CN111344154A - 车轮装置和用于制造车轮装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车轮装置，该车轮装置具有车轮(1)和至少一个载体元件(5)，车轮(1)具有轮毂(4)，载体元件(5)用于将车轮(1)安装在车辆部件上和/或用于布置动力传递单元。根据本发明设置为，轮毂(4)具有至少一个接合部(6)，该接合部在车轮装置的接合状态下与载体元件(5)的接合部(6)相对应，其中，接合部(6)的表面轮廓(7、7.1、7.2)设计为使得在车轮装置的接合状态下，轮毂(4)和载体元件(5)至少在轮毂轴线(R)的周向方向上以形状配合的形式彼此连接。本发明还涉及一种用于制造车轮装置的方法，该车轮装置具有由纤维复合材料构成的轮毂(4)并且具有至少一个载体元件(5)。

Description

车轮装置和用于制造车轮装置的方法

技术领域

本发明涉及一种车轮装置，该车轮装置具有车轮和至少一个载体元件，该车轮具有轮毂，该载体元件用于将车轮安装在车辆部件上和/或用于布置动力传递单元，其中，轮毂具有至少一个接合部，该接合部在车轮装置的接合状态下与载体元件的接合部相对应。

背景技术

在机动车辆的情况下、特别是在两轮机动车辆的情况下已知这样的车轮装置。

借助于布置在轮毂的一侧或两侧上的载体元件，车轮例如安装在车辆的轮轴或驱动轴上。载体元件还可以用于布置车辆的动力传递单元，例如具有链轮的驱动单元、具有制动盘的制动单元等，其中，通过动力传递单元来传递的力由载体元件传递至车轮、特别是引入到车轮的轮毂中。

文献EP 0174190A2公开了一种摩托车装置，该摩托车装置具有由金属构成的包括毂部、辐条和轮辋部的车轮，并且具有由金属构成的用于使轮轴、制动盘、链轮等定位的至少一个载体。

载体借助于多个驱动销连接至车轮，这些驱动销围绕车轮装置的轴线布置并且在两端被驱动到在载体的外周上且围绕毂部的圆周的盲孔中。来自车轮的转动运动的扭矩的传递借助于载体和毂部中的驱动销的形状配合和力配合来实现。

载体具有包括接合部的短环形凸起，该接合部接合到毂部的中心毂开口的接合部中。这种精准的配合接合用于使载体在径向方向上相对于车轮的毂部固定。

在毂部的两侧，载体借助于贯穿延伸的安装垫片和旋入的端盖在轮轴的轴向方向上固定。对于轮轴座，载体在内部具有用于接收球轴承的凸缘。

首先，毂部与载体之间的连接制造起来非常复杂且昂贵，因为必须制造多个接合部件、钻孔和保持部件。此外，轮毂和载体中的孔必须高精度地形成，以便确保定位销连接的定位。

其次，定位销连接只能传递有限量的扭矩，其中，毂区域中受限的可用结构空间防止使用较大的定位销或较大数量的定位销，而不会使毂部的材料经受过多的载荷。

根据现有技术的毂部与载体之间的连接特别不适用于由纤维增强复合物构成的轮毂或车轮的情况，因为该连接将不会在轮毂的纤维增强复合物中的钻孔区域中提供足够的强度，并且还将引起在由纤维增强复合物构成的毂部的圆周上形成损坏点的风险增大。特别地，钻孔将引起不期望的纤维切断，这将导致显著削弱在该机械高负载区域中的纤维增强复合物。

发明内容

本发明所基于的目的是提供车轮装置及其制造方法，该车轮装置及其制造方法消除了现有技术的缺点，并且特别适用于由纤维增强复合物构成的轮毂或车轮的情况。

为了实现所述目的，根据本发明设置为，接合部的表面轮廓设计成使得在车轮装置的接合状态下，轮毂和载体元件至少在围绕轮毂轴线的周向方向上以形状配合的形式彼此连接。

如果载体元件连接至轮毂，则轮毂的接合部和载体元件的接合部各自的表面轮廓彼此接触；相应地，根据本发明的定义，接合部的表面轮廓是形成为在车轮装置的接合状态下彼此面对的那些表面轮廓。

借助于形成为在围绕轮毂轴线的周向方向上变化的轮毂和载体元件的接合部的表面轮廓，可以产生在围绕轮毂轴线的周向方向上形成在轮毂与载体元件之间的形状配合，使得例如沿着轮毂和载体元件的环绕表面轮廓和/或沿着轮毂和载体元件的环绕横截面轮廓，来实现具有所导致的底切的一个或多个可变凸起或凹陷，这确保使载体元件在围绕轮毂轴线的周向方向上稳定地抗相对转动地相对于轮毂紧固，并且因此在车辆运行期间，来自动力传递单元的扭矩和转动力经由载体元件可靠地传递至车轮。

轮毂的具有环绕表面轮廓的接合部例如可以围绕轮毂的常规设置的中心毂开口同心地布置，并且轮毂的具有环绕横截面轮廓的接合部例如可以在轮毂的中心毂开口中或围绕毂开口同心地布置。

借助于轮毂和载体元件的接合部的形成为在圆周上变化的表面轮廓，可以在周向方向上实现大面积的切向形状配合连接，并且在待连接的零件(轮毂、载体元件)的接触区域中具有相对较低的表面负载，使得相对于根据现有技术的实施例，在该实施例中可以通过较低的点状材料负载来传递更高的扭矩。

由此，可以省去根据现有技术的连接的多个连接部件和钻孔，这进一步使得根据本发明的连接成本更低。

本发明的有利实施例和改进方案将从从属专利权利要求、从以下描述以及从相关附图中出现。

由于表面载荷以及相关的下部点状机械且动态的负载的有利分布，连接的实施例特别适用于将载体元件连接至具有由纤维增强复合物构成的承载结构的轮毂或车轮。

根据本发明的同时具有较高的力传递的形状配合与由纤维增强复合物构成的轮毂的承载结构的机械保护相关，这是由于借助于切向形状配合连接，基本上防止了载体元件相对于轮毂的集中式相对运动，并且因此观察到轮毂的纤维增强复合物的摩擦磨损显著较低。

在本发明的一个有利实施例中，轮毂的至少一个接合部形成在轮毂的中心毂开口中。在此，例如可以利用存在于中心毂开口的内侧上的表面。在中心毂开口中，可以沿着实心轮廓轮毂的毂开口的整个通道横截面形成一个连续的接合部，或者可以在中空轮廓轮毂的中断的毂开口的彼此相对的端部处形成一个或两个单独的接合部。

对应于该实施例，载体元件的接合部可以形成在接合到毂开口中的连接件的圆周上。

除了该设计的在技术上有利的可行性之外，可以利用所导致的毂开口的内表面来形成一个(或多个)接合部的大面积表面轮廓，并且因此为载体元件与车轮之间的连接提供较大的动力传递面积。

在本发明的一个有利实施例中，轮毂的至少一个接合部形成在轮毂的在轮毂轴线的方向上延伸的环形凸缘上。

轮毂的环形凸缘围绕中心毂开口，并且在轮毂轴线的方向上延伸。

对应于接合部在轴向延伸的环形凸缘上的布置，载体元件的接合部可以形成在载体元件的连接件上，该连接件可以接合到环形凸缘中并且因此接合到毂开口中或围绕该环形凸缘的连接件上，其中，替代地或附加地，接合部可以分别形成在轮毂的轴向延伸的环形凸缘或载体元件的连接件的径向内侧和/或径向外侧和/或前侧上。

例如，轮毂的接合部的表面轮廓可以形成在轮毂的轴向延伸的环形凸缘上的径向外侧处，并且载体元件的接合部的相应表面轮廓可以形成在载体元件的连接件的中空轮廓的径向内侧处。

这些实施例首先使得可以利用甚至更大的表面来形成接合部的表面轮廓并且因此提供甚至更大的动力传递面积，其次允许轮毂与各种载体元件之间的连接的可变布置变型。

尤其是，接合部更易于在轮毂的轴向延伸的环形凸缘上制造。

根据另一有利实施例，轮毂和载体元件的接合部的环绕表面轮廓至少在轮毂轴线的周向方向上的某些部分呈阶梯或齿形形状。

轮毂和载体元件的接合部的表面轮廓在轮毂轴线的周向方向上分别在轮毂或载体元件的接合部的表面中具有至少一个阶梯或齿形凸起，并且对应于此，分别在载体元件或轮毂的接合部的表面中具有阶梯或齿形凹口/凹部，该凸起和凹口/凹部彼此接合。

接合部的表面的这种简单的轮廓设计在轮毂或车轮与载体元件之间产生足够牢固且因此可靠的切向形状配合，其中，用于制造连接的花费较小并且用于加工连接部件的加工成本较低。

如果在轮毂轴线的周向方向上，接合部中布置有阶梯或齿形凸起和阶梯或齿形凹口/凹部的多个组合，则从而实现了动力传递的有利分布和扭矩传递的改善。

接合部的表面轮廓的阶梯或齿形设计优选在其围绕轮毂轴线的整个圆周上以交替的形式连续。

在替代实施例中，轮毂和载体元件的接合部的表面轮廓至少在轮毂轴线的周向方向上的某些部分呈波状形状。

在这种情况下，轮毂和载体元件的接合部的表面轮廓在轮毂轴线的周向方向上分别在轮毂或载体元件的接合部的表面中具有至少一个波状凸部，并且在载体元件或轮毂的接合部的表面中具有相应的波状凹部，该波状凸部和波状凹部彼此接合。

接合部的表面的这种简单的轮廓设计也在轮毂或车轮与载体元件之间产生了足够牢固且因此可靠的切向形状配合，其中，用于制造连接的花费较小并且用于加工连接部件的加工成本较低。

特别地，波状轮廓沿着接合部的表面轮廓产生了特别地连续的横截面过渡部，这允许从载体元件到轮毂的均一的、低应力的动力传递，并且从而纤维增强复合物中的缺口应力大大减小。

如果在轮毂轴线的周向方向上，围绕接合部的圆周布置了波状凸部和波状凹部的多个组合，则也以这种方式实现了动力传递的有利分布和扭矩传递的改善。

接合部的表面轮廓的波状设计优选在其围绕轮毂轴线的整个圆周上以交替的形式连续。

结构上有利且高效的实施例设置为，轮毂和载体元件的接合部的表面轮廓设计成彼此协调，使得轮毂和载体元件至少部分地通过过盈配合彼此连接。

例如，形成在轮毂和载体元件的相应接合部中的表面轮廓相对于彼此设置有过大的尺寸，使得在载体元件与轮毂的连接区域中产生过盈配合，该过盈配合在轮毂和/或载体元件中引起预加载并且因此除了形状配合之外还产生力配合。

轮毂的接合部与载体元件的接合部之间的附加的力配合连接用于使连接在相对于轮毂轴线的轴向和径向方向上甚至更好地紧固。

因此，使得不需要用于使载体元件在轮轴的方向上固定和紧固的附加保持部件(比如根据现有技术的安装垫片和端盖)。

此外，通过形状配合和力配合的组合，甚至更大的力和扭矩也可以从动力传递单元经由载体元件传递到车轮。

在另一有利的改进方案中从而设置为，轮毂的接合部的表面轮廓和/或载体元件的接合部的表面轮廓形成为在轮毂轴线的方向上变化。

变化的表面轮廓例如可以形成为在轮毂轴线的轴向方向上以不连续或连续的形式变宽或者以不连续或连续的形式变窄。

该实施例额外地使轮毂与载体元件之间的连接在轴向方向上固定，并且此外，可以在轮毂和/或载体元件中引起预加载用于附加力配合，这因此导致连接的稳固性和可靠性增大。

如果轮毂或载体元件的接合部的相应表面轮廓形成为例如在轮毂的毂开口中或围绕毂开口的圆周上或者在载体元件的连接件的外圆周或内圆周上以连续的形式变宽或者以连续的形式变窄，则可以造成轮毂的接合部的毂开口的锥形伸展的横截面或者载体元件的连接件的锥形伸展的横截面。

该实施例首先特别是由于可以更易于对待接合部件(例如，具有毂开口的轮毂和载体元件的连接件)进行定心而改善了制造连接期间的接合条件，并且可以进一步加强预加载效果以产生过盈配合。

在另一有利实施例中，轮毂的接合部和/或载体元件的接合部具有至少一个轴向作用的形状配合元件。

从轮毂轴线的方向观察，所述形状配合元件可以局部地布置在轮毂和/或载体元件的接合部内或者轮毂和/或载体元件的接合部的端部处，或者可以形成为以点状的形式径向延伸为围绕轮毂轴线的圆周分布的一个或多个凸耳或者形成为以环绕的形式径向延伸为例如凸缘。

该附加形状配合元件防止接合配对件(轮毂与载体元件)之间在轮毂轴线R的方向上的相对移位，并且因此为接合配对件的连接提供了附加的轴向紧固。

如果载体元件的材料相对于由纤维增强复合物构成的轮毂的承载结构的刚度具有更大的刚度，则在接合配对件的该组合中，上述优点将以特别明显的方式体现出来，并且可以在由纤维增强复合物构成的轮毂与载体元件之间造成特别牢靠的连接。

载体元件优选地由具有比轮毂的纤维增强复合物更大的刚度的金属材料构成。

在由纤维增强复合物构成的轮毂与较高强度的载体元件之间实施过盈配合的情况下，这被证明是特别有利的。在此，例如实现了：在轮毂和载体元件的接合部之间过盈配合连接的情况下，只有轮毂的纤维增强复合物以定向的方式延展(取决于载体元件和轮毂的实施例)。通过与此相适应地有针对性地布置纤维，可以利用纤维或纤维增强复合物在伸长能力和预加载作用方面的特定特性，以有益于连接强度。

在特别优选的实施例中，轮毂在接合部的区域中具有纤维层，该纤维层具有在轮毂轴线的周向方向上单向布置的纤维。

在此，在具有由纤维增强复合物构成的承载结构的轮毂的区域中，使用附加纤维层(所谓的UD纤维层)，该纤维层包括在围绕轮毂轴线的周向方向上单向布置的纤维(例如碳纤维)或者由其构成。所述纤维层以绷带的方式围绕轮毂的由纤维增强复合物构成的承载结构铺设。例如，所述纤维层可以围绕毂开口的承载结构，并且优选地包围轮毂的接合部的环绕表面轮廓。

在由纤维增强复合物构成的轮毂与较高强度的载体元件之间实施过盈配合的情况下，这同样证明是特别有利的。

例如，在将载体元件的连接件压入轮毂的毂开口中期间，轮毂的围绕毂开口的接合部延展，其中，包围毂开口的UD纤维层伸长，产生限定的拉应力。由于纤维在其纵向范围内的单向取向和高强度，UD纤维层的伸长得以永久地维持。

因此，在轮毂的材料中实现了限定的特别高的且永久的预加载，这使得载体元件与轮毂或车轮之间的连接甚至更加牢固和可靠。

同时，借助于车轮装置的这种设计，围绕轮毂轴线以及在轮毂轴线方向上出现的所有力和扭矩可以可靠地从动力传递单元经由载体元件传递至轮毂并且因此传递至车轮，并且反之亦然。

如果UD纤维层在轮毂轴线的方向上延伸越过轮毂的接合部的整个区域，则还可以在轮毂中产生特别均匀的预加载。

根据另一有利设计，如果轮毂的接合部的表面轮廓由不包括在纤维增强复合物的承载结构中的至少一个材料层形成，则一个或多个材料层(牺牲层)(其不执行用于车轮或轮毂的任何直接的承载功能并且为了实现形状配合和力配合连接而牺牲)可以适应在载体元件的压入期间局部地作用在表面轮廓上的压力，使得可以避免对纤维增强复合物的下面的承载纤维层的可能损坏，并且因此轮毂的纤维增强复合物的承载结构保持被保护，以防损害其承载特性。

例如，轮毂的接合部的表面轮廓可以由玻璃纤维增强塑料构成的至少一个层形成，该至少一个层与轮毂的纤维增强复合物的承载结构分离。

在轮毂的接合部的表面轮廓中使用这种材料层(牺牲层)用于实现对轮毂的接合部的表面轮廓的单独的机械保护，例如在用于在载体元件与轮毂之间制造过盈配合的压入工艺期间。

在接合配对件的组合的情况下，其中，轮毂由碳纤维增强塑料形成并且载体元件呈金属形式，由玻璃纤维层形成的表面轮廓特别地还在载体元件与轮毂之间产生有利的电流隔离，使得可以基本上防止损坏材料的腐蚀现象。

为了提高轮毂的电流保护的可靠性，优选可以例如通过硬质阳极氧化或阳极氧化来涂覆金属载体元件。

在本发明的另一有利实施例中，承载结构在由纤维增强复合物构成的轮毂的接合部的区域中具有由玻璃纤维增强塑料构成的一个或多个层。

在轮毂在其接合部的区域中具有由纤维增强复合物构成的承载结构的实施方式中，玻璃纤维或玻璃纤维层集成到承载结构中使得由于其特别的强度而能够传递甚至更高的扭矩和横向力。

为了在接合配对件之间的连接中获得甚至更高的摩擦系数，从而设置为，轮毂和载体元件在接合部的区域中借助于粘合剂进行连接，该粘合剂优选地由高强度塑料构成。

在形状配合和/或力配合和/或粘结的组合中，可以经由载体元件与车轮上的轮毂的连接来传递甚至更高的力和扭矩。

此外，由于(仍然)较低的摩擦，在固化之前呈粘性形式的粘合剂还可以在载体元件与轮毂的压入连接的情况下促进压入工艺。

在轮毂由纤维增强复合物构成的实施例的情况下，粘合剂优选地设计成能够蠕变，使得粘合剂在固化之前填充存在于轮毂的接合部的纤维增强塑料中的微孔。这用于进一步增大特定的接合配对件(载体元件、轮毂)之间的摩擦系数。

在一个替代实施例中，轮毂和载体元件在接合部的区域中借助于轮毂的纤维增强复合物的、可固化的基体材料连接，这例如可以在接合部的通常的模制和渗透工艺的情况下实现。

在该实施例中，消除了单独加工的轮毂或单独加工的车轮与载体元件的逆向接合。在轮毂或车轮的加工期间，通过纤维增强复合物的渗透和固结(固化)进行接合配对件的连接。

在经由载体元件与轮毂的连接来传递力和扭矩方面，借助于基体材料的粘结结合可以实现相同的优点。

在粘合地结合或固结的接合配对件的一个有利实施例中，粘合剂或基体材料在相连接的载体元件的接合部和轮毂的接合部的过渡部中的廓形处具有增厚部。

所述增厚部用于使缺口效应最小化，该增厚部例如可以呈沿着连接廓形的隆突(bead)的形式，该缺口效应可能是由应力升高而引起，该应力升高由于相连接的接合配对件的材料中的刚度过渡而造成，该接合配对件通过驱动运行而经受机械载荷，并且该缺口效应可能会损害接合配对件的材料、特别是轮毂的纤维增强复合物。

所述缺口效应例如可以在接合配对件之间的由于连接而形成的不连续的、突然的廓形过渡部处出现，并且特别是在接合配对件具有不同刚度的情况下(如例如在由纤维增强复合物构成的轮毂与由金属构成的载体元件相联结的情况下)出现。

轮毂的这种材料损害的风险可以借助于在该廓形过渡部处增厚的粘合剂或基体材料的叠层以有效的方式来抵消。

提供用于制造根据本发明的具有由纤维增强复合物构成的轮毂的车轮装置的方法的目的有利地借助于方法权利要求16的特征和方法步骤并且还借助于与返回参考方法权利要求16的方法权利要求的特征与方法步骤的组合来实现。

在该方法中，随后将最初单独地预制的接合配对件(车轮或车轮的轮毂以及载体元件)在轮毂轴线的方向上以形状配合的形式与彼此接合或接合到彼此中。

由纤维增强复合物构成的车轮或车轮的轮毂预制有至少一个接合部，该接合部在车辆装置的接合状态下旨在与至少一个载体元件的接合部相对应。

在轮毂的预制期间，轮毂的接合部的表面轮廓形成或铣削到轮毂的材料层中，该材料层设置为牺牲层。所述材料层可以例如是玻璃纤维增强塑料层。因此，纤维增强复合物的承载结构维持在轮毂的接合部的区域中，并且由于所形成或铣削的表面轮廓而不会被削弱。玻璃纤维增强塑料层还提供了保护和隔离功能，以防轮毂与载体元件之间的接触腐蚀。

为了借助于轮毂轴线的轴向方向上的形状配合实现额外地紧固轮毂与载体元件的连接，轮毂的接合部和/或载体元件的接合部可以形成有轴向作用的形状配合元件，该形状配合元件防止轮毂和载体元件相对于彼此的相对位移。形状配合元件可以例如设置在接合部的一端处，这特别有利于将预制的接合配对件与彼此接合或接合到彼此中的工艺。

为了借助于力配合实现额外地紧固轮毂与载体元件的连接，第一或第二表面轮廓分别可以至少在某些部分中形成有相对于第二或第一表面轮廓过大的尺寸，使得在将相应的接合部的表面轮廓接合到彼此中期间，至少部分地在轮毂与载体元件之间产生过盈配合。在此，纤维增强复合物可以在轮毂的接合部的区域中延展，这增大了纤维增强复合物的结构中的应力，确保了增强的力配合。

可以在轮毂的接合部的区域中施加或嵌入一个或多个纤维层(UD层)，该纤维层具有在轮毂轴线的周向方向上单向布置的纤维。所述纤维绷紧轮毂的接合部，以便增大轮毂在所述区域中的强度。

如果由于轮毂与载体元件之间的过盈配合而使纤维增强复合物在轮毂的接合部的区域中延展，则UD层在其伸长极限内产生永久的预加载(例如压应力的形式)，并且因此确保了轮毂与载体元件之间特别可靠且永久的连接。

为了借助于粘结实现额外地紧固轮毂与载体元件的连接，可以设置为，在将轮毂接合至载体元件之前，相应的接合部的第一和/或第二表面轮廓涂覆有合适的、可固化的粘合剂。在这种情况下，位于轮毂与载体元件之间的粘合剂可以增大接合配对件之间的摩擦系数，并且额外地提供防腐蚀保护。

可以形成过量的粘合剂并且该粘合剂固化为沿着相连接的接合配对件的廓形过渡部的隆突，该粘合剂在轮毂接合至载体元件期间、特别是在相应的接合部的表面轮廓与彼此接合或接合到彼此中期间出现。

例如，在表面轮廓与彼此接合或接合到彼此中期间沿着轮毂轴线移位的某些过量的粘合剂可能出现在相应的接合部的端部处，并且—在固化状态下—形成沿着所连接的接合配对件的廓形过渡部的隆突，该隆突引起载体元件与由纤维增强复合物构成的轮毂之间的刚度发生连续过渡的变化，并且因此减小了所述区域中的缺口效应。

作为上述的根据权利要求16所述的方法的替代，为了制造根据本发明的车轮装置，也可以在通常的模制和渗透工艺中执行轮毂与载体元件之间的连接，其中，例如，使用不同的纤维铺设方法，将浸渍有可固化的基体材料的纤维层直接铺设在预制有所期望的表面轮廓的载体元件的接合部上，以便形成轮毂或车轮，其中，轮毂的接合部产生有相应的形状配合表面轮廓，所形成的轮毂的纤维半成品可能渗透有可固化的基体材料，并且轮毂的纤维半成品与相连接的载体元件一起固结(固化)，使得轮毂与载体元件之间的形状配合和粘结连接在一个一体加工工艺中产生。

轮毂的接合部的表面轮廓直接模制成与载体元件的表面轮廓接触，在这种情况下该载体元件用作模制工具，从而为了有益于维持纤维增强复合物的强度，消除了轮毂的纤维层的铣削，在铣削的情况下，纤维不可避免地被切割。

施加到载体元件的成型(contoured)表面轮廓上的纤维半成品已经在预成型工艺期间确保了有效的形状配合，该形状配合防止接合配对件相对于彼此转动或滑动。

此外，在此还消除了逆向地将预制的轮毂或预制的车轮接合到载体元件上的工艺，并且特别地，还消除了逆向地一起压入接合配对件。

根据权利要求17、19和21所述的方法特征也可以类似地在该方法的情况下应用。

从专利权利要求、从示例性实施例的描述以及从附图中出现的这些和其他特征可以分别单独地或组合地实现为在此要求保护的本发明的有利实施例。

附图说明

下面将基于多个示例性实施例更详细地讨论根据本发明的车轮装置。在相关的附图中，分别以示意图形式：

图1是具有前轮和两个载体元件的、用于摩托车的车轮装置的等距视图，

图2是根据图1的车轮装置在轮毂的区域中的细节的分解图，

图3示出了截面A-A中横向于轮毂轴线的横截面图，其穿过根据图1和图2的轮毂和载体元件之间的连接点，

图4示出了根据图3的截面图的细节图A，

图5示出了沿着截面B-B中的轮毂轴线穿过根据图1的车轮装置的细节的纵向截面图，

图6示出了沿着轮毂轴线穿过根据图1的车轮装置的细节的纵向截面图，其具有替代的层结构，

图7示出了根据图6的截面图的细节图B，

图8是具有前轮和两个载体元件的乘用机动车车轮的车轮装置的等距视图，

图9是根据图8的车轮装置的分解图，

图10示出了沿着截面C-C中的轮毂轴线穿过根据图8的车轮装置的纵向截面图。

具体实施方式

图1至图7示出了根据本发明的用于摩托车的车轮装置的示例，该车轮装置由摩托车的前轮1和两个载体元件5构成。

同时，下面将参考图1-图7描述用于制造根据本发明的车轮装置的优选方法。

根据图1的前轮1由具有轮毂4和轮辋3的轮心构件2组成，并且由如例如碳纤维增强塑料(CFRP)的纤维增强复合物(FRC)构成。两个载体元件5布置在轮毂4的两侧，并且各自可以接收制动单元(未示出)的制动盘。两个载体元件5由金属材料构成。

制动单元表示可以借助于载体元件5连接到车轮1的可能的动力传递单元之一。在用于摩托车的后轮的车轮装置(在此未示出)的情况下，例如，两个载体元件中的一个可以接收制动单元的制动盘，并且另一个载体元件可以接收驱动单元。

图2在根据本发明的车轮装置的分解图中示出了根据图1的前轮1的在轮毂4的区域中的放大细节，其中，两个载体元件5分别以预组装状态被图示出。

为了清楚起见，在前轮1中，仅示出了具有轮心构件2的辐条的初始部分的轮毂4。

金属载体元件5各自形成为套管的形式，该套管面向轮毂4在轮毂轴线R的轴向范围上具有中空的圆柱形连接件，在该连接件的外周上分别形成环绕的接合部6。

在连接件的远离轮毂4的一端处，载体元件5形成有盘形的支承凸缘。支承凸缘具有中心开口9，中心开口9具有用于将载体元件5安装在轮轴上的支承座9。

在载体元件5的支承凸缘的开口9的圆周周围，设置有多个(在示例性实施例中为六个)螺纹孔8，这些螺纹孔一直延伸穿过载体元件5的中空的圆柱形连接件并且用于紧固制动盘(未图示出)。

制动盘位于支承凸缘的支承座9的外周上，并且平面地抵靠支承凸缘的接触表面，该接触表面形成为通过螺纹孔8而减小质量。

在径向范围中，载体元件5的支承凸缘具有突出到连接件之外的环形凸缘14。参考图5和图7更详细地讨论了所述环形凸缘的功能。

轮毂4在轮毂轴线R的轴向范围上的两侧分别具有一个环形凸缘，该环形凸缘分别围绕中心毂开口，并且在环形凸缘的内侧上，分别形成有一个环绕的接合部6。每个载体元件5的接合部6的表面轮廓7具有波状凸部(7.1)，该波状凸部布置成围绕圆周分布并且以形状配合的方式与布置成围绕轮毂4的接合部6的圆周分布的波状凹部7.2相对应。

轮毂4的环形凸缘的内壁上的表面轮廓7.2由特殊的增强材料层10形成，在这种情况下，该层由玻璃纤维增强塑料(GFRP)构成，该层在内壁处覆盖由CFRP构成的轮毂4的纤维增强复合物的承载结构的纤维叠层13(见图3和图4)。

轮毂4的环形凸缘还具有多个纤维层，这些纤维层以绷带的方式围绕环形凸缘的承载结构的CFRP纤维层13并且由单向纤维11(UD纤维绷带)构成(见图3和图4)。

在示例性实施例中，形状配合设计的接合配对件(轮毂4和载体元件5)借助于过盈配合彼此连接。

为此，各个载体元件5的连接件上的接合部6设计成使得其表面轮廓7.1相对于轮毂4的环形凸缘上的接合部6的表面轮廓7.2具有略微过大的径向尺寸。

为了便于组装工艺，载体元件5的接合部6的表面轮廓7.1的过大尺寸还可以设计成沿着轮毂轴线R在支承凸缘的方向上升高，使得载体元件5的连接件在轴向方向上略微呈圆锥形。

以这种方式设计的载体元件5的连接件以形状配合和力配合的形式被压入到轮毂4的环形凸缘中，该环形凸缘具有相应的匹配设计-具有过小的径向尺寸(见图3和图4)。

在以这种方式在轮毂4的环形凸缘中产生的预加载下，载体元件5被永久固定地定位在由CFRP构成的轮毂4中，而轮毂4的CFRP材料不会在车轮1的驱动运行期间由于载体元件5的连接件的压入而受到不利的机械负载。

在车轮装置的接合状态下，较高的力和扭矩可以可靠地并且以较高的运行安全性从制动单元经由两个载体元件5传递到轮毂4并且因此传递到车轮1。

另外，通过合适的粘合剂，可以产生附加粘结力，该粘结力用于增大两个接合配对件(轮毂4、载体元件5)之间的摩擦系数，并且借助于该粘结力，可以通过形状配合、力配合和粘结力的组合来实现甚至更高的力和扭矩的传递。

图3示出了在根据图1和图2的处于接合状态的载体元件5与轮毂4之间的连接点的区域中的、与轮毂轴线R相垂直的截面图。

图4示出了根据图3的截面图的放大细节图A。

这些截面图示出了在由CFRP构成的轮毂4的环形凸缘的横截面中的、处于其压入布置的载体元件5的金属连接件的横截面。

还可以看到螺纹孔8，该螺纹孔8穿过载体元件5的中空圆柱体并且用于将制动盘紧固至载体元件5。

由CFRP构成的轮毂4的环形凸缘具有多层纤维层叠体作为承载结构13，其中，轮心构件2的辐条的CFRP纤维层13的端部在环形凸缘的芯部中终止(参见图7)。

载体元件5的连接件的波状轮廓7具有总共十二个波状凸部7.1，这些凸部以形状配合的方式对应于轮毂4的环形凸缘的波状轮廓7的相应十二个波状凹部7.2，这些波状凹部铣削到环形凸缘的GFRP层10中。

波状凸部7.1在连接件的周向方向上引起相应的底切，该底切由轮毂4的环形凸缘的相应处理的GFRP层10填充。借助于环形凸缘上形成的波状凹部7.2，两个载体元件5可以彼此对准，并且在接合状态下形成形状配合，该形状配合在围绕轮毂轴线R的周向方向上起作用。

轮毂4的环形凸缘的表面轮廓7的波状凹部7.2仅形成在GFRP纤维层10中，使得轮毂4的承载结构的CFRP纤维层13保持不受影响。因此，为了维持轮毂4的承载结构13的强度而牺牲了GFRP纤维层10，即所谓的牺牲层。

GFRP层10的高强度首先使得可以传递特别高的力和扭矩，其次用于保护由CFRP构成的轮毂4的接合部6的表面轮廓7.2的接触表面，并且还用于保护由CFRP构成的轮毂4相对于金属载体元件5的电流分离，其中，在金属载体元件5的连接件接合/压入到轮毂4的环形凸缘的工艺期间，接触表面受到增大的机械载荷。

由于载体元件5的连接件接合/压入到轮毂4的环形凸缘中，轮毂4的环形凸缘受到载体元件5的连接件的波状轮廓7.1(形成有过大尺寸)与环形凸缘的波状轮廓7.2之间的过盈配合，该过盈配合与环形凸缘的一定的径向定向的延展相关(对应于图7中的箭头)。

该工艺在轮毂轴线R的方向上以连续且缓慢的方式在轮毂4的两侧进行，使得轮毂4的环形凸缘以均匀且渐进的方式在径向方向上延展，并且在接合配对件(4、5)的形状配合和力配合连接中实现了所需的预加载。

为了构建或增大因轮毂的环形凸缘的径向延展而在环形凸缘中产生的预加载，在围绕轮毂轴线R的环形凸缘的周向方向上通过单向取向的CFRP纤维层11来缠绕轮毂4的环形凸缘的外周，该CFRP纤维层11围绕环形凸缘形成固定绷带(UD纤维绷带)。

所述UD纤维绷带11调节在围绕环形凸缘的圆周缠绕的纤维中的作为拉应力的预加载，该纤维可以以特别有效的方式补偿所述拉应力。在围绕轮毂轴线R的周向方向上的单向取向的纤维11确保了持久的预加载，以在连接的接合/压入期间以及在车辆运行期间永久地紧固载体元件5与轮毂4之间的连接。

图5示出了沿着轮毂轴线R穿过根据图1的车轮装置的细节的纵向截面B-B。为了清楚起见，在前轮1中，仅图示出具有轮心构件2的辐条的初始部分的轮毂4。

两个载体元件5通过过盈配合在轮毂4的两侧牢靠地定位在两个环形凸缘中。

图5示出了承载CFRP纤维层(13)在与轮毂4的环形凸缘的过渡部处从轮心构件2的辐条开始的走向，其中，在环形凸缘的区域中，CFRP承载结构13在内侧由GFRP纤维层10覆盖，并且在外侧由缠绕在环形凸缘的CFRP承载结构13周围的单向CFRP纤维层11(UD绷带)包围。

纵向截面分别穿过载体元件5的连接件的波状轮廓7的十二个波状凸部7.1中的两个，并且同时穿过轮毂4的环形凸缘的波状轮廓7的十二个波状凹部7.2中的两个。在环形凸缘的波状凹部7.2的区域中，可以看到铣削出的GFRP纤维层10的层结构的很小的但仍然存在的厚度。

从根据图7的细节图B中，可以甚至更清楚地看到轮毂4的环形凸缘的详细的层叠层结构。

图5和图7示出了GFRP纤维层10和作为UD纤维绷带缠绕的纤维层11在轮毂轴线R的轴向方向上延伸越过环形凸缘的整个纵向延伸区域。

从图5和图7还可以清楚地看到，载体元件的环形凸缘14如何用作形状配合元件14，以使载体元件5相对于轮毂4的环形凸缘在轮毂轴线R的方向上精确地轴向定位，而无需另外的接合或连接元件。

在示例性实施例中使用的用于产生附加粘结力的粘合剂优选地可以在轮毂轴线R的方向上在轮毂4的环形凸缘与载体元件5的连接件之间伸展到轮毂4的内部，并且在固化之后，在接合部6的位于载体元件5的连接件处的端部与接合部6的位于轮毂4的环形凸缘处的端部之间的过渡部处，保持为薄隆突15的形式(另见图7)。

该粘合剂隆突15用于使由纤维增强复合物构成的轮毂4与由金属构成的载体元件5之间的过渡部处的缺口效应最小化。

根据图6的纵向截面示出了相对于根据图5的实施例增强的轮毂4的层结构。

根据图6的轮毂4的层结构具有在原理上与图5类似的设计，但是具有附加的顶层12，该顶层12部分地或完全地围绕轮毂4。例如，轮毂4在两侧可以分别被一个顶层12围绕，该顶层围绕轮毂4的环形凸缘延伸直到轮心构件2的辐条区域中，并且在辐条之间汇聚在一起。例如由着色的CFRP纤维层构成的该顶层12尤其可以用于视觉设计目的和/或用作对下面的层叠层(承载结构13的纤维层、UD纤维绷带11)的保护。

图7在放大的细节图B中示出了根据图6的轮毂4与载体元件5的连接点，从中可以看到根据图5的轮毂4的环形凸缘的基本层叠层结构，特别是根据图6的轮毂4的环形凸缘的、被增强以包括顶层12的层叠层结构。

从根据图7的细节图中，尤其可以看到CFRP纤维层13从轮心构件2的辐条伸出的走向，该CFRP纤维层的、在环形凸缘的区域中转向到轮毂轴线R的轴向方向的端部形成轮毂4的环形凸缘的承载结构13。

相反，UD绷带11围绕从辐条伸出的CFRP纤维层13在轮毂轴线R的周向方向上伸展。

在布置于内侧的GFRP纤维层10中，在铣削的波状凹部7.2的区域中保留有玻璃纤维层10的薄层(至少0.1mm)，以便能够利用所述材料层10相对于承载结构13的CFRP纤维层的特定强度用于形状配合，并且用于确保由CFRP构成的轮毂4相对于金属载体元件5的完全平面的电流分离。

每个载体元件5的连接件轴向地插入到轮毂4的环形凸缘中，使得环形凸缘14的竖直接触表面，作为载体元件5的轴向形状配合元件14，抵靠并压靠轮毂4的环形凸缘的优选同样被铣削平坦的表面。

图8示出了用于乘用机动车车轮的车轮装置，该车轮装置由乘用机动车前轮1和两个载体元件5构成。

在根据图8的等距视图中，仅一个载体元件5可见。乘用机动车前轮1具有包括轮毂4的轮心构件2，并且具有轮辋3，并且由纤维增强复合物(FRC)(例如碳纤维增强塑料(CFRP))构成。两个载体元件5由金属材料构成。

基本上，下面仅讨论与根据图1至图7的示例性实施例的不同之处。未明确描述的该示例性实施例的特征、特性和优点对应于根据图1至图7的示例性实施例中的描述。

图9在根据本发明的车轮装置的分解图中示出了根据图8的乘用机动车前轮1，其中，两个分别图示出的载体元件5处于预组装状态。借助于载体元件5，乘用机动车前轮1被接收在轮架上，该轮架连接至乘用机动车的驱动轴(未示出)。在该示例性实施例中，轮架和驱动轴构成动力传递单元。

在组装状态下，两个载体元件5布置在轮毂4的两侧，其中，每个载体元件5的一个径向延伸的环形凸缘14分别作为轴向形状配合元件在两侧包围轮毂4的中心毂开口的环绕边缘，并且每个载体元件5的轴向延伸的连接件伸入毂开口中，如特别是从图10中可以看出的。

图10示出了沿着轮毂轴线R穿过根据图8的车轮装置的纵向截面C-C。

在毂开口的区域中，两个载体元件5的连接件彼此相对地定位，其中-在轴向上由相应的环形凸缘14界定-在连接件之间仍然限定了最小的余隙，使得载体元件5不接触。因此，确保了载体元件5完全平面地且仅抵靠轮毂4的纤维复合材料。然而，以这种方式主要实现了，避免一方面在相应的载体元件5与轮毂之间和另一方面在载体元件5之间的连接的“双配合”。特别是在车轮1的动态运行期间，载体元件5彼此的附加接触可能导致配合位置的过确定性，这将不利地影响轮毂4与载体元件5之间的连接的稳定性。

两个载体元件5分别具有一圈孔16，其具有五个通孔16，这些通孔16布置成围绕具有支承座9的开口的圆周分布，在组装状态下，通孔彼此一致地布置并且用于引导轮螺栓(未示出)穿过两个载体元件5，使得可以将轮螺栓拧入轮架(未示出)中，以便将乘用机动车前轮1紧固至乘用机动车。

轮毂4的毂开口的内侧形成有环绕的接合部6，该接合部6的表面轮廓7具有波状轮廓7，该波状轮廓7具有布置成围绕圆周分布的波状凹部7.2。

在载体元件5的轴向延伸的连接件的外周上，以形状配合的方式彼此相对应地分别形成有一个环绕的接合部6，该接合部的表面轮廓7具有波状轮廓7，该波状轮廓具有布置成围绕圆周分布的波状凸部(7.1)。

轮心构件2具有多层CFRP纤维层叠体13作为承载结构，其中，CFRP纤维层13在毂开口的方向上在轮毂4的区域中终止(图10中清楚可见)。

轮毂4的CFRP纤维层13在毂开口的区域中的端部处形成为以在轮毂轴线R的周向方向上环绕的形式伸展并且沿着轮毂轴线R轴向地延伸越过轮毂4的接合部6的整个面积，并且同样与单向CFRP纤维层11(UD纤维绷带)一致。

轮毂4的接合部6的在毂开口的内壁上的表面轮廓7形成在为了轮廓增强的目的而单独施加的GFRP纤维层10中，该GFRP纤维层中铣削有轮毂4的接合部6的波状轮廓7(波状凹部7.2)(参考图10)。

载体元件5的连接件上的接合部6的表面轮廓7相对于轮毂4的接合部6的在毂开口中的表面轮廓7分别具有略微过大的尺寸。

为了在轮毂4与载体元件5之间产生相组合的形状配合和过盈配合，载体元件5的连接件以形状配合和力配合的方式在轮毂轴线R的方向上的两侧压入到毂开口中。

在过盈配合和毂开口的相关延展所产生的预加载(其能够通过UD绷带层11中的拉应力以有效的方式得以补偿)下，在根据本发明的该实施例中，由CFRP构成的乘用机动车前轮1的载体元件5甚至永久牢靠地定位在轮毂4中，而轮毂4的CFRP材料不会在车辆1的驱动运行期间由于压入载体元件5的连接件而受到不利的机械负载。

因此，在该车轮装置的接合状态下，同样可以从驱动轴经由载体元件5将较高的力和扭矩可靠地且以较高的运行安全性传递至轮毂4并且因此传递至车轮1。

另外，利用合适的粘合剂，可以产生粘结力，从而可以通过形状配合、力配合和粘结力的组合来实现甚至更高的力和扭矩的传递。

附图标记表

1 车轮、摩托车前轮、乘用机动车前轮

2 轮盘、轮心构件

3 轮辋

4 轮毂

5 载体元件

6 接合部

7 表面轮廓、波状轮廓、波状凸部.1、波状凹部.2

8 螺纹孔

9 具有支承座的开口

10 材料层、牺牲层、CFRP纤维层

11 单向纤维、UD纤维绷带

12 顶层

13 CFRP纤维层、承载结构

14 环形凸缘、轴向形状配合元件

15 增厚部、隆突

16 具有通孔的孔圈

R 轮毂轴线

Claims (21)

1.一种车轮装置，其具有车轮(1)和至少一个载体元件(5)，所述车轮具有轮毂(4)，所述载体元件用于将所述车轮(1)安装在车辆部件上和/或用于布置动力传递单元，其中，所述轮毂(4)具有至少一个接合部(6)，所述接合部在所述车轮装置的接合状态下与所述载体元件(5)的接合部(6)相对应，其中，所述接合部(6)的表面轮廓(7、7.1、7.2)设计成使得在所述车轮装置的接合状态下，所述轮毂(4)和所述载体元件(5)至少在轮毂轴线(R)的周向方向上以形状配合的形式彼此连接。

2.根据权利要求1所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)具有由纤维增强复合物构成的承载结构(13)。

3.根据权利要求1或2所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)的至少一个接合部(6)形成在所述轮毂(4)的中心毂开口中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)的至少一个接合部(6)形成在所述轮毂(4)的在所述轮毂轴线(R)的方向上延伸的环形凸缘上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)和所述载体元件(5)的接合部(6)的表面轮廓(7、7.1、7.2)至少在所述轮毂轴线(R)的周向方向上的某些部分呈阶梯或齿形形状。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)和所述载体元件(5)的接合部(6)的表面轮廓(7、7.1、7.2)至少在所述轮毂轴线(R)的周向方向上的某些部分呈波状形状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)和所述载体元件(5)的接合部(6)的表面轮廓(7、7.1、7.2)设计成彼此协调，使得所述轮毂(4)和所述载体元件(5)至少部分地以过盈配合彼此连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)的接合部(6)的表面轮廓(7、7.2)和/或所述载体元件(5)的接合部(6)的表面轮廓(7、7.1)形成为在所述轮毂轴线(R)的方向上变化。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)的接合部和/或所述载体元件(5)的接合部具有至少一个轴向作用的形状配合元件(14)。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述载体元件(5)的材料具有相对于由纤维增强复合物构成的所述轮毂(4)的所述承载结构(13)的刚度更大的刚度。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)在所述接合部(6)的区域中具有一个或多个纤维层，所述纤维层具有在所述轮毂轴线(R)的周向方向上单向布置的纤维(11)。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)的接合部(6)的表面轮廓(7、7.2)由至少一个材料层/牺牲层(10)形成，所述至少一个材料层/牺牲层不包括在所述轮毂(4)的纤维增强复合物的所述承载结构(13)中。

13.根据权利要求2至12中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述承载结构(13)在所述轮毂(4)的接合部(6)的区域中具有由玻璃纤维增强塑料构成的一个或多个层。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的车轮装置，其特征在于，所述轮毂(4)和所述载体元件(5)在所述接合部(6)的区域中借助于粘合剂和/或借助于纤维增强复合物的可固化的基体材料连接。

15.根据权利要求13或14所述的车轮装置，其特征在于，所述粘合剂或所述基体材料在所述载体元件(5)与所述轮毂(4)的相连接的接合部(6)的过渡部中的廓形处具有增厚部(15)。

16.一种制造车轮装置的方法，所述车轮装置具有由纤维增强复合物构成的轮毂(4)和至少一个根据权利要求2至15中任一项所述的载体元件(5)，所述方法包括以下方法步骤：

-预制具有至少一个接合部(6)的由纤维增强复合物制成的轮毂(4)或车轮(1)，所述接合部在所述车辆装置的接合状态下对应于与所述轮毂(4)相接合的至少一个载体元件(5)(接合配对件)的接合部(6)，

-其中，所述轮毂(4)的接合部(6)形成有材料层(10)，所述材料层相对于所述轮毂(4)的纤维增强复合物的承载结构(13)预定为牺牲层，

-将第一表面轮廓(7.2)形成或铣削到所述轮毂(4)的至少一个接合部(6)中，其中，所述第一表面轮廓(7.2)形成或铣削到所述轮毂(4)的预定为牺牲层的所述材料层(10)中，

-将第二表面轮廓(7.1)形成或铣削到所述载体元件(5)的相应的接合部(6)中，所述第二表面轮廓至少在轮毂轴线(R)的周向方向上相对于所述第一表面轮廓(7.2)以形状配合的方式构造，

-将所述轮毂(4)和所述载体元件(5)的相应的接合部(6)的表面轮廓(7.1、7.2)在所述轮毂轴线(R)的方向上以形状配合的形式与彼此接合或接合到彼此中。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述轮毂(4)的接合部(6)上和/或在所述载体元件的接合部(6)上形成轴向作用的形状配合元件(14)。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述第一表面轮廓(7.2)或所述第二表面轮廓(7.1)分别至少在某些部分相对于所述第二表面轮廓(7.1)或所述第一表面轮廓(7.2)形成有过大的尺寸，使得在相应的接合部(6)的表面轮廓(7.1、7.2)与彼此接合或接合到彼此中期间，至少部分地在所述轮毂(4)与所述载体元件(5)之间产生过盈配合。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，将一个或多个纤维层施加或嵌入在所述轮毂(4)的接合部(6)的区域中，所述纤维层具有在所述轮毂轴线的周向方向上单向布置的纤维(11)。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，在将所述轮毂(4)接合至所述载体元件(5)之前，相应的接合部(6)的所述第一表面轮廓(7.2)和/或所述第二表面轮廓(7.1)至少部分地涂覆有合适的、可固化的粘合剂，用于附加粘结结合。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，形成在将所述轮毂(4)接合至所述载体元件(5)期间出现的过量的粘合剂，并且沿着连接的接合配对件(4、5)的廓形过渡部将所述过量的粘合剂固化为增厚部(15)。

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