本發(fā)明涉及熱屏蔽結(jié)構(gòu)，特別涉及可用于輪的熱屏蔽結(jié)構(gòu)，該熱屏蔽結(jié)構(gòu)特別用于由適用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的碳纖維增強(qiáng)塑料制成的輪，并且涉及包括這種熱屏蔽結(jié)構(gòu)的輪。

背景技術(shù)：

當(dāng)制動(dòng)時(shí)，車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生高溫。在盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)中，特別是在廣泛用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的碳陶瓷制動(dòng)器中，可能會(huì)發(fā)生高達(dá)1000℃的操作溫度。在駕駛時(shí)，這樣高的溫度并不是危急的，因?yàn)橹苿?dòng)系統(tǒng)和相鄰輪兩者均被圍繞車(chē)輛、分別圍繞并通過(guò)輪和制動(dòng)系統(tǒng)流動(dòng)的空氣有效地冷卻。

然而，如果車(chē)輛從高速制動(dòng)并在之后立即停放，則這種主動(dòng)空氣冷卻是缺失的。因此，在制動(dòng)后最多30分鐘內(nèi)，可能會(huì)發(fā)生從熱的制動(dòng)系統(tǒng)到輪的顯著熱傳遞。因?yàn)橹苿?dòng)系統(tǒng)通常不會(huì)與相鄰輪直接物理接觸，所以這種傳遞主要通過(guò)輻射和對(duì)流進(jìn)行，而傳導(dǎo)幾乎可忽略。對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器，輪與制動(dòng)卡鉗以及制動(dòng)盤(pán)之間的距離通常非常小，因此在該區(qū)域中通過(guò)輻射和對(duì)流的熱傳遞可能非常高。而對(duì)于由金屬制成的常規(guī)輪，這樣的熱傳遞不足以引起對(duì)輪的熱損傷，對(duì)于由諸如纖維增強(qiáng)塑料的其它材料制成的輪可能變得至關(guān)重要。

1982年7月3日提交的de3224929以美國(guó)motorwheel公司的名義，并描述了由纖維增強(qiáng)樹(shù)脂材料制成的車(chē)輪。在內(nèi)側(cè)盤(pán)面處設(shè)置有熱障板，使得在使用中防止了從車(chē)輛輪轂向樹(shù)脂盤(pán)的熱傳遞，以防止樹(shù)脂盤(pán)材料在輪安裝螺栓孔的區(qū)域中的蠕變。

1994年12月19日提交的us5538114以jayd.white和ralphw.larson的名義，并展示了一種絕熱輪安裝系統(tǒng)，用于減少傳統(tǒng)輪中使用的鼓式制動(dòng)系統(tǒng)的熱傳遞。根據(jù)該專(zhuān)利，在輪的輪轂區(qū)域處形成有絕熱環(huán)，其被設(shè)置成夾緊在與柱形主鼓附接的鼓延伸部上。在另選實(shí)施方式中，鼓延伸部涂覆有絕熱材料，使得絕熱材料層設(shè)置在輪轂區(qū)域和鼓延伸部之間。

2010年1月22日提交的us2010194179以古德里奇公司的名義，并展示了一種包括屏蔽部分和散熱部分的熱管理復(fù)合熱屏蔽件。屏蔽部分可以包括熱側(cè)蒙皮、傳導(dǎo)層、絕熱層和冷卻側(cè)蒙皮。散熱部分可以包括翅片陣列。由屏蔽部分吸收的熱量被部分地或完全地傳導(dǎo)到散熱部分，以傳遞到周?chē)h(huán)境。根據(jù)公開(kāi)的應(yīng)用，熱管理系統(tǒng)可以例如用于飛行器和汽車(chē)輪。

2009年4月21日提交的wo2009130229以zircotec有限公司的名義，并且公開(kāi)了將鋯酸鎂層施加在碳纖維增強(qiáng)塑料材料上以便獲得良好的耐磨性和其它機(jī)械損傷耐受性。該公報(bào)還提到，這樣的層還耐腐蝕和化學(xué)侵蝕并且具有良好的耐熱性，形成保護(hù)碳纖維增強(qiáng)塑料材料的熱障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了獲得具有低總質(zhì)量和低慣性矩的輪，包括例如碳纖維或玻璃纖維的纖維增強(qiáng)塑料可以用于輪輞和輪中心。在本發(fā)明的上下文中，“輪中心”應(yīng)被理解為包括任何類(lèi)型的輪中心，諸如輪輻結(jié)構(gòu)，分別是輪輻條(spider)或輪盤(pán)。根據(jù)另一種方法，只有輪輞可以由纖維增強(qiáng)塑料制成，而輪中心由金屬制成，反之亦然。這種類(lèi)型的輪也可以被稱(chēng)為“混合輪”。

從結(jié)構(gòu)機(jī)械觀點(diǎn)來(lái)看，碳纖維增強(qiáng)塑料提供了獲得輕質(zhì)輪的巨大潛力，因此被廣泛使用，不幸的是，碳纖維增強(qiáng)塑料僅具有非常有限的耐熱性，同時(shí)具有相對(duì)較高的導(dǎo)熱性。特別地，與碳纖維增強(qiáng)塑料組合使用的許多基體的特征在于耐熱性相當(dāng)有限。這使得包括纖維增強(qiáng)塑料的輪容易受到車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)引起的熱損傷。因此，需要對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出的熱能進(jìn)行有效保護(hù)，特別是對(duì)包括碳纖維增強(qiáng)塑料的輪進(jìn)行有效保護(hù)。

盡管從現(xiàn)有技術(shù)中可以看出，減少?gòu)闹苿?dòng)系統(tǒng)到輪的熱傳遞的幾個(gè)系統(tǒng)是已知的，但是所有這些系統(tǒng)都需要必須布置在制動(dòng)系統(tǒng)(分別是懸架)和輪之間的附加部件。對(duì)于許多車(chē)輛而言，這是不可行的，因?yàn)檩喓蛻壹苤g的空間是非常有限的，因此從現(xiàn)有技術(shù)已知的系統(tǒng)不能應(yīng)用。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種熱屏蔽結(jié)構(gòu)，其為至少部分地由纖維增強(qiáng)塑料制成的輪提供有效的熱屏蔽，并且在輪、制動(dòng)系統(tǒng)和懸架之間的區(qū)域中不需要大量的額外空間。因此，配備有根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽結(jié)構(gòu)的輪適用于大范圍的車(chē)輛，而無(wú)需車(chē)輛懸架和/或制動(dòng)系統(tǒng)的先前修改。

因此，對(duì)于包括至少部分地由纖維增強(qiáng)塑料制成的基部結(jié)構(gòu)的輪，特別的熱屏蔽結(jié)構(gòu)被布置在輪的基部結(jié)構(gòu)上，并且至少在臨界區(qū)域中至少部分地覆蓋所述基部結(jié)構(gòu)。因此，可減少進(jìn)入輪的熱能通量，并且可控制和分配熱能的沉積，使得可防止會(huì)導(dǎo)致熱損傷的熱點(diǎn)。因此，所述熱屏蔽結(jié)構(gòu)成為所述輪的組成部分，允許使用輪的結(jié)構(gòu)來(lái)控制熱能散熱。

如果適當(dāng)?shù)脑挘鰺崞帘谓Y(jié)構(gòu)可以包括至少一個(gè)熱反射層。這樣的層反射的輻射熱比它吸收的熱更多。因此，與沒(méi)有反射層的輪相比，這樣的層降低從制動(dòng)系統(tǒng)到輪的熱能通量。這樣的層可以由金屬制成，例如，金或鋁。

另選地或另外地，所述熱屏蔽結(jié)構(gòu)可以包括可以用作熱障的至少一個(gè)低導(dǎo)熱層。這樣的層可以例如由連續(xù)體塑料(例如芳族聚酰胺、聚酰胺)和/或多孔塑料和/或纖維增強(qiáng)塑料和/或連續(xù)體陶瓷材料和/或纖維增強(qiáng)陶瓷材料和/或多孔陶瓷材料制成。

根據(jù)應(yīng)用，所述低導(dǎo)熱層可以作為涂層施加到所述基部結(jié)構(gòu)。因此，例如可以使用包括低導(dǎo)熱組分(例如陶瓷顆粒)的清漆。

根據(jù)應(yīng)用，如果所述至少一個(gè)低導(dǎo)熱層由含有芳族聚酰胺纖維和/或石材纖維(例如玄武巖)的纖維增強(qiáng)塑料和/或可以嵌入耐熱基體中的玻璃纖維制成，則可以獲得良好的結(jié)果。

根據(jù)輪和/或制動(dòng)系統(tǒng)的幾何形狀，熱屏蔽結(jié)構(gòu)還可以包括至少一個(gè)高導(dǎo)熱層?？梢允褂眠@樣的層，以便增強(qiáng)熱能在較大面積上的分布，從而避免能量集中，這分別是會(huì)導(dǎo)致下層基部結(jié)構(gòu)損傷的超臨界熱點(diǎn)。

如果在熱反射層和低導(dǎo)熱層之間布置高導(dǎo)熱層，所述熱反射層位于輪的外表面上，則可以獲得良好的結(jié)果?？梢允褂眠@樣的中間層，以便在較大面積上非常有效地分散局部施加的熱能，因此避免可能導(dǎo)致下層結(jié)構(gòu)損傷的局部的熱累積。

高導(dǎo)熱層可以例如包括金屬片、金屬箔、金屬網(wǎng)(網(wǎng)格)或金屬織物。另選地或另外地，還有由其它材料制成的片、箔、網(wǎng)/網(wǎng)格和織物。如果使用具有相對(duì)較高的熱傳導(dǎo)率的材料，則可以獲得良好的結(jié)果。

如果所述高導(dǎo)熱層也用作承載結(jié)構(gòu)，因此用作用于所述熱屏蔽結(jié)構(gòu)和/或所述下層基部結(jié)構(gòu)的機(jī)械增強(qiáng)元件，則也可以獲得良好的結(jié)果。

如果合適的話，熱屏蔽結(jié)構(gòu)可以至少部分地嵌入所述基部結(jié)構(gòu)中。因此，輪的形狀(外部幾何形狀)將僅由于存在熱屏蔽結(jié)構(gòu)而不會(huì)顯著改變。

根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽件可以用于適用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛(例如汽車(chē)、摩托車(chē))的輪，但不限于這樣的車(chē)輛，因此也可以用于例如飛行器。

根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽結(jié)構(gòu)通常將應(yīng)用在輪的位于制動(dòng)盤(pán)和/或卡鉗附近的那些區(qū)域處。然而，根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽結(jié)構(gòu)也可以延伸到其它區(qū)域，諸如以便通過(guò)將沉積的熱能分布在更大的區(qū)域上來(lái)散發(fā)沉積的熱能。因此，可以省略局部熱量集中，并且可增加通過(guò)對(duì)流和/或熱輻射而離開(kāi)輪的熱傳遞。

如果在輪轂區(qū)域中和/或在輪中心的其余部分和/或輪輞上布置熱屏蔽結(jié)構(gòu)，則可以獲得良好的結(jié)果。

明顯的是，本發(fā)明還可以與防止制動(dòng)系統(tǒng)和輪之間的超臨界熱傳遞的其它系統(tǒng)(諸如額外的熱屏蔽件或主動(dòng)冷卻系統(tǒng))組合使用。

另外，本發(fā)明被大量限制與盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)組合使用，但是也可以實(shí)際上與任何其它類(lèi)型的制動(dòng)系統(tǒng)(例如，鼓式制動(dòng)系統(tǒng))組合使用。

此外，同樣明顯的是，本發(fā)明不僅限于由碳纖維增強(qiáng)塑料制成的輪，而且也可以用于由遭受耐熱性類(lèi)似問(wèn)題的其它材料制成的輪。

附圖說(shuō)明

從下文給出的詳細(xì)描述和附圖中將更充分地理解本文描述的發(fā)明，這些附圖不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)所附權(quán)利要求書(shū)中描述的發(fā)明的限制。

圖1以正視圖示出了具有盤(pán)式制動(dòng)器和卡鉗的輪；

圖2立體圖示出了從后面看的圖2的輪；

圖3以立體圖示出了從后面看的圖2輪，出于說(shuō)明的目的，輪的一部分被夾緊；

圖4以立體圖示出了輪中心和熱屏蔽結(jié)構(gòu)；

圖5以立體圖示出了輪輞和熱屏蔽結(jié)構(gòu)，出于說(shuō)明的目的，輪被部分地夾緊；

圖6示出了布置在基部結(jié)構(gòu)上的熱屏蔽結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施方式；

圖7示出了布置在基部結(jié)構(gòu)上的熱屏蔽結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施方式；

圖8示出了布置在基部結(jié)構(gòu)上的熱屏蔽結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施方式；

圖9示出了布置在基部結(jié)構(gòu)上的熱屏蔽結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施方式；

圖10示出了布置在基部結(jié)構(gòu)上的熱屏蔽結(jié)構(gòu)的第五實(shí)施方式；

圖11示出了布置在基部結(jié)構(gòu)上的熱屏蔽結(jié)構(gòu)的第六實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，會(huì)更好地理解上述發(fā)明內(nèi)容以及優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述。出于說(shuō)明本發(fā)明的目的，當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式，其中相同的附圖標(biāo)記在附圖的幾個(gè)視圖中表示相似的部分，然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于具體的方法和公開(kāi)的手段。

圖1至圖3示出了與盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)一起的輪1的一個(gè)實(shí)施方式，包括與卡鉗7對(duì)準(zhǔn)的制動(dòng)盤(pán)6。出于說(shuō)明的目的，省略了輪懸架的其它部分。所示實(shí)施方式的輪1由纖維增強(qiáng)塑料制成。輪1包括具有幾個(gè)輪輻3的輪中心2，輪輻3將中心輪轂4與外圍輪輞5連接，外圍輪輞5被設(shè)計(jì)成接收輪胎(未示出)。如圖3中虛線圓所示，制動(dòng)盤(pán)6和輪輻3之間、輪轂4和輪輞5之間的距離在某些位置處相對(duì)較小?？ㄣQ7和輪輻3之間的距離(各自與輪輞5)同樣適用。這尤其適用于卡鉗7的突起，例如用于制動(dòng)襯塊的活塞(未示出)布置在突起中。因此，由于在制動(dòng)期間和制動(dòng)之后由盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)消散的熱量，輪1的這些區(qū)域容易受到熱損傷。

因此，根據(jù)本發(fā)明，輪1的這些區(qū)域可以由熱屏蔽結(jié)構(gòu)提供，如圖4和圖5所示。圖4示出了由定位在與盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)(未示出)非常接近的輪表面上的熱屏蔽結(jié)構(gòu)8熱屏蔽的輪中心2。在所示的實(shí)施方式中，與輪轂4相鄰的區(qū)域以及輪輻3的一部分可以被這樣的熱屏蔽結(jié)構(gòu)8保護(hù)。如圖5所示，輪輞5的內(nèi)(向心)表面也可以被這樣的熱屏蔽結(jié)構(gòu)8熱屏蔽。

圖6至圖11示出了可以用于保護(hù)下層基部結(jié)構(gòu)11免受熱損傷的熱屏蔽結(jié)構(gòu)8的不同變型。圖6示出了熱屏蔽結(jié)構(gòu)8的第一變型，其包括布置在由纖維增強(qiáng)塑料制成的基部結(jié)構(gòu)11的表面上的熱反射層9。熱反射層9包括由反射輻射熱而不是吸收輻射熱的材料制成的層。合適的材料可以是金屬，例如，鋁或金。這種類(lèi)型的熱屏蔽結(jié)構(gòu)8可以用作基部結(jié)構(gòu)11的某種類(lèi)型的涂層。

圖7示出了熱屏蔽結(jié)構(gòu)8的另一變型，其包括嵌入基部結(jié)構(gòu)11中的低導(dǎo)熱層10。熱屏蔽結(jié)構(gòu)8本身具有高的耐熱性并且保護(hù)基部結(jié)構(gòu)11，而相比之下基部結(jié)構(gòu)11可以由相對(duì)熱敏材料(諸如碳纖維增強(qiáng)塑料)制成而免受熱損傷。這種類(lèi)型的低導(dǎo)熱層10防止表面上的熱輸入被傳導(dǎo)到實(shí)體中。當(dāng)熱屏蔽結(jié)構(gòu)8嵌入基部結(jié)構(gòu)11中時(shí)，輪1的外形(分別是幾何形狀)不受熱屏蔽結(jié)構(gòu)8的存在的影響。

圖8示出了熱屏蔽結(jié)構(gòu)8的另一變型，其包括熱反射層9和嵌入基部結(jié)構(gòu)11中的下層低導(dǎo)熱層10。因此，使用熱屏蔽結(jié)構(gòu)8的這種變型允許將結(jié)構(gòu)表面上的熱沉積最小化的構(gòu)思與將到下層熱敏基部結(jié)構(gòu)11的熱傳遞最小化的構(gòu)思相結(jié)合。

如圖9和圖10所示，在本發(fā)明的變型中，熱反射層9和低導(dǎo)熱層10也可以都嵌入基部結(jié)構(gòu)11中。如圖9所示，在本發(fā)明的一些變型中，熱反射層9可以嵌入低導(dǎo)熱層10中，而不與被保護(hù)以防止熱損傷的基部結(jié)構(gòu)直接物理接觸。因此，熱反射層9甚至可以被加熱到高溫而不會(huì)對(duì)基部結(jié)構(gòu)11造成損傷。在圖10所示的變型中，在完全覆蓋下層低導(dǎo)熱層10的同時(shí)，將熱反射層9嵌入基部結(jié)構(gòu)11中。這樣的變型例如可以用于熱沉積非常局部化的應(yīng)用，并且熱反射層9還用于將沉積的熱能分配到更大的面積并且通過(guò)熱輻射和對(duì)流而減少熱能。圖11示出了熱屏蔽結(jié)構(gòu)8的一個(gè)變型，其包括嵌入低導(dǎo)熱層10中的高導(dǎo)熱層12，以便改善較大面積上的熱能分布。圖11所示的熱屏蔽結(jié)構(gòu)8還包括熱反射層9。

附圖標(biāo)記

1輪

2輪中心

3輪輻

4輪轂

5輪輞

6制動(dòng)盤(pán)

7卡鉗

8熱屏蔽結(jié)構(gòu)

9熱反射層

10低導(dǎo)熱層

11基部結(jié)構(gòu)

12高導(dǎo)熱層