[发明专利]由纤维复合材料制成的车轮和其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及由无纤维中断的纤维复合材料制成的单件式车轮及其制造方法。

背景技术

从现有技术已知在车辆的制造中、尤其是在备件和性能部件的制造中使用轻质材料。将轻金属例如铝和镁用于主体部件及小部件不仅是在赛车中或者对于小型系列来说，而且同时在面向大众的产品中，均已被广泛地接受。另外，因为纤维复合材料的优异的重量与机械性质的比率，因此其近来已经变得越来越重要。

为了使由纤维增强塑料制成的组件可以最佳地吸收作用于它的多种应力，其也应当含有具有多重定向的增强纤维，因为它们可以吸收这些力，尤其是纵向的力。另外，由理想地穿过整个组件的连续纤维层组成的纤维增强塑料制成的组件已经证明是成功的。

在具有复杂的形状且具有高应力的组件例如车轮中，对于纤维增强组件的内部结构的这些要求到目前为止仍未总是得到满足。这是以下事实的结果：从现有技术已知没有可以沉积对应于车轮的几何形状的连续纤维的制造车轮的方法。

因此，在现有技术中，在注射模塑中发现了特别是制造车轮的方法，其中仅使用了非常短的增强纤维，这有利于组件的可成形性。另一种可能性是使车轮具有多部件设计，其中单个部件的简单几何形状允许从长纤维增强塑料构造所述单个部件。

在US3,917,352A中描述了由纤维增强塑料制成的车辆车轮及其制造方法。在这种情况下，车轮具有单件式设计且包含轮辋槽与轮盘两者。所述车轮是通过围绕模具的两个半部缠绕织物管制造的，其中所述轮盘可借助于围绕凹槽进行缠绕来形成。然而，在缠绕期间并没有以形状锁合方式充分地发生纤维沉积；因此，织物管必须另外用织物带或长丝缠绕。并未公开已经在纤维层沉积期间形成轮盘。

DE4223290B4的主题是复合的合成树脂车轮，所述车轮由多个部分铸造部件组成且其轮盘直接穿入一个轮缘中。所述部分铸造部件在其连接表面上具有相应的螺纹部分，使得它们可以借助于螺旋连接接合在一起。每个单独的部分铸造部件均由短纤维增强塑料组成，因此根据该公开的公开内容从无纤维中断的连续纤维构造此类轮辋是不可能的。由于复合的合成树脂车轮的结构，因此必须考虑尤其在部分铸造部件的连接点处的机械弱点。

DE10006400A1公开了至少部分地由纤维增强塑料组成的盘式车轮及其制造方法。在这种情况下，所述盘式车轮优选由金属轮辋槽及至少部分地由单向纤维SMC[片材模塑化合物]组成的轮辋槽组成。所述轮盘和轮辋槽实体连接或以形状锁合方式或借助于具有不同作用的紧固构件彼此连接。在形状锁合的优选情况下，轮盘具有与轮辋槽中的多个孔对应的多个销状凸起。仅利用纤维增强件构造此类紧固构件可能非常困难且因此所述紧固构件通常具有低的纤维体积百分比。因此，必须认为与由纤维复合材料构造的单件式组件相比，所公开的盘式车轮的机械性能降低。在该公开中并未描述盘式车轮的这种单件式设计。

US4,721,342A公开了具有基本上为三部件设计的纤维增强塑料车轮。具体来说，车轮的由纤维材料组成的轮盘是单独构造的并且实体连接到两个内部空心圆筒状的纤维材料层。由于首先在固结过程中连接所述两个空心圆筒状纤维层与形成轮盘的纤维层，因此使得在纤维沉积期间纤维层彼此固定的费用昂贵。此外，必须认为与所述组件的剩余部件相比，单个部件在连接点处的机械性能降低。

US2005/0104441A1中公开了由复合材料制成的基本上为两部件的纤维增强车辆车轮。所述车辆车轮由纤维增强轮辋槽及纤维增强轮盘组成，其只要可以首先在固结过程中，则实体且以形状锁合方式彼此连接。因此，在所公开的车轮中，准确地说在从轮盘到轮辋槽的尤其受到应力的过渡区域中，也没有所述轮辋的纤维增强件。根据该公开，所述轮辋槽和所述轮盘的预成型件一直是彼此分开制备的；因此，在该公开中并未公开无纤维中断的具有单件式设计的车辆车轮。

DE102004028841A1和DE10302997A1中公开了其中轮盘穿入外轮缘中的轻金属车轮。此外，所述车轮可在外轮缘的底切区域中具有空腔，因此应该获得了特别好的稳定性。在该公开中并未公开由纤维复合材料制成的此类车轮的设计。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点并提供由纤维复合材料制成的车轮，所述车轮同时具有优异的机械性质与低重量，并且制造起来简单且节约成本。

本发明的目的是通过主权利要求及权利要求11的特征实现的。本发明的优选变体示于相关从属权利要求中。

发明详述