CN118019651A - 用于盘式车轮的轮盘和带有该轮盘的盘式车轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于盘式车轮的轮盘，该盘式车轮特别是用于商用车辆，该轮盘具有至少基本上径向延伸的轮毂连接凸缘(11)，并且该轮盘具有能够连接到轮辋(14)的基本上圆柱形的盘边沿(13)，并且该轮盘具有在盘边沿(13)和轮毂连接凸缘(11)之间延伸的过渡区域(16)。为了以这种方式改进这样的轮盘和设置有该轮盘的盘式车轮使得一方面可以实现车轮的尽可能低的重量且另一方面还可靠地满足对轮盘或设置有该轮盘的盘式车轮所提出的强度要求，本发明建议过渡区域(16)设置有分布在圆周上的通风孔(17)，其中，通风孔(17)在径向方向上从更靠近连接凸缘(11)定位的第一内节圆(18)延伸到更靠近轮盘的盘边沿(13)定位的第二外节圆(19)，其中，过渡区域(16)在轮毂连接凸缘(11)和径向内第一节圆(18)之间延伸的第一截面区域(24)中在径向截面中具有材料厚度(DA)，与轮毂连接凸缘(11)的材料厚度(DN)相比，该材料厚度(DA)减小至少30％；和/或其中，通风孔(17)具有孔区域，该孔区域具有在盘的周向方向上从径向内第一节圆(18)朝向径向外第二节圆(19)增加的孔宽度(b)。根据本发明的轮盘，该轮盘的特定设计是通过精细的有限元方法开发的，其特征一方面在于盘壁的特别有利的材料厚度分布，另一方面在于设置在轮盘的轮毂连接凸缘和盘边沿之间的过渡区域中的通风孔的特定设计和布置。
Description
本发明涉及用于盘式车轮的轮盘，该盘式车轮特别是用于商用车辆，该轮盘具有至少基本上径向延伸的轮毂连接凸缘，并且轮盘具有基本上圆柱形的盘边沿，该基本上圆柱形的盘边沿能够连接到车轮轮辋，并且轮盘具有在盘边沿和轮毂连接凸缘之间延伸的过渡区域。本发明还涉及配备有这样的轮盘的盘式车轮，特别是用于商用车辆的盘式车轮。
如今主要用于商用车辆的盘式车轮基本上由两个钢制模塑件组成，即车轮轮辋和轮盘，它们可以借助于轮毂连接凸缘固定到车辆的车轮轮毂，该轮毂连接凸缘借助于车轮螺栓或螺母至少基本上径向延伸。轮盘包括基本上圆柱形的圆周盘边沿，该轮盘利用该盘边沿被焊接到车轮轮辋的内圆周上的连接区域。轮盘的制造通常在旋压机器(flow-forming machine)上通过将钢制预成型件夹在轮毂连接凸缘的在旋压卡盘的端面和压紧装置之间的区域中通过旋压或剪切成型进行。径向向外邻接轮毂连接凸缘的、可能已经预成型的材料随后被压靠在旋压卡盘上，并且在预成型件旋转时借助于旋转辊被拉伸，以获得过渡区域的期望轮廓和在该过渡区域的端部处形成的盘边沿的期望轮廓。通过旋压或剪切成型制造的轮盘在该轮盘的内侧和外侧具有均匀的表面和良好的微观结构，因此轮盘可以在轮辋和车辆轮毂之间很好地传递车辆操作过程中产生的载荷。例如从DE 21 56 551、DE 196 15 675 A1、DE 198 60 732 A1或EP 1 473 097 B1已知用于车辆车轮用轮盘的制造的旋压或剪切成型的方法和装置。
从DE 20 2014 104 068U已知用于相应盘式车轮的一般类型的轮盘，在该轮盘中，在中心轮毂连接凸缘和径向外盘边沿之间的过渡区域被细分为至少五个部段，该至少五个部段彼此合并或合并到轮毂连接凸缘或盘边沿，其中，这些部段在它们的外端部和内端部之间的长度的至少部分区域上具有弯曲部，并且彼此相邻的部段的弯曲部具有不同的弯曲方向。由此，以这样的方式进行设置使得各个部段在该部段的内端部处与轮盘的旋转轴线的径向距离大于在该部段的外端部处与轮盘的旋转轴线的径向距离，其中，轮盘在该轮盘的过渡区域中具有可变的材料强度，并且各个部段的材料强度的比以一定的比彼此限定。
车辆车轮不仅对配备有车辆车轮的车辆的驱动性能产生不可忽视的影响，而且在相当大的程度上决定了车辆的燃料消耗和可实现的能力。由此，各个车轮的重量尽可能低对驱动性能和消耗具有有利的影响。然而，重量最小化通常与轮盘的材料厚度的减小有关，由此材料中的应力增加，这又会对载重能力产生不利影响。即使已知的车轮和车轮中使用的轮盘已经被证明是非常成功的，但是它们在重量方面仍然可以被改进。
本发明的目的是创造轮盘和设置有该轮盘的盘式车轮，其中，一方面可以实现车轮的尽可能低的重量，另一方面可靠地满足对轮盘或设置有该轮盘的盘式车轮所提出的强度要求。
该目的通过本发明通过上面提及的类型的轮盘解决，其中，过渡区域设置有分布在圆周上的通风孔，其中，通风孔在径向方向上从更靠近连接凸缘定位的第一内节圆延伸到更靠近边沿边缘定位的第二外节圆，其中，过渡区域在轮毂连接凸缘和径向内第一节圆之间延伸的第一截面区域中在径向截面中具有材料厚度，该材料厚度相对于车轮紧固凸缘的材料厚度减小至少30％；和/或其中，通风孔具有孔区域，该孔区域具有从径向内第一节圆朝向径向外第二节圆增加的孔宽度(b)。根据本发明的盘式车轮特别适用于商用车辆，并且盘式车轮具有车轮轮辋和基本上圆柱形的连接区域，该车轮轮辋具有内轮辋凹形基座和两个轴向外轮辋肩部以及轮辋凸缘，其中轮辋凸缘在轮辋的外轮辋部和内轮辋部处对外轮辋肩部定界，连接区域布置在轮辋肩部中的一个和轮辋凹形基座之间，根据本发明的轮盘的盘边沿连接到连接区域的内侧，特别地焊接到连接区域的内侧。
根据本发明的轮盘，该轮盘的特定设计是通过精细的有限元方法开发的，其特征一方面在于盘壁的特别有利的材料厚度分布，另一方面在于设置在轮盘的轮毂连接凸缘和盘边沿之间的过渡区域中的通风孔的特定设计和布置。令人惊讶的是，已经表明，在过渡区域的径向内部分中，与中心车轮连接凸缘处的材料厚度相比，轮盘材料的材料厚度可观地减小30％以上，导致了应力可观地减小，尤其是在轮盘的该区域中应力可观地减小，从而可以实现部件重量的明显减小，同时确保所需强度。通过可以被描述为近似滴形的通风孔的特定形状，实现了重量的显著减小，同时还确保了非常好的强度。具有径向向内朝向连接凸缘指向的落点和从内节圆开始径向向外变宽的孔横截面的通风孔的形状已被证明对于过渡区域中的应力过程非常有利，尤其是在存在于相邻孔之间的材料腹板(辐条)中，因为由此避免了应力峰值，并且可以用相对低的重量实现高的承载能力。试验表明，通过根据本发明的措施，与传统设计相比，可以将盘式车轮的质量减少约15％，同时保持相同的承载能力，并且由此使得能够显著改进配备有这种车轮的车辆的燃料效率以及更好的驱动性能。
在本发明的有利配置中，第一节圆的径向内截面区域中的材料厚度与轮毂连接凸缘的材料厚度的比可以是至多0.6，优选地不大于0.5，并且特别地小于0.46。径向内截面区域中的材料厚度、在本发明的意义上被定义为垂直于轮盘的外侧和内侧的尺寸、因此可以小于轮毂连接凸缘处(通常)厚度的一半，这实际上导致了非常可观的重量减轻。
在本发明的有利的、建设性的进一步发展中，可以提供的是，过渡区域在第一节圆上的材料厚度是轮毂连接凸缘的材料厚度的至少50％。该设计的有限元模拟已经表明，这确保了轮盘在所考虑的负载情况下具有非常好的强度，尽管在第一节圆上有通风孔。优选地，第一节圆处的材料厚度与轮毂连接凸缘处的材料厚度的比被选择为大于0.54。
在对通风孔定尺寸时发现，通风孔的最大孔宽度优选地是在径向方向上测量的通风孔的孔高度的至多85％，特别优选地至多80％。通风孔的最大孔宽度可以优选地位于第三节圆上，该第三节圆位于第一内节圆和第二外节圆之间。由此，第三节圆和第一节圆之间的距离有利地至多等于第二节圆和第三个节圆之间的距离，并且优选地小于第二节圆和第三个节圆之间的距离。在该特别优选的设计中，通风孔的基本形状也可以被描述为蛋形。
第一节圆和第三节圆之间的距离与通风孔的孔高度的比优选地小于或等于0.48，特别地小于或等于0.47。
如已经解释的，通风孔优选地具有近似滴形或蛋形的基本形状，通风孔具有面向第一内节圆的孔末端，该末端优选地具有窄曲率半径，并且通风孔具有平整部，平整部朝向第二外节圆定位，该平整部具有更大的第二曲率半径。通风孔优选地分别相对于限定孔高度的径向平面轴向对称。
在通风孔的形状的有利的进一步发展中，通风孔可以具有在通风孔的孔末端和通风孔的最大孔宽度之间的孔边沿曲率，该孔边沿曲率从孔末端的窄曲率半径开始增加到孔末端半径的至少6倍，优选地大于8倍。在到最大孔宽度的过渡区域中，孔边沿曲率可以是孔末端的窄曲率半径的约1.5倍至3倍，优选地大于两倍。
在根据本发明的设置有上面解释的类型的轮盘的盘式车轮中，优选实施例是，圆周的***部布置在连接区域和与该连接区域相邻的轮辋肩部之间，该***部可以可靠地防止安装在车轮上的轮胎的胎脚在发生大的横向力的情况下滑入到轮辋凹形基座中。因此，特别有利的是***部在***部的圆周的一部分上具有隆凸，隆凸具有面对连接区域的陡峭侧面，该侧面的高度和宽度适于布置用于轮胎充气阀的阀孔。这样，即使***部的高度被选择为相对低并且因此在盘边沿和相对的轮辋肩部之间的自由空间相对窄以及在没有隆凸的情况下不受阻碍地接近阀将是困难的或甚至不可能的情形中，也可以实现外部可接近的充气阀。
本发明的进一步的特征和优势来自于附图中所表示的本发明的优选实施例的以下描述。附图示出了：
图1为根据本发明的钢制盘式车轮的轮盘的上半部或母线的径向截面；
图2为根据本发明的轮盘的过渡区域中的通风孔中的一个通风孔的示图；和
图3为根据本发明的盘式车轮的车轮的上半部的径向截面示图。
图1示出了根据本发明的轮盘10的上半部的径向截面(母线)，该轮盘10以已知的方式具有径向延伸的轮毂连接凸缘11，该轮毂连接凸缘11具有多个螺栓孔12，借助于该多个螺栓孔12，设置有轮盘10的车轮可以被固定到商用车辆的车轮轮毂(未示出)。
轮盘10还具有圆柱形的盘边沿13，轮盘10利用该盘边沿13在连接区域15处被焊接到车轮轮辋14(图3)，在根据本发明的车轮中，示出的连接区域15横向地位于轮辋凹形基座附近，如将在下面详细描述的。
在盘边沿13和轮毂连接凸缘11之间延伸有过渡区域16，该过渡区域16连接这两个部分11、13，该过渡区域的具体设计是本发明的基本特征。
从图中可以看出，多个通风孔17设置在过渡区域16中，这些孔围绕盘周均匀地分布，并且这些孔在过渡区域16的径向外部段中、在径向内第一节圆18和第二径向外节圆19之间延伸，该径向外部段朝向盘边沿更向外定位。在通风孔17的径向向内朝向车轮的旋转轴线20指向的内端部处，通风孔17大体上以倒圆的孔末端21为尖端，该孔末端21具有相对窄的孔末端半径rmin。从第一内节圆18开始朝向第二外节圆19，通风孔的孔宽度增加，即增加到最大孔宽度bmax，该最大孔宽度位于第三节圆22上，第三节圆22位于第一节圆18和第二节圆19之间。在本发明的优选实施例中，第一节圆和第三节圆之间的距离a与通风孔17的孔高度h的比由此小于/等于0.47，因此第一节圆和第三节圆之间的距离a与第一节圆和第二节圆之间的距离的比由此小于/等于0.47。通风孔17的最大宽度bmax因此更靠近第一节圆而不是第二节圆。在通风孔各自的径向外区域中，该通风孔设置有平整部23，该平整部23朝向第二节圆19定位，该平整部与外曲率半径R合并为侧向孔区域。
通风孔相对于限定孔高度h的径向平面E轴向对称。在通风孔的在孔末端21和第三节圆22上的最大孔宽度bmax之间的径向更内的孔区域中，孔边沿曲率r从窄(最小)曲率半径rmin增加到该窄(最小)曲率半径rmin的约8倍，以便然后在到最大孔宽度的过渡区域中再次减小到孔末端半径rmin的约2.5倍。因此，在通风孔的下部径向内部分中，产生近似三角形的壁形状，如以等腰三角形形状。通风孔的整体形状可以被描述为滴形或蛋形。
除了通风孔的特定形状之外，根据本发明的轮盘的设计的特征还在于位于第一节圆18的径向向内的截面区域24中的材料厚度与轮毂连接凸缘11处的材料厚度的特定的比，其中，下面解释的这个材料厚度比具有独立的创造性。特别是在图1中可以看出，轮毂连接凸缘处的材料厚度DN是基本上恒定的。在外侧邻接轮毂连接凸缘11的截面区域24中，材料厚度DA连续地减小到小于轮毂连接凸缘处的材料厚度DN的0.46，其中，大致在从轮毂连接凸缘11到内截面区域24的过渡部和第一节圆18之间的中间达到该最小材料厚度DA。从该中间，厚度再次增加到值D1，值D1然后在第一节圆18处达到轮毂连接凸缘处的材料厚度DN的至少50％，并且优选地，值D1在第一节圆18处大于轮毂连接凸缘处的厚度DN的0.54倍。通过将位于第一节圆18的径向向内的截面区域24中的材料厚度减小到小于轮毂连接部的厚度DN的一半，实际上小于轮毂连接部的厚度DN的46％，轮盘10的该部分中的应力被最小化，并且令人惊讶的是，与已知车轮相比，在重量减小的情况下实现了车轮的特别好的稳定性。具有比已知车轮中的孔更大的横截面的通风孔17的特定设计还显著地有助于在不会不利地影响车轮或车轮的轮盘的稳定性的情况下减小重量。
图3示出了车辆车轮25，该车辆车轮25有利地配备有上面描述的轮盘10。用于车辆车轮25的车轮轮辋14具有内轮辋凹形基座26、两个轴向外轮辋肩部27以及轮辋凸缘28，该轮辋凸缘28在轮辋14的外轮辋部和内轮辋部上对外轮辋肩部27定界。用于轮盘的盘边沿13的连接区域15布置在轮辋凹形基座26和外轮辋肩部27A之间。盘边沿13在该盘边沿13的圆周上方的连接区域的内侧以已知的方式被焊接到轮辋。圆周的、相对低的***部29形成在连接区域15和外轮辋肩部27A之间，该***部如已知的例如在轻快转弯期间防止安装在轮辋上的轮胎意外地滑入轮辋凹形基座。
Claims (13)
1.一种用于盘式车轮的轮盘，所述盘式车轮特别是用于商用车辆，所述轮盘具有至少基本上径向延伸的轮毂连接凸缘(11)，并且所述轮盘具有基本上圆柱形的盘边沿(13)，所述盘边沿(13)能够连接到轮辋(14)，并且所述轮盘具有在所述盘边沿(13)和所述轮毂连接凸缘(11)之间延伸的过渡区域(16)，其特征在于，所述过渡区域(16)设置有分布在圆周上的通风孔(17)，其中，所述通风孔(17)在径向方向上从更靠近所述连接凸缘(11)定位的第一内节圆(18)延伸到更靠近所述盘边沿(13)定位的第二外节圆(19)，其中，所述过渡区域(16)在所述轮毂连接凸缘(11)和所述径向内第一节圆(18)之间延伸的第一截面区域(24)中在径向截面中具有材料厚度(DA)，所述材料厚度(DA)相对于所述轮毂连接凸缘(11)的材料厚度(DN)减小至少30％；和/或其中，所述通风孔(17)具有孔区域，所述孔区域具有在盘周方向上从所述径向内第一节圆(18)朝向所述径向外第二节圆(19)增加的孔宽度(b)。
2.根据权利要求1所述的轮盘，其特征在于，所述截面区域(24)中的所述材料厚度(DA)与所述轮毂连接凸缘(11)的所述材料厚度(DN)的比至多为0.6，优选地不大于0.5，并且特别地小于0.46。
3.根据权利要求1或2所述的轮盘，其特征在于，所述过渡区域(16)在所述第一节圆(18)处的材料厚度(D1)为所述轮毂连接凸缘(11)的所述材料厚度(DN)的至少50％。
4.根据权利要求3所述的轮盘，其特征在于，所述第一节圆(18)处的所述材料厚度(D1)与所述轮毂连接凸缘(11)处的所述材料厚度(DN)的比大于0.54。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的轮盘，其特征在于，所述通风孔(17)的最大孔宽度(bmax)是在所述径向方向上测量的所述通风孔(17)的孔高度(h)的至多85％，优选地至多80％。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的轮盘，其特征在于，所述通风孔(17)的最大孔宽度(bmax)位于所述第一内节圆(18)和所述第二外节圆(19)之间的第三节圆(22)上，其中，所述第三节圆(22)和所述第一节圆(18)之间的距离(a)至多等于所述第二节圆(19)和所述第三节圆(22)之间的距离，并且优选地小于所述第二节圆(19)和所述第三节圆(22)之间的距离。
7.根据权利要求6所述的轮盘，其特征在于，所述第一节圆(18)和所述第三节圆(22)之间的所述距离(a)与所述通风孔(17)的所述孔高度(h)的比小于/等于0.48，并且特别地小于/等于0.47。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的轮盘，其特征在于，所述通风孔(17)具有近似滴形或蛋形的基本形状并且具有孔末端(21)和平整部(23)，所述孔末端(21)朝向所述第一内节圆(18)指向、具有窄曲率半径(rmin)，所述平整部(23)朝向所述第二外节圆(19)定位、具有第二曲率半径(R)。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的轮盘，其特征在于，所述通风孔(17)分别相对于限定所述孔高度(h)的径向平面(E)轴向对称。
10.根据权利要求8和/或9所述的轮盘，其特征在于，所述通风孔(17)在所述通风孔(17)的孔末端(21)和所述通风孔(17)的最大孔宽度(bmax)之间具有孔边沿曲率(r)，所述曲率从所述孔末端(21)的所述窄曲率半径(rmin)开始增加到所述孔末端半径(rmin)的至少6倍，优选地大于所述孔末端半径(rmin)的8倍。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的轮盘，其特征在于，在到所述最大孔宽度(bmax)的过渡区域中，所述孔边沿曲率(r)是所述孔末端(21)的所述窄曲率半径(rmin)的大致1.5倍至3倍，优选地大于所述孔末端(21)的所述窄曲率半径(rmin)的两倍。
12.一种盘式车轮，特别是用于商用车辆的盘式车轮，所述盘式车轮具有轮辋(14)和基本上圆柱形的连接区域(15)，所述轮辋(14)具有内轮辋凹形基座(26)和两个轴向外轮辋肩部(27)以及轮辋凸缘(28)，其中所述轮辋凸缘(28)在所述轮辋(14)的外轮辋部和内轮辋部处对所述外轮辋肩部(27)定界，所述连接区域(15)布置在所述轮辋肩部(27)中的一个和所述轮辋凹形基座(26)之间，根据权利要求1至11中的任一项所述的轮盘的所述盘边沿(13)连接到所述连接区域的内侧，特别地焊接到所述连接区域的内侧。
13.根据权利要求12所述的盘式车轮，其特征在于，圆周的***部(29)布置在所述连接区域(15)和与所述连接区域(15)相邻的所述轮辋肩部(27A)之间。
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