DE2328794C2 - Fahrzeugrad aus Kunststoff - Google Patents
Fahrzeugrad aus KunststoffInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Fahrzeugrad aus Kunststoff, bestehend aus einer
Schüssel, deren Boden mit Bohrungen für die Befestigungsbolzen der Radnabe versehen ist und vorzugsweise
ein zentrisches Loch aufweist, wobei von der Schüssel Stege zu einer konzentrischen Felge abführen, die mit b5
einem Laufbelag versehen ist.
Seit altersher sind die sogenannten Vollräder bekannt, welche auch heute noch beispielsweise in Form
von Polyamid-Rollen für langsamfahrende Fahrzeuge zum Einsatz gelangen. Solche Vollräder besitztn
vergleichsweise sehr große Massen und weisen eine sehr geringe Federung auf. Für schnellaufende Fahrzeuge
sind sie daher ungeeignet.
Räder, bestehend aus einer massiven Felge und einem Elastomer-Belag, sind ebenfalls geeignet für sehr hohe
Belastungen; sie weisen aber geringe Federungseigenschahen
auf und haben ebenfalls den Nachteil der recht großen Massen. Typische Einsatzgebiete sind: Gleiskettenführungsrollen,
Hubstaplerräder und Tragrollen von Rolltreppen. Für schnellaufende Fahrzeuge sind sie
ungeeignet, weil der Aufwand für zusätzliche Fahrzeugfederung und -dämpfung sehr hoch sein müßte.
Für schnellaufende Fahrzeuge haben sich bis heute allein die Stahlräder mit Luftbereifung durchgesetzt
Die Stahlräder bestehen aus der sogenannten Schüssel und der mit ihr verbundenen Felge. Anstelle dieses
Stahlrades findet man auch in begrenztem Maße gegossene oder gepreßte Leichtmetallräder. Sie haben
gegenüber dem Stahlrad den Vorteil der geringeren Masse, welche im Fahrzeugbau den wirtschaftlichen
Vorteil haben, daß der Aufwand für die Federung der nicht gefederten Massen — dazu gehören eben die
Räder — vergleichsweise gering gehalten werden kann.
In jüngster Zeit sind auch Räder aus Kunststoffen, speziell aus faserverstärkten Kunststoffen, bekanntgeworden.
Hierbei hat man die bewährte Radform der metallischen Räder beibehalten und lediglich aufgrund
der geringeren spezifischen Belastbarkeit solcher Kunststoffwerkstoffe das Rad, insbesondere im Bereich
der Felge, zur Aufnahme des Luftreifens in entsprechendem Maße verstärkt. Durch Anwendung von Kunststoffen
für den herkömmlichen Felgenbau ist es möglich, diese ungefederte Masse auf etwa 50% der Masse einer
vergleichbaren Stahlfelge zu reduzieren. Hieraus resultiert eine bessere Federung des Fahrzeuges, eine
bessere Bodenhaftung, und es ergibt sich somit eine erhöhte Fahrsicherheit
Die eigentliche Federung des Rades wird bei diesen bekannten Konstruktionen allein dem stahl- oder
gewebearmierten Luftreifen überlassen. Dieses torusartige Gebilde steht unter einem Luftüberdruck von etwa
1 bis 10 bar. Der Luftüberdruck spreizt den Reifenkörper auf, drückt ihn gegen die Felgenhörner und sichert
somit den festen Sitz auf der Felge. Zur Dimensionshaltung des Luftreifens ist dieser mit Stahldrähten im Fuß
und mit Textilgewebeverstärkungen oder aber neuerdings in zunehmendem Maße mit Stahlgewebeverstärkungen
versehen. Es ist daher unschwer festzustellen, daß ein vergleichsweise hoher gewichtsmäßiger Aufwand
im Bereich des Luftreifenfußes und der Luftreifenseitenwand getrieben werden muß, um die gewünschte
Abfederung in der Lauffläche zu erhalten. Abgesehen von diesem relativ hohen, nicht gewünschten Gewicht
des Luftreifens bedingt die Herstellung dieses torusförmigen Körpers einen sehr großen Aufwand an
Lohnkosten und Investitionen. Durch die verschiedenen zum Einsatz gelangenden Gummimischungen und der
Auftrag der Haftvermittler auf die Verstärkungseinlagen, die Herstellung der Halbfabrikate in Form von
Profilen und Bahnen, die Kombination dieser Vorprodukte und das schließliche Vulkanisieren des Reifenkörpers
im Werkzeug ergeben sich sehr viele recht komplizierte und unterschiedliche Arbeitsprozesse,
deren Überwachung mit dem Ziel der Herstellung einwandfreier Luftreifen sehr aufwendig ist.
Aus diesem Grunde hat es in der Vergangenheit nicht
an Versuchen gefehlt, anstelle des Luftreifens und seiner
aufwendigen Herstellungstechnik einfachere Lösungen, beispielsweise unter Verwendung der Kunststoff-Technologie,
einzuführen. Beispielsweise sind die US-PS 32 08 500 und die DE-OS 21 33 346 auf Fahrzeugreifen
gerichtet, die die gleiche torusförmige Gestalt haben wie Luftreifen aus Gummi und Gewebe, jedoch
selbsttragend sind, so daß auf die Füllung mit Druckluft verzichtet werden kann. Die Tragfähigkeit und die
Elastizität des Reifens wird dadurch erzielt, daß man einen hochelastischen, jedoch sehr steifen Werkstoff
verwendet. Diesen Konstruktionen haftet aber gleichermaßen die schwierige Herstellbarkeit des torusförmigen
Körpers an sowie die durch den fehlenden Innendruck erschwerte Befestigung des Reifens in der Felge,
Vielfältige Bemühungen, anstelle eines Luftreifens aus elastomeren Werkstoffen einen Reifenkörper mit einer
geschäumten elastischen Einlage oder Füllung einzusetzen, hatten ebenfalls nicht den gewünschten technischen
Effekt Hierzu sei auf die Ausführungsformen gemäß US-PS 29 02 072, DE-PS 11 17 429 und DE-PS 8 29 260
verwiesen.
In der US-PS 26 03 267 ist ein Vollreifen beschrieben, der in radialer Richtung elastisch ausgebildet ist und
einen Laufbelag hat. Er hat im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und seitliche, auf Lücke gegeneinander
versetzte, mit dem Radius steigende Ausnehmungen. Er weist die für Vollreifen typischen Nachteile auf: Er ist
vergleichsweise sehr schwer, und es besteht bei dynamischer Beanspruchung selbst bei mäßigen Geschwindigkeiten
wegen der Hystereseverluste die Gefahr der inneren Überhitzung. Wegen der großen
Wanddicke ist die Vulkanisation langsam und aufwendig.
In den DE-PS 6 23 731, 7 32 326 und 7 43 118 sind federnde Bereifungen bei Straßenfahrzeugrädern beschrieben.
Solche Räder bestehen aus verschiedenen Teilen, wobei die wesentlichen Komponenten der
Luftreifen (aus Gummi), die Felge (aus Metall), die Nabe (aus Metall) und viele Federn (ebenfalls aus Metall) sind. *o
jede Feder ist vorgespannt und an beiden Enden befestigt Eine solche Technologie ist bei Kunststoffrädern
umöglich. Ein Aufbau eines Kunststoffrades aus vielen Einzelteilen und ein Zusammensetzen sind nicht
materialgerecht und würde zudem wieder zu dem 4^
bekannten Nachteil des hohen Montageaufwandes führen; ein Kunststoffrad muß »integral« herstellbar
sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rad aus Kunststoff für schnellaufende Fahrzeuge zu
schaffen, das geringe Massenkräfte aufweist, eine gute
Federung besitzt und lediglich einen Laufbelag, also keine Luftreifen, benötigt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugrad aus
Kunststoff — im Querschnitt gesehen — an den Boden der Schüssel ihr Rand nach Art einer halben
sinusartigen Welle anschließt an deren Ende jeweils abwechselnd eine Anzahl von Stegen nach Art
mindestens einer halben sinusartigen Welle und einer f>o
Anzahl von Stegen mit entgegengesetzter Krümmung nach Art mindestens einer halben sinusartigen Welle
anschließen und in der Felge enden.
Ein derart gestaltetes Fahrzeugrad hat gute Federungseigenschaften,
hohe Stabilität und ist relativ einfach zu fertigen. Es ist gegenüber einem Vollrad eine
extreme Leichtbauweise möglich, was sowohl Vorteile hinsichtlich der Herstellungskosten (weniger Rohstoff,
kürzere Zykluszeiten) als auch geringere Betriebskosten bedingt In den dünnen, sinusartigen Stegen aus dem
harten, elastischen Kunststoff kommt es bei dynamischer Belastung nur zu einer geringen Erwärmung.
Wegen der dünnen Wandstärke isi die Wärmeableitung an die Oberfläche günstig und die maximale Temperatur
im Kunststoffinneren niedrig. Ein solches Rad ist im Gegensatz zu Vollrädern auch für hohe Geschwindigkeiten
geeignet
Die Herstellung kann beispielsweise im Reaktionsspritzgußverfahren, gegebenenfalls unter Anwendung
des Schleudergußverfahrens, hergestellt werden. Geeignete Kunststoffe sind solche auf Basis von Polyurethanen,
Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen, Metyhlmethacrylaten und auch Polyimiden. Neben
diesen Werkstoffen mit konstanten physikalischen Eigenschaften lassen sich auch in ihren Eigenschaften
unterschiedliche Werkstoffe kombiniert verwenden. Dies kann erfindungsgemäß dadurch geschehen, daß in
das Formwerkzeug zur Herstellung des Rades zuerst ein in seinem Endzustand weicher und anschließend ein in
seinem Endzustand härterer Werkstoff eingeführt wird. Man kann beispielsweise auch zunächst einen Werkstoff
ohne verstärkende Fasern einfüllen und anschließend einen anderen oder den gleichen mit Verstärkungsfasern.
Besondere Effekte lassen sich erzielen, wenn man Verfahren anwendet, aus denen sogenannte Integralschaumstoffe
resultieren (DE-AS 16 94 138 und DE-PS 12 33 578). Die zum Einsatz gelangenden Kunststoffe
sollten einen Elastizitätsmodul zwischen ICOO und 100 000 kp/cm2, vorzugsweise zwischen 5OD0 und
40 000kp/cm2, aufweisen. Dem Kunststoff für die Herstellung des Fahrzeugrades können bereits Farbstoffe
zugegeben werden. Dadurch erfolgt eine völlige Durchfärbung des Radkörpers, so daß in vorteilhafter
Weise Kratzer nicht auffallen. Darüber hinaus ist es natürlich möglich, Oberflächenbehandlungsvorgänge in
an sich bekannter Art in Form von Lackieren, Metallbedampfung oder Galvanisierung an den Formgebungsvorgang
anzuschließen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugrades laufen die abwechselnden
Stege jeweils in entgegengesetzter Richtung annähernd tangential in die Felge ein. Dadurch wird der
Federungseffekt wesentlich erhöht und eine gute
Abstützung der Seitenkräfte erreicht.
Nach einer alternativen Ausführungsform laufen die Stege senkrecht in die Felge ein. Die Einlaufrille ist
dabei jedoch einer stärkeren Beanspruchung ausgesetzt als bei der vorerwähnten Ausführungsform.
Vorzugsweise weist der Boden der Schüssel Armierungen auf. Solche können aus Metall- oder Fasereinlagen
bestehen. Dadurch wird das Rad in diesem Bereich in vorteilhafter Weise verstärkt, um die eingeleiteten
Kräfte auf die Radnabe übertragen zu können.
Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugrades ist die Felge in
axialer Richtung breiter als die Gesamtbreite der Stege. Dadurch stehen die Stege nicht über die Felgenwand
vor, so daß Beschädigungen durch Ankanten an einen Bordstein usw. vermieden werden.
Vorzugsweise weist die Felge rechteckigen oder nach einer zweiten Ausführungsform zu den Stegen hin
zunehmenden Querschnitt auf.
Hierbei gibt es selbstverständlich auch noch andere Ausführungsformen, die den Ansprüchen Rechnung
tragen. Insbesondere ist jedoch darauf zu achten, daß bei der Herstellung des Rades in einer Form seine
Entformbarkeit gewährleistet ist.
Die Kanten der Felge sind vorzugsweise gebrochen, d. h. abgeschrägt oder abgerundet. Dadurch wird die
Gefahr der Beschädigung beim Anfahren an Bordsteine oder andere Hindernisse herabgesetzt.
Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist die Umfangsfläche der Felge eine Struktur z. B. in Form von Vertiefungen
oder Erhebungen auf. Dadurch wird erreicht, daß der Laufbelag eine besonders gute Haftung auf der Felge ι ο
besitzt Der Laufbelag selbst kann aufgebracht werden, indem man beispielsweise einen ringförmigen Laufbelag
aufschrumpft oder er kann auch angespritzt werden. Unter Umständen können sogar Laufbelag und
Radkörper in einer einzigen Form gefertigt werden, indem verschiedene Werkstoffe in die Form nacheinander
eingespritzt werden. Dabei wird der Laufbelag vorzugsweise im Schleudergußverfahren geformt.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugrades weisen die Stege Durchbrüche
auf. Durch Größe und Anzahl der Durchbrüche kann man die Federungseigenschaften variieren.
Andererseits lassen sich aber auch die Federungs- und Festigkeitseigenschaften des Fahrzeugrades nach einer
weiteren Ausführungsform durch Verstärkungsrippen an den Stegen und/oder am Schüsselrand beeinflussen.
Diese Verstärkungsrippen können profiliert sein, ebenso wie die Stege, wodurch ebenfalls Festigkeitsund
Federungseigenschaften einstellbar sind.
In einer Zeichnung ist eine Hälfte des erfindungsgemäßen Fahrzeugrades rein schematisch dargestellt und
nachstehend näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Fahrzeugrad im Schnitt und
F i g. 2 das Fahrzeugrad nach F i g. 1 in der Draufsicht in unterschiedlicher Ausführungsform in der oberen und
unteren Hälfte der Figur.
Das Fahrzeugrad 1 besteht aus einer Schüssel 2, deren Boden 3 mit Bohrungen 4 versehen ist, die in
eingespritzten Metallbüchsen 5 angeordnet sind. Die Mitte des Bodens 3 weist ein zentrisches Loch 6 auf,
durch das die Radnabe (nicht dargestellt) hindurchreichen kann. An den Boden 3 der Schüssel 2 schließt sich
ein Rand 7 an, und zwar — im Querschnitt gesehen — nach Art einer halben sinusartigen Welle. Daran
wiederum schließt sich jeweils abwechselnd eine Anzahl von Stegen 8 an und nach Art mindestens einer halben
sinusartigen Welle und eine Anzahl von Stegen 9 mit entgegengesetzter Krümmung nach Art mindestens
einer halben sinusartigen Welle. Diese Stege 8 und 9 enden in einer Felge 10, auf der ein Laufbelag 11
angeordnet ist.
Die halbe sinusartige Welle des Randes 7 der Schüssel 2 ist durch Rippen 12 bzw. 12a verstärkt, wobei die
Rippen 12a (untere Radhälfte in F i g. 2) eine zusätzliche Krümmung aufweisen. In der Darstellung der unteren
Radhälfte sind gemäß einer Variante die Stege 8 und 9 mit Abstand 13 voneinander angeordnet und weisen
Durchbrüche 14 auf. Die Felge 10 ist mit Abschrägungen 15 versehen. Sie weist außerdem auf ihrer Umfangsfläche
eine Struktur in Form von umlaufenden Vertiefungen 16 und Erhöhungen 17 auf.
Der Radkörper des Fahrzeugrades 1 besteht aus Kunststoff auf Basis Polyurethan, während der Laufbelag
11 aus üblichem Reifengummi gefertigt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Fahrzeugrad aus Kunststoff, bestehend aus einer Schüssel, deren Boden mit Bohrungen für die
Befestigungsbolzen der Radnabe versehen ist und vorzugsweise ein zentrisches Loch aufweist, wobei
von der Schüssel Stege zu einer konzentrischen » Felge abführen, die mit einem Laufbelag versehen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß — im Querschnitt gesehen — an den Boden (3) der to
Schüssel (2) ihr Rand (7) nach Art einer halben sinusartigen Welle anschließt, an deren Ende jeweils
abwechselnd eine Anzahl von Stegen (8) nach Art mindestens einer halben sinusartigen Welle und eine
Anzahl von Stegen (9) mit entgegengesetzter Krümmung nach Art mindestens einer halben
sinusartigsn Welle anschließen und in der Felge (10)
enden.
2. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnden Stege (8 und 9) x
jeweils in entgegengesetzter Richtung annähernd tangential in die Felge (10) einlaufen.
3. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8 und 9) senkrecht in die
Felge (10) einlaufen. -5
4. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) der
Schüssel (2) Armierungen (5) aufweist
5. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (10) in axialer
Richtung breiter ist als die Gesamtbreite des Anschlusses der Stege (8 und 9) an die Felge (10).
6. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (10) rechtekkigen
Querschnitt aufweist.
7. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (10) zu den
Stegen (8 und 9) hin zunehmenden Querschnitt aufweist.
8. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (15) der
Felge (10) gebrochen sind.
9. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche der
Felge (10) eine Struktur (16,17) aufweist. «
10. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8 und 9)
Durchbrüche aufweisen.
11. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß an den Stegen (8 und 9) Verstärkungsrippen (12; 12a^ angeordnet sind.
12. Fahrzeugrad nach den Ansprüchen 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Stege (8 und 9) einen Abstand (13) zueinander
aufweisen.
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