CN106573491A - 热塑性轮毂 - Google Patents

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Abstract

一种热塑性轮毂(10)，其包括用于附装至车辆的车轮轴承(20)的中央轮毂(26)。该中央轮毂(26)具有轴向延伸贯穿其中的中心轴孔(28)和与中心轴孔(28)径向上间隔开并绕中心轴孔周向地布置的多个连接孔(30)。该热塑性轮毂(10)还包括从中央轮毂(26)径向向外延伸的多个肋部(40)。该热塑性轮毂(10)还包括筒状轮胎安装座(46)，该筒状轮胎安装座连接至所述肋部并且基本在一个平面上轴向延伸以用于将非充气式轮胎(12)安装至其上。

Description

热塑性轮毂
本发明的背景
1.技术领域
本发明总体涉及轮胎，并且尤其涉及用于非充气式轮胎的热塑性轮毂。
2.背景技术
为车辆提供车轮是已知的。一般来讲，车轮包括安装在车辆的车轮轴承和轮轴上的轮毂以及安装在轮毂上的可充气或充气式轮胎。最近，一些车轮已设置安装至轮毂的非充气式或非充气轮胎。非充气式轮胎如非充气式轮胎是免充气的。一般来讲，非充气式轮胎具有用于接合轮毂的外表面的内交界带部以及环绕该内交界带部的多个轮辐元件。该非充气式轮胎还具有外带部，该外带部同心地就位于内交界带部的外侧并就位于轮辐元件的外端部处，形成轮胎的外边缘。所述带包括用于接触路面的胎面。该非充气式轮胎仅通过其胎面、带和轮辐元件支承其负荷，而无需来自内部空气压力的支承。
这类非充气式轮胎安装在传统轮毂上。轮毂一般由金属材料制成。该轮毂包括设置有中心孔的中心辐板(disc)并且可具有用于接纳螺纹紧固件如车轮轴承的螺栓或螺柱的多个螺栓孔。这些金属轮毂一般设计成满足可充气或充气式轮胎的负荷和结构需求。此外，这些金属轮毂对于车轮增加了大幅重量，导致了车辆的额外重量。
因此，期望的是提供热塑性轮毂来将非充气式轮胎安装于其上。还期望的是提供满足非充气式轮胎的负荷和结构需求的热塑性轮毂。更为期望的是提供与传统轮毂相比降低了非充气式轮胎的重量的热塑性轮毂。因此，本领域存在为非充气式轮胎提供满足这些期望中的至少一个期望的热塑性轮毂。
发明内容
因此，本发明涉及一种热塑性轮毂，该热塑性轮毂包括用于附装至车辆的车轮轴承的中央轮毂。该中央轮毂包括轴向延伸贯穿中央轮毂的中心轴孔和与该中心轴孔径向地间隔开并绕中心轴孔周向地布置的多个连接孔。该热塑性轮毂还包括从中央轮毂径向向外延伸的多个肋部。该热塑性轮毂还包括筒状轮胎安装座，该筒状轮胎安装座与所述肋部连接且基本上在一个平面内轴向延伸以用于将非充气式轮胎安装于其上。
本发明的一个优点是提供一种用于将非充气式轮胎安装于其上的热塑性轮毂。本发明的另一优点是该热塑性轮毂满足刹车、转弯、疲劳和冲击等的负荷和结构需求。本发明的又一优点是该热塑性轮毂加入了压缩限幅器以协助支承在高应力区域中的负荷。本发明的再一个优点是该热塑性轮毂使用结构肋部来在整个轮毂上分配负荷。本发明的进一步的优点是该热塑性轮毂具有用于强度和外观的、使缩痕最小化的肋部厚度和布局。本发明的另一个优点是该热塑性轮毂具有均匀的壁厚以提供尺寸稳定性和重量的降低。此外，本发明的另一优点是与传统轮毂相比，该热塑性轮毂降低了重量。
在结合附图阅读了后续说明之后，由于本发明的其它特征和优点变得更好理解，这些其它特征和优点将是容易想到的。
附图说明
图1是根据本发明的热塑性轮毂的一个实施例的正视图，用虚线示出了安装于其上并安装于车辆的车轮轴承和轮轴的非充气式轮胎。
图1A是未在其上安装非充气式轮胎的图1的热塑性轮毂的分解透视图。
图2是不带压缩限幅器的图1中的热塑性轮毂的正视透视图。
图3是不带压缩限幅器的图1中的热塑性轮毂的后视透视图。
图4是图1中的热塑性轮毂的正视图。
图5是图1中的热塑性轮毂的侧视图。
图6是图1中的热塑性轮毂的后视图。
图7是沿图4中线7-7的截面视图。
图8是沿图4中线8-8的截面视图。
图9是图1～图8中的热塑性轮毂的根据本发明的压缩限幅器的一个实施例的正视图。
图10是图9中的压缩限幅器的侧视图。
图11是沿图9中线11-11的截面视图。
图12是图1～图8中的热塑性轮毂的根据本发明的压缩限幅器的另一实施例的正视图。
图13是图12中的压缩限幅器的侧视图。
图14是沿图12中线14-14的截面视图。
具体实施方式
参见附图，其中在这几个视图中相同的附图标记表示相同的部件，以10总体示出了根据本发明的热塑性轮毂的一个实施例。热塑性轮毂10构造成具有总体以12标记的不可充气的或非充气式轮胎，该不可充气的或非充气式轮胎安装在轮毂上以形成用于车辆(未示出)的车轮。如图1所示，该非充气式轮胎12包括环形内带14、围绕内带14周向地布置的多个轮辐元件16和跨轮辐元件16布置以形成轮胎12的外缘的环形外带18。外带18包括用于与路面接触的胎面(未示出)。非充气式轮胎12仅通过其胎面、外带18、轮辐元件16和内带14的结构特性支承其负荷，而不存在来自内部空气压力的支承。非充气式轮胎12被安装至热塑性轮毂10，该热塑性轮毂又被安装至车辆的车轮轴承或车轴轴承20(部分示出)。车轮轴承20具有轴或车轴21以及延伸穿过热塑性轮毂10的多个连接孔22，并且热塑性轮毂10通过紧固件24如螺纹螺母与连接孔22螺纹地接合而固定至车轮轴承20。当该车轮轴承20旋转时，热塑性轮毂10旋转，进而使非充气式轮胎12旋转。应想到，图1中所示的非充气式轮胎12在本领域中已知为非充气式轮胎，该非充气式轮胎可从米其林北美公司(Michelin North America,Inc.)商业购得。还应想到，如图1所示的非充气式轮胎12并不打算限制本发明的范围。还应想到，在不背离本发明的范围的情况下，热塑性轮毂10可与本文中未具体示出的各种其他类型的不可充气的或非充气式轮胎配合使用。
参见附图1A～图8，热塑性轮毂10包括用于附装至车轮轴承20的中央轮毂26。中央轮毂26呈大致圆形。中央轮毂26具有沿轴向延伸贯穿中央轮毂的中心轴孔28以及与中心轴孔28径向地间隔开并绕中心轴孔28周向地布置的多个连接孔30。连接孔30轴向延伸贯穿中央轮毂26。中央轮毂26具有沿径向和周向延伸的底壁32和沿底壁32周向和轴向延伸的侧壁34，以形成凹槽35。如图所示，中心轴孔28轴向延伸贯穿底壁32，且连接孔30轴向延伸贯穿底壁32和侧壁34。每个连接孔30具有在底壁32和侧壁34上的凹陷部36和从凹陷部36延伸的贯通部38。如图所示，凹陷部36呈大致圆形且贯通部38呈大致六边形。应想到，所述部36和38可具有任何合适的形状。还应想到，当中央轮毂26被安装至车轮轴承20，轴21的一部分轴向延伸穿过中心轴孔28，且连接件24轴向延伸穿过连接孔30。
热塑性轮毂10还包括从中央轮毂26径向向外延伸的多个肋部40。肋部40包括在中央轮毂26与待描述的轮胎安装座46之间径向延伸并在周向上彼此间隔开以在其间形成大致U形孔42的至少一对或多对肋部40。肋部40还在中心轴孔26和轮胎安装座46之间轴向延伸。在一个实施例中，肋部40具有一致的壁厚。在另一实施例中，肋部40在美学区域中具有减小的均匀的壁厚。在示出的实施例中，多对肋部40绕中央轮毂26周向地间隔开并形成大致三角形的孔44，其中，所述孔44中的一个孔位于各对肋部40之间。中央轮毂26通过肋部40被悬臂式连接至轮胎安装座46。中心轮毂26相对于轮胎安装座46的轴向外边缘轴向地凹入。应当想到，肋部40可以其它合适的图案形成。
热塑性轮毂10还包括围绕肋部40周向地延伸并连接至肋部40的筒状轮胎安装座46。轮胎安装座46基本上在一平面上轴向延伸，用于将非充气式轮胎12安装在其上。在一个实施例中，轮胎安装座46具有基本一致的壁厚。在另一实施例中，轮胎安装座46具有不光滑的外轮胎安装表面48。该不光滑的外轮胎安装表面48适用于通过表面粗糙度、机械结合、表面处理和/或附着力促进剂中的至少其中之一的方式将非充气式轮胎12安装到其上。在一个实施例中，该不光滑的外轮胎安装表面48包括至少一个沟槽50或多个沟槽50，所述沟槽径向向内地并且沿轮胎安装表面48轴向且周向地延伸，用于将非充气式轮胎12附装到轮毂上。在所示的实施例中，该不光滑的外轮胎安装表面48包括多个沟槽50，所述沟槽呈大致矩形并且沿轮胎安装表面48周向地间隔开并轴向向内延伸。应当想到，沟槽50可具有任何合适的形状。还应想到，在该外轮胎安装表面48上可形成台阶部，用于具有一致壁厚的呈阶梯状的外部形状。
至少一个实施例的轮毂的形状尤其适合于在具有至少两个模具部分的相互铰接式模具中模制而成。为了容易模制，轮毂10从模具中被释放，三角形孔44朝内渐缩，即朝向所述轮毂的前部变窄并且U形孔42朝外渐缩，即朝向所述轮毂的前部变宽以允许，以允许第一组多个模具凸起或指状部从轮毂10的后部形成三角形孔44和允许第二组多个模具凸起或指状部从轮毂10的前侧形成U形孔42。所述孔的渐缩允许与模具的渐缩的指状部向对应以使得在轮毂形成后从模具部件容易释放轮毂，并且允许肋部40具有沿轮毂的轴向宽度的恒定的厚度。恒定的肋部厚度在美学和机械上均可能是期望的。同样，沟槽50允许绕轮胎安装座更一致的厚度。沿沟槽50的前边缘形成有唇部43，以尤其为轮毂10提供美学上的改善。
参见图1和图1A，根据本发明，该热塑性轮毂10还包括布置在连接孔30中的多个压缩限幅器52。如图1A所示，一个连接孔30中布置一个压缩限幅器52。参见图9～图14，每个压缩限幅器52具有轴向延伸的筒状的本体54和从该本体54径向向外延伸的凸缘58，该筒状的本体具有用于接纳车轮轴承20的连接件24的沿轴向延伸贯穿本体的孔56。本体54与凸缘58具有与连接孔30互补的形状。在如图9～图11所示的一个实施例中，凸缘58具有大致圆形的形状并且本体54具有非圆形形状如六边形形状，以使该压缩限幅器52的转动最小化。在如图12～图14所示的另一实施例中，凸缘58具有大致圆形形状且本体54具有带不光滑表面60的大致圆形形状。压缩限幅器52被制成为由金属、复合材料和/或陶瓷材料制成的一体件。在一个实施例中，压缩限幅器52与中央轮毂26包覆/二次成型以与其形成为一体。在另一实施例中，压缩限幅器52在中央轮毂26形成后设置在连接孔30中。应想到，压缩限幅器52是一体的(integral)且单件式的(unitary)。还应想到，在一个实施例中，连接孔30具有非圆形形状如六边形形状且压缩限幅器52具有非圆形形状如六边形的本体54，以使压缩限幅器52的转动最小化。还应想到，在另一实施例中，连接孔30呈圆形且压缩限幅器52具有带不光滑表面60的大致圆形的本体54，以使压缩限幅器52的转动最小化。
热塑性轮毂10由聚合物材料制成。因此，热塑性轮毂10包含聚合物材料。在一个实施例中，中央轮毂26、肋部40和轮胎安装座46由经占聚合物材料的总重量的约20％重量～约65％重量的多个纤维加强的聚合物材料制成。所述纤维是玻璃、碳、矿物质和/或金属材料中的至少一种。在一个实施例中，所述纤维典型为长玻璃纤维或碳纤维、短玻璃纤维或碳纤维、或者是长和短玻璃纤维和/或碳纤维的组合。应想到，所述纤维的尺寸(例如长度、直径等)可不同并且可以是经涂覆的或未经涂覆的。例如，在一个实施例中，所述纤维可具有13微米以下的平均直径。在另外的多个实施例中，所述纤维可具有10微米或更小的平均直径。所述聚合物材料或所述纤维本身可包含用以促进聚合物材料本身和纤维之间的结合的另外的组分。用于本发明的适合的纤维的例子包括可从PPG Industries Inc.,One PPGPlace,Pittsburgh,PA 15272商业购得的 HP 3660。
所述聚合物材料是选自聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯腈、丁二烯苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素乙酸酯、环烯烃共聚物、乙烯醋酸乙烯酯、乙烯乙烯醇、含氟聚合物、聚甲醛、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚芳醚酮、聚酰胺酰亚胺、聚丁二烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚已酸内酯、聚环己烯乙烯(polycyclohexylenedimethylene)、聚羟基脂肪酸酯、聚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚乳酸、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚苯醚、聚邻苯二甲酰胺、聚苯乙烯、聚砜、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚氨酯、聚乙酸乙烯酯、聚醚酮酮、氯化聚乙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、和苯乙烯丙烯腈、及其组合中的至少一种。
在一个实施例中，聚合物材料是聚酰胺，基于所述聚合物材料的总重量，聚酰胺所占的量一般为按重量份数计的从约35～约70份，更典型地从约45～约65份，甚至更典型地从约50～约60份。尽管不是必要的，聚酰胺一般选自聚酰胺6、聚酰胺6,6、聚酰胺46，聚酰胺6,10，聚酰胺6I,6T,聚酰胺11，聚酰胺12，聚酰胺1010，聚酰胺6,12及其组合。但应想到，除了聚酰胺以外的聚合物材料也可用于生产热塑性轮毂10。用于本发明的合适的聚酰胺的例子包括 B27E 01，其可从BASF Corporation，100Campus Drive,FlorhamPark,NJ商业获得。
在一个实施例中，聚合物材料可包含抗冲击改性剂，用于赋予所述聚合物材料抗冲击性。当使用时，基于所述聚合物材料的总重量，抗冲击改进剂所占的量一般为按重量份数计的从约1～约20份，更典型为从约3～约12份，甚至更典型为从约4～约10份。抗冲击改性剂选自弹性体、离子聚合物、乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三元共聚物及其组合。典型地，抗冲击改性剂包含乙烯辛烯、乙烯丙烯、及其组合中的至少一种。用于本发明的合适的抗冲击改性剂的例子是 N493D级( grade N493D)，其可从DuPont Company，Lancaster Pike&Route 141,Wilmington,DE 19805商业获得。
在另一实施例中，所述聚合物材料可包含紫外光稳定剂，例如，苯并三唑类紫外光吸收剂。
在又一实施例中，所述聚合物材料可包含预上色颜料。尽管不是必须的，所述聚合物材料可包含用于改性所述聚合物材料的颜料的着色剂组分。当使用时，基于所述聚合物材料的总重量，着色剂组分所占的量按重量份数计典型为从约0.01～约1份，更典型为从约0.1～约0.8份，甚至更典型为从约0.15～约0.4份。用于本发明的合适的着色剂组分为Orient Nigrosine Base SAPL，其可从Orient Corporation of America,1700GallopingHill Road,Kenilworth,NJ 07033商业获得。应当想到，可使用本领域已知的其它合适的抗冲击改性剂、紫外光稳定剂和预上色颜料。
本发明还提供了一种制造热塑性轮毂10的方法。在一个实施例中，热塑性轮毂10由注射成型工艺制成。在另一实施例中，热塑性轮毂10由气体辅助的注射成型工艺制成。在又一实施例中，热塑性轮毂10由微细发泡注射成型工艺制成。
该方法总体包括提供限定出型腔的模具(未示出)的步骤。该型腔可利用深拉伸形成，并且拉伸的方向变换以获得用于热塑性轮毂10的均匀的壁。当该膜具打开，该方法包括将压缩限幅器52放置到膜具型腔中并关闭该膜具的步骤。在一个实施例中，该方法还包括将聚合物材料注入到所述膜具的型腔内以形成热塑性轮毂10以及将压缩限幅器52包覆成型至热塑性轮毂10的中央轮毂26的步骤。一旦热塑性轮毂10形成，该方法进一步包括打开该膜具、从该膜具移走热塑性轮毂10的步骤。应想到，该注射成型的热塑性轮毂10是一体件。
在另一实施例中，该方法包括将聚合物材料注射到该膜具的型腔中以形成热塑性轮毂10的步骤。一旦热塑性轮毂10形成，该方法进一步包括打开该膜具、从该膜具移走热塑性轮毂10的步骤。在本实施例中，该方法可包括通过超声波焊接、推入配合等将压缩限幅器52固定至中央轮毂26的步骤。应想到，压缩限幅器52可在后成型操作中被插入。还应想到，热塑性轮毂10可由本文未具体介绍的各种其他方法制成。
已以实例性方式描述了本发明。应当理解，所用术语的本质是说明性词语而非限制性词语。
根据上述教导能够得出本发明的许多修改和变化。因此，在所附权利要求的范围内，本发明可以除具体描述以外的其它方式实施。

Claims (20)

1.一种热塑性轮毂(10)，其包括：
用于附装至车辆的车轮轴承(20)的中央轮毂(26)，所述中央轮毂(26)具有沿轴向延伸贯穿中央轮毂的中心轴孔(28)和与所述中心轴孔(28)径向地间隔开并绕所述中心轴孔(28)周向地布置的多个连接孔(30)；
从所述中央轮毂(26)径向向外延伸的多个肋部(40)；以及
连接至所述肋部(40)并且轴向地延伸以用于将非充气式轮胎(12)安装至其上的筒状轮胎安装座(46)。
2.根据权利要求1所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述轮胎安装座(46)具有不光滑的外轮胎安装表面(48)。
3.根据权利要求2所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述不光滑的外轮胎安装表面(48)适用于通过表面粗糙度、机械结合、表面处理和附着力促进剂中的至少一种将所述非充气式轮胎(12)附装至其上。
4.根据权利要求2或3所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述不光滑的外轮胎安装表面(48)包括径向向内地并且沿所述轮胎安装表面(48)轴向地延伸的至少一个沟槽(50)。
5.根据权利要求1或2所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述轮胎安装座(46)具有基本均匀的壁厚。
6.根据权利要求1或2所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述中央轮毂(26)通过所述肋部(40)被悬臂式安装至所述轮胎安装座(46)。
7.根据权利要求1或6所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述中央轮毂(26)包括径向延伸的底壁(32)和沿所述底壁(32)周向地且轴向地延伸的侧壁(34)，所述中心轴孔(28)沿轴向延伸贯穿所述底壁(32)并且所述连接孔(30)沿轴向延伸贯穿所述底壁(32)和所述侧壁(34)。
8.根据权利要求1或7所述的热塑性轮毂(10)，包括设置在所述连接孔(30)中的多个压缩限幅器(52)，一个所述连接孔(30)中设置有一个所述压缩限幅器(52)，其中，每个所述压缩限幅器(52)具有轴向延伸的筒状的本体(54)和从所述本体(54)径向向外延伸的凸缘(58)，所述本体具有用于接纳车轮轴承(20)的螺纹紧固件(22)的沿轴向延伸贯穿本体的孔(56)，所述凸缘(58)和所述本体(54)具有与所述连接孔(30)互补的形状。
9.根据权利要求8所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述压缩限幅器(52)被制成为由金属、复合材料和陶瓷材料中的至少一者制成的一体件。
10.根据权利要求8或9所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述压缩限幅器被固定至所述中央轮毂以与中央轮毂成一体。
11.根据权利要求1或2所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述肋部(40)具有均匀的壁厚。
12.根据权利要求1或2所述的热塑性轮毂(10)，其中，每个所述肋部(40)在美学区域中具有减小的均匀的壁厚。
13.根据权利要求1或2所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述中央轮毂(26)、所述肋部(40)以及所述轮胎安装座(46)由经占所述聚合物材料的总重量的约20％～约65％的众纤维加强的聚合物材料制成。
14.根据权利要求13所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述纤维是玻璃、碳、矿物质和金属材料中的至少一种。
15.根据权利要求13或14所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述纤维是长玻璃纤维或长碳纤维、短玻璃纤维或短碳纤维、或长玻璃纤维和短玻璃纤维和/或长碳纤维和短碳纤维的组合。
16.根据权利要求1所述的热塑性轮毂(10)，其中所述聚合物材料是选自聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯腈、丁二烯苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素乙酸酯、环烯烃共聚物、乙烯醋酸乙烯酯、乙烯乙烯醇、含氟聚合物、聚甲醛、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚芳醚酮、聚酰胺酰亚胺、聚丁二烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚已酸内酯、聚环己烯乙烯、聚羟基脂肪酸酯、聚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚乳酸、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚苯醚、聚邻苯二甲酰胺、聚苯乙烯、聚砜、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚氨酯、聚乙酸乙烯酯、聚醚酮酮、氯化聚乙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、和苯乙烯丙烯腈、及其组合中的至少一种。
17.根据权利要求13或16所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述聚合物材料包含抗冲击改性剂。
18.根据权利要求13或16所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述聚合物材料包含紫外光稳定剂。
19.根据权利要求13或16所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述聚合物材料包含预上色颜料。
20.根据权利要求1或13所述的热塑性轮毂(10)，其中，所述热塑性轮毂(10)由注射成型工艺制成。
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