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Ein Kraftwagenrad besteht aus der Nabe mit dem durch Rad-
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bolzen daran befestigten, bereiften Scheibenrad, der mit der Nabe
verschraubten Bremsscheibe, sowie dem Bremssattel und Abdeckblech. Dieses komplette
Rad eines brutto 1300 kg wiegenden Personenkraftwagens besitzt eine Eigenmasse von
25,5 kg. Hier noch die Masse des Schwenklagers sowie die Massenanteile der mit dem
Schwenklager verbundenen Aufhängungs- und Federungsteile zugerechnet, ergibt eine
über 10 z vom Fahrzeuggewicht ausmachende unabgefederte Masse, welche die Strassenlage
des Fahrzeugs erheblich beeinflusst.
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Der derzeitigen Tendenz folgend, die Eigenmasse der Kraftfahrzeuge
herabzusetzen, werden wohl Fahrzeugkörper, Motor-Getriebeblock und Fahrwerksteile
erleichtert, am wenigsten jedoch das Rad selbst. Das Stahlscheibenrad durch ein
Leichtmetallrad zu ersetzen, bringt geringe Gewichtsersparnis, weil infolge des
gegenüber Stahl auf ein Drittel reduzierten E-Moduls von Leichtmetall erheblich
vergrösserte Querschnitte angewendet werden müssen. Radkörper, Bremse, Felge und
Reifen müssen zusammen einen Aufbau erhalten, durch den das Gesamtgewicht reduziert
wird, ohne Festigkeitseinbussen in Kauf nehmen zu müssen.
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Dies hat sich die Erfindung zur Aufgabe gesetzt. Sie geht davon aus,
dass es gelungen ist, Scheibenräder aus Stahl bzw.
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Leichtmetall durch solche aus faserverstärktem Kunststoff zu ersetzen
und damit einen Gewichtsvorteil zu erreichen. In Verbindung mit der konventionellen
Teilbelagscheibenbremse ergibt sich jedoch besonders an den Vorderrädern wegen der
dort auftretenden grossen, von der Bremsscheibe ausgehenden Wärmestrahlung und dem
daraus resultierenden hohen Temperaturanstieg der Umgebungsteile der Nachteil, dass
die verwendeten Kunststoffe thermisch überbeansprucht werden und auch die Wärmespeicherkapazität
eines Metallrades nicht zur Verfügung steht.
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Um diese Nachteile zu vermeiden und die eingangs gestellte Aufgabe
einer erheblichen Gewichtsreduktion des gesamten Rades einschliesslich Bremse zu
erzielen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, das mit einer Scheibenbremse ausgerüstete,
luftbereifte Kraftfahrzeugrad derart zu gestalten, dass es folgende, zum Teil für
sich bekannte Merkmale besitzt: a) Aus Metall hergestellter Radkörper, welcher auf
der Radaussenseite Rippen aufweist und dessen, der verrippten Aussenfläche gegenüberliegende
Innenfläche als Anlauffläche einer Scheibenbremse ausgebildet ist; b) Der Radkörper
besitzt Speichen, deren Enden Augen bilden, auf denen die Felge radial und einseitig
axial abgestützt ist und in denen die Radbolzen sitzen, über welche die Felge am
Radkörper befestigt ist; c) Vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff hergestellte
Felge, welche in ihrer radäusseren Hälfte an ihrem Innenumfang mit einer umlaufenden
oder unterbrochenen, nach innen reichenden Rippe ausgerüstet ist; d) Am Umfang gleichmässig
verteilte, auf die Radbolzen gesetzte, durch Muttern befestigte, abnehmbare Laschen.
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Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass der ohne zusätzliches Gewicht
für die sowieso zur Versteifung vorgesehene Verrippung mit grosser Oberfläche ausgerüstete
Radkörper für die Abführung der Bremswärme benutzt wird. Die Felge selbst wird durch
Ausbildung aus faserverstärktem Kunststoff, zum Beispiel Polyamid,auf ein minimales
Gewicht gebracht. Infolge des auf der Wärmeentstehungs- und auf der -abführungsseite
grossflächig ausgebildeten Bremsenumlaufteiles bleiben die Betriebstemperaturen
der Bremse selbst bei grosser Belastung
niedrig. Sie bleiben in
dem Bereich, in dem keine ins Gewicht fallende Strahlwirkung auftritt. Die Wärme
wird durch Konvektion über die Aussenverrippung des Radkörpers bzw. des Bremsdepkels
- bei Zweiflächenausbildung der Bremse - an die Umgebungsluft abgeführt. Dabei wirkt
sich die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes der Felge durch seine Isolierfähigkeit
günstig aus. Es wird keine Bremswärme vom Radkörper in die Felge geleitet.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die aus Kunststoff, beispielsweise
glasfaserverstärktem Polyamid, hergestellte Felge, durch den auf die Felgenhornenden
aufgegossenen oder aufgeklebten Reifen zu einer Einheit verbunden. In noch weiterer
Ausbildung der Erfindung ist das vom Reifenwerkstoff umfasste Felgenhorn so lang
ausgeführt, dass von ihm ein Drittel bis die Hälfte der Querschnittshöhe von Felge
und Reifen gebildet wird.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In Fig. 1 ist der Querschnitt durch ein angetriebenes, mit einer Vollbelagscheibenbremse
ausgerüstetes Kraftwagen-Vorderrad in der Ausführungsform mit einer Felgen-Reifen-Einheit
dargestellt. Dabei ist der Reifen zur einen Hälfte belastet und zur anderen Hälfte
unbelastet wiedergegeben. In Fig. 2, 3 und 4 sind Befestigungsarten des Reifens
am Felgenhorn für den Fall veranschaulicht, dass der fertig vorgeformte Reifen aufgeklebt
wird. Schliesslich ist in Fig. 5 der Schnitt durch ein Rad veranschaulicht, bei
dem der Reifen einen konventionellen Aufbau besitzt und auf die aus Kunststoff hergestellte
Tiefbett-Felge aufgesetzt ist.
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In Fig. 1 ist mit 1 das Schwenklager gekennzeichnet, welches über
die Radlagerung 2 den von der Antriebswelle 3 angetriebenen Radkörper 4 trägt. Auf
die Augen 42 der Radkörperarme 41
ist die aus faserverstärktem Kunststoff
hergestellte Felge 5, welche einen nach innen weisenden Ringfortsatz 5 besitzt,
gesetzt. Der Ringfortsatz 51 legt sich an die durch die Augen 42 gebildeten Schultern
an. In die Augen 42 sind die Radbolzen 43 geschraubt, auf denen die Radmuttern 44
sitzen, über welche die Spannbügel 6 gegen die Radaussenseite der Ringfortsätze
51 der Felge gedrückt werden und das Rad axial festhalten. Das vom Rad auf die Felge
übertragene Drehmoment wird durch Reibung zwischen Spannbügel 6, Ringfortsatz 51
und Augen 42' welche durch eine Profilierung der Abstützflächen unterstützt werden
kann, aufgenommen.
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Die Felge 5 bildet mit dem Reifen 7 eine Einheit. Im vorstehenden
Beispiel ist der Reifen aus faserverstärktem Kunstkautschuk aufgegossen. Dazu kann
der Reifen beispielsweise in einer Metall-Aussenform mit einem mehrteiligen Kunststoffkern,
der durch die durch Stopfen 53 verschlossenen Oeffnungen in der Felge 5 nach dem
Giessen wieder entfernt wird, gegossen werden.
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Der Kern kann aus einem Kunststoff geformt sein, der sich nach dem
Giessen durch Schlageinwirkung in Granulate auflöst, die durch Absaugen aus den
Oeffnungen der Felge entfernt wird. Zur formschlüssigen Verbindung zwischen Felge
und Reifen sind im Felgenhorn am Umfang verteilt Oeffnungen 54 angebracht, in welche
der Gummi des Reifens 7 beim Umgiessen eindringt. Der entsprechend verrippte, beispielsweise
aus Kugelgraphit-Grauguss hergestellte Radkörper 4 weist im Bereich der radialen
Aussenverrippung eined>ene Reibfläche 45 auf, welche im vorliegenden Beispiel
als Gegenfläche einer Vollbelagscheibenbremse 8 dient.
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Die zweite Bremsgegenfläche bildet der an den Radkörper 4 geschraubte
Innenbremsdeckel 9.
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Die in den Fig. 2 bis 4 verdeutlichten Felge-Reifenverbindungen stellen
Lösungsbeispiele dar mit auf die Felge aufgeklebtem,
beispielsweise
aus faserverstärktem Kunstkautschuk hergestellten Reifen. In Fig. 2 ist eine Ausführung
dargestellt, bei der der Reifen 10 an seinen Aussen- und Innenlappen 101 bzw. 102
Fortsätze 103 und 104 aufweist, welche beim Aufkleben in die Oeffnungen 54 des Felgenhorns
52 gepresst werden. In Fig. 3 weist der Aussenlappen 111 des Reifens 11 eine Aussparung
114 auf, in welche der Fortsatz 113 des Innenlappens 112 durch die Oeffnungen 54
hindurch eingreift und dadurch nach dem Aufkleben eine zusätzliche Formschlüssigkeit
herstellt. Fig. 4 veranschaulicht den betreffenden Fuss des Reifens 11 vor dem Aufkleben
auf die Felge mit aufgeklappten Reifenlappen.
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In Fig. 5 ist ein Rad im Schnitt dargestellt, welches bis auf die
Felge mit Reifen denselben Aufbau wie das Rad nach Fig. 1 besitzt. In diesem Fall
ist jedoch eine aus Kunststoff hergestellte Tiefbettfelge 12 mit ihrer Befestigungsrippe
121 und einem normal montierten Reifen 13 verwendet.
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Ein gemäss vorstehender Erfindung mit einer Felgen-Reifen-Einheit
ausgebildetes Rad für ein Fahrzeug mit 1300 kg Bruttogewicht weist folgende Einzelgewichte
auf: Radkörper aus Kugelgraphitguss 4,4 kg mit Befestigungsteilen Vollbelagscheibenbremse
mit 3,5 kg Bremsdeckel Polyamidfelge mit Reifen 8,2 kg 16,1 kg Je Rad wird also
eine Masse von 25,5 - 16,1 = 9,4 kg eingespart mit folgenden zusätzlichen Vorteilen:
1)
Der Reifen weist bei besserer Seitensteifigkeit infolge seines grösseren Luftvolumens
einen besseren Fahrkomfort, also bessere Federeigenschaft und Abrollweichheit auf;
2) Beim Reifenwechsel ist nur ein Reifen mit Felge von 8,2 kg Gewicht statt 17 kg
beim konventionellen Rad auszutauschen; 3) Eine Vollbelagscheibenbremse der dargestellten
Abmessung halt erfahrungsgemäss die Fahrzeuglebensdauer ohne Belagwechsel aus. Die
Bremswärme wird über den Radkörper an die Luft abgeführt, ohne dass der Reifen thermisch
von der Bremse her belastet wird.
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Die Gewichtseinsparung gegenüber dem konventionellen Rad erhöht sich
auf 11 kg, wenn der Radkörper aus Leichtmetall hergestellt wird.