DE2328794A1

DE2328794A1 - Fahrzeugrad aus kunststoff

Info

Publication number: DE2328794A1
Application number: DE2328794A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Knipp
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1975-01-09
Also published as: AU6966074A; DE2328794C2; FR2232452B1; IT1014764B; SE7407399L; JPS5021401A; NL7407498A; GB1471697A; FR2232452A1; BR7404626D0; CA1014198A; SE409189B; JPS5642481B2; AR199734A1; US3870372A; AU476983B2; ES426997A1

Description

Bayer Aktiengesellschaft 2328794

Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen

509 Leverkusen, Bayerwerk

Mr/Gr

Fahrzeugrad aus Kunststoff

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 einem Laufbelag versehen ist.

Seit altersher sind die sog. Vollräder bekannt, welche auch heute noch beispielsweise in Form von Polyamid-Rollen für langsamfahrende Fahrzeuge zum Einsatz gelangen. Solche Vollräder besitzen vergleichsweise sehr große Massen und weisen eine sehr geringe Federung auf« Für sehne!laufende 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 Federungseigenschaften auf und haben ebenfalls den Nachteil der recht großen Massen. Typische Einsatzgebiete sind: Gleiskettenführungsrollen, Hubstaplerräder und Tragrollen von Rolltreppen. Für sehne!laufende ■ Fahrzeuge sind sie ungeeignet, weil der Aufwand für zusätzliche Fahrzeugfederung und -dämpfung sehr hoch sein müßte.

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Für sehneHäufende Fahrzeuge haben bis heute sich allein die Stahlräder mit Luftbereifung durchgesetzt. Die Stahlräder bestehen aus der sog. Schüssel und der mit ihr verschweißten 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 hat, daß der Aufwand für die Federung der nicht gefederten Massen· - das sind die Räder - vergleichsweise gering gehalten werden können.

In jüngster Zeit sind auch Räder aus Kunststoffen, speziell aus faserverstärkten Kunststoffen, bekannt geworden. 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 vagleicüaien Stahlfelge zu reduzieren. Hieraus resultiert eine bessere Federung des Fahrzeuges, eine besssere 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 kp/cm . 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 Textilgewebe verstärkungen

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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 beinhaltet die Herstellung dieses torusförmigen Körpers einen sehr großen Aufwand, der die Lohnkosten und auch die Investitionen betrifft. Durch die verschiedenen zum Einsatz gelangenden Gummimi schlingen und die Applizierung 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-Patentschrift 3208500 und die DOS 2 133 346 auf Fahrzeugreifen gerichtet, die die gleiche torus-förmige 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 torus-förmigen Körpers an sowie die durch den fehlenden Innendruck erschwerte Befestigung des Reifens in der Felge.

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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-Patentschrift 290^2, deutsche Patentschriften7429 und deutsche Patentschrift 829260 verwiesen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rad für sehneHäufende 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 der 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 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. Die Herstellung kann beispielsweise im Reaktionsspritzgußverfahren, gegebenenfalls unter Anwendung des Schleudergußverfahrens hergestellt werden. Geeignete Kunststoffe sind solche auf Basis von Polyurethanen, Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen, Methyl- Methacryllaten und auch Polyimiden. Neben diespn Werkstoffen mit konstanten physikalischen Eigenschaften lassen sich auch in ihren

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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 einai Werkstoff ohne verstärkende Pasern einfüllen und anschließend einen anderen oder den gleichen mit Verstärkungsfasern. Besonder Effekte lassen sich erzielen, wenn man "Verfahren anwendet, aus denen sog. Integralschaumstoffe resultieren. (deitscheAuslegpschrift 1694138 und deutsche Patentschrift 1233578) Die zum Einsatz gelangenden Kunststoffe sollten einen Elastizitätsmodul zwischen 1000 und-1OQOOO kp/cm vorzugsweise zwischen 5000 und 40Ό00 kp/cm 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, Meta11bedampfung 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 Aufnahme der Seitenkräfte erreicht.

Nach einer alternativen Ausführungsform laufen die Stege senkrecht in die Felge ein. Die Einlaufstelle ist dabei ,je ^- doch einer stärkeren Beanspruchung ausgesetzt als bei der vorerwähnten Ausführungsform.

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Vorzugsweise weist der Boden der Schüssel Armierungen auf. Solche können aus Metall- oder Fasereinlagen bestehen. Dadurch wird das R_ad in diesem Bereich in vorteilhafter Weise verstärkt, um die eingeleiteten Kräfte auf die Radnabe übertragen zu können.

Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pahrzeugrades ist die Felge breiter als die Gesamtbreite der Stege in axialer Richtung. 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 Umfangsflache der Felge eine Struktur z. B. in Form von Vertiefungen oder Erhebungen auf. Dadurch wird erreicht, daß der Lauf belag eine besonders gute Haftung auf der Felge besitzt. Der Laufbelag selbst kann aufgebracht werden, indem man beispielsweise einen ringförmigen Laufbelag aufschrumpft oder er kann auch angespritzt werden. Unter Umständen kann sogar Laufbelag

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und Radkörper in einer einzigen Form gefertigt werden, indem verschiedene ¥erkstoffe in die Form nacheinander eingespritzt werden. Dabei wird der Laufbelag vorzugsweise durch das 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 Festigkeit se igenschaf ten des Fahrzeugrades nach einer weiteren Ausführungsform durch Verstärkungsrippen an den Stegen und/oder am Schüsselrand beeinflussen. Diese Verstärkungsrippen kennen profiliert sein, ebenso wie die Stege, wodurch ebenfalls Festigkeits- und Federungseigenschaften einstellbar sind.

In einer Zeichnung ist eine Hälfte des erfindungsgemäßen Fahrzeugrades rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 das Fahrzeug im Schnitt und

Figur 2 das Fahrzeug in der Draufsicht in unterschiedlicher Ausführungsform der oberen und unter Hälfte der Figur

Das Fahrzeugrad 1 besteht aus einer Schüssel 2, deren Boden 3 mit Bohrungen 4, die in eingespritzten Metallbüchsen 5~aqgeorürEt sind, versehen 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 schließt sich ein Rand 7 an, und zwar nach Art einer halben sinusartigen

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Welle. Daran wiederum schließt sich jeweils abwechselnd eine Anzahl von Stegen 8 an, nach Art mindestens einer halben sinusartigen Welle und einer 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 Schüsselrandes 7 ist durch Rippen 12 bzw. 12 a verstärkt, wobei die Rippen 12 a (untere Radhälfte) eine zusätzliche Krümmung aufweisen..In der Darstellung der unteren Radhälfte sind gemäß einer Variante Darstellung der oberen Radhälfte die Stege 8,9 mit Distanz 13 voneinander angordnet und weisen Durchbrüche 14 auf. Die Felge 10 ist mit Abschrägungen 15 versehen. Sie weist außerdem auf ihrer Umfangsflache eine Struktur in Form von umlaufenden Vertiefungen und Erhöhungen 17 auf.

Der Radkörper besteht aus Kunststoff auf Basis Polyurethan, während der Laufbelag 11 aus üblichem Reifengummi gefertigt ist.

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Claims

'Patentansprüche r

1J 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 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 sinusartigen Welle anschließen und in der Felge (10) enden.
2. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnden Stege (8,9) jeweils in entgegengesetzter Richtung annähernd tangential in die Felge (10) einlaufen.
3. Fahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8,9) senkrecht in die Felge (10) einlaufen.
4. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) der Schüssel (2) Armierungen (5) aufweist.
5. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (10) breiter ist als die Gesamtbreite der Stege (8,9) in axialer Richtung.
6. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (10) rechteckigen Querschnitt aufweist.

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NAQKQEREICHT
7. Fahrzeugrad nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (10) zu den Stegen (8,9) hin zunehmenden Querschnitt aufweist. ■
8. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 "bis 7, dadurch gekennzeichnet, ' daß die Kanten (15) der Felge (10) gebrachen sind.
9. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsflache der Felge (10) eine Struktur (16, 17) aufweist.
10. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8,9) Durchbrüche aufweisen.
11. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stegen (8,9) Verstärkungsrippen (12, 12a) .angeordnet sind. .
12. Fahrzeugrad nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Stege (10) Abstand (13) voneinander aufweisen.

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