Richtung) beziehungsweise eine Querschnittsansicht (entlang des Schnittes A-A von 6) eines Mehrkomponenten-Hybridrades, das für ein Motorrad verwendet werden kann.
7B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Flansches auf der rechten Seite des Rades von 7A.
8 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Felge von 6, die ebenfalls ein Mehrkomponenten-Hybridrad ist, das für ein Motorrad verwendet werden kann.
9 zeigt schematisch die in einer in den Beispielen unten beschriebenen Radialermüdungsprüfung verwendete Vorrichtung.
10 zeigt schematisch einen Querschnitt des in den Beispielen unten geprüften Referenzrades.
11 zeigt die Ergebnisse der an einem Rad nach der Offenbarung (in dieser Figur Mk2 bezeichnet) und dem Referenzrad (in dieser Figur Mk1 bezeichnet) ausgeführten Radialermüdungsprüfung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unten werden wahlweise und bevorzugte Merkmale beschrieben. Jegliches wahlweise oder bevorzugte Merkmal kann mit jeglichem Aspekt der Erfindung und jeglichem anderen wahlweisen oder bevorzugten Merkmal kombiniert werden.
Eine nichtmetallische Felge kann definiert werden als eine Felge, die hauptsächlich (d.h., wenigstens 50 Volumen-%, wahlweise wenigstens 70 Volumen-%, wahlweise wenigstens 90 Volumen-%) aus nichtmetallischen Bestandteilen, z.B. faserverstärkten Kunststoffen, statt einer Legierung, wie beispielsweise Stahl oder aluminium- oder magnesiumbasierter Legierungen, hergestellt ist. Die nichtmetallische Felge kann nichtsdestotrotz metallische Bestandteile, wie beispielsweise Befestigungsmittel, wie gewünscht, umfassen.
Die Felge kann zur Verwendung mit verschiedenen Arten von Rädern, wie beispielsweise einteiligen Monoblock- und mehrteiligen Hybridrädern, und in dieselben integriert sein. Ein Rad, das die Felge einschließt, kann zur Verwendung in der Automobil- oder Luft- und Raumfahrtindustrie, z.B. für Automobile beziehungsweise Flugzeuge, sein. Sie können ebenfalls für andere Arten von Fahrzeugen, einschließlich von Motorrädern und Fahrrädern, aber ohne darauf begrenzt zu sein, verwendet werden.
Ein einteiliges monoblock-geformtes Verbundwerkstoffrad (hiernach als „Monoblock“-Rad bezeichnet) kann als ein Rad definiert werden, bei dem die Speichen und eine Felge (oder Trommel) während der Montagefertigung physisch verbunden werden, um einen einteiligen Felge-Speiche-Aufbau herzustellen, dem bestimmte metallische/nichtmetallische Bestandteile und Nabeneinsätze hinzugefügt werden oder eingebettet werden können, falls gewünscht, um verschiedene gut bekannte mit Rädern verbundene technische Probleme zu lösen. Die Fasern der Speichensektion eines einteiligen Monoblockrades werden physisch ineinander verwoben oder in den Felge-Speiche-Aufbau eingebettet, und/oder die Speiche und die Felge werden durch die gleiche Polymermatrix miteinander verbunden.
Ein mehrteiliges Hybridrad (hiernach als „Hybridrad“ bekannt) kann als ein Rad definiert werden, bei dem die Felge (oder Trommel) unter Verwendung von faserverstärkten und/oder Kunststoffmaterialien als ein einzelnes Stück aufgebaut wird, an dem eine gesonderte Speichen- und Nabensektion lösbar befestigt oder mit mechanischen Befestigungsmitteln verbunden wird. Hybridräder, wie hierin erwähnt, können Räder mit Folgendem einschließen:

a. metallische Speichen- oder Scheiben-Mittelstücke, die aus für die Radherstellung geeigneten Metallen gegossen oder gespant sein können,
b. faserverstärkte und/oder Kunststoff-Speichen- oder Scheiben-Mittelstücke, die aus nichtmetallischen Materialien ausgelegt oder geformt und/oder gespant sein können.

Für beide Arten von 1) Monoblock- und 2) a und b mehrteilige Hybridräder gibt es drei Arten von Formprozessen, die bei der Herstellung der Felgen-/Trommel- und/oder Speichensektionen verwendet werden können, die einen oder mehrere der folgenden spezifischen Fertigungsprozesse verwenden:

1. Vorimprägnierte Fasermaterialien (hiernach als „Prepreg“-Materialien bekannt), bei denen das Harz in Fasermaterialien oder Gewebe vorimprägniert wird. Diese Prepreg-Materialien werden in die offenen oder geschlossenen Formwerkzeuge gelegt, wonach die Materialien in einem Autoklaven oder einem anderen Ofen/Heizungssystem außer Autoklaven, die in die Formwerkzeuge integriert sein können, wärmegehärtet.
2. Nasslaminieren (hiernach als „Nasslaminieren“ bekannt), wobei trockene Fasermaterialien in ein Werkzeug gelegt und unter Verwendung automatisierter oder manueller Harzapplikatoren vor dem Schließen der Form zum Härten imprägniert werden.
3. Harzinjektionsverfahren (hiernach als „RTM“ – Resin Transfer Moulding), bei denen das trockene Fasermaterial in (ein) Formwerkzeug(e) gelegt wird, das/die danach geschlossen wird/werden, und flüssiges Harz wird unter Druck eingepresst, um das Material in dem Werkzeug zu imprägnieren. Das Werkzeug wird erhitzt, um das Harz nach dem Einpressen zu härten.

In jedem Fall können metallische und nichtmetallische Einsätze, Befestigungselemente und andere Materialien, wie beispielsweise Aramid, Keramiken, Strukturschaumstoffe, aber ohne darauf begrenzt zu sein, verwendet werden, um die mechanische Leistung zu verbessern und Montage-/Befestigungspunkte für die Räder und die Befestigung an dem Fahrzeug bereitzustellen. Sensoren und visuelle Anzeigen können vor, während oder nach dem Rad- oder Felgenformprozess eingebettet oder hinzugefügt werden.
In allen drei Fertigungsprozessen wird das/die Monoblock- oder Hybridrad/-felge/-trommel aus dem Werkzeug (oder der Form) entnommen, nach dem das Harz gehärtet ist, und kann danach weiter verarbeitet, versäubert und zu einem fertigen Rad montiert und bereit zum Anpassen an das Fahrzeug oberflächenbehandelt/beschichtet werden.
Bei einer Ausführungsform kann die hierin beschriebene Felge in eine faserverstärkte Monoblock- oder Hybrid-Verbundwerkstoff-/Kunststoffrad-Felgen-(oder Trommel-)Sektion integriert sein oder einen Teil derselben bilden, die durch einen beliebigen oder eine Kombination der drei grundlegenden Fertigungsprozesse Prepreg, Nasslaminieren oder RTM gefertigt ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Erfindung eine Gestaltung und ein Konstruktionserfahren zum Schützen des Hauptverbundstoff-Lastpfades in dem hoch verletzlichen äußeren und inneren Felgenbereichen der Radstruktur von seitlicher und radialer Stoßbeschädigung durch die Verwendung einer sekundären Opferstruktur, die stoßbeständige Materialien einschließt.
Wie hierin beschrieben, ist der Hauptlastpfad der Pfad, durch den bei Anwendung das meiste der radialen und/oder axialen Last durch die Felge getragen werden wird. Er wird typischerweise durch den Hauptstrukturbestandteil, wie hierin beschrieben, hindurchgehen. Bei einer Ausführungsform folgt der Hauptlastpfad nicht durch den gesamten am meisten für radiale und/oder seitliche Stöße verletzlichen Bereich dem inneren Wulstsitz oder dem äußeren Felgenflansch. Der Hauptlastpfad kann zwischen eine oder mehrere Lagen von schlagzähen Materialien eingefügt sein, um physischen Schutz für den Stoßbereich bereitzustellen – und die Last von demselben weg zu einem breiteren Bereich weiterzuleiten, wodurch Stoßenergie über eine größere Oberfläche abgeleitet und Scher- und seitliche Spannung in dem Lastpfad verringert werden.
Bei einer Ausführungsform kann ein Sekundär- und daher Opferbestandteil der Struktur (z.B. der Schutzeinsatz) während des Fertigungsprozesses in die Felge integriert werden und ist nicht dafür vorgesehen, ein gesondert gefertigter oder abnehmbarer Bestandteil zu sein.
Die Felge kann eine visuelle und/oder elektronische Anzeige einer Beschädigung an dem Rad, die möglicherweise die sichere Höchstbelastung für das Rad überschreiten kann, was eine Untersuchung und mögliche Ersetzung des beschädigten Monoblock- oder Hybridrades erfordert, einschließen.
Die Felge kann ein visuelles und/oder elektronisches Sensorsystem einschließen, das in der Sektion der Felge anzuordnen ist, die an den Hauptlastpfad angrenzt, aber nicht Teil desselben ist.
Bei einer Ausführungsform, bei einer Felge für ein Hybridrad:

1) kann die Felge metallische Einsätze einschließen, die genau in einem Füllmaterial (z.B. Schaumstoff) der Felgensektion angeordnet sind, um die genaue Positionierung von Befestigungselementen zum Montieren der Speichen- oder Scheibensektion an der Felge/Trommel, in dem Hauptlastpfad, der durch Strukturschaumstoff von dem Wulstsitz getrennt ist, zu erleichtern,
2) stellt die Erfindung sicher, dass das Befestigungselement durch den Hauptlastpfad in einer massiven Lage aus Verbundmaterialien in dem Wulstsitzbereich eingeschlossen ist, die nicht in den Luftraum des Reifens eindringt und daher keine sekundäre Luftabdichtung erfordert.

Bei einer Ausführungsform ist der Hauptstrukturbestandteil dazu in der Lage, den Großteil der radialen und/oder lateralen Last zu tragen, der bei Anwendung durch die Felge getragen werden würde. Bei einer Ausführungsform kann, wenn der Hauptstrukturbestandteil Fasern umfasst, dies dadurch angezeigt werden, dass sich wenigstens einige der Strukturfasern (z.B. wenigstens 25 % nach der Anzahl, wahlweise wenigstens 30% nach der Anzahl) des Hauptstrukturbestandteils in einer Richtung, parallel zu einer axialen Richtung, durch den Hauptstrukturbestandteil erstrecken, wenn der Hauptstrukturbestandteil aus einer radialen Richtung betrachtet wird. Bei einer Ausführungsform wird, dass der Hauptstrukturbestandteil dazu in der Lage ist, den Großteil der radialen und/oder lateralen Last zu tragen, der bei Anwendung durch die Felge getragen werden würde, dadurch angezeigt, dass der Hauptstrukturbestandteil dazu in der Lage ist, eine Höchstlast (in N) von wenigstens 50 % in einer radialen oder axialen Richtung der Felge zu tragen, wobei andere Bestandteile der Felge (d.h., Nicht-Hauptstrukturbestandteile, wie beispielsweise der Schutzeinsatz und/oder das Füllmaterial und jegliche darüberliegende Lage auf denselben) entfernt sind.
Wie hierin beschrieben, wird eine nichtmetallische Felge für ein Rad bereitgestellt, wobei die Felge Folgendes umfasst:
eine Trommel, die einen ersten und einen zweiten Flansch hat, die sich von entgegengesetzten Kanten der Trommel aus in Radialrichtung nach außen erstrecken, und wobei die Trommel einen ersten Wulstsitz und einen zweiten Wulstsitz umfasst, die jeweils von dem ersten beziehungsweise zweiten Flansch aus in Axialrichtung nach innen angeordnet sind,
wobei
sich ein Hauptstrukturbestandteil wenigstens durch den ersten Flansch und die Trommel erstreckt und wahlweise der Hauptstrukturbestandteil dazu in der Lage ist, den Großteil der radialen und/oder lateralen Last zu tragen, der bei Anwendung durch die Felge getragen werden würde,
ein Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des ersten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet ist und/oder
wenigstens ein Abschnitt des ersten Wulstsitzes von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet ist und
wahlweise der Hauptstrukturbestandteil, der erste und/oder der zweite Wulstsitz und, falls vorhanden, der Schutzeinsatz durch eine Polymermatrix verbunden sind.
Bei einer Ausführungsform wird eine nichtmetallische Felge für ein Rad bereitgestellt, wobei die Felge Folgendes umfasst:
eine Trommel, die einen ersten und einen zweiten Flansch hat, die sich von entgegengesetzten Kanten der Trommel aus in Radialrichtung nach außen erstrecken, und wobei die Trommel einen ersten Wulstsitz und einen zweiten Wulstsitz umfasst, die jeweils von dem ersten beziehungsweise zweiten Flansch aus in Axialrichtung nach innen angeordnet sind,
wobei
sich ein Hauptstrukturbestandteil wenigstens durch den ersten Flansch und die Trommel erstreckt und wahlweise der Hauptstrukturbestandteil dazu in der Lage ist, den Großteil der radialen und/oder lateralen Last zu tragen, der bei Anwendung durch die Felge getragen werden würde,
e in Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des ersten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet ist und/oder
wenigstens ein Abschnitt des ersten Wulstsitzes von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet ist und
der Hauptstrukturbestandteil, der erste und/oder der zweite Wulstsitz und, falls vorhanden, der Schutzeinsatz durch eine Polymermatrix verbunden sind.
Vorzugsweise erstreckt sich der Hauptstrukturbestandteil durch den ersten Flansch, die Trommel und den zweiten Flansch. Bei einer Ausführungsform ist ein Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des zweiten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet und/oder wenigstens ein Abschnitt des dem zweiten Flansch nächsten Wulstsitzes ist von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet.
Bei einer Ausführungsform ist der Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des ersten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet und wenigstens ein Abschnitt des ersten Wulstsitzes ist von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet.
Bei einer Ausführungsform ist der Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des zweiten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet und wenigstens ein Abschnitt des dem zweiten Flansch nächsten Wulstsitzes ist von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet.
Bei einer Ausführungsform ist die Felge für ein Rad, das für ein vierrädriges Fahrzeug, wie beispielsweise ein Automobil, geeignet ist, und der erste Flansch ist ein äußerer Flansch. Dementsprechend wird ebenfalls ein Rad für ein vierrädriges Fahrzeug, wie beispielsweise ein Automobil, bereitgestellt, und der erste Flansch ist ein äußerer Flansch.
Bei einer Ausführungsform ist die Felge für ein Rad, das für ein vierrädriges Fahrzeug, wie beispielsweise ein Automobil, geeignet ist, und der erste Flansch ist ein innerer Flansch. Dementsprechend wird ebenfalls ein Rad für ein vierrädriges Fahrzeug, wie beispielsweise ein Automobil, bereitgestellt, und der erste Flansch ist ein innerer Flansch.
Bei einer Ausführungsform ist die Felge für ein Rad, das für ein zweirädriges Fahrzeug, das ein motorisiertes Fahrzeug, wie beispielsweise ein Motorrad, sein kann, geeignet ist. Bei einer Ausführungsform ist die Felge für ein Rad, das für ein zweirädriges Fahrzeug, das ein nichtmotorisiertes Fahrzeug, wie beispielsweise ein Fahrrad, sein kann, geeignet ist.
Bei einer Ausführungsform, z.B. bei einem zweirädrigen Fahrzeug, haben der erste Flansch und der zweite Flansch die gleiche Beschreibung wie der andere. Bei einer Ausführungsform, z.B. bei einem zweirädrigen Fahrzeug, sind der erste Flansch und der zweite Flansch im Wesentlichen symmetrische Versionen voneinander.
Das Rad kann ein Monoblockrad oder ein mehrteiliges Hybridrad sein.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Hauptstrukturbestandteil in dem ersten Flansch eine im Wesentlichen vertikale Sektion, wobei eine „vertikale“ Richtung einer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Trommel definierten axialen Richtung, entspricht. Wahlweise befindet sich oberhalb der im Wesentlichen vertikalen Sektion eine Sektion, die sich nach außen zu einer oberen Außenkante des ersten Flansches hin krümmt. Wahlweise befindet sich unterhalb der im Wesentlichen vertikalen Sektion eine Sektion, die sich unterhalb des ersten Wulstsitzes zu der Sektion des Hauptstrukturbestandteils hin krümmt, die sich in die Trommel erstreckt.
Bei einer Ausführungsform ist der Schutzeinsatz zwischen der Außenfläche des ersten Flansches und der im Wesentlichen vertikalen Sektion des Hauptstrukturbestandteils angeordnet.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Hauptstrukturbestandteil in dem zweiten Flansch eine im Wesentlichen vertikale Sektion, wobei eine „vertikale“ Richtung einer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Trommel definierten axialen Richtung, entspricht. Wahlweise befindet sich oberhalb der im Wesentlichen vertikalen Sektion eine Sektion, die sich nach außen zu einer oberen Außenkante des zweiten Flansches hin krümmt. Wahlweise befindet sich unterhalb der im Wesentlichen vertikalen Sektion eine Sektion, die sich unterhalb des zweiten Wulstsitzes zu der Sektion des Hauptstrukturbestandteils hin krümmt, die sich in die Trommel erstreckt.
Wahlweise umfasst der Hauptstrukturbestandteil Strukturfasern. Wahlweise erstrecken sich wenigstens einige der Strukturfasern in einer Richtung von dem ersten Flansch entlang einer durch die Felge definierten Achse, betrachtet aus einer radialen Richtung, durch den Hauptstrukturbestandteil. Wie hierin beschrieben, können, falls sich Fasern entlang einer bestimmten Richtung erstrecken oder parallel zu derselben sind, die Fasern in einem Winkel von nicht mehr als 20° von dieser Richtung, wahlweise in einem Winkel von nicht mehr als 15° von dieser Richtung, wahlweise in einem Winkel von nicht mehr als 10° von dieser Richtung, wahlweise in einem Winkel von nicht mehr als 5° von dieser Richtung, wahlweise in einem Winkel von nicht mehr als 3° von dieser Richtung, wahlweise in einem Winkel von nicht mehr als 1° von dieser Richtung, wahlweise genau parallel zu dieser Richtung, liegen.
Die Strukturfasern können aus Kohlenstoff-, Aramid- und Glasfasern ausgewählt sein.
Bei einer Ausführungsform bilden die Strukturfasern ein Gewebe. Die Strukturfasern können gewebt, gewirkt, geheftet, geflochten, gewickelt, geklammert oder auf andere Weise zu einem Stoff verbunden sein. Bei einer Ausführungsform können die Strukturfasern durch andere Fasern und/oder ein Polymer verbunden worden sein (bevor sie durch die Polymermatrix verbunden werden, um die Felge zu bilden). Wenigstens einige der Strukturfasern können miteinander, z.B. in einem zweiachsigen oder dreiachsigen Gewebe, ausgerichtet sein oder können zufällig in Bezug aufeinander ausgerichtet sein. In dem Hauptstrukturbestandteil sind wenigstens einige der Fasern miteinander, z.B. in einem zweiachsigen oder dreiachsigen Gewebe, ausgerichtet, und vorzugsweise wenigstens einige der Fasern sind in einer Richtung von Flansch zu Flansch ausgerichtet (wie unten ausführlicher beschrieben werden wird). Die Strukturfasern können zu einem 3D-(dreidimensionalen)Material geformt sein, z.B. einem Material, in dem die Fasern in drei Dimensionen ausgerichtet, z.B. in einem 3D-Webprozess oder einem 3D-Flechtprozess geformt, sind.
Bei einer Ausführungsform sind die Strukturfasern zweiachsig oder dreiachsig verwoben. Ein zweiachsig verwobenes Gewebe kann hierin als ein Gewebe definiert werden, das zwei Sätze von Fasern hat, die in einem Winkel zueinander verwoben sind, was in einem Winkel von 90° zueinander sein kann. Ein dreiachsig verwobenes Gewebe kann hierin als ein Gewebe definiert werden, das drei Sätze von Fasern hat, wobei jeder Satz in einer unterschiedlichen Ausrichtung zu einem von den anderen Sätzen verwoben ist, z.B. ein erster Satz bei 0°, ein zweiter Satz bei 60° zu dem ersten Satz und ein dritter Satz bei –60° zu dem ersten Satz. Das dreiachsige Gewebe kann in drei Richtungen ausgerichtete Strukturfasern, wie hierin beschrieben, umfassen, und kann wahlweise weitere Fasern, z.B. Strukturfasern, in einer vierten Richtung einschließen, die mit den anderen Fasern eingewoben oder in dieselben genäht sind. Dies kann den Fertigungsprozess unterstützen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Felge eine äußere Lage, die ebenfalls durch die Polymermatrix gebunden ist, wobei die äußere Lage den Wulstsitz und/oder eine Abdeckung auf dem ersten Schutzeinsatz bildet. Die äußere Lage kann als eine Lage definiert sein, die über wenigstens einem Teil des Hauptstrukturbestandteils angeordnet ist, wahlweise mit einem oder mehreren weiteren Bestandteilen, die zwischen der äußeren Lage und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet sind, Wahlweise bildet die äußere Lage die äußerste Lage auf der Felge, z.B. ohne weitere auf ihr angeordnete Lagen. Bei einer alternativen Ausführungsform können eine oder mehrere weitere Lagen über der äußeren Lage vorhanden sein.
Bei einer Ausführungsform umfasst die äußere Lage Strukturfasern.
Bei einer Ausführungsform umfassen der Hauptstrukturbestandteil und die äußere Lage jeweils wenigstens eine Gewebelage, die Strukturfasern umfasst, und wahlweise umfasst der Hauptstrukturbestandteil eine größere Anzahl von Gewebelagen als die äußere Lage.
Bei einer Ausführungsform umfassen der Hauptstrukturbestandteil und die äußere Lage jeweils mehrere Gewebelagen (z.B. wenigstens zwei Gewebelagen), die Strukturfasern umfassen, und wahlweise umfasst der Hauptstrukturbestandteil eine größere Anzahl von Gewebelagen als die äußere Lage. Wahlweise umfasst der Hauptstrukturbestandteil zwei oder mehr Gewebelagen, die Strukturfasern umfassen, wahlweise drei oder mehr, wahlweise vier oder mehr Gewebelagen, die Strukturfasern umfassen.
Bei einer Ausführungsform erstrecken sich wenigstens einige der Strukturfasern des Hauptstrukturbestandteils in einer Richtung, im Wesentlichen parallel zu einer durch die Felge definierten Achse, durch den Hauptstrukturbestandteil.
Bei einer Ausführungsform fehlt es der äußeren Lage im Wesentlichen an Fasern, die sich in einer Richtung, im Wesentlichen parallel zu einer durch die Felge definierten Achse, durch den Hauptstrukturbestandteil erstrecken.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Hauptstrukturbestandteil einen dreiachsigen gewebten Stoff, und die äußere Lage umfasst einen zweiachsigen gewebten Stoff. Der zweiachsige Stoff und der dreiachsige Stoff, die hierin beschrieben werden, sind vorzugsweise aus Kohlenstofffasern geformt.
Bei einer Ausführungsform sind der Hauptstrukturbestandteil, der erste und/oder der zweite Wulstsitz und, falls vorhanden, der/die Schutzeinsatz/-einsätze in dem ersten und/oder dem zweiten Flansch und, falls vorhanden, die zwischen dem Wulstsitz und dem Hauptstrukturbestandteil angeordneten Füllmaterialien durch eine Polymermatrix verbunden. Die Polymermatrix kann ein Polymer, ausgewählt aus einem thermoplastischen und einem warmaushärtenden Polymer, umfassen. Die Polymermatrix kann ein Polymer, ausgewählt aus einem Epoxidharz (EP), einem Polyesterharz (UP), einem Vinylesterharz (VE), einem Polyamidharz (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Bismaleimiden (BMI), Polyetherimid (PEI) und Benzoxazin, umfassen.
Der Schutzeinsatz kann wirken, um die Hauptlaststruktur vor einem in Radialrichtung und/oder in Axialrichtung auf die Felge ausgeübten Stoß zu schützen. Bei einer Ausführungsform kann der Schutzeinsatz wirken, um Energie von einer/einem in Axialrichtung und/oder in Radialrichtung auf eine Felge ausgeübten Last oder Stoß zu absorbieren und/oder abzulenken und/oder abzuleiten. Bei einer Ausführungsform wirkt der Schutzeinsatz, um Energie von einem Stoß auf die Felge (z.B. in Axialrichtung oder in Radialrichtung) abzulenken und/oder abzuleiten und die Neigung zur Rissausbreitung zu dem Hauptstrukturbestandteil, z.B. von einer äußeren Lage, zu verringern.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Schutzeinsatz ein stoßabsorbierendes Material, das ausgewählt sein kann aus einem Schaumstoff, einer Wabe, einer Laminatstruktur und einem Gewebe. Der Schaumstoff kann ein offen- oder ein geschlossenzelliger Schaumstoff sein. Der Schaumstoff kann ein geschäumtes Polymer sein, das ausgewählt sein kann aus einem geschäumten Polyacrylamid, wie beispielsweise Polymethylacrylimid, einem geschäumten Polyurethan, einem geschäumten Polystyrol, einem geschäumten Vinylchlorid, einem geschäumten Acrylpolymer, einem geschäumten Polyethylen, einem geschäumten Polypropylen und einem geschäumten Vinylnitril. Bei einer Ausführungsform umfasst der Schutzeinsatz ein elastomeres Polymer, wie beispielsweise Kautschuk, der ein synthetischer Kautschuk, wie beispielsweise Styren-Butadien-Kautschuk, oder Naturkautschuk sein kann. Das elastomere Polymer kann geschäumt sein oder nicht.
Der Schutzeinsatz kann sich wenigstens teilweise, wahlweise die gesamte Strecke, in Umfangsrichtung um die Felge erstrecken.
Der Schutzeinsatz kann eine Dichte, gemessen durch ASTM D 1622, von wenigstens 10 kg/m³, wahlweise wenigstens 20 kg/m³, wahlweise wenigstens 30 kg/m³, wahlweise wenigstens 40 kg/m³, haben. Der Schutzeinsatz kann eine Dichte, gemessen durch ASTM D 1622, von 120 kg/m³ oder weniger, wahlweise 110 kg/m³ oder weniger, wahlweise 75 kg/m³ oder weniger, wahlweise 60 kg/m³ oder weniger, haben. Der Schutzeinsatz kann eine Dichte, gemessen durch ASTM D 1622, von 10 kg/m³ bis 120 kg/m³, wahlweise von 20 kg/m³ bis 120 kg/m³, wahlweise von 30 kg/m³ bis 120 kg/m³, wahlweise von 40 kg/m³ bis 80 kg/m³, wahlweise von 40 kg/m³ bis 60 kg/m³, wahlweise von 40 kg/m³ bis 80 kg/m³, haben.
Der Schutzeinsatz kann eine Druckfestigkeit, gemessen nach ASTM D 1621, von wenigstens 0,1 MPa, wahlweise wenigstens 0,2 MPa, wahlweise wenigstens 0,3 MPa, wahlweise wenigstens 0,4 MPa, wahlweise wenigstens 0,5 MPa, wahlweise wenigstens 0,6 MPa, wahlweise wenigstens 0,7 MPa, wahlweise wenigstens 0,8 MPa, wahlweise wenigstens 0,9 MPa, haben. Der Schutzeinsatz kann eine Druckfestigkeit, gemessen nach ASTM D 1621, von 5 MPa oder weniger, wahlweise 4 MPa oder weniger, wahlweise 3 MPa oder weniger, wahlweise 2 MPa oder weniger, wahlweise 1,5 MPa oder weniger, wahlweise 1 MPa oder weniger, haben. Der Schutzeinsatz kann eine Druckfestigkeit, gemessen nach ASTM D 1621, von 0,1 MPa bis 5 MPa, wahlweise von 0,1 MPa bis 5 MPa, wahlweise von 0,3 MPa bis 4 MPa, wahlweise von 0,4 MPa bis 4 MPa, wahlweise von 0,7 MPa bis 2 MPa, wahlweise von 0,7 MPa bis 15 MPa, wahlweise von 0,7 MPa bis 1,3 MPa, haben.
Beispiele von Schaumstoffen, die für den Schutzeinsatz verwendet werden können, schließen geschlossenzellige Polymethacrylimid-Schaumstoffe ein, die zum Beispiel von Rohacell^® erhältlich sind, wie beispielsweise die Schaumstoffe Rohacell^® IG und IG-F.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Schutzeinsatz mehrere Lagen. Bei einer Ausführungsform können die mehreren Lagen eine zueinander unterschiedliche Steifigkeit, z.B. einen voneinander unterschiedlichen Elastizitätsmodul, haben. Bei einer Ausführungsform umfasst der Schutzeinsatz mehrere Lagen, wobei die Lagen axial in Bezug aufeinander angeordnet sind (d.h., derart, dass in einem Querschnitt der Felge (zum Beispiel in einer in 1, 2 oder 3 gezeigten Weise) Lagen zwischen dem Schutzeinsatz und der äußeren Lage zu sehen sind). Bei einer Ausführungsform umfasst der Schutzeinsatz mehrere Lagen und hat eine erste Lage, die näher zu dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet ist als eine zweite Lage, und die erste Lage hat eine höhere Steifigkeit (einen höheren Young-Modul) als die zweite Lage. Bei einer Ausführungsform werden drei oder mehr Lagen bereitgestellt, wobei die Lagen, in Bezug aufeinander, axial in der Felge angeordnet sind, wobei die Steifigkeit der Lagen (d.h., der Young-Modul der Lagen) in der Richtung, axial von dem Hauptstrukturbestandteil zu der Außenfläche des Flansches, in dem sie angeordnet sind, z.B. des ersten und/oder des zweiten Flansches, zunehmend niedriger werden. Weniger steife Einsätze zu einer Außenfläche des Flansches hin zu haben, wird dabei helfen, Lasten von einem Stoß über einen großen Bereich zu verteilen, d.h., eine Knautschzone zu bilden und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung an dem Hauptstrukturbestandteil zu vermindern.
Bei einer Ausführungsform liegt die äußere Lage in dem ersten und/oder dem zweiten Flansch über dem Schutzeinsatz, wobei die äußere Lage eine zu dem Schutzeinsatz oder jeglichen Materialien, die zwischen der äußeren Lage und dem Schutzeinsatz angeordnet sein können, unterschiedliche Farbe hat, um eine visuelle Anzeige jeglicher Beschädigung an der äußeren Lage bereitzustellen. Der Schutzeinsatz und/oder jegliche Materialien, die zwischen der äußeren Lage und dem Schutzeinsatz angeordnet sein können, können helle Farben haben (z.B. eine Farbe wie beispielsweise weiß, grün oder gelb, eine fluoreszierende Farbe oder eine Primärfarbe oder eine beliebige Kombination von Primärfarben haben).
Der äußeren Lage, die den Schutzeinsatz an dem ersten und/oder dem zweiten Flansch abdeckt, wenn aus einer axialen Richtung A betrachtet, kann es an Fasern fehlen, die mit einer radialen Richtung R ausgerichtet sind, d.h., die Fasern der äußeren Lage können derart ausgerichtet sein, dass sie sich in einem Winkel (z.B. wenigstens 20° von der radialen Richtung) befinden, wenn aus einer axialen Richtung A betrachtet.
Bei einer Ausführungsform ist Füllmaterial in wenigstens einem Abschnitt der Felge, der durch einen Raum zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Wulstsitz und dem Hauptstrukturbestandteil definiert wird, angeordnet. Das Füllmaterial kann sich wenigstens teilweise, wahlweise die gesamte Strecke, in Umfangsrichtung um die Felge erstrecken. Das Füllmaterial kann schützendes Material sein und kann dasselbe wie das Material in dem Schutzeinsatz oder von demselben verschieden sein. Das Füllmaterial kann ein Schaumstoff, eine Wabe, eine Laminatstruktur und ein Gewebe sein. Der Schaumstoff kann ein offen- oder ein geschlossenzelliger Schaumstoff sein. Der Schaumstoff kann ein geschäumtes Polymer sein, das ausgewählt sein kann aus einem geschäumten Polyacrylamid, wie beispielsweise Polymethylacrylamid, einem geschäumten Polyurethan, einem geschäumten Polystyrol, einem geschäumten Vinylchlorid, einem geschäumten Acrylpolymer, einem geschäumten Polyethylen, einem geschäumten Polypropylen und einem geschäumten Vinylnitril. Bei einer Ausführungsform umfasst der Schutzeinsatz ein elastomeres Polymer, wie beispielsweise Kautschuk, der ein synthetischer Kautschuk, wie beispielsweise Styren-Butadien-Kautschuk, oder Naturkautschuk sein kann. Das elastomere Polymer kann geschäumt sein oder nicht.
Das Füllmaterial kann eine Dichte, gemessen durch ASTM D 1622, von wenigstens 10 kg/m³, wahlweise wenigstens 20 kg/m³, wahlweise wenigstens 30 kg/m³, wahlweise wenigstens 40 kg/m³, haben. Das Füllmaterial kann eine Dichte, gemessen durch ASTM D 1622, von 120 kg/m³ oder weniger, wahlweise 110 kg/m³ oder weniger, wahlweise 75 kg/m³ oder weniger, wahlweise 60 kg/m³ oder weniger, haben. Das Füllmaterial kann eine Dichte, gemessen durch ASTM D 1622, von 10 kg/m³ bis 120 kg/m³, wahlweise von 20 kg/m³ bis 120 kg/m³, wahlweise von 30 kg/m³ bis 120 kg/m³, wahlweise von 40 kg/m³ bis 80 kg/m³, wahlweise von 40 kg/m³ bis 60 kg/m³, wahlweise von 40 kg/m³ bis 80 kg/m³, haben.
Das Füllmaterial kann eine Druckfestigkeit, gemessen nach ASTM D 1621, von wenigstens 0,1 MPa, wahlweise wenigstens 0,2 MPa, wahlweise wenigstens 0,3 MPa, wahlweise wenigstens 0,4 MPa, wahlweise wenigstens 0,5 MPa, wahlweise wenigstens 0,6 MPa, wahlweise wenigstens 0,7 MPa, wahlweise wenigstens 0,8 MPa, wahlweise wenigstens 0,9 MPa, haben. Das Füllmaterial kann eine Druckfestigkeit, gemessen nach ASTM D 1621, von 5 MPa oder weniger, wahlweise 4 MPa oder weniger, wahlweise 3 MPa oder weniger, wahlweise 2 MPa oder weniger, wahlweise 1,5 MPa oder weniger, wahlweise 1 MPa oder weniger, haben. Das Füllmaterial kann eine Druckfestigkeit, gemessen nach ASTM D 1621, von 0,1 MPa bis 5 MPa, wahlweise von 0,1 MPa bis 5 MPa, wahlweise von 0,3 MPa bis 4 MPa, wahlweise von 0,4 MPa bis 4 MPa, wahlweise von 0,7 MPa bis 2 MPa, wahlweise von 0,7 MPa bis 15 MPa, wahlweise von 0,7 MPa bis 1,3 MPa, haben.
Beispiele von Schaumstoffen, die für das Füllmaterial verwendet werden können, schließen geschlossenzellige Polymethacrylimid-Schaumstoffe ein, die zum Beispiel von Rohacell^® erhältlich sind, wie beispielsweise die Schaumstoffe Rohacell^® IG und IG-F.
Bei einer Ausführungsform ist ein Befestigungsbestandteil zum Befestigen einer Speiche eines Rades an der Felge in dem Füllmaterial eingebettet. Bei einer Ausführungsform ist der Befestigungsbestandteil eine Mutter oder ein Bolzen. Bei einer Ausführungsform ist der Befestigungsbestandteil eine Mutter, und eine Öffnung wird in dem Hauptstrukturbestandteil bereitgestellt, um ein Einsetzen eines Bolzens in die Mutter zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform ist ein Füllbestandteil in der Felge z.B. in dem ersten Flansch und/oder dem zweiten Flansch und/oder unter dem ersten und/oder dem zweiten Wulstsitz, angeordnet, wobei der Füllbestandteil jeweils in dem ersten Flansch und/oder dem zweiten Flansch wenigstens teilweise um den Umfang der Felge läuft. Bei einer Ausführungsform ist ein Füllbestandteil angrenzend an ein Ende des Hauptstrukturbestandteils in dem ersten Flansch und/oder dem zweiten Flansch angeordnet, wobei der Füllbestandteil jeweils in dem ersten Flansch und/oder dem zweiten Flansch wenigstens teilweise um den Umfang der Felge läuft.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Füllbestandteil ein im Wesentlichen unidirektionales faseriges Material, das sich in einer Umfangsrichtung um die Felge erstreckt. Das faserige Material kann ineinander verwoben, z.B. miteinander verflochten, sein und kann einen Strang bilden. Das faserige Material kann Strukturfasern umfassen, die von der gleichen Art von Strukturfasern, die in dem Hauptstrukturbestandteil oder der äußeren Lage verwendet werden, sein können oder nicht. Die Strukturfasern in dem Füllbestandteil können Fasern umfassen, die ausgewählt sind aus Kohlenstoff-, Aramid- und Glasfasern.
Bei einer Ausführungsform spaltet sich der Hauptstrukturbestandteil in dem Bereich unter dem Wulstsitz und/oder in dem Bereich in der Trommel, und ein Füllmaterial ist in dem durch die Spaltung gebildeten Hohlraum angeordnet. Falls sich der Hauptstrukturbestandteil in einem Bereich unter oder nahe dem Wulstsitz spaltet, kann ein Abschnitt des Hauptstrukturbestandteils, der in Radialrichtung am weitesten nach außen angeordnet ist, einen Teil des Wulstsitzes bilden, z.B. zusammen mit der äußeren Lage, und das Füllmaterial kann zwischen diesem Abschnitt und einem Abschnitt des Hauptstrukturbestandteils, der in Radialrichtung am weitesten nach innen angeordnet ist, angeordnet sein.
Bei einer Ausführungsform wird/werden ein oder mehrere Sensoren in oder benachbart dem Schutzeinsatz und/oder zwischen dem Wulstsitz und dem Hauptstrukturbestandteil bereitgestellt, um ein Signal mit Informationen über die Felge oder einen auf derselben angeordneten Reifen an einen Empfänger zu senden.
Bei einer Ausführungsform sendet/senden der Sensor oder die Sensoren Informationen über jegliche Beschädigung an dem Schutzeinsatz oder jeglicher Lage, die den Schutzeinsatz abdeckt, an einen Empfänger.
Bei einer Ausführungsform können der Sensor oder die Sensoren telemetrische oder elektronische Echtzeitinformationen über ein drahtloses oder festverdrahtetes System an das Fahrzeugüberwachungssystem weiterleiten.
Bei einer Ausführungsform kann das Rad durch die Verwendung eines/einer Spezial-Untersuchungssystems und/oder -ausrüstung zur zerstörungsfreien Prüfung (Non-Destructive Test – NDT) untersucht werden.
Bei einer Ausführungsform kann der Sensor eine strukturelle Störung oder Beschädigung an dem Schutzeinsatz und/oder einer darüberliegenden äußeren Lage und dem Einsatz erkennen, die eine Notwendigkeit einer Untersuchung der Felge durch eine Fachperson erkennen lässt, während der Hauptstrukturbestandteil minimal beschädigt oder unbeschädigt ist.
Der Sensor kann ein Mehr- oder Einzelkanal-Detektor sein, der es ermöglicht, dass der Grad der Beschädigung an dem Schutzeinsatz und/oder einer darüberliegenden äußeren Lage der Felge von fern eingeschätzt wird.
Es werden nun nicht einschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden. Ein unten erwähntes einzelnes Merkmal kann einzeln und ohne Bezugnahme auf beliebige zugeordnete Merkmale mit einem beliebigen hier beschriebenen Aspekt oder anderen hierin beschriebenen wahlweisen und bevorzugten Merkmalen kombiniert werden.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Felge 1 in einem Rad 2 vom Hybridtyp. Bei dieser Ausführungsform ist die Felge 1 mit Hilfe eines Bolzens 4, der durch einen Befestigungseinsatz, d.h., eine Mutter 5 am Platz gehalten wird, an die Speichen 3 geschraubt. Ein erster Flansch 101 stellt einen äußeren Flansch der Felge, d.h., denjenigen Flansch, welcher der äußerste wäre, wenn das Rad an einem vierrädrigen Fahrzeug angebaut ist, dar. Ein zweiter Flansch 102 stellt einen inneren Flansch, d.h., denjenigen Flansch, welcher der innerste wäre, wenn das Rad an einem vierrädrigen Fahrzeug angebaut ist, dar. Ein erster Wulstsitz B1 ist in Axialrichtung nach innen von dem ersten Flansch 101 angeordnet. Ein zweiter Wulstsitz B2 ist in Axialrichtung nach innen von dem zweiten Flansch 1021 angeordnet. Der Bolzen 4 kann ein metallischer Bestandteil sein. Der Einsatz 5 kann gebohrt und gewindegebohrt sein, nachdem das Rad vollständig ausgehärtet und aus der Form entnommen ist.
Ein Hauptstrukturbestandteil 103 erstreckt sich durch den ersten Flansch 101, die Trommel 104 und den zweiten Flansch 102. Der Hauptstrukturbestandteil ist dazu in der Lage, den Großteil der radialen und/oder lateralen Last zu tragen, der bei Anwendung durch die Felge getragen werden würde.
Ein Schutzeinsatz 105 ist zwischen einer Außenfläche 106 des ersten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil 103 angeordnet.
Die dem ersten Flansch nächste horizontale Sektion des Wulstsitzes B1 (des ersten Wulstsitzes) ist von dem Hauptstrukturbestandteil 103 beabstandet. Ein Füllmaterial 107 ist in dem durch den ersten Wulstsitz B1 und den darunterliegenden Hauptstrukturbestandteil geformten Hohlraum angeordnet. Das Füllmaterial 107 wirkt, um den Befestigungseinsatz 5 am Platz zu halten.
Ein Schutzeinsatz 105 ist zwischen einer Außenfläche 106 des zweiten Flansches 102 und dem Hauptstrukturbestandteil 103 angeordnet. Ein Füllmaterial 108 ist in dem durch den gespaltenen Hauptstrukturbestandteil unter dem zweiten Wulstsitz B2 und dem Hauptstrukturbestandteil 103 gebildeten Hohlraum in dem Wulstsitz B2 angeordnet und verläuft zur linken Seite des Energie absorbierenden Einsatzes 105, um sich oberhalb in einer Sektion 103V oberhalb einer Nudel 109A wieder zu vereinen.
Der Hauptstrukturbestandteil 103, der/die Wulstsitz(e) B1, B2 und der Schutzeinsatz 105 sind durch eine Polymermatrix verbunden. Der Hauptstrukturbestandteil und die Wulstsitze umfassen vorzugsweise durch die Polymermatrix imprägnierte Struktur fasern, d.h., der Hauptstrukturbestandteil und die Wulstsitze bestehen aus faserverstärkten Kunststoffen. Die Schutzeinsätze können durch die Polymermatrix imprägniert worden sein oder nicht, z.B. falls sie einen Schaumstoff umfassen sind sie, abhängig davon, ob dies ein offenzelliger oder geschlossenzelliger Schaumstoff ist oder nicht, doch durch die Polymermatrix an die anderen Bestandteile gebunden.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Felge 1, wie hierin beschrieben, zur Verwendung in einem Automobilrad 2, mit dem äußeren Flansch 101 auf der linken Seite und dem inneren Flansch 102 auf der rechten Seite der Figur. Diese Felge ist ähnlich der Felge von 1, außer, dass der Befestigungseinsatz nicht vorhanden ist und weitere Bestandteile illustriert werden. Diese Felge kann zur Verwendung in einem Monoblockrad und integral mit den Speichen (nicht gezeigt) geformt sein. Alle Bestandteile von 1 sind in 2 ähnlich nummeriert. In 2 ist ein Füllbestandteil 109 angrenzend an ein Ende des Hauptstrukturbestandteils in dem ersten Flansch angeordnet, wobei der Füllbestandteil 109 in dem ersten Flansch um den Umfang der Felge verläuft. Der Füllbestandteil 109 kann hierin ansonsten eine Nudel genannt werden. Der Füllbestandteil 109 kann zum Beispiel ein im Wesentlichen unidirektionales faseriges Material, das sich in einer Umfangsrichtung um die Felge erstreckt, umfassen, z.B. ein geflochtenes faseriges Material, das z.B. Strukturfasern, wie hierin beschrieben, umfasst. Der Füllbestandteil 109 kann platziert werden, wie gezeigt, um eine genaue Fasermaterialplatzierung (z.B. des Hauptstrukturbestandteils) sicherzustellen und eine Bewegung während des Fertigungsprozesses, z.B. während eines RTM-Prozesses, zu verhindern. Der Füllbestandteil 109 wirkt ebenfalls, um durch das Ableiten von Kräften entlang der Nudelfasern eine Beschädigung an dem Ende des Hauptstrukturbestandteils zu verhindern. Geeignete Nudeln sind geflochtene Kohlenstofffaser-Nudeln, die im Handel, zum Beispiel von Cristex^®, erhältlich sind.
Weitere Nudeln 109A können unterhalb des Materials 1010, das den Wulstsitz bildet, an dem Punkt, wo r die Richtung ändert, angeordnet sein. Es hat sich gezeigt, dass der äußere Flanschbereich auf Grund der Verbindung mit der Speiche und dem Befestigungssystem verletzlicher für stark örtlich begrenzte Biegelasten ist. Die strukturellen Leerstellen in Bereichen, wo sich der primäre und der sekundäre Lastpfad spalten und eine Schichtablösung einleiten oder ausbreiten können, sind unter Verwendung der weiteren Nudeln (19A) gefüllt, was folglich die Neigung, eine Schichtablösung zu verursachen, verringert.
Es ist in 3A zu sehen, dass der Hauptstrukturbestandteil 103 in dem ersten Flansch 101 eine im Wesentlichen vertikale Sektion 103V umfasst, wobei eine vertikale Richtung V einer Richtung R, im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Trommel definierten axialen Richtung A, entspricht. Die Richtung R kann hierin ebenfalls die Radialrichtung genannt werden. Oberhalb der im Wesentlichen vertikalen Sektion 103V befindet sich eine Sektion 103C1 des Hauptstrukturbestandteils, die sich nach außen zu einer oberen Außenkante 101E des ersten Flansches hin krümmt. Unterhalb der im Wesentlichen vertikalen Sektion 103V befindet sich eine Sektion 103C2, die sich unterhalb des Wulstsitzes B1 zu der Sektion des Hauptstrukturbestandteils 103 hin krümmt, die sich in die Trommel 104 erstreckt. Der Schutzeinsatz 105 kann zwischen der Außenfläche des ersten Flansches 106 und der im Wesentlichen vertikalen Sektion 103V des Hauptstrukturbestandteils 103 angeordnet sein.
In 3A ist zu sehen, dass der Hauptlastpfad (gebildet durch den Hauptstrukturbestandteil) mittig zwischen einer kombinierten Opferlage (dem Schutzeinsatz 105 und der darüberliegenden äußeren Lage 1010) auf der einen Seite und einem Strukturkern (dem Füllmaterial 107) auf der entgegengesetzten Seite eingefügt ist. Dies stellt ein optimiertes Lasttragen sicher und minimiert Spannungserhöhungen, die in Rädern auftreten können, wo der Hauptlastpfad unter dem Wulstsitz/durch denselben verläuft.
Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform umfasst der Hauptstrukturbestandteil 103 Strukturfasern. Bei dieser Ausführungsform sind die Strukturfasern verwobene Kohlenstofffasern. Vorzugsweise umfasst der Hauptstrukturbestandteil mehrere Lagen von verwobenen Kohlenstofffasern. Die Strukturfasern können zweiachsig oder dreiachsig verwoben sein.
Bei dieser Ausführungsform umfasst die Felge eine äußere Lage 1010, die ebenfalls durch die Polymermatrix gebunden ist. Die äußere Lage 1010 erstreckt sich über die gesamte Innenseite der Trommel (d.h., die der Achse der Felge nächste Seite), über jede obere Außenkante 101E, 102E der beiden Flansche 101, 102, und erstreckt sich in Axialrichtung nach innen von jedem Flansch, um die Wulstsitze B1, B2 zu bilden, wobei die Kante 1010E der äußeren Lage an der Trommel 104 endet. Wie zu sehen ist, bildet die äußere Lage 1010 eine Abdeckung auf dem Schutzeinsatz 105 und über dem Füllmaterial 107. Bei dieser Ausführungsform umfasst die äußere Lage 1010 zweiachsige Strukturfasern, die zu einer Lage verwoben sind. Vorzugsweise umfassen bei dieser Ausführungsform sowohl die äußere Lage 1010 als auch der Hauptstrukturbestandteil 103 jeweils mehrere Gewebelagen, die Strukturfasern umfassen, wobei der Hauptstrukturbestandteil eine größere Anzahl von Gewebelagen umfasst als die äußere Lage und die Gewebelagen des Hauptstrukturbestandteils im Wesentlichen dreiachsiges Gewebe sind.
In dem Hauptstrukturbestandteil 103 erstrecken sich wenigstens einige der Strukturfasern des Hauptstrukturbestandteils in einer Richtung, im Wesentlichen parallel zu einer durch die Felge definierten Achse, betrachtet aus einer radialen Richtung R, durch den Hauptstrukturbestandteil. Mit anderen Worten, wenigstens einige der Strukturfasern erstrecken sich durch den Hauptstrukturbestandteil von dem ersten Flansch zu dem zweiten Flansch entlang des kürzesten Weges zwischen denselben (z.B., wie in 3B schematisch gezeigt). In 1, 2 und 3A würde dies in der gleichen Ebene wie die Seite und entlang der in dem ersten Strukturbestandteil gezeigten Linien erfolgen. Wenn der Hauptstrukturbestandteil einen zweiachsigen oder dreiachsigen gewebten Stoff umfasst, dann ist der Stoff derart ausgerichtet, dass sich eine der Achsen der Fasern entlang der Richtung von Flansch zu Flansch, d.h., entlang der Axialrichtung der Felge, erstreckt.
3B zeigt, schematisch, ein dreiachsiges Gewebe zur Verwendung in dem Hauptstrukturbestandteil 103, gesehen aus einer radialen Richtung R, wobei eine der Achsen der Fasern des Gewebes parallel zu der Axialrichtung sind, d.h., entlang einer Flansch-Flansch-Richtung (A – von dem ersten Flansch zu dem zweiten Flansch) verlaufen.
Vorzugsweise fehlt es der äußeren Lage 1010 an Fasern, die sich in einer Richtung, im Wesentlichen parallel zu einer durch die Felge definierten Achse, gesehen aus einer radialen Richtung R, durch die äußere Lage erstrecken. Mit anderen Worten, der äußeren Lage fehlt es an Fasern, die sich entlang des kürzesten Weges zwischen denselben von dem ersten Flansch zu dem zweiten Flansch erstrecken. Wenn die äußere Lage ein zweiachsiges Gewebe umfasst, ist das Gewebe zum Beispiel so ausgerichtet, dass keine der Achsen der Fasern entlang einer Richtung von Flansch zu Flansch liegt. Jede Achse der Fasern ist vorzugsweise derart ausgerichtet, dass es einen Winkel von wenigstens 30° zwischen der Richtung von Flansch zu Flansch und einer der zwei Achsen der Fasern in dem zweiachsigen Gewebe gibt. Zum Beispiel kann die die äußere Lage ein zweiachsiges Gewebe sein, und die Fasern sind bei etwa +/–45° zu der Richtung von Flansch zu Flansch ausgerichtet.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Hauptstrukturbestandteil wenigstens eine Lage von Strukturfasern, die zu einem dreiachsigen Gewebe verwoben sind, und eine der Achsen der Fasern erstreckt sich entlang der Richtung von Flansch zu Flansch, d.h., entlang der Axialrichtung der Felge, gesehen aus einer Radialrichtung R, und die äußere Lage 1010 umfasst wenigstens eine Lage von Strukturfasern, die zu einem zweiachsigen Gewebe verwoben und derart ausgerichtet sind, dass sich keine der Achsen der Fasern in dem zweiachsigen Gewebe entlang einer Richtung von Flansch zu Flansch, d.h., entlang der Axialrichtung der Felge, gesehen aus einer Radialrichtung R, erstreckt.
3C zeigt, schematisch, ein zweiachsiges Gewebe zur Verwendung in der äußeren Lage, z.B. als ein Teil des Wulstsitzes, gesehen aus einer radialen Richtung, wobei keine der Achsen der Fasern des Gewebes parallel zu der Axialrichtung ist, d.h., entlang einer Flansch-Flansch-Richtung (von dem ersten Flansch zu dem zweiten Flansch) verläuft. Jede Achse des Gewebes liegt in einem Winkel von etwa 45° zu der Flansch-Flansch-Richtung (oder Axialrichtung A).
Wie erwähnt, umfasst der Hauptstrukturbestandteil ein dreiachsiges Gewebe, und die äußere Lage umfasst ein zweiachsiges Gewebe, und die Achsen des Gewebes können ausgerichtet sein, wie oben beschrieben. Das dreiachsige Gewebe kann in drei Richtungen ausgerichtete Strukturfasern, wie hierin beschrieben, umfassen, und kann wahlweise weitere Fasern, z.B. Strukturfasern, in einer vierten Richtung einschließen, die mit den anderen Fasern eingewoben oder in dieselben genäht sind. Dies kann den Fertigungsprozess unterstützen.
Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen umfasst der Schutzeinsatz 105 einen Schaumstoff, der ein geschlossen- oder offenzelliger Schaumstoff sein kann, geformt aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Polymethacrylimid-(PMI-)Schaumstoff.
Bei der Ausführungsform von 1, 2 und 3A liegt die äußere Lage 1010 über dem Schutzeinsatz 105 des ersten und des zweiten Flansches. Die äußere Lage hat eine zu dem Schutzeinsatz oder jeglichen Materialien, die zwischen der äußeren Lage und dem Schutzeinsatz angeordnet sein können, unterschiedliche Farbe. Bei vielen faserverstärkten Rädern kann eine Beschädigung an einem beliebigen der Bestandteile unbemerkt bleiben, da sie häufig eine dunkle Farbe haben und jegliche Risse oder Splitter an dem Material nicht leicht sichtbar sind. Durch das Einschließen einer anderen Farbe unterhalb der äußeren Lage jedoch ermöglicht diese, dass eine Beschädigung in einer frühen Phase erkannt wird. Dies gewährleistet eine visuelle Anzeige jeglicher Beschädigung an der äußeren Lage und ermöglicht, dass sich jeglicher Beschädigung angenommen wird. Durch das Positionieren des Hauptstrukturbestandteils auf der von der äußeren Lage entgegengesetzten Seite des Schutzeinsatzes und durch das leichte Sichtbarmachen der Beschädigung an der äußeren Lage bedeutet dies, dass der Punkt, an dem eine Beschädigung sichtbar ist, im Allgemeinen liegt, bevor eine Beschädigung an dem Hauptstrukturbestandteil aufgetreten ist.
Bei der Ausführungsform von 1, 2 und 3A ist ein Füllmaterial 107 in einem durch den Wulstsitz und den darunterliegenden Hauptstrukturbestandteil gebildeten Hohlraum angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist das Füllmaterial ein Schaumstoff. Der Schaumstoff kann der gleiche sein wie der in dem Schutzeinsatz verwendete Schaumstoff oder nicht.
Wie in 1 zu sehen ist, ist ein Befestigungsbestandteil zum Befestigen einer Speiche eines Rades an der Felge in dem Füllmaterial eingebettet. Der Befestigungsbestandteil kann während des Felgenfertigungsprozesses, z.B. vor dem Formschließen und einem RTM-Einpressprozess, in das Füllmaterial 107 vormontiert werden.
4 zeigt eine Querschnittsnahansicht des inneren Flansches 102 der Felge von 2. Die Merkmale dieses Flansches sind ähnlich nummeriert wie bei dem ersten Flansch. Die Anordnung ist sehr ähnlich dem ersten Flansch, außer dass sich der Hauptstrukturbestandteil in dem Bereich unter dem Wulstsitz spaltet und ein Füllmaterial 108 in dem durch die Spaltung gebildeten Hohlraum angeordnet ist. Die äußere Lage 1010 erstreckt sich über dem Hauptstrukturbestandteil auf dem Wulstsitz über der Oberkante 102E des Flansches und der Außenkante des Flansches, wobei sie über dem Schutzeinsatz 105 liegt. Die äußere Lage 1010 erstreckt sich unterhalb der Trommel der Felge von dem ersten Flansch zu dem zweiten Flansch 102. Wie zu sehen ist, ist eine Nudel 109, z.B. miteinander verflochtene Strukturfasern, an dem Ende 102E des Hauptstrukturbestandteils innerhalb des inneren Flansches 102 angeordnet. Wieder ist die Nudel (109), wie gezeigt, angeordnet, um eine genaue Fasermaterialplatzierung während der Fertigung sicherzustellen und eine Bewegung während eines RTM-Prozesses zu verhindern. Die Nudel 109 bildet einen integralen Teil der kombinierten Stoßbeständigkeits-/Opferlage 1010 und des Einsatzes 105. Eine weitere Nudel 109A ist an dem oberen Punkt der Spaltung in dem Hauptstrukturbestandteil 103 angeordnet.
Bei einer Ausführungsform umfasst die äußere Lage 1010 zwei Lagen eines glatten zweiachsigen Kohlenstoff-Fasermaterials, der Hauptstrukturbestandteil umfasst vier oder fünf Lagen eines dreiachsigen gewebten Kohlenstoff-Fasermaterials, die Schutzeinsätze und das Füllmaterial umfassen einen geschlossenzelligen Schaumstoff, z.B. aus Polymethacrylimid geformt, und die Nudeln umfassen geflochtenes Kohlenstoff-Fasermaterial. Die Fasern in dem Hauptstrukturbestandteil sind so ausgerichtet, dass eine der Achsen der Fasern entlang der Richtung von Flansch zu Flansch ausgerichtet ist (wie z.B. in 3B schematisch gezeigt). Die Fasern des zweiachsigen glatten Gewebes in der äußeren Lage 1010 sind so ausgerichtet, dass beide Achsen in einem Winkel von etwa 45° zu der Richtung von Flansch zu Flansch liegen (wie z.B. in 3C schematisch gezeigt).
Der äußeren Lage 1010, die den Schutzeinsatz 105 an allen in den Figuren hierin gezeigten Flanschen B1, B2 abdeckt, wenn aus einer axialen Richtung A betrachtet, wird es an Fasern fehlen, die mit einer radialen Richtung R ausgerichtet sind, d.h., die Fasern der äußeren Lage sind derart ausgerichtet, dass sie sich in einem Winkel (z.B. wenigstens 20° von der radialen Richtung) befinden, wenn aus einer axialen Richtung A betrachtet.
5A und 5B zeigen jeweils Ausführungsformen des ersten beziehungsweise des zweiten Flansches mit in dem Schutzeinsatz angeordneten Sensoren 1011. Die einzelnen oder mehreren Sensoren können ein Signal oder Signale mit Informationen über die Felge und/oder einen auf derselben angeordneten Reifen an einen Empfänger senden. Der/Die Sensor(en) 1011 können wirken, um jegliche Beschädigung an der äußeren Lage und/oder dem Schutzeinsatz zu erkennen.
6 zeigt eine Vorderansicht (gesehen entlang einer axialen Richtung) eines Mehrkomponenten-Hybridrades, das für ein Motorrad verwendet werden kann. 7A zeigt eine Querschnittsansicht (entlang des Schnittes A-A von 6) einer Ausführungsform des Rades von 6. 7B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Flansches auf der rechten Seite des Rades von 7A. Das Rad unterscheidet sich von demjenigen von 1 darin, dass die Speichen 3 mittig zwischen den zwei Flanschen, anstatt nahe zu dem einem Flansch als dem anderen, angeordnet sind. Der Aufbau der beiden Flansche des Rades ist ähnlich demjenigen des Rades mit innerem Flansch B2 in 4. Den Merkmalen von 7A und 7B, die denen in dem Flansch B2 in 4 entsprechen werden die gleichen Nummern gegeben. Wie in 7B zu sehen ist, spaltet sich der Hauptstrukturbestandteil in dem Bereich unter dem Wulstsitz B2, und ein Füllmaterial 108 ist in dem durch die Spaltung gebildeten Hohlraum angeordnet. Die äußere Lage 1010 erstreckt sich über dem Hauptstrukturbestandteil auf dem Wulstsitz über der Oberkante 102E des Flansches und der Außenkante des Flansches, wobei sie über dem Schutzeinsatz 105 liegt. Die äußere Lage 1010 erstreckt sich unterhalb der Trommel der Felge von dem ersten Flansch zu dem zweiten Flansch 102. Wie zu sehen ist, ist eine Nudel 109, z.B. miteinander verflochtene Strukturfasern, an dem Ende 102E des Hauptstrukturbestandteils innerhalb des inneren Flansches 102 angeordnet. Wieder ist die Nudel (109), wie gezeigt, angeordnet, um eine genaue Fasermaterialplatzierung während der Fertigung sicherzustellen und eine Bewegung während eines RTM-Prozesses zu verhindern. Die Nudel 109 bildet einen integralen Teil der kombinierten Stoßbeständigkeits-/Opferlage 1010 und des Einsatzes 105. Eine weitere Nudel 109A ist an dem oberen Punkt der Spaltung in dem Hauptstrukturbestandteil 103 angeordnet.
Der Hauptstrukturbestandteil spaltet sich in dem mittleren Abschnitt der Trommel, und ein Befestigungseinsatz, d.h., eine Mutter 5, ist in dem Hohlraum angeordnet, die durch ein Füllmaterial 107 (nicht gezeigt) am Platz gehalten werden kann. Die Felge 1 wird mit Hilfe eines Bolzens 4, der in die Mutter 5 geschraubt wird, an die Speichen 3 geschraubt.
8 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Felge von 6, die ebenfalls ein Mehrkomponenten-Hybridrad ist, das für ein Motorrad verwendet werden kann. Bei dieser Ausführungsform unterscheidet sich das Rad von demjenigen von 1 darin, dass die Speichen 3 mittig zwischen den zwei Flanschen, anstatt nahe zu dem einem Flansch als dem anderen, angeordnet sind. Der Aufbau der beiden Flansche des Rades ist ähnlich demjenigen des Rades mit äußerem Flansch B1 in 3a, außer, dass sich die äußere Lage 1010 in Axialrichtung nach innen von jedem Flansch erstreckt und, anstatt derart konturiert zu sein, dass sie den Hauptstrukturbestandteil berührt, sie einen Hohlraum über die gesamte Breite der Felge zwischen beiden Flanschen bildet. In diesem Hohlraum sind zwei Abschnitte aus Füllmaterial 107 angeordnet, zwischen denen ein Befestigungseinsatz, d.h., eine Mutter 5, angeordnet ist. Wie in 7A wird die Felge 1 mit Hilfe eines Bolzens 4, der in die Mutter 5 geschraubt wird, an den Speichen 3 befestigt.
Die Felge nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen kann hergestellt werden durch das Montieren der verschiedenen Bestandteile und danach das Verbinden derselben miteinander in einer Polymermatrix. Dies kann das Montieren der verschiedenen Bestandteile in einer Form und danach das Verbinden derselben miteinander in einer Polymermatrix einschließen. Zum Beispiel werden bei der Ausführungsform von 1, 2 und 3 die verschiedenen Gewebe (zum Formen des Hauptstrukturbestandteils, des Wulstsitzes und der äußeren Lage), Schutzeinsätze, Füllmaterialien und Nudeln in einer Form montiert. Die Gewebe können mit Harz oder Vorläufermaterial, das polymerisieren wird, um ein Harz zu bilden, vorimprägniert und danach in einer Form gehärtet werden, um die Felge zu bilden, wahlweise mit Speichen, falls ein Monoblock- oder ein Hybridrad geformt wird. Bei einer alternativen Ausführungsform werden die verschiedenen Gewebe (zum Formen des Hauptstrukturbestandteils, des Wulstsitzes und der äußeren Lage), Schutzeinsätze, Füllmaterialien und Nudeln in einer Form montiert, und ein Harz (oder Vorläufermaterial zum Herstellen des Harzes) aufgebracht, entweder, wenn sie montiert werden (zum Beispiel in einem Nasslaminierprozess oder einem Prepreg-Prozess), oder nachdem die Form geschlossen ist (z.B. in der Harzinjektionstechnik), und die Felge gehärtet, um die Polymermatrix zu bilden und die Bestandteile aneinander zu binden.
BEISPIELE
Eine Radialbelastungsprüfung wurde an zwei unterschiedlichen Arten von Rad ausgeführt: (i) einem Rad, das eine Felge nach der Offenbarung umfasst (unten als Entwurf Mk2 bezeichnet) und (ii) einem Referenzrad (unten als Entwurf Mk1 bezeichnet). Eine schematische Illustration der Prüfausrüstung wird in 9 gezeigt. Die Prüfung umfasst eine angetriebene Trommel 901, auf der das Prüfrad unter einer radialen Last montiert wird, wie in 9 gezeigt; diese Art von Prüfung wird normalerweise als eine Radialermüdungsprüfung bezeichnet. In dieser Figur werden die angetriebene Trommel mit 901 bezeichnet, das geprüfte Rad mit 2 bezeichnet, die Felge des Rades mit 1 bezeichnet, der Reifen auf dem Rad mit 902 bezeichnet, die Speichen des Rades mit 3 bezeichnet und die radiale Last durch einen Pfeil 903 bezeichnet. Die Anzahl der Radumdrehungen vor einem Versagen, definiert an dem Punkt von Reifenluftverlust oder Radbruch, wird aufgezeichnet. Die beschriebene Prüfung wurde entsprechend SAE J328 vorgenommen. Die hierin beschriebene Prüfung wurde unter Verwendung einer Radbaugruppe vorgenommen, die eine Kohlenstofffaserfelge (nach der vorliegenden Offenbarung) und ein absichtlich überdimensioniertes Speichenmittelstück aus Aluminiumlegierung einschließt. Das absichtlich überdimensionierte Speichenmittelstück wurde verwendet, um durch Ausschalten des Speichenausfallmodus das volle Leistungsvermögen der Kohlenstofffaserfelge zu bestimmen.
Die Felge nach der Offenbarung, die geprüft wurde, hatte einen Querschnitt, im Wesentlichen wie in 1 gezeigt. Bei dieser Felge umfasste die äußere Lage 1010 zwei Lagen eines glatten zweiachsigen Kohlenstoff-Fasermaterials, der Hauptstrukturbestandteil 103 umfasste wenigstens vier Lagen eines dreiachsigen gewebten Kohlenstoff-Fasermaterials, die Schutzeinsätze 105 und das Füllmaterial 107 umfassen einen geschlossenzelligen Schaumstoff, aus Polymethacrylimid geformt, und die Nudeln umfassen geflochtenes Kohlenstoff-Fasermaterial. Das zum Aneinanderbinden der Kohlenstofffaser-Gewebe verwendete Harz war ein Epoxidharz. Die Fasern in dem Hauptstrukturbestandteil waren so ausgerichtet, dass eine der Achsen der Fasern entlang der Richtung von Flansch zu Flansch ausgerichtet war (wie z.B. in 3B schematisch gezeigt). Die Fasern des zweiachsigen glatten Gewebes in der äußeren Lage 1010 waren so ausgerichtet, dass beide Achsen in einem Winkel von etwa 45° zu der Richtung von Flansch zu Flansch liegen (wie z.B. in 3C schematisch gezeigt).
Die radialen Prüflasten wurden bei 650 kg für ein normales Fahrzeug, 750 kg für ein mäßig schweres Fahrzeug und 850 kg für ein schweres Fahrzeug festgesetzt. Ein Betriebsfaktor von 2,25 auf jeden Radnennwert multipliziert, um die gesamte angelegte Prüflast zu berechnen. Die Prüfung begann für den Nennwert von 650 kg und lief bis zu 1 000 000 Zyklen. Das gleiche Rad wurde danach für weitere 1 000 000 Zyklen bei 750 kg geprüft. Der Nennwert wurde weiter auf 850 kg gesteigert, und das gleiche Prüfrad lief über zusätzliche 500 000 Zyklen. Um zusammenzufassen, wurde das einzelne Prüfrad Folgendem unterworfen: 1 000 000 Zyklen bei einer Radiallast von 650 kg × 2,25, 1 000 000 Zyklen bei einer Radiallast von 750 kg × 2,25, und 500 000 Zyklen bei einer Radiallast von 850 kg × 2,25. Das Rad bestand die Prüfung, wobei es bei visueller Untersuchung keine Beschädigung in der Felge zeigte und den anfänglichen Reifendruck aufrechterhielt. Die Prüfung wurde beendet, da das Ergebnis für ausreichend gehalten wurde, obwohl der vorteilhafte Zustand des Rades nahelegt, es hätte eine noch schwerere und längere Prüfung überstehen können.
Der hierin beschriebene Kohlenstofffaser-Felgenentwurf (Mk2) stellt eine bedeutende Verbesserung gegenüber einem früheren Kohlenstofffaser-Felgenentwurf (Mk1), der einen Montageflansch auf der Innenseite aufwies, dar. Die frühere Kohlenstofffaser-Felge (Entwurf Mk1), die geprüft wurde, wird schematisch, im Querschnitt in 10 gezeigt. In dieser Figur werden gezeigt: ein äußerer Flansch 101, ein innerer Flansch 102, die Wulstsitze B1 und B2, mit der verbindenden Trommel 104. Bei dem Entwurf Mk1 induzierte der Montageflansch eine unvorteilhafte Spannungskonzentration an dessen Wurzel und steigerte die Schwierigkeit der Felgenfertigung bedeutend. In einer ähnlichen Prüfung, in einem anderen Prüfungshaus, wurde das Rad des Entwurfs Mk1 bei dem Nennwert von 650 kg über 500 000 Zyklen ohne Nachweis einer Felgenbeschädigung bei visueller Untersuchung und ohne einen Verlust des anfänglichen Aufblasdrucks geprüft. Der Nennwert wurde beibehalten, und das gleiche Rad lief weitere 500 000 Zyklen, insgesamt 1 000 000 Zyklen. Zwischen 500 000 Zyklen und 1 000 000 Zyklen begann das Rad, nahe dem Ventilloch Luft abzulassen, so dass bei 1 000 000 Zyklen der Aufblasdruck, verglichen mit dem anfänglichen Aufblasdruck, um 20 % abgefallen war. Diese Ergebnisse werden in 11 illustriert.
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 Nicht-Patentliteratur

ASTM D 1622 [0067]
ASTM D 1622 [0067]
ASTM D 1622 [0067]
ASTM D 1621 [0068]
ASTM D 1621 [0068]
ASTM D 1621 [0068]
ASTM D 1622 [0074]
ASTM D 1622 [0074]
ASTM D 1622 [0074]
ASTM D 1621 [0075]
ASTM D 1621 [0075]
ASTM D 1621 [0075]
SAE J328 [0118]

Claims

Nichtmetallische Felge für ein Rad, wobei die Felge Folgendes umfasst: eine Trommel, die einen ersten und einen zweiten Flansch hat, die sich von entgegengesetzten Kanten der Trommel aus in Radialrichtung nach außen erstrecken, und wobei die Trommel einen ersten Wulstsitz und einen zweiten Wulstsitz umfasst, die jeweils von dem ersten beziehungsweise zweiten Flansch aus in Axialrichtung nach innen angeordnet sind, wobei sich ein Hauptstrukturbestandteil wenigstens durch den ersten Flansch und die Trommel erstreckt, wobei der Hauptstrukturbestandteil dazu in der Lage ist, den Großteil der radialen und/oder lateralen Last zu tragen, der bei Anwendung durch die Felge getragen werden würde, ein Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des ersten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet ist und/oder wenigstens ein Abschnitt des ersten Wulstsitzes von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet ist und der Hauptstrukturbestandteil, der Wulstsitz und, falls vorhanden, der Schutzeinsatz durch eine Polymermatrix verbunden sind.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 1, wobei ein Schutzeinsatz zwischen einer Außenfläche des ersten Flansches und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet ist und wenigstens ein Abschnitt des ersten Wulstsitzes von dem Hauptstrukturbestandteil beabstandet ist.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Felge für ein Rad ist, das für ein vierrädriges Fahrzeug geeignet ist, und der erste Flansch ein äußerer Flansch ist.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Felge für ein Rad ist, das für ein Motorrad geeignet ist.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 4, wobei der erste Flansch und der zweite Flansch im Wesentlichen symmetrische Versionen voneinander sind.
Nichtmetallische Felge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptstrukturbestandteil in dem ersten Flansch eine im Wesentlichen vertikale Sektion umfasst, wobei eine „vertikale“ Richtung einer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Trommel definierten axialen Richtung, entspricht und sich oberhalb der im Wesentlichen vertikalen Sektion eine Sektion befindet, die sich nach außen zu einer oberen Außenkante des ersten Flansches hin krümmt, und sich unterhalb der im Wesentlichen vertikalen Sektion eine Sektion befindet, die sich unterhalb des ersten Wulstsitzes zu der Sektion des Hauptstrukturbestandteils hin krümmt, die sich in die Trommel erstreckt.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 6, wobei der Schutzeinsatz zwischen der Außenfläche des ersten Flansches und der im Wesentlichen vertikalen Sektion des Hauptstrukturbestandteils angeordnet ist.
Nichtmetallische Felge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptstrukturbestandteil Strukturfasern umfasst.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 8, wobei sich wenigstens einige der Strukturfasern in einer Richtung von dem ersten Flansch entlang einer durch die Felge definierten Achse, betrachtet aus einer radialen Richtung, durch den Hauptstrukturbestandteil, erstrecken.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Strukturfasern aus Kohlenstoff-, Aramid- und Glasfasern ausgewählt sind.
Nichtmetallische Felge nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Strukturfasern gewebt, gewirkt, geheftet, geflochten, gewickelt, geklammert oder auf andere Weise zu einem Stoff verbunden worden sind.
Nichtmetallische Felge nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Strukturfasern zweiachsig oder dreiachsig verwoben sind.
Nichtmetallische Felge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Felge eine äußere Lage umfasst, die ebenfalls durch die Polymermatrix gebunden ist, wobei die äußere Lage wenigstens einen Teil des Wulstsitzes und/oder einer Abdeckung auf dem Schutzeinsatz bildet.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 13, wobei die äußere Lage Strukturfasern umfasst.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 13 oder 14, wobei die äußere Lage und der Hauptstrukturbestandteil jeweils wenigstens eine Gewebelage umfassen, die Strukturfasern umfasst, wobei der Hauptstrukturbestandteil eine größere Anzahl von Gewebelagen umfasst als die äußere Lage.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 15, wobei sich wenigstens einige der Strukturfasern des Hauptstrukturbestandteils in einer Richtung, im Wesentlichen parallel zu einer axialen Richtung, durch den Hauptstrukturbestandteil erstrecken, wenn der Hauptstrukturbestandteil aus einer radialen Richtung betrachtet wird, und wobei es der äußeren Lage im Wesentlichen an Fasern fehlt, die sich in einer Richtung, im Wesentlichen parallel zu einer axialen Richtung, durch den Hauptstrukturbestandteil erstrecken, wenn die äußere Lage aus einer radialen Richtung betrachtet wird.
Nichtmetallische Felge nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Hauptstrukturbestandteil ein dreiachsiges Gewebe umfasst und die äußere Lage ein zweiachsiges Gewebe umfasst.
Nichtmetallische Felge nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei sich die äußere Lage über eine gesamte der Achse der Felge nächste Seite der Trommel, über den Schutzeinsatz des ersten Flansches und, falls vorhanden, einen Schutzeinsatz des zweiten Flansches, über die obere Außenkante sowohl des ersten als auch des zweiten Flansches und in Axialrichtung nach innen von jedem der Flansche, um den ersten beziehungsweise den zweiten Wulstsitz zu bilden.
Nichtmetallische Felge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schutzeinsatz einen Einsatz umfasst, der ausgewählt ist aus einem Schaumstoff, einer Wabe und mehreren Lagen, die axial in Bezug aufeinander angeordnet sind, wobei die Lagen zueinander unterschiedliche Steifigkeiten haben.
Nichtmetallische Felge nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die äußere Lage über dem Schutzeinsatz liegt, wobei die äußere Lage eine zu dem Schutzeinsatz oder jeglichen Materialien, die zwischen der äußeren Lage und dem Schutzeinsatz angeordnet sein können, unterschiedliche Farbe hat, um eine visuelle Anzeige jeglicher Beschädigung an der äußeren Lage bereitzustellen.
Nichtmetallische Felge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Füllmaterial zwischen dem ersten Wulstsitz und dem Hauptstrukturbestandteil angeordnet ist.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 21, wobei das Füllmaterial ausgewählt ist aus einem Schaumstoff, einer Wabe und einem Laminat.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 21 oder 22, wobei ein Befestigungsbestandteil zum Befestigen einer Speiche eines Rades an der Felge in dem Füllmaterial eingebettet ist.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 23, wobei der Befestigungsbestandteil eine Mutter oder ein Bolzen ist.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 24, wobei der Befestigungsbestandteil eine Mutter ist und eine Öffnung in dem Hauptstrukturbestandteil bereitgestellt wird, um ein Einsetzen eines Bolzens in die Mutter zu ermöglichen.
Nichtmetallische Felge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Füllbestandteil angrenzend an ein Ende des Hauptstrukturbestandteils in dem ersten Flansch angeordnet ist, wobei der Füllbestandteil jeweils in dem ersten Flansch wenigstens teilweise um den Umfang der Felge läuft.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 26, wobei der Füllbestandteil ein im Wesentlichen unidirektionales faseriges Material umfasst, das sich in einer Umfangsrichtung um die Felge erstreckt.
Nichtmetallische Felge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere Sensoren in oder benachbart dem Schutzeinsatz und/oder zwischen dem Wulstsitz und dem Hauptstrukturbestandteil bereitgestellt wird/werden, um ein Signal mit Informationen über die Felge oder einen auf derselben angeordneten Reifen an einen Empfänger zu senden.
Nichtmetallische Felge nach Anspruch 28, wobei der eine oder die mehreren Sensoren Informationen über jegliche Beschädigung an dem Schutzeinsatz und/oder jeglicher Lage, die den Schutzeinsatz abdeckt, an einen Empfänger sendet/senden.
Rad, das die nichtmetallische Felge nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Rad nach Anspruch 30, wobei das Rad für ein vierrädriges Fahrzeug ist und der erste Flansch ein äußerer Flansch des Rades ist.
Rad nach Anspruch 31, wobei das vierrädrige Fahrzeug ein Auto ist.
Rad nach Anspruch 30, wobei das Rad für ein Motorrad ist.
Fahrzeug, das ein Rad nach einem der Ansprüche 30 bis 33 umfasst.