WO2012052219A1 - Bauweise für pkw / nfz leichtbaukammerfelgen umfassend bauweise, materialkonzept, konstruktionsmerkmale und herstellverfahren - Google Patents

Bauweise für pkw / nfz leichtbaukammerfelgen umfassend bauweise, materialkonzept, konstruktionsmerkmale und herstellverfahren Download PDF

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WO2012052219A1
WO2012052219A1 PCT/EP2011/065166 EP2011065166W WO2012052219A1 WO 2012052219 A1 WO2012052219 A1 WO 2012052219A1 EP 2011065166 W EP2011065166 W EP 2011065166W WO 2012052219 A1 WO2012052219 A1 WO 2012052219A1
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rim
lightweight
mold
star
design
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PCT/EP2011/065166
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Klaus Hedrich
Axel Zajonz
Martina Ortelt
Benjamin Brehmer
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Evonik Degussa Gmbh
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • Rotating wheel masses have a great influence on the acceleration performance of cars and commercial vehicles.
  • C0 2 emissions and fuel consumption rims are provided which are lighter than today's standard sheet steel or cast aluminum designs.
  • the reduction of the moment of inertia is achieved. at
  • Electric vehicles can be made smaller, lighter and more cost-effective with the use of lightweight rims with the same range the battery. At the same
  • Car enthusiasts are usually made of rolled steel.
  • Fiber composites in particular Kevlar or
  • Lightweight bicycles are described, which are composed of two parts of a fiber composite material and optionally glued to a foam core.
  • Foam material is only contained in the rim and not in the spokes.
  • Foam materials for spoke-free disc wheels as used in racing bikes described.
  • a novel lightweight rim which consists of a rim and a rim star hub.
  • the rim well and the rim star according to the invention each consist of an outer and at least three of four sides of the outer region enclosed inner region.
  • the outer area is made of a reinforced
  • Hybrid material containing a reinforcing material and a matrix material.
  • the inner region as stated above, encompassed by at least three out of four sides of the hybrid material, consists of a core material which is a foamed polymer.
  • the core material is enclosed on all four sides by the hybrid material.
  • three of the four sides of the core material are enclosed with the hybrid material, and as the fourth side, the inside of the wheel is not enclosed by the hybrid material, but is covered with a protective layer, e.g. a glued protective film, coated. This is therefore a with
  • this metal foil and the protective layer may be identical.
  • the rim base according to the invention consists of a
  • the reinforcing material used is carbon fiber, aramid fiber or glass fiber. Fibers may be unidirectional in fabrics, mats or nonwoven fabrics.
  • the fiber content makes up between 30 and 70% by volume, preferably between 50 and 65% by volume of the hybrid material.
  • the matrix material used is epoxy resin.
  • Epoxy resin formulation is adjusted to a viscosity of 10 to 2000 mPa * s at 23 ° C.
  • the wall thickness can be between 2 and 20 mm, preferably between 2 and 10 mm.
  • one or more circumferential chambers are provided. These chambers serve to stiffen and simultaneously reduce the required
  • the chambers are completely filled with a core material.
  • Core material has a density of 25 to 200 kg / m 2 ,
  • Compressive strength is 0.3 to 10 MPa.
  • Shear strength is in the range of 0.3 to 6.0 MPa.
  • polymer foams such as polyurethane, polymethyl methacrylate (PMMA) or poly (meth) acrylimide (PMI) foams are used. Preference is given to using PMMA or PMI foams.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PMI poly (meth) acrylimide
  • the rim star is made in sandwich construction, regardless of the design.
  • the rim design can single or multiple spoke and a disc shape with and without
  • Cooling air openings include. This is with the
  • Wheel designs can be implemented.
  • the cross-sections of the spokes and the disc are designed with an outer fiber composite layers and a foam core located between them. This structure is analogous to the construction of the rim base.
  • the hub consists of centering and holes for the wheel mounting, which is usually done with bolts or screws.
  • the execution of the centering and the holes can be carried out with or without metal inserts.
  • the cavities between holes and centering are with foam cores according to the comments on
  • the rim star can have different shapes. In addition to a disc, rim stars with one, two, three, four, five or more recesses can be produced. So are
  • Rims with several wide spokes possible The spokes can in turn closed to the outside or U-shaped, ie be hollow towards the vehicle interior. Other shapes, such as an x-shaped cross section are conceivable.
  • Preferred are star wheels, which have between 3 and 12 spokes.
  • Particularly preferred are rim stars, which have between 3 and 7 spokes.
  • the spokes have a chamber profile or a U-profile.
  • the core material is made of:
  • the core material is a
  • the core material is a ⁇ or PMI foam, most preferably a PMI foam, as it is
  • crosslinked materials prepared from a mixture containing (meth) acrylic acid, (meth) acrylonitrile, crosslinking agents, blowing agents and polymerization initiators.
  • the formulation (meth) acrylic acid stands for
  • Methacrylic acid acrylic acid or mixtures of both.
  • the formulation (meth) acrylonitrile is methacrylonitrile, acrylonitrile or mixtures of both.
  • the polymer foam is a material having
  • Impregnating the reinforcing material with the epoxy resin is not penetrated and the low density of the rim interior is maintained. A superficial penetration in Superficially available open pores are even desired, as this increases the strength of the rim.
  • the rim may additionally have an aluminum or iron ring around the tread.
  • the rims according to the invention have a number of
  • Hub star with hub result in comparison to the prior art significantly improved combination of weight and strength.
  • a painting of the rims can be omitted.
  • the rims according to the invention show particularly good weathering resistance, as well as no corrosion due to moisture or road salt.
  • ⁇ Rims are designed with standardized mounting systems for new and used vehicles
  • the rims are transferable without modifications to existing suspension.
  • Aluminum rim usually leads to the outbreak of a larger part of the rim flange combined with a sudden pressure loss in the tire. Assistance systems and drivers are often overstrained at high speeds with this loss experience.
  • the rims according to the invention contribute to an improvement in road safety.
  • a component of the present invention is a novel process for the production of the lightweight rims described above.
  • the production process for the production of the rim base, the rim star and the hub, as well as the complete rim comprises the process steps
  • Starting material for the production of the cores is a cut from the foam sheet blank or in shape
  • Foamed blank made of PMMA or PMI The shaping can be done by sawing, milling or a combination of sawing and milling. Alternatively or as
  • additional processing step can also be a thermoforming used.
  • the blank is heated and then formed and cooled in a suitable tool.
  • the molding takes place, for example, by bending, rolling or pressing.
  • the form is
  • Polymer blank or more polymer blanks are positioned in a two- or multi-part form.
  • the mold is closed and the material-specific
  • the fibers for producing the hybrid material contained in the rim base, rim star and hub are processed into woven fabrics, nonwoven fabrics, knitted or wound fiber blanks. These are brought into a shape that corresponds to the later rim base or the rim star with hub. Production of the fig preform
  • Coating be applied as a surface finish.
  • a sunlight and weather-resistant layer having a thickness of 10 to 100 ⁇ on the
  • Method may be, for example, a spray painting.
  • This layer can be transparent, colored or with a
  • the layer can be additized such that scratch resistance, additional UV or weathering protection and / or anti-soiling properties are achieved.
  • the actual manufacturing process is carried out in a first step by inserting the
  • This form is preferably in two parts, consisting of a mold bottom and a mold cover and has additional radially movable
  • Reinforcement material blanks and cores inserted, draped and finally endpositioniert Locally bonding of reinforcing material blanks and cores can be done to ensure dimensional stability during manufacture.
  • conditioning and closing of the mold take place. The mold can already set during the loading process on the later for the curing of the epoxy resin formulation
  • the clamping forces are generated by a press or mechanical clamping of the upper and lower mold halves.
  • the third step is the Harzin tion is. After closing the two- or multi-part form is an epoxy resin consisting of a mixture of
  • Hardener component (B component) injected under pressure in the mold.
  • component A consists of a mixture of components having OH groups, e.g. Bisphenol A, and components with oxirane groups, e.g. Epichlorohydrin.
  • Component B are usually
  • Acid anhydrides, di- or triamines are well known in the art and may e.g. in H.-G. Elias, Macromolecules (Volumes 1-4, Wiley-VCH, Weinheim, 6th Edition, 1999-2003).
  • a rapid cure begins as soon as the resin wets the preheated mold.
  • mold internal temperature and curing time are process parameters that are optimized for the application. If necessary, injection takes place at several points
  • the epoxy resins are preferably used hot-curing systems with a temperature resistance of at least 200 ° C.
  • Inner coating of the mold is done, the rim can then be degreased and painted. Protective coatings, color layers and / or clearcoats can be applied. The coating can be done by spray, dip or powder coating.
  • the rim is produced in one piece. This means that the shape of the rim, including rim base, rim star and hub, is designed in one step with reinforcing material blanks and foam core material.
  • various rim components e.g. Rim bed and
  • Rim star manufactured separately and later, e.g. by gluing, connected together. In such a procedure, however, a rim would be molded with joints.
  • the inventive method makes it possible, when laying the mold in
  • steps 1 to 4 results in a repeatable, consistent component quality.
  • very economical cycle times are possible under 10 min.
  • Reference and thus comparative example of the present examples is the standard rear wheel of a Lotus Exige. This affects the shape, diameter and width of the rim.
  • the reference rim Comparative Example 1 is made of pure
  • the rim according to Comparative Example 2 is made of a carbon fiber-epoxy resin composite material analogous to the examples (hereinafter CF-EP for short) and has a spoke solid profile.
  • Example 1 provides a
  • Example 2 An inwardly open U-profile.
  • Spoke cross-sections are dimensioned so that the bending stress is equal at maximum transverse and braking forces.
  • the braking force B is distributed all spokes, the lateral force Q only 60% of the
  • peripheral force spokes "B” is related to the radius of the force introduction into the rim well and is: Mb / radius force application
  • the beam cross section is the cross section at the
  • the rims were dimensioned in accordance with comparative examples (V examples) 1 and 2 or examples 1 and 2 such that identical deformation results for the same braking and transverse forces (design for equal rigidity).
  • rims can be constructed, the same rigidity by a

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Abstract

Leichtbaufelge für Automobilräder bestehend aus einem Felgenbett und einem Felgenstern mit Nabe, wobei das Felgenbett und der Felgenstern jeweils im äusseren Bereich aus einem verstärktem Hybridmaterial, enthaltend ein Verstärkungsmaterial und ein Matrixmaterial, und im inneren Bereich, mindestens an drei von vier Seiten umschlossen von dem Hybridmaterial, aus einem Kernmaterial, bestehend aus einem geschäumten Polymer, bestehen.

Description

BAUWEISE FÜR PKW / NFZ LEICHTBAUKAMMERFELGEN UMFASSEND BAUWEISE, MATERIALKONZEPT, KONSTRUKTIONSMERKMALE UND HERSTELLVERFAHREN
Gebiet der Erfindung
Rotierende Radmassen haben einen großen Einfluss auf die Beschleunigungsleistung von PKW und Nutzfahrzeugen. Zur Reduzierung von C02-Emissionen und Kraftstoffverbrauch werden Felgen zur Verfügung gestellt, die leichter als heute übliche Stahlblech- oder Aluminiumgussausführungen sind. Dabei wird neben der Gewichtsreduzierung auch die Reduzierung des Trägheitsmoments erreicht. Bei
Elektrofahrzeugen kann mit dem Einsatz von Leichtbaufelgen bei gleicher Reichweite die Batterie kleiner, leichter und kostengünstiger ausgeführt werden. Bei gleicher
Batteriegröße steigt die Reichweite.
Stand der Technik
Autofeigen bestehen in der Regel aus gewalztem Stahl.
Gewichtseinsparungen können durch die Felgengeometrie teilweise erreicht werden. Selbst optimierte Geometrien bringen jedoch noch ein relevant hohes Gewicht mit sich. Alternativ haben sich in den letzten Jahren Felgen aus leichteren Materialien wie Aluminium oder
Faserverbundstoffen, insbesondere auf Kevlar- oder
Carbonbasis, etabliert. Bei solchen, weniger stabilen Materialien sind jedoch die Geometrien der Felge
eingeschränkt und es wird in der Regel eine relativ große Masse gebraucht, um eine Mindeststabilität zu
gewährleisten . An neuartigen Leichtbaufelgen besteht ein großes Interesse in der Automobilindustrie. Eine bekannte Technik ist die Herstellung solcher Felgen mit U-förmigen Speichen aus Leichtmetall wie sie in DE 4013603 beschrieben sind.
Nachteil solcher Felgen ist, dass aufgrund der U-Form dicker Wandstärken der Speichen und damit ein höheres
Gewicht in Kauf genommen werden müssen.
In DE 102 28 052 sind Leichtbaufelgen aus Leichtmetall, die teilweise Textilhybridmaterialien enthalten, offenbart. Auch solche Systeme sind leichter als reine
Aluminiumfelgen. Dennoch ist die Gewichtseinsparung mit diesen Felgen nur geringfügig. In DE 10 2005 041 940 ist eine Leichtbaufelge beschrieben die ganz oder zu großen Teilen aus textilverstärkten
Matrixmaterialien, also einem Textil-Harz-Hybridsystem bestehen. Diese Felgen müssen, um die benötigte Stabilität zu gewährleisten, entsprechend große Wandstärken aufweisen. Die dazu benötigte größere Menge Material führt jedoch wiederum zu einem nicht irrelevanten Mindestgewicht dieser Felgen. In DE 10 2007 045 108 sind Weiterentwicklungen dieser Felgen offenbart. Bei diesen optimierten Systemen wird die Felge teilweise aus Textilschläuchen hergestellt. Dies bringt eine weitere Gewichtseinsparung und eine verbesserte Stabilität mit sich. Aber auch diese Systeme sind in Hinblick auf Gewicht und Stabilität noch
optimierbar . Auch die Verwendung von Polymerschäumen bei der Herstellung von Leichtbaufelgen ist bekannt. In WO 2007035076 werden PU-Schäume verwendet, um elastomere Formen aus
Polyurethanen aus zwei Teilen herzustellen und
zusammenzusetzen. Der Schaum wird danach entfernt.
Aus dem Rennradsport und Motorsport sind Faserverbundfelgen bekannt. Der Herstellprozess ist auf Einzelanfertigung ausgelegt und nicht für eine Serienproduktion von PKW / NFZ Felgen geeignet. In US 6,398,313 sind Felgen für
Leichtbaufahrräder beschrieben, die aus zwei Teilen eines Faserverbundwerkstoffs zusammengesetzt werden und optional diese um einen Schaumkern verklebt werden. Der
Schaumwerkstoff ist dabei nur im Radkranz und nicht in den Speichen enthalten. In DE 4010326 sind u.a.
Schaumwerkstoffe für speichenfreie Scheibenräder, wie sie in Rennrädern Verwendung finden, beschrieben.
Ein ähnliches Verfahren ist gemäß JP 05229229 auch für Tennisschläger beschrieben.
In US 4,030,754 sind mit Polymerschäumen gefüllte
Leichtbaufelgen für den Automobilbau offenbart. Auch bei diesen Felgen ist nur der aus zwei Schalenteilen
zusammengesetzte Radkranz mit dem Schaumwerkstoff gefüllt. Damit ist die Gewichtseinsparung nur relativ gering. Dem Fachmann ist bekannt, dass bei Automobilfelgen insbesondere die Speichen einen großen Teil des Gewichtes ausmachen. Hier sind Gewichtseinsparungen nach Stand der Technik jedoch kaum möglich, da insbesondere die Speichen für die Stabilität der Felge und damit der Fahrzeugsicherheit eine große Bedeutung haben.
Darüber hinaus haben die letztgenannten Systeme alle den Nachteil, dass sie Fügeelemente oder Verbindungsstellen aufweisen, die nachteilig in Bezug auf die Stabilität, insbesondere bei Querbelastungen wie sie bei Kurvenfahrten auftreten, sind.
Au gabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es vor dem
Hintergrund des Standes der Technik, eine neuartige
Leichtbaufelge zur Verfügung zu stellen, die eine
verbesserte Kombination aus Gewicht, Haltbarkeit und
Festigkeit bzw. Stabilität aufweist.
Darüber hinaus war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leichtbaufelge zur Verfügung zu stellen, die keine Fügeelemente oder Verbindungsstellen aufweist.
Darüber hinaus war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Leichtbaufelgen mit einem Materialkonzept zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Freiheitsgrad bei der Gestaltung der äußeren Form der Felge ermöglicht.
Aufgabe war es darüber hinaus ein Konstruktions- und
Herstellverfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung sehr leichter Felgen mit guter Festigkeit und
Haltbarkeit und in Taktzeiten unter 10 Minuten - weitgehend automatisiert ermöglicht. Lösung
Gelöst werden die Aufgaben mittels einer neuartigen
Bauweise für PKW / NFZ (Nutzfahrzeug) Leichtbau- Kammerfelgen und das Verfahren zur Herstellung dieser.
Diese neuartigen Leichtbaukammerfelgen setzen sich analog zu bekannten Felgen aus einem Felgenbett und einem
Felgenstern, enthaltend die Nabe, zusammen. Die
erfindungsgemäße Leichtbaufelge zeichnet sich durch
besondere Materialkombinationen aus.
Insbesondere werden die Aufgaben gelöst mit Hilfe einer neuartigen Leichtbaufelge, die aus einem Felgenbett und einem Felgenstern mit Nabe besteht. Das Felgenbett und der Felgenstern bestehen erfindungsgemäß jeweils aus einem äußeren und einem mindestens an drei von vier Seiten von dem äußeren Bereich umschlossenen inneren Bereich. Der äußere Bereich wird hergestellt aus einem verstärktem
Hybridmaterial, enthaltend ein Verstärkungsmaterial und ein Matrixmaterial. Der innere Bereich, wie bereits ausgeführt mindestens an drei von vier Seiten umschlossen von dem Hybridmaterial, besteht aus einem Kernmaterial, bei dem es sich um ein geschäumtes Polymer handelt.
In einer bevorzugten Aus führungs form ist das Kernmaterial an allen vier Seiten von dem Hybridmaterial umschlossen. In einer zweiten, alternativen Aus führungs form sind drei der vier Seiten des Kernmaterials mit dem Hybridmaterial umschlossen und als vierte Seite ist die Radinnenseite nicht von dem Hybridmaterial umschlossen, sondern mit einer Schutzschicht, wie z.B. einer aufgeklebten Schutzfolie, beschichtet. Hierbei handelt es sich somit um ein mit
Kernmaterial gefülltes U-Profil. Bei beiden alternativen Aus führungs formen kann die
Innenseite zusätzliche mit einer wärmereflektierenden
Schicht, z.B. in Form einer aufgeklebten Metallfolie, beschichtet sein. Bei der zweiten Aus führungs form können diese Metallfolie und die Schutzschicht identisch sein.
Das Felgenbett
Das erfindungsgemäße Felgenbett besteht aus einem
verstärkten Hybridmaterial. Als Verstärkungsmaterial kommen Kohlefaser, Aramidfaser oder Glasfaser zum Einsatz. Fasern können unidirektional , in Geweben, Matten oder Vlies- Gewebe vorliegen. Der Faseranteil macht zwischen 30 und 70 Vol%, bevorzugt zwischen 50 und 65 Vol% des Hybridmaterials aus .
Als Matrixmaterial kommt Epoxydharz zum Einsatz. Die
Epoxydharzformulierung wird auf eine Viskosität von 10 bis 2000 mPa*s bei 23 °C eingestellt. Die Wandstärke kann zwischen 2 und 20 mm, bevorzugt zwischen 2 und 10 mm betragen .
Im Felgenbett sind eine oder mehrere umlaufende Kammern vorgesehen. Diese Kammern dienen der Versteifung und gleichzeitigen Reduzierung der benötigten
Faserverbundmasse und damit des Felgengewichts. Zur
Übertragung von Schub- und Druckkräften sind die Kammern mit einem Kernmaterial vollständig ausgefüllt. Das
Kernmaterial hat eine Dichte von 25 bis 200 kg/m2,
bevorzugt eine Dichte zwischen 51 und 71 kg/m3. Die
Druckfestigkeit beträgt 0,3 bis 10 MPa. Die
Schubfestigkeit liegt im Bereich von 0,3 bis 6,0 MPa.
Als Kernmaterial werden Polymerschäume wie Polyurethan-, Polymethylmethacrylat- (PMMA-) oder Poly (meth) acrylimid- ( PMI- ) Schäume verwendet. Bevorzugt werden PMMA- oder PMI- Schäume eingesetzt. Der Felgenstern mit Nabe
Das Verstärkungsmaterial und das Matrixmaterial des
Felgensterns und der enthaltenen Nabe entsprechen dem
Verstärkungsmaterial bzw. dem Matrixmaterial des
Felgenbettes. Dies gilt in Bezug auf das Fasermaterial, die Form des Fasermaterials und das Epoxidharz.
Der Felgenstern wird in Sandwichbauweise ausgeführt, unabhängig vom Design. Das Felgendesign kann Einfach- oder Mehrfachspeiche sowie eine Scheibenform mit und ohne
Kühlluftöffnungen umfassen. Damit sind mit der
erfindungsgemäßen Struktur alle gebräuchlichen
Felgendesigns umsetzbar. Die Querschnitte der Speichen bzw. der Scheibe sind mit eine äußeren Faserverbundschichten und einem dazwischen liegenden Schaumkern ausgeführt. Dieser Aufbau ist analog zum Aufbau des Felgenbettes.
Die Nabe besteht aus Mittenzentrierung und Bohrungen für die Radbefestigung, welche in der Regel mit Bolzen oder Schrauben erfolgt. Die Ausführung der Zentrierung und der Bohrungen kann mit oder ohne Metall-Inserts ausgeführt sein. Die Hohlräume zwischen Bohrungen und Zentrierung sind mit Schaumkernen entsprechend den Ausführungen zum
Felgenbett vollständig ausgefüllt.
Der Felgenstern kann verschiedene Formen aufweisen. Neben einer Scheibe sind Felgensterne mit einem, zwei, drei, vier, fünf und mehr Aussparungen herstellbar. So sind
Felgen mit mehreren breiten Speichen realisierbar. Die Speichen können wiederum nach außen geschlossen oder U- förmig, d.h. zur Fahrzeuginnenseite hin hohl sein. Auch andere Formen, wie ein x-förmiger Querschnitt sind denkbar. Bevorzugt sind Felgensterne, die zwischen 3 und 12 Speichen aufweisen. Insbesondere bevorzugt sind Felgensterne, die zwischen 3 und 7 Speichen aufweisen. Bevorzugt haben die Speichen ein Kammerprofil oder ein U- Profil .
Das Kernmaterial
Bei dem Kernmaterial handelt es sich um einen
Polymerschaum. Insbesondere bevorzugt handelt es sich bei dem Kernmaterial um einen ΡΜΜΆ- oder PMI-Schaum, ganz besonders bevorzugt um einen PMI-Schaum, wie er
beispielsweise von der Firma Evonik Röhm unter dem
Produktnamen ROHACELL® zu beziehen ist. Die Zusammensetzung und die Herstellung solcher PMI-Schaumstoffe kann in EP 0 874 019, EP 1 444 293 oder EP 1 678 244 nachgelesen werden. Solche PMI-Schäume sind in der Regel aufgeschäumte,
vernetzte Materialien, die aus einer Mischung enthaltend (Meth) acrylsäure, (Meth) acrylnitril , Vernetzer, Treibmittel und Polymerisationsinitiatoren hergestellt werden.
Die Formulierung (Meth) acrylsäure steht dabei für
Methacrylsäure, Acrylsäure oder Mischungen aus beiden. Die Formulierung (Meth) acrylnitril steht für Methacrylnitril , Acrylnitril oder Mischungen aus beiden.
Bei PMMA-Schäumen handelt es sich entsprechend um
aufgeschäumte PMMA-Formmassen .
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass es sich bei dem Polymerschaum um ein Material mit
geschlossenen Poren handelt. Dies ist insbesondere bei den aufgeführten PMMA- und PMI-Schäumen der Fall. Geschlossene Poren verhindern ein Durchdringen des Schaumkerns mit
Epoxidharz. Auf diese Weise wird der Schaumkern beim
Tränken des Verstärkungsmaterials mit dem Epoxidharz nicht durchdrungen und die geringe Dichte des Felgeninneren bleibt erhalten. Eine oberflächliche Durchdringung in oberflächlich vorhandene offene Poren ist sogar gewünscht, da so die Festigkeit der Felge erhöht wird.
Die Felge kann zusätzlich um die Lauffläche noch einen Aluminium- oder Eisenring aufweisen. Eine solche
Verstärkung verhindert Beschädigungen der Felge beim
Aufziehen bzw. Betrieb eines Reifens, der zumeist zur Felge gerichtet Metallelemente aufweist. Die erfindungsgemäßen Felgen weisen eine Reihe von
Vorteilen auf:
■ Sehr geringes Gewicht, deutlich leichter als Stahl-, Aluminium-, oder einschichtige Faserverbundlösungen. Die gewichtsoptimierten Kammerquerschnitte des
Felgenbetts und die Sandwich Konstruktion des
Felgensterns mit Nabe ergeben eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte Kombination aus Gewicht und Festigkeit.
■ Die mit der Reduzierung des Gewichts einhergehende Reduzierung des Trägheitsmoments von über 50%
ermöglicht eine deutliche CO2- Emissions- und
Kraftstoffverbrauchsminderung für Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb.
■ Bei Elektrofahrzeugen sinkt der Energieverbrauch
entsprechend. Hinzu kommt die Möglichkeit die
Batteriekosten zu reduzieren oder die Reichweite zu vergrößern .
■ Eine Lackierung der Felgen kann entfallen. Damit
entfallen auch die für die Lackierung und
Lacktrocknung anfallende C02-Emissionen .
■ Die erfindungsgemäßen Felgen zeigen eine besonders gute Witterungsbeständigkeit, sowie keine Korrosion durch Feuchtigkeit oder Streusalz. ■ Felgen sind mit normierten Befestigungssystemen ausgeführt und damit für Neufahrzeuge und im
Servicemarkt einsetzbar. Damit sind die Felgen ohne Umbauten auf bestehende Radaufhängungen übertragbar.
■ Im Nachrüstfall ergibt sich die gleiche C02-Einsparung wie beim Neufahrzeug.
■ Im Crash / Impact Verhalten ist zunächst von einer Schädigung des Faserverbundes in Form von einer
Rissbildung auszugehen. Größere Ausbrüche wie bei gegossenen Aluminiumfelgen sind jedoch nicht zu erwarten. Das Entweichen der Luft aus dem
Reifeninneren erfolgt bei der Leichtbau-Kammerfelge langsam und erlaubt eine Unfall vermeidende
Fahrerreaktion. Der analoge Schadenverlauf der
Aluminiumfelge führt in der Regel zum Ausbruch eines größeren Teils des Felgenhorns verbunden mit einem schlagartigen Druckverlust im Reifen. Assistenzsysteme und Fahrer sind bei hohen Geschwindigkeiten mit diesem Schadenverlauf oft überfordert. Somit tragen die erfindungsgemäßen Felgen zu einer Verbesserung der Sicherheit im Straßenverkehr bei.
Gleichfalls Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist ein neuartiges Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Leichtbaufelgen. Dabei umfasst das Herstellverfahren zur Produktion des Felgenbetts, des Felgensterns und der Nabe, sowie der vollständigen Felge die Verfahrensschritte
Herstellung der Kerne, Herstellung der
Verstärkungsmaterialrohlinge und Herstellung des
Feigenfertigteils . Herstellung der Kerne
Ausgangsmaterial zur Herstellung der Kerne ist ein aus der Schaumplatte geschnittener Rohling oder ein in Form
geschäumter Rohling aus PMMA oder PMI . Die Formbringung kann dabei mittels Sägen, Fräsen oder auch eine Kombination aus Sägen und Fräsen erfolgen. Alternativ oder als
zusätzlicher Bearbeitungsschritt kann auch ein Thermoformen zum Einsatz kommen. Dabei wird der Zuschnitt erwärmt und anschließend in einem entsprechenden Werkzeug geformt und abgekühlt. Das Formen erfolgt dabei beispielsweise durch Biegen, Rollen oder Pressen.
In einer besonders bevorzugten Aus führungs form wird
Ausgangsmaterial als ungeschäumtes Halbzeug, zumindest ein Treibmittel enthaltend grob vorgeformt. Dieser
Polymerzuschnitt bzw. mehrer Polymerzuschnitte werden in einer zwei- oder mehrteiligen Form positioniert. Die Form wird verschlossen und auf die materialspezifische
Schäumungstemperatur beheizt. Die Zuschnitte schäumen auf und füllen den Hohlraum der Form aus. Die fertigen Kerne werden nach dem Öffnen der Form entnommen.
Herstellung der Verstärkungsmaterialrohlinge
Die Fasern zur Herstellung des in Felgenbett, Felgenstern und Nabe enthaltenen Hybridmaterials werden zu Geweben, Vliesgeweben, Gestricken oder gewickelten Faserrohlingen verarbeitet. Dabei werden diese in eine Form gebracht, die dem späteren Felgenbett bzw. dem Felgenstern mit Nabe entspricht . Herstellung des Feigenfertigteils
Durch Beschichtung der Form zur Herstellung des
Feigenfertigteils kann auf die spätere Felge eine
Beschichtung als Oberflächenfinish aufgebracht werden. Für die Darstellung der gewünschte Färb- und
Oberflächenstruktur kann beispielsweise in einem ersten Arbeitsgang eine Sonnenlicht- und witterungsbeständige Schicht mit einer Dicke von 10 bis 100 μπι auf die
Formoberfläche aufgebracht werden. Das dazu verwendete
Verfahren kann beispielsweise eine Spritzlackierung sein. Diese Schicht kann transparent, farbig oder mit einem
Metallic-Effekt eingestellt sein. Darüber hinaus kann die Schicht derart additiviert sein, dass eine Kratzfestigkeit, ein zusätzlicher UV- bzw. Witterungsschutz und/oder anti- soiling-Eigenschaften erreicht werden.
Das eigentliche Herstellungsverfahren erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt durch Einlegen der
Verstärkungsmaterialrohlinge und der Kerne in die
Herstellungsform der Felge. Diese Form ist bevorzugt zweiteilig, bestehend aus einer Formunterseite und einem Formdeckel und hat zusätzliche radial bewegliche
Formsegmente .
Es können dazu ein- oder mehrteilige
Verstärkungsmaterialrohlinge und Kerne eingelegt, drapiert und abschließend endpositioniert werden. Lokal können zur Sicherstellung einer Formstabilität während der Herstellung Verklebungen von Verstärkungsmaterialrohlinge und Kernen erfolgen . In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgen ein Konditionieren und das Schließen der Form. Die Form kann bereits während des Einlegevorgangs auf die später für die Aushärtung der Epoxydharzformulierung eingestellte
Temperatur vorgeheizt werden. Nach dem Einlegen, Drapieren und Positionieren aller Komponenten wird die Form
geschlossen. Die Zuhaltekräfte werden von einer Presse oder einer mechanischen Verklammerung der oberen und unteren Formhälfte erzeugt.
Den dritten Verfahrensschritt stellt die Harzin ektion dar. Nach dem Schließen der zwei- oder mehrteiligen Form wird ein Epoxidharzsystem bestehend aus einem Gemisch aus
Epoxyharz (A-Komponente ) und einer aminischen
Härterkomponente (B-Komponente) unter Druck im die Form eingespritzt. Die Komponente A besteht dabei in der Regel aus einem Gemisch aus Komponenten mit OH-Gruppen wie z.B. Bisphenol A, und Komponenten mit Oxirangruppen, wie z.B. Epichlorhydrin . Komponente B sind in der Regel
Säureanhydride, Di- oder Triamine. Die Zusammensetzungen der Epoxidharze sind allgemein bekannter Stand der Technik und können z.B. in H.-G. Elias, Makromoleküle (Bände 1-4, Wiley-VCH, Weinheim, 6. Auflage, 1999-2003) nachgelesen werden. Eine zügige Aushärtung beginnt, sobald das Harz die vorgeheizte Form benetzt. Formulierung und Viskosität des Harzes mit dem Härtersystem, In ektionsdruck,
Forminnendruck, Forminnentemperatur und Aushärtezeit sind Prozessparameter die anwendungsbezogen optimiert werden. Die Einspritzung erfolgt ggf. an mehreren Stellen
gleichzeitig; so erreicht man eine bestmögliche Verteilung des Harzes. Bevorzugt handelt es sich bei den Epoxidharzen um heißhärtende Systeme mit einer Temperaturfestigkeit von mindestens 200 °C.
Nach der Aushärtung erfolgt im vierten Verfahrensschritt die Entnahme der fertigen Felge. Nach der Entnahme werden zunächst mögliche Zapfen an den Einspritz- bzw.
Entlüftungspunkten der Felge durch schneiden und/oder Polieren entfernt.
Optional, insbesondere, wenn keine vorangehende
Innenbeschichtung der Form erfolgt ist, kann die Felge daraufhin entfettet und lackiert werden. Dabei können Schutzbeschichtungen, Farbschichten und/oder Clearcoats aufgetragen werden. Die Beschichtung kann mittels Spritz-, Tauch- oder Pulverbeschichtung erfolgen.
In einer bevorzugten Aus führungs form wird die Felge in einem Stück hergestellt. Das bedeutet, dass die Form der Felge, einschließlich Felgenbett, Felgenstern und Nabe, in einem Verfahrensschritt mit Verstärkungsmaterialrohlingen und Schaumkernmaterial ausgelegt wird. In einer
alternativen, nicht bevorzugten Aus führungs form werden verschiedene Felgenbauteile - z.B. Felgenbett und
Felgenstern - getrennt voneinander hergestellt und später, z.B. mittels Kleben, miteinander verbunden. Bei einem solchen Vorgehen würde jedoch eine Felge mit Fügestellen geformt .
In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die auch bei der bevorzugten Herstellung der Felge in einem Stück denkbar ist, sind die Verstärkungsmaterialrohlinge und/ode der Schaumkern in Felgenbett und Felgenstern
unterschiedlich zusammengesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, beim Auslegen der Form in
verschiedenen Bereichen Materialvariationen vorzunehmen. Die Automatisierung der Arbeitsschritte 1 bis 4 ergibt eine wiederholbare, gleichbleibende Bauteilqualität. Darüber hinaus sind sehr wirtschaftliche Taktzeiten unter 10 min möglich.
Die im Folgenden gegebenen Beispiele werden zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben, sind jedoch nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die hierin offenbarten Merkmale zu beschränken.
Beispiele
Referenz und damit Vergleichsbeispiel der vorliegenden Beispiele ist das serienmäßige Hinterrad eines Lotus Exige. Dies betrifft Form, Durchmesser und Breite der Felge. Die Referenzfelge Vergleichsbeispiel 1 ist aus reinem
Aluminium. Die Felge nach Vergleichsbeispiel 2 ist aus einem den Beispielen analogen Carbonfaser-Epoxidharz- Verbundwerkstoff (im Weiteren kurz CF-EP) und weist ein Speichen-Vollprofil auf. Beispiel 1 stellt einen mit
Schaumwerkstoff gefülltes Kammerprofil dar. Beispiel 2 ein nach innen offenes U-Profil.
Die folgenden Ergebnisse wurden in einer
Simulationsrechnung ermittelt.
Bezüglich der Berechnungsparameter wurden folgende Annahmen getroffen :
• Maximal auftretende Quer- und Bremskräfte sind auf
Grund des Reibwerts Straße-Reifen gleich. Die
Speichenquerschnitte sind so dimensioniert, dass bei maximalen Quer- und Bremskräften die Biegespannung gleich ist. Dabei verteilt sich die Bremskraft B auf alle Speichen, die Querkraft Q nur auf 60% der
Speichen .
• Bremsmoment "Mb" (Rad) = Bremskraft x Radius Rad
• Die Summe Umfangskraft Speichen "B" ist auf den Radius der Krafteinleitung ins Felgenbett zu beziehen und ist: Mb / Radius Krafteinleitung
• Radius Kraft Einleitung Felgenbett "ru" = Radius
Einspannung + Speichenlänge
• Die Speiche wird als Biegebalken gerechnet,
Einspannung in der Nabe
• B wirkt tangential in Umfangsrichtung, Q wirkt
orthogonal auf die Speiche mit der Folge einer
seitlicher Auslenkung, Krafteinleitung ebenfalls am Felgenbett .
· Biegelänge = Speichenlänge
• Der Balkenquerschnitt ist der Querschnitt an der
Einspannung (b x t)
• Der Balkenquerschnitt ist konstant
• Die Stelle der höchsten Belastung ist die
Einspannstelle
• Aluminium Referenz und Composite Varianten werden nach dem gleichen Prinzip gerechnet
Bezüglich der Vergleichsbeispiele wurden zwei
handelsübliche Systeme miteinander verglichen. Daraus ergaben sich auch die Abmessungen für die Modellrechnungen zu Vergleichsbeispiel 1 sowie den Beispielen 1 und 2: Tabelle 1
Fahrzeugmodell Lotus Exige 2008
Felge Lotus Pro Race 1 , 2
Reifen A048 LTS ASPIRE (91W)
(90W)
Gewicht Felge 7, 9 kg 8,8 kg
Reifenweite 225 mm
H/W 45
Radius Felge 215,9 mm
Weite Felge 190,5 mm
Höhe Reifen 101,25 mm
Radius Rad 317,2 mm
Umfang Rad 1992 mm
Maximale Radlast 372 kg
Maximale Brems- und 4378 N
Querkraft
Nabendurchmesser 170 mm
(Einspannstelle der
Speiche )
Radius Einspannung 95 mm
Speichenlänge „I" 100 mm
Anzahl Speichen 12
b (Einspannungsstelle 22 mm
Speichen)
t 25 mm
(Einspannungsstelle )
F 6600 mm2
(Querschnitts fläche :
Σ
Einspannungssteilen) Zur besseren Berechnung wurde auf Basis dieser realen Felgen ein Ersatzmodell erstellt. Dabei handelt es sich um eine 5 Speichenfelge mit einer identischen Summe der
Speichenquerschnitte .
Tabelle 2
Figure imgf000020_0001
Nachfolgend die angenommen Kennwerte zu den Werkstoffen: Tabelle 3
Aluminium CF-EP mit 60 Vol% Druckguss DG-AL- Faser; Gewebe 90 & MG9 45°
Zugfestigkeit (δ) 20 kg/mm2 705 N/mm2
bzw. 196 N/mm2
Bruchdehnung 1-3% n . b .
E-Modul (E) 75000 N/mm2 74000 N/mm2
Dichte (D) 2 , 7 g/cm3 1 , 5 g/cm3 Folgende Zusammenhänge wurden zur Berechnung der Bremskraft bei Vollprofilen eingesetzt. Zur besseren Veranschaulichung sei dabei auf die Zeichnungen 2 bis 4 verwiesen.
Jx = t * b3 / 12 Trägheitsmoment [mm4]
Wx = t * b2 / 6 Widerstandsmoment [mm3 ]
δ = B * I / Wx Zugfestigkeit [N/mm2]
f = B * I3 / (E * J * 3) Durchbiegung [mm]
Für Kammerprofile wurden folgende Formeln verwendet:
(d = Wandstärke in mm)
Jx = (t * b3 - ( (t - 2d) * (b - 2d)3) / 12
Wx = (t * b3 - ( (t - 2d) * (b - 2d)3) / 6b
δ = B * I / Wx
f = B * I3 / (E * J * 3)
Für U-Profile wurden folgende Formeln verwendet:
Jx = (t * b3 - ( (t - d) * (b - 2d)3) / 12
Wx = (t * b3 - ( (t - d) * (b - 2d)3) / 6b
δ = B * I / Wx
f = B * I3 / (E * J * 3)
Folgende Zusammenhänge wurden zur Berechnung der Querkraft bei Vollprofilen eingesetzt:
Jx = b * t3 / 12
Wx = b * t2 / 6
δ = Q * I / Wx
f = Q * I3 / (E * J * 3)
Für Kammerprofile wurden folgende Formeln verwendet:
Jx = (b * t3 - ( (b - 2d) * (t - 2d)3) / 12
Wx = (b * t3 - ( (b - 2d) * (t - 2d)3) / 6t
δ = Q * I / Wx
f = Q * I3 / (E * J * 3) Für U-Profile wurden folgende Formeln verwendet:
Maße e bezeichnen den Abstand des Profilquerschnitts (el von außen, e2 von innen)
el = (2dt2 + (b - 2d) d2 / (4dt + 2d(b - 2d) )
e2 = t - el
Wx = Jx / e2
δ = Q * I / Wx
f = Q * I3 / (E * J * 3)
In der folgenden Modellrechnung wurden die Dimensionierung der Felgen gemäß Vergleichsbeispielen (V-Beispiele ) 1 und 2 bzw. Beispielen 1 und 2 derart vorgenommen, dass bei gleichen Brems- und Querkräfte sich identische Verformung ergeben (Auslegung auf gleiche Steifigkeit) . Die
Modellrechnung wurde für 5 Speichen angesetzt.
Tabelle 4
Figure imgf000023_0001
Die unter „Sicherheit gegen Bruch" angegebenen Zahlenwerte ergeben sich aus dem Quotienten Zugfestigkeit des Materials gegenüber Zugspannung im Belastungsfall. Die entsprechende Berechnung wurde auch für vergleichbare Querkräfte Q durchgeführt. Dies führte zu folgenden
Ergebnissen. Die Werte für t, b, d, el und e2 entsprechen dabei den in Tabelle 4 aufgeführten Werten.
Tabelle 5
Figure imgf000024_0001
Aus den Beispielen erkennt man, dass mit dem
erfindungsgemäßen Materialkonzept Felgen konstruiert werden können, die sich bei gleicher Steifigkeit durch ein
deutlich geringeres Gewicht auszeichnen und gleichzeitig eine deutlich erhöhter Sicherheit gegen Bruch aufweisen.
Die Zeichnungen dienen zur Veranschaulichung der Beispiele. Fig.l Felge im Querformat
Fig.2 Schematische Darstellung Vollprofil
Fig.3 Schematische Darstellung Kammerprofil
Fig.4 Schematische Darstellung U-Profil Folgend die Nummerierungen aus Fig.l:
(1) Felgenhorn
(2) Felgenbett
(3) Radbreite
(4) Radgröße
(5) Zentrierung
(6) Gegenkraft Achse (Querkraft und B diagonal )
(7) Einspannung der Speiche in der Nabe
Querschnitt Vollspeiche Alu [b x t]
(8) Querkraft, Einleitung in Felgenbett
Bremskraft orthogonal
(9) Einpresstiefe
(10) Speiche, Profiltiefe t

Claims

Patentansprüche
Leichtbaufelge für Automobilräder bestehend aus einem Felgenbett und einem Felgenstern mit Nabe, dadurch gekennzeichnet, dass das Felgenbett und der
Felgenstern jeweils im äußeren Bereich aus einem verstärktem Hybridmaterial, enthaltend ein
Verstärkungsmaterial und ein Matrixmaterial, und im inneren Bereich, mindestens an drei von vier Seiten umschlossen von dem Hybridmaterial, aus einem
Kernmaterial, bestehend aus einem geschäumten
Polymer, bestehen.
2. Leichtbaufelge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial an vier Seiten von dem
Hybridmaterial umschlossen ist.
3. Leichtbaufelge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial an drei Seiten von dem
Hybridmaterial umschlossen ist, dass es sich bei der vierten Seite um die Radinnenseite handelt, und dass diese Radinnenseite mit einer Schutzschicht versehen ist . 4. Leichtbaufelge gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radinnenseite mit einer wärmereflektierenden Metallschicht versehen ist . Leichtbaufelge gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Matrixmaterial um ein Eopxidharz und bei dem
Verstärkungsmaterial um ein Gewebe, Vliesgewebe, Gestricke oder einen gewickelten Faserrohling aus Kohlefaser, Aramidfaser oder Glasfaser handelt.
Leichtbaufelge gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz vor dem Aushärten eine Viskosität bei 23 °C zwischen 10 und 2000 mPa*s aufweist.
7. Leichtbaufelge gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kernmaterial um einen Poly (meth) acrylimid- oder einen
PMMA-Schaum handelt.
Leichtbaufelge gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial eine Dichte zwischen 25 und 200 kg/m3, eine Druckfestigkeit zwischen 0,3 und 10,0 MPa und eine Schubfestigkeit zwischen 0,3 und 6,0 MPa aufweist .
9. Leichtbaufelge gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Felgenstern zwischen 3 und 12 Speichen aufweist.
10. Leichtbaufelge gemäß Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Speichen ein Kammerprofil oder ein U-Profil aufweisen. Leichtbaufelge gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Leichtbaufelge in einem Stück hergestellt wurde und keine Füge- oder Klebestellen aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Leichtbaufelge gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem ersten Verfahrensschritt
Verstärkungsmaterialrohlinge und das Kernmaterial in eine die Felge abbildende Form gelegt werden, dass in einem zweiten Verfahrensschritt die eingelegten Stoffe konditioniert, die Form geschlossen und auf eine Aushärttemperatur des Matrixmaterials vorgeheizt wird, das
in einem dritten Verfahrensschritt ein Gemisch aus einem Rohharz und Härtergemisch in die Form
eingespritzt werden, dieses Gemisch in der Form ausgehärtet wird und die fertige Felge anschließend abgekühlt wird, und das
in einem vierten Vefahrensschritt die Felge,
bestehend aus Felgenbett und Felgenstern mit Nabe aus der Form entnommen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Matrixmaterial um ein Epoxid, bei dem Verstärkungsmaterial um ein Gewebe,
Vliesgewebe, Gestricke oder einen gewickelten
Faserrohling aus Kohlefaser, Aramidfaser oder
Glasfaser und bei dem Kernmaterial um einen
Poly (meth) acrylimid- oder einen PMMA-Schaum handelt. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Form vor dem ersten
Verfahrensschritt mit einer Beschichtungsformulierung ausgespritzt wurde.
Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entnahme der Felge an dieser eventuell vorhandene Zapfen entfernt werden, die Felge anschließend poliert, entfettet und lackiert wird.
PCT/EP2011/065166 2010-10-21 2011-09-02 Bauweise für pkw / nfz leichtbaukammerfelgen umfassend bauweise, materialkonzept, konstruktionsmerkmale und herstellverfahren WO2012052219A1 (de)

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TW (1) TW201231314A (de)
WO (1) WO2012052219A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012208428A1 (de) 2012-05-21 2013-11-21 Evonik Industries Ag Pul-Core-Verfahren mit PMI-Schaumkern
WO2015062933A1 (de) 2013-10-30 2015-05-07 Evonik Industries Ag Kontinuierliche herstellung von profilen in sandwichbauweise mit schaumkernen und hartschaum gefülltes profil
EP3015256A1 (de) 2014-10-27 2016-05-04 Evonik Röhm GmbH Herstellung mehrere unterschiedlicher Faserverbundbauteile für Großserien in einem kontinuierlichen Prozess
EP3015255A1 (de) 2014-10-27 2016-05-04 Evonik Röhm GmbH Kontinuierliche Herstellung von Profilen in Sandwichbauweise mit Schaumkernen und Hartschaum gefülltes Profil
CN110267824A (zh) * 2017-01-31 2019-09-20 瑞巴复合材料有限公司 用于支撑车辆轮胎的轮圈

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2877350A1 (de) * 2012-07-25 2015-06-03 Bayerische Motorenwerke Aktiengesellschaft Fahrzeug-rad aus faserverbundmaterial
DE102015200624A1 (de) * 2015-01-16 2016-07-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Scheibenrad

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4030754A (en) 1976-01-21 1977-06-21 Hercules Incorporated Composite lightweight wheel rim
US4153657A (en) * 1976-03-10 1979-05-08 Wilcox Raymond J Method for making a vehicle wheel with a foamed resin core
DE4013603A1 (de) 1989-05-03 1991-02-07 Ulrich Dipl Ing Wahl Motorradgussrad
DE4010326A1 (de) 1990-03-30 1991-10-02 Gunnar Fiegel Speichenloses vorderrad fuer zweiradfahrzeuge
JPH05229229A (ja) 1991-08-27 1993-09-07 Xerox Corp 電子印刷装置
DE9402776U1 (de) * 1994-02-19 1994-04-21 Babbe, Andreas, 23747 Dahme Fahrzeugfelge
EP0874019A2 (de) 1997-04-25 1998-10-28 Röhm Gmbh Verfahren zur Herstellung von Polymethacrylimid-Schaumstoffen
DE10006400A1 (de) * 2000-02-12 2001-08-16 Volkswagen Ag Scheibenrad und Verfahren zu dessen Herstellung
US6398313B1 (en) 2000-04-12 2002-06-04 The Polymeric Corporation Two component composite bicycle rim
WO2003076212A1 (fr) * 2002-03-11 2003-09-18 Societe De Technologie Michelin Roue avec jante composite realisee par procede rtm.
DE10228052A1 (de) 2002-06-18 2004-01-15 Technische Universität Dresden Leichtmetall-Felge sowie Verfahren zu deren Herstellung
EP1444293A1 (de) 2001-08-29 2004-08-11 Röhm GmbH & Co. KG Verfahren zur herstellung von polymethacrylimidschäumen
EP1678244A1 (de) 2003-10-30 2006-07-12 Röhm GmbH & Co. KG Wärmeformbeständige polymethacrylimid-schaumstoffe mit feinen poren
DE102005041940A1 (de) 2005-08-30 2007-03-01 Technische Universität Dresden Radfelge aus Faserverbundwerkstoff sowie Verfahren zu deren Herstellung
WO2007035076A1 (es) 2005-09-23 2007-03-29 Ignacio Alvarado Escalante Procedimiento para fabricar cámaras sólidas flexibles para llantas, y productos resultantes.
DE102007045108A1 (de) 2007-09-20 2009-04-16 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Verfahren zur Herstellung von Radfelgen aus textilem Schlauch und Radfelge, hergestellt aus textilem Schlauch
US20100141022A1 (en) * 2008-12-04 2010-06-10 Tomer Hendel Composite Wheel with Reinforced Core

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4030754A (en) 1976-01-21 1977-06-21 Hercules Incorporated Composite lightweight wheel rim
US4153657A (en) * 1976-03-10 1979-05-08 Wilcox Raymond J Method for making a vehicle wheel with a foamed resin core
DE4013603A1 (de) 1989-05-03 1991-02-07 Ulrich Dipl Ing Wahl Motorradgussrad
DE4010326A1 (de) 1990-03-30 1991-10-02 Gunnar Fiegel Speichenloses vorderrad fuer zweiradfahrzeuge
JPH05229229A (ja) 1991-08-27 1993-09-07 Xerox Corp 電子印刷装置
DE9402776U1 (de) * 1994-02-19 1994-04-21 Babbe, Andreas, 23747 Dahme Fahrzeugfelge
EP0874019A2 (de) 1997-04-25 1998-10-28 Röhm Gmbh Verfahren zur Herstellung von Polymethacrylimid-Schaumstoffen
DE10006400A1 (de) * 2000-02-12 2001-08-16 Volkswagen Ag Scheibenrad und Verfahren zu dessen Herstellung
US6398313B1 (en) 2000-04-12 2002-06-04 The Polymeric Corporation Two component composite bicycle rim
EP1444293A1 (de) 2001-08-29 2004-08-11 Röhm GmbH & Co. KG Verfahren zur herstellung von polymethacrylimidschäumen
WO2003076212A1 (fr) * 2002-03-11 2003-09-18 Societe De Technologie Michelin Roue avec jante composite realisee par procede rtm.
DE10228052A1 (de) 2002-06-18 2004-01-15 Technische Universität Dresden Leichtmetall-Felge sowie Verfahren zu deren Herstellung
EP1678244A1 (de) 2003-10-30 2006-07-12 Röhm GmbH & Co. KG Wärmeformbeständige polymethacrylimid-schaumstoffe mit feinen poren
DE102005041940A1 (de) 2005-08-30 2007-03-01 Technische Universität Dresden Radfelge aus Faserverbundwerkstoff sowie Verfahren zu deren Herstellung
WO2007035076A1 (es) 2005-09-23 2007-03-29 Ignacio Alvarado Escalante Procedimiento para fabricar cámaras sólidas flexibles para llantas, y productos resultantes.
DE102007045108A1 (de) 2007-09-20 2009-04-16 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Verfahren zur Herstellung von Radfelgen aus textilem Schlauch und Radfelge, hergestellt aus textilem Schlauch
US20100141022A1 (en) * 2008-12-04 2010-06-10 Tomer Hendel Composite Wheel with Reinforced Core

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.-G. ELIAS: "Makromoleküle", vol. 1-4, 1999, WILEY-VCH

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012208428A1 (de) 2012-05-21 2013-11-21 Evonik Industries Ag Pul-Core-Verfahren mit PMI-Schaumkern
WO2013174665A1 (de) 2012-05-21 2013-11-28 Evonik Industries Ag Pul-core-verfahren mit pmi-schaumkern
WO2015062933A1 (de) 2013-10-30 2015-05-07 Evonik Industries Ag Kontinuierliche herstellung von profilen in sandwichbauweise mit schaumkernen und hartschaum gefülltes profil
EP3015256A1 (de) 2014-10-27 2016-05-04 Evonik Röhm GmbH Herstellung mehrere unterschiedlicher Faserverbundbauteile für Großserien in einem kontinuierlichen Prozess
EP3015255A1 (de) 2014-10-27 2016-05-04 Evonik Röhm GmbH Kontinuierliche Herstellung von Profilen in Sandwichbauweise mit Schaumkernen und Hartschaum gefülltes Profil
WO2016066512A1 (de) 2014-10-27 2016-05-06 Evonik Röhm Gmbh HERSTELLUNG LOKAL VERSTÄRKTER FASERVERBUNDBAUTEILE FÜR GROßSERIEN IN EINEM KONTINUIERLICHEN PROZESS
CN110267824A (zh) * 2017-01-31 2019-09-20 瑞巴复合材料有限公司 用于支撑车辆轮胎的轮圈
CN110267824B (zh) * 2017-01-31 2023-01-20 瑞巴复合材料有限公司 用于支撑车辆轮胎的轮圈

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