专利名称：制造塑料轮子的方法和模制设备以及由此获得的轮子的制作方法
技术领域：
本发明特别涉及、但不局限于家用电器的塑料组件或部件制造的领域。具体来讲，本发明涉及一种制造塑料轮子的方法，特别但不限于诸如用于洗衣机、 洗衣/干衣机、烘干机之类的家用电器的皮带传动的塑料滑轮。本发明同时也涉及实施所述方法的模制设备和由此获得的塑料轮子。
背景技术：
用于洗衣机、洗衣/干衣机、烘干机的滚筒的旋转运动的皮带传动的滑轮，通常由铝或塑性材料制成。特别地，塑性材料制成的所述滑轮通过熔融热塑性聚合物树脂经一个或多个注塑喷嘴注入模具中而成型。所述熔融热塑性聚合物树脂通常由增强纤维增强，例如像大麻和亚麻的天然纤维，多晶纤维，玻璃、碳、铝、硼、钛、聚酯或芳纶纤维或细丝；所述增强纤维可以提高滑轮的刚度和稳定性。典型地，所述注入喷嘴位于模具的中部，其对应滑轮的轮毂周围的区域。US4511184给出如下教导由玻璃纤维增强热塑性材料(采取材料的熔流在轮幅处集合并结合的方式)注塑成一体式轮子。熔流在轮辐中结合是通过向某些轮辐引入熔流同时使这些轮辐彼此被奇数个未被直接注入材料的中间轮辐彼此分隔开而实现的。US4497766披露了一种制造用于车辆或其类似物的、塑性材料的轮子结构的制造方法和模具，其包括多个轮辐、毂和轮缘共同构成一体件的单元。塑性材料注入模具中，其型腔具有与所需轮子结构中的一个轮子结构的相应的形状，其中所述轮子被设计成包括偶数个轮辐。入口设置在邻近每隔一个所述模具的轮辐部分的形成部分的位置，以便材料流彼此接合的区域设置在轮辐部分(没有入口)混合形成轮缘的位置附近。在JP62148219中，为了通过在成型齿轮上设定多于一个防盗部分和肋和以每两个间隔设定在肋之间的多于一个浇口来实现宣称的均化成型材料的取向和提高形状尺寸准确性的目的，防盗突出部分和多于一个的肋在两侧以规定的间隔径向设定在中部的固定管和在其外侧周边具有匹配齿轮的环部分之间。多于一个浇口以每两个在肋间的间隔设定在防盗部分上。当填充有例如玻璃和碳纤维的添加剂的成型材料填塞入成型一齿轮的模具的型腔时，熔融材料流动因而被分支和控制来均化取向。
发明内容
申请人:发现熔融热塑性聚合物树脂注入模具的中部、毂区域是不利的，这是因为熔融材料不得不沿着相对长和弯曲的路径流动以充满整个模具。在模具之中导致的熔融热塑性聚合物树脂的不均勻分布可能导致所制造的部件很少是平坦的。申请人:也发现美国专利文件US4511184公开的方法，只将熔融塑料流注入到轮子的某些轮辐上，该方法具有一些缺陷。在注入过程中，熔融塑料流不得不流经带有一些曲线的一个缠绕、弯曲的路径来到达没有注入喷嘴的轮辐的模具型腔；除了如前所述的造成制造的轮子很少平坦之外，其还能危害玻璃纤维在轮辐中的适当的径向放置，其后果减弱了轮子的机械强度。来自模具型腔的、设置有注入喷嘴的两个或以上熔融塑料流汇合的位置 (其与轮子的薄弱区域对应)可设置在没有注入喷嘴的轮辐的成型型腔的一个中；其结果， 轮子的薄弱区域位于轮辐中，而轮子区域受挠曲应力。相似的缺陷也影响了美国专利文件US4497766公开的方法。以上所述的缺陷足以阻止使用长的增强纤维(例如长玻璃纤维)来增强塑性材料。对于本发明的目的，“长增强纤维”是指增强纤维(例如玻璃纤维)具有与熔融和注入模具中的聚合物树脂的粒子(即，颗粒)的尺寸相当或相等的长度；长增强纤维可具有Icm 或更小的数量级的长度，例如10-25mm。“短纤维”(例如短玻璃纤维)是指增强纤维具有比聚合物树脂颗粒的尺寸更短的长度，例如0. l-2mm的数量级。申请人:发现使用长增强纤维(例如长玻璃纤维)来增强热塑性聚合物树脂能将高性价比、例如减少重量、良好的设计和造型的灵活性，和模制设备的快速洁净加工性相结合。长增强纤维因此成为轮结构、例如滑轮的制造中的短增强纤维的一种有前途的替代品。然而申请人发现为了使用长增强纤维(例如长玻璃纤维)来增强塑性材料，注入熔融塑料流的路径应当尽可能的短，以保证增强纤维适当的取向；注入喷嘴的数量越少， 熔融塑料流的路径越长，并且增强纤维不能很好分布且制造的产品足够平坦的可能性就越尚ο申请人:已经发现在所有轮辐的成型空腔中为熔融塑料提供注入喷嘴，熔融塑料流的路径合适地保持较短，并且即使是长的增强纤维，其分布也良好；另外，也能保持低的熔融塑料的注入压力。申请人:因此解决了克服前述缺陷的问题。根据本发明的一个方面，提供了具有多个轮辐的塑料轮子的制造方法，所述方法包括将塑性材料注入模具中。所述熔融塑性材料注入到模具与待成型的轮子的每一个轮辐相对应的区域中。所述熔融塑性材料可优选被注入模具的自轮子的中心轴线沿着所述轮辐隔开一段距离的区域中，所述距离的范围为轮子的直径的大约1/6到约2/3，更优选轮子的直径的 1/3。增强纤维优选加入到所述熔融塑性材料。所述塑性材料可以选自包括聚酰胺或聚丙烯的组，并且所述增强纤维可选自包括短玻璃纤维，长玻璃纤维，包括大麻和亚麻的天然纤维，多晶纤维，碳、铝、硼、钛、聚酯或芳纶纤维或细丝的组。根据本发明的另一方面，提供实施上述方法的模制设备，在此，模制设备包括一模具和与待成型的轮子的轮辐的数量相等的多个注入喷嘴，每个注入喷嘴设置在对应于轮子的轮辐中的相应的一个轮辐的模具的相应的区域中。优选地，每一个所述注入喷嘴具有一熔融塑料出口，所述出口自待成型的轮子的中心轴线隔开一段距离，所述距离的范围为从约轮子的直径约1/6到约2/3、更优选轮子直径的1/3。所述注入喷嘴优选设置有开闭器构件，可操作地用来选择性地打开/关闭注入喷嘴的出口。
所述模具可以包括用来限定待成型的轮毂的中心孔的一冲压件，所述冲压件具有一剖面轮廓，使得毂中心孔的互补的剖面轮廓优选正弦轮廓、星形轮廓，锯齿形轮廓和多边形轮廓中的一个。所述模具可以包括用来限定待成型轮毂的中心孔的一冲压件，所述冲压件的剖面轮廓设置成毂中心孔的互补的的剖面轮廓包括一定位构件，其适用于与在所述轮子必须连接的轴或杆上形成的相应的定位构件配合使用，该定位构件优选为一平坦区域、用来接收轴或杆的键的至少一凹部、接合轴或杆中一凹部的至少一突出部的其中的一个。由于本发明，尤其是由于熔融塑料注入模具的区域的特定布置，增强纤维可以加入到熔融塑料中来实现在轮辐中增强轮子结构的目的，增强纤维分布成彼此基本平行并且与轮辐轴基本平行；这是有益的，因为轮子的机械抗力增加了。本发明的另外的方面在于提供了包括一中心毂和多个轮辐的塑料轮子。在每一个所述轮辐相应处，存在来自一相应注入喷嘴的熔融塑性材料的一注入残留。所述中心穀可有一孔，孔的剖面轮廓选自正弦轮廓、星形轮廓，锯齿形轮廓和多边形轮廓中的组。塑性材料可以选自包括聚酰胺和聚丙烯的组，并含有优选自包括短玻璃纤维，长玻璃纤维，包括大麻和亚麻的天然纤维，多晶纤维，碳、铝、硼、钛、聚酯或芳纶纤维或细丝的组的增强纤维。所述增强玻璃纤维可为长玻璃纤维。
本发明的这些和其他特征和优点可以通过以下一些示范的和非限定作用的具体实施例的详细描述表述清楚，应当结合附图阅读以获得更好的理解。在附图中图1为根据本发明一实施例的模制设备的轴测投影图；图2和图3分别为沿图1中的线II-II和III-III截取的模制设备的剖面图；图4描述了使用图1中的模制设备通过注塑成型制造的塑料轮子，模制设备的注入喷嘴也被显示出来；图5是图4中的线沿V-V截取的剖面图；图6示出前述图的模制设备的细节的放大图；以及图7显示了图4中塑料轮子的顶视具体实施例方式参照附图，在图1中显示了本发明的一具体实施例的模制设备100，通过注入塑性材料来制造塑料轮105，例如，但不限于，诸如用于如洗衣机，洗衣/干衣机，烘干机的家用电器的皮带传动的滑轮。所述模制设备100包括模具组件110和配对模具组件115。图2和3中的剖面的更好地显示了所述模具组件110包括支撑模板120，其有利地支撑一模具构架125，模具构架125在其中容纳注入室205，注入室205设置有供熔融塑性材料流动的内部通道(图中未显示)。优选所述通道离开中心入口 207，通过所述入口熔融塑性材料可以输入到模具组件110，特别地进入注入室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与加热系统相连以将所述注入室205加热到合适的运行温度(视所使用的塑性材料而定)。优选地，在冲模构架125之前有冲模支撑板130，其又支撑着冲模135。配对模具组件115包括支撑板140，有利地支撑配对冲模支撑板145，其相应地支撑配对冲模150。模具和配对模具组件110和115可相对于彼此轴向移动(以本身已知的方式)，使得配对冲模150可以与冲模135邻接(来关闭模具)或从那里移开(来打开模具)。冲模135和配对冲模150成形为当彼此邻接时(例如当模具关闭时)来限定待制造的轮子105的负像。注入室205有利地包括注入喷嘴210来强熔融塑性材料注入到冲模135和配对冲模150(当模具闭合时)内部限定的空间中。熔融塑性材料优选通过注入室205中形成的通道供给到注入喷嘴210。根据本发明的具体实施例，注入室205包括与待成型的轮子105 的轮辐155数量相等的多个注入喷嘴210 ；在此例子中认为，轮子105包括奇数个轮辐155， 特别是5个轮辐，但这并不能认为是对本发明的限制，因而轮子105可以包括任何数量的轮辐，可为偶数或奇数。轮辐巧5从轮毂160径向延伸到与其接合的轮子105的外周顶部 165。各注入喷嘴210位于模具、特别是冲模135的相应的一个径向通道215中的相应部分，冲模135在操作中被通过喷嘴210注入的熔融塑性材料充满以形成轮子105的轮辐 155。在模具的对应于轮子105的毂160的相应区域优选没有注入喷嘴。在本发明一个优选的实施例中，注入喷嘴210如此布置它们的出口位于沿每一个径向模具通道离轮子105的中心，S卩，毂160的轴线一段距离处，所述距离的范围为所述轮子105的最大直径的约1/6至约2/3，更优选约1/3。这样的配置被证明对于熔融塑性材料在整个模具中的良好分布是有效的。有利地，一个或多个，甚至可能所有的注入喷嘴210均配置有阀门或开闭器(在图中，喷嘴开闭器的致动杆被标为220)，以选择性地打开/关闭喷嘴出口。这允许当轮子 105被移出模制设备时获得短的成型塑料残留；特别地且有利地，保留在轮子105的轮辐 155的相应部分的成型塑料残留(其中一个在图5中可见，标记为50 是塑料残留突出部 (flash)，甚至，如果阀门或开闭器关闭很准确，甚至仅有很小可见的痕迹会残留在注入区域的相应部分，并且塑料残留通常很短以致不需要采取进一步操作以将它们从轮子105上去除轮子105在成型后基本可以使用。配对冲模150包括中央冲压件225，以便限定轮子105的毂160的中心孔230。优选地，但不是必要地，所述冲压件225是剖面为正弦形或锯齿状或多边形的轮廓的柱状件， 使得毂160的中心孔230也具有正弦形或锯齿状或星形或多边形的轮廓；这允许轮子和例如用来支撑轮子的配对成形的轴或杆之间有多边形的连接。需要指出的是上述内容是可行的，根据本发明的实施例，进入模具的熔融塑性材料在轮子中心的相应部分不存在注入位置。优选地，配对模具150的中央冲压件225的形状设置成允许形成带有定位构件的毂中心孔230，其例如可以采用中心孔230的平坦区域705的形式，如图7所示，或采用朝向中心孔230的轴线的一凹部或肋突出部；定位构件用于与设置在轴或杆上的匹配元件配合使用，例如轴或杆上的平坦部分，或突出部，其接合毂定位构件，以有利于轮子105在轴或杆上插入(确保需要的相互的角方向)并防止轮子相对于轴或杆的任何角位移。根据本发明的一个具体实施例，配对冲模150的中心部分305 (以放大尺寸显示在图6中)与配对冲模150的其余部分是分离的并且是可移除的，以便被不同的部件替换，不同的部件适于使用不同的塑性材料(当冷却时以不同收缩程度为特征)。这一设计允许使用相同的模制设备来形成具有脊部相同形状但使用不同塑性材料的轮子。在这一方面，需要指出的是轮子的中央区域，对应于毂，是轮子的使用中承受最多机械应力的部分，因此用于形成轮子的塑性材料的收缩符合预期是重要的；轮子的其余部分(轮辐和顶部)受力较小，以致不同塑性材料所具有的不同程度的收缩不是关注的主要方面。能够用于制造轮子105的合适的塑性材料是聚酰胺，或聚丙烯。大量增强纤维，例如玻璃纤维，优选按照重量的30-70%加入到热塑性材料中，来增强轮子。熔融的聚酰胺在 260-310°C温度范围内通过注入喷嘴注入模具中，模具加热到温度为60-105°C ；在塑性材料是聚丙烯的情况下，熔融的塑性材料的温度可以在230-270°C范围内，例如240°C，并且模具可以加热到40-70°C，例如50°C。其他种类的增强纤维可以取代或结合玻璃纤维使用，例如像大麻和亚麻的天然纤维，多晶纤维，碳、铝、硼、钛、聚酯或芳纶纤维或细丝。注入喷嘴被设置在每一轮子的轮辐的相应处可以缩短熔融塑料流在模具中的路径。其首先确保了所生产的轮子具有高的平坦性，此外还能够使用长增强纤维，例如长玻璃纤维以增强塑性材料，这是因为熔融材料形成的短的路径确保了纤维的良好分布。例如，长玻璃纤维在热塑性塑料树脂为聚丙烯时可以被使用，然而在热塑性树脂为聚酰胺时可优选短纤维。增强纤维导致在轮子的轮辐中分布成基本彼此平行或平行于轮辐的轴线；这是有利地，因为轮子的机械抵抗力增加了。特别地，使用长玻璃纤维比短玻璃纤维是有利的，因为可以实现高性价比，例如减少重量、良好的设计和灵活的造型，以及模制设备的快速洁净成型性。同样，在模具内塑性材料构成的短路径减少了注压力；这是有利地，因为使用的注装置成本较低。本发明已经通过一些具体实施例在此详细描述。本领域技术人员能够对所述具体实施例做出一些修改和改变，而不脱离所述权利要求限定的保护范围。
权利要求
1.一种制造具有多个轮辐(15 的塑料轮子(10 的制造方法，所述方法包括将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与待形成的轮子的每个轮辐相对应的区域中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，熔融的塑性材料注入模具中沿所述轮辐相对于轮子的中心轴线间隔开范围为轮子的直径约1/6至约2/3的距离的区域中。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述距离为轮子的直径的约1/3。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其包括将增强纤维添加到熔融的塑性材料中。
5.权利要求4所述的方法，其中，所述塑性材料选自包骤酰胺或聚丙烯的组，且所述增强纤维选自包括短玻璃纤维、长玻璃纤维、包括大麻和亚麻的天然纤维、多晶纤维、碳、铝、 硼、钛、聚酯或芳纶纤维或细丝的组。
6.一种用于实施前述权利要求中任一项所述的方法的模制设备，其中，所述模制设备包括一模具和与待形成的轮子的轮辐数量相等的多个注入喷嘴(210)，每个注入喷嘴设置在模具的对应于轮子的相应的一个轮辐的相应区域内。
7.如权利要求6所述的模制设备，其中，每个所述注入喷嘴具有熔融的塑料出口，所述塑料出口相对于待形成的轮子的中心轴线间隔开范围为轮子的直径的1/6到约2/3的距离。
8.如权利要求7所述的模制设备，其中，所述距离为轮子的直径的约1/3。
9.如权利要求6-8中任一项所述的模制设备，其中，所述注入喷嘴提供有开闭器构件 O20)，所述开闭器构件可操作地用于可选择地打开/关闭注入喷嘴的出口。
10.如权利要求6-9中任一项所述的模制设备，其中，模具包括限定待形成的轮子的轮毂(160)的中心孔(230)的冲压件025)，所述冲压件的剖面轮廓设置成使轮毂的中心孔的互补的剖面轮廓是正弦轮廓、星形轮廓、锯齿形轮廓、多边形轮廓中的一个。
11.如权利要求6-9中任一项所述的模制设备，其中，模具包括限定待形成的轮子的轮毂(160)的中心孔(230)的冲压件025)，所述冲压件的剖面轮廓设置成使轮毂的中心孔的互补的剖面轮廓包括适于与轴或杆的相应的定位元件配合的定位构件(705)。
12.如权利要求11所述的模制设备，其中，中心孔的所述定位构件包括平坦区域、用来接收轴或杆的键的至少一个凹部、接合轴或杆中的凹部的至少一个突出部中的一个。
13.一种塑料轮子(105)，其包括一中心轮毂(160)和多个轮辐(155)，其特征在于， 在每一个所述轮辐的相应处具有从相应的注入喷嘴(210)注入的熔融的塑性材料的残留 (505)。
14.如权利要求13所述的塑料轮子，其中，中心轮毂有孔030)，所述孔具有选自包括正弦轮廓、星形轮廓、锯齿形轮廓、多边形轮廓的组的剖面轮廓。
15.如权利要求13或14所述的塑料轮子，其中，塑性材料选自包括聚酰胺或聚丙烯的组，并且含有选自包括短玻璃纤维，长玻璃纤维、包括大麻和亚麻的天然纤维、多晶纤维、 碳、铝、硼、钛、聚酯或芳纶纤维或细丝的组的增强纤维。
全文摘要
一种制造具有多个轮辐(155)的塑料轮子(105)的制造方法，所述方法包括将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与待形成的轮子的每一个轮辐相对应的区域中。还公开了一种模制设备。
文档编号F16H55/50GK102285061SQ20111023088
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者M·杰奥尔杰斯库, P·博尔托洛蒂 申请人:伊莱克斯家用产品股份有限公司