DE2157090A1

DE2157090A1 - Fahrzeugrad

Info

Publication number: DE2157090A1
Application number: DE19712157090
Authority: DE
Inventors: Jack Milner Sutton Coldfield Warwickshire Lowe (Großbritannien)
Original assignee: Dunlop Holdings Ltd
Current assignee: Dunlop Holdings Ltd
Priority date: 1970-11-17
Filing date: 1971-11-17
Publication date: 1972-05-18
Also published as: AU3567271A; FR2113996A1; IT946052B; FR2113996B1; GB1372357A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

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8 MÜNCHEN 2,

BRÄUHAUSSTRASSE 4/III

Case RC.4912/5046

DUNLOP HOLDINGS LIMITED, London / Großbrit.

Fahrzeugrad

Die Erfindung betrifft Räder und insbesondere Fahrzeugräder, die im wesentlichen aus Kunststoffmaterial!en hergestellt sind.

Erfindungsgemäß umfaßt ein Rad einen Körper und eine Felge, die in einem Stück aus einem-zellenförmigen starren Kunststoffkernmaterial gebildet sind, welches von einer Haut eines Kunststoffmaterials von hoher Festigkeit und hohem Modul umhüllt ist.

Ein Verstärkungselement, welches eine zentrale Nabe bildet, kann wenigstens teilweise in den Körper des Rades eingebettet sein. Diese Verstärkungselement hat vorzugsweise Scheibenform. Es erweist sich als vorteilhaftes Mittel, um die Beanspruchungen einer hohen Belastung gleichmäßig über die zusammengesetzte Struktur zu verteilen, und dient ebenso dazu, den zusammenquetschenden Kräften Widerstand zu leisten, die mit den Radbefestigungseinrichtungen verbunden sind.

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Das Verstärkungselement kann aus irgendeinem Material hergestellt sein, das Druckbelastungen widersteht. Es wird bevorzugt, für diesen Zweck ein Metall und insbesondere Stahl zu verwenden.

Das Kernmaterial und das Verstärkungsmaterial sind vorzugsweise fest ineinandergreifend miteinander verbunden. Dies kann z.B. durch ein Bindemittel und/oder durch ein mechanisches Ineinandergreifen bewirkt werden. Das Verstärkungs— element kann z.B. durchbohrt sein, um eine Verzahnung für das Kernmaterial zu bilden. Alternativ dazu kann die Metallplatte so angeordnet sein, daß ihre Innenoberfläche mit der starren Außenhaut verbunden ist.

Die Räder mit oder ohne Verstärkungselemente können durch Spritzgußtechniken oder durch manuelle oder halbautomatische • Aufbautechniken hergestellt werden.

Das Hautmaterial kann ein spritzgießbares Material von hoher Festigkeit und hohem Modul sein, z.B. Azetalpolyamide wie Nylon, Polyphenylenoxide, Polycarbonate, Polysulfone, Polyurethane oder Polypropylen* Diese Materialien können durch Fasern verstärkt werden.

Andere Materialien, die verwendet werden können, um die Haut bei Anwendung von Aufbautechniken herzustellen, umschließen faserverstärkte wärmehärtende Kunststoffe, die hergestellt und in einer Form geformt werden können, teigig formbare Verbindungen, z.B. Polyesterharze, die eine hohe Konzentration von Fasern kurzer Länge,gewöhnlich Glasfasern, enthalten und zu Bahnen formbarer Verbindungen z.B. Schichten aus regellos verteilten Fasern, gewöhnlich Glasfasern, die mit ungesättigten Polyesterharzen, Epoxyharzen oder ähnlichem imprägniert sind.

Auch wenn gewöhnlich Glasverstärkungen verwendet werden, kön—

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nen auch andere Fasern z.B. aus Kohlenstoff, Bor, Asbest oder Metall in gleicher Weise verwendet werden.

Das zellenförmige Kernmaterial kann irgendein spritzgi eßbares, verschäumbares, starres Kunststoffmaterial sein, z.B. Acrylnitiril-Butadien-Styrol (ABS), Polyurethan , Nylon, Polyäthylen mit hoher Dichte oder Polypropylen. Alternativ dazu können gießbare Zusammensetzungen verwendet werden, z.B* Polyurethane, ungesättigte Polyester oder Epoxyharze.

Die zellenförmigen Kerne können hergestellt werden, indem die Harze verschäumt werden, oder indem die Harze dazu verwendet werden, Hohlkugeln aus Glas oder Keramik zu binden.

Das Kernmaterial und das Hautmaterial wird wieder vorzugsweise fest ineinandergreifend miteinander verbunden. Dies kann z.B. durch ein Binden, ein Verschmelzen oder ein mechanisches Durchtränken geschehen. Das Verschmelzen der Schichten wird durch die Auswahl von miteinander verträglichen Materialien erleichtert, z.B. bei einem verschäumten Nylonkern mit einer glasverstärkten Nylonhaut.

Um die Steiffigkeit des Rades zu erhöhen, können verstärkende Verstrebungen radial zwischen die mittige Nabe des Rades und den Teil der Felge angeordnet werden, der sich auf der Außenseite der die Bremse einschließenden Fläche des Rades befindet. Diese VerstrebungsSpeichen können irgendwelche gewünschten dekorativen Eigenschaften aufweisen.

Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Räder besteht darin, ein Spritzgußverfahren zu verwenden. Dies besteht vorzugsweise aus einem Zweistufen-Verfahren. In der ersten Stufe wird die Metallscheibe in eine Form gebracht, deren Hohlraum die Gestalt und Abmessungen des Kernmaterials bestimmt. Das Kernmaterial wird eingespritzt und starr gehärtet, dann aus der Form entfernt und in eine Form der zweiten

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Stufe gebracht, die die Gestalt und die Abmessungen des umhüllenden Hautmaterials festlegt. Das Hautmaterial wird eingespritzt und starr gehärtet, und anschließend wird das fertige zusammengesetzte Erzeugnis herausgenommen.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Räder verwendet Preßformtechniken mit zusammenpassenden Formen. Dieses Verfahren ist vorzugsweise ein Zweistufen-Verfahren. In der ersten Stufe wird eine Metallverstärkungsscheibe, falls es erforderlich ist, in eine Fortgebracht, deren Hohlraum die Gestalt und die Abmessungen des Keramaterials bestimmt. Das Kernmaterial wird gewöhnlich in die Form gegossen, kann aber alternativ dazu spritzgegossen werden.

Das Hautmaterial wird dann in eine zweite Form, die die Gestalt und die Abmessungen der Radhälfte festlegt, durch eine manuelle Einlege- oder eine Sprühtechnik gelegt, dann wird der Kern eingesetzt und eine weitere Lage des Hautmaterials wird aufgebracht. Die ganze Anordnung wird dann unter Druck geformt, bis das Hautmaterial gehärtet ist.

Die Erfindung wird im folgenden in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt eine Ansteht des Rades in axialer Richtung von

der Außenseite des Rades.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Rad.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt das Fahrzeugrad einen Körper und eine Felge 2, die in einem Stück aus einem starren Kunststoff kernmaterial 4 mit niedriger Dichte gebildet sind, leiche von einer Haut aus Kunststoffmaterial 5 von hoher Festigkeit und hohem Modul umhüllt ist. Eine Stahlverstärkungsscheibe 3, welche Radbefestigungslöcher 6 enthält, ist teilweise in den Körper des Rades eingebettet. Die Verstärkungsscheibe ist fest ineinandergreifend mit dem Körper des Rades mit Hilfe einer Vielzahl von Löchern 8 im Umfang der Scheibe verbunden, die eine Verzahnung für das Kernmaterial bilden.

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Fig. 1 zeigt eine Reihe von Verstärkungsspeichen 7, welche dazu dienen, das Rad zu versteifen. Diese VerstrebungsSpeichen befinden sich radial zwischen der Achsenabdeckungskappe 9 des Rades und dem Teil der Felge 2, die sich auf der Außenseite der die Bremse umgebenden Fläche 10 des Rades befindet.

Während der Herstellung des Rades wird ein Vorsprung verwendet, um das Rad bei der ersten und zweiten Formstufe in seiner Lage zu halten. Dieser Vorsprung für das Festhalten in der Lage bildet das Loch 11, in welches anschließend ein Aufpumpventil eingesetzt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert ί

Beispiel I:

A) Herstellung des Kerns

Eine hölzerne Form wurde für die Herstellung der Schaumkernformstücke verwendet. Die Form wurde abgedichtet und mehrere Male mit einem Schleifpapier vor dem Gießen abgeschliffen. Das Abdichten wurde durch Bestreichen, mit einem Gemisch aus 100 Teilen Polyesterharz, 3 Teilen Kobaltnaphthanat und 2 Teilen Methyläthylketonperoxid (alles Gewichtsteile) ausgeführt. Dann wurde eine Schicht eines Silikon-Formablösemittels auf die beiden Hälften der Form aufgebracht.

Dann wurde das folgende Schaumgemisch zubereitet, wobei der Isocyanat-Anteil zu dem Gemisch zugegeben wurde, nachdem es für 20 Sekunden mit einem hochtourigen Rührwerk gerührt wurde, welches bei etwa 3000 Umdrehungen pro Minute arbeitete:

Zucker-initiierter Polyäther (OH-Wert = 495) 70

Polypropylenglycol(Molekulargewicht 400) 30

33 Gew.%/Volumen Triäthylendiamin in

Dipropylenglycol 0,9

Diisopropyläthanolamin 1

Siliconpolyäther-Copolymer-Schaum-

erzeuger > 1

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Monofluortrichiormethan-Treibmittel 8

Diphenylmethandiisocyanat 115.

Nach der Zugabe des Isocyanats wurde das Gemisch für 20 Sekunden bei 3000 Umdrehungen pro Minute gerührt und eine solche ausreichende Menge wurde in die Form gegossen, daß sie die Form gerade füllte, wenn das Verschäumen beendet war. Der Deckel wurde schnell auf die Form gebracht und Druck wurde angewendet, um ihn geschlossen zu halten. Nach 10 bis 15 Minuten konnte der Kern leicht aus der Form entfernt werden. Dann wurden 12 Löther mit 1,59 cm (5/8 inch) Durchmesser in den Kern auf einem Teilkreisdurchmesser von 15,24 cm (6 inch) gebohrt, wodurch ermöglicht wird, der Fläche ringsum die Schraubenlöcher eine größere Festigkeit zu erteilen. Eine sehr dünne Schicht von Polyesterharz wie es vorher für das Abdichten der Form verwendet wurde, wurde dann aufgebracht, um zu verhindern, daß Harz während des Formens der Radhälfte in die Zellen des Schaumes eindringt.

B) Verfahren zum Aufbaues des Rades, um ein industrielles Rad von 10,16 χ 20,32 cm (4,00 χ 8 inch) herzustellen.

6 Lagen einer Matte aus zerstückelten Glasfasern von 0,0475

g/cm (1,5 oz/sq«ft.) wurden in ein sternförmiges Formstück geschnitten. Drei Lagen der Matte aus zerstückelten Glasfasern wurden in den Boden der Form gelegt, welche vorher mit einem Formablösemittel besprüht wurde. 50 g derselben Polyesterharz-Zusammensetzung, wie sie bei der Herstellung des Schaumkernes zum Abdichten der Form verwendet wurde, wurde auf jede Lage aufgebracht, wobei jede vollständig durchtränkt wurde, bevor die nächste dazugegeben wurde. Nachdem die ersten drei Lagen beendet waren, wurde der Schaumkern in seine Lage gebracht, wobei die ersten drei Lagen ihn mittig hielten, und dann wurden die drei letzten Lagen oben auf den Kern gelegt, wobei jede wie vorher mit 50 g Polyesterharz pro Lage imprägniert wurde.

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Weitere 50 g wurden dann in die Form gegossen, bevor sie verschlossen wurde· Die Form wurde unter einer Kraft von 8 t geschlossen, wobei die Zeit bis zum vollständigen Schließen etwa 20 bis 30 Minuten betrug, um der Luft ausreichend Zeit zum Entweichen zu geben, ohne das Harz herauszudrücken· Das Harz gelierte nach etwa 2 1/2 Stunden, aber der Formkörper wurde 3 1/2 Stunden in der Form gelassen, bevor er aus ihr entfernt wurde·

Beispiel II

Beispiel I wurde wiederholt, wobei zwei Lagen aus verwobenem Glas -Vorgarn und eine Lage einer Matte aus zerstückelten Fasern auf jeder Seite des Kerns anstelle -von drei Lagen aus gawobenem Glas-Vorgarn verwendet wurden·

Beispiel III

Ein Kern wurde hergestellt, wie in Beispiel I beschrieben wurde» Drei Lagen eines gewobenen Glasvorgarns und eine Lage einer Matte aus zerstückelten Fasern wurden in die Form gelegt und nach dem Einsetzen des Kerns wurden zwei weitere Lagen einer Matte aus zerstückelten Fasern aufgebracht, wobei die Harzzugabe etwa 50 g für jede Lage betrug. Die Form wurde dann geschlossen und das Harz wurde geliert, wie in Beispiel I beschrieben wurde·

Beispiel IV

Zwei Lagen eines kettenstarken Glasgewebes mit Fasern unter rechten Winkeln zueinander wurden getrennt durch eine Lage aus einer Matte aus zerstückelten Fasern in die Form gelegt. Ein wie in Beispiel I hergestellter Kern wurde eingelegt und zwei weitere Lagen einer Matte aus zerstückelten Fasern wurden aufgebracht· Jede Verstärkungslage wurde mit etwa 50 g Harz imprägniert. Die Radhälfte wurde dann unter den in Beispiel I beschriebenen Bedingungen geformt·

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Bei spi el V

Beispiel I wurde wiederholt, wobei eine Metalleinlage von 16,83 cm (6 5/8 inch) Durchmesser und 0,016 cm (1/16 inch) Dicke eingesetzt wurde, die 12 Löcher mit einem Durchmesser von 0,635 cm (1/4 inch) auf einem Teilkreisdurchmesser von 15,24 cm (6 inch) hatte. Diese Scheibe wurde oben auf die imprägnierten Lagen aus Matten aus zerstückelten Fasern vor dem Einsetzen des Schaumkernes eingesetzt. Die Radhälften wurden hergestellt, wie in Beispiel 1 beschrieben wurde»

Beispiel VI

Beispiel I wurde wiederholt, wobei eine Metalleinlage von 16,83 cm Durchmesser und 0,016 cm Dicke mit 12 Löchern von 0,635 cm Durchmesser auf einem Teilkreisdurchmesser von 15,24 cm verwendet wurde, die in den Schaumkern eingesetzt wurde, der durch Eingießen der Kernmischung des Beispiels I in die Kernform hergestellt wurde, wobei diese Metalleinlage sich in der unteren Hälfte der Form befand. Radhälften wurden dann gemäß Beispiel I, Verfahren B hergestellt.

Jede der Radhälften, die gemäß Beispiel I bis VI hergestellt wurden, wurde auf eine Stahlradhälfte gleicher Abmessungen mit 12 Löchern von 0,635 cm Durchmesser auf einem Teilkreisdurchmesser von 15,24 cm aufgeschraubt. Ein Reifenmantel und ein Schlauch, die 21,1 kg/cm (300 psi) standhalten können, wurden aufgebracht und die gesamte Anordnung wurde zuerst evakuiert und dann mit Wasser unter Druck aufgepumpt, bis ein Zerbrechen auftrat. Die Drucke, bei denen das Zerbrechen auftrat, sind in Tabelle I aufgezeichnet und mit einem herkömmlichen Stahlrad verglichen.

Tabelle I

Rad Druck beim Zerbrechen {kg/cm )

Beispiel I 16,5

Beispiel II 14,8

Beispiel II 13,4

Beispiel IV 12,7

Beispiel V 13,4

Beispiel VI 13,7

Stahlrad 14,1

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Claims

- 9 Patentansprüche

1. Rad, gekennzeichnet durch einen Körper und eine Felge, die in einem Stück aus einem zellenförmigen starren Kunststoffkernmaterial gebildet sind, welches von einer Haut aus Kunststoffmaterial von hoher Festigkeit und hohem Modul umhüllt ist.

2. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß ein Verstärkungselement, welches eine mittige Nabe bildet, wenigstens teilweise in den Körper des Rades eingebettet ist.

3. Rad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstarkungselement aus Stahl besteht.

4. Rad nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und das Verstärkungselement durch eine Bindung fest miteinander verbunden sind.

5. Rad nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und₇ das Verstärkungselement mechanisch ineinandergreifend miteinander verbunden sind.

6. Rad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkung sei ement Durchbohrungen aufweist, um eine ineinandergreifende Verzahnung für das Kernmaterial zu bilden.

7. Rad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement so angeordnet ist, daß seine Innenoberfläche mit dem Hautmaterial verbunden ist.

8. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hautmaterial ein spritzgießbares Kunststoff material von hoher Festigkeit und hohem Modul ist.

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9. Rad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das spritzgießbare Kunststoffmaterial die Materialien Acetalpolyamid, Polyphenylenoxid, Polycarbonat, Polysulfon, Polyurethan und Polypropylen einschließt·

10. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hautmaterialien sich für das Formen unter Verwendung von Auflegetechniken eignen.

11.Rad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Haut-.materialien faserverstärkte wärmehärtende Kunststoffe, teigig formbare Verbindungen oder als Bahnen formbare Verbindungen einschließen.

12. Rad nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hautmaterialien durch Fasern verstärkt sind.

13. Rad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Glas-Kohlenstoff-, Bor-, Asbest- oder Metallfasern verwendet werden.

14. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial ein spritzgießbares, zer— schäumbares starres Kunststoffmaterial ist·

15. Rad nach Anspruch 14^ dadurch gekennzeichnet, daß das spritz— gießbare Material, die Materialien Acrylnitril—Butadien— Styrol-Copolymere, Polyurethan, Nylon, Polyäthylen mit hoher Dichte und Polypropylen einschließt·

16. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerhaiaterialien gießbare Zusammensetzungen sind.

17. Rad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gießbaren Zusammensetzungen Polyurethane, ungesättigte Polyester und Epoxyharze einschließen.

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18. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und die Haut durch Bindung, Verschmelzen oder mechanisches Durchtränken fest miteinander verbunden sind·

19. Rad nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und die Haut aus miteinander verträglichen Materialien bestehen.

20. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungsspeichen in radialer Richtung zwischen der mittigen Nabe des Rades und denxTeil der Felge angebracht sind, der sich auf der Außenseite der Fläche des Rades befindet, die die Bremse umschließt.

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