CN107206836A - 用于轮的热屏蔽结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轮(1)的热屏蔽结构(8)，所述轮包括至少部分地由复合材料制成的基部结构(11)。所述热屏蔽结构(8)被布置在所述基部结构(11)上并且至少部分地覆盖所述基部结构(11)。

Description

用于轮的热屏蔽结构
本发明涉及热屏蔽结构，特别涉及可用于轮的热屏蔽结构，该热屏蔽结构特别用于由适用于机动车辆的碳纤维增强塑料制成的轮，并且涉及包括这种热屏蔽结构的轮。
背景技术
当制动时，车辆的动能转换为热能，导致制动系统产生高温。在盘式制动系统中，特别是在广泛用于机动车辆的碳陶瓷制动器中，可能会发生高达1000℃的操作温度。在驾驶时，这样高的温度并不是危急的，因为制动系统和相邻轮两者均被围绕车辆、分别围绕并通过轮和制动系统流动的空气有效地冷却。
然而，如果车辆从高速制动并在之后立即停放，则这种主动空气冷却是缺失的。因此，在制动后最多30分钟内，可能会发生从热的制动系统到轮的显著热传递。因为制动系统通常不会与相邻轮直接物理接触，所以这种传递主要通过辐射和对流进行，而传导几乎可忽略。对于盘式制动器，轮与制动卡钳以及制动盘之间的距离通常非常小，因此在该区域中通过辐射和对流的热传递可能非常高。而对于由金属制成的常规轮，这样的热传递不足以引起对轮的热损伤，对于由诸如纤维增强塑料的其它材料制成的轮可能变得至关重要。
1982年7月3日提交的DE3224929以美国Motor Wheel公司的名义，并描述了由纤维增强树脂材料制成的车轮。在内侧盘面处设置有热障板，使得在使用中防止了从车辆轮毂向树脂盘的热传递，以防止树脂盘材料在轮安装螺栓孔的区域中的蠕变。
1994年12月19日提交的US5538114以Jay D.White和Ralph W.Larson的名义，并展示了一种绝热轮安装系统，用于减少传统轮中使用的鼓式制动系统的热传递。根据该专利，在轮的轮毂区域处形成有绝热环，其被设置成夹紧在与柱形主鼓附接的鼓延伸部上。在另选实施方式中，鼓延伸部涂覆有绝热材料，使得绝热材料层设置在轮毂区域和鼓延伸部之间。
2010年1月22日提交的US2010194179以古德里奇公司的名义，并展示了一种包括屏蔽部分和散热部分的热管理复合热屏蔽件。屏蔽部分可以包括热侧蒙皮、传导层、绝热层和冷却侧蒙皮。散热部分可以包括翅片阵列。由屏蔽部分吸收的热量被部分地或完全地传导到散热部分，以传递到周围环境。根据公开的应用，热管理系统可以例如用于飞行器和汽车轮。
2009年4月21日提交的WO2009130229以Zircotec有限公司的名义，并且公开了将锆酸镁层施加在碳纤维增强塑料材料上以便获得良好的耐磨性和其它机械损伤耐受性。该公报还提到，这样的层还耐腐蚀和化学侵蚀并且具有良好的耐热性，形成保护碳纤维增强塑料材料的热障。
发明内容
为了获得具有低总质量和低惯性矩的轮，包括例如碳纤维或玻璃纤维的纤维增强塑料可以用于轮辋和轮中心。在本发明的上下文中，“轮中心”应被理解为包括任何类型的轮中心，诸如轮辐结构，分别是轮辐条(spider)或轮盘。根据另一种方法，只有轮辋可以由纤维增强塑料制成，而轮中心由金属制成，反之亦然。这种类型的轮也可以被称为“混合轮”。
从结构机械观点来看，碳纤维增强塑料提供了获得轻质轮的巨大潜力，因此被广泛使用，不幸的是，碳纤维增强塑料仅具有非常有限的耐热性，同时具有相对较高的导热性。特别地，与碳纤维增强塑料组合使用的许多基体的特征在于耐热性相当有限。这使得包括纤维增强塑料的轮容易受到车辆制动系统引起的热损伤。因此，需要对制动系统发出的热能进行有效保护，特别是对包括碳纤维增强塑料的轮进行有效保护。
尽管从现有技术中可以看出，减少从制动系统到轮的热传递的几个系统是已知的，但是所有这些系统都需要必须布置在制动系统(分别是悬架)和轮之间的附加部件。对于许多车辆而言，这是不可行的，因为轮和悬架之间的空间是非常有限的，因此从现有技术已知的系统不能应用。
因此，本发明的一个目的是提供一种热屏蔽结构，其为至少部分地由纤维增强塑料制成的轮提供有效的热屏蔽，并且在轮、制动系统和悬架之间的区域中不需要大量的额外空间。因此，配备有根据本发明的热屏蔽结构的轮适用于大范围的车辆，而无需车辆悬架和/或制动系统的先前修改。
因此，对于包括至少部分地由纤维增强塑料制成的基部结构的轮，特别的热屏蔽结构被布置在轮的基部结构上，并且至少在临界区域中至少部分地覆盖所述基部结构。因此，可减少进入轮的热能通量，并且可控制和分配热能的沉积，使得可防止会导致热损伤的热点。因此，所述热屏蔽结构成为所述轮的组成部分，允许使用轮的结构来控制热能散热。
如果适当的话，所述热屏蔽结构可以包括至少一个热反射层。这样的层反射的辐射热比它吸收的热更多。因此，与没有反射层的轮相比，这样的层降低从制动系统到轮的热能通量。这样的层可以由金属制成，例如，金或铝。
另选地或另外地，所述热屏蔽结构可以包括可以用作热障的至少一个低导热层。这样的层可以例如由连续体塑料(例如芳族聚酰胺、聚酰胺)和/或多孔塑料和/或纤维增强塑料和/或连续体陶瓷材料和/或纤维增强陶瓷材料和/或多孔陶瓷材料制成。
根据应用，所述低导热层可以作为涂层施加到所述基部结构。因此，例如可以使用包括低导热组分(例如陶瓷颗粒)的清漆。
根据应用，如果所述至少一个低导热层由含有芳族聚酰胺纤维和/或石材纤维(例如玄武岩)的纤维增强塑料和/或可以嵌入耐热基体中的玻璃纤维制成，则可以获得良好的结果。
根据轮和/或制动系统的几何形状，热屏蔽结构还可以包括至少一个高导热层。可以使用这样的层，以便增强热能在较大面积上的分布，从而避免能量集中，这分别是会导致下层基部结构损伤的超临界热点。
如果在热反射层和低导热层之间布置高导热层，所述热反射层位于轮的外表面上，则可以获得良好的结果。可以使用这样的中间层，以便在较大面积上非常有效地分散局部施加的热能，因此避免可能导致下层结构损伤的局部的热累积。
高导热层可以例如包括金属片、金属箔、金属网(网格)或金属织物。另选地或另外地，还有由其它材料制成的片、箔、网/网格和织物。如果使用具有相对较高的热传导率的材料，则可以获得良好的结果。
如果所述高导热层也用作承载结构，因此用作用于所述热屏蔽结构和/或所述下层基部结构的机械增强元件，则也可以获得良好的结果。
如果合适的话，热屏蔽结构可以至少部分地嵌入所述基部结构中。因此，轮的形状(外部几何形状)将仅由于存在热屏蔽结构而不会显著改变。
根据本发明的热屏蔽件可以用于适用于机动车辆(例如汽车、摩托车)的轮，但不限于这样的车辆，因此也可以用于例如飞行器。
根据本发明的热屏蔽结构通常将应用在轮的位于制动盘和/或卡钳附近的那些区域处。然而，根据本发明的热屏蔽结构也可以延伸到其它区域，诸如以便通过将沉积的热能分布在更大的区域上来散发沉积的热能。因此，可以省略局部热量集中，并且可增加通过对流和/或热辐射而离开轮的热传递。
如果在轮毂区域中和/或在轮中心的其余部分和/或轮辋上布置热屏蔽结构，则可以获得良好的结果。
明显的是，本发明还可以与防止制动系统和轮之间的超临界热传递的其它系统(诸如额外的热屏蔽件或主动冷却系统)组合使用。
另外，本发明被大量限制与盘式制动系统组合使用，但是也可以实际上与任何其它类型的制动系统(例如，鼓式制动系统)组合使用。
此外，同样明显的是，本发明不仅限于由碳纤维增强塑料制成的轮，而且也可以用于由遭受耐热性类似问题的其它材料制成的轮。
附图说明
从下文给出的详细描述和附图中将更充分地理解本文描述的发明，这些附图不应被认为是对所附权利要求书中描述的发明的限制。
图1以正视图示出了具有盘式制动器和卡钳的轮；
图2立体图示出了从后面看的图2的轮；
图3以立体图示出了从后面看的图2轮，出于说明的目的，轮的一部分被夹紧；
图4以立体图示出了轮中心和热屏蔽结构；
图5以立体图示出了轮辋和热屏蔽结构，出于说明的目的，轮被部分地夹紧；
图6示出了布置在基部结构上的热屏蔽结构的第一实施方式；
图7示出了布置在基部结构上的热屏蔽结构的第二实施方式；
图8示出了布置在基部结构上的热屏蔽结构的第三实施方式；
图9示出了布置在基部结构上的热屏蔽结构的第四实施方式；
图10示出了布置在基部结构上的热屏蔽结构的第五实施方式；
图11示出了布置在基部结构上的热屏蔽结构的第六实施方式。
具体实施方式
当结合附图阅读时，会更好地理解上述发明内容以及优选实施方式的以下详细描述。出于说明本发明的目的，当前优选的实施方式，其中相同的附图标记在附图的几个视图中表示相似的部分，然而，应当理解，本发明不限于具体的方法和公开的手段。
图1至图3示出了与盘式制动系统一起的轮1的一个实施方式，包括与卡钳7对准的制动盘6。出于说明的目的，省略了轮悬架的其它部分。所示实施方式的轮1由纤维增强塑料制成。轮1包括具有几个轮辐3的轮中心2，轮辐3将中心轮毂4与外围轮辋5连接，外围轮辋5被设计成接收轮胎(未示出)。如图3中虚线圆所示，制动盘6和轮辐3之间、轮毂4和轮辋5之间的距离在某些位置处相对较小。卡钳7和轮辐3之间的距离(各自与轮辋5)同样适用。这尤其适用于卡钳7的突起，例如用于制动衬块的活塞(未示出)布置在突起中。因此，由于在制动期间和制动之后由盘式制动系统消散的热量，轮1的这些区域容易受到热损伤。
因此，根据本发明，轮1的这些区域可以由热屏蔽结构提供，如图4和图5所示。图4示出了由定位在与盘式制动系统(未示出)非常接近的轮表面上的热屏蔽结构8热屏蔽的轮中心2。在所示的实施方式中，与轮毂4相邻的区域以及轮辐3的一部分可以被这样的热屏蔽结构8保护。如图5所示，轮辋5的内(向心)表面也可以被这样的热屏蔽结构8热屏蔽。
图6至图11示出了可以用于保护下层基部结构11免受热损伤的热屏蔽结构8的不同变型。图6示出了热屏蔽结构8的第一变型，其包括布置在由纤维增强塑料制成的基部结构11的表面上的热反射层9。热反射层9包括由反射辐射热而不是吸收辐射热的材料制成的层。合适的材料可以是金属，例如，铝或金。这种类型的热屏蔽结构8可以用作基部结构11的某种类型的涂层。
图7示出了热屏蔽结构8的另一变型，其包括嵌入基部结构11中的低导热层10。热屏蔽结构8本身具有高的耐热性并且保护基部结构11，而相比之下基部结构11可以由相对热敏材料(诸如碳纤维增强塑料)制成而免受热损伤。这种类型的低导热层10防止表面上的热输入被传导到实体中。当热屏蔽结构8嵌入基部结构11中时，轮1的外形(分别是几何形状)不受热屏蔽结构8的存在的影响。
图8示出了热屏蔽结构8的另一变型，其包括热反射层9和嵌入基部结构11中的下层低导热层10。因此，使用热屏蔽结构8的这种变型允许将结构表面上的热沉积最小化的构思与将到下层热敏基部结构11的热传递最小化的构思相结合。
如图9和图10所示，在本发明的变型中，热反射层9和低导热层10也可以都嵌入基部结构11中。如图9所示，在本发明的一些变型中，热反射层9可以嵌入低导热层10中，而不与被保护以防止热损伤的基部结构直接物理接触。因此，热反射层9甚至可以被加热到高温而不会对基部结构11造成损伤。在图10所示的变型中，在完全覆盖下层低导热层10的同时，将热反射层9嵌入基部结构11中。这样的变型例如可以用于热沉积非常局部化的应用，并且热反射层9还用于将沉积的热能分配到更大的面积并且通过热辐射和对流而减少热能。图11示出了热屏蔽结构8的一个变型，其包括嵌入低导热层10中的高导热层12，以便改善较大面积上的热能分布。图11所示的热屏蔽结构8还包括热反射层9。
附图标记
1 轮
2 轮中心
3 轮辐
4 轮毂
5 轮辋
6 制动盘
7 卡钳
8 热屏蔽结构
9 热反射层
10 低导热层
11 基部结构
12 高导热层

Claims (12)

1.一种用于轮(1)的热屏蔽结构(8)，所述轮(1)包括至少部分地由复合材料制成的基部结构(11)，其中，所述热屏蔽结构(8)被布置在所述基部结构(11)上并且至少部分地覆盖所述基部结构(11)。
2.根据权利要求1所述的热屏蔽结构(8)，其中，所述热屏蔽结构(8)包括至少一个热反射层(9)。
3.根据权利要求2所述的热屏蔽结构(8)，其中，所述至少一个热反射层(9)由金属或陶瓷材料制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽结构(8)，其中，所述热屏蔽结构(8)包括至少一个低导热层(10)。
5.根据权利要求4所述的热屏蔽结构(8)，其中，所述至少一个低导热层(10)由连续体塑料和/或多孔塑料和/或纤维增强塑料和/或连续体陶瓷材料和/或纤维增强陶瓷材料和/或多孔陶瓷材料制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽结构(8)，其中，所述热屏蔽结构(8)包括至少一个高导热层(12)。
7.根据权利要求6所述的热屏蔽结构(8)，其中，所述至少一个高导热层(12)由金属片和/或金属箔和/或金属网和/或金属织物制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽结构(8)，其中，所述热屏蔽结构(8)至少部分地嵌入所述基部结构(11)中。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的热屏蔽结构(8)，其中，所述热屏蔽结构(8)被布置在所述基部结构(11)的表面上。
10.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽结构(8)的轮(1)。
11.根据权利要求10所述的轮(1)，其中，所述热屏蔽结构(8)被布置在轮毂区域(4)中和/或轮中心(2)的其它部分和/或轮辋(5)上。
12.根据权利要求10或11所述的轮(1)，其中，所述轮用于机动车辆或飞行器。
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