DE4123459C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad, insbesondere für Perso­ nenkraftfahrzeuge, bestehend aus einer zur Aufnahme eines Rei­ fens dienenden Felge und einer die Felge mit der Radnabe ver­ bindenden Radschüssel.

Fahrzeugräder der in Rede stehenden Art sind seit vielen Jahren aus der Praxis bekannt. Die wesentlichen Teile solcher Räder sind die Felge und die Radschüssel, die oft auch als Radscheibe bezeichnet wird. Als Werkstoffe finden bislang Stahlblech für Massenräder sowie Aluminium und - etwas seltener - Magnesium in Schmiede- und Gußversion Anwendung. Aluminiumblech hat sich trotz vereinzelter Anwendung aus Kostengründen nicht oder nur wenig durchsetzen können. Kunststoffe wurden bislang insbeson­ dere aufgrund ungenügender Warmfestigkeit, problematischer Rad­ befestigung und Radfertigung weitgehend abgelehnt.

Aus der DE-Z: ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 1983, Nr. 10, Seite 593 bis 597 ist für sich ein einteiliges Scheibenrad aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) bekannt. Zwar weist das aus der in Rede stehenden Entgegenhaltung bekannte Rad hinrei­ chende Festigkeitswerte auf, jedoch ist auch hier die Warmfe­ stigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Wärmeableitung von den Bremsen her, keineswegs hinreichend. Insbesondere bei maxi­ maler Bremsscheibentemperatur werden zulässige Höchsttemperatu­ ren weit überschritten. Als Abhilfe wird in der in Rede stehen­ den Entgegenhaltung vorgeschlagen, die Bremsen aus dem Felgen­ bereich zu verlegen, was im Hinblick auf bislang bestehende, serienmäßige Bremsanlagen undenkbar ist.

Des weiteren ist aus der US 44 83 729 ein Fahrzeugrad bekannt, das ebenfalls aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht. Die­ ses Rad ist zwar mindestens zweiteilig konstruiert, besteht je­ doch insgesamt ebenfalls aus Kunststoff und leidet somit eben­ falls an der bereits zuvor erwähnten ungenügenden Warmfestig­ keit, insbesondere im Hinblick auf hohe Temperaturen der Brems­ anlage beim Bremsen.

Bei Blechrädern sind Radschüssel und Felge in der Regel mit­ einander verschweißt. Bei Leichtmetall-Schmiede- und -Gußrädern wird meist die einteilige Version bevorzugt. Lediglich in Son­ derfällen werden bislang teilbare Ausführungen, auch in unter­ schiedlichen Werkstoffen, z. B. Magnesiumschüssel und Aluminium­ felge, hergestellt.

Grundsätzlich ist man im Bereich der Automobilindustrie be­ strebt, das Gewicht des Kraftfahrzeugs zu reduzieren, wodurch wiederum eine Kraftstoffreduzierung erreicht wird. Die Verwen­ dung von Aluminium und/oder Magnesium ist ein erster Schritt in diese Richtung. Der bislang gescheiterte Versuch, Fahrzeugräder insgesamt aus Kunststoff zu fertigen, ist - wie bereits zuvor erwähnt - an der geringen Warmfestigkeit des Kunststoffs und insbesondere auch an der geringen Wärmeleitfähigkeit zum Ab­ transport von Wärme aus dem Radschüsselbereich gescheitert. Ge­ rade die dort auftretende Bremswärme gilt es jedoch stets abzu­ transportieren, wobei die Radschüssel dabei als Kühlkörper zum Wärmetausch mit der Umgebung dienen soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Fahrzeugrad der Eingangs genannten Art so auszugestalten und weiterzubil­ den, daß bei hinreichender Wärmeabfuhr über die Radschüssel eine erhebliche Gewichtsreduzierung erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Fahrzeugrad löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist bei dem Eingangs genannten Fahrzeugrad die Felge aus Kunststoff und die Radschüssel weitgehend aus Metall gefertigt. Des weiteren ist die Felge mit der Radschüssel form- und/oder kraft- oder ma­ terialschlüssig verbunden.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, daß das Problem der ungünstigen Wärmeabfuhr eines völlig aus Kunststoff gefer­ tigten Fahrzeugrades dadurch behoben werden kann, daß das Fahr­ zeugrad zweiteilig und dabei aus unterschiedlichen Materialkom­ ponenten hergestellt wird. Die zur Wärmeabfuhr weniger beitra­ gende Felge wird in erfindungsgemäßer Weise insbesondere zur Gewichtsreduzierung des gesamten Fahrzeugrades aus Kunststoff gefertigt. Die für die Wärmeabfuhr der aus der Bremsenergie entstehenden Wärme verantwortliche und mit der Umgebung Wärme austauschende Radschüssel ist dagegen zumindest weitgehend aus Metall gefertigt. Somit erfüllt das Fahrzeugrad insgesamt ei­ nerseits die Forderung nach Gewichtsreduzierung, andererseits nach hinreichender Wärmeabfuhr im Bereich der Radschüssel.

Die Felge ist in weiter erfindungsgemäßer Weise mit der Rad­ schüssel form- und/oder kraft- oder materialschlüssig verbun­ den. Unter materialschlüssiger Verbindung ist hier eine Verbin­ dung zu verstehen, die entweder adhäsiv oder durch Bildung ei­ ner Reaktionszone oder dergleichen entsteht.

Da sich die Felge einerseits durch die Reibung zwischen Reifen und Straße, andererseits durch die von der Bremse her stark er­ wärmte Radschüssel ebenfalls erwärmt, ist es von besonderem Vorteil, wenn es sich bei dem die Felge bildenden Kunststoff um einen hochwarmfesten Kunststoff handelt. Dieser Kunststoff sollte zur Wärmeableitung eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Die für die Wärmeableitung der von der Bremse stammenden Wärme verantwortliche Radschüssel ist in besonders vorteilhafter Weise aus Aluminium, Magnesium oder einer Aluminium- oder Ma­ gnesiumlegierung hergestellt. Diese Materialien weisen geringe Dichten auf und haben dennoch relativ hohe Festigkeitswerte. Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium und Magnesium ist hinrei­ chend genug, daß bei genügend großer Oberfläche die beim Brem­ sen entstehende Wärme mühelos mit der Umgebung getauscht werden kann. Zur weiteren Gewichtsreduzierung könnte die Radschüssel auch aus einem Metall- Kunststoff- Verbundwerkstoff hergestellt sein. Der Kunststoffanteil verringert abermals das Gewicht des Fahrzeugrades erheblich. Damit nun eine hinreichende Wärmeab­ fuhr möglich ist, müßte es sich bei dem Metall- Kunststoff- Verbundwerkstoff um ein Einlagerungsgefüge handeln, wobei die Kunststoffkomponente den Dispergenten, d. h. die Einlagerungs­ phase, bildet. Die aus Metall bestehende Matrix wäre demnach für den Wärmetransport bzw. die Wärmeleitfähigkeit verantwort­ lich, der eingelagerte Kunststoff würde bei guter Haftung zwi­ schen den Phasen im Sinne eines Füllstoffes mit geringer Dichte dienen.

In besonders vorteilhafter Weise sind der Kunststoff der Felge und das Metall sowie gegebenenfalls der als Dispergent dienende Kunststoff der Radschüssel hinsichtlich ihrer thermischen Aus­ dehnung in etwa aufeinander abgestimmt. Diese Abstimmung ist insbesondere aufgrund der auftretenden unterschiedlich hohen Temperaturen von Vorteil, da bei in etwa abgestimmten thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten bei der Erwärmung bzw. beim Ab­ kühlen entstehende Materialspannungen weitgehend vermieden wer­ den. Folglich ist auch eine Haftung zwischen den Komponenten bzw. Phasen weitgehend gewährleistet.

Die Verbindung zwischen Felge und Radschüssel läßt sich - wie bereits zuvor erwähnt - form- und/oder kraft- oder material­ schlüssig realisieren. Konkret könnte die Felge mit der Rad­ schüssel verschraubt oder vernietet sein. Dazu ist in besonders vorteilhafter Weise die Radschüssel mit ihrem Randbereich in etwa der zwischen Hump und Tiefbett auf der dem Reifen abge­ wandten Seite der Felge ausgebildeten Kontur angepaßt. Dort liegt dann die Radschüssel weitgehend formschlüssig an der Felge an. Des weiteren könnte die Felge auf der dem Reifen ab­ gewandten Seite des Tiefbetts einen nach innen gerichteten Rand oder - entsprechend der Anzahl der Verschraubungen - einzelne Vorsprünge oder dergleichen zur Anlage und zum Festschrauben der Radschüssel aufweisen. Gleiches gilt für den Fall einer Vernietung. Die Radschüssel wäre dann in weiterer vorteilhafter Weise mittels sich von der Radinnenseite durch Bohrungen in dem Rand, den Vorsprüngen oder dergleichen hindurcherstreckenden und in die Radschüssel hineinreichenden Schrauben mit der Felge verbunden. Im Falle der Verwendung von Nieten müßte die Rad­ schüssel an entsprechenden Stellen ebenfalls Durchgänge aufwei­ sen.

Alternativ oder als Ergänzung zu der Verschraubung könnte die Felge mit der Radschüssel mechanisch verzahnt und gegebenen­ falls an der Verbindungsstelle verpreßt sein. Im Rahmen einer weiteren Möglichkeit zu Verbindung zwischen Felge und Radschüs­ sel könnte die Felge mit der Radschüssel im Sinne eines Metall- Kunststoff-Verbundwerkstoffes materialschlüssig verbunden sein.

Diese materialschlüssige Verbindung wäre insbesondere dann in besonders vorteilhafter Weise zu realisieren, wenn die Rad­ schüssel bereits für sich aus einem aus Metall und Kunststoff enthaltenden Verbundwerkstoff hergestellt ist. Bei der Herstel­ lung hervorgerufene Adhäsion könnte zu einer besonders guten Haftung zwischen den Komponenten führen, so daß sich eine be­ sonders gute Verbindung zwischen Felge und Radschüssel ergibt. Ebenso wäre es denkbar, daß der Verbindungsbereich zwischen Felge und Radschüssel als Metall-Kunststoff-Laminat ausgeführt ist, wobei auch hier die Herstellung der Radschüssel aus einem Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoff die Haftung bzw. den Verbund zwischen Felge und Radschüssel wesentlich begünstigen würde.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Er­ läuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer geschnittenen Darstellung ein Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades und

Fig. 2 in einer Vorderansicht das Fahrzeugrad aus Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen gemeinsam ein für Personenkraftfahr­ zeuge bestimmtes Fahrzeugrad. Dieses Fahrzeugrad besteht aus einer zur Aufnahme eines in den Figuren nicht gezeigten Reifens dienenden Felge 1 und einer die Felge mit der in den Figuren ebenfalls nicht gezeigten Radnabe des Kraftfahrzeugs verbinden­ den Radschüssel 2. Fig. 1 zeigt besonders deutlich die Anord­ nung der Felge 1 und der Radschüssel 2. Auf Einzelheiten dieser Bauteile wird nachfolgend lediglich insoweit Bezug genommen, als diese Einzelheiten zu Beschreibung der erfindungsgemäßen Lehre von Bedeutung sind.

Erfindungsgemäß ist die Felge 1 aus Kunststoff und die Rad­ schüssel 2 zumindest weitgehend aus Metall hergestellt. Fig. 1 zeigt dabei deutlich, daß die Felge 1 mit der Radschüssel 2 zu­ mindest weitgehend formschlüssig verbunden ist. Bei dem Kunst­ stoff der Felge 1 handelt es sich um einen hochwarmfesten Kunststoff. Die Radschüssel 2 ist aus Aluminium oder Magnesium bzw. aus einer entsprechenden Legierung hergestellt. Ebenso ist - wie bereits zuvor erwähnt - die Herstellung der Radschüssel 2 aus einem Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoff denkbar.

Fig. 1 zeigt besonders deutlich, daß die Felge 1 mit der Rad­ schüssel 2 verschraubt ist. Dazu ist die Radschüssel 2 mit ih­ rem Randbereich 3 zwischen Hump 4 und Tiefbett 5 auf der dem Reifen abgewandten Seite 6 der Felge 1 ausgebildeten Kontur an­ gepaßt. Dort liegt die Radschüssel 2 formschlüssig an der Felge 1 an. Fig. 1 zeigt des weiteren, daß die Felge 1 auf der dem Reifen abgewandten Seite 6 des Tiefbetts 5 einen nach innen ge­ richteten Rand 7 zur Anlage und zum Festschrauben der Radschüs­ sel 2 aufweist. Die Radschüssel 2 ist mittels sich von der Rad­ innenseite 8 durch Bohrungen 9 in dem Rand 7 hindurch er­ streckenden und in die Radschüssel 2 hineinreichenden Schrauben 10 mit der Felge 1 verbunden. Statt dessen oder gleichzeitig könnte die Felge 1 mit der Radschüssel 2 mechanisch verzahnt und gegebenenfalls verpreßt sein. Hinsichtlich weiterer Verbin­ dungstechniken wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß der Kern der vorlie­ genden Erfindung - Realisierung einer hinreichenden Wärmeabfuhr bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung durch Verwendung von Kunststoff - auch bei sonstwie ausgestalteten Fahrzeugrädern realisiert werden kann. Das voranstehend lediglich exemplarisch gewählte Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Lehre verdeutlichen, jedoch keineswegs auf das Ausführungsbeispiel einschränken.

Claims (13)

1. Fahrzeugrad, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge, be­ stehend aus einer zur Aufnahme eines Reifens dienenden Felge (1) und einer die Felge (1) mit der Radnabe verbindenden Rad­ schüssel (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (1) aus Kunststoff und die Radschüssel (2) zumindest weitgehend aus Metall besteht und daß die Felge (1) mit der Radschüssel (2) form- und/oder kraft- oder materialschlüssig verbunden ist.

2. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (1) aus hochwarmfestem Kunststoff hergestellt ist.

3. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Radschüssel (2) aus Aluminium, Magnesium oder ei­ ner Aluminium- oder Magnesiumlegierung hergestellt ist.

4. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Radschüssel (2) aus einem Metall-Kunststoff- Verbundwerkstoff hergestellt ist.

5. Fahrzeugrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoff hergestellte Radschüssel (2) ein Einlagerungsgefüge aufweist und daß die Kunststoffkomponente den Dispergenten bildet.

6. Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kunststoff der Felge (1) und das Metall sowie ggf. der als Dispergent dienende Kunststoff der Radschüs­ sel (2) hinsichtlich ihrer thermischen Ausdehnung in etwa auf­ einander abgestimmt sind.

7. Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Felge (1) mit der Radschüssel (2) ver­ schraubt ist.

8. Fahrzeugrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Radschüssel (2) mit ihrem Randbereich (3) in etwa der zwi­ schen Hump (4) und Tiefbett (5) auf der dem Reifen abgewandten Seite (6) der Felge (1) ausgebildeten Kontur angepaßt ist und dort weitgehend formschlüssig an der Felge (1) anliegt.

9. Fahrzeugrad nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Felge (1) auf der dem Reifen abgewandten Seite des Tiefbetts (5) einen nach innen gerichteten Rand (7), einzelne Vorsprünge zur Anlage und zum Festschrauben der Rad­ schüssel (2) aufweist.

10. Fahrzeugrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Radschüssel (2) mittels sich von der Radinnenseite (8) durch Bohrungen (9) in dem Rand (7), den Vorsprüngen hindurcherstreckenden und in die Radschüssel (2) hineinreichen­ den Schrauben (10) mit der Felge (1) verbunden ist.

11. Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Felge (1) mit der Radschüssel (2) mecha­ nisch verzahnt und ggf. verpreßt ist.

12. Fahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Felge (1) mit der Radschüssel (2) im Sinne eines Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoffes material­ schlüssig verbunden ist.

13. Fahrzeugrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich zwischen Felge (1) und Radschüssel (2) als Metall-Kunststoff-Laminat ausgeführt ist.