包括组装的辐条元件的轮辐条盘及所述轮辐条盘到轮辋槽的连接的制作方法
【技术领域】
[0001]本专利申请的主题是具有辐条的车轮，优选地，是用于机动车辆的具有辐条的车轮，其中，在轮毂区域中，辐条在周向方向上直接彼此接界，并且在轴向方向上通过两个轮毂部件固定。在轮辋侧上，辐条被紧固至轮辋槽的内侧(面对车轴的一侧)。此外，公开了根据本发明的由纤维复合材料制成的车轮的制造方法。
【背景技术】
[0002]对于机动车辆，尤其是汽车，车轮构造是多种多样的。通常，这些车轮由一个整体制成。先进的构造使得可由多个单独部件来制造。在由目前正研发的纤维增强塑料制成的构造中尤其是这种情况。制造过程的工艺瓶颈限制了设计自由，为克服这种限制做出了各种努力。因此，德国专利DE 102006051867建议一种纤维增强塑料制成的车轮，其中，辐条通过增强材料制成的环形成，这些环被设计成在轮毂处偏转，顺着轮辋的内侧并且在轮毂和轮辋之间的中间空间中彼此邻接。这样形成的轮辐条盘材料连接到同样由纤维增强材料制成的轮辋上。由于此处的设计，轮辐条盘的设计无法充分变化。
[0003]其他已知构造试图通过铣出由纤维增强固体材料制成的辐条(例如，也可是具有一定外形的辐盘)之间的开口来克服这些缺点。然而，在这个过程中，不利的是纤维增强受损，导致强度下降。
[0004]德国专利DE 102010010512A1号提出一种轮辐条盘，该轮辐条盘以非形状锁合或形状锁合方式连接至轮辋槽。该轮辐条盘由纤维复合材料或金属构成。不便的是该轮辐条盘必须预先制造，并且不能与整个车轮一起制造。在由金属制成的轮辐条盘中，金属与轮辋纤维复合材料间的力传递是有问题的。材料间的膨胀系数差异会导致破坏。
[0005]美国专利US 7669940B2号采用了不同的方法。轮辐条盘被设计成通过此处预置辐条隐蔽的全表面辐盘。在优选实施例中，这些辐条设计成环状结构，在轮毂区域彼此直接相邻并且还在轮毂和轮辋之间的中间空间中一起延伸。通过联管节和螺栓连接实现轮毂区域中的紧固。在基本轴向平行的方向上，通过螺栓连接将这些辐条固定至轮辋。辐条仅仅用于装饰目的，而不承担承载功能。因此，这些辐条被设置成由塑料材料制成，而且以可拆卸方式与车轮保持连接。由于辐条构造的功能仅仅是作为盘轮的突出部分，所以不利的是增加了车轮的重量。
[0006]因此，本发明目的在于提出一种车轮构造，该构造克服了轮辐条盘设计自由的限制，但同时满足现代汽车构造要求的重量和强度。还将提供一种用于制造上述车轮构造的方法。
【发明内容】
[0007]根据本发明，所述目的通过根据权利要求1所述的车轮实现。在权利要求9中公开了一种用于制造根据本发明的用于制造由纤维复合材料制成的车轮的方法。在后面提及的从属权利要求中示出了有利实施例。
[0008]根据本发明的车轮具有轮辋、轮毂和至少三个辐条元件，所述轮辋具有轮辋槽和轮辋凸缘，所述辐条元件在轮毂和轮辋之间形成辐条。辐条元件以形锁合方式或以形锁合方式和材料锁合方式紧固至轮辋的内侧。辐条元件在周向方向上彼此邻接，并且它们在轮毂区域中互相支撑。为此，辐条元件具有平整的邻接表面，辐条元件在所述邻接表面上彼此邻接。在轴向方向上，辐条元件优选地由两个轮毂部件固定，辐条元件插入在该两个轮毂部件之间。这些轮毂部件在车轴上彼此面对，并且辐条元件端部布置在这些轮毂部件之间。优选地，轮毂部件直接接触并保持辐条元件端部。
[0009]轮毂部件充当力施加元件，而且将作用在车轮上的轴向力分量传递在车轴上，反义亦然。优选地，这些轮毂部件由纤维增强材料(优选地，与轮辋或辐条元件的材料相同)构成。优选实施例提供由金属材料，优选地，钢、铝合金或镁合金或现有技术中合适的合金，制成的轮毂部件。优选地，轮毂部件具有用于紧固车轮螺栓的螺栓孔。此外，当车轮设计需要时，轮毂部件或轮毂部件之一还可具有一个中心轴向孔。优选地，轮毂部件具有凸缘状设计并且广泛地彼此面对。然而，另一个优选实施例提供在一个轮毂部件或两个轮毂部件处的销，所述销以爪状方式在辐条之间啮合，并一直延伸至相对的轮毂部件或该相对的轮毂部件的销。所述销有利于支持到辐条上的径向力的传递。该两个轮毂部件的销还可以以交替方式布置。优选地，在相对的轮毂部件的销之间或者在一个轮毂部件和另一个轮毂部件的销之间，存在少量间隙，以防止在车轮的组装期间经由螺栓施加的夹紧力完全被销吸收。该力应优选地作用在被夹紧在两个轮毂部件之间的辐条元件端部上。在优选实施例中，所述销具有与相对的轮毂部件的螺栓孔对应的螺纹孔。这样，轮毂部件可以保持辐条元件的端部，而不用建立至辐条元件端部的材料连接。如果辐条元件包含模件且在制造期间以未固结状态提供，则将是特别有利的，这是因为能够确保以上述方式将车轮的轮毂区域保持在一起。轮毂区域定义为辐条元件的位于几何轮轴和轮毂部件的径向外端之间的区域，即，在车轮的前后视图中被轮毂部件覆盖的辐条元件节段。
[0010]根据本发明的车轮的辐条承担车辆运行期间发生力的传递。因此，车轮辐条不是纯装饰元件。特别地，意图将根据本发明的车轮用于汽车、卡车、公共汽车和其他商用车辆上。
[0011 ] 在优选实施例中，辐条元件的邻接表面具有特定轮廓，使得这些辐条元件以理想形式彼此啮合。为此，在优选实施例中，辐条元件在一侧上具有凸起(沿旋转方向观察)而在另一侧上具有凹陷。然后，相邻的辐条元件的凸起和凹陷以形锁合方式彼此啮合。
[0012]每个辐条元件由一个或多个织物束或织物束层构成。织物束中的纤维增强优选地是单向的，且平行于辐条的纵向轴线指向或者从轮毂指向轮辋。此外，其中单向纤维广泛地保持在一起的层是优选的。在此，层或层的单向纤维也平行于辐条的纵向轴线指向或者从轮毂指向轮辋。彼此叠置的层优选地被缝合在一起(缝合)。在优选的实施例中，所制定的规则是在未固结的状态下通过一层或多层织物层包裹织物束，以将织物束固定在一起，并提供了在固结状态下抵抗横向应力的更好防护。在优选实施例中，将织物层布置成一层叠一层或沿轴向方向(图4b)或沿周向方向布置。
[0013]尤其有利的是，选择织物层的排列，使得可以在下列情形进行分层折叠且不必切断织物层:在随后在辐条端部处的织物层的分布期间，或为了连接至轮辋，或为了插入模件。
[0014]在第一简化实施例中，每个辐条元件形成从轮毂延伸至轮辋的单个辐条。在这一点上，该辐条可能已经具有沿纵向轴线变化的横截面，或者按元件设计的弯曲部。此处辐条的纵向轴线限定为沿着辐条的最大延伸部的轴线。在优选实施例中，辐条元件形成两个、三个、四个或更多个辐条，由此辐条的织物束沿径向方向分散，并与其他辐条中的分散的织物束汇聚(图9)。这还可以重复地发生，使得能够实现网格状或菱形状结构或其他花纹设计。
[0015]在另一个优选实施例中，将模件插入到辐条元件中，这些模件用于预设并固定期望的辐条形状。这些模件优选地由非常易于与基体材料和/或纤维增强材料结合的材料(例如，除了别的意外，在固结期间熔融)构成。辐条可具有使得轮辐条盘的能承载设计成为可能的任何期望的横截面，并且长方形和/或正方形的横截面是优选的。但是，同时圆形、椭圆形或多边形横截面也是优选的。横截面还可沿着辐条的纵轴轴线变化。
[0016]在优选实施例中，辐条元件在其内部的轮毂区域中具有模件。在第一优选实施例中，模件被辐条的纤维增强材料完全地覆盖。在另一优选实施例中，在面对车轴的端部处的模件一直延伸至表面(辐条的端部)并传递接触力。在另一特别优选实施例中，这些模件在轴向方向上由织物束的层(辐条元件的前后侧)覆盖。在周向方向上，它们延伸至辐条元件的表面，使得在辐条元件的邻接表面处产生的力通过模件吸收或传递。在又一优选实施例中，模件在轴向方向上或在轴向和周向方向上延伸直到辐条元件的表面。在轮毂区域中的模件优选地由金属(例如，钢，铝)构成。它们还可以在辐条元件内突出并在轮辋的方向上超过轮毂区域，并因此实现在轮毂和轮辋之间的改进的力传递。
[0017]将辐条元件组装并因此形成轮辐条盘。因此，在轮毂区域中的辐条元件优选地具有起到邻接表面作用的轴向指向的锥体或锥形表面。它们优选地借助于张力盘压紧在一起并在轴向方向上被保持，所述张力盘起到轮毂部件(力施加元件)的作用。
[0018]在优选实施例中，相邻的辐条元件的邻接表面彼此直接接触且无中间构件。在另一优选实施例中，传递周向力的中间元件位于两个相邻的邻接表面之间。优选地，中间元件由金属构成，但是也能够由塑料和陶瓷构成。
[0019]辐条元件优选地经由底切连接件而连接到轮辋槽，从而优选地织物辐条预成形件的端部通过编织(braiding)(通过编织工序对轮辋槽的预成形)以形锁合方式连接至轮辋槽。优选实施例中规定将形成辐条元件的织物束划分并将它们布置在轮辋区域中，使得这些织物束在轴向方向或周向方向(在车轮旋转的两个方向上)顺着轮辋形状，并因此形成形锁合连接。
[0020]辐条元件具有用于紧固螺栓的必要开口，所述开口对应于轮毂部件的相对应的开口。这些开口通过以下方式产生:在织物层的制造期间通过相对应的编织来产生，或借助于在未固结状态下刺穿制备好的辐条元件来产生，而纤维优选地保持未损坏。这通过不是冲击形成的开口，而是有利地通过借助于心轴使纤维层移位形成的开口来实现。如果要在辐条元件的轮毂区域中使用模件，则这些模件有利地具有用于螺栓孔的必要开口。优选地，用于紧固螺栓的开口通过CNC精加工来产生。
[0021 ] 根据本发明的车轮优选地完全由纤维复合材料构成。优选地，其是具有碳纤维、玻璃纤维、金属或芳族聚酰胺纤维增强的树脂基体。其他优选实施例是如下混合形式:金属辐条元件和纤维增强材料制成的轮辋，或者纤维增强辐条连接至金属轮辋。完全由金属构成的车轮构造也是可能的。合适的金属是现有技术中众所周知的(钢、铝、镁和其他轻金属合金)。
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