專利名稱：制造塑料輪子的方法和模制設備以及由此獲得的輪子的制作方法
技術領域：
本發明特別涉及、但不局限于家用電器的塑料組件或部件制造的領域。具體來講，本發明涉及一種制造塑料輪子的方法，特別但不限于諸如用于洗衣機、 洗衣/干衣機、烘干機之類的家用電器的皮帶傳動的塑料滑輪。本發明同時也涉及實施所述方法的模制設備和由此獲得的塑料輪子。
背景技術：
用于洗衣機、洗衣/干衣機、烘干機的滾筒的旋轉運動的皮帶傳動的滑輪，通常由鋁或塑性材料制成。特別地，塑性材料制成的所述滑輪通過熔融熱塑性聚合物樹脂經一個或多個注塑噴嘴注入模具中而成型。所述熔融熱塑性聚合物樹脂通常由增強纖維增強，例如像大麻和亞麻的天然纖維，多晶纖維，玻璃、碳、鋁、硼、鈦、聚酯或芳綸纖維或細絲；所述增強纖維可以提高滑輪的剛度和穩定性。典型地，所述注入噴嘴位于模具的中部，其對應滑輪的輪轂周圍的區域。US4511184給出如下教導由玻璃纖維增強熱塑性材料(采取材料的熔流在輪幅處集合并結合的方式)注塑成一體式輪子。熔流在輪輻中結合是通過向某些輪輻引入熔流同時使這些輪輻彼此被奇數個未被直接注入材料的中間輪輻彼此分隔開而實現的。US4497766披露了一種制造用于車輛或其類似物的、塑性材料的輪子結構的制造方法和模具，其包括多個輪輻、轂和輪緣共同構成一體件的單元。塑性材料注入模具中，其型腔具有與所需輪子結構中的一個輪子結構的相應的形狀，其中所述輪子被設計成包括偶數個輪輻。入口設置在鄰近每隔一個所述模具的輪輻部分的形成部分的位置，以便材料流彼此接合的區域設置在輪輻部分(沒有入口)混合形成輪緣的位置附近。在JP62148219中，為了通過在成型齒輪上設定多于一個防盜部分和肋和以每兩個間隔設定在肋之間的多于一個澆口來實現宣稱的均化成型材料的取向和提高形狀尺寸準確性的目的，防盜突出部分和多于一個的肋在兩側以規定的間隔徑向設定在中部的固定管和在其外側周邊具有匹配齒輪的環部分之間。多于一個澆口以每兩個在肋間的間隔設定在防盜部分上。當填充有例如玻璃和碳纖維的添加劑的成型材料填塞入成型一齒輪的模具的型腔時，熔融材料流動因而被分支和控制來均化取向。
發明內容
申請人:發現熔融熱塑性聚合物樹脂注入模具的中部、轂區域是不利的，這是因為熔融材料不得不沿著相對長和彎曲的路徑流動以充滿整個模具。在模具之中導致的熔融熱塑性聚合物樹脂的不均勻分布可能導致所制造的部件很少是平坦的。申請人:也發現美國專利文件US4511184公開的方法，只將熔融塑料流注入到輪子的某些輪輻上，該方法具有一些缺陷。在注入過程中，熔融塑料流不得不流經帶有一些曲線的一個纏繞、彎曲的路徑來到達沒有注入噴嘴的輪輻的模具型腔；除了如前所述的造成制造的輪子很少平坦之外，其還能危害玻璃纖維在輪輻中的適當的徑向放置，其后果減弱了輪子的機械強度。來自模具型腔的、設置有注入噴嘴的兩個或以上熔融塑料流匯合的位置 (其與輪子的薄弱區域對應)可設置在沒有注入噴嘴的輪輻的成型型腔的一個中；其結果， 輪子的薄弱區域位于輪輻中，而輪子區域受撓曲應力。相似的缺陷也影響了美國專利文件US4497766公開的方法。以上所述的缺陷足以阻止使用長的增強纖維(例如長玻璃纖維)來增強塑性材料。對于本發明的目的，“長增強纖維”是指增強纖維(例如玻璃纖維)具有與熔融和注入模具中的聚合物樹脂的粒子(即，顆粒)的尺寸相當或相等的長度；長增強纖維可具有Icm 或更小的數量級的長度，例如10-25mm。“短纖維”(例如短玻璃纖維)是指增強纖維具有比聚合物樹脂顆粒的尺寸更短的長度，例如0. l-2mm的數量級。申請人:發現使用長增強纖維(例如長玻璃纖維)來增強熱塑性聚合物樹脂能將高性價比、例如減少重量、良好的設計和造型的靈活性，和模制設備的快速潔凈加工性相結合。長增強纖維因此成為輪結構、例如滑輪的制造中的短增強纖維的一種有前途的替代品。然而申請人發現為了使用長增強纖維(例如長玻璃纖維)來增強塑性材料，注入熔融塑料流的路徑應當盡可能的短，以保證增強纖維適當的取向；注入噴嘴的數量越少， 熔融塑料流的路徑越長，并且增強纖維不能很好分布且制造的產品足夠平坦的可能性就越尚ο申請人:已經發現在所有輪輻的成型空腔中為熔融塑料提供注入噴嘴，熔融塑料流的路徑合適地保持較短，并且即使是長的增強纖維，其分布也良好；另外，也能保持低的熔融塑料的注入壓力。申請人:因此解決了克服前述缺陷的問題。根據本發明的一個方面，提供了具有多個輪輻的塑料輪子的制造方法，所述方法包括將塑性材料注入模具中。所述熔融塑性材料注入到模具與待成型的輪子的每一個輪輻相對應的區域中。所述熔融塑性材料可優選被注入模具的自輪子的中心軸線沿著所述輪輻隔開一段距離的區域中，所述距離的范圍為輪子的直徑的大約1/6到約2/3，更優選輪子的直徑的 1/3。增強纖維優選加入到所述熔融塑性材料。所述塑性材料可以選自包括聚酰胺或聚丙烯的組，并且所述增強纖維可選自包括短玻璃纖維，長玻璃纖維，包括大麻和亞麻的天然纖維，多晶纖維，碳、鋁、硼、鈦、聚酯或芳綸纖維或細絲的組。根據本發明的另一方面，提供實施上述方法的模制設備，在此，模制設備包括一模具和與待成型的輪子的輪輻的數量相等的多個注入噴嘴，每個注入噴嘴設置在對應于輪子的輪輻中的相應的一個輪輻的模具的相應的區域中。優選地，每一個所述注入噴嘴具有一熔融塑料出口，所述出口自待成型的輪子的中心軸線隔開一段距離，所述距離的范圍為從約輪子的直徑約1/6到約2/3、更優選輪子直徑的1/3。所述注入噴嘴優選設置有開閉器構件，可操作地用來選擇性地打開/關閉注入噴嘴的出口。
所述模具可以包括用來限定待成型的輪轂的中心孔的一沖壓件，所述沖壓件具有一剖面輪廓，使得轂中心孔的互補的剖面輪廓優選正弦輪廓、星形輪廓，鋸齒形輪廓和多邊形輪廓中的一個。所述模具可以包括用來限定待成型輪轂的中心孔的一沖壓件，所述沖壓件的剖面輪廓設置成轂中心孔的互補的的剖面輪廓包括一定位構件，其適用于與在所述輪子必須連接的軸或桿上形成的相應的定位構件配合使用，該定位構件優選為一平坦區域、用來接收軸或桿的鍵的至少一凹部、接合軸或桿中一凹部的至少一突出部的其中的一個。由于本發明，尤其是由于熔融塑料注入模具的區域的特定布置，增強纖維可以加入到熔融塑料中來實現在輪輻中增強輪子結構的目的，增強纖維分布成彼此基本平行并且與輪輻軸基本平行；這是有益的，因為輪子的機械抗力增加了。本發明的另外的方面在于提供了包括一中心轂和多個輪輻的塑料輪子。在每一個所述輪輻相應處，存在來自一相應注入噴嘴的熔融塑性材料的一注入殘留。所述中心穀可有一孔，孔的剖面輪廓選自正弦輪廓、星形輪廓，鋸齒形輪廓和多邊形輪廓中的組。塑性材料可以選自包括聚酰胺和聚丙烯的組，并含有優選自包括短玻璃纖維，長玻璃纖維，包括大麻和亞麻的天然纖維，多晶纖維，碳、鋁、硼、鈦、聚酯或芳綸纖維或細絲的組的增強纖維。所述增強玻璃纖維可為長玻璃纖維。
本發明的這些和其他特征和優點可以通過以下一些示范的和非限定作用的具體實施例的詳細描述表述清楚，應當結合附圖閱讀以獲得更好的理解。在附圖中圖1為根據本發明一實施例的模制設備的軸測投影圖；圖2和圖3分別為沿圖1中的線II-II和III-III截取的模制設備的剖面圖；圖4描述了使用圖1中的模制設備通過注塑成型制造的塑料輪子，模制設備的注入噴嘴也被顯示出來；圖5是圖4中的線沿V-V截取的剖面圖；圖6示出前述圖的模制設備的細節的放大圖；以及圖7顯示了圖4中塑料輪子的頂視具體實施例方式參照附圖，在圖1中顯示了本發明的一具體實施例的模制設備100，通過注入塑性材料來制造塑料輪105，例如，但不限于，諸如用于如洗衣機，洗衣/干衣機，烘干機的家用電器的皮帶傳動的滑輪。所述模制設備100包括模具組件110和配對模具組件115。圖2和3中的剖面的更好地顯示了所述模具組件110包括支撐模板120，其有利地支撐一模具構架125，模具構架125在其中容納注入室205，注入室205設置有供熔融塑性材料流動的內部通道(圖中未顯示)。優選所述通道離開中心入口 207，通過所述入口熔融塑性材料可以輸入到模具組件110，特別地進入注入室205中，并且有利地在注入室205中形成一平面。有利的是注入室205與加熱系統相連以將所述注入室205加熱到合適的運行溫度(視所使用的塑性材料而定)。優選地，在沖模構架125之前有沖模支撐板130，其又支撐著沖模135。配對模具組件115包括支撐板140，有利地支撐配對沖模支撐板145，其相應地支撐配對沖模150。模具和配對模具組件110和115可相對于彼此軸向移動(以本身已知的方式)，使得配對沖模150可以與沖模135鄰接(來關閉模具)或從那里移開(來打開模具)。沖模135和配對沖模150成形為當彼此鄰接時(例如當模具關閉時)來限定待制造的輪子105的負像。注入室205有利地包括注入噴嘴210來強熔融塑性材料注入到沖模135和配對沖模150(當模具閉合時)內部限定的空間中。熔融塑性材料優選通過注入室205中形成的通道供給到注入噴嘴210。根據本發明的具體實施例，注入室205包括與待成型的輪子105 的輪輻155數量相等的多個注入噴嘴210 ；在此例子中認為，輪子105包括奇數個輪輻155， 特別是5個輪輻，但這并不能認為是對本發明的限制，因而輪子105可以包括任何數量的輪輻，可為偶數或奇數。輪輻巧5從輪轂160徑向延伸到與其接合的輪子105的外周頂部 165。各注入噴嘴210位于模具、特別是沖模135的相應的一個徑向通道215中的相應部分，沖模135在操作中被通過噴嘴210注入的熔融塑性材料充滿以形成輪子105的輪輻 155。在模具的對應于輪子105的轂160的相應區域優選沒有注入噴嘴。在本發明一個優選的實施例中，注入噴嘴210如此布置它們的出口位于沿每一個徑向模具通道離輪子105的中心，S卩，轂160的軸線一段距離處，所述距離的范圍為所述輪子105的最大直徑的約1/6至約2/3，更優選約1/3。這樣的配置被證明對于熔融塑性材料在整個模具中的良好分布是有效的。有利地，一個或多個，甚至可能所有的注入噴嘴210均配置有閥門或開閉器(在圖中，噴嘴開閉器的致動桿被標為220)，以選擇性地打開/關閉噴嘴出口。這允許當輪子 105被移出模制設備時獲得短的成型塑料殘留；特別地且有利地，保留在輪子105的輪輻 155的相應部分的成型塑料殘留(其中一個在圖5中可見，標記為50 是塑料殘留突出部 (flash)，甚至，如果閥門或開閉器關閉很準確，甚至僅有很小可見的痕跡會殘留在注入區域的相應部分，并且塑料殘留通常很短以致不需要采取進一步操作以將它們從輪子105上去除輪子105在成型后基本可以使用。配對沖模150包括中央沖壓件225，以便限定輪子105的轂160的中心孔230。優選地，但不是必要地，所述沖壓件225是剖面為正弦形或鋸齒狀或多邊形的輪廓的柱狀件， 使得轂160的中心孔230也具有正弦形或鋸齒狀或星形或多邊形的輪廓；這允許輪子和例如用來支撐輪子的配對成形的軸或桿之間有多邊形的連接。需要指出的是上述內容是可行的，根據本發明的實施例，進入模具的熔融塑性材料在輪子中心的相應部分不存在注入位置。優選地，配對模具150的中央沖壓件225的形狀設置成允許形成帶有定位構件的轂中心孔230，其例如可以采用中心孔230的平坦區域705的形式，如圖7所示，或采用朝向中心孔230的軸線的一凹部或肋突出部；定位構件用于與設置在軸或桿上的匹配元件配合使用，例如軸或桿上的平坦部分，或突出部，其接合轂定位構件，以有利于輪子105在軸或桿上插入(確保需要的相互的角方向)并防止輪子相對于軸或桿的任何角位移。根據本發明的一個具體實施例，配對沖模150的中心部分305 (以放大尺寸顯示在圖6中)與配對沖模150的其余部分是分離的并且是可移除的，以便被不同的部件替換，不同的部件適于使用不同的塑性材料(當冷卻時以不同收縮程度為特征)。這一設計允許使用相同的模制設備來形成具有脊部相同形狀但使用不同塑性材料的輪子。在這一方面，需要指出的是輪子的中央區域，對應于轂，是輪子的使用中承受最多機械應力的部分，因此用于形成輪子的塑性材料的收縮符合預期是重要的；輪子的其余部分(輪輻和頂部)受力較小，以致不同塑性材料所具有的不同程度的收縮不是關注的主要方面。能夠用于制造輪子105的合適的塑性材料是聚酰胺，或聚丙烯。大量增強纖維，例如玻璃纖維，優選按照重量的30-70%加入到熱塑性材料中，來增強輪子。熔融的聚酰胺在 260-310°C溫度范圍內通過注入噴嘴注入模具中，模具加熱到溫度為60-105°C ；在塑性材料是聚丙烯的情況下，熔融的塑性材料的溫度可以在230-270°C范圍內，例如240°C，并且模具可以加熱到40-70°C，例如50°C。其他種類的增強纖維可以取代或結合玻璃纖維使用，例如像大麻和亞麻的天然纖維，多晶纖維，碳、鋁、硼、鈦、聚酯或芳綸纖維或細絲。注入噴嘴被設置在每一輪子的輪輻的相應處可以縮短熔融塑料流在模具中的路徑。其首先確保了所生產的輪子具有高的平坦性，此外還能夠使用長增強纖維，例如長玻璃纖維以增強塑性材料，這是因為熔融材料形成的短的路徑確保了纖維的良好分布。例如，長玻璃纖維在熱塑性塑料樹脂為聚丙烯時可以被使用，然而在熱塑性樹脂為聚酰胺時可優選短纖維。增強纖維導致在輪子的輪輻中分布成基本彼此平行或平行于輪輻的軸線；這是有利地，因為輪子的機械抵抗力增加了。特別地，使用長玻璃纖維比短玻璃纖維是有利的，因為可以實現高性價比，例如減少重量、良好的設計和靈活的造型，以及模制設備的快速潔凈成型性。同樣，在模具內塑性材料構成的短路徑減少了注壓力；這是有利地，因為使用的注裝置成本較低。本發明已經通過一些具體實施例在此詳細描述。本領域技術人員能夠對所述具體實施例做出一些修改和改變，而不脫離所述權利要求限定的保護范圍。
權利要求
1.一種制造具有多個輪輻(15 的塑料輪子(10 的制造方法，所述方法包括將熔融的塑性材料注入模具，其特征在于，熔融的塑性材料被注入模具中的與待形成的輪子的每個輪輻相對應的區域中。
2.如權利要求1所述的方法，其中，熔融的塑性材料注入模具中沿所述輪輻相對于輪子的中心軸線間隔開范圍為輪子的直徑約1/6至約2/3的距離的區域中。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述距離為輪子的直徑的約1/3。
4.如前述權利要求中任一項所述的方法，其包括將增強纖維添加到熔融的塑性材料中。
5.權利要求4所述的方法，其中，所述塑性材料選自包驟酰胺或聚丙烯的組，且所述增強纖維選自包括短玻璃纖維、長玻璃纖維、包括大麻和亞麻的天然纖維、多晶纖維、碳、鋁、 硼、鈦、聚酯或芳綸纖維或細絲的組。
6.一種用于實施前述權利要求中任一項所述的方法的模制設備，其中，所述模制設備包括一模具和與待形成的輪子的輪輻數量相等的多個注入噴嘴(210)，每個注入噴嘴設置在模具的對應于輪子的相應的一個輪輻的相應區域內。
7.如權利要求6所述的模制設備，其中，每個所述注入噴嘴具有熔融的塑料出口，所述塑料出口相對于待形成的輪子的中心軸線間隔開范圍為輪子的直徑的1/6到約2/3的距離。
8.如權利要求7所述的模制設備，其中，所述距離為輪子的直徑的約1/3。
9.如權利要求6-8中任一項所述的模制設備，其中，所述注入噴嘴提供有開閉器構件 O20)，所述開閉器構件可操作地用于可選擇地打開/關閉注入噴嘴的出口。
10.如權利要求6-9中任一項所述的模制設備，其中，模具包括限定待形成的輪子的輪轂(160)的中心孔(230)的沖壓件025)，所述沖壓件的剖面輪廓設置成使輪轂的中心孔的互補的剖面輪廓是正弦輪廓、星形輪廓、鋸齒形輪廓、多邊形輪廓中的一個。
11.如權利要求6-9中任一項所述的模制設備，其中，模具包括限定待形成的輪子的輪轂(160)的中心孔(230)的沖壓件025)，所述沖壓件的剖面輪廓設置成使輪轂的中心孔的互補的剖面輪廓包括適于與軸或桿的相應的定位元件配合的定位構件(705)。
12.如權利要求11所述的模制設備，其中，中心孔的所述定位構件包括平坦區域、用來接收軸或桿的鍵的至少一個凹部、接合軸或桿中的凹部的至少一個突出部中的一個。
13.一種塑料輪子(105)，其包括一中心輪轂(160)和多個輪輻(155)，其特征在于， 在每一個所述輪輻的相應處具有從相應的注入噴嘴(210)注入的熔融的塑性材料的殘留 (505)。
14.如權利要求13所述的塑料輪子，其中，中心輪轂有孔030)，所述孔具有選自包括正弦輪廓、星形輪廓、鋸齒形輪廓、多邊形輪廓的組的剖面輪廓。
15.如權利要求13或14所述的塑料輪子，其中，塑性材料選自包括聚酰胺或聚丙烯的組，并且含有選自包括短玻璃纖維，長玻璃纖維、包括大麻和亞麻的天然纖維、多晶纖維、 碳、鋁、硼、鈦、聚酯或芳綸纖維或細絲的組的增強纖維。
全文摘要
一種制造具有多個輪輻(155)的塑料輪子(105)的制造方法，所述方法包括將熔融塑性材料注到模具中，其特征在于所述熔融的塑性材料被注入模具中的與待形成的輪子的每一個輪輻相對應的區域中。還公開了一種模制設備。
文檔編號F16H55/50GK102285061SQ20111023088
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月31日 優先權日2010年5月31日
發明者M·杰奧爾杰斯庫, P·博爾托洛蒂 申請人:伊萊克斯家用產品股份有限公司