CN116917138A - 由纤维-塑料复合体制成的辐条星形件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由纤维‑塑料复合体制成的辐条星形件，该辐条星形件被构造为呈星形的闭合环，其中，所述辐条星形件具有在辐条星形件的轮毂侧内周边与辐条星形件的轮辋侧外周边之间的辐条，在辐条星形件中，唯一的纤维束多次在内周边与外周边之间沿辐条星形件的辐条延伸。在本发明的范围内提出，所述辐条被构造为双辐条，其中，所述辐条在辐条星形件的轮辋侧外周边上具有套环。所述套环能够实现将负载更好地传递到辐条星形件上。

Description

由纤维-塑料复合体制成的辐条星形件

技术领域

本发明涉及一种由纤维-塑料复合体制成的辐条星形件，该辐条星形件被构造为呈星形的闭合环，其中，所述辐条星形件具有在辐条星形件的轮毂侧内周边与辐条星形件的轮辋侧外周边之间的辐条，在辐条星形件中，唯一的纤维束多次在内周边与外周边之间沿辐条星形件的辐条延伸。

背景技术

辐条星形件是至少近似星形的结构体，其辐射件由辐条构成。辐条星形件具有至少两个辐条。

由纤维复合材料制成的辐条轮是已知的。

在现有技术中，由纤维-塑料复合材料制成的机动车轮辋是已知的，其模仿铸造轮辋。它们通过被安装到成型模板上的纤维垫而被给定其形状。浸渍的纤维垫被固化以制造辐条轮。

该现有技术的缺点在于，需要预成型的成型元件以赋予轮辋其形状。这样的成型要相对耗费地制造并且相应地是昂贵的。此外，它们仅能够实现制造特定类型的具有特定尺寸的辐条轮。此外，在已知解决方案中纤维利用率不是最佳的。

在DE102018113797A1中描述了一种用于借助制造装置制造具有一个或多个连续纤维束的辐条星形件的方法。所述制造装置具有多个轮辋圈侧的偏转装置和多个轮毂侧的偏转装置。为了形成轮辋星形件，将连续纤维束围绕轮辋圈侧的偏转装置的至少一部分缠绕成纤维卷，并且使轮辋圈侧的偏转装置的一部分朝向该布置结构的内部移动。

DE9416688U1描述了用于在具有反向装入的辐条的工作轮中固定接头的轮毂。在此，不弯曲的辐条的头部被固定在轮辋中并且辐条通过位于轮毂中的接头或其它位于轮毂上的装置被张紧。在此，由纤维复合材料制成的辐条的轮辋侧端部可以被装配在平行于工作轮平面的缝隙中，并且轮辋侧端部形成闭合的或朝向工作轮轴线敞开的孔眼。在所述孔眼中设有保持销，该保持销防止辐条由于拉力被拉出。

DE102007026782A1涉及一种由纤维复合材料制成的轮辋。辐条端部或者辐条的单个端部可以套环形地围绕轮辋的结构元件被引导，其中，在此例如可以涉及粗纱区段、嵌接到套环中的缝合部或者/和已经预加固的结构元件。

在DE102008007722A1中描述了一种具有牵拉辐条的车轮轮辐。辐条由复合材料制成并且包括锥形牵拉主体，该牵拉主体具有中间区段和两个端部。主体在每个端部的那一侧通过固定部段延长，其中，该主体和固定部段通过过渡区域连接。辐条在表面上具有至少一个区段，该至少一个区段具有相对于中间区段的横截面加强的横截面，其中，具有加强横截面的区段至少遮盖牵拉主体与安装固定部段之间的过渡区域。固定元件可以作为夹层施加在轮辋的两个层之间并且因此靠到轮辋的内壁上。

DE102008046255B3描述了一种用于自行车轮的由碳纤维制成的轮辐，该轮辐具有构造在至少一个端部上的孔眼，其中，所述孔眼通过碳纤维分成两个互相分隔开的开口区域。在所述两个开口区域中分别插入由基本上关于这种在辐条张紧时作用的力不可压缩的材料制成的芯件。在轮辐的另一端部上可以设有具有仅一个开口区域的另一个孔眼。所述开口区域在一侧上半圆形地成型并且在另一侧上逐渐变细地成型。具有嵌接元件的夹紧块在此嵌接到孔眼中并且将孔眼固定在轮毂上。

DE102017116754A1描述了一种具有基于高效纤维材料的轮辐的系统工作轮。在此，辐条能借助至少一个张紧元件张紧，并且辐条的横截面在未张紧状态下类似于正方形并且在张紧状态下基本上呈圆形。

DE102017219061B4涉及一种车辆的车轮，该车轮包括用于容纳轮胎的轮辋和具有连接该轮辋的辐条的轮毂。辐条由辐条区段构成，辐条区段由注塑成型的热塑性塑料材料制成，至少一个辐条加强元件至少部分地嵌入该辐条区段中，该辐条加强元件至少部分地由纤维增强塑料制成。加强元件的在轮辋侧从辐条突出的套环在径向外部围绕轮辋加强元件的至少一个区段被引导。

EP0089809A1描述了一种用于通过树脂注塑成型从纤维材料制造纤维增强物体的方法，所述纤维材料结合在可硬化的基质材料中。这些物体包括从轮毂区段延伸的两个或更多个辐条。每个辐条具有套环的形状。纤维材料布置成，使得至少与辐条一样多的纤维材料粗纱在轮毂区段的连续路径中布置在每个辐条的周围。每条粗纱至少在其长度的一部分上与每条其它粗纱重叠。

DE29824507U1涉及一种用于具有辐条的车轮的复合辐条芯，该复合辐条芯承受拉力负荷。复合辐条芯包括根据至少两个平行的直线区段的多匝纤维的连续绕组，所述区段在其端部处由两个圆形区段结合。直线区段在此可以结合成一体的束。在此，所述芯可以在每个端部中具有用于与轮辋和轮毂连接的固定件。该固定件由螺栓或螺栓段构成，其作用在所述芯的连续绕组的内侧上。

EP1800897B1描述了一种车轮，其包括轮辋、轮毂以及轮辋与轮毂的至少一个连接装置。该连接装置包括复合辐条以及辐条与轮辋或轮毂的第一连接机构，其中，辐条包括长形延伸的主体，该主体沿纵向方向在第一端部与第二端部之间延伸。主体和端部包括纤维，其中，纤维布置成在第一端部处形成第一套环。第一连接机构包括布置在第一套环中的第一插入件、固定在该第一插入件上的第一杆，其中，第一杆沿纵向方向定向，第一螺纹连接部件或固定部件限定在第一杆上。

US2008/0315675A1涉及一种车轮，其由轮辋、轮毂和至少一个辐条组成，辐条将轮辋与轮毂连接。辐条由复合材料制成，其中，每个辐条具有用于将辐条与轮毂可拆卸地连接的连接元件。连接元件通过与辐条一起成型而至少部分地被加工到辐条中。连接元件可以是带肩部的销钉。辐条可以是双辐条。

WO1991/013771A2描述了一种非刚性的辐条，该辐条包括在第一端部与第二端部之间延伸的中间部件、固定在辐条的第一端部处的第一固定机构和布置在辐条的另一端部处的第二固定机构。在此，所提及的固定机构之一可以包括吊钩。

WO2010/057857A1涉及一种特别是用于自行车或摩托车的车轮，该车轮具有轮辋，该轮辋在横截面中具有多边形形状、优选V形形状。轮辋在内部区域中具有弧形的嵌件或引导件，用于支承和滑动辐条的互补成型的端部，该辐条如开口的套环那样成型。辐条的端部可以在相应设置的开口上插入，所述开口在轮辋中布置在邻近弧形的引导件或嵌件的区域中。

发明内容

本发明的任务在于，优化由纤维-塑料复合体构成的辐条星形件。

该任务在根据权利要求1前序部分的辐条星形件中通过如下方式来解决，即，辐条被构造为双辐条，其中，辐条在辐条星形件的轮辋侧外周边上具有套环。

一个纤维束优选是由多个连续纤维构成的束，例如特别是具有单向纤维走向的一条粗纱或多条粗纱，或者带、束状预浸材(Towpreg)、长形延伸的预浸料(Prepreg)，或者长形延伸的散编织物或织物。连续纤维(如在纤维复合材料技术中的语言应用中常见的那样)实际上不是无限长的。在本专利申请中，连续纤维被定义为具有特殊性能的纤维，所述纤维比辐条长。然而，也可设想将短于辐条的纤维连接成较长的纤维束并且使用。

例如，辐条星形件可以被设置为辐条轮的一部分。它可以用于将轮毂与轮辋圈连接。优选地，辐条星形件具有整数个辐条。优选地，辐条星形件具有旋转对称的区段、特别是分别包括两个辐条的区段。

双辐条通过两个平行延伸的辐条构成。各辐条大致平行地从辐条星形件的轮毂侧内周边延伸至辐条星形件的轮辋侧外周边。通过在辐条星形件的轮辋侧外周边上的套环，纤维走向反转180°。纤维在双辐条的两个辐条中基本上平行地并且相反指向地延伸。

根据本发明的辐条星形件可以以湿式缠绕方法制造。有利地，纤维种类和塑料基质可以与辐条的要求相匹配。双辐条的两个辐条在此可以已经在辐条星形件的制造过程中通过塑料基质连接。

有利地，各纤维平行地布置在辐条中。通过纤维的这种布置结构能够最佳地利用纤维的刚度和强度。以这种方式，在制造辐条星形件时能够节省材料，这附加地有利地减少辐条星形件的重量。因此，不仅通过使用具有小比重的碳纤维，而且通过尽可能有效的材料使用，实现了轻质结构的目标。

辐条星形件被连续地制成为由纤维复合材料制成的闭合环。有利地，辐条星形件不具有开口的纤维束。这能够实现在辐条星形件内更好的负载传递。

有利地，辐条星形件的轮毂侧内周边和辐条星形件的轮辋侧外周边可以具有用于将辐条星形件与轮毂或轮辋圈连接的套环。所述套环能够实现有利的负载传递。所述套环能够实现将辐条星形件固定到布置在轮毂上的螺栓上，这省去了另外的固定元件并且随之引起重量节省。

在将辐条星形件的轮辋侧外周边设计为套环时，所述套环优选具有双辐条的一半直径。优选地，由此在相同的拉力下减小应力。

优选地，双辐条的两个辐条可以结合在一起，使得双辐条在行驶方向上具有最小横截面。特别优选地，双辐条的两个辐条平行地并且在行驶方向上错开地布置。有利地，辐条的这种布置结构能够实现空气动力学形状。双辐条的形状可以有利地在辐条星形件的制造过程中通过模具的型腔来修改。特别有利地，由此能够实现双辐条的呈椭圆形形状的设计。这在空气动力学方面是特别有利的。

辐条星形件内部的辐条布置结构可以模仿传统的具有钢辐条的车轮的辐条布置结构。在此，可以将由钢辐条已知的负载传递原理作为所述辐条布置结构的基础。有利地，不必实施用于在辐条中负载传递的新的计算、模拟和试验。可以采用传统轮辋的经验。

有利地，通过根据本发明的辐条星形件简化了装配。在此，对于每个轮毂法兰侧，可以将两个彼此扭转的相同的辐条星形件插到轮毂上。在此，在辐条星形件的轮毂侧内周边上的辐条星形件可以借助套环固定在轮毂的螺栓上。在此，优选形状接合地实现连接。有利地，辐条星形件的轮辋侧外周边与位于双辐条的轮辋侧端部处的套环直接朝向轮辋圈的轮辋孔的方向指向，以便将辐条星形件固定并且张紧在轮辋圈上。特别有利地，可以通过张紧辐条星形件来调节辐条轮的高度冲击和侧向冲击以及定心。

特别优选地，根据本发明的辐条星形件能够实现特别简单且快速地更换损坏的辐条星形件。因此，在辐条星形件损坏的情况下，能够代替整个辐条轮仅更换辐条星形件。这降低维修成本并且能够实现节省资源的维修。

本发明的一个优选的设计方案在于，至少一个辐条在其套环上具有固定机构。

固定机构用于将辐条星形件固定在轮辋圈上。固定机构可以被插入到辐条星形件的套环中。

固定机构可以可拆卸地与轮辋圈连接。

在此适宜的是，固定机构可以形状接合地与套环连接。

特别优选地，辐条星形件与固定机构之间的连接可以形状接合地实现。不需要固定机构的粘接。

本发明的一个设计方案在于，固定机构借助螺纹件固定在轮辋圈上。

螺纹件能够实现将固定机构特别简单、快速且可靠地连接在轮辋圈上。有利地，可以通过螺纹件预紧辐条星形件。通过张紧辐条星形件可以调节辐条轮的高度冲击和侧向冲击以及定心。

螺纹件可以被构造为具有球头的螺纹件。

在此适宜的是，螺纹件与辐条对齐。

为此，套环可以稍微从平面中弯曲出来。有利地，套环附加地通过螺纹件通过形状接合固定在固定机构中。有利地，通过螺纹件防止套环从固定机构中“跳出来(Rausspringen)”。

固定机构还防止套环被“拉起”。这通过由固定机构的“爪”侧向支撑套环出口(Schlaufenauslauf)来实现。

有利地防止了在辐条星形件上的弯曲力矩。特别有利地优化了辐条星形件与轮辋圈之间的负载传递。

最后，在本发明的另一方面中提出一种辐条轮，其具有轮毂、轮辋圈和在轮毂与轮辋圈之间的多个辐条。该辐条轮包括根据前述实施方式之一的辐条星形件。

辐条星形件可以被固定在轮辋圈和轮毂上，从而由此形成辐条轮。在此，辐条星形件在轮毂上的固定可以通过辐条星形件的套环实现，所述套环以螺栓悬挂在轮毂上。辐条星形件在轮辋圈上的固定可以借助根据本发明的固定机构实现。

附图说明

在附图中描述了本发明的示例性的实施方式。

在附图中：

图1示出单个的根据本发明的辐条星形件的侧视图，

图2示出两个图1中的根据本发明的辐条星形件的布置结构的侧视图，

图3示出一对图2中的布置结构的俯视图，

图4示出根据本发明的辐条星形件的轮辋侧外周边的侧视图，

图5示出图2中的具有轮毂的布置结构的轮毂侧内周边的侧视图，

图6示出图1中的具有轮毂的辐条星形件的轮毂侧内周边的侧视图，

图7示出根据本发明的具有固定机构的辐条星形件的轮辋侧外周边的透视图，

图8示出图7中的具有固定机构的辐条星形件的轮辋侧外周边的侧视图，

图9示出图7中的具有固定机构的辐条星形件的轮辋侧外周边在装配到轮辋圈上的状态下的侧视图，

图10示出根据本发明的轮毂的侧视图，

图11、11a和11b示出根据本发明的轮毂在固定辐条星形件之前的透视图，该轮毂具有装配好的第一辐条星形件和装配好的第二辐条星形件。

具体实施方式

图1至3示意性地示出根据本发明的辐条星形件1的一个实施方式。在图1中示出单个的辐条星形件1。在图2中示出两个图1中的辐条星形件1的布置结构。各辐条星形件1彼此相对扭转180°。该布置结构可以形成辐条轮的一侧。在图3中示出两个图2中的布置结构。这两个布置结构彼此稍微扭转并且形成辐条轮的辐条的两侧。

辐条星形件1由纤维-塑料复合材料制成。辐条星形件1具有在辐条星形件的轮毂侧内周边与辐条星形件的轮辋侧外周边之间的辐条2。在辐条星形件1中，唯一的纤维束多次在内周边与外周边之间沿辐条星形件的辐条2延伸。辐条2被构造为双辐条。一个双辐条由两个平行延伸的辐条2构成。各辐条2大致平行地从辐条星形件的轮毂侧内周边延伸至辐条星形件的轮辋侧外周边。辐条2在辐条星形件的轮辋侧外周边上具有套环3。通过在辐条星形件的轮辋侧外周边上的套环3，纤维走向反转180°。纤维在双辐条的两个辐条2中基本上平行地并且相反指向地延伸。在辐条星形件的轮毂侧内周边上设有用于将辐条星形件形状接合地连接在轮毂7上的套环。

图4示出根据本发明的辐条星形件1的轮辋侧外周边的细节图。双辐条2在辐条星形件的轮辋侧外周边上具有套环3。通过在辐条星形件的轮辋侧外周边上的套环3，纤维走向反转180°。纤维在双辐条的两个辐条2中基本上平行地并且相反指向地延伸。由于将辐条星形件的轮辋侧外周边设计为套环，套环3具有双辐条2的一半直径。

在图5中示出图2中的布置结构的轮毂侧内周边的细节图。通过在辐条星形件的轮毂侧内周边上的套环，辐条星形件能够形状接合地与轮毂7连接。

在图6中示出图1中的单个辐条星形件1的轮毂侧内周边的细节图。通过在辐条星形件的轮毂侧内周边上的套环，辐条星形件能够形状接合地与轮毂7连接。

图7和8示出根据本发明的具有固定机构4的辐条星形件1的示意图。固定机构4被插入到位于辐条星形件的轮辋侧外周边上的套环3中。以这种方式，固定机构4与辐条星形件1形状接合地连接。固定机构4可以利用螺纹件5与轮辋圈6连接。如在图8中可见，套环3稍微从平面弯曲出来。由此，套环3在辐条星形件1的已装配状态下可以附加地通过螺纹件5通过形状接合固定在固定机构4中。有利地，通过螺纹件5防止套环3从固定机构4中“跳出来”。

在图9中示出图7和图8中的具有固定机构4的辐条星形件1在装配在轮辋圈6上的状态下的示图。固定机构4利用螺纹件5固定在轮辋圈6上。在此，螺纹件5通过形状接合附加地防止套环3从固定机构4中跳出来。在此，螺纹件5与双辐条2对齐。

图10和11示意性地示出具有根据本发明的辐条星形件1的辐条轮的轮毂7的一个设计方案。轮毂7具有用于形状接合地连接辐条星形件1与轮毂7的螺栓8，辐条星形件1的套环3嵌接到所述螺栓中。

在此，螺栓8在已装配状态下嵌接到辐条星形件1的轮毂侧内周边上的套环中。图11a和11b示出，首先如何通过将螺栓8嵌接在套环3中来将第一辐条星形件1固定在辐条星形件1的轮毂侧内周边上并且然后与之错开180°固定第二辐条星形件2。

Claims (6)

1.一种由纤维-塑料复合体制成的辐条星形件(1)，所述辐条星形件被构造为呈星形的闭合环，其中，所述辐条星形件(1)具有在所述辐条星形件的轮毂侧内周边与所述辐条星形件的轮辋侧外周边之间的辐条(2)，在所述辐条星形件中，唯一的纤维束多次在所述内周边与所述外周边之间沿所述辐条星形件的辐条(2)延伸，其特征在于，所述辐条(2)被构造为双辐条，其中，所述辐条(2)在所述辐条星形件的轮辋侧外周边上具有套环(3)。

2.根据权利要求1所述的辐条星形件(1)，其特征在于，至少一个辐条(2)在其套环(3)上具有固定机构(4)。

3.根据权利要求2所述的辐条星形件(1)，其特征在于，所述固定机构(4)能与所述套环(3)形状接合地连接。

4.根据权利要求2或3所述的辐条星形件(1)，其特征在于，所述固定机构(4)能借助螺纹件(5)固定在轮辋圈(6)上。

5.根据权利要求4所述的辐条星形件(1)，其特征在于，所述螺纹件(5)与所述辐条(2)对齐。

6.一种辐条轮，所述辐条轮具有轮毂(7)、轮辋圈(6)和在所述轮毂(7)与所述轮辋圈(6)之间的多个辐条(2)，其特征在于，所述辐条轮包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的辐条星形件(1)。