用于提供用于机动车辆的车轮的方法及相关车轮与流程

本发明涉及一种用于提供用于机动车辆(和通常的车辆)的车轮的方法，并且涉及根据该方法制造的车轮。

一些类型的机动车辆(特别是汽车)在速度和加速度方面确保了重要的性能。

当然，对于相同功率的发动机，由于具有有限质量的车辆可以更容易地加速(或减速)(它们具有较低的惯性)，因此它们可以实现较高的性能。

出于这个原因，已知采用其上配合有轮胎的车轮，所述车轮由轻合金(特别是铝合金和镁合金)和/或基于碳纤维的复合材料制成，其具有优异的机械性能和极低的重量。

尽管合金车轮的制造现已完全工业化，因而允许获得具有高机械性能、适度的重量以及舒适且原创的设计的统一系列产品，但是由复合材料制成的车轮根据本质上的手工标准来制造。

显然，手工制造使每项的品质取决于操作者的技能，这与具有统一系列的具有极恒定且精确的机械性能和尺寸参数的车轮的需要完全相反。

此外，合格且专业的劳动的贡献使得需要高的生产成本，这会影响每个车轮的最终成本。

由基于碳纤维的复合材料制成的车轮尽管确保利用合金车轮基本上无法达到的机械性能和低重量，但是由于其生产成本高而不是特别普及。

本发明的目标是通过设计一种用于提供完全工业化类型的由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮的方法来解决上述问题。

在该目标内，本发明的目的是提出一种用于提供由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮的方法，所述方法需要最少贡献的专业劳动。

本发明的另一目的是提出一种用于提供由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮的方法，所述方法确保每个生产批次的机械性能和尺寸的高度恒定性。

本发明的另一目的是提出由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮，其具有适度的重量。

本发明的另一目的是提出由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮，其具有高的刚性和最佳的机械性能。

本发明的另一目的是设计一种用于提供机动车辆车轮的方法，所述方法具有高的生产率。

本发明的另外的目的是设计一种用于提供机动车辆车轮的方法和相应车轮，其具有适度的成本，在实践中提供相对简单并且应用安全。

通过一种用于提供由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮的方法来实现在下文中将变得更加明显的这样的目标以及这些和其他目的，所述方法包括：

-在设计期间，将每个车轮分成具有小尺寸的多个部分；

-用主要由具有预定取向的碳纤维构成的原材料，来提供至少一个第一部分，所述至少一个第一部分的末端边缘被设计成与至少一个相应的第二部分的相应边缘匹配，所述至少一个相应的第二部分具有相对于所述至少一个相应的第一部分的边缘的轮廓共轭(conjugate)和互补的轮廓；

-使所述部分匹配，之后将它们布置在相应的模具内，所述模具的形状和尺寸相对于待制造的车轮的形状和尺寸共轭；

-使所述模具及所述模具的内容物达到预定温度；

-将液态的树脂注入到所述模具中，所述树脂在高压和高温下被注入，使所述树脂在所有部分中以及遍及所有部分之间的所有界面表面扩散，形成构成所述车轮的复合材料的基质；

-使所述模具的压力和温度在预定范围内保持对于所述树脂的至少部分交联所需的时间间隔；

-从所述模具中取出所述车轮。

这样的目标和这些目的也通过机动车辆车轮来实现，所述机动车辆车轮的类型优选地由基于碳纤维的复合材料制成，并且设置有多个大体上径向的轮辐，所述轮辐与被设计成与容纳轮胎的大体上管状的本体匹配，其特征在于，所述车轮通过多个不同部分构成，所述多个不同部分的邻接边缘相互成叠瓦状(imbricated)，部分由树脂基质浸渍，所述树脂基质均匀分布而没有不连续性。

从附图中的以非限制性示例的方式示出的根据本发明的用于提供机动车辆车轮的方法的和相关车轮的优选但非排他性实施例的描述中，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明的车轮的前立体图；

图2是根据本发明的车轮的后立体图；

图3是根据本发明的车轮的前视图；

图4是根据本发明的车轮的前视图；

图5是根据本发明的车轮的一部分的立体图；

图6是根据本发明的车轮的另一部分的立体图；

图7是根据本发明的车轮的细节的前立体图；

图8是根据本发明的车轮的另一部分的前视图；

图9是根据本发明的车轮的示意性侧视图；

图10是根据本发明的车轮的细节的示意性侧视图。

参照附图，附图标号1总体上表示根据本发明的机动车辆车轮，即，由基于碳纤维的复合材料制成并且以工业标准制造的机动车辆车轮。

根据本发明的用于提供由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮1的方法包括一系列连续的步骤，所述步骤基本上在下文中概述。

首先，在设计期间，有必要将每个车轮1分成具有适度的尺寸的多个部分2(其又可以分成前轮辐部分2a、后轮辐部分2b和管状的本体部分2c)。

每个部分2(2a、2b和2c)必须具有适度的尺寸(例如，其对应于轮辐的一部分或管状的本体的一个范围，所述轮辐的一部分或管状的本体的一个范围对着在10°和150°之间的幅度的角度)并且具有简单的形状。

特别地，每个部分2(2a、2b和2c)必须不具有底切(或者在任何情况下包括最小数量的具有小的延伸的底切)并且必须允许以简单的方式通过模制或加热成形来形成。

接着，有必要用主要由具有预定取向的碳纤维构成的原材料，来提供至少一个第一部分2(2a、2b、2c)，其末端边缘被设计成与至少一个相应的第二部分2(2a、2b、2c)的相应边缘匹配，所述至少一个相应的第二部分的轮廓相对于至少一个相应的第一部分2(2a、2b、2c)的边缘的轮廓共轭和互补。

为了获得根据本发明的车轮1，然后有必要使所述的那些部分2(2a、2b、2c)匹配：该操作通常在一种模板(即，装配固定设备)内执行，所述模板允许这些部分2(2a、2b、2c)匹配，同时保持正确的对准和理想的相互并置。此外，在该装配步骤期间，提供在各个部分2(2a、2b、2c)之间插设粘结剂的可能性，所述粘结剂可选地是可以热活化的类型，以便促进各个匹配部件之间的粘合以及在将其插入在模具中所需的处理操作期间保持装配形状。

然后，像所提供的车轮1一样预先匹配并相互布置的这些部分2(2a、2b、2c)必须布置在相应的模具内，所述模具的形状和尺寸相对于待制造的车轮1的形状和尺寸共轭。

在相互匹配的部分2(2a、2b、2c)布置在模具内时，然后有必要使模具及其内容物达到预定温度：该温度通常是高的，并且根据将构成所制造的复合材料的基质的树脂的玻璃化转变温度(通常高于该阈值)来计算。

此时，通过适当的填充通道，可以将液态的树脂注入到模具中。

该树脂在高压下且在高温下被引入，以便确保在所有部分2(2a、2b、2c)中以及遍及它们之间的所有界面表面发生该树脂的完全且均匀的扩散。

该树脂将构成(一旦其完全交联)制成轮1所用的复合材料的基质。

为了确保引入的树脂可以正确地凝固和交联，有必要使模具的(及其内容物的)压力和温度在预定范围内保持对于树脂的至少部分交联所需的时间间隔。

最后，则必须从模具中取出车轮1。

如果树脂没有完成其交联过程，则可能将从模具中取出的车轮1布置在固化区域中，在所述固化区域处可以完成树脂的固结的过程(这些区域可能在室外和/或被隔离，以便保持预定的压力、湿度和温度条件)。

明确的是，如果有必要获得特定的机械性能或特别的形状或者甚至仅加速其制备，则每个部分2(2a、2b、2c)可包括由任何材料(例如，聚合物膜、金属、天然材料及其他)制成的一个或多个插入件。

根据本发明的方法规定在设计期间将每个车轮1分成具有小尺寸的多个部分2(2a、2b、2c)并且规定将每个轮辐3分成其外部部分2a和内部部分2b。

同样地，还提供将用于容纳轮胎的大体上管状的本体4分成具有预定延伸范围的多个部分2c。

认为有用而明确说明的是，每个轮辐3的每个外部部分2a在其被设计成与大体上管状的本体4的部分2c的相应周边框架6匹配的区域5处包括折叠到端面8上的唇部7，以便在所有部分2a和2c的匹配的构造中为周边框架6形成容纳凹部。

明确说明的是，被设计成为车轮1提供必要的结构刚性和机械强度的碳纤维具有包括在25mm和50mm之间的长度。

此外，不排除引入附加的短纤维的可能性，可选地集中在每个部分2(2a、2b、2c)的特定区域处，目的是进一步减少在施加外部应力之后特定部件所经历的变形。

为了获得具有特别高的性能并因此适于承受强的机械应力(诸如，在使用跑车期间和/或在使用工作车辆期间出现的那些机械应力)的成品车轮，每个单独的部分2(2a、2b、2c)可以有利地包括不同长度的被称为表皮的被叠加的多个纤维层9。

在每个部分2(2a、2b、2c)的周边边缘处，每个层9因而突出预定量，以在布置在不突出的中间层9上的两个突出的层9之间限定多个座部，用于之后与相对于其共轭的相应的另外部分2(2a、2b、2c)以大体上叠瓦的类型匹配。

在实践中，邻接的部分2(2a、2b、2c)之间的匹配使得需要将从第一部分2(2a、2b、2c)突出的层9插入到形成于第二部分2(2a、2b、2c)的突出层9之间的座部中，使得一个部分的每个座部容纳另一部分2(2a、2b、2c)的层9，反之亦然，从而形成了所制成车轮1的复合材料的结构连续性。

为了生产目的，认为有用而明确说明的是，通过碳纤维和聚合物粘结剂(确保每个部分2、2a、2b、2c的预防性形成所需的)构成的每个部分2(2a、2b、2c)通过在特定的预先形成的初级模具内布置相互叠加的多层纤维和基质(可选地具有插设的扩展支撑件)而被方便地提供。

以这种方式，可以使用聚合物粘结剂(优选地，以最小量存在)提供每个部分2(2a、2b、2c)的单独的形状，以通过预先形成的模具确保保持分配给每个部分2(2a、2b、2c)的形状。在用于在模具内布置相互匹配以形成车轮1的部分2(2a、2b、2c)以及注入热固性树脂的最后步骤期间，用于为每个部分2(2a、2b、2c)提供形状的热塑性基质分散在热固性树脂内，为车轮提供必要的尺寸稳定性和刚性(在各个部分2、2a、2b、2c的各个叠加的层9的纤维之间产生连续性)。

因此，根据本发明的机动车辆车轮1优选地由基于碳纤维的复合材料制成并且设置有多个大体上径向的轮辐3，所述轮辐与被设计成容纳轮胎的大体上管状的本体4匹配。

车轮1通过多个不同的部分2(2a、2b、2c)构成，所述多个不同的部分的邻接边缘相互成叠瓦状，即，像屋顶的平瓦一样，一个布置在另一个之上。

如前面已经描述的，在部分2(2a、2b、2c)内或其一部分内，在其在特定区域处的装配期间，都不排除引入附加的插入件(例如，在用于将车轮1固定到车辆的螺栓将必须被拧紧的区域处的金属插入件)。

这些部分2(2a、2b、2c)由树脂基质浸渍，所述树脂基质遍及车轮1的整个体积均匀分布而没有不连续性。

明确说明的是，树脂基质通过优选地选自环氧树脂、聚氨酯树脂、多酚树脂、芳族聚酰胺树脂(aramidresins，芳纶树脂)、聚酰胺树脂、聚酯树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂等中的类型的热固性树脂构成。

此外，明确说明的是，根据本发明的车轮1包括多个轮辐3(不少于三个)。

每个轮辐3具有大体上径向的方向以及优选地选自棱柱状、圆柱形、截头锥体状、截头棱锥状及它们的组合中的形状。在任何情况下，不排除提供具有不是从上面列出的形状直接延续的想象的形状的轮辐3。

为了精确地识别根据本发明的车轮1的特征，明确说明的是，每个第一部分2(2a、2b、2c)通过具有不同表面延伸范围的多个叠加的纤维层9有效地构成。

在实践中，相对于第一部分2(2a、2b、2c)本身的轮廓，每个层9具有相应边缘的不同突出部，用于与邻接且具有共轭的形状和尺寸的至少一个相应的第二部分2(2a、2b、2c)的叠瓦状地匹配。

因此，从每个层9的相应部分2(2a、2b、2c)突出的每个带被容纳在设置于被设计成在车轮1的装配期间与其匹配的邻接部分2(2a、2b、2c)中的相应座部(共轭腔)内。在每个部分2(2a、2b、2c)中的多个突出层9和多个座(其插设并形成在两个突出层9之间)的存在使得每个部分2(2a、2b、2c)与邻接部分结合匹配。这种通过利用注入到模具中的热固性树脂构成的基质适当地固结的相互结合(成叠瓦状)的匹配带给根据本发明的车轮1极高的结构刚性，使其完全适于承受在机动车辆(车轮1将安装在其上以支撑轮胎)运行期间产生的强的机械应力。

以示例的方式，在下文中描述与特定车轮1和/或特定类型的部分2(2a、2b、2c)相关的一些可行的实施例。

特别地，需要指出的是，被设计成构成轮辐3的每个部分2a、2b当然适于包括比中央支柱12宽的相应的头部11(靠近车轮1的中心轴线的头部)和头部10(外周的头部)。

靠近车轮1的旋转轴线的头部11优选地包括轮廓化的末端板：轮廓诸如确保每个板部分地叠加在邻接的板(在它之前的板和在它之后的板)上，以确保结构连续性(一旦已经完成利用将在所有部分2、2a、2b、2c内扩散的树脂完全浸渍)。

如果是指外部部分2a或内部部分2b，则外周头部10是不同的。

已经示出，外部部分2a包括折叠到末端面8上的唇部7，以形成凹部：唇部7和末端面8的侧向末端边缘可以进而部分地叠加在邻接部分2a中的一些上，以便提高车轮1的刚性。

在任何情况下，凹部容纳大体上管状的本体4的部分2c的相应周边框架6，以与部分2c提供连续的结构连续性：在这种情况下，树脂基质的扩散还确保相互接合和/或叠加的不同部分2a、2b、2c的完美的结合，确保车轮1的必要的机械性能。

最后，明确说明的是，被设计成构成大体上管状的本体4的部分2c也具有轮廓化的周边边缘，以在装配期间部分地叠加：特别地，每个部分2c在管状的本体4中部分地叠加在它之后的部分上以及在它之前的部分上，并且所有部分2c还具有周边框架6，所述周边框架插入在形成在相应部分2a的唇部7与末端面8之间的凹部内。

此外，在被至少部分地叠加在其于车轮1内部的面的周边带上的构造中，在下部区域中每个部分2c可以包括内部部分2b的头部10的轮廓的一部分。

与每个层9的插入相结合，每个部分2、2a、2b、2c的周边区域的重叠引起所有部分2、2a、2b、2c中的碳纤维的大体上的连续性，其中，所述每个层从每个第一部分2、2a、2b、2c的周边突出到至少一个相应的第二部分2、2a、2b、2c的至少一个相应的座部中。

这种连续性(一旦模具中注入树脂后已经发生树脂的完全均匀扩散)的结果是形成具有与手工复合车轮的机械性能和结构刚性相似的机械性能和结构刚性的车轮1(在树脂的交联后从所述模具输出)(然而消除了由于这种手工复合车轮类型的高贡献的专业的劳动而导致的高成本)。

有利地，本发明解决前面描述的问题，提出一种用于提供完全工业化类型的由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮1的方法：这确保生产成本保持在大体适度的阈值内并且允许开始大规模生产(所列出的这两个优点是用复合材料制成的车轮的手工生产无法兼容的，目前为止这是生产这些部件的唯一可能)。

有效地，根据本发明的用于提供车轮1的方法需要最小贡献的专业的劳动，限定一系列实施简单的步骤。

方便地，根据本发明的用于提供车轮1的方法确保每个生产批次的机械性能和尺寸的高度恒定性：因此，避免手工生产中的制品的特征取决于制造其的操作者的技能的典型风险。

有用的是，根据本发明的由基于碳纤维的复合材料制成的机动车辆车轮1具有明显适度的重量，因此，与较重的且因此在安装它们的车辆的动力学中引入较显著的惯性现象的合金车轮(镁合金和铝合金)相比，具有更高的性能。

有效地，根据本发明的机动车辆车轮1具有高的刚性和最佳的机械性能。

有利地，根据本发明的用于提供机动车辆车轮的方法允许通过简化用于提供部分2(2a、2b、2c)的操作来确保高的生产率，所述操作特别简单并且可以提供在初级预先形成的模具内。

有利地，用于提供机动车辆车轮1的方法及相应的车轮1易于实施并且在实践中还提供相对适度的成本：这些特征形成了根据确定应用的发明技术革新的方法和车轮1。

如此构思的本发明可以有许多修改和变型，所有这些修改和变型都在所附权利要求的范围内；所有细节还可用其他技术上等效的元件代替。

在所示的示例性实施例中，关于特定示例给出的各个特征实际上可与其他示例性实施例中存在的其他不同特征互换。

在实践中，所使用的材料以及尺寸可以是根据需要和现有技术的任何材料。

在任何权利要求中提到的技术特征后面附有附图标记的情况下，已包括那些附图标记的唯一目的是增加权利要求的可理解性，因此这些附图标记对以这样的附图标记示例的方式识别的每个元件的解释没有任何限制作用。