Патент на изобретение №2381910

(54) КОЛЕСО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

(57) Реферат:

Колесо состоит из обода, служащего для установки шины, и соединяющего обод со ступицей колеса блока спиц или диска колеса. Обод состоит из пластмассы, а блок спиц или диск колеса – из металла, при этом обод соединен с блоком спиц или диском колеса с геометрическим и/или силовым замыканием или с замыканием материала. Для точного взаимного расположения диска колеса и дна обода блок спиц или диск колеса соединен с ободом по меньшей мере одним соединительным элементом, который пропущен сквозь дно обода. Соединительный элемент размещен в блоке спиц или в диске колеса так, что соединительный элемент полностью закрыт шиной с одной стороны и блоком спиц или диском колеса с другой стороны. Технический результат – снижение веса колеса без потери прочности. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к колесу для транспортного средства, в частности для легковых автомобилей и мотоциклов, состоящему из обода, служащего для установки шины, и блока спиц или колесного диска, соединяющего обод со ступицей колеса, причем обод состоит из пластмассы, а блок спиц или диск колеса – из металла, и при этом обод связан с блоком спиц или с колесным диском с геометрическим и/или силовым замыканием или замыканием материала.

Колеса транспортных средств, в зависимости от определенной цели применения, сконструированы по-разному. Технические отличия между отдельными колесами для транспортных средств определяются, прежде всего, конструкцией обода, на который должна быть установлена бескамерная или оснащенная камерой шина. Так как колеса транспортных средств существенно влияют на внешний вид транспортных средств, пользователи желают сами определять внешний вид колес. Для достижения, по возможности, наибольшего разнообразия внешнего вида малым количеством деталей колеса для транспортных средств собирают по модульному принципу из различных отдельных деталей. Обод может быть собран из отдельных деталей, что делает возможным техническое многообразие и разнообразие вариантов, и соединение ступицы колеса с ободом у различных колес выполняют также по-разному, в результате чего получают также большое количество вариантов внешнего вида колеса.

Колесо, состоящее из отдельных деталей, прибавляет в весе с каждой деталью, что для колес нежелательно. Как правило, стремятся, по возможности, уменьшить вес колеса и шины, чтобы неподрессоренная масса в транспортном средстве была как можно меньше.

За счет применения пластмассы в ободе шины колесо для транспортного средства существенно теряет в весе по сравнению с цельнометаллическим выполнением. От пластмассового выполнения соединения обода колеса со ступицей колеса до сих пор отказывались, так как пластмассы с соответствующей прочностью и температурной устойчивостью отсутствуют.

Поэтому в уровне техники, например в DE 4123459 C1, предложено изготавливать ободья из пластмассы, а к пластмассовому ободу крепить диск колеса, причем диск колеса состоит из металла. Но соединение отдельных составных частей колеса, особенно соединение обода колеса со ступицей колеса, не обходится без проблем. Соединение между ступицей колеса и ободом колеса должно воспринимать высокие крутящие моменты, особенно при торможении, в то же время соединение должно быть выполнено таким образом, чтобы не нарушить воздухонепроницаемость обода для бескамерных шин.

В DE 4123459 C1 поэтому предложено крепить металлический диск колеса к венцу обода, обращенному к ступице колеса. Описанный в этом документе венец находится на внутренней стороне колеса и ориентирован к ступице колеса, под ручьем обода. В этот венец со стороны колеса, обращенной к транспортному средству, вставлены сквозь отверстия болты, которые своей резьбой завинчены в соответствующие резьбовые отверстия диска колеса. При этом диск колеса, который следует установить, закрывает этот венец и прилегает к кромке между хампом и ручьем обода. Но описанный в DE 4123459 C1 венец для крепления диска колеса создает существенные проблемы при изготовлении пластмассового обода. Например, при литье существенно осложняет изготовление то, что целиковый обод не может быть больше извлечен из формы. Для решения этой проблемы, как правило, обращаются к применению разъемной формы.

Следующая проблема при изготовлении такого вида ободьев возникает также при использовании композитных материалов для изготовления пластмассового обода. Например, при использовании в изготовлении волокнистых композитных материалов всплывают проблемы, связанные с этим венцом, что волокнистый композитный материал не может быть позиционирован достаточно точно внутри формы, чтобы тем самым эта очень высоконагруженная деталь обода имела равномерное волоконное усиление.

Следующая проблема этого типа колеса для транспортного средства состоит в том, что из-за применения монтажного венца колесо для транспортного средства имеет одну красивую сторону и одну, обращенную к транспортному средству, менее красивую сторону. Поэтому изготовленное таким образом колесо годится только для автомобилей. Для применения такого колеса в мотоцикле важно, чтобы колесо с обеих сторон имело привлекательный вид, который не испорчен монтажными болтами.

В US 4982998 предложена конструкция сборных колес, в которой монтажные болты пропущены сквозь полки обода, проходят сквозь диск колеса и зафиксированы гайками со стороны, обращенной к транспортному средству. Хотя это выполнение и обходит проблему изготовления монтажного венца, но пригодно оно лишь для автомобилей, но не для мотоциклов.

Отсюда задачей изобретения является создание колеса для транспортного средства, которое изготовлено из различных материалов, предпочтительно из пластмассы с волоконным усилением для обода и металла для диска колеса или блока спиц, причем проблемы существующего уровня техники отсутствуют.

Задачи, соответствующие изобретению, решаются тем, что блок спиц или диск колеса соединяют с ободом по меньшей мере одним соединительным элементом, пропущенным через дно (основание) обода и соединенным с ободом, причем соединительный элемент принят в блоке спиц или в диске колеса так, что соединительный элемент полностью закрыт с одной стороны шиной, а с другой стороны блоком спиц или колесным диском. Дальнейшие предпочтительные выполнения изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

За счет соединения блока спиц или диска колеса с ободом по меньшей мере одним соединительным элементом, который пропущен сквозь или через дно обода, имеется то преимущество, что можно отказаться от венца, описанного в DE 4123459 C1, за счет чего устраняется проблема изготовления высоконагруженного внутреннего венца обода. Вследствие того, что по меньшей мере один соединительный элемент пропускают через дно обода с геометрическим замыканием, можно подогнать диск колеса или блок спиц к внутренней стороне обода, причем под внутренней стороной обода имеют в виду сторону, обращенную к ступице колеса, и соединить через обод по меньшей мере одним соединительным элементом диск колеса или блок спиц и обод. При этом применение пластмасс позволяет получить надежное уплотнение дна обода, которое до сих пор при применении металлических ободьев в уровне техники было невозможно. В противоположность металлическому ободу, в случае обода из пластмассы можно обратиться к материалам, которые соединяются с пластмассой и, таким образом, по меньшей мере на стороне, обращенной к пластмассе, может быть обеспечена высокая плотность. Поскольку речь здесь идет о деформируемой пластмассе, которую применяют в качестве уплотнительной массы, можно также надежно уплотнить сторону, обращенную к соединительному элементу, например болту или заклепке, так что обод можно использовать для установки бескамерной шины.

Поэтому соединение между диском колеса или блоком спиц и ободом через дно обода дает то преимущество, что односторонних, механически сильно нагружающих обод напряжений от применения монтажного венца на обращенной к ступице колеса стороне можно избежать, так как диск колеса или блок спиц опирается на внутреннюю сторону обода.

Предпочтительно обод состоит из пластмассы, усиленной углеродным волокном, особенно предпочтительно обод состоит из эпоксидной смолы, усиленной углеродным волокном. Применением усиленной углеродным волокном эпоксидной смолы достигают, с одной стороны, существенного снижения общего веса колеса для транспортного средства по сравнению с металлическим колесом, и, тем самым, также существенно уменьшится неподрессоренная масса транспортного средства. Кроме того, применение эпоксидной смолы позволяет применение уплотнений, которые соединяются с поверхностью эпоксидной смолы, так как эпоксидная смола является липкой, так что возможно хорошее уплотнение места прохождения по меньшей мере одного соединительного элемента. Далее, преимущество состоит в том, что усиленная углеродным волокном эпоксидная смола проявляет более высокую прочность, чем, например, того же веса сталь.

При использовании волоконной ткани или волоконной структуры для усиления эпоксидной смолы можно обратиться к различным волоконным системам. Возможно, с одной стороны, наматывать волокна на обод в тангенциальном направлении так, что будет достигнута особо высокая стойкость обода к крутящему моменту. Кроме того, возможно также использование волоконных тканей и волоконной структуры, которые производят обычным путем, в качестве волоконной составной части в эпоксидной смоле так, что, например, имеет место диагональное расположение волокон, перпендикулярное или параллельное расположение или общая система различных ориентаций волокон относительно тангенциальной плоскости дна обода. В зависимости от выбора ориентации волокон обод имеет различные прочностные характеристики в различных направлениях. Специалист может в зависимости от желаемого профиля жесткости выбрать ориентацию волокон в эпоксидной смоле и может также выбрать комбинации различных направлений волокон в качестве волоконного усиления.

В следующем предпочтительном выполнении изобретения отверстие для клапана (т.е. клапанное отверстие) ведет со стороны зева обода к обращенной к ступице колеса стороне. За счет применения клапанного отверстия, которое ведет со стороны зева обода к стороне, обращенной к ступице колеса, возможно расположение клапанного отверстия также на усиленном месте внутри колеса так, что клапан не нарушает визуального впечатления от колеса.

В специальном выполнении изобретения клапанное отверстие предусмотрено для установки соединения между ободом и блоком спиц или диском колеса, причем соединение выполнено полым для пропуска газа шины. За счет использования клапанного отверстия для установки соединения между ободом и блоком спиц или диском колеса достигают того, что клапанное отверстие проходит внутри блока спиц или диска колеса так, что можно отказаться от еще одного отверстия сквозь дно обода, что повышает прочность дна обода и создает возможность визуально спрятать клапан.

Предпочтительно по меньшей мере один соединительный элемент, который пропущен сквозь дно обода, снабжен по меньшей мере одним уплотнением на стороне зева обода, причем уплотнение состоит из бумаги, из резины, из силикона, из полиэтилена или из другого эластомера. Наряду с применением уплотнений для уплотнения обода возможно также, например, выполнение уплотнения за счет применения компрессионных болтов или болтов со специально отформованной головкой, причем соединительный элемент так прочно соединен с ободом, что возникает плотная соединительная система. При использовании уплотнительных материалов можно при известных условиях отказаться от слишком сильного свинчивания или склепывания без того, чтобы плотность обода была поставлена под вопрос. Особенно при применении эластомеров в качестве уплотнительного элемента можно использовать то, что эластомеры в несвязанном состоянии могут быть применены в качестве уплотнительной массы, причем эластомер при связывании твердеет и химически соединяется с поверхностью обода, чем достигают еще более высокого уровня уплотнения.

При этом можно обратить внимание на другие материалы, чтобы получить более качественное уплотнение между уплотнительным материалом и собственно соединительным элементом. Однако возможно также замазывание или заклеивание собственно уплотнительным материалом выступающей в обод части соединительного элемента. За счет замазывания или заклеивания получают, что соединительный элемент полностью утоплен в уплотнительный материал так, что вокруг по меньшей мере одного соединительного элемента образуется уплотнение без щелей и капилляров.

В одном варианте изобретения предусмотрено, что предпочтительно несколько соединительных элементов в виде резьбовых болтов распределены по окружности дна обода и завинчены в резьбовые отверстия блока спиц или диска колеса.

В одном предпочтительном варианте изобретения блок спиц или диск колеса прилегает с геометрическим замыканием к обращенной к ступице колеса стороне обода, причем геометрически замыкающая поверхность блока спиц (спицевого элемента) или диска колеса составляет по меньшей мере 1 см² или более. Для колес с малым количеством спиц, причем под малым подразумевают от 3 до 9, а также количество порядка этих цифр является преимуществом, если поверхность прилегания каждой отдельной спицы к стороне дна обода, обращенной к ступице колеса, настолько велика, что нагрузка транспортного средства равномерно распределена по поверхности обода и устранены точечные нагрузки. Тем самым достигается еще более высокая прочность и еще более высокий допустимый крутящий момент соединения обод – ступица колеса. Каждую спицу при этом соединяют по меньшей мере одним соединительным элементом с дном обода.

Колесо для транспортного средства, согласно изобретению, может быть выполнено с глубоким ободом с коническими полками или с широким ободом, причем в случае глубокого обода с коническими полками блок спиц или диск колеса прилегает к полке обода, а в случае широкого обода блок спиц или диск колеса прилегает к стороне дна обода, обращенной к ступице колеса. Более того, допустимы и другие выполнения обода, причем блок спиц (спицевой элемент) или диск колеса устанавливают на обращенной к ступице колеса поверхности обода, где имеется место для соответствующих поверхностей прилегания.

Обод может быть разделен в плоскости колеса или также радиально. При радиально разделенном ободе имеет место то преимущество, что из одной модульной системы могут быть собраны ободья разной ширины, причем в случае блока спиц спицы могут прилегать как к одной части обода, так и к обеим частям обода. Возможно также применение блока спиц в качестве соединительного элемента для радиально разделенных частей обода, причем каждый соединительный элемент проводят сквозь части обода и вводят в блок спиц, чем собирают воедино радиально разделенный обод. Также возможно, что обод разделен радиально, причем в этом случае блок спиц или диск колеса будет удерживать ободья вместе.

Изобретение далее более подробно поясняется на основе чертежей, где:

фиг.1 – поперечное сечение соответствующего изобретению колеса для транспортного средства перпендикулярно плоскости колеса с блоком спиц,

фиг.2 – сечение соответствующего изобретению колеса для транспортного средства с радиально разделенным ободом,

фиг.3 – сечение соответствующего изобретению колеса для транспортного средства с диском колеса,

фиг.4 – вид спереди соответствующего изобретению колеса для транспортного средства со спицевой конструкцией.

На фиг.1 изображено соответствующее изобретению колесо 1 для транспортного средства, которое состоит из обода 2 и блока 3 спиц. В середине блока 3 спиц размещена ступица 4 колеса, к которой крепят ось транспортного средства и тормозной диск транспортного средства. Блок 3 спиц соединен соединительными элементами 5 с ободом 2, причем блок 3 спиц имеет относительно большую поверхность 6 прилегания к обращенной к ступице колеса стороне дна обода. Соединительные элементы 5 проведены через обод 2 со стороны зева обода и введены в блок 3 спиц так, что соединительные элементы при правильном использовании колеса 1 для транспортного средства полностью скрыты от окружающего пространства шиной колеса с одной стороны и блоком спиц с другой стороны.

На фиг.2 показано соответствующее изобретению колесо 10 для транспортного средства, которое состоит из двух радиально разделенных частей 11, 12 обода, которые соединены друг с другом центральным блоком 13 спиц. Блок 13 спиц, соединяющий обе части 11, 12 обода, имеет в середине ступицу 14 колеса для соединения с тормозным диском и осью транспортного средства. Обе части 11, 12 обода соединены по меньшей мере двумя соединительными элементами 15 с обращенной к зеву обода стороны сквозь части 11, 12 обода одним соединительным элементом 15 каждая, причем центральный блок 13 спиц удерживает вместе обе радиально разделенные части 11, 12 обода. При этом центральный блок 13 спиц прилегает к обращенной к ступице колеса стороне дна обода, который образован частями 11, 12 обода, и таким образом передает нагрузку транспортного средства на обод из частей 11, 12 обода.

На фиг.3 показано соответствующее изобретению колесо 20 для транспортного средства, которое состоит из глубокого обода 22 с коническими полками и центрального диска 23 колеса. Центральный диск 23 колеса имеет ступицу 24 колеса, посредством которой соответствующее изобретению колесо 20 для транспортного средства соединяется с осью и тормозным диском транспортного средства. Диск 23 колеса соединен соединительными элементами 25 сквозь глубокий обод 22 с коническими полками, причем соединительные элементы 25 полностью размещены в диске 23 колеса. Таким образом, при правильном применении соответствующего изобретению колеса 20 для транспортного средства соединительные элементы 25 полностью скрыты от окружающего пространства шиной транспортного средства с одной стороны и диском 23 колеса с другой стороны. На фиг.3 дополнительно изображен клапан 27, который проходит сквозь дно глубокого обода 22 с коническими полками.

На фиг.4 показано соответствующее изобретению колесо 30 транспортного средства, которое состоит из обода 31 и пяти спиц 32. Отдельные спицы 32 соединены друг с другом с замыканием материала только на ступице 34 колеса и на своей периферии не имеют никакого соединения, кроме как над ободом 31. Отдельные спицы 32 служат для приема соединительного элемента 33, который пропускают сквозь дно обода и таким образом соединяют обод 31 с отдельными спицами 32. За счет соответствующего изобретению расположения соединительных элементов 33, которые проведены через обод 31 и размещены в спице 32, соединительные элементы 33 визуально скрыты так, что ни одного соединительного элемента снаружи не видно.

На фиг.1-3 представлены различные варианты изобретения, причем эти фигуры не исчерпывающе описывают изобретение. Примеры осуществления дают возможность увидеть многообразие различных форм ободьев и внешнего вида колесных дисков или блоков спиц.

Список ссылочных позиций

1 Колесо для транспортного средства

2 Обод

3 Блок спиц

4 Ступица колеса

5 Соединительный элемент

6 Поверхность прилегания

10 Колесо для транспортного средства

11 Часть обода

12 Часть обода

13 Блок спиц

14 Ступица колеса

20 Колесо для транспортного средства

22 Глубокий обод с коническими полками

23 Диск колеса

24 Ступица колеса

25 Соединительный элемент

27 Клапан

30 Колесо для транспортного средства

31 Обод

32 Спица

33 Соединительный элемент

34 Ступица колеса

Формула изобретения

1. Колесо (1) для транспортного средства, состоящее из обода (2), служащего для установки шины и соединяющего обод со ступицей колеса блока (3, 13) спиц или диска (23) колеса, причем обод (2) состоит из пластмассы, а блок спиц или диск (23) колеса – из металла, и при этом обод соединен с блоком (3, 13) спиц или диском (23) колеса с геометрическим и/или силовым замыканием или с замыканием материала, причем предусмотрен по меньшей мере один соединительный элемент (5, 25), который проходя сквозь дно обода расположен в блоке (3, 13) спиц или в диске (23) колеса так, что соединительный элемент (5, 25) полностью закрыт с одной стороны шиной, а с другой стороны – блоком (3, 13) спиц или диском (23) колеса, отличающееся тем, что обод (2) состоит из усиленной углеродным волокном пластмассы, предпочтительно, из усиленной углеродным волокном эпоксидной смолы, а волокна или волоконный композит намотаны вокруг оси вращения, причем по меньшей мере один соединительный элемент (5, 25) имеет по меньшей мере одно уплотнение на стороне зева обода.

2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что со стороны зева обода к стороне дна обода, обращенной к ступице колеса, ведет клапанное отверстие.

3. Колесо по п.1, отличающееся тем, что клапанное отверстие предусмотрено для установки соединения между ободом (2) и блоком (3, 13) спиц или диском (23) колеса, причем соединение выполнено полым для пропуска газа шины.

4. Колесо по п.1, отличающееся тем, что уплотнение состоит из бумаги, из резины, из силикона, из полиуретана или из другого эластомера.

5. Колесо по п.1, отличающееся тем, что предпочтительно несколько соединительных элементов (5, 25) в виде резьбовых болтов распределены по окружности дна обода и завинчены в резьбовые отверстия блока (3, 13) спиц или диска (23) колеса.

6. Колесо по п.1 или 5, отличающееся тем, что уплотнение склеено с по меньшей мере одним соединительным элементом (5, 25) с помощью другого материала или самого уплотнительного материала.

7. Колесо по п.1, отличающееся тем, что блок (3, 13) спиц или диск (23) колеса прилегает с геометрическим замыканием к стороне, обращенной к ступице колеса, и при этом геометрически замыкающая поверхность составляет по меньшей мере 1 см².

8. Колесо по п.1, отличающееся тем, что обод (2) выполнен в виде глубокого обода с коническими полками, причем блок (3, 13) спиц или диск (23) колеса прилегает с геометрическим замыканием к обращенной к ступице колеса стороне полки обода, и при этом геометрически замыкающая поверхность составляет по меньшей мере 1 см².

9. Колесо по п.1, отличающееся тем, что обод (2) разделен в плоскости колеса или радиально.

10. Колесо по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена спицевая конструкция, причем отдельные спицы (32) соединены друг с другом с замыканием материала только в области ступицы (34) колеса.

РИСУНКИ