CN111247007B - 具有改进的安装结构的复合轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合轮(200)，包括轮毂(202)、轮辋(204)及将轮毂(202)连接至轮辋(204)的连接结构(206)。轮毂(202)具有正面表面(208)和背面表面(209)并且形成有一个或多个安装结构(216)，安装结构在使用中接纳紧固件以将轮毂(202)安装至交通工具安装表面。每个安装结构(216)包括：紧固区域(218)，其凹进到轮毂(202)正面表面(208)并且包括紧固件孔(212)，紧固件孔在紧固区域(218)与轮毂背面表面(209)之间限定通道。每个安装结构(216)还包括正面到紧固件帘布层(224)，其在轮毂正面区域与紧固区域(218)之间延伸，以在使用中在轮毂(202)正面区域与紧固区域(218)之间传递载荷。

Description

具有改进的安装结构的复合轮

交叉引用

本申请要求2017年8月18日提交的澳大利亚临时专利申请No.2017903336的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及复合轮，并且更具体地涉及对复合轮的轮毂上的安装结构进行的改进。本发明特别适用于车辆和/或飞机的复合碳纤维轮，并且在下文中与这种示例性应用有关地公开本发明将是方便的。然而，应领会的是，本发明不限于这种应用，并且可以用于多种替代应用的轮中。

背景技术

以下对本发明背景的讨论旨在促进对本发明的理解。然而，应当领会的是，该讨论并不是承认或认可所涉及的任何材料在本申请的优先权日已经出版、已知或者是公知常识的一部分。

期望复合轮的刚度提供能够在轮胎与车辆悬挂系统之间有效地传递载荷的机械高效的结构。在这方面，本申请的申请人以前已经制造出一件式复合轮，这在国际专利出版物WO2010/025495A1中进行了描述。与由多个单独的复合部件组装而成的复合轮相比，提供成型为单个部件的一件式复合轮实现了期望的刚度增加。

复合轮，诸如WO2010/025495A1中描述的轮，通常包括两个主要部分，即，轮辋部分和面部部分。轮辋部分包括被构造成接纳和安置轮胎的环形结构。面部部分包括用于将车轮固定至车辆的轮毂，以及连接轮毂和轮辋的连接结构，诸如一系列辐条或轮辐。中空辐条轮的面部部分具有一对相反两侧，它们包括从车辆朝外的面部部分(例如，正面层叠体)的正面(即，外侧)、以及朝向制动器和转子组件的面部部分(例如，背面层叠体)的背面(即，内侧)。横向、竖直和扭转载荷通过轮胎传递至车轮的轮辋部分，然后在连接结构和连接到车辆上的车轮的轮毂中产生弯曲和扭转应力。

车轮轮毂通常形成有用于将车轮连接至车辆的一个或多个安装结构。每个安装结构包括在轮毂的相反的正面侧与背面侧之间延伸的附接孔，以将车轮附接至制动器和转子组件上的车辆安装表面。在典型的安装布置中，车轮被安装到多个外螺纹车轮螺柱上，这些车轮螺柱从安装表面延伸并穿过轮毂中的附接孔。将内螺纹车轮螺母装配到车轮螺柱的端部，从而将轮毂夹持在螺母与安装表面之间并将车轮固定至车辆。在替代安装系统中，将外螺纹车轮螺栓穿过附接孔放置并与安装表面中的对应的螺栓孔接合。在任一种布置中，轮毂的位于每个车轮螺母(或螺栓头)下方的区域限定了紧固区域，相当大的扭转和弯曲载荷经由该紧固区域在车轮与车辆之间传递。

为了提高整体复合轮性能，期望进一步提高复合轮的轮毂中的紧固区域的强度和刚度。可以提高刚度的一种方式是增加车轮轮毂的厚度。然而，为了容纳标准长度的车轮螺柱，需要在轮毂的正面表面中设置沉孔，车轮螺母可以凹进到该沉孔中，以准许车轮螺母连接到车轮螺柱的端部。

由于在形成复合结构的多个复合层内发生脱层的风险会增加，因此在复合材料领域通常是不期望沉孔的。传统的沉孔，例如钻到金属车轮的轮毂中的沉孔，不适用于复合轮，因为凹进的螺母将仅对螺母下方的复合层进行夹持，而无法夹持沉孔延伸所穿过的层。这在被夹持的层(即，在螺母与安装表面之间的层)与未被夹持的层(沉孔延伸所穿过的层)之间产生了显著增加的脱层风险。

为此，通常避免在复合材料中使用沉孔。例如，以前的复合轮设计，诸如在WO2010/025495A1中描述且在图1中示出的车轮，包括凹进到车轮辐条的正面表面下方的车轮轮毂，从而形成了“凹形”轮廓。使车轮轮毂以该方式凹进提供了如下一种轮毂：其足够薄到容纳标准长度的凸耳螺栓，并且在轮毂内的所有复合层都可以被车轮螺母夹持。尽管如此，要求使用凹进且平坦的车轮轮毂在车轮美观方面限制了设计自由度，以及对车轮刚度的提高也有限制。

在美国专利出版物2014/0049096中公开了另一种现有的复合轮。该车轮由塑料材料构成，并且包括适配器，以便于借助紧固装置将车轮安装至车轮安装件上。车轮紧固装置贯穿适配器，使得在紧固装置的力通量中不存在车轮的塑料材料。为了允许在车轮安装件与适配器之间通过摩擦传递力，适配器由比车轮的塑料材料硬的材料形成，并且优选地由诸如钢或铸铁之类的金属材料形成。在德国专利出版物DE102015203900中公开了另一种以前的车轮。该出版物公开了两部件式紧固元件，以将具有塑料轮辋的车轮安装至车辆车轴。

上述每个出版物中所公开的构造都涉及提供分立的适配器或紧固元件，其通常由比塑料车轮坚固的材料(例如，金属)形成。提供分立且可移除的部件，特别是由金属材料形成的部件，就其增加车轮的复杂性、重量和成本而言，是不期望的。

鉴于上述情况，期望提供一种具有新的或改进的紧固区域的复合轮，该复合轮准许增加的轮毂厚度，同时维持与标准长度车轮凸耳的兼容性，并且还维持足够的抵抗复合层脱层的性能。

发明内容

根据本发明，提供一种复合轮，包括轮毂、轮辋以及将轮毂连接至轮辋的连接结构，轮毂具有正面表面和背面表面并且轮毂形成有一个或多个安装结构，该一个或多个安装结构用于在使用中接纳紧固件以将轮毂安装至交通工具的安装表面，每个安装结构包括：紧固区域，其凹进到轮毂的正面表面中并且包括紧固件孔，该紧固件孔在紧固区域与轮毂的背面表面之间限定通道；以及正面到紧固件帘布层，其一体地形成在复合轮中并且在轮毂的正面区域与紧固区域之间延伸，以在使用中在轮毂的正面区域与紧固区域之间传递载荷。

本发明有利地提供一种复合轮，该复合轮形成有凹进式紧固区域，从而准许增加的轮毂厚度，同时仍然容纳标准长度的轮凸耳。为了解决因凹进式或下沉式紧固区域引起的上述问题，复合轮有利地形成有正面到紧固件复合帘布层，该正面到紧固件复合帘布层被构造成在轮毂的紧固区域与正面表面之间传递载荷。

与现有的复合轮相反，诸如WO2010/025495A1中所描述的轮，其中轮毂是平坦的并且凹进到轮的正面表面中，本发明使得轮毂的正面表面能够与轮毂和/或连接结构的正面表面大致齐平并且仅使一个或多个紧固区域凹进。以该方式，轮毂的主要部分或大部分可以设置有增加的厚度，以提供提高的整体车轮刚度。此外，凹进式紧固区域的使用消除了对以凹进且平坦的轮毂为特征的复合轮的需要。因此，本发明促进了增加的设计自由度并支持了各种美学上改进的或替代性的车轮设计的发展。

本发明包括帘布层，例如，诸如成形预制件之类的复合材料的帘布层，该帘布层在结构上将凹进式紧固区域连接至轮毂的正面区域，以改善载荷分布。

正面到紧固件帘布层可以设置为复合轮纤维架构的一部分，并且布置为在复合轮的成型之前的铺层的一部分。正面到紧固件帘布层可以设置为成形预制件，以在铺层过程中维持期望的结构。在成型之后，正面到紧固件帘布层可以整体地形成在复合轮中，从而在载荷分布上提供了期望的改善，而无需使用分立的部件，诸如US2014/0049096中公开的适配器构件或者DE102015203900中公开的可移除的紧固元件。与这些以前的轮相比，本发明因此不依赖于大型中心适配器或紧固元件。实际上，这些现有的轮都没有包括布置成在紧固区域与轮毂的正面区域之间延伸以在其间传递载荷的分立帘布层。

正面到紧固件复合帘布层有利地将由轮紧固件提供的夹持力连接到轮的正面区域，从而显著地降低了在轮毂的正面区域和背面区域中在复合层之间发生脱层的可能性。本领域技术人员应领会的是，脱层是复合材料中的重要问题。在复合轮内具有弯曲区域(例如，弯曲层叠体)的结构将会在使用中经历全厚度应力(through-thickness stress)，该应力取决于载荷方向而为拉伸应力或压缩应力。全厚度应力可以合计而产生具有使层叠体的外部部分分离的趋势的力，并且层叠体的宽度相对于其厚度越大，趋向于使外部部分与内部部分分离的力越大。正面到紧固件帘布层有利地为试图使轮毂的外部部分(即，轮毂的正面表面)与轮毂的内部部分分离的力提供了替代载荷路径。分离力的一部分可以作为拉伸应力被直接传递至正面到紧固件帘布层，这将轮毂的紧固区域与正面表面之间的连接部部分地卸载。

正面到紧固件帘布层可以与形成轮毂的其它复合层的取向大致垂直地延伸。以该方式，正面到紧固件可以横穿轮毂中的多个复合层并将这些层连接至凹进的轮紧固件。本发明由此提供一种便于在轮毂的表面中使用凹进式紧固区域或下沉结构的替代且改进的复合材料架构。因此，本发明使得能够实现轮毂的正面表面与背面表面之间的厚度上的期望的增加、以及车轮刚度和结构效率上的有利的增加。

本发明可以提供一种复合轮，其具有凹进式或下沉式紧固孔以及用作将紧固孔连接至轮毂的正面区域的连接结构的正面到紧固件帘布层。正面到紧固件帘布层有利地将载荷传递至轮的正面表面或正面区域。复合材料的多个层因此可以经由正面到紧固件帘布层直接连接至紧固件，否则该复合材料的多个层与紧固件或螺栓接合区域间隔开。虽然尽管如此复合层叠体内的所有层还是经由固化的基体材料(通常为树脂)连接起来，但是应领会的是，与纤维材料相比，树脂的拉伸屈服应力明显较弱并且当超过树脂强度时会发生脱层。因此，与正面层和背面层仅通过树脂连接起来的层叠体相比，提供将紧固区域连接至轮的正面区域的复合纤维帘布层在强度上提供了显著的改善。

正面到紧固件帘布层可以以任何合适的构造形成，以将轮的紧固件/螺栓区域连接至轮毂的正面区域或正面表面。在本发明的特定形式中，正面到紧固件帘布层包括连接在紧固区域处的紧固部分、连接在轮毂正面区域处的正面部分以及在紧固部分与正面部分之间延伸的连接部分。在特定实施例中，正面部分从连接部分的正面端部延伸，并且紧固部分从连接部分的背面端部延伸。

在一些实施例中，正面部分、背面部分和连接部分可以由分立的结构组成。例如，正面部分可以包括连接在轮毂的正面表面处或附近的正面凸缘，例如从连接部分的正面端部延伸的凸缘。背面部分可以包括连接在紧固区域处的背面凸缘，例如从连接部分的背面端部延伸的凸缘。正面部分可以包括形成紧固件孔的一部分的紧固件开口。在该实施例中，放置到固化的复合轮的安装结构中的紧固件因此将延伸穿过正面到紧固件帘布层中的紧固件开口并穿过轮毂的紧固区域中的紧固件孔。本发明的这种形式可以有利地提供一种安装结构，在该安装结构中，正面到紧固件帘布层的紧固区域被紧固件(其为轮螺栓或轮螺母)夹持，并因此提供一种牢固连接，载荷可以通过该牢固连接经由正面到紧固件帘布层传递至轮毂的正面区域。紧固部分中的紧固件开口可以居中地位于紧固部分中。在替代实施例中，紧固件开口可以非居中或偏移地设置。

应领会的是，复合轮由纤维层的层叠体形成，这些纤维层首先被以特定的布置或架构进行堆叠或铺层，然后注入树脂并固化，以形成一体化复合结构。在将复合轮和正面到紧固件帘布层的层叠体结构以期望的架构铺层之后，优选地用允许凝固/固化的基体材料注入和/或浸渍复合部件的纤维。在一些实施例中，基体材料包括树脂。在该实施例中，优选地用树脂注入和/或浸渍复合轮的纤维，然后固化。可以使用任何合适的树脂。树脂优选地基于不饱和聚酯、聚氨酯、聚乙烯酯、环氧树脂、热塑性塑料、类似的化合物或它们的组合。在优选实施例中，树脂是基于环氧树脂的。在其它实施例中，基体材料包括金属或复合金属材料，例如，诸如在铝基体内的碳纤维之类的金属基体复合材料。在根据本发明的复合轮的制造中可以使用各种树脂输送系统。在一些实施例中，树脂的至少一部分由树脂灌注和/或树脂传递成型和/或真空辅助树脂传递成型来提供。

正面到紧固件帘布层在复合层叠体内的位置可以是变化的，同时仍然实现本发明的优点。在特定实施例中，正面到紧固件帘布层的正面部分被连接至轮毂的正面表面。也就是，正面部分可以定位在轮毂中的复合材料的最外层处，并且正面部分本身可以限定正面表面的一部分。作为替代方案，正面部分可以在轮毂的正面表面的下方连接到正面区域。例如，正面部分可以内嵌在正面表面的下方，不过尽管如此也连接至正面区域并且能够将载荷传递到正面区域。应领会的是，轮毂的正面区域包括复合材料的正面层、以及在正面层下方的一层或多层复合材料。在本发明的一些实施例中，可能期望将正面到紧固件帘布层的正面部分连接在正面表面处。在替代实施例中，可以在不将正面部分定位于轮的最正面层的情况下实现正面层与背面层之间的足够的抗脱层性能，在这种情况下，正面部分可以位于正面表面的下方并且正面部分不必一定位于正面表面处。

正面到紧固件复合帘布层可以在复合轮的制造期间并且特别是在成型之前的各种纤维层的铺层期间被整合到复合结构中。应领会的是，在成型之后，借助固化的基体材料(通常为树脂)将复合材料的每个层连接至相邻层，从而将复合材料的各层粘合到一起。因此，本文中对于将正面到紧固件帘布层“连接”至复合轮的其它层或部分的提及应被领会成对帘布层的位置的提及。例如，在正面到紧固件帘布层的正面部分定位在轮毂的正面表面处的本发明的实施例中，在使正面部分固化之后，借助于将相邻层连接起来的固化的树脂，该正面部分将被“连接”成与构成轮毂的正面表面的层相邻或抵接。以该方式，正面到紧固件帘布层将用于将力传递至正面表面和从正面表面传递力。在正面部分在正面表面的下方内嵌在复合铺层内的本发明的实施例中，正面部分将借助固化的树脂被连接至相邻层。

根据本发明的特定实施例，正面到紧固件帘布层的连接部分大致为管状。本发明的这种形式提供了能够插入到轮毂的正面表面中的环形凹部内的坚固且高强度的结构。在一些实施例中，正面部分从管状连接部分的正面端部向外呈喇叭形张开，例如，正面部分可以包括向外呈喇叭形张开的正面凸缘。根据本发明的这种形式，正面凸缘可以在制造过程中方便地位于复合层的铺层内的期望位置处。如上所述，正面凸缘可以位于轮毂的最正面表面处，并因此限定了正面表面的一部分。作为替代方案，正面凸缘可以在正面表面的下方内嵌在正面区域中。

在替代实施例中，正面到紧固件帘布层的正面部分不包括向外呈喇叭形张开的正面凸缘，而是可以由连接部分的正面端部限定，例如，限定了连接部分的管状结构的正面端部。在本发明的该实施例中，轮毂的正面区域可以通过例如使轮毂的正面区域中的一个或多个层与管状连接部分的正面端部叠置而连接至正面到紧固件帘布层。以该方式，管状连接部分的正面端部(即，正面部分)可以在未使用向外呈喇叭形张开的凸缘的情况下连接至轮毂的正面区域。

紧固部分可以从管状连接部分的背面端部向内呈喇叭形张开，例如，紧固部分可以包括向内呈喇叭形张开的凸缘。如上所述，紧固部分可以包括居中定位的紧固件开口，因此向内呈喇叭形张开的凸缘可以包括构成凹进式紧固区域中的紧固件孔的一部分的居中定位的开口。管状连接部分可以设置成各种横截面，例如，连接部分可以大致为圆筒形的圆形横截面。作为替代方案，管状横截面可以设置有非圆形的横截面，例如，正方形、泪滴形、八边形或任何其它横截面轮廓。在一些实施例中，连接部分可以朝向一端渐缩以限定锥形形状。在特定实施例中，连接部分限定了朝向其背面端部渐缩的锥形管。

在本发明的一些形式中，复合轮将包括居中位于轮毂中的单个安装结构。当本发明用于赛车的车轮(其通常用单个紧固件连接至车辆安装表面)时，本发明的这种形式可能是特别期望的。在替代实施例中，根据本发明的复合轮可以包括多个安装结构，每个安装结构都包括凹进式紧固区域以及相关联的正面到紧固件帘布层。本发明的这种形式适合于用作使用围绕轮毂的周边等距间隔开的多个紧固件连接至车辆安装表面的常规轮。

正面到紧固件帘布层可以包括在紧固部分与正面部分之间连续延伸的多根纤维。也就是，帘布层可以由延伸经过连接部分的整个长度的连续纤维形成。本发明的这种形式的优点在于，正面到紧固件帘布层将具有最大强度和最佳载荷分布。正面到紧固件帘布层可以由与复合轮的其余部分相同的纤维材料形成，以提供理想的粘附性。在替代实施例中，可能期望正面到紧固件帘布层包括特性与轮毂的其余部分中的复合层的特性不同的替代纤维材料。

正面到紧固件帘布层的纤维布置可以以多种布置来提供。帘布层可以包括编织的复合层叠体，例如，具有+/45°纤维排列的编织的层叠体。作为替代方案，帘布层可以包括双轴编织物、三轴编织物或者织造或缝合的织物。正面到紧固件帘布层可以包括单向纤维或多向纤维。帘布层可以包括一层或多层多向纤维，例如，缝合的非卷曲织物。帘布层可以由纤维贴片植入预制件或非织造各向同性或各向异性纤维层或再生碳非织造纤维构成。纤维也可以以双轴或随机排列取向或以两种或更多种上述排列或纤维类型的组合取向。

在本发明中可以使用各种各样的纤维，包括但不限于选自以下各项构成的组的纤维：碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、合成纤维(诸如丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或PBO纤维等)、生物纤维(诸如大麻、黄麻、纤维素纤维等)、矿物纤维(例如岩棉等)、金属纤维(例如钢、铝、黄铜、红铜等)、硼纤维或这些纤维的任何组合。在优选实施例中，正面到紧固件帘布层包括碳纤维。

正面到紧固件帘布层的紧固部分可以限定螺栓接合表面，该螺栓接合表面在使用中被诸如轮螺母或螺栓头之类的紧固件夹持。在替代实施例中，垫圈可以定位在紧固件与正面到紧固件帘布层的紧固部分之间。本申请的申请人已经制造出一种专用复合轮附接布置，在国际专利出版物WO2013/000009中对其进行了描述。该布置包括长形垫圈，该长形垫圈设计成将夹持压力分布在较大表面上，从而降低由于夹持压力而损坏复合表面的可能性。因此，根据本发明的复合轮可以包括长形垫圈，该长形垫圈坐落于紧固部分上并且穿过紧固件开口和紧固件孔朝向轮毂的背面表面延伸。

正面到紧固件帘布层可以设置为铺衬在轮毂的正面表面中的凹部内侧的单片复合材料，使得每个安装结构都设置有单个正面到紧固件帘布层。在替代实施例中，正面到紧固件帘布层可以包括复合材料“条”，并且每个安装结构的凹部将铺衬有两个或更多个正面到紧固件帘布层，每个都包括将紧固区域连接至车辆轮毂的正面区域的复合材料条。

根据本发明的第二方面，提供一种预制复合插入件，用于复合轮的轮毂的形成，以将轮毂的正面区域连接至凹进到轮毂的正面区域下方的紧固区域，该插入件在使用中一体地形成在复合轮中并且该插入件包括：正面部分，其用于连接至轮毂的正面区域；背面部分，其用于连接至轮毂的紧固区域；以及连接部分，其在正面部分与背面部分之间延伸，并且连接正面部分与背面部分。

本发明的第二方面的预制复合插入件通常可以包括关于本发明的第一方面在上面描述的正面到紧固件帘布层的特征、材料和布置。预制复合插入件可以包括具有紧固件孔的背面部分，并且连接部分可以为大致管状并且可以包括圆形横截面。作为替代方案，管状横截面可以具有非圆形横截面，例如泪状或椭圆形横截面。正面部分可以包括从管状部分的正面端部向外呈喇叭形张开的正面凸缘。背面部分可以包括从管状部分的背面端部向内呈喇叭形张开的背面凸缘。

与诸如美国专利出版物2014/0049096和德国专利出版物DE102015203900中公开的那些以前的轮相比，根据本发明该方面的预制复合插入件由复合材料形成并且适于在成型过程中与复合轮一体形成。从而与包括大、重且造价高的适配器/紧固元件的那些先前系统相比，本发明得以简化和减轻。

应领会的是，提供正面和背面凸缘提供了一种方便的装置，通过该装置将插入件的正面端部和背面端部与复合轮的相应正面区域和紧固区域连接起来。然而，在本发明的特定形式中，插入件不必一定包括正面凸缘和背面凸缘。在一些实施例中，插入件的正面部分可以由限定连接部分的管状结构的正面端部来限定。在这些实施例中，管状结构的正面端部可以简单地与轮毂的正面部分中的复合层叠置或以其它方式嵌入，因此插入件不必一定包括正面凸缘。

预制复合插入件可以由任何复合材料以任何纤维布置形成。在本发明的特定形式中，插入件由碳纤维形成。在本发明的替代形式中，插入件由玻璃纤维形成。应领会的是，多种复合材料是可能的，包括碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、合成纤维(诸如丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或PBO纤维等)、生物纤维(诸如大麻、黄麻、纤维素纤维等)、矿物纤维(例如岩棉等)、金属纤维(例如钢、铝、黄铜、红铜等)、硼纤维或这些纤维的任何组合。

根据特定实施例，插入件由延伸经过正面部分、背面部分和连接部分中的每一个的多根连续纤维形成。连续纤维可以是编织的，并且在本发明的特定形式中，编织纤维是双轴编织纤维。插入件可以是织造的或者包括定制纤维植入帘布层或预制件、单向或多向纤维或者可以包含纤维贴片植入预制件。插入件也可以包括非织造各向同性或各向异性纤维层和再生非织造碳纤维。插入件可以以任何合适的形式提供，包括预浸料、半浸料、织造或非织造织物、垫子、预制件、预固结预制件、独立或成组的纤维、丝束、丝束预浸料等。

本发明的第一和第二方面使得由轮紧固件(即，轮螺母或轮螺栓)施加的夹持力的分布能够得以改善。特别地，正面到紧固件帘布层或预制复合插入件用于使夹持力延伸到轮的正面，以降低由凹进式紧固区域引起的脱层的可能性。因此，本发明使得复合轮能够具有高刚度的轮毂，同时仍然容纳标准长度的轮凸耳并且同时维持足够的抗脱层性能。

附图说明

现在将参考示出了本发明特定优选实施例的附图的各图来描述本发明，其中：

图1示出了本申请的申请人先前制造的现有技术的复合轮的实例。

图2示出了图1所示的复合轮中的紧固区域的截面图。

图3示出了根据本发明第一实施例的形成有正面到紧固件帘布层的复合轮的局部截面图。

图4示出了图3中所示的正面到紧固件帘布层的透视图。

图5示出了根据本发明的实施例的复合轮。

图6示出了根据本发明第二实施例的形成有正面到紧固件帘布层的复合轮的局部截面图。

图7示出了根据本发明第三实施例的形成有正面到紧固件帘布层的复合轮的局部截面图。

图8示出了根据本发明第四实施例的形成有正面到紧固件帘布层的复合轮的局部截面图。

具体实施方式

参见图1，示出了现有技术的复合轮100的透视图，该复合轮100具有轮毂102、轮辋104以及包括将轮毂102连接至轮辋104的多个辐条106的连接结构。轮毂102包括轮毂正面表面108，该轮毂正面表面108凹进到辐条106的正面表面下方。

本申请的申请人以前已经制造了一种专用复合轮附接构造，在国际专利出版物WO2013/000009中对其进行了描述。该构造包括长形垫圈，该长形垫圈被设计用于将夹持压力分布在较大的表面上，从而降低了由于夹持压力而损坏复合表面的可能性。图1中的轮毂102设置有五个长形垫圈110，在本申请的申请人以前的国际专利出版物WO2013/000009中对其进行了描述。

每个长形垫圈110位于在正面轮毂表面108与背面轮毂表面109之间延伸的相应附接开口112内，如图2中最佳所示。当安装到交通工具安装表面上时，将开口112安装到从交通工具制动器/转子组件向外延伸的相应轮凸耳上。然后，给每个轮凸耳的末端部装配轮螺母，轮螺母被拧紧并向下夹持在长形垫圈110的正面边缘114上。在制造过程中，使垫圈110的背面端部呈喇叭形张开。

如图2中的截面透视图所示，形成轮毂102的复合层叠体形成为使得正面和背面轮毂表面108、109之间的距离D₁相对小。从而，当安装到交通工具上时，夹持力被施加到轮毂的所有层，包括轮毂正面表面108。在这方面，凹进式轮毂102提供了“肥皂盘”轮廓，其中轮毂102足够薄以容纳标准长度的凸耳螺栓，并且轮毂内的所有层都可以被轮螺母夹持。

转到图3，示出了根据本发明的复合轮200的局部截面图。与现有技术的复合轮100类似，复合轮200包括轮毂202、轮辋204以及包括将轮毂202连接至轮辋204的多个辐条206的连接结构。然而，与现有技术的复合轮100相比，根据本发明的复合轮200形成有新的安装结构216，该安装结构216包括凹进到轮毂202的正面表面208中的紧固区域。该紧固区域包括紧固表面219和紧固件孔212，该紧固件孔212在紧固表面219与轮毂的背面表面209之间限定了通道。图3示出了单个安装结构216，尽管复合轮200包括围绕轮毂202等距地间隔开的多个安装结构216。

长形垫圈210坐落于紧固表面219上并且延伸穿过由紧固件孔212限定的通道。在制造工艺完成之前，利用张开工具使长形垫圈210的背面端部211向外呈喇叭形张开并与背面轮毂表面209接合。就使用中上侧边缘214由装配到延伸穿过紧固件孔212的轮螺柱的端部上的车轮螺母夹持而言，长形垫圈210以与长形垫圈110类似的方式起作用。在替代安装布置中，可以将安装螺栓以螺栓的头部从轮200的正面侧放置到紧固件孔212中，因此在长形垫圈110的正面边缘214上提供了夹持力。

长形垫圈210包括坐落于紧固表面219上的头部部分220和延伸穿过由紧固件孔212限定的通道的尾部部分222。如图2所示，头部部分220的背面侧接触紧固表面219，从而当长形垫圈210被合适的轮螺栓或轮螺母夹持时，夹持载荷施加到紧固表面218上。应注意的是，长形垫圈210的长度与图2所示的长形垫圈110的长度近似相同。在这方面，凹进式紧固表面219足够靠近背面表面209，以便准许使用标准轮凸耳。如前所述，期望增加距离D₁以提高整体轮毂刚度。提供凹进到正面轮毂表面208中的紧固区域218使得正面轮毂表面208与背面轮毂表面209之间的距离D₂能够显著地大于图2中所示的现有技术构造中的距离D₁。

复合轮200的安装结构216进一步包括正面到紧固件帘布层(front-to-fastenerply)224，该正面到紧固件帘布层224连接在紧固区域218与轮毂正面表面208之间并且在使用中在二者之间传递载荷。正面到紧固件帘布层224包括紧固部分、正面部分以及连接紧固部分和正面部分的管状连接部分226。紧固部分包括从连接部分226的背面端部沿径向向内延伸的背面凸缘228。正面部分包括从连接部分226的正面端部沿径向向外延伸的正面凸缘230。在本发明的一些实施例中，正面凸缘230可以相对于管状连接部分226的轴线大致垂直取向地沿径向向外延伸。作为替代方案，正面凸缘可以以小于90°的角度沿径向向外延伸。正面凸缘230与管状连接部分226之间的角度可以是变化的。如图3所示，左手侧的正面凸缘230与管状连接部分大致垂直地延伸，而右手侧的正面凸缘230相对于管状连接部分226以近似45°的角度沿径向向外延伸。

正面凸缘230位于轮毂202的正面并且在复合部件固化之后形成正面表面208的一部分。由此，正面凸缘230在复合轮200的正面区域被连接至周围的复合层。背面凸缘228位于安装结构216的紧固区域218内并且限定了使长形垫圈210的头部220坐落于其上的螺栓接合表面219。在背面凸缘228中居中地设有紧固件开口232。紧固件开口232形成长形垫圈210的尾部部分222延伸所穿过的紧固件孔212的一部分。

背面凸缘228坐落于当轮螺母装配到轮凸耳上时所形成的螺栓接合部的下方。在使用中，夹持载荷在背面凸缘228上施加至紧固表面219，并且经由连接部分226传递至正面凸缘230，该正面凸缘230连接在轮毂202的正面表面208并连接至复合轮200的正面。以这种方式，轮的螺栓接合部或紧固区域可以凹进以准许较大的轮毂厚度D₂，同时将轮的正面侧连接至紧固区域以维持轮毂202的正面和背面复合层之间的足够的抗脱层性能。

仍然参见图3，正面到紧固件帘布层224包括布置在安装结构216的外部侧上(即，朝向轮辋204布置)的外部侧236、以及布置在安装结构216的内部侧上(即，朝向轮毂202的中心)的相反的内部侧234。如图3所示，紧固表面219与正面表面208之间的距离在安装结构216的外部侧236处稍大。正面到紧固件帘布层224被成形为与安装结构216的轮廓相对应。因此，与连接部分226的内部侧相比，连接部分226在外部侧236处稍长。

图4提供了在制造复合轮时铺层之前的正面到紧固件帘布层224的透视图。正面到紧固件帘布层224包括预制复合插入件，该预制复合插入件包括正面凸缘230、背面凸缘228以及连接正面凸缘230和背面凸缘228的泪状连接部分226。在背面凸缘228中示出了紧固件开口232的一部分。图4中所示的正面到紧固件帘布层224可以由+/-45°双轴编织纤维取向形成。正面到紧固件帘布层224由延伸经过背面凸缘232、连接部分226和正面凸缘230的连续纤维构成。也就是，帘布层224的三个部分中的每一个通过连续纤维连接而没有接头，以便在使用中提供最佳的载荷传递能力。

仍然参见图4，正面到紧固件帘布层224包括外部侧235和相反的内部侧234。凸缘230被成形为与复合轮200中的包围安装结构的轮毂正面表面一致。如图4所示，正面凸缘230为大致三角形。凸缘230的外部侧236比凸缘230的内部侧234长。凸缘230的内部侧进一步包括切口部238，以容纳轮200的中心孔240(在图5中最佳地示出)。

图5提供了在图3中部分示出的复合轮200的较广的透视图。复合轮200包括将中心轮毂202连接至环形轮辋204的多个辐条206。轮毂202包括围绕中心孔240沿周向布置的五个安装结构216。如图5所示，垫圈210下沉到轮毂202的正面表面的下方。与图1所示的轮毂102相比，本发明的轮毂202不包括“肥皂盒”轮廓。轮毂202的正面表面没有凹进到辐条的正面表面的下方。而是，轮毂的外部边缘与外部边缘辐条206大致齐平。这样，轮毂202具有比现有技术的轮毂102大的厚度，以提供提高的刚度和机械性能。这些提高能够通过提供具有下沉紧固区域的安装结构216来实现，该下沉紧固区域进而能够通过图3和图4所示的正面到紧固件帘布层224来实现。

转到图6，本发明的第二实施例包括从图3所示的第一实施例的正面到紧固件帘布层224修改的正面到紧固件帘布层324。第二实施例的正面到紧固件帘布层324大致等同于第一实施例的正面到紧固件帘布层，除了在帘布层324的外部侧336上省略了正面凸缘之外。帘布层324的正面部分连接至轮300的正面区域。帘布层324的正面部分在内部侧334上包括正面凸缘330，并且在外部侧336上包括连接部分326的正面端部331。在外部侧，连接部分326的正面端部331被连接在轮毂的正面表面处，而没有使用第一实施例中存在的向外呈喇叭形张开的凸缘。

在示出本发明第三实施例的图7中提供了正面到紧固件帘布层的正面部分的另一种变型。特别地，图7示出了复合轮400，其包括不存在向外呈喇叭形张开的凸缘的正面到紧固件帘布层424。帘布层424的正面部分由连接部分426的正面端部431构成。正面端部421将背面凸缘428连接到轮毂402的正面表面，而没有使用任何向外呈喇叭形张开的凸缘。

转到图8，示出了本发明的第四实施例，其中，正面到紧固件帘布层524的正面部分由正面凸缘530构成，该正面部分530沿周向延伸并且从连接部分526向外呈喇叭形张开，类似于第一实施例。然而，与第一实施例相比，正面凸缘530在轮500的正面表面处内嵌在外侧复合层542的下方。这样，正面凸缘530被连接至轮502的正面区域，但不像前面的实施例中所示的方式那样连接在轮502的正面表面处。

本领域技术人员将领会的是，本文描述的发明除了具体描述的那些实施例之外，还可以进行变化和修改。应理解的是，本发明包括落入本发明的精神和范围内的所有这样的变化和修改。

在本说明书(包括权利要求书)中使用术语“包括”、“包含”、“包括有”或“包括了”时，它们应被解释为规定了所述特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、部件或其组合的存在。

Claims (35)

1.一种复合轮，包括轮毂、轮辋以及将所述轮毂连接至所述轮辋的连接结构，所述轮毂具有正面表面和背面表面并且所述轮毂形成有一个或多个安装结构，所述一个或多个安装结构用于在使用中接纳紧固件以将所述轮毂安装至交通工具的安装表面，每个安装结构包括：

·紧固区域，其凹进到所述轮毂的所述正面表面中并且包括紧固件孔，所述紧固件孔在所述紧固区域与所述轮毂的所述背面表面之间限定通道；以及

·正面到紧固件帘布层，其一体地形成在所述复合轮中并且在所述轮毂的正面区域与所述紧固区域之间延伸，所述正面到紧固件帘布层被构造成在所述轮毂的所述正面区域与所述紧固区域之间传递载荷，所述正面到紧固件帘布层包括纤维材料。

2.根据权利要求1所述的复合轮，所述正面到紧固件帘布层包括连接在所述紧固区域处的紧固部分、连接在所述轮毂的所述正面区域处的正面部分、以及在所述紧固部分与所述正面部分之间延伸的连接部分。

3.根据权利要求2所述的复合轮，其中，所述正面部分从所述连接部分的正面端部延伸，并且所述紧固部分从所述连接部分的背面端部延伸。

4.根据权利要求2所述的复合轮，其中，所述正面部分包括连接在所述正面表面处或附近的正面凸缘。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，其中，所述紧固部分包括连接在所述紧固区域处的背面凸缘。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，其中，所述正面部分连接至所述轮毂的所述正面表面。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，其中，所述正面部分在所述轮毂的所述正面表面的下方连接至所述正面区域。

8.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，所述紧固部分包括形成所述紧固件孔的一部分的紧固件开口。

9.根据权利要求8所述的复合轮，所述紧固件开口居中地位于所述紧固部分中。

10.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，其中，所述连接部分为管状。

11.根据权利要求10所述的复合轮，所述正面部分从管状的所述连接部分的正面端部向外呈喇叭形张开。

12.根据权利要求10所述的复合轮，所述紧固部分从管状的所述连接部分的背面端部向内呈喇叭形张开。

13.根据权利要求2所述的复合轮，其中，所述正面部分和所述连接部分由单个管状的帘布层构成。

14.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，包括多个所述安装结构。

15.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，所述正面到紧固件帘布层包括在所述紧固部分与所述正面部分之间连续延伸的多根纤维。

16.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，所述正面到紧固件帘布层是编织的复合层叠体。

17.根据权利要求16所述的复合轮，其中，所述复合层叠体具有编织的+/-45°纤维排列。

18.根据权利要求2至4中任一项所述的复合轮，进一步包括长形垫圈，所述长形垫圈坐落于所述紧固区域中并且延伸穿过所述紧固件孔。

19.根据权利要求18所述的复合轮，其中，所述复合轮包括层叠体，所述层叠体包括用固化的树脂浸渍的多个纤维层，以形成一体化复合结构，并且预制复合插入件限定正面到紧固件帘布层，所述正面到紧固件帘布层包括所述多个纤维层中的一个纤维层，所述多个纤维层中的一个纤维层借助所述固化的树脂连接至所述多个纤维层中的一个或多个相邻纤维层。

20.根据权利要求1所述的复合轮，其中，所述复合轮包括层叠体，所述层叠体包括用固化的树脂浸渍的多个纤维层，以形成一体化复合结构，并且所述正面到紧固件帘布层包括所述多个纤维层中的一个纤维层，所述多个纤维层中的一个纤维层借助所述固化的树脂连接至所述多个纤维层中的一个或多个相邻纤维层。

21.根据权利要求1所述的复合轮，其中，所述正面到紧固件帘布层中的所述纤维材料包括与所述复合轮的其余部分中的纤维材料相同的纤维材料。

22.根据权利要求1所述的复合轮，其中，所述正面到紧固件帘布层中的所述纤维材料包括与所述复合轮的其余部分中的纤维材料具有不同特性的不同纤维材料。

23.一种预制复合插入件，其被构造成一体地形成在复合轮的轮毂中，以将所述轮毂的正面区域连接至凹进到所述轮毂的所述正面区域下方的紧固区域，所述预制复合插入件包括纤维材料并且所述预制复合插入件包括：

·正面部分，其用于连接至所述轮毂的所述正面区域；

·背面部分，其用于连接至所述轮毂的所述紧固区域；

·连接部分，其在所述正面部分与所述背面部分之间延伸，并且连接所述正面部分与所述背面部分。

24.根据权利要求23所述的预制复合插入件，所述背面部分包括紧固件孔。

25.根据权利要求23所述的预制复合插入件，所述连接部分为管状。

26.根据权利要求25所述的预制复合插入件，所述正面部分包括从管状的所述连接部分的正面端部向外呈喇叭形张开的正面凸缘。

27.根据权利要求25或26所述的预制复合插入件，所述背面部分包括从管状的所述连接部分的背面端部向内呈喇叭形张开的背面凸缘。

28.根据权利要求25或26所述的预制复合插入件，管状的所述连接部分具有圆形横截面。

29.根据权利要求25或26所述的预制复合插入件，管状的所述连接部分具有非圆形横截面。

30.根据权利要求29所述的预制复合插入件，所述连接部分具有泪状或椭圆形的横截面。

31.根据权利要求23至26中任一项所述的预制复合插入件，其中，所述预制复合插入件由延伸经过所述正面部分、所述背面部分和所述连接部分中的每一个的多根连续纤维形成。

32.根据权利要求23至26中任一项所述的预制复合插入件，其中，所述预制复合插入件由编织的纤维形成。

33.根据权利要求32所述的预制复合插入件，其中，所述编织的纤维是三轴编织纤维。

34.根据权利要求32所述的预制复合插入件，其中，所述编织的纤维是双轴编织纤维。

35.根据权利要求23所述的预制复合插入件，其中，所述预制复合插入件被构造成作为正面到紧固件帘布层插入，所述正面到紧固件帘布层包括多个纤维层中的一个纤维层，所述多个纤维层中的一个纤维层连接至层叠体中的一个或多个相邻纤维层，所述层叠体包括用固化的树脂浸渍的多个纤维层，所述多个纤维层形成一体化复合结构，所述一体化复合结构限定所述复合轮的轮毂。