DE69207117T2

DE69207117T2 - Kunststoffrad

Info

Publication number: DE69207117T2
Application number: DE69207117T
Authority: DE
Inventors: Timothy Michael Rooney
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: DE69207117D1; JP2516303Y2; KR930004111A; KR100245935B1; US5401079A; EP0529492B1; CA2058842A1; JPH0528702U; EP0529492A1; AU646590B2; AU2132792A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffradzusammenbau, welcher insbesondere gut geeignet ist für Hilfsfahrzeuge, insbesondere zum Gebrauch an Golfwägen.
Der herkömmliche Golfwagen ist bereitgestellt mit metallischen Feigen. Die Feige umfaßt ein Paar von ringförmigen Flanschen, welche ausgelegt sind zum Eingreifen der Wulst eines Luftreifens, und eine Felgenbasis, welche zwischen den Flanschen zwischengelagert ist. Eine Scheibe erstreckt sich radial innerhalb der Basis und ist ausgelegt, um über den Bolzen bzw. Zapfen der Golfwagennabe zu passen.
Die Scheibe ist in etwa axial zwischen den Wulstflanschen zentriert. Diese Position ermöglicht es der Scheibe, die Fahrzeuglast bei minimal exzentrischer oder Biegekraft zu stützen. Diese mittlere bzw. zentrale Anordnung der Scheibe bedeutet, daß die Fahrzeug nabe innerhalb des Felgenzusammen baus umhüllt ist.
Die Nabe eines Golfwagens umfaßt ein Trommelbremssystem, wobei die innere Fläche der Nabe eine Trommelbremsfläche ist. Die Nabe kann unter starkem Bremsbetrieb Temperaturen von über 204 ºC (400 ºF) erreichen, und die Nabe, welche aus Gußeisen ist, neigt dazu, die Temperaturen für relativ lange Zeitperioden zu halten.
Diese reibungserzeugten bzw. -bedingten hohen Temperaturen sind kein Problem für Metallfelgen, jedoch für ein thermoplastisches Rad, wo solche Temperaturen auslegungseinschränkend sind. Die Betriebstemperaturen sind so hoch, daß die meisten entwickelten Kunststoffe nicht verwendet werden können, da diese Materialien bei diesen Betriebstemperaturen schmelzen oder physikalische Eigenschaften verlieren.
Die GB-A-2 162 802 offenbart ein faserverstärktes Kunststoffharzrad mit einem Radbefestigungsabschnitt von geringer Wärmeleitfähigkeit und hoher Temperaturwiderstandsfähigkeit, welcher als Hitzebarriere wirkt.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Hochtemperatur- bzw. Hitze- bzw. Wärmeprobleme in Zusammenhang mit der Fahrzeugnabe, während sie gleichzeitig den Gebrauch von eher herkömmlichen thermoplastischen Harzen erlaubt.
Die vorliegende Erfindung ist einfach ausgelegt auf derzeitige Fahrzeugradauslegungen und ist vollständig austauschbar mit dem Metallradzusammenbau gemäß dem Stand der Technik.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Kunststoffradzusammenbau der Erfindung umfaßt eine Feige und eine Scheibe. Die Scheibe ist einstückig an der Feige befestigt und erstreckt sich radial nach innen von der Feige. Die Scheibe hat eine Vielzahl von Löchern mit eingeführten Hülsen bzw. Hüllen. Die Löcher mit Hüllen sind ausgerichtet zur Befestigung an einer Fahrzeugnabe. Die Hüllen erstrecken sich durch die Scheibe, und zwar bei einem Abstand, welcher ausreichend ist, um exzessives Erwärmen bzw. Erhitzen des Kunststoffrades während normaler Radbenutzung zu vermeiden.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Hüllen aus Metall, bevorzugt aus Stahl. Die Hüllen haben eine sich konisch verjüngende innere Fläche an einem Ende und können ebenfalls einen Flansch aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Scheibe an einer axial inneren Seite eine Vielzahl von Vorsprüngen auf. Die Vorsprünge erstrecken sich bei einem Abstand, welcher gleich oder geringer ist als der Abstand der Hüllenausdehnung.
Die Hüllen erstrecken sich derart, daß beim Zusammenbau an einer Fahrzeugnabe die Kunststoffabschnitte des Rades nicht in direktem Kontakt mit der Nabe treten. Die Scheibe weist an ihrer axial inneren Seite einen Großteil ihres Flächeninhaltes von der Nabe beabstandet auf. Die Hüllen erstrecken sich axial hinter dem größeren Teil des Flächeninhaltes der inneren Seite der Scheibe, und zwar bei einem Abstand D, welcher zwischen 1,0 und 6,0 mm, bevorzugt bei 2,5 mm liegt.
Die Beabstandung des Kunststoffrades von der Nabe erzeugt einen Luftspalt, welcher die Scheibe von der Nabe isoliert und ebenfalls Kühlung durch konvektive Wärmeübertragung verbessert. Die Scheibe umfaßt eine große mittlere Öffnung, welche der erhitzten Luft erlaubt, zu der Umgebungsluft zu entweichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Kunststoffrades, in Ansicht auf das äußere Ende des Rades.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Kunststoffrades, bei einer Ansicht auf das innere Ende des Rades.
Fig. 3 ist eine Aufsicht des äußeren Endes des Rades.
Fig. 4 ist eine Aufsicht auf das innere Ende des Rades.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht des Rades, aufgenommen entlang der Linien 5-5 von Fig. 3.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnittes des Rades, aufgenommen entlang der Linien 6-6 von Fig. 3, wobei sie die eingeführten Hüllen darstellt.
Fig. 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnittes des Rades, aufgenommen entlang der Linien 7-7, wobei die Ansicht einen Vorsprung darstellt, welcher sich von der inneren Seite der Scheibe erstreckt.
Fig. 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnittes der Hülle und des Rades, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, wobei die Ansicht den Zusammenbau der Hüllenpreßpassung in die Radscheibe darstellt.
Fig. 8A ist eine vergrößerte Ansicht ähnlich zu Fig. 8, wobei die Hülle gegossen bzw. spritzgegossen bzw. geformt in die Scheibe eingeführt ist.
Fig. 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Rades, wobei die Hülle zwei separate geflanschte Komponenten umfaßt.

DEFINITIONEN

"Axial" und "axialwärts" beziehen sich auf Linien oder Richtungen, welche parallel zu der Rotationsachse des Radzusammenbaus sind.
"Radial" und "radialwärts" beziehen sich auf Richtungen radial hin zu oder weg von der Rotationsachse des Radzusammenbaus.
"Umfänglich" bedeutet Linien oder Richtungen, welche sich entlang des Umfangs der Fläche der ringförmigen Feige erstrecken, und zwar senkrecht zu der axialen Richtung.
"Innenseite" bedeutet den Abschnitt der Seite des Radzusammenbaus benachbart zu oder am nächsten zu einem Fahrzeugchassis oder einer Mittellinie.
"Außenseite" bedeutet den Abschnitt oder die Seite des Radzusammenbaus, welcher nach außen zeigt, relativ zu einem Fahrzeugchassis oder einer Mittellinie.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Kunststoffradzusammen baus generell bei dem Bezugszeichen 10 gezeigt. Der Radzusammen bau 10 der vorliegenden Erfindung umfaßt eine ringförmige Felge 12 und eine Scheibe 14. Die Scheibe 14 ist einstückig an der Feige befestigt und erstreckt sich radial nach innen in Richtung der Rotationsachse R des Radzusammen baus 10. Die Scheibe 14 hat eine Vielzahl von Löchern 1 6 und eine große mittlere Öffnung 18. In jedem der Löcher 16 ist eine Hülle 20 eingeführt. Die Scheibe 14 ist mit ihrer äußeren Fläche oder Außenseite 15 als die Seite der Scheibe gezeigt, welche von einem Fahrzeug weg zeigt, wenn das Rad an ihm befestigt ist.
In Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Innenseite des Radzusammenbaus 10 dargestellt. Wie dargestellt, weist die Scheibe 14 eine Innenseite 1 7 auf. Die Hüllen 20 erstrecken sich hinter die Innenseite 17 bzw. über die Innenseite 17 hinaus um einen Abstand, welcher ausreichend ist um zu verhindern, daß der Kunststoffradzusammenbau während normaler Radbetriebsbedingungen beschädigt wird oder anderweitig versagt. Die Innenseite 17 der dargestellten Ausführungsform weist eine Vielzahl von Vorsprüngen 30 auf, welche sich axialwärts von der Fläche der Innenseite 1 7 erstrecken. Die Vorsprünge sind einstückig an der Scheibe 14 befestigt. Wie es beobachtet werden kann aus der perspektivischen Ansicht, sind die Vorsprünge 30 bogenförmig gebildet, wobei ein Vorsprung 30 zwischen jedem Loch 16 angeordnet ist, und zwar bei einem radialen Abstand, welcher leicht größer ist als die radiale Beabstandung der Löcher 16.
Jeder Vorsprung 30 kann eine Vielzahl von Auskragungen aufweisen, wie es bei 32 gezeigt ist. In der bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Auskragungen 32 axialwärts von dem Vorsprung. Der Vorsprung und die Auskragung kombiniert erstrecken sich um einen Abstand, welcher gleich zu der vollen Ausdehnung der Hülle 20 hinter der bzw. über die Innenseite 17 der Scheibe 14 hinaus geht. Die Auskragung 32 erleichtert den Zusammenbau bzw. die Anordnung der Hüllen 20 an dem Rad und dient keinem anderen Zweck.
Fig. 3 und 4 sind Aufsichten, betrachtet von der Außenseite bzw. der Innenseite des Radzusammenbaus.
Wie es aus Fig. 3 beobachtet werden kann, kann die Hülle 20 bereitgestellt sein mit einem Flansch 22. Zusätzlich kann die Hülle 20 eine sich konisch verjüngende Fläche 24 auf dem inneren Durchmesser der Hülle aufweisen.
Aus Fig. 4 kann beobachtet werden, daß die Hülle 20 eine geneigte bzw. schräge äußere Fläche 26 aufweisen kann. Die schräge Fläche erleichtert das Einführen der Hülle 20 in die Löcher 16 der Scheibe 14.
Fig. 5 stellt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Kunststoffradzusammenbaus 10, befestigt an einer Fahrzeugnabe 50, dar, wobei die Nabe 50 mit gestrichelten Linien gezeigt ist. Die Fahrzeugnabe 50 erstreckt sich von der Fahrzeugachse 56. Der Radzusammen bau 10 ist an der Nabe durch eine Vielzahl von Gewinde-Bolzen 52, welche sich von der Nabe erstrecken, und sich konisch verjüngenden Muttern 54 gesichert. Die Bolzen 52 erstrecken sich durch die Hüllen 20. Es ist empfohlen, daß die Hüllenöffnung größer ist als der Bolzen 52. Wenn die Mutter 54 mittels Drehmoment gesenkt ist und befestigt mit der konischen Verjüngung der Mutter 54, wird in Kombination mit der sich konisch verjüngenden Fläche der Hülle der Bolzen derart zentriert, daß der Bolzen normalerweise nicht in direktem Kontakt mit der Hülle 20 entlang des inneren Durchmessers ist.
Die Hülle 20 wird beim Befestigen bzw. Festziehen der Mutter 54 fest gegen die Nabenfläche 57 gepreßt. Das Ende des Hüllenlagers an der Nabenfläche 57 ist im wesentlichen die einzige Fläche, welche mit der Nabe 50 in Kontakt tritt. Die einzige Ausnahme sind die optionalen Zusammenbau-Auskragungen 32, welche unter normaler Verwendung schmelzen können.
Wie es aus Fig. 5 beobachtet werden kann, beabstandet die Ausdehnung der Hülle 20 hinter der Innenseite 17 der Scheibe 14 den größeren Teil des Flächeninhaltes der Scheibe 14 bei einem spezifischen Abstand D von der Nabe 50. Der Abstand dieses Spaltes sollte 1,0 bis 6,0 mm betragen. Der begrenzende Faktor bezüglich größerer Auslegungen ist der Betrag des gewindeten Eingriffs, welcher zwischen der Mutter 54 und dem Bolzen 52 verfügbar ist. In der bevorzugten Ausführungsform wurde der Abstand auf 2,5 mm eingestellt.
Der Vorsprung 30 wurde der Radauslegung zugeführt, um den Betrag an Lateralableitung zu begrenzen, welcher während normalem Fahrzeugbetrieb auftreten könnte. Die Verwendung eines Vorsprungs ermöglicht es, daß die Querschnittsdicke der Scheibe 14 minimiert ist. Bevorzugt erstreckt sich der Vorsprung 30 innerhalb eines Abstandes E von 0,25 mm von der vollen Ausdehnung der Hülle 20. Die Fähigkeit des Vorsprungs, die Ableitung bzw. Deflektion zu begrenzen, ist eine Funktion dessen Nähe zu der Nabe 50. Wenn der Vorsprung 30 zu nahe an der Nabe 50 ist, kann er hitzebeschädigt werden, jedoch, wenn zu weit entfernt von der Nabe 50 angeordnet, kann der Betrag an Ableitung um akzeptabel sein, wodurch Brüche bzw. Risse in der Scheibe 14 in der Nähe der Hüllenbefestigung auftreten können. Die Verwendung von Vorsprüngen 30 zum Begrenzen der Ableitung ist optional. Alternativ ist es möglich, die laterale Steife der Scheibe zu erhöhen durch Erhöhen der Dicke der Scheibe oder durch Zuführen von Versteifungsrippen.
Fig. 6, 7, 8, 8A und 9 zeigen vergrößerte Ansichten der Hülle, welche durch die Scheibe eingeführt ist. In jeder der Fig. 6, 7, 8, 8A kann beobachtet werden, daß die Hüllen ringförmige Rillen aufweisen. Eine Rille 23 ist dort angeordnet, wo der Flansch 22 die Hülle trifft, und eine zweite Rille 25 befindet sich an der äußeren Fläche der Hülle und ist in etwa mittig innerhalb der Dicke der Scheibe 14 beabstandet. Die Rille 23 an dem Flansch 22 ist bereitgestellt, um zu sichern, daß der Flansch 22 vollständig an der Außenseite 1 5 der Scheibe 14 sitzt bzw. aufliegt. Alternativ kann diese Rille an der Hülle 20 eliminiert sein, und die Scheibe 14 könnte an der Außenseite 15 abgeschrägt sein, um ein vollständiges Sitzen bzw. Passen des Hüllenflansches zu sichern. Die zweite Rille 25, welche mittig an der Scheibenquerschnittsdicke gezeigt ist, ist vorgesehen zum Behilflichsein beim Sichern der Hülle 20 an der Felge 12. Die Hüllen 20 sind in die Löcher 16 beim Zusammenbau preßgepaßt. Die Verwendung eines Klebstoffes wird für unnötig erachtet, ist jedoch optional möglich. Die zweite Rille 25 sichert im Falle einer Überhitzung des Rades, daß der Kunststoff in die Rille 25 fließt, wobei er einen mechanischen Verschluß bzw. eine mechanische Sperre erzeugt. Alternativ, wenn die Hüllen gegossen bzw. spritzgegossen bzw. geformt in das Rad eingeführt sind, wie es in Fig. 8A gezeigt ist, stellen die Rillen eine mechanische Einrichtung zum Sichern der Rillen bereit.
Beim Gebrauch sind die Hüllen 20 fest bzw. gefangengehalten durch den Bolzen 52 und die Mutter 54. Der Bedarf, zu sichern, daß die Hüllen an dem Rad befestigt bleiben, ist somit nur wichtig, wenn der Radzusammen bau 10 nicht an einem Fahrzeug montiert ist.
In Fig. 9 ist eine alternative Hüllenkonstruktion dargestellt. Die Hülle 200 umfaßt aktuell zwei getrennte geflanschte Komponenten 201, 202. Wie Fig. 9 darstellt, ist eine Anzahl von alternativen Hüllenauslegungen möglich. Die Form und Konstruktion der Hülle kann weitläufig verändert werden. Die Feigen- und Scheibenauslegung kann ebenfalls mit einer Vielzahl von Arten verändert werden.
Das Kunststoffrad 10 ist bevorzugt hergestellt aus einem thermoplastischen, spritzgegossenen Harz, z.B. Nylon verstärkt mit Glasfasern. Die spezifischen Materialien, welche durch den Erfinder verwendet wurden, waren "Dupont's Zytel 82G33L NC-10 Nylon" und "Schulman's Inc. Schulamid 66GF13 Hi-IMP Glasfaser". Die Hülle wurde hergestellt unter Verwendung von frei bearbeitbarem, verbleitem Stahl, 12 L 14.
Die Entscheidung, Nylon als Primärmaterial für das Rad zu verwenden, erfolgte auf der Basis der guten Aufprallmerkmale und der geringen Kosten dieses Materials. Eine Vielzahl von alternativen Kunststoffmaterialien kann verwendet werden.
Stahl ist das bevorzugte Material für die Hüllen, basierend auf Kosten und Wärmeleitfähigkeiteigenschaften. Während der Entwicklung des Kunststoffrades wurden Hüllen aus Torlon, einem Polyamid-Imid, Phenolic und keramikbeschichtetem Stahl, getestet, jedoch waren Stahlhüllen insgesamt überlegen.
Während der Entwicklung des Rades 10 wurden Versuche unternommen, um das Kunststoffrad von der Nabe zu isolieren. Die Verwendung eines thermisch isolierenden Kissens zwischen der Innenseite der Scheibe und der Nabe wurde versucht. Das Gesamtergebnis war, daß der Luftspalt zwischen der Scheibe und der Nabe, welcher bereitgestellt ist durch die Ausdehnung der Hülle, der beste 15 Isolator war. Der Luftspalt erzeugt eine Konvektionswärmeübertragungseinrichtung und schützt die Scheibe vor den hohen Nabentemperaturen.
Experimentelle Tests des Kunststoffradzusammenbaus 10, wie er in Fig. 1 bis 8A dargestellt ist, wurden durchgeführt.
Bremshitzetests umfaßten Zufuhren von Vollbremsdruck auf einen Golfwagen, während der Wagen bei 8 km/h (5 mph) lief. Der Test umfaßte sechs 152 m (500 ft)-Läufe und zwei 305 m (1000 ft)-Läufe mit einer zehnminütigen Quellbzw. Ruhezeit bei 0 km/h (0 mph) zwischen jedem Lauf. Die Nabentemperaturen wurden gemessen unter Verwendung pyrometrischer Ablesungen an dem Bolzen. Temperaturen über 204 ºC (400 ºF) wurden erreicht. Die Radscheibentemperaturen wurden ebenfalls gemessen. Um diesen Test zu überstehen, mußte das Rad die Fahrzeuglast bei erhöhten Temperaturen stützen und aushalten.
Zusätzlich wurde das Kunststoffrad, nachdem es dem oben beschriebenen Hitzebremstest unterworfen wurde, bezüglich dynamischer Kurvenermüdung getestet, und zwar unter Verwendung eines 90º-Beladungsverfahrens. Der Test war ähnlich zu dem SAE J1204-Kurventest für Räder von Freizeit- und Hilfsanhängerreifen.
Das Kunststoffrad wurde aufprallgetestet. Der Scheibenbereich mußte einem Aufprall auf dem Felgenabschnitt des Rades widerstehen, und zwar ohne Bewirkung von Brechen bzw. Splittern bzw. Reißen der Scheibe. Eine Last von 306,6 kg (676 Ib) wurde von 5,08 cm (2 Inch) Höhe auf den Felgenflansch fallengelassen, wobei die Feige bei einem 13º-Winkel geneigt war.
Zusätzlich wurde ein Fahrzeugfalltest durchgeführt, wobei ein Golfwagen wiederholt aus einer Höhe von 91,44 cm (36 Inches) fallen gelassen wurde. Von dem Scheibenbereich wurde gefordert, daß er diesem Aufprall ohne Brechen bzw. Reißen widersteht. Das Kunststoffrad gemäß der vorliegenden Erfindung zeigte keine Beschädigung.

Claims

1. Kunststoffrad (10), umfaßend eine Feige (12), eine Scheibe (14), welche einstückig an der Feige befestigt ist und sich radial nach innen von der Feige erstreckt, wobei das Kunststoffrad dadurch gekennzeichnet ist, daß die Scheibe (14) eine Vielzahl von Löchern (16) mit Hüllen (20) aufweist, wobei die Löcher mit Hüllen ausgerichtet sind zur Befestigung des Rades an einer Fahrzeugnabe (50), wobei sich die Hüllen (20) axial nach innen durch die Scheibe erstrecken, wobei die Hüllen die Fahrzeugnabe beim Zusammenbau berühren, wodurch sie eine Beabstandung der Scheibe und des Felgenabschnittes des Rades vom direkten Kontakt mit der Nabe veranlassen und zwar bei einem Abstand, welcher ausreichend ist, um übermäßiges Erwärmen des Kunststoffrades während normaler Verwendung zu vermeiden.

2. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 1, bei welchem die Scheibe (14) eine axial innere Seite (17) aufweist, wobei ein Großteil des Flächeninhaltes der Scheibe senkrecht zu den Hüllen (20) verläuft, und bei welchem eine Vielzahl der Hüllen sich axial hinter dem Flächenbereich bei einem Abstand von zumindest 1,0 mm erstreckt.

3. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 2, bei welchem eine Vielzahl von Hüllen (20) sich axial hinter dem Flächenbereich bei einem Abstand zwischen 1,0 bis 6,0 mm erstrecken.

4. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 3, bei welchem eine Vielzahl von Hüllen (20) sich hinter dem Flächenbereich bei einem Abstand von etwa 2,5 mm erstrecken.

5. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 1, bei welchem die Scheibe (14) an der axial inneren Seite (17) eine Vielzahl von Vorsprüngen (30) aufweist, welche sich bei einem Abstand erstreckt, welcher gleich oder kleiner ist, als der Abstand, um den sich eine Vielzahl der Hüllen (20) hinter der axial inneren Seite erstrecken.

6. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 5, bei welchem die Vorsprünge (30) sich von der axial inneren Seite (17) bei einem Abstand von etwa 90 % des Abstandes erstrecken, um den sich eine Vielzahl der Hüllen (20), hinter der axial inneren Seite der Scheibe (14) erstreckt.

7. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 1, bei welchem die Hüllen (20) aus Metall sind.

8. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 7, bei welchem die Hüllen (20) aus Stahl sind.

9. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 2, bei welchem die Hüllen (20) eine sich konisch verjüngende innere Fläche (24) aufweisen, und zwar an einem Ende, welches der axial inneren Verlängerung von jeder Hülle gegenüberliegt.

10. Kunststoffrad (10) nach Anspruch 2, bei welchem die Hüllen (20) einen Flansch (22) umfassen, und zwar bei einem Ende, welches der axial inneren Verlängerung von jeder Hülle gegenüberliegt.