用于车辆的轮圈以及制造纤维复合轮圈的方法 |
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| 申请号 | CN201610096314.5 | 申请日 | 2016-02-22 | 公开(公告)号 | CN105904915A | 公开(公告)日 | 2016-08-31 |
| 申请人 | 嘉宝费博莱特克有限公司; | 发明人 | 埃哈德·威斯勒; 托马斯·莱斯奇克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于车辆的轮圈以及制造 纤维 复合轮圈的方法，该轮圈包括用于紧固 夹钳 或管状轮胎的轮胎 接触 装置，其中，该轮胎接触装置包括由至少一个增强丝包裹的芯部，使得芯部由至少一个 支撑 层 覆盖 ，该支撑层由增强丝形成，该轮胎接触装置至少在径向内侧被由至少一个增强丝形成的 覆盖层 覆盖，以便在覆盖层与轮胎接触装置之间设置增强环。本发明进一步涉及一种制造纤维复合轮圈的方法，该方法包括以下步骤：使用增强丝包裹芯部，以在芯部上堆积支撑层，并且形成轮胎接触装置；将轮胎接触装置布置为邻近于空 气动 力 学增强部件以及增强环；以及使用一个或多个增强丝包裹轮胎接触装置、 空气动力 学 增强部件以及增强环，使得形成覆盖层。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于车辆的轮圈(1)，所述轮圈包括：轮胎接触装置(2)，所述轮胎接触装置用于紧固夹钳或管状轮胎，其中，所述轮胎接触装置(2)包括由至少一个增强丝(4)包裹的芯部(3)，使得所述芯部(3)被由所述增强丝(4)形成的至少一个支撑层(5)覆盖，其特征在于：所述轮胎接触装置(2)至少在径向内侧上由覆盖层(10)覆盖，使得在所述覆盖层(10)与所述轮胎接触装置(2)之间设置一增强环(8)，所述覆盖层由至少一个所述增强丝(4)形成。 |
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| 说明书全文 | 用于车辆的轮圈以及制造纤维复合轮圈的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种用于车辆(比如，由内燃机驱动的车辆，例如，汽车、卡车、或多用途车辆；或者比如肌肉动力(muscle-powered)和/或电驱动的车辆，诸如自行车，例如竞赛自行车、山地自行车或铁人三项自行车)的轮圈，该轮圈包括用于紧固夹钳/夹钳轮胎或软管轮胎/管状轮胎/管形轮胎的轮胎接触装置，其中，该轮胎接触装置包括由至少一个增强丝包裹(在以下描述中，“包裹(to wrap，wrapping)”也可被称为“缠绕(to wind，winding)”)的芯部，使得芯部大约主导地或完全地由至少一个支撑层覆盖，该支撑层是由增强丝形成的。 背景技术[0002] 在现有技术中，从DE 10 2007 042 198 A1中已知了一种制造轮圈的方法。其中，特别提出了一种制造用于轮圈(具体地，用于卡钳轮圈)的轮圈环的方法。其中，描述了以下步骤：提供由硬化复合纤维材料制成的外部轮圈轮廓；提供塑料成型元件；提供由复合纤维材料制成的至少一个覆盖层；在外部轮圈轮廓的径向内侧插入塑料成型元件；以及相对于塑料成型元件以及外部轮圈轮廓将覆盖层定位为，使得覆盖层的至少一部分从塑料成型元件向外部轮圈轮廓的外部延伸。此外，该较早的文献涉及一种将由复合纤维材料制成的轮辐紧固至轮圈环的方法。最后，该较早的文献也涉及轮圈环、卡钳轮圈以及包括该卡钳轮圈的自行车。 [0003] 从WO 2011/096805A1也已知一种制造增强纤维产品的装置和方法。具体地，该文献公开了圆环形的增强纤维复合产品。 [0004] 用于携带轮胎的轮圈已在车辆上使用了很长时间。这种轮圈用于内燃机驱动的车辆，比如汽车、卡车或其它多功能车辆，而且也用于肌肉动力的车辆，比如，自行车。 [0005] 在自行车领域中，已实验证明不同的材料——所称为的铝轮圈、钢轮圈、钛轮圈以及所称为的复合轮圈/复合材料轮圈是成功的。通常，这些复合材料轮圈可被视为包括不同材料的轮圈。这种复合材料轮圈的特殊子类型也是纤维复合材料轮圈，即，这种轮圈使用增强纤维(比如，短纤维或长纤维)。通常，纤维嵌入在树脂中。在制造处理的过程中，树脂被硬化以便制成完全完整的轮圈。以一个或多个表面处理步骤对包含增强纤维的完成的轮圈产品的表面进行加工是很常见的，这些表面处理步骤也是磨料类型的。 [0006] 在过去的20年中，纤维复合材料轮圈的优势已变得显而易见。毕竟，相比较由其它材料制成的轮圈，这种轮圈更轻量且更坚硬。已证明这种轮圈尤其在竞赛自行车、铁人三项自行车以及山地自行车的高端领域中是成功的。 [0007] 遗憾的是，目前可获得的纤维复合材料轮圈仍然过于昂贵，并且对于硬度和轻量化而言，可进一步优化。 [0008] 本发明要解决正在于此，本发明重点在于去除或至少减少这些已知的缺陷。具体地，提出了可机械制作的轮圈以及可用于制作该轮圈的方法，相比于常规轮圈，该方法增加了潜在成本(cost potential)，并且就硬度及轻量化而言，该方法改进了轮圈。 发明内容[0009] 根据本发明，通过以下事实实现了本目标：通过由至少一个增强丝形成的覆盖层至少在径向内部上覆盖轮胎接触装置，以便在覆盖层与轮胎接触装置之间设置增强环。 [0010] 在下文中将详细描述有利实施方式。 [0011] 当具有平坦细长形状的增强线(例如，包括碳纤维丝、芳族聚酰胺纤维丝和/或玻璃纤维丝，或者由碳纤维丝、芳族聚酰胺纤维丝和/或玻璃纤维丝形成)是有利的。特别地，碳纤维丝具有尤其适配于轮圈结构的性能。 [0012] 为了能够将轮圈连接至轮毂壳，有利的是，在覆盖层的径向内部设置有用于接收轮辐的孔，该轮辐也完全或部分地穿过增强环。确切地，在铁人三项自行车或计时赛自行车的领域中，空气动力值是尤其重要的。因此，有利的是，在覆盖层与支撑层之间设置有空气动力增强部件(诸如，间隔部件类型)。然后，空气动力学增强部件用于形成轮圈的外形。空气动力学增强部件可由泡沫类型的材料制成。泡沫也用作夹层芯部，特别地，以此方式，轮圈可被设计为具有小于1.0mm(约0.7mm至0.5mm)的非常薄的壁厚度的层叠件，使得轮圈表面在负载时不凸出。相比于目前普遍的用于轮圈的预浸渍工程中的中空吹塑技术，这是显著的改进，并且甚至相比于挤压成型方法，这是更好的替换方式。挤压成型不适用于以适合于纤维的方式制造这种大约0.5mm的薄壁厚度，并且在没有夹层芯部的情况下，所述薄壁厚度将凸出(即，不会保持不变形)。就整体轮圈硬度而言，泡沫芯部具有夹层功能。具有轮圈层叠件的非常薄的表面，就局部凸起硬度而言，泡沫芯部具有稳定性功能。 [0013] 在有利实施方式中：空气动力学增强部件布置在支撑层的径向内侧以及增强环的径向外侧上，和/或由在其远端面处的覆盖层覆盖/封闭。 [0014] 有利的是，空气动力学增强部件优选地完全由泡沫材料(比如，Rohacell泡沫)构成，该泡沫材料耐压力(高达大约10bar或甚至高达大约50bar)和/或耐温度(高达120℃和/或甚至高达大约200℃)。 [0015] 其他聚甲基丙烯酰亚胺结构(即，聚合物)也是合适的，从该聚合物制造硬塑料(PMI)和硬泡沫(PMI-E)，特别是聚酰亚胺。 [0016] 具体地，这些材料可适当加工；这些材料仅具有低重量，然而，当它们缠绕时，仍然具有足够的尺寸稳定性。 [0017] 空气动力学增强部件构造为在圆周方向上彼此相邻的多个扇形体，这有利于存储。 [0018] 具体地，当通过机械加工(例如，通过磨削或车削)而成形每个扇形体时，可制造精确的扇形体。为了以简单且固定的方式可拆卸地将轮胎(诸如夹钳/夹钳轮胎或软管轮胎)安装至轮圈，支撑层与覆盖层形成两个相邻网状物是有利的。 [0019] 有利地，诸如，借助于形状和/或力封闭，每个网状物形成设置为提供紧固/用于紧固的制动凸缘和/或轮圈边缘，优选地在轮圈边缘的后面接合接合轮胎/外部覆盖物。具体地，然后，通过以良好的方式接合制动器凸缘的后面以及径向外侧而紧固夹钳。在制动器凸缘自身上，可实现制动器衬垫(比如，悬臂制动器衬垫)的摩擦接合区域。 [0020] 有用的是，两个网状物形成为轴向地隔开且主要径向面朝外的两个凸缘部分，其远端例如在轴向方向上彼此面对。 [0022] 将轮胎接触装置和/或增强环的芯部设计为连续环状的不可压缩的部件的配置促进在包裹/缠绕过程中应用增强线，并且防止扇形体上的过度集中的负载/点负载。这防止了增强丝收缩。 [0023] 在该上下文中，也提及到，有利的是，不可压缩的部件可被构造成例如，硬化树脂环(例如，具有由包含在其中的碳、芳族聚酰胺或玻璃制成的短纤维和/或长纤维)。另外，短纤维和长纤维的组合以及碳纤维、芳族聚酰胺纤维以及玻璃纤维的组合是可预期的。 [0024] 当增强环设计为整体芯部或中空芯部(即，例如，包括一个或多个中空内腔)时，重量可进一步降低。 [0025] 有利地，支撑层由两个或多个彼此相邻并形成封闭层的增强丝形成。在该上下文中预期的是，丝的区域重叠以便形成封闭层。也可设计连续支撑层，使得其以螺旋形状在轮圈的圆周上延伸或者以多个螺旋层的方式叠加。 [0026] 本文中，有用的是，支撑层由一个或多个第一部分层、包围一个或多个第一部分层的一个或多个第二部分层以及包围一个或多个第二部分层的一个或多个第三部分层形成，其中，在一个或多个第一部分层中，一个或多个增强丝优选布置为相对于围绕芯部延伸的圆周方向以约85°+/-1°至2°的角度呈正交的；该一个或多个第二部分层包括一个或多个增强丝，该一个或多个增强丝优选布置相对于圆周方向以约0°+/-1°至2°的角度或16°+/-1°、2°、3°、4°或5°的角度呈平行的；并且该一个或多个第三部分层包括一个或多个增强丝，该一个或多个增强丝以一个或多个第一部分层的方式布置。 [0028] 通过铣削、刨削、磨削和/或车削的方式来处理网状物的远端而达到去除目标材料的目的，由此使得接合在后面的夹钳的轮圈的几何形状被设计为高效的且能承载的。 [0029] 相对于须插入轮辐的孔，钻孔、铣削或冲孔是有利的。 [0030] 有利的是，例如，完全或至少部分地在外表面上用涂层覆盖和/或涂覆覆盖层。 [0031] 本发明进一步涉及一种用于制造纤维复合轮圈(例如，根据本发明的类型)的方法，该方法包括以下步骤，优选地按照时间顺序执行以下步骤： [0032] a)使用增强丝包裹/缠绕优选封闭环状的芯部，以便在芯部上聚积(例如)连续的支撑层，并且形成轮胎接触装置； [0033] b)将轮胎接触装置定位为邻近于大体环状的空气动力学增强部件以及增强环，该空气动力学增强部件用作间隔件，该增强环优选具有封闭的全表面环形形状；以及[0034] c)使用一个或多个增强丝包裹轮胎接触装置、空气动力学增强部件以及增强环，使得形成覆盖层。 [0035] 这种制造方法即使在高薪国家中也是成本效益高的，并且可快速执行。适合于形成为泡沫芯部的空气动力学增强部件具有用于间隔的支撑功能并且固定一个或多个内部环，使得第二环包裹/缠绕过程被适于以特别的尺寸稳定和严谨的方式生产层叠件。在RTM树脂注射步骤中泡沫芯部具有空间保持功能，使得其在10bar压力且高达200℃温度下不塌陷，并且以此方式得到的腔室无需使用树脂填充。泡沫芯部也具有理想地生成良好的空气动力学的成形功能。 [0036] 另外，该方法可进一步有利地发展，即，空气动力学增强部件由四个90°的扇形体组成。当然，六个60°的扇形体也是可能的，或者扇形体数目的度数总计得到360°。例如，建议采用各自72°的五个扇形体以及各自120°的三个扇形体。 [0037] 合适地，通过轮胎接触装置制作预制轮圈，空气动力学增强部件和增强环以完全匹配/形状匹配、和/或非完全匹配/力匹配的方式保持在一起。 [0038] 在有利实施方式中：使用由一个增强丝或两个或多个增强丝制成的覆盖层包裹/缠绕预制轮圈。具体地，已证明使用两个增强丝是特别有利的。 [0039] 有用的是，在有或没有覆盖层的情况下，使用树脂浸润/浸泡预制轮圈的包含一个或多个增强丝的区域，和/或利用使用树脂预浸渍的增强丝。 [0040] 在施加覆盖层之后和覆盖层硬化之前/之后，当通过例如以机械加工方法切割覆盖层和支撑层的径向最外部时，可达到芯部并且随后可去除该芯部。在该情况下，可容易地设置夹钳轮圈。 [0041] 在这种上下文下，有利地，借助于铣削步骤实现切割。 [0042] 为了不使轮圈边缘的面向彼此的部分保持芯部，在切割过程中部分地或优选地完全地断开芯部是有利的。随后断开的芯部的单独的部分可从轮圈轻易去除。 [0043] 有利的是，在切割过程中，切割达到支撑层的径向内部部分的内侧。 [0044] 此外，有利的是，在切割之后，包括覆盖层和支撑层的环部分的桥环被去除并且芯部被去除，以便形成轮圈边缘。 [0045] 在有利的实施方式中：在硬化之后，在覆盖层、增强环和/或空气动力学增强部件中引入用于接收轮辐的孔。 [0046] 本文中，有利的是，通过钻孔来形成孔。 [0048] 在下文中，将通过参考附图的方式详细地示出本发明，该附图具体描述了制造根据本发明的轮圈的方法。 [0049] 附图仅是示意性的，并且仅可用作帮助对本发明的理解。 [0050] 图1示出了用在自行车上的轮圈1的组件。 具体实施方式[0051] 图1示出了预期用在自行车上的轮圈1的组件。轮圈1包括轮胎接触装置2。轮胎接触装置2包括芯部3。芯部3可以是玻璃纤维芯部。在完全完成的轮圈中，不再包含玻璃纤维芯部。 [0052] 使用至少一个增强丝4来包裹芯部3以便形成支撑层5。因此，在支撑层5中，增强丝4被包含在树脂床中且嵌入在树脂床中。通过未示出的缠绕装置来施加增强丝4。优选地，用两个增强丝4来缠绕第一支撑层5，该第一支撑层在芯部3的第一侧上开始，同时在芯部3的相对侧上由不同的增强丝4形成一不同的支撑层5。 [0053] 两个支撑层5随后在相同的圆周方向上“生长”。然而，图1中并不涉及这一点。然而，在这一方面，是指本申请文件刚开始已经引用的文献WO 2011/096805 A1。 [0054] 由多个扇形区段6组成的空气动力学增强部件7夹钳在由支撑层5包围的芯部3的径向内侧上。此外，增强环8径向向内地夹钳。 [0055] 这些部件形成如在图1的中央看到的预制轮圈9。 [0056] 在后续步骤中，预制轮圈9通过缠绕装置(诸如，从WO 2011/096805 A1已知的圆环形缠绕装置)而由增强丝4包裹。以此方式，形成覆盖层10。 [0057] 因此，覆盖层10如同支撑层5一样，也覆盖芯部3的径向外侧。 [0058] 覆盖层10的形成方式可与支撑层5的形成方式相似或相同地执行。因此，具体地，可使用多个增强丝4。 [0059] 在后续步骤中，暴露且断开芯部3。为此，去除由支撑层5以及覆盖层10的一部分形成的桥环11，具体地，通过铣削或车削。因此，芯部3也分离为三个零件。两个轴向外部的零件具有相等尺寸。芯部的三个零件以及桥环11随后被去除并且丢弃。以此方式，保持具有凸缘部分13的网状物12。在其内部上，可紧固在其后接合的夹钳。 [0060] 凸缘部分13的远端14排列为彼此朝向。 [0061] 图1的左下侧表示完全完成的轮圈1。如所提及的，芯部3也可被构造成玻璃纤维织物带、乳胶组分、橡胶组分、注射成型组分或基于挤压成型步骤或RTM处理的组分。 [0064] 轮胎接触装置2也可被称为轮胎触及装置。轮圈1可被称为纤维复合轮圈。 [0065] 在图1的最右侧显而易见的是，包含预制轮圈9的单独增强丝4的区域部分可共同用树脂浸润，或单独地树脂侵如在图中间示出预制轮圈9的区域。在这种分开浸润的情况下，在浸润覆盖层10之前，浸润的支撑层5已转移。 [0066] 如常规已知的，通过温度增加和/或压力增加来实现硬化。 [0067] 参考标号列表 [0068] 1 轮圈/纤维复合轮圈 [0069] 2 轮胎接触装置 [0070] 3 芯部 [0071] 4 增强丝 [0072] 5 支撑层 [0073] 6 扇形体 [0074] 7 空气动力学增强部件 [0075] 8 增强环 [0076] 9 预制轮圈 [0077] 10 覆盖层 [0078] 11 桥环 [0079] 12 网状物 [0080] 13 凸缘部分 [0081] 14 远端。 |
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