EP2760681A1 - Rad - Google Patents

Rad

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Publication number
EP2760681A1
EP2760681A1 EP12772096.9A EP12772096A EP2760681A1 EP 2760681 A1 EP2760681 A1 EP 2760681A1 EP 12772096 A EP12772096 A EP 12772096A EP 2760681 A1 EP2760681 A1 EP 2760681A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wheel
rim
clamping ring
ring
circumferential contour
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12772096.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Müller
Thorsten WELTE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBS Japan Co Ltd
Original Assignee
BBS Japan Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by BBS Japan Co Ltd filed Critical BBS Japan Co Ltd
Publication of EP2760681A1 publication Critical patent/EP2760681A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60Y2200/11—Passenger cars; Automobiles

Definitions

  • the invention relates to a wheel, in particular a light metal wheel for motor vehicles.
  • the wheel basically consists of a rim and a wheel star.
  • light-alloy wheels are understood to mean wheels which at least partially comprise a light metal, but may also comprise other materials, including non-metallic materials, including partial-light metal wheels.
  • Such wheels are known in the art as multi-piece wheels. Differences in the properties of the materials used pose challenges to the professional world and continue to provide room for improvement. In particular, the connection of the multiple parts of different material is always to improve.
  • the wheel center consists of a metal or of a metal alloy, in particular of a light metal such as magnesium or aluminum.
  • the rim consists of a carbon fiber reinforced plastic, in particular with a thermoplastic or duromer matrix.
  • the Radstern is fastened by means of a clamping ring on the rim.
  • the rim has an inner rim of the rim and an outer rim of a rim, which each transition into a rim inner horn or a rim outer horn.
  • the wheel center is supported axially inwards in a first circumferential contour, wherein the first circumferential contour is formed in the rim outer bed or in an area of the rim which is axially adjacent to the rim outer bed.
  • the clamping ring can slide on the contact surfaces in the radial direction.
  • the contours of advantageous embodiments are matched in their inclinations and clamping lengths such that no significant change in the preload force occurs during cooling or when heated, and that centering can take place via the bevels.
  • the clamping ring has a V-shaped or a U-shaped cross-section.
  • the clamping ring axially in nen a radially outwardly formed collar.
  • the collar is supported axially outwardly in a second circumferential contour of the rim.
  • the rim has a radially inward bulging, circumferential belly.
  • the flanks of the abdomen are contours of the rim, in particular the first circumferential contour and the second circumferential contour.
  • the flanks close particularly advantageously a connection angle, wherein the flanks are formed in particular in a connection area with a corresponding circumferential surface.
  • a bias of the clamping ring must be so large that the clamping ring remains securely connected to the rim and the wheel center.
  • the inventively designed rim takes on the clamping ring with the proposed belly and its flanks such that in all driving situations of the vehicle, a lifting of the clamping ring of the wheel hub or the rim is avoided.
  • the clamping ring is connected by means of fastening elements with the rim or the wheel hub, in particular by means of screws screwed into the wheel center.
  • the function of the clamping ring would not be used if the clamping ring were bolted to both the rim and with the wheel center. However, a screwing of the clamping ring for aesthetic reasons, regardless of the function can be quite attractive.
  • a first gap between the clamping ring and the rim or the wheel center is formed.
  • the first gap is - reaching a tensioned state of the clamping ring - closable by tightening the fasteners.
  • the clamping ring is therefore biased when it comes to loads from driving situations of the vehicle.
  • the bias results in a compression of a rim base and an expansion of the clamping ring.
  • a deformation of the wheel can be neglected because of its design, cf. Embodiment.
  • the wheel center has a plurality of spokes which extend from a hub area in a substantially radial direction. At the end, the spokes open into an outer ring corresponding approximately to an inner diameter of the rim.
  • the screws are screwed into radially outer regions of the spokes, in particular in the outer ring facing, reinforced
  • the wheel center radially outward and the rim facing elevations and / or depressions and the rim corresponding to many corresponding to the wheel wells and / or corresponding elevations.
  • the clamping ring is formed curved radially inward. The clamping ring touches the rim in a row only axially inside with a collar, wherein preferably the clamping ring, the rim axially outside, if any, contacted by a circumferential sealing ring.
  • the clamping ring in particular the collar outside the flank, of the connection region and / or outside the second circumferential contour, in particular in the radial direction, is spaced from the rim by a second gap, preferably in the axially outer region, and / or the wheel center, in particular the outer ring, outside the flank, the connection region and / or outside the first circumferential contour, preferably in the radial direction, from the rim by a third gap, in particular in the axially inner region, spaced.
  • the second gap and / or the third gap is dimensioned or are such that in an expansion of the clamping ring, in particular of the collar, and / or the wheel, in particular of the outer ring, in the radial direction, in particular one Expansion due to thermal expansion at a predetermined first temperature, direct contact of the clamping ring, in particular of the collar, and / or the hub, in particular the outer ring, with the rim in the area outside the flank, the connection area, the first circumferential contour and / or the second circumferential contour is omitted.
  • a wheel according to the invention may be characterized in that the connection angle is chosen such that in a thermal compression of the clamping ring, in particular of the collar, and / or the wheel, in particular the outer ring, in the radial direction and / or the axial direction , in particular due to thermal compression at a predetermined second temperature, the clamping ring, in particular the collar, and / or the wheel center, in particular the outer ring, on the flank, the first circumferential contour, the second circumferential contour, in particular in the connection area, under a Vorspan - Lung rests, wherein the bias voltage is preferably below a predetermined maximum voltage and / or above a predetermined minimum voltage, in particular over an entire temperature range between the second temperature and the first temperature.
  • the first temperature is about 120 ° C and / or the second temperature is about -40 ° C.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wheel that has been cut axially
  • Fig. 3 shows the axial section of Fig. 2 by the assembled wheel
  • Fig. 4 is a perspective view as an exploded view of the wheel
  • FIG. 5 is an enlarged view of an axial section, wherein a region around a clamping ring according to the invention has broken in an untensioned state
  • Fig. 7 is the enlarged view of Fig. 5, wherein the clamping ring is shown in a tensioned state.
  • FIGS. 1 to 5 and 7 show an exemplary embodiment of a wheel 1 according to the invention, in the present case a light metal wheel for motor vehicles with a wheel star 3 made of metal. tall and a rim 2 made of carbon fiber reinforced plastic.
  • the Radstern 3 is fixed by means of a clamping ring 4 on the rim 2.
  • the rim 2 is not injured, since the clamping ring 4 is seated only on the rim 2 and pulls the wheel 3 against the rim 2.
  • a biasing force is applied to the components to be connected.
  • the Radstern 3 sits therefore only on the rim 2. It is advantageously no screwing into the rim 2 instead.
  • the rim 2 has a rim inner bed 21 and a rim outer bed 22.
  • the area designated as rim interior bed is often also referred to as inner rim shoulder, and the area designated as outer rim bed 22 is often referred to as outer rim shoulder.
  • Both the rim inner bed 21 and the rim outer bed 22 merge into a rim inner horn 23 and a rim outer horn 24, respectively.
  • the vehicle center longitudinal axis facing direction is to be understood, while under axially outside so the vehicle center longitudinal axis opposite side is to be understood.
  • at least one first circumferential contour 25 is formed in the rim 2, in which the wheel center 3 can be used with a radially outer and axially inner contact contour. The Radstern 3 is thus added in the rim 2 supported axially inwardly.
  • the spider 3 has a plurality of spokes 31, which extend from a hub region 32 in a substantially radial direction r.
  • the spokes 31 open radially outward in an approximately an inner diameter of the rim 2 corresponding outer ring 33.
  • the contact contour of the Radsterns 3 to the rim 2 is formed in the present embodiment by means of the outer ring 33.
  • the outer ring 33 has, in addition to the peripheral contact contour circumferentially elevations 28.
  • the elevations 28 are facing the rim 2 and the rim 2 is formed accordingly.
  • the elevations 28 are arranged distributed over the circumference on the outer ring 33.
  • the outer ring 33 has a recess 29 which is intended to receive a corresponding elevation of the rim 2.
  • the elevations 28 and the recess 29 serve as anti-rotation to accommodate braking and drive torque.
  • the elevations 28 engage in recesses 38, which are formed in accordance with FIG. 2 in the rim 2, a.
  • the rim 2 has a second circumferential contour 26 radially inward and axially inward.
  • the clamping ring 4 has a radially outwardly formed collar 41.
  • the first circumferential contour 25 and the second circumferential contour 26 are flanks 51 of a circumferential bulge 27 bulging radially inward from the rim 2.
  • This area 27 is often also referred to generally as the low-level bed of the rim 2.
  • the clamping ring 4 is screwed by means of screws 5 in the wheel hub 3 (Fig. 1, Fig. 3) or screwed (Fig. 2, Fig. 4).
  • screws 5 in the wheel hub 3 (Fig. 1, Fig. 3) or screwed (Fig. 2, Fig. 4).
  • Fig. 1, Fig. 3 screws 5 in the wheel hub 3
  • Fig. 2, Fig. 4 screws 5 in the wheel hub 3
  • Fig. 2, Fig. 4 screwed by means of screws 5 in the wheel hub 3 (Fig. 1, Fig. 3) or screwed (Fig. 2, Fig. 4).
  • internal thread running Alternatively, riveting or pinning may also be considered instead of the screw connection.
  • a bond can be selected as a fastener, with releasable connections are preferred.
  • the clamping ring 4 is carried out about the belly 27 according to bulbous, wherein the
  • Clamping ring 4 the belly 27 radially inwardly almost completely spanned.
  • a sealing ring 42 inserted into the clamping ring 4, which rests radially outwardly against the belly 27.
  • the axially outer flank of the abdomen 27 is not encompassed by the clamping ring 4.
  • In the axially outer region of the clamping ring extends distributed over the circumference with tabs radially inward. In the tabs are
  • the prestress results in a compression of the CFRP bed of the rim 2 selected in the exemplary embodiment and an expansion of the clamping ring 4.
  • a deformation of the star 3 can be neglected due to its design.
  • the first gap 6 between clamping ring 4 and star 3 manufacturing tolerances In order to minimize the influence of manufacturing tolerances, the system must be as flexible as possible. This also makes the clamping system insensitive to seating. In the tensioned state and under load - especially when cornering and thus by a lateral force - the bias of the screws on the clamping ring must be so large that the first gap 6 remains closed. Lifting between clamping ring 4 and star 3 is not permitted.
  • FIG. 6 illustrates a consideration from which it follows that the belly width 53 depends on a connection angle ⁇ , for which reason it is as small as possible should fail.
  • the connection angle ⁇ is shown in FIG. 7, the angle between a vertical and the course of the edge 51 and the contours 25, 26 in a connection region 52 in a vertical orientation of the wheel 1.
  • An advantageous embodiment of the invention proposes a compromise, as ever greater the connection angle ⁇ , the more flexible is the clamping system and thus its unresponsiveness to setting.
  • the components of the bracing system are designed so that at least approximately correspond to axial and radial bracing.
  • this is achieved by optimally selecting the connection angle ⁇ , the clamping length 53 and the clamping radius 54.
  • the clamping system is stable with respect to temperature fluctuations with respect to the prestressing force.
  • the result is substantially no heating of the wheel 1. to an expansion of the spider 3 and the clamping ring 4 both in the radial direction r and in an axial direction.
  • both the wheel star 3 and the clamping ring 4 outside the connection region 52 or the flanks 51 are separated by a second gap 56 or a third gap 58 in the radial direction
  • the sealing ring 42 is arranged in the region of the second gap 56.
  • the elasticity of the sealing ring 42 merely ensures that the sealing ring 42 remains in contact with the belly 27 and thus prevents foreign bodies, such as dirt or water, from penetrating into the region of the second gap 56 and / or the third gap 58 is avoided without the sealing ring 42 opposes a reduction of the gap 56 a resistance.
  • the clamping ring 4 spans a larger axial area of the stomach 27 compared to the wheel center 3. This achieves, in particular, that the thermal expansion or thermal compression of the wheel star 3 or of the clamping ring 4 is compensated such that a substantially constant bias remains.
  • the clamping ring 4 is arranged in comparison to known from the prior art wheels on the axially inner side of the wheel 1 and not on the axially outer side to provide sufficient clearance for corresponding braking devices within the wheel 1 , At the same time this results in an optically advantageous embodiment of the wheel 1 in a plan view of axially outside. So in this area just the Radstern 3 is arranged. However, this has no opening or screw on the axially outer side, since they are on the axially inner side on which it is connected by means of the screws 5 with the clamping ring 4, respectively.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rad (1), insbesondere ein Teilleichtmetallrad und/oder ein Leichtmetallrad für Kraftfahrzeuge, bestehend im Wesentlichen aus einer Felge (2) und einem Radstern (3), wobei der Radstern (3) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff besteht. Erfindungsgemäß weist das Rad (1) einen Klemmring (4) auf. Der Radstern (3) ist mittels des Klemmrings (4) an der Felge (2) befestigbar.

Description

Rad
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Rad, insbesondere ein Leichtmetallrad für Kraftfahrzeuge. Das Rad besteht im Wesentlichen aus einer Felge und einem Radstern. Unter Leichtmetallrädern im Sinne der Erfindung werden solche Räder verstanden, die zumindest bereichsweise ein Leichtmetall umfassen, darüber hinaus aber auch andere Materialien, auch nicht metallische Materialien, umfassen können, also auch Teilleichtmetallräder.
Solche Räder sind im Stand der Technik als mehrteilige Räder bekannt. Eigenschaftsunterschiede verwendeter Materialien stellen der Fachwelt Aufgaben und geben weiterhin Raum für Verbesserungen. Insbesondere ist die Verbindung der mehreren Teile aus verschiedenem Material immer wieder zu verbessern.
Diese Probleme werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Rad mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 in Kombination mit den oberbegrifflichen Merkmalen.
Der Radstern besteht erfindungsgemäß aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung, ins- besondere aus einem Leichtmetall wie Magnesium oder Aluminium. Die Felge besteht aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, insbesondere mit thermoplastischer oder duromerer Matrix. Der Radstern ist mittels eines Klemmrings an der Felge befestigbar.
Mittels eines solchen Klemmrings lässt sich eine definierte zur Aufnahme einer Betriebslast ausreichende Vorspannung zwischen den zu verbindenden Komponenten erreichen. Dies erweist sich als vorteilhaft beim Kompensieren von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs und des Metalls der unterschiedlichen Komponenten. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Klemmrings führt zu hoher Festigkeit der Verbindung von Felge und Radstern. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Felge ein Felgeninnenbett und ein Fel- genaußenbett auf, die jeweils in ein Felgeninnenhorn bzw. ein Felgenaußenhorn übergehen. Der Radstern ist in einer ersten umlaufenden Kontur nach axial innen abgestützt, wobei die erste umlaufende Kontur in dem Felgenaußenbett oder in einem axial zu dem Felgenaußenbett benachbarten Bereich der Felge ausgebildet ist.
Der Klemmring kann an den Kontaktflächen in radialer Richtung gleiten. Die Konturen vorteilhafter Ausführungsformen sind derart in ihren Schrägen und Klemmlängen abgestimmt, dass dabei weder bei Abkühlung noch bei Erwärmung eine signifikante Änderung der Vorspannkraft auftritt und dass eine Zentrierung über die Schrägen erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Klemmring einen V-förmigen oder einen U-förmigen Querschnitt auf. Besonders vorteilhaft weist der Klemmring axial in- nen einen nach radial außen ausgebildeten Kragen auf. Der Kragen ist in einer zweiten umlaufenden Kontur der Felge nach axial außen abgestützt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Felge einen nach radial innen vorgewölbten, umlaufenden Bauch auf. Die Flanken des Bauches sind Konturen der Felge, insbesondere die erste umlaufende Kontur und die zweite umlaufende Kontur.
Besonders vorteilhaft schließen die Flanken bei vertikaler Ausrichtung des Rades gegenüber der Vertikalen einen Anbindungswinkel ein, wobei die Flanken insbesondere in einem An- bindungsbereich mit einer entsprechend umlaufenden Fläche ausgebildet sind.
Unter Belastung - vor allem bei Kurvenfahrt und somit durch eine Seitenkraft - muss eine Vorspannung des Klemmrings so groß sein, dass der Klemmring sicher mit der Felge und dem Radstern verbunden bleibt. Die erfindungsgemäß ausgebildete Felge nimmt den Klemmring mit dem vorgeschlagenen Bauch und seinen Flanken derart auf, dass in allen Fahrsituati- onen des Fahrzeugs ein Abheben des Klemmrings von dem Radstern oder von der Felge vermieden ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Klemmring mittels Befestigungselementen mit der Felge oder dem Radstern verbindbar, insbesondere mittels Schrauben in den Radstern verschraubbar. Die Funktion des Klemmrings wäre nicht genutzt, wenn der Klemmring sowohl mit der Felge als auch mit dem Radstern verschraubt wäre. Allerdings kann auch ein Verschrauben des Klemmrings aus ästhetischen Gründen ohne Rücksicht auf die Funktion durchaus attraktiv sein.
In einem ungespannten Zustand des Klemmrings, wenn der noch nicht verschraubte Klemmring mit der Felge in Kontakt steht, ist in einem Ringbereich, in dem die Befestigungselemen- te angeordnet sind, ein erster Spalt zwischen dem Klemmring und der Felge oder dem Radstern ausgebildet. Der erste Spalt ist - einen gespannten Zustand des Klemmrings erreichend - mittels Anziehen der Befestigungselemente schließbar.
Der Klemmring ist demnach vorgespannt, wenn es zu Belastungen aus Fahrsituationen des Fahrzeugs kommt. Durch die Vorspannung ergeben sich eine Stauchung eines Felgenbettes und eine Dehnung des Klemmringes. Eine Verformung des Radsterns kann wegen dessen Gestaltung vernachlässigt werden, vgl. Ausführungsbeispiel.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Radstern eine Vielzahl an Speichen auf, die sich ausgehend von einem Nabenbereich in im Wesentlichen radialer Richtung erstrecken. Endseitig münden die Speichen in einem etwa einem Innendurchmesser der Felge entsprechenden Außenring.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Schrauben in radial äußere Bereiche der Speichen verschraubbar, insbesondere in dem Außenring zugewandte, verstärkte
Mündungsbereiche der Speichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen der Radstern radial außen und der Felge zugewandt Erhebungen und / oder Vertiefungen und die Felge entsprechend viele dem Radstern entsprechende Vertiefungen und / oder entsprechende Erhebungen auf. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Klemmring nach radial innen gewölbt ausgebildet. Der Klemmring berührt die Felge in Folge nur axial innen mit einem Kragen, wobei vorzugsweise der Klemmring die Felge axial außen, wenn überhaupt, mit einem Dichtring umlaufend berührt.
Besonders bevorzugt ist ferner, dass der Klemmring, insbesondere der Kragen außerhalb der Flanke, des Anbindungsbereichs und/oder außerhalb der zweiten umlaufenden Kontur, insbesondere in die radiale Richtung, von der Felge durch einen zweiten Spalt, vorzugsweise im axial äußeren Bereich beabstandet ist und/oder der Radstern, insbesondere der Außenring, außerhalb der Flanke, des Anbindungsbereichs und/oder außerhalb der ersten umlaufenden Kontur, vorzugsweise in die radiale Richtung, von der Felge durch einen dritten Spalt, insbesondere im axial inneren Bereich, beabstandet ist.
Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, dass der zweite Spalt und/oder der dritte Spalt so bemessen ist bzw. sind, dass bei einer Expansion des Klemmrings, insbesondere des Kragens, und/oder des Radsterns, insbesondere des Außenrings, in die radiale Richtung, insbesondere einer Expansion aufgrund einer thermischen Expansion bei einer vorgegebenen ersten Temperatur, ein direkter Kontakt des Klemmrings, insbesondere des Kragens, und/oder des Radsterns, insbesondere des Außenrings, mit der Felge im Bereich außerhalb der Flanke, des An- bindungsbereichs, der ersten umlaufenden Kontur und/oder der zweiten umlaufenden Kontur unterbleibt.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Rad dadurch gekennzeichnet sein, dass der Anbindungs- winkel so gewählt ist, dass bei einer thermischen Kompression des Klemmrings, insbesondere des Kragens, und/oder des Radsterns, insbesondere des Außenrings, in die radiale Richtung und/oder die axiale Richtung, insbesondere aufgrund einer thermischen Kompression bei einer vorgegebenen zweiten Temperatur, der Klemmring, insbesondere der Kragen, und/oder der Radstern, insbesondere der Außenring, auf der Flanke, der ersten umlaufenden Kontur, der zweiten umlaufenden Kontur, insbesondere im Anbindungsbereich, unter einer Vorspan- nung aufliegt, wobei die Vorspannung vorzugsweise unterhalb einer vorgegebenen Maximalspannung und/oder oberhalb einer vorgegebenen Minimalspannung liegt, insbesondere über einen gesamten Temperaturbereich zwischen der zweiten Temperatur und der ersten Temperatur.
Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die erste Temperatur ungefähr 120° C und/oder die zweite Temperatur ungefähr -40° C beträgt.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand des in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispiels erläutert. Es ist ein klassisches Speichendesign mit Y-förmig verlaufenden Speichenstegen gewählt, um die Erfindung zu erläutern. Erfindungsgemäß können alternativ sämtliche Arten von Radsternen oder äquivalenten Radelementen Einsatz finden können.
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf ein Rad, das axial geschnitten wurde,
Fig. 2 einen weiteren Axialschnitt durch eine Explosionsdarstellung des Rades,
Fig. 3 den Axialschnitt aus Fig. 2 durch das zusammengebaute Rad
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht als Explosionsdarstellung des Rades und
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Axialschnittes, wobei ein Bereich um einen erfindungsgemäßen Klemmring in einem ungespannten Zustand ausgebrochen ist,
Fig. 6 eine Hilfszeichnung zur Berechnung eines Anbindungswinkels und
Fig. 7 die vergrößerte Darstellung aus Fig. 5, wobei der Klemmring in einem gespannten Zustand gezeigt ist.
In den Figuren 1 bis 5 und 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rades 1 dargestellt, vorliegend ein Leichtmetallrad für Kraftfahrzeuge mit einem Radstern 3 aus Me- tall und einer Felge 2 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Der Radstern 3 ist mittels eines Klemmrings 4 an der Felge 2 befestigt. Dabei wird die Felge 2 nicht verletzt, da der Klemmring 4 nur auf der Felge 2 aufsitzt und den Radstern 3 gegen die Felge 2 zieht. Mittels des Klemmrings 4 wird eine Vorspannkraft auf die zu verbindenden Komponenten aufge- bracht. Auch der Radstern 3 sitzt demnach nur auf der Felge 2 auf. Es findet vorteilhafterweise keine Verschraubung in die Felge 2 statt.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der besseren Übersicht wegen sind nicht alle Bezugszeichen in allen Figuren eingetragen.
Die Felge 2 weist ein Felgeninnenbett 21 und ein Felgenaußenbett 22 auf. Der als Felgenin- nenbett bezeichnete Bereich wird oft auch als Felgeninnenschulter und der als Felgenaußenbett 22 bezeichnete Bereich wird oft auch als Felgenaußenschulter bezeichnet. An diese können sich zur Felgenmitte Sicherheitselemente anschließen, die ein Abrutschen des Reifens in den mittleren Bereich der Felge verhindern sollen. Sowohl das Felgeninnenbett 21 wie auch das Felgenaußenbett 22 gehen in ein Felgeninnenhorn 23 bzw. ein Felgenaußenhorn 24 über. Unter axial innen im Sinne der vorliegenden Erfindung ist also die einer Fahrzeugmittellängsachse zugewandte Richtung zu verstehen, während unter axial außen also die der Fahrzeug- mittellängssachse abgewandte Seite zu verstehen ist. Somit ist in der Felge 2 mindestens eine erste umlaufende Kontur 25 ausgebildet, in die der Radstern 3 mit einer radial äußeren und axial inneren Kontaktkontur einsetzbar ist. Der Radstern 3 ist damit in der Felge 2 nach axial innen abgestützt aufgenommen.
Der Radstern 3 weist eine Vielzahl an Speichen 31 auf, die sich ausgehend von einem Naben- bereich 32 in im Wesentlichen radialer Richtung r erstrecken. Die Speichen 31 münden radial außen in einem etwa einem Innendurchmesser der Felge 2 entsprechenden Außenring 33. Die Kontaktkontur des Radsterns 3 zur Felge 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels des Außenrings 33 ausgebildet. Der Außenring 33 weist außer der umlaufenden Kontaktkontur umlaufend Erhebungen 28 auf. Die Erhebungen 28 sind der Felge 2 zugewandt und der Felge 2 entsprechend ausgebildet. Die Erhebungen 28 sind über den Umfang verteilt auf dem Außenring 33 angeordnet. Außerdem weist der Außenring 33 eine Vertiefung 29 auf, die eine entsprechende Erhebung der Felge 2 aufzunehmen bestimmt ist. Die Erhebungen 28 und die Vertiefung 29 dienen als Verdrehsicherung zur Aufnahme von Brems- und Antriebsmoment. Die Erhebungen 28 greifen in Vertiefungen 38, die gemäß Fig. 2 in der Felge 2 ausgebildet sind, ein.
Die Felge 2 weist nach radial innen und axial innen hin eine zweite umlaufende Kontur 26 auf. Dieser zweiten umlaufenden Kontur 26 entsprechend ausgebildet ist der Klemmring 4. Um sich gegen die zweite umlaufende Kontur 26 nach axial außen abstützen zu können weist der Klemmring 4 einen nach radial außen ausgebildeten Kragen 41 auf.
Die erste umlaufende Kontur 25 und die zweite umlaufende Kontur 26 sind Flanken 51 eines nach radial innen aus der Felge 2 vorgewölbten umlaufenden Bauches 27. Dieser Bereich 27 wird oft im Allgemeinen auch als Tiefbett der Felge 2 bezeichnet.
Der Klemmring 4 ist mittels Schrauben 5 in den Radstern 3 verschraubt (Fig. 1, Fig. 3) bzw. verschraubbar (Fig. 2, Fig. 4). Dazu sind in radial äußeren Bereichen der Speichen 31, in verstärkten Mündungsbereichen 34 der Speichen 31 zu dem Außenring 33 hin, Innengewinde ausgeführt. Alternativ kommt auch statt der Verschraubung eine Vernietung bzw. ein Verstiften in Frage. Außerdem kann statt der punktweisen Befestigung des Klemmrings 4 mit dem Radstern 3 auch eine Verklebung als Befestigungsmittel gewählt werden, wobei lösbare Verbindungen bevorzugt werden. Der Klemmring 4 ist etwa dem Bauch 27 entsprechend bauchig ausgeführt, wobei der
Klemmring 4 den Bauch 27 radial innen beinahe vollständig umspannt. In einem axial äußeren Bereich ist nach radial außen ausgerichtet ein Dichtring 42 in den Klemmring 4 eingelassen, der radial außen gegen den Bauch 27 anliegt. Die axial äußere Flanke des Bauches 27 wird nicht durch den Klemmring 4 umspannt. In dem axial äußeren Bereich erstreckt sich der Klemmring über den Umfang verteilt mit Laschen nach radial innen. In den Laschen sind
Durchtrittsöffnungen ausgeführt, durch die die Schrauben 5 führbar sind. Besonders vorteilhaft versinken die Köpfe der Schrauben 5 in den Durchtrittsöffnungen der Laschen. In den Figuren 5 und 7 ist eine Verspannung von Felge 2 und Stern 3 mittels Klemmring 4 durch die Schrauben 5 vergrößert dargestellt. Die Verspannung wird über die geometrischen Formen der Bauteile und einen ersten Spalt 6 zwischen Klemmring und Stern (im ungespann- ten Zustand, Fig. 5) und einer Klemmlänge definiert, wobei die Klemmlänge durch eine Bauchbreite 53 des Bauches 27 vorgegeben ist. Mittels der Schraube 5 kann der erste Spalt 6 geschlossen werden (Fig. 7), woraus eine Vorspannung des Klemmrings 4 resultiert.
Durch die Vorspannung ergibt sich eine Stauchung des in dem Ausführungsbeispiel gewähl- ten CFK-Bettes der Felge 2 und eine Dehnung des Klemmrings 4. Eine Verformung des Sterns 3 kann auf Grund dessen Gestaltung vernachlässigt werden.
Um eine optimale Vorspannkraft in das System zu bringen berücksichtigt in dem Ausführungsbeispiel der erste Spalt 6 zwischen Klemmring 4 und Stern 3 Fertigungstoleranzen. Um den Einfluss von Fertigungstoleranzen so gering wie möglich zu halten, muss das System möglichst nachgiebig sein. Dies macht das Klemmsystem auch unempfindlich gegenüber einem Setzen. Im gespannten Zustand und unter Belastung - vor allem bei Kurvenfahrt und somit durch eine Seitenkraft - muss die Vorspannung der Schrauben auf den Klemmring so groß sein, dass der erste Spalt 6 geschlossen bleibt. Ein Abheben zwischen Klemmring 4 und Stern 3 ist nicht zulässig.
Infolge verschiedener Betriebstemperaturen in einem Bereich zwischen -40°C und +120°C kommt es auf Grund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Bauteile zu unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten. Dies hat direkten Einfluss auf die Ver- Spannung der Bauteile. Dabei dehnen sich die Bauteile radial und axial aus, bzw. ziehen sich zusammen. Entscheidend für die Vorspannung ist dabei die Ausdehnungskomponente in axialer Richtung.
Für das CFK-Bett kann ein sehr niedriger bis nicht vorhandener Wärmeausdehnungskoeffi- zienten angenommen werden. Es werden vereinfachend nur die Ausdehnung des Sterns 3 und
Klemmrings 4 betrachtet. In Fig. 6 ist eine Überlegung verdeutlicht, aus der sich ergibt, dass die Bauchbreite 53 von einem Anbindungswinkel δ abhängt, weshalb dieser möglichst klein ausfallen sollte. Der Anbindungswinkel δ ist gemäß Fig. 7 der Winkel zwischen einer Vertikalen und dem Verlauf der Flanke 51 bzw. der Konturen 25, 26 in einem Anbindungsbereich 52 bei einer vertikalen Ausrichtung des Rades 1. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung schlägt ein Kompromiss vor, denn je größer der Anbindungswinkel δ ist, desto flexib- 1er ist das Verspannsystem und somit seine Unempfmdlichkeit gegen Setzen.
Die axiale Ausdehnung unter Temperatur bewirkt einen Vorspannkraftverlust. Da sich im Wesentlichen nur der Stern 3 und der Klemmring 4, nicht jedoch das Felgenbett, axial ausdehnt findet eine Entlastung statt. Bei kalten Temperaturen wird dagegen eine Vorspannkraft- zunähme zu verzeichnen sein. Je größer eine aus der Wahl der Bauchbreite 53 resultierende Klemmlänge desto höher ist der Vorspannkraftabfall unter steigender Temperatur.
Vorteilhaft werden die Bauteile des Verspannsystems so gestaltet, dass sich axiale und radiale Verspannstrecken wenigstens annähernd entsprechen. Dies gelingt bei einer vorteilhaften er- fmdungsgemäßen Ausfuhrungsform durch optimale Wahl des Anbindungswinkels δ, der Klemmlänge 53 und des Klemmradius 54. Hierdurch ist das Klemmsystem gegenüber Temperaturschwankungen in Bezug auf die Vorspannkraft stabil.
Diese Stabilität der Vorspannkraft auch bei unterschiedlichen Temperaturen wird insbesonde- re erfindungsgemäß auf folgende Weise erreicht.
Kommt es zu einer Erwärmung des Rades 1, so führt diese Erwärmung im wesentlichen zu keiner Formveränderung der Felge 2. Hingegen kommt es auf Grund des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Radsterns 3, beziehungsweise des Außenrings 33, und des Klemm- rings 4, beispielsweise des Kragens 41, zu einer Ausdehnung bzw. Expansion des Radsterns 3 und des Klemmrings 4 sowohl in die radiale Richtung r als auch in eine axiale Richtung.
Wie insbesondere der Figur 7 zu entnehmen ist, ist sowohl der Radstern 3 als auch der Klemmring 4 außerhalb des Anbindungsbereichs 52 beziehungsweise der Flanken 51 durch einen zweiten Spalt 56 beziehungsweise einen dritten Spalt 58 in radialer Richtung von dem
Bauch 27 beabstandet. Auf Grund der thermischen radialen Ausdehnung bzw. Expansion des Klemmrings 4 beziehungsweise des Radsterns 3 bei höheren Temperaturen kommt es zwar zu einer Reduzierung der Spaltgröße des zweiten Spalts 56 und des dritten Spalts 58, jedoch wird ein direkter Kontakt mit dem Bauch 27 in radiale Richtung vermieden.
Die thermische Expansion des Radsterns 3 und des Klemmrings 4 führt jedoch gleichzeitig auch zu einer Vergrößerung der axialen Ausdehnung derselben. Auf Grund der Ausbildung des Anbindungswinkels δ im Bereich des Anbindungsbereiches 52 wird jedoch durch eine gleichzeitige radiale und axiale Expansion der jeweilige Berührungspunkt des Radsterns 3 beziehungsweise des Klemmrings 4 mit der Felge 2 im Bereich der Flanken 51 radial nach außen wandern. Jedoch wird die Vorspannungskraft auf den Anbindungsbereich 52 des Bau- ches 27 in diesem Bereich aufgrund der Neigung δ im wesentlichen gleich bleiben.
Umgekehrt führt eine Schrumpfung bzw. Kompression des Radsterns 3 und des Klemmrings 4 auf Grund einer thermischen Schrumpfung bzw. Kompression durch eine Temperaturreduzierung dazu, dass auf Grund der radialen Kompression die Spaltgröße des zweiten Spalts 56 und des dritten Spalts 58 zunehmen. Dies bewirkt, dass der Berührungspunkt zwischen dem Radstern 3, insbesondere dem Außenring 33, beziehungsweise dem Klemmring 4, insbesondere dem Kragen 41, mit den Flanken 51 im Anbindungsbereich 52 nach radial innen wandert. Auf Grund der Ausbildung des Anbindungswinkels δ und Anbindungsbereich 52 wird jedoch eine Vorspannung im wesentlichen dadurch beibehalten, dass durch die Wanderung des Berührungspunktes nach radial innen gerade die thermische Kompression des Radsterns 3 beziehungsweise des Klemmrings 4 in die axiale Richtung ausgeglichen wird.
So wird sichergestellt, dass bei der thermischen Kompression eine Maximalspannung nicht überschritten wird und bei einer thermischen Expansion eine Minimalspannung nicht unter- schritten wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist, wie bereits zuvor erläutert, im Bereich des zweiten Spalts 56 der Dichtring 42 angeordnet. Mittels des Dichtrings 42 wird jedoch im wesentlichen keine Kraft in radiale Richtung auf die Felge 2, insbesondere im Bereich des Bauches 27, aufgebaut. Durch die Elastizität des Dichtrings 42 wird lediglich sichergestellt, dass der Dichtring 42 in Kontakt mit dem Bauch 27 verbleibt und so ein Eindringen von Fremdkörpern, wie Schmutz oder Wasser, in den Bereich des zweiten Spalts 56 und/oder des dritten Spalts 58 vermieden wird, ohne dass der Dichtring 42 einer Reduzierung des Spalts 56 einen Widerstand entgegensetzt.
Wie schließlich Figur 7 zu entnehmen ist, überspannt der Klemmring 4 im Vergleich zu dem Radstern 3 einen größeren axialen Bereich des Bauches 27. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass die thermische Expansion beziehungsweise thermische Kompression des Radsterns 3 beziehungsweise des Klemmrings 4 so kompensiert wird, dass eine im wesentlichen konstante Vorspannung bestehenbleibt. Hieraus ergibt sich jedoch gleichzeitig, dass der Klemmring 4 im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Rädern auf der axial inneren Seite des Rades 1 und nicht auf der axial äußeren Seite angeordnet ist, um einen ausreichenden Freiraum für entsprechende Bremseinrichtungen innerhalb des Rades 1 bereitzustellen. Gleichzeitig resultiert hieraus auch eine optisch vorteilhafte Ausgestaltung des Rades 1 bei einer Aufsicht von axial außen. So ist in diesem Bereich gerade der Radstern 3 angeordnet. Dieser weist jedoch auf der axial äußeren Seite keine Öffnung oder Verschraubung auf, da diese auf der axial inneren Seite, auf der er mittels der Schrauben 5 mit dem Klemmring 4 verbunden ist, angeordnet sind.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste
1 Rad
2 Felge
3 Radstern
4 Klemmring
5 Schraube
6 erster Spalt 21 Felgeninnenbett
22 Felgenaußenbett
23 Felgeninnenhorn
24 Felgenaußenhorn
25 erste umlaufende Kontur 26 zweite umlaufende Kontur
27 Bauch
28 Erhebung
29 Vertiefung 31 Speiche
32 Nabenbereich
33 Außenring
34 Mündungsbereich 38 Vertiefung
41 Kragen
42 Dichtring
51 Flanke
52 Anbindungsbereich
53 Bauchbreite
54 Klemmradius 56 zweiter Spalt 58 dritter Spalt r radiale Richtung δ Anbindungswinkel

Claims

Patentansprüche
Rad (1), insbesondere Teilleichtmetallrad und/oder Leichtmetallrad für Kraftfahrzeuge, umfassend im Wesentlichen eine Felge (2) und einen Radstern (3),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Radstern (3) ein Metall oder eine Metalllegierung und die Felge (2) einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff umfasst, das Rad (1) einen Klemmring (4) aufweist und der Radstern (3) mittels des Klemmrings (4) an der Felge (2) befestigbar ist.
Rad (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Felge (2) ein Felgeninnenbett (21) und ein Felgenaußenbett (22) aufweist, die jeweils in ein Felgeninnenhorn (23) bzw. ein Felgenaußenhom (24) übergehen, und der Radstern (3) in einer ersten umlaufenden Kontur (25) nach axial innen abgestützt ist, wobei die erste umlaufende Kontur (25) in dem Felgenaußenbett (22) oder in einem axial zu dem Felgenaußenbett (22) benachbarten Bereich der Felge (2) ausgebildet ist.
Rad (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Klemmring (4) im Wesentlichen einen V-förmigen oder einen U-förmigen Querschnitt aufweist.
Rad (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Klemmring (4) axial innen einen nach radial außen ausgebildeten Kragen (41) aufweist, der durch eine zweite umlaufende Kontur (26) der Felge (2) nach axial außen abgestützt ist.
Rad (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Felge (2) einen nach radial innen vorgewölbten umlaufenden Bauch (27) aufweist und dass mit Flanken (51) des Bauches (27) Konturen in der Felge (2) ausgebildet sind, insbesondere die erste umlaufende Kontur (25) und die zweite umlaufende Kontur (26).
6. Rad ( 1 ) nach Anspruch 5 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flanken (51) bei vertikaler Ausrichtung des Rades (1) in einem Anbindungsbe- reich (52) gegenüber der Vertikalen einen Anbindungswinkel (δ) einschließen.
7. Rad (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Klemmring (4), insbesondere mittels Schrauben (5), mit der Felge (2) und / oder dem Radstern (3) verbindbar ist, insbesondere in den Radstern (3) verschraubbar ist, wobei in einem ungespannten Zustand des Klemmrings (4), wenn der Klemmring (4) mit der Felge (2) in Kontakt steht, in einem Ringbereich, in dem ggf. die Schrauben (5) angeordnet sind, ein erster Spalt (6) zwischen dem Klemmring (4) und der Felge (2) oder dem Radstern (3) ausgebildet ist, der in einem gespannten Zustand des Klemmrings (4), ggf. nach Anziehen der Schrauben (5), geschlossen ist.
8. Rad ( 1 ) nach Anspruch 7 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Radstern (3) eine Vielzahl an Speichen (31) aufweist, die sich ausgehend von einem Nabenbereich (32) in im Wesentlichen radialer Richtung (r) erstrecken und end- seitig in einem etwa einem Innendurchmesser der Felge (2) entsprechenden Außenring (33) münden.
9. Rad (1) nach den Ansprüchen 7 und 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schrauben (5) in radial äußere Bereiche der Speichen (31) verschraubbar sind, insbesondere in verstärkte Mündungsbereiche (34) der Speichen (31) zu dem Außenring (33).
10. Rad (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Radstern (3) radial außen und der Felge (2) zugewandt Erhebungen (28) und / oder Vertiefungen (29) und die Felge (3) entsprechend viele dem Radstern (2) entsprechende Vertiefungen (38) und / oder entsprechende Erhebungen aufweisen.
Rad (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Klemmring (4) nach radial innen gewölbt ausgebildet ist, sodass der Klemmring (4) die Felge (2) nur axial innen mit einem Kragen (41) berührt, wobei vorzugsweise der Klemmring (4) die Felge (2) axial außen, wenn überhaupt, mit einem Dichtring (42) umlaufend berührt.
Rad (1) nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Klemmring (4), insbesondere der Kragen (41), außerhalb der Flanke (51), des An- bindungsbereichs (52) und/oder außerhalb der zweiten umlaufenden Kontur (26), insbesondere in die radiale Richtung (r), von der Felge (2) durch einen zweiten Spalt (56), vorzugsweise im axial äußeren Bereich, beabstandet ist und/oder der Radstern (3), insbesondere der Außenring (33), außerhalb der Flanke (51), des Anbindungsbe- reichs (52) und/oder außerhalb der ersten umlaufenden Kontur (25), vorzugsweise in die radiale Richtung (r), von der Felge (2) durch einen dritten Spalt (58), insbesondere im axial inneren Bereich, beabstandet ist.
Rad (1) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Spalt (56) und/oder der dritte Spalt (58) so bemessen ist bzw. sind, dass bei einer Expansion des Klemmrings (4), insbesondere des Kragens (41), und/oder des Radsterns (3), insbesondere des Außenrings (33), in die radiale Richtung (r), insbesondere einer Expansion aufgrund einer thermischen Expansion bei einer vorgegebenen ersten Temperatur, ein direkter Kontakt des Klemmrings (4), insbesondere des Kragens (41), und/oder des Radsterns (3), insbesondere des Außenrings (33), mit der Felge (2) im Bereich außerhalb der Flanke (51), des Anbindungsbereichs (52), der ers- ten umlaufenden Kontur (25) und/oder der zweiten umlaufenden Kontur (26) unterbleibt.
14. Rad (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anbindungswinkel (δ) so gewählt ist, dass bei einer thermischen Kompression des Klemmrings (4), insbesondere des Kragens (41), und/oder des Radsterns (3), insbesondere des Außenrings (33), in die radiale Richtung (r) und/oder die axiale Richtung, insbesondere aufgrund einer thermischen Kompression bei einer vorgegebenen zweiten Temperatur, der Klemmring (4), insbesondere der Kragen (41), und/oder der Radstern (3), insbesondere der Außenring (33), auf der Flanke (51), der ersten umlaufenden Kontur (25), der zweiten umlaufenden Kontur (26), insbesondere im Anbin- dungsbereich (52), unter einer Vorspannung aufliegt, wobei die Vorspannung vorzugsweise unterhalb einer vorgegebenen Maximalspannung und/oder oberhalb einer vorgegebenen Minimalspannung liegt, insbesondere über einen gesamten Temperaturbereich zwischen der zweiten Temperatur und der ersten Temperatur.
15. Rad (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Temperatur ungefähr 120° C und/oder die zweite Temperatur ungefähr -40° C beträgt.
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