具有由纤维复合材料制成的轮盘以及固定件的轮辋的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轮辋，所述轮辋具有由纤维复合材料制成的轮盘和用于将轮盘固定在车辆的轮毂上的固定件，所述轮盘具有至少一个用于容纳轮毂的开口，所述开口构造成具有锥形的对中面，用于安装固定件。
【背景技术】
[0002]由纤维复合材料制成的轮盘例如由文献DE 1939910 A已知。该文献公开了一种用于由纤维强化的塑料制造用于车辆的主动轮的方法，其中，在轮盘或轮架的高应力区域中，强化纤维与所出现的应力的分布相对应地设置成圆形的以及相对于轮轴线径向地设置。为了提高强度，在所述区域内相互重叠地设置附加的纤维嵌层。用于轮毂的开口以及轮毂或固定件的安装没有详细说明。由附图可以看到开口的向外隆起的边缘区域，其中，轮盘以指向轮轴线方向的边缘面终止。由此可以预期，在开口的边缘区域，就是说在应力最高的区域分布的纤维层通过在这里导入的载荷主要受到弯曲载荷，这造成在该区域中对纤维复合结构明显的弱化并可能形成纤维层发生层分离的出发点。
[0003]由文献DE 101 45 630 Al已知一种由纤维复合材料制成的轮盘或轮辐条盘，其中轮辐条盘中的纤维的大部分沿径向方向设置。轮辐条盘附加地可以包含沿径向或轴向定向的由连续纤维束组成的织物或铺放结构。在轮辐条盘的中央，轮辐条盘可以与嵌入的轮毂固定连接。用于容纳轮毂的开口的构成没有详细记载。由附图可以看到开口的平的边缘区域，其中轮盘以垂直于轮轴线指向的边缘面终止，所述边缘面用作用于轮毂的圆柱形末端的安放。轮毂的贴靠面表明，利用固定件通过相对于轮盘的开口的平的边缘区域张紧来实现与轮盘的连接。通过由此形成的预紧力，轮盘的织物或铺放结构的纤维相互挤压，由此，纤维复合结构在这个区域内明显弱化。
[0004]由文献DE 689 22 982 T2已知一种由纤维强化的复合材料制成的车轮，所述车轮包括具有轮盘的轮辋。为了将轮盘固定在轮毂上，所述轮盘具有一个中央的固定开口，以用于容纳轮毂，还具有多个绕轮轴线同心地设置的固定开口，这些固定开口容纳设有螺纹的、用于将轮盘固定在轮毂上的连接元件。螺栓的旋拧沿轴向进行。为了配合精确地安装连接元件(螺栓)，在每个固定开口中以切割的倒棱的形式设有锥形的安放表面。轮盘的强化纤维优选设置在垂直于轮轴线的平面内并终止于固定开口中，即，纤维分布在这里中断。
[0005]不利的是，由于固定开口的设计，轮盘的壁横截面变窄并且由此纤维复合结构特别是在与车辆的轮毂的连接部的受载荷较高的区域内弱化。
[0006]此外，在向轮盘中导入预紧力时，纤维层相互压紧，由此同样使纤维复合结构弱化。
[0007]由文献DE 196 08 601 Al已知一种所述类型的装置。其中，记载了具有由纤维强化的塑料制成的轮盘的轮辋，在所述轮辋中，所述轮盘具有中央开口和通过中央闭锁件与轮毂或轮毂的固定体连接。固定体通过多个螺栓与轮轴连接。轮盘的中央开口朝固定体的方向具有锥形的对中面，以用于使轮盘在固定体上对中。此外，中央开口具有朝向中央螺母的锥形对中面，以便确保对中地安装中央螺母和设置在中间的压紧环。
[0008]尽管锥形的对中面为导入夹紧力提供了加大的面积，但这种设计同样导致了，特别是在受载较高的区域内轮盘的壁厚变薄并且由此纤维复合材料的强度减弱。
[0009]此外，这种固定方案还要求较高的制造和安装工作。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于，提供一种轮辋，所述轮辋克服了现有技术前面所述的缺点，本发明的目的特别是在于，改善车轮连接的持久性并同时使其制造和安装耗费最小化。
[0011]根据本发明这样了实现所述目的，即，纤维复合材料的强化纤维设置在面式的纤维层中并且至少一部分纤维层在轮盘开口的边缘区域中垂直于轮盘的对中面设置。
[0012]本发明利用了连续纤维强化的纤维复合结构的特性，所述纤维复合结构具有设置在多个平面或层中的纤维层。所述纤维层基本上是二维的、纺织的织物或铺放结构，由连续纤维(粗纱)组成的纤维条组成。所述纤维束包括强化纤维，例如碳纤维、玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。根据本发明，一些或所有纤维层在开口的边缘区域垂直于对中面设置，由此强化纤维分布所处的平面在开口的边缘区域中也垂直于所述对中面。由于锥形的对中面始终于在相对于轮轴线以不同于直角的角度倾斜，因此，纤维层或者强化纤维的平面在开口的边缘区域内不是垂直于轮轴线设置的。强化纤维在开口的边缘区域内与轮轴线非直角地延伸并且成钝角地终止于对中面。
[0013]开口的边缘区域是轮盘的通过固定件直接或间接的作用特别强烈地受载的区域。
[0014]本发明基于这样的事实，即连续纤维强化的纤维复合材料的机械承载能力在纤维层假想的面法线的方向上并且由此横向于强化纤维的纤维方向明显比垂直于所述面法线的方向上更小。固定件的在车轮装配时沿轴向作用的预紧力通过对中面导入轮盘中并且是平行地导入强化纤维层的平面中，特别是沿强化纤维的纤维方向导入。
[0015]力传递流路径这里从固定件经由对中面沿强化纤维的方向并且直接进入强化纤维中。因此实现了对纤维有利的向纤维复合结构中的力导入，这种力导入设定在承载能力实际的优选方向上纤维复合材料的挤压。其结果是，以较少的结构上的手段就实现了边缘连接部明显更高的持久性。
[0016]在通过中央闭锁件实现车轮连接以及在通过传统的多孔圆螺纹连接结构实现的车轮连接中都能够使用根据本发明的解决方案。
[0017]本发明有利的实施形式和扩展方案由从属权利要求2至15、下面的说明和附图中给出。
[0018]在一个优选的实施形式中，锥形的对中面完整地在轮盘的壁横截面上延伸。由此实现了从固定件的力导入在整个壁厚上进行并且进入所有在开口上终止的强化纤维。这实现了特别有利的力分配。
[0019]优选纤维复合材料的纤维层基本上平行于轮盘的盘轮廓设置。
[0020]由此通过收紧固定件导入纤维层的力可以以连续的分布传递到轮盘的径向延伸的圆周区域中，由此避免出现应力峰值。
[0021]在一个有利的实施形式中，至少一个固定件具有安放面，所述安放面与轮盘的对中面全等地构成，由于贴靠在对中面上的安放面完整地覆盖对中面，预紧力可以均匀地分配到整个对中面上并且由此降低了纤维复合结构的各个纤维平面的载荷。
[0022]如果开口的边缘区域具有金属的嵌件，则轮盘在围绕开口的高度受载的区域附加地得到强化。在轮盘的纤维复合结构上的机械载荷和磨损现象、如例如由于重复的车轮安装和通过收紧固定件所出现的磨损现象可以由此降低。
[0023]同样通过所述嵌件还降低了振动摩擦磨损，所述振动摩擦磨损在行驶时由于相对运动而形成。
[0024]所述嵌件优选这样设置，使得嵌件包围轮盘的开口的边缘区域。由此，开口的边缘区域的外表面并且特别是对中面相对于安装负载和磨损受到保护。嵌件附加地还使得轮辋在轮毂上的对中变得容易。通过嵌件实现的金属的外周面实现了将预紧力有利地分配到边缘区域和对中面上。
[0025]对于轮盘的制造，特别有利的是，嵌件构造成两部分的。通过这种分体结构使得可以紧接着轮盘的强化(Konsolidierung)过程进行嵌件的安装。
[0026]在一个优选的实施形式中，轮盘在车辆侧具有贴靠面，用于贴靠在轮毂或与轮毂连接的固定件的支承面上，所述支承面形锁合地与贴靠面相对应地构成。轮毂或轮毂侧的固定件的支承面在将轮盘固定在轮毂上时构成反向力元件。贴靠元件可以具有任意的、优选与纤维层平行构成的轮廓。在这种情况下，贴靠面的轮廓在轮盘开口的边缘区域内是弯曲的或者至少构成为与轮轴线成不垂直的角度。通过支承面与贴靠面形锁合的构成，可以在安装时在轮毂侧在尽可能大的面上将预紧力导入轮盘中，这降低了纤维复合结构在该区域中的载荷。
[0027]轴向预紧力通过支承面在车辆侧的导入尽管导致了横向于纤维方向对轮盘的纤维复合材料的纤维层的一定挤压。但这种挤压是由于支承面配合正确的尺寸和形状而在面载荷较小的情况下以特别大的载荷分配实现的。
[0028]特别有利的是，车辆侧的贴靠面设置在轮