DE2549972A1 - Gegossenes fahrzeugrad - Google Patents

Description

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GKN KENT ALLOYS LIMITED

Temple Manor Works, Rochester, Kent, England

Gegossenes Fahrzeugrad

Die Erfindung bezieht sich auf gegossene

Fahrzeugräder, insbesondere aber - jedoch nicht ausschließlich auf Fahrzeugräder, welche aus Leichtmetall gegossen sind und für schwere Lasten und Fahrzeuge zum Massentransport von Menschen ge-feignet und bestimmt sind.

Schwere Lasten und hohe Geschwindigkeiten

machten die Notwendigkeit von Fahrzeugrädern mit zunehmend größe-|- ren Festigkeiten erforderlich, z. B. Fahrzeugräder für Muldenkipper, schwere Lastkraftwagen, Autobusse u. dgl., in dem Bestreben, über längere Zeiträume hinweg den erhöhten Beanspruchungen, insbesondere Wechselbeanspruchungen in bestimmten Teilen des Falrf zeugrades standzuhalten. Aus diesem Grunde sind Räder aus Stahl mit zunehmend größer werdendem Gewicht erforderlich geworden.

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Die Gewichtszunahme führt zu einer Reihe von Nachteilen, insbesondere zu einer Erhöhung des Leergewichtes des Fahrzeuges. Darüber hinaus muß als weiterer Nachteil die Schwierigkeit der Handhabung während des Betriebes sowie die höhere Trägheit unter Laufbedingungen genannt werden. Der letztere Effekt ist insbesondere bei steuerbaren Fahrzeugrädern unerwünscht, da die zur Überwindung der "Kreiselwirkung" bzw.»Kreiselkräfte" erforderliche Kraft in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Gewicht dieser Fahrzeugräder steht.

Zur Überwindung aller dieser Schwierigkeiten hat man bereits vorgeschlagen, die Räder aus Leichtmetall, ζ. Β. Aluminium, zu gießen; wenngleich Gewichtserspamisse hierdurch erreicht werden konnten, konnten alle diese Probleme insofern nicht zufriedenstellend gelöst werden, als diese Leichtmetalle und im übrigen auch andere Metalle bei Belastung zu Ermüdungsbrüchen führen, und zwar als Folge der auftretenden Wechselbeanspruchungen. Deshalb mußte die Dicke des Fahrzeugrades größer gewählt werden als im Hinblick auf das Gewicht der Räder wünschenswert ist.

Um darüber hinaus Überhitzungen des Bremssystems zu verhindern, ist es erforderlich, die Luft so zu führen, daß sie frei oder sogar unter Zwang über und um die Bremstrommeln oder Bremsscheiben herum strömt, was wiederum die Anordnung von Aussparungen vergleichsweise großer Dimension in den Scheibenteiler des Fahrzeugrades außerhalb der Nabe des Fahrzeuges erforderlich macht. Diese Belüftungs- oder Entlüftungsöffnungen sollten so groß wie nur möglich ausgeführt werden, um für die erforderliche Luftmenge als Transportmittel der Wärme zu sorgen} andererseits sollten jedoch diese Be- und Entlüftungsöffnungen so klein wie nur möglich sein, um eine Schwächung des Scheibenaufbaues des Fahrzeugrades zu verhindern. Es ist nun gefunden worden, daß selbst wenn man diese Öffnungen nur so groß wählt, um gerade eine angemessene Kühlung sicherzustellen, das verbleibende Material zwischen diesen Öffnungen - welches Radspeichen gleichzusetzen ist - bei weitem nicht ausreicht, um auftretende

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Ermüdungserscheinungen und damit ErmüdungsbrUehe zu verhindern. Es ist klar, daß diese Nachteile nicht hingenommen werden kön- j nen.

Die Erfindung bezieht sich hiernach auf gegossene Fahrjzeugräder, mit einer Nabe zur Befestigung des Fahrzeugrades an einer Fahrzeugnabe, einer Radverblendscheibe, welche sich von der Nabe ausgehend im allgemeinen nach außen erstreckt, einem Muldenteil, der sich von dem äußeren Umfang der Scheibe ausgehend erstreckt und zwei Randwulstteilen für den Reifen, wobei dieses Fahrzeugrad eine Vielzahl von Belüftungs- bzw. Entlüftung|söffnungen besitzt.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß eine Viel zahl von Scheibenrippen vorgesehen ist, welche die Außenfläche der Radverblendscheibe und die Außenfläche einer benachbarten Fläche eines der Radkranz-Bördelränder sowie eine Vielzahl von Auskehlungen im inneren Bereich der Scheibe an Stellen verbinden, welche dem Umfangsabstand der Scheibenrippen entsprechen, und daß die nach innen gerichtete Fläche einer jeden Auskehlung von der neutralen Achse des örtlichen Querschnittes der Scheibe weiter entfernt liegt als das die Innenkante einer jeden benachbarten Belüftungs- bzw. Entlüftungsöffnung bestimmende Material.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen gegossen en Fahrzeugrades ist nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas näher veranschaulicht. In dieser zeigen in rein schematischer Weise:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Fahrzeugrades gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Teilansicht eines Abschnittes des Fahrzeugrades gemäß Fig. 1, und zwar gesehen in Richtung des Pfeiles II der Fig. 3,

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Fig. 3 einen Teillängsschnitt des Fahrzeugrades nach den Figuren 1 und 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 eine etwas abgewandelte Schnittdarstellung längs der Linie IV-IV in Fig. 3,

Wie am besten aus Fig. 1 der Zeichnung hervorgeht, besitzt das Fahrzeugrad als Ganzes eine ringförmige Nabe 10 mit einer Vielzahl von Steckbolzenbohrungen 12 gleichen Abstandes und einen geneigten Abschnitt oder eine Radverblendscheibe 14 mit einer Vielzahl von LUftungsbohrungen oder Lüftungsöffnungen 16 zur Kühlung der in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Fahrzeugbremsen. Die Radverblendscheibe 14, welche annähernd kegelstumpfförmig ausgebildet ist, führt - sofern man einmal den Abschnitt in Fig. 3 betrachtet - unmittelbar zu dem Muldenteil 18 des Fahrzeugrades, wobei dieser Muldenteil 18 wiederum zwischen zwei äußeren Radkranz-Bördelrändern 20 führt, die an gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie -des Felgenrandes unc den Radkranz-Bördelrändern 20 angeordnet sind, wobei ein jeder dieser Teile einen Außenflansch oder Bördelrand oder eine Randwulst 22 trägt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, bilden alle diese Teile eine körperliche Einheit und gehen in weichen Kurven ineinander über. Die Radverblendscheibe 14 ist mit dem äußeren Radkranz-BördeIrand 20 über eine Vielzahl von Scheibenrippen 24 verbunden, welche mit den am Umfang angeordneten Öffnungen 16 zur Entlüftung abwechseln. In den Muldenteil 18 und in den Radkranz-Bördelrändern 20 ist eine Vielzahl von Versteifungsrippen oder Verstärkungsstegen 26 angeordnet, welche sich im allgemeinen in axialer Richtung des Fahrzeugrades erstrecken. Diese Verstärkungs 3tege 26 liegen in entsprechenden gemeinsamen Ebenen mit den zugeordneten Scheibenrippen 24. Diese Verstärkungsstege 26 sind ins

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besondere für vergleichsweise breite Fahrzeugräder von Bedeutung Sie haben eine radial nach innen sich erstreckende Ausdehnung, welche im wesentlichen gleich ist der ganz innen liegenden Ausdehnung des Muldenteiles 18.

Während die Scheibenrippen 24 und die innen liegenden Verstärkungsrippen 26 in gewissem Umfang in der Weise wirksam werden, daß sie die damit verbundenen Teile des Fahrzeugrades versteifen und verstärken, erfordern die Radverblendscheiben 24 weitere Verstärkungen, sofern Ermüdungsbeanspruchungen voll und angemessen aufgenommen werden sollen. Demgemäß ist nach der Anordnung gemäß den Figuren 2 bis 5 eine Vielzahl von Auskehlungen 30 an der Innenfläche der Scheibenteile vorgesehen, welche zwischen den Bohrungen 16 zur Entlüftung liegen und den Scheibenrippen 24 auf der Außenseite entsprechen. Der Zweck der Auskehlungen 30 ist darin zu erblicken, sicherzustellen, daß die maximale Biegespannung keineswegs in den Ecken 31 des Querschnittes (Fig. 4) auftreten. Diese Ecken 31 haben den größten Abstand von der neutralen Achse und sind daher den größten Biegebeanspruchungen ausgesetzt, und zwar dann, wenn derartige Auskehlungen 30 nicht vorgesehen sind. Ursache hierfür ist die konkave Innenfläche des Fahrzeugrades zwischen den Entlüftungsöffnungen 16. Die Auskehlungen 30 stellen nun sicher, daß die größten Spannungen und Beanspruchungen nicht in diesen Ecken 31 auftreten, wo Kerben, Nuten und andere Unregelmäßigkeiten als Folge des Gießverfahrens aufzutreten pflegen. Dabei ist es wesentlich, daß die Fläche der Auskehlung 30 einen größeren Abstand von der neutralen Achse aufweist als die Ecken 31 von den Entlüftungsbohrungen 16. Ein weiterer Vorteil der Auskehlungen 30 liegt darin, daß die neutrale Achse so verschoben wird, daß die Intensität der Spannungen in den Eckpunkten 31 herabgesetzt wird. In der Theorie ist es lediglich erforderlich, eine Verstärkung 32 - wie sie mit einem gestrichelten Linienzug dargestellt ist über einen Teil des Querschnittes vorzusehen; aus praktischen Erwägungen jedoch, insbesondere unter der Berücksichtigung des Gießverfahrens, hat die Auskehlung 30 diejenige Form, wie sie in den Figuren 4 und 5 der Zeichnung mit einem durchgehenden Linien

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zug dargestellt ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, verjüngt sich die Auskehlung 30 nach außen und liegt symmetrisch zu einer Mittellinie, die zwischen den benachbarten Entlüftungsöffnungen 16 liegt. Die Auskehlung 30 geht dann an einem jeden Ende 33 in den Körper der Radverblendscheibe 14 sanft und stufenlos über. Die Auskehlung 30 erstreckt sich in radialer Richtung ein wenig über den Radius der äußersten Kante einer jeden Entlüftungsöffnung 16 hinaus, endet jedoch radial nach innen zu etwa an dem gleichen Radius als der innerste Rand einer jeden Entlüftungsöffnung. Die Auskehlung 30 verjüngt sich von der Seite her - wie dies in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt wird - progressiv in Richtung des Muldenteiles 18, endet jedoch abrupt an derjenigen Stelle, wo sie die Innenfläche der Nabe 10 schneidet.

Vorzugsweise verjüngt sich die Auskehlung 30 normalerweise über ihre gesamte Länge (Fig. 2), und zwar um einen Winkel der zwischen 5° bis 35° liegt. Der erstrebenswerteste Bereich liegt zwischen 12° und 22°. Vorzugsweise liegt die neutrale Achse des Querschnittes etwa in der Mitte der Dicke dieses Querschnittes. Auf diese Weise werden die maximalen Beanspruchungen in den äußersten Fasern des Querschnittes herabgesetzt.

Die Verstärkung gemäß der Erfindung ist angemessen, um die Intensität der Beanspruchungen lokal an den Kanten des Querschnittes herabzusetzen, so daß das Einleiten vorzeitiger Ermüdungsbrüche vermieden wird.

Fahrzeugräder gemäß der Erfindung sind namentlich dann von Bedeutung, wenn sie bei schweren Lastkraftwagen oder Omnibussen bzw. anderen schweren Fahrzeugen verwendet werden. Die Erfindung kann selbstverständlich auch bei leichten Fahrzeugrädern zur Anwendung gelangen. Beispiele für Fahrzeugräder,bei welchen der Erfindungsgedanke besonders vorteilhaft angewandt werden kann, sind: 20 χ 7,50, 22 χ 7,50, 20 χ 8,00, 22,5 x 7,50, 22,5 χ 8,25, 24,50 χ 7,50. Daraus geht hervor, daß die Erfindung

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auch auf sehr breite Radgrößen anwendbar ist, und wenn derartige Räder mit Fahrzeugen von beispielsweise achtzehn Rädern eingebaut werden, so ergibt sich eine Gewichtseinsparung bei Verwendung eines entsprechenden Stahles in der Größenordnung von etwa 400 kg. Während die Gewichtsersparnis mit Bezug auf das Leergewicht - prozentual gesehen - keineswegs sehr groß ist, kann sie gleichwohl in der Weise ausgenutzt werden, daß das Ladegewicht ohne zusätzlichen Kraftverbrauch oder Straßenbelastung erhöht werden kann. Ein weiterer Vorteil der Fahrzeugräder gemäß der Erfindung liegt darin, daß sie in einfacher und schneller Weise durch die herkömmlichen Gießverfahren hergestellt werden können, bei welchen das geschmolzene Metall von dem Mittelpunkt des Rades aus zugeführt wird. Aufgrund der Auskehlungen wird das Abfließen des geschmolzenen Metalles in Richtung des Muldenteiles und zu den außenliegenden Randwulsten erleichtert.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Rades können etwa wie folgt zusammengefaßt werden:

a) Das Gewicht der Fahrzeugräder kann gegenüber einejn entsprechend großen, aus Stahl bestehenden Fahrzeugrad um etwa 45 bis 50 % herabgesetzt werden.

b) Die Fahrzeugräder gemäß der Erfindung können mit den üblichen Gießverfahr-Techniken verwirklicht werden.

c) Das äußere Erscheinungsbild der Fahrzeugräder wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale nicht beeinflußt,

d) Die Belüftung der Bremsen wird weder beeinträchtigt noch verhindert.

e) Die Lebensdauer des Fahrzeugrades und infolgedessen auch des Luftreifens wird erhöht.

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f) Das zusätzliche Metall in den Auskehlungen unterstützt den Abfluß des Metalles in den Rand des Fahrzeugrades während des GießVorganges.

g) Die erfindungsgemäßen Räder können sehr vorteilhaft in Verbindung mit Nabenplatten verwendet werden.

Indem die Auskehlung 30 vorgesehen wird, ist es möglich, die Materialdicke des Scheibenteiles des Fahrzeugrades in unmittelbarer Nähe der Scheibenrippe 24 und damit auch die Auskehlung selbst herabzusetzen. Dies geht ganz deutlich aus Fig. 6 der Zeichnung hervor, die eindeutig zeigt, daß die allgemeine Dicke etwa um die Hälfte herabgesetzt werden kann, wobei die Auskehlung 50 bei dieser besonderen Ausführungsform eine wesentlich größere Tiefe und auch eine Breite besitzt, welche von den in Fig. 4 mit einem gestrichelten Linienzug 3>2 angegebenen Grenzlinien bestimmt werden.

Der Vorteil der Auskehlung 50 liegt darin, daß das die Entlüftungsöffnungen 16 bestimmende Material - vom Standpunkt der Festigkeit aus gesehen - von geringerer Bedeutung wird. Auf diese Weise kann die Gestalt und Größe der Entlüftungsöffnungen in einem ungleich höheren Maße verändert werden als bei denjenigen Konstruktionen, bei welchen das die Öffnungen bestimmende Material eine größere Bedeutung für die Festigkeit besitzt. Es ist erstrebenswert, daß die nach innen gerichtete Fläche der Auskehlungen von der neutralen Achse des Querschnittes weiter entfernt liegt als die inneren Grenzkanten oder Grenzränder der Öffnungen.

- Patentansprüche -

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Claims (10)

1. 2 549921

   PATENTANSPRÜCHE

   ^ 1.!Gegossenes Fahrzeugrad, mit einer Nabe zur Befestigung des -^ Fahrzeugrades an einer Fahrzeugnabe, einer Radverblendscheibe welche sich von der Nabe ausgehend im allgemeinen nach außen erstreckt, einem Muldenteil, der sich von dem äußeren Umfang der Scheibe ausgehend erstreckt und zwei Randwulstteilen für den Reifen, wobei dieses Fahrzeug eine Vielzahl von Entlüftungsöffnungen besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Scheibenrippen (24) vorgesehen ist, welche die Außenfläche der Radverblendscheibe (14) und die Außenfläche einer benachbarten Fläche eines der Radkranz-Bördelränder (20) sowie eine Vielzahl von Auskehlungen (30 oder 32 oder 50) im inneren Bereich der Scheibe (14) an Stellen verbinden, welche dem Umfangsabstand der Scheibenrippen (24) entsprechen, und daß die nach innen gerichtete Fläche einer jeden Auskehlung (30 oder 32) von der neutralen Achse des örtlichen Querschnittes der Scheibe weiter entfernt liegt als das die Innenkante (31) einer jeden benachbarten Belüftungsöffnung (16) bestimmende Material.
2. 2. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Vielzahl von Verstärkungsrippen (26) vorgesehen ist, welche auf der Innenfläche desjenigen Radkranz-Bördelrandes (20) angeordnet sind, die demjenigen Radkranz-Bördelrand gegenüberliegt, der der zuerst erwähnten Scheibenrippe (24) zugeordnet ist.
3. 3. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Auskehlung (30) den Abschnitt zwischen den BeIUftungsöffnungen (16) zumindest über einen Teil ihrer Länge überbrückt.

   - A 2 -

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   - sfc-g -'/Ο.
4. 4. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede Auskehlung sich nach außen zu in Richtung des Umfanges des Fahrzeugrades verjüngt
5. 5. Fahrzeugrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verjüngungswinkel zwischen 5° und 35° liegt.
6. 6. Fahrzeugrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Verjüngungswinkel zwischen 12° und 22° liegt.
7. 7. Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Auskehlung (30 oder 32) das Metall an der Basis in weichen Kurven verbinden.
8. 8. Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsöffnungen (16) abgeschrägt sind, wobei die Abschrägung unmittelbar nach außen weist.
9. 9. Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede Auskehlung (30) einen Querschnitt besitzt, der von einer nach innen weisenden konvexen Fläche bestimmt wird.
10. 10. Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (50) eine im wesentlichen größere Dicke aufweist als diejenige Dicke des Metalles (14), welche die Belüftungsöffnungen (16) unmittelbar bestimmt.

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