KR20190015471A - 고안정성을 가지는 일체로 사출 성형된 임펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 특히, 증가된 시스템 중량을 가지는 자전거들, 예컨대, 전기 구동된 자전거들 및 화물 자전거들에 대해 적합한, 저중량을 가지는 안정적인 임펠러, 및 이 임펠러를 위한 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 임펠러는 허브, 휠 차축에 대해 회전 대칭으로 배열되는 적어도 3개의 전신 바퀴살들, 및 림을 가지며, 여기서 허브, 바퀴살들 및 림으로 구성되는 본체는 유리 섬유 보강된 열가소성 합성 재료로 사출 주조함(injection casting)으로써 통합식으로 제조된다. 바퀴살들은, 림의 방향으로의 증가하는 개방 각도를 가지는 S-형상 횡단면을 가지고, 휠 중심 섹션에서 림으로부터 허브로 테이퍼링하고 그리고 적어도 하나의 바퀴살을 통해 연장하는 휠 횡단면에서 허브로부터 림으로 테이퍼링한다.

Description

고안정성을 가지는 일체로 사출 성형된 임펠러

본 발명은, 특히, 전기로 동력공급되는 자전거들(bicycles) 및 화물 바이크들(cargo bikes)과 같은, 증가된 시스템 중량을 가지는 자전거들에 대해 적합한 매우 안정적인 저중량 휠 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.

산악 바이크들, 일상 바이크들(everyday bikes), 리컴번트(recumbent) 자전거들, 그리고 유사한 것과 같은 다양한 유형들의 자전거들을 위한 휠들은 다양한 실시예들 및 재료들에서 오랫동안 공지되고 있다. 바퀴살 구성에 대해, 다수의 바퀴살들을 갖는 금속으로 제조된 전형적인 바퀴살 휠들뿐만 아니라, 바퀴살들이 더 많은 재료를 사용하여 설계되는 크게 감소된 수의 바퀴살들을 갖는 휠들이 이용가능하다. 저중량 및 고안정성이 요구된다면, 후자의 휠들은 탄소 구성에 의해 보통 제조된다. 그러나, 탄소 구성은 비교적으로 값비싸고 복잡하며, 그리고 따라서, 스포츠 분야에서 주로 사용된다. 더욱이, 측방향 충격 부하들에 대한 안정성은, 특정 대응책들이 취해지지 않는다면, 종종 불충분하다.

최근 수년간, 화물 바이크들, 플리트(fleet) 바이크들 및 전기로 동력공급되는 자전거들(예컨대, 페델렉들(pedelecs) 및 이-바이크들(e-bikes))의 사용은 매우 증가되고 있으며, 그리고 전기 구동은 화물 바이크들 및 플리트 자전거들에서 특히 사용된다. 더 높은 속도들의 전기로 동력공급되는 자전거들 및 증가된 중량의 화물 자전거들 경우에는, 휠들은 수반되는 증가된 기계적 응력들을 견딜 수 있어야 한다. 위에서 언급된 탄소 구성 휠들은, 신중하게 설계된 경우에, 경량이고 안정적이지만, 위에서 언급된 바와 같이, 값비싸고 그리고 제작하기에 힘이 들며, 그리고 스포츠 바이크들의 비전형적인 흡수 부하들, 예컨대 측방향의 충격 부하들에 대해 아직 개선될 수 있다.

DE 3536308 A1은 특히, 이에 따라 높은 굽힘 강도를 가지고 그리고 또한 비틀림 부하들에 대해 안정적인 휠체어들에 대해 적합하도록 설명되는 휠들을 개시한다. 허브, 바퀴살들 및 림을 갖는 휠은 플라스틱으로 일체로 몰딩되며, 여기서 바퀴살들은 중공형 바퀴살들이며 그리고 바퀴살들은 규정된 횡단면 치수들 및 규정된 횡단면 프로파일을 갖는다. 그러나, 몰딩된 플라스틱 휠들의 안정성은 아직 개선될 수 있다.

US 4,930,844는 휠들을 개시하며, 이 휠들에서 허브, 바퀴살들 및 림 베드는 유리 섬유 보강된 폴리아미드로 일체로서 통합식으로 몰딩되며; 하지만, 충분한 안정성을 제공하기 위해, 이들은 림에 결합된 금속 링을 포함한다. 섬유 보강된 플라스틱 재료로 단독으로 제조된 휠의 안정성은 명백하게 불충분하다.

EP 1083063 A2는 유리 섬유 보강될 수 있는 S 형상의 바퀴살 횡단면을 갖는 일체의 사출 성형된 휠들을 개시한다. 허브를 향하는 바퀴살들의 횡단면의 증가 및 허브를 향하는 S 형상의 확장이 더 설명된다. 더욱이, 바퀴살들은 허브 부분에서 서로에 대해 사인곡선으로(sinusoidally) 플랜징된다(flanged).

WO 2014/099197 A1는 차량 휠들, 예컨대 자전거들의 휠들의 바람 저항을 감소시키는 방법들을 개시한다. 자전거 휠들을 위해, 타원형 바퀴살 프로파일이 개시된다.

본 발명의 목적은 전기로 동력공급되는 자전거들 및/또는 화물 바이크들에 특별히 발생할 수 있는 증가된 기계적 응력들을 견디는 안정적인 휠들을 제공하는 것이며, 이는 허용가능한, 바람직하게는 저중량을 가지고 그리고 적은 공정 단계들로 다량으로 값싸게 제조될 수 있다. 휠들은 추가적으로 가능한 한 내구성이 있어야(durable) 하고 그리고 약간의 유지보수들을 요구해야 한다.

이러한 목적은 제1 항에 따른 휠에 의해 해결되며, 이는 특히 자전거들, 전기 자전거들 및 화물 바이크들에 대해 적합하고 그리고 이 휠은 허브, 휠 차축에 대해 회전 대칭으로 배열되는 적어도 3개의 중실형 본체 바퀴살들, 및 림을 포함하며, 여기서 허브, 바퀴살들 및 림의 본체는 유리 섬유 보강된 열가소성 물질로의 사출 성형에 의해 일체로(통합식으로) 제조되며,

다음을 특징으로 한다

- 바퀴살들은 림의 방향으로 증가하는 개방 각도를 갖는 S-형상 횡단면을 가지며,

- 바퀴살들은 휠의 중심 횡단면에서 림으로부터 허브를 향하여(또는 휠의 축 방향으로의 평면도에서) 테이퍼링하며, 그리고

- 바퀴살들은 적어도 하나의 바퀴살의 중심을 통해 진행하는 휠 횡단면에서 허브로부터 림을 향하여 테이퍼링한다.

본 발명은 또한 휠을 제조하기 위한 방법을 제공한다.

발명자들은 광범위한 연구를 수행하였고 그리고 휠의 설명된 특정 바퀴살 설계 및 적합한 유리 섬유 보강된 열가소성 물질의 사용으로 인해, 놀랍게 탁월한 휠 안정성이 획득될 수 있는 반면, 휠의 중량은 낮은 상태로 유지될 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 안정성에 관하여, 움푹 패인 곳들(potholes)을 통과하면서 탑승할 때 경험되는 바와 같은, 가능하게는 높은 시스템 중량과 조합하여 높은 수직 충격 부하 양자 모두가 견뎌내는 것이 관찰되었다. 더욱이, 고안정성이, 특히 디스크 브레이크들을 사용하여 제동할 때 발생하는 변형력들에 대해 허브의 영역에서 달성되며, 그리고 예를 들어, 높은 측방향 안정성이, 즉, 코너링할(cornering) 때 그리고 사고들에서 발생할 수 있는 림의 주변에서의 휠에 대한 측방향 힘들에 대해 달성된다. 안정성 특성들의 이러한 조합이 심지어 바퀴살들의 상대적으로 작은 벽 두께의 경우에도 달성될 수 있다는 것이 놀라웠다. 따라서, 본 발명에 따른 휠은, 화물 바이크들, 전기로 작동되는 자전거들(예컨대, 페델렉들 및 이-바이크들)에 대해 특히 유리하거나 필요한 높은 안전 요건들을 만족시킨다. 특히, 본 발명에 따른 휠은 하나의 공정 단계로 그리고 대량으로 신속하게 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 휠은 허브, 휠 차축에 대해 회전 대칭으로 배열되는 적어도 3개의 중실형 본체 바퀴살들, 및 림을 포함하며, 여기서 허브, 바퀴살들 및 림의 본체는 사출 성형에 의해 일체로 제조된다. 따라서, 본 발명에 따른 휠은, 예를 들어, 림의 영역에서 금속성 보강을 요구하지 않지만, 완전히 일체로 사출 성형된다. 바퀴살들의 배열은 바람직하게는, 모든 바퀴살들이 인접한 바퀴살들로부터 동일한 거리를 갖도록 한다. 본 발명의 중실형 본체 바퀴살들은 중공형 바퀴살들이 아닌 바퀴살들로서 이해되어야 한다. 그러나, 중량 감소를 위해, 본 발명의 바퀴살들은 재료가 제거되어 있는 오목부들 또는 홀들을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 휠의 림은 클린처(clincher) 또는 튜브형 타이어들을 위해 설계될 수 있다. 클린처 타이어들을 위해 요구되는 언더컷들을 갖는 림 플랜지는 접이식 코어(collapsible core)를 가지는 몰드 부품들(mold parts) 또는 슬라이더들(sliders)에 의해 사출 성형으로 실현될 수 있다.

림의 방향으로 증가하는 개구 각도를 가지는 S 형상 횡단면을 갖는 바퀴살들의 설계는 본 발명의 필수적인 특징이다(도 2 참조). S 형상 횡단면은 바퀴살들의 저중량 설계를 허용하고 그리고 휠의 안정성에 기여한다. 본 발명에 따라, 용어 “S 형상 횡단면”은 또한, 도 2b에서 표시되는 바와 같이, S 형상의 피크들(peaks)이 약간 에징되는(dged) S 형상들을 포함한다.

바퀴살들이 휠의 중심 횡단면에서 림으로부터 허브를 향하여 테이퍼링하는 것이 본 발명에 따라 추가적으로 필수적이다. “휠의 중심 횡단면”은 본 발명에 따라 이의 중심에서 전체 휠을 통과하는 횡단면으로서 이해된다. 테이퍼링(tapering)은 또한, 휠 차축의 방향으로 수직 측방향의 평면도로 관찰될 수 있다(도 3a를 참조).

더욱이, 바퀴살들은 바퀴살을 통해 진행하는 휠 횡단면에서 허브로부터 림을 향하여 테이퍼링한다. 더 구체적으로는, 휠 횡단면은 휠의 주요 평면에 대해 수직인 휠 차축을 통과하는 섹션이며, 이 섹션은 적어도 하나의 바퀴살의 중심을 통해 진행한다. 다시 말해, 본 발명에 따라, 바퀴살들은 외부 허브 단부들을 향하는 방향의 림으로부터 허브로의 방향으로 커진다(widen). 허브로부터 림으로의 휠 횡단면의 테이퍼링은 도 3b에서 관찰될 수 있으며, 이는 도 3a에서 A-A를 따른 섹션을 도시한다.

이러한 바퀴살 설계 특징들을 조합함으로써, 저중량의 탁월한 안정성을 갖는 일체의 휠들은, 복잡한 탄소 구성 방법을 적용할 필요 없이, 사출 성형에 의해 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 휠은 바람직하게는 3 내지 8개, 더 바람직하게는, 5 또는 6개의 바퀴살들, 훨씬 더 바람직하게는 정확히 6개의 설명된 바퀴살들을 갖는다. 특히 6개의 바퀴살들의 수로, 탁월한 결과들이 허용가능하게 낮은 중량에서의 안정성에 대해 달성되었다.

본 발명에 따른 휠의 바퀴살들은 바람직하게는, 1.5 내지 5 mm, 더 바람직하게는 2.5 내지 3.5 mm의 범위의 벽 두께를 갖는다. 바퀴살들의 벽 두께를 바퀴살을 따라 일정하게 또는 본질적으로 일정하게 유지하는 것이 더 바람직하다. 그러나, 림으로의 그리고/또는 허브로의 전환 부분에서의 바퀴살들의 벽 두께의 증가가 존재할 수 있다.

휠의 안정성을 더 개선시키기 위해, 바퀴살들과 림사이의 전환부들(transitions) 및/또는 허브의 영역의 인접한 바퀴살들 사이의 전환부들은 바람직하게는 림으로의 바퀴살들의 매끄러운 전환부들을 획득하기 위해 연속적으로(도 3a를 참조(파선들)) 설계된다. 허브의 영역에서, 이러한 연속적인 전환부들은 또한 인접한 바퀴살들 사이의 브릿지들(bridges)로 지칭될 수 있다.

본 발명에 따른 휠은 유리 섬유 보강된 열가소성 물질을 사용하여 제조된다. 유리 섬유 보강된 열가소성 물질은 바람직하게는 35 내지 65 중량%, 더 바람직하게는 40 내지 60 중량%, 더 바람직하게는 45 내지 55 중량%의 유리 섬유 함량을 포함한다. 유리 섬유들은 바람직하게는 소위 1 mm초과의 길이를 갖는 긴 섬유들이다. 양들의 전에 언급된 범위들 내에서, 한편으로, 휠의 양호한 기계적인 성질들이 제공될 수 있으며, 그리고 다른 한편으로, 사출 성형에 의한 처리가, 심지어 보다 미세한 형상들의, 예컨대 림 설계의 형성의 경우에도 가능하다. 사출 성형 후의 최종 생성물에서의 섬유들이 엉켜 있고(tangled) 그리고 대체로 동일한 배향을 가지지 않고 있는 것이 본 발명에서 바람직하다.

열가소성 매트릭스(matrix)로서, 특히 폴리아미드, 공폴리아미드 및 이들의 혼합물들이 고려될 수 있다. 부분적으로 결정질 폴리아미드들 그리고 부분적으로 방향족 폴리아미드들에 기반하는 플라스틱 매트릭스들이 바람직하다. 적합한 폴리아미드들 및 공폴리아미드들의 예들은 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 6I, 폴리아미드 6X, 폴리아미드 6I/X 및 특히 이들의 혼합물들(예컨대 폴리아미드 6I/X과 조합하는 폴리아미드 66)이다.

본 발명에 따라, 바람직하게는 유리 섬유 보강된 열가소성 물질들은 100 MPa 내지 300 MPa, 바람직하게는, 150 MPa 내지 250 MPa의 DIN EN ISO 527에 따른 파단시의 인장 응력(tensile stress at break), 및 6 GPa 내지 30 GPa, 바람직하게는 15 GPa 내지 25 GPa의 DIN EN ISO 527에 따른 탄성 계수(E modulus)를 갖는다.

적합한 유리 섬유 보강된 열가소성 물질들은, 예를 들어, 스위스의 EMS-Grivory, EMS Chemie AG로부터의 상표명 Grivory®하에서 상업적으로 이용가능하다.

다른 바람직한 실시예들에서, 반사 안료(reflective pigment)는 가시성을 개선하기 위해 유리 섬유 보강된 열가소성 물질에 혼합될 수 있으며, 이에 의해 반사 휠이 압출 및 사출 성형 후에 획득된다.

본 발명의 바람직한 실시예들에서, 휠은 차축, 전기 모터(허브 모터, 허브 다이나모 및/또는 내부 기어 허브를 유지하기 위한 허브에서 금속 인서트 또는 플라스틱 인서트를 포함하거나; 예를 들어, 휠 베어링은 휠의 플라스틱 본체로 직접적으로 가압된다. 사출 성형에 의한 본 발명에 따른 휠의 제조는 휠 허브에서 이러한 인서트 또는 휠 베어링을 용이하게 제공하는 것을 허용한다. 예를 들어, 대응하는 컴포넌트를 포함하는 것은 몰드에서 대응하는 컴포넌트를 삽입시키고 그리고 대응하는 컴포넌트 주위에 사출 성형함으로써 실시될 수 있거나, 각각의 컴포넌트는 사출 성형 후에, 바람직하게는 사출 성형된 휠의 잔열을 활용하여 휠과 결합되거나 압축된다.

추가적으로, 중량 절감에 관해, 본 발명에 따른 휠은 바람직하게는, 림이 바깥쪽 반경 방향으로 적어도 부분적으로 개방된 중공형 프로파일을 가지는 림 설계를 갖는다(도 5b를 참조). 중공형 프로파일은 V 형상, U 형상, 사다리꼴 형상 또는 상자 형상 프로파일로서 구성될 수 있다. 프로파일 깊이는 바람직하게는 1 내지 80 mm, 더 바람직하게는 15 내지 50 mm, 또한 바람직하게는 25 내지 35 mm일 수 있다.

중공형 프로파일은 완전히 개방될 수 있거나, 이 중공형 프로파일은 안정성을 증가시키기 위해 중공형 프로파일을 챔버들로 분할하는 횡단 리브들에 의해 가로막힐(interrupted) 수 있다(도 6). 중공형 프로파일 및 횡단 리브들에 의해 가로막히는 중공형 프로파일은 사출 성형 동안 공동 형성 몰드 부품들을 반경 방향으로 빼냄(extracting)으로써 형성될 수 있다.

횡단 리브들은 바람직하게는 리브들의 중심에서 외부 리브 에지에서 측정되는, 1 mm 내지 6 mm, 더 바람직하게는 1.5 내지 4 mm, 더 바람직하게는 2 내지 3 mm의 두께를 갖는다. 더욱이, 횡단 리브들이 림 측면들로의 연속적인 전환부를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 휠에는, 특히 클린처 타이어들과의 사용을 위해 구성될 때, 림 테이프가 제공될 수 있다. 림 테이프는 바람직하게는 중공형 프로파일 상에 또는 횡단 리브들에 의해 가로막힌 중공형 프로파일 상에 놓이고 그리고 타이어 압력에 대항하여 내부 튜브를 지지한다.

림 테이프는 바람직하게는 열가소성의 연속적인 섬유 보강된 복합 재료들(열가소성 매트릭스를 갖는 직물 보강된 반제품들)로 형성되고 그리고 더욱이 바람직하게는 200 내지 600 MPa, 더 바람직하게는 300 내지 400 MPa의 범위의 DIN EN ISO 527에 따른 파단 시의 인장 응력을 가지고, 그리고 바람직하게는 6 GPa 내지 30 GPa, 더 바람직하게는 15 GPa 내지 25 GPa의 범위의 DIN EN ISO 527에 따른 탄성 계수(E modulus)를 갖는다. 림 테이프의 두께는 바람직하게는 0.25 내지 5 mm, 더 바람직하게는 0.3 내지 1 mm, 추가적으로 바람직하게는 0.4 내지 0.6 mm일 수 있다.

횡단 리브들이 재분류되는 림 프로파일을 세그먼트들로 파티셔닝하는 실시예들이 특히 바람직하며, 여기서 리브들 각각은 세그먼트들 내에 동일한 반경 방향 배향을 가지며, 즉, 서로 평행하게 연장하며, 그리고 여기서 인접한 세그먼트들의 리브들은 상이한 반경 방향 배향들을 가지지만, 또한 동일한 세그먼트 내에서 서로 평행하게 정렬된다(도 6). 놀랍게도, 안정성의 추가의 개선이 모든 횡단 리브들이 동일한 배향을 가지는 경우와 비교하여 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 휠은 추가적으로 바람직하게는 이러한 세그먼트들 중 6 내지 12개, 더 바람직하게는 8개의 세그먼트들을 포함한다. 본 발명에 따라, 특히 안정성 및 저중량의 양호한 조합을 초래하는 6개의 바퀴살들 및 8개의 세그먼트들을 갖는 휠이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 휠들은, 예를 들어, ETRTO(European Tire and Rim Technical Organization)에 의해 특정되는 바와 같이 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 임의의 종래 치수들 및 림 치수들로 제조될 수 있다. ETRTO 규격들에 기초하여, 바람직한 공칭 휠 직경들은 16 내지 28 인치, 더 바람직하게는 18 내지 26 인치, 추가적으로 바람직하게는 20 내지 26 인치, 가장 바람직하게는 24 인치의 타이어 치수들에 대해 적합한 직경들이다. 림 폭들(마우스 폭)은 바람직하게는 14 내지 35 mm, 더 바람직하게는 25 내지 30 mm이다. 클린처 타이어들의 경우에, 림 에지 높이들은 바람직하게는 5 내지 10 mm, 더 바람직하게는 6 내지 8 mm의 범위에 있다.

24 인치의 타이어들을 위한 크기의 경우에, 본 발명에 따른 휠들은 요망되는 안정성에 따라, 바람직하게는 1 내지 2 kg, 더 바람직하게는 1 내지 1.5 kg, 더 바람직하게는 1 내지 1.2 kg의 범위의 중량을 갖는다. 중량은 허브 부분에서 전술된 선택적인 인서트들 없는 사출 성형 후의 휠의 중량을 지칭한다.

본 발명에 따른 휠들은 2개-휠형성된 차량들뿐만 아니라, 3개- 또는 4개-휠형성된 차량들을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 휠들의 적용의 영역들은 특히 이-바이크, 화물 바이크들, 플리트 휠들, 페델렉들, 산악 바이크들, 리컴번트 바이크들 또는 휠체어들뿐만 아니라, 모터 스쿠터들(스쿠터들)과 같은 근력에 의해 구동되지 않는 차량들이다. 중량 및 안정성의 양호한 조합으로 인해, 본 발명에 따른 휠들은 특히 바람직하게는 2개- 또는 3개-휠형성된 화물 바이크들 및 전기로 동력공급되는 자전거들, 예컨대 이-바이크들 또는 페델렉들을 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 휠 적용들은 특히 또한 미드-엔진들(mid-engines)에 의해 동력공급된 차량들 및 허브 모터가 각각의 휠 허브에 제공되는 4개-휠형성된 구동 차량들을 포함한다.

허브, 휠 차축에 대해 회전 대칭으로 배열되는 적어도 3개의 중실형 본체 바퀴살들, 및 림을 포함하는 본 발명의 휠들은 적합한 열가소성 유리 섬유 보강된 플라스틱을 사용하여 사출 성형함으로써 통합식으로 형성된다. 이를 위해, 열가소성 유리 섬유 보강된 플라스틱은 보통 압출기에서 처리되고 그리고 적합한 온도가 되게 하고 그리고 그 후 몰드 안으로 주입된다. 후속하여, 주요 몰드 부품들은 휠의 축 방향으로 보통 제거된다. 바퀴살들의 S 형상 횡단면 형상 및 중실형 본체로서의 바퀴살들의 설계는 간단하고 언더컷-없는 몰딩(undercut-free molding)을 허용하였다. 임의의 선택적인 횡단 리브들을 포함하는, 림의 임의의 선택적으로 요망되는 중공형 프로파일 형상은 사출 성형 후에 반경 방향으로 밖으로 당겨지는 적합한 몰드 부품들 또는 슬라이더들을 사용함으로써 획득될 수 있다.

휠 베어링 또는 차축 베어링 및/또는 전기 모터를 유지하기 위한 금속 인서트 또는 플라스틱 인서트가 허브 개구에 제공될 수 있다면, 각각의 컴포넌트는 사전에 사출 성형 동안 몰드에 배열될 수 있으며 그리고 사출 성형이 컴포넌트 주위에서 발생하거나, 각각의 컴포넌트는, 바람직하게는, 사출 성형된 부품의 잔열을 사용하여, 사출 성형 후에 허브 개구에서 가압된다.

본 발명은 첨부 도면들을 참조로 하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 6개의 바퀴살들(spokes)을 가지는 본 발명에 따른 휠의 측으로부터의 평면을 도시한다.
도 2는 바퀴살들의 S-형상 횡단면 프로파일을 예시한다. 도 2a는 본 발명에 따른 휠의 일부분을 도시하며, 그리고 도 2b는 도 2a에서 파선들의 포지션들에 대응하는 강조된 횡단면들을 갖는 바퀴살의 더 상세한 표현을 도시한다.
도 3a는 차축(axle)의 방향으로 본 발명에 따른 휠의 평면도를 도시하며, 여기서 림으로부터 허브를 향하는 바퀴살들의 테이퍼링을 볼 수 있다. 도 3b는 허브로부터 림으로의 바퀴살의 테이퍼링을 휠 횡단면으로 도시한다.
도 4a는 축 방향으로의 본 발명에 따른 휠의 평면도를 도시한다. 도 4b는 차축-베어링을 위한 삽입된 인서트를 갖는 본 발명에 따른 허브 부분의 설계의 일 예를 개략적으로 도시하며, 여기서 도 4b의 하부 부분은 선(B-B)을 따른 허브 부분의 횡단면을 도시한다.
도 5a는 축 방향으로의 본 발명에 따른 휠의 평면도를 도시하며, 그리고 도 5b는 도 5a의 선(D-D)을 따른 횡단면으로 가능한 림 프로파일 형상을 도시한다.
도 6은 8개의 세그먼트들을 갖는 일 실시예에서 횡단 리브들에 의해 형성되는 중공형 챔버들을 가지는, 본 발명에 따른 휠의 특히 림 부분을 도시하며, 여기서 횡단 리브들은 서로 평행하게 정렬된다.

본 발명의 휠의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조로 하여 아래에서 더 상세히 설명된다.

S-형상 바퀴살들(2), 허브(3) 및 림(4)을 가지는 도 1에서 도시되는 바와 같은 휠(1)은 50%의 유리-섬유 함량을 가지는 적합한 유리-섬유 보강된 열가소성 물질(예컨대, Grivory®GVN-5H 9915)을 적합한 사출 몰드로 사출 성형하고 그리고 휠 차축의 방향으로 몰드를 제거함으로써 제조되었다. 휠에는 튜브를 포함하는 클린처 타이어(clincher tire)를 위해 설계된 림 또는 튜브형 타이어 림이 형성된다. 도 1에서 도시되는 실시예에서, 바퀴살은 중량 감소를 위한 홀들(5)을 포함한다.

바퀴살들(2)은 림의 방향으로 증가하는 개방 각도를 갖는 S-형상 횡단면을 가진다(도 2, 특히 도 2b를 참조). 이러한 실시예의 벽 두께는 약 3mm이고 그리고 허브로부터 림으로 대체로 일정하다. 바퀴살들(2)은 휠(림(4)으로부터 허브(3)를 향하여 테이퍼링하고(도 3a), 그리고 적어도 하나의 바퀴살(2)을 통해 중심으로 진행하는 휠 횡단면에서 허브(3)로부터 림(4)을 향하여 테이퍼링한다(도 3b 참조). 허브(3)의 부분의 바퀴살들(2)과 바퀴살들(2)로부터 림(4)으로의 전환 부분 사이에, 바퀴살들(2)이 연속한다. 이러한 전환부들은 파선들에 의해 도 3a에 표시된다.

도 4b는 휠 차축을 유지하기 위한 인서트를 포함하는, 본 발명에 따른 휠의 허브(3)의 가능한 실시예를 도시한다. 허브 부분(3)에는 브레이크 디스크를 장착하기 위한 장착 홀들 또는 보어들(6)이 제공된다. 선(B-B)을 따른 횡단면에서, 통합된 볼 베어링들(11)을 가지는 원통형 지지부(7)로 형성되는 인서트가 관찰될 수 있다. 인서트는 휠(3)에서 고정되게 삽입되고 그리고 개구(10)를 통해 연장하는 휠 차축을 유지하는 역할을 한다. 사출 성형된 휠의 벽들(9)은 중량 감소를 위해 제공되는 공동(8)을 둘러싼다. 본 예에서, 인서트와 접촉하는 벽(9)은 휠 허브에서 인서트의 더 양호한 앵커링(anchoring)을 위한 계단-형상이다.

허브 부분(3) 및 인서트의 임의의 다른 구성들은 본 발명에 따라 가능하다. 특히, 전기 모터는 허브 부분에 제공될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 휠의 림 프로파일의 가능한 설계를 도시한다. 도 5b는 도 5a의 선(D-D)을 따른 횡단면을 도시한다. 림(4)에는 연속적인 공동(13)이 설계된다. 림(4)의 상부 영역에서, 림 에지(12)가 도시된다. 더욱이, 림 테이프가 타이어 튜브의 압력에 대해 경계부를 제공하기 위해 이러한 실시예들에서 제공된다.

도 6에서 도시되는 바와 같이, 림 프로파일의 공동(13)은 공동(13)을 챔버들로 분할하기 위해 횡단 리브들(15)에 의해 분할될 수 있다. 도 6에서 도시되는 바람직한 실시예에서, 림 부분(4)은 파티셔닝된 중공형 프로파일로서 횡단 리브들(15)에 의해 형성되고 그리고 8개의 세그먼트들(16)을 갖는다. 이러한 세그먼트들(16) 내에서, 횡단 리브들은 동일한 배향을 갖는 반면, 인접한 세그먼트들의 횡단 리브들(15)의 배향은 각각 상이하다. 개별적인 세그먼트들(16)은, 8개의 반경 방향으로 배열되는 슬라이더들을 제공하고 그리고 빼냄(extracting)으로써 휠을 제조할 때 형성될 수 있다.

1 휠
2 바퀴살
3 허브, 허브 부분
4 림
5 홀들
5 홀
6 고정 홀, 보어
7 지지부
8 공동
9 벽
10 차축 장착을 위한 개구
11 볼-베어링
12 림 에지
13 림 공동
14 림 테이프
15 횡단 리브
16 세그먼트

Claims (15)

1. 특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠(wheel)(1)로서,
   상기 휠(1)은 허브(hub)(3), 휠 차축(wheel axle)에 대해 회전 대칭으로(rotationally symmetric) 배열되는 적어도 3개의 중실형 본체 바퀴살들(solid-body spokes)(2) 및 림(rim)(4)을 포함하며, 상기 허브(3), 상기 바퀴살들(2) 및 상기 림(4)으로 형성된 본체는 유리 섬유 보강된 열가소성 물질(thermoplastic)의 사출 성형에 의해 일체로 제조되며,
   상기 바퀴살들(2)은 상기 림(4)의 방향으로 증가하는 개방 각도를 갖는 S-형상 횡단면을 가지며,
   상기 바퀴살들(2)은 상기 휠의 중심 횡단면에서 상기 림(4)으로부터 상기 허브(3)로 향하여 테이퍼링하며(taper), 그리고
   상기 바퀴살들(2)은 적어도 하나의 바퀴살(2)의 중심을 통해 진행하는 휠 횡단면에서 상기 허브(3)로부터 상기 림(4)을 향하여 테이퍼링하는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 휠(1)은 3 내지 8개, 바람직하게는, 5 또는 6개의 바퀴살들(2)을 가지는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 바퀴살들(2)은 1.5 내지 5 mm, 바람직하게는, 2.5 내지 3.5 mm의 범위의 벽 두께를 가지는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바퀴살들(2)과 상기 림(4) 사이의 전환부들(transitions) 및/또는 상기 허브(3) 부분에서 인접한 바퀴살들(2) 사이의 전환부들은 연속적이도록 설계되는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 허브(3)는 차축(axle), 전기 모터(electric motor), 허브 다이나모(hub dynamo) 및/또는 내부 기어 허브(internal gear hub)를 유지하기 위한 금속 인서트(metal insert) 또는 플라스틱 인서트를 더 포함하거나, 휠 베어링(wheel bearing)은 상기 휠의 플라스틱 본체로 직접적으로 가압되는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 림(4)은 반경 방향으로 바깥쪽으로 적어도 부분적으로 개방된 중공형 프로파일(open hollow profile)(13)을 가지는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 림(4)의 중공형 프로파일(13)은 상기 중공형 프로파일(13)을 챔버들(chambers)로 파티셔닝하는(partition) 횡단 리브들(transverse ribs)(15)을 포함하는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 리브들은 6 내지 12개의 세그먼트들(segments)(16)로 분류되며, 상기 세그먼트들(16) 내의 상기 리브들(15) 각각은 동일한 반경 방향의 배향을 가지며, 그리고 인접한 세그먼트들(16)의 리브들(15)은 상이한 반경 방향의 배향들을 가지는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유리 섬유 보강된 열가소성 재료는 35 내지 65 중량%, 바람직하게는, 40 내지 60 중량%, 더 바람직하게는, 45 내지 55 중량%의 유리 섬유 함량을 가지는,
   특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 섬유 보강된 열가소성 플라스틱은 100 MPa 내지 300 MPa, 바람직하게는, 150 MPa 내지 250 MPa의 DIN EN ISO 527에 따른 파단시의 인장 응력(tensile stress at break), 및 6 GPa 내지 30 GPa, 바람직하게는 15 GPa 내지 25 GPa의 DIN EN ISO 527에 따른 탄성 계수(E modulus)를 가지는,
    특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 섬유 보강된 열가소성 물질은 부분적으로 결정질 폴리아미드(crystalline polyamide) 및 부분적으로 방향족 폴리아미드(aromatic polyamide)로 구성되는,
    특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 휠 재료는 적어도 하나의 반사 안료(reflective pigment)를 포함하는,
    특히 전기 자전거들 및 화물 바이크들을 위한 휠.
13. 휠(1)을 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 휠(1)은 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따라, 허브(3), 상기 휠 축에 대해 회전 대칭으로(rotationally symmetric) 배열되는 적어도 3개의 중실형 본체 바퀴살들(2), 및 림(4)을 포함하며, 상기 휠(1)에서, 적합한 유리 섬유 보강된 열가소성 물질이 상기 휠(1)을 일체로 사출 성형하는 데 사용되는,
    휠을 제조하기 위한 방법.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 허브 개구에서 차축 베어링 및/또는 전기 모터를 유지하기 위한 휠 베어링 또는 금속 인서트(metal insert) 또는 플라스틱 인서트를 도입하는 단계를 더 포함하는,
    휠을 제조하기 위한 방법.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 휠 베어링 또는 상기 인서트의 포함은 대응하는 컴포넌트들 주위에 사출 성형함에 의해 실시되거나, 대응하는 컴포넌트들은 상기 사출 성형된 휠(1)의 잔열(residual heat)을 활용하여 상기 휠(1)과 결합되는,
    휠을 제조하기 위한 방법.

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