WO2019174820A1 - Rad für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2019174820A1 PCT/EP2019/052862 EP2019052862W WO2019174820A1 WO 2019174820 A1 WO2019174820 A1 WO 2019174820A1 EP 2019052862 W EP2019052862 W EP 2019052862W WO 2019174820 A1 WO2019174820 A1 WO 2019174820A1
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cover element
wheel according
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PCT/EP2019/052862
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Martin Schindlbeck
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/88—Optimized components or subsystems, e.g. lighting, actively controlled glasses

Definitions

  • the invention relates to a wheel for a vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the prior art reference is made by way of example to DE 10 2013 222 044 A1.
  • the wheels of vehicles in particular to those of persons car, the most diverse requirements.
  • the wheels should in particular be conducive to a good drag coefficient of the vehicle and should be distinguished by a pleasing visual appearance.
  • This also includes the fact that the visible outer region of the wheels is contaminated only to a slight extent by the abrasion of the wheel brake provided on the inside of the wheels.
  • cover elements are also known which individually cover spoke spaces. Since the brake heats up extremely, in particular when braking at high speeds of the vehicle, it is also desirable to brake cooling through an airflow between the wheel exterior through the spoke spaces and the brake.
  • DE 10 2013 222 044 A1 describes a rim cover for a vehicle wheel for connection to a vehicle rim with at least one wing element for covering at least a portion of the rim, which can take at least a first and a second shape depending on the temperature.
  • the wing element is formed as a layer composite of two materials with a different coefficient of thermal expansion.
  • Such a composite layer with two materials with different coefficients of thermal expansion is a solution to the above conflict of objectives, however, the production of such a wing element by bonding or mechanical joining of the two materials is complex, expensive and prone to error.
  • a wheel for a vehicle which comprises a rim, a hub portion and at least two spokes connecting the hub portion with the rim.
  • a spoke gap, between the two (in particular adjacent) spokes is at least partially covered by an at least approximately flat and integrally formed cover member.
  • the one-piece cover member comprises a wing portion, which is temperature-dependent deformable in at least a first and a second position. Under the influence of heat, above a certain limit temperature, an end section of the wing element in the installed state of the cover element preferably deforms or curves in the wheel in the axial direction away from the wheel.
  • the wing section is preferably in a closed or closed state.
  • the friction energy used is converted to a large extent in heat.
  • at least one end section of the wing section deforms axially away from the wheel, so that an opening and thus air cooling of the brake or the wheel inside is made possible.
  • the one-piece cover element is formed from a single composite material.
  • the cover element is particularly preferably formed from a fiber composite plastic, in particular a cohesive fabric composite material.
  • a fiber composite cover element is formed from two main components, namely the fibers and a plastic matrix connecting the fibers.
  • the wing section deformed solely by the influence of heat (ie without the help of other Energyzu- such as an actuator) such that it at least partially opens in the installed state on the wheel and thus an air flow between the wheel interior and allows the Radäußeren.
  • This targeted deformation under heat, in particular of a deformable end portion of the wing portion can be realized by a suitable layer structure of the fiber composite component.
  • the fibers of the fiber composite cover element are preferably carbon fibers and, as a matrix, a specific epoxy resin system.
  • a composite plastic composite is also referred to as CFRP.
  • the cover is preferably constructed of a laminate with individual layers stacked on one another.
  • the fibers may, for example, be non-directional (for example in the form of a nonwoven or so-called SMC molding compounds) or directed in a certain direction (so-called unidirectional (UD) layers) or in two or more directions (so-called multidirectional (MD) layers) for example in the form of braids or fabrics).
  • UD unidirectional
  • MD multidirectional
  • the group of laminates takes full advantage of the individual fiber orientation.
  • the cover element or the laminate is particularly preferably formed from a plurality of individual layers stacked on one another. Not all of these individual layers need to represent UD layers, but may also be formed as fabric, mesh, embroidery, etc. with different fiber orientations.
  • the cover when viewed in the wheel viewed in the wheel, at least one upper laminate layer has, in which the fibers are oriented so that it has a symmetrical laminate structure.
  • This upper or outer Laminate structure in this case has symmetrical fiber orientations with respect to a median plane of the upper laminate structure.
  • the upper layer structure of the cover is formed by a plurality of stacked upper individual layers.
  • the upper layer structure can also be formed by one or more multidirectional individual layers (for example by one or more braids or fabrics) which has the aforementioned symmetrical properties.
  • the layer structure is determined by the required strength or rigidity.
  • the textile layers are selected so that the fibers run in the direction of their strength or rigidity must be increased. It should be noted that the layer structure must be mirrored in an imaginary center plane or plane of symmetry.
  • the plane of symmetry of the laminate / layer structure describes that center plane (parallel to the individual layers or to the laminate structure), which divides a laminate structure into two halves of equal thickness.
  • the topmost ply corresponds in basis weight, fiber type (eg, carbon or glass), and fiber direction of the bottom layer (and so forth).
  • the middle layer can be mirrored in itself. Necessary is this symmetry to produce by the reaction and temperature shrinkage occurring during the manufacturing process of the component or at the temperature conditional volume change during use time on the vehicle no distortion of the component.
  • this symmetry is intentionally violated by a locally applied second laminate layer which is considered to be inside the wheel.
  • This second laminate has a high coefficient of thermal expansion in the circumferential direction of the wheel and thus brings about the necessary curvature of the wing section when heated.
  • This purely circumferential increase in the coefficient of thermal expansion Cient is generated in which the reinforcing fibers preferably show primarily in the radial direction of the wheel.
  • the stacking or forming of the laminate for example by stacking the individual fiber layers, thereby decisively determines the properties of the cover element. For depending on the direction in which the fibers of the individual layers are oriented to each other, different properties can be achieved.
  • Fiber composite materials can represent, for example, anisotropic materials, ie the properties of the material are different in different spatial directions. This also applies to the thermal expansion coefficient. This coefficient defines the change in length of a material at a heat input. For a single fiber-matrix layer, where all fibers are unidirectional, ie a UD layer, this factor is significantly less in the fiber direction than perpendicular to the fiber. Since the individual layers or the UD layers also have the anisotropic properties, the properties of the laminate or of the fiber composite flap depend on the orientation of the individual layers or their fibers. It follows that the resulting thermal expansion of the fiber composite flap depends on the sum of the orientations of the fibers of the individual layers.
  • a fiber composite component may also exhibit isotropic or quasi-isotropic (in particular in terms of thermal expansion) properties in the surface direction (not in the thickness direction).
  • the above-mentioned upper laminate structure of the cover member has an isotropy in the surface direction with respect to the thermal expansion.
  • the said isotropy of the upper laminate structure in the area indicates the independence of a certain property from the direction. In this specific case, in particular the isotropic property with respect to the thermal expansion of the upper laminate structure is addressed.
  • the upper laminate structure of the cover element preferably behaves isotropically or quasi-isotropically in the planar direction under the influence of heat, ie that the upper laminate structure expands independently of direction under the influence of heat.
  • a direction-independent expansion means that the upper laminar structure expands equally in each surface direction (ie not in the thickness of the laminate). In this case, the thermal expansion of the upper laminate structure is preferably negligibly small due to the material.
  • the upper laminate construction does not necessarily have isotropic properties in the planar direction (ie, possess the same strength characteristics, thermal expansion coefficients, etc.) in all directions.
  • a composite material can increase or decrease almost without distortion at a temperature in different directions.
  • the change in length, in particular when carbon fibers are used is very small and relatively large transversely to the fiber direction, so that the properties of the matrix are determined here.
  • the predominantly used matrix systems are plastics which are known to have a relatively high thermal expansion coefficient.
  • the layering of the lower laminate layer of the wing element mainly consists of a unidirectional structure (UD) in which the fibers run in the radial direction. This leads that the coefficient of thermal expansion in the circumferential direction is much higher than that of the upper laminate layer. When heated, this leads to the intended bending of the wing section.
  • the height of the bend can be changed by the material selection of the laminate thickness, the fiber volume content and fiber direction.
  • Such a small or negligible thermal expansion and such a quasi-isotopic or isotropic property or distortion-free expansion (ie that no deformation or curvature takes place) of the upper laminate structure in its surface can be achieved by a specific fiber orientation of the individual layers or the fabric ,
  • the fibers of the upper laminate structure forming are arranged symmetrically about a median plane.
  • the individual layers or the fibers of the upper individual layers are arranged in mirror image (viewed with respect to the median plane) relative to one another.
  • the upper laminate structure is not only symmetrical but also fibers in predominantly four directions (0 °, + 45 °, - 45 ° and 90 °) which gives this structure quasi-isotropic properties in the plane.
  • the upper laminate structure thus expands approximately uniformly and relatively low due to fiber orientation when heat is introduced in all directions to form a UD-dominated layer structure, for example in the lower laminate of the wing section.
  • wing section in order for said wing section to open when heat is applied and the vehicle brake to be cooled, it is preferable to thicken it in addition to the upper laminate structure from at least one further lower individual layer.
  • the fiber direction of this layer is chosen so that in the wheel circumferential direction the highest possible thermal shear coefficient of expansion is achieved. This ensures the necessary deflection of the fan element.
  • the wing section is preferably formed by cutting the cover element at the locations where the wing section is provided so that at least part of the wing section is so detached from the remainder of the cover element when heat is introduced that this part moves axially away from the wheel can move and the wing portion of the cover represents an open state.
  • the wing section has two regions which have very different coefficients of thermal expansion in one direction.
  • this property can be achieved by a corresponding fiber orientation of the individual layers of the laminate structure or by an additional laminate.
  • the wing portion comprises a lower or an inner laminate structure, which is arranged in the exclusive region of the wing portion and is aligned in the installed state of the vehicle in the direction of the wheel interior.
  • the wing section is preferred for this purpose, so the inner or lower laminate structure is formed together with the upper laminate structure in itself, with respect to a median plane of the wing element (ie, these two laminate structures together), asymmetric.
  • the median plane or the plane of symmetry of the wing section describes that median plane (parallel to the individual layers or to the laminate structure) which divides the laminate structure of the wing section into two (preferably equal thickness) halves.
  • the lower or inner laminate structure is preferably arranged only in the wing section.
  • the fibers of the individual layers of the lower laminate structure in the installed state of the cover element are particularly preferably formed at least approximately in the radial direction of the wheel. If the lower laminate structure is constructed by unidirectional individual layers, the fibers are each formed parallel to one another and at least approximately in the radial direction of the wheel. Under at least approximately in the radial direction is to be understood that a fiber is formed in the radial direction of the wheel.
  • the fibers of the upper laminate construction are preferably oriented in a different direction than the fibers of the lower laminate structure.
  • the entire laminate structure of the wing section is thus formed asymmetically risch.
  • the lower laminar structure expands (at least approximately) perpendicular to the fiber direction, ie at least approximately in the circumferential direction of the wheel.
  • the upper laminate structure does not expand appreciably (in the surface direction), which is why the wing section deforms in the axial direction away from the wheel (ie in the direction of the outside of the wheel).
  • the cover has at least at the adjoining the spokes edge portions at least approximately in the axial direction of the wheel from the flat cover protruding leg.
  • the leg preferably forms the contact surface of the cover element with the spokes connected thereto.
  • the leg is thus preferably located on a extending in the radial direction of the wheel spoke surface.
  • Such a leg can also be formed already in the manufacturing process of the cover and will be described in more detail below.
  • the leg is thereby formed, as it were, by a bending of the flat cover element axially in the direction of the wheel interior.
  • the at least two legs are flexibly formed in the circumferential direction of the wheel. By a flexible design of the legs, these act as a spring and tighten the cover in the circumferential direction of the wheel against the two spokes.
  • the cover element is also secured axially on the wheel or on the spokes, it is furthermore preferably provided that said legs of the cover element have an undercut at their ends or at their edges, which undercut can be clamped in a spoke edge aligned in the direction of the wheel interior or hookable.
  • a latching lug is arranged on this undercut or on this edge of the limb, which makes it possible to engage in the respective spoke edge and thus a firm and reliable axial attachment of the cover element to the wheel.
  • the locking lug can then be attached, for example, subsequently in a machining to the cover or on the legs.
  • Said subsequent machining of the leg ends of the cover element may result in the fibers, in particular carbon fibers, arranged in the cover element being exposed and thus bearing directly against the material of the spoke.
  • the undercut or the leg of the cover is coated with a plastic layer or a suitable paint, so that the fibers do not directly with the spoke material in Contact advised.
  • the covering element should preferably be produced in a pressing process, in particular in a so-called wet pressing process or a combined SMC wet pressing process.
  • liquid reaction resins or other plastics in liquid form are processed together with reinforcing fibers in two-part tools (ie, for example, an upper and a lower mold half).
  • the upper and lower mold halves are closed by means of a press.
  • the resin or the plastic is usually poured in the wet pressing process centrally or after a fixed pouring plan on the fiber mats. It is usually epoxy, polyurethane, vinyl ester or polyamide resins used, which are mixed from two or more components to a reactive liquid plastic. For flat application to the fiber mats or the superimposed individual layers or on the layer stack (also called so-called stacks or partial layer stack) is often a slot die or other distribution systems used.
  • the plastic is distributed by the closing process of the tool under the pressure of the press in the entire mold cavity and wets the reinforcing fibers. Thereafter, the hardening of the fuel / resin takes place - usually at a higher temperature. When the plastic has cured, the dimensional stability of the component is given and it can be removed from the mold after opening the tool.
  • the cover element can also be produced in another suitable method for producing a fiber composite component.
  • a fiber composite component such as a so-called resin transfer molding process (short RTM process), a sheet-molding compound process (SMC short) or a bulk molding compound Method (abbreviated to BCM method) for the production of the cover.
  • SMC method for example, it is possible to integrate the preferred latching lug of the edge of the cover element directly into the cover element during the production process.
  • the wet pressing process now described below takes place under the influence of heat, wherein the temperature of the tool corresponds approximately to the operating temperature of the wheel region, which puts the cover in an open state.
  • the wing section can in this case be made in this deflection in the tool, which he will occupy in later operation even at this temperature in the fan position.
  • the upper and lower stacks are preferably wetted with resin, ie the plastic matrix.
  • resin ie the plastic matrix.
  • the stack is placed flat at the desired location in the lower tool. The location or the area is at that point, which is cut to the wing section later in the manufacturing process.
  • This lower stack or these lower individual layers are therefore already cut to size in the shape of the subsequently produced wing section.
  • the lower individual layers or the lower stack are then preferably inserted such that their fibers of the built later in the wheel cover in the radial direction of the wheel are oriented.
  • the pressing tool closes. Thereafter, the lateral slides drive into the pressing tool and form the locking lugs. At the same time or shortly thereafter, the slide moves to imaging the wing section from the lower tool vertically upward in the direction of the upper mold half and thus presses the lower laminate from below to the upper laminate and this in turn to the upper mold half.
  • the geometry of the surface of the first slider, which presses the laminate in the direction of the upper mold half, corresponds to the geometry or the shape of the wing portion.
  • the slider cuts in this step, the wing portion along its edges or to. Simultaneously, the slider adds the laminate with the resin to a fiber composite component.
  • the component at a later room temperature ie at about 20 °
  • the wing section at room temperature is not folded or an open state (but rather a closed state)
  • the operating temperature of the pressing device and thus the working temperature in the pressing tool corresponds approximately to the operating temperature of the wheel area at which the wing section should represent an open state
  • the cover is pressed under the influence of heat and the individual layers connected by the resin. After curing of the finished fiber composite cover member, the tool halves open again and the finished cover can be removed.
  • the component is taken horizontally, in the direction of the later wheel center.
  • the disclosed fiber composite cover member allows good coverage of the wheel to reduce the drag coefficient while allowing brake cooling. For the opening and closing of the cover, no additional actuators are needed.
  • the cover is further easy to manufacture by its integral nature and by a homogeneous material and easy to mount to the wheel. Furthermore, the cover is by training from a fiber composite plastic weight and cost-saving.
  • Figure 1 shows a part of a wheel for a vehicle, in which, for example, a cover is arranged in a three-dimensional on the outside of the wheel.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through the cover element from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a part of a wheel 10 for a vehicle in a three-dimensional view of the outside of the wheel.
  • the wheel 10 comprises a rim 19, a hub portion 20, as well as a plurality of spokes 12 connecting the hub portion 20 with the rim 19.
  • a cover element 1 is arranged in a spoke-space 13.
  • the cover element 1 is formed from a fiber composite plastic and has a wing section 3 that can be deformed when heated in an unfolded state.
  • the wing portion 3 is shown in an open state.
  • the wheel section, in which the cover element 1 is arranged for better illustration in a cutaway view (or cross-sectional view in the axial direction of the wheel) is shown.
  • the cover 1 For connection of the cover 1 to the wheel 10, the cover 1 comprises two axially extending A of the wheel in the direction of the wheel inner leg 6, which lie flat against the spoke surfaces 9 of two spokes 12.
  • the legs 6 further have an undercut 7 for connection or for hooking the legs 6 in a spokes jacket 1 of the wheel 10.
  • the legs 6 For connection of the cover member 1 to the spokes 12 of a wheel 10 for a vehicle, it is provided that the legs 6 abut respectively on a plane extending in the axial direction of the wheel surface of the spokes 12 and clamp the cover element 1 in the spoke space 13 analogously to a spring function.
  • the legs 6 are materially designed so elastic that they can perform such a spring function.
  • a chamfer or a detent 8 is provided at the edges of the legs 6 for locking and thus for fixing the cover 1 to the spoke edges 11 of a wheel 10.
  • FIG. 2 shows a cross section through a cover element 1 in a schematic view.
  • the laminate structure of the cover 1 is to be shown.
  • the cover element 1 is formed by a continuous upper laminate structure 2.
  • the upper laminate structure 2 is formed from stacked and interconnected by a resin individual layers. The fibers of the individual layers are oriented in such a way that the upper laminate structure 2, which is mirrored in itself and thus experiences only a change in size but no change in shape when changing the temperature (which, in particular, does not bend).
  • the upper laminate structure does not necessarily have isotropic properties (ie has the same strength characteristics, thermal expansion coefficients, etc.) in all directions. A composite material can increase or decrease almost without distortion at a temperature in different directions.
  • the length change is very small, especially when using carbon fibers, and is relatively large transversely to the fiber direction, so that the properties of the matrix are determined here.
  • the predominantly used matrix systems are plastics which are known to have a relatively high thermal expansion coefficient.
  • the layering of the lower laminate layer of the wing element consists primarily of a unidirectional structure (UD) in which the fibers extend in the radial direction. This causes the thermal expansion coefficient in the circumferential direction (in the direction of the axial line is this 90 ° to the radial direction) is much higher than that of the upper laminate layer. When heated, this leads to the intended bending of the wing section.
  • the size of the bend can be changed by the material selection of the laminate thickness, the fiber volume content and the fiber direction.
  • the wing section 3 of the cover element 1 can also be seen in FIG.
  • the section 4 can be seen through the cover element 1, which was made during the manufacturing process in the cover element 1 and which forms the wing section 3.
  • the wing section 3 in contrast to the rest of the cover 1 has two laminates with very different thermal expansion coefficient in the circumferential direction of the built-in cover.
  • the wing portion 3 is provided in addition to the upper laminate structure 2 with a lower laminate structure 5, which is the wing portion 3 quasi locally thickened and formed in its fiber orientation, that the wing portion 3 in heat input in the illustrated position unfolds or in deforms the illustrated open position.
  • this lower laminate structure is preferably located on the side of the cover element facing the inner side of the wheel when installed, as can be seen in FIG.
  • the lower laminate structure 5 is formed primarily of several individual layers of unidirectional fiber layers.
  • the individual layers or the fibers of the individual layers of the lower laminate structure 5 are arranged opposite those of the upper laminate structure 2, that the wing portion 3 to the Radinneren has a greater coefficient of thermal expansion in the circumferential direction than the upper layer structure 2.
  • Such a laminate structure of the wing portion 3 then points such thermal expansion properties, that the wing portion 3 deforms upon heat input in a certain direction.
  • the wing portion 3 as shown in Figure 2, unfolds in the installed state of the cover 1 in the axial direction away from the wheel, the fibers of the lower laminate structure 5 are at least approximately aligned in the radial direction of the wheel.
  • the lower laminate structure 5 expands at least approximately in the circumferential direction of the wheel.
  • the upper laminate structure 2 arranged on the outer side expands relatively small and therefore opposes the expansion of the lower laminate structure 5.
  • the wing section 3 then deforms axially away in the direction of the wheel outside.
  • the lower laminate structure 5 is arranged on the cover element 1 in such a way that it is aligned in the direction of the wheel interior.
  • FIG. 3 shows the cover element 1 in an exemplary tool of a wet pressing system in a cross-sectional view.
  • the laminate structure of the cover 1 can be seen, which is pressed between an upper and a lower mold half 14, 15.
  • a first slider 16 is extended from the lower mold half 15 vertically in the direction of the upper mold half 14. This first slider 16 causes the blank of the wing portion 3 of the cover 1 and the unfolded shape of the wing portion. 3

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rad (10) eines Fahrzeuges umfassend eine Felge (19), einen Nabenabschnitt (20) sowie zumindest zwei den Nabenabschnitt mit der Felge verbindende Speichen (12), wobei mindestens ein Speichenzwischenraum (13) zwischen den Speichen zumindest teilweise von einem einstückig ausgebildeten Abdeckelement (1) bedeckt ist, wobei sich ein Flügelabschnitt (3) des Abdeckelements bei Wärmezufuhr axial weg vom Rad (10) verformt und wobei das Abdeckelement direkt mit dem Rad verbunden ist und wobei das einstückige Abdeckelement aus einem einzigen Werkstoff ausgebildet ist.

Description

Rad für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Rad für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 10 2013 222 044 A1 verwiesen.
An Räder von Fahrzeugen, insbesondere an solche von Personen kraftwa- gen, werden die unterschiedlichsten Anforderungen gestellt. Neben einer ausreichenden Festigkeit bei geringem Gewicht sollen die Räder insbeson- dere einem guten Luftwiderstandsbeiwert des Fahrzeuges förderlich sein und sich durch ein gefälliges optisches Erscheinungsbild auszeichnen. Dazu zählt auch die Tatsache, dass der sichtbare Außenbereich der Räder nur in geringem Maße durch den Abrieb der an der Radinnenseite der Räder vorgesehenen Radbremse verschmutzt wird. Um insbesondere letzteres zu gewährleisten, ist es bekannt, die Freiräume zwischen sämtlichen Speichen eines Rads mittels eines einzigen scheibenförmigen Abdeckelements, welches an der Innenseite des Rads vorgesehen ist, gegenüber der zusammen mit dem Rad rotierenden Bremsscheibe der Radbremse abzudecken. Daneben sind auch Abdeckelemente bekannt, welche Speichenzwischenräume einzeln abdecken. Da sich die Bremse insbesondere bei Abbremsung von hohen Geschwindig- keiten des Fahrzeuges extrem aufheizt, ist außerdem eine Bremsenkühlung durch einen Luftstrom zwischen dem Radäußeren durch die Speichenzwi- schenräume und der Bremse wünschenswert.
Ein Zielkonflikt zwischen einem optimierten Luftwiderstandsbeiwert und einer optimalen Bremsenkühlung entsteht.
Die DE 10 2013 222 044 A1 beschreibt dabei eine Felgenabdeckung für ein Fahrzeugrad zur Anbindung an einer Fahrzeugfelge mit wenigstens einem Flügelelement zum Abdecken zumindest eines Abschnitts der Felge, das temperaturabhängig wenigstens eine erste und eine zweite Form einnehmen kann. Das Flügelelement ist dabei als Schichtverbund aus zwei Materialien mit einem unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet.
Ein derartiger Schichtverbund mit zwei Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Bimaterial), ist eine Lösung für den oben genannten Zielkonflikt, jedoch ist die Fertigung eines solchen Flügelelement durch Verklebung bzw. mechanischer Fügung der beiden Materialien aufwändig, kostenintensiv und fehleranfällig.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Rad für ein Fahrzeug mit einem verbesserten Abdeckelement aufzuzeigen.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Rad für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Es wird ein Rad für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches eine Felge, einen Nabenabschnitt sowie zumindest zwei den Nabenabschnitt mit der Felge verbindende Speichen umfasst. Ein Speichenzwischenraum, zwischen den zwei (insbesondere benachbarten) Speichen ist dabei zumindest teilweise von einem zumindest annähernd ebenen und einstückig ausgebildeten Abdeckelement bedeckt.
Weiterhin umfasst das einstückige Abdeckelement einen Flügelabschnitt, welcher temperaturabhängig in zumindest eine erste und eine zweite Position verformbar ist. Unter Einfluss von Wärme, ab einer bestimmten Grenztemperatur, verformt bzw. krümmt sich dabei bevorzugt ein Endab- schnitt des Flügelelements im eingebauten Zustand des Abdeckelements im Rad in axialer Richtung weg vom Rad.
Wenn sich also die Umgebungstemperatur um den Flügelabschnitt unterhalb einer bestimmten Grenztemperatur befindet, beispielsweise im Stand des Fahrzeuges oder bei niedrigen Geschwindigkeiten, befindet sich der Flügelabschnitt dabei bevorzugt in einem zugeklappten bzw. geschlossenen Zustand. Insbesondere durch vermehrtes Abbremsen einer Scheibenbremse wird die dazu verwendete Reibungsenergie zu einem großen Teil in Wärme umgesetzt. Ab Erreichen der bestimmten Grenztemperatur im Radbereich bzw. im Felgenbereich verformt sich zumindest ein Endabschnitt des Flügelabschnitts axial weg vom Rad, sodass eine Öffnung und damit eine Luftkühlung der Bremse bzw. des Radinneren ermöglicht wird.
Das einstückige Abdeckelement ist dabei aus einem einzigen Verbundwerk- stoff ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist das Abdeckelement dabei aus einem Faserver- bundkunststoff, insbesondere einem Ko h I e n stofff a serverbundkun st stoff , ausgebildet. Ein solches Faserverbund-Abdeckelement ist dabei aus zwei Hauptkomponenten, nämlich den Fasern und einer die Fasern verbindende Kunststoff-Matrix ausgebildet.
Es ist dabei vorgesehen, dass sich der Flügelabschnitt alleine durch Wärmeeinfluss (also ohne die Zuhilfenahme von anderweitigen Energiezu- fuhren, wie beispielsweise einem Aktuator) derart verformt, dass es sich im eingebauten Zustand am Rad zumindest teilweise öffnet und somit einen Luftstrom zwischen dem Radinneren und dem Radäußeren ermöglicht. Diese gezielte Verformung unter Wärmezufuhr, insbesondere von einem verformbaren Endabschnitt des Flügelabschnitts, kann durch einen geeigneten Lagenaufbau des Faserverbundbauteils realisiert werden.
Wie bereits genannt, kommen als Fasern des Faserverbund- Abdeckelements bevorzugt Kohlenstofffasern und als Matrix ein bestimmtes E poxid h a rzsystem in Frage. Ein solcher Ko h I e n stofff a serverbundkunststoff wird auch als CFK bezeichnet.
Weiterhin ist das Abdeckelement bevorzugt aus einem Laminat mit aufeinandergeschichteten Einzellagen aufgebaut. In den Einzellagen können die Fasern beispielsweise ungerichtet (zum Beispiel in Forme eines Vlies oder sogenannter SMC-Pressmassen) oder gerichtet in eine bestimmte Richtung (sogenannte unidirektionale (UD-) Schichten) oder in zwei oder mehrere Richtungen (sogenannte multidirktionale (MD-)Schichten beispiels- weise in Form von Geflechten oder Geweben) vorliegen. Die Orientierung der Fasern ist zur Steuerung des Ausdehnungkoefizienten bei Wärmeeintrag des Werkstoffs entscheidend.
Die Gruppe der Laminate nutzt alle Vorteile der individuellen Faserausrich- tung. Das Laminat wird aus mehreren übereinander gelegten Faserhalbzeu- gen (z. B. Gewebe, Gelege, Matten) bzw. Einzellagen mit unterschiedlichen Hauptfaserrichtungen gebildet. Derartige Einzellagen werden auch als UD- Schicht (=unidirektionale Schicht) bezeichnet.
Besonders bevorzugt wird das Abdeckelement bzw. das Laminat dabei aus mehren aufeinandergeschichteter Einzellagen gebildet. Dabei müssen nicht alle dieser Einzellagen UD-Schichten darstellen, sondern können auch als Gewebe, Geflecht, Gesticke, usw. mit unterschiedlichen Faserorientierungen ausgebildet sein.
Es ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass das Abdeckelement im eingebauten Zustand im Rad betrachtet, zumindest eine obere Laminat- schicht aufweist, bei welcher die Fasern derart orientiert sind, dass diese einen symmetrischen Laminataufbau besitzt. Dieser obere bzw. äußere Laminataufbau weist dabei bezüglich einer Mittelebene des oberen Laminataufbaus symmetrische Faserorientierungen auf. Bevorzugt wird also der obere Lagenaufbau des Abdeckelements von mehreren aufeinanderge- schichteten oberen Einzellagen gebildet. Alternativ kann der obere Lagen- aufbau auch durch eine oder mehrere multidirektionale Einzelschichten (beispielsweise durch ein oder mehrere Geflechte oder Gewebe) gebildet werden, welches die genannten symmetrischen Eigenschaften aufweist.
Der Lagenaufbau wird durch die benötigte Festigkeit bzw. Steifigkeit bestimmt. Dabei werden die textilen Lagen so ausgewählt, dass die Fasern in der Richtung verlaufen deren Festigkeit bzw. Steifigkeit erhöht werden muss. Dabei ist zu beachten, dass der Lagenaufbau in einer gedachten Mittelebene bzw. Symmetrieebene gespiegelt werden muss.
Die Symmetrieebene des Laminates / Lagenaufbaus beschreibt dabei jene Mittelebene (parallel zu den Einzellagen bzw. zum Laminataufbau), welche einem Laminataufbau in zwei gleichdicke Hälften teilt.
Das heißt bei einem symmetrischen Lagenaufbau entspricht die oberste Lage in Flächengewicht, der Faserart (beispielsweise Kohlenstoff oder Glas) und der Faserrichtung der untersten Lage (und so fort). Bei ungeradzahligen Lagenaufbauten kann die mittlere Lage quasi in sich selbst gespiegelt werden. Notwendig ist diese Symmetrie um durch den auftretenden Reaktions- und Temperaturschwund im Herstellprozess des Bauteiles bzw. bei der Temperatur bedingen Volumenänderung während der Einsatzzeit am Fahrzeug keinen Verzug des Bauteiles zu erzeugen. Im Bereich des Flügelabschnitt wird diese Symmetrie bewusst durch eine lokal aufgebrachte zweite, in Einbausituation betrachtet radinnenliegende, Laminatschicht bewusst verletzt. Dieses zweite Laminat besitzt in Umfangsrichtung zum Rad einen hohen Temperaturausdehnungskoeffizient und bewerkstelligt somit bei Erwärmung die notwendige Krümmung des Flügelabschnitts. Diese rein in Umfangsrichtung laufende Erhöhung des Temperaturausdehnungskoeffi- zienten wird erzeugt in den die Verstärkungsfasern bevorzugt vornehmlich in die radialer Richtung des Rads zeigen.
Unter einer oberen bzw. äußeren Einzellage bzw. einem oberen bzw. äußeren Laminataufbau ist dabei jener Lagenaufbau bzw. jene Seite des Abdeckelements angesprochen, welcher bzw. welche im eingebauten Zustand des Abdeckelements axial in Richtung des Radäußeren ausgerich- tet bzw. dem Radäußeren zugewandt ist.
Die Aufeinanderschichtung bzw. das Bilden des Laminats, beispielsweise durch aufeinanderlegen der einzelnen Faserlagen bestimmt dabei maßgeb- lich die Eigenschaften des Abdeckelements. Denn je nachdem, in welcher Richtung die Fasern der Einzellagen zueinander orientiert sind, können unterschiedliche Eigenschaften erreicht werden.
Faserverbundwerkstoffe können beispielsweise anisotrope Werkstoffe darstellen, d.h. dass die Eigenschaften des Werkstoffs in verschiedenen Raumrichtungen unterschiedlich sind. Dies gilt auch für den Wärmeausdeh- nungskoeffizienten. Dieser Koeffizient definiert die Längenänderung eines Werkstoffs, bei einem Wärmeeintrag. Für eine einzelne Faser-Matrix- Schicht, bei denen alle Fasern in eine Richtung verlaufen also eine UD- Schicht ist dieser Faktor in Faserrichtung deutlich geringer als senkrecht zur Faser. Da die Einzellagen bzw. die UD-Schichten ebenfalls die anisotropen Eigenschaften aufweisen, sind die Eigenschaften des Laminats bzw. der Faserverbundklappe von der Orientierung der Einzellagen bzw. deren Fasern abhängig. Daraus folgt, dass die resultierende Wärmeausdehnung der Faserverbundklappe von der Summe der Orientierungen der Fasern der Einzellagen abhängig ist. Dieser Effekt soll in dieser Erfindung genutzt werden, um ein Aufklappen bzw. Aufbiegen des Flügelabschnitts zu bewirken. Je nach Faserorientierung kann ein Faserverbundbauteil jedoch auch in Flächenrichtung (nicht in Dickenrichtung) isotrope bzw. quasiisotrope (insbesondere hinsichtlich der Wärmeausdehnung) Eigenschaften aufwei- sen. In diesem Falle ist es bevorzugt dass nur der genannte obere Lami- nataufbau des Abdeckelements eine Isotropie in Flächenrichtung bezüglich der Wärmeausdehung aufweist. Die genannte Isotropie des oberen Laminataufbaus in der Fläche bezeichnet dabei die Unabhängigkeit einer bestimmten Eigenschaft von der Richtung. In diesem konkreten Falle ist insbesondere die isotrope Eigenschaft bezüglich der Wärmeausdehnung des oberen Laminataufbaus angesprochen. Dies bedeutet, dass sich der oberen Laminataufbau des Abdeckelements bei Wärmeeinfluss bevorzugt isotrop bzw. quasiisotrop in Flächenrichtung verhält d.h. dass sich der obere Laminataufbau bei Wärmeeinfluss richtungsunabhängig ausdehnt. Eine richtungsunabhängige Ausdehnung bedeutet, dass sich der obere Lami- nataufbau in jede Flächenrichtung (also nicht in der Dicke des Laminats) gleich ausdehnt. Bevorzugt ist dabei die Wärmeausdehnung des oberen Laminataufbaus materialbedingt vernachlässigbar gering.
Der obere Laminataufbau muss dabei jedoch nicht zwangsweise isotrope Eigenschaften in Flächenrichtung aufweisen (das heißt in allen Richtungen gleiche Festigkeitskennwerte, Wärmeausdehnungskoeffizienten, usw. besitzen). Ein Verbundwerkstoff kann sich nahezu verzugsfrei bei einer Temperatur in verschiedenen Richtungen verschieden stark vergrößern bzw. verkleinern. In Faserrichtung fällt insbesondere bei Verwendung von Kohlenstofffasern die Längenänderung sehr gering aus und quer zu Faserrichtung verhältnismäßig groß, dass hier die Eigenschaften von der Matrix bestimmt werden. Die vornehmlich verwendeten Matrix Systeme sind Kunststoffe, welche bekanntermaßen einen relativ hohen Wärmeausdeh- nungskoeffizienten besitzen. Die Schichtung der unteren Laminatlage des Flügelelementes besteht vornehmlich aus einem unidirektionalen Aufbau (UD) bei dem die Faser in radialer Richtung verlaufen. Dieses führt dazu, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient in Umfangsrichtung Richtung weitaus höher ist, als jener der oberen Laminatschicht. Dies führt bei Erwärmung zu der gewollten Aufbiegung des Flügelabschnittes. Die Höhe der Aufbiegung kann durch die Materialauswahl der Laminatdicke, dem Faservolumengehalt sowie Faserrichtung verändert werden.
Eine solche geringe bzw. vernachlässigbar kleine Wärmeausdehnung und eine derartige quasiisotope bzw. isotrope Eigenschaft bzw. eine verzugsfreie Ausdehnung (also, dass keine Verformung bzw. Krümmung stattfindet) des oberen Laminataufbaus in deren Fläche sind durch eine bestimmte Faserorientierung der Einzellagen bzw. der Gewebe erreichbar.
Es ist dabei, wie bereits genannt bevorzugt vorgesehen, dass die Fasern der die den oberen Laminataufbau bildenden symmetrisch um eine Mittelebene angeordnet sind.
Von dieser Mittelebene betrachtet ist es dann bevorzugt, dass die Einzella- gen bzw. die Fasern der oberen Einzellagen spiegelbildlich (zur Mittelebene betrachtet) zueinander angeordnet sind.
Bevorzugt ist der obere Laminataufbau nicht nur symmetrisch aufgebaut sondern weißt auch Fasern in vornehmlich vier Richtungen auf (0°, +45°, - 45°und 90°) was diesen Aufbau quasi isotrope Eigenschaften in der ebene verleiht.
Der obere Laminataufbau dehnt sich demnach aufgrund einer Faserorientie- rung bei einem Wärmeeintrag in allen Richtungen annähärnd gleichmäßig und relativ gering zu einem UD- dominierten Lagenaufbau aus der sich beispielweise im unteren Laminat des Flügelabschnittes befindet.
Damit jedoch der genannte Flügelabschnitt bei einem Wärmeeintrag aufklappt und die Fahrzeugbremse damit gekühlt werden kann, ist dieser bevorzugt zusätzlich zu dem oberen Laminataufbau aus zumindest einer weiteren unteren Einzellage aufzudicken. Die Faserrichtung dieser Lage ist so gewählt, dass in der Rad-Umfangsrichtung ein möglichst hoher thermi- scher Ausdehnungskoeffizient erzielt wird. Dieses gewährleitet die notwendi- ge Auslenkung des Lüfterelementes.
Der Flügelabschnitt wird dabei bevorzugt dadurch gebildet, dass das Abdeckelement an den Stellen zugeschnitten wird, an welchen der Flügelab- schnitt vorgesehen ist, sodass bei Wärmeeintrag zumindest ein Teil des Flügelabschnitt derart losgelöst vom Rest des Abdeckelements ist, dass sich dieser Teil axial vom Rad weg bewegen kann und der Flügelabschnitt des Abdeckelements einen geöffneten Zustand darstellt.
Der Zuschnitt, um den Flügelabschnitt von dem Rest des Abdeckelements klappbar freizulegen, kann dabei während des Herstellungsverfahrens des Abdeckelements erfolgen und wird weiter unten noch genauer erläutert.
Es ist dabei weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass der Flügelabschnitt im Gegensatz zu dem Rest des Abdeckelements im Lagenaufbau zwei Bereiche aufweist, die in einer Richtung sehr stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Wie oben bereits genannt kann diese Eigenschaft durch eine entsprechende Faserorientierung der Einzellagen des Laminataufbaus bzw. durch ein Zusatzlaminat erreicht werden.
Hierzu ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Flügelabschnitt einen unteren bzw. einen inneren Laminataufbau umfasst, welcher im ausschließlich Bereich des Flügelabschnitts angeordnet ist und im eingebauten Zustand des Fahrzeuges in Richtung des Radinneren ausgerichtet ist.
Der Flügelabschnitt ist dazu bevorzugt in sich, also der innere bzw. untere Laminataufbau ist dabei gemeinsam mit dem oberen Laminataufbau in sich, bezüglich einer Mittelebene des Flügelelements (also dieser beiden Laminataufbauten gemeinsam), asymmetrisch ausgebildet.
Wie bereits genannt beschreibt die Mittelebene bzw. die Symmetriebene des Flügelabschnitts dabei jene Mittelebene (parallel zu den Einzellagen bzw. zum Laminataufbau), welche den Laminataufbau des Flügelabschnitts in zwei (bevorzugt gleichdicke) Hälften teilt. Der untere bzw. innere Laminataufbau ist dabei bevorzugt nur im Flügelab- schnitt angeordnet. Bevorzugt sind dabei, wie bereits genannt, die Fasern der Einzellagen des unteren Laminataufbaus im eingebauten Zustand des Abdeckelements besonders bevorzugt zumindest annähernd in Radialrich- tung des Rads ausgebildet. Ist der untere Laminataufbau dabei durch unidirektionale-Einzellagen aufgebaut, so sind die Fasern jeweils parallel zueinander und zumindest annähernd in Radialrichtung des Rads ausgebil- det. Unter zumindest annähernd in Radialrichtung ist dabei zu verstehen, dass eine Faser in Radialrichtung des Rads ausgebildet ist. Die Fasern des oberen Laminataufbaus sind bevorzugt in einer anderen Richtung orientiert als die Fasern des unteren Laminataufbaus.
Der gesamte Laminataufbau des Flügelabschnitts ist damit in sich asymmet risch ausgebildet. Durch eine zusätzliche Anordnung der Fasern des unteren Laminataufbaus in Radialrichtung des Rads dehnt sich der untere Lami- nataufbau bei Wärmeeintrag (zumindest annähernd) senkrecht zur Faser- richtung, also zumindest annähernd in Umfangsrichtung des Rads aus. Der obere Laminataufbau dehnt sich dabei (in Flächenrichtung) nicht nennens- wert mit aus, weshalb sich der Flügelabschnitt in axialer Richtung weg vom Rad (also in Richtung des Radäußeren) verformt.
Weiterhin ist es in einer bevorzugt Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das Abdeckelement zumindest an den an den Speichen angrenzenden Randbereichen einen zumindest annähernd in Axialrichtung des Rads vom flächigen Abdeckelement abstehenden Schenkel aufweist. Der Schenkel bildet dabei gleichzeitig bevorzugt die Kontaktfläche des Abdeckelements mit den mit diesen verbundenen Speichen. Der Schenkel liegt damit bevorzugt an einer sich in Radialrichtung des Rads erstreckenden Speichenfläche auf. Ein solcher Schenkel kann ebenfalls bereits im Herstellungsverfahren des Abdeckelements ausgebildet werden und wird weiter unten genauer beschrieben. Der Schenkel wird dabei quasi durch eine Verbiegung des flächigen Abdeckelements axial in Richtung des Radinneren gebildet. Bevorzugt sind die zumindest zwei Schenkel (jeweils an einer Speiche anliegend) flexibel in Umfangsrichtung des Rads ausgebildet. Durch eine flexible Ausbildung der Schenkel wirken diese wie eine Feder und spannen das Abdeckelement in Umfangsrichtung des Rads gegen die beiden Speichen ein.
Damit das Abdeckelement auch axial am Rad bzw. an den Speichen befestigt ist, ist es weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die genannten Schenkel des Abdeckelements an ihren Enden bzw. an ihren Kanten einen Hinterschnitt aufweisen, welcher Hinterschnitt in eine in Richtung des Radinneren ausgerichtete Speichenkante einklemmbar bzw. einhakbar ist. Zusätzlich zu dem genannten Hinterschnitt ist es bevorzugt, dass an diesem Hinterschnitt bzw. an dieser Kante der Schenkel eine Rastnase angeordnet ist, welche ein Einrasten in die jeweilige Speichenkante und damit eine feste und verlustsichere axiale Befestigung des Abdeckelement am Rad ermög- licht. Die Rastnase kann dann beispielsweise nachträglich bei einer spanenden Bearbeitung an das Abdeckelement bzw. an die Schenkel angebracht werden.
Eine genannte nachträgliche spanende Bearbeitung der Schenkelenden des Abdeckelements kann dazu führen, dass die in dem Abdeckelement angeordneten Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, freigelegt sind und damit direkt am Material der Speiche anliegen. Um eine Korrosion zwischen einer Metallspeiche und den Fasern (insbesondere den Kohlenstofffasern) zu vermeiden ist es deswegen bevorzugt vorgesehen, dass der Hinterschnitt bzw. der Schenkel des Abdeckelements mit einer Kunststoffschicht oder einem geeigneten Lack überzogen ist, sodass die Fasern nicht direkt mit dem Speichenmaterial in Kontakt geraten. Es wird nun weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Abdeckelements für ein Rad eines Fahrzeuges vorgeschlagen, welches Abdeckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung soll das Abdeckelement bevorzugt in einem Pressverfahren, insbesondere in einem sogenannten Nasspressverfahren oder einem kombinierten SMC-Nasspressverfahren hergestellt werden.
Bei einem bevorzugten Nasspressverfahren werden flüssige Reaktionsharze oder auch andere Kunststoffe in flüssiger Form zusammen mit Verstärkungs- fasern in zweiteiligen Werkzeugen (also beispielsweise einer oberen und einer unteren Werkzeughälfte) verarbeitet. Die obere und die untere Werkzeughälfte werden mittels einer Presse geschlossen.
Das Harz bzw. der Kunststoff wird beim Nasspressprozess meist zentral oder nach einem festen Gießplan auf die Fasermatten gegossen. Es werden meist Epoxid-, Polyurethan, Vinylester- oder Polyamid-Harze verwendet, die aus zwei oder mehreren Komponenten zu einem reaktionsfähigen Flüssig kunststoff vermischt werden. Zur flächigen Applikation auf den Fasermatten bzw. den aufeinandergelegten Einzellagen bzw. auf dem Lagenstapel (auch also sogenannte Stacks oder Teillagenstapel bezeichnet) wird häufig eine Breitschlitzdüse oder andere Verteilersysteme eingesetzt. Der Kunststoff verteilt sich durch den Schließvorgang des Werkzeugs unter dem Druck der Presse im gesamten Formnest und benetzt die Verstärkungsfasern. Danach erfolgt die Aushärtung des Ku n ststoff/H a rzes - zumeist unter höherer Temperatur. Wenn der Kunststoff ausgehärtet ist, ist die Formstabilität des Bauteils gegeben und es kann nach dem Öffnen des Werkzeugs entformt werden.
Alternativ zu dem genannten Nasspressverfahren kann das Abdeckelement auch in einem anderen geeigneten Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils hergestellt werden. Beispielsweise bieten sich auch weitere aus dem Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren für Faserverbundkunststoffe, wie beispielsweise ein sogenanntes Resin- Transfer-Molding-Verfahren (kurz RTM-Verfahren), ein Sheet-Molding- Compound-Verfahren (kurz SMC-Verfahren) oder ein Bulk-Molding- Compound-Verfahren (kurz BCM-Verfahren) zur Herstellung des Abde- ckelements an. Beim SMC-Verfahren beispielsweise ist es möglich die bevorzugte Rastnase der Kante des Abdeckelements direkt während dem Herstellungsverfahren in das Abdeckelement zu integrieren.
Der nun folgend beschriebene Nasspressprozess geschieht dabei unter Wärmeeinfluss, wobei die Temperatur des Werkzeugs dabei ca. der Betriebstemperatur des Radbereichs entspricht, welche das Abdeckelement in einen geöffneten Zustand versetzt. Der Flügelabschnitt kann hierbei in dieser Auslenkung im Werkzeug gefertigt werden, welche er im späteren Betrieb auch bei dieser Temperatur in der Lüfterstellung einnehmen wird.
In einem aller ersten Schritt werden bevorzugt der obere und der untere Stack (also jener Stack, welcher den unteren Laminataufbau bildet) flächig mit Harz, also der Kunststoffmatrix benetzt. Anschließend wird der Stack an der gewünschten Stelle flächig in das untere Werkzeug eingelegt. Die Stelle bzw. der Bereich ist dabei an jener Stelle, welche im späteren Verlauf des Herstellungsprozesses zum Flügelabschnitt zugeschnitten wird. Dieser untere Stack bzw. diese unteren Einzellagen sind demnach bereits in der Form des später hergestellten Flügelabschnitts zugeschnitten. Die unteren Einzellagen bzw. der untere Stack werden dann bevorzugt derart eingelegt, dass deren Fasern des später im Rad eingebauten Abdeckelements in Radialrichtung des Rads orientiert sind.
Anschließend an das Einlegen der unteren Einzellagen bzw. des unteren Laminataufbaus bzw. des unteren Stacks in das untere Werkzeug, werden die oberen Einzellagen bzw. Gewebe oder Geflechte bzw. der obere Stack in das untere Werkzeug eingelegt. An jener Stelle, an welcher der später der Flügelabschnitt zugeschnitten wird, befindet sich nach dem Einlegen der oberen Einzellagen bzw. des oberen Stacks also die bereits im unteren Werkzeug liegende untere Einzellagen bzw. der untere Stack sowie darüber liegende obere Einzellagen. Der restliche Teil des unteren Werkzeuges (also der Teil, welcher später nicht Teil des Flügelabschnitts wird), ist nur durch die oberen Einzellagen bzw. den oberen Stack bedeckt.
In einem nächsten Schritt schließt sich das Presswerkzeug. Danach fahren die seitlichen Schieber in das Presswerkzeug ein und formen die Rastnasen aus. Gleichzeitig oder auch kurz darauf fährt dann der Schieber zu Abbildung des Flügelabschnitts aus dem unteren Werkzeug vertikal nach oben in Richtung der oberen Werkzeughälfte hinaus und presst damit das untere Laminat von unten an das obere Laminat und dieses wiederum an die obere Werkzeughälfte. Die Geometrie der Fläche des ersten Schiebers, welche das Laminat in Richtung der oberen Werkzeughälfte presst, entspricht dabei der Geometrie bzw. der Form des Flügelabschnittes.
Der Schieber schneidet in diesem Schritt den Flügelabschnitt seinen Kanten entlang aus bzw. zu. Gleichzeitigt fügt der Schieber das Laminat mit dem Harz zu einem Faserverbundbauteil.
Damit das Bauteil bei späterer Raumtemperatur (also bei ca. 20°) in sich eben ausgebildet ist, und der Flügelabschnitt bei Raumtemperatur nicht umgeklappt oder einen geöffneten Zustand darstellt (sondern vielmehr einen geschlossenen Zustand), verformt der erste Schieber den Flügelabschnitt bereits in die gewünschte aufgeklappte Form. Da nämlich die Betriebstem- peratur der Pressvorrichtung und damit die Arbeitstemperatur in den Presswerkzeug, in etwa der Betriebstemperatur des Radbereichs entspricht, bei welcher der Flügelabschnitt einen geöffnet Zustand darstellen soll, ist es bevorzugt, dass der Flügelabschnitt bereits im Werkzeug bei diesen Temperaturen die gewünschte geöffnete Form darstellt. Durch die Schieber und die aufeinanderliegenden Werkzeughälften wird das Abdeckelement unter Wärmeinfluss gepresst und die Einzellagen durch das Harz miteinander verbunden. Nach Aushärtung des fertigen Faserverbund- Abdeckelements öffnen sich die Werkzeughälften wieder und das fertige Abdeckelement kann entnommen werden. Vornehmlich wird das Bauteil horizontal, in Richtung der späteren Rad mitte entnommen.
In einem nachtäglichen spanenden Bearbeitungsverfahren kann dann die genannte Fase bzw. Rastnase an die Hinterschnittkante der Schenkel des Abdeckelements angebracht werden.
Das aufgezeigte Faserverbund-Abdeckelement ermöglicht eine gute Abdeckung des Rads zur Reduzierung des Luftwiderstandbeiwerts bei gleichzeitiger Ermöglichung einer Bremsenkühlung. Zur Öffnung und Schließung des Abdeckelements werden keinerlei zusätzliche Aktuatoren benötigt. Das Abdeckelement ist weiterhin durch seine Einstückigkeit und durch einen homogenen Werkstoff einfach zu fertigen und einfach an das Rad zu montieren. Weiterhin ist das Abdeckelement durch eine Ausbildung aus einem Faserverbundkunststoff gewichts- und kostensparend.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombi- nationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel weiter erläutert. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein. Figur 1 zeigt einen Teil eines Rads für ein Fahrzeug, in welchem beispielhaft ein Abdeckelement in einer dreidimensionalen von außen auf das Rad angeordnet ist.
Figur 2 zeigt einen schemenhaften Querschnitt durch das Abdeckelement aus Figur 1.
In Figur 3 ist das Abdeckelement in einem Werkzeug einer Pressvorrichtung in einer Querschnittsdarstellung aufgezeigt.
In Figur 1 ist ein Teil eines Rads 10 für ein Fahrzeug in einer dreidimensio- nalen Ansicht auf das Radäußere zu erkennen. Das Rad 10 umfasst dabei eine Felge 19, einen Nabenabschnitt 20, sowie mehrere den Nabenabschnitt 20 mit der Felge 19 verbindende Speichen 12. Zwischen den Speichen 12 ist in einem Speichenzwischraum 13 ein Abdeckelement 1 angeordnet. Das Abdeckelement 1 ist dabei aus einem Faserverbundkunststoff ausgebildet und weist einen sich bei Wärmeeinfluss in einen aufgeklappten Zustand verformbaren Flügelabschnitt 3 auf. In Figur 1 ist dabei der Flügelabschnitt 3 in einem geöffneten Zustand aufgezeigt. Weiterhin ist der Radabschnitt, in welchem das Abdeckelement 1 angeordnet ist, zur besseren Veranschauli- chung in einer aufgeschnittenen Ansicht (bzw. Querschnittsansicht in Axialrichtung des Rads) aufgezeigt.
Zur Anbindung des Abdeckelements 1 an das Rad 10, umfasst das Abdeckelement 1 zwei in Axialrichtung A des Rads in Richtung des Radinneren verlaufende Schenkel 6, welche flächig an den Speichenflächen 9 zweier Speichen 12 anliegen. Die Schenkel 6 weisen weiterhin einen Hinterschnitt 7 zur Anbindung bzw. zum Einhaken der Schenkel 6 in eine Speichenkantel 1 des Rads 10 auf.
Zur Anbindung des Abdeckelements 1 an den Speichen 12 eines Rads 10 für ein Fahrzeug, ist es vorgesehen, dass die Schenkel 6 jeweils an einer in Axialrichtung des Rads verlaufenden Fläche der Speichen 12 anliegen und das Abdeckelement 1 analog einer Federfunktion in den Speichenzwischen- raum 13 einspannen. Die Schenkel 6 sind dabei materialbedingt derart elastisch ausgebildet, dass diese eine solche Federfunktion ausführen können.
Ebenfalls ist eine Fase bzw. eine Rastnase 8 an den Kanten der Schenkel 6 zum Einrasten und damit zum fixieren des Abdeckelements 1 an den Speichenkanten 11 eines Rads 10 vorgesehen.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Abdeckelement 1 in einer schemenhaften Ansicht. Dabei soll insbesondere der Laminataufbau des Abdeckelements 1 aufgezeigt werden. Dabei wird das Abdeckelement 1 durch einen durchgängigen oberen Laminataufbau 2 gebildet. Der obere Laminataufbau 2 ist dabei aus aufeinandergeschichteten und durch ein Harz miteinander verbundenen Einzellagen gebildet. Die Fasern der Einzellagen sind dabei derart orientiert, dass der obere Laminataufbau 2, der in sich gespiegelt ist und somit bei Temperaturänderung nur eine Größenänderung aber keine Formänderung (welcher insbesondere kein Verbiegen) erfährt. Der obere Laminataufbau muss dabei nicht zwangsweise isotrope Eigen- schaften aufweisen (das heißt in allen Richtungen gleiche Festigkeitskenn- werte, Wärmeausdehnungskoeffizienten, usw. besitzen). Ein Verbundwerk- stoff kann sich nahezu verzugsfrei bei einer Temperatur in verschiedenen Richtungen verschieden Stark vergrößern bzw. verkleinern. In Faserrichtung fällt insbesondere bei Verwendung von Kohlenstofffasern die Längenände- rung sehr gering aus und quer zu Faserrichtung verhältnismäßig groß, dass hier die Eigenschaften von der Matrix bestimmt werden. Die vornehmlich verwendeten Matrix Systeme sind Kunststoffe welche bekanntermaßen einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Die Schichtung der unteren Laminatlage des Flügelelementes besteht vornehm- lich aus einem unidirektionalen Aufbau (UD) bei dem die Faser in radialer Richtung verlaufen. Dieses führt dazu, dass der Wärmeausdehnungskoeffi- zient in Umfangsrichtung Richtung (in Blickrichtung der axialen Line ist dies 90° zur radialen Richtung gesehen) weitaus höher ist, als jener der oberen Laminatschicht. Dies führt bei Erwärmung zu der gewollten Aufbiegung des Flügelabschnittes. Die Größe der Aufbiegung kann durch die Materialaus- wahl der Laminatdicke, dem Faservolumengehalt sowie Faserrichtung verändert werden.
Der Flügelabschnitt 3 des Abdeckelements 1 ist in Figur 2 ebenfalls zu erkennen. Dabei ist insbesondere der Schnitt 4 durch das Abdeckelement 1 zu erkennen, welcher während dem Herstellungsprozess in das Abdeckele- ment 1 getätigt wurde und welcher den Flügelabschnitt 3 bildet.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Flügelabschnitt 3 im Gegensatz zu dem Rest des Abdeckelements 1 aus zwei Laminaten mit stark unterschied- lichen Wärmeausdehnungkoeffizienten in Umfangsrichtung des eingebauten Abdeckelements besitzt. Hierzu ist der Flügelabschnitt 3 zusätzlich zu dem oberen Laminataufbau 2 mit einem unteren Laminataufbau 5 versehen, welcher den Flügelabschnitt 3 quasi lokal aufgedickt und derart in seiner Faserorientierung ausgebildet ist, dass der Flügelabschnitt 3 bei Wärmeein- trag in die abgebildete Position aufklappt bzw. sich in die abgebildete offene Position verformt.
Dieser untere Laminataufbau befindet sich dabei bevorzugt einer dem Radinneren zugewandten Seite des Abdeckelements im eingebauten Zustand, wie es in Figur 1 zu erkennen ist.
Der untere Laminataufbau 5 ist dabei vornehmlich aus mehreren Einzellagen von unidirektionalen Faserlagen gebildet.
Dabei sind die Einzellagen bzw. die Fasern der Einzellagen des unteren Laminataufbaus 5 derart gegenüber jenen des oberen Laminataufbaus 2 angeordnet, dass der Flügelabschnitt 3 zum Radinneren einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten in Umfangsrichtung aufweist, als der obere Lagenaufbau 2. Ein solcher Laminataufbau des Flügelabschnitts 3 weist dann derartige Eigenschaften bezüglich der Wärmeausdehnung auf, dass sich der Flügelabschnitt 3 bei Wärmeeintrag in eine bestimmte Richtung verformt.
Damit der Flügelabschnitt 3, wie in Figur 2 aufgezeigt, im eingebauten Zustand des Abdeckelements 1 in axialer Richtung weg vom Rad aufklappt, sind die Fasern des unteren Laminataufbaus 5 zumindest annähernd in Radialrichtung des Rads ausgerichtet. Bei Wärmezufuhr dehnt sich der untere Laminataufbau 5 zumindest annähernd in Umfangsrichtung des Rads aus. Der im eingebauten Zustand des Abdeckelements 1 betrachtet an der Außenseite angeordnete obere Laminataufbau 2 dehnt sich verhältnismäßig gering aus und setzt der Ausdehnung des unteren Laminataufbaus 5 damit einen Widerstand entgegen. Der Flügelabschnitt 3 verformt sich dann axial weg in Richtung der Radaußenseite.
Wie insbesondere in Figur 1 zu erkennen, ist der untere Laminataufbau 5 dabei derart am Abdeckelement 1 angeordnet, dass dieser in Richtung des Radinneren ausgerichtet ist.
Figur 3 zeigt das Abdeckelement 1 in einem beispielhaften Werkzeug einer Nasspress-Anlage in einer Querschnittsansicht. Dabei ist der Laminataufbau des Abdeckelements 1 zu erkennen, welcher zwischen eine obere und eine untere Werkzeughälfte 14, 15 eingepresst ist.
Dabei ist ein erster Schieber 16 aus der unteren Werkzeughälfte 15 vertikal in Richtung der oberen Werkzeughälfte 14 ausgefahren. Dieser erste Schieber 16 veranlasst dabei den Zuschnitt des Flügelabschnitts 3 des Abdeckelements 1 sowie die aufgeklappte Formgebung des Flügelabschnitts 3.
Ebenfalls zu erkennen sind zwei horizontale Schieber 17, 18, welche die beiden Schenkel 6 des Abdeckelements 1 während dem Nasspressverfah- rens formen.
Bezuqszeichenliste:
1 Abdeckelement
2 obere Lagenaufbau
3 Flügelabschnitt
4 Schnitt
5 untere Lagenaufbau
6 Schenkel
7 Hinterschnitt
8 Rastnase
9 Speichenfläche
10 Rad
11 Speichenkante
12 Speiche
13 Speichenzwischenraum
14 obere Werkzeughälfte
15 untere Werkzeughälfte
16 Schieber
17 horizontaler Schieber
18 horizontaler Schieber
19 Felge
20 Nabenabschnitt
A Axialrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Rad eines Fahrzeuges umfassend eine Felge (19), einen Nabenabschnitt (20) sowie zumindest zwei den Nabenabschnitt (20) mit der Felge (19) verbindende Speichen (12), wobei mindestens ein Speichenzwischenraum (13) zwischen den Speichen (12) zumindest teilweise von einem einstückig ausgebildeten Abde- ckelement (1 ) bedeckt ist, wobei sich ein Flügelabschnitt (3) des Abdeckele- ments (1 ) bei Wärmezufuhr axial weg vom Rad (10) verformt und wobei das Abdeckelement (1 ) direkt mit dem Rad (10) verbunden ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass das einstückige Abdeckelement (1 ) aus einem einzigen Ver- bundwerkstoff ausgebildet ist.
2. Rad nach Anspruch 1 , wobei das Abdeckelement (1 ) aus einem Faserverbund- kunststoff mit einem Matrixmaterial und darin eingebetteten Fasern ausgebildet ist, wobei das Abdeckelement (1 ) aus einem Laminat aus mehreren aufeinander geschichteten Einzellagen gebildet ist.
3. Rad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Abdeckelement (1 ) zumindest eine oberste Einzellage aufweist, bei welcher die Fasern derart angeordnet sind, dass ein bezüglich einer Mittelebene der Einzellage betrachte- tet oberer symmetrischer Laminataufbau (2) ausgebildet ist.
4. Rad nach Anspruch 3, wobei der obere Laminataufbau (2) durch mehrere aufeinandergeschichtete unidirektionale Einzellagen gebildet ist und einen bezüglich einer Mittelebene des oberen Laminataufbaus (2) betrachtet sym met- rischen Lagenaufbau aufweist.
5. Rad nach Anspruch 3, wobei der obere Laminataufbau (2) durch zumindest eine multidirektionale Einzellage gebildet ist und einen bezüglich einer Mittelebene des oberen Laminataufbaus (2) betrachtet symmetrischen Lagenaufbau auf- weist.
6. Rad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Flügelabschnitt (3) aus einem zugeschnittenen Teil (4) des Abdeckelements (1 ) gebildet ist.
7. Rad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Flügelabschnitt (3) einen bezüglich einer Mittelebene des Flügelabschnitts (3) betrachteten asymmetrischen Lagenaufbau aufweist und wobei der Lagenaufbau des Flügel abschnitts durch den oberen Laminataufbau (2) und zumindest eine zusätzliche untere Einzellage (5) gebildet ist, deren Fasern im eingebauten Zustand des Abdeckelements (1 ) betrachtet zumindest annähernd in Radialrichtung des Rads (10) ausgerichtet sind.
8. Rad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Abdeckelement (1 ) zumindest an den an den Speichen (12) angrenzenden Randbereichen jeweils einen zumindest annähernd in Axialrichtung (A) des Rads (10) vom flächigen Abdeckelement (1 ) abstehenden Schenkel (6) umfasst, welcher flexibel ausgebildet ist.
9. Rad nach Anspruch 8, wobei der Schenkel (6) an dessen Kante einen Hinterschnitt (7) aufweist, welcher Hinterschnitt (7) in eine dem Fahrzeug zuge- wandte Speichenkanten (1 1 ) einhakbar ist.
10. Rad nach Anspruch 9, wobei der Hinterschnitt (7) eine Rastnase (8) zum Einrasten in eine Speichenkante (1 1 ) umfasst.
1 1. Rad nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Hinterschnitt (7) und/oder die Rastnase (8) mit einem Kunststoff material überzogen ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Abdeckelements für ein Rad eines Fahrzeuges, welches Abdeckelement (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ausgebildet ist, wobei das Verfahren in folgenden Schritten abläuft:
Flächiges Einlegen der zumindest einen unteren Einzellage an einer ausge- wählten Position in eine untere Werkzeughälfte (15) einer Pressvorrichtung; Flächiges Einlegen der zumindest einen Einzellage des oberen Laminatauf- baus (2) in die untere Werkzeughälfte (15) der Pressvorrichtung, wobei die zumindest eine untere Einzellage (5) bedeckt wird;
Schließen einer oberen Werkzeughälfte (14) und anschließendes Ausfahren eines der Form des Flügelabschnitts (3) des Abdeckelements (1 ) entspre- chenden Schiebers (16) aus der unteren Werkzeughälfte (15) in Richtung der oberen Werkzeughälfte (14) wobei das Laminat entlang der Kante des Schiebers (16) aufgeschnitten wird und dadurch der Flügelabschnitt (3) ge- bildet wird und wobei
- zumindest ein Teil des Flügelabschnitts (3) durch den Schieber (16) in Richtung der oberen Werkzeughälfte (14) verformt wird;
Einfahren in das Werkzeug zweier seitlicher Schieber (17, 18), welche in senkrechter Richtung zum ersten Schieber (16) jeweils auf einer Seite des Laminats ausfahren und wobei die Schenkel (6) und der Hinterschnitt (7) des Abdeckelements (1 ) geformt werden;
Fügen der Einzellagen zu einem Laminats mit einem geeigneten Harz unter Wärmeeinfluss und Druck;
- Zurückfahren der seitlichen Schieber (17, 18) und öffnen der oberen Werk- zeughälfte (14) und anschließende Entnahme des Faserverbund- Abdeckelements (1 ).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei an dem Hinterschnitt des Faserverbund- Abdeckelements (1 ) eine Fase eingebracht wird, welche Fase die Rastnase (8) bildet.
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