CN107757240A - 轮缘侧粘合有轮辐的力量驱动车辆的车轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种力量驱动车辆的车轮(1),具有至少部分由纤维复合材料构成的轮缘(2)以及多个轮辐(3),轮辐(3)将轮缘(2)与轮毂(4)连接,其中,每个轮辐(3)可通过由纤维复合材料构成的固定区域(5)粘合到轮缘(2)外表面(6)的纤维复合材料部,又通过分配到相应轮辐(3)的盖部(7)覆盖在背离外表面的一侧,盖部又粘合到固定区域(5)以及外表面(6),其中,固定区域(5)附接到外表面(6)的第一粘合表面(8)与盖部(7)附接到外表面(6)的第二粘合表面(9)的比例为0.1至0.4;以及一种具有上述车轮(1)的自行车。
Description
技术领域
本发明涉及一种力量驱动车辆的车轮,优选自行车的车轮,具有至少部分(或完全)由纤维增强复合材料/纤维复合材料构成的轮缘以及多个轮辐,所述轮辐将轮缘与轮毂连接,其中,每个轮辐通过由纤维复合材料构成的固定区域粘合地附接/粘合到轮缘外表面的纤维复合材料部,又通过分配到相应轮辐的盖部覆盖在背离外表面的一侧,所述盖部又粘合到固定区域以及外表面。本发明还涉及具有该种车轮的自行车。
背景技术
轮缘在现有技术中是已知的。例如,DE 10 2007 036 065 A1公开了一种车轮,所述车轮具有轮缘、轮毂和用于将轮缘连接到轮毂的至少一个装置,其中,所述连接装置包括轮辐。轮缘又包括彼此相对的第一和第二侧壁。第一接头加固件从第一侧壁延伸到第二侧壁,且包括纤维,其中,轮辐穿过加固件。此外,可通过模具施加压力,所述模具内设有形成轮辐以及轮缘的各层。该压力可使轮辐的各层和末端部穿入芯体。按此方式,侧壁由几何连续体构成。
另外,EP 1985434 A1中已公开此类现有技术,包括一种制造车轮的方法以及一种车轮。车轮,尤其是自行车的车轮,包括轮缘、轮毂主体和连接轮缘和轮毂主体的轮辐,基本由纤维增强材料构成,其中,轮缘包括轮缘床、轮缘基座和连接轮缘床和轮缘基座的轮缘壁。至少一个轮缘侧通过一种材料的多层、整体编织段形成,所述材料由编织纤维构成。
从现有技术的一些实施例中可看出,为了获得足够高的刚度,通常不适当地使用大量的粘合剂是不利的。虽然可实现足够高的刚度,但另一方面对车轮的总重量和空气动力学会造成负面影响。
因此,本发明的目的是克服现有技术中已知的缺点,尤其是提供了一种强度与重量比可得到进一步优化的车轮。
发明内容
本发明主要采用以下技术方案:固定区域(直接)附接/粘合到外表面的第一粘合表面与盖部(直接)附接/粘合到外表面的第二粘合表面的比例(尺寸/面积)为0.1至0.4。
当第一粘合表面与第二粘合表面的尺寸比例为10%至40%,则一方面,可支撑车轮工作中极高的剪切应力,另一方面,可明显减少轮缘的重量。
在实施例中公开了更多的有益效果并且对独立权利要求的细节部分做了进一步的解释说明。
当第一粘合表面与第二粘合表面的(尺寸/表面)比例为0.2至0.25,则可进一步优化粘合剂质量和刚度之间的比例。
当第一粘合表面尺寸为100mm2至300mm2,优选为150mm2至250mm2,进一步优选为180mm2至210mm2,特别优选约为193mm2,则可进一步优化重量与强度比;
这种情况下,当第二粘合表面尺寸为400mm2至800mm2,优选为500mm2至700mm2,进一步优选为570mm2至610mm2,特别优选约为590mm2,则也是有利的。以这种方式,也可获得较有效的重量与强度比。
当盖部也由纤维增强复合材料/纤维复合材料制成,则车轮可较轻。
这种情况下,当所形成的盖部为圆盘状(优选为梯形)且形成有内表面(即,面向外表面/设于外表面上的表面)时,则进一步有利的是,整体尺寸为600mm2至1000mm2,优选为700mm2至900mm2,进一步优选为790mm2至830mm2,特别优选约为810mm2。以这种方式,重量与强度比还可得到改善。
当固定区域的第一粘合表面在平面上位于外表面的凹陷中,则可实现极巧妙的空气动力学构造。
这种情况下,若盖部(所述盖部的第二粘合表面围绕着整个固定区域/第一粘合表面)也在平面上位于/设于凹陷中,则也是可行的。同时,进一步提高了车轮的空气动力学性能。
此外,当第一粘合表面和/或第二粘合表面通过纽带附接到外表面,则是有利的,所述纽带厚度为0.08mm至0.22mm,进一步优选为0.09mm至0.2mm,特别优选为0.1mm;这种方式的重量与强度比可进一步得到改善。
若盖部、外表面纤维复合部和/或轮辐固定区域中所形成的纤维复合材料/复合材料包括多个碳纤维、玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维,则车轮较易于制造。
若盖部由编织、针织或辫织物形状的增强纤维构成,则是极有利的;若外表面也由编织、针织或辫织物构成,则也是有利的。接着,再以典型的方式,将所述编织物、针织物或辫织物嵌入塑料基质中。以这种方式,轮缘还可通过重量优化的方式制造。
此外,若外表面中的凹陷是由轮缘芯体中所包含/引入的凹部形成,则是有利的。以这种方式,在应用纤维复合材料(例如,浸渍的针织、辫织或编织覆盖物)作为纤维层之前,可按几何学制备用于形成凹陷的芯体,其中,组装时,可将盖部以及轮辐极精确地附接到所述芯体/围绕所述芯体的(第一)纤维层。以这种方式,凹陷区域中纤维层形状的纤维复合材料部呈凹陷的形状。
这种情况下,若芯体由泡沫材料(例如,开孔或闭孔塑料泡沫材料)制成,则是极有利的。若芯体由聚甲基丙烯酰胺(PMI)制成,进一步优选PMI硬塑料,特别优选PMI-E硬质泡沫,则可极有效地引入凹部。
此外,若通过印模(优选地,通过热冲压/热压工艺或冷冲压/冷压工艺;优选地,在附接纤维层之前),将凹部加工/推入/冲压/冲压到芯体中,是可行的。进一步优选地,若通过热冲压工艺/热压工艺形成凹部,则(尺寸固定/已固化/冷却的)芯体可仅在(预期的)凹部的区域中进行热熔合(对于形成相同芯体而言),由此,凹部易于重现。还可通过冷压工艺引入凹部,其中,这种情况下,芯体可进行局部可塑性变形。以这种方式,可极节约成本地引入凹部。
其他实施例中,凹部可通过切割/铣削工艺包含/铣削在(尺寸固定/已固化/冷却的)芯体中。接着,极仔细地对围绕芯体凹部的材料进行加工。
此外,通过在芯体外部设置相应的负型,也可在芯体初始成形时,优选地,由泡沫材料构成的芯体在发泡时,可形成凹部。
凹部形成后,则包括厚度和/或外轮廓与盖部相匹配的第一加深区域,则仍可较符合空气动力学地将盖部整合在轮缘中。
这种情况下,除了第一加深区域之外,凹陷还包括厚度和/或外轮廓/轮缘区域与(相应轮辐)固定区域相匹配的第二加深区域,也是有利的。以这种方式,也可将轮辐纽带设于加深区域内,从而进一步改善空气动力学。
此外,若第二加深区域比第一加深区域深,且所述第二加深区域的外轮廓设于第一加深区域外轮廓的内部,则是有利的,从而盖部可同时覆盖固定区域/第二加深区域,所述第二加深区域安装在第一加深区域内。
若盖部设有(优选地,通过切断方式)通孔,连接到轮辐固定区域的横梁区域可穿过所述通孔伸出,则用于轮辐的通道可极有效地适用于固化轮辐的横截面。
有利地,轮辐的固定区域是轮辐细长横梁区域纤维复合材料的扇形/压扁段。有利地,可大体上将固定区域和光束区域作为整体地实施/各自作为整体地实施,从而可极稳定地实现相应轮辐的连接。
此外,每个(单独的)盖部具有所分配给各自的凹陷(即,每个盖部设有一个凹部)是可行的。因此,可进一步优化车轮的空气动力学。
这种情况下,若处于固化状态的盖部直接构成轮缘的外表面,则有利的是,可进一步优化盖部的附接。
为了进一步改善空气动力学,可将盖部进行表面加工(例如,抛光),以优化顶面/构成外侧的侧面上的空气流动。
本发明还涉及一种具有上述任一个实施例公开的车轮的自行车。
此外,还包括第一附加技术特征,本发明涉及一种力量驱动车辆的车轮,可通过权利要求1/主要方面的特征来实施。具体而言,第一附加技术特征中的所述车轮可作为分案申请的基础。第一附加技术特征中的车轮包括至少部分由纤维复合材料构成的轮缘以及多个轮辐,所述轮辐将轮缘与轮毂连接,其中,相应轮辐包括由纤维复合材料构成的固定区域,所述固定区域通过至少一个连接段粘合到轮缘的外表面,所述连接段与固定区域粘合。以这种方式,组装车轮时,可极巧妙地补偿轮辐的不同长度。
根据第一附加技术特征,若两个连接段连接在相应轮辐处,也是极有利的,所述连接段又分别粘合在轮缘两个外表面的其中一个上,所述两个外表面彼此背离。以这种方式,可极坚固地实现轮辐的紧固。
在方便地将相应轮辐粘合在两个连接段之间,其中,所述连接段可沿径向方向重叠。由此,可进一步提供轮辐的紧固强度。
若至少一个连接段由纤维复合材料构成,优选地,所述连接段由增强纤维的编织部构成,或备选地,由增强纤维的针织段或辫织段构成,则可进一步简化车轮的制造。
若相应轮辐设于与轮缘间隔开的一端,优选地,可将所述轮辐与轮缘的轮缘基座径向、向内间隔开,再在进行紧固时,通过多数位置中的至少一个连接段将轮辐对准轮缘侧。
此外,本发明还涉及一种自行车,所述自行车具有根据上文第一附加技术特征所述实施例之一的车轮。
此外,另一方面,本发明涉及一种用于制造力量驱动车辆的车轮的方法,其中,所述车轮的实施例通过权利要求1和/或主要方面的特征来实施,和/或通过第一附加技术特征来实施。包括第二附加技术特征,用于制造车轮的方法可作为分案申请的基础。根据上述主要方面或第一附加技术特征,制造优选配置的车轮方法至少可按以下顺序(按时间顺序)的步骤来进行:a)提供轮缘,b)通过第一纽带,将多个轮辐通过其固定区域附接到轮缘,其中,所述轮辐由纤维复合材料构成,c)固化第一纽带,从而轮辐可固定地连接到轮缘,d)通过第二纽带,将轮辐附接到轮毂,e)固化第二纽带,从而轮辐可固定地连接到轮毂。
通过该方法,可自动地制造相应的车轮,尤其是可减小制造公差。由于轮辐首先粘合/固定到轮缘,之后再粘合/固定到轮毂,因此可将轮辐同时单独地预先加载到轮毂的中心,放入期望的最终位置,从而用于制造的轮辐的不同长度极易补偿。以这种方式,可明显简化车轮的制造工艺。
这种情况下,极有利的是,进一步的步骤中,优选地,在步骤c)后和步骤d)前,备选地,在步骤e)后,可将每种情况下分配到车轮的车轮侧的多个轮辐径向和/或轴向驱动分开。具体而言,若首先将车轮侧的各轮辐松散地置于夹紧体上(即,轮辐尚未粘合到轮毂的状态下),则是有利的;此外,轮辐还可沿轴向方向以及相对于夹紧体的径向方向自由移动。将轮辐松散放置之后,通过夹紧体的轴向位移,可向轮辐施加轴向应力,同时或随后将所述轮辐沿相对于其他轮辐的径向方向,放入所期望的位置,从而可使所述轮辐全部受到张力作用(优选地,连同相同的偏压力)下的应力。
采用该制造工艺时,若首先完成了车轮的一个第一车轮侧(即,将第一轮辐组的多个轮辐附接/固定到轮缘)也是有利的,接着,完成第一车轮侧相对的第二车轮侧(即,将第二轮辐组的多个轮辐附接/固定到轮缘)。但或者同时形成两个车轮侧也是有利的(即,在相同步骤中将第一和第二轮辐组的相应轮辐连接到轮缘)。优选地,每个车轮侧使用一个夹紧体,其中,如上所述,使所述夹紧体预加载车轮侧的轮辐。
因此,优选地,将轮辐驱动分开可通过至少一个,更优选地,通过两个夹紧体(例如,楔形/锥形)来实施。可将夹紧体分配到车轮侧的轮辐组,应用到轮辐,其中,随着所述夹紧体的轴向位移,轮辐组的轮辐可发生轴向位置的改变。通过实施楔形/锥形的夹紧体,轮辐在夹紧体发生轴向位移时,也沿径向方向发生移位并进行预加载。通过使用两个夹紧体,可将轮辐组的轮辐驱动分开,从而夹紧体可沿车轮的轴向方向相互推压/挤压,其中,每个夹紧体可使车轮侧轮辐组的轮辐展开/驱动分开。
对于每个车轮侧,通过形成轴向止动件,可在进行驱动分开的过程中,提供夹紧体的相应平面锁定装置是十分有利的。其中,所述平面锁定装置可限定相应轮辐组的轮辐沿轴向方向的最大位移距离。以这种方式,可极有效地实现轮辐的预加载。实现轴向止动后,可沿径向方向将轮辐移动到期望的最终位置。
若提供了可形成两个轮辐的复合杆,则是极有利的。优选地,所述复合杆长度为50cm至70cm,特别优选为60cm,包括两个扇形/扩展端部,优选地,所述扇形/扩展端部也可固化。这种情况下,复合杆的每个端部可形成轮辐的固定区域,与轮缘连接/粘合,而设于端部之间(在步骤d)和e)中)的复合杆的中间区域与轮毂连接/粘合。
此外,若彼此交叉的两个轮辐在交叉区域中彼此交叉,则是可行的,从而轮辐可不直接设在一起,而是沿轴向方向相对于彼此间隔开。
附图说明
下文参考附图更详细地对本发明进行了说明,文中说明了不同的优选示例性实施例。
图1是根据本发明中优选的第一示例性实施例的车轮的等距图,其中,图中极清楚地展示了车轮的第一外表面,沿所述第一外表面设有多个盖部,每个盖部覆盖一个轮辐端部;
图2是图1中轮缘区域中一段车轮的等距图;图中展示了轮缘外表面的两个位置处所设的第一和第二轮辐,所述位置沿轮缘的圆周通过盖部彼此间隔开且彼此背离;
图3是图1中轮辐和轮缘之间连接区域中车轮的详细等距图;图中展示了盖部中的通孔,轮辐穿入所述通孔;
图4是图1中轮辐和轮缘之间连接区域中车轮的详细等距图;图中轮缘相对于盖部横向偏离地截断,从而可易于识别轮缘的横截面;
图5是轮缘的外表面区域的详细等距图,该区域可用于附接轮辐和盖部,如图1至4中的车轮所使用的区域一样,图中展示了凹陷的形状,轮辐和盖部已***固定区域;
图6是图5中轮缘的详细等距图,其中,轮缘在凹陷区域中截断,从而可识别凹部,图中展示了轮缘芯体中凹陷的形状;
图7是轮辐和轮缘之间连接区域中已组装车轮(图1至4)的详细等距图,其中,盖部透明地示出;
图8是图7中车轮所使用的轮辐的详细等距图,其中,标记了固定区域的(第一)粘合表面;
图9是轮缘外表面位置的详细等距图,该位置可用附接轮辐和盖部(类似于图5),其中,标记了凹陷基座,所述凹陷基座中,固定区域与其(第一)接触表面完全连接;
图10是轮缘外表面位置的详细等距图,该位置可用附接轮辐和盖部(类似于图9),其中,标记了凹陷基座,所述盖部在平面上粘合在凹陷基座上;
图11是盖部的详细等距内侧视图,如图1至4和图7中车轮所使用的一样,所述内侧与固定区域以及轮缘的外表面粘合;
图12是图1的轮辐和轮缘之间连接区域中车轮的详细侧视图,其中,盖部透明地示出,具体说明了盖部、固定区域和凹陷的尺寸;
图13是图1的轮缘处轮辐连接区域中车轮横截面的详细等距图,从而极易识别轮缘盖部和外表面之间轮辐固定区域的附接件;
图14是对应于本发明的第一附加技术特征、根据第二示例性实施例的车轮横截面的详细等距图,其中,图中展示了车轮的轮缘与附接到其上的轮辐的横截面,从而可清楚识别两个连接段上将轮辐附接到轮缘的附接件;
图15是根据第一示例性实施例的车轮的正视示意图,其中,图中展示了根据第二附加技术特征中制造工艺、在制造车轮期间多个轮辐径向驱动分开;
图16是图15中车轮的纵向剖视图,其中,可易于识别可使轮辐轴向和径向驱动分开的两个夹紧体。
以上附图仅是示意性的,旨在理解本发明。相同的元件具有相同的附图标记。此外,不同示例性实施例的各特征可彼此自由组合。
具体实施方式
图1展示了根据有利的示例性实施例、本发明的车轮1。所述车轮1以常规方式用作自行车的车轮1,为了清楚起见,本文不再进一步说明。所述车轮1以这种方式用于力量驱动的车辆中。
车轮1包括轮毂4(工作中,将所述车轮可旋转地安装到力量驱动车辆的一部分,所述部分可固定到车辆/车架)。多个轮辐3从轮毂4沿车轮1的径向方向(即,相对于穿过轮毂4的旋转轴线的径向方向)向外延伸。轮毂4设于车轮1的轮缘2的中心,通过轮辐3连接到另一个同样的轮缘。通常将轮缘2指定为车轮1的区域(所述车轮1以环形实施),可容纳轮辐3的端部38。
图4详细展示了图1中所使用的轮缘2的形状以及结构。所述轮缘2局部由纤维复合材料/纤维增强复合材料构成。具体而言,所述轮缘2包括由纤维复合材料构成的纤维层13。
纤维层13可围绕轮缘基座21及其芯体的第一侧翼22和芯体的第二侧翼23的区域中轮缘2的芯体14。由闭孔塑料泡沫材料,或备选地,由开孔塑料泡沫材料构成的芯体14形状可限定轮缘2的外部形状。具体而言,芯体14使设于径向内侧上的轮缘基座21具有圆形形状,并限定了轮缘2外表面6的形状,外表面6可从轮缘基座21径向向外延伸(基本上彼此形成V形);此外,芯体14限定了轮缘2中径向向外设置的轮缘床24的形状。轮缘床24通过轮缘床加固件25径向向外成形,轮缘床加固件25直接置于芯体14上。优选地,轮缘床加固件25也可由纤维复合材料构成。轮缘床加固件25基本上可设成U形,通过形成两个轮缘法兰26、27,可沿远离芯体14的轮缘2的径向方向延伸。
纤维层13至少包括芯体14上的辫织增强纤维层,其中,其他实施例中,备用地或附加地,纤维层13还包括缠绕在芯体14周围的编织带。所述纤维层13围绕芯体14设置,从而所述纤维层13可在轮缘法兰26、27上的轮缘床加固件25上横向地设置。轮缘2在固化状态下时,所述纤维层13可与芯体14以及轮缘床加固件25固定连接。
进一步如图4所示,轮缘2的轮缘高度28可由轮缘基座21的径向内侧之间的径向距离以及轮缘2的径向外侧限定,轮缘2对应于同一径向高度法兰26、27的径向外侧。同样如图4所述,轮缘宽度可由第一轮缘法兰26、第二轮缘法兰27两个外侧的距离(即,相对于车轮1旋转轴的最大轴向距离)限定,两个外侧彼此相对,所述旋转轴位于轮缘法兰26、27区域中纤维层13/第一外表面6a、第二外表面6b的相对侧之间。特别有利地,轮缘高度28为38mm至42mm,进一步优选为40mm;此外,优选地,轮缘宽度29为20mm至28mm,特别优选为24mm。
但本文中,本发明车轮1的另一示例性实施例中,也可选择不同的轮缘高度28(例如,30mm至34mm),特别优选约为32mm,或另一方面,另一示例性实施例中,轮缘高度28值为34mm至38mm,特别优选约为36mm。
图2是一段轮缘2(图1)的详细视图,其中,如图所示,两个单独轮辐3(第一轮辐3a和第二轮辐3b)沿轮缘2的圆周方向彼此前后排列或相邻设置。将单独的盖部7(下文更详细地说明)分配给每个轮辐3、3a、3b。此外,还可认识到,两个相应轮辐3沿圆周方向彼此前后排列,设于轮缘2的不同外表面6上。换言之,相应轮辐3附接在彼此相对的外表面6a、6b,沿轮缘2的圆周方向彼此偏置/间隔设置。
轮缘2上轮辐3的相应附接件以相同的方式展开。图7展示了对于车轮1的其余轮辐3,将第一轮辐3a的固定区域5固定到轮缘2的示例。所述固定区域5形成于第一轮辐3a的端部38,所述端部面向轮缘2;可将所述固定区域5作为完全由纤维复合材料构成的第一轮辐3a的实质整体部件来实施。
第一轮辐3a包括具有可沿纵轴基本保持恒定的横截面部,其中,所述恒定横截面部指定为横梁区域17;所述第一轮辐3a从固定到轮毂4的(第二)端部越过所述横梁区域17,向外延伸到固定到轮缘2的(第一)端部38。
固定区域5是与所述横梁区域17实质整体连接的纤维复合材料段30,其中,可挤压所述复合材料段30,使其相对于横梁区域17呈扇形/加宽/压扁,基本呈三角形。以这种方式,在固定区域5中所述第一轮辐3a的厚度很小,但与横梁区域17相比宽度增加。此外,所述固定区域5在远端(即,远离横梁区域17),不断地逐渐变细。
为了容纳扇形纤维复合材料段30/固定区域5,可在轮缘2中形成凹陷11(即,在芯体14和纤维层13的预组装过程中)。通过在芯体14中形成凹部12来间接地预设凹陷11,如图6所示。所述凹部12又包括两个凹陷区域31和32。例如,在环形芯体14的局部圆周区域,第一轮辐3a的第一凹部区域31可沿芯体14的第一侧翼22从轮缘基座21向外延伸,具有基本恒定的深度。下文更详细地进行了说明,所述第一凹部区域31的深度可与盖部7的厚度匹配,外轮廓可与盖部7的外轮廓匹配。
第一凹部区域31的中心设有同样沿径向方向延伸的第二凹部区域32,所述第一凹部区域31从形成径向向外延伸的轮缘基座21侧向第一侧翼22加宽,基本呈梯形/棱形。所述第二凹部区域32设于第一凹部区域31的外轮廓/边缘区域的中心,其深度大于第一凹部区域31的深度,从而第二凹部区域32可相对于第一凹部区域31偏移。
另一方面,图5和图6展示了纤维层13,纤维层13位于芯体14,从而可模制/形成该形状或凹部12的(尤其是两个凹部区域31、32)轮廓。因此,如图6所示,所述纤维层13可形成凹陷11,所述凹陷11的形状与芯体14凹部12的形状相同,但此处所述凹陷11的尺寸围绕纤维层13的层厚度减小。
第一加深区域35与第二加深区域36共同形成所述凹陷11和第二外轮廓20,所述第一加深区域具有模制到第一凹部区域31的第一外轮廓19,所述第二外轮廓可模制到第二凹部区域32。所述第一加深区域35所形成的厚度可基本使其深度对应于盖部7的厚度。另一方面,第二加深区域36的深度与第一轮辐3a固定区域5的厚度比例相匹配,从而优选地,所述固定区域5可不向外伸出第二凹部区域32,或不伸出太多。为此目的,所述第二加深区域36的深度可变化,可从径向内部区域到径向外部区域减小。以这种方式,所述第二加深区域36的形状与固定区域5互补(原因是固定区域5的厚度也沿车轮1的径向向外减小)。所述第二加深区域36的(第二)凹陷基座33b可沿虚拟的延伸平面延伸;
第二加深区域36相对于第一加深区域35布置,从而第二加深区域36(第二)外轮廓20可由第一加深区域35的(第一)外轮廓19完全包围。
如图1所示,车轮1的轮辐3在固定区域5的区域中另外设有/覆有盖部7。所述盖部7由纤维复合材料构成。所述盖部7表示了紧固到轮缘2之前独立、分开制造的纤维层段。该实施例中,包含在纤维增强复合材料中的多个增强纤维可由碳材料/碳构成,但其他实施例中,其他材料(例如,芳族聚酰胺纤维或玻璃纤维)均可用于此类增强纤维。同样,另一实施例中,可实施各种此类纤维的组合。所述盖部7的增强纤维以编织方式布置,或也可针织或辫织。
如图3所示,盖部7包括基本呈梯形/棱形的附接区域18,该区域18设于面对第一外轮廓19的轮缘区域,在平面上位于第一加深区域35内。所述盖部7的形状在第一轮辐3a的固定状态下适用于轮缘2的外表面6(本文中是第一外表面6a)。
如图3和4所示,第一加深区域35的厚度/深度与盖部7的厚度不完全匹配。所述盖部7可使第一加深区域35伸出一些。但除此之外,在其他实施例中,还可将所述盖部7设置为与凹陷11相邻的轮缘2区域或第一外轮廓19(相应外表面6a、6b以及轮缘基座21区域中)齐平。
盖部7的布置和结构通常为,可直接构成固定状态下车轮1的外侧37。再在车轮1固化/准备组装状态下,形成连接区域15的固定区域5可与盖部7共同粘合到纤维层13。所述盖部7在平面上位于纤维层13/外表面6、6a的第二加深区域36周围。
如图3所示,盖部7包括可穿过轮辐3a的通孔16,通过通孔16,横梁区域17可在车轮1的组装状态下伸出。本实施例中,通孔16基本呈矩形(即,从盖部7进行二次切割)。一方面,可使横梁区域17/第一轮辐3a实现极强的空气动力学,同时可使位于通孔16周围的盖部7的增强纤维不会在穿过轮辐3a后,意外地变形/产生波纹。
在盖部7外侧(即,与连接区域18的连接处)的放射区域,车轮1的轮缘2外侧37(对于每个外表面6a、6b)还可形成有制动表面34,其中,所述制动表面包括为了制动而优化的结构。所述制动表面34的厚度在朝向轮缘法兰26、27的方向上减小。
再者,图7进一步展示了可将固定区域5粘合到轮缘2的外表面6、6a。具体而言,固定区域可附接到形成纤维复合部/纤维复合区域的纤维层13区域。所述固定区域5在背离轮缘2外表面6、6a的一侧,由通过分配给轮辐3的盖部7覆盖。另外,为此目的,所述盖部7可粘合到外表面6、6a。同时,所述盖部7的表面直接置于固定区域5,粘合到另一相同的盖部。
图8至11展示了不同部件的各粘合表面。
图8展示了固定区域5的第一粘合表面8,所述固定区域5为扇形形状,因而呈梯形。作为第一粘合表面8的补充,另一(第三)粘合面39形成于第二凹陷基座33b/第二加深区域36。图7展示了车轮的组装位置,所述第一粘合表面8可在平面上粘合到第三粘合表面39。
另一方面,图11展示了盖部7的内表面10,所述内表面又形成了附接区域18。根据图11中阴影线所示,所述内表面10整体作为(整个)粘合表面。由此,所述内表面10又分成(第二)粘合表面9以及(第四)粘合表面40。所述第四粘合表面40又与固定区域5面向盖部7的表面形成互补。因此,所述第四粘合表面40也呈梯形,尺寸对应于第一粘合表面8。如图7所示,组装状态下的第四粘合表面40在平面上粘合到盖部7下方的固定区域6(即,粘合到(第五)粘合表面41)。盖部的一个(第二)粘合表面9可围绕第四粘合表面40,又粘合到外表面6a的(第六)粘合表面42,所述(第六)粘合表面如图10所示。所述第六粘合表面42在平面上位于第一加深区域35的第一凹陷基座33a上。
根据本发明,固定区域5附接到外表面6、6a/第二加深区域36的第一粘合表面8与盖部7附接到外表面6、6a/第一加深区域35的第二粘合表面的比例(尺寸/面积)为0.1/10%至0.4/40%。特别在该示例性实施例中,该比例约为23%。特别优选地,所述第一粘合表面8和第三粘合表面39的尺寸均为193mm2。因此,粘合到盖部7的固定区域5中的第五粘合表面41也为193mm2。所述第二粘合表面9的尺寸又相应于第六粘合表面42,特别优选为590mm2。所述盖部7的整个内表面10特别优选为810mm2。
再者,图13特别清楚地展示了粘合厚度(即,彼此相对的粘合表面之间所形成的粘合厚度)。这种情况下,(第一粘合表面8)的固定区域5和(第四粘合表面40)的盖部7之间,粘合剂层厚度43约为0.1mm(+/-0.1mm)。盖部7(第二粘合表面9)与外表面6、6a/第一加深区域35(第六粘合表面42)之间的粘合层厚度43为0.1mm至0.2mm。
另一方面,如图12所示,固定区域5中边缘区域和第二加深区域36/第二外轮廓20之间的粘合层厚度43约为0.1mm。
此外,图12展示了所述盖部7以及所述固定区域5的尺寸。所述固定区域5沿径向方向的范围/长度44优选约为22mm;第一加深区域35/盖部7沿径向方向的范围/长度45约为28mm;固定区域5沿轮缘2圆周方向的范围/固定区域5的宽度46约为15mm;第一加深区域35/盖部7沿轮缘2圆周方向的范围/第一加深区域35的宽度约为42mm。
图14展示了另一实施例中车轮1的形状,说明了本发明的第一附加技术特征。所述车轮1基本形成为如图1所示的车轮1。因此,根据图14的车轮1还包括轮毂4(为了清楚起见未示出)以及沿圆周方向分布的多个轮辐3。为了清楚起见,仅示出了所有轮辐中的(第一)轮辐3a。
同样,根据第一附加技术特征的本实施例中,相应轮辐3通过轮毂4处的(第二)端部固定。所述第二端部通过横梁区域17连接到第一端部38,在横截面中保持恒定,进一步与轮缘2连接。相应轮辐3不直接粘合到轮缘2(与如图1对比),而是间接地连接/固定到轮缘2。
根据图1至13中的示例性实施例,所述轮缘2的横截面和其他结构基本对应于本实施例。如图14所示,芯体14无凹部12,因此外表面6a、6b又可不设有凹陷部11。另一方面,其他实施例中,甚至可在芯体14中设有所述凹部12,为外表面6a、6b中每个轮辐3设有凹陷11。
如图14所示,轮辐3a(车轮1其余轮辐3的典型)通过两个连接段48a、48b与轮缘2连接。优选地,所述连接段48a、48b的形状与相应盖部7类似,即,梯形。因此,所述连接段48a、48b也可由纤维复合材料构成且包括编织段。但也可用辫织段或针织段来代替所述编织段。
对于每个轮辐3,可设有两个连接段48a、48b。因此,可将两个连接段48a、48b分配给每个轮辐3。车轮1固定的状态下,每个轮辐3、3a可通过两个连接段48a、48b与轮缘2固定连接(即,与外表面6a、6b连接)。每种情况下,所述两个连接段48a、48b均附接/粘合到外表面6、6a、6b。所述第一连接段48a粘合到第一外表面6a,所述第二连接部分48b粘合到第二外表面6b。因此,在粘合状态下,基本杯形的连接段48a、48b可固定到轮缘2,再形成车轮1的外侧/侧翼/车轮侧。
在径向方向上,所述连接段48a、48b的尺寸相同;以这种方式,在径向方向上具有相同的长度。所述连接段48a、48b沿径向方向从平面放置的外表面6a、6b向内延伸,范围为在轮缘2径向内侧上径向向内伸出的长度;具体而言,在轮缘基座21的区域中从轮缘2伸出。在此处形成轮辐3a的中心固定区域/连接区域(即,位于轮缘基座21的平面中)。将所述连接段48a、48b连接到轮辐3a,所述轮辐3a位于中心、再定向到轮缘2(即,基本位于轮缘基座21的中心)。所述轮辐3a沿径向方向在两个连接段48a、48b之间的成形(轴向)中间空间延伸。为了紧固轮辐3a,将两个连接段48a和48b以及轮辐3a沿径向方向彼此重叠/伸出。固定状态下,轮辐3a沿第一外表面6a的方向与第一连接段48a粘合,沿第二外表面的方向与第二连接段48b粘合。以这种方式,轮辐3a相对于车轮1呈固定状态,设于连接段48a、48b之间。
同样,如图14所示,附接轮辐3a,与轮缘底座/轮缘2径向向内间隔开。所述端部38与轮缘基座21/轮缘2之间总是具有径向间隙/距离。通过由间隙形成的空白空间,可设定轮辐3a相对于轮缘2的位置,尤其可补偿轮辐的不同长度。
此外,应指出,优选地,轮辐3a的端部38包含呈扇形纤维复合材料段30形状的固定区域5,但为了清楚起见,图14中未示出。此外,轮辐3a整体由纤维复合材料构成。另外,外表面6a、6b由纤维层13制成,从而以这种方式,通过连接段48a、48b,可实现轮缘2和轮辐3a之间的绝缘纤维复合粘合/纤维复合连接。
图15和16展示了本发明的另一个第二附加技术特征。具体而言,本文中说明了根据本第二附加技术特征的车轮1制造工艺。图15和16中,车轮1的结构对应于图1至13中第一示例性实施例的车轮1。但在其他的制造工艺实施例中,可制造根据图14的第二示例性实施例的车轮1。
根据第二附加技术特征的本发明制造工艺,首先(在步骤a)提供/制备车轮1的轮缘2。准备成形状态下,轮缘2包括如图15-16中所实施的芯体14以及围绕芯体14的纤维层13,且已完全固化。
接着,步骤b)中,将轮辐3粘合到轮缘2。相应轮辐3是复合杆49的一部分。所述复合杆49完全由纤维复合材料构成。具体而言,所述复合杆49可形成两个轮辐3。每种情况下,包括横梁区域17及固定区域5的轮辐3可由一段复合杆49形成,所述复合杆49可从其中间区域56延伸到端部38。具体而言,所述复合杆49从其中间区域56穿过、呈拱形,其中,所述中间区域56又连接到轮毂4。
步骤b)中,每个轮辐3与其扇形、压扁形固定区域5粘合,通过第一纽带50粘合到轮缘2的相应外表面6a/6b。
本示例性实施例中,复合杆49和轮辐3已在连接到轮缘2之前完全固化。但也可不将每个复合杆49完全固化,而是至少将预浸渍、保持湿润的复合杆49分段,再在轮辐3对准轮缘2之后,将所述复合杆49完全固化。
步骤b)中,同时将形成轮辐3的复合杆49相对于彼此设置,使其中间区域56仅形成一个中心连续开口52。如图15的前视图所示,所述开口52可作为在复合杆49/轮辐3中间区域56之间连续地沿车轮1纵向方向延伸的通孔,且所述开口52可与车轮1后面的旋转轴57同轴地对准。
具体而言,可通过长度基本均匀的复合杆49来实施相应轮辐3。通过形成两个轮辐3,每个复合杆49的长度可为,例如,60cm。具体而言,优选地,长度为50cm至70cm。
两个轮辐3在交叉区55中相互交叉,所述轮辐3或相应复合杆49可平面偏移(可选地)。例如,两个交叉轮辐3中的至少一个可延伸到与其交叉的轮辐3,从而两个轮辐3可在交叉区域55中沿轴向方向相对于彼此间隔。例如,通过相应复合条49/轮辐3的s形或z形延伸部,可在交叉区域55中实施平面偏移。
工艺步骤c)中,每个轮辐3的第一纽带50固化,从而可将轮辐3固定地连接到轮缘2。每个轮辐3可通过第一纽带50精确地固定到轮缘2的相应外表面6a、6b。
步骤c)之后,复合杆49/轮辐3可沿轴向方向以及车轮1的径向方向变形,下文将进行更详细的说明。
步骤d)中,将每个轮辐3固定到轮毂4。具体而言,为实现该固定,可使用第二纽带51。
固定之前(即,步骤d)之前、步骤c)之后),通过两个夹紧体53,轮辐3在轴向方向以及径向方向(旋转轴线57)的预加载下相对于彼此预加载/驱动分开。原则上,如图15所示,夹紧体53可用于每个轴向车轮侧59a、59b/车轮1侧,所述夹紧体可应用到形成相应车轮侧59a、59b的轮辐3。
如图16所示,夹紧体53可与形成第一(轴向)车轮侧59a(至少部分地)的第一轮辐组58a配合,而另一夹紧体53可与形成第二(轴向)车轮侧59b(至少部分地)的第二轮辐组58b配合。所述夹紧体53可各自构成(锥形)楔形体,也可构成板状。所述夹紧体53的锥形外表面的第一直径小于无负载状态下轮辐3开口52的最小径向距离。所述夹紧体53可沿其轴向方向,从直径为第一直径的外表面的位置锥形地加宽到直径为第二直径的外表面的另一位置。最终,在轮辐3无负载的状态下,所述第二直径明显大于开口52的最大径向距离。
通过第一轴向车轮侧59a区域中的开口52,第一夹紧体53可***穿过轮辐3/复合杆49,而在与第一轴向车轮侧59a相对的第二轴向车轮侧59b上,夹紧体53穿过设于此处的轮辐3/复合杆49。两个夹紧体53彼此推离,并沿轴向方向以及车轮1/旋转轴57的径向方向将轮辐3进行紧固。
如图16所示,对于每个车轮侧59a、59b,设有轴向止动件54形状的平面锁定装置54,可作为轮辐3沿轴向方向最大变形的限制器。若沿轴向方向将轮辐3最大可能性地驱动分开,则各轴向车轮侧59a、59b的轮辐3/夹紧体53可位于所述平面锁定装置54/止动件54处。若已位于止动件54处,则可进一步设定轮辐3相对于虚拟旋转轴57的径向距离。如此,已位于端部止动件54处后,每种情况下均可进一步沿径向方向向外或向内驱动单个轮辐3,并可将单个轮辐3彼此独立地驱动开。通过使用板作为夹紧体53,首先仅需轴向预加载所述轮辐3,接着,所述轮辐3到达预期的轴向位置后,将轮辐3移动到期望的径向位置。
实现了轮辐3/复合杆49的所需位置/对准,且相应轮辐3充分张紧后,步骤d)中,可施加形成轮毂4的轮毂安装区域(为了清楚起见,此处未示出),并将所述轮毂安装区域夹在两个轮辐组58a、58b之间。对于在轮辐组58a、58b区域之间的轴向中间空间中,形成相应车轮侧59a、59b的所述区域,以及在开口52区域中,优选为管状/套筒状间隔元件形状的轮毂安装区域,可进行夹紧。该工艺步骤d)中,最后通过第二纽带51,将每个轮辐3紧固/预固定到轮毂4/轮毂安装区域。另一步骤e)中,第二纽带51全部固化,从而使张紧的轮辐3完全固定在轮毂4上。以这种方式,轮毂4区域中,可精确地预加载每个轮辐3,最终在每个轮辐的适当预加载位置,通过第二纽带51将每个轮辐3永久地固定到轮毂4。以这种方式,可极有效地实现车轮1的制造工艺。
本文指出,无需使用平面锁定装置54(仅可选地),从而不使用所述平面锁定装置54,也可实施根据本发明的工艺。
另外还应指出,也可连续而非同时地制造两个车轮侧59a、59b(即,不同于图15和16中实施的方式)。这意味着可独立地制备两个轴向车轮侧59a、59b。例如,原则上,可在第一纽带和/或第二纽带完全固化的条件下,首先将形成第一车轮侧59a、59b的第一轮辐组58a固定到轮缘2以及轮毂安装区域/轮毂4,接着,仅需将形成第二车轮侧59a、59b的第二轮辐组58b相应地设置,固定到轮缘2和轮毂4。
附图标记列表
1 车轮
2 轮缘
3 轮辐
3a 第一轮辐
3b 第二轮辐
4 轮毂
5 固定区域
6 外表面
6a 第一外表面
6b 第二外表面
7 盖部
8 第一粘合表面
9 第二粘合表面
10 内表面
11 凹陷
12 凹部
13 纤维层
14 芯体
15 连接区域
16 通孔
17 横梁区域
18 附接区域
19 第一外轮廓
20 第二外轮廓
21 轮缘基座
22 芯体的第一侧翼
23 芯体的第二侧翼
24 轮缘床
25 轮缘床加固件
26 第一轮缘法兰
27 第二轮缘法兰
28 轮缘高度
29 轮缘宽度
30 纤维复合材料段
31 第一凹部区域
32 第二凹部区域
33a 第一凹陷基座
33b 第二凹陷基座
34 制动表面
35 第一加深区域
36 第二加深区域
37 外侧
38 端部
39 第三粘合表面
40 第四粘合表面
41 第五粘合表面
42 第六粘合表面
43 粘合剂层厚度
44 固定区域长度
45 第一加深区域长度
46 固定区域宽度
47 第一加深区域宽度
48a 第一连接段
48b 第二连接段
49 复合杆
50 第一纽带
51 第二纽带
52 开口
53 夹紧体
54 平面锁定装置
55 交叉区域
56 中间区域
57 旋转轴
58a 第一轮辐组
58b 第二轮辐组
59a 第一车轮侧
59b 第二车轮侧
Claims (11)
1.一种力量驱动车辆的车轮(1),具有至少部分由纤维复合材料构成的轮缘(2)以及多个轮辐(3),所述的轮辐(3)连接轮缘(2)与轮毂(4),每个轮辐(3)通过由纤维复合材料构成的固定区域(5)粘合到轮缘(2)外表面(6)的纤维复合材料部,又通过分配到相应轮辐(3)的盖部(7)覆盖在背离外表面的一侧,所述的盖部粘合到固定区域(5)以及外表面(6),其特征在于,固定区域(5)附接到外表面(6)的第一粘合表面(8)与盖部(7)附接到外表面(6)的第二粘合表面(9)的面积比例为0.1至0.4。
2.根据权利要求1所述的车轮(1),其特征在于,第一粘合表面(8)与第二粘合表面(9)的面积比例为0.2至0.25。
3.根据权利要求1或2所述的车轮(1),其特征在于,第一粘合表面(8)的面积为100mm2-300mm2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的车轮(1),其特征在于,第二粘合表面(9)的面积为400mm2-800mm2。
5.根据权利要求1所述的车轮(1),其特征在于,所述的盖部(7)由纤维增强复合材料构成。
6.根据权利要求1或2所述的车轮(1),其特征在于,盖部(7)呈圆盘形并形成内表面(10),该内表面的整体面积为600mm2-1000mm2。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的车轮(1),其特征在于,固定区域(5)的第一粘合表面(8)在平面上位于外表面(6)的凹陷(11)内。
8.根据权利要求7所述的车轮(1),其特征在于,盖部(7)的第二粘合表面(9)在平面上围绕凹陷(11)中的整个固定区域(5)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的车轮(1),其特征在于,第一粘合表面(8)和/或第二粘合表面(9)还通过纽带与外表面(6)连接,所述纽带的厚度为0.08mm至0.22mm。
10.一种自行车,具有权利要求1至9中任一项所述的车轮(1)。
11.制作权利要求1至9中任一项优选配置的车轮(1)的方法,其步骤如下:
a)提供轮缘(2);
b)通过第一纽带(50),将多个由纤维复合材料构成的轮辐(3)通过其固定区域(5)附接到轮缘(2),;
c)固化第一纽带(50),将轮辐(3)可固定地连接到轮缘(2);
d)通过第二纽带(51),将轮辐(3)附接到轮毂(4);
e)固化第二纽带(51),将轮辐(3)可固定地连接到轮毂(4)。
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