EP2084021A2 - Aus faserverstärktem kunststoff gewickeltes rad und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Aus faserverstärktem kunststoff gewickeltes rad und verfahren zu seiner herstellung

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EP2084021A2
EP2084021A2 EP07821339A EP07821339A EP2084021A2 EP 2084021 A2 EP2084021 A2 EP 2084021A2 EP 07821339 A EP07821339 A EP 07821339A EP 07821339 A EP07821339 A EP 07821339A EP 2084021 A2 EP2084021 A2 EP 2084021A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rings
wheel
rim base
wound
fiber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07821339A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arwed Theuer
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2084021A2 publication Critical patent/EP2084021A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B5/00—Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material
    • B60B5/02—Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material made of synthetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/347—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation combined with compressing after the winding of lay-ups having a non-circular cross-section, e.g. flat spiral windings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/32—Wheels, pinions, pulleys, castors or rollers, Rims

Definitions

  • the present invention relates to a wheel wound from fiber-reinforced plastic according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for producing a wheel according to the preamble of claim 11 or 12.
  • carbon fiber reinforced plastics are becoming increasingly important. Examples of this may be the helmets made of these materials for cyclists and motorcyclists and for riders. But automotive parts for body and chassis as well as components that are exposed to high mechanical loads in space technology and in aircraft production in use, are made of carbon fiber reinforced plastics.
  • a wheel rim made of fiber-reinforced plastic is known, which is produced by a special method.
  • the wheel rim and the laterally supported at a defined angle web consist of several layers of wound fiber segments, which have alternately axial and radial fiber paths.
  • the rim ring and the rim web are shaped by profiling by means of pressing / embossing from a blanket starting material and are then joined together before curing.
  • the wheel to be produced in this way for use on motor vehicles requires a high manufacturing outlay, which is expressed not least in the provision of complicated winding machines and pressing / embossing tools.
  • the Position of the two produced by winding and pressing / embossing segments and their joining turns out to be technologically complicated and therefore expensive.
  • a rail wheel which are assembled from segments in the form of hollow cassettes.
  • the foam core used is a foam filling which remains in the wheel after production.
  • the structure is not suitable for the connection of a rim bed and thus only for rail wheels.
  • EP 0 539 214 B1 describes a motor vehicle wheel frame whose shape is formed in the region of the spokes as well as in the region of the rim bed by two half shells in each case. Disadvantageously arise in this case hollow cross sections, which can not be inspected inside with possible interlaminar damage inside.
  • the present invention is concerned with the problem of providing a wheel of the generic type an improved or at least another embodiment, which is characterized in particular by a high mechanical strength.
  • the invention is based on the general idea segmented form a wound fiber-reinforced plastic wheel in such a way that a plurality of interconnected rings form a hub and are firmly connected to one, the Radstern comprehensive radially rims.
  • the interconnected rings lie in a common plane together and together form the Radstern.
  • Both the wheel center and the rim well have resin-impregnated, wound carbon fibers and, in addition, are connected to one another in a materially bonded manner.
  • a wheel can be created, which on the one hand is easy due to the material used and on the other hand, due to the materials used, such as carbon fibers and synthetic resin, withstand high mechanical loads for a long time.
  • the use of such a wheel is therefore particularly interesting in motorsport, since on the one hand a low weight and on the other hand a high mechanical load capacity to be achieved.
  • radially outwardly facing parts of the rings form part of the rim base, while radially inwardly facing parts of the rings form part of a wheel hub.
  • facing parts of the rings form spokes of the wheel star.
  • the rings are thus preferably designed as circular surface segments, which cover a more or less large angular range depending on the number of desired spokes. For rings, which cover a smaller circular area, there are inevitably more Spokes, as in rings, which cover a larger circular area. Since the rings forming the wheel star are usually of the same design, normally a wheel star always results without imbalance. Due to the possibility of being able to individually design the rings, it is thus possible to exert influence on a possible design of the wheel in almost any form, which results in a high degree of design freedom.
  • the rings and the rim base each have a solid profile cross-section.
  • Solid profile cross-sections have the great advantage, in comparison to hollow sections, that there are no cavities that are difficult or impossible to control, which make maintenance and / or safety inspections more difficult.
  • the production of the rings or of the rim base with solid profile cross sections is considerably simpler than production with hollow cross sections in which an additional, possibly later to be removed, winding core is required.
  • the rings of the wheel star together with the rim base form a frame framework.
  • Frame structures offer high stiffness with a low weight, which is known in particular from other structural areas, such as bridge or aircraft construction.
  • FIG. 1 shows an inventive, wound wheel for a motorcycle with three in a common plane contiguous and interconnected rings
  • FIG. 2 is an illustration as in FIG. 1, but for a wheel according to the invention for a car, which has five rings and a rim base,
  • FIG. 3 shows a shaft equipped with winding cores of a winding machine for producing the rings of a wheel star, 4 a centering device for the curing of the abutting in a common surface and interconnected rings of the wheel star,
  • Fig. 5 is a representation as in Fig. 2, but in another embodiment.
  • an inventive wheel 1 wound from fiber-reinforced plastic has a wheel center 2 and a rim base 3.
  • the rings 4 and the rim well 3 also preferably have resin impregnated wound carbon fibers, the rings 4 with each other to Radstern 2 and together with the rim base 3 are materially connected.
  • a number of spokes 9 is dependent on an angular extent of the individual rings 4, so that when the angular extent of the rings 4 is 120 °, As shown in Fig. 1, a total of three spokes 9 result, while resulting in an angular extent of the rings 4 of 72 °, as in Fig.
  • the rings 4 allow a high design, that is designerische freedom. If an angular extent of 60 ° of the individual rings 4 is selected, they may be formed essentially as equilateral triangles, each ring 4 usually indicating a continuous, rectangular, square, trapezoidal or other cross section without interruption of a fiber path in the unidirectionally wound fiber rovings ( see Fig. 5).
  • the fiber rovings used in the rim base 3 can have a multi-directional fiber profile. As a result, in particular tangential, radial and acting as torsional loads can be very well received and transmitted.
  • the individual rings 4 are inseparable from each other and preferably also inseparably connected to the rim base 3.
  • the radially inwardly facing parts 6 of the rings 4 each have at least one wrapped metal insert 10, which may be provided, for example, each with at least one passage opening 11 for a wheel bolt. About this access openings 11, the inventive wheel 1 can be attached to a motorcycle or a car.
  • the metal insert 10 may, for example, have a crescent-shaped configuration, as shown in FIG. 2, and be made of light metal or steel, for example. be, wherein the metal insert 10 is bound by individual Faserro- vings firmly in the ring 4.
  • the wheel center 2 can be combined with the rim base 3 by attaching to the not yet hardened wheel center 2 a rim bed 3 likewise wound or wound from long carbon fibers and curing both components together.
  • abutment surfaces 15 are provided on an inner diameter of the at least partially metallic rim base 3 with corresponding screw holes or through openings 11 '.
  • the Radstern 2 can create laterally on the contact surfaces 15 and be screwed with these.
  • the rings 4 Due to the same in all wheels 1, in a common surface adjacent to each other and interconnected rings 4, the latter have essentially a triangular shape, the rings 4 in their corner regions 12 preferably formed rounded.
  • the rings 4 for additional stiffening of the wheel 1 according to the invention can be provided in the radially outer corner regions 12 'between two adjacent rings 4 in the circumferential direction of the wheel 1 extending webs 13, which incorporated, for example, in a, the rim base 3 reinforcing fiber fabric and preferably made of metal or plastic are.
  • the radially inner corner regions 12 '' of the rings 4 previously mentioned metal inserts 10th embedded, which serve for attachment of the wheel 1 on the vehicle, and in particular as a receptacle 7 for a wheel hub, not shown.
  • Remaining interstices 14 between the corner regions 12 can be poured out with synthetic resin, wherein in particular in the radially inner corner regions 12 '' of the rings 4, the interstices 14 can be cast with synthetic resin. Furthermore, it can be provided that at least a portion of the metal inserts 10 protrudes outwardly on an outer side visible on the vehicle-mounted wheel 1 and has a contour pointing towards the outside for fastening a wheel and / or ornamental cap (not shown).
  • Fig. 3 are on a shaft 16 of a winding machine, not shown, more segregated by dividing walls 17 in the axial direction of the shaft 16 hubs 18, over which preferably unidirectionally several layers Kunststoffharzgetränkter carbon long fibers are wound. It is provided that at the radially inner corner regions 12 '' of the rings 4, in particular crescent-shaped, metal inserts 10 are incorporated during Wickeins. If the winding has reached a web width or cross-sectional thickness of the rings which is sufficient for the later occurring load, they are inserted into a centering device (see Fig.
  • the centering device is clamped in a total winding machine, not shown, and wound up according to a rim 3 nachgeformter side plates on the circumference of the clamped in the centering wheel 2, the rim base 3 to the outer parts 5 of the rings 4.
  • webs 13 are inserted in the intermediate spaces 14 of the radially outwardly directed parts 5 in the circumferential direction, which are preferably completely and firmly bound into the wound fiber rovings.
  • the wheel 1 is completely dry-wound according to the so-called RTM method and In a closed form resin is pressed into the wound fiber layers. The subsequent curing takes place as described above in the atmosphere or under the influence of heat.
  • this is connected to the Radstern 2 such that the Radstern 2 at correspondingly formed on the rim 3 contact surfaces 15 and screwed over mutually aligned through openings 11 'in the contact surfaces 15 and 2 in the Radstern 2 firmly together become.
  • a carbon fiber cloth tape or a fiber molding which has been woven or braided in a closed form to be inserted into a positive mold and filled with plastic resin.
  • the carbon fiber fabric tape is inserted with respect to its fiber orientation in the mold so that preferably different diameters in the rim base 3 can be compensated by a scissor effect.
  • the wound wheel 1 with an optically acting paint coating obtains an attractive appearance, wherein the paint also offers protection against mechanical damage.
  • the Radstern 2 can be designed with respect to its assembled rings 4 as a roller.
  • an unillustrated wheel flange is wound up and such a wheel 1 is thus used on rail vehicles.
  • wheels (1) may be conceivable, which in addition to carbon fibers further fiber materials, such as wood and / or glass fibers.
  • the same considerations apply here as in the case of the carbon wheels, according to which the fiber direction should run essentially parallel to the main loading direction in the wheel, that is to say preferably in the radial direction.
  • so-called hybrid materials are produced which, in addition to improved strength properties, also enable an individually designable design.
  • the production of such made of hybrid material wheels is similar to the production of carbon fiber reinforced wheels, with individual fiber layers during or after laying / winding connected to each other, in particular laminated or glued or glued together.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus faserverstärktem Kunststoff gewickeltes Rad (1) mit einem Radstern (2) und einem Felgenbett (3). Erfindungswesentlich ist dabei, dass mehrere, in einer gemeinsamen Fläche aneinander liegende, miteinander verbundene Ringe (4) den Radstern (2) bilden, wobei der Radstern (2) und das Felgenbett (3) kunstharzgetränkte, gewickelte Kohlefasern aufweisen und stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

Aus faserverstärktem Kunststoff gewickeltes Rad und Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus faserverstärktem Kunststoff gewickeltes Rad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Rades gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11 oder 12.
Der Einsatz von kohlefaserverstärkten Kunststoffen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Beispiele können hierfür die aus diesen Werkstoffen hergestellten Helme für Rad- und Motorradfahrer und für Reiter sein. Aber auch Automobilteile für Karosserie und Fahrwerk sowie auch Bauteile, die in der Raumfahrttechnik und bei der Flugzeugfertigung im Einsatz hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, werden aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen hergestellt.
Aus der DE 101 45 630 Al ist ein gebautes Rad aus Faserverbundwerkstoff bekannt, bei dem die Einzelteile des Radsterns und die Felge aus unidirektionalen Endlosfasersträngen in Kombination mit einem Gießharzverfahren gefertigt sind, wobei eine Wicklung um einen Kern stattfindet und zusätzlich bei den Radsternelementen (Scheibenform) radiale Faserwicklungen aufgebracht sind. An der nach außen weisenden Seite der Radsternelemente ist zusätzlich ein Gewebe - bestehend aus ungerichteten Endlosfasersträngen - stoffschlüssig aufgebracht. Die derart vorbereiteten Radsternelemente werden dann an Stegen der Radfelge befestigt, wobei vorher noch eine Nabe aus Metall oder Kunststoff mittig eingesetzt wird. Es darf bezweifelt werden, dass die vorliegende Konstruktion der scheibenförmigen Radsternelemente mit der Verbindung am Felgenring den sich überlagernden Zug-, Druck- und Torsionsbeanspruchungen während des Betriebs an einem Fahrzeug standhält. Wirkende Seitenführungskräfte würden dazu führen, dass sich die schmalen Anlageflächen zwischen den Radsternelementen einerseits und dem Felgenring und der Nabe andererseits lösen.
Aus der DE 35 41 074 Al ist eine Radfelge aus faserverstärktem Kunststoff bekannt, die über ein spezielles Verfahren hergestellt wird. Die Radfelge und der sie seitlich in definiertem Winkel stützende Steg bestehen aus mehreren Lagen gewickelter Fasersegmente, die abwechselnd axiale und radiale Faserverläufe besitzen. Der Felgenring und der Felgensteg erhalten ihre Form durch Profilieren im Wege eines Pres- sens/Prägens aus einem flächig hergestellten Ausgangsmaterial und sie werden dann vor dem Aushärten zusammengefügt. Das derart herzustellende Rad zur Benutzung an Kraftfahrzeugen erfordert einen hohen fertigungstechnischen Aufwand, der sich nicht zuletzt in der Bereitstellung komplizierter Wickelmaschinen und Press-/Prägewerkzeugen ausdrückt. Die Her- Stellung der beiden durch Wickeln und Pressen/Prägen herzustellenden Segmente und ihr Zusammenfügen gestaltet sich als technologisch umständlich und daher teuer.
Aus der DE 38 14 343 ist ein Schienenrad bekannt, das aus Segmenten in der Art von Hohlkassetten zusammengefügt sind. Nachteiligerweise wird als Wickelkern eine Schaumstofffül- lung verwendet, die nach der Fertigung im Rad verbleibt. Der Aufbau ist nicht für den Anschluss eines Felgenbetts und damit nur für Schienenräder geeignet.
Die EP 0 539 214 Bl beschreibt einen Kraftfahrzeug- Radrahmen, dessen Form sowohl im Bereich der Speichen als auch im Bereich des Felgenbetts jeweils von zwei Halbschalen gebildet wird. Nachteiligerweise entstehen dabei Hohlquerschnitte, die bei möglichen interlaminaren Beschädigungen innen nicht inspiziert werden können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Rad der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine hohe mechanische Belastbarkeit auszeichnet .
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein aus faserverstärktem Kunststoff gewickeltes Rad segmentiert auszubilden und zwar derart, dass mehrere miteinander verbundene Ringe einen Radstern bilden und mit einem, den Radstern radial umfassenden Felgenbett fest verbunden sind. Die miteinander verbundenen Ringe liegen dabei in einer gemeinsamen Ebene aneinander und bilden gemeinsam den Radstern. Dabei weisen sowohl der Radstern als auch das Felgenbett kunstharzgetränkte, gewickelte Kohlefasern auf und sind darüber hinaus Stoffschlüssig miteinander verbunden. Durch diesen konzeptionellen neuen Aufbau kann ein Rad geschaffen werden, welches einerseits aufgrund des verwendeten Materials leicht ist und andererseits aufgrund der verwendeten Werkstoffe, wie zum Beispiel den Kohlefasern und dem Kunstharz, hohen mechanischen Belastungen auch über längere Zeit standhält. Der Einsatz eines derartigen Rades ist deshalb insbesondere im Motorsport interessant, da hier einerseits ein geringes Gewicht und andererseits eine hohe mechanische Belastbarkeit erreicht werden sollen.
Zweckmäßig bilden radial nach außen gewandte Teile der Ringe einen Teil des Felgenbettes, während radial nach innen gewandte Teile der Ringe einen Teil einer Radnabe bilden. Darüber hinaus bilden einander zugewandte Teile der Ringe Speichen des Radsternes. Die Ringe sind somit vorzugsweise als Kreisflächensegmente ausgebildet, welche je nach Anzahl der gewünschten Speichen einen mehr oder weniger großen Winkelbereich überdecken. Bei Ringen, welche eine kleinere Kreisfläche überdecken, ergeben sich somit zwangsläufig mehr Speichen, als bei Ringen, welche eine größere Kreisfläche überdecken. Da die, den Radstern bildenden Ringe üblicherweise gleich ausgebildet sind, ergibt sich normalerweise stets ein Radstern ohne Unwucht. Durch die Möglichkeit, die Ringe individuell gestalten zu können, kann somit in nahezu beliebiger Form Einfluss auf ein mögliches Design des Rades genommen werden, wodurch sich ein hoher designerischer Freiraum ergibt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weisen die Ringe und das Felgenbett jeweils ein Vollprofilquerschnitt auf. Vollprofilquerschnitte haben im Vergleich zu Hohlquerschnitten den großen Vorteil, dass keine schwer oder nicht kontrollierbaren Hohlräume vorhanden sind, welche Wartungs- und/oder Sicherheitsinspektionen erschweren. Gleichzeitig ist die Herstellung der Ringe beziehungsweise des Felgenbettes mit Vollprofilquerschnitten deutlich einfacher als eine Herstellung mit Hohlquerschnitten, bei welchen zusätzlich ein, eventuell später zu entfernender, Wickelkern benötigt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung bilden die Ringe des Radsternes zusammen mit dem Felgenbett ein Rahmentragwerk. Rahmentragwerke bieten bei einem geringen Gewicht eine hohe Steifigkeit, was insbesondere auch aus anderen konstruktiven Bereichen, wie beispielsweise dem Brücken- oder Flugzeugbau, bekannt ist. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen .
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes, gewickeltes Rad für ein Motorrad mit drei in einer gemeinsamen Ebene aneinander liegenden und miteinander verbundenen Ringen,
Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1, jedoch für ein erfindungsgemäßes Rad für einen Pkw, welches fünf Ringe und ein Felgenbett aufweist,
Fig. 3 eine mit Wickelkernen bestückte Welle einer Wickelmaschine zur Herstellung der Ringe eines Radsternes, Fig. 4 eine Zentriervorrichtung für die Aushärtung der in einer gemeinsamen Fläche aneinander anliegenden und miteinander verbundenen Ringe des Radsternes,
Fig. 5 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
Entsprechend Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßes, aus faserverstärktem Kunststoff gewickeltes Rad 1 einen Radstern 2 sowie ein Felgenbett 3 auf. Dabei bilden mehrere, hier insgesamt drei, in einer gemeinsamen Fläche aneinander anliegende, miteinander verbundene Ringe 4 den Radstern 2. Die Ringe 4 und das Felgenbett 3 weisen darüber hinaus vorzugsweise kunstharzgetränkte gewickelte Kohlefasern auf, wobei die Ringe 4 untereinander zum Radstern 2 und zusammen mit dem Felgenbett 3 stoffschlüssig verbunden sind.
Je nach Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rades 1, beispielsweise als Rad 1 für ein Motorrad, wie in Fig. 1 gezeigt, oder als Rad 1 für einen Pkw, wie in Fig. 2 gezeigt, können unterschiedlich viele Ringe 4 den Radstern 2 bilden. Allen Ausführungsformen ist dabei jedoch gemein, dass radial nach außen gewandte Teile 5 der Ringe 4 einen Teil des Felgenbettes 3 bilden, während radial nach innen gewandte Teile 6 der Ringe 4 einen Teil einer Radnabe bilden können. Einander zugewandte Teile 8 der Ringe 4 wiederum, bilden Speichen 9 des Radsternes 2. Dabei ist eine Anzahl der Speichen 9 abhängig von einer Winkelausdehnung der einzelnen Ringe 4, so dass sich bei einer Winkelausdehnung der Ringe 4 von 120°, wie in Fig. 1 gezeigt, insgesamt drei Speichen 9 ergeben, während sich bei einer Winkelausdehnung der Ringe 4 von 72°, wie in Fig. 2, insgesamt fünf Speichen 9 ergeben. Die nahezu frei wählbare Winkelausdehnung der Ringe 4 erlaubt dabei eine hohe gestalterische, das heißt designerische Freiheit. Wird eine Winkelausdehnung von 60° der einzelnen Ringe 4 gewählt, so können diese im wesentlichen als gleichseitige Dreiecke ausgebildet sein, wobei jeder Ring 4 üblicherweise einen durchgängigen, rechteckigen, quadratischen, trapezförmigen oder anderen Querschnitt ohne Unterbrechung eines Faserverlaufes in den unidirektional gewickelten Faserrovings aufzeigt (vgl. Fig. 5) . Demgegenüber können die im Felgenbett 3 eingesetzten Faserrovings einen mehrdirektionalen Faserverlauf aufweisen. Hierdurch können insbesondere tangential, radial und als Torsionskräfte wirkende Belastungen sehr gut aufgenommen und übertragen werden. Bei den vorzugsweise eingesetzten Ausführungsformen sind die einzelnen Ringe 4 unlösbar miteinander und vorzugsweise ebenso unlösbar mit dem Felgenbett 3 verbunden.
Die radial nach innen gewandten Teile 6 der Ringe 4 weisen dabei jeweils zumindest eine eingewickelte Metalleinlage 10 auf, welche beispielsweise jeweils mit zumindest einer Durchgriffsöffnung 11 für eine Radschraube versehen sein können. Über diese Durchgriffsöffnungen 11 kann das erfindungsgemäße Rad 1 an einem Motorrad oder einem Pkw befestigt werden. Die Metalleinlage 10 kann dabei beispielsweise eine sichelförmige Gestalt aufweisen, wie in Fig. 2 dargestellt, und beispielsweise aus Leichtmetall oder aus Stahl ausgebil- det sein, wobei die Metalleinlage 10 durch einzelne Faserro- vings fest in den Ring 4 eingebunden ist. Generell ist der Radstern 2 mit dem Felgenbett 3 kombinierbar, indem an den noch nicht ausgehärtetem Radstern 2 ein ebenfalls aus Karbon-Langfasern gewickeltes beziehungsweise wickelbares Felgenbett 3 angebracht wird und beide Komponenten gemeinsam aushärten. Bei einer speziellen Ausführungsform kann auch angedacht sein, ein zumindest teilweise metallisches Felgenbett 3 mit dem aus gewickelten Karbonfasern bestehenden Radstern 2 zu kombinieren, wobei hierzu Anlagenflächen 15 an einem Innendurchmesser des zumindest teilweise metallischen Felgenbettes 3 mit entsprechenden Verschraubungsbohrungen beziehungsweise Durchgriffsöffnungen 11' vorgesehen sind. In diesem Falle kann sich der Radstern 2 an die Anlageflächen 15 seitlich anlegen und mit diesen verschraubt werden.
Aufgrund der bei allen Rädern 1 gleichen, in einer gemeinsamen Fläche aneinander anliegenden und miteinander verbundenen Ringe 4, weisen letztere im wesentliche eine dreiecks- förmige Gestalt auf, wobei die Ringe 4 in deren Eckbereichen 12 vorzugsweise abgerundet ausgebildet. Zur zusätzlichen Versteifung des erfindungsgemäßen Rades 1 können dabei in den radial außenliegenden Eckbereichen 12' zwischen zwei benachbarten Ringen 4 in Umfangsrichtung des Rades 1 verlaufende Stege 13 vorgesehen sein, welche beispielsweise in ein, das Felgenbett 3 verstärkendes Fasergewebe eingebunden und vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff ausgebildet sind. Demgegenüber sind in den radial innenliegenden Eckbereichen 12'' der Ringe 4 vorher genannte Metalleinlagen 10 eingebettet, welche zur Befestigung des Rades 1 am Fahrzeug, und insbesondere als Aufnahme 7 für eine nicht gezeigte Radnabe dienen. Verbleibende Zwischenräume 14 zwischen den Eckbereichen 12 können dabei mit Kunstharz ausgegossen werden, wobei insbesondere bei den radial innenliegenden Eckbereichen 12'' der Ringe 4 die Zwischenräume 14 mit Kunstharz vergossen werden können. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Metalleinlagen 10 an einer, bei am Fahrzeug montiertem Rad 1 sichtbaren Außenseite nach außen hervorsteht und eine zur Außenseite weisende Kontur zur Befestigung einer nicht gezeigten Rad- und/oder Zierkappe aufweist .
Im folgenden soll kurz ein mögliches Verfahren zur Herstellung eines Rades 1 aus faserverstärktem Kunststoff erläutert werden :
Gemäß Fig. 3 sind auf einer Welle 16 einer im übrigen nicht dargestellten Wickelmaschine mehrere durch Trennwände 17 in Axialrichtung der Welle 16 abgeteilte Wickelkerne 18 aufgesteckt, über die vorzugsweise unidirektional mehrere Lagen kunstharzgetränkter Karbon-Langfasern gewickelt werden. Dabei ist vorgesehen, dass an den radial innenliegenden Eckbereichen 12'' der Ringe 4, insbesondere sichelförmige, Metalleinlagen 10 während des Wickeins eingebunden werden. Hat die Wicklung eine, für die spätere auftretende Belastung ausreichende Stegbreite beziehungsweise Querschnittsdicke der Ringe erreicht, werden diese in noch nicht ausgehärtetem Zustand in eine Zentriervorrichtung (vgl. Fig. 4) eingelegt und verspannt, so dass jeweils die aneinander anliegenden Teile 8 der benachbarten Ringe 4 solange aneinander angedrückt werden, bis eine Lufttrocknung oder eine für den jeweiligen Kunststoff geeignete künstliche Wärmezufuhr einen vollständigen Prozess der Aushärtung vollzogen hat. Die Formstabilität der in die Zentriervorrichtung eingelegten Ringe wird dabei durch obengenannte Wickelkerne 18 gesichert. Der so hergestellte Radstern 2 wird sodann der Zentriervorrichtung entnommen und zum Beispiel mit einem metallischen oder einem ebenfalls aus kunstharzgetränkten Karbon- Langfasern hergestellten Felgenbett 3 formschlüssig verbunden. Für letzteres Felgenbett 3 wird die Zentriervorrichtung in eine nicht gezeigte Gesamtwickelmaschine eingespannt und nach Ansetzen entsprechend einem Felgenbett 3 nachgeformter Seitenbleche am Umfang des in der Zentriervorrichtung eingespannten Radsternes 2, das Felgenbett 3 an die außenliegenden Teile 5 der Ringe 4 aufgewickelt. Zur Erhöhung der Festigkeit beziehungsweise der Stabilität der Verbindung zwischen dem aufzuwickelnden Felgenbett 3 und dem Radstern 2 werden in die Zwischenräume 14 der radial nach außen weisenden Teile 5 Stege 13 in Umfangsrichtung eingelegt, welche vorzugsweise vollständig und fest in die aufgewickelten Fa- serrovings eingebunden werden. Nach abgeschlossener Formgebung des Felgenbettes 3 erfolgt ein gemeinsames Aushärten des Felgenbettes 3 und des Radsternes 2 in der Zentriervorrichtung.
Denkbar ist hierbei auch, dass das Rad 1 komplett nach dem sogenannten RTM-Verfahren trockengewickelt wird und im wei- teren in einer geschlossenen Form Kunstharz in die gewickelten Faserlagen gepresst wird. Das anschließende Aushärten erfolgt entsprechend wie vorgenannt an der Atmosphäre oder unter Einfluss von Wärme.
Bei der Verwendung eines zumindest teilweise metallischen Felgenbettes 3 wird dieses mit dem Radstern 2 derart verbunden, dass sich der Radstern 2 an entsprechend am Felgenbett 3 angeformte Anlageflächen 15 anlegt und über zueinander fluchtende Durchgriffsöffnungen 11' in den Anlageflächen 15 und im Radstern 2 fest miteinander verschraubt werden. Beim Herstellen des Radsternes 2 kann auch vorgesehen sein, dass ein Kohlefasergewebeband oder ein in geschlossener Form gewobener oder geflochtener Faserformling in eine positive Form eingelegt und mit Kunststoffharz ausgegossen wird. Dabei wird das Kohlefasergewebeband bezüglich seiner Faserorientierung derart in die Form eingelegt, dass vorzugsweise durch einen Schereneffekt unterschiedliche Durchmesser im Felgenbett 3 ausgeglichen werden können.
Generell kann auch vorgesehen sein, dass das gewickelte Rad 1 mit einem optisch wirkenden Lacküberzug ein ansprechendes Aussehen erhält, wobei der Lack gleichzeitig einen Schutz vor mechanischen Beschädigungen bietet. Bei der Verwendung sehr kleiner Wickelkerne 18, kann der Radstern 2 bezüglich seiner zusammengefügten Ringe 4 als Walze konzipiert werden. Darüber hinaus ist noch denkbar, dass anstelle des Felgenbettes 3 ein nicht dargestellter Spurkranz aufgewickelt wird und ein derartiges Rad 1 somit an Schienenfahrzeugen Verwendung findet.
Insbesondere bei nicht motorisierten Fahrzeugen, wie beispielsweise einem Golf-Caddy, können auch Räder (1) denkbar sein, die neben Kohlefasern weitere Faserwerkstoffe, wie beispielsweise Holz und/oder Glasfasern aufweisen. Hierbei gilt prinzipiell dieselbe Überlegung wie bei den Carbonrädern, wonach die Faserrichtung im wesentlichen parallel zur Hauptbelastungsrichtung im Rad, also vorzugsweise in Radialrichtung, verlaufen soll. Durch die Einbeziehung weiterer Werkstoffe werden sogenannte Hybridwerkstoffe erzeugt, die neben verbesserten Festigkeitseigenschaften auch ein individuell gestaltbares Design ermöglichen. Die Herstellung derartiger aus Hybridwerkstoff gefertigter Räder erfolgt dabei ähnlich der Herstellung der kohlefaserverstärkten Räder, wobei einzelne Faserschichten während bzw. nach dem Legen/Wickeln miteinander verbunden, insbesondere miteinander laminiert bzw. verleimt oder verklebt werden.

Claims

Ansprüche
1. Aus faserverstärktem Kunststoff gewickeltes Rad (1) mit einem Radstern (2) und einem Felgenbett (3), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, in einer gemeinsamen Fläche aneinander liegende, miteinander verbundene Ringe (4) den Radstern (2) bilden, wobei der Radstern (2) und das Felgenbett (3) kunstharzgetränkte, gewickelte Kohlefasern aufweisen und stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
2. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass radial nach außen gewandte Teile (5) der Ringe (4) einen Teil des Felgenbetts (3) bilden,
- dass radial nach innen gewandte Teile (6) der Ringe (4) einen Teil einer Radnabe bilden,
- dass einander zugewandte Teile (8) der Ringe (4) Speichen
(9) des Radsterns (2) bilden.
3. Rad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen gewandten Teile (5) der Ringe (4) jeweils zumindest eine eingewickelte Metalleinlage (10) aufweisen .
4. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Ringe (4) Wickelkerne (18) aus Metall oder Kunststoff vorgesehen sind, welche nach dem Aushärten des Kunstharzes entfernt werden.
5. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Ringe (4) zusammen mit dem Felgenbett (3) ein Rahmentragwerk bilden,
- dass das Rahmentragwerk zur Aufnahme von Belastungen in einer Rahmentragwerksebene und orthogonal/schräg dazu ausgebildet ist.
6. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (4) und das Felgenbett (3) jeweils einen Vollprofilquerschnitt aufweisen.
7. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Ringe (4) unidirektional gewickelte Fa- serrovings aufweisen.
8. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Ringe (4) eine dreiecksförmige Gestalt mit abgerundeten Eckbereichen (12) aufweisen, - dass in den radial außenliegenden Eckbereichen (12') zwischen zwei benachbarten Ringen (4) in Umfangsrichtung des Rades (1) verlaufende Stege (13) vorgesehen sind,
- dass die Stege (13) in ein, das Felgenbett (3) verstärkendes Fasergewebe eingebunden sind.
9. Rad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den radial innen liegenden Eckbereichen (12'') der Ringe (4) Metalleinlagen (10) eingebettet sind, die zumindest eine Durchgriffsöffnung (11) für eine Radschraube aufweisen .
10. Rad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Metalleinlagen (10) an einer, bei montiertem Rad (1) sichtbaren Außenseite desselben in Nabennähe am Radstern (2) hervorsteht und eine zur Außenseite weisende Kontur zur Befestigung einer Zierkappe oder einer Achsstumpfabdeckung aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Rades (1) aus faserverstärktem Kunststoff, bestehend aus einem Radstern (2) und einem Felgenbett (3), mit zumindest folgenden Verfahrensschritten,
11.1 Herstellen von mehreren Ringen (4) durch Wickeln von kunstharzgetränkten Kohlefasern um Wickelkerne (18),
11.2 Einlegen der noch nicht ausgehärteten Ringe (4) in einer Zentriervorrichtung,
11.3 Aufbringen einer radialen Druckkraft,
11.4 Zusammenfügen der Ringe (4) an ihren jeweils sich berührenden Seitenflächen (8),
11.5 Einlegen von Stegen (13) in Umfangrichtung in Zwischenräume (14) an nach außen weisenden, abgerundeten Eckbereichen der Ringe (12),
11.6 Anbringen von Formblechen zur Nachformung einer Außenkontur,
11.7 Aufwickeln eines Felgenbettes (3) vor dem Aushärten des Radsterns (2) auf denselben und damit stoffschlüssiges Verbinden des Felgenbettes (3) mit dem Radstern (2) .
12. Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Rades (1), bestehend aus einem Radstern (2), der mehrere, in einer gemeinsamen Fläche aneinander liegende, miteinander verbundene Ringe (4) aus kunstharzgetränkten, gewickelten Kohlefasern aufweist, und einem metallischen Felgenbett (3) , wobei der Radstern (2) in ausgehärtetem Zustand über Anlageflächen
(15) und darin eingebrachten Durchgriffsöffnungen (H') mit dem metallischen Felgenbett (3) kraft- und formschlüssig verbunden wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (4) durch Trennwände (17) voneinander geteilt auf einer Welle (16) einer Wickelmaschine hergestellt werden .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (4) eine dreiecksförmige Gestalt mit abgerundeten Eckbereichen (12) aufweisen, wobei in die radial innen liegenden Eckbereiche (12'') zwischen zwei Ringen (4) Metalleinlagen (10) eingewickelt und die Zwischenräume (14) zur Ausbildung einer Nabe mit Kunstharz ausgegossen werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung zumindest des Radsterns (2) trocken gewickelte Karbon-Langfasern verwendet werden, wobei nach Ab- schluss des Wickeins zumindest der Radstern (2) in einer geschlossenen Form unter Druck mit Kunstharzharz getränkt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlefasergewebeband oder ein in geschlossener Form gewobener oder geflochtener Faserformling in eine Positivform eingelegt wird und mit Kunstharz ausgegossen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlefasergewebeband bezüglich der Faserorientierung derart in die Form eingelegt ist, dass durch einen Schereneffekt unterschiedliche Durchmesser im Felgenbett (3) ausgeglichen werden.
*****
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