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"Spe6.chenrad aus Kunststoff für Fahrzeuge und Verfahren und Vorrichtung
zu dessen Herstellung" Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Speichenrades
aus Kunststoff, das als Fahrzeugrad, vorzugsweise als Kutschwagenrad Verwendung
findet, welches bei gewichtsmäßig leichter Ausführung stabil und dauerhaft haltbar
ausgebildet ist und mit einfachen Mitteln durch ein gunstiges Verfahren rationell
und wirtschaftlich herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei dem Kunststoff-Speichenrad dadurch gelöst da13
dasselbe aus einer aus Glasfasersträngen mit Bindemittelngewickelten Nabe mit eingewickelter
Stahlbuchse, mehreren in Löcher der Nabe mit einem Längenende eingesteckten Speichen
aus glasfaserverstärkten Kunststoffprofilen, einer aus Glasfasersträngen mit Bindemittel
gewickelten, die anderen Längenenden der Speichen lagefixiert eingebettet haltenden
Felge
und einem auswechselbaren, am Felgen-Außenumfang festgelegten Laufbelag aus einem
elastischen Kunststoff oder Gummi gebildet ist.
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Zur Losung der Speichenrad-Herstellung ist ein Verfahren vorgesehen,
bei dem in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten a) auf eine Stahlbuchse nach der
Roving-Wickeltechnik Glasfaserstränge mit Bindemittel zu der Nabe gewickelt werden*
in in die gewickelte Nabe am Nabenmantel Einstecklöcher für die Speichen eingebracht
und anschließend die Speichen mit eines LKngenende in diesen Binstecklöchern durch
Einstecken und ggf. Einkleben festgelegt werden, c) die Felge nach der Roving-Wickeltechnik
aus Glasfasersträngen mit Bindemittel unter Einbettung der anderen Speichen-Längenenden
gewickelt wird, d) die Felge am Außenumfang zentrisch geschliffen und mit einer
eingeschliffenen Nut versehen wird und e3 auf dem Felgenumfang und in die Felgennut
der Laufbelag aufgezogen oder aufgegossen wird.
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Die der weiteren Aufgabenlösung dienende Vorrichtung zur Herstellung
eines apeichenrades nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist durch a) eine in einem
Wickelgerät lösbar aufgenommene Naben-Wickelform, b) eine Bohrvorrichtung zur Herstellung
der Speichen-Einstecklöcher in der Nabe, c) eine zweiteilige Felgen-Wickelform,
d)
ein mindestens eine Felgen-Wickelform mit eingesetzter Nabe und Speichen lösbar
aufnehmendes, die Wickelform um eine waagerechte Achse motorisch verdrehendes Wickelgerät
mit abnebmbarer Glasfaserstrang-und Bindemittel-Zuführeinrichtung, e) ein an dem
Felgen-Wickelgerät lösbar festlegbares Schleifgerät und f) eine das Speichenrad
flachliegend aufnehmende Form zum Aufgießen des Laufbelages gekennzeichnet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Aufgabenlösungen bezüglich des Speichenradaufbaues,
der Speichenradherstellung und der Herstellungsvorrichtung sind aus den Unteransprüchen
2u entnehmen.
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Der Erfindungsgegenstand erstreckt sich nicht nur auf die Merkmale
der einzelnen Anspruche, sondern auch auf deren Kombination.
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Das erfindungsgemäße Speichenrad aus Kunststoff ist in vorteilhafter
Weise aus einfach und preisgunstig herstellbaren Einzelteilen gebildet* die teilweise
nach ihrer Herstellung, teilweise während der Herstellung miteinander zu einer Baueinheit
verbunden werden.
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Besonders vOrteilhaft ist es, daß die Nabe und die Felge des Speichenrades
nach dem sogenannten Roving-Wickelverfahren aus Glasfaserstrangen mit Bindemitteln
hergestellt werden und dabei äußerst stabile Teile bilden, die miteinander durch
glasfaserverstärkte Kunststoff-Speichenprofile verbunden sind, was dem gesamten
Rad bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit und Sta-bilität verleiht.
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Der Laufbelag ist in vorteilhafter Weise auswechselbar an der Felge
festgelegt, so daß bei Verschleiß äußerst einfach und schnell ein neuer Laufbelag
an der Felge angebracht werden
kann.
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Durch den Aufbau des Speichenrades und durch die eingesetzte Roving-Wickeltechnik
ist das Speichenrad wirtschaftlich herstellbar und die dafür vorgesehenen Berstellungsmittel
sind ebenfalls äußerst einfach aufgebaut und ermöglichen ein rationelles und kostengünstiges
Fertigen und Zusammensetzen des Rades.
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Anhand der Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel gemäß
der Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kunststoff-Speichenrades,
bestehend aus einer Nabe, den Speichen, einer Felge und einem Laufbelag, Fig. 2
einen Halbschnitt durch dasselbe Speichenrad, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine
Wickelform für die Nabe mit eingebrachter Stahlbuchse und in atrich-pwiktierten
Linien angedeuteter Naber Fig. 3a einen Längsschnitt durch eine Wickelform für die
Nabe mit Stahlbuchse bei f@rtiggewickelter Nabe und im Bereich der Stahlbuchse stirnendseitig
gebildeten Wälzlager-Aufnehmen, Fig. 4 eine Vorderansicht einer Bohreinrichtung
für die Speichen-Aufnahmelöcher in der Nabe mit eingesetzter Nahe, Fig. 5 eine Draufsicht
im teilweisen Schnitt auf eine zweiteilige Felgen-Wickelform mit eingesetzter Nabe
mit Speichen, bei noch nicht geschlossener Felgen-Wickelform, Fig. 6 eine schematische
Seitenansicht eines Feigen-Wickelgerätes mit aufgenommener Felgen-Wickelform und
zugeordneter Glasfaserstrang- und Bindemittel-Zuführeinrichtung im senkrechten Schnitt.
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Das erfindungsgemäße Kunststoff-Speichenrd für Fahrzeuges beispielsweise
als Kutschwagenrad, setzt sich aus mehreren separat herstellbaren, teilweise nach
der Herstellung und teilweise während der Herstellung miteinander verbindbaren Einzelteilen,
und zwar einer Nabe 10, Speichen 11, einer Felge 12 und einem Laufbelag 13, zusammen.
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Die Nabe 10 und die Felge 12 werden nach der sogenannten Roving-Wickeltechnik
aus Glasfasersträngen mit Bindemitteln hergestellt und die Speichen 11 bestehen
aus glasfaserverstärkten Kunststoffprofilen; als Laufbelag 13 wird ein elastischer
Kunststoff oder Gummi verwendet.
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Die Nabe 10 besitzt in bevorzugter Weise eine Zylinderform, sie kann
aber auch in einer Tonnenform ausgeführt sein. Die stabförmigen Speichen 11 weisen
vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, der auf der Länge gleich groß
ist oder sich zur Felge 12 hin verringert.
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Die Felge 12 zeigt einen eckigen, wie quadratischen oder rechteckigen
Querschnitt und ist an ihrer äußeren Umfangseite mit einer ausgenommenen Nut 14
versehen, in welche der Laufbelag 13 mit einer Nase 13a eingreift. Dieser Laufbelag
13 nimmt in bevorzugter Weise die gesamte Breite der Felge 12 ein, wobei er mit
einer gewissen Stärke die Umfangseite der Felge 12 überdeckt; dieser Laufbelag 13
ist bei Verschleiß austauschbar.
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Die Radnabe 10 wird auf einer Wickelform 15 gemäß Figur 3 gewickelt,
die sich aus einer verdrehbaren Achse 16 und zwei darauf angeordneten Formscheiben
17 sowie einem auf der Achse 16 angeordneten Feststellmittel 18, vorzugsweise Mutter,
zusammensetzt.
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Für die Nabenherstellung wird zwischen die beiden Formscheiben 17
eine Stahlbuchse 19 gesetzt, welche auf innenseitig vorstehenden Ansätzen 17a der
Formscheiben 17 lagefixiert wird.
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Danach werden die beiden Forinscheiben 17 durch die auf ein Außengewinde
der Achse 16 aufgeschraubte Mutter 18 gegeneinandergedrückt, so daß die Stahlbuchse
19 fest zwischen den Formscheiben 17 sitzt und mit diesen verdreht werden kann.
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Beispielsweise läßt sich die eine Formscheibe 17 starr oder in Achsen-Längsrichtung
verstellbar auf der Achse 16 anordnen
und die andere Formscheibe
17 ist durch die Mutter 18 stufenlos verstellbar auf der Achse 16 vorgesehen, so
daß unterschiedlich lange Naben 10 auf dieser Wickelform 15 hergestellt werden können.
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An dem der Mutter 18 gegenüberliegenden Längenende weist die Achse
16 einen Wickelansatz 20 zum Verdrehen der Wickelform 15 in einem Wickelgerät auf,
wobei dieses Verdrehen manuell oder motorisch erfolgen kann.
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Die Stahlbuchse 19 wird beim Herstellen der Nabe 10 mit eingewickelt
und somit mit der Nabe 10 starr verbunden; die Stahlbuchse 19 steht vorzugsweise
aus beiden Naben-Stirnseiten heraus.
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Auf die Stahlbuchse 19 und zwischen die Formscheiben 17 werden beim
Verdrehen der Wickelform 15 Glasstränge unter ZufÜhrung eines geeigneten Bindemittels,
wie Polyester- oder Epoxydharz, gewickelt, so daß dadurch ein starrer Hohlkörper
entsteht; die Nabe 10 nimmt den gesamten freien Querschnitt zwischen den Formscheiben
17 und von der Stahlbuchse 19 bis zu den Formscheiben-Umfangrändern ein (vergl.
Fig. 3 strichpunktierte Linien).
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Nach dem Wickeln und Aushärten der Nabe 10 wird durch Lösen einer
Formscheibe 17 die Nabe 10 aus der Wickelform 15 entformt und die Nabe 10 bildet
dann mit der Stahlbuchse 19 eine feste Einheit.
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Die Stahlbuchse 19 kann selbst als Gleitlager für die Nabe 10 dienen
oder aber es lassen sich in die Stahlbuchse 19 zusätzliche Gleit- oder Wälzlager
21 einsetzen.
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Anschließend erhält die Kunststoffnabe 10 Einstecklöcher 22 für die
Speichen 11, welche auf dem äußeren Nabenumfang entsprechend der Anordnung von Einzel-
oder Doppeispeichen 11 im Abstand zueinander und gegeneinander versetzt eingebracht
werden.
Dieses erfolgt in einer Bohreinrichtung 23 gemäß Fig. X, welche auf einer Grundplatte
24 zwei aufrechte Lager 25,2G besitzt, in die die Nabe 10 mit einer Achse 27 eingesetzt
wird. Da die Einstecklöcher 22 schräg zur Naben-Drehachse eingebracht werden, ist
die Achse 27 in den Lagern 25,26 in einer Schräglage festsetzbar, so daß auch die
Nabe 10 schräg liegt.
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Die beiden Lager 25,26 sind beispielsweise gabelartig ausgebildet
und mindestens ein Lager 25 zeigt für die Einstellung der Naben-Schräglage Verstellmittel
in Form von Löchern 28 und einer Schraube 29 oder einem Steckbolzen. Die die Nabe
10 aufnehmende Achse 27 ist mit einem Ende in dem Lager 26 um eine Achse 30 höhenverschwenkbar
gelagert und wird in der Schräglage durch die Versteilmittel 28,29 in dem anderen
Lager 25 eingerichtet.
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Weiterhin besitzt die Bohreinrichtung 23 eine Rasteinrichtung (nicht
dargestellt), durch die die Nabe 10 entsprechend des umfangmäßigen Abstandes der
zu bohrenden Löcher 22 schrittweise verdrehbar und arretierbar ist. Mit 31 ist ein
Bohrer und mit 32 sind Befestigungsmittel, wie Gewindebolzen und Muttern, an der
Achse 27 zum Festlegen der Nabe 10 auf der Achse 27 bezeichnet.
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Für die Herstellung der Felge 12 ist eine zweiteilige Felgen-Winkelform
33 gemäß Fig.5 und 6 vorgesehen; die beiden Wickelformhälften sind vorzugsweise
identisch ausgebildet und weisen Jeweils einen Ring 34 mit winkligem Querschnitt
auf, die im zusammengesetzten Zustand mit ihrem Winkel-Querschnitt einen U-förmigen
Aufnahmeraum 35 bilden, der den Felgenquerschnitt ergibt.
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An den Ringen 34 sind Jeweils mehrere radiale Verbindungsstreben 36
befestigt, die ein zentrales Lager 37 mit Fhrungsaufnahme 38 für die Nabe 10 halten.
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Die Nabe 10 wird mit ihrer Stahlbuchse 19 auf eine FUhrungsaufnahme
38 einer Formhälfte aufgesteckt. Danach werden die Speichen 11 mit einem Längenende,
welches vorzugsweise aneschrägt oder konisch angespitzt ist, in die Einstecklöcher
22 der Nabe 10 eingesteckt und somit lagefixiert. Zusätzlich können die Speichen
11 in den Einstecklöchern 22 durch Kleben o.dgl. befestigt werden.
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Die beiden Ringe 34 zeigen an den umlaufenden Innenkanten ihrer waagerechten
Winkelschenkel 34a Aussparungen 39, beispielsweise halbkreisförmige Nuten, in die
die Speichen 11 mit ihrem anderen Längenendbereich einfassen und somit zum Felgen-Bildungsraum
35 hin lagefixiert sind. Die Speichen 11 fassen mit ihren felgenseitigen Enden in
den Felgen-Bildungsraum 35 hinein und werden bei der Felgenherstellung mit der Felge
12 verbunden.
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Nunmehr wird die zweite Wickelformhälfte auf die die Nabe 10 mit Felgen
11 haltende erste Hälfte aufgesetzt, wobei die Fühungsaufnahme 38 in das andere
Ende der Stahlbuchse 19 einfaßt und die Aussparungen 39 die Speichen 11 übergreifen.
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Nunmehr ist die Winkelform 33 geschlossen und sie wird mit ihren Lagern
37 auf eine Drehachse 40 eines Wickelgerätes 41 gesteckt und darauf festgesetzt,
beispielsweise verschraubt {Mutter 42). Die Wickelform 33 steht nunmehr senkrecht
und wird um die waagerechte Achse 40 des Wickelgerätes 41 vorzugsweise motorisch
verdreht.
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Dem Wickelgerät 41 ist an seinem die Achse 40 und deren Antrieb tragenden
Gestell 52 eine Glasfaserstrang-Zuführeinrichtung 43 mit Tränkbad 44, eine sogenannte
Rovingsabzugsvorrichtung, zugeortnet. Der zu der Felge 12 zu wickelnde Giasfaserstrang
45 kommt von einer Rolle 46 oder von Lagen und durchläuft das Tränkbad (Bindemittelbad)
44 über mehrere Umlenkrollen 47 und dann über eine weitere Fürungsroile 48 zu dem
Felgen-Bildungsraum 35 der Wickelform 33, in dem er zu der Felge 12
bei
Drehen der Wickelform 33 gewickelt wird. Des weitere ist der Wickelform 33 eine
Zuführeinrichtung 49 für eine glasfaserdurchsetzte Spachtelmasse 50 zugeordnet,
wobei Spachtelmasse 50 zuzn Einbetten der in den Aufnahmeraum hineinragenden Speichenenden
in die Glasfaserstränge 45 Die Einrichtungen 43 und 49 sind lösbar an dem Wickelger
angeordnet. Von der Führungsrolle 48 aus verläuft nach x eine einen Teilbereich
des Wickelform-Umfanges einnehmer Auffangrinne 51.
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Nachdem die Felge 12 gewickelt worden ist und ausgehärtc wird die
Wickelform 33 ton dem Wickelgerät 41 abgenofler die Wickeifori 33 geöffnet, so daß
das Speichenrad herat nommen werden kann. Nunmehr wird das Speichenrad mit sei Nabe
10 wieder auf die Achse 40 des Wickelgerätes 41 au@ steckt und festgesetzt. Die
Zuführeinrichtungen 43,49 we@ von dem Wickelgerät 41 entfernt und dafür an dem Wickelg
41 eine Schleifeinrichtung (nicht dargestellt) angebrach mit der der äußere Mantelumfang
der Felge 12 zentrierend schliffen wird. Gleichzeitig wird hierbei in den Mantel
die Nut 14 mit eingeschliffen.
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Danach wird der Laufbelag 13 auf die Feige 12 aufgebrach dem er als
vorgefertigtes Profil auf die Felge 12 aufge: oder aber in einer Form, in welcher
das Speichenrad flac gend angeordnet wird, aufgegossen wird.
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Auf der Achse 40 des Wickelgerätes 41 lassen sich auch Felgen-Wickelformen
33 im Abstand nebeneinander anordnet daß gleichzeitig zwei gleich oder unterschiedlich
große gefertigt werden können.
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Bei der in Fig. 3a dargestellten weiteren Ausführung der Naben-Wickelform
bildet mindestens ein Ansatz 17a der beiden Formscheiben 17 eine Aufnahme bzw. Anlage
für die auf die Achse 16 aufgeschraubte Mutter 18, die wahrend der Naben-Herstellung
die beiden Formscheiben 17 zusammenhält.
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Weiterhin sind die beiden Formscheiben-Ansätze 17a und ist die Stahlbuchse
19 derart gestaltet, daß in den beiden Nabenstirnbereichen je eine Aufnahme 21a
für ein tSlzlager 21, vorzugsweise Kugellager, gebildet wird. Hierfür ist die sich
an der Innenseite der Kunststoff-Nabe 10 erstreckende und mit dieser fest verbundene
sowie mit Abstandum die Achse 16 umlaufende Stahlbuchse 19 innenseitig mit einem
umlaufenden Ringansatz 19a versehen, der mit den in die Nabe 10 an beiden Stirnseiten
hineinragenden Formscheiben-Ansätzen 17a eine im Querschnitt eckige, umlaufende
Nut als Wälzlageraufnahme 21a ergibt.
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Die uber den im Querschnitt rechteckigen und sich mit seiner größeren
Rechteckausdehnung in Stanlbuchsen-Längsrichtung erstreckenden Ringansatz 19a beidseitig
hinausragenden dünnen Stahlbuchsenränder 19b greifen mit den Rändern 10a der Kunststoffnabe
10 in nutartige Aussparungen 17b der Formscheiben 17 während des Wickelvorganges
ei. Die Kunststoff-Nabe 10 erstreckt sich im fertigen Zustand über die gesamte Länge
der Stahlbuchse 19 und außenseitig um diese herum, so das die Stahlbuchse 19 innenseitig
freiliegt und zur Aufnahme der Wälzlager 21 endseitig die beiden Aufnahmen 21a zeigt,
in die die Wälzlager 21 von den Stahlbuchsen-Stirnseiten her eingebracht werden
können.
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Die nutartigen Aussparungen 17b der Formscheiben 17 ergeben an der
Kunststoff-Nabe 10 stirnendseitige, einen Teilbereich der Stärke der Nabe 10 einnehmende
und sich an die Stahlbuchse 19 anschließende Randprofile 1Oa