KR102493195B1

KR102493195B1 - 연속 섬유/플라스틱 복합재로부터 스포크 스타를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR102493195B1
Application number: KR1020207037215A
Authority: KR
Inventors: 마르셀 뷔커
Original assignee: 라이프니츠-인스티투트 퓌어 페어분 트베르크슈토페 게엠베하
Priority date: 2018-06-09
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2023-01-27
Also published as: EP3802150B1; TWI710453B; CN112203865A; AU2019281026B2; CN112203865B; EP3802150A1; CA3099100A1; JP2021525197A; TW202014297A; WO2019234250A1; ES2964410T3; KR20210013196A; DE102018113797A1; US20210245450A1; AU2019281026A1; DE102018113797B4; CA3099100C

Abstract

본 발명은, 제조 장치(100)를 사용하여 섬유 코일(3)을 권취하고 섬유 코일(3)을 스포크 스타(5)로 변형시키는, 하나 이상의 연속 섬유 다발(111)을 갖는 스포크 스타(5)의 제조 방법에 관한 것으로,
상기 제조 장치(100)는 림측에 복수의 편향 장치(2) 및 허브측에 복수의 편향 장치(4)를 포함하고,
림측의 편향 장치(2) 및 허브측의 편향 장치(4)는 편향 장치(2, 4)의 배열(10)의 내부 주위에 배열되고,
제1 단계에서, 연속 섬유 다발(111)이 섬유 코일(3)로서 림측 편향 장치(2)의 적어도 일부의 주위에 권취되고,
제2 단계에서, 이 권취 후에, 허브측 편향 장치(4)의 적어도 일부가 배열(10)의 내부 방향으로 이동되고, 섬유 코일(5)이 별 모양으로 변형되어, 허브측 편향 장치(4)와 림측 편향 장치(2) 사이에서 스포크(12)가 스포크 스타(5)의 적어도 일부를 형성하는 섬유 코일(3)의 부분들로부터 형성된다.
또한, 본 발명은 제조 장치(100), 스포크 스타(5) 및 스포크 휠(11)에 관한 것이다.

Description

연속 섬유/플라스틱 복합재로부터 스포크 스타를 제조하는 방법

본 발명은 하나 이상의 연속 섬유 다발을 갖는 스포크 스타의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 스포크 스타을 제조하기 위한 제조 장치, 스포크 스타 자체, 및 스포크 휠에 관한 것이다.

스포크 스타는, 그 반경이 스포크에 의해 형성되는, 적어도 대략 별 모양의 구조이다.

섬유/플라스틱 복합 재료로부터 스포크 휠을 제조하는 것은 공지되어 있다. 종래 기술에, 주철 림과 유사한 섬유/플라스틱 복합 재료의 자동차 림이 공지되어 있다. 이들은 섬유 매트에 의해 그 형상이 부여되고, 폼 템플레이트에 장착된다. 함침된 섬유 매트를 경화시켜 스포크 휠을 제조한다.

이 종래 기술의 단점은 림에 그 형상을 부여하기 위해 미리 형성된 폼 요소가 필요하다는 것이다. 이러한 폼은 제조에 비교적 비용이 많이 들므로 고가이다. 또한, 이들은 특정 크기의 특정 유형의 스포크 휠만 제조할 수 있다. 게다가, 공지된 솔루션에서는 섬유 이용이 최적이 아니다.

EP 0 089 809 A1호는, 플라이휠을 위한 스포크 요소로 사용될 수 있는, 대략 클로버잎 형상을 가진 섬유-보강된 요소를 개시한다. 허브 섹션에서 시작하여, 3 개의 섬유 다발이, 각각 2 개의 스포크를 갖는 스포크 섹션에 대하여 스포크 형상을 지시하는 3 개의 환형 성형 요소 주위에 배치되며, 섬유 다발은 하나의 스포크 섹션으로부터 다음 스포크 섹션으로 이어진다.

여기에서도 단점은 성형 요소가 특정 유형의 스포크 요소에만 적합하다는 것이다. 이 때문에 이 방법은 다른 유형의 스포크 요소의 제조과 관련하여 유연하지 않다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상이한 유형의 스포크 스타 및/또는 휠 또는 림의 제조에서 더 큰 유연성을 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 주제는, 제조 과정 동안 림측에 복수의 편향 장치 및 허브측에 복수의 편향 장치를 갖는 제조 장치를 사용하는 스포크 스타의 제조 방법이다. 제조 장치는 섬유 코일을 권취하고 섬유 코일을 스포크 스타로 변형시키는 데 사용된다. 림측의 편향 장치 및 허브측의 편향 장치는 편향 장치 배열의 내부 둘레에 배열된다. 제1 단계에서, 연속 섬유 다발은 섬유 코일로서 림측 편향 장치의 적어도 일부의 둘레에 권취된다. 제2 단계에서, 이 권취 후에 허브측 편향 장치의 적어도 일부가 배열 내부의 방향으로 이동되고, 섬유 코일이 별 모양으로 변형된다. 허브측 편향 장치와 림측 편향 장치 사이에서, 섬유 코일의 일부로부터 스포크가 형성되어, 폐쇄형 스포크 스타의 적어도 일부를 형성한다.

본 발명에 따른 스포크 스타는 섬유 코일의 변형에 의해 생성될 수 있으므로 변형된 링으로 보여질 수 있다. 바람직하게는, 스포크는 적어도 대략 방사상으로 이어진다. 내부 직경 상의 스포크 단부와 외부 직경상의 스포크 단부 사이의 연결부는 바람직하게는 상이한 길이를 가진다. 별법으로, 스포크는 병렬적 형태를 가질 수도 있다. 스포크는 바람직하게는 적어도 상당 부분 직선이다.

섬유 다발은 바람직하게는 특히 단방향 섬유 프로파일을 갖는 로빙 또는 다중 로빙과 같은 다중 연속 섬유 다발, 또는 밴드, 토우 프레그, 연장된 프리프레그, 또는 연장된 스크림 또는 웹이다. 복합 섬유 기술 용어에서 관례적으로 사용되는 바와 같이 연속 섬유는 실제로 길이가 무한한 것이 아니다. 이 특허 출원에서 연속 섬유는 스포크보다 길다는 특수한 속성을 가진 섬유로서 정의된다. 그러나, 스포크보다 짧은 섬유를 사용하고 이들을 더 긴 섬유 다발로 결합하는 것도 생각할 수 있다.

예컨대, 스포크 휠의 일부로서 스포크 스타가 제공될 수 있다. 이것은 허브를 휠 림에 연결하는 역할을 할 수 있다. 바람직하게는 스포크 스타는 정수의 스포크를 가진다. 바람직하게는 스포크 스타는 형태에 있어서 회전 대칭이고, 여기서 상호 회전 대칭인 섹션은 특히 매회 2개의 스포크를 포함한다.

사용되는 편향 장치 배열의 중간점이 예컨대 권취 중심일 수 있다. 그러나, 권취 중심은 이 배열 내부의 또다른 지점일 수도 있다.

예비 편향 장치는, 더 많은 수의 편향점을 필요로 하는 스포크 스타 유형에 대해서 제공될 수 있는데, 더 적은 수의 편향점을 갖는 스포크 스타의 제조 동안에는 사용되지 않는다. 예컨대, 스포크 스타는 림측 및 허브측 편향 장치 군으로 제조될 수 있으며, 이들 군은 다른 수의 편향 장치를 가질 수 있다. 가장 간단한 예에서, 림측 편향 장치는 허브측 편향 장치와 번갈아 나타난다. 상기 군은 이후 매번 하나의 편향 장치를 가진다. 2 개의 편향 장치가 하나의 군으로 배열된 경우 스포크 스타는 허브측 또는 림측을 따라 더 긴 섹션으로 진행될 수 있다. 더욱이, 림측 및 허브측 편향 장치의 군 중 적어도 하나에 있는 2 개의 편향 장치는 원주 방향에서의 그 위치 때문에 스포크의 다른 경사를 생성할 수 있다. 하나의 군에 2 개 이상의 편향 장치를 사용하는 것으로, 예컨대 허브측 또는 림측에 있는 스포크 스타의 원주 섹션의 추세를 조정하여 원형 추세에 근접시킬 수 있다. 굴곡을 제공하기 위해 림측과 허브측 사이의 스포크 추세에 편향 장치를 사용하는 것도 생각할 수 있다.

림측 편향 장치는 바람직하게는 특히 섬유 코일에서 장력이 유지되는 방식으로 허브측 편향 장치와 동시에 변위된다. 이러한 목적을 위한 허브측 편향 장치는 편향 장치 배열의 내부 방향으로 더 많이 변위될 수 있다.

변위 이전의 허브측 편향 장치는 바람직하게는 림측 편향 장치보다 배열의 내부로부터, 특히 권취 중심으로부터 더 먼 거리에 배열된다. 변위 후, 림측 편향 장치는 허브측 편향 장치보다 배열의 내부로부터, 특히 권취 중심으로부터 더 먼 거리에 배열된다. 거리에 대한 편향 장치의 적절한 지점은 섬유 코일이 편향 장치를 떠나는 지점으로서 정의된다.

바람직하게는 섬유 코일은 방사 방향으로 전체적으로 적어도 대략 동일한 두께를 갖는다. 이러한 방식으로, 얻어지는 스포크 스타에서 스포크의 균일한 두께가 달성될 수 있다. 스포크 사이에 있는 스포크 스타의 영역은 동일한 두께를 가질 수 있다.

바람직하게는 섬유 코일은 중첩 층으로 권취된다. 섬유 코일에서 층의 위치는 바람직하게는 변형 동안 유지된다. 이 목적을 위해, 섬유 코일은 변형이 끝날 때까지 장력하에 유지되거나 적어도 형상을 유지할 수 있다.

편향 장치는 그 내부에 연속적인 보어홀을 갖는 슬리브로서 설계될 수 있다. 이 경우, 슬리브는 스포크 스타 상에 또는 그 안에 남아있거나 또는 한 번 더 제거될 수 있다. 슬리브는 편향 장치 캐리어 상에서 섬유 코일을 스포크 스타로 변형하기 위해 배치될 수 있고, 예컨대 변위 장치의 이동기 상의 축으로서 설계될 수 있다. 변형이 발생한 후, 슬리브를 포함한 스포크 스타를 편향 장치 캐리어에서 벗겨낼 수 있다. 슬리브의 연속 보어홀을 이용하여 스포크 스타를 허브 또는 휠 림에 고정할 수 있다. 슬리브를 허브 또는 휠 림에 끼워 넣는 것을 생각할 수 있다.

이 제조 방법의 한 가지 이점은 섬유 코일을 권취하고 변형시킴으로써 스포크 스타를 제조할 수 있다는 것이다. 섬유 코일의 변형 동안, 섬유는 유리하게는 압축되거나 늘어나지 않고 단지 구부러진다. 구부림 지점에서 구부리는 동안, 중성 섬유의 어느 쪽에서건 권취된 재료에 다른 길이의 섹션이 주어지더라도 변형 중에 권취 평면으로부터 섬유가 방출되지 않는다. 림측 편향 장치와 허브측 편향 장치에서 다른 굽힘 방향 덕분에 압축과 연신이 중성 섬유의 양쪽에서 서로를 상쇄한다. 층들이 서로에 대해 미끄러지기만 하므로, 적어도 젖은 권취된 재료의 경우 문제가 되지 않는다.

이 방법의 한 가지 이점은, 편향 장치의 변위 가능성 덕분에, 제조될 수 있는 스포크 스타의 형상에 대해 큰 자유가 있다는 것이다. 동일한 제조 장치를 사용하여 서로 다른 크기의 스포크 스타 및/또는 다른 수의 스포크를 갖는 스포크 스타를 제조할 수 있다. 이를 위해, 섬유 코일의 크기, 편향 장치의 수, 변형의 시작 및 끝 위치가 조정된다. 림측 편향 장치 및 허브측 편향 장치의 이동 순서의 제어는 전술한 상황에 따라 조정될 수 있다.

바람직하게는, 제조할 스포크 스타의 크기를 조정하기 위하여, 림측 편향 장치의 적어도 일부가, 특히 권취 중심으로부터 섬유 코일의 변형 과정을 위한 시작 위치까지, 배열의 내부와 관련하여 그 방사상 위치에서 변위될 수 있다.

바람직하게는, 림측 편향 장치는 적어도 대략 섬유 코일의 권취 방향으로 또는 특히 스포크 스타의 적어도 하나의 스포크가 적어도 대략 방사상으로 배향되도록 하는 방식으로 적어도 대략 배열의 내부에 대하여, 특히 권취 중심에 대하여, 원주 방향으로 변위될 수 있다.

이러한 변위에 의해, 스포크 스타의 방사 방향에 대한 스포크의 배향이 달성될 수 있다. 따라서, 스포크 스타의 디자인 변경을 달성할 수 있다. 예컨대, 스포크는 방사상으로 이어질 수 있거나 또는 인접한 스포크들이 병렬로 이어질 수 있거나 교대로 반대 방향으로 동일한 경사를 갖거나 허브와 휠 림 사이에 다른 프로파일을 가질 수 있다.

바람직하게는 연속 섬유 다발의 림 코일이 스포크 스타의 외부 원주 둘레에 권취되어, 특히 휠 림 또는 휠 림의 일부로서 구성된다.

이러한 방식으로, 림이 제조될 수 있다. 바람직하게는 휠 림 또는 그 일부를 제조하기 위해 이전에 스포크 스타를 제조한 동일한 섬유 다발을 스포크 스타 주위에 권취할 수 있다.

바람직하게는, 편향 장치는 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 설계되고, 섬유 코일이 놓이는 외부 원주 상에 나선형 오목부가 제공된다. 회전축은 나선형 오목부의 내부에서 이어지고 편향 장치가 회전하여 편향 장치의 외부 원주 상의 회전축 방향으로 섬유 코일을 이동시킨다. 이중 나선을 사용하는 것도 생각할 수 있다.

이러한 편향 장치의 도움으로, 스포크 휠의 축 방향으로 스포크의 위치를 변경하는 것이 가능하다.

상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 스포크 스타 및/또는 림 코일의 림측 외부 섹션이 성형 장치에 대해, 바람직하게는 스포크 스타 및/또는 림 코일의 내부에 대해 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.

특히, 이러한 성형 장치에 의해 스포크 스타 및/또는 그에 대향하는 스포크 휠의 섹션에 성형 장치에 의해 지시된 형상이, 바람직하게는 스포크 스타 및/또는 또는 림 코일의 외부 윤곽의 균일한 라운딩이, 바람직하게는 동일한 반경을 갖고 부여될 수 있다.

스포크 스타의 외부 섹션 및 림 코일의 섹션에 대해 상이한 성형 장치가 사용될 수 있다. 서로 다른 유형의 스포크 스타에 대해 서로 다른 성형 장치가 사용될 수 있다.

성형 장치는 그 자체의 변위 장치 상에 이동 가능하게 배치될 수 있다.

림 코일을 갖거나 갖지 않는 완성된 스포크 스타는, 바람직하게는 특히 사전 함침된 재료로부터, 습식으로 권취된다. 그러나, 권취 후 스포크 스타를 함침시키는 것도 가능하다. 함침된 상태에서, 스포크 스타는 경화될 수 있거나 또는 간단한 화학 반응에 의해 경화될 수 있다. 이 후, 스포크 스타 및 특히 림 코일은 원형으로 회전되거나 접지될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에서는, 연속 섬유를 갖는 스포크 스타를 제조하기 위한 제조 장치가 제안된다. 제조 장치는 복수의 림측 편향 장치와 복수의 허브측 편향 장치를 포함하며, 각 장치는 섬유 코일을 수용하도록 설정되고 섬유 코일의 변형의 시작 지점에서 편향 장치 배열의 내부 주위에 배치된다. 또한, 제조 장치는 허브측 편향 장치를 위한 복수의 변위 장치를 포함하며, 이에 의해 허브측 편향 장치는 변형의 시작 위치로부터 배열의 내부 방향으로 변위될 수 있다.

배열의 내부에 대한 편향 장치의 배열이란 변형이 시작될 때 편향 장치가 배열의 내부에 위치하지 않고 오히려 내부 영역의 외부에, 예컨대 그 가장자리 또는 그 근처에 위치한다는 것을 의미한다.

이러한 제조 장치에 의해, 섬유 코일로 제조된 다양하게 형상화된 스포크 스타를 제조할 수 있다.

변위 장치는 편향 장치가 특히 선형 방식으로 이동할 수 있는 변위축을 포함한다. 바람직하게는, 제조 장치는 림측 편향 장치를 위한 다수의 변위 장치를 포함한다. 이들 변위 장치 덕분에, 허브측 및 림측 편향 장치를 동시에 변위시킬 수 있다. 두 가지 유형의 편향 장치의 이동에 대한 적절한 관계에 의해, 변형 중에 섬유 코일을 팽팽하게 유지할 수 있다. 이는 연속 섬유 다발의 개별 층들이 그 배열을 유지하고 변형 중에 서로 교차하지 않는다는 이점이 있다. 이러한 방식으로, 좋은 품질의 스포크 스타를 얻을 수 있다.

변형 동안 섬유 코일을 팽팽하게 유지하기 위해 림측 및 허브측 편향 장치를 위한 변위 장치의 이동을 조정할 수 있는 조작 장치가 제공될 수 있다. 바람직하게는 작동 장치는 전자 기계 컨트롤러를 포함한다.

바람직하게는, 제조 장치는 섬유 코일을 생성하기 위해 연속 섬유 재료를 권취 중심에 감을 수 있는 권취 장치를 포함한다. 이를 위해, 림측 편향 장치의 배열을 회전 상태로 배치할 수 있다. 특히, 연속 섬유 다발은 이러한 방식으로 편향 장치의 외측에 권취될 수 있다. 하나의 대안에서, 권취 장치 또는 그 일부는 또한 림측 편향 장치 주위에서 이동될 수 있다. 별법으로, 섬유 코일을 손으로 감을 수도 있다.

바람직하게는 적어도 하나의 변위 장치는 편향 장치가 배열된 표면에서 피벗 가능하다. 특히, 변위 장치는 배열의 내부에 있는 한 지점을 중심으로, 바람직하게는 권취 중심을 중심으로 피벗 가능하다.

이러한 피벗은 편향 장치의 배열 또는 권취 중심 주위에서 원주 방향으로 편향 장치의 위치를 변경할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 인접한 편향 장치 사이의 거리를 변경할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 변위축에 대해 측방향으로 이동할 수 있도록 변위 장치를 설계하는 것도 생각할 수 있다.

바람직하게는 림측 및 허브측 편향 장치의 군은 배열의 내부에 대하여 권취 방향으로 연속적으로 따른다. 하나의 군은 바람직하게는 적어도 하나의 편향 장치, 바람직하게는 정확히 2개의 편향 장치 및/또는 2개 초과의 편향 장치를 포함한다. 특히, 하나의 허브측 편향 장치는 2개의 림측 편향 장치를 따른다.

후자의 옵션은, 배열 주위의 원주 방향으로 생성된 스포크의 방사상 외측 단부의 거리가 방사 방향으로 생성된 스포크의 방사상 내부 단부의 거리보다 더 크다는 이점을 갖는다. 이것은 스포크 스타의 더 긴 섹션이 림 코일에 대해 평행하게 움직이는 것을 가능하게 한다. 일 실시양태에서는, 생성되는 스포크의 방사상 내측 단부를 원주 방향으로 연결하는 것이 허브측 편향 장치에서의 편향에 의해서만 실현된다. 생성되는 스포크의 방사상 외측 단부를 방사 방향으로 연결하는 것은 2개의 편향 장치를 통해 수행될 수 있다. 하나의 군의 편향 장치는 하나의 변위 장치에 의해 공동으로 변위될 수 있다고 생각할 수 있다. 이 경우 하나의 군의 편향 장치의 상호 간격이 변위와 동시에 변경될 수 있다고 생각할 수 있다.

편향 장치는 공통 캐리어 플레이트 상에 장착될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 변위 장치가 캐리어 플레이트에 고정될 수 있다.

바람직하게는 하나의 편향 장치는 나선형 홈을 가지며 이론적인 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 설계되고, 한편 섬유 코일은 코일로 감긴 상태에서 회전축을 둘러싼다.

나선형 홈을 갖는 편향 장치는 바람직하게는 적어도 대략 롤러로서 형성된다. 그러한 편향 장치는 축방향 단부에서 돌출된 사이드 부재보다 작은 직경을 갖는 중앙 섹션을 가질 수 있다.

나선형 홈을 갖는 편향 장치는, 회전축을 중심으로 편향 장치를 회전시킴으로써, 편향 장치상의 섬유 코일의 위치가 회전축 방향으로 조절될 수 있다는 이점을 가진다. 이러한 방식으로, 편향 장치 주위에서 이어지는 스포크 스타의 한 지점을 권취면 밖으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 스포크는 권취면 밖으로 이동하면서 기울어질 수 있다. 스포크 스타는 유리하게는 축 방향으로 기울어진 스포크에 의해 그것에 작용하는 축방향 힘을 더 잘 전달할 수 있다. 예컨대, 연속적인 스포크 또는 스포크 군은 반대 방향으로 기울어질 수 있다. 회전축의 방향으로 섬유 코일의 위치를 조절하는 것은 바람직하게는 편향 장치에 권취한 후에 행해진다.

제조 장치는 바람직하게는, 스포크 스타의 제조를 마친 후, 제조 장치에서 림측 편향 장치 사이에서 이어지는 스포크 스타의 섹션에 림 코일을 권취하도록 설계된다. 림 코일은 휠 림 또는 그 일부일 수 있다. 림 코일을 제조하기 위해 스포크 스타를 제조 장치에서 제거할 필요는 없다.

제조 장치는 특히 림측 편향 장치의 수와 동일한 수를 갖는 하나 이상의 성형 장치를 포함할 수 있다. 성형 장치는 림측 편향 장치 사이에 배치된다. 성형 장치는 스포크 스타의 한 섹션 또는 림 코일의 한 섹션에 대해 놓이고 이것에 그 형상을 전달한다. 이러한 방식으로, 예컨대, 스포크 스타 또는 림 코일의 외부 원주에서 라운딩이 수행될 수 있다. 성형 장치를 사용함으로써, 라운드 휠을 제조할 수 있다. 스포크 스타 성형 장치는 그 사이에서 스포크 스타의 섹션이 연장되는 인접한 림측 편향 장치들 사이에 배치될 수 있다. 림 코일 성형 장치는 스포크 스타의 이들 섹션 사이에서 주행할 수 있다. 성형 장치는 제조 장치에 삽입되고 이로부터 제거되거나 또는 아니면 비활성이 되도록 설계될 수 있다. 따라서, 성형 장치는 이후 필요할 때 유리하게 사용될 수 있지만, 그렇지 않으면 스포크 스타의 제조 공정을 방해하지 않는다.

본 발명의 또다른 양상에서는, 별 모양의 폐쇄 링으로 구성된 섬유/플라스틱 복합재로 제조된 스포크 스타가 제안된다. 스포크 스타는 스포크 스타의 허브측 내부 원주와 스포크 스타의 림측 외부 원주 사이에 스포크를 포함한다. 스포크 스타에서, 단일 섬유 다발은 스포크 스타의 스포크를 따라 내부 원주와 외부 원주 사이에서 반복적으로 주행한다.

단일 섬유 다발만을 갖는 이러한 구성의 한 가지 이점은 이러한 스포크 스타가 간단한 권취 장치를 사용하여 복잡하지 않게 단일 섬유 다발로부터 권취된 다음 변형될 수 있다는 것이다. 또한, 섬유 다발의 시작이 섬유 코일의 임의의 원하는 지점에 위치할 수 있다. 이것은 또한 이러한 스포크 스타의 제조를 용이하게 한다.

섬유 다발은 예컨대 로빙 또는 다중 로빙 또는 밴드 또는 스크림 또는 웹의 긴 조각일 수 있다. 섬유 다발은 바람직하게는 소위 연속 섬유를 포함한다.

바람직하게는 스포크 스타는 이러한 목적을 위해 상당한 길이의 섹션에 특별히 도입된 성형 요소를 갖는다. 그러나, 스포크 스타의 제조 과정으로부터의 편향 요소들이 스포크 스타에 남아있을 수 있다. 특히, 스포크 스타의 형상은 경화된 섬유/플라스틱 복합재에 의해 결정될 수 있으며, 바람직하게는 스포크 스타의 형상은 오로지 경화된 섬유/플라스틱 재료에 의해서만 결정된다.

바람직하게는 스포크 스타는 정수의 스포크를 갖는다. 바람직하게는 스포크 스타는 회전 대칭 구성을 가지며, 여기서 상호 회전 대칭 섹션은 각각 2 개의 스포크를 포함한다.

바람직하게는 스포크는 적어도 대략 방사상으로 이어진다. 내부 원주 및 외부 원주에서 스포크의 단부 사이의 연결부는 바람직하게는 상이한 길이를 가진다. 별법으로, 스포크는 병렬 구성을 가질 수도 있다.

바람직하게는 섬유 다발은 모든 스포크를 통과한다. 섬유 다발은 바람직하게는 스포크 스타를 따라 한 번 이상 회전하며 특히 스포크 스타를 통해 동일한 경로를 여러 번 취한다.

이러한 방식으로, 스포크 스타는 단일 섬유 다발로부터 단일 권취 공정에 의해 권취될 수 있다.

예컨대, 스포크 스타는 탄성 커플링 요소로서 사용될 수 있다. 이러한 커플링은 특히 보상 커플링일 수 있다. 이후 스포크 스타는 예컨대 제1 커플링 연결 요소의 허브측과 제2 커플링 연결 요소의 림측에 고정될 수 있다. 이는 그 탄성 덕분에 두 커플링 연결 요소의 각도 오프셋 및/또는 평행 오프셋을 보정할 수 있다.

본 발명의 추가의 양상에서, 허브, 림 및 허브와 림 사이에 여러 개의 스포크를 갖는 섬유/플라스틱 복합재로 제조된 스포크 휠이 제안된다. 스포크 휠은 상기 개시된 실시양태에 따른 스포크 스타를 포함하며, 여기서 휠 림의 적어도 일부는 섬유 다발로 제조된 스포크 스타 주위에 권취된다.

바람직하게는 휠 림의 적어도 일부를 형성하는 섬유 다발은 스포크 스타가 또한 생성되는 동일한 섬유 다발이다.

스포크 스타는 휠 림 및 허브에 고정될 수 있어, 그로부터 스포크 휠이 형성된다. 스포크 휠은 특히 진동 커플링, 기어 휠, 벨트 휠, 롤러 바닥, 그라인딩 디스크, 임펠러 휠로서, 또는 일부 다른 회전 부품 또는 회전 하중을 갖는 부품으로서 형성될 수 있다. 예컨대, 서로 연결된 2개의 스포크 스타로부터 커플링이 형성될 수 있다. 스포크 스타들 사이의 연결부는 바람직하게는 커플링의 회전 중심으로부터 멀리 떨어진 영역에 배치된다. 스포크 휠은 또한 특히 자동차의 경우 차량 림으로서 설계될 수 있다. 정적 목적을 위해 스포크 휠에 스포크 스타를 사용하는 것도 가능하다. 특히, 이러한 스포크 휠은 적어도 대략 수평으로 또는 80° 미만의 각도로 배향될 수 있다. 스포크 휠은 특히 중앙에서 지지될 수 있으며 그 외부 영역에 하중을 실을 수 있다. 스포크 휠이 외부에서 지지되고 중간에 하중을 싣는 반대의 경우도 마찬가지로 생각할 수 있다.

일 실시양태에 따르면, 스포크 스타(5)가 허브측 편향 장치(4)에 의해 허브(13)에 고정되거나 또는 허브(13)가 허브측 편향 장치(4)를 수용하도록 설계되며, 여기서 허브측 편향 장치(4)는 바람직하게는 연속적인 보어홀을 갖는 슬리브로 설계된다.

허브측 편향 장치(4)는 스포크 스타와 허브 사이의 연결 강도를 개선할 수 있다. 허브측 편향 장치가 슬리브로서 설계된 경우, 스포크 휠을 이 슬리브를 통해 휠 캐리어에 단단히 조일 수 있다.

바람직하게는 스포크의 적어도 일부는 축 방향으로 그 깊이에 비해 방사 방향으로 좁다. 이러한 방식으로, 스포크 휠은 특히 이들 스포크를 통해 휠 림에서 허브로 축방향 힘을 잘 전달할 수 있다. 방사 방향으로 상대적으로 더 작은 확장 덕분에, 스포크의 중량이 더 낮다. 이러한 방식으로, 경량 구조로서의 스포크 휠이 축방향 힘 전달 및 낮은 중량의 요구 사항을 충족할 수 있다.

스포크는 허브와 휠 림 사이에서, 및 또한 특히 스포크 휠의 축 방향으로 이어질 수 있다. 이러한 방식으로, 축방향 힘이 더 잘 흡수될 수 있다.

바람직하게는 스포크 휠은 짝수의 스포크를 포함한다.

바람직하게는 스포크 휠의 스포크 스타는 휠 림의 축방향 단부에 그리고 바람직하게는 허브의 축방향 단부에도 배열된다. 이러한 배열 덕분에, 스포크 휠의 내부에 공간이 제공되어 예컨대 거기에 스포크 휠의 베어링이 제공된다.

도면은 본 발명의 예시적인 실시양태들을 설명한다.
도 1은 스포크 스타를 제조하기 위한 제조 장치의 림측 편향 요소의 배열을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 2는 도 1의 배열을 개략적으로 도시하지만, 림측 편향 요소 주위에 권취된 섬유 코일을 포함한다;
도 3은 도 2의 배열을 개략적으로 도시하지만, 추가적인 허브측 편향 요소를 포함한다;
도 4는 도 3의 배열을 개략적으로 도시하지만, 스포크 스타를 제조하기 위해 허브측 및 림측 편향 요소가 변위된다;
도 5는 도 4의 배열을 개략적으로 도시하지만, 허브측 및 림측 편향 요소의 변위가 더 진행되었다;
도 6은 도 5의 배열을 개략적으로 도시하지만, 허브측 및 림측 편향 요소의 변위가 더 진행되었다;
도 7은 도 6의 배열을 개략적으로 도시하지만, 허브측 및 림측 편향 요소의 변위가 완료되었다;
도 8은 도 7의 배열을 개략적으로 도시하지만, 스포크 스타는 림 코일로 외부 원주에 권취되어 있다.
도 9는 도 8의 배열을 개략적으로 도시하지만, 스포크 스타와 림 코일의 섹션은 림측 편향 요소 사이의 성형 요소에 의해 외부 원주에서 볼록하게 만곡되어 있다;
도 10은 도 7에 도시된 바와 같은 스포크 스타를 갖는 림을 도시한 것이다;
도 11은 편향 장치를 위한 변위 장치를 도시한 것이다; 그리고
도 12는 나선형 홈을 갖는 편향 장치를 도시한 것이다.

도 1은 상세하게 도시되지 않은 제조 장치(100)의 표면(1)에 있는 림측 편향 장치(2)의 배열을 개략적으로 도시한 것이다. 표면은 바람직하게는 평면 형태이다. 림측 편향 장치(2)는 배열의 내부 방향으로, 바람직하게는 또한 배열의 내부로부터 멀어지는 방향으로 이동 가능하게 배열된다. 특히, 림측 편향 장치(2)는 방사 방향(R)으로 이동 가능하다. 바람직하게는, 림측 편향 장치(2)는 원주 방향(U)으로 추가로 이동 가능하다. 도 1의 도시에서, 림측 편향 장치(2)는 바람직하게는, 쌍으로, 쌍 사이의 간격(L)의 폭보다 원주 방향으로 서로 더 작은 간격(A)을 갖는다. 2 개의 림측 편향 장치(2)의 쌍 대신에, 단지 하나의 또는 2 개 이상의 림측 편향 장치(2)의 군을 제공하는 것도 가능하다. 바람직하게는 림측 편향 장치(2)는 이론적 원 상에 배열된다.

도 2는 도 1의 편향 장치(2)를 개략적으로 도시한 것이나, 편향 장치(2) 주위에 권취된 섬유 코일(3)을 추가로 포함한다. 섬유 코일(3)은 형상이 대략 원형이지만 림측 편향 장치(2) 사이의 섹션은 직선 형태이다. 이것은 연속 섬유 다발(111)의 권취 중심(W)에 권취되어 있다. 연속 섬유 다발(111)은 권취 장치(110)에 의해 제공된다. 여기에 도시된 바와 같이, 림측 편향 장치(2)는 권취 방향(WR)으로 회전하여 배치될 수 있다. 권취 장치(110)가 림측 편향 장치(2) 주위를 회전하는 것도 가능하다.

도 3은 도 2의 편향 장치(2) 및 섬유 코일(3)을 개략적으로 도시한 것이나, 허브측 편향 장치(4)가 표면(1)에 추가로 도시되어 있다. 이들 허브측 편향 장치(4)는 권취 공정을 용이하게 하기 위하여 도 2에 도시된 제조 장치의 상태에서 바람직하게는 표면(1)에 존재하지 않는다. 이들은 도 3에 도시된 상태를 생성하기 위해 자동으로 거기에 배치되거나 또는 예컨대 손으로 표면(1)에 도입될 수 있다. 허브측 편향 장치(4)가 바람직하게는 림측 편향 장치(2) 쌍 사이의 갭의 중간에 배열되지만, 반드시 이렇게 할 필요는 없다. 허브측 편향 장치(4)는 림측 편향 장치(2)의 배열의 내부 방향으로 이동 가능하게 배열되며, 바람직하게는 또한 배열 내부로부터 멀리 이동 가능하다. 바람직하게는, 림측 편향 장치(2)는 원주 방향(U)으로 추가로 이동 가능하다. 바람직하게는 허브측 편향 장치(2)는 이론적 원 상에 배열된다.

도 4는 림측 및 허브측 편향 장치(2, 4) 뿐만 아니라 도 3의 섬유 코일(3)을 개략적으로 도시한 것으로, 스포크 스타의 성형 시작을 보여준다. 이 목적에서, 허브측 편향 장치(4)는 긴 화살표로 도시된 바와 같이 배열(10)의 내부 방향으로 변위된다. 섬유 코일(3)이 그 길이에 있어 뒤지지 않기 때문에, 림측 편향 장치(2)도 배열(10)의 내부 방향으로 변위되어야 한다. 이 변위의 경로가 더 짧기 때문에 짧은 화살표로 도시된다.

도 5는 도 4의 섬유 코일(3) 뿐만 아니라 림측 및 허브측 편향 장치(2, 4)를 개략적으로 도시한 것으로, 스포크 스타의 성형이 더 진행된 것이다. 도 3에서, 스포크 스타의 성형 동안, 허브측 편향 장치(4)는 처음에 림측 편향 장치(2)보다 배열(10)의 내부로부터 더 멀리 떨어져 있음이 분명해진다. 그러나, 도 5에서 이것이 반전되었다.

도 6은 도 5의 림측 및 허브측 편향 장치(2, 4) 및 도 5의 섬유 코일(3)을 개략적으로 도시한 것으로, 여기서 스포크 스타의 성형은 훨씬 더 진행되었다.

도 7은 도 6의 완성된 스포크 스타(5)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1 내지 도 7은 스포크 스타의 제조 공정 단계를 보여준다. 도 1 내지 도 6의 축척은 거의 동일하므로, 섬유 코일로부터의 제조 동안 스포크 스타(5)의 외부 원주(16)가 변형과 더불어 연속적으로 감소하는 것이 분명해진다. 스포크 스타는 내부 원주(15)와 외부 원주(16)를 가지고 있다. 이들은 실질적으로 편향 장치(2 및 4)의 위치에 의해 결정된다.

도 8은 도 7의 완성된 스포크 스타(5)를 도시하지만, 연속 섬유의 림 코일(6)이 그 주위에 권취되어 있다. 림측 및 허브측 편향 장치(2, 4)는 도 7에서와 같은 위치에 있다. 림 코일(6)로 스포크 스타(5)를 권취한 덕분에, 스포크 스타(5)는 림(11) 또는 다른 휠 형상 장치의 스포크를 형성할 수 있다. 쌍으로 배열된 림측 편향 장치(2)의 간격은 림 코일(6)과 평행하게 놓이는 스포크 스타(5)의 영역을 생성한다. 림측 편향 장치(2)의 쌍 배열은 또한 스포크 스타(5)의 스포크가 방사 방향으로 더 강하게 형성될 수 있음을 의미한다. 이것은 방사방향 힘의 흡수에 유리하다.

도 9는 표면(1)에서 도 8의 림(11)을 도시하나, 림 코일(6)의 더 나은 진원도를 달성하기 위해 스포크 스타 성형 장치(7) 및 림 코일 성형 장치(8)가 제공되었다는 차이점이 있다. 스포크 스타 성형 장치(7)는 2 개의 림측 편향 장치(2) 사이에서 스포크 스타(5)의 내부에 배열된다. 이들은 그 외부 원주측에 바람직하게는 대략 림(11)의 외부 반경을 갖는 볼록한 곡률을 가진다. 이러한 방식으로, 림측 편향 장치(2) 사이의 스포크 스타(5)의 섹션이 형태적으로 둥글게 될 수 있다. 림 코일 성형 장치(8)는 스포크 스타(5)의 2 개의 스포크(12) 사이에, 그러나 스포크 스타(5)의 외부에 배치된다. 림 코일 성형 장치(8)는 그 외부 원주측에 바람직하게는 대략 림(11)의 외부 반경에 상응하는 볼록한 곡률을 가진다. 성형 장치(7, 8)는 바람직하게는 편향 장치(2, 4)에 대해 표면(1)에 위치한다. 도시된 바와 같이, 바람직하게는 스포크 스타 성형 장치 또는 림 코일 성형 장치(8)는 매번 모든 인접한 림측 편향 장치(2) 사이에 배열된다. 스포크 스타 성형 장치(7)는 바람직하게는 스포크 스타(5)의 제조 전에 표면(1)에 고정된다. 림 코일 성형 장치(8)는 바람직하게는 림 코일(6)의 권취 전에 표면(1)에 배치된다. 성형 장치는 차량용 림(11)의 제조를 상당히 용이하게 한다.

도 10은 이 예에서 자동차용 림으로서 구성되는 스포크 휠(11)을 개략적으로 도시한 것이다. 림은 스포크(12), 허브(13) 및 휠 림(14)을 갖는 스포크 스타(5)를 포함한다. 허브측 편향 장치(2)는 허브(13)에 내장된다. 스포크 스타(5)는 허브측 편향 장치(2)에 의해 허브(13)에 고정된다. 림측 편향 장치(4)는 휠 림(14)에 내장된다. 스포크 스타(5)는 림측 편향 장치에 의해 휠 림(14)에 고정된다. 스포크 스타(5)는 추가적으로 또는 대안적으로 일체형 결합에 의해 허브(13) 및/또는 휠 림(14)에 연결될 수 있다. 휠 림은 림 코일(6)로부터 형성되거나 림 코일(6)을 포함할 수 있다. 허브측 편향 장치(2)는 튜브 섹션으로서 구성될 수 있다. 이 경우, 림(11)은 허브측 편향 장치(2)에 의해 차량에 연결될 수 있다.

도 11은 상징적으로 파선으로 도시된 변위축(21)을 갖는 변위 장치(20)를 개략적으로 도시한 것이다. 변위축(21)을 따라 이동기(22)가 변위될 수 있다. 림측 편향 장치(2)는 이동기(22)에 고정된다. 림측 편향 장치(2)는 중앙 섹션(23) 및 측면 부재(24)가 제거된 롤러의 형상을 가진다. 도 11에 도시되지 않은 섬유는 바람직하게는 중앙 섹션(23)에 의해 편향된다. 바람직하게는 측면 부재(24)는 중앙 섹션(23)으로부터 제거될 수 있다. 중앙 섹션(23)은 스포크 스타(5)에 남아있는 슬리브로서 구성될 수 있다. 측면 부재(24) 및 중앙 섹션(23)은 이동기(22)에 고정되는 축(25) 상에 놓일 수 있다. 유사하게, 허브측 편향 장치(4)는 또한 이동기(22)에 고정될 수 있다. 허브측 편향 장치(4)는 림측 편향 장치(2)와 관련하여 상기 개시한 바와 같이 롤러의 형태를 가질 수 있다.

도 12는 실질적으로 중앙 섹션(23) 및 측면 부재(24)를 갖는 롤러의 형태를 갖는 림측 편향 장치(2)를 도시한 것이다. 중앙 섹션(23)에는, 나선형 홈(26)이 도입된다. 이 홈(26)에, 편향을 위해 섬유 다발이 배치될 수 있다. 편향 장치(2)의 길이방향 축과 일치하는 회전축(D)을 중심으로 편향 장치(2)를 회전시킴으로써, 길이 방향으로 도 12에 도시되지 않은 편향된 섬유 다발의 위치를 변화시킬 수 있다. 바람직하게는, 홈(26)은 섬유 다발이 길이 방향을 가로지르는 평면에서 나선형 홈(26) 내에서 연장될 수 있도록 길이 방향으로 넓다. 편향 장치(2)로의 섬유 유입 및 그로부터의 섬유 배출은 편향 장치(2)의 길이 방향으로 동일한 위치에서 일어날 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 허브측 편향 장치(4)는 동일한 방식으로 구성되고 사용될 수 있다.

Claims

하나 이상의 연속 섬유 다발(111)을 갖는 스포크 스타(5)의 제조 방법으로서,
제조 장치(100)를 사용하여 섬유 코일(3)을 권취하고 섬유 코일(3)을 스포크 스타(5)로 변형시키며,
상기 제조 장치(100)는 림측에 복수의 편향 장치(2) 및 허브측에 복수의 편향 장치(4)를 포함하고,
림측의 편향 장치(2) 및 허브측의 편향 장치(4)는 편향 장치(2, 4)의 배열(10)의 내부 주위에 배열되며,
제1 단계에서, 연속 섬유 다발(111)이 섬유 코일(3)로서 림측 편향 장치(2)의 적어도 일부의 주위에 권취되고, 제2 단계에서, 이 권취 후에, 허브측 편향 장치(4)의 적어도 일부가 배열(10)의 내부 방향으로 이동되고, 섬유 코일(5)이 별 모양으로 변형되어, 허브측 편향 장치(4)와 림측 편향 장치(2) 사이에서 스포크(12)가 섬유 코일(3)의 부분들로부터 형성되어 닫힌 스포크 스타(5)의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항에 있어서, 제조하고자 하는 스포크 스타(5)의 크기를 조절하기 위해, 림측 편향 장치(2)의 적어도 일부는, 배열(10)의 내부와 관련하여 그 방사상 위치에서 섬유 코일(3)의 변형 과정을 위한 시작 위치까지 변위되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제2항에 있어서, 림측 편향 장치(2)의 적어도 일부는, 권취 중심으로부터 그 방사상 위치에서 변위되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 림측 편향 장치는, 적어도 섬유 코일의 권취 방향으로 또는 적어도 배열(10)의 내부에 대하여 원주 방향으로 변위되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제4항에 있어서, 림측 편향 장치는, 적어도 섬유 코일의 권취 방향으로 또는 적어도 권취 중심에 대하여 원주 방향으로 변위되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제4항에 있어서, 림측 편향 장치는, 스포크 스타(5)의 적어도 하나의 스포크가 방사상으로 배향되는 방식으로, 적어도 섬유 코일의 권취 방향으로 또는 적어도 배열(10)의 내부에 대하여 원주 방향으로 변위되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 섬유 다발의 림 코일(6)이, 스포크 스타(5)의 외부 원주 둘레에 권취되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제7항에 있어서, 스포크 스타(5)는 휠 림(14)으로서 또는 휠 림(14)의 일부로서 구성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 편향 장치(2, 4)는 회전축(D)을 중심으로 회전 가능하도록 설계되고 그 외부 원주 상에 나선형 홈(26)이 제공되며, 이 안에 섬유 코일(3)이 놓이고, 회전축(D)이 나선형 홈(26)의 내부에서 이어지고, 편향 장치(2, 4)의 외부 원주 상에 있는 회전축(D)의 방향으로 섬유 코일(3)을 이동시키기 위해 편향 장치(2, 4)가 회전되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스포크 스타(5) 및/또는 림 코일(6)의 림측 외부 섹션이 성형 장치(7, 8)에 대하여 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제10항에 있어서, 스포크 스타(5) 및/또는 림 코일(6)의 림측 외부 섹션이 스포크 스타(5) 및/또는 림 코일(6)의 내측에 대하여 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
연속 섬유로 스포크 스타(5)를 제조하기 위한 제조 장치(100)로서,
복수의 림측 편향 장치(2)와 복수의 허브측 편향 장치(4), 및
허브측 편향 장치(4)를 위한 복수의 변위 장치(20)를 포함하고,
상기 복수의 림측 편향 장치(2)와 복수의 허브측 편향 장치(4) 각각은 섬유 코일(3)을 수용하도록 설정되고 섬유 코일(3)의 변형이 시작될 때 편향 장치(2)의 배열(10)의 내부 주위에 배열되고
상기 복수의 변위 장치(20)에 의해 상기 허브측 편향 장치(4)는 변형이 시작되는 위치로부터 림측 편향 장치(2)의 배열(10)의 내부 방향으로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치(100).
제12항에 있어서, 적어도 하나의 변위 장치(20)는 편향 장치(2, 4)가 배열된 표면(1)에서 피봇가능한 것을 특징으로 하는 제조 장치(100).
제13항에 있어서, 적어도 하나의 변위 장치(20)는 배열(10)의 내부에 있는 한 지점에 대해 피봇가능한 것을 특징으로 하는 제조 장치(100).
제13항에 있어서, 적어도 하나의 변위 장치(20)는 권취 중심(W)에 대해 피봇가능한 것을 특징으로 하는 제조 장치(100).
제12항 또는 제13항에 있어서, 림측 및 허브측 편향 장치(2, 4)의 군이 배열(10)의 내부에 대하여 권취 방향으로 연속적으로 따르고, 하나의 군은 적어도 하나의 편향 장치(2, 4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
제16항에 있어서, 상기 군은 적어도 2개의 편향 장치(2, 4)를 포함하며, 하나의 허브측 편향 장치(4)는 2개의 림측 편향 장치(2)를 따르는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 편향 장치(2, 4)는 나선형 홈(26)을 포함하고 이론적 회전축(D)을 중심으로 회전 가능하게 설계되며, 섬유 코일(3)은 권취된 상태에서 회전축(D) 주위에 감겨 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치(100).
제16항에 있어서, 편향 장치(2, 4)는 나선형 홈(26)을 포함하고 이론적 회전축(D)을 중심으로 회전 가능하게 설계되며, 섬유 코일(3)은 권취된 상태에서 회전축(D) 주위에 감겨 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치(100).