用于复合轮的面-毂连接部的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及用于车辆和/或飞机的复合轮。具体来说，本发明涉及一种复合轮的轮辐部分与复合轮的轮毂部分之间的连接部。因此，为了方便，将在下文中相对于这种示例性应用对本发明进行概括性的描述。也就是说，本发明可以用于其他应用。
【背景技术】
[0002]【背景技术】对本发明的以下讨论旨在帮助理解本发明。然而，应当理解的是:这样的讨论不等于承认或认可所提及的任何内容都是到本申请的优先权日为止已公开、已知的或公知常识的一部分。
[0003]经由轮胎传递至车轮的轮辋部分的横向负载、纵向负载及扭转负载产生贯穿轮辐的弯曲应力和扭转应力。必须有效地解决轮毂接合处的这些应力，从而在不使轮增加相当大的质量的理想情况下提供具有一定刚度和强度的有效机械机构。
[0004]本发明的申请人所知的现有复合车轮设计没有满足这些基本需求。
[0005]申请人知道生产复合轮的早期尝试。然而，申请人认为对轮的轮辐部分与轮毂部分之间的连接部使用金属而不对该连接部使用复合材料的轮设计在一定程度上是有缺陷的。
[0006]申请人的先前复合轮设计之一包括从轮辐至轮辐笔直延伸横跨轮的连续碳纤维丝束。
[0007]在轮构造为凸耳孔设置在轮辐之间而不是位于更接近轮毂内的中心的情况下，另一个先前复合轮设计使用基于预成形结构的可替换丝束。因为轮辐的深度保持穿过轮的轮毂区域，所以该构造能够保持从轮辐至轮毂的刚度。与其他人的早期尝试相比，该构造在结构上效率更高，并且能够避免需要包含由不同材料(例如，金属)制成且使用粘合剂或紧固件接合的接合结构。
[0008]也就是说，申请人的上述设计需要将丝束布置为消除轮中的中心孔。中心孔设置为用于定位在车辆轮毂上。在一些情况下这导致丝束被机械加工以产生孔，并且在所有情况下对准不可能从轮辋的一边至轮辋的另一边完全笔直。丝束经常在随后加工成车辆轮毂的螺栓孔处被切断。所有这些问题损害最终轮结构的有效性及完整性。
[0009]此外，也难以将丝束溶液准确且一致地放入到模具中，从而导致不可接受的工艺变化。
[0010]破坏性试验同样能够确定轮结构的丝束区域与其他区域之间的问题，申请人认为是因刚度不匹配而导致该问题。在高负载的情况下发现裂纹形成在结构中的非常坚硬的区域与更柔软的区域之间的界面处。
[0011]因此，需要提供一种能够提高轮辐与轮毂区域接合的区域中的强度和刚度的复合轮。此外，需要在不使轮增加相当大的质量的情况下实现上述目的。
【发明内容】
[0012]根据本发明的广义方面，提供一种复合轮的表面部分与轮毂部分之间的连接部。轮毂部分包括大致圆盘形状的毂盘，以及表面部分包括多个轮辐。连接部包括:
[0013]环形的毂环，其包围毂盘，毂环包括沿着围绕毂环的至少大致周向延伸的多个增强纤维层；
[0014]多个第一增强纤维层，其相对于轮的旋转轴线沿着大致径向方向延伸，并沿着每个轮辐的正面延伸，横跨毂环的前边缘和内部环形表面并横跨毂盘的正面；
[0015]多个第二增强纤维层，其沿着每个轮辐的背面在大致径向方向上延伸，横跨毂环的后边缘并横跨毂盘的背面；
[0016]多个第三增强纤维层，多个第三增强纤维层覆盖第一增强纤维层和第二增强纤维层，多个第三增强纤维层沿与径向方向成+30度至+60度之间的角度的方向延伸；以及
[0017]多个第四增强纤维层，多个第四增强纤维层覆盖第一增强纤维层和第二增强纤维层，多个第四增强纤维层沿与径向方向成-30度至-60度之间的角度的方向延伸。
[0018]以这种方式，使用环形毂环将轮辐接合至毂盘。毂环考虑到了每个轮辐的深度与毂盘的厚度之差。
[0019]对于本发明而言，毂环是重要的。在没有该部件的情况下，车轮轮辐中的扭转负载和弯曲负载将在每个轮辐的轮辐与轮毂部分接合的根部处产生轮结构的局部变形。这归结于结构中的轮辐过渡至毂盘中的高度快速变化。毂环中的纤维环在每个轮辐的根部处提供了刚性结构。
[0020]在优选的形式中，多个第三增强纤维层以与径向方向成约+45度的角度延伸；而多个第四增强纤维层以与径向方向成约-45度的角度延伸。申请人将结合在一起的多个第三增强纤维层和多个第四增强纤维层称为“扭转缠绕层”。
[0021]还最优选地设置有多个第五增强纤维层，在多个第三增强纤维层和多个第四增强纤维层覆盖多个第五增强纤维层的情况下，多个第五增强纤维层延伸为横跨毂盘的背面，横跨毂环的后边缘，横跨毂环的外部环形表面，横跨毂环的前边缘，横跨毂环的内部环形表面并横跨毂盘的正面。多个第五增强纤维层特定地设置为提供围绕轮辐之间的轮毂部分的结构增强。这样，多个第五增强纤维层优选地延伸为围绕相邻轮辐的基部区域之间的毂环。
[0022]优选地，多个第一、第二、第三、第四及第五纤维中的每一个纤维由碳纤维构成。
[0023]可以以任意适合的形式提供纤维。对多个增强纤维层中的至少一个增强纤维层而言，纤维优选地包括设置为一个或多个预浸料、半预浸料、编织或非编织的织物、毡、预制件、预固结预制件、单个或成组纤维、丝束、丝束预浸料或它们的组合的纤维。可以设想，毂环由单向丝束制成。
[0024]在纤维被适当地布置后，它们被优选地注满和/或浸满基质，并且然后进行固化。因此连接部优选地还包括将多个第一、第二、第三、第四及第五纤维包围的基质。能够使用任意适合的基质。基质优选地基于不饱和聚酯、聚氨酯、聚乙烯脂、环氧基树脂、热塑性塑料、类似的化合物或它们的组合。在优选实施例中，基质为环氧基树脂。在另一个实施例中，基质为金属基质复合材料。
[0025]复合轮优选地形成为整体式主体。这通常涉及同时注满和/或浸满基质，并且然后使复合轮的每个部分固化。在此类实施例中，在制备连接部时，每个轮毂部分和表面部分优选地为至少部分未固化。连接部分优选地与复合轮形成为一体。
[0026]可以在连接部的每个部件部分中设置任意适合数量的纤维层。
[0027]多个第三增强纤维层和多个第四增强纤维层的几个独特布置是可行的。在一个布置中，多个第三增强纤维层或多个第四增强纤维层中的一个或多个增强纤维层散布在多个第三增强纤维层或多个第四增强纤维层的其他层之间。在另一个可能的布置中，多个第三增强纤维层设置在多个第一增强纤维层与多个第四增强纤维层之间。在另一个可能的布置中，多个第四增强纤维层设置在多个第一增强纤维层与多个第三增强纤维层之间。
[0028]可以设想的是，优选地，多个第一增强纤维层沿着每个轮辐的正面径向地向外延伸至轮的轮辋部分的前部环形边缘或前部环形边缘附近。
[0029]优选地，多个第三增强纤维层和第四增强纤维层中的每一个增强纤维层延伸为围绕每个轮辐，横跨毂环的前边缘和内部环形表面，横跨毂盘的正面，并横跨轮辐之间的毂环的外部环形表面。
[0030]可以设想的是，多个第三增强纤维层和第四增强纤维层沿着每个轮辐的正面向外延伸至轮的轮辋部分的前部环形边缘或前部环形边缘附近。
[0031]毂环部分的内径优选地为大于毂盘的直径。
[0032]多个第一、第二、第三及第四增强纤维层均可以设置在分离织物中。在该布置中，每个分离织物可以被缝合在一起。在另一个可能的布置中，多个第一、第二、第三及第四增强纤维层可以设置在单层织物中且多个第一、第二、第三及第四增强纤维层在单层织物中交错编织。在另一个可能的布置中，多个第一、第二、第三及第四增强纤维层均设置在定制纤维预制件中。
[0033]每个轮辐的内部部分优选地包括泡沫材料，泡沫材料在制造过程期间对轮辐提供支撑。
[0034]可以设想的是，毂盘由厚度为约8_至约20_之间的复合层压板制成。毂盘可以包括多个螺栓孔(例如，设置在常规车轮轮辋上)或用于接纳中心锁定附接装置(例如，常用于赛车)的中心布置孔。
[0035]根据本发明的另一个方面，提供一种用于将复合轮的表面部分和轮毂部分连接在一起的方法，其中，轮毂部分包括大致圆盘形状的毂盘，以及表面部分包括多个轮辐。该方法包括设置环形毂环部分，使环形毂环部分包围毂盘，毂环包括沿着围绕毂环的至少大致周向延伸的多个增强纤维层。该方法还包括设置多个第一增强纤维层，使多个第一增强纤维层相对于轮的旋转轴线沿着大致径向方向延伸，并沿着每个轮辐的正面延伸，横跨毂环的前边缘和内部环形表面并横跨毂盘的正面。该方法还包括设置多个第二增强纤维层，使多个第二增强纤维层沿着每个轮辐的背面在大致径向方向上延伸，横跨毂环的后边缘并横跨毂盘的背面。另外，该方法包括设置多个第三增强纤维层，多个第三增强纤维层覆盖第一增强纤维层和第二增强纤维层，多个第三增强纤维层沿与径向方向成+30度至+60度之间的角度的方向延伸；以及设置多个第四增强纤维层，多个第四增强纤维层覆盖第一增强纤维层和第二增强纤维层，多个第四增强纤维层沿与径向方向成-30度至-60度之间的角度的方向延伸。