ES2925377T3 - Llanta de material compuesto y método para fabricar una llanta de material compuesto - Google Patents

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Tsung-Che Yang
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Abstract

Una llanta de rueda compuesta (400) incluye un cuerpo principal compuesto por un anillo exterior (401), un anillo interior (402) y una parte de cubierta (403) que tienen forma de anillo respectivamente. El anillo exterior está dispuesto en un lado exterior del anillo interior a lo largo de la dirección radial para conectarse con el anillo interior. La porción de cobertura cubre la corteza exterior y el anillo interior para conectarse a ellos. El anillo exterior está formado por una pluralidad de primeras capas de material compuesto apiladas entre sí. El anillo interior está formado por una pluralidad de segundas capas de material compuesto apiladas entre sí. La porción de cubierta está formada por fibras de material compuesto que se enrollan en el anillo exterior y el anillo interior a lo largo de la dirección circunferencial. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Llanta de material compuesto y método para fabricar una llanta de material compuesto
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una llanta de material compuesto ya un método para fabricar una llanta de material compuesto.
Descripción de la técnica anterior
Una llanta de material compuesto convencional se fabrica enrollando láminas de fibra de carbono en un núcleo o apilando láminas de fibra de carbono sobre el núcleo. A continuación, las láminas de fibra de carbono y el núcleo se colocan en un molde para calentarlos y conformarlos. Las láminas de fibra de carbono normalmente son preimpregnados de resina.
Sin embargo, la superficie de la llanta es áspera y tiene una pluralidad de hendiduras debido a que las láminas de fibra de carbono se superponen. Además, el espacio entre láminas de fibra de carbono adyacentes es mucho mayor, de modo que el grosor de la llanta es difícil de reducir.
Además, la llanta formada enrollando láminas de fibra de carbono tiene una resistencia estructural débil que no puede cumplir con los requisitos de las carreras.
El documento CN 102 198777 A enseña un método convencional para fabricar un anillo de rueda compuesto con una ranura para neumático, en donde dicho anillo de rueda compuesto tiene un marco interior circular y un marco exterior circular, en donde la ranura para neumático se forma alrededor del marco exterior, y en donde la ranura para neumático tiene una abertura hacia el exterior.
El documento DE 44 25 592 A1 enseña un cuerpo de rueda adecuado para una llanta de bicicleta, que tiene un núcleo preformado que se enrolla en espiral con una banda de preimpregnado, que consiste en resina plástica reforzada con fibras.
El documento EP 3231 631 A1, correspondiente al preámbulo de las reivindicaciones independientes, divulga una llanta de material compuesto convencional, que comprende un anillo exterior, un anillo interior y una porción de cobertura, en donde el anillo exterior comprende al menos una primera capa de bobinado formada por fibras de material compuesto, en donde el anillo interior comprende al menos una segunda capa de trenzado formada por fibras de material compuesto, y en donde la porción de cobertura también comprende al menos una tercera capa de trenzado formada por fibras de material compuesto.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
El objeto principal de la presente invención es proporcionar una llanta de material compuesto que tenga resistencia y rigidez estructural mejoradas.
Para lograr los objetos anteriores y otros, una llanta de material compuesto de la presente invención incluye un cuerpo principal. El cuerpo principal comprende un anillo exterior, un anillo interior y una porción de cobertura que tienen forma de tubo anular, respectivamente. El anillo exterior está dispuesto en un lado exterior del anillo interior a lo largo de una dirección radial para conectar con el anillo interior. La porción de cobertura cubre el anillo exterior y el anillo interior y se conecta con las superficies exteriores del anillo exterior y el anillo interior.
El anillo exterior está formado por una pluralidad de primeras capas de fibras de material compuesto apiladas entre sí. El anillo interior está formado por una pluralidad de capas de fibras de un segundo material compuesto apiladas entre sí. Las primeras capas de fibras de material compuesto incluyen al menos una primera capa de bobinado formada por fibras de material compuesto que se enrollan a lo largo de una dirección circunferencial. Las segundas capas de material compuesto incluyen al menos una segunda capa de trenzado formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo de la dirección circunferencial, de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una segunda capa de trenzado se extiendan a lo largo de una dirección transversal a la dirección circunferencial. La porción de cobertura está formada por fibras de material compuesto que se enrollan en el anillo exterior y el anillo interior a lo largo de la dirección circunferencial.
Para lograr los objetos anteriores y otros, un método para fabricar una llanta de material compuesto de la presente invención incluye las siguientes etapas.
Preparar un primer semiproducto y un segundo semiproducto: Preparar un primer núcleo y un segundo núcleo. Cada uno del primer núcleo y del segundo núcleo tiene forma de anillo. El primer núcleo tiene un diámetro interno mayor que un diámetro externo del segundo núcleo. El primer semiproducto se forma apilando una pluralidad de primeras capas de material compuesto sobre una superficie exterior del primer núcleo. El segundo semiproducto se forma apilando una pluralidad de segundas capas de material compuesto sobre una superficie exterior del segundo núcleo. Las primeras capas de material compuesto incluyen al menos una primera capa de bobinado que está formada por fibras de material compuesto que se enrollan a lo largo de una dirección circunferencial del primer núcleo. Las segundas capas de material compuesto incluyen al menos una segunda capa de trenzado que está formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo de una dirección circunferencial del segundo núcleo, de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una segunda capa de trenzado se extiendan a lo largo de direcciones que atraviesan la dirección circunferencial del segundo núcleo.
Enrollar la capa de cobertura: disponer el primer semiproducto en un lado exterior del segundo semiproducto a lo largo de una dirección radial. Formar una capa de cobertura mediante fibras de material compuesto que se enrollan en superficies exteriores del primer semiproducto y el segundo semiproducto a lo largo de una dirección circunferencial.
Conformación: colocar el primer semiproducto y el segundo semiproducto cubiertos por la capa de cobertura en un molde. Calentar el molde para formar una llanta de material compuesto.
La presente invención resultará más obvia a partir de la siguiente descripción cuando se tome en relación con los dibujos adjuntos, que muestran, únicamente con fines ilustrativos, las o las realizaciones preferidas de acuerdo con la presente invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un perfil que muestra una llanta de material compuesto de la presente invención;
La figura 1A es una ampliación parcial de la figura 1;
La figura 2 y la figura 3 son ilustraciones que muestran la etapa de preparación del primer semiproducto de la presente invención;
La figura 4 y la figura 5 son ilustraciones que muestran la etapa de preparación del segundo semiproducto de la presente invención;
La figura 6 es un perfil que muestra una llanta de material compuesto de la presente invención antes de la conformación;
La figura 7 y la figura 8 son ilustraciones que muestran la etapa de conformación de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
Véanse la figura 1 y la figura 1A, la llanta de material compuesto 400 de la presente invención incluye un cuerpo principal. El cuerpo principal comprende un anillo exterior 401, un anillo interior 402 y una porción de cobertura 403 que tienen forma de tubo anular, respectivamente. El anillo exterior 401 está dispuesto en un lado exterior del anillo interior 402 a lo largo de una dirección radial para conectar con el anillo interior 401. La porción de cobertura 403 cubre el anillo exterior 401 y el anillo interior 402 y se conecta con las superficies exteriores del anillo exterior 401 y el anillo interior 402.
El anillo exterior 401 está formado por una pluralidad de primeras capas de fibras de material compuesto 20 apiladas entre sí. El anillo interior 402 está formado por una pluralidad de segundas capas de fibras de material compuesto 40 apiladas entre sí. Las primeras capas de fibras de material compuesto 20 incluyen al menos una primera capa de bobinado 21 formada por fibras de material compuesto que se enrollan a lo largo de una dirección circunferencial. Las segundas capas de material compuesto 40 incluyen al menos una segunda capa de trenzado 42 formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo de la dirección circunferencial, de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una segunda capa de trenzado 42 se extiendan a lo largo de una dirección transversal a la dirección circunferencial. La porción de cobertura 403 está formada por fibras de material compuesto que se enrollan en el anillo exterior 401 y el anillo interior 402 a lo largo de la dirección circunferencial. (Las estructuras de la primera capa de bobinado, la primera capa de trenzado, la segunda capa de bobinado y la segunda capa de trenzado se muestran además en la figura 2 a la figura 8).
Consulte la figura 1 a la figura 8, el método para fabricar la llanta de material compuesto 400 de la presente invención incluye las siguientes etapas.
Preparar un primer semiproducto 100 y un segundo semiproducto 300: preparar un primer núcleo 10 y un segundo núcleo 30. Cada uno del primer núcleo 10 y el segundo núcleo 30 tiene forma de anillo. El primer núcleo 10 tiene un diámetro interno mayor que un diámetro externo del segundo núcleo 30. El primer semiproducto 100 se forma apilando una pluralidad de primeras capas de material compuesto 20 sobre una superficie exterior del primer núcleo 10. El segundo semiproducto 300 se forma apilando una pluralidad de segundas capas de material compuesto 40 sobre una superficie exterior del segundo núcleo 30. Las primeras capas de material compuesto 20 incluyen al menos una primera capa de bobinado 21 y al menos una primera capa de trenzado 22. La al menos una primera capa de bobinado 21 está formada por fibras de material compuesto (tales como fibras de carbono) que se enrollan a lo largo de una dirección circunferencial del primer núcleo 10. La al menos una primera capa de trenzado 22 está formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo de la dirección circunferencial del primer núcleo 10, de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una primera capa de trenzado 22 se extiendan a lo largo de direcciones que atraviesan la dirección circunferencial del primer núcleo 10. Las segundas capas de material compuesto 40 incluyen al menos una segunda capa de bobinado 41 y al menos una segunda capa de trenzado 42. La al menos una segunda capa de bobinado 41 está formada por fibras de material compuesto que se enrollan a lo largo de la dirección circunferencial del segundo núcleo 30. La al menos una segunda capa de trenzado 42 está formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo de una dirección circunferencial del segundo núcleo 30, de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una segunda capa de trenzado 42 se extiendan a lo largo de direcciones que atraviesan la dirección circunferencial del segundo núcleo 30. En la presente realización, las primeras capas de material compuesto 20 incluyen una pluralidad de las primeras capas de bobinado 21 y una pluralidad de las primeras capas de trenzado 22. Las segundas capas de material compuesto 40 incluyen una pluralidad de las segundas capas de bobinado 41 y una pluralidad de segundas capas de trenzado 42. Preferentemente, las primeras capas de bobinado 21 y las primeras capas de trenzado 22 están dispuestas de forma alternativa. Las segundas capas de bobinado 41 y las segundas capas de trenzado 42 están dispuestas de forma alternativa.
Enrollar la capa de cobertura 60: disponer el primer semiproducto 100 en un lado exterior del segundo semiproducto 300 a lo largo de una dirección radial. Formar una capa de cobertura 60 mediante fibras de material compuesto que se enrollan en superficies exteriores del primer semiproducto 100 y el segundo semiproducto 300 a lo largo de una dirección circunferencial. Preferentemente, un elemento de refuerzo en forma de anillo 50 está dispuesto en un lado interior del segundo semiproducto 300 a lo largo de la dirección radial antes de enrollar las fibras de material compuesto para formar la capa de cobertura 60.
Conformación: colocar el primer semiproducto 100 y el segundo semiproducto 300 cubiertos por la capa de cobertura 60 en un molde 70. Calentar el molde 70 para formar una llanta de material compuesto 400. En la presente realización, después de colocar el primer semiproducto 100 y el segundo semiproducto 300 cubiertos por la capa de cobertura 60 en el molde 70, el aire en el molde 70 es descargado para hacer que un interior del molde 70 se vuelva de presión negativa, y se inyecta un adhesivo 80 (tal como resina) en el molde 70 para llenar los espacios entre las fibras de material compuesto antes de calentar el molde 70 para formar la llanta de material compuesto 400. Sin embargo, en otras realizaciones posibles, las primeras capas de material compuesto y las segundas capas de material compuesto pueden ser de preimpregnado.
En la presente realización, el primer núcleo 10 y el segundo núcleo 30 están hechos de material soluble. Después de la etapa de "conformación", la llanta de material compuesto 400 se forma con orificios, y el primer núcleo 10 y el segundo núcleo 30 se disuelven y se retiran mediante disolventes orgánicos. Sin embargo, en otras realizaciones, el primer núcleo y el segundo núcleo pueden retirarse por otros medios o no retirarse cuando están hechos de material espumado.
Acerca del trenzado, las fibras de material compuesto de al menos una de la al menos una primera capa de trenzado 22 y la al menos segunda capa de trenzado 42 se clasifican en una pluralidad de primeras fibras y una pluralidad de segundas fibras de acuerdo con los ángulos entre las fibras de material compuesto y la dirección circunferencial, de modo que las primeras fibras y las segundas fibras se extiendan hacia diferentes lados de la dirección circunferencial. Preferentemente, el ángulo entre la dirección circunferencial y cada una de las primeras fibras y las segundas fibras es de 45 grados. En la práctica, se utiliza una máquina trenzadora para trenzar directamente sobre el primer núcleo y el segundo núcleo cuando se hace girar el primer núcleo y el segundo núcleo.
Acerca del bobinado, enrollar las fibras de material compuesto continuamente a lo largo de la dirección circunferencial, y los bucles adyacentes de fibras de material compuesto se superponen parcialmente. El ángulo de bobinado puede ser perpendicular a la dirección circunferencial o transversal a la dirección circunferencial. Diferentes capas de material compuesto pueden tener diversas direcciones y ángulos de bobinado.
Además, el primer núcleo 10 está, preferentemente, formado con una nervadura en una cara interior del mismo. El segundo núcleo 30 está formado con una ranura en una cara exterior del mismo. La nervadura tiene una forma correspondiente con la ranura, de modo que una cara interior del primer semiproducto 100 pueda incrustarse en una cara exterior del segundo semiproducto 300. De este modo, el acoplamiento del primer semiproducto 100 y el segundo semiproducto 300 puede ser preciso.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una llanta de material compuesto (400), que incluye un cuerpo principal, comprendiendo el cuerpo principal un anillo exterior (401), un anillo interior (402) y una porción de cobertura (403) que tienen forma de tubo anular respectivamente, estando el anillo exterior (401) dispuesto en un lado exterior del anillo interior (402) a lo largo de una dirección radial para conectar con el anillo interior (402), cubriendo la porción de cobertura (403) el anillo exterior (401) y el anillo interior (402) y conectando con las superficies exteriores del anillo exterior (401) y el anillo interior (402) ;
en donde el anillo exterior (401) está formado por una pluralidad de primeras capas de fibras de material compuesto (20) apiladas entre sí, incluyendo dichas primeras capas de fibras de material compuesto (20) al menos una primera capa de bobinado (21) formada por fibras de material compuesto que se enrollan a lo largo una dirección circunferencial;
en donde el anillo interior (402) está formado por una pluralidad de segundas capas de fibras de material compuesto (40) apiladas entre sí, incluyendo dichas segundas capas de material compuesto (40) incluyen al menos una segunda capa de trenzado (42) formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo del dirección circunferencial, de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una segunda capa de trenzado (42) se extiendan a lo largo de una dirección que atraviese la dirección circunferencial;
caracterizada por que
la porción de cobertura (403) está formada por fibras de material compuesto que se enrollan en el anillo exterior (401) y el anillo interior (402) a lo largo de la dirección circunferencial.
2. La llanta de material compuesto de la reivindicación 1, en donde las primeras capas de material compuesto (20) incluyen además al menos una primera capa de trenzado (22) formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo de la dirección circunferencial, de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una primera capa de trenzado (22) se extiendan a lo largo de una dirección que atraviesa la dirección circunferencial, la segunda capa de material compuesto (40) incluye además al menos una segunda capa de bobinado (41) formada por fibras de material compuesto que se enrollan a lo largo de una dirección circunferencial.
3. La llanta de material compuesto de la reivindicación 2, en donde las primeras capas de material compuesto (20) incluyen una pluralidad de las primeras capas de bobinado (21) y una pluralidad de primeras capas de trenzado (22), las segundas capas de material compuesto (40) incluyen una pluralidad de las segundas capas de bobinado (41) y una pluralidad de segundas capas de trenzado (42).
4. La llanta de material compuesto de la reivindicación 1, en donde las fibras de material compuesto son fibras de carbono.
5. Un método para fabricar una llanta de material compuesto, que incluye las etapas de:
preparando el primer semiproducto (100) y el segundo semiproducto (200) preparar un primer núcleo (10) y un segundo núcleo (30), teniendo cada uno del primer núcleo (10) y el segundo núcleo (30) forma de anillo, teniendo el primer núcleo (10) un diámetro interno mayor que un diámetro externo del segundo núcleo (30), formándose el primer semiproducto (100) apilando una pluralidad de primeras capas de material compuesto (20) sobre una superficie exterior del primer núcleo (10), formándose el segundo semiproducto (300) apilando una pluralidad de segundas capas de material compuesto (40) sobre una superficie exterior del segundo núcleo (30);
en donde las primeras capas de material compuesto (20) incluyen al menos una primera capa de bobinado (21) que está formada por fibras de material compuesto que se enrollan a lo largo de una dirección circunferencial del primer núcleo (10), las segundas capas de material compuesto (40) incluyen al menos una segunda capa de trenzado (42) que está formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo de una dirección circunferencial del segundo núcleo (30), de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una segunda capa de trenzado (42) se extiendan a lo largo de direcciones que atraviesan la dirección circunferencial del segundo núcleo (30);
formar una capa de cobertura (60) disponiendo el primer semiproducto (100) en un lado exterior del segundo semiproducto (300) a lo largo de una dirección radial, formar una capa de cobertura mediante fibras de material compuesto sobre superficies exteriores del primer semiproducto (100) y el segundo semiproducto (300); conformar colocando el primer semiproducto (100) y el segundo semiproducto (300) cubiertos por la capa de cobertura (60) en un molde (70), calentar el molde (70) para formar una llanta de material compuesto (400); caracterizado por que dicha capa de cobertura se forma enrollando las fibras de material compuesto sobre las superficies exteriores del primer semiproducto (100) y el segundo semiproducto (300) a lo largo de una dirección circunferencial.
6. El método para fabricar una llanta de material compuesto de la reivindicación 5, en donde las primeras capas de material compuesto (20) incluyen además al menos una primera capa de trenzado (22) que está formada por fibras de material compuesto que se trenzan a lo largo de la dirección circunferencial del primer núcleo (10), de modo que las fibras de material compuesto de la al menos una primera capa de trenzado (22) se extiendan a lo largo de direcciones que atraviesan la dirección circunferencial del primer núcleo (10), incluyendo además las segundas capas de material compuesto (40) al menos una segunda capa de bobinado (41) que está formada por fibras de material compuesto que se enrollan a lo largo de la dirección circunferencial del segundo núcleo (30).
7. El método para fabricar una llanta de material compuesto de la reivindicación 6, en donde las fibras de material compuesto de al menos una de la al menos una primera capa trenzada (22) y la al menos segunda capa trenzada (42) se clasifican en una pluralidad de primeras fibras y una pluralidad de segundas fibras de acuerdo con los ángulos entre las fibras de material compuesto y la dirección circunferencial, de modo que las primeras fibras y las segundas fibras se extiendan hacia diferentes lados de la dirección circunferencial.
8. El método para fabricar una llanta de material compuesto de la reivindicación 6, en donde las primeras capas de material compuesto (20) incluyen una pluralidad de las primeras capas de bobinado (21) y una pluralidad de las primeras capas de trenzado (22), las segundas capas de material compuesto (40 ) incluyen una pluralidad de las segundas capas de bobinado (41) y una pluralidad de segundas capas de trenzado (42).
9. El método para fabricar una llanta de material compuesto de la reivindicación 8, en donde las primeras capas de bobinado (21) y las primeras capas de trenzado (22) están dispuestas de forma alternativa, las segundas capas de bobinado (41) y las segundas capas de trenzado (42) están dispuestas de forma alternativa.
10. El método para fabricar una llanta de material compuesto de la reivindicación 9, en donde cada uno del primer núcleo (10) y el segundo núcleo (30) es material espumado; en donde, en la etapa de formar la capa de cobertura, se dispone un elemento de refuerzo en forma de anillo (50) en un lado interior del segundo semiproducto (300) a lo largo de la dirección radial antes de enrollar las fibras de material compuesto para formar la capa de cobertura (60); en donde, en la etapa de conformación, después de colocar el primer semiproducto (100) y el segundo semiproducto (300) cubiertos por la capa de cobertura (60) en el molde (70), el aire en el molde (70) es descargado para hacer que un interior del molde (70) se vuelva de presión negativa, se inyecta un adhesivo (80) en el molde (70) para llenar los espacios entre las fibras de material compuesto antes de calentar el molde (70) para formar la llanta de material compuesto (400); las fibras de material compuesto de una de la al menos una primera capa de trenzado (22) y la al menos segunda capa de trenzado (42) se clasifican en una pluralidad de primeras fibras y una pluralidad de segundas fibras de acuerdo con los ángulos entre las fibras de material compuesto y el dirección circunferencial, las primeras fibras y las segundas fibras se extienden hacia diferentes lados de la dirección circunferencial, el ángulo entre la dirección circunferencial y cada una de las primeras fibras y las segundas fibras es de 45 grados; las fibras de material compuesto son fibras de carbono; el adhesivo (80) es resina; el primer núcleo (10) está formado con una nervadura en una cara interior del mismo, el segundo núcleo (30) está formado con una ranura en una cara exterior del mismo, la nervadura tiene una forma correspondiente con la ranura, de modo que una cara interior del primer semiproducto (100) puede incrustarse en una cara exterior del segundo semiproducto (300).
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