DE3050922C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine einstückig ausgebildete Radfelge mit einem Tiefbett sowie zumindest einem angrenzend an einen Wulstsitz angeordneten, umlaufend ausgebildeten Anschlag mit einer Wulstzehen- Anschlagfläche, die mit der Drehachse der Felge einen Winkel im Bereich von 80° bis 100° bildet und eine axial nach innen gerichtete Führungsfläche aufweist, die mit der Drehachse einen Winkel im Bereich von 30° bis 60° bildet.

Bei herkömmlichen Radfelgen sind die Wulstsitze der Felge so abgeschrägt oder schräg gestellt, daß der Innenluftdruck die zugehörigen Reifenwülste eines auf die Felge aufgezogenen Luftreifens auf die Schrägfläche drückt und die Reifenwülste auf dem zugehörigen Wulstsitz der Felgen durch den Innendruck und durch Reibschluß oder Reibeingriff zurückgehalten werden, wobei letzterer von dem Zusammendrücken des elastomeren Materials des Reifenwulstes unter der undehnbaren Wulstverstärkung hervorgerufen wird.

Im Betrieb werden Lenkkräfte und die daraus folgenden Straßenkräfte zwischen der Radfelge und dem Reifen durch den beschriebenen Eingriff der Reifenwülste an den zugehörigen Wulstsitzen der Felge übertragen. Ein Lösen oder Entfernen eines Reifenwulstes oder beider Reifenwülste von dem jeweils zugehörigen Wulstsitz der Felge verringert oder verhindert eine wirksame Übertragung dieser Kräfte, so daß das Fahrzeug zunehmend weniger beeinflußt wird und bei Tiefbettfelgen eine vollständige Abtrennung des Reifens von der Radfelge auftreten kann, so daß die Felge in Berührung mit dem Boden kommt mit den möglichen ernsthaften Folgen für Fahrzeug und Insassen.

Im Rahmen von "J-turn-Tests", einem international eingeführten Standard-Test für die Abwerfsicherheit von Reifen/Felgenanordnungen, wurde festgestellt, daß die Reifenwülste von herkömmlichen Reifen/ Felgenanordnungen bei Personenkraftwagen bei einer Geschwindigkeit von 40,2 km/h und Innenrestdrücken in der Größenordnung von 0,55 bar bis 0,70 bar abgehoben werden (die normalen Reifendrücke liegen in der Größenordnung von 1,75 bar), während Wulstabhebungen bei Reifen/ Felgenanordnungen für Lastwagen bei Ausführung eines "J-turn-Tests" mit einer Geschwindigkeit von 24 km/h bei Druckwerten unter 1,03 bar erfolgen (normaler Reifendruck in der Größenordnung von 6,9 bar). Die für Lastwagen festgelegte gegenüber Personenkraftwagen geringere Testgeschwindigkeit wird als gerechtfertigt angesehen im Hinblick auf das viel größere Gewicht und die damit viel größeren auftretenden Kräfte bei Rad/Felgenanordnungen für Lastkraftwagen und im Hinblick auf die niedrigeren Durchschnittsgeschwindigkeiten bei Lastwagen im Vergleich zu Personenwagen.

Diese Untersuchung zeigt die Mängel von herkömmlichen Reifen/Felgenanordnungen bei Reifendruckwerten unter den empfohlenen Gebrauchsdruckwerten und, obwohl zahlreiche Versuche zur Lösung des Felgen- Ablösungsproblems bekanntgeworden sind, führte keiner zu einer Anordnung mit den Vorteilen einer einstückigen Radfelge mit Tiefbett zur Erleichterung des Aufziehens und Entfernens des Reifens von der Felge für Reparatur- oder Ersatzzwecke unter herkömmlichen Verfahrensweisen ohne zusätzliche Bestandteile wie Tiefbettfüller, Wulst-Abstandshalter und dergleichen.

Aus der FR-OS 22 66 611 ist eine einstückig ausgebildete Radfelge der eingangs genannten Art bekannt, bei deren Zusammenwirken mit einem Luftreifen zwar auf die Verhinderung einer axialen Verschiebung des Reifens nach innen durch eine ringförmige Schulter hingewiesen, jedoch gleichzeitig ausgeführt wird, daß dies Nachteile hinsichtlich der Luftdichtheit erbringt. Zur Lösung dieses Problems wird die Verdickung des jeweiligen Zehenabschnitts des Reifens vorgeschlagen. Da jedoch auch die bloße Verdickung eines Zehenabschnittes bei dieser bekannten Anordnung allein noch nicht als zufriedenstellend betrachtet wird, ist dort eine Kombination der speziellen Felgenausgestaltung mit einer speziellen Reifenwulstausbildung vorgesehen, wobei Rückhaltekräfte durch senkrecht verlaufende Felgenhornabschnitte erzeugt werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einstückig ausgebildete Radfelge der als bekannt vorausgesetzten Art konstruktiv besonders einfach und insbesondere unter Vermeidung aufwendiger Ringnuten so auszubilden, daß sie im Zusammenwirken mit Reifen ohne besonders geformten Reifenwulstzehen optimale Wulst-Rückhalteeigenschaften erbringt.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch die Verwendung mit einem Reifen, dessen mit dem Anschlag zusammenwirkende Wulstzehe bei ansonsten üblicher Formgebung in einer durch die Spitze der Wulstzehe und den Mittelpunkt des Wulstkerns verlaufenden Ebene formsteif ausgebildet ist, so daß bei auftretenden Seitenkräften am Reifen die Wulstzehe sich am Widerlager abstützt und der Reifenwulst insgesamt eine Drehbewegung mit dem Anschlag als Widerlager ausführt, wobei der dem Anschlag zugeordnete Wulstsitz einen minimalen Neigungswinkel von 7° bezüglich der Drehachse der Radfelge aufweist und die Anschlagfläche eine Höhe im Bereich von 3 mm bis 10 mm gegenüber dem benachbarten Wulstsitz besitzt.

Unter der Wirkung von Seitenkräften am Reifen tritt aufgrund der Ausgestaltung nach der Erfindung ein besonderer Wirkmechanismus auf, gemäß dem sich die steife Wulstzehe gegen den als Widerlager wirkenden und in der Höhe entsprechend ausgebildeten Anschlag am Wulstsitz anliegt. Eine weitere Beaufschlagung mit Seitenkräften führt dann dazu, daß der Reifenwulst aufgrund seiner steifen Ausbildung und als Widerlager kippt, d. h. in sich eine Drehbewegung ausführt.

Der Anschlag kann einstückig mit der Felge ausgebildet sein, wobei beispielsweise die Radfelge durch Gießen oder Walzen hergestellt wird, oder er kann getrennt gefertigt und danach an der Felge beispielsweise durch Schweißen befestigt werden. Damit ermöglicht die Erfindung auch eine Abwandlung bereits vorhandener Radfelgen durch Befestigen eines Anschlages mit geeigneten Abmessungen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Radfelge nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Halbschnitt-Darstellung eines auf eine Radfelge nach Fig. 1 aufzuziehenden Reifens,

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Felge nach der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Reifen-Felgenanordnung im Reifenaufstandsbereich bei drucklosem Reifen, und die

Fig. 5 und 6 Schnittdarstellungen durch wagenaußenseitigen Wulstsitz und Wulst bei anliegender Seitenkraft.

Fig. 1 zeigt eine Radfelge 3 mit einem Tiefbett 4 zwischen in Axialrichtung beabstandeten, wageninnenseitigen bzw. wagenaußenseitigen, ringförmig geschlossenen Wulstsitzen 5 bzw. 6, welche jeweils an der axial außenliegenden Kante in ein Felgenhorn 7 zum Zurückhalten eines Reifenwulstes auslaufen. Jeder Wulstsitz 5 und 6 ist eben ausgeführt und mit einem kontinuierlich verlaufenden Anschlag 8 bzw. 9 versehen, die sich mit gleichmäßigem Querschnitt in Umfangsrichtung um den zugeordneten Wulstsitz an der Stelle erstrecken, an der die Reifenwulstzehe eines auf die Felge aufzuziehenden Reifens sitzt.

Jeder Anschlag 8 und 9 besitzt eine axial nach außen gerichtete Anschlagfläche 8 a bzw. 9 a, die im wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Felge verläuft sowie eine geneigte Führungsfläche 8 b bzw. 9 b, die einen Winkel β in bezug auf die Drehachse der Felge einschließt. Wie im einzelnen später näher erläutert wird, kommen die Anschlagflächen 8 a und 9 a mit den benachbarten Reifenwülsten eines auf die Felge 3 aufgezogenen Reifens in Eingriff, um eine Wulstablösung oder ein Wulstwandern bei Lauf in drucklosem Zustand zu verhindern. Die Führungsflächen 8 b bzw. 9 b unterstützen das Überziehen der Reifenwülste über die Anschläge 8 bzw. 9 beim Aufziehen des Reifens 2. Die in Fig. 1 angezeigten Felgenabmessungen sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

A190,5 mmB 38  mmD₁571,5 mm D₂561,1 mm D₃551,1 mm h₁  5  mm D₄565,1 mm D₅551,1 mm h₂  7  mm F 24  mm R₁ 12,5 mm (Krümmungsradius) R₂  5  mm (Krümmungsradius) R₃, R₄  1,5 mm (Krümmungsradius) α 15° β 40°

Fig. 2 zeigt einen auf eine Felge nach Fig. 1 aufzuziehenden Reifen 2 mit einer radialen Karkasslage 15 mit Stahleinlage, deren Enden jeweils um die Wulstverstärkung zurückgeschlagen sind, sowie einen Gürtel 16 aus vier Schnittstahllagen. Ein Filler-Strip 17 ist am äußeren Teil jedes Wulstes angebracht und erstreckt sich radial so nach außen, daß er den Karkassumschlag überdeckt. Die Wulstzehe 18 besteht aus einem Gummigemisch mit einer Härte in der Größenordnung von 70 Shore.

Jeder Wulstkern 13 besitzt einen Minimaldurchmesser D₆ von 576 mm und der Durchmesser D₇ der radial innenliegenden Fläche 19 des Reifenwulstes unter dem minimalen Durchmesser des Wulstkerns ist im geformten Zustand 554 mm und im aufgezogenen Zustand 560 mm. Der effektive Durchmesser des Reifenwulstes nach der angegebenen Definition beträgt 565,1 mm.

Die im einzelnen in Fig. 3 dargestellte Radfelge 22 ist gleichartig wie die Radfelge nach Fig. 1 aufgebaut; für entsprechende Teile sind gleiche Bezugszahlen verwendet.

Der Anschlag 8 am fahrzeuginnenseitigen Wulstsitz 5 unterscheidet sich von dem entsprechenden Anschlag der Radfelge nach Fig. 1 darin, daß die schrägliegende Führungsfläche durch den radial äußeren Abschnitt der benachbarten Seite 4 a des Felgentiefbettes 4 gebildet ist und daß zwischen dieser Führungsfläche und der Anschlagfläche 8 a ein flacher Leistenabschnitt 8 c vorhanden ist, mit einem gleichmäßigen Durchmesser entsprechend dem maximalen Radialdurchmesser des Anschlages 8. Die in Fig. 3 bezeichneten Felgenabmessungen sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

A114  mmB 19,8 mmD₁329,4 mm D₂329,4 mm D₃322,4 mm h₁  3,5 mm D₄330  mm D₅322,4 mm h₂  3,8 mm F 15  mm R₁  6,4 mm (Krümmungsradius) R₃, R₄  1,5 mm (Krümmungsradius) α10° β45°

Die Funktionsweise einer nach der Erfindung ausgebildeten Felge im Zusammenwirken mit einem Luftreifen wird anhand der Fig. 4 bis 6 näher erläutert.

Fig. 4 zeigt eine Reifen/Felgenanordnung mit Reifenaufstandsbereich bei drucklosem Betrieb und fehlender Seitenkraft.

In diesem Zustand werden die Reifenwülste 12 auf den zugeordneten Felgenwulstsitzen 5 und 6 durch den Reibschluß des Materials unter dem Wulstkern 13 gehalten, der durch die Ringspannung der aufgezogenen Wulstkerne erzeugt wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die auf den fahrzeugaußenseitigen Wulstsitz bzw. Reifenwulst während einer Kurvenfahrt einwirkenden Kräfte.

Beim Beginn der Kurvenfahrt (Fig. 5) entwickelt sich eine Seitenkraft SF, deren Größe zunimmt mit zunehmender Seitenbeschleunigung.

Diese Seitenkraft verformt den Reifen seitwärts gegenüber der Radfelge und leitet ein Drehen des fahrzeugaußenseitigen Wulstsitzes ein. Der Drehmittelpunkt ist dabei die Spitze der Wulstzehe 18 und das Abzieh- oder Drehmoment beträgt SF × X₁, wenn X₁ der Abstand vom Laufflächenberührungsbereich zum Drehmittelpunkt und SF die vom Laufflächenberührungsbereich zum Drehmittelpunkt und SF die Größe der Seitenkraft ist. Der Reifenwulst 12 wird gegen diese Drehung durch das Moment zurückgehalten, das die Reifenwulstspannung T₁ um den gleichen Drehmittelpunkt ausübt, mit der Größe T₁ × X₂, wenn X₂ der Axialabstand der Wulstkernmitte vom Drehmittelpunkt ist.

Durch Vergrößerung der Seitenkräfte wird ein vergrößertes Moment SF × X₁ erzeugt, das nun eine Wulstdrehung einleitet, sobald das Widerstandsmoment T₁ × X₂ überschritten wird. Damit beginnt sich der Wulstkern 12 in der Richtung I zum Inneren der Radfelge hin zu bewegen.

Der am Wulstsitz 6 vorgesehene Anschlag 9, der der Spitze der Wulstzehe 18 benachbart liegt, kommt nun in Eingriff mit der Wulstzehe (Fig. 6) und verhindert eine Bewegung des Reifenwulstes in Neigungsrichtung des Wulstsitzes 6 nach unten. Der Wulstkern 13 bildet einen im wesentlichen undehnbaren Ring um die Radfelge und kann deswegen dem erforderlichen kreisförmigen geometrischen Ort nicht folgen, der sich bei einer Drehung um den Drehmittelpunkt ergibt. Deshalb dreht sich der Wulstkern 13 und bewegt sich axial nach innen zu der in Fig. 6 gezeigten Stellung. Die Zehe 18 des Reifenwulstes, die in Fig. 5 eine Länge D₁ von ihrer Spitze bis zum Wulstkern besitzt, gemessen in einer Ebene durch die Wulstzehe und den Mittelpunkt des Wulstkernes, wird deswegen auf eine kürzere Länge D₂ zusammengedrückt. Die Zehe 18 besteht aus einem Gummimaterial mit einer Härte von 70 Shore, d. h. sie ist relativ steif und besitzt deswegen eine beträchtliche Form- oder Kompressionssteifigkeit in der erwähnten Ebene durch die Spitze der Wulstzehe und den Mittelpunkt des Wulstkerns. Demzufolge wird eine resultierende Reaktionskraft F₃ durch diese Drehung des Wulstes durch die Wulstzehe gegen den Wulstkern erzeugt. Diese Kraft F₃ besitzt eine axial nach außen gerichtete Komponente F₄ und eine radial nach außen gerichtete Komponente F₅. Die Komponente F₅ erhöht in hohem Ausmaß die Spannung im Wulstkern 13 und fügt zur Aufziehspannung T₁ eine zusätzliche (nicht eingezeichnete) Spannung T₂ hinzu. Damit wird das anfängliche Haltemoment T₁ × X₂ (Fig. 5) erhöht auf (T₁ + T₂) X₃ (Fig. 6), und dieses Moment ist gleich oder größer als das Abhebemoment SF × X₁. Eine Drehung des Wulstabschnittes um den genannten Drehmittelpunkt ergibt deswegen einen Kräfte- oder Momentausgleich und es erfolgt keine weitere Bewegung des Wulstes.

Das beschriebene Kräfte- oder Momentengleichgewicht tritt nur in dem Aufstandsbereich auf, in dem die hohe Seitenkraft tatsächlich durch den Boden auf den Reifen ausgeübt wird. Die erhöhte Wulstkernspannung beeinflußt jedoch den gesamten Wulstkernring und zieht ihn fester auf die Radfelge. Dadurch wird der Reibschluß des Reifenwulstes mit dem Wulstsitz der Radfelge erhöht.

Der Reifen kann auf konventionelle Weise auf die Radfelge aufgezogen werden. Der Reifen kann über die Felgenhörner 7 mit Handwerkszeugen, der normalen Serviceausrüstung oder mit automatischen Reifenaufzieheinrichtungen aufgezogen werden. Bei dem Aufpumpen besitzen die Reifenwülste 12 einen effektiven Durchmesser (wie er vorher definiert wurde), der größer ist als der Durchmesser der Anschläge 8 und 9 und gehen nach außen über die Anschläge 8 und 9 unter Einwirkung des Aufpumpdruckes und setzen sich auf den jeweiligen Wulstsitzen 5 bzw. 6 fest. Die Zehe 18 jedes Reifenwulstes besitzt einen Schrägwinkel oder Neigungswinkel, der unterschiedlich von dem der Wulstferse ist, um die Dichtheit beim Aufziehen zu verbessern, und kann sich ausbiegen, wenn sie über den Anschlag hinwegtritt; sobald der Wulst 12 an dem Felgenhorn 7 anschlägt, schnappt die Zehe 18 herunter und ruht auf dem Wulstsitz in enger Nachbarschaft zum Anschlag 8 bzw. 9. Um ein korrektes Aufziehen sicherzustellen, darf die gestreckte Länge der Reifenwulst-Grundfläche 19, gemessen von der Fersenstelle zur Zehenspitze nicht größer sein als der Abstand von der Fersenstelle der Felge zum radial am weitesten außenliegenden Punkt des Anschlages. Der Winkel, den die Anschlagfläche mit der Drehachse der Felge bildet, ist deswegen vorzugsweise größer als 90°, beispielsweise 92°. Jedoch kann dieser Winkel in gewissen Fällen auch kleiner als 90° sein, so daß der Anschlag einen hinterschnittenen Abschnitt bildet in bezug auf den Wulstsitz; dadurch kann jedoch eine Abwandlung des Reifenwulstprofils zur Anpassung erforderlich sein.

Ein Abziehen des Reifenwulstes kann dadurch bewirkt werden, daß eine allgemein axial gerichtete Kraft auf den Reifen neben dem Felgenhorn ausgeübt wird.

Die nachfolgende Tabelle zeigt für unterschiedliche Felgengrößen die maximalen Anschlaghöhen, die ein Reifenaufziehen bei unterschiedlichen Neigungswinkeln des Wulstsitzes zulassen:

Claims (9)

1. Einstückig ausgebildete Radfelge mit einem Tiefbett sowie zumindest einem angrenzend an einen Wulstsitz angeordneten, umlaufend ausgebildeten Anschlag mit einer Wulstzehen-Anschlagfläche, die mit der Drehachse der Felge einen Winkel im Bereich von 80° bis 100° bildet und eine axial nach innen gerichtete Führungsfläche aufweist, die mit der Drehachse einen Winkel im Bereich von 30° bis 60° bildet, gekennzeichnet durch die Verwendung mit einem Reifen, dessen mit dem Anschlag (8; 9) zusammenwirkende Wulstzehe (18; 31) bei ansonsten üblicher Formgebung in einer durch die Spitze der Wulstzehe und den Mittelpunkt des Wulstkerns (13; 26) verlaufenden Ebene formsteif ausgebildet ist, so daß bei auftretenden Seitenkräften am Reifen die Wulstzehe (18; 31) sich am Widerlager abstützt und der Reifenwulst insgesamt eine Drehbewegung mit dem Anschlag (8, 9) als Widerlager ausführt, wobei der dem Anschlag zugeordnete Wulstsitz (5, 6) einen minimalen Neigungswinkel von 7° bezüglich der Drehachse der Radfelge (3; 22) aufweist und die Anschlagfläche (8 a; 9 a) eine Höhe im Bereich von 3 mm bis 10 mm gegenüber dem benachbarten Wulstsitz (5; 6) besitzt.

2. Radfelge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anschlagfläche (8 a, 9 a) des Anschlags (8, 9) in Radialrichtung erstreckt.

3. Radfelge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Anschlags (8, 9) um wenigstens 4,4 mm größer ist als der Durchmesser des axial innenliegenden Bereichs des benachbarten Wulstsitzes (5, 6).

4. Radfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (8, 9) um den gesamten Wulstsitz (5, 6) kontinuierlich und mit gleichmäßiger Höhe ausgeführt ist.

5. Radfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (8, 9) einstückig mit der Radfelge (3, 22) ausgebildet ist.

6. Radfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (8, 9) getrennt von der Radfelge (3, 22) ausgebildet und mit der Radfelge (3, 22) fest verbunden ist.

7. Radfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (8) einen sich im wesentlichen axial erstreckenden Bereich (8 c) zwischen der Anschlagfläche (8 a) und der Seite (4 a) des Tiefbetts (4) aufweist.

8. Radfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich am fahrzeug­ außenseitig gelegenen Wulstsitz (6) ein Anschlag (9) vorgesehen ist.

9. Radfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (9 a) des Anschlags (9) bei dem fahrzeugaußenseitigen Wulstsitz (6) eine Höhe (h₂) aufweist, die größer oder gleich der Höhe (h₁) der Anschlagfläche (8 a) des Anschlags (8) bei dem fahrzeuginnenseitigen Wulstsitz (5) ist.