CN109843598A - 由纤维增强材料制成的车轮和制造这种车轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车轮(1)，所述车轮(1)包括轮辋(2)和由纤维增强复合材料制成的轮心(3)。所述轮心(3)包括管状中间部分(6)，所述管状中间部分(6)具有沿车轮轴线(19)的方向延伸的中心开口(7)并具有第一端(8)和第二端(9)。轮毂(5)包括第一凸缘环(10)和第二凸缘环(11)。至少一个凸缘环(10，11)和所述管状中间部分(6)通过形状配合互连件(12，13)彼此互连。

Description

由纤维增强材料制成的车轮和制造这种车轮的方法
技术领域
本发明涉及用于诸如轿车、摩托车等乘用车的由纤维增强材料制成的车轮的领域。
背景技术
以同一申请人的名义在2013年8月22日公布的WO13083729涉及一种车轮，该车轮包括轮辋和连接到轮辋的辐条结构，该辐条结构由纤维增强塑料材料制成。插入件嵌入位于辐条结构的中心的纤维增强材料中。插入件在至少一个区域中突出在纤维增强塑料材料表面上方，从而形成至少一个接触区域。
以同一申请人的名义在2015年3月5日公布的WO15028337涉及一种包括轮辋和轮心的车轮。轮心包括插入件，该插入件包括前垫和后垫，前垫和后垫相对于彼此间隔开并且至少部分地嵌入复合材料中。
以张育诚的名义在2013年2月11日公布的TW201141720涉及由复合纤维制成的摩托车车轮。车轮包括实心圆形轮辋和中空支撑部分。圆形轮辋包括外轮辋和内轮辋。外轮辋具有圆形凹槽。内轮辋具有洞。内轮辋与支撑部分连接，支撑部分位于内轮辋的洞中。
2013年6月13日公布的WO13083500涉及一种车轮。该车轮包括轮辋和带辐条的轮毂。带辐条的轮毂具有轮毂和辐条。所述车轮包括辐条，所述辐条包括作为纤维复合材料的增强材料的一个或多个线性拉伸的纺织股线，并且每个线性拉伸的纺织股线均不间断地从轮辋向轮毂并回来至少延伸一次并且因此形成至少一个辐条。
发明内容
具有轮辋和由纤维增强复合材料(复合材料)制成的轮心的车轮的轮毂通常包括由金属材料制成的插入件，该插入件由复合材料包围。在生产过程中，插入件通常布置在模具中，至少部分地嵌入增强塑料材料的纤维中。当复合材料固化时，它与复合材料连接。轮毂对于车轮的安全操作很重要。它提供了适配器，通过该适配器，车轮可以连接到车辆的车轴。另外，它防止接触腐蚀，并且负责在车轴和横过轮心的轮辋之间传递大的力。通常，已知的解决方案不能充分地处理热应力。另外，在出现故障的情况下，它们不提供故障保护行为。
本发明的一个目的是提供一种车轮和一种制造车轮的方法，该车轮在车轮的使用寿命期间提供改进的力传递。本发明还提供了可以减小热应力的影响的优点。另外，本发明提供了可以改善车轮的故障保护行为的能力。
根据本发明的车轮的一个实施方式包括轮辋和附接至轮辋的轮心，所述轮心包括由复合材料(例如嵌入聚合物基质中的碳纤维和/或其他纤维)制成的管状中间部分，所述管状中间部分具有沿车轮轴线的方向延伸的中心开口并且具有第一端和第二端。轮毂包括第一凸缘环和第二凸缘环。所述第一凸缘环附接至所述管状中间部分的所述第一端，并且所述第二凸缘环附接至所述管状中间部分的所述第二端。至少一个凸缘环和所述管状中间部分以防变形的方式通过形状配合互连件彼此机械互连。在优选变型中，至少一个凸缘环和所述管状中间部分之间的至少一个形状配合互连件至少部分地布置在所述中心开口的内部。当所述至少一个形状配合互连件邻近所述中心开口的至少一端布置时，可以实现良好结果。所述至少一个形状配合互连件可包括一个或几个彼此相互作用的锥形表面。至少一个锥形表面可以是有利的，即在制造所述管状中间部分方面，因为它可以防止纤维的机械加工。此外，可以积极地影响精度和耐久性。根据应用领域，所述锥形表面的锥角优选地在1°至10°的范围。至少一个形状配合互连件包括布置在所述管状中间部分处的至少一个第一底切，所述至少一个第一底切在安装位置中与在圆周方向上布置在凸缘环处的至少一个第二底切相互作用。在优选变型中，所述凸缘环中的至少一个通过粘合剂层互连至所述管状中间部分。至少一个凸缘环可包括肩部，通过所述肩部将所述凸缘环相对于所述管状中间部分的专用端在所述车轮轴线的方向上进行支撑。在合适的情况下，所述第一凸缘环和所述第二凸缘环可直接或间接地彼此互连。例如，所述第一凸缘环和所述第二凸缘环通过第一螺纹和第二螺纹直接地彼此连接。另选地或另外地，所述第一凸缘环和所述第二凸缘环通过套筒和/或其他机械连接手段(诸如螺栓)间接地彼此互连。所述套筒可以通过包括第一螺纹和第二螺纹的螺纹连接互连至至少一个凸缘环。所述套筒可包括驱动连接件，所述驱动连接件将所述套筒相对于所述第一凸缘环和/或所述第二凸缘环紧固。可以例如通过六角形驱动连接件或类似的手段来实现良好结果。套筒两侧的螺纹具有相反的转动方向，使得所述套筒在一个方向上的转动导致两个相对的螺纹装置的紧固。
一种用于制造根据本发明的车轮的方法可包括以下方法步骤：
(a)提供至少部分地对应于至少一个中空辐条的内部的至少一个辅助体；
(b)提供包括至少部分地对应于所述车轮的外部的腔体的模具；
(c)向所述辅助体和/或所述腔体施加增强纤维以形成轮心；
(d)将所述至少一个辅助体和所述增强纤维插入所述模具的所述腔体中；
(e)闭合模具以及施加和/或固化基质材料，所述增强纤维嵌入在所述基质材料中；
(f)从所述模具移除所述轮心，并且在合适的情况下移除与所述轮心附接的轮辋(如果在同一步骤中形成的话)；
(g)经由所述轮心(3)的所述中心开口(7)穿过所述开口从所述中空辐条移除所述至少一个辅助体；
在合适的情况下，所述辅助体可用于形成中空辐条的内部和管状中间部分的中心开口的至少一部分。这提供了构建非常轻质和坚固的车轮的优点。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都呈现了实施方式，并且旨在提供用于理解本公开的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供进一步的理解，并且附图被并入并构成本说明书的一部分。附图例示了各种实施方式，并且与说明书一起用于解释所公开的概念的原理和操作。
附图说明
从下面给出的详细描述和附图中将更全面地理解本文描述的发明，这些描述和附图不应被视为是对所附权利要求中描述的发明的限制。附图示出了：
图1至图4：根据本发明的车轮的第一变型；
图5至图8：根据本发明的车轮的第二变型；
图9至图10：根据本发明的车轮的第三变型；
图11至图12：根据本发明的车轮的第四变型；
图13：根据本发明的车轮的第五变型；
图14至图15：根据本发明的车轮的第六变型；
图16至图17：根据本发明的车轮的第七变型；
图18：根据本发明的车轮的第八变型；
图19：根据图18的细节G。
具体实施方式
现在将详细参考某些实施方式，其示例在附图中例示，附图中示出了一些但不是所有特征。实际上，本文公开的实施方式可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为对于本文阐述的实施方式是限制性的；相反，提供这些实施方式是为了使本公开满足适用的法律要求。只要有可能，相同的附图标记将用于指代相同的部件或部分。
图1是以局部切割的方式示出根据本发明的车轮1的第一变型的立体图。图2以放大的方式示出了图1的细节A。图3是示出车轮1的正视图，而图4示出了图3的截面BB。
图5是以局部切割的方式示出根据本发明的车轮1的第二变型的立体图。图6以放大的方式示出了图5的细节C。图7是示出车轮1的正视图，而图8示出了图7的截面DD。
图9是以局部切割的方式示出根据本发明的车轮1的第三变型的立体图。图10以放大的方式示出了图9的细节E。
图11是以局部切割的方式示出根据本发明的车轮1的第四变型的立体图。图12以放大的方式示出了图11的细节F。
图13是以局部切割的方式示出根据本发明的车轮1的第五变型的立体图。
图14是以局部切割的方式示出根据本发明的车轮1的第六变型的立体图。图15是以局部切割和分解的方式示出根据图14的车轮1的第六变型的立体图。
图16是以局部切割的方式示出根据本发明的车轮1的第七变型的立体图。图17是以局部切割和分解的方式示出根据图16的车轮1的第七变型的立体图。
图18是以局部切割的方式示出根据本发明的车轮1的第八变型的立体图。图19以放大的方式示出图18的细节G。
根据本发明的车轮1通常包括轮辋2和由纤维增强复合材料制成的轮心3。复合材料可以由干燥的增强纤维组成，然后通过树脂转移将干燥的增强纤维嵌入封闭模具(未详细示出)的腔体中的基质材料的树脂中。轮心3包括管状中间部分6，管状中间部分6具有沿车轮轴线19的方向延伸的中心开口7并具有第一端8和第二端9。轮毂5至少部分地布置在管状中间部分6的中心开口7的内部。它包括第一凸缘环10和第二凸缘环11。凸缘环10、11中的至少一者和管状中间部分6通过形状配合互连件12、13彼此互连，从而在轮心3和轮毂5之间传递驱动扭矩。
图1、图2、图5、图6、图9至图13、图15、图17、图18、图19以分解的方式示出了轮毂5，轮毂5是沿车轮轴线19的方向(x方向)拆卸的。图4和图8以组装方式示出了两种变型。在图13所示的变型中，以局部切割的方式示出了轮心3和轮毂5的中间部分的立体图。
如变型中所示，至少一个凸缘环10、11和管状中间部分6的至少一个形状配合互连件12、13可至少部分地布置在中心开口7的内部。优选地，至少一个形状配合互连件12、13邻近中心开口7的至少一端8、9布置。至少一个形状配合互连件12、13可包括在向外方向上延伸的锥形表面18。当锥形表面18相对于车轮轴线19的锥角α在2°至10°的范围内时，可以实现良好的结果。根据应用领域，其他角度α可以是合适的，如根据图18和图19的第八实施方式中的说明性方式所示，其中锥角α在30°的范围内。至少一个形状配合互连件12、13可包括布置在管状中间部分6处的至少一个第一底切14，其在安装位置中与相对于车轮轴线19在圆周方向上布置在凸缘环10、11处的至少一个第二底切15相互作用。当形成形状配合互连件12、13的第一底切和第二底切具有对应于彼此的弯曲形状时，可实现驱动扭矩的良好转移和故障保护行为。在另一个变型中，形状配合互连件的底切具有如图14至图17所示的堞形设计，该堞形设计包括一系列交替的突起28和与所述突起对应的凹陷29，突起28和凹陷29邻近轮毂5的中心开口7的至少一端8、9以及第一凸缘环10和/或第二凸缘环11布置。突起28和凹陷29在车轮轴线19的方向上延伸。在图14和图16所示的组装位置中，突起28和凹陷29彼此互锁，从而提供扭矩和力的良好传递。另一个优点是，凸缘环10、11可设计成通过保持卷边32从外部和/或内部包围轮毂5，从而增加稳定性。
凸缘环10、11中的至少一个可由粘合剂层16互连至管状中间部分6。如图所示，凸缘环10、11中的至少一个可包括肩部17，通过肩部17将凸缘环10、11相对于管状中间部分6的专用端8、9在车轮轴线19的方向上支撑在安装位置中。第一凸缘环10和第二凸缘环11可直接或间接地彼此互连。
如根据图11和图12的变型所示，第一凸缘环10和第二凸缘环11可以通过第一螺纹20和第二螺纹21直接彼此互连。在这种情况下，仅第一凸缘环10通过形状配合互连件互连至管状中间部分。在相对侧上，管状中间部分包括第一表面26，第一表面26在安装位置中与布置在第二凸缘环11处的第二表面27相互作用。第一表面26和第二表面27相对于车轮轴线19旋转对称地成形。由此，可以将第一凸缘环10和第二凸缘环11相对于彼此紧固。
如根据图5至图10以及图14和图15的实施方式所示，第一凸缘环10和第二凸缘环11可通过套筒22间接彼此互连。如根据图5至图10的变型所示，套筒22可以通过布置在套筒22的两侧上的第一螺纹20和第二螺纹21互连至至少一个凸缘环10、11。在第一螺纹20布置在套筒22处时，第二螺纹21布置在第一凸缘环10和第二凸缘环11处。同样，第一螺纹20和第二螺纹21相对于彼此具有不同的旋转方向。由此可以通过使套筒22在第一螺纹20和第二螺纹21的张紧方向上旋转来组装轮毂5，而第一凸缘环10和第二凸缘环11将第一形状配合互连件12和第二形状配合互连件13建立在布置在凸缘环10、11和管状中间部分6处的第一底切14和第二底切15之间。套筒22可包括驱动连接件23，驱动连接件23将套筒22紧固到第一凸缘环10和/或第二凸缘环11。
在根据图14和图15的变型中，套筒22在如图14所示的安装位置中穿过第二凸缘环11并且直接互连至第一凸缘环10。它包括肩部30，肩部30放置在第二凸缘环11上。在合适的情况下，可以预见到支撑套筒31，支撑套筒31在内部相对于第二凸缘环11支撑第一凸缘环10。
如图所示，轮心包括辐条4，辐条4将轮辋2和管状中间部分6互连。在所示变型中，辐条4是中空的，并通过嘴部24与管状中间部分6连通。取决于设计，轮毂5可相对于环境密封中空辐条4的嘴部24。
用于制造如本文所述的车轮1的方法可包括以下方法步骤：
(a)提供至少部分地对应于至少一个中空辐条4的内部的至少一个辅助体(辅助体未示出)。
(b)提供包括至少部分地对应于车轮1的外部的腔体的模具(模具和腔体均未示出)。
(c)向辅助体和/或腔体施加增强纤维；
(d)将至少一个辅助体和增强纤维插入模具的腔体中。
(e)闭合模具以及施加和/或固化基质材料，所述增强纤维嵌入在所述基质材料中。
(f)从模具移除车轮。
(g)经由轮心3的中心开口7穿过嘴部24从中空辐条4移除至少一个辅助体。
在图13所示的变型中，管状中间部分和嘴部24区域中的辐条4之间的交叉由平滑过渡表面(结合部)25形成。由此产生的力更好地分布，并且生产可以简化，因为辅助体可以更容易移除。
相反，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。
附图标记列表
1 车轮
2 轮辋
3 轮心
4 辐条
5 轮毂
6 管状中间部分
7 中心开口
8 (中心开口)第一端
9 (中心开口)第二端
10 第一凸缘环
11 第二凸缘环
12 第一形状配合互连件
13 第二形状配合互连件
14 第一底切
15 第二底切
16 粘合剂层
17 (凸缘环)肩部
18 锥形表面
19 车轮轴线
20 第一螺纹
21 第二螺纹
22 套筒
23 驱动连接件
24 (辐条)嘴部
25 (嘴部)过渡表面
26 第一表面
27 第二表面
28 突起
29 凹陷
30 (套筒)肩部
31 (凸缘环之间的)支撑套筒
32 保持卷边

Claims (18)

1.一种车轮(1)，所述车轮(1)包括轮辋(2)和由纤维增强复合材料制成的轮心(3)，所述轮心(3)包括：
a.管状中间部分(6)，所述管状中间部分(6)具有沿车轮轴线(19)的方向延伸的中心开口(7)并具有第一端(8)和第二端(9)；以及
b.轮毂(5)，所述轮毂(5)包括：
i.第一凸缘环(10)；以及
ii.第二凸缘环(11)，其中
c.所述凸缘环(10，11)中的至少一个和所述管状中间部分(6)通过形状配合互连件(12，13)彼此互连。
2.根据权利要求1所述的车轮(1)，其特征在于，至少一个凸缘环(10，11)和所述管状中间部分之间的所述至少一个形状配合互连件(12，13)至少部分地布置在所述中心开口(7)的内部。
3.根据权利要求2所述的车轮(1)，其特征在于，所述至少一个形状配合互连件(12，13)邻近所述中心开口(7)的至少一端(8，9)布置。
4.根据权利要求3所述的车轮(1)，其特征在于，所述至少一个形状配合互连件(12，13)包括锥形表面(18)。
5.根据权利要求4所述的车轮(1)，其特征在于，所述锥形表面(18)相对于所述车轮轴线(19)的锥角(α)在2°至10°的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的车轮(1)，其特征在于，至少一个形状配合互连件(12，13)包括布置在所述管状中间部分(6)处的至少一个第一底切(14)，所述至少一个第一底切(14)在安装位置中与在圆周方向上布置在凸缘环(10，11)处的至少一个第二底切(15)相互作用。
7.根据权利要求17所述的车轮(1)，其特征在于，所述第一底切和所述第二底切具有对应于彼此的弯曲形状。
8.根据权利要求17所述的车轮(1)，其特征在于，所述第一底切和所述第二底切具有堞形设计，该堞形设计包括一系列交替的突起(28)和与所述突起对应的凹陷(29)，所述突起(28)和所述凹陷(29)布置在所述轮毂5以及所述第一凸缘环10和/或所述第二凸缘环11处。
9.根据前述权利要求中任一项所述的车轮(1)，其特征在于，至少一个凸缘环(10，11)由粘合剂层(16)互连至所述管状中间部分(6)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的车轮(1)，其特征在于，至少一个凸缘环(10，11)包括肩部(17)，通过所述肩部(17)将该凸缘环(10，11)相对于所述管状中间部分(6)的专用端(8，9)在所述车轮轴线(19)的方向上进行支撑。
11.根据前述权利要求中任一项所述的车轮(1)，其特征在于，所述第一凸缘环(10)和所述第二凸缘环(11)直接或间接地彼此互连。
12.根据权利要求11所述的车轮(1)，其特征在于，所述第一凸缘环(10)和所述第二凸缘环(11)通过第一螺纹(20)和第二螺纹(21)相对于彼此直接互连。
13.根据权利要求11所述的车轮(1)，其特征在于，所述第一凸缘环(10)和所述第二凸缘环(11)通过套筒(22)彼此互连。
14.根据权利要求13所述的车轮(1)，其特征在于，所述套筒(22)通过第一螺纹(20)和第二螺纹(21)互连至至少一个凸缘环(10，11)。
15.根据权利要求14所述的车轮(1)，其特征在于，所述套筒(22)包括驱动连接件(23)，所述驱动连接件(23)将所述套筒(22)相对于所述第一凸缘环(10)和/或所述第二凸缘环(11)紧固。
16.根据前述权利要求中任一项所述的车轮(1)，其特征在于，所述轮心包括辐条(4)，所述辐条(4)将所述轮辋(2)和所述管状中间部分(6)互连，其中所述辐条(4)是中空的并通过嘴部(24)与所述管状中间部分(6)连通。
17.根据权利要求16所述的车轮(1)，其特征在于，所述轮毂(5)相对于环境密封中空的所述辐条(4)的嘴部(24)。
18.一种用于制造车轮(1)的方法，所述车轮(1)包括轮辋(2)和由纤维增强复合材料制成的轮心(3)，所述轮心(3)包括：管状中间部分(6)，所述管状中间部分(6)具有沿车轮轴线(19)的方向延伸的中心开口(7)并具有第一端(8)和第二端(9)；以及轮毂(5)，所述轮毂(5)包括第一凸缘环(10)和第二凸缘环(11)，其中至少一个凸缘环(10，11)和所述管状中间部分(6)通过形状配合互连件(12，13)彼此互连，其中所述轮心包括辐条(4)，所述辐条(4)将所述轮辋(2)和所述管状中间部分(6)互连，其中所述辐条(4)是中空的并通过嘴部(24)与所述管状中间部分(6)连通，该方法包括以下方法步骤：
a.提供至少部分地对应于至少一个中空辐条(4)的内部的至少一个辅助体；
b.提供包括至少部分地对应于所述车轮(1)的外部的腔体的模具；
c.向所述辅助体和/或所述腔体施加增强纤维；
d.将所述至少一个辅助体与所述增强纤维一起插入所述模具的所述腔体中；
e.闭合所述模具以及施加和/或固化基质材料，所述增强纤维嵌入在所述基质材料中；
f.从所述模具移除所述车轮；
g.经由所述轮心(3)的所述中心开口(7)穿过所述嘴部(24)从所述中空辐条(4)移除所述至少一个辅助体。
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