具有由纖維復(fù)合材料制成的輪盤以及固定件的輪輞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輪輞，所述輪輞具有由纖維復(fù)合材料制成的輪盤和用于將輪盤固定在車輛的輪轂上的固定件，所述輪盤具有至少一個用于容納輪轂的開口，所述開口構(gòu)造成具有錐形的對中面，用于安裝固定件。
【背景技術(shù)】
[0002]由纖維復(fù)合材料制成的輪盤例如由文獻(xiàn)DE 1939910 A已知。該文獻(xiàn)公開了一種用于由纖維強化的塑料制造用于車輛的主動輪的方法，其中，在輪盤或輪架的高應(yīng)力區(qū)域中，強化纖維與所出現(xiàn)的應(yīng)力的分布相對應(yīng)地設(shè)置成圓形的以及相對于輪軸線徑向地設(shè)置。為了提高強度，在所述區(qū)域內(nèi)相互重疊地設(shè)置附加的纖維嵌層。用于輪轂的開口以及輪轂或固定件的安裝沒有詳細(xì)說明。由附圖可以看到開口的向外隆起的邊緣區(qū)域，其中，輪盤以指向輪軸線方向的邊緣面終止。由此可以預(yù)期，在開口的邊緣區(qū)域，就是說在應(yīng)力最高的區(qū)域分布的纖維層通過在這里導(dǎo)入的載荷主要受到彎曲載荷，這造成在該區(qū)域中對纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)明顯的弱化并可能形成纖維層發(fā)生層分離的出發(fā)點。
[0003]由文獻(xiàn)DE 101 45 630 Al已知一種由纖維復(fù)合材料制成的輪盤或輪輻條盤，其中輪輻條盤中的纖維的大部分沿徑向方向設(shè)置。輪輻條盤附加地可以包含沿徑向或軸向定向的由連續(xù)纖維束組成的織物或鋪放結(jié)構(gòu)。在輪輻條盤的中央，輪輻條盤可以與嵌入的輪轂固定連接。用于容納輪轂的開口的構(gòu)成沒有詳細(xì)記載。由附圖可以看到開口的平的邊緣區(qū)域，其中輪盤以垂直于輪軸線指向的邊緣面終止，所述邊緣面用作用于輪轂的圓柱形末端的安放。輪轂的貼靠面表明，利用固定件通過相對于輪盤的開口的平的邊緣區(qū)域張緊來實現(xiàn)與輪盤的連接。通過由此形成的預(yù)緊力，輪盤的織物或鋪放結(jié)構(gòu)的纖維相互擠壓，由此，纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)在這個區(qū)域內(nèi)明顯弱化。
[0004]由文獻(xiàn)DE 689 22 982 T2已知一種由纖維強化的復(fù)合材料制成的車輪，所述車輪包括具有輪盤的輪輞。為了將輪盤固定在輪轂上，所述輪盤具有一個中央的固定開口，以用于容納輪轂，還具有多個繞輪軸線同心地設(shè)置的固定開口，這些固定開口容納設(shè)有螺紋的、用于將輪盤固定在輪轂上的連接元件。螺栓的旋擰沿軸向進(jìn)行。為了配合精確地安裝連接元件(螺栓)，在每個固定開口中以切割的倒棱的形式設(shè)有錐形的安放表面。輪盤的強化纖維優(yōu)選設(shè)置在垂直于輪軸線的平面內(nèi)并終止于固定開口中，即，纖維分布在這里中斷。
[0005]不利的是，由于固定開口的設(shè)計，輪盤的壁橫截面變窄并且由此纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)特別是在與車輛的輪轂的連接部的受載荷較高的區(qū)域內(nèi)弱化。
[0006]此外，在向輪盤中導(dǎo)入預(yù)緊力時，纖維層相互壓緊，由此同樣使纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)弱化。
[0007]由文獻(xiàn)DE 196 08 601 Al已知一種所述類型的裝置。其中，記載了具有由纖維強化的塑料制成的輪盤的輪輞，在所述輪輞中，所述輪盤具有中央開口和通過中央閉鎖件與輪轂或輪轂的固定體連接。固定體通過多個螺栓與輪軸連接。輪盤的中央開口朝固定體的方向具有錐形的對中面，以用于使輪盤在固定體上對中。此外，中央開口具有朝向中央螺母的錐形對中面，以便確保對中地安裝中央螺母和設(shè)置在中間的壓緊環(huán)。
[0008]盡管錐形的對中面為導(dǎo)入夾緊力提供了加大的面積，但這種設(shè)計同樣導(dǎo)致了，特別是在受載較高的區(qū)域內(nèi)輪盤的壁厚變薄并且由此纖維復(fù)合材料的強度減弱。
[0009]此外，這種固定方案還要求較高的制造和安裝工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于，提供一種輪輞，所述輪輞克服了現(xiàn)有技術(shù)前面所述的缺點，本發(fā)明的目的特別是在于，改善車輪連接的持久性并同時使其制造和安裝耗費最小化。
[0011]根據(jù)本發(fā)明這樣了實現(xiàn)所述目的，即，纖維復(fù)合材料的強化纖維設(shè)置在面式的纖維層中并且至少一部分纖維層在輪盤開口的邊緣區(qū)域中垂直于輪盤的對中面設(shè)置。
[0012]本發(fā)明利用了連續(xù)纖維強化的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的特性，所述纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)具有設(shè)置在多個平面或?qū)又械睦w維層。所述纖維層基本上是二維的、紡織的織物或鋪放結(jié)構(gòu)，由連續(xù)纖維(粗紗)組成的纖維條組成。所述纖維束包括強化纖維，例如碳纖維、玻璃纖維或芳族聚酰胺纖維。根據(jù)本發(fā)明，一些或所有纖維層在開口的邊緣區(qū)域垂直于對中面設(shè)置，由此強化纖維分布所處的平面在開口的邊緣區(qū)域中也垂直于所述對中面。由于錐形的對中面始終于在相對于輪軸線以不同于直角的角度傾斜，因此，纖維層或者強化纖維的平面在開口的邊緣區(qū)域內(nèi)不是垂直于輪軸線設(shè)置的。強化纖維在開口的邊緣區(qū)域內(nèi)與輪軸線非直角地延伸并且成鈍角地終止于對中面。
[0013]開口的邊緣區(qū)域是輪盤的通過固定件直接或間接的作用特別強烈地受載的區(qū)域。
[0014]本發(fā)明基于這樣的事實，即連續(xù)纖維強化的纖維復(fù)合材料的機械承載能力在纖維層假想的面法線的方向上并且由此橫向于強化纖維的纖維方向明顯比垂直于所述面法線的方向上更小。固定件的在車輪裝配時沿軸向作用的預(yù)緊力通過對中面導(dǎo)入輪盤中并且是平行地導(dǎo)入強化纖維層的平面中，特別是沿強化纖維的纖維方向?qū)搿?br>[0015]力傳遞流路徑這里從固定件經(jīng)由對中面沿強化纖維的方向并且直接進(jìn)入強化纖維中。因此實現(xiàn)了對纖維有利的向纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)中的力導(dǎo)入，這種力導(dǎo)入設(shè)定在承載能力實際的優(yōu)選方向上纖維復(fù)合材料的擠壓。其結(jié)果是，以較少的結(jié)構(gòu)上的手段就實現(xiàn)了邊緣連接部明顯更高的持久性。
[0016]在通過中央閉鎖件實現(xiàn)車輪連接以及在通過傳統(tǒng)的多孔圓螺紋連接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的車輪連接中都能夠使用根據(jù)本發(fā)明的解決方案。
[0017]本發(fā)明有利的實施形式和擴展方案由從屬權(quán)利要求2至15、下面的說明和附圖中給出。
[0018]在一個優(yōu)選的實施形式中，錐形的對中面完整地在輪盤的壁橫截面上延伸。由此實現(xiàn)了從固定件的力導(dǎo)入在整個壁厚上進(jìn)行并且進(jìn)入所有在開口上終止的強化纖維。這實現(xiàn)了特別有利的力分配。
[0019]優(yōu)選纖維復(fù)合材料的纖維層基本上平行于輪盤的盤輪廓設(shè)置。
[0020]由此通過收緊固定件導(dǎo)入纖維層的力可以以連續(xù)的分布傳遞到輪盤的徑向延伸的圓周區(qū)域中，由此避免出現(xiàn)應(yīng)力峰值。
[0021]在一個有利的實施形式中，至少一個固定件具有安放面，所述安放面與輪盤的對中面全等地構(gòu)成，由于貼靠在對中面上的安放面完整地覆蓋對中面，預(yù)緊力可以均勻地分配到整個對中面上并且由此降低了纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的各個纖維平面的載荷。
[0022]如果開口的邊緣區(qū)域具有金屬的嵌件，則輪盤在圍繞開口的高度受載的區(qū)域附加地得到強化。在輪盤的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)上的機械載荷和磨損現(xiàn)象、如例如由于重復(fù)的車輪安裝和通過收緊固定件所出現(xiàn)的磨損現(xiàn)象可以由此降低。
[0023]同樣通過所述嵌件還降低了振動摩擦磨損，所述振動摩擦磨損在行駛時由于相對運動而形成。
[0024]所述嵌件優(yōu)選這樣設(shè)置，使得嵌件包圍輪盤的開口的邊緣區(qū)域。由此，開口的邊緣區(qū)域的外表面并且特別是對中面相對于安裝負(fù)載和磨損受到保護(hù)。嵌件附加地還使得輪輞在輪轂上的對中變得容易。通過嵌件實現(xiàn)的金屬的外周面實現(xiàn)了將預(yù)緊力有利地分配到邊緣區(qū)域和對中面上。
[0025]對于輪盤的制造，特別有利的是，嵌件構(gòu)造成兩部分的。通過這種分體結(jié)構(gòu)使得可以緊接著輪盤的強化(Konsolidierung)過程進(jìn)行嵌件的安裝。
[0026]在一個優(yōu)選的實施形式中，輪盤在車輛側(cè)具有貼靠面，用于貼靠在輪轂或與輪轂連接的固定件的支承面上，所述支承面形鎖合地與貼靠面相對應(yīng)地構(gòu)成。輪轂或輪轂側(cè)的固定件的支承面在將輪盤固定在輪轂上時構(gòu)成反向力元件。貼靠元件可以具有任意的、優(yōu)選與纖維層平行構(gòu)成的輪廓。在這種情況下，貼靠面的輪廓在輪盤開口的邊緣區(qū)域內(nèi)是彎曲的或者至少構(gòu)成為與輪軸線成不垂直的角度。通過支承面與貼靠面形鎖合的構(gòu)成，可以在安裝時在輪轂側(cè)在盡可能大的面上將預(yù)緊力導(dǎo)入輪盤中，這降低了纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)在該區(qū)域中的載荷。
[0027]軸向預(yù)緊力通過支承面在車輛側(cè)的導(dǎo)入盡管導(dǎo)致了橫向于纖維方向?qū)啽P的纖維復(fù)合材料的纖維層的一定擠壓。但這種擠壓是由于支承面配合正確的尺寸和形狀而在面載荷較小的情況下以特別大的載荷分配實現(xiàn)的。
[0028]特別有利的是，車輛側(cè)的貼靠面設(shè)置在輪