CN111163946B - 用于车辆的增强型车轮 - Google Patents

Abstract

公开了一种车轮(1)，其包括轮辋(2)和车轮中央部(3)，其中车轮中央部(3)包括沿纵向方向从轮毂(5)延伸到轮辋(2)的若干辐条(4)。至少一个辐条(4)包括包围沿所述至少一个辐条(4)的纵向方向延伸的腔室(7)的外壁(18)。腔室(7)由内表面(8)自外壁(18)界定。所述至少一个辐条(4)还包括沿内表面(8)延伸的增强构件(9)。

Description

用于车辆的增强型车轮

技术领域

本发明属于车轮领域，该车轮至少部分地由纤维增强材料制成并用于乘用车辆、如汽车、摩托车等。

背景技术

用于车辆的车轮必须满足综合的需求列表，包括特定尺寸、最小机械性能、最大总重量、指定的质量分布、耐用性和视觉外观。需要轻型车轮来改善驾驶质量和性能以及保持整体车辆轻量化。同时，存在用以确保足够的耐久性、尤其是车轮轮辋的耐久性的安全规定。一方面，该设计旨在使车轮尽可能轻，另一方面，必须提供足够耐用且坚固的机械结构。

由于材料研究方面的进步，车轮材料进一步转向轻金属和复合材料，这些材料轻便、耐用同时能够承受较高载荷。仅由纤维增强材料制成或由纤维增强塑料以及常规材料、如轻质金属合金的组合物制成的混合式车轮由此提供非常好的结果。

车轮的特征通常在于空气开口和辐条，辐条从车轮中央部径向地延伸到车轮的轮辋。由以铸造工艺生产的金属轻合金制成的车轮是现有技术中已知的。为了减轻重量，辐条具有开放的横截面或者设计成中空的。已知这些中空辐条借助于所谓的失芯(lost core)制造而成，在模制之前将这些失芯放置在模具中并且在模制之后将其再次去除。这些芯可以例如由沙子或蜡制成。可替代地，芯可以由轻质材料制成并且留置在制成的车轮内。

部分由合金制成并且部分由复合材料制成的、具有中空辐条的混合式车轮是现有技术中已知的。由保时捷股份公司于2015年9月17日公布的US2015258864A公开了一种基本上由纤维复合材料构成的用于机动车辆的车轮，其中车轮的辐条各自形成有纵向延伸的腔室。

由克林兰复合材料公司于2015年10月22日公布的WO15158780A1涉及一种由纤维增强塑料制成的车轮，其轮毂区域相对于车轮的旋转轴线居中，并具有用于将车轮附接至车辆轮毂的紧固装置。轮辐在此包括内部辐片和外部轮辐片，在每种情况下其均由纤维增强塑料制成。借助于内部轮辐片和外部轮辐片的摩擦连接，形成至少一个腔室，以用于在轮毂的区域和/或至少在辐条的部分区域中使轮辐的中空体部变硬。

由宝马汽车公司于2014年1月30日公布的WO14016211A1公开了一种由复合纤维材料制成的车轮，该复合纤维材料构成轮辋和轮辋辐，轮辋辐形成辐条并包含预成形的芯。芯以夹心结构的形式定位于两个轮辐盘之间。在本发明的变型中，芯进一步成形为类似于具有多个支撑柱的肋材框架。

如现有技术中已知的那样，具有中空辐条的车轮设计比辐条具有充满式横截面的同类车轮具有更低的稳定性和刚度。因此，必须根据特定的负载情况精心设计壁厚并局部加厚壁厚，这又导致车轮的整体重量更高。

本发明的一个目的是在重量和材料消耗方面以及在车轮的稳定性和刚度方面优化车轮。

发明内容

本发明涉及一种车轮，其包括轮辋和车轮中央部，其中，车轮中央部包括若干辐条，该辐条从布置在车轮中央部的中部的轮毂至少部分地沿向外(径向)方向延伸到轮辋。辐条可以布置成与径向方向成一定角度，或者在适当情况下可以具有弯曲式设计。轮辋和车轮中央部可以制成为一个部件，或者可以制成为在辐条的外端区域中彼此互连的单独的元件。车轮可以设计为混合式车轮，其中车轮中央部由纤维增强复合材料制成并且轮辋由金属合金或其他合适的材料制成。车轮中央部优选地制造成一件式的。

根据存在的辐条的数量，至少一个辐条包括在内侧的沿辐条的纵向方向延伸的腔室。辐条具有外壁，该外壁至少部分地具有包围腔室的闭合横截面。腔室由辐条的内表面自外壁界定。外壁可以具有沿至少一个辐条的纵向方向可变的厚度并且/或者厚度可以绕腔室的外周变化。腔室可以是封闭的腔室，或者可以通过至少一个开口连接到外部。开口可以朝向轮辋或朝向轮毂定向，并且可以进一步对应于腔室的横截面。可替代地或附加地，可以预见存在至少一个辅助开口、例如用于维护和/或制造目的和/或作为排水孔。所述至少一个辅助开口可布置在辐条的一端处、辐条的两端处或两端之间。

所述至少一个辐条包括沿辐条的内表面延伸的增强构件。在优选的变型中，至少一个增强构件从辐条的内表面突出到腔室中，从而在辐条的内表面上方延伸，并将内表面分成多个区带，这将在下文中更详细地描述。可替代地或附加地，增强构件可以至少部分地从内表面突出到辐条中并且/或者可以布置在外壁的相应的沟槽中，这可以改善锚固。此外，这可以便于增强构件的安装。有利地，所述至少一个增强构件至少部分地由纤维增强复合材料制成。增强构件通常通过胶粘剂、如纤维增强材料的树脂、附接至外壁、相应地附接至车轮中央部。如果增强构件至少部分地由可至少部分地嵌入在辐条的外壁中的单向纤维制成，则可以在增强构件的稳定性和刚度方面获得良好的结果。外壁优选地由纤维增强复合材料制成。当外壁的纤维增强材料至少部分地由相对于辐条的纵向方向具有不同纤维方向的若干层构成时，可以获得良好的结果。根据应用领域，外壁、相应地辐条也可以由金属制成。增强构件可以是与所述至少一个辐条互连的单独的元件，并且/或者其可以制成为辐条的一体式部分、即其由相同材料制成。如果车轮中央部由纤维增强复合材料制成，则可替代地、增强构件也可以同车轮中央部一起制造成一件式的。

在本发明的优选变型中，增强构件包括至少一个肋状物。所述至少一个肋状物可以沿纵向和/或沿横向、如所述至少一个辐条的周向方向、布置。所述至少一个肋状物可以进一步将内表面分隔成若干区带。区带通常是与包括肋状物的区域相比而言具有较薄外壁厚度(在腔室的区域中、辐条的外表面和内表面之间)的区域，其中肋状物的厚度使总壁厚更大。肋状物至少部分地包绕具有较薄外壁厚度的区带并由此使其稳定。区带是腔室内表面的一部分，并由肋状物和/或腔室的外端包绕。根据辐条的几何形状和设计，区带的某些区域可能仍具有比肋状物的区域中的、包括肋状物厚度在内的总壁厚更厚的外壁厚度。例如可能是这种情况，辐条的结构需要更坚固的结构、如在基本呈矩形的辐条的拐角部处。由于在这些区域中辐条结构已经得到加强，因此肋状物有利地由这些区域取代(例如，与这些区域相交替)。

增强构件的沿腔室的内表面的多个肋状物有利于在腔室的整个范围上产生更均匀的增强效果。如果存在多个肋状物，则具有至少两个相交的肋状物是进一步有利的。优选地，肋状物的这种相交将内表面分隔成至少两个区带。所述至少两个肋状物可以至少部分地彼此平行地布置。根据意在由辐条传递的负载，肋状物彼此之间的距离可以均等或不均等。此外，根据各个肋状物的位置、辐条和腔室设计，每个肋状物可以具有不同的大小或厚度。

根据应用和车轮的设计，所述至少一个肋状物还可以具有不同的形状。所述至少一个肋状物可以呈例如环形或螺旋形或U形。通过绕所述至少一个辐条的中轴线(从轮毂朝向轮辋延伸)定向肋状物可以由环形或螺旋形的肋状物实现辐条的良好增强效果。环形肋状物可以沿基本垂直于所述中轴线的第一平面定向(因此沿横向方向延伸)。为了获得更显著的增强效果，可以设置多个环形肋状物。优选地，所述多个肋状物至少部分地彼此平行地布置。在腔室具有开口的情况下，如果肋状物沿纵向方向布置，则使用U形肋状物可能是有利的。然后，将连接U形的两个腿部的U形肋状物的底部放置在腔室的内端处(与开口相反)，使得两个腿部的端部指向腔室的开口。此外，在增强构件朝向轮辋延伸的情况下，如果增强构件的端部与轮辋的形状相符合，使得为轮辋和车轮中央部之间的互连提供附加的支撑，则是有利的。因此，U形肋状物优选地沿第二平面定向，该第二平面由所述至少一个辐条的中轴线和车轮的旋转轴线限定，或者布置成相对于该平面旋转90度(绕中轴线)。

根据辐条的设计，可以使用多种类型的肋状物的组合来形成增强构件，例如至少部分地彼此平行地定向的若干周向环形肋状物与至少一个U形肋状物相结合的混合体，从而形成了支撑并包围腔室的笼状结构。附加地或可替代地，增强构件还可以具有两个U形肋状物，其布置成相对于彼此旋转90度(绕中轴线)。

应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述二者均呈现了实施方式，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。附图被包括在内以提供进一步的理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了各种实施方式，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

根据下文给出的详细描述和附图，将更全面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。

附图示出：

图1是根据本发明的车轮的第一变型的透视图；

图2是根据图1的车轮的俯视图；

图3是根据图2的车轮的剖视图(H-H)；

图4是根据图3的车轮的辐条的细节图；

图5是根据本发明的车轮的第二变型的主视图；

图6是根据图5的车轮的剖视图(D-D)；

图7是根据图6的车轮的辐条的细节图；

图8是根据图7或图5的辐条的剖视图(E-E)；

图9是根据本发明的车轮的第三变型的透视图，该车轮具有带有腔室的多个辐条，每个辐条均具有不同的增强构件；

图10是根据本发明的车轮的第一变型的透视图，其中示出了隐藏线。

具体实施方式

现在将详细参照某些实施方式，其示例在附图中示出，附图中示出了一些但非全部特征。实际上，本文公开的实施方式可以以许多不同的形式体现，并且不应被理解为限于本文阐述的实施方式；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，相似的附图标记将用于指代相似的部件或零件。

图1至图4示出了根据本发明的车轮1的第一变型。车轮1包括轮辋2和车轮中央部3。车轮中央部3还包括从轮毂5朝向轮辋2径向向外延伸的若干辐条4。图3和图4由此提供了沿辐条4的纵向方向延伸的、在一个辐条4内部剖切的剖视图，辐条4具有腔室7。腔室7沿纵向方向延伸并且由辐条4的内表面8包围。在辐条4中，存在沿辐条4的所述内表面8延伸的增强构件9。在所示的变型中，增强构件9包括若干呈环形的肋状物10a和一个U形肋状物10b。肋状物10a、10b从内表面8突出到腔室7中。环形肋状物10a至少部分地彼此平行地布置。根据应用，每个环形肋状物10a均沿第一平面13(对照图9)定向也可能是有利的，第一平面13基本垂直于沿纵向方向延伸的、腔室7和/或辐条4的中轴线12。由于腔室7的形状可能至少部分地弯曲，因此中轴线可能具有非直型的几何形状。此外，由于在所示的变型中，在辐条的整个长度上腔室7沿其宽度方向(沿横向方向)变宽，因此环形肋状物10a的大小也沿该方向增大。

在所示的车轮1的第一变型中，每个肋状物10的厚度大抵相同，然而，增强构件9的厚度变化的变型也是可能的。因此，一个肋状物10的厚度可能根据其放置位置而不同并且/或者一个肋状物10的厚度本身可以改变。在所示的剖视图(图3和图4)中，可以看出外壁18的厚度连同肋状物的厚度(在肋状物的区域中)总体上比靠近肋状物10的相邻区带11的外壁厚度更厚。

在所示的车轮1的第一变型中，环形肋状物10a基本定向成彼此平行。因此，每个环形肋状物10a均与沿纵向方向延伸的U形肋状物10b相交两次。在肋状物10a和肋状物10b之间，将辐条4的内表面8分隔成单独的区带11，使得区带11在大多数情况下由肋状物10包围。仅布置在辐条4的外端6处的区带11由腔室7的相应端部的开口和肋状物10定界。

在图5至图8中，示出了根据本发明的车轮1的第二变型。所示的变型与前述变型的不同之处在于增强构件9的类型和定向。此处，增强构件9仅包括一个肋状物10b，该肋状物10b基本呈U形并沿纵向方向定向。在所示的情况下，肋状物的结构沿第二平面14(对照图9)定向，该第二平面14由车轮1的旋转轴线15和辐条4的中轴线12限定。然而，根据车轮1的几何形状，肋状物也可以绕中轴线旋转90度。肋状物10b的U形因腔室7的形状、相应地内表面8的形状而选定。图7进一步示出了肋状物10b如何与内表面8的轮廓相符合，尤其是在辐条的外端6处。在此处，U形形状更强烈地向外弯曲，从而与腔室7的形式相符合。此外，在增强构件9朝向轮辋2延伸的情况下，如图所示，如果增强构件9的端部与轮辋2的形状相符合，使得为轮辋2和车轮中央部3之间的互连提供附加的支撑，则是有利的。

图8示出了如图7所概示的根据本发明的第二变型的另一剖视图(E-E)。该图示出了U形肋状物10b的两个腿部如何将辐条4的内表面8分隔成两个区带11a、11b。此外，可以看到变化的外壁厚度(在辐条4的外表面16和内表面8之间)：在肋状物10b的区域中、相应地在增强构件9的区域中，外壁18和肋状物10b共同形成总壁厚，该总壁厚比在紧邻肋状物10b的相邻区带11a、11b的区域中的外壁的厚度更厚。然而，可以看出，可能存在这样的区带11a、11b的区域，其中外壁厚度总体上比肋状物10b的区域中的总壁厚(包括肋状物厚度)更厚。如图所示，可能是这种情况，其中辐条的结构需要更坚固的结构，例如矩形辐条4的拐角部17。

图9以分解图示出了根据本发明的车轮1的第三变型，其具有若干辐条4，辐条4具有腔室7。每个腔室7中插入有不同的增强构件9a-9c。增强构件9b包括单个U形肋状物10b。增强构件9a包括布置成绕辐条4和/或腔室7的中轴线12基本上彼此平行的多个环形肋状物10a。增强构件9c是U形肋状物10b和多个环形肋状物10a的组合，使得增强构件9c具有笼状结构。

图10示出了组装后的根据图1至图4的车轮，其中隐藏线可见。可以看出，处于组装状态的增强构件9对于观察者而言是完全隐藏的。同时，车轮1比不具有这种增强结构的车轮轻得多，因为总质量由于较薄的外壁厚度而得以减小。

说明书中使用的词语是描述性的词语而非限制性的词语，并且应当理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种改变。

附图标记列表

1 车轮

2 车辋

3 车轮中央部

4 辐条

5 轮毂

6 外端

7 腔室

8 内表面

9 增强构件

10 肋状物

11 区带

12 中轴线

13 第一平面

14 第二平面

15 旋转轴线

16 外表面

17 辐条拐角部

18 外壁

Claims (18)

1.一种车轮(1)，所述车轮(1)包括：

a.轮辋(2)和车轮中央部(3)，

b.其中，所述车轮中央部(3)包括若干辐条(4)，所述辐条(4)沿纵向方向从轮毂(5)延伸到所述轮辋(2)，

c.其中，至少一个辐条(4)包括外壁(18)，所述外壁(18)包围沿所述至少一个辐条(4)的所述纵向方向延伸的腔室(7)，其中所述腔室(7)由内表面自所述外壁(18)界定，

d.其中，所述至少一个辐条(4)包括沿所述内表面延伸的增强构件(9)，

e.其中，所述至少一个增强构件(9)至少部分地由单向纤维制成，所述单向纤维至少部分地嵌入所述辐条(4)的所述外壁(18)中。

2.根据权利要求1所述的车轮(1)，其中，所述轮辋(2)和所述车轮中央部(3)是在所述辐条(4)的外端(6)处彼此互连的单独的元件。

3.根据权利要求1或2所述的车轮(1)，其中，所述增强构件(9)是与所述至少一个辐条(4)互连的单独的元件。

4.根据权利要求1或2所述的车轮(1)，其中，所述增强构件(9)包括至少一个肋状物(10)。

5.根据权利要求4所述的车轮(1)，其中，所述至少一个肋状物(10)沿所述至少一个辐条(4)的所述纵向方向布置。

6.根据权利要求4所述的车轮(1)，其中，所述至少一个肋状物(10)沿所述至少一个辐条(4)的横向方向布置。

7.根据权利要求4所述的车轮(1)，其中，所述增强构件(9)包括至少两个相交的肋状物(10)。

8.根据权利要求7所述的车轮(1)，其中，所述至少两个相交的肋状物(10)将所述内表面分隔成至少两个区带(11)。

9.根据权利要求8所述的车轮(1)，其中，所述肋状物(10)的区域中的所述外壁(18)和所述肋状物(10)的厚度大于与所述肋状物(10)相邻的区带(11)的区域中的所述外壁(18)的厚度。

10.根据权利要求4所述的车轮(1)，其中，所述增强构件(9)包括至少部分地彼此平行地布置的至少两个肋状物(10)。

11.根据权利要求1或2所述的车轮(1)，其中，所述至少一个增强构件(9)由纤维增强复合材料制成。

12.根据权利要求1或2所述的车轮(1)，其中，所述车轮中央部(3)由纤维增强复合材料制成。

13.根据权利要求1或2所述的车轮(1)，其中，所述至少一个增强构件(9)从所述内表面突出到所述腔室(7)中。

14.根据权利要求4所述的车轮(1)，其中，所述至少一个肋状物(10)呈环形或螺旋形。

15.根据权利要求14所述的车轮(1)，其中，所述至少一个呈环形或螺旋形的肋状物(10)绕所述至少一个辐条(4)的中轴线(12)定向。

16.根据权利要求15所述的车轮(1)，其中，所述至少一个呈环形的肋状物(10)沿第一平面(13)定向，所述第一平面(13)垂直于所述辐条(4)的所述中轴线(12)。

17.根据权利要求4所述的车轮(1)，其中，所述至少一个肋状物(10)呈U形。

18.根据权利要求17所述的车轮(1)，其中，所述呈U形的肋状物(10)沿第二平面(14)定向，所述第二平面(14)由所述至少一个辐条(4)的中轴线(12)和所述车轮(1)的旋转轴线(15)限定。