DuPontâ„¢ Technische Kunststoffe Allgemeine Konstruktionsprinzipien

5 – Konstruktionsbeispiele
Neue Radkonstruktionen
Rotierende Kunststoffteile – Zahnräder, Radscheiben, Walzen,
Nocken, Drehscheiben usw. – waren lange Zeit eine Hauptstütze
der Industrie. Erst kürzlich hat man die konstruktiven
Möglichkeiten von Kunststoffen für größere rotierende Teile
wie Fahrrad-, Motorrad- und sogar Automobilräder erkannt.
Da die Art der Beanspruchung grundverschieden sein kann,
erscheint es angebracht, einige der Gesichtspunkte zu erörtern,
die bei der Konstruktion eines Rades aus Kunststoff berücksichtigt
werden müssen – insbesondere im Bereich der Felge
und der Radscheiben oder Speichen.
Rad- und Speichenkonstruktion
Vom Standpunkt des Spritzgießers aus gesehen müßte das
ideale Rad eine überall gleichmäßige Wandstärke haben, um
die Füllung zu erleichtern und eine gleichmäßige Abkühlung
im Werkzeug zu gewährleisten. Anstelle von Speichen
würde der Bereich zwischen Nabe und Felge aus einer massiven
Radscheibe bestehen, um einen symmetrischen Fluß
der Kunststoffschmelze zur Felge zu ermöglichen und Bindenähte
an der Felge auszuschließen. In der Tat haben derartige
Räder kommerzielle Anwendung gefunden, wenn auch
mit leichten Veränderungen im Interesse einer verbesserten
Struktur. Das Rad und die Radscheibe, die in Abb. 5.01
gezeigt werden, sind ein typisches Beispiel einer solchen
Konstruktion. Die Radscheibe aus DELRIN ® Polyacetal mit
114 mm Durchmesser ersetzt ein Druckgußteil bei niedrigeren
Kosten und geringerem Gewicht.
Die Radscheibe ist zwar massiv; die axiale Stabilität wird
aber vor allem durch die gewellte Oberfläche bewirkt.
Diese Radscheibenform wurde gegenüber einer radialen
Verrippung bevorzugt, weil sie die mit einer Verrippung
verbundene größere Wandstärke (Abb. 5.02) und die darauf
beruhende radial unterschiedliche Schwindung vermeidet;
außerdem wird die Gefahr von Lufteinschlüssen während
des Spritzgießens vermindert.
Sind Speichen erforderlich – zum Beispiel, weil die Seitenwindlast
kritisch oder eine minimale Oberfläche wünschenswert
ist – sollte sorgfältig darauf geachtet werden, wieviele
Speichen und welche Wanddicke vorgeschrieben werden und
wie die Verbindungsstelle der Speiche mit der Felge und der
Nabe ausgelegt wird. Je höher die Zahl der Speichen, desto
besser. Wenn zum Beispiel fünf Speichen mit der zweifachen
Wanddicke der Nabe und der Felge verwendet würden, könnten
die unterschiedlichen Schwindungen die Felge unrund
werden lassen. Hingegen würden zehn Speichen der gleichen
Wanddicke sowohl die erforderliche Festigkeit als auch eine
gleichmäßige Schwindung gewährleisten.
Je kleiner im übrigen der Abstand der Speichen an der Felge
ist, desto geringer ist die unterschiedliche Festigkeit der rotierenden
Felge. Da die Verformung der Felge sich mit der dritten
Potenz der Entfernung der Speichenstützpunkte verändert,
reduziert eine Verdopplung der Speichen die Verformung
eines gegebenen Felgenquerschnitts um den Faktor acht.
Die Wanddicke der Speiche sollte zwischen Nabe und Felge
konstant sein, um eine ausgeglichene Kühlung sicherzustellen.
Die Speichenkanten sollten zur axialen Verstärkung
zusätzlich verrippt werden, um eine minimale Änderung des
Wandquerschnitts zu erzielen (Abb. 5.03).
Speichen sollten in ihren Konturen der Nabe und der Felge
angepaßt werden, um das Fließverhalten beim Spritzgießen
zu verbessern und die Spannungskonzentration am Verbindungspunkt
zu reduzieren. Das ist besonders an der Felge
wichtig, weil eine solche Konturanpassung die Felge verstärkt
und so deren Verformung unter Last verringert.
Eine dreieckförmige Auskehlung verstärkt
die Festigkeit einer Radscheibe
aus DELRIN ® (vorn) und senkt ihre Kosten
gegenüber verzinkten Radscheiben um
90%.
Abb. 5.01 Neue Radkonstruktionen
Übliche Rippenkonstruktion
mit erheblich
vergrößerter Wanddicke
an den Schnittpunkten.
Versetzte Rippenanordnung
mit geringfügig
vergrößerter Wanddicke
an den Schnittpunkten.
Abb. 5.02 Radscheiben mit Verrippung
Abb. 5.03 Speichenformen
Axiale Stabilität wird bei diesem Rad
aus Polyamid durch die gewellte
Form der Radscheibe erzielt.
Gewellte Rippenkonstruktion
mit minimaler
Veränderung der
Wanddicke.
empfehlenswert
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