WO2014161697A1 - Einrichtung zur befestigung einer radscheibe aus faserverbundwerkstoff an einer radnabe - Google Patents

Einrichtung zur befestigung einer radscheibe aus faserverbundwerkstoff an einer radnabe Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a wheel for vehicles, in particular motor vehicles, with a device having screws or nuts for fastening a wheel disc made of fiber composite material to a vehicle hub, according to the preamble of the first claim.
  • a wheel for motor vehicles has a wheel disc made of metal, in particular steel or aluminum, which is formed as a pressed or cast part.
  • a device for attachment of the wheel disc to the vehicle axle said device usually consists of screws which engage in corresponding threaded holes on the vehicle axle.
  • stud bolts on the vehicle axle and to carry out the fastening of the wheel disc via nuts.
  • Usual are four or five circumferentially distributed screws or nuts.
  • Such wheels can also have other elements, such as hubcaps, cover plates o. The like.
  • the metal wheel disc has sufficient strength and stability.
  • Adjacent to the wheel disc usually the wheel brake is provided, which may be formed as a disc or drum brake and is secured to the axle housing of the vehicle axle or to a part of the axle suspension.
  • DE 30 47 837 A1 describes a vehicle wheel with a wheel of synthetic synthetic material, in particular reinforced with glass fibers plastic.
  • the wheel is assigned a disc of steel, which has on its side facing the vehicle hub projections or radial webs.
  • the fastening device consists of screws which pass through both the wheel disc and the disc and engage in the vehicle hub.
  • the made of plastic wheel dish has centrally an opening through which cooling air can be sucked from the outside of the wheel. The cooling air is driven by radial webs in connection with the rotating wheel.
  • the steel disc covers only part of the plastic wheel disc.
  • the invention is based on the idea to use a plastic wheel dish.
  • a fiber-reinforced plastic can be used.
  • a material is used whose specific gravity is significantly different from that of metals.
  • such a plastic has the disadvantage that it conducts the heat bad, so it represents an insulating body. With considerable heat, this affects the strength of the wheel dish.
  • the different thermal expansion of plastics, in particular carbon fiber reinforced polymers and metallic materials in the Radverschraubung leads to internal thermal stresses when heated, for example by the brake.
  • the poor heat conduction of many plastics can then cause a heat accumulation, which can have a negative effect on the material plastic.
  • conventional metallic inserts in the area of the screw connection must be galvanically separated from a carbon fiber reinforced plastic to avoid contact corrosion.
  • a wheel for a vehicle with a designated for receiving a tire rim and an associated with this wheel disc of fiber composite material and a screw or nuts having means for securing the wheel disc to a wheel hub, including the wheel disc axially directed openings for Passage of the screws or threaded bolts for screwing the nuts has, characterized in that the means for each opening of the wheel disc an insulating body, a bushing and a disc, each with a central opening, which surround the opening of the wheel disc U-shaped, wherein the bush rests as a frame on the inner circumference of the opening and the insulating body and the disc on the frame and on the wheel respectively on one side of the wheel fitting, at least partially cover the wheel in the radial direction, the insulating body to the wheel inside and the disc to the wheel outside geric htet.
  • the insulating body may at least partially consist of ceramic material.
  • the bushing and the disc made of ceramic material or metal. It can be advantageously formed integrally socket and disc. Alternatively, socket and insulating body may be integrally formed. If then the wheel disc and the sleeve together form a conical seat and possibly additionally the insulating body and the socket together form a conical seat, has such a conical approach surface the advantage that a centering effect is achieved for the wheel by the fastening device. Conical centering and support surfaces also contribute to increasing the contact surfaces. The fastening device also prevents direct contact between the screws or nuts of the screw fastening and the plastic wheel disc.
  • Figures 1 to 4 each show a partial cross section of a fastening device for a wheel disc on a not-drawn vehicle axle of a motor vehicle according to the invention in a first to fourth embodiment.
  • the wheel partially shown in the figures consists essentially of three parts, namely a tire, not shown, mounted on a rim, not shown, with which, also not shown in the figures, a wheel disc 2 is connected from fiber composite plastic.
  • the wheel disc 2 is connected by means of a device 3 for fastening the wheel disc 2 with a vehicle hub, not shown, of a vehicle axle, including the wheel disc 2 distributed over the circumference arranged usually four or five axially directed openings 6 for the passage of wheel bolts 9 has, of which in the Figures each one opening 6 is shown with inserted wheel bolt 9.
  • the wheel disc 2 can be designed in a conventional manner, as is the case with wheel discs made of steel or aluminum.
  • each intermediate member comprises an insulating body 4, a socket 5 and a disc 7, each with central opening 6 'for the wheel bolt 9 and wherein each intermediate member the opening 6 of the wheel disc 2 surrounds U-shaped.
  • the sleeve 5 is as a frame on the inner circumference of the opening 6 of the wheel disc 2 and the insulating body 4 and the disc 7 are located on the frame and on the wheel disc 2 each on one side of the wheel and cover the wheel disc 2 in the radial direction at least partially.
  • the insulating body 4 is directed to the wheel inside and the disc 7 to the wheel outside. Through the insulating body 4, the heat transfer, especially the heat generated during braking, to the wheel disc 2 is significantly reduced.
  • this consists of ceramic material.
  • the sleeve 5 and the disc 7 may be made of ceramic material or of metal.
  • the sleeve and the disc are integrally formed as a collar bushing 8
  • the embodiment of the invention of Figure 3 shows an insulating bushing 10, in which the socket and the insulating body are integrally formed.
  • FIG 4 shows an embodiment of the invention in which the wheel disc 2 and the socket 5 together form a conical seat 11.
  • the insulating body 4 and the socket 5 also form a conical seat 11 '.
  • the outer circumference of the bush 5 is conically tapered towards the inner side of the wheel, while the wheel disc 2 and the insulating body 4 have a corresponding conically tapered inner circumference towards the outside of the wheel.
  • the wheel disc 2 is centered relative to the insulating body 4.
  • the conical seat 11 also causes more torque to be transmitted from the wheel hub to the wheel disc 2.

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Abstract

Nach der Erfindung ist ein Rad für ein Fahrzeug, mit einer zur Aufnahme eines Reifens bestimmten Felge und einer mit dieser verbundenen Radscheibe aus Faserverbundwerkstoff und einer Schrauben oder Muttern aufweisenden Einrichtung zur Befestigung der Radscheibe an einer Radnabe, wozu die Radscheibe axial gerichtete Durchbrechungen zum Durchtritt der Schrauben oder von Gewindebolzen zum Aufschrauben der Muttern besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung für jede Durchbrechung der Radscheibe einen Isolierkörper, eine Buchse und eine Scheibe, jeweils mit mittiger Durchbrechung, umfasst, die die Durchbrechung der Radscheibe U-förmig einfassen, wobei die Buchse als Zarge am Innenumfang der Durchbrechung anliegt und der Isolierkörper und die Scheibe an der Zarge und an der Radscheibe jeweils auf einer Seite des Rades anliegend, die Radscheibe in radialer Richtung wenigstens teilweise abdecken, der Isolierkörper zur Radinnenseite und die Scheibe zur Radaußenseite hin gerichtet. Dabei kann der Isolierkörper wenigstens teilweise aus keramischem Werkstoff bestehen.

Description

EINRICHTUNG ZUR BEFESTIGUNG EINER RADSCHEIBE AUS FASERVERBUNDWERKSTOFF AN EINER RADNABE
Die Erfindung betrifft ein Rad für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer Schrauben oder Muttern aufweisenden Vorrichtung zur Befestigung einer Radschüssel aus Faserverbundwerkstoff an einer Fahrzeugnabe, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Ein Rad für Kraftfahrzeuge besitzt nach dem Stand der Technik eine Radschüssel aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, die als gepresstes oder gegossenes Teil ausgebildet ist. Zu dem Rad gehört weiterhin eine Vorrichtung zur Befestigung der Radschüssel an der Fahrzeugachse, wobei diese Vorrichtung in der Regel aus Schrauben besteht, die in entsprechende Gewindelöcher an der Fahrzeugachse eingreifen. Es ist aber auch bekannt, an der Fahrzeugachse Stehbolzen anzuordnen und die Befestigung der Radschüssel über Muttern durchzuführen. Üblich sind vier oder fünf über den Umfang verteilte Schrauben oder Muttern. Solche Räder können neben der Radschüssel und der Vorrichtung zu ihrer Befestigung auch noch weitere Elemente, beispielsweise Radkappen, Abdeckscheiben o. dgl. aufweisen. Die aus Metall bestehende Radschüssel weist eine hinreichende Festigkeit und Stabilität auf. Benachbart zu der Radschüssel ist üblicherweise die Radbremse vorgesehen, die als Scheiben- oder Trommelbremse ausgebildet sein kann und am Achsgehäuse der Fahrzeugachse oder an einem Teil der Achsaufhängung befestigt ist.
Bei Betätigung der Bremse entsteht bekanntlich Reibungswärme, welche nicht nur die Elemente der Radbremse erwärmt, sondern auch an andere benachbarte Teile übertragen wird. Die an die Radschüssel abgegebene Wärme beeinträchtigt die Festigkeit und Stabilität der Radschüssel nicht, zumal beim Fahren auch eine gewisse Kühlung der Elemente der Radbremse und der Radschüssel stattfindet.
Diese Kühlung kann erschwert sein, wenn die Radschüssel der Einwirkung des Fahrtwindes nur begrenzt ausgesetzt ist, indem eine Radkappe aus Kunststoff o. dgl. Verwendung findet. Auch durch die Einbauenge im Bereich moderner Kraftfahrzeuge ist die Kühlung von Elementen der Radbremse vergleichsweise schlecht. Da die Räder zu den ungefederten Massen eines Kraftfahrzeuges gehören, ist man bestrebt, diese Massen durch Verwendung spezifisch leichter Metalle, insbesondere Aluminium, zu verringern.
Die DE 30 47 837 A1 beschreibt ein Fahrzeugrad mit einer Radschüssel aus synthetischem Kunststoff, insbesondere aus mit Glasfasern verstärktem Kunststoff. Dabei ist der Radschüssel eine Scheibe aus Stahl zugeordnet, die auf ihrer der Fahrzeugnabe zugekehrten Seite Vorsprünge oder radiale Stege aufweist. Die Befestigungseinrichtung besteht aus Schrauben, die sowohl die Radschüssel wie auch die Scheibe durchsetzen und in die Fahrzeugnabe eingreifen. Die aus Kunststoff bestehende Radschüssel besitzt zentrisch eine Durchbrechung, durch die hindurch Kühlluft von der Außenseite des Rades angesaugt werden kann. Der Antrieb der Kühlluft erfolgt durch radiale Stege in Verbindung mit dem sich drehenden Rad. Die Scheibe aus Stahl deckt nur einen Teil der aus Kunststoff bestehenden Radschüssel ab.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, eine Radschüssel aus Kunststoff zu verwenden. Es kann insbesondere ein faserverstärkter Kunststoff eingesetzt werden. Damit wird ein Werkstoff verwendet, dessen spezifisches Gewicht sich von demjenigen von Metallen erheblich unterscheidet. Ein solcher Kunststoff hat jedoch den Nachteil, dass er die Wärme schlecht leitet, also gleichsam einen Isolierkörper darstellt. Bei erheblicher Wärmeeinwirkung beeinträchtigt dies die Festigkeit der Radschüssel. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Kunststoffen, insbesondere Kohlenstofffaser verstärkten Polymeren und metallischen Werkstoffen in der Radverschraubung führt zu thermischen Eigenspannungen bei einer Erwärmung, zum Beispiel durch die Bremse. So ist die Anlagefläche zwischen Radgrundkörper und Bremstopf/Radmitnehmer thermisch stark beansprucht. Die schlechte Wärmeleitung vieler Kunststoffe kann dann einen Hitzestau bewirken, der sich negativ auf den Werkstoff Kunststoff auswirken kann. Weiterhin müssen übliche metallische Inserts im Bereich der Verschraubung gegenüber einem Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoff zur Vermeidung von Kontaktkorrosion galvanisch getrennt werden.
Diesen Nachteilen abzuhelfen ist Aufgabe der Erfindung, die eine besondere Einrichtung zur Befestigung einer Radschüssel aus Kunststoff vorsieht. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung ist ein Rad für ein Fahrzeug, mit einer zur Aufnahme eines Reifens bestimmten Felge und einer mit dieser verbundenen Radscheibe aus Fa- serverbundwerkstoff und einer Schrauben oder Muttern aufweisenden Einrichtung zur Befestigung der Radscheibe an einer Radnabe, wozu die Radscheibe axial gerichtete Durchbrechungen zum Durchtritt der Schrauben oder von Gewindebolzen zum Aufschrauben der Muttern besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung für jede Durchbrechung der Radscheibe einen Isolierkörper, eine Buchse und eine Scheibe, jeweils mit mittiger Durchbrechung, umfasst, die die Durchbrechung der Radscheibe U-förmig einfassen, wobei die Buchse als Zarge am Innenumfang der Durchbrechung anliegt und der Isolierkörper und die Scheibe an der Zarge und an der Radscheibe jeweils auf einer Seite des Rades anliegend, die Radscheibe in radialer Richtung wenigstens teilweise abdecken, der Isolierkörper zur Radinnenseite und die Scheibe zur Radaußenseite hin gerichtet. Dabei kann der Isolierkörper wenigstens teilweise aus keramischem Werkstoff bestehen.
Wenn Im Bereich einer Radverschraubung auf diese Weise form-, kraft-, oder materialschlüssig Isolierkörper beziehungsweise keramische Inserts eingebracht werden, hat das den Vorteil, dass der keramische Werkstoff thermisch isoliert und dadurch den Kunststoff der Radscheibe vor Beschädigung durch hohe Temperaturen schützt. Keramik ist auch bezüglich Setzen und Kriechen, auch unter Temperatur, unkritisch. Als elektrischer Isolator vermeiden keramische Einleger zusätzlich Galvanokorrosion. Als keramischer Werkstoff bietet sich zum Beispiel Zi02 an. Der keramische Werkstoff ist dann so ausgewählt, dass er thermisch und galvanisch isoliert.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sehen vor, dass die Buchse und die Scheibe aus keramischem Werkstoff oder aus Metall bestehen. Dabei können Buchse und Scheibe vorteilhafterweise auch einstückig ausgebildet sein. Alternativ dazu können Buchse und Isolierkörper einstückig ausgebildet sein. Wenn dann die Radscheibe und die Buchse miteinander einen Kegelsitz bilden und eventuell zusätzlich noch der Isolierkörper und die Buchse miteinander einen Kegelsitz bilden, hat eine solche konische Ansatzfläche den Vorteil, dass durch die Befestigungseinrichtung eine Zentrierwirkung für die Radschüssel erreicht wird. Konische Zentrier- und Abstützflächen tragen auch zur Vergrößerung der Kontaktflächen bei. Durch die Befestigungseinrichtung wird auch ein direkter Kontakt zwischen den Schrauben oder Muttern der Schraubbefestigung und der Radschüssel aus Kunststoff vermieden.
Die Erfindung wird anhand von vier bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben. Die Figuren 1 bis 4 zeigen jeweils einen Teilquerschnitt einer Befestigungseinrichtung für eine Radscheibe an einer nicht gezeichneten Fahrzeugachse eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung in einer ersten bis vierten Ausführungsform.
Das in den Figuren teilweise dargestellte Rad besteht im Wesentlichen aus drei Teilen, nämlich aus einem nicht dargestellten Reifen, aufgezogen auf eine nicht dargestellte Felge, mit der, in den Figuren ebenfalls nicht dargestellt, eine Radscheibe 2 aus Faserverbundkunststoff verbunden ist. Die Radscheibe 2 ist mittels einer Einrichtung 3 zur Befestigung der Radscheibe 2 mit einer nicht dargestellten Fahrzeugnabe einer Fahrzeugachse verbunden, wozu die Radscheibe 2 über den Umfang verteilt angeordnet üblicherweise vier oder fünf axial gerichtete Durchbrechungen 6 zum Durchtritt von Radschrauben 9 besitzt, von denen in den Figuren jeweils eine Durchbrechung 6 mit durchgesteckter Radschraube 9 dargestellt ist. Es versteht sich, dass die Radscheibe 2 in an sich bekannter Formgebung gestaltet sein kann, wie dies auch bei Radscheiben aus Stahl oder Aluminium der Fall ist.
Von der Einrichtung 3 zur Befestigung der Radscheibe 2 an der Fahrzeugnabe ist in jeder Figur nur eine Radschraube 9 gezeichnet. Die Befestigungseinrichtung 3 besitzt vier- oder fünfmal ein Zwischenglied, das von jeweils einer Radschraube 9 durchdrungen ist, wobei jedes Zwischenglied einen Isolierkörper 4, eine Buchse 5 und eine Scheibe 7 umfasst, jeweils mit mittiger Durchbrechung 6' für die Radschraube 9 und wobei jedes Zwischenglied die Durchbrechung 6 der Radscheibe 2 U-förmig einfasst. Dabei liegt die Buchse 5 als Zarge am Innenumfang der Durchbrechung 6 der Radscheibe 2 an und der Isolierkörper 4 und die Scheibe 7 liegen an der Zarge und an der Radscheibe 2 jeweils auf einer Seite des Rades an und decken die Radscheibe 2 in radialer Richtung wenigstens teilweise ab. Der Isolierkörper 4 ist zur Radinnenseite und die Scheibe 7 zur Radaußenseite hin gerichtet. Durch den Isolierkörper 4 wird die Wärmeübertragung, vor allem der beim Bremsen entstehenden Wärme, an die Radscheibe 2 erheblich reduziert. Vorteilhafterweise besteht dieser aus keramischem Werkstoff. Dabei können die Buchse 5 und die Scheibe 7 aus keramischem Werkstoff oder aus Metall gefertigt sein.
Bei der Ausführung der Erfindung nach Figur 2 sind die Buchse und die Scheibe einstückig, als Bundbuchse 8 ausgebildet, während die Ausführung der Erfindung nach Figur 3 eine Isolierkörperbuchse 10 zeigt, bei der die Buchse und der Isolierkörper einstückig ausgebildet sind.
Figur 4 zeigt dagegen eine Ausführungsform der Erfindung bei der die Radscheibe 2 und die Buchse 5 miteinander einen Kegelsitz 11 bilden. Zusätzlich bilden der Isolierkörper 4 und die Buchse 5 ebenfalls einen Kegelsitz 11 '. Dazu ist der Außenumfang der Buchse 5 zur Radinnenseite hin konisch verjüngt, während die Radscheibe 2 und der Isolierkörper 4 zur Radaußenseite hin einen entsprechend konisch verjüngt gestalteten Innenumfang aufweisen. Dadurch wird die Radscheibe 2 relativ zum Isolierkörper 4 zentriert. Der Kegelsitz 11 bewirkt auch, dass mehr Drehmoment von der Radnabe auf die Radscheibe 2 übertragen werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Rad für ein Fahrzeug, mit einer zur Aufnahme eines Reifens bestimmten Felge und einer mit dieser verbundenen Radscheibe (2) aus Faserverbundwerkstoff und einer Schrauben (9) oder Muttern aufweisenden Einrichtung (3) zur Befestigung der Radscheibe (2) an einer Radnabe, wozu die Radscheibe (2) axial gerichtete Durchbrechungen (6) zum Durchtritt der Schrauben (9) oder von Gewindebolzen zum Aufschrauben der Muttern besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) für jede Durchbrechung (6) der Radscheibe (2) einen Isolierkörper (4), eine Buchse (5) und eine Scheibe (7), jeweils mit mittiger Durchbrechung (6'), umfasst, die die Durchbrechung (6) der Radscheibe (2) U-förmig einfassen, wobei die Buchse (5) als Zarge am Innenumfang der Durchbrechung (6) anliegt und der Isolierkörper (4) und die Scheibe (7) an der Zarge und an der Radscheibe (2) jeweils auf einer Seite des Rades anliegend, die Radscheibe (2) in radialer Richtung wenigstens teilweise abdecken, der Isolierkörper (4) zur Radinnenseite und die Scheibe (7) zur Radaußenseite hin gerichtet.
2. Rad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (4) wenigstens teilweise aus keramischem Werkstoff besteht.
3. Rad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (5) und die Scheibe (7) aus keramischem Werkstoff oder aus Metall bestehen.
4. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (5) und die Scheibe (7) einstückig ausgebildet sind.
5. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (5) und der Isolierkörper (4) einstückig ausgebildet sind.
6. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe (2) und die Buchse (5) miteinander einen Kegelsitz (1 1 ) bilden.
7. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (4) und die Buchse (5) miteinander einen Kegelsitz (11 ') bilden.
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