DE19533612A1 - Fahrzeugrad mit einer Felge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad mit einer Felge gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Es sind bereits Fahrzeugräder aus Aluminium- oder Magnesiumlegierung bekannt, die beispielsweise für den Renneinsatz als auch zur ganz normalen Straßenfahrzeug- Anwendung vorgesehen sind. Der Trend bei derartigen Fahrzeugrädern liegt darin, daß die Reifenhöhe mehr und mehr abnimmt, d. h. daß der Abstand zwischen der Lauf­ fläche des Luftreifens und dem Felgenhorn geringer wird. Dies hat zur Folge, daß die dämpfende Wirkung zwischen der Lauffläche des Luftreifens und den am inneren und äußeren Felgenhorn anliegenden Wülsten geringer wird, wodurch das äußere und in­ nere Felgenhorn eine höhere Steifigkeit aufweisen müssen, um die darauf wirkenden Kräfte sicher aufnehmen zu können. Zu den äußeren auf den Luftreifen wirkenden Kräften kommen translatorische als auch rotatorische Beschleunigungskräfte des Ra­ des hinzu. Zur Aufnahme dieser Kräfte und zur Erhöhung der Stabilität und Steifigkeit ist an dem inneren Felgenabschnitt eine massivwandige Ausbildung vorgesehen. Ein äußerer Felgenabschnitt ist zu einem wesentlichen Teil durch einen an der Felge an­ geordneten Radstern gestützt und bedarf deshalb anwendungsspezifisch keiner oder nur einer geringen massivwandigen Ausbildung.

Derartige Fahrzeugräder weisen ein hohes Gewicht auf, das sich insbesondere bei der Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeuges nachteilig auswirkt. Darüber hinaus ist insbesondere im Rennsport erstrebenswert, eine größtmögliche Gewichtsreduzie­ rung bei absoluter Zuverlässigkeit des Fahrzeugrades zu schaffen, damit hohe Be­ schleunigungswerte des Kraftfahrzeuges erzielt werden können.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeugrad zu schaffen, bei dem eine Gewichtsreduzierung ermöglicht ist, wobei die Zuverlässigkeit und Steifig­ keit eines Kraftfahrzeugrades erhalten und sogar verbessert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Durch die Anordnung eines Versteifungskörpers kann erreicht wer­ den, daß eine hohe Steifigkeit einer Felge aufrechterhalten wird, wobei gleichzeitig ei­ ne erhebliche Gewichtsreduzierung insbesondere im inneren Felgenbereich gegeben ist. Der Versteifungskörper kann das Felgenhorn abstützen und zumindest in radialer Richtung versteifen, so daß die Felge über den gesamten Querschnitt im wesentlichen gleich stark ausgebildet sein kann. Durch die Massenreduzierung können die translato­ risch und rotatorisch wirkende Kräfte bei der Beschleunigung eines Rades verringert werden, wodurch auch eine höhere Laufruhe des Fahrzeugrades gegeben sein kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist durch die Anbringung eines Ver­ steifungskörpers an einem inneren Felgenabschnitt gegeben. Insbesondere in diesem Bereich wurde bisher eine Materialansammlung zur Erhöhung der Steifigkeit vorgese­ hen. Im äußeren Felgenabschnitt treten derartige Probleme im allgemeinen nicht auf, da in diesem Felgenabschnitt ein Radstern angreift, wodurch der äußere Felgenab­ schnitt getragen und gestützt sein kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Versteifungskörper zumindest scheibenförmig ausgebildet ist und an dem inneren Fel­ genhorn anbringbar ist. Dadurch können von diesem Versteifungskörper, der vorzugs­ weise rundumlaufend ist, die auf das Felgenhorn radial wirkenden Kräfte aufgenommen werden. Die von dem Versteifungskörper radial nach außen auf das innere Felgenhorn wirkenden Stützkräfte bewirken, daß im wesentlichen Kraftverhältnisse geschaffen sein können, wie sie bei dem äußeren Felgenabschnitt vorherrschen, der durch den Rad­ stern abgestützt ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Versteifungskörper im wesentlichen einen L-förmigen Querschnitt aufweist und im montierten Zustand zu dem inneren Felgenabschnitt ein Kastenprofil bildet. Durch die­ se Anordnung können die Vorteile eines Kräfteprofils auf ein Fahrzeugrad übertragen werden, die darin liegen, daß eine Steifigkeit bei einer geringen Masse im Bereich des inneren Felgenabschnittes erzielt werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindungsform ist vorgesehen, daß der Versteifungskörper aus einem hochfesten Fasergewebe ausgebildet ist. Dabei ist vorzugsweise der Werkstoff Kohlekevlar vorgesehen, das hohe Festigkeitseigen­ schaften bei geringer Masse aufweist. Dadurch kann eine erhebliche Gewichtsreduzie­ rung gegenüber einer im allgemeinen aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung ausgebildeten Felge mit einer an dem inneren Felgenabschnitt angeordneten Massenansammlung gegeben sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Versteifungskörper aus artgleichem Material wie die Felge ausgebildet ist. Dadurch werden ebenfalls die Vorteile erzielt, wonach eine hohe Steifigkeit bei geringer Masse an dem inneren Felgenabschnitt vorliegen kann.

In den weiteren Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugrades im Bereich der Felge mit einem erfindungsgemäßen Versteifungskörper,

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verstei­ fungskörpers mit L-förmigem Querschnitt,

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform zu Fig. 2 und

Fig. 4 eine weitere alternative Ausführungsform zu Fig. 2 und Fig. 3

In Fig. 1 ist ein Teil eines Kraftfahrzeugrades 11 im Querschnitt dargestellt. Das Kraft­ fahrzeugrad 11 weist eine Felge 12 mit einem Felgenbett 13 auf, welches durch ein äu­ ßeres Felgenhorn 14 und ein inneres Felgenhorn 16 begrenzt ist. Zwischen dem äuße­ ren Felgenhorn 14 und dem Felgenbett 13 ist an einer Felgenschulter 17 ein Radstern 18 angeordnet, der einstückig mit der Felge 12 verbunden ist. Alternativ kann ein zwei­ teiliges Rad vorgesehen sein, bei dem der Radstern 18 über eine Schraubverbindung zu der Felge 12 festlegbar ist. Des weiteren kann ein dreiteiliges oder mehrteiliges Kraftfahrzeugrad vorgesehen sein, bei dem beispielsweise eine zweite Felge 12 und der Radstern 18 zu dem Felgenbett 13 über eine lösbare Verbindung angeordnet sind.

Das Kraftfahrzeugrad 11 ist insbesondere für den Einsatz im Rennsport, wie beispiels­ weise für die Formel 1, die Deutsche Tourenwagen-Meisterschaft oder auch die Super- Tourenwagen-Meisterschaft vorgesehen und aus einer Aluminium- oder Magnesiumle­ gierung hergestellt. Derartige Kraftfahrzeugräder 11 können jedoch auch im Straßen­ verkehr für Personenkraftwagen eingesetzt werden.

Die Felge 12 weist auf der im Ausführungsbeispiel dargestellten rechten Seite einen in­ neren Felgenabschnitt 19 auf, der von einem Felgenbett 13 über eine Felgenschulter 21 in das innere Felgenhorn 16 übergeht. An einer zur Rotationsachse weisenden In­ nenseite 22 des Felgenabschnittes 19 ist ein Versteifungskörper 23 an dem inneren Felgenabschnitt 19 vorgesehen. Dieser liegt mit einer Anlagefläche 24 zumindest ab­ schnittsweise an einer zur Innenseite 22 weisenden inneren Felgenhornwand 26 an. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Anlagefläche 24 des Versteifungskörpers 23 sich von einem äußeren Randbereich 27 des inneren Felgenhorns 16 entlang der Fel­ genhornwand 26 bis zu einem Absatz 28 erstreckt, der an der Felgenschulter 21 radial nach innen vorspringt. Der Versteifungskörper 23 ist als Ring mit einem im wesentli­ chen an eine Tropfenform angenäherten Querschnitt ausgebildet.

Der Absatz 28 kann in axialer Richtung zu der Felge 12 gesehen weiter links oder rechts angeordnet sein, so daß beispielsweise im letzteren Fall eine im wesentlichen geradlinig verlaufende Felgenhornwand 26 vorgesehen ist, die unmittelbar in den Ab­ satz 28 übergeht. Der Versteifungskörper 23 kann als Ring mit rechteckförmigem Quer­ schnitt ausgebildet sein und eine einfache Geometrie aufweisen. Der Anlagefläche 24 gegenüberliegend ist eine Stirnfläche 29 vorgesehen, die plan ausgebildet ist und mit dem äußeren Randbereich 27 des inneren Felgenhorns 16 fluchtet. Die Stirnfläche 29 kann ebenso konkav oder konvex, wie auch mit einer Schrägfläche oder Abstufungen ausgebildet sein.

Der Versteifungskörper 23 ist aus einem Fasergewebe hergestellt, das eine geringe Dichte und hohe Festigkeitseigenschaften aufweist. Vorteilhafterweise ist der Verstei­ fungskörper 22 aus einem Verbund mit Kohlefasern bzw. Kohlekevlarfasern hergestellt.

Der aus dem Fasergewebe bestehende Versteifungskörper 23 ist über eine Klebever­ bindung an dem inneren Felgenabschnitt 19 festgelegt. Alternativ kann vorgesehen sein, daß der Versteifungskörper 23 eingepreßt oder über eine Rast- oder Schnappver­ bindung zu dem inneren Felgenabschnitt 19 anordenbar ist. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Versteifungskörper 23 zumindest eine Hinterschneidung auf­ weist, die den Absatz 28 hintergreifen kann und der entsprechend angepaßt ist.

Als alternative Materialien für die Ausbildung des Versteifungskörpers 23 kann eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung vorgesehen sein. Bei der Verwendung derartiger Materialien ist eine Schweißverbindung zum festen Anbringen des Versteifungskörpers 23 an dem inneren Felgenabschnitt 19 vorgesehen. Dies erfolgt bevorzugt durch Elek­ tronenstrahlschweißen oder Reibschweißen. Darüber hinaus sind weitere bekannte Schweißverfahren möglich.

In Fig. 1 ist strichliniert die Ausbildung des aus dem Stand der Technik bekannten in­ neren Felgenabschnitts 19′ dargestellt. Durch die Ausgestaltung und Anordnung des erfindungsgemäßen Versteifungskörpers 23 ist ermöglicht, daß die Materialanhäufung im Bereich des inneren Felgenabschnitts 19 stark reduziert werden kann, wobei gleich­ zeitig die Steifigkeit erhalten bzw. durch die ringförmige Ausbildung des Versteifungs­ körpers 23 erhöht werden kann. Der Versteifungskörper kann die radial auf den Felge­ nabschnitt wirkenden Kräfte gleichmäßig aufnehmen, da in der radialen Richtung das höchste Widerstandsmoment des erfindungsgemäß ausgebildeten Versteifungskörpers 23 geht. Dies hat des weiteren den Vorteil, daß eine Lunkerbildung bei beispielsweise gegossenen Leichtmetallrädern vermieden werden kann, die insbesondere bei Material­ anhäufungen auftreten können.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform des Versteifungskörpers 23 zu Fig. 1 dar­ gestellt. Der Versteifungskörper 23 weist einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, wobei ein kurzer Schenkel im wesentlichen die Form des in Fig. 1 beschriebenen Versteifungskörpers aufweist. Ein sich rechtwinklig daran anschließender im wesentli­ chen parallel zur Rotationsachse verlaufender und auf das äußere Felgenhorn 13 ge­ richteter langer Schenkel 51 liegt im Übergangsbereich zwischen der Felgenschulter 21 und dem Felgenbett 13 an einem umlaufenden Punkt 31 an. Der L-förmige Verstei­ fungskörper 23 verläuft im wesentlichen parallel zu der Felgenschulter 21 und dem in­ neren Felgenhorn 16, wobei vorteilhafterweise zwischen dem L-förmigen Versteifungs­ körper 23 und dem inneren Felgenabschnitt 19 ein Hohlraum 32 vorgesehen ist.

Der L-förmige Versteifungskörper 23 stützt sich einerseits an dem Bund 31 und ande­ rerseits an dem äußeren Randbereich 27 des Felgenhorns 16 ab. Bei der Verwendung von Kohlefaser zur Ausbildung des Versteifungskörpers 23 kann vorgesehen sein, daß dieser unmittelbar an der Innenseite 22 des inneren Felgenabschnitts 19 anliegt. Bei der Verwendung einer Aluminiumlegierung oder Magnesiumlegierung für die Ausbil­ dung des Versteifungskörpers 23 kann bei einem aus Aluminium- oder Magnesiumle­ gierung hergestellten Kraftfahrzeugrad 11 dennoch eine Gewichtsreduzierung erzielt werden, da der Versteifungseffekt durch den eingesetzten Versteifungskörper 23 auf­ tritt und dadurch die Materialanhäufung verringert werden kann.

Der Bund 31 ist vorteilhafterweise im Übergangsbereich zwischen den Felgen 13 und der Felgenschulter 21 vorgesehen. Diesem gegenüberliegend auf einer zum Luftreifen weisenden Seite 33 eine Wölbung 34 vorgesehen ist, die zu einer Fixierung einer Wulst des Luftreifens in axialer Richtung dient. Dadurch kann eine Mindestwandstärke der Felge 12 für deren Stabilität aufrechterhalten werden.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform eines im wesentlichen L-förmigen Verstei­ fungskörpers 23 zur Fig. 2 dargestellt. Der L-förmige Versteifungskörper 23 ist gegen­ über der Ausführungsform zur Fig. 2 größer ausgebildet, so daß der L-förmige Verstei­ fungskörper 23 mit dem inneren Felgenabschnitt 19 ein Kastenprofil bildet. Dadurch können die Vorteile ausgenutzt werden, die ein Kastenprofil hat, nämlich eine hohe Steifigkeit bei relativ geringer Masse. Der lange Schenkel 51 des Versteifungskörpers 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem in Fig. 2 länger ausgebildet und hinter einer Wölbung 34 zu dem Felgenbett 13 angeordnet.

Der Versteifungskörper 23 ist als Magnesiumprofil ausgebildet, das mit der Felge 12 verschweißt ist. Der lange Schenkel 51 ist über eine rundumlaufende V-Naht 38 ver­ schweißt. Der kurze Schenkel 52 des Versteifungskörpers 23 ist für den äußeren Randbereich 27 des inneren Felgenhorns 16 mit einer Kehlnaht 39 verschweißt.

Der zwischen dem inneren Felgenabschnitt 19 und dem L-förmigen Versteifungskörper 23 gebildete Hohlraum 32 kann unausgefüllt oder beispielsweise mit einem Schaum­ material oder dergleichen ausgeschäumt sein.

Der Versteifungskörper 23 kann ebenso aus Kohlefasern hergestellt sein, wobei hier für die Ausbildung der Verbindungsstelle an dem äußeren Ende des langen Schenkels 51 und dem Felgenbett 13 in der Form angepaßt wird, so daß eine größere Verbin­ dungsfläche für eine Klebstelle geschaffen ist.

In Fig. 4 ist eine weitere alternative Ausführungsform zur Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt. Im Unterschied dazu ist der kurze Schenkel des Versteifungskörpers 23 im Querschnitt gesehen schmal ausgebildet und weist an dessen äußeren Randbereich 36 eine dem Randbereich 27 des inneren Felgenhorns 16 entsprechenden Verlauf auf. Der lange Schenkel 51 des L-förmigen Versteifungskörpers 23 ist darüber hinaus derart abgeän­ dert, daß ein im wesentlichen rechteckförmiger bzw. fast quadratischer Hohlraum 32 ausgebildet ist. Der äußere Endbereich 37 des langen Schenkels 51 ist in etwa S-förmig ausgebildet, so daß dieser mit seiner Stirnseite in dem Bund 31 zum Anliegen kommt und eine flächige Verbindungsstelle schafft.

Der Versteifungskörper 23 kann auch bei dieser Ausführungsform alternativ aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung als auch aus Kohlefasern hergestellt sein. Die Befestigung des Versteifungskörpers 23 erfolgt analog zu dem beschriebenen Verfahren.

Eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung kann darin vorgesehen sein, daß die aus Kohlefasern bestehende Gewebeschicht auf die Innenseite 22 des inneren Fel­ genabschnitts 19 schichtweise aufgetragen wird. Dabei kann zur Bildung eines Hohl­ körpers ebenfalls vorgesehen sein, daß ein sehr dünn ausgebildeter L-förmiger Körper analog des Versteifungskörpers an dem inneren Felgenabschnitt 19 vorfixiert wird, der dann durch das Gewebe ummantelt wird, wobei dieser Verbund den Versteifungskörper 23 bildet.

Claims (20)

1. Kraftfahrzeugrad mit einer Felge (12), mit einem Felgenbett (13) mit einem das Felgenbett begrenzenden äußeren und inneren Felgenhorn (14, 16) dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einem Felgenhorn (14, 16) ein daran anbringbarer Verstei­ fungskörper vorgesehen ist, der sich zumindest teilweise an einem äußeren Rand­ bereich (27) des Felgenhorns (14, 16) abstützt.

2. Kraftfahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstei­ fungskörper (23) zumindest an dem inneren Felgenhorn (16) vorgesehen ist.

3. Kraftfahrzeugrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ steifungskörper (23) zumindest eine an eine Felgenhornwand (26) abschnittswei­ se angrenzende Anlagefläche (24) aufweist.

4. Kraftfahrzeugrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Versteifungskörper (23) auf einer zur Rotationsachse weisen­ den Innenseite (22) der Felge (12) anbringbar ist.

5. Kraftfahrzeugrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Versteifungskörper (23) rotationssymmetrisch zur Rotationsach­ se der Felge (12) ausgebildet ist.

6. Kraftfahrzeugrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Versteifungskörper (23) einen im wesentlichen tropfenförmigen Querschnitt aufweist.

7. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskörper (23) einen im wesentlichen rechteckförmigen Quer­ schnitt aufweist.

8. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Versteifungskörper (23) von dem äußeren Randbereich (27) des Fel­ genhorns (14, 16) aus zumindest teilweise auf das Felgenbett (13) gerichtet erstreckt.

9. Kraftfahrzeugrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstei­ fungskörper (23) im wesentlichen einen L-förmigen Querschnitt aufweist.

10. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im montierten Zustand der L-förmige Versteifungskörper (23) mit einem inne­ ren Felgenabschnitt (19) ein Kastenprofil bildet.

11. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an einem inneren Felgenabschnitt (19) ein umlaufender Bund (31) vorgese­ hen ist, an dem ein stirnseitiger Bereich des langen Schenkels (51) des Verstei­ fungskörpers (23) anliegt.

12. Kraftfahrzeugrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Versteifungskörper (23) aus einem hochfesten und gewichtsarmen Gewebe, vorzugsweise aus Kohle, Kohlefasern oder Kohlekevlar­ fasern, hergestellt ist.

13. Kraftfahrzeugrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus dem Gewebe hergestellter Versteifungskörper (23) an dem inneren Felgenabschnitt mit einer Klebeverbindung festklebbar ist.

14. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskörper (23) aus einer Magnesiumlegierung hergestellt ist.

15. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskörper (23) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

16. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Versteifungskörper (23) aus artgleichem Material wie die Felge (12) herstellbar ist.

17. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskörper (23) stoppschlüssig, vorzugsweise über eine Schweißverbindung, mit der Felge (12) verbindbar ist.

18. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskörper (23) kraft- und/oder formschlüssig an der Felge an­ bringbar ist.

19. Kraftfahrzeugrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Versteifungskörper (23) mit einer Rastverbindung zu der Felge (12) festlegbar ist.

20. Kraftfahrzeugrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lagen von einem Fasergewebe, vorzugsweise Kohlefasern oder Kohlekevlarfasern, zur Bildung eines Versteifungskörpers (23) an der Felge (12), vorzugsweise an dem inneren Felgenabschnitt (19) anbringbar sind.