JP2018511491A - 繊維補強された環状体の製造方法および繊維補強された環状体の製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、補強繊維からなる３次元形状の層（２６）を備えるリム（２）を製造する方法に関する。第１のステップでは、３次元形状の外側輪郭を有する成形ツール（２５）が用意される。後続のステップでは、補強繊維からなるバンド（２６）が、補強繊維からなる少なくとも１層においてその補強繊維が成形ツール（２５）の外側輪郭に沿うとともに配置される。ドレープ装置（２７）が用意され、補強繊維からなるバンド（２６）が成形ツール（２５）上に巻き付けられる前に、該ドレープ装置（２７）によって補強繊維からなるバンド（２６）が予備成形される。

Description

この発明は、複合材料から作られ繊維補強された、車両ホイールのリムのような環状体を製造する方法、およびこの方法に従い、繊維補強された環状体を製造するのに適した装置に関する。

車両用のホイールは、広範囲の要求を満たさなければならない。これには、特定のタイプの車両に適合する寸法、最低限の機械的能力、低総重量、特定の質量分布、耐久性および視覚的外観が含まれる。運転特性を向上させるためには、総重量と慣性モーメントを最小限に抑える必要がある。

繊維強化プラスチックは、そのようなホイールの高い機械的能力を維持しながら、ホイールの総重量および慣性モーメントを減少させるために大きな可能性をもたらす。したがって、近年、繊維強化プラスチックを含む様々なホイールが登場している。これには、実質的に完全に繊維強化プラスチックからなるホイールと、繊維強化プラスチックおよび金属のような従来の材料から作られているいわゆるハイブリッドホイールとが含まれる。ハイブリッドホイールでは、通常、リムは繊維強化プラスチックから作られるが、ホイールセンターはアルミニウムなどの軽量金属合金から作られている。本発明の文脈内では、「ホイールセンター」は、スポーク構造、ホイールスパイダーまたはホイールディスクなどの任意のタイプのホイールセンターを含むと理解すべきである。

しかし、従来の材料のみから作られたホイールに比べた場合、繊維強化プラスチックを備えるホイールの主な欠点は、それらの生産が一般的にはより労働集約的であり、かつ高い人的スキルを必要とあることである。このため、繊維強化プラスチックを備えるホイールは、自動鍛造および鋳造技術を使用して製造することができる従来のホイールと比較して高価となる。他方で、繊維強化プラスチックからなるホイールを製造するために必要とされる様々な人手による製造工程には、高い再現性をもった生産が望まれている。したがって、繊維強化ホイールを含むホイールの製造を自動化する方法が必要とされる。

先行技術では、繊維強化プラスチックを備えるホイールの製造を自動化するためにいくつかのアプローチが提案されている。

独国特許第１０２０１１０８７９３６号公報は、２０１３年２月にThyssen Krupp Carbon Components GmbHの名称で公開されている。この文献には、繊維強化プラスチックから製造されたホイールとそのようなホイールを製造する方法が記載されている。この文献によれば、ホイールは、補強繊維層がリムウェルから外側リムビードを越えてホイールディスクまで途切れることなく延びている点に特徴付けられている。このようなホイールを製造するための工程は、本質的に円筒形の成形ツール上に強化繊維を積層することを含む。ホイールディスクを製造するために、強化繊維が本質的に円筒形の補助成形ツールの輪郭表面上に置かれる。続いて、前記補助成形ツールが除去され、敷設された繊維は、ホイールの回転軸に垂直な平面に折り畳まれる。

独国特許第１０２００５０４１９４０号公報は、２００７年３月にThyssen Krupp Carbon Components GmbHの名前で公開されている。この文献には、繊維強化プラスチックから製造されたホイールおよびそのようなホイールを製造する方法が記載されている。その発明によるホイールは、製造されたホイールの幾何学的形状を少なくとも部分的に画定する補助ツールを備える。この文献によれば、補助ツールは、結果として得られるホイールの回転軸線の中心穴に挿入される編組ホースによって包まれる。

独国特許出願公開第１０２０１００１０５１２号公報は、２０１１年９月にLeichtbau-Zentrum Sachsen GmbHの名称で公開されている。この文献には、ツール内のリムを用いてホイールを製造する方法が記載されている。組み立て式のホイールディスクが準備され、このホイールディスクは、嵌め合いによりリムに相互接続される。製造プロセス中に、ホイールディスクは、囲い面上に繊維材料を配置する間、ツール内に部分的に包囲される。

独国特許出願公開第１０２０１００１０５１３号公報は、２０１１年９月にLeichtbau-Zentrum Sachsen GmbHの名称で公開されている。この文献には、ツール内のリムを用いてホイールを製造する方法が記載されている。組み立て式のホイールディスクが準備され、このホイールディスクは、嵌め合いによりリムに相互接続される。製造プロセスの間、ホイールディスクは、ツール内に部分的に包囲され、次にツールの外面に繊維を編組することによってリムが形成される。

国際公開第３０８３７２９号パンフレットは、２０１３年６月に同じ出願人の名義で公開されている。そこには、繊維強化材料から作られたホイールが記載されている。ホイールは、ホイール中央に複合材料に部分的に埋め込まれたインサートを備えている。

先行技術から知られている繊維強化複合材料に適用される製造方法は、一般に、一方向繊維および織物の層のような他のタイプの補強構造と比較して比較的低い機械的能力（編組繊維など）を有する繊維材料を必要とする。同様に、編組繊維以外の繊維材料を積層する際の主要な問題の１つであって、いわゆるドレーピングと呼ばれる、平面形状の繊維材料を環状体用の成形ツールの曲面上に適用する際の問題に対して十分な解決策を提供していない。

独国特許第１０２０１１０８７９３６号公報 独国特許第１０２００５０４１９４０号公報 独国特許出願公開第１０２０１００１０５１２号公報 独国特許出願公開第１０２０１００１０５１３号公報 国際公開第３０８３７２９号パンフレット

環状体の製造を自動化しようとする場合、少なくとも部分的に複合材料から作られた環状体用の成形ツール（ツール）の湾曲表面に、平面状の繊維材料を適切に適用することが大きな問題であることが判明した。特に、ホイールのためのリムは、通常、比較的複雑な表面湾曲を有する。その断面は、典型的には、リムエッジ、リムショルダ、リム隆起部（リムハンプ）、および輪郭への繊維の採用を必要とするリムウェルを含む。さらに、いくつかの要素およびセクションは、通常、壁の厚さおよび繊維の向きがそれぞれのレイアウトで異なる。さらに、要求される仕様を達成するために補強要素が期待され得る。

連続した本質的に平坦な布地を周面上に適用する際、良好な結果を得るために、すなわち有害なしわを伴わないために、複雑な３次元曲率を考慮する必要がある。本発明の文脈内では、「布地」は、二軸布地だけでなく、一軸布地および三軸布地および他の布地も含むと理解すべきである。さらに、円周方向に連続する材料特性を有するホイールを得るために、ドレープされた織物の繊維の局部的なずれは、理想的には、円周方向で評価されるときにバランスが取れているべきである。通常、十分なリム厚さおよび機械的能力を得るためには、同じまたは異なる布地の複数の層が必要であり、個々の層に生じる不適切なドレーピングは、積層工程中に合計されて層の増大に伴い積層欠陥の増大につながる。さらに、円周補強要素が必要とされることがある。従って、本発明の1つの態様は、ホイール用のリム用の成形ツールのような環状の成形ツール上に、複数層の布を正確に積層することができる方法を提供することである。

好ましい実施形態では、補強繊維からなる１またはいくつかのバンドと、必要に応じて、後の工程で再び除去することができる３次元輪郭成形ツール上に直接または間接的に配置される一方向のロービングのような他の補強要素とを巻き取ることによって、リムまたはその一部を巻き取るためのドレープ装置を備える巻取装置が予見される。補強繊維のバンドは、すべて同じまたは異なる幅を有することができる。適切であれば、成形ツールは、適正に成形された箔のような追加の材料層によって覆うことができる。追加の材料層は、製造補助としてのみ予見され得る。適用分野に応じて、追加の材料層を最終部分に残すことができ、および／または後の段階で除去することができる。必要に応じて、追加の材料層は、最終部品に外層として残り、補強繊維を保護するものであることを予期することができる。補強繊維のバンドは、成形ツールを回転させることによって、および／または強化繊維のバンドを成形ツールの周りで回転させることによって、成形ツール上に巻き付けられる。成形ツールは静止していてもよいし、軸方向に振動運動を行ってもよい。

最良の結果を得るために、平面状の布または連続シート材料を、成形ツール上に、前段階で成形ツール上に適用されている層上に適用する前に、連続的に変形させるために使用されるドレープ装置が予見される。１つの目的は、布またはシート材料を、成形ツールの３次元形状の外側輪郭上で、それぞれ前の層に対して最終位置に配置する前に、該布またはシート材料を制御下で連続的にスムーズに予備成形することである。ドレープ装置は、剛性あるいは予備成形プロセスを調整するためにそれ自体変形可能であり得る。これに代えてまたはそれに加えて、ドレープ装置は、成形工具に対して調節可能であり、それにより、プロセスの調節を可能にする。従って、平面状の材料は、曲面を有する成形ツールに適用される前に、既に少なくとも部分的に変形されている。

ドレープ装置が、輪郭形成第１表面と、供給端と、送出端とを有するスライド（第１のシェル状構造体）を備える場合、様々なタイプの平面材料および様々な形状を有する様々な成形ツールに対して良好な結果が得られる。製造中、材料は供給端によってスライドに入り、輪郭形成第１表面上を第２端まで案内される。さらに、材料は、レール、プレート、ローラまたは他の手段によって案内されてもよい。供給端と送出端との間で、輪郭形成第１表面の形状は好ましくは連続的に変化する。ドレープ装置は、製造中に第１表面と少なくとも部分的に整列する少なくとも１つの輪郭形成第２表面を有する第２シェル状構造体をさらに備えることができる。従って、変形されるべき材料は、輪郭形成第１表面と輪郭形成第２表面との間で案内される。好ましい変形形態では、スライドは湾曲した鎌形状を有する。スライドは、成形ツールとの間に、材料の移動方向（スライド方向）で減少する所定の距離を置いて、成形ツールの周囲に配置されることが好ましい。それにより、変形される材料が自動的にスライド上に引っ張られることが達成される。

第１のシェル状構造体の第１表面および／または第２のシェル状構造体の第１のシェルが少なくとも部分的に比較的低い摩擦係数を有する材料から作られていると、繊維の損傷が少なくかつ該繊維が一定の変形で制御された良好な結果が得られる。シェル状構造体は、完全にそのような材料でできていてもよく、またはそのような材料でコーティングされていてもよく、あるいはそのような材料から作製されたインレーを備えるものでもよい。用途に応じて、シェル状構造体の第１表面は、変動する摩擦係数を有する複数の領域を備えていてもよい。そのような変化は、布帛の繊維の局所偏差を制御するために有利であり得る。これに代えてまたは加えて、第１のシェル状構造体と第２のシェル状構造体との間の間隔は、位置に応じて変化してもよい。これにより繊維の局部的な歪みを制御することができる。本発明の別の態様によれば、ドレープ装置の手前側（上流側）で、変形される平面状材料の一方の面または両面に保護シート／層を適用し、該変形される材料が成形ツールに供給される前に（ドレープ装置の下流側で）、該保護シート／層を再び除去してもよい。処理される材料に応じて、ドラフト装置（例えば、スライド）は、材料の加熱または冷却を行う手段を備えることができる。これに代えてまたは加えて、連続熱可塑性材料を変形させるために、このような加熱および／または冷却を使用することができる。

少なくとも第１シェル状構造体が少なくとも部分的に可撓性であり変形可能であれば、良好な結果が得られる。このように、シェル状構造体を変形させることによって、ドレープ装置の形状を変更して、異なる種類の環状体に使用することができる。同様に、同じタイプのドレープ装置を複数のタイプの材料に適用するために、このような調節可能性を使用することができる。同様に、ドレープ装置のそのような変形例は、製造中の微調整のために使用されてもよい。このような可撓性を有するドレープ装置を得るために、ドレープ装置は、少なくとも部分的に弾性材料で作られてもよく、および／またはジョイントによって相互接続された複数の構成要素から構築されてもよい。

ドレープ装置の少なくとも一部が円弧形状を有し、円弧軸が、製造される環状体の成形ツールの回転軸と実質的に平行である場合、良好な結果が得られる。ドレープ装置のそのような変形例は、複数の利点を提供し得る。第１に、そのような変形例は、以下でさらに詳細に説明するように、製造設備全体の総空間寸法を実質的に増加させることなく、比較的長い変形経路を設定することを可能にする。比較的長い変形経路を使用することにより、平面状材料の再現性が高く均一な変形を得ることが可能になる。第２に、円弧状のドレープ装置を使用することにより、材料を環状体の輪郭に軸方向で変形させるだけでなく、周方向での曲率を考慮に入れることができる。従って、例えば、しわの発生をより確実に防止することができる。

コンパクトなレイアップを得るために、成形ツールに適用された変形材料が環状体の半径方向（向心方向）に圧縮される場合、特に良好な機械的特性を有する環状体（例えばリム）を得ることができる。したがって、必要に応じて、本明細書に開示されるドレープ装置と組み合わせて使用され得る圧縮装置が提供される。しかしながら、このような圧縮装置は、本出願に開示された他の装置および方法とは独立して使用することができ、従って、独立した発明概念であると考えることができる。製造されるべき環状体の種類および／または成形ツールに適用されるべき材料の種類に応じて、圧縮装置は、圧縮される材料の表面に垂直な力を所定の領域で付加し、周方向に関して全圧縮工程中は実質的に静止したままであるシェル状構造体を備えていてよい。圧縮装置は、成形ツール上に存在する層を圧縮するために使用される少なくとも１つのローラを備えることができる。このようなローラを用いることにより、環状体の断面の所定部分を圧縮するために所定の力を加えることができる。複数のローラを使用して、断面の異なる部分を異なる大きさで圧縮することができる。ローラは、成形ツールに適用された層を位置決めするため、および／または当該層に特定の形状に成形するために使用することができる。本発明のそのような変形は、例えば、比較的複雑な曲率を有するいくつかのタイプの環状体にとって有利である。必要に応じて、圧縮装置は、少なくとも１つのシェル状構造体と少なくとも１つのローラとの組み合わせを備えることもできる。したがって、大きな直線部分と複雑な曲率を有する部分とを含む断面を有する環状体も、制御された方法で圧縮することができる。

さらなる独立した発明概念は、繊維強化プラスチックを備えた、リムのような環状体のためのレイアップに関する。そのようなレイアップは、それを製造するために使用される方法および手段に関係なく有利であり得る独立した発明概念を表す。しかしながら、本明細書に開示されるようなレイアップを有する環状体を製造するために、本明細書に開示されるような繊維強化された環状体（例えばリム）を製造する方法を、本明細書に開示されるドレープ装置と組み合わせることにより、再現可能な機械的能力をもつ高品質の環状体を、高度に自動化された方法で製造することが可能となる。本発明のこの変形例によれば、環状体は、通常周方向に配置される、１本または数本の強化繊維束、いわゆるロービングを用いて局所的に補強される。本発明のこの態様によれば、ロービングは、ホイールのリム内で厚肉化する場合のような、環状本体の輪郭（断面）に影響を及ぼすために使用することができる。このような厚肉化は、リムの内側縁部および／または外側縁部を形成するために使用され得る。しかしながら、本発明によれば、このようなロービングは、隆起部を構築するために使用されてもよい。代替的にまたは付加的に、そのようなロービングは、ホイールの一般的な構造を強化するために適用することもできる。従って、例えば、リムにおいては、そのようなロービングは、リムセンターがリムに接合する領域など、隆起部以外のショルダー領域やリムウェルに適用することができる。したがって、特に、繊維強化プラスチックから製造されたリム（それぞれのホイール）の損傷耐性を高めることができる。本発明のこの変形例によるロービングから作られた補強材を備えるリム（それぞれのホイール）は、損傷が導入された場合に、そのようなロービングのないリム／ホイールよりも著しく少ない破滅的な破損を示す。本発明は、予備含浸された繊維（プリプレグ）を処理するだけでなく、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）によって乾燥繊維にマトリックス材料が適用される代替的または付加的なプロセスも有利である。本明細書に記載のリムは、好ましくは、複合材料で作られたホイールセンターを備えるホイールに使用される。一例を図面に記載する。しかしながら、リムは、金属のような異なる材料から少なくとも部分的に作られたホイールセンターを備えるいわゆるハイブリッドホイールに使用することもできる。

本発明によるリムの製造方法は、以下のように要約することができる。第１のステップでは、３次元形状の外側輪郭を有する成形ツールが用意される。後続のステップでは、補強繊維からなるバンドが、少なくとも１層の補強繊維からなる層においてその補強繊維が成形ツールの外側輪郭に沿うとともに成形ツールの周囲に配置されるように、成形ツールに巻き付けられる。必要に応じて、上記のような中間層が予見され得る。ドレープ装置によって、補強繊維からなるバンドが、成形ツールに巻き付けられる前に予備成形される。ドレープ装置は、その上を補強繊維からなるバンドが移動し、それによって該バンドを変形されるスライドを備えることができる。好ましい実施形態では、スライドは鎌形状である。スライドは成形ツールの周りに配置することができる。補強繊維からなるバンドが、平坦な横断面から成形ツールの外側輪郭または成形ツール上に既に存在する以前の層に対応する湾曲した断面に少なくとも部分的に連続的に予備成形される場合、良好な結果が得られる。補強繊維からなるバンドは、一方向性織物および／または二軸性織物および／または３軸性の物および／または４軸性織物および／またはロービングとすることができる。補強繊維からなるバンドの少なくとも一部分は、補強繊維からなる追加の層が適用される前に再位置決めすることができる。再位置決めは、例えば、周方向補強要素の周りで行うことができる。補強繊維からなるバンドの少なくとも一部分は、ループを形成するように折り重ねることができる。

本発明は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明を限定するものとみなされるべきではない以下の詳細な説明および添付図面からより完全に理解されるであろう。図面は、簡略化して概略的に示している。

ホイールを分解して示している。 図１のホイールを組み立てた状態で示す図である。 リムまたはその一部の製造プロセスを示す斜視図である。 図３のプロセスを反対側から見た斜視図である。 巻取装置の正面図である。 図５の巻取装置の側面図である。 リムの断面図である。

前述の概要および以下の実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むことでよりよく理解される。本発明を例示する目的のために、図面のいくつかの図を通して同様の参照番号は類似の部分を表す。現在好ましい実施形態を示すが、本発明は開示された特定の方法および手段に限定されないことが理解される。

図１は、本発明に従って製造されたリム２を含むホイール１の一例を示している。ホイール１はさらに、主として複合材からなるホイールセンター３であって、該ホイールセンター３の中心に配置されたホイールフランジ５をリム２と相互接続するいくつかのスポーク４を有するホイールセンター３を備えている。図示された実施形態では、リム２だけでなくホイールセンター３も、エポキシ樹脂などのマトリックス材料に埋め込まれた、好ましくは炭素繊維および／またはケブラー繊維および／またはガラス繊維および／または材料繊維などの複合材料で作られている。

図示された実施形態では、リム２は、最終状態において、リムウェル１２がその間に延びる内側リム縁部１０と外側リム縁部１１とを含む。内側および外側リム縁部１０，１１に隣接して、内側および外側ビードシート１３，１４が配置され、これらのビードシート１３，１４は、リムウェル１２から内側および外側隆起部１５，１６によって画定されている。より小さい直径のリムウェル１２とより大きな直径の内側および外側隆起部１５，１６との間の高低差は、内側および外側ショルダー１７，１８によって連結されている。リム２の製造プロセスの詳細が図３から図６に示されている。リム２の断面の一例が図７に示されている。

スポーク４は、後で詳細に説明するように、機械的に有利な方法でリム２に相互接続される。図示のホイール１のスポーク４は、ホイール１の軸方向（ｘ軸）から見て内側と外側からアクセス可能であり、かつ製造が比較的容易なように開放断面を有している。各スポーク４は、２つの側方フランジ６と中間リブ７とを備えており、図示の実施形態では、半径方向に対して横方向に切断したときにＵ字形の断面を有する。側方フランジ６と中間リブ７は、図示の実施形態では側方フランジ６の内側端部に配置された横壁８によって背面側で相互に接続されている。ホイール１の組み立てに際し、リム２とホイールセンター３とは別個に準備される。これらの部分は、ここでは観念的に示されている。これはまた、ホイールセンター３、すなわちホイールスポーク４が異なるデザイン、すなわち異なる断面（開放および／または閉鎖断面）を有することを意味する。閉鎖断面の下では、それ自体が閉じてループを形成する断面と理解される。リム２とスポーク４との組み立て過程では、通常、スポーク４を形成する少なくとも繊維は非固体であり、それによって変形可能な状態にあることが理解されるべきである。これに代えて、または加えて、リム２を形成する複合材料は、ホイールセンター３と組み立てられたときに、完全に硬化していない状態にあってもよい。

リム２には、スポーク４の（最終）断面に原則的に対応する開口２０が設けられている。開口２０は、リム２を貫通して半径方向に延びている。スポーク４の断面に一致する開口２０を鮮明な輪郭を形作るレーザ切断によって形成することで、良好な結果を得ることができる。

図示された実施形態では、開口２０は、リムウェル１２、外側ビードシート１４、外側隆起部１６および外側ショルダー１８の領域において、リム２の外側に隣接して配置される。開口２０は、スポーク４の外側端部で突出する少なくとも１つの帯板２１を受容するものである。開口２０は、その後の少なくとも１つの製造工程において、追加的な材料層によって外側が覆われてもよい。これは、図３〜図６に従って説明される装置および方法によって達成することができる。

上述したように、リム２とホイールセンター３用のスポーク４とは、好ましくは、互いに別個に準備され、そして、その後の工程で、スポーク４の帯板２１が開口２０内に通されて、図２に線２２で概略的に示すようにリム２の表面１９上に折り畳まれることで、互いに組み立てられる。帯板の繊維は、好ましくは、リム２とホイールセンター３との間の最適な負荷導入および力の交換を得るために拡張される。表面１９は、例えば後述のような追加の材料層が付加された際に被覆される。リム２の半径方向内側部分を形成する材料は、この段階では通常、硬化された状態または半硬化状態にあり、必要であれば、スポーク４用の未だ成形可能な繊維を成形するためのツールとして機能し得る。

さらなる処理工程において、スポーク４および帯板２１を形成する複合材料は、補強繊維が埋め込まれた樹脂を硬化させることによって硬化される。さらに、インサート９は、ホイールフランジ５内に埋め込まれている。この工程では通常、ホイールセンター３およびインサート９を対応するモールド（すなわち、詳細には図示しない成形ツール）内に挿入し、モールドを閉じ、マトリックスの硬化プロセスを開始することが行われる。必要に応じて、リム２もモールド内に入れるか、または例えばモールドの壁として作用することによって、モールドの一部を形成することもできる。

後にホイール１を形成する繊維は、図２に示すようなそれらが組み立てた段階では、半製品の状態とすることができる。それに代えてまたはそれに加えて、繊維は少なくとも部分的に乾燥状態にあり、その後に、モールド内への真空圧および／または加圧の適用によってマトリックス材料を付加することができる（ＲＴＭ法）。

最終製品では、帯板２１の繊維は、少なくとも部分的にリム２を越え、それから周方向および／または横方向、あるいはリム２の外面１９に沿って延びる。帯板２１はそれぞれ、外側輪郭に沿うとともに、外面１９に強固に一体化されている。開口２０は通常、完全に満たされるので、もはや存在しなくなる。必要であれば、外面１９は、少なくとも部分的に追加の複合材料または別のカバーで覆うことができる。通常、リム２とホイールセンター３の製造には、２つの別個のツールが使用される。リム２を製造するためのツールおよびプロセスが、図３〜６に示され、説明される。

図３および図４は、本発明によるリム２を製造するプロセスを概略的かつ例示的に示している。例えば図１に示すように、リム２は、リム２の３次元形状の内側円形輪郭を少なくとも部分的に画定する強化繊維の層で作られた環状の３次元成形体である。必要に応じて、リム２の内側輪郭をその内面側で、上述のような保護材料の層（詳細には図示せず）によって覆うことができる。第１の工程では、リム２の３次元形状の内側輪郭を少なくとも部分的に画定する成形ツール２５が準備される。製造されるリム２の形状に応じて、成形ツール２５を軸方向に分割可能に構成することができ、これによりリム２を成形ツール２５から容易に取り外すことができる。次の工程では、補強繊維からなるバンド２６が、該補強繊維が成形ツール２５の輪郭に沿い、それぞれ前の層の下に来るように成形ツール２５上に巻き付けられる。ドレープ装置２７は、少なくとも１つのバンド２６を、成形ツール２５に巻き付けられる前段階で予備成形するものである。

図示の実施形態では、ドレープ装置２７は、その上側をバンドがボビン２９から成形ツール２５まで移動する過程で通過するスライド２８（第１のシェル状構造体）を備える。スライド２８は、供給端３１と送出端３２とを持つ輪郭成形第１表面３０を有する。巻付け工程の間、成形ツール２５は、スライド２８およびボビン２９に対して、第１の軸線３３周りに回転する。図示の実施形態では、成形ツール２５は回転し、ボビン２９とスライド２８は静止して配置される。しかしながら、状況によっては、スライド２８とボビン２９とを回転させ、成形ツール２５を静止状態に配置することも可能である。図示されているように、バンド２６は供給端３１によってスライド２８に入り、輪郭成形第１表面３０を介して第２端部３２に矢印３４の方向に案内される。さらに、材料は、ここでは詳細に示されていないプレート、ローラまたは他の手段によって案内されてもよい。供給端３１と送出端３２との間では、輪郭成形第１表面３０の形状は好ましくは連続的に変化する（必要であれば例えば連続的ではない他の形状も可能である）。ドレープ装置２７は、製造中に第１表面３０と少なくとも部分的に外側から整合し得る少なくとも１つの輪郭成形表面３６をさらに備えることが好ましい。したがって、成形される材料は、第１および第２輪郭成形表面３０，３６の間で案内される。図示の実施形態では、スライド２８は、湾曲鎌形状を有する。スライドは、材料移動方向（スライド方向）沿って、予備成形されるバンド２６が成形ツール２５に置かれるまで減少する半径方向の所定の距離をおいて、成形ツール２５の周囲に配置されていることが好ましい。スライドのこの形状によって、バンド２６が自動的にスライド２の成形面３０に引き上げられることが達成される。第１のスライド２８の少なくとも成形面３０および／または第２のスライド３５の成形面３６が、少なくとも部分的に摩擦係数の低い材料から形成されているので、良好な予備成形性能を達成することができる。シェル状構造体は、完全にそのような材料でできていてもよく、またはそのような材料でコーティングされていてもよく、あるいはそのような材料から作製されたインレー（はめ込み部材）を含んでもよい。用途に応じて、シェル状構造体の第１の表面は、変動する摩擦係数を有する領域を含んでもよい。そのような変動は、布帛の繊維の局所偏差を制御するために有利であり得る。必要であれば、補強材料からなるバンドがドレープ装置と接触しているとき、マトリックス材料を補強材料からなるバンドに付加（塗布）することができる。

必要であれば、ここでは１つまたは複数のロービング２４の形態の補強要素を製造プロセスに追加することができる。ロービング２４は、スライド２８または（ここで示される）別の方法で案内することができる。必要であれば、図７に線２３で概略的に示すように、バンド２６をロービング２４の周りに折り畳むことができる。ロービング２４は、好ましくはリム２の外側ゾーンに配置され、例えば内側隆起部１５および／または外側隆起部１６および／または内側ビード１３および／または外側ビード１４の領域に形成される。ロービング２４は通常、成形ツール２５を１周または複数周だけ包囲するように互いに平行に配置される。

これに代えてまたはこれに加えて、第１のシェル状構造体と第２のシェル状構造体との間の間隔は、成形ツール２５に巻き付けられるバンドの量に対応する位置に応じて変化してもよい。したがって、繊維の局所的な歪みおよび張力は、効果的に制御することができる。本発明の別の態様によれば、ドレープ装置２７のスライド２８によって予備成形されるバンド２６の片側もしくは両側に保護シートまたは層（詳細には図示せず）を用い、変形した材料が成形ツール２５に供給される前にその保護シートまたは層を（下流側へ）除去するようにしてもよい。処理される材料に応じて、ドラフト装置（例えば、スライド）は、予備成形処理の間および／またはその前および／または後に、材料の加熱または冷却を可能にする手段を備えていてよい。これに代えてまたは加えて、そのような加熱および／または冷却は、連続熱可塑性材料を変形させるために使用してもよい。

必要に応じて、スライド２８は、制御された態様で変形され得るように、少なくとも部分的に可撓性を有するように設計することができる。これにより、スライド２８またはその一部を変形させることによって、ドレープ装置２７の形状を、異なる種類の環状体への使用を可能とするため、あるいは成形ツール２５に配置されたリム２の幾何学的形状を成形ツール２５上に敷設された補強繊維の量に応じて変化させるため、変えるようにしてもよい。これにより、プロセス中に変化する形状を積極的に補償することが可能となる。同様に、このような調節可能性は、同じタイプのドレープ装置２７を複数のタイプの材料または幾何学的形状に適用するために使用されてもよい。同様に、ドレープ装置２７のそのような変化は、製造中の微調整のために使用されてもよい。このような可撓性を有するドレープ装置２７を得るために、ドレープ装置は、少なくとも部分的に弾性材料で作られてもよく、および／またはジョイントによって相互接続され、それにより互い移動可能とされた複数の構成部材から構築されてもよい。

コンパクトなレイアップを得るためおよび／または望ましくないマトリックス材料を押し出すために、補強繊維２６を成形ツール２５の半径方向（向心方向）に圧縮した場合、良好な機械的特性を有するリム２を得ることができる。このため、必要に応じて、本明細書に開示されるドレープ装置と組み合わせて使用され得る圧縮装置が提供される。しかし、このような圧縮装置は、本出願に開示された他の装置および方法とは独立して使用することができ、したがって、独立した発明概念であると考えることができる。製造されるべき環状体の種類および／または成形ツール上で適用されるべき材料の種類に応じて、圧縮装置は、所定領域において圧縮される材料の表面に対して垂直方向の力を与え、かつ、全圧縮工程の間、周方向に対して実質的に静止したままであるシェル状構造体を備えてもよい。圧縮装置は、成形ツール上に存在する層を圧縮するために使用される少なくとも１つのローラを備えることができる。このようなローラを用いることにより、環状体の断面の所定部分を圧縮するために所定の力を加えることができる。複数のローラを使用して、断面の異なる部分を異なる大きさで圧縮することができる。ローラは、成形ツールに適用される層を位置決めするため、および／または当該層を特定の形状に成形するために使用されてもよい。このような本発明の変形は、例えば、比較的複雑な曲率を有するいくつかのタイプの環状体にとって有利である。必要に応じて、圧縮装置は、少なくとも１つのシェル状構造体と少なくとも１つのローラとの組み合わせを備えるものでもよい。したがって、大きな直線部分と複雑な曲率を有する部分とを含む断面を有する環状体を、制御された態様で圧縮することができる。

図５および図６は、巻取装置３７の正面図および側面図を示している。原理的な機能は、図３および図４に関連して説明したプロセスに対応する。したがって、一般的な説明のために、前記図面および関連する説明が参照される。巻取装置３７は、駆動ユニット３９によって回転軸線３３周りに回転可能なハブ４０を有する駆動ユニット３９上に成形ツール２５が配置され得るフレーム３８を備えている。ハブ４０は、１つまたは複数の成形ツール２５の容易な固定を可能とする。スタンド４１は、ボビン２９（ここでは図示せず、図３および図４参照）を受け入れることが想定されている。適用分野に応じて、巻取装置３７は、ボビン２９を駆動手段によって能動的に駆動し、かつ／またはブレーキ手段（詳細には図示せず）によって減速して上記バンド２６の張力を調整することができる。追加のツール４２および／または生産補助装置４３は、フレーム３８に旋回可能に固定され、使用時に適正な位置へと旋回され、必要でない場合には格納されるようになっている。図示された実施形態では、ボビン２９のためのスタンド４１は、例えば調整のため、横方向（ｙ方向）に移動可能である。このためにスタンド４１は、フレーム３８の底部に配置された直線案内手段４４上に配置される。ドレープ装置２７は（ここに示すように）調節可能および／または旋回するように配置されてもよい。

図７は、リム２の断面を概略的に示している。リム２は、内側リム縁部１０と外側リム縁部１１との間に延びる何層かの強化繊維層２６を備える。内側リム縁部１０および外側リム縁部１１は、周方向に配置されたロービング２４の形態の補強要素を有する。上述のプロセスおよび製造装置によって、リム２の他の位置に追加的な補強要素を追加することが可能であることが理解されるべきである。ロービング２４は、補強繊維２６の層に埋め込まれていることが分かる。これは、層２６をロービング２４の周りで少なくとも部分的に折り畳むことによって実現可能である。これは好ましくは、リム２が形成ツール２５上に未だ配置されている間に行われる。上述したような布地などの繊維からなる層２６が、内側リム縁部１０から外側リム縁部１１に連続して延びていることが見て取れる。これにより、非常に良好な結果が達成され得る。これに代えてまたはそれに加えて、繊維２６は、横方向においてより短い長さを有することができる。

１ ホイール ２４ ロービング／補強要素
２ リム ２５ 成形ツール（ツール）
３ ホイールセンター ２６ バンド（補強繊維）
４ スポーク ２７ ドレープ装置
５ ホイールフランジ ２８ スライド（第１スライド、主スライド）
６ 側方フランジ ２９ ボビン
７ 中間リブ ３０（第１）成形面
８ 横壁 ３１ 供給端
１０ 内側リム縁部 ３２ 送出端
１１ 外側リム縁部 ３３（成形ツールの）回転軸線
１２ リムウェル ３４ 矢印（バンドの移動方向）
１３ 内側ビード ３５ 第２スライド
１４ 外側ビード ３６（第２スライドの）第２成形面
１５ 内側隆起部 ３７ 巻取装置
１６ 外側隆起部 ３８ フレーム
１７ 内側ショルダー ３９ 駆動ユニット
１８ 外側ショルダー ４０ ハブ
１９ 外面 ４１ スタンド
２０ 開口 ４２ ツール
２１ 帯板 ４３ 製造補助装置
２３ 補強繊維の折り畳み方向 ４４ 直線案内手段

Claims (17)

1. ３次元形状の少なくとも１層の補強繊維からなる層を備えるリムの製造方法であって、
   ３次元形状の外側輪郭を有する成形ツールを用意するステップと、
   補強繊維からなるバンドを、少なくとも１層の補強繊維からなる層においてその補強繊維が前記成形ツールの外側輪郭に沿うとともに成形ツールの周囲に配置されるように、前記成形ツール上に巻き付けるステップと、
   ドレープ装置を用意し、補強繊維からなる前記バンドを前記成形ツール上に巻き付ける前に、該ドレープ装置によって補強繊維からなる前記バンドを予備成形するステップと、を含むことを特徴とするリムの製造方法。
2. 前記ドレープ装置は、その上を補強繊維からなるバンドが移動し、それによって該バンドを成形するスライドを備える、請求項１に記載のリムの製造方法。
3. 前記スライドは鎌形状である、請求項２に記載のリムの製造方法。
4. 前記スライドは、前記成形ツールの周囲に配置されている、請求項３に記載のリムの製造方法。
5. 補強繊維からなる前記バンドは、前記成形ツール上に載置される前に連続的に予備成形される、請求項１から４までのいずれか一項に記載のリムの製造方法。
6. 補強繊維からなる前記バンドは、一方向性織物および／または二軸織物および／または三軸織物および／または四軸織物および／またはロービングである、請求項１から５までのいずれか一項に記載のリムの製造方法。
7. 補強繊維からなる前記バンドの少なくとも一部分は、補強繊維からなる追加の層が適用される前に再位置決めされる、請求項１から６までのいずれか一項に記載のリムの製造方法。
8. 補強繊維からなる前記バンドの少なくとも一部分は、ループ状に折り重ねられている、請求項７に記載のリムの製造方法。
9. 補強繊維からなる前記バンドの少なくとも一部分は、周方向に配置された補強要素に折り重ねられている、請求項８に記載のリムの製造方法。
10. 環状体製造用の巻取装置であって、
    補強繊維からなるバンドを予備成形するのに適したドロープ装置と、
    成形ツールを受けるのに適したハブとを備え、
    前記成形ツールは、補強材料からなるバンドを少なくとも１層で前記成形ツール上に巻き付けることができるよう、前記ドロープ装置に対して回転可能に配置されていることを特徴とする巻取装置。
11. 前記ドロープ装置は、補強材料からなる前記ハンドを連続的に成形するスライドを備える、請求項１０に記載の巻取装置。
12. 前記スライドは鎌形状である、請求項１１に記載の巻取装置。
13. 前記ドロープ装置は、前記ハブ上に配置される前記成形ツールに対して、可動に配置されている、請求項１０または１１に記載の巻取装置。
14. 前記ハブ上に配置された前記成形ツールに対して旋回可能に配置されたツールおよび／または製造補助装置を備える、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載の巻取装置。
15. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の製造方法にしたがって製造されたリムを備えるホイール。
16. 複合材料から作られたホイールセンターを備える、請求項１５に記載のホイール。
17. 金属から作られたホイールセンターを備える、請求項１５に記載のホイール。

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