CN111295294B - 车轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够连接到制动系统的车轮，其中，其轮辋和/或其轮盘具有纤维增强塑料材料的支撑结构。提出了轮辋(2)和/或轮盘(3)至少在支撑结构(11)的面向制动系统(6)的一侧上具有热功能结构(7)，热功能结构(7)在热方面配置为比支撑结构(11)更具传导性，并且设置为以如此方式延伸，使得由制动系统(6)所产生的热能基本从轮辋(2)和/或轮盘(3)的由于所述热能而在热方面受到较高应力的区域排出到轮辋(2)和/或轮盘(3)的在热方面受到较小应力的至少一个区域中。

Description

车轮

技术领域

本发明涉及一种车轮，其能够连接到制动系统并且其轮辋和/或其轮盘具有由纤维增强塑料材料制成的支撑结构。

本发明涉及一种轮辋和轮盘分别包括纤维增强塑料材料的车轮或者车轮构件中的一个由不同的材料(例如轻金属)构成的所谓的混合车轮。

背景技术

从轮毂开始的轮盘一方面可以配置为闭合的、盘形的或者以具有辐条的星形方式开口，其中，辐条终止于轮盘的轮缘中，或者直接连接到包括轮盘的轮辋。

车轮能够通过轮盘的轮毂连接到制动系统。

特别是在制动过程期间，机动车辆的制动系统使车轮受到高热负载的冲击，所述高热负载是由于动能被转换成热能而造成的。例如，在具有盘式制动器的制动系统的情况下，在此可以生成高达1000℃的运行温度。

热负载主要是通过对流和热辐射传递到车轮上的。在此，轮盘和轮辋的特别靠近制动系统、特别是制动盘的那些区域暴露于特别高的热应力。

当由金属制成的轮盘或轮辋经受这些热应力时，由纤维增强塑料材料制成或者具有由纤维增强塑料材料制成的部件的轮盘或轮辋由于所述热负载、尤其是由于基体材料的低耐热性而达到其应力极限。因此，比如强度和刚度的机械性能由于热量引起的树脂系统软化而降低，这尤其会导致对构件的不期望的损坏。

从公开文件WO 2016/097159中已知一种由纤维增强塑料材料制成的车轮，该车轮具有热保护结构以用于对由纤维增强塑料材料制成的支撑结构进行热保护，所述热支撑结构由车轮表面上的至少一个热反射层和低导热率的(绝缘)层和/或位于所述热反射层下方的导热层的组合构成。

热保护结构部分地设置成靠近车轮的支撑结构上的表面，或者嵌入所述支撑结构中。

热反射层由金属或陶瓷材料构成。低导热率的(绝缘)层由纤维增强塑料材料或陶瓷材料或其组合构成。导热层分别由金属片、金属网或金属梭织物或者由金属箔构成。

一方面，由于热反射层，热能输入将被最小化，其中，相对于纤维增强塑料材料的支撑结构的绝热(热障)将通过位于所述热反射层下方的低导热率的(绝缘)层来进行。

替代地嵌入在热反射层和低导热率的(绝缘)层之间的导热层旨在将输入的热能分布在部分设置的热保护结构的绝缘和反射层的相对较大的区域上。

热保护程度显著地分别取决于各个热保护层的反射品质或绝缘品质，并因此取决于所述热保护层的材料、局部处理和壁厚。因此，必须考虑增加的质量或不均匀地分布在车轮上的质量。

此外，还存在这样的风险，由于运行相关的温度变化循环以及热保护层彼此之间的和相对于由纤维复合材料制成的车轮的支撑结构的不同材料及热膨胀系数，这些层可能从支撑结构释放。

在热技术方面，由于该实施例，在与绝缘和导热层结合的外部反射层中，导致对热保护结构的热发射能力的不利影响，这是因为由于反射层的反射能力而引入到外部反射层中的热负载的比例也向内反射，其中，反射层形成相对于外部的热障；因此热量不能以充分的程度排出，这是以局部界定的方式设置的热保护结构的另外的结果，从而导致车轮的不利地局部加热。

此外，不利的是，对车轮以及因此对外部热反射层的不可避免的污染具有的效果是，指向外部的初始存在的反射程度显著降低，因此车轮吸收越来越多的热量。

发明内容

本发明所基于的目的是拓宽和改善所述类型的车轮在机动车辆中的应用潜力，特别是由于较低的热负载而保证车轮的永久运行可靠性。

根据本发明，该目的一方面如此实现，轮辋和/或轮盘至少在支撑结构的面向制动系统的一侧上具有热功能结构，该热功能结构在热方面配置为比支撑结构更具传导性，并且设置为以如此方式延伸，使得由制动系统所产生的热能基本从轮辋和/或轮盘的由于所述热能而在热方面受到较高应力的区域排出到轮辋和/或轮盘的在热方面受到较小应力的至少一个区域中。

在热方面相较于支撑结构更具传导性的热功能结构施加到支撑结构的表面，并且以针对性方式配置为远远延伸跨过轮辋和/或轮盘的支撑结构的表面。

本发明所具有的目的在于，保护分别由纤维复合材料构成并且位于热功能结构下方或被热功能结构遮蔽的轮辋或轮盘的支撑结构免受不期望的局部过大的热负载，这种热负载特别是在机动车辆的制动过程期间以及在随后的静止阶段中由制动系统中所产生的热能造成。制动盘例如是制动系统中特别受到加热的部件之一。

借助于利用以平坦的方式延伸的热功能结构的往复，制动系统所产生的热能从轮辋或轮盘的分别由于所述热能而受到较高热应力的区域(局部热输入区域)排出到轮辋或轮盘的在热方面受到较小的制动系统的应力的至少一个区域、优选多个区域(一个(或多个)热输出区域)。

由于热功能结构与支撑结构相比具有更高的导热率，所以热能主要且以针对性的方式沿着热功能结构的范围被引导。

本发明还基于这样的概念，例如在机动车辆的主动制动阶段中，特别是在持久的、快速交替的加速和制动操纵期间，主要在轮盘上和在轮盘的如下区域(热点区域-轮盘)中存在永久的和非常高的热负载(基本通过热辐射)：该区域与制动系统的受到强烈加热的部件(比如制动盘)靠近地间隔开；而与制动系统的受到强烈加热的部件间隔得更远且背向制动系统的受到强烈加热的部件的轮盘的区域以及具有辋鞍边的轮辋，在由移动的车辆所引起的气流的支持下，在该运行阶段中与轮盘的热点区域相比热负载较小。

相反，在机动车辆的静止阶段中，主要的热负载(基本由于热辐射和对流)在与制动系统的受到强烈加热的部件靠近地间隔开的轮辋的辋鞍边的区域中、特别是在辋鞍边的凹心(热点区域-辋鞍边)中；而在该运行阶段中，借助于在静止阶段中产生的沿着车轮的竖直气流，轮辋的与制动系统的受到强烈加热的部件间隔更远且背向制动系统的受到强烈加热的部件的区域以及轮盘，与辋鞍边的热点区域相比，由于所产生的热对流而受到较小的热应力。

车辆运行阶段对车轮的这些不同的热效应特别地可以在配置为具有辐条的轮心的轮盘的情况下观察到，但是例如，在轮盘的其他变型的情况下也是相关的，比如在具有闭合面的盘形轮盘的情况下。

根据本发明的技术方案利用来自不同车辆运行阶段的这些热效应，从而由于根据本发明的热功能结构的实施例和范围，因此分别局部地跨过轮辋或轮盘的相应热点区域(热功能结构的局部热输入区域)，来吸收来自制动系统(该制动系统在其直接环境中产生较高的周围温度和热辐射负载)的热能，以便借助于热功能结构的高导热率以非常高效的方式将热能分别排出到轮辋或轮盘的分别受到较小热应力的区域中，并且将所述热能分别耗散到轮辋或轮盘的升温程度较小的环境中(热功能结构的一个(或多个)热输出区域)。在此的热功能结构的功能可以以往复的方式被引导，以便对应于在各种车辆运行阶段中引起的不同的局部热能输入。

已经确定，分别位于热功能结构下方或分别被热功能结构遮蔽的轮辋或轮盘的支撑结构被加热到比根据现有技术的实施例中的情况显著更小的程度，使得所述支撑结构的热负载被最小化以保护材料，这显著改善了车辆部件(轮辋、轮盘)的运行可靠性。

本发明的有利设计实施例和改进源自本发明的实施方式、以下描述以及相关附图。

根据一个有利实施例，热功能结构配置为具有高导热性。

热功能结构的高导热性能导致甚至更高效地将热量排出到轮辋或轮盘的在热方面受到较小应力的区域中，由此可以使热功能结构的必要层厚度最小化，以有利于对车轮的轻型构造的质量设置的要求，并且分别以有效的方式同时保护轮辋或轮盘的支撑结构免受过大的热负载。

配置为具有高导热性的热功能结构具有导热系数在大约100至1100W/mK范围内的导热率。

例如，铜箔或编织铜结构适合作为用于具有高导热性的热功能结构的材料或材料复合物。

根据一个特别有利的实施例，热功能结构配置为在红外波范围内吸收辐射和发射辐射。

借助于热功能结构的特定辐射吸收能力，来自制动系统的热能可以分别直接在轮辋或轮盘的相应热点区域(热功能结构的局部热输入区域)中直接作为热辐射被吸收，并且借助于热功能结构的导热率，以往复的方式被引导以便与运行状态相对应的所述热能分别耗散到轮辋或轮盘的在热方面受到较小应力的区域中，并且借助于热功能结构的辐射发射能力，分别发射到轮辋或轮盘的升温程度较小的环境中(热功能结构的一个(或多个)热输出区)。

因此，轮辋或轮盘的热功能结构以通用的方式分别承担多个热功能。

在此，本发明进一步从以下事实出发：由制动系统所产生的辐射主要作为在长波、不可见红外波、红外波范围内的热辐射存在。红外波范围内的热辐射的特征在于波长大约为780nm至100μm。

因此，特别是在红外波范围内吸收辐射和发射辐射的热功能结构的材料可以特别好地吸收和再发射分别作用在轮盘或轮辋上的热辐射。

特别地，在通用热功能结构的红外波范围内的有利的吸收和发射性能与有利的导热性能的组合中，热能可以在热功能结构内被有效地吸收，在热功能结构的纵向范围内被耗散，并且在热应力较小的区域中被分布和再发射。

分别位于热功能结构下方或分别被热功能结构遮蔽的轮辋或轮盘的支撑结构由此甚至被更少地加热，使得所述支撑结构的热负载能够甚至进一步降低。

此外，例如，热功能结构的有效模式几乎不受因来自环境的外部影响(比如车轮表面的污染)而引起的影响，这是由于热功能结构的导热性能原则上不依赖于表面的污染程度，并且在红外波范围内起作用的热功能结构的吸收和发射性能可能仅在非常小的程度上(如果有的话)由于表面的污染而变化。

例如，阳极化铝片、或编织阳极化铝结构、或具有黑色涂层的铝箔适合作为用于通用热功能结构的材料或材料复合物，所述材料或材料复合物组合了导热率以及红外波范围内的辐射吸收和辐射发射的有利性能。

热功能结构的附加的高导热性能通过将热量分别更有效地耗散到轮辋或轮盘的在热方面受到较小应力的区域中而增强了前述优点，以便分别保护轮辋或轮盘的支撑结构免受过大的热负载，同时提供热功能结构的较小层厚度。

黑镁涂层或编织的橡胶-银结构可以施加为根据本发明的适合于通用热功能结构(例如后者)的材料或材料复合物，除了所要求保护的吸收/发射性能之外，该通用热结构还具有高导热性。

特别有利的是，热功能结构含有碳纤维。

根据纤维类型，碳纤维一方面具有良好的导热率(例如基于PAN(聚丙烯腈)的碳纤维)，或者具有非常良好的至较高的导热率(例如高模量碳纤维、沥青基碳纤维)。

高导热碳纤维具有导热率，例如铜或高于铜；所述高导热碳纤维的导热率由在140至1100W/mK范围内的导热系数限定。

此外，由于使用碳纤维而不是金属纤维，在与轮辋和/或轮盘的由纤维增强塑料材料制成的支撑结构的相互作用中避免了不期望的腐蚀。

碳纤维在热功能结构中的比例越大，在支撑结构的保护方面以及因此在车轮的运行可靠性方面的优点的效果越大。

另一方面，碳纤维由于其高拉伸强度、刚度和低质量而有利地适合作为增强纤维，以用于促进轮辋和/或轮盘的纤维复合支撑结构的支撑功能。

因此，当在热功能结构中使用碳纤维时，可以减小功能稳定性所需的轮辋和/或轮盘的支撑结构的质量。

热功能结构的功能非常有利地另外拓宽，以具有由纤维复合材料制成的轮辋和/或轮盘的机械支撑功能，这导致材料方面的有利的最小化。

根据一个特别有利的设计实施例，热功能结构配置为所谓的真正的黑体。

理想的“黑体”(根据物理定义也称为“完全辐射体”)通过具有1的辐射吸收能力完全吸收所有撞击的电磁辐射，因此也吸收光和热辐射。所述黑体转而完全重新发射电磁辐射作为热辐射。热辐射的强度和光谱分布仅是黑体的温度和黑体的周围温度的函数。

实际上不能实现1的辐射吸收能力，撞击的电磁辐射的一部分总是被反射。在这种类型的主体的情况下，实际可实现的辐射吸收能力几乎是1，所述主体被称为“真正的黑体”。

根据该实施例的本发明利用了真正的黑体的特性。直接撞击热功能结构的热辐射几乎完全被热功能结构吸收，有效地分布并耗散到热应力较小的区域中，并且由于所述区域中的较高的温度差，在环境方向上主要作为热辐射发射。

由于热功能结构在热方面受到较高应力的区域中特别有效地吸收热辐射，并且在热方面受到较小应力的区域中同样有效地对热辐射进行辐射发射，因此分别位于热功能结构下方或分别被热功能结构遮蔽的轮辋或轮盘的支撑结构仅在很小的程度上被加热，从而可靠地避免了分别在轮辋或轮盘的支撑结构中的热负载，所述热负载会损坏材料。因此，原则上可以取消支撑结构上的绝缘措施。

阳极化金属片、嵌入黑色硅树脂中的金纤维或涂黑的银箔分别适合作为例如配置为真正的黑体的热功能结构的材料或材料复合物。

根据本发明的一个优选设计实施例，热功能结构含有沥青基碳纤维。

所述碳纤维优选由沿着纤维轴的具有碳网络平坦的长链碳原子构成，并且基于焦油蒸馏制成的沥青残余物(沥青)获得。通过特定的水合处理将沥青熔化、纺丝和碳化，由此实现碳网络的特定定向和牵伸。

沥青基碳纤维结合了热功能结构的所有上述有利的性能和优点。所述碳纤维具有高导热性，除了足够的强度之外，所述纤维还具有高刚度，从而以材料最小化的方式分别用作轮辋或轮盘的支撑结构，并且可以用作真正的黑体。

沥青基碳纤维在热功能结构中的比例越大，上述性能在保护支撑结构方面以及因此在车轮的永久运行可靠性方面的有利效果就越有利。

除了上述性能之外，沥青基碳纤维还具有非常好的耐温性，使得这另外有助于车轮的永久运行可靠性。

虽然这在技术上是可以设想的而在经济上不是有利的，但是轮辋和/或轮盘的纤维增强塑料材料完全基于沥青基碳纤维来制造，轮辋和/或轮盘的所需支撑结构和热功能结构因此以质量最小化的方式以均匀的结构结合。在该实施例的情况下，省去了用于支撑结构的明确的热保护措施，使得对于功能一致的轻型构造车轮(同时具有高运行可靠性)，不需要另外的材料和质量。然而，就数量而言所需的沥青基碳纤维的范围和与其相关的高经济复杂性在本实施例的实际应用方面成为障碍。

根据一个有利实施例，热功能结构由纤维梭织物、纤维针织物或纤维基布形成。

在梭织物、针织物或基布中，呈纤维或带的形状的热相关材料(例如碳纤维或金属纤维)可以以纯形式交织或嵌入，或者与其他材料(例如其他塑料材料纤维)结合，由此能够根据各个要求实现热功能结构中的热性能的均一和/或部分分布。此外，纺织结构能够有意识地定向处理热相关的纤维或带状材料。因此，热能的分布和热耗散可以以针对性的方式沿着热功能结构被引导。

此外，作为梭织物、针织物或基布的实施例促进将热功能结构分别精确地放置或成形在轮盘或轮辋的支撑结构的轮廓上，并因此改善了热功能结构的有效模式。

如果纤维梭织物、纤维针织物或基布配置为弹性的，则当施加热功能结构时，热相关材料的定向和定位可以以更加灵活的方式进行。

纤维梭织物、纤维针织物或基布的弹性配置，特别是弹性支撑丝线的使用，使得轮廓变形(例如在轮辋的拔模角或径向台阶的情况下)能够在模制所述弹性支撑丝线时得到补偿，同时保持热功能结构的导热纤维的纤维定向。

本发明的一个特别有利的设计实施例设置为，轮辋的热功能结构和轮盘的热功能结构彼此连接。因此，根据具体的运行类型，热能可以以广泛的方式从轮辋的表面分布到轮盘的表面，反之亦然。

根据另一有利的设计实施例设置为，轮盘和/或轮辋的热功能结构延伸到或延伸入轮盘和/或轮辋的背向制动系统的一侧。

例如，在轮辋的情况下，热功能结构的范围可以到达辋缘的外侧或进入辋缘的外侧。

在轮盘的情况下，热功能结构的范围例如可以分别到达轮缘的外侧、轮盘的外侧、或轮盘的辐条的外侧、或轮心的外侧或者到达轮缘的外侧、轮盘的外侧、或轮盘的辐条的外侧、或轮心的外侧上。

就此而言，轮辋或轮盘的分别在热方面受到较小程度的制动系统的应力或者未受到制动系统的应力的这些区域可以有效地用于将热能分别排出到轮辋或轮盘的升温程度较小的环境中。

本发明还包括，相应的热功能结构可以完全覆盖轮辋和/或轮盘的表面，或者可以完全包围轮辋和/或轮盘的几何轮廓。

特别地，当使用混合动力车轮时，可以有利地设置为轮盘和/或轮辋的热功能结构与车轮的导热构件连接。

车轮的导热构件例如可以是金属轮毂、金属轮缘、单独的金属辐条、轮辋或轮盘上的局部金属层或完全金属的轮辋或轮盘。

由于与热功能结构的连接，通过热功能结构传递的热能可以进一步引导到车轮的导热构件，该导热构件分别由于其几何范围或质量而能够有助于热量进一步有效地分布在车轮上。

为了相对于环境影响保护热功能结构，并且作为用于车轮的美观设计手段，可以权宜地设置为轮辋的热功能结构和/或轮盘的热功能结构至少部分地具有覆盖层。

覆盖层承担热吸收的功能并且将热量耗散到热功能结构，该热功能结构在被覆盖层覆盖的区域中主要承担导热功能。

在未被覆盖层覆盖的区域中的热功能结构又可以配置为导热和热吸收/热发射功能结构，以便局部地放大热量的分布和排出。

吸热覆盖层优选地由耐热材料构成，该耐热材料可以是例如耐热漆。此外，纤维复合材料层也是可以设想的，其热负载与构件(轮辋/轮盘)的承载能力没有任何关系。

出于同样的目的，可以设置为轮辋和/或轮盘的热功能结构至少在某些区域中具有可透过红外辐射的覆盖层。

这种特殊的可透过红外辐射的覆盖层特别适合于通用配置的热功能结构的保护和设计，该热功能结构配置具有导热性并且另外配置为在红外波范围内吸收辐射和发射辐射。例如，可以是透明的或染色成不透明的PE膜适合作为这种类型的适宜的覆盖层。

这些特征以及源自专利权利要求、说明书、示例性实施例和附图的其他特征可以分别单独地或组合地实现为本发明的有利实施例，因此在此要求保护。

附图说明

下面将通过多个示例性实施例来更详细地解释根据本发明的车轮。在分别以示意图示出的相关的附图中：

图1示出车轮的等距图示，该车轮具有由纤维增强塑料材料制成的轮辋和轮盘并且在轮辋和轮盘上分别具有一个热功能结构；

图1a示出根据图1的车轮在截平面A中的截面图；

图1b示出与根据图1的车轮类似的、在轮辋和轮盘上具有连接的热功能结构的车轮在截平面A中的截面图；

图1c示出与根据图1的车轮类似的、在轮辋和轮盘上具有相互过渡的热功能结构的车轮在截平面A中的截面图；

图2示出与图1的具有替代轮盘的车轮类似的车轮的截面图；

图2a示出根据图2的具有热功能结构的车轮的轮辋的分解截面图；

图3示出与图1的车轮类似的、在轮辋上并且围绕整个轮盘具有连接的热功能结构的车轮的截面图；

图3a示出根据图3的车轮通过辐条横截面的截面图；

图4示出与图1的车轮类似的、在轮辋和轮盘上具有热功能结构和可透过红外辐射的覆盖层的车轮的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的车轮1，车轮1具有轮辋2和轮盘3，轮盘3尤其配置为具有辐条4的轮心。轮辋2和轮盘3分别由碳纤维增强塑料材料构成。车辆1可以通过轮盘3的轮毂5与制动系统6连接，制动系统6在该示例性实施例中示意性地示出并且具有制动盘。

轮辋2在面向制动盘的辋内侧上和轮盘3至少在面向制动盘的轮盘内侧上分别具有一个根据本发明的热功能结构7。轮辋2的热功能结构7跨过整个辋内侧延伸到轮辋2的两个辋缘8。

轮盘3的热功能结构7在径向方向上跨过轮盘内侧延伸到轮盘3的轮缘9，并且可以另外突出到轮盘3的辐条中间空间或突出到轮盘3的辐条中间空间中，或者完全填充所述辐条中间空间。

轮辋2和轮盘3的热功能结构7分别覆盖轮辋2的支撑结构11的辋内侧表面或者轮盘3的支撑结构11在轮盘3内侧上和辐条中间空间中的表面。

通过轮辋2的轮缘9而与轮辋2相连接的轮盘3以直接且平坦的方式邻接轮辋2的热功能结构7。

图1a涉及根据图1的车轮1沿截平面A的截面图，从该截面图可以更详细地看到车轮1的细节。

轮辋2和轮盘3的支撑结构11分别具有多个碳纤维增强塑料材料的层12。

在该示例性实施例中，轮盘3的热功能结构7由薄的阳极化铝片构成，该阳极化铝片具有导热性并且在红外波范围内吸收辐射和发射辐射。

阳极化铝片在轮盘3内侧上以平坦方式覆盖轮盘3的支撑结构11的表面，并且优选地螺纹配合或粘合。

使用阳极化铝片作为热功能结构7使得能够在轮盘3上进行成本有效且符合要求的选择性的且柔性的组装。

替代地，轮盘3的热功能结构7可以由具有阳极化氧化铝带和碳纤维(未示出)的材料梭织物构成，其中，碳纤维在这种情况下另外地有助于轮盘3的支撑结构11的承载性能和导热率。

在该示例性实施例中，轮辋2的热功能结构7由含有沥青基碳纤维(沥青纤维)13的纤维层构成，或者由所述纤维层构成。纤维层可以配置为编织的纤维梭织物。

通过沥青基碳纤维13，轮辋2的热功能结构7配置为具有高导热性并且呈真正的黑体的形式，该真正的黑体在红外波范围内特别好地吸收辐射和发射辐射。

因此，除了导热功能之外，热功能结构7的纤维层还承担支撑功能，以用于促进轮辋2的支撑结构11。

可以将单独的纤维层、纤维梭织物/纤维针织物或预成型的分段的纤维半成品分别施加到轮辋2的支撑结构11或轮盘3的支撑结构11上，以便制造轮辋2和/或轮盘3的热功能结构7。

图1a示出了根据图1的车轮1在紧接着制动和行进运行之后处于静止运行状态，以下称为“静止阶段”。

由于车轮1正在进行的制动和行进运行而导致在静止阶段受到加热的制动盘产生强烈的热辐射(图1a中的竖直箭头)，热辐射以主要径向指向的方式正好撞击辋鞍边、特别是轮辋2的凹心14(轮辋2的热点)。作为几乎真正的黑体，由沥青基碳纤维13制成的轮辋2的热功能结构7以大体完全的方式吸收所述热辐射，并且沿着热功能结构7、在可见的辋内侧以及在辋内侧的被轮辋2与轮盘3之间的连接部遮蔽的部分两者中、在轮辋2的两个胎圈座15和两个辋缘8的方向上(图1a中沿着轮辋2的水平箭头)引导来自轮辋2的热点的热能，所述胎圈座15和所述两个辋缘8由于其与制动盘的间距而在热方面受到较小的应力，并且其中，热能优选地作为热辐射发射到轮辋2的大气环境，与轮辋2的热点相比以及与轮辋2的支撑结构11相比，大气环境升温程度较小(图1a中辋缘8上的外部水平箭头)。

轮辋2的热负载由于在整个辋鞍边上的最佳分布而局部地最小化，并且因此保护设置在热功能结构7下方的轮辋2的纤维复合材料支撑结构11。

在车轮1的这种运行状态(静止阶段)下，由于沿着轮盘3的轮廓在竖直方向上生成的热对流，轮盘3受到较少的热辐射并且因此不受显著较高的热应力。

在车轮1的主动制动和行进运行期间的运行状态中(下文中称为“制动阶段”并且未在图1a中示出)，由于加热的制动盘而造成的热辐射在轮盘3的方向上大体轴向地并且主要在轮盘3的靠近轮毂5并特别靠近制动盘(轮盘3的热点)的区域中传递到轮盘3的热功能结构7，所述热功能结构7由阳极化铝片制成。只有小部分的热辐射被阳极化铝片的表面反射。轮盘3的该热点区域中的大部分热辐射被轮盘3的吸热的热功能结构7吸收，并且作为热能沿着热功能结构7在轮盘3的轮缘9和辐条中间空间(在此不可见)的方向上耗散，该轮缘与辐条中间空间进一步与制动盘间隔开并且在热方面也由于行进运行时的冲击气流而被促进。在那里，热能、优选地作为热辐射由轮盘3的热功能结构7发射到轮盘3的大气环境，与轮盘3的热点和轮盘3的支撑结构11相比，轮盘3的大气环境升温程度较小。

由于因行进而生成的气流，轮辋2、特别是具有胎圈座15和辋缘8的辋鞍边在该运行状态下在热方面仅受到轻微的应力。

图1b示出了与根据图1的车轮类似的车轮1沿着截平面A的截面图，车轮1与根据图1、图1a的实施例相比具有微小的差异。

为了避免重复，下文将仅描述与根据图1、图1a的车轮1的实施例相比在特征和有效模式方面的不同点。

与根据图1a的实施例相反，根据该示例性实施例的轮盘3的热功能结构7由具有黑色涂层的薄铝箔构成，其同样既导热又在红外波范围内吸收辐射和发射辐射。

涂覆的铝箔可以气相沉积、冷缩配合或粘合到轮盘3的支撑结构11的表面，或者可以在纤维复合材料的固化工艺中连接到轮盘3的支撑结构11。由于使用涂覆的铝箔作为热功能结构7，因此可以有利地减小对轮盘3的承载能力没有贡献的质量。

与根据图1a的实施例相反，在根据图1b的示例性实施例中的轮盘3的热功能结构7完全跨过轮盘3内侧延伸直至轮缘9并且包括轮缘9，使得轮盘3和轮辋2的热功能结构7在从轮盘3到轮辋2的过渡区域中彼此连接。

在图1b中同样示出了处于静止阶段的车轮1的运行状态。这些过程和效果原则上对应于图1a中的描述，但是在根据图1b的实施例中，由于轮辋2和轮盘3的热功能结构7之间的附加连接部分，可以扩大可用的热传递路径和发射面。

轮辋2的热功能结构7所大量吸收的热辐射一方面作为热能沿着轮辋2的热功能结构7通过可见的辋内侧以及在辋内侧的被遮蔽的部分中被引导到两个辋缘8(图1b中沿着轮辋2的和辋缘8上的水平箭头)，并且还沿着轮盘3的热功能结构7通过轮盘3内侧(图1b中沿着轮盘3的竖直箭头)被引导和分布，其中，热能分别排出到升温程度较小的环境中。

与根据图1a的描述相反，在图1b中未示出的处于制动阶段的车轮1的运行状态下，由于加热的制动盘所造成的热辐射大体从具有黑色涂层的铝箔传递到轮盘3的热功能结构7，其作为几乎真正的黑体能够以大体完全的方式吸收热辐射。

所吸收的热辐射作为热能沿着热功能结构7在轮缘9和辐条中间空间(在此不可见)的方向上耗散，并且通过轮辋2的连接的热功能结构7、通过辋鞍边的可见辋内侧以及通过辋内侧的被遮蔽的部分在轮辋2的两个胎圈座15和两个辋缘8的方向上向前分布，其中，热能分别排出到升温程度较小的环境中。

该实施例扩大了热传递路径，以有利于跨过更大面积的且更有效的热传输，该热传输以往复的方式从辋鞍边的辋内侧朝向轮盘内侧跨并且反之亦然到达车轮的环境，这进一步使车轮的热负载最小化，该车轮的环境由于该运行而在每种情况下升温程度较小。

图1c示出了与根据图1的车轮类似的车轮1沿着截平面A的截面图，所述车轮1与根据图1b的实施例相比具有微小的差异，其中，车轮1的运行状态同样示出为处于静止阶段。

为了避免重复，下文将仅描述与根据图1b的车轮1的实施例相比在特征和有效模式方面的不同点。

与根据图1b的实施例相反，根据图1c的示例性实施例中的轮辋2的热功能结构7仅跨过可见的辋内侧延伸到从轮辋2到轮盘3的过渡区域，其中，所述热功能结构7连接到轮盘3的完全跨过轮盘内侧延伸的热功能结构7，使得热功能结构7彼此过渡。

轮辋2与轮盘3之间的连接区域因此被排除在轮辋2的热功能结构7的热传递路径之外，使得所述连接区域可以受到较小的热负载，并且因此可以改善车轮的热相关的连接构造的运行可靠性。

另外衍生了制造技术方面的优点，例如，可以分别将热功能结构7改造到现有车轮的内侧或者一体或整体制造的车轮。此外，可以以独立于车轮1的制造工艺的方式来施加热功能结构7。

在此也可以将单独的纤维层、纤维梭织物/纤维针织物或预先形成的、分段的纤维半成品施加到轮辋2和轮盘3的支撑结构11上，以便制造热功能结构。

图2示出了与根据图1、图1a、图1b的车轮1类似的车轮1的截面图。

为了避免重复，下面将仅描述与根据图1、图1a、图1b的车轮1的实施例相比在特征和有效模式方面的不同点。

根据图2的车轮1是所谓的混合动力车轮。作为根据图1、图1a、图1b的实施例的替代，所述混合动力车轮具有由铝或镁(可选地具有附加的黑色涂层)制成的轮盘3，所述轮盘3因此具有导热性至高导热性，并且在红外波范围内吸收辐射和发射辐射。

轮盘3本身因此用作车轮的导热构件以及热功能结构，在轮盘由纤维复合材料制成的情况下，该热功能结构设置用于对纤维复合材料进行热保护。

以对应于图1的方式，轮辋2的热功能结构7由纤维层构成，该纤维层至少部分地具有沥青基碳纤维(沥青纤维)13，所述纤维层配置为编织的纤维梭织物16，并且根据图1、图1a、图1b，纤维层延伸跨过轮辋2的整个辋内侧。

因此，金属轮盘3通过其轮缘以直接且平坦的方式邻接轮辋2的热功能结构7。

由于轮辋2的热功能结构7与金属轮盘3之间的这种直接连接，可用的热传递路径和发射面可以以类似于根据图1b的实施例的方式扩大。

图2中示出了处于制动阶段的车轮1的运行状态，其中，过程和效果原则上对应于图1a、图1b中所述的制动阶段。

在此，在轮盘3的方向上(图2中靠近轮毂5的水平箭头)轴向发射的热辐射被金属轮盘3直接吸收，其中(没有黑色涂层)，仅一小部分热辐射被反射，并且利用黑色涂层几乎吸收全部热辐射。

通过热传递所吸收的热能可以分布在轮盘3的整个主体上(图2中沿着轮盘3的箭头)，并且跨过轮盘3的整个表面大面积发射，特别是还在辐条中间空间上和在轮心外侧上发射(轮心外侧上的水平箭头)；所述通过与轮辋2的热功能结构7相连接而吸收的热能另外可以通过可见的辋内侧在辋鞍边的方向上向前耗散，并且通过辋内侧的被遮蔽的部分在辋缘8的方向上耗散到环境(图2中沿着轮辋2的和在辋缘8上的水平箭头)。

相反，在车轮1的静止阶段的运行状态中(在此未示出)，在辋鞍边的热点区域中大体通过轮辋2的热功能结构7所吸收的热辐射不仅可以在胎圈座15和辋缘8的方向上耗散和发射，而且还可以通过所连接的金属轮盘3传递和分布，并且在那里分别排出或发射到环境中。

图2a示出了在将热功能结构7施加到轮辋2的辋内侧上的支撑结构11之前以及在将金属轮盘3组装到轮辋2上之前，根据图2的车轮1的轮辋2的分解截面图。

在此，含有沥青纤维13的热功能结构7的纤维层的纤维梭织物16配置为纺织管的形式。分别在轮辋2或车轮1的轴的方向上定向的沥青纤维13由在周向方向上伸展的纺织管的纤维或丝线17支撑，并且所述沥青纤维13在其定向和定位方面大体由所述纤维或丝线17来固定。当热功能结构7施加到轮辋2的辋内侧时，因此保证了在轴的方向上平行伸展的各个沥青纤维13的均一定位，这改善了热能的分布以及沿着热功能结构7的热耗散，特别是从轮辋2的热点(凹心14)在两个胎圈座15和轮辋2的辋缘8的方向上。

纺织管的在周向方向上伸展的支撑纤维或支撑丝线17配置为是弹性的(例如由弹性体制成)，这促进沥青纤维13的均一且平行的定向和定位。

环绕的弹性支撑丝线17被证明对于热功能结构7的配置是特别有利的，其符合在轮辋2的构件几何形状的径向周向变化的区域中的轮廓。

因此，在制造具有热功能结构7的轮辋2时，弹性纺织管可以首先配合到复制轮辋2的辋内侧的轮廓的模具上，并且分别通过弹性纺织管的相应的横截面膨胀或横截面收缩，在保持沥青纤维13的所需纤维位置和定向的同时，将弹性纺织管精准地模制到模具的轮廓上，从而将轮辋2的辋内侧的热功能结构7配置为与轮廓相符。

为了完成轮辋2，轮辋2的支撑结构11的纤维层在随后的编织或缠绕过程中可以施加到热功能结构7的纤维梭织物16，以便在轮廓方面是准确的，并且所有纤维层随后可以共同固结。

图3示出了与根据图1的车轮1类似的车轮1的截面图。

为了避免重复，下文将仅描述对与根据图1、图1a的车轮1的实施例相比在特征和有效模式方面的不同点。

与根据图1、图1a的实施例相反，由碳纤维增强塑料材料制成的轮盘3具有由纤维层制成的热功能结构7，该纤维层包括沥青基碳纤维13或由沥青基碳纤维13制成，所述纤维层延伸跨过轮盘3的整个表面并完全覆盖轮盘3。

借助于沥青基碳纤维，该热功能结构7具有高导热性，并且是在红外波范围内特别好地吸收辐射和发射辐射的真正的黑体。

因此，轮盘3以及同样地轮辋2分别具有性能和品质基本相同的热功能结构7。

图3中示出了处于制动阶段的车轮1的运行状态。

由制动盘在车轮1的方向上(图3中轮盘3的轮毂近侧区域中的水平箭头)轴向发射的热辐射大体传递到轮盘3的热点区域中的热功能结构7，所述热功能结构7作为几乎真正的辐射体以大体完全的方式吸收热辐射。

作为热能的沿着轮盘3的热功能结构7的所吸收的热量围绕轮盘3的整个圆周分布(图3中沿着轮盘3的内侧和外侧的箭头)，并且因此可以在轮盘3的热点区域外部、在轮盘3的在热方面受到较小应力的内侧和外侧的表面上大面积发射。

通过与轮辋2的热功能结构7的连接，热能可以另外在辋鞍边和辋缘8的方向上耗散(图3中沿着轮辋2的辋鞍边的水平箭头)。

在未示出的车轮1的静止阶段，在轮辋2的热点区域(凹心14)中通过轮辋2的热功能结构7大体吸收的热辐射不仅可以在胎圈座15和辋缘8的方向上耗散和发射，而且可以传递到轮盘3的相连接的热功能结构7并且围绕轮盘3的整个圆周分布，其中，所述热辐射可以在轮盘3的在热方面受到较小应力的内侧和外侧的表面上大面积发射。

该实施例提供对各个运行状态中产生的热辐射的最大潜在吸收，并且此外提供与特别高的热发射度相关联的最大潜在热分布和发射面以及特别高的热传递度。

因此，可以实现特别有效的冷却效果，以保护位于其下方的轮盘3和轮辋2的支撑结构11，这是由于热功能结构7中的沥青纤维13因其有利的机械性能可以有助于轮辋2和轮盘3的支撑结构11的承载能力，并且因此可以优化车轮1的功能所需的质量。

图3a以放大的方式示出了沿着剖面线B通过根据图3的轮盘3的辐条4的截面。从该图示中可以详细地看到由碳纤维增强塑料材料制成的辐条4的支撑结构11，所述支撑结构11具有模芯18和多个碳纤维增强塑料材料层12，所述多个碳纤维增强塑料材料层12环绕模芯18并且连接为彼此毗连，以形成支撑结构11的纤维层12。

在辐条4的区域中由两个子层形成的热功能结构7设置为抵靠在支撑结构11的外周上，子层配置为半壳的方式并且对应于预先形成的纤维基布19，其包括沥青基纤维13或者由沥青基纤维13形成，沥青基纤维13分别在辐条4的两侧包括辐条4的支撑结构11。

热功能结构7的半壳形式的子层设置为在辐条中间空间的区域中搭接，因此与仅在毗连接头中毗连预先形成的子层的连接相比，沿着热功能结构7的热传输得到改善，围绕辐条4的圆周(在箭头方向上)的热传递和分布也变得更高效。

替代地，辐条4的区域中的热功能结构7也可以通过编织的纤维梭织物的沥青基纤维13来配置，其中，为此将弹性纺织管放置在辐条4的预制支撑结构11上并且以包围的方式模制到其上(未示出)。

因此，可以使热功能结构7的制造和模制的技术复杂性最小化，并且可以特别地避免分别由于预先形成的子层而造成的毗连接缝或搭接接缝，这甚至进一步地改善了围绕辐条4的圆周的热传递和分布。

图4示出了具有与根据图1、图1b的车轮1类似的特征并且处于与根据图2的运行状态相对应的制动阶段的运行状态的车轮1的截面图。

为了避免重复，下面将仅描述与根据图1、图1b的车轮1的实施例和根据图2的运行状态相比在特征和有效模式方面的不同点。

在该示例性实施例的情况下，轮辋2和轮盘3分别由玻璃纤维增强塑料材料构成。轮辋2和轮盘3的支撑结构11分别具有多个玻璃纤维增强塑料材料层12。与根据图1、图1b的车轮1的支撑结构11的纤维复合材料相比，该纤维复合材料确实稍微更软，但是就热影响方面的损坏而言更耐受。

轮盘3和轮辋2分别具有由纤维层制成的热功能结构7，所述纤维层包括沥青基碳纤维13或由沥青基碳纤维13构成。

因此，热功能结构7具有高导热性，并且作为在红外波范围内特别好地吸收辐射和发射辐射的真正的黑体。

轮辋2的高度传导的以及红外辐射吸收和红外辐射发射的热功能结构7跨过整个辋内侧延伸到辋缘8。轮盘3的热功能结构7延伸跨过轮盘内侧，从而包括轮缘9，并且可以另外突出至辐条中间空间或突出到辐条中间空间中，或者填充辐条中间空间。

对应于根据图1b的示例性实施例，轮盘3的高度传导的以及红外辐射吸收和红外辐射发射的热功能结构7和轮辋2的热功能结构7在从轮盘3到轮辋2的过渡区域中彼此连接。

轮盘3和轮辋2的热功能结构7分别具有可透过红外辐射的覆盖层20。所述覆盖层20优选是透明的或轻微染色的PE膜或可透过红外辐射的漆，例如丙烯酸基漆。

所述覆盖层20主要用作热功能结构7的覆盖区域的沥青纤维13的机械保护，或者用于热功能结构7的可见表面的美观设计，而不显著阻碍热辐射的通过并且分别削弱所覆盖的热功能结构7的吸收输出或发射输出。

由于可透过红外辐射的覆盖层20在热技术方面对热功能结构7的功能几乎没有任何影响，因此在热技术方面，所示的车轮1的运行状态的过程和有效模式原则上对应于与根据图1b、图2和图3的车轮的前述示例性实施例中的运行状态“制动阶段”有关的相应前述描述。

出于设计目的，可以设想将覆盖层20分别部分地或分部地设计为以不透明的方式染色，而不会不利地损害用于传递热辐射所需的吞吐量特性。

因此，例如分别在输入到轮辋或轮盘的热功能结构7的直接辐射的区域中、例如在辋鞍边/凹心的区域中和轮心内侧的轮毂近侧区域(热输入区域)中和/或特别是在辐射有效的热输出区域(辋缘8、辐条外侧)，覆盖层20可以以上述方式配置为是可透过红外辐射的、透明的，并且分别在轮辋或轮盘的热功能结构7的主要热传递功能的区域中(例如，在辐条中间空间处、轮缘处、从凹心到胎圈座的过渡部分处)，覆盖层20可以配置为被染色成不透明的(未示出)。

此外，配置为可透过红外辐射的、透明的覆盖层20可以通过具有配置为被染色成不透明的覆盖层，而以任意图案变化。

此外，配置为可透过红外辐射的、透明的覆盖层20与配置为染色成不透明的覆盖层之间的过渡部分可以设计为是流畅的。

附图标记表

1 车轮

2 轮辋

3 轮盘

4 轮心的辐条

5 轮毂

6 具有制动盘的制动系统

7 热功能结构

8 辋缘

9 轮盘或轮心的轮缘

11 支撑结构

12层、支撑结构的纤维层

13沥青基碳纤维、碳纤维

14 轮辋的凹心

15 胎圈座

16纤维梭织物、纺织管

17沿周向方向伸展的丝线、纤维

18 模芯

19 纤维基布

20可透过红外辐射的覆盖层

Claims (12)

1.一种能够连接到制动系统的车轮，其中，其轮辋和/或其轮盘具有由纤维增强塑料材料制成的支撑结构，其特征在于，所述轮辋(2)和/或所述轮盘(3)至少在所述支撑结构(11)的面向所述制动系统(6)的一侧上具有热功能结构(7)，所述热功能结构(7)在热方面配置为比所述支撑结构(11)更具传导性，并且所述热功能结构(7)直接地吸收所述制动系统的热辐射或者至少在遍及可透过辐射覆盖层的区域中吸收所述制动系统的热辐射，并且所述热功能结构(7)设置为以如此方式延伸，使得由所述制动系统(6)所产生的热能从所述轮辋(2)和/或所述轮盘(3)的由于所述热能而受热较高的区域排出到所述轮辋(2)和/或所述轮盘(3)的受热较小的至少一个区域中，其中，所述热功能结构(7)配置为具有高导热性，并且所述热功能结构(7)具有导热系数在100至1100W/mK范围内的导热率。

2.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述热功能结构(7)配置为在红外波范围内吸收辐射和发射辐射。

3.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，所述热功能结构(7)含有碳纤维。

4.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，所述热功能结构(7)配置为真正的黑体。

5.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，所述热功能结构(7)含有沥青基碳纤维(13)。

6.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，所述热功能结构(7)由纤维梭织物(16)、纤维针织物或纤维基布(19)形成。

7.根据权利要求6所述的车轮，其特征在于，所述纤维梭织物(16)或所述纤维基布(19)配置为弹性的。

8.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，所述轮辋(2)的热功能结构(7)和所述轮盘(3)的热功能结构(7)彼此连接。

9.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，所述轮盘(3)的热功能结构(7)和/或所述轮辋(2)的热功能结构(7)延伸到或延伸入所述轮盘(3)的背离所述制动系统(6)的一侧和/或所述轮辋(2)的背离所述制动系统(6)的一侧。

10.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，所述轮盘(3)的热功能结构(7)和/或所述轮辋(2)的热功能结构(7)与所述车轮(1)的导热构件连接。

11.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，所述轮辋(2)的热功能结构(7)和/或所述轮盘(3)的热功能结构(7)至少部分地具有覆盖层(20)。

12.根据权利要求11所述的车轮，其特征在于，所述覆盖层(20)配置为可透过红外辐射。

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