CN116985563A - 车辆轮辋以及用于制造轮辋体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆轮辋(1)，该车辆轮辋具有由纤维复合材料制成的轮辋体(2)，其中，所述轮辋体(2)又具有构成第一轴向端部(3a)的第一子预制件(4)和容纳在所述第一子预制件(4)的连接空腔(5)中的从所述第一子预制件(4)延伸至与所述第一轴向端部(3a)对置的第二轴向端部(3b)的第二子预制件(6)，其中，此外，轴向构造在所述轴向端部(3a、3b)之间的径向向内突出的凸缘区域(7)至少部分地由与所述第一子预制件(4)和/或所述第二子预制件(6)连接的第三子预制件(8)构成。本发明还涉及一种用于制造车辆轮辋(1)的方法。

Description

车辆轮辋以及用于制造轮辋体的方法
技术领域
本发明涉及一种车辆轮辋，具有通常中空的、优选(旋转)对称的由纤维复合材料制成的轮辋体。
背景技术
原则上，从现有技术中已知具有由纤维复合材料制成的轮辋体的车辆轮辋。这些轮辋体通常具有经过预浸渍或随后注入有树脂的机织物、非织造布或针织物，具有碳纤维、玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。在固化之后，提供具有这种轮辋体的车辆轮辋。
还已知的是，由纤维复合材料制成的轮辋体可以与另外的构件连接，该另外的构件被设置用于紧固在车辆、例如乘用车、载重汽车或其他商用车、但是也可以例如由马达驱动的两轮车的轮毂上。通常，该构件构造为星形件并且通常由金属或金属合金、如铝合金成型。
然而，迄今为止制造所述(CFK)轮辋体是非常复杂且成本密集的。这种轮辋体迄今也不能如所希望的那样承受高负荷。尤其必须更好地承受热负荷、压力以及向心力。这种轮辋体也应该是极其刚性的和轻的。
发明内容
该任务在根据本发明的车辆轮辋中解决，即通过一种车辆轮辋，该车辆轮辋具有通常中空的、优选(旋转)对称的由纤维复合材料制成的轮辋体，其中，所述轮辋体又具有构成第一轴向端部的第一子预制件和容纳在所述第一子预制件的连接空腔中的从所述第一子预制件延伸至与所述第一轴向端部对置的第二轴向端部的第二子预制件，其中，此外，轴向构造在所述轴向端部之间的径向向内突出的凸缘区域至少部分地由与所述第一子预制件和/或所述第二子预制件连接的第三子预制件构成。
由于可以使用多个不同的子预制件，所以工作步骤可以并行地进行，由此节省时间。通过构成凸缘区域的另外的(第三)子预制件，用于轮辋星形件的关键的连接区域尽可能刚性地且可承载地构造。
本发明的任务还在于，提供一种特别快速且可靠的、也就是说防失效的方法，以用于制造由用于车辆轮辋的纤维复合材料构成的轮辋体。
根据本发明，该任务利用具有根据本发明的方法来解决。
这种用于制造车辆轮辋的由纤维复合材料构成的轮辋体的方法，其特征在于，在构造所述轮辋体的第一轴向端部的情况下布置具有增强纤维(优选是包括碳纤维、玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维的NCF(非卷曲织物/非织造布))的第一子预制件，并且将第二子预制件(具有与第一子预制件相同或相似的增强纤维)插入所述第一子预制件的连接空腔中，其中，所述第二子预制件从所述第一子预制件远离地轴向地延伸至所述轮辋体的第二轴向端部，并且其中，将第三子预制件(具有与第一子预制件相同或相似的增强纤维)安设到第一子预制件和/或第二子预制件上，使得所述第三子预制件共同构造径向向内突出的为连接轮辋星形件而准备的凸缘区域。
下面将更详细阐述这些有利的改进方案。
相应地，也有利的是，凸缘区域由另外的第四子预制件共同构造。由此进一步提高凸缘区域的强度。
此外有利的是，第三子预制件和第四子预制件分别具有径向向内突出的直接共同构造凸缘区域的轮缘。由此可以尽可能简单地构造第三和第四子预制件，由此将安装耗费保持得尽可能小。
为了简单的制造，有利的是，第三子预制件和/或第四子预制件具有(基本轴向突起的)环形区段，其中，各个环形区段(优选直接)与第一子预制件和/或第二子预制件连接。
如果第三子预制件和第四子预制件的环形区段在彼此相反的轴向方向上从凸缘区域起/彼此远离地延伸，那么凸缘区域的强度进一步增加。
此外，有利的是，第三子预制件被共同布置在第一子预制件的连接空腔中。由此也巧妙地提高了轮辋体的强度，而不必使用附加的紧固器件。
如果第一子预制件具有径向向内突出的共同构造凸缘区域的轮缘，那么凸缘区域的强度同样得到提高。
此外，为了实现尽可能持久固定的混合轮辋，有利的是，由金属、优选轻金属合金、例如铝合金构成的轮辋星形件借助于螺纹连接(直接)紧固在凸缘区域上。
为了强度优化地安设轮辋星形件，也有利的是，凸缘区域在螺钉容纳孔的位置上被穿透，在该位置上第三子预制件以及第四子预制件的轮缘(以及进一步优选第一子预制件的轮缘)径向重叠。
此外有利的是，在处于一方面第二子预制件以及另一方面第三子预制件和/或第四子预制件之间的环形空间中置入填充核(优选以纤维束的形式)。
为了足够的稳定性，也有利的是，在第二轴向端部处，直接共同构造该第二轴向端部的第五子预制件与第二子预制件连接。在此，进一步优选地将第二子预制件插入/容纳在第五子预制件的连接空腔中并且在那里与该第五子预制件连接。
因此也有利的是，第二子预制件在两个连接空腔中尤其是一体式地/集成紧固/安设在第一子预制件和第五子预制件上。于是确保了良好的耐久性。
如果所有子预制件均被相同的树脂/树脂混合物渗透，则可以实现连续的、刚性的、但特别轻的构件。
为了在尽管如此仍有最终产物的高负荷能力的情况下将成本保持得低，证明合适的是，第一子预制件和/或第二子预制件和/或第三子预制件和/或第四子预制件和/或第五子预制件具有NCF或者完全由NCF构成。
NCF被理解为是“非卷曲织物”。这是由一层或多层平行延伸地拉伸的纱线组成的面料。通常将纱线固定在交叉点处。该固定要么通过材料配合要么机械地通过摩擦和/或形状配合实现。
存在以下类型的纱线机织物：
·单轴或单向的纱线机织物，该纱线机织物通过固定一组平行的纱线而产生；
·双轴的纱线机织物，其中，两组平行的纱线在两个轴线的方向上被固定；
·多轴的纱线机织物，其中，由平行的纱线构成的多组沿不同轴线的方向固定。
多层非织造布的纱线层可都具有不同的定向，也可以由不同的纱线密度和不同的纱线细度构成。与机织物相比，在纤维塑料复合物中已知非织造布作为增强结构，其中，这是本发明所在的基本技术领域，更好的机械特性，因为纱线以拉伸的形式存在，并且因此不存在附加的结构伸展，并且纱线的取向可以特别针对相应的应用情况来限定。
为了能够制造具有相应轮辋体的能够承受特别高负荷的车辆轮辋，已经证明有利的是，NCF是单轴/单向的或双轴(例如包含+/-45°纤维)布或多轴的非织造布，优选由碳纤维、玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维构成。
如果第一子预制件和/或第二子预制件和/或第三子预制件和/或第四子预制件和/或第五子预制件具有多个(例如3、4、5、6、7、8个或更多个)由NCF构成的层，则可以通过轮辋体在很小的重量下吸收特别高的力。
如果所使用的填充核是粗纱束，则是有利的。“粗纱”理解为纤维丝、尤其化学纤维丝。在此，由平行布置的丝/连续纤维构成的束、股或复丝纱线被理解为“粗纱”。“粗纱”的横截面通常是椭圆形或矩形的。这种粗纱(粗纱具有轻微的保护捻度，例如每米五转或十转)在此应被一起包括，由此横截面变得更圆。尤其，由玻璃、芳族聚酰胺或碳制成的这种丝在此构成粗纱。
如果第一子预制件和/或第五子预制件卷绕/构建成至少4层、5层或6层和/或第二子预制件卷绕/构建成至少5层、6层或7层，那么该刚度比/重量比是特别有利的。
如果彼此直接贴靠/紧固/连接的子预制件完全或部分地通过优选热活化的粘合剂不可滑动地彼此紧固，则明显简化了制造。作为借助活化(优选热)粘合剂的连接的备选或附加，当通过引入(3D)接缝将子预制件互相连接时，也是有利的。
此外，在轮辋体的制造方法方面，有利的是，第一子预制件、第二子预制件、第三子预制件、第四子预制件和第五子预制件同时用树脂浸润并且这五个成分一起固化。建议借助RTM注射为五个子预制件提供树脂。
下面借助附图对本发明进行阐述，在附图中一方面描述了装置、即车辆轮辋并且另一方面描述了制造方法。
附图说明
图1示出根据本发明的按照优选实施例构造的车辆轮辋的轮辋体的示意纵向截面图，由此示出用于构造轮辋体的各种子预制件，
图2示出图1中以纵向截面示出的轮辋体的在为连接轮辋星形件而准备的凸缘区域的区域中的细节视图，
图3示出图1的以纵向截面示出的轮辋体的另外的细节视图，其中，现在可以看出不同子预制件的纤维层在凸缘区域的区域内的走向，
图4示出整个轮辋体的前视图，其中，能够良好地看到凸缘区域的延伸，
图5示出具有图1至图4的轮辋体和被紧固在轮辋体的凸缘区域上的轮辋星形件的车辆轮辋的前视图，
图6示出图5的车辆轮辋的后视图，用于说明将轮辋星形件固定在凸缘区域上的螺纹连接，以及
图7示出用于说明图1至图4的用于车辆轮辋的制造方法的流程图。
附图标记列表：
1-车辆轮辋；2-轮辋体；3a-轮辋体的第一轴向端部；3b-轮辋体的第二轴向端部；4-第一子预制件；5-第一连接空腔；6-第二子预制件；7-凸缘区域；8-第三子预制件；9-第四子预制件；10-第三子预制件的轮缘；11-第四子预制件的轮缘；12-第三子预制件的环形区段；13-第四子预制件的环形区段；14-第一子预制件的轮缘；15-轮辋星形件；16-螺纹连接；17-螺钉容纳孔；18-环形空间；19-填充核；20-第五子预制件；21-第二连接空腔；22-第二子预制件的第一端部；23-第二子预制件的第二端部；24-轮辋角；25-NCF材料；26-螺纹元件；27-辐条。
具体实施方式
附图仅是示意的并且仅用于理解本发明。相同的元件设有相同的附图标记。
在图5和图6中示出根据本发明的车辆轮辋1。车辆轮辋具有在图1至图4中关于其结构更详细示出的轮辋体2。轮辋体2由嵌入树脂基质中的在最终状态下硬化的纤维复合材料构成，该纤维复合材料具有增强纤维，增强纤维呈增强纱线的形式，例如碳纤维纱线、玻璃纤维纱线和/或芳香族聚酰胺纤维纱线。不同纱线的混合也是可能的。轮辋体2由多个单部件组成，所述单部件包括第一子预制件4、第二子预制件6、第三子预制件8、第四子预制件9以及第五子预制件20。
第一子预制件4和第五子预制件20如此翻转/翻卷/翻折，使得在其内部构成(第一子预制件4的)第一(前部的)连接空腔5或者(第五子预制件20的)第二(后部的)连接空腔21。这两个连接空腔5和21是由相应的第一子预制件4或第五子预制件20的材料构成的空腔。第二子预制件6的端部布置/插入两个连接空腔5和21中，其中，这些端部设有附图标记22和23。
树脂/树脂混合物分别存在于第二子预制件6的第一端部22和第一子预制件4的材料、第二子预制件6的第二端部23和第三子预制件8的材料之间。这种树脂是浸透并且以固化状态连接所有五个子预制件4、6、8、9和20的相同树脂。
为了制造子预制件4、6、8、9和20以及在将子预制件4、6、8、9和20彼此预先紧固之前，使用粘结剂粉末。在RTM注射时，树脂仅在注射整个已经组合的轮辋体2的形状时出现。然后，粘结剂粉末在注射期间溶解在树脂混合物中。
附加于或备选于被包含在连接空腔5或21中的树脂，第一端部22和/或第二端部23可以利用(3D)接缝接合到相应的第一子预制件4或第五子预制件20处。
之后待紧固在轮辋体2上的轮胎通常由轮辋体2的轮辋角24支撑。轮辋体2的第一轴向端部3a直接由第一子预制件4共同构造。在该第一轴向端部3a的区域内，轮辋体2的轮辋角24直接通过第一子预制件4成型。轮辋体2的第二轴向端部3b直接由第五子预制件20共同构造。在该第二轴向端部3b的区域内，轮辋体2的另外的轮辋角24直接通过第五子预制件20成型。为了加强各个轮辋角24，以通常的方式优选将粗纱束共同加入到第一子预制件4或第五子预制件20中。
此外，应当理解的是，使用由(单一)NCF材料25构成的多个层。优选使用带有+/-45°纱线的双轴机织物。
但是，在特别的实施方式中，NCF材料25的端部/棱边不是翻折的，而是简单地在相同的部位处相叠地或具有错位地放置。第一子预制件4和第五子预制件20与第二子预制件6的插合优选与翻转同时进行。
此外，根据本发明，存在两个另外的子预制件，即第三子预制件8和第四子预制件9，这两个另外的子预制件用于直接共同成型轮辋体2的从第二子预制件6径向向内突出的凸缘区域7。更详细地观察，第三子预制件8和第四子预制件9分别具有从轴向延伸的第二子预制件6出发径向向内突出的直接共同构造凸缘区域7的轮缘10、11。轮缘10、11直接彼此贴靠并且在完成制造的状态下直接彼此粘接。轮缘10、11具有相同的内直径。
第三子预制件8和第四子预制件9分别具有(从其各自的轮缘10、11出发)轴向突起的环形区段12、13(也称为紧固区段)，该环形区段直接与第二子预制件6连接。尤其，第三子预制件8和第四子预制件9的环形区段12、13从凸缘区域7起向彼此相反的轴向方向延伸。
此外可以看出，第三子预制件8以其环形区段12同样被推入第一连接空腔5中并且在那里被紧固/锚固。因此，第三子预制件8在其环形区段12方面径向地从内部由第一子预制件4覆盖。换言之，第三子预制件8至少部分地被第一子预制件4超出/重叠。
要指出的是，第一子预制件4也超出/重叠第三子预制件8的轮缘10。因此，第一子预制件4具有自己的轮缘14，该轮缘越过第二子预制件6径向向内突出。第一子预制件4的轮缘14同样用于共同构造凸缘区域7。第一子预制件4的轮缘14与第三子预制件8的轮缘10、11和第四子预制件9共同构造凸缘区域7。第一子预制件4的轮缘14如此程度地径向向内延伸，即该轮缘具有与第三子预制件8和第四子预制件9的轮缘10、11相同的内直径。
因此，换句话说，第三子预制件8不仅紧固/粘接在第一子预制件4上而且紧固/粘接在第二子预制件6上。
而第四子预制件9的环形区段13(轴向)布置在第一连接空腔5外并且在那里与第二子预制件6粘接。
在图3中可以看出，第三子预制件8和第四子预制件9的结构尽可能与其他子预制件4、6、20的结构相似/相同。第三子预制件8和第四子预制件9也分别具有由(单一的)NCF材料25构成的多个层，其延伸在横截面中遵循第三子预制件8或第四子预制件9的L形。
此外在图2中可以清楚地看出，在一方面的第二子预制件6与另一方面的第三子预制件8与第四子预制件9之间的环形空间18中置入这里呈纤维束/粗纱束形式的填充核19。填充核19径向地处于第三和第四子预制件8、9的相应的(仅仅径向延伸的)轮缘10、11和与之连接的轴向延伸的环形区段12、13之间的过渡部的高度上。
最后，利用图4至图6说明整个车辆轮辋1(机动车轮辋)。由金属(在此由铝合金)制成的轮辋星形件15借助于螺纹连接16紧固在凸缘区域7上。为此，根据图6，轮辋星形件15在其轮辐27的每个径向外部的端部区域上借助相应的螺钉元件26紧固在凸缘区域7上。为此，每个辐条27的凸缘区域7设有螺钉容纳孔17(作为轴向的通孔)，螺纹元件26穿过该螺钉容纳孔。
此外，凸缘区域7在以下位置上被螺钉容纳孔17穿透，在该位置上第三子预制件8以及第四子预制件9的轮缘12、13和此外第一子预制件4的轮缘14径向重叠。
结合图7也可以指出轮辋体2的根据本发明的制造方法。
在此，将第二子预制件6与第五子预制件20连接，其中，尤其，将第二子预制件6插入到第五子预制件20的第二连接空腔21中(步骤a)。
然后，将第四子预制件9互相连接到第二子预制件6上(步骤b)。步骤a)和b)原则上也可以相反地在时间上先后进行或者也同时/并行地执行。
接着在可选的步骤c)中将填充核19施加/紧固、例如缝合或粘接在第二子预制件6上。
然后布置第一子预制件4，其中，将第二子预制件6固定在第一子预制件4上(步骤d)。第二子预制件6在此从第一子预制件4轴向地延伸至轮辋体2的第二轴向端部3b。此外，同时或者随后布置第三子预制件8并且将第三子预制件布置和预固定在第二子预制件6上。因此，然后对第一子预制件4进行翻转，使得将第二子预制件6以及第三子预制件8布置在第一子预制件4的第一连接空腔5中(步骤e)。步骤d)和e)原则上可以在时间上先后进行或者也同时/并行地执行。
最后，在子预制件4、6、8、9、20的完成固定和悬垂的状态下，第三子预制件8和第四子预制件9如此布置，即，它们共同构造径向向内突出的为连接轮辋星形件15而准备的凸缘区域7。最后，执行RTM注射并且使轮辋体2固化。原则上也可以在所述子预制件4、6、8、9、20上施加另外的叠或层。这里，可以具体地说，由于光学原因，大多数情况下可以施加碳织物作为最外层。
为了制造成品车辆轮辋1，之后还将轮辋星形件15/车轮星形件耦联到轮辋体2上。

Claims (11)

1.一种车辆轮辋(1)，具有由纤维复合材料制成的轮辋体(2)，其中，所述轮辋体(2)又具有构成第一轴向端部(3a)的第一子预制件(4)和容纳在所述第一子预制件(4)的连接空腔(5)中的从所述第一子预制件(4)延伸至与所述第一轴向端部(3a)对置的第二轴向端部(3b)的第二子预制件(6)，其中，此外，轴向构造在所述轴向端部(3a、3b)之间的径向向内突出的凸缘区域(7)至少部分地由与所述第一子预制件(4)和/或所述第二子预制件(6)连接的第三子预制件(8)构成。
2.根据权利要求1所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，所述凸缘区域(7)由另外的第四子预制件(9)共同构造。
3.根据权利要求2所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，所述第三子预制件(8)和所述第四子预制件(9)分别具有径向向内突起的直接共同构造所述凸缘区域(7)的轮缘(10、11)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，所述第三子预制件(8)和/或所述第四子预制件(9)具有基本轴向突起的环形区段(12、13)，所述环形区段(12、13)与所述第一子预制件(4)和/或所述第二子预制件(6)连接。
5.根据权利要求4所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，所述第三子预制件(8)和所述第四子预制件(9)的环形区段(12、13)从所述凸缘区域(7)起向彼此相反的轴向方向延伸。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，所述第三子预制件(8)共同布置在所述第一子预制件(4)的连接空腔(5)中。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，所述第一子预制件(4)具有径向向内突出的轮缘(14)，所述轮缘共同构造所述凸缘区域(7)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，由金属制成的轮辋星形件(15)借助于螺纹连接(16)紧固在所述凸缘区域(7)上。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，所述凸缘区域(7)在螺钉容纳孔(17)的位置上被穿透，在所述螺钉容纳孔上，第三子预制件(8)以及第四子预制件(9)的轮缘(12、13)在径向上重叠。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆轮辋(1)，其特征在于，在环形空间(18)中，在一方面的所述第二子预制件(6)以及另一方面的所述第三子预制件(8)和/或所述第四子预制件(9)之间置入填充核(19)。
11.一种用于制造车辆轮辋(1)的由纤维复合材料制成的轮辋体(2)的方法，其中，在构造所述轮辋体(2)的第一轴向端部(3a)的情况下布置具有增强纤维的第一子预制件(4)，并且将第二子预制件(6)插入所述第一子预制件(4)的连接空腔(5)中，其中，所述第二子预制件(6)从所述第一子预制件(4)远离地轴向地延伸至所述轮辋体(2)的第二轴向端部(3b)，并且其中，将第三子预制件(8)安设到所述第一子预制件(4)和/或所述第二子预制件(6)上，使得所述第三子预制件共同构造径向向内突出的为连接轮辋星形件(15)而准备的凸缘区域(7)。
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