DE3620097A1 - Rad fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein insbesondere für Luftbereifung vorgesehenes Rad für Kraftfahrzeuge, das eine Felge und eine radial innerhalb von dieser angeordnete, mit der Felge verbundene Scheibe aufweist.

Räder für Kraftfahrzeuge werden bisher aus Stahl oder Leichtmetall hergestellt. Dabei besteht das Bestreben, das Gewicht derartiger Räder aus Gründen der Fahreigenschaften möglichst gering zu halten, weil es sich bei den Rädern um ungefederte Massen handelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zumindest größtenteils aus nicht-metallischem Werkstoff gebildetes Rad zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Felge und die Scheibe im wesentlichen aus Kunststoff bestehen, und daß die Scheibe mehrere zwischen einem radial innen liegenden Teil und dem äußeren Teil der Scheibe ver­ laufende auf Druck belastbare Speichen aufweist, deren Oberfläche vorzugsweise nach beiden Seiten einer parallel zur Radebene verlaufenden Ebene konvex gewölbt verläuft.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Scheibe für das radial an die Innenseite der Felge anschlie­ ßende Teil des Rades verwendet, auch wenn zwischen den Speichen Durchbrüche in der Scheibe vorhanden sind. Die Speichen können ähnlich gestaltet sein wie bei den aus Metall hergestellten Gußspeichenrädern. Es ist aber auch möglich, Durchbrüche im Bereich zwischen den Speichen nicht vorzusehen, so daß die Speichen in diesem Fall rippenartige Verstärkungen einer im wesentlichen geschlossenen Radscheibe bilden.

Die Speichen sind durch ihre konvex nach außen vorspringende Form leicht herstellbar und für die Aufnahme von Drücken gut geeignet und sind auch in der Lage, Biegemomente aufzunehmen und bei geeignetem Anschluß an die Felge Biegemomente in diese einzuleiten.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß unter Verwendung von Kunststoff, der erforderlichenfalls mit geeignetem Füllmaterial, insbesondere mit Kurzschnitt- oder Endlosfa­ sern wie Glas-, Aramid- und Kohlenstoffasern, oder einer Kombination verschiedener Fasermischungen verstärkt sein kann, relativ leichte Räder herstellbar sind, wobei von besonderem Vorteil ist, daß die Herstellung des Rades ge­ genüber der Herstellung von Metallrädern, die durch Stanzen, Drücken, Schweißen und bei Leichtmetallrädern auch durch Gießen hergestellt werden, stark vereinfacht sein kann. Darüber hinaus weist der Kunststoff bei geeigneter Auswahl eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Witterungseinflüs­ sen und anderen Beeinflussungen auf. Als Kunststoffe kommen alle Kunststoffe in Frage, die neben einer hinreichenden chemischen Beständigkeit die bei einem Rad auftretenden Belastungen aufnehmen können. Bei den Kunststoffen kann es sich um Thermoplaste handeln, wenn beim Betrieb des Rades sichergestellt ist, daß die Radtemperaturen ausreichend gering bleiben, oder um Duroplaste. Von Vorteil erscheint die Verwendung von solchen aushärtbaren Harzen, deren Reak­ tion durch Erwärmung beschleunigt wird und deren Temperatur­ beständigkeit durch entsprechend hohe Aushärtetemperatur und Temperung verbessert wird.

Die Festigkeit des Werkstoffes ist bei einem Faserverbund­ werkstoff (FVW), der bevorzugt verwendet wird, sowohl durch die Eigenfestigkeit des Kunststoffs als auch durch die Festigkeit der Fasern bedingt. Bei dem bevorzugt verwendeten FVW werden die Festigkeitswerte durch die Verstärkungsfasern in Verbindung mit einer Stützmatrix aus Kunststoff erreicht.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung verläuft die Scheibe in Bereichen außerhalb der Speichen im wesentlichen in einer parallel zur Radebene verlaufenden Ebene. Wenn im Bereich zwischen den Speichen in der Scheibe Durchbrüche vorhanden sind, so kann es sich bei den soeben genannten Bereichen außerhalb der Speichen um flanschartige Bereiche der Scheibe handeln, die insbesondere dann vorteilhaft sind, wenn die Scheibe, wie bei einer später beschriebenen Ausführungsform der Erfindung beschrieben, aus zwei vorgefertigten Halb­ scheiben zusammengefügt wird. Die flanschartigen Bereiche können dann den Zusammenhalt der Scheibenhälften unterstüt­ zen. Die außerhalb der Speichen liegenden Bereiche der Scheibe können jedoch auch in einer rotationssymmetrischen, bezüglich der genannten Ebene unsymmetrischen Fläche liegen, beispielsweise in einer Kegelfläche oder in einer Fläche, die im Axialschnitt gewölbt verläuft.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Scheibe in ihrem radial äußeren Bereich mindestens einen an die Form der Felge angepaßten Bereich auf, an dem sich die Felge mit einer radial innen liegenden Fläche abstützt. Hier ist die Scheibe als separates Teil, ggf. aus zwei Halbscheiben oder Scheibenhälften, hergestellt, und die Felge stützt sich an dem genannten Bereich ab, so daß hierdurch eine sichere Übertragung der vom Reifen auf die Felge übertragenen Kräfte auf die Scheibe erfolgen kann. Der genannte Bereich kann außerdem dazu dienen, die Felge insgesamt zu verstärken, insbesondere wenn sich der Bereich über die gesamte Breite der Felge erstreckt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Scheibe aus zwei in der Radebene zusammmengefügten Scheibenhälften, und die Felge ist zwischen den Scheibenhälften formschlüssig aufgenommen. Zusätzlich ist die Felge mit den Scheibenhälf­ ten fest verbunden, z.B. durch kleben. Das Rad wird hier somit aus mindestens drei Teilen hergestellt, nämlich den beiden Scheibenhälften und der Felge. Dadurch ist eine einfache Herstellung möglich. Die beiden Scheibenhälften können bei geeigneter Konstruktion mittels der gleichen Form hergestellt werden. Bei der soeben beschriebenen Ausfüh­ rungsform kann die Felge ohne Schwierigkeiten als ungeteil­ ter ringförmiger Körper hergestellt werden, was nach derzei­ tiger Auffassung für die Stabilität der Felge und des gesam­ ten Rades am günstigsten ist. Es wird jedoch nicht ausge­ schlossen, daß die Felge auch mehrteilig ausgebildet sein kann und erst durch die Verbindung mit der Scheibe und ggf. durch anschließend an der Felge angebrachte weitere Befesti­ gungsmittel, beispielsweise Bandagen aus faserverstärktem Kunststoff mit um 90° versetzter Orientierung der Fasern, die erforderliche Stabilität erhält.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Scheibenhälften an ihrem äußeren Rand einstückig ange­ formte, die Felge im wesentlichen auf ihrer gesamten, radial innen liegenden Fläche unterstützende Abschnitte aufweisen. Hier weist das als Felge bezeichnete Teil die Sitzflächen für die Reifenwülste eines insbesondere schlauchlosen Rei­ fens auf, und die soeben genannten unterstützenden Abschnit­ te tragen zusätzlich zur Festigkeit der Felge bei, da sie die Felge auf deren Gesamtbreite unterstützen und mit dieser vorzugsweise durch Kleben fest verbunden sind. Die Anlage­ fläche zwischen der Felge und den genannten Abschnitten soll zur Sicherstellung einer festen Verbindung möglichst groß sein.

Bei Ausführungsformen der Erfindung sind getrennt herge­ stellte Teile des Rades miteinander verklebt oder in anderer Weise ohne besondere mechanische Verbindungselemente wie Schrauben oder Nieten miteinander verbunden. So kann bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Verbindung der Radeinzelteile durch die gemeinsame Aushärtung des FVW in einer geschlossenen Form erreicht werden. In beiden Fällen wird eine möglichst leichte Bauweise des Rads unter­ stützt. Die zuletzt genannte Art der Herstellung ist beim fertigen Rad anhand eines Schnittes leicht feststellbar, weil die Faserverstärkung, die vorzugsweise in Form von Geweben vorliegt, jedem der Einzelteile des Rads genau zugeordnet werden kann. Es ist möglich, daß die Faserver­ stärkungen der verschiedenen Einzelteile des Rades miteinan­ der in Berührung sind und dadurch einen festen Verbund der Einzelteile des Rades unterstützen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Innere der Speichen mit einem festen (im Gegensatz zu flüssig oder gasförmig) Material ausgefüllt. Dieses Material kann dann, wenn das Rad in der oben beschriebenen Weise durch Verkleben von vorgefertigten Teilen hergestellt wird, dazu dienen, die Festigkeit des Rads dadurch zu steigern, daß ein Einbeulen im Bereich der Speichen verhindert wird; hierzu muß die Festigkeit des das Innere der Speichen ausfüllenden Mate­ rials nicht allzu groß sein, und hierfür eignet sich bei­ spielsweise ein Element aus ausgehärtetem Kunststoffschaum, das vor dem Zusammenfügen der miteinander zu verklebenden Teile des Rads eingesetzt wird. Es kann im Einzelfall zweck­ mäßig sein, das feste Material mit einer sehr hohen Bela­ stungsfähigkeit auszustatten, wie dies beispielsweise dann möglich ist, wenn es in Form einer Wabenkonstruktion aus Metall oder einer faserverstärkten oder mit Gewebe verstärk­ ten Kunststoffkonstruktion vorliegt.

Wird das Rad zumindest im Bereich der Speichen dadurch gebildet, daß mit noch nicht ausgehärtetem Kunststoff ge­ tränkte Gewebebahnen oder Prepregs in eine Form eingelegt und dort unter Anwendung von Druck und gegebenenfalls auch Wärme miteinander verbunden und ausgehärtet werden, so ist nach derzeitiger Auffassung eine Ausfüllung der Speichen mit einem festen Material erforderlich, damit dieses den erfor­ derlichen Innendruck aufbaut, damit sich im Bereich der Speichen das mit Kunststoff getränkte Gewebe an die Innen­ fläche der Form fest anlegt.

Das feste Material im Inneren der Speichen wird dabei durch den zunächst noch flüssigen oder unter Wärmeeinwirkung sich verflüssigenden Kunststoff unlösbar mit dem durch die Gewe­ bebahnen gebildeten Teil der Speichen verbunden. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform eines Rades, bei dem das feste Material in die Speichen eingelegt wird, um beim fertigen Rad die Festigkeit zu erhöhen, ohne daß es für die Ausführungen des Fertigungsvorgangs erforderlich ist, kann es zweckmäßig sein, das feste Material mit der Innenseite der Speichen durch Kleben so zu verbinden, daß es seine Lage nicht ändern kann.

Das bisher beschriebene Rad kann beispielsweise für die Bereifung von Personenkraftwagen ausgebildet sein und weist dann im allgemeinen in der von Metallrädern bekannten Weise im zentralen Bereich der Scheibe ein Loch sowie in dessen Umkreis mehrere Löcher für Radschrauben auf, wobei sich diese Löcher in einem Bereich der Scheibe befinden, der parallel zur Radebene verläuft.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist jedoch eine Nabe aus Kunststoff oder Metall vorgesehen, und die Scheibe ist an ihrem radial innen liegenden Bereich zur großflächigen Anlage an der Nabe ausgebildet und mit dieser verklebt. Im Inneren der Nabe können Ausdrehungen zur Auf­ nahme von Lagern wie Kugellager angeordnet sein. Ein derar­ tiges Rad eignet sich für heute übliche Konstruktionen von Zweirädern. Die genannte großflächige Verklebung ist insbe­ sondere dann wichtig, wenn zwischen der Nabe und der Scheibe erhebliche Drehmomente auftreten, z.B. dann, wenn an der Nabe eine Bremsanlage in Scheiben- oder Trommelausführung befestigt ist, wie dies bei Motorrädern üblich ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich ein Abschnitt einer Speiche oder mehrerer im zentrumsnahen Bereich der Scheibe zusammenlaufender Speichen bis zur Nabe hin. Wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels, insbesondere der Zeichnung, deutlich wird, ermöglicht dies eine besonders wirkungsvolle Abstützung der Felge durch die Speichen in der Weise, daß Biegemomente und Druckkräfte günstig in die Nabe eingeleitet werden können.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung bilden zwei im zentrumsnahen Bereich der Scheibe zusammenlaufende Speichen einen Winkel von etwa 90° und setzen sich von der Stelle, an der sie zusammenlaufen, in radialer Richtung zum Zentrum der Scheibe hin fort. Die beiden im zentrumsnahen Bereich auf­ einandertreffenen Speichen bilden somit zusammen mit den sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt die Form eines Y. Das ganze Rad weist vorzugsweise eine Anordnung von drei derartiger "Y"-Konfigurationen auf, es kann im Einzel­ fall aber auch zweckmäßig sein, vier derartige Konfigura­ tionen vorzusehen.

Der Vorteil liegt darin, daß dann, wenn ein durch ein Gewebe verstärkter Faserverbundwerkstoff verwendet wird, dessen einzelne Faser in den Richtungen 0°, 90°, +45° und -45° verlaufen, die Richtung der Fasern in allen Bereichen aller Speichen, also in allen Teilen aller "Y" so verlaufen, wie dies zur optimalen Übertragung der auftretenden Belastungen erforderlich ist, nämlich einerseits in Längsrichtung der verschiedenen Teile des Y, in Querrichtung dazu, und unter Winkeln von 45° zu den beiden genannten Richtungen.

Die geschilderte Orientierung der Fasern kann beispielsweise durch zwei Lagen eines Gewebes realisiert werden, wobei die beiden Gewebelagen um 45° zueinander verdreht sind.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Gewebe, das für den Faserverbundwerkstoff verwendet wird, eine Atlasbindung auf. Der Vorteil liegt darin, daß sich die in Längsrichtung und Querrichtung des Atlas-Gewebes verlau­ fenden Fasern relativ leicht gegeneinander verschieben können. Beim Einbringen des noch nicht ausgehärteten, mit Kunststoff getränkten Gewebes in eine Form zur Herstellung der vorgefertigten Radteile oder zur Herstellung des ganzen Rades paßt sich das mit Kunststoff getränkte Gewebe leicht der Form an, in der die Aushärtung des Kunststoffes erfolgt. Weiter ist bei Verwendung von Atlasgewebe von Vorteil, daß die in Längsrichtung des Atlasgewebes verlaufenden Fasern weniger stark als beispielsweise bei einer Leinenbindung von einem völlig geradlinigen Verlauf abweichen. Dies hat beim fertigen Rad eine höhere wirksame Zugfestigkeit und einen höheren wirksamen Elastizitätsmodul der Faser zur Folge, und damit eine insgesamt höhere Belastungsfähigkeit des Rads.

Bei einer derartigen Atlasbindung kreuzt sich der Kettfaden beispielsweise nur mit jedem 5. oder 7. Schußfaden und umgekehrt, wogegen bei der Leinenbindung sich der Kettfaden mit jedem 2. Schußfaden und umgekehrt kreuzt.

Auch eine Köperbindung bei dem zur Verstärkung des Kunst­ stoffs verwendeten Gewebe kann vorteilhaft sein. Bei der Köperbindung treten unmittelbar aneinander angrenzende Überkreuzungspunkte der rechtwinklig zueinander verlaufenden Gewebefäden auf. Auch modifizierte Köper- und Atlasbindungen und Kombinationen von diesen Bindungen können verwendet werden.

Vorzugsweise nehmen die bis zur Nabe hin verlaufenden Berei­ che der Speichen am Umfang der Nabe einen Bereich von insge­ samt weniger als 180° ein, vorzugsweise weniger als 120°. Der Grund liegt darin, daß in Achsrichtung des Rades gesehen im Bereich der Speichen weniger Platz für eine Verklebung mit der Nabe zur Verfügung steht als in Bereichen außerhalb der Speichen, und daher wird zur Erzielung einer möglichst großflächigen Verklebung der genannte Bereich der Speichen klein gehalten.

Bei Ausführungsformen der Erfindung kann die Nabe Bohrungen zum Befestigen einer Bremsanlage aufweisen.

Die Speichen können insbesondere dann, wenn die Scheibe aus zwei separat hergestellten Halbscheiben zusammengesetzt ist, hohl sein. Es wird aber nicht die Möglichkeit ausgeschlos­ sen, die Speichen mit einem geeigneten Material auszufüllen, welches als schubsteifer Stützstoff die Steifigkeit der Speichen erhöht sowie ein Versagen dünnwandiger Speichen durch Ausbeulen verhindert. Für dieses Material eignen sich Kunststoffschaum, Aluminiumwaben und mit Harz getränkte Zellulosewaben. Ein derartiger Schaumkern kann insbesondere dann vorhanden sein, wenn die Scheibe oder das ganze Rad durch einen Preßvorgang erzeugt wird, wobei in die Preßform vor dem Einbringen des die Scheibe bildenden Faserverbund­ werkstoffes ein Kern aus Kunststoffstützschaum eingelegt worden ist, welcher beim Pressen den nötigen Innendruck zum Anpressen des FVW an die Formmulde erzeugt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfin­ dung verwirklicht sein. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels eines Rads,

Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 vergrößert die Einzelheit III in Fig. 2,

Fig. 4 vergrößert der achsnahe Bereich in Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 einen der Fig. 5 entsprechenden Schnitt durch ein anderes Rad.

Ein Rad 1 besteht aus einer Nabe 2 aus Leichtmetall, zwei gleichen Scheibenhälften 4 und einer Felge 6. Das ganze Rad 1 ist symmetrisch bezüglich einer parallel zur Radebene verlaufenden Mittelebene.

Jede Scheibe weist sechs Speichen 10 auf, von denen je zwei unter einem Winkel von 90° (zwischen den Längsachsen der Speichen gemessen) nahe der Nabe aufeinandertreffen und von dort mit einem gemeinsamen, genau radial verlaufenden Spei­ chenabschnitt 12 zur Nabe verlaufen. Zwei Speichen 10 und ein Speichenabschnitt 12 bilden die Form eines Y. Es sind drei derartige Y-Konfigurationen vorhanden. Es verläuft keine der Speichen 10 genau radial zur Radachse, vielmehr verlaufen die Speichen 10 etwa tangential zu der Außenfläche 14 der Nabe 2. Die beiden Scheibenhälften 4 sind aus gewebe­ verstärktem Kunststoff durch Pressen und Aushärten vorge­ fertigt. Es handelt sich im Ausführungsbeispiel um einen Kunststoff, dessen Aushärtvorgang durch Erwärmen gestartet werden kann. Bei der Herstellung der Scheibenhälften sind die Speichen als aus der Radebene herausspringende, im Querschnitt der Fig. 5 halbkreisförmige Bereiche gebildet worden, an deren Rändern sich flanschartige Bereiche 18 anschließen. Diese flanschartigen Bereiche 18 liegen mit parallel zur Radebene verlaufenden anderen Bereichen 20 in nächster Nähe der Nabe und mit Bereichen 22 nahe dem radial äußeren Rand der Scheibe in einer Ebene und gehen in diese über. Die aneinander anliegenden Bereiche 18, 20, 22 der beiden Scheibenhälften sind miteinander verklebt. Außerdem sind der Form der als Doppelkegelstumpffläche ausgebildeten Außenfläche 14 der Nabe 2 angepaßte, bei den beiden Schei­ benhälften voneinander weggerichtete Abschnitte 26 mit der genannten Fläche 14 der Nabe 2 verklebt. Dabei haben diese Abschnitte 26 im Bereich der Speichenabschnitte 12 eine verhältnismäßig geringe Breite, die in Fig. 2 in der oberen Hälfte gezeigt ist, und im Bereich zwischen den Speichen­ abschnitten 12 eine relativ große Breite, die in Axialrich­ tung von dem äußeren Rand der Fläche 14 bis zur Mitte der Nabe reicht. Diejenigen Bereiche 26, die die genannte große Breite haben, nehmen mehr als die Hälfte des Umfanges ein, sogar mehr als zwei Drittel des Umfanges, und zwar deshalb, weil nur relativ wenige Speichenabschnitte 12 mit einer insgesamt verhältnismäßig geringen Breite, in Umfangsrichtung gemessen, bis zur Nabe hin verlaufen.

Diese Speichenbereiche 12 ermöglichen durch ihre Abstützung an der Nabe 2, wie sie in der oberen Hälfte der Fig. 2 gezeigt ist, eine wirkungsvolle Einleitung von Biegemomenten von der Scheibe in die Nabe.

Am radial äußeren Randbereich der Scheibenhälften 4 schlie­ ßen sich Bereiche 30 der Scheibenhälften an, die an der radial innen liegenden Fläche der Felge 6 in dem in Fig. 3 gezeigten Schnitt auf der gesamten Breite der Felge anlie­ gen, wobei lediglich zwei schmale ringförmige Bereiche 34 der Felge 6 ausgenommen sind, in denen die Felge 6 zur Bildung der Sitzflächen 36 für die Reifenwülste radial nach außen verformt worden ist.

Die Felge 6 ist aus dem gleichen Material wie die Scheiben­ hälften 4 hergestellt und ebenfalls als vorgefertigtes Teil ausgebildet. Das fertige Rad wurde aus den beiden Scheiben­ hälften 4, der Felge 6, und der Nabe 2 nach dem Aufbringen von Kunststoffkleber auf die einander berührenden Flächen zusammengefügt und unter Wärme und Druck miteinander ver­ klebt. Die Felge 6 ist, wie besonders die Fig. 2 und 3 zeigen, zwischen den Bereichen 30 der Scheibenhälften 4 formschlüssig aufgenommen. Gleiches gilt für die Nabe 2.

In dem Bereich, in dem die Speichen 10 in die Bereiche 30 übergehen, stützen sich die Speichen 10, ähnlich wie die Speichenabschnitte 12 an der Nabe, an der Felge 6 ab, und dort können daher ebenfalls die Momente, die um in der Zeichenebene der Fig. 1 und senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 wirken, zwischen den Speichen und der Felge 6 über­ tragen werden. Im Bereich dieses Übergangs zwischen den Speichen 10 und den Bereichen 30 sind die parallel zur Radebene verlaufenden Abschnitte 22 nicht vorhanden.

Die Felge 6 weist in dem in Fig. 3 gezeigten Querschnitt in der Mitte einen nahezu halbkreisförmigen Abschnitt auf, an den sich die ringförmigen Bereiche 34 zu beiden Seiten anschließen; diesem folgen die Sitzflächen 36, die auf ihren Außenseiten durch die Felgenhörner 38 begrenzt sind. Die Felgenhörner 38 sind insbesondere auch gegen eine Biegung nach außen durch die radial innerhalb liegenden, den Felgen­ hörnern in der Form fast vollständig entsprechenden Ab­ schnitte 40 der die Felge 6 unterstützenden Bereiche 30 abgestützt. Der in Fig. 3 sichtbare Bereich unterhalb den Bereichen 34 ist mit Kunststoff ausgefüllt. Durch die Faser­ orientierung in überwiegend axialer Richtung in den Randzo­ nen des FVW der Felge 6 und in den Bereichen 30 der Scheiben wird eine hohe Biegesteifigkeit erreicht. Die Kerbwirkung an der Verbindungsstelle der zwei Scheibenhälften wird durch die durchgehende Felge 6 beseitigt.

Der Querschnitt der Felge und der diesem angepaßte Quer­ schnitt der Bereiche 30 kann je nach dem zu verwendeten Reifen entsprechend gewählt werden.

Ein Ventilstutzen 42 in Form eines kurzen Metallrohrs ist in der Mitte zwischen zwei aufeinander zu verlaufenden Spei­ chen 10 in der Felge angeordnet; im Bereich dieses Ventil­ stutzens 42 sind die Bereiche 22 der Scheibenhälften so geformt, daß sie insgesamt den Ventilstutzen 42 rohrartig einschließen. Der Ventilstutzen 42 ist in der Mittelebene des Rads 1 angeordnet. Durch die im Bereich des Ventil­ stutzens vorgenommene Verformung der Scheibenhälften wird eine Unterbrechung von Fasern und dadurch eine evtl. Ver­ ringerung der Stabilität vermieden.

Die Nabe 2 weist Sitzflächen für die Außenringe von Kugel­ lagern auf. Anstatt aus Leichtmetall, im Beispiel Aluminium, könnte die Nabe 2 auch aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt werden. In der Nabe sind in Axialrichtung ver­ laufende nicht durchgehende Langlöcher 44 und durchgehende Bohrungen 46 in den Bereichen, die radial innerhalb der Scheibenhälften liegen, vorgesehen; diese Aussparungen dienen zum Befestigen einer Bremsscheibe.

Der Vorteil der Verwendung einer Nabe aus Metall wird darin gesehen, daß wegen der guten Wärmeleitfähigkeit punktuelle starke Erhitzungen vermieden werden können. Die Metallnabe zeigt auch bei Wärmeeinwirkung kein Kriechverhalten, im Gegensatz zu Kunststoff. Dadurch bleibt die Schraubenvor­ spannung der Bremsscheibenhalteschrauben erhalten. Die drehwinkelunabhängigen Radlasten werden durch einen isotro­ pen, metallischen Werkstoff über Flächenpressung vom Radla­ ger auf die isotrope Nabe und von dort über Klebung in den anisotropen FVW eingeleitet, welcher die Lasten über die Struktur der Speichen gerichtet in die Felge weiterleitet.

Das Rad 1 ist für ein Umlaufbiegemoment von 470 Nm, ein Torsionsmoment von 1200 Nm, eine Radlast von 2700 N und für eine Schlagenergie von 500 J bestimmt.

Am Schnitt V-V, der radial etwas weiter außerhalb liegt als auf der Hälfte der Speiche 10, hat die Speiche 10 einen Außendurchmesser von 40 mm. Der Querschnitt ist unter Ver­ nachlässigung der durch die flanschartigen Bereiche 18 erforderlichen Formabweichung nahezu kreisförmig. Die Spei­ chen haben einen Querschnitt, der hinsichtlich zwei recht­ winklig zueinander verlaufenden Ebenen symmetrisch ist. Die Formen zum Herstellen des Rads können daher besonders ein­ fach hergestellt werden.

Im Beispiel hat das Rad 1 einen Außendurchmesser von 487,2 mm und eine Breite im Bereich der Felge von etwa 82 mm. Der Durchmesser der Nabe beträgt 115 mm. Die größte Breite der Speichen 10 beträgt etwa 37 mm; die Breite der Speichen­ abschnitte 12 etwa 40 mm, die Breite der flanschartigen Bereiche 18, 20 und 22 etwa 7 bis 11 mm und ist in den Ecken­ bereichen der vier- und dreieckigen Aussparungen 50 und 52 der Scheibenhälften etwas größer. Die Querschnittsfläche (nicht aber die Wandstärke) der Speichen 10 nimmt in Richtung auf die Felge 6 etwas ab. Dadurch wird die Dicke der Speichen radial nach außen kleiner, wodurch Kollisionen mit Bremsvorrichtungen einfach vermieden werden können.

Die Felge 6 ist ebenfalls ein Faserverbundbauteil. Die Ausrichtung der Gewebefasern verläuft in den Richtungen 0°, 90°, + 45°,- 45° Diese Richtungen sind in Fig. 1 einge­ zeichnet. Das die Fasern enthaltende Gewebe hat eine Atlas- Bindung. Auch andere Bindungen der Fasern sind bei anderen Ausführungsformen möglich. Der Fasergewichtsanteil liegt bei 55 +/- 5%, also in einem Bereich von 60 bis 50%. Das Flä­ chengewicht der Glasfaserverstärkung beträgt 2,2 +/- 0,2 kg/m².

Die Scheibenhälften weisen ein Flächengewicht von 2,3 +/- 0,2 kg/m² auf. Die Ausrichtung der Gewebefasern ist vorzugsweise + 45°, - 45° sowie 0° und 90°. Der Faserge­ wichtsanteil liegt bei 55 +/- 5%. Die Ausrichtung der Fasern wird in den Speichen durch das geometrische Design der 90°-Y-Speichen positiv unterstützt. Die Fasern werden im Naben- und Felgenbereich durch die dreidimensionale Verfor­ mung des Gewebes vorzugsweise in Belastungsrichtung ausgerichtet.

Die Felge 6 hat eine geschlossene Oberfläche und bietet da­ her die Möglichkeit, schlauchlose Luftreifen zu verwenden.

Kohlefaser, Aramidfaser, andere organische Verstärkungs­ fasern sowie eine Mischung dieser Materialien können eben­ falls verwendet werden. Als Matrix wird ein abgestimmtes Harz verwendet. Die Materialdicke beträgt 2 +/- 0,15 mm.

Als Harzsystem kommt ein modifiziertes Epoxidharzsystem zur Anwendung. Im Beispiel wird ein Harz aus Glycid-Äther 162 (100 Gewichtsteile) und Epikure 113 (38 Gewichtsteile) der Fa. Shell verwendet. Die erstgenannte Komponente ist ein flüssiges Epoxidharz auf der Basis von Epichlorhydrin und einem aliphatischen Polyol. Die zweite Komponente ist ein organischer Diamin. Dieses Harz ist zur Armierung mit Glasfasern gut geeignet. Werden statt dessen oder zusätzlich Kohlefasern verwendet, so wird vorteilhaft anstelle von Glycid-Äther 162 der Glycid-Äther 163 von Shell verwendet.

Für weitere Ausführungsformen kommen die Systeme Epikote 210-8-80 mit Härter BF₃-400 oder Härter Epikure DX 137 oder die Systeme 1153/149 und 1153/155 auf Epoxidbasis der Firma Shell zur Anwendung.

Modifizierte Harze auf Phenol-, Polyester- und Polyimid- Basis sind ebenfalls verwendbar.

Das Ausfüllen der Speichenhohlräume mit einem leichten, schubsteifen Kunststoffschaum, welcher offenporig oder geschlossenporig sein kann, ist eine weitere Ausführungs­ form.

Zur Verbesserung der Oberflächenqualität kommen Gewebe mit sehr geringem Einzelflächengewicht und feinster Oberflä­ chenstruktur sowie Vliese zur Anwendung, um eine glatte, glänzende Oberfläche auch bei stärkerer Temperatureinwirkung und auch eine geschlossene Oberfläche gegen das Eindringen von Umwelteinflüssen, wie Wasser, Benzin, Laugen, NaCl-Lö­ sung, Bremsflüssigkeit und unter Druck stehenden Gasen zu erhalten.

Die Form der Verstärkungsfasern liegt überwiegend in einer sehr gut verformbaren Gewebekonstruktion vor. Die Webarten oder Bindungsarten sind Köperbindungen und modifizierte Atlasbindungen.

Ein silikonfreies Trennmittel ermöglicht eine nachträgliche Lackierung des Rades. Das Einbringen einer Lackierung in die Radform vor der eigentlichen Verbundwerkstoffertigung ist ebenfalls möglich. Eine Verklebung der festen, ausgehärteten Radeinzelteile ist mit Klebefolie, Heißkleber sowie mit einem speziell eingedickten Klebeharz möglich.

Die Gesamtfläche der in Fig. 1 gezeigten vier- und dreiecki­ gen Löcher 50 bzw. 52 ist größer als die halbe Fläche der Scheibe einschließlich der Speichen 10 und der Abschnitte 12. Die Fläche der Flansche 18, 20, 22 ist klein im Ver­ gleich zur Fläche der Löcher 50, 52.

Fig. 6 zeigt einen der Fig. 5 entsprechenden Querschnitt durch eine Speiche eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Rads, bei dem der bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 5 hohle Innenraum der Speiche mit einem aus ausgehärtetem Kunststoffschaum gebildeten Kern 60 ausgefüllt ist. Bei dem Rad mit Speichen gemäß Fig. 6 sind die beiden Teile der Scheibe nicht vor dem Zusammenfügen fertig hergestellt und ausgehärtet worden, sondern das mit Kunstharz getränkte Gewebe für die eine Scheibenhälfte wird zunächst in eine Form eingelegt, anschließend werden die Kerne 60, die ent­ sprechend der Speichenform jeweils Y-Form haben, eingelegt, schließlich wird die zweite Formhälfte mit eingelegtem und mit Kunstharz getränktem Gewebe aufgelegt, wobei in allen Fällen darauf geachtet wird, daß eine Richtung der Fasern in der Richtung 0° (Fig. 1) und eine andere Richtung in der Richtung 45° verläuft, und anschließend wird die Form ge­ schlossen und unter Einfluß von Wärme und Druck wird der Kunststoff ausgehärtet.

Bei dem zuletzt beschriebenen Rad erfolgt eine Verbindung der beiden Scheibenhälften naß-in-naß. Die Felge kann in diesem Fall zweckmäßigerweise ein vorgefertigtes und völlig ausgehärtetes Teil sein; die Felge kann aber statt dessen im naß-in-naß-Verfahren mit den "nassen" Scheibenhälften zu einem kompletten Rad verbunden werden.

Bei Bedarf kann es zweckmäßig sein, beim Einlegen der mit Kunststoff getränkten Gewebebahnen in die Form zur Bildung entweder der beiden Scheibenhälften oder, wie zuletzt be­ schrieben, zur Bildung der gesamten Scheibe, im Bereich der in Fig. 1 sichtbaren größeren viereckigen Löcher in der Scheibe einen kurzen radial verlaufenden Schnitt in dem Gewebe anzubringen, wodurch sich das Gewebe besser in Rich­ tung auf die Speichen verziehen kann und sich dadurch besser der im Bereich der Scheiben auftretenden dreidimensionalen Verformung anpassen kann. Durch diese Maßnahmen kann das geometrische 90°-Y-Design der Speichen besser ausgenützt und die örtliche Faserwinkelbezugslinie, welche am Speichenfuß­ punkt bei der Nabe unter Winkeln von 120° am Umfang verteilt ist, ohne Schäftstellen oder Fügestellen durch Endlosfasern verwirklicht werden. Das heißt, daß bei allen Speichen 10 und bei allen Speichenabschnitten 12 des fertigen Rads die gleichen Faserwinkel-Orientierungswinkel vorhanden sind. Dies gilt, obwohl bei völlig flachem ebenem Gewebe, das entsprechend den in Fig. 1 oben eingezeichneten Faserrich­ tungen relativ zur Scheibenhälftenform ausgerichtet ist, die gewünschte Faserorientierung nur für das in Fig. 1 nach oben weisende "Y vorhanden ist.

Bei der Herstellung wird Gewebe verwendet, das die gesamte Scheibenfläche bedeckt. Die Aussparungen 50 und 52 werden zweckmäßig erst nach Fertigstellung des ganzen Rades ge­ schaffen. Der Faserwinkelausgleich zwischen dem Verlauf der Fasern bei völlig flachem, ebenem Gewebe und dem gewünschten Verlauf beim fertigen Rad erfolgt durch die dreidimensionale Verformung im Nabenbereich 26 oder allgemeiner im zentrums­ nahen Bereich und in den Scheibenbereichen 30 und 40.

Claims (19)

1. Insbesondere für Luftbereifung vorgesehenes Rad für Kraftfahrzeuge, das eine Felge und eine radial inner­ halb von dieser angeordnete, mit der Felge verbundene Scheibe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (6) und die Scheibe im wesentlichen aus Kunst­ stoff bestehen, und daß die Scheibe mehrere zwischen einem radial innen liegenden Teil und dem äußeren Teil der Scheibe verlaufende auf Druck belastbare Speichen (10) aufweist.

2. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe in Bereichen außerhalb der Speichen (10) im wesentlichen in einer parallel zur Radebene verlaufen­ den Ebene verläuft.

3. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Scheibe in Bereichen außerhalb der Spei­ chen im wesentlichen in einer rotationssymmetrischen, bezüglich der genannten Ebene unsymmetrischen Fläche liegt.

4. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe in ihrem radial äuße­ ren Bereich mindestens einen an die Form der Felge (6) angepaßten Bereich (30) aufweist, an dem sich die Felge mit einer radial innen liegenden Fläche ab­ stützt.

5. Rad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe aus zwei in der Radebene zusammengefügten Scheibenhälften (4) besteht, daß die Felge (6) zwi­ schen den Scheibenhälften (4) formschlüssig aufgenom­ men ist und mit den Scheibenhälften fest verbunden ist.

6. Rad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (6) mit den Scheibenhälften verklebt ist.

7. Rad nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheibenhälften (4) an ihrem äußeren Rand einstückig angeformte, die Felge im wesentlichen auf ihrer gesamten radial innen liegenden Fläche unterstützende Bereiche (30) aufweisen.

8. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (6) einstückig ausgebil­ det ist.

9. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Teile (2, 4, 6) des Rads vorgefertigt und miteinander verklebt sind.

10. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Teile des Rads in einer Form gemeinsam ausgehärtet sind.

11. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere der Speichen mit einem festen Material ausgefüllt ist.

12. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im zentrumsnahen Bereich der Scheibe zusammenlaufende Speichen (10) in einen sich in Richtung auf das Zentrum der Scheibe erstreckenden radial verlaufenden Bereich (12) übergehen.

13. Rad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Speichen (10) mit einem Abschnitt (12) die Form eines Y bilden.

14. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des Kunststoffs Gewebe mit einer Orientierung der Fasern in den Richtungen 0°, 90°, +45°, -45° verwendet ist.

15. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des Kunststoffs Gewebe in Atlas- oder Köper-Bindung vorgesehen ist.

16. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nabe (2) aus Kunststoff oder Metall vorgesehen ist, und daß die Scheibe an ihrem radial innen liegenden Bereich zur großflächigen Anlage an der Nabe ausgebildet und mit dieser verklebt ist.

17. Rad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Abschnitt (12) einer Speiche (10) oder mehrerer im zentrumsnahen Bereich der Scheibe zusammenlaufender Speichen (10) bis zur Nabe (2) hin erstreckt.

18. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Nabe (2) die Be­ reiche der konvex verlaufenden Abschnitte von Speichen (10) insgesamt weniger als 180° einnehmen, vorzugswei­ se weniger als etwa 120°.

19. Rad nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nabe (2) Bohrungen (46) zum Befestigen eines Teils einer Bremsanlage aufweist.