DE3224929A1 - Faserverstaerktes fahrzeug-kunststoffrad und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Faserverstärktes Fahrzeug-Kunststoffrad und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein faserverstärktes Fahrzeug-Kunststoff rad nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. Ein derartiges Rad enthält zwei hauptsächliche Bestandteile, aus denen es zusammengesetzt ist, nämlich einen Kunstharz und darin eingebettete Fasern, z.B. Glasfasern.

Es sind zahlreiche Fahrzeugräder und Herstellungsverfahren bekannt, wobei das Fahrzeugrad ganz oder teilweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Ein Problem bereitet besondere Schwierigkeiten bei der Konstruktion von marktgängigen Fahrz.eugrädern aus Kunststoff, nämlich die Erweichung und Kriechtendenz des Kunststoffs, insbesondere im Bereich der Bohrungen für die Befestigungsschrauben, weil nämlich die Radscheibe erheblichen Druckspannungen unterliegt, da an dieser Stelle das Rad mit dem Fahrzeug verbunden wird. Dieses Problem ist insbesondere beim starken Bremsen bzw. Notbremsen schwerwiegend, weil die Temperatur der Bremsglieder, die normalerweise innerhalb des Rades untergebracht sind, erheblich ansteigt und so größere Wärmeenergien von der Radaufhängung auf die Radscheibe übertragen werden.

Zur Bewältigung des Problems des Kunststoffkriechens im Bereich der Befestigungsschrauben sind zahlreiche Lösungen bekannt. Beispielsweise wird in den US-PS'en 3 369 843, 3 811 737 und 3 917 352 vorgeschlagen, Verbundmetallstücke einzufügen, welche die jeweiligen Schraubbohrungen umgeben und zur Aufnahme und/oder Verteilung von Druckspannungen dienen, die auf die Radscheibe von den Festziehmuttern ausgeübt werden. In der US-PS 4 169 630 ist die Verwendung von speziellen Radmuttern vorgesehen, die aus Metallblech bestehen und so ausgebildet sind, daß ein beschränktes

Kunststoffkriechen im Bereich der Schraubbohrungen aufgenommen wird, während gleichzeitig die gewünschte Anpreßkraft beibehalten wird. Diese und andere bekannte Lösungen sind aus verschiedenen Gründen nicht völlig befriedigend, um das vorliegende Problem zu lösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes faserverstärktes Fahrzeug-Kunststoffrad zu schaffen und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, wobei das Problem des Kriechens von Kunstharz im Bereich der Schraubbohrungen wesentlich reduziert oder sogar beseitigt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus dem Hauptanspruch. Das faserverstärkte Fahrzeug-Kunststoffrad enthält auf der Innenseite der Radscheibe eine Wärmebarriere mindestens im Bereich der Schraubbohrungen, um die Wärmeübertragung und Leitung von der Radaufhängung auf· die Radscheibe zu behindern. Vorzugsweise besteht die Wärmebarriere aus einer einstückigen Platte eines Materials mit niedriger Wärmeleitfähigkeit oder höherer Hitzebeständigkeit, und die Platte ist in die Radscheibe eingegossen oder mit dieser verklebt bzw. verschweißt, wobei diese Platte die das Fahrzeug berührende Innenseite der Radscheibe bildet. Die Wärmebarriereplatte ist vorzugsweise aus einem verstärkten, warm· aushärtenden Kunstharz gebildet, welches aus der Gruppe enthaltend Polyimid und Phenolharz ausgewählt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein Fahrzeugrad von

innen in axialer Richtung, wodurch die Rückseite der Radscheibe sichtbar ist, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

Richtungsangaben wie "innen" und "außen" beziehen sich auf

die Montagerichtung des Rades auf eine Fahrzeugachse, d.h. die Innenseite der Radscheibe ist gegen die Fahrzeugachse bzw. Radaufhängung geklemmt.

In Fig. 1 und 2 ist ein einstückiges Verbundrad 10 dargestellt, welches einen Radkranz oder eine Felge 12 und eine die Felge überspannende Radscheibe 18 aufweist. Die Felge 12 weist im axialen Abstand voneinander angeordnete Flansche 14, 16 auf, die zum Festhalten der Reifenwulste dienen. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Radscheibe 18 radial einwärts von dem äußeren Flansch 14, wie dies bei frontgetriebenen Rädern häufig der Fall ist. Die Radscheibe 18 weist eine Reihe von Schrauben-Durchsteckbohrungen 20 auf, die über die gewöhnlichen Verschraubungen 22 geschoben werden, welche daraufhin konische Radmuttern 24 aufnehmen, um das Fahrzeugrad 10 gegen die Radaufhängung 26 zu pressen, die eine Radachse, Bremstrommel u. dgl. aufweisen kann. Das Fahrzeugrad und die Art seiner Herstellung ist in der DE-OS 30 06 227 der Anmelderin beschrieben.

Gemäß der Erfindung weist das Fahrzeugrad 10 eine Platte 30 aus hitzebeständigem Material auf, die bleibend an der Radscheibe 18 in der Art befestigt ist, daß sie die Radscheibeninnenseite bildet, welche mit der Radaufhängung 26 in Berührung steht, wenn das Fahrzeugrad 10 am Fahrzeug montiert ist. In dem speziellen dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Platte 30 einen zentralen kreisförmigen Bereich 32, der die mittige Radnabenöffnung 34 umgibt, und fünf keulenförmige Flügel 36, die von dem zentralen Bereich 32 sich radial erstrecken und jeweils eine Durchsteckbohrung 20 umgeben. Die Platte 30 wird vorzugsweise separat aus wärmebeständigem, warmhärtenden Kunstharz hergestellt, wie Polyimid oder Phenolharz, und ist durch zufällig ausgerichtete Fasern aus Glas oder anderem geeigneten Material verstärkt. Die Verbundplatte 30 kann während der Radherstellung von der restlichen Rad-

scheibe umgössen werden, es ist aber auch möglich, eine Aussparung 38 (Fig. 2) in der Radscheibe vorzusehen und die Platte 30 später darin einzufügen und zu befestigen. Diese Möglichkeit wird bevorzugt.

Wenn das fertige Rad auf ein Fahrzeug montiert ist, wird der Bereich der Radscheibe 18 um die Durchsteckbohrungen 20 herum infolge der Muttern 24 besonderen Druckspannungen unterworfen, wodurch das Rad mit seiner .Radscheibeninnenfläche fest gegen die Radaufhängung 26 gepresst wird. Wenn bei ungünstigen Bremsbedingungen größere Wärmemengen auf die Radaufhängung 26 übertragen werden, wird die Wärmeleitung in den Kunststoff der eigentlichen Radscheibe 18 durch die Platte 30 verzögert, die so als eine effektive Wärmebarriere wirkt. Die Erhitzung der Radscheibe im Bereich der Durchsteckbohrungen, was zum. Kriechen des Kunststoffs unter dem Druck der Schraubmuttern führen kann, wird'dabei reduziert oder im wesentlichen eliminiert.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Erfindungsgedanke nicht auf das·spezielle Rad oder die dargestellte Hitzebarriereplatte beschränkt ist. Beispielsweise braucht das Fahrzeugrad 10 nicht als eine einstückige, integrale Struktur ausgebildet sein, sondern kann auch voneinander getrennt eine Felge und eine Radscheibe aufweisen, die in einem späteren Verfahrensschritt miteinander verbunden werden. Die Erfindung ist· auch nicht auf frontgetriebene Fahrzeugräder beschränkt wie ein solches in Fig. 2 dargestellt ist. Der Erfindungsgedanke ist auch auf Räder für heckangetriebene Fahrzeuge anwendbar, wobei die Radscheibe im wesentlichen in einer mittleren Ebene der Felge angeordnet ist. Das Problem der Erhitzung infolge Bremsung und der daraus folgenden Schwierigkeiten mit der Wärmeübertragung auf das Kunstharzmaterial der Radscheibe ist jedoch bei frontgetriebenen Fahrzeugen besonders gravierend, weswegen die Erfindung besondere Bedeutung bei einer derartigen Anwendung hat.

Die Erfindung ist auch nicht auf die besondere Gestaltung der Platte mit den Keulenförmigen Flügeln eingeschränkt, wie aus den Zeichnungen ersichtlich, vielmehr kann eine andere Gestalt gewählt werden, wie es der Funktion der Radscheibeninnenseite zukommt, an welcher die Platte zu montieren ist. Die Erfindung ist auch nicht auf das spezielle Plättenmaterial eingeschränkt, welches zur Zeit bevorzugt wird. Da die Platte 30 beinahe ausschließlich Druckspannungen in axialer Richtung unterliegt, also im wesentlichen keinen Zug- Biege- oder anderen Spannungen

unterliegt, die auf das Rad als Ganzes während des dyna- ζ mischen Betriebes einwirken, ist es möglich, für die

Platte 30 Materialien auf der Basis von Wärmewiderstand (geringe Wärmeleitfähigkeit) und Wärmebeständigkeit auszuwählen, und nicht auf der Basis der Festigkeit bzw. Dauerbiegefestigkeit, die beim Rest des Rades beachten werden müßten.

Es sind eine Reihe von Tests zur Überprüfung des Erfindungsgv-dankens ausgeführt worden. Nachfolgend wird eine Tabelle I gebracht, in welcher die Temperaturen an verschiedenen Stellen des Rades und der Radaufhängung für front-und heckangetriebene Räder in der Konstruktion nach der DE-OS 30 06 227 mit der erfindungsgemäßen Ausbildung vergleicht, •v d.h. Räder in der Ausbildung nach Fig. 1 und 2 mit und ohne Wärmebarriere platte 30.

• TABELLE I
Ort Maximale Temperatur (⁰G)

30

Vorne	Ohne	9	Mit	Platte
Bremsrotoroberfläche	• 396		398	,9
Außenseite Schraubenkreis		8
(40 in Fig. 2)	98,	71	J
Mutteroberfläche (42 in
Fig. 2)	117,	126

-8-	Hinten	Ohne	9	Mit	3224929
Bremstrommel	133,		124	Platte
äußerer Schraubenkreis		1		,9
(40)	71,	7	48
Schraubenoberfläche (42)	56,		41	,9
Anzahl der Tests	6		3	,2

Die eingefügte Platte in den Testrädern bestand aus PoIyimid mit 65 Gew.^o zufällig orientierten Glasfasern von 6,35 mm Länge. Die eingefügte Platte hatte mehr Ringform und weniger die Flügelgestalt gemäß Fig. 1. Der Innendurchmesser war gleich dem Nabenbohrungdurchmesser (entsprechend der Zeichnung) und der äußere Durchmesser entsprach dem Außendurchmesser der Flügel 36. Die eingefügte Platte war 3,56 mm dick. Die Gesamtdicke jedes Rades zwischen äußerer Schraubenkreis-Oberfläche und innerer Anlagefläche war jeweils identisch.

Die Tests wurden auf einem Fahrzeug des Typs Omega, Baujahr 1980 ausgeführt, wobei die Räder mit den eingefügten Wärmebarriereplatten auf der rechten Seite (vorne und hinten) und Räder ohne diese Einsätze auf der linken Seite (vorne und hinten) montiert waren. Jeder Test wies 14 aufeinanderfolgende Abbremsvorgänge mit einer Verzögerung von 4,57 m/" sek.² von 96,56 km/h auf 0 über eine Gesamtdistanz von ungefähr 6,44 km auf. Die Temperaturen wurden dann an jeder tabeHierten Stelle abgelesen, dann wieder nach 5 Minuten, 10 Minuten, 15 Minuten und 1 Stunde überprüft. Die reduzierte Temperatur am äußeren Schraubenkreis wird zur Demonstration der Nützlichkeit der eingefügten Platte bei der Verringerung der Wärmeübertragung auf und durch das Rad als solches gemäß Erfindung betrachtet.

Das Ausgangsdrehmoment an den Radmuttern bei den beschriebene;! Tests war ungefähr 140 Nm. Nach jedem Lauf wurde das Drehmoment an jeder Mutter überprüft. Wegen Schwierigkeiten, die beim Sitz des Rades mit der eingefügten Platte

an der Montageoberfläche angetroffen wurde, konnte nur ein zuverlässiger Satz von Ablesungen wie folgt erhalten werden:

TABELLE II

Ohne Mit eingefügter Platte

32 bis 54 Nm 68 bis 81 Nm

Diese Ergebnisse wurden nach zwei Testläufen erhalten, bei welchen die Muttern nicht nach dem ersten Lauf wieder angezogen worden sind.

Leerseite

Claims (5)

1. BLUMBACH c WESER*. SERGEN · KRAMER

   PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

   Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsuli Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palentconsult

   Motor Wheel Corporation

   1600 N. Larch Street, Lansing, Michigan 48909

   Vereinigte Staaten von Amerika

   Patentansprüche

   /Ij Faserverstärktes Fahrzeug-Kunststoffrad mit einer Felge und einer Radscheibe, die im Inneren der Felge und einstückig zu dieser angeordnet ist und eine äußere Seite, eine innere Seite sowie eine Mehrzahl von Bohrungen
   parallel zur Radachse aufweist, die sich zwischen der
   äußeren Seite und der inneren Seite erstrecken und zur
   Aufnahme der Durchsteckschrauben dienen, mit denen die
   innere Seite gegen die Radaufhängung gepresst wird, wobei konische Schraubköpfe bzw. Muttern an der äußeren Seite

   an den Bohrungen anliegen,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß eine Wärmesperreinrichtung (30) an der inneren Seite wenigstens im Bereich der Bohrungen (20) zur Hemmung der Wärmeübertragung von der Radaufhängung (26) auf die Rad-' scheibe (18) vorgesehen ist.
2. 2. Rad nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebarriereeinrichtung eine flache Platte (30) aufweist, die ständig von dem Rad an der inneren Seite getragen wird bzw. mit der Radscheibe verbunden, ist.

   München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. ror. nat. ■ E. Hoffmann Dipl.-Ing.
   Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. ■ P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass.. Pat.-Anw. bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing- Dipl.-W.-Ing.
3. 3. Rad nach Anspruch 1 oder 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (30) aus einem Material besteht,welches aus der Gruppe von Polyimid oder Phenolharz ausgewählt ist.
4. 4. Rad nach Anspruchi oder-2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (30) aus faserverstärktem thermohärtenden Kunstharz besteht.
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Fahrzeug-Kunststoffrades nach Anspruch 1, wobei Felge und Radscheibe in einem Stück gegossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aussparung an der inneren Seite der Radscheibe (18) beim Gießen vorgesehen ist und daß nachfolgend die Wärmeübertragungsbarriere (30) in der Form einer Platte in die Aussparung eingesetzt und dauernd mit dieser Verbunden wird.