[發明專利]由纖維復合材料制成的車輪和其制造方法

有效

• 申請號: 201280060427.X
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN104023953A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 延斯·維爾納;克里斯蒂安·克勒;安德烈·巴爾奇;山德羅·梅克;米夏埃爾·德雷斯勒;馬丁·萊佩爾;維爾納·胡芬巴赫
• 申請（專利權）人: 蒂森克虜伯碳素零件有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B60B5/02;B29L31/32
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郭國清;穆德駿

技術領域

本發明涉及由無纖維中斷的纖維復合材料制成的單件式車輪及其制造方法。

背景技術

從現有技術已知在車輛的制造中、尤其是在備件和性能部件的制造中使用輕質材料。將輕金屬例如鋁和鎂用于主體部件及小部件不僅是在賽車中或者對于小型系列來說，而且同時在面向大眾的產品中，均已被廣泛地接受。另外，因為纖維復合材料的優異的重量與機械性質的比率，因此其近來已經變得越來越重要。

為了使由纖維增強塑料制成的組件可以最佳地吸收作用于它的多種應力，其也應當含有具有多重定向的增強纖維，因為它們可以吸收這些力，尤其是縱向的力。另外，由理想地穿過整個組件的連續纖維層組成的纖維增強塑料制成的組件已經證明是成功的。

在具有復雜的形狀且具有高應力的組件例如車輪中，對于纖維增強組件的內部結構的這些要求到目前為止仍未總是得到滿足。這是以下事實的結果：從現有技術已知沒有可以沉積對應于車輪的幾何形狀的連續纖維的制造車輪的方法。

因此，在現有技術中，在注射模塑中發現了特別是制造車輪的方法，其中僅使用了非常短的增強纖維，這有利于組件的可成形性。另一種可能性是使車輪具有多部件設計，其中單個部件的簡單幾何形狀允許從長纖維增強塑料構造所述單個部件。

在US3,917,352A中描述了由纖維增強塑料制成的車輛車輪及其制造方法。在這種情況下，車輪具有單件式設計且包含輪輞槽與輪盤兩者。所述車輪是通過圍繞模具的兩個半部纏繞織物管制造的，其中所述輪盤可借助于圍繞凹槽進行纏繞來形成。然而，在纏繞期間并沒有以形狀鎖合方式充分地發生纖維沉積；因此，織物管必須另外用織物帶或長絲纏繞。并未公開已經在纖維層沉積期間形成輪盤。

DE4223290B4的主題是復合的合成樹脂車輪，所述車輪由多個部分鑄造部件組成且其輪盤直接穿入一個輪緣中。所述部分鑄造部件在其連接表面上具有相應的螺紋部分，使得它們可以借助于螺旋連接接合在一起。每個單獨的部分鑄造部件均由短纖維增強塑料組成，因此根據該公開的公開內容從無纖維中斷的連續纖維構造此類輪輞是不可能的。由于復合的合成樹脂車輪的結構，因此必須考慮尤其在部分鑄造部件的連接點處的機械弱點。

DE10006400A1公開了至少部分地由纖維增強塑料組成的盤式車輪及其制造方法。在這種情況下，所述盤式車輪優選由金屬輪輞槽及至少部分地由單向纖維SMC[片材模塑化合物]組成的輪輞槽組成。所述輪盤和輪輞槽實體連接或以形狀鎖合方式或借助于具有不同作用的緊固構件彼此連接。在形狀鎖合的優選情況下，輪盤具有與輪輞槽中的多個孔對應的多個銷狀凸起。僅利用纖維增強件構造此類緊固構件可能非常困難且因此所述緊固構件通常具有低的纖維體積百分比。因此，必須認為與由纖維復合材料構造的單件式組件相比，所公開的盤式車輪的機械性能降低。在該公開中并未描述盤式車輪的這種單件式設計。

US4,721,342A公開了具有基本上為三部件設計的纖維增強塑料車輪。具體來說，車輪的由纖維材料組成的輪盤是單獨構造的并且實體連接到兩個內部空心圓筒狀的纖維材料層。由于首先在固結過程中連接所述兩個空心圓筒狀纖維層與形成輪盤的纖維層，因此使得在纖維沉積期間纖維層彼此固定的費用昂貴。此外，必須認為與所述組件的剩余部件相比，單個部件在連接點處的機械性能降低。

US2005/0104441A1中公開了由復合材料制成的基本上為兩部件的纖維增強車輛車輪。所述車輛車輪由纖維增強輪輞槽及纖維增強輪盤組成，其只要可以首先在固結過程中，則實體且以形狀鎖合方式彼此連接。因此，在所公開的車輪中，準確地說在從輪盤到輪輞槽的尤其受到應力的過渡區域中，也沒有所述輪輞的纖維增強件。根據該公開，所述輪輞槽和所述輪盤的預成型件一直是彼此分開制備的；因此，在該公開中并未公開無纖維中斷的具有單件式設計的車輛車輪。

DE102004028841A1和DE10302997A1中公開了其中輪盤穿入外輪緣中的輕金屬車輪。此外，所述車輪可在外輪緣的底切區域中具有空腔，因此應該獲得了特別好的穩定性。在該公開中并未公開由纖維復合材料制成的此類車輪的設計。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點并提供由纖維復合材料制成的車輪，所述車輪同時具有優異的機械性質與低重量，并且制造起來簡單且節約成本。

本發明的目的是通過主權利要求及權利要求11的特征實現的。本發明的優選變體示于相關從屬權利要求中。

發明詳述