WO2018184622A1 - Radlagereinheit - Google Patents

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WO2018184622A1
WO2018184622A1 PCT/DE2018/100158 DE2018100158W WO2018184622A1 WO 2018184622 A1 WO2018184622 A1 WO 2018184622A1 DE 2018100158 W DE2018100158 W DE 2018100158W WO 2018184622 A1 WO2018184622 A1 WO 2018184622A1
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flange
bearing unit
reinforcing
core part
reinforcing rib
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PCT/DE2018/100158
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Manfred Kraus
Holger Kaup
Kerstin Beyer
Peter Niebling
Alexander SEIFFER
Michael Oliver Kobes
Lucas GRUENER
Berthold KRAUTKRÄMER
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the invention relates to a wheel bearing unit or a hybrid connecting element, in particular a bearing outer element of a wheel bearing for fastening a vehicle wheel, with a core part made of a first material and with a reinforcing part made of a second material.
  • EP2863082A1 describes a designed as a star wheel bearing flange.
  • So z. B. be applied to steel parts to increase the rigidity and strength of a plastic, for example by injection molding, wherein the plastic takes over a part of the supporting task of the steel.
  • the plastic may be fiber-reinforced, and the use of both thermosets and thermoplastics is possible.
  • a hybrid connecting element in particular a bearing outer element of a wheel bearing for fixing a vehicle wheel, a core part of a first material and a reinforcing part of a second material.
  • the reinforcement part at least partially surrounds the core part and thus reinforces it.
  • the core part comprises a hollow cylindrical bearing unit for forming a roller bearing, which preferably extends in the axial direction.
  • a roller bearing which preferably extends in the axial direction.
  • the core part comprises a flange which preferably extends in the radial direction from one axial end of the bearing unit.
  • the flange By means of the flange, it is possible, for example, to attach a wheel rim of a vehicle wheel to the hybrid connecting element.
  • the reinforcing member comprises at least one reinforcing rib which conveniently transmits forces between the bearing unit and the flange of the core member. In this way, the rigidity and strength of the hybrid fastener can be improved and the weight optimized.
  • the at least one reinforcing rib comprises a shape which corresponds to the force flow between flange and bearing unit is trained.
  • the result is preferably a bionically inspired overall shape reminiscent of roots of a tree.
  • the at least one reinforcing rib comprises a first end and a second end.
  • the first end is arranged on the bearing unit and offset in the axial direction of the flange. With the help of the first end, forces can be taken up by the storage unit or directed to it.
  • the second end is arranged on the flange and is offset outward in the radial direction from the bearing unit.
  • the second end can thus transmit forces in the direction of the flange and away from the flange.
  • the at least one reinforcing rib in the radial direction bridges at least one recess of the flange for weight reduction.
  • forces can be transmitted via the recess by means of the reinforcement part.
  • two reinforcing ribs are arranged in the radial direction per recess of the flange in order to transmit forces.
  • the hybrid connecting element has two reinforcing ribs per recess, which preferably bear tangentially on a recess of the flange or touch it. In this way, forces acting on a recess, can be absorbed and forwarded by a reinforcing rib.
  • the at least one reinforcing rib is hollow to save weight.
  • each reinforcing rib decreases from the inside on the bearing unit to the outside towards the flange. Simplified shown, thus each reinforcing rib can be designed according to the course of the acting moments or the acting tilting moments.
  • the height of the at least one reinforcing rib on the inside of the bearing unit is greater in comparison to the radially outer side of the flange.
  • the shape of the at least one reinforcing rib with the shape of a further reinforcing rib is designed to run in a flowing manner. Thus, notch effect effects can be avoided, whereby the stability of the hybrid connecting element can be increased.
  • the shape of the at least one reinforcing rib with the shape of a further reinforcing rib is formed to flow at the respective end of the reinforcing rib.
  • each reinforcing rib is formed as a mountain formed portion of the reinforcing member.
  • a valley formed as a region of the reinforcing member is disposed between two reinforcing ribs.
  • transition from one reinforcing rib to another reinforcing rib extends over a region formed as a valley.
  • transition from a region formed as a mountain to a region formed as a valley and vice versa is designed to be continuous.
  • two reinforcing ribs which are arranged around a recess or about a fastening receptacle of the flange, are designed to flow in the circumferential direction.
  • two reinforcing ribs surround or surround a recess or a mounting receptacle of the flange. Also, in the tangential direction or in the circumferential direction from one reinforcing group to another amplification group can be transmitted.
  • the flange is annular.
  • the flange includes at least one recess to reduce the weight of the hybrid connector. It can also be provided that a plurality of recesses are arranged distributed uniformly in the circumferential direction. Furthermore, it is preferred that the at least one recess is formed as a slot or as a connecting passage.
  • the slot formed as a slot has a kidney-shaped shape. Furthermore, it is possible that the at least one recess extends in the circumferential direction and / or completely penetrates the flange in the axial direction. In other words, it is also possible that the reduced with at least one recess and only the thickness or material thickness of the flange.
  • the recess serving as a connecting passage is formed as a passage hole in the axial direction to improve the power transmission of the first material of the core part and the second material of the reinforcing part.
  • the flange comprises at least one fastening receptacle for fastening a wheel rim of a vehicle.
  • the at least one fastening receptacle preferably has a thread for a rim screw.
  • each fastening mount It is also preferred if at least two reinforcing ribs, in particular tangentially touching, are arranged on each fastening mount. In other words, it is advantageous if the at least two reinforcing ribs "hug" or “surround” each fastening receptacle, preferably completely, so that acting forces can be easily absorbed and relayed.
  • the hybrid connecting element has at least one reinforcing rib per fastening receptacle.
  • the hybrid connection element has at least three or at least five fastening receptacles in order, for. B. to be able to attach a vehicle to the hybrid connector.
  • the hollow-cylindrical bearing unit comprises at least one rolling body raceway on the inner circumferential surface.
  • the hollow-cylindrical bearing unit comprises on the outer lateral surface a surface structure which increases the size
  • the surface structure by means of an adhesion promoter and / or by means of laser structures and / or by means of a blasting method, such as. As sandblasting, and / or realized by means of a plasma activation.
  • the flange at least on the surface oriented to the bearing unit, a surface structure having an enlarged surface for improved connection with the second material.
  • the reinforcement part comprises a receptacle, in particular for a vehicle rim.
  • the receptacle is preferably used to center the vehicle rim when mounted on the hybrid connector.
  • the receptacle extends the bearing unit of the core part in the axial direction.
  • the receptacle extends at the axial end of the bearing unit, on which the flange is arranged, the bearing unit of the core part in the axial direction.
  • the core part and the flange are formed integrally and made of the first material.
  • the core part and the flange are designed as a forged part. Furthermore, it is favorable if the first material has a higher density compared to the second material. As a result, the weight of the hybrid connecting element can be reduced.
  • the second material comprises a plastic, preferably a fiber-reinforced thermosetting plastic. Furthermore, it can be provided that the second material can be applied to the first material in an injection molding process or a pressing process.
  • the first and second materials are first connected to each other.
  • the thermal expansion coefficient of the first material differs from the coefficient of thermal expansion of the second material by +/- 10%, preferably by +/- 2%.
  • the surface of the at least one reinforcing rib with the bearing unit or with the flange encloses an angle between 35 degrees and 95 degrees.
  • the surface of the at least one reinforcing rib with the surface of the bearing unit forms an angle in the range between 35 degrees and 55 degrees, in particular 45 degrees. It is also advantageous if the surface of the at least one reinforcing rib with the surface of the flange forms an angle in the range between 75 degrees and 95 degrees, in particular 90 degrees.
  • This idea preferably concerns - in simplified terms - a hybrid connecting element, in particular a bearing outer element of a wheel bearing for fastening a vehicle wheel, with a core part of a first material and with a reinforcing part of a second material, which at least partially surrounds the core part and thus reinforced.
  • the invention is preferably to describe a plastic-metal hybrid wheel bearing or a hybrid connecting element, the design of which is shown by way of example in Figures 1 and 4.
  • the components and the hybrid composite of the components are advantageously distinguished as follows:
  • a bearing or a core part of the hybrid connecting element as a metallic element, preferably made of steel, before;
  • wheel bolts, threaded sleeves or fastening receptacles are connected via the flange of the core part to the bearing or the bearing unit of the core part and preferably likewise made of steel; -
  • the flange of the core part is designed as a forging;
  • a second component or a reinforcing member serves to increase the rigidity of the bearing or the core part of the hybrid connecting element, on the other hand, this component can further functional areas, such. the centering of a rim.
  • the second component or the reinforcing member made of a plastic, preferably from a (short) fiber-reinforced thermosetting plastic, is formed.
  • the thermoset used is optimally processed by injection molding or pressing process. This advantageously has a thermal expansion coefficient close to that of the steel or the core part;
  • the plastic component or the reinforcing member may bear directly on the steel flange of the core part or form a cavity between the plastic of the reinforcing member and the flange of the core member to image the cavities between the second component or reinforcing member and flange of the core member.
  • the core of the injection molding tool dives through the spokes of the metallic wheel bearing flange or the core part. It is also possible that a slider is used in injection molding.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a hybrid connecting element according to the invention
  • Fig. 2 is a further sectional view of an inventive
  • FIGS. 1 and 2 shows a three-dimensional view of a core part of the hybrid connecting element according to the invention from FIGS. 1 and 2;
  • Fig. 4 is a three-dimensional view of the invention
  • FIG. 5 shows a three-dimensional partial view of the hybrid connecting element according to the invention from FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a hybrid connecting element 1 according to the invention. More specifically, FIG. 1 shows a hybrid connecting element, in particular a bearing outer element 1 of a wheel bearing for fastening a vehicle wheel, with a core part 2 made of a first material and with a reinforcing part 3 made of a second one Material.
  • a hybrid connecting element in particular a bearing outer element 1 of a wheel bearing for fastening a vehicle wheel, with a core part 2 made of a first material and with a reinforcing part 3 made of a second one Material.
  • the reinforcement part 3 at least partially surrounds the core part 2 and thus reinforces it. This situation is shown again better in the other figures.
  • the core part 2 has a hollow cylindrical bearing unit 4 for forming a roller bearing, which extends in the axial direction A.
  • the hollow cylindrical bearing unit 4 has rolling body raceways on the inner circumferential surface to form a roller bearing.
  • the core part 2 comprises a flange 5 which extends from an axial end of the bearing unit 4 in the radial direction R.
  • the reinforcement part 3 comprises various reinforcing ribs 6, which transmit forces between the bearing unit 4 and the flange 5 of the core part 2.
  • Each reinforcing rib 6 has a shape adapted according to the flow of force between flange 5 and bearing unit 4, each reinforcing rib 6 comprising a first end 7 and a second end 8.
  • the first end 7 is arranged on the bearing unit 4 and offset in the axial direction A to the flange 5, wherein the second end 8 is arranged on the flange 5 and offset in the radial direction R of the bearing unit 4 to the outside.
  • FIG. 1, but also FIG. 2, shows that in the radial direction R the height of each reinforcing rib 6 decreases from the inside on the bearing unit 4 outwards towards the flange 5.
  • each reinforcing rib 6 inside the bearing unit 4 is greater in comparison to the radially outer side of the flange 5.
  • the hollow cylindrical bearing unit 4 still has on the outer surface of a surface structure which comprises an enlarged surface for improved connection with the second material. As a result, an improved force transmission between the core part 2 and the reinforcement part 3 can be ensured.
  • the flange 5, at least on the surface oriented to the bearing unit 4 has a surface structure comprising an enlarged surface for improved connection with the second material. Likewise, an improved force transmission between the core part 2 and the reinforcement part 3 can be ensured.
  • the reinforcing member 3 has a receptacle 1 1 for a vehicle rim, wherein the receptacle 1 1 extends the bearing unit 4 of the core part 2 in the axial direction A.
  • the receptacle 1 1 extends at the axial end of the bearing unit 4, on which the flange 5 is arranged, the bearing unit 4 of the core part 2 in the axial direction A.
  • the core part 2 and the flange 5 are integral and formed of the first material, wherein the core part 2 and the flange 5 are designed as a steel forging.
  • the first material according to the illustrated embodiment has a higher density compared to the second material, whereby the weight of the hybrid connecting element 1 can be reduced.
  • the second material is a plastic or a fiber-reinforced thermosetting plastic, wherein the second material can be applied to the first material in an injection molding process or a pressing process.
  • the thermal expansion coefficient of the first material differs from the thermal expansion coefficient of the second material by +/- 2%.
  • FIG. 2 shows a further sectional view of the hybrid connecting element 1 according to the invention.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional view of a core part 2 of the hybrid connecting element 1 according to the invention from FIGS. 1 and 2
  • FIG. 4 shows a three-dimensional view of the hybrid connecting element 1 according to the invention from FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional partial view of the hybrid connecting element 1 according to the invention from FIGS. 1 to 4.
  • FIGS. 3, 4 and 5 will be described together for the sake of simplicity.
  • two reinforcing ribs 6 in the radial direction R per recess 9 of the flange 5 bridge over for weight reduction.
  • forces can be transmitted via the recess 9 by means of the reinforcement part 3 and the tilting rigidity can be increased.
  • the two reinforcing ribs 6 per recess 9 are tangent to a recess 9 of the flange 5.
  • the reinforcing ribs 6 are formed as a full part, but it is also possible that one or more or all reinforcing ribs 6 are hollow to further reduce the weight of the hybrid connecting element.
  • FIGS. 3 and 4 it can be seen that the shape of a reinforcing rib 6 with the shape of a further reinforcing rib 6 is designed to run in a flowing manner.
  • the shape of a reinforcing rib 6 having the shape of another reinforcing rib 6 is formed to flow smoothly at the respective end of the reinforcing rib 6 - cf. FIG. 5.
  • each reinforcing rib 6 is formed as a mountain-shaped region of the reinforcing member 3, wherein between two reinforcing ribs 6 designed as a valley region of the reinforcing member 3 is arranged.
  • the transition from one reinforcing rib 6 to another reinforcing rib 6 extends over a region formed as a valley, wherein the transition from a region formed as a mountain to a region formed as a valley and vice versa is designed to run fluently.
  • Notch effect effects can be avoided by means of an embodiment of the hybrid connecting element 1 that flows around or merges with one another in a flowing or merging manner.
  • two reinforcing ribs 6, which are arranged around a recess 9 or about a fastening receptacle 10 of the flange 5, are designed to flow in the circumferential direction U.
  • FIG. 3 shows that the flange 5 is of annular design, wherein the flange 5 comprises various recesses 9 in order to reduce the weight of the hybrid connecting element 1.
  • the recesses 9 are arranged uniformly distributed in the circumferential direction U, wherein each recess 9 is formed as a slot.
  • the slot 9 formed as a slot has a kidney-shaped shape, each recess 9 extends in the circumferential direction U and the flange 5 in the axial direction A completely penetrates.
  • the flange 5 has recesses 12, which are arranged distributed uniformly in the circumferential direction U, wherein each recess 12 is formed as a connecting passage 12.
  • the recess 12 serving as a connecting passage is formed as a through-hole in the axial direction A in order to improve the power transmission of the first material of the core part 2 and the second material of the reinforcing part 3.
  • the flange 5 has various fastening receivers 10 for fastening a wheel rim of a vehicle, wherein each fastening receptacle 10 has a thread for a rim screw. Also on each mounting bracket 10, two reinforcing ribs 6 are arranged tangentially touching. In other words, the reinforcing ribs 6 "embrace” or “surround” each fastening receptacle 10 completely.
  • the design of the plastic component or the reinforcing member 3 is apparent from a Topologieoptimierung and has struts or reinforcing ribs 6 to areas that need to be stiffened stronger, such as.
  • the ribs or reinforcing ribs 6 between the threaded holes or fastening receivers 10 are optional and may vary depending on the stiffness requirement or may be omitted completely (cf., for example, FIG.
  • angles in the range of 35 ° to 55 ° (optimally 45 °) for transmission of thrust and between 75 ° and 95 ° (optimally 90 ° angle) for transmitting normal forces are mentioned here.
  • a good profile shape of a support strut or reinforcing rib 6 can be interpolated from the optimum angles at the edge points or ends 7, 8, so that the profile shape has as smooth as possible transitions between various angles. At 90 ° -45 ° thus results, for example, in profile a convex shape.
  • the design around holes or mounting fixtures 10 follows very organic forms. Decisive here is that the strut or reinforcing rib 6 nestles around the upper edge of the borehole or the fastening receptacle 10, as well as the fusion of the struts / reinforcing rib 6 on both sides of the hole in the lower region.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Verbindungselement (1), insbesondere ein Lageraußenelement (1) eines Radlagers zur Befestigung eines Fahrzeugrades, - mit einem Kernteil (2) aus einem ersten Material, und - mit einem Verstärkungsteil (3) aus einem zweiten Material, das zumindest teilweise das Kernteil (2) umhüllt und somit verstärkt, - wobei das Kernteil (2) eine hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit (4) zur Bildung eines Wälzlagers umfasst, die sich in axialer Richtung (A) erstreckt, - wobei das Kernteil (2) einen Flansch (5) umfasst, der sich von einem axialen Ende der Lagereinheit (4) in radialer Richtung (R) erstreckt, und - wobei das Verstärkungsteil (3) mindestens eine Verstärkungsrippe (6) umfasst, die Kräfte zwischen der Lagereinheit (4) und dem Flansch (5) des Kernteils (2) überträgt.

Description

Radlagereinheit
Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit bzw. ein Hybrid-Verbindungselement, insbesondere ein Lageraußenelement eines Radlagers zur Befestigung eines Fahrzeug- rades, mit einem Kernteil aus einem ersten Material und mit einem Verstärkungsteil aus einem zweiten Material.
Aktuelle Radlager sind als massiver Stahlflansch ausgeführt. Auch sind aus Patentanmeldungen diverse Ausführungen eines Radlagers als Kunststoff-Stahl- und Aluminium-Stahl-Hybride bzw. als Hybrid-Verbindungselement bekannt. In diesem Zusammenhang seien die Druckschriften EP2863082A1 sowie
DE102014206843A1 erwähnt, wobei EP2863082A1 einen als Sternform ausgeführten Radlagerflansch beschreibt.
So kann z. B. auf Stahlteile zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit ein Kunststoff beispielsweise im Spritzgussverfahren aufgebracht werden, wobei der Kunststoff ei- nen Teil der tragenden Aufgabe des Stahls übernimmt.
Dabei kann der Kunststoff faserverstärkt sein, und die Verwendung von sowohl Duroplasten als auch Thermoplasten ist möglich.
Traditioneller Konstruktionsansatz für die Gestaltung solcher Kunststoff-Komponenten ist es, Krafteinleitungsflächen mit einer Kunststoffschicht mit einer Dicke abhängig von Belastung und Fertigungsbedingungen zu bedecken.
Zwischen den Krafteinleitungsflächen wird eine Versteifung aus Kunststoff zur Lastübertragung eingebracht, sodass die Versteifung normal auf den sich häufig rechtwinklig zueinander befindenden Krafteinleitungsflächen steht und im Profil gerade verläuft und unter 45° in diese Flächen übergeht. Jedoch weisen derartige Radlager bzw. Radlagereinheiten bzw. Hybrid-
Verbindungselemente ein verhältnismäßig hohes Gewicht aufgrund des massiven und teilweise ungerichteten Einsatzes von Kunststoff auf.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybrid-Verbindungselement, insbesondere ein Lageraußenelement eines Radlagers zur Befestigung eines Fahr- zeugrades, anzugeben, welches kostengünstig und materialsparend herstellbar ist sowie gewichte- und vorzugsweise festigkeitsoptimiert ausgeführt ist.
Ferner ist es vorzugsweise Aufgabe der Erfindung, das Gewicht des Radlagers bzw. des Hybrid-Verbindungselements zu reduzieren, die Steifigkeit und Lebensdauer von konventionellen Radlagern bzw. Hybrid-Verbindungselementen gleichermaßen zu erfüllen oder zu übertreffen sowie günstigerweise Schnittstellen zu Umgebungsbauteilen zu erhalten.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Un- teransprüche.
Erfindungsgemäß umfasst bei der vorliegenden Erfindung ein Hybrid- Verbindungselement, insbesondere ein Lageraußenelement eines Radlagers zur Befestigung eines Fahrzeugrades, einen Kernteil aus einem ersten Material und einen Verstärkungsteil aus einem zweiten Material. Günstigerweise umhüllt das Verstärkungsteil zumindest teilweise das Kernteil und verstärkt dieses somit.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Kernteil eine hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit zur Bildung eines Wälzlagers umfasst, die sich vorzugsweise in axialer Richtung erstreckt. Somit kann beispielsweise mittels der Lagereinheit ein Außenring eines Wälzlagers geschaffen werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Kernteil einen Flansch, der sich vorzugsweise von einem axialen Ende der Lagereinheit in radialer Richtung erstreckt. Mithilfe des Flansches ist es möglich, beispielsweise eine Radfelge eines Fahrzeugrades an dem Hyb- rid-Verbindungselement anzubringen. Bevorzugterweise umfasst das Verstärkungsteil mindestens eine Verstärkungsrippe, die günstigerweise Kräfte zwischen der Lagereinheit und dem Flansch des Kernteils überträgt. Auf diese Weise kann die Steifigkeit und Festigkeit des Hybrid-Verbindungselements verbessert sowie das Gewicht optimiert werden.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die mindestens eine Verstärkungsrippe eine Ge- stalt umfasst, die entsprechend dem Kraftfluss zwischen Flansch und Lagereinheit ausgebildet ist. Insgesamt ergibt sich vorzugsweise eine bionisch inspirierte Gesamtform, die an Wurzeln eines Baums erinnert.
Vorzugsweise umfasst die mindestens eine Verstärkungsrippe ein erstes Ende und ein zweites Ende. Günstigerweise ist das erste Ende an der Lagereinheit angeordnet und in axialer Richtung zum Flansch versetzt. Mithilfe des ersten Endes können Kräfte von der Lagereinheit aufgenommen werden oder zu dieser geleitet werden.
Auch ist es günstig, wenn das zweite Ende am Flansch angeordnet und in radialer Richtung von der Lagereinheit nach außen versetzt ist. Das zweite Ende kann somit Kräfte in Richtung des Flansches und vom Flansch weg übertragen.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die mindestens eine Verstärkungsrippe in radialer Richtung mindestens eine Aussparung des Flansches zur Gewichtsreduktion überbrückt. Dadurch sind Kräfte über die Aussparung mittels des Verstärkungsteils übertragbar. Ferner ist es möglich, dass zwei Verstärkungsrippen in radialer Richtung pro Aussparung des Flansches angeordnet sind, um Kräfte zu übertragen.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Hybrid-Verbindungselement zwei Verstärkungsrippen pro Aussparung aufweist, die vorzugsweise tangential an einer Aussparung des Flansches anliegen bzw. diese berühren. Auf diese Weise können Kräfte, die an eine Aussparung wirken, von einer Verstärkungsrippe aufgenommen und weitergeleitet werden.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Verstärkungsrippe hohl ausgebildet, um Gewicht einzusparen.
Auch ist es günstig, wenn in radialer Richtung die Höhe jeder Verstärkungsrippe von innen an der Lagereinheit nach außen zum Flansch hin abnimmt. Vereinfacht dargestellt, kann somit jede Verstärkungsrippe entsprechend dem Verlauf der einwirkenden Momente bzw. der einwirkenden Kippmomente gestaltet werden.
Anders ausgedrückt, ist es günstig, wenn in radialer Richtung die Höhe der mindestens einen Verstärkungsrippe innen an der Lagereinheit im Vergleich zur radial außen- liegenden Außenseite des Flansches größer ist. Ferner ist es bevorzugt, dass die Form der mindestens einen Verstärkungsrippe mit der Form einer weiteren Verstärkungsrippe fließend verlaufend ausgebildet ist. Somit können Kerbwirkungseffekte vermieden werden, wodurch die Stabilität des Hybrid- Verbindungselements steigerbar ist. Auch ist es bevorzugt, dass die Form der mindestens einen Verstärkungsrippe mit der Form einer weiteren Verstärkungsrippe an dem jeweiligen Ende der Verstärkungsrippe fließend verlaufend ausgebildet ist. Bevorzugterweise ist jede Verstärkungsrippe als Berg ausgebildeter Bereich des Verstärkungsteils geformt.
Vorzugsweise ist zwischen zwei Verstärkungsrippen ein als Tal ausgebildeter Bereich des Verstärkungsteils angeordnet.
Auch ist es günstig, wenn der Übergang von einer Verstärkungsrippe zu einer anderen Verstärkungsrippe über einen als Tal ausgebildeten Bereich verläuft.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Übergang von einem als Berg ausgebildeten Bereich zu einem als Tal ausgebildeten Bereich und umgekehrt fließend verlau- fend ausgebildet ist.
Mithilfe der vorgenannten Ausgestaltungen als Berg und/oder als Tal ist es möglich, das Gewicht des erfindungsgemäßen Hybrid-Verbindungselements weiter zu reduzieren, jedoch bei gleichzeitiger Beibehaltung der mechanischen Stabilität. Bei der Ausgestaltung als Berg und/oder als Tal handelt es sich vorzugsweise um Freiformflä- chen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn zwei Verstärkungsrippen, die um eine Aussparung oder um eine Befestigungsaufnahme des Flansches angeordnet sind, in Umfangsrichtung fließend verlaufend ausgebildet sind. Somit umschließen bzw. umgeben zwei Verstärkungsrippen eine Aussparung oder eine Befestigungsaufnahme des Flansches. Auch können in tangentialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung von einer Verstärkungsgruppe auf eine andere Verstärkungstruppe übertragen werden.
Günstigerweise ist der Flansch kreisringförmig ausgebildet.
Vorzugsweise umfasst der Flansch mindestens eine Aussparung, um das Gewicht des Hybrid-Verbindungselements zu reduzieren. Auch kann vorgesehen sein, dass mehrere Aussparungen in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet sind. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die mindestens eine Aussparung als Langloch oder als Verbindungspassage ausgebildet ist.
Vorzugsweise weist die als Langloch ausgebildete Aussparung eine nierenförmige Gestalt auf. Ferner ist es möglich, dass sich die mindestens eine Aussparung in Umfangsrichtung erstreckt und/oder den Flansch in axialer Richtung vollständig durchdringt. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist es auch möglich, dass die mit mindestens eine Aussparung auch nur die Dicke bzw. Materialstärke des Flansches reduziert.
Bevorzugterweise ist die als Verbindungspassage dienende Aussparung als Durch- gangsloch in axialer Richtung ausgebildet, um die Kraftübertragung des ersten Werkstoffes des Kernteils und dem zweiten Werkstoff des Verstärkungsteils zu verbessern.
Auch ist es günstig, wenn der Flansch mindestens eine Befestigungsaufnahme zur Befestigung einer Radfelge eines Fahrzeuges umfasst.
Bevorzugterweise weist die mindestens eine Befestigungsaufnahme ein Gewinde für eine Felgenschraube auf.
Auch ist es bevorzugt, wenn an jeder Befestigungsaufnahme wenigstens zwei Verstärkungsrippen, insbesondere tangential berührend, angeordnet sind. Anders ausgedrückt, ist es von Vorteil, wenn die wenigstens zwei Verstärkungsrippen jede Befestigungsaufnahme, vorzugsweise vollständig,„umarmen" bzw.„umschließen" bzw.„um- geben". Somit können einwirkende Kräfte auf einfache Weise aufgenommen und weitergeleitet werden.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Hybrid-Verbindungselement mindestens eine Verstärkungsrippe pro Befestigungsaufnahme aufweist. Vorzugsweise weist das Hybrid- Verbindungselement mindestens drei oder mindestens fünf Befestigungsaufnahmen auf, um z. B. ein Fahrzeugrad an dem Hybrid-Verbindungselement befestigen zu können.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit an der inneren Mantelfläche mindestens eine Wälzkörperlaufbahn umfasst.
Des Weiteren ist es günstig, wenn die hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit an der äußeren Mantelfläche eine Oberflächenstruktur umfasst, die eine vergrößerte
Oberfläche zur verbesserten Verbindung mit dem zweiten Werkstoff umfasst. Dadurch ist eine verbesserte Kraftweiterleitung zwischen dem Kernteil und dem Verstärkungsteil gewährleistbar.
Ferner ist es möglich, dass die Oberflächenstruktur mithilfe eines Haftvermittlers und/oder mithilfe von Laserstrukturen und/oder mithilfe eines Strahlverfahrens, wie z. B. Sandstrahlen, und/oder mithilfe einer Plasmaaktivierung realisiert wird.
Vorteilhafterweise umfasst der Flansch, zumindest auf der zur Lagereinheit orientierten Oberfläche, eine Oberflächenstruktur, die eine vergrößerte Oberfläche zur verbesserten Verbindung mit dem zweiten Werkstoff aufweist. Dadurch ist eine verbesserte Kraftweiterleitung zwischen dem Kernteil und dem Verstärkungsteil gewährleistbar. Ferner ist es von Vorteil, wenn der Verstärkungsteil eine Aufnahme, insbesondere für eine Fahrzeugfelge, umfasst. Dabei dient die Aufnahme vorzugsweise der Zentrierung der Fahrzeugfelge bei Anbringung an das Hybrid-Verbindungselement.
Günstigerweise verlängert die Aufnahme die Lagereinheit des Kernteils in axialer Richtung. Bevorzugterweise verlängert die Aufnahme an dem axialen Ende der Lagereinheit, an dem der Flansch angeordnet ist, die Lagereinheit des Kernteils in axialer Richtung.
Auch ist es bevorzugt, dass der Kernteil und der Flansch einstückig und aus dem ersten Material ausgebildet sind.
Vorzugsweise sind der Kernteil und der Flansch als Schmiedeteil ausgeführt. Ferner ist es günstig, wenn das erste Material eine im Vergleich zum zweiten Material höhere Dichte aufweist. Dadurch ist das Gewicht des Hybrid-Verbindungselements reduzierbar.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das zweite Material einen Kunststoff, vorzugsweise ein faserverstärktes Duroplast, aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass das zweite Material in einem Spritzgießverfahren oder einem Pressverfahren auf das erste Material applizierbar ist.
Günstigerweise sind das erste und zweite Material ferst miteinander verbunden.
Dadurch können Kräfte optimal übertragen werden. Vorzugsweise unterscheidet sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials vom Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Materials um +/- 10 %, vorzugsweise um +/- 2 %.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche der mindestens einen Verstärkungsrippe mit der Lagereinheit oder mit dem Flansch einen Winkel zwischen 35 Grad und 95 Grad einschließt.
Bevorzugterweise schließt die Oberfläche der mindestens einen Verstärkungsrippe mit der Oberfläche der Lagereinheit einen Winkel im Bereich zwischen 35 Grad und 55 Grad, insbesondere 45 Grad, ein. Auch ist es günstig, wenn die Oberfläche der mindestens einen Verstärkungsrippe mit der Oberfläche des Flansches einen Winkel im Bereich zwischen 75 Grad und 95 Grad, insbesondere 90 Grad, einschließt.
Mithilfe der oben genannten Gradangaben können Kräfte effizient aufgenommen und weitergeleitet werden. Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - ein Hybrid- Verbindungselement, insbesondere ein Lageraußenelement eines Radlagers zur Befestigung eines Fahrzeugrades, mit einem Kernteil aus einem ersten Material und mit einem Verstärkungsteil aus einem zweiten Material, das zumindest teilweise das Kernteil umhüllt und somit verstärkt.
Ferner geht die Erfindung vorzugsweise dahin, ein Kunststoff-Metall-Hybrid-Radlager bzw. ein Hybrid-Verbindungselement zu beschreiben, dessen Design beispielhaft in Figuren 1 und 4 dargestellt ist. Die Komponenten sowie der hybride Verbund der Komponenten zeichnen sich günstigerweise wie folgt aus:
- vorzugsweise liegt ein Lager bzw. ein Kernteil des Hybrid-Verbindungselements als metallisches Element, vorzugsweise aus Stahl, vor;
- vorzugsweise sind Radbolzen, Gewindehülsen bzw. Befestigungsaufnahmen über den Flansch des Kernteils mit dem Lager bzw. der Lagereinheit des Kernteils verbunden und vorzugsweise ebenfalls aus Stahl; - vorzugsweise ist der Flansch des Kernteils als Schmiedeteil ausgeführt;
- vorzugsweise dient eine zweite Komponente bzw. ein Verstärkungsteil zum einen der Erhöhung der Steifigkeit des Lagers bzw. des Kernteils des Hybrid- Verbindungselements, zum anderen kann diese Komponente weitere funktionelle Bereiche, wie z.B. die Zentrierung einer Felge, aufweisen.
- Durch die Versteifung des Lagers bzw. des Kernteils durch die zweite Komponente bzw. ein Verstärkungsteil aus einem Werkstoff geringerer Dichte kann der Metallanteil des Flansches des Kernteils und damit das Gewicht des Radlagers bzw. des Hybrid-Verbindungselements reduziert werden;
- vorzugsweise ist die zweite Komponente bzw. der Verstärkungsteil aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem (kurz-)faserverstärkten Duroplast, ausgebildet. Das eingesetzte Duroplast ist optimalerweise mittels Spritzgießen oder Pressverfahren zu verarbeiten. Dieser weist günstigerweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe dem des Stahls bzw. der Kernteil auf;
- vorzugsweise kann die Kunststoff komponente bzw. der Verstärkungsteil direkt am Stahlflansch des Kernteils anliegen oder einen Hohlraum zwischen dem Kunststoff des Verstärkungsteils und dem Flansch des Kernteils ausbilden, um die Hohlräume zwischen zweiter Komponente bzw. Verstärkungsteil und Flansch des Kernteils abzubilden. Dazu taucht der Kern des Spritzgusswerkzeuges durch die Speichen des metallischen Radlagerflansches bzw. des Kernteils. Auch ist es möglich, dass ein Schieber beim Spritzgießen verwendet wird.
- um vorzugsweise die Anhaftung zwischen der zweiten Komponente bzw. dem Verstärkungsteil und dem Flansch des Kernteils zu erhöhen, können weitere Maßnahmen ergriffen werden. Bei einer zweiten Komponente in Kunststoffausführung kann dies beispielsweise durch eine Oberflächenstrukturierung der Stahlkomponente (Sandstrahlen, Laserstrukturieren, Fräsen) oder die Anwendung von Haftvermittlern realisiert werden. Es bietet sich vorzugsweise auch an eine Kompatibilität des Haftvermittlers sowohl mit der Stahl- (Kernteil) als auch der Kunststoff komponente (Verstärkungsteil) zu beachten. Dabei empfiehlt es sich, günstigerweise die werkstoffseitige Basis des Haftvermittlers ähnlich dem der Kunststoff komponente bzw. des Verstärkungsteils zu wählen. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Schnittansicht auf ein erfindungsgemäßes Hybrid- Verbindungselement;
Fig. 2 eine weitere Schnittansicht auf ein erfindungsgemäßes
Hybrid-Verbindungselement;
Fig. 3 eine dreidimensionale Ansicht auf einen Kernteil des erfin- dungsgemäßes Hybrid-Verbindungselements aus Figuren 1 und 2;
Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht auf das erfindungsgemäße
Hybrid-Verbindungselement aus Figuren 1 und 2; und
Fig. 5 eine dreidimensionale Teilansicht auf das erfindungsgemäße Hybrid-Verbindungselement aus Figuren 1 bis 4.
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht auf ein erfindungsgemäßes Hybrid- Verbindungselement 1. Genauer dargestellt zeigt Figur 1 ein Hybrid-Verbindungselement, insbesondere ein Lageraußenelement 1 eines Radlagers zur Befestigung eines Fahrzeugrades, mit einem Kernteil 2 aus einem ersten Material und mit einem Verstärkungsteil 3 aus einem zweiten Material.
Das Verstärkungsteil 3 umhüllt zumindest teilweise das Kernteil 2 und verstärkt dieses somit. Dieser Sachverhalt ist nochmals besser in den weiteren Figuren dargestellt.
Das Kernteil 2 hat dabei eine hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit 4 zur Bildung eines Wälzlagers, die sich in axialer Richtung A erstreckt.
Hierbei hat die hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit 4 an der inneren Mantelfläche Wälzkörperlaufbahnen zur Bildung eines Wälzlagers. Das Kernteil 2 umfasst einen Flansch 5, der sich von einem axialen Ende der Lagereinheit 4 in radialer Richtung R erstreckt.
Ferner umfasst das Verstärkungsteil 3 diverse Verstärkungsrippen 6, die Kräfte zwischen der Lagereinheit 4 und dem Flansch 5 des Kernteils 2 übertragen. Jede Verstärkungsrippe 6 hat eine Gestalt, die entsprechend dem Kraftfluss zwischen Flansch 5 und Lagereinheit 4 ausgebildet bzw. angepasst ist, wobei jede Verstärkungsrippe 6 ein erstes Ende 7 und ein zweites Ende 8 umfasst.
Das erste Ende 7 ist dabei an der Lagereinheit 4 angeordnet und in axialer Richtung A zum Flansch 5 versetzt, wobei das zweite Ende 8 am Flansch 5 angeordnet und in ra- dialer Richtung R von der Lagereinheit 4 nach außen versetzt ist.
Ferner zeigt Figur 1 , aber auch Figur 2, dass in radialer Richtung R die Höhe jeder Verstärkungsrippe 6 von innen an der Lagereinheit 4 nach außen zum Flansch 5 hin abnimmt.
Anders ausgedrückt, ist in radialer Richtung R die Höhe jeder Verstärkungsrippe 6 in- nen an der Lagereinheit 4 im Vergleich zur radial außenliegenden Außenseite des Flansches 5 größer.
Zwar nicht in den Figuren zu erkennen, weist die hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit 4 dennoch an der äußeren Mantelfläche eine Oberflächenstruktur auf, die eine vergrößerte Oberfläche zur verbesserten Verbindung mit dem zweiten Werkstoff umfasst. Dadurch kann eine verbesserte Kraftweiterleitung zwischen dem Kernteil 2 und dem Verstärkungsteil 3 gewährleistet werden.
Auch der Flansch 5, zumindest auf der zur Lagereinheit 4 orientierten Oberfläche, hat eine Oberflächenstruktur, die eine vergrößerte Oberfläche zur verbesserten Verbindung mit dem zweiten Werkstoff umfasst. Ebenfalls dadurch ist eine verbesserte Kraftweiterleitung zwischen dem Kernteil 2 und dem Verstärkungsteil 3 gewährleistbar.
Wie Figur 1 auch zeigt, hat der Verstärkungsteil 3 eine Aufnahme 1 1 für eine Fahrzeugfelge, wobei die Aufnahme 1 1 die Lagereinheit 4 des Kernteils 2 in axialer Richtung A verlängert. Dabei verlängert die Aufnahme 1 1 an dem axialen Ende der Lagereinheit 4, an dem der Flansch 5 angeordnet ist, die Lagereinheit 4 des Kernteils 2 in axialer Richtung A. Wie übrigens alle Figuren zeigen, sind der Kernteil 2 und der Flansch 5 einstückig und aus dem ersten Material ausgebildet, wobei der Kernteil 2 und der Flansch 5 als stählernes Schmiedeteil ausgeführt sind.
Das erste Material hat gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine im Ver- gleich zum zweiten Material höhere Dichte, wodurch das Gewicht des Hybrid- Verbindungselement 1 reduzierbar ist.
Beim zweiten Material handelt es sich um einen Kunststoff bzw. um ein faserverstärktes Duroplast, wobei das zweite Material in einem Spritzgießverfahren oder einem Pressverfahren auf das erste Material applizierbar ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials unterscheidet sich vom Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Materials um +/- 2 %.
Figur 2 zeigt eine weitere Schnittansicht auf das erfindungsgemäßes Hybrid- Verbindungselement 1.
Betreffend die weiteren Ausführungen wird zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die Erläuterungen nach Figur 1 verwiesen, die hier ebenfalls anwendbar sind.
Jedoch zeigt Figur 2 zusätzlich zu Figur 1 , dass die Oberfläche jeder Verstärkungsrippe 6 mit der Lagereinheit 4 einen Winkel ß mit 55 Grad einschließt, wohingegen die Oberfläche jeder Verstärkungsrippe 6 mit der Oberfläche des Flansches 5 einen Winkel α mit 90 Grad einschließt. Figur 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht auf einen Kernteil 2 des erfindungsgemäßes Hybrid-Verbindungselements 1 aus Figuren 1 und 2, wohingegen Figur 4 eine dreidimensionale Ansicht auf das erfindungsgemäße Hybrid- Verbindungselement 1 aus Figuren 1 und 2 zeigt.
Ferner zeigt Figur 5 eine dreidimensionale Teilansicht auf das erfindungsgemäße Hybrid-Verbindungselement 1 aus Figuren 1 bis 4.
Betreffend die weiteren Ausführungen wird zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die Erläuterungen nach Figuren 1 und 2 verwiesen, die hier ebenfalls anwendbar sind.
Nachfolgend werden der Einfachheit halber zur Vermeidung von Wiederholungen die Figuren 3, 4 und 5 zusammen beschrieben. Wie den Figuren 3 bis 5 entnommen werden kann, überbrücken jeweils zwei Verstärkungsrippen 6 in radialer Richtung R pro Aussparung 9 des Flansches 5 zur Gewichtsreduktion. Dadurch können Kräfte über die Aussparung 9 mittels des Verstärkungsteils 3 übertragen und die Kippsteifigkeit erhöht werden. Die zwei Verstärkungsrippen 6 pro Aussparung 9 liegen dabei tangential an einer Aussparung 9 des Flansches 5 an.
Im vorliegenden Beispiel sind die Verstärkungsrippen 6 als Vollteil ausgebildet, jedoch ist es auch möglich, dass eine oder mehrere oder alle Verstärkungsrippen 6 hohl ausgebildet sind, um das Gewicht des Hybrid-Verbindungselements weiter zu reduzieren. Insbesondere mit Blick auf die Figuren 3 und 4, ist erkennbar, dass die Form einer Verstärkungsrippe 6 mit der Form einer weiteren Verstärkungsrippe 6 fließend verlaufend ausgebildet ist.
Auch ist die Form einer Verstärkungsrippe 6 mit der Form einer weiteren Verstärkungsrippe 6 an dem jeweiligen Ende der Verstärkungsrippe 6 fließend verlaufend ausgebildet - vgl. Figur 5.
Dabei ist jede Verstärkungsrippe 6 als Berg ausgebildeter Bereich des Verstärkungsteils 3 geformt, wobei zwischen zwei Verstärkungsrippen 6 ein als Tal ausgebildeter Bereich des Verstärkungsteils 3 angeordnet ist.
Anders ausgedrückt, verläuft der Übergang von einer Verstärkungsrippe 6 zu einer anderen Verstärkungsrippe 6 über einen als Tal ausgebildeten Bereich, wobei der Übergang von einem als Berg ausgebildeten Bereich zu einem als Tal ausgebildeten Bereich und umgekehrt fließend verlaufend ausgebildet ist.
Mithilfe miteinander verfließend bzw. verschmelzend bzw. fließend übergehend ausgebildeten Ausgestaltung des Hybrid-Verbindungselements 1 können Kerbwirkungsef- fekte vermieden werden.
Wie Figuren 3 bis 5 ferner zeigen, sind zwei Verstärkungsrippen 6, die um eine Aussparung 9 oder um eine Befestigungsaufnahme 10 des Flansches 5 angeordnet sind, in Umfangsrichtung U fließend verlaufend ausgebildet sind.
Figur 3 zeigt, dass der Flansch 5 kreisringförmig ausgebildet ist, wobei der Flansch 5 diverse Aussparungen 9 umfasst, um das Gewicht des Hybrid-Verbindungselements 1 zu reduzieren. Dabei sind die Aussparungen 9 in Umfangsrichtung U gleichverteilt angeordnet, wobei jede Aussparung 9 als Langloch ausgebildet ist.
Die als Langloch ausgebildete Aussparung 9 hat eine nierenförmige Gestalt, wobei sich jede Aussparung 9 in Umfangsrichtung U erstreckt und den Flansch 5 in axialer Richtung A vollständig durchdringt.
Ferner hat der Flansch 5 Aussparungen 12, die in Umfangsrichtung U gleichverteilt angeordnet sind, wobei jede Aussparung 12 als Verbindungspassage 12 ausgebildet ist.
Die als Verbindungspassage dienende Aussparung 12 ist als Durchgangsloch in axia- ler Richtung A ausgebildet, um die Kraftübertragung des ersten Werkstoffes des Kernteils 2 und dem zweiten Werkstoff des Verstärkungsteils 3 zu verbessern.
Des Weiteren hat der Flansch 5 diverse Befestigungsaufnahmen 10 zur Befestigung einer Radfelge eines Fahrzeuges, wobei jede Befestigungsaufnahme 10 ein Gewinde für eine Felgenschraube aufweist. Auch an jeder Befestigungsaufnahme 10 sind zwei Verstärkungsrippen 6 tangential berührend angeordnet. Anders ausgedrückt,„umarmen" bzw.„umschließen" bzw. „umgeben" die Verstärkungsrippen 6 jede Befestigungsaufnahme 10 vollständig.
Nachfolgend werden die Figuren nochmals ergänzend beschrieben bzw. werden nachfolgend entsprechende Lösungen zur eingangs geschilderten Aufgabe darge- stellt.
Das Design der Kunststoff komponente bzw. des Verstärkungsteils 3 geht aus einer Topologieoptimierung hervor und weist Streben bzw. Verstärkungsrippen 6 um Bereiche auf, die stärker versteift werden müssen, wie z. B. Gewindelöcher bzw. Befestigungsaufnahmen 10 oder zwischen den Gewindelöchern. Dabei sind die Verrippungen bzw. Verstärkungsrippen 6 zwischen den Gewindelöchern bzw. Befestigungsaufnahmen 10 optional und können je nach Steifigkeitsanfor- derung variieren oder auch komplett entfallen (vgl. z. B. Figur 2).
Im Umfeld von Bohrlöchern bzw. Befestigungsaufnahmen 10 oder anderen Aussparungen 9, die mit Lasteinleitungsbereichen zusammenfallen, bietet es sich an, dass die Streben bzw. Verstärkungsrippen 6 so nahe wie möglich an den Befestigungsaufnahmen 10 verlaufen. Weiterhin bedeutet dies, dass die Strebenform bzw. die Form der Verstärkungsrippen 6 sich an die Aussparung 9 heranschmiegt. Insgesamt ergibt sich eine bionisch inspirierte Gesamtform, die vorzugsweise bei Anwendung an runden Flanschen 5 in etwa den Wurzeln eines Baums ähnelt. Die Winkel, unter denen die Stützstreben bzw. Verstärkungsrippen 6 aus den verschiedenen Krafteinleitungsflächen hervorgehen, haben je nach Belastungsfall verschiedene optimale Werte.
Im Speziellen seien hier Winkel im Bereich von 35° bis 55° (optimalerweise 45°) zur Übertragung von Schub sowie zwischen 75° und 95° (optimalerweise 90°-Winkel) zur Übertragung von Normalkräften erwähnt.
Für gemischte Belastungen empfehlen sich Werte zwischen den genannten Winkeln (Figur 4).
Eine gute Profilform einer Stützstrebe bzw. Verstärkungsrippe 6 lässt sich aus den optimalen Winkeln an den Randpunkten bzw. Enden 7, 8 interpolieren, sodass die Profil- form möglichst glatte Übergänge zwischen diversen Winkeln aufweist. Bei 90°-45° ergibt sich also beispielsweise im Profil eine konvexe Form.
Die Gestaltung um Bohrlöcher bzw. Befestigungsaufnahmen 10 folgt sehr organischen Formen. Maßgeblich ist dabei, dass die Strebe bzw. Verstärkungsrippe 6 sich um den oberen Rand des Bohrloches bzw. der Befestigungsaufnahme 10 schmiegt, sowie die Verschmelzung der Streben / Verstärkungsrippe 6 auf beiden Seiten des Loches im unteren Bereich.
Die Form zweier Streben / Verstärkungsrippen 6 um ein kreisrundes, hauptsächlich auf Druck belastetes Bohrloch / Befestigungsaufnahme 10 sieht bei flächig aufgebrachter, hauptsächlich normaler Belastung auf den Stahlflansch bzw. den Flansch 5 beispielsweise von vorne gesehen aus, wie in Figur 5. Bezugszeichenliste
1 Hybrid-Verbindungselement
2 Kernteil
3 Verstärkungsteil
4 Lagereinheit
5 Flansch
6 Verstärkungsrippe
7 erstes Ende
8 zweites Ende
9 Aussparung
10 Befestigungsaufnahme
1 1 Aufnahme
12 Aussparung
A axiale Richtung
R radiale Richtung α Winkel
ß Winkel

Claims

Patentansprüche
1 . Hybrid-Verbindungselement (1 ), insbesondere ein Lageraußenelement (1 ) eines Radlagers zur Befestigung eines Fahrzeugrades,
- mit einem Kernteil (2) aus einem ersten Material, und
- mit einem Verstärkungsteil (3) aus einem zweiten Material, das zumindest teilweise das Kernteil (2) umhüllt und somit verstärkt,
- wobei das Kernteil (2) eine hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit (4) zur Bildung eines Wälzlagers umfasst, die sich in axialer Richtung (A) erstreckt,
- wobei das Kernteil (2) einen Flansch (5) umfasst, der sich von einem axialen Ende der Lagereinheit (4) in radialer Richtung (R) erstreckt, und
- wobei das Verstärkungsteil (3) mindestens eine Verstärkungsrippe (6) umfasst, die Kräfte zwischen der Lagereinheit (4) und dem Flansch (5) des Kernteils (2) überträgt.
2. Hybrid-Verbindungselement nach Anspruch 1 ,
- wobei die mindestens eine Verstärkungsrippe (6) eine Gestalt umfasst, die entsprechend dem Kraftfluss zwischen Flansch (5) und Lagereinheit (4) ausgebildet ist,
- wobei vorzugsweise die mindestens eine Verstärkungsrippe (6) ein erstes Ende (7) und ein zweites Ende (8) umfasst,
- wobei vorzugsweise das erste Ende (7) an der Lagereinheit (4) angeordnet und in axialer Richtung (A) zum Flansch (5) versetzt ist,
- wobei vorzugsweise das zweite Ende (8) am Flansch (5) angeordnet und in radialer Richtung (R) von der Lagereinheit (4) nach außen versetzt ist.
3. Hybrid-Verbindungselement nach Anspruch 1 ,
- wobei die mindestens eine Verstärkungsrippe (6) in radialer Richtung (R) mindestens eine Aussparung (9, 10, 12) des Flansches (5) zur Gewichtsreduktion überbrückt, um Kräfte über die Aussparung (9, 10, 12) mittels des Verstärkungsteils (3) zu übertragen, - wobei vorzugsweise zwei Verstärkungsrippen (6) in radialer Richtung (R) pro Aussparung (9, 10, 12) des Flansches (5) angeordnet sind, um Kräfte zu übertragen,
- wobei vorzugsweise das Hybrid-Verbindungselement (1 ) zwei Verstärkungsrip- pen (6) pro Aussparung (9, 10, 12) aufweist, die vorzugsweise tangential an einer Aussparung (9, 10, 12) des Flansches (5) anliegen,
- wobei vorzugsweise die mindestens eine Verstärkungsrippe (6) hohl ausgebildet ist, um Gewicht einzusparen. 4. Hybrid-Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei in radialer Richtung (R) die Höhe jeder Verstärkungsrippe (6) von innen an der Lagereinheit (4) nach außen zum Flansch (5) hin abnimmt,
- wobei vorzugsweise in radialer Richtung (R) die Höhe der mindestens einen Verstärkungsrippe (6) innen an der Lagereinheit (4) im Vergleich zur radial au- ßenliegenden Außenseite des Flansches (5) größer ist,
- wobei vorzugsweise die Form der mindestens einen Verstärkungsrippe (6) mit der Form einer weiteren Verstärkungsrippe (6) fließend verlaufend ausgebildet ist,
- wobei vorzugsweise die Form der mindestens einen Verstärkungsrippe (6) mit der Form einer weiteren Verstärkungsrippe (6) an dem jeweiligen Ende der
Verstärkungsrippe (6) fließend verlaufend ausgebildet ist.
Hybrid-Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei jede Verstärkungsrippe (6) als Berg ausgebildeter Bereich des Verstärkungsteils (3) geformt ist,
- wobei vorzugsweise zwischen zwei Verstärkungsrippen (6) ein als Tal ausgebildeter Bereich des Verstärkungsteils (3) angeordnet ist,
- wobei vorzugsweise der Übergang von einer Verstärkungsrippe (6) zu einer anderen Verstärkungsrippe (6) über einen als Tal ausgebildeten Bereich verläuft,
- wobei vorzugsweise der Übergang von einem als Berg ausgebildeten Bereich zu einem als Tal ausgebildeten Bereich und umgekehrt fließend verlaufend ausgebildet ist, - wobei vorzugsweise zwei Verstärkungsrippen (6), die um eine Aussparung (9, 12) oder um eine Befestigungsaufnahme (10) des Flansches (5) angeordnet sind, in Umfangsrichtung (U) fließend verlaufend ausgebildet sind.
Hybrid-Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei der Flansch (5) kreisringförmig ausgebildet ist,
- wobei vorzugsweise der Flansch (5) mindestens eine Aussparung (9, 12) um- fasst, um das Gewicht des Hybrid-Verbindungselements (1 ) zu reduzieren,
- wobei vorzugsweise mehrere Aussparungen (9) in Umfangsrichtung (U) gleichverteilt angeordnet sind,
- wobei vorzugsweise die mindestens eine Aussparung (9, 12) als Langloch oder als Verbindungspassage ausgebildet ist,
- wobei vorzugsweise die als Langloch ausgebildete Aussparung (9, 12) eine nie- renförmige Gestalt aufweist,
- wobei sich vorzugsweise die mindestens eine Aussparung (9, 12) in Umfangsrichtung (U) erstreckt und/oder den Flansch (5) in axialer Richtung (A) vollständig durchdringt,
- wobei vorzugsweise die als Verbindungspassage dienende Aussparung (9, 12) als Durchgangsloch in axialer Richtung (A) ausgebildet ist, um die Kraftübertragung des ersten Werkstoffes des Kernteils (2) und dem zweiten Werkstoff des Verstärkungsteils (3) zu verbessern.
Hybrid-Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei der Flansch (5) mindestens eine Befestigungsaufnahme (10) zur Befestigung einer Radfelge eines Fahrzeuges umfasst,
- wobei vorzugsweise die mindestens eine Befestigungsaufnahme (10) ein Gewinde für eine Felgenschraube aufweist,
- wobei vorzugsweise an jeder Befestigungsaufnahme (10) wenigstens zwei Verstärkungsrippen (6), insbesondere tangential berührend, angeordnet sind.
Hybrid-Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei die hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit (4) an der inneren Mantelfläche mindestens eine Wälzkörperlaufbahn umfasst, - wobei vorzugsweise die hohlzylindrisch ausgebildete Lagereinheit (4) an der äußeren Mantelfläche eine Oberflächenstruktur umfasst, die eine vergrößerte Oberfläche zur verbesserten Verbindung mit dem zweiten Werkstoff umfasst, wodurch eine verbesserte Kraftweiterleitung zwischen dem Kernteil (2) und dem Verstärkungsteil (3) gewährleistbar ist,
- wobei vorzugsweise der Flansch (5), zumindest auf der zur Lagereinheit (4) orientierten Oberfläche, eine Oberflächenstruktur umfasst, die eine vergrößerte Oberfläche zur verbesserten Verbindung mit dem zweiten Werkstoff umfasst, wodurch eine verbesserte Kraftweiterleitung zwischen dem Kernteil (2) und dem Verstärkungsteil (3) gewährleistbar ist.
9. Hybrid-Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei der Verstärkungsteil (3) eine Aufnahme (1 1 ), insbesondere für eine
Fahrzeugfelge, umfasst,
- wobei vorzugsweise die Aufnahme (1 1 ) die Lagereinheit (4) des Kernteils (2) in axialer Richtung (A) verlängert,
- wobei vorzugsweise die Aufnahme (1 1 ) an dem axialen Ende der Lagereinheit (4), an dem der Flansch (5) angeordnet ist, die Lagereinheit (4) des Kernteils (2) in axialer Richtung (A) verlängert.
10. Hybrid-Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei der Kernteil (2) und der Flansch (5) einstückig und aus dem ersten Material ausgebildet sind,
- wobei vorzugsweise der Kernteil (2) und der Flansch (5) als Schmiedeteil aus- geführt ist,
- wobei das erste Material eine im Vergleich zum zweiten Material höhere Dichte aufweist, wodurch das Gewicht des Hybriden-Verbindungselements (1 ) reduzierbar ist,
- wobei vorzugsweise das zweite Material einen Kunststoff, vorzugsweise ein fa- serverstärktes Duroplast, aufweist,
- wobei vorzugsweise das zweite Material in einem Spritzgießverfahren oder einem Pressverfahren auf das erste Material applizierbar ist, - wobei sich vorzugsweise der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials vom Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Materials um +/- 10 %, vorzugsweise um +/- 2 %, unterscheidet.
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