CN105408124B - 由热塑性聚合物获得的车辆车轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由热塑性聚合物获得的车辆车轮(1)，所述车轮(1)包括一个轮缘(2)、一个轮毂(4)以及在所述轮缘(2)与所述轮毂(4)之间延伸的一个轮盘(3)，所述轮盘(3)包括被插入在两个环形壁(7，8)之间的一个肋网(9，17，18)。根据本发明的车轮(1)的主要特征在于，该轮缘(2)、这两个环形壁(7，8)和该肋网(9，17，18)是由热塑性聚合物材料生产的，并且在于，每条肋(9，17，18)都切向地延伸至该轮毂(4)。

Description

由热塑性聚合物获得的车辆车轮

本发明涉及一种由热塑性聚合物获得的车轮。这种类型的车轮可以安装在多种车辆上，例如汽车、多用途车辆、卡车、摩托车、运输车辆或任何类型的农用车辆。本发明涉及一种由热塑性塑料生产的车轮并且涉及一种改进的设计。

由热塑性聚合物获得的车轮存在并且已经是专利的主题。例如可以提及的申请WO2011/000070描述了一种由聚合物材料制成的车轮，车轮的构成被优化用于实现良好的机械性能并有助于其生产方法。这种构成还允许所述车轮保证使用期限长，不论它可能经受化学侵蚀并且不论恶劣天气情况。此文件中披露的车轮的缺点在于不具有允许聚合物材料的使用的益处被使用至最大益处的优化的几何形状。

车轮是车辆的地面接触系统的一部分，经受了许多外部应力负载：由于车辆的质量的静态负载、转弯时的离心力、由于悬挂装置的动态负载、加速和制动转矩、轮胎内的空气的压力。车轮例如在重复制动下还可能经受高温，有待考虑冷却问题，并且由于例如融冰粗盐或各种流体的存在而还可能遭受化学应力负载。另外，车轮需要有助于车辆的空气动力学性能。

此外，还希望的是车轮具有低质量以便减少未悬浮的质量并因而改善车辆的抓地力。质量上的减少还使得可以减少车轮的惯性矩，因此减少了所需要的制动力和动力并且改善了驾驶感觉。最后，车轮的质量的减少使得可以减少车辆的总质量，这最后一点具有减少了燃料消耗的关键结果。

根据本发明的车辆车轮是由热塑性聚合物获得的并且具有优化的使之能够经受上文中所述的所有需要的几何形状。

本发明的一个主题是一种由热塑性聚合物获得的车辆车轮，所述车轮包括一个轮缘、一个轮毂以及在所述轮缘与所述轮毂之间延伸的一个轮盘，所述轮盘包括被插入在两个环形壁之间的一个肋网。

根据本发明的车轮的主要特征在于：轮缘、两个环形壁和肋网是由热塑性聚合物制成的，每条肋都切向地延伸至轮毂。确切地讲，假设轮毂具有圆柱形形状。这些肋被切向地定位到轮毂上的事实值得注意的是允许车轮吸收在车辆制动和加速阶段过程中产生的各种负载和转矩。轮毂构成了车轮的中心部分，其允许所述车轮被固定到车辆上。车轮的这种特殊几何形状已被开发用以使面积的二阶矩最大化以便于使结构中由外部负载和转矩产生的应力水平最小化。这些低应力水平因此允许使用具有不良机械性能的材料，例如增强热塑性塑料。根据本发明的车轮极具刚性但与此同时重量轻。轮盘的两个环形壁垂直于车轮的旋转轴线定位，并且或者是非常平坦的或者是带有一些形状地基本平坦的。出于优选，所述壁具有多个开口以减轻车轮并且由于其产生的空气通道来调节所述车轮的温度。肋网围绕轮毂。假设肋网是等间距地围绕车轮的，从而使车轮的结构对称且均衡。轮毂可以完全由金属制成或者可以由热塑性塑料制成。在本发明的实施例的优选替代形式中，用于轮缘、两个环形壁和肋网的热塑性塑料是相同的。有利地，轮盘具有由圆柱形壁界定并且旨在容纳轮毂的内部通道，肋开始于这个圆柱形壁的外表面并且在所述圆柱形壁的切线处延伸朝向轮缘。

有利地，每条肋都连接轮盘的一个圆柱形壁以及轮缘，该圆柱形壁界定了旨在容纳轮毂的一个内部通道。出于优选，圆柱形壁相对于轮缘同心地被定位在轮盘的中心区域中。

出于优选，每条肋的第一末端被紧固到轮缘上并且各所述肋的第二末端被紧固到轮盘的界定了内部通道的圆柱形壁上。更确切地，每条肋开始于圆柱形壁的界定了车轮的旨在容纳轮毂的内部通道的外表面处。以此方式，每个肋构成了轮缘与轮毂之间的间隔件，由此有助于车轮的良好的机械完整性。出于优选，肋网包括在顺时针方向上定向的第一肋子网和在逆时针方向上定向的第二肋子网。相反安排的这两个子网的存在允许车轮同时吸收在车辆的加速阶段过程中产生的负载和转矩以及在所述车辆的制动阶段过程中产生的负载和转矩。车轮因此发现自身具有良好的平衡，不具有随着时间而发生与特别通常的应力负载相关联的变形或过早发生磨损的风险。在顺时针方向上定向的肋意味着该肋的纵向轴线已经关于车轮的径向轴线在顺时针方向上旋转。这种旋转是关于这个肋与轮毂的接触点来进行的。当这种旋转在逆时针方向上时一个肋被定向在逆时针方向上。

有利地，每个子网是由关于车轮均匀分布的肋的若干子集构成的，每个子集是由至少两条肋构成，该至少两条肋起始于轮毂的不很广泛的区域并且朝轮缘逐渐分散。这种类型的构形允许车轮重量轻的同时保持了优化的机械完整性。

根据本发明的车轮的一个优选实施例，每个子网包括各自具有三条肋的四个子集，所述子集关于车轮均匀地分布。这是优化的构型，该构型在车轮的令人满意的重量轻与所述车轮的良好机械完整性之间构成了良好的折衷。

有利地，每个肋的厚度小于或等于7mm，以便与热塑性塑料的使用相兼容。肋的仔细选择的布局使得它们令人满意地提供给车轮良好的机械完整性而同时保持小的厚度，由此为减轻车轮的目标做出显著贡献。

出于优选，轮毂在其周边包括多个键锁紧形状，所述键锁紧形状从所述轮毂中显现来形成多个突起。这些键锁紧形状因此被定位成朝轮毂的外部突出以便将所述轮毂紧固到包围其的车轮的轮盘上。所述键锁紧形状构成了固定装置，该固定装置的几何形状允许力和转矩在中心轮毂与包覆成型到其上的轮盘之间传递，由此使在所述轮毂与所述轮盘之间的界面处的应力最小化。应注意的是，这些周边键锁紧形状可以由与轮毂的其余部分相同的材料制成。

出于优选，每个键锁紧形状在轮毂的周边处平行于所述轮毂的旋转轴线延伸，每个键锁紧形状是由限定了突出边缘的两个未对齐的圆拱区段构成的。

有利地，每个突出边缘都位于该键锁紧形状的中心区域中。因此所有键锁紧形状的边缘都是对齐的并且增大了轮毂的圆周。通过这种构型，轮毂因此在所述边缘的区域中具有最大圆周，所述圆周沿每个键锁紧形状远离所述边缘而逐渐减小，从而在对应于所述键锁紧形状的末端的最小圆周处稳定。轮毂的侧向边缘的这种伸出构型防止了在车辆行驶阶段期间所产生的各种应力负载作用下，所述轮毂在轮盘中平行于其转动轴线的任何平移运动。

根据本发明的车轮的第一优选实施例，轮毂是由热塑性聚合物制成，所述轮毂具有用于固定螺钉的通道的至少一个孔，各所述孔由一个金属型芯定界。当车轮被安装在车辆上时，每个固定螺钉都被强制地紧固并且因此具有将压毁力施加到所述热塑性材料的轮毂上的倾向。在所述轮毂中定界这些孔的金属型芯通过无变形地吸收由随后紧固的所述螺钉产生的夹紧压力来防止所述轮毂被压毁和破坏。通过这种构型，当所述轮毂配备有周边键锁紧形状时，这些键锁紧形状同样由与所述轮毂的其余部分相同的聚合物来制成。

根据本发明的车轮的第二优选实施例，轮毂是金属的。通过这种构型，当该轮毂具有周边键锁紧形状时，这些键锁紧形状同样由与所述轮毂的其余部分相同的金属来制成。

本发明的第二主题是一种制造根据本发明的车轮的方法，所述方法依赖于注射焊接技术。这种方法的主要特征在于，该方法包括以下步骤：

-模制由轮缘、轮盘的环形壁之一、肋网和轮毂组成的一个主要部分的步骤，

-模制轮盘的另一个环形壁的步骤，

-将该另一个环形壁焊接到经模制的主要部分上的步骤。

这种方法包括将多个金属插入件放置在模具中的预备步骤，旨在将这些金属型芯定位在轮毂内部以便对旨在用于车轮固定螺钉的通道的孔进行定界。

本发明的第三主题是一种制造根据本发明的车轮的方法，所述方法依赖于可熔型芯熔模铸造技术。这种方法的主要特征在于，该方法包括以下步骤：

-生产一个低熔点金属芯的步骤，

-将这个金属芯脱模、随后冷却所述金属芯的步骤，

-将这个金属芯放置在用于车轮的注塑模具中的步骤，

-在用于车轮的所述注塑模具中模制车轮的步骤，在该步骤过程中，金属芯被包覆成型有热塑性塑料，

-加热由热塑性车轮和经包覆成型的金属芯组成的组件使经包覆成型的金属芯能够融化的步骤，

-移除熔融金属的步骤，

-取回经模制的车轮的步骤。

如果车轮的轮毂是由热塑性塑料制成的，其将与主要部分同时模制。这种方法将包括将多个金属插入件放置在模具中的预备步骤，旨在将这些金属型芯定位在热塑性轮毂内部而与每个固定孔成一直线。

如果车轮的轮毂是金属的，则它将提前与可熔型芯同时在模制阶段之前放置在模具中。

根据本发明的车辆车轮提供的优点是：重量轻而同时具有良好的机械整体性，从而允许其经受在车辆行驶阶段过程中所产生的各种应力负载。该车轮此外具有的优点是：由于使用证实、可靠且可依赖的模制技术而能够不费力、快速且制具有良好控制地被制造。该车轮最后具有的优点是减少成本，因为它在其制造中需要非常少的材料，并且因为它省却了为了最终的几何形状所需要的机加工返工操作并且最后因为它可以通过使用批量上色的热塑性材料而能够省却最终的涂色操作。

在下文中参照图1至图6给出了根据本发明的车轮的一个优选实施例的详细说明。

-图1是根据本发明的车轮的透视图，

-图2是根据本发明的车轮的分解视图，

-图3是根据本发明的车轮的轮盘的内部环形壁的透视图，

-图4是根据本发明的不具有轮毂且不具有轮盘的外部环形壁的一个车轮的透视图，

-图5是根据本发明的车轮的聚合物轮毂的透视图，

-图6是根据本发明的车轮的局部截面图，其中完全示出了金属轮毂并且部分地截取了车轮的热塑性部分。

参照图1和图2，根据本发明的车辆车轮1包括轮缘2和轮盘3，该轮缘和轮盘是由热塑性聚合物材料制成的，所述车轮1还包括中心轮毂4，该中心轮毂可以由与车轮1的其他部分相同的热塑性聚合物材料或金属制成。轮缘2可以被比作具有由两个上翻的边缘5、6界定的变化直径的圆柱形壁，轮胎被插入在这两个上翻的边缘之间。轮缘2构成了车轮1在相对于其转动轴线来考虑时的最外部分。

车轮1的轮盘3包括两个环形壁7、8，在其间定位了肋网9，所述轮盘3构成了车轮1连接轮毂4和轮缘2的部分。轮盘3的宽度(其沿车轮1的旋转轴线来考虑的直径)小于轮缘2的宽度，所述轮盘3被定位在轮缘2的一侧上、从所述轮缘2的上翻的边缘5略微缩回。

参照图2，轮盘3包括外部环形壁7，该外部环形壁是基本平坦的并且配备有圆形中心开口10，该圆形中心开口的直径基本上大于金属轮毂4的直径。这个外部环形壁7还包括一组的四个大开口11和一组的四个较小开口12，所述开口11、12以交替图案围绕圆均匀分布并且旨在允许空气通过而因此当车辆处于制动阶段时来调节车轮1的温度。

参照图3，轮盘3包括内部环形壁8，该内部环形壁是基本上平面的并且配备有圆形中心开口13，该圆形中心开口的直径基本上大于轮毂4的直径。这个内部环形壁8具有周边上翻的边缘31以及与在外部环形壁7中的那些开口相同的开口14、15。这两个环形壁7和8旨在围绕轮毂4来放置并且夹入肋网9、平行放置并且相对于彼此被定位成使得其相应开口11、12、14、15对齐以便于创建用于使空气穿过所述轮盘3的多个通道。

参照图2和图4，每条肋9都与轮毂4相切。每条肋9都是平面的并且具有的宽度与分隔轮盘3的两个环形壁7、8的距离基本上相等，这意味着所述肋9各自与所述壁7、8相接触。出于优选，肋9具有的厚度小于7mm。肋9从轮盘3的圆柱形壁30(界定了车轮1中的中心通道、旨在容纳轮毂4)开始并且延伸直到其与轮缘2相接触、与所述圆柱形壁30切向地延伸。肋网9被细分成两个子网，第一子网(肋17在顺时针方向上定向)和第二子网(肋18在逆时针方向上定向)。如果肋17在顺时针方向上定向，则意味着这条肋已经相对于径向取向在顺时针方向上旋转。这种旋转是关于该肋与轮毂4的接触点的直到其到达与所述轮毂4相切的位置。如果这种旋转是在逆时针方向上的，则肋被定向在逆时针方向上。每个子网是由关于车轮1均匀分布的肋17、18的若干子集构成的，每个子集是由至少两条肋17、18构成的，该至少两条肋起始于轮毂4并且朝轮缘2逐渐分散。根据本发明的车轮1的一个优选实施例，每个子网包括各自具有三条肋17、18的四个子集，所述子集关于车轮1均匀地分布。

参照图1，轮盘3的外部环形壁7在外部界定了车轮1，而所述轮盘3的内部环形壁8位于车轮1内部上。

参照图5，轮毂4包括外部圆柱形壁16和配备有旨在使车轮1定中心的中心开口20的圆形壁19，所述圆形壁19垂直于所述车轮1的转动轴线。这个圆形壁19包括关于所述壁19均匀分布的四个孔21，所述孔21在此用于多个固定螺钉的通道。当轮毂是由热塑性聚合物制成时，各所述孔21在所述金属型芯22的包覆成型的过程中由被紧固到圆形壁19上的金属型芯22包围。这些金属型芯22在此是为了防止聚合物轮毂4在由被接合在轮毂4的孔21中的每个螺钉的压紧所产生的夹紧压力的影响下被压毁。

根据本发明的车轮1的另一个优选实施例，轮毂4完全是金属的并且因此不需要环绕所述孔21装配这些金属型芯22。

参照图5或图6，轮毂4在其外部圆柱形壁16上具有朝所述轮毂4的外部突出的多个键锁紧形状23。更确切地，这些键锁紧形状23是由被定位在轮毂4的外部圆柱形壁16的外表面上的突出的圆拱状形状，所述键锁紧形状23平行于车轮1的转动轴线延伸。这些键锁紧形状23紧密相连同时在其之间留出间隔、并且覆盖轮毂4的整个圆周。它们的作用类似于固定构件，防止轮毂4关于其转动轴线在车轮1的轮盘3中旋转。其外表面确实是光滑的，在车辆处于行驶阶段时在车轮1处产生的应力使得其可能造成轮毂4在轮盘3中的不希望的旋转，这种情况的潜在结果在于车轮1和车辆可能会分离。

参照图6，被放置在轮毂4的圆柱形壁16的外表面上的键锁紧形状23可以各自被比作在所述壁16处形成额外厚度的狭长条带，各所述条带由具有相同长度的两个区段24、25构成，这两个区段彼此连续但不对齐。因此同一键锁紧形状23的两个区段24、25限定了突出边缘26，由所有围绕轮毂4放置的键锁紧形状23形成的突出边缘26的集合界定了轮毂4的增大的圆周。换言之，轮毂4在彼此连续的突出边缘26处具有最大圆周，所述圆周沿每个键锁紧形状23随着远离所述边缘26的运动而逐渐减小，从而在对应于所述键锁紧形状23的一个末端的最小值处稳定。由轮毂4的圆柱形壁16突出的这种构型允许了所述轮毂4被固定在车轮1的轮盘3中使得其在车辆运行阶段过程中的各种需要的影响下不产生沿其转动轴线的平移运动。如果轮毂4是由金属制成的，则所述键锁紧装置同样由金属制成并且与所述轮毂4同时制造。如果轮毂4是由热塑性聚合物制成的，则键锁紧形状23同样由热塑性聚合物制成。

总体而言，定位在轮毂4的周边处的键锁紧形状23首先防止了轮毂4在轮盘3中关于其转动轴线旋转并且其次防止了所述轮毂4在所述轮盘3中沿其转动轴线的平移运动。

根据本发明的车轮1可以由使用注射焊接技术的第一方法获得。这种方法包括以下步骤：

-以热塑性方式模制由轮缘2、轮盘3的两个环形壁7、8之一、肋网9和热塑性轮毂4组成的一个主要部分的步骤，

-以热塑性方式模制轮盘3的另一个环形壁7、8的步骤，

-将该另一个环形壁7、8焊接到经模制的主要部分上的步骤。

单独模制的环形壁可以与轮盘3的内部环形壁8或外部环形壁7无差别。应注意的是，这种方法可以涉及将金属轮毂4放置到其将因此被包覆成型的模具中的预备步骤。

根据本发明的车轮1还可以由使用可熔型芯熔模铸造技术的第二方法获得，该方法允许在单独的热塑性模制操作中制造车轮的空心体。这种方法包括以下步骤：

-生产一个低熔点金属芯(被称为可熔型芯)的步骤。该可熔型芯通常由在第一模具中的注射产生，

-将这个金属芯脱模、随后冷却所述金属芯的步骤，

-将这个金属芯放置在用于车轮的注塑模具中的步骤，

-在用于车轮的所述注塑模具中模制车轮的步骤，在该步骤过程中，金属芯被包覆成型有热塑性塑料，

-加热由热塑性车轮和经包覆成型的金属芯组成的组件使经包覆成型的金属芯能够融化的步骤，

-移除熔融金属的步骤，

-取回经模制的车轮的步骤。

一经制造，车轮1具有被实施成通道的一组小直径的孔，在此方法过程中，熔融金属可以沿这些通道离开。注意的是，这些孔显然对所述车轮1的机械完整性不具有任何影响。

Claims (9)

1.一种由热塑性聚合物获得的车辆车轮(1)，所述车轮(1)包括一个轮缘(2)、一个轮毂(4)和在所述轮缘(2)与所述轮毂(4)之间延伸的一个轮盘(3)，所述轮盘(3)包括被插入在两个环形壁(7，8)之间的一个肋网(9，17，18)，其特征在于，该轮缘(2)、这两个环形壁(7，8)和该肋网(9，17，18)是由热塑性聚合物制成的，并且在于，每条肋都切向地延伸至该轮毂(4)，该肋网(9)包括在顺时针方向上定向的一个第一肋子网(17)以及在逆时针方向上定向的一个第二肋子网(18)。

2.如权利要求1所述的车辆车轮，其特征在于，每条肋都连接该轮盘(3)的一个圆柱形壁(30)以及该轮缘(2)，该圆柱形壁界定了旨在容纳该轮毂(4)的一个内部通道。

3.如权利要求2所述的车辆车轮，其特征在于，每条肋的第一末端都被紧固到该轮缘(2)上，并且在于，所述肋各自的第二末端都被紧固到该轮盘(3)的界定该内部通道的圆柱形壁(30)上。

4.如权利要求1所述的车辆车轮，其特征在于，该轮毂(4)在其周边(16)包括多个键锁紧形状(23)，并且在于，所述键锁紧形状(23)从所述轮毂(4)显现来形成多个突起。

5.如权利要求4所述的车辆车轮，其特征在于，每个键锁紧形状(23)平行于所述轮毂(4)的旋转轴线在该轮毂(4)的周边(16)处延伸，并且在于，每个键锁紧形状(23)是由限定了一个突出边缘(26)的两个未对齐的圆拱状区段(24，25)构成的。

6.如权利要求1至5中任一项所述的车辆车轮，其特征在于，该轮毂(4)是由热塑性聚合物制成的，并且在于，所述轮毂(4)具有用于一个固定螺钉的通道的至少一个孔(21)，各所述孔(21)由一个金属型芯(22)定界。

7.如权利要求1至5中任一项所述的车辆车轮，其特征在于，该轮毂(4)是金属的。

8.一种用于制造如权利要求1至7中任一项所述的车辆车轮(1)的方法，所述方法依赖于注射焊接技术，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-模制由该轮缘(2)、该轮盘(3)的环形壁(7，8)之一、该肋网(9，17，18)和该轮毂(4)组成的一个主要部分的步骤，

-模制该轮盘(3)的另一个环形壁(7，8)的步骤，

-将该另一个环形壁(7，8)焊接到经模制的主要部分上的步骤。

9.一种制造如权利要求1至7中任一项所述的车辆车轮(1)的方法，所述方法依赖于可熔型芯熔模铸造技术，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-生产一个低熔点金属芯的步骤，

-将这个金属芯脱模、随后冷却所述金属芯的步骤，

-将这个金属芯放置在用于该车辆车轮的注塑模具中的步骤，

-在用于该车辆车轮的所述注塑模具中模制该车辆车轮的步骤，在该步骤过程中，该金属芯被包覆成型有该热塑性塑料，

-加热由热塑性车轮和经包覆成型的金属芯组成的组件使该经包覆成型的金属芯能够融化的步骤，

-移除熔融金属的步骤，

-取回经模制的车轮的步骤。