CN104023953A - 由纤维复合材料制成的车轮和其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由具有无中断纤维的纤维复合材料制成的单件式车轮及其制造方法，所述车轮具有优异的机械性质与低重量。此处所述车轮特别是包括轮辋基体及延伸至所述轮辋基体的轮辋凸缘的轮盘。所述轮盘是至少部分地由纤维层形成的，所述纤维层从所述轮辋基体延伸经过轮辋凸缘和所述轮盘。所述车轮是使用多部件模具制造的，所述多部件模具包括至少在轴向方向上可移动的部件。所述纤维一被适当地放置，所述模具就被完全移除或作为失芯保留于所述车轮中。

Description

由纤维复合材料制成的车轮和其制造方法

技术领域

本发明涉及由无纤维中断的纤维复合材料制成的单件式车轮及其制造方法。

背景技术

从现有技术已知在车辆的制造中、尤其是在备件和性能部件的制造中使用轻质材料。将轻金属例如铝和镁用于主体部件及小部件不仅是在赛车中或者对于小型系列来说，而且同时在面向大众的产品中，均已被广泛地接受。另外，因为纤维复合材料的优异的重量与机械性质的比率，因此其近来已经变得越来越重要。

为了使由纤维增强塑料制成的组件可以最佳地吸收作用于它的多种应力，其也应当含有具有多重定向的增强纤维，因为它们可以吸收这些力，尤其是纵向的力。另外，由理想地穿过整个组件的连续纤维层组成的纤维增强塑料制成的组件已经证明是成功的。

在具有复杂的形状且具有高应力的组件例如车轮中，对于纤维增强组件的内部结构的这些要求到目前为止仍未总是得到满足。这是以下事实的结果：从现有技术已知没有可以沉积对应于车轮的几何形状的连续纤维的制造车轮的方法。

因此，在现有技术中，在注射模塑中发现了特别是制造车轮的方法，其中仅使用了非常短的增强纤维，这有利于组件的可成形性。另一种可能性是使车轮具有多部件设计，其中单个部件的简单几何形状允许从长纤维增强塑料构造所述单个部件。

在US3,917,352A中描述了由纤维增强塑料制成的车辆车轮及其制造方法。在这种情况下，车轮具有单件式设计且包含轮辋槽与轮盘两者。所述车轮是通过围绕模具的两个半部缠绕织物管制造的，其中所述轮盘可借助于围绕凹槽进行缠绕来形成。然而，在缠绕期间并没有以形状锁合方式充分地发生纤维沉积；因此，织物管必须另外用织物带或长丝缠绕。并未公开已经在纤维层沉积期间形成轮盘。

DE4223290B4的主题是复合的合成树脂车轮，所述车轮由多个部分铸造部件组成且其轮盘直接穿入一个轮缘中。所述部分铸造部件在其连接表面上具有相应的螺纹部分，使得它们可以借助于螺旋连接接合在一起。每个单独的部分铸造部件均由短纤维增强塑料组成，因此根据该公开的公开内容从无纤维中断的连续纤维构造此类轮辋是不可能的。由于复合的合成树脂车轮的结构，因此必须考虑尤其在部分铸造部件的连接点处的机械弱点。

DE10006400A1公开了至少部分地由纤维增强塑料组成的盘式车轮及其制造方法。在这种情况下，所述盘式车轮优选由金属轮辋槽及至少部分地由单向纤维SMC[片材模塑化合物]组成的轮辋槽组成。所述轮盘和轮辋槽实体连接或以形状锁合方式或借助于具有不同作用的紧固构件彼此连接。在形状锁合的优选情况下，轮盘具有与轮辋槽中的多个孔对应的多个销状凸起。仅利用纤维增强件构造此类紧固构件可能非常困难且因此所述紧固构件通常具有低的纤维体积百分比。因此，必须认为与由纤维复合材料构造的单件式组件相比，所公开的盘式车轮的机械性能降低。在该公开中并未描述盘式车轮的这种单件式设计。

US4,721,342A公开了具有基本上为三部件设计的纤维增强塑料车轮。具体来说，车轮的由纤维材料组成的轮盘是单独构造的并且实体连接到两个内部空心圆筒状的纤维材料层。由于首先在固结过程中连接所述两个空心圆筒状纤维层与形成轮盘的纤维层，因此使得在纤维沉积期间纤维层彼此固定的费用昂贵。此外，必须认为与所述组件的剩余部件相比，单个部件在连接点处的机械性能降低。

US2005/0104441A1中公开了由复合材料制成的基本上为两部件的纤维增强车辆车轮。所述车辆车轮由纤维增强轮辋槽及纤维增强轮盘组成，其只要可以首先在固结过程中，则实体且以形状锁合方式彼此连接。因此，在所公开的车轮中，准确地说在从轮盘到轮辋槽的尤其受到应力的过渡区域中，也没有所述轮辋的纤维增强件。根据该公开，所述轮辋槽和所述轮盘的预成型件一直是彼此分开制备的；因此，在该公开中并未公开无纤维中断的具有单件式设计的车辆车轮。

DE102004028841A1和DE10302997A1中公开了其中轮盘穿入外轮缘中的轻金属车轮。此外，所述车轮可在外轮缘的底切区域中具有空腔，因此应该获得了特别好的稳定性。在该公开中并未公开由纤维复合材料制成的此类车轮的设计。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点并提供由纤维复合材料制成的车轮，所述车轮同时具有优异的机械性质与低重量，并且制造起来简单且节约成本。

本发明的目的是通过主权利要求及权利要求11的特征实现的。本发明的优选变体示于相关从属权利要求中。

发明详述

根据本发明的车轮有利地具有如下的形状，其最大程度地对应于机动车辆的一般车轮的形状。对于轮胎的安装，所述车轮具有在两侧上由轮缘限定的轮辋槽。对应于在机动车辆上安装状态下轮辋的定向，在背离所述车辆的侧面上的外轮缘与面对所述车辆的侧面上的内轮缘之间进行区别。然而，由于多用途车辆的两个轮胎通常是由轮盘彼此面对的车轮形成的，因此第一和第二轮缘的名称在下文用作一种可选方案。在轮缘之间，轮辋槽具有槽，车轮在其区域中具有小于轮缘处的周长。将轮缘之间的中心指定为轮辋中心。然而，槽本身可具有对于本发明来说不太重要的其它设计，例如隆起或轮辋肩。

另外，根据本发明的车轮具有用于将车轮连接到轮毂或车轮悬架的轮盘。作为可选方案，也可仅借助于凸缘来形成轮盘，其借助于螺栓连接或甚至借助于内轮盘元件的齿状结合、尤其以形状锁合方式紧固到所述凸缘上(也可尤其借助于车轮轮辐或车轮轮辋来形成所述轮盘)。在这种情况下，内轮盘或车轮轮辐然后将与轮毂或车轮悬架建立连接。因此，轮盘代表了从轮轴或轮毂径向延伸到空心圆筒状轮辋槽的连接表面，其在此处以一定角度定位。这种角度可为直角、锐角或钝角。另外，既出于美学原因，也出于功能原因，尤其是强度的增加，所述轮盘可具有成型的形状。

此外，优选将轮盘设计成车轮轮辐，其中所述径向延伸的连接表面具有开口，例如使得限定数量的辐条代表了轮毂与轮辋槽之间的连接。

在根据本发明的车轮中，轮盘穿入轮缘中，因此由轮辋槽形成的空心圆筒具有单侧顶表面。轮盘位于轮辋槽、轮缘的轴向最外点处，且从那里在轮辋槽或车轮的旋转轴方向上径向向内延伸。

根据本发明，车轮是由具有嵌入硬质或热塑性基质材料中的增强纤维的纤维复合材料制成的。碳、纤维玻璃或芳族聚酰胺纤维被优选用作增强纤维。

所述车轮，即所述轮盘和轮辋槽，具有由纤维复合材料制成的单件式设计。在这种情况下，所述增强纤维优选作为呈层形式的连续纤维布置于轮盘与轮辋槽中的纤维层中，且至少一些数量的纤维不中断地延伸于轮盘与轮辋槽之间。由于所述纤维层优选由连续纤维形成，因此所述纤维层于至少一些纤维的方向发生反转的反转点处穿入彼此之中。所述反转点优选位于单件式轮辋的外周上，即一方面在轮缘上，而另一方面在轮盘的内界限上，该内界限是所谓的轮毂孔。有利地，所述纤维层在固结状态下在这些反转点处具有增加的稳定性，因此在尤其受到应力的区域，例如车轮连接和轮缘处有利地实现了车轮的单位强度。

为了局部增强的目的，也可以在轮辋或轮盘的其它区域中提供纤维层的反转和因此连接穿入彼此之中。

因此，所述纤维层优选至少部分地不中断地从轮辋槽延伸经过一个、尤其是外轮缘进入轮盘中。术语“部分地”在此处描述并非所有纤维层，而是至少一个这样的纤维层延伸。还可以具有仅在轮辋槽中或仅在轮盘中延伸的纤维层。

取决于制造方法，所述纤维层可由编织物、织物、网状织物或稀松布组成。尤其优选地，所述纤维层是由编织的连续纤维制成的。

另外，在形成为车轮轮辐的轮盘的制造中，一个或多个层可仅沉积于车轮圆周的部分上。这些沿圆周不完全地沉积于各区域中的纤维层在轮辋槽与轮毂之间形成分离的弧状连接。这些纤维层尤其优选纺织补片或稀松布。

由于所述纤维层、优选其数量中的至少一些在轮辋槽与轮盘之间不中断地延伸，因此这些纤维层在轮缘中与轮盘连接的区域中的延伸或定向上也有变化。所述纤维层在轮辋槽中作为空心圆筒的外径向限制或护套表面的区域中，绕着由轮毂限定的旋转轴以旋转对称模式定向。其优选形成一个在另一个之上径向布置的多个层。所述纤维层在轮盘的区域中在轴向方向上基本上布置成一个在另一个之上。此处基本上是指，可出于光学设计或改进力的吸收的原因，而出现与其中连接轮缘所位于的平面呈最高达15°的凸起、构造件或斜坡。为了使所述纤维层可在轮辋槽和轮盘中不同定向，使至少一些纤维层在连接轮缘的区域中径向向内弯曲。

由于从至少部分地共有的连续纤维构造轮辋槽和轮盘，因此有利地形成了具有以高强度连接的轮盘的车轮，其中将作用于轮盘上的力和力矩最佳地传递到所述轮辋槽。因此，所述车轮与多部件轮辋设计相比，尤其在轮盘与轮辋槽的连接区域中具有更高的稳定性。由于根据本发明的纤维在轮辋槽的轴向最外点处径向向内弯曲，因此在轮缘的区域中发生了所述纤维层的定向变化。为了实现其功能，即轮胎在轮辋槽上的横向稳定化，这种轮缘比轮辋槽具有更大的径向延伸。为了在圆周上实现这种变化，轮辋槽的纤维层优选在这种轮缘的轴向向内指向的侧面处在几乎径向方向上向外定向。由于所述纤维层在轮盘的区域中径向向内弯曲，因此在这种轮缘处还发生了所述纤维的定向反转，但在彼此之上沉积的纤维层没有穿入彼此之中。有利地，所述纤维层在固结状态下在这种反转点处还具有增加的稳定性，因此还在受到高应力的轮缘处实现了增加的强度。

此外，优选作为用于紧固到内轮盘或车轮轮辋的凸缘径向向内弯曲的所述纤维层的设计。为此，所述径向向内弯曲的纤维层在径向方向上比完全轮盘的设计具有更短的延伸。因此，所述纤维层形成了位于轮缘处的主要径向向内定向的边缘。尤其优选地，所述凸缘具有用于紧固轮盘或车轮轮辐的构件。这些构件要么已经在制造过程期间整合于凸缘中，要么在轮辋固结后插入，例如穿过孔。

所述径向向内弯曲的纤维层优选布置成使得由其形成的轮盘要么周向地、即作为适当意义上的整盘存在，要么以单独的圆盘分段的形式、即作为车轮轮辐存在。在单独的圆盘分段的情况下，尤其优选从其宽度和径向延伸两方面有差异地形成这些圆盘分段。

在作为呈轮辋槽与轮毂或车轮悬架之间的弧状连接形式的车轮轮辐径向向内弯曲的纤维层设计中，所述纤维层在轮盘径向向内延伸的平面上具有开口，所述开口在径向方向上从轮缘最大地延伸到轮毂或车轮悬架。另外，所述开口可具有垂直于径向方向的任何尺寸，只要仍然通过径向向内弯曲的纤维层在轮辋槽与轮毂之间形成足够稳定的连接即可。

连续纤维在单独纤维层内的定向可在不同纤维层之间变化。优选地，轮辋槽区域中的纤维层的连续纤维相对于车轮的轴向方向的角度不同于轮盘区域中的连续纤维相对于车轮径向方向的角度。此处，轮辋槽中纤维的定向首先由希望的轮辋槽的机械性质确定。纤维层的径向向内弯曲的区域中连续纤维的定向用于制备对轮辋槽具有最佳力传递的高强度轮盘。

轮辋槽区域中纤维层的连续纤维相对于轮辋的轴向方向具有0°至±90°、优选±3°至±87°、更优选±30°至±70°的纤维角度。当使用合适的纺织半成品，例如单向管或具有填充纱线的编织物(相对于车轮的轴向方向具有纤维角度0°)时，连续纤维相对于车轮的轴向方向的角度可有利地为±0°至±90°。连续纤维在轮辋槽的不同纤维层中的角度变化是尤其优选的，因为由此有利地实现了对变化的应力更好的抗性。因此，其纤维几乎平行于车轮轴向方向定向的纤维层尤其可吸收横向作用于轮缘上的冲击应力。其连续纤维几乎垂直于车轮的轴向方向定向的纤维层可有利地吸收在加速或制动过程期间发生的扭转力。

轮盘的区域中纤维层的连续纤维相对于车轮的径向方向具有±3°至±87°、优选±10°至±80°、更优选±20°至±75°、更优选±30°至±70°的纤维角度。当使用纺织半成品时，连续纤维相对于轮辋的径向方向的角度还可为±0°至±90°。从轮毂传递到轮胎的力矩对车轮施加的应力小于在驾驶通过坑洼或不平处期间存在的冲击应力。由于纤维几乎在车轮的径向方向上排列，因此这些脉冲状应力可通过轮盘尤其好地传递到轮毂或车轮悬架。优选通过彼此具有不同定向的不同纤维层的纤维实现甚至更好的车轮稳定性。

此外，优选对应于所预期的机械应力对根据本发明的轮辋槽的单独层中纤维的延伸进行调适。此处，主要根据预期在尤其受到应力的位置处，通过设置纤维的定向、通过调适层厚度及任选地通过在纤维层之间插入另外的纺织嵌体，进行所述调适。此外，轮辋槽或轮盘的特定区域中可由于纤维沉积的反转点位置的设置而发生增强纤维沉积。

在尤其优选的实施方案中，根据本发明的车轮的轮盘具有用于将车轮紧固到轮毂的部分。这种部分的特征可在于纤维层相对于车轮的径向方向的特殊定向，例如在定心表面中。此外，所述部分可含有紧固构件，例如螺栓孔或中心闭合件。

此外，根据本发明的车轮优选在连接到轮盘的轮缘与轮辋槽、尤其是槽之间的轴向区域中，或在轮缘的连接到轮盘的底切区域中，具有至少完全或部分周向的空腔。这种空腔优选完全由纤维层限定，其中尤其优选地，通过轮盘形成所述空腔的轴向外界限，所述空腔的径向内界限穿入轮辋槽、尤其是槽中，且通过轮辋槽在朝向轮辋中心的方向上从轮缘且尤其一直到所述槽的轮廓形成所述空腔的径向外界限。如果所述空腔仅为部分周向的，那么另外的界限位于单独空腔之间。所述空腔的这种设计有利地同时导致空心轮廓区域中的强度增加和低的剩余重量。此外，在内部径向限定空腔的纤维层代表了轮辋车轮与轮盘的另外连接。由于此处连续纤维没有经历几乎完全的方向反转，因此这种连接有利地导致了轮盘与轮辋槽之间更好的力传递。

此外，至少一个完全或部分周向的失芯优选整合于轮缘的连接到轮盘的底切区域中。与已经描述的空腔一样，这种失芯可完全或者仅部分由纤维层限定。如果所述至少一个失芯部分地由纤维层限定，那么借助于轮盘形成所述空腔的轴向外界限，并且借助于轮辋槽在轮辋中心的方向上从连接到轮盘的轮缘且尤其一直到所述槽的轮廓形成所述空腔的径向外界限。然后借助于形状锁合连接或实体连接，例如借助于使用粘合剂或借助于固结，来实现所述失芯的粘附。如果仅部分周向的芯是整合的，那么另外的界限可位于单独芯分段之间。所述失芯优选由塑料、泡沫塑料或金属材料组成。由于失芯的整合，因此有利地在轮缘的连接到轮盘的区域中增加了轮辋的强度。在作为凸缘径向向内弯曲的纤维层的设计中，优选在所述芯中整合了用于紧固轮盘或车轮轮辐的构件。

此外，本发明的主题是制造由纤维复合材料制成的车轮的方法。

根据本发明，此处使用多部件芯模具。这种多部件芯模具包括其径向限制表面对应于待制造轮辋的轮辋槽的轮廓的圆筒状轮辋槽芯。另外，轮辋槽芯的轴向限制表面对应于待制造车轮的轮盘的轮廓。辅助芯，其在轴向方向上、尤其沿着芯模具的旋转对称轴可移位且在径向方向上大致结束于轮辋槽芯，其辅助芯与所述轮辋槽芯可拆卸地连接，在该轴向限制表面处连接到所述轮辋槽芯。

将至少一层纤维材料沉积于这种芯模具上，使得所述纤维以形状锁合方式沉积于所述芯模具的圆周上且在轴向方向上沉积于所述轮辋槽芯和所述辅助芯上。因此，所述芯模具的径向限制表面被纤维材料以管状方式包围。在根据本发明的方法中借助于通过用编织带或压平的圆形编织物缠绕所述芯模具和/或通过用编织长丝编织所述芯模具，在所述芯模具上覆盖多轴稀松布、稀松布切割物或织物层，将所述纤维材料沉积于所述芯模具上。

在将所述纤维沉积于多部件芯模具上后，从所述轮辋槽芯移除所述辅助芯，且尤其是在背离所述轮辋槽芯的轴向方向上移位，其中所述辅助芯的这种移动一直发生到其被从以管状方式沉积在所述辅助芯上的纤维材料中完全取出为止。因此，形成了管状纤维材料的凸出到所述轮辋槽芯上方的末端。

在下一处理步骤中，使预先沉积于所述辅助芯上的纤维材料在径向方向上向内弯曲并且与所述轮辋槽芯的轴向限制表面形成为单件。因此，发生了连续纤维的形状锁合沉积，所述连续纤维还以形状锁合方式位于所述轮辋槽芯的径向限制表面上，在其面上反映轮盘的轮廓。因此，产生了由连续纤维制成的包含轮辋槽和轮盘的纤维预成型件，其以形状锁合方式与轮辋槽芯形成为单件，且具有待制造的轮辋的轮廓。

在所述方法的同样优选的实施方案中，将所述纤维材料仅沉积于所述轮辋槽芯沿着其整个圆周的区域中。另一方面，在辅助芯的区域中，沿着轮辋槽芯的圆周不完全地沉积纤维层。借助于使这些不完全沉积的纤维层径向向内弯曲，产生了设计成车轮轮辐的轮盘。优选在纤维层沿着轮辋槽芯的圆周的不完全沉积中使用纺织补片或稀松布。

为了制造由纤维复合材料制成的实际车轮，将沉积于轮辋槽芯上的纤维预成型件插入到多部件、优选金属外模具中。一旦插入预成型件，就将所述外模具封闭，并且利用硬质或热塑性基质材料使所述纤维材料固结。在这种情况下，将所述基质材料优选注入到具有限定压力和限定温度的模具中。在所述模具中，在限定的时段期间，优选在限定的压力-温度条件下，通过将所述基质材料与纤维预成型件粘结，使所述纤维复合材料固结。在所述基质材料固化后，从外模具移除完成的车轮，所述车轮包含与所述基质材料形成为单件的轮辋槽和轮盘。实际上在固结中将使用的压力和温度的参数取决于所用的材料。由于这些材料来自现有技术，因此这些参数为所属领域普通技术人员已知。

在优选实施方案中，在纤维沉积期间将热塑性或硬质粘结剂添加到所述纤维中。这可以例如以粉末形式进行，而且还可以通过使用浸渍纤维进行。在纤维沉积后，接着使纤维预成型件预固结。在热塑性粘结剂的优选应用中，这可以例如以技术简单且节约成本的方式利用热风鼓风机来实施。在预固结后，然后可从所述纤维预成型件中移除所述芯模具。在稍后的时间点，然后将所述纤维预成型件插入到所述固结模具中并且然后使所述车轮固结。这种步骤提供了多个优点。因此，仅明显更低数量的成本非常集约的芯模具必须在连续生产的架构内保留在手边。由于固结模具处的必要密封线数量低于插入具有芯模具的预成型件，因此这具有明显更简单的设计且因此也是成本效益好的。尤其地，在这种实施方案中可以实现纤维沉积与固结的分离。

在所述方法的可选实施方案中，将具有芯模具的纤维预成型件插入到固结模具中。在这种实施方案中，在纤维沉积期间有利地不必添加粘结剂。

优选在根据本发明的方法中使用RTM，树脂转移模塑，由塑料制成或优选由金属材料制成的模具。优选通过优选布置在团块中的一个或多个树脂注射端口以线性方式或以通道形方式将所述基质材料注入所述模具中。

在根据本发明的方法的优选实施方案中，管状纤维材料的弯曲和形成为单件借助于辅助芯而发生于轮辋槽芯的轴向限制表面上。在这种情况下，这种辅助芯在其被从在轴向方向上沉积于其上的管状纤维材料中移出后，在轮辋槽芯的方向上再次轴向地移动返回。借助于所述辅助芯的轴向限制表面，所述连续纤维因此与所述轮辋槽芯的轴向限制表面形成为单件。在这种情况下，将指向彼此的轮辋槽芯和辅助芯的轴向限制表面优选设计成理想形状的对应件，以便可因此有利地实现尤其是具有尽可能少的气穴的形状锁合和一致的纤维位置。同样优选的是辅助芯的径向限制表面的特殊设计，因此有利地实施了已经适应所期望轮盘几何形状的纤维材料的沉积。因此在实心辅助芯的情况下，仅在背离轮辋槽芯的方向上才有可能减小圆周，因为否则不能在这个方向上从纤维材料取出辅助芯。

同样优选地，将所述辅助芯设计成可以以可变方式设置其体积。因此，也可在背离轮辋槽芯的方向上减小辅助芯的圆周。如果辅助芯在纤维材料的沉积中具有这样的形式，那么在从管状纤维材料中将其取出前使其体积适当地减小。这样的辅助芯优选具有在背离轮辋槽芯的方向上逐渐变细的圆锥形轮廓。因此，沿着这个方向有利地沉积较少的纤维材料，这在纤维材料在轮辋槽芯的轴向限制表面上弯曲和形成为单件期间有利地减少了所述纤维材料的折叠形成。另外，径向限制表面尤其优选在背离轮辋槽芯的方向上具有逐渐减小的圆周。这可以有利地使所述纤维与轮辋槽芯的反映轮盘定心表面的轴向限制表面尤其形状锁合形成为单件。这样的辅助芯优选在其体积上可膨胀以用于可控变化，或设计成可填充流体，或设计成弹性的和可稳定的。

此外，所述轮辋槽芯本身还优选具有多部件、尤其是两部件设计，且尤其由第一部件和第二部件组成。此处，所述轮辋槽芯的所述第一部件在轮缘的未连接到轮盘的区域中和槽的区域中反映待制造轮辋的轮辋槽的轮廓。所述轮辋槽芯的所述第二部件则在连接到轮盘的轮缘的底切区域中，即尤其是从该轮缘一直到槽的起点，反映所述轮辋槽的轮廓。此处将所述轮辋槽芯的两个部件优选设计成与彼此形状锁合且与彼此可拆卸地连接。特别地，可将所述轮辋槽芯的所述第二部件以圆环形式推挤或压制到所述轮辋槽芯的所述第一部件上，或可将其以单独圆形分段形式安装于所述第一部件上。为此，尤其优选地，所述轮辋槽芯的所述第一部件具有用于所述轮辋槽芯的所述第二部件的安装表面、尤其优选紧固构件，且因此与单件式轮辋槽芯一样，在待制造车轮的轮辋槽的整个宽度上在轴向方向上延伸。在所述第二部件的所述安装表面的区域中，所述轮辋槽芯的所述第一部件尤其优选具有类似于所述槽的区域中的圆周，和/或大致为圆柱形且除了用于所述轮辋槽芯的所述第二部件的紧固构件外未轮廓化的外形。

由可与彼此可拆卸地连接的部件组成的轮辋槽芯的多部件或两部件设计，尤其有利地保证了在本发明方法中所述轮辋槽芯从纤维预成型件的可移除性。由于待制造车轮的单件式设计，因此用轮盘至少部分地封闭所述车轮的一侧。因此，可仅从相反侧移除所述轮辋槽芯。然而，在所述轮辋槽芯的单件式设计中，通过轮缘的连接到轮盘的底切区域，这是很困难的或不可能的。另一方面，在所述轮辋槽芯的两部件设计中，首先在轴向方向上从所述纤维预成型件移除所述轮辋槽芯的所述第一部件。因此，可在径向方向上从轮缘的底切区域移除所述轮辋槽芯的所述第二部件，且然后可在轴向方向上从纤维预成型件容易地移除所述第二部件。

为了可以实现所述轮辋槽芯从所述纤维预成型件的可移除性，优选单件式或多部件轮辋槽芯的其它实施方案。将这种轮辋槽芯优选设计成分段的，其中尤其优选地可使形成所述轮辋槽芯的所述第二部件的分段凹陷到所述轮辋槽芯的所述第一部件中。同样优选的是轮辋槽芯、尤其是两部件设计中的第二部件的可膨胀实施方案，或所述芯可填充流体。这也有利地可以实现轮辋槽芯的可移除性，其中在所述纤维材料沉积后，其体积减小。另外，同样优选的是如下的轮辋槽芯，其被设计成弹性的和可稳定的，且例如由弹性外芯，例如弹性塑料组成，其通过在用于沉积纤维的轮辋槽芯的第一部件中进行充分地推挤来进行稳定。此外，当尤其以材料相关方式施加所述轮辋槽芯的所述第二部件时，可有利地实现所述轮辋槽芯的可移除性，使得其作为失芯保留于所述轮辋中或可由于介质或热的作用而收缩或溶解。

在尤其优选的实施方案中，首先仅使用由所述辅助芯和所述轮辋槽芯的所述第一部件组成的芯模具来实施根据本发明的方法。在这种情况下，尤其优选使用在径向方向上、尤其在所述槽的水平下大致结束于所述轮辋槽芯的所述第一部件的辅助芯。因此，如已经描述的，所沉积纤维材料的弯曲和其与所述轮辋槽芯的所述第一部件的反映轮盘轮廓的轴向限制表面形状锁合形成为单件。然后，将所述轮辋槽芯的所述第二部件紧固到所述轮辋槽芯的所述第一部件和沉积于其上的纤维层上，使得所述第二部件在它们的轴向外界限表面上结束于所述第一部件和沉积于其上的纤维层。尤其优选地，使用推挤到所述轮辋槽芯的所述第一部件上的圆环作为所述轮辋槽芯的所述第二部件。为此，所述轮辋槽芯的所述第一部件优选在其外端处略呈圆锥形，且将所述轮辋槽芯的所述第二部件设计成理想形状的对应件，以便使所述轮辋槽芯[wq1]的所述第二部件上直到限定点的推挤成为可能。一旦已粘附所述轮辋槽芯的所述第二部件，就根据本发明的方法再次将纤维材料沉积于这种轮辋槽芯及辅助芯上。在这种情况下，优选使用如下的辅助芯，其在径向方向上、尤其在所述轮缘的与所述轮盘连接的水平下结束于所述芯的所述第二部件。这有利地可以使所沉积纤维材料弯曲，和其与所述轮辋槽芯的所述第二部件的反映所述轮盘轮廓的轴向限制表面及已经沉积于所述芯的所述第一部件上的所述纤维层形状锁合形成为单件。在所述沉积及形成所述纤维层后，可无问题地在轴向方向上从所述纤维预成型件移除所述轮辋槽芯的所述第一部件，然后使这种纤维预成型件在多部件外模具中固结。所述轮辋槽芯的所述第二部件优选作为失芯保留于所述轮辋中，或由于介质的作用而溶解，且然后优选通过为此提供的预成型件中的开口放出所述材料。因此，在所述轮缘的连接到所述轮盘的区域中和所述轮辋槽的区域中有利地形成了填充有失芯的空腔或未填充的空腔，这有利地增加了所述轮辋在这种区域中的强度。

附图说明

在附图中，

图1显示了借助于径向编织机在由内轮辋槽芯和第一圆柱形辅助芯组成的多部件芯模具上沉积第一层纤维材料，

图2显示了所述第一圆柱形辅助芯从沉积于其上的管状纤维材料中的轴向取出，

图3显示了内轮辋槽芯，其具有以形状锁合方式沉积于其上且与其形成为单件的第一层纤维材料，及安装于这些纤维层和所述内芯上的外轮辋槽芯，

图4显示了借助于径向编织机在由内轮辋槽芯和外轮辋槽芯及第二圆柱形辅助芯组成的多部件芯模具上沉积第二层纤维材料，

图5显示了所述第二圆柱形辅助芯从沉积于其上的管状纤维材料中的轴向取出，

图6显示了内轮辋槽芯，其具有以形状锁合方式沉积于其上且与其形成为单件的第一层纤维材料，及安装于这种纤维材料及所述内芯上的外轮辋槽芯，所述外轮辋槽芯具有以形状锁合方式沉积于其上且与其形成为单件的第二层纤维材料，

图7显示了包括轮辋槽和轮盘的轮辋轮廓的横截面，其中由纤维材料封闭的失芯位于外轮缘的区域中，

图8显示了借助于径向编织机在由内轮辋槽芯和外轮辋槽芯及圆柱形辅助芯组成的多部件芯模具上沉积第一层纤维材料，

图9显示了借助于径向编织机在由内轮辋槽芯和外轮辋槽芯及圆柱形辅助芯组成的多部件芯模具上沉积第二层纤维材料，

图10显示了所述圆柱形辅助芯从沉积于其上的管状纤维材料中的轴向取出，

图11显示了具有以形状锁合方式沉积于其上的纤维材料且与其形成为单件的内轮辋槽芯和外轮辋槽芯，

图12显示了包括轮辋槽和轮盘的轮辋轮廓的横截面，其中失芯位于外轮缘的区域中，

图13显示了包括轮辋槽和轮盘的轮辋轮廓的横截面，

图14显示了以形状锁合方式沉积于由内轮辋槽芯和外轮辋槽芯及圆柱形辅助芯组成的多部件芯模具上的纤维材料层，

图15显示了内轮辋槽芯和外轮辋槽芯，其具有以形状锁合方式沉积于其上且与其形成为单件的纤维材料层，和

图16显示了包括轮辋槽和凸缘的轮辋轮廓的横截面。

具体实施方式

下面将基于三个示例性实施方案来解释本发明。

示例性实施方案1

(图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7)

在第一示例性实施方案中，借助于具有不同直径且用作辅助芯(6a、6b)的圆柱形模具部件的编织来形成轮盘。为此，首先将所述辅助芯(6a)安装于轮辋槽芯(5)的槽区域中。在编织所述辅助芯(6a)后，在旋转对称轴(8)的方向上将其移除，并借助于覆盖将由此形成的纤维纺织物(7)施加到所述轮辋槽芯(5)上。接着借助于形状锁合安装将呈环形式的嵌体(9)安装到所编织的轮辋槽芯(5)上。所述嵌体(9)反映所述轮辋槽从槽一直到轮缘的部分轮廓。在安装另外用于固定所述嵌体(9)的辅助芯(6b)后，对所述轮辋槽芯(5)、所述嵌体(9)和所述辅助芯(6b)进行编织。在编织所述辅助芯(6b)后，在所述旋转对称轴(8)的方向上将其移除，并借助于覆盖将由此形成的管状纤维纺织物(7)施加到所述嵌体(9)和所述轮辋槽芯(5)上。因此，所述嵌体(9)由所述纤维纺织物(7)完全封闭。在所述轮辋槽和所述轮盘的区域中使用多部件金属外模具，以用于在固结期间压制所述纺织层。

示例性实施方案2

(图8、图9、图10、图11、图12、图13)

在这种示例性实施方案中，通过编织用作辅助芯(6b)的圆柱形模具部件来形成轮盘。为此，首先，借助于在轮辋槽芯(5)上进行形状锁合安装来安装嵌体(9)。所述嵌体(9)反映所述轮辋槽从所述槽一直到轮缘的部分轮廓，且被设计成环形式的失芯或用于在从金属环分段(10)固结后从所述模具中移除。在安装另外用于固定所述嵌体(9)或所述环分段(10)的所述辅助芯(6b)后，借助于编织工艺在径向编织机(1)上实施纺织预成型。在编织所述辅助芯(6b)后，在所述旋转对称轴(8)的方向上将其移除，并借助于覆盖将由此形成的纤维纺织物(7)施加到所述嵌体(9)上或施加到所述环分段(10)和所述轮辋槽芯(5)上。在所述轮辋槽和所述轮盘的区域中使用多部件金属外模具，以用于在固结期间压制所述纺织层。所述嵌体(9)在固结后保留于组件(11)中。另一方面，在固结后从所述模具移除所述环分段(10)。为此，在所述旋转对称轴(8)的方向上移除所述轮辋槽芯(5)，由此在径向方向上从所述模具移除所述环分段(10)。为了在固结期间压制纺织层，在所述轮辋槽和所述轮盘的区域中使用多部件金属外模具。

示例性实施方案3

(根据图14、图15、图16)

在这种示例性实施方案中，借助于用作辅助芯(6c)的圆柱形模具部件的编织来形成用于安装车轮轮辐或轮盘的轮盘凸起。金属环分段(10)此处反映所述轮辋槽从所述槽到轮缘的部分轮廓。在安装另外用于固定所述环分段(10)的所述辅助芯(6c)后，借助于编织工艺在径向编织机(1)上实施纺织预成型。在编织所述辅助芯(6c)后，在所述旋转对称轴(8)的方向上将其移除，并借助于覆盖将由此形成的纤维纺织物(7)施加到所述环分段(10)上。在所述轮辋槽和所述轮盘的区域中使用多部件金属外模具，以用于在固结期间压制所述纺织层。在固结后从所述模具移除所述环分段(10)。为此，在所述旋转对称轴(8)的方向上移除所述轮辋槽芯(5)，由此在径向方向上从所述模具移除所述环分段(10)。

附图标记列表

1     径向编织机

2     编织线轴

3     编织长丝

4     编织芯

5     轮辋槽芯

6a    辅助芯1

6b    辅助芯2

6c    辅助芯3

7     编织的纤维

8     旋转对称轴

9     嵌体

10    环分段模具部件

11    固结纤维预成型件

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种由纤维复合材料制成的车轮，其特别是用于机动车辆，所述车轮具有两个轮缘、布置在它们之间的轮辋槽及穿入轮缘中的轮盘，其特征在于，所述轮盘是至少部分地借助于纤维层(7)形成的，所述纤维层(7)从所述轮辋槽经过一个轮缘不中断地延伸到所述轮盘中。

2.根据权利要求1所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，将所述轮盘设计成车轮轮辐。

3.根据权利要求1所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，将所述轮盘设计成凸缘，所述凸缘具有用于紧固内轮盘或车轮轮辐的构件。

4.根据上述权利要求中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，所述轮辋槽的区域中所述纤维层(7)的连续纤维(3)相对于所述车轮的旋转轴具有±3°至±87°、优选±20°至±75°、更优选±30°至±70°的纤维角度。

5.根据上述权利要求中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，所述轮盘的区域中所述纤维层(7)的连续纤维(3)相对于所述车轮的径向方向具有±3°至±87°、优选±20°至±75°、更优选±30°至±70°的纤维角度。

6.根据上述权利要求中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，至少一个纤维层(7)的纤维(3)相对于所述车轮的旋转轴具有90°的纤维角度。

7.根据上述权利要求中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，在所述轮缘、轮辋槽、尤其所述轮辋的所述槽与所述轮盘之间的区域中，形成了完全或部分地围绕所述车轮圆周旋转以及完全由纤维层(7)限定的空腔。

8.根据权利要求7所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，所述空腔含有至少一个失芯(10)或至少一个嵌体(9)。

9.根据权利要求8所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，至少一个嵌体(9)或一个失芯(10)由泡沫、泡沫塑料或轻金属组成。

10.根据权利要求5至8中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，所述空腔是由所述轮盘、所述轮辋槽及至少一个纤维层限定的，所述纤维层直接从所述轮辋槽、尤其从所述轮辋的所述槽延伸到所述轮盘。

11.一种制造根据权利要求1至10中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于以下处理步骤：

a)制备具有圆筒状轮辋槽芯(5)和圆柱形辅助芯(6a)的芯模具(4)，所述圆柱形辅助芯(6a)与所述轮辋槽芯(5)在轴向方向上连接且可拆卸地连接，其中所述轮辋槽芯(5)的形状对应于轮辋槽、轮缘和轮盘的外区域的形状，且所述轮辋槽芯(5)的形状使得其可在所述车轮(11)固结后被移除，

b)将至少一层纤维材料(7)沉积于所述芯模具(4)上，使得纤维材料(7)管位于所述芯模具(4)和所述轮缘上，

c)移除所述辅助芯(6a)，尤其通过从由沉积于其上的纤维材料(7)制成的所述管在轴向方向上取出而移除，

d)使预先沉积于所述辅助芯(6a)上的所述纤维材料(7)弯曲，并将这种纤维材料(7)施加到所述轮辋槽芯(5)的面上，

e)在固结模具中利用基质材料使所述纤维材料(7)固结，和

f)从所述固结模具中移除所述车轮(11)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于

-在步骤b)中，在所述沉积期间将粘结剂另外添加到所述纤维材料(7)中，且在所述纤维沉积后使这种粘结剂活化并由此使所述纤维材料预固结，和

-在所述预固结后移除所述芯模具(4)。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于

-将所述纤维材料(7)与所述芯模具(4)一起插入到所述固结模具中，和

-在所述固结后从所述模具移除所述芯模具(4)。

14.根据权利要求11至13中的一项权利要求所述的制造由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于，步骤a)的所述轮辋槽芯(5)具有用于保证可移除性的分段结构。

15.根据权利要求11至14中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述轮辋槽芯(5)

-被设计成在所述轮缘的底切区域中可膨胀或可填充有流体，或

-被设计成在所述轮缘的底切区域中借助于可取出的刚性内环(10)而是弹性的和可稳定的，和/或

-具有两部件设计，其中所述轮辋槽芯(5)的一个部件作为失芯保留于所述车轮中或可被移除。

16.根据权利要求15所述的制造由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于，所述轮辋槽芯(5)的可移除部件(9)可由于介质或热的作用而收缩或溶解。

17.根据权利要求11至15中的一项权利要求所述的制造由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于

-所述轮辋槽芯(5)具有多部件、尤其是两部件设计，其中尤其所述轮辋槽芯的第一部件反映在朝向轮辋中心的方向上从第一轮缘尤其一直到所述轮辋的所述槽的区域，且所述轮辋槽芯的第二磨损件(9、10)反映所述轮辋槽的剩余区域，

-其中在处理步骤b)中，纤维的所述沉积首先发生于所述轮辋槽芯的所述第一部件和其与所述轮辋槽芯的所述第二部件(9、10)的接触表面上，然后将所述轮辋槽芯的第二部件(9、10)和辅助芯(6b)放置在所述轮辋槽芯的所述第一部件处，并且因此放置在那里所施加的纤维材料(7)处，然后将纤维(3)沉积于轮辋槽芯的所述第二部件(9、10)和所述辅助芯(6b)上。

18.根据权利要求11至14中的一项权利要求所述的制造由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于，作为编织、缠绕或编织过程或借助于预浸材的沉积发生所述纤维沉积。

Claims (18)

1.一种由纤维复合材料制成的车轮，其特别是用于机动车辆，所述车轮具有两个轮缘、布置在它们之间的轮辋槽及穿入轮缘中的轮盘，其特征在于，所述轮盘是至少部分地借助于纤维层形成的，所述纤维层从所述轮辋槽经过一个轮缘不中断地延伸到所述轮盘中。

2.根据权利要求1所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，将所述轮盘设计成车轮轮辐。

3.根据权利要求1所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，将所述轮盘设计成凸缘，所述凸缘具有用于紧固内轮盘或车轮轮辐的构件。

4.根据上述权利要求中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，所述轮辋槽的区域中所述纤维层的连续纤维相对于所述车轮的旋转轴具有±3°至±87°、优选±20°至±75°、更优选±30°至±70°的纤维角度。

5.根据上述权利要求中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，所述轮盘的区域中所述纤维层的连续纤维相对于所述车轮的径向方向具有±3°至±87°、优选±20°至±75°、更优选±30°至±70°的纤维角度。

6.根据上述权利要求中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，至少一个纤维层的纤维相对于所述车轮的旋转轴具有90°的纤维角度。

7.根据上述权利要求中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，在所述轮缘、轮辋槽、尤其所述轮辋的所述槽与所述轮盘之间的区域中，形成了完全或部分地围绕所述车轮圆周旋转以及完全由纤维层限定的空腔。

8.根据权利要求7所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，所述空腔含有至少一个失芯或至少一个嵌体。

9.根据权利要求8所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，至少一个嵌体或一个失芯由泡沫、泡沫塑料或轻金属组成。

10.根据权利要求5至8中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮，其特征在于，所述空腔是由所述轮盘、所述轮辋槽及至少一个纤维层限定的，所述纤维层直接从所述轮辋槽、尤其从所述轮辋的所述槽延伸到所述轮盘。

11.一种制造根据权利要求1至10中的一项权利要求所述的由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于以下处理步骤：

a)制备具有圆筒状轮辋槽芯和圆柱形辅助芯的芯模具，所述圆柱形辅助芯与所述轮辋槽芯在轴向方向上连接且可拆卸地连接，其中所述轮辋槽芯的形状对应于轮辋槽、轮缘和轮盘的外区域的形状，且所述轮辋槽芯的形状使得其可在所述车轮固结后被移除，

b)将至少一层纤维材料沉积于所述芯模具上，使得纤维材料管位于所述芯模具和所述轮缘上，

c)移除所述辅助芯，尤其通过从由沉积于其上的纤维材料制成的所述管在轴向方向上取出而移除，

d)使预先沉积于所述辅助芯上的所述纤维材料弯曲，并将这种纤维材料施加到所述轮辋槽芯的面上，

e)在固结模具中利用基质材料使所述纤维材料固结，和

f)从所述固结模具中移除所述车轮。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于

-在步骤b)中，在所述沉积期间将粘结剂另外添加到所述纤维材料中，且在所述纤维沉积后使这种粘结剂活化并由此使所述纤维材料预固结，和

-在所述预固结后移除所述芯模具。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于

-将所述纤维材料与所述芯模具一起插入到所述固结模具中，和

-在所述固结后从所述模具移除所述芯模具。

14.根据权利要求11至13中的一项权利要求所述的制造由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于，步骤a)的所述轮辋槽芯具有用于保证可移除性的分段结构。

15.根据权利要求11至14中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述轮辋槽芯

-被设计成在所述轮缘的底切区域中可膨胀或可填充有流体，或

-被设计成在所述轮缘的底切区域中借助于可取出的刚性内环而是弹性的和可稳定的，和/或

-具有两部件设计，其中所述轮辋槽芯的一个部件作为失芯保留于所述车轮中或可被移除。

16.根据权利要求15所述的制造由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于，所述轮辋槽芯的可移除部件可由于介质或热的作用而收缩或溶解。

17.根据权利要求11至15中的一项权利要求所述的制造由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于

-所述轮辋槽芯具有多部件、尤其是两部件设计，其中尤其所述轮辋槽芯的第一部件反映在朝向轮辋中心的方向上从第一轮缘尤其一直到所述轮辋的所述槽的区域，且所述轮辋槽芯的第二磨损件反映所述轮辋槽的剩余区域，

-其中在处理步骤b)中，纤维的所述沉积首先发生于所述轮辋槽芯的所述第一部件和其与所述轮辋槽芯的所述第二部件的接触表面上，然后将所述轮辋槽芯的第二部件和辅助芯放置在所述轮辋槽芯的所述第一部件处，并且因此放置在那里所施加的纤维材料处，然后将纤维沉积于轮辋槽芯的所述第二部件和所述辅助芯上。

18.根据权利要求11至14中的一项权利要求所述的制造由纤维复合材料制成的车轮的方法，其特征在于，作为编织、缠绕或编织过程或借助于预浸材的沉积发生所述纤维沉积。