ES2948681T3

ES2948681T3 - Arquitectura de fibra de llanta de una rueda compuesta

Info

Publication number: ES2948681T3
Application number: ES18846606T
Authority: ES
Inventors: Ashley Denmead; Haydn Law; Timothy Corbett; Matthew Dingle; Eden Kwok; Barry Trippit
Original assignee: Carbon Revolution Ltd
Current assignee: Carbon Revolution Ltd
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2038-08-16
Also published as: EP3668725A1; AU2018317940B2; KR102636873B1; US20200406672A1; KR20200043420A; JP7182613B2; CN111295293A; AU2018317940A1; WO2019033169A1; JP2020531347A; EP3668725A4; US11724538B2; EP3668725B1; CN111295293B; SG11202001018SA

Abstract

Estando formada la capa de estopa de aro (230) a partir de al menos una estopa de fibra alargada enrollada anularmente; y una capa de capa diagonal (240) que comprende al menos una capa de fibra en la que las fibras están sustancialmente orientadas en un ángulo de +Ɵ o -Ɵ con respecto al eje circunferencial (C) de la porción de borde (102), en donde Ɵ es de 26 ° a 40°. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Arquitectura de fibra de llanta de una rueda compuesta

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a la arquitectura de fibra y la disposición de la parte de llanta de una rueda compuesta. La invención es particularmente aplicable a ruedas compuestas de fibra de carbono para vehículos y/o aviones y será conveniente divulgar a continuación la invención en relación con ese ejemplo de aplicación. Sin embargo, debe apreciarse que la invención no se limita a esa aplicación y podría usarse para conectar partes de cara y llanta de una gran variedad de ruedas.

Antecedentes de la invención

La siguiente discusión de los antecedentes de la invención pretende facilitar la comprensión de la invención. Sin embargo, se debe tener en cuenta que la discusión no es un reconocimiento o admisión de que el material al que se hace referencia haya sido publicado, conocido o forme parte del conocimiento general común en la fecha de prioridad de la solicitud.

Una rueda compuesta generalmente incluye dos secciones principales, una parte de llanta y una parte de cara. La parte de llanta comprende una estructura anular configurada para recibir y asentar un neumático. La parte de cara incluye un cubo que se usa para fijar la rueda al vehículo, y una estructura de conexión tal como una serie de radios o un disco que se extiende entre el cubo y la llanta y los conecta entre ellos. Las cargas laterales, verticales y torsionales se transmiten a través del neumático a la parte de llanta de la rueda, que luego produce esfuerzos de flexión y torsión en la estructura de conexión.

El Solicitante ha producido una rueda compuesta de una pieza, que se describe, por ejemplo, en la Publicación de Patente Internacional WO2010/025495A1. La creación de una rueda de material compuesto de una sola pieza requiere generalmente el uso de un molde de parte de llanta separado y un refuerzo asociado, y un molde de parte de cara y refuerzo asociado. Las porciones separadas del molde de la llanta y la cara se interconectan luego en un proceso de moldeo final que permite formar integralmente la rueda compuesta general.

Se desea una parte de llanta rígida y fuerte para proporcionar una estructura mecánicamente eficiente que tenga un rendimiento de impacto radial óptimo y una rigidez para ayudar en la transmisión de cargas generadas entre el neumático y la carretera, a través de la llanta y los radios.

La formación de una parte de llanta de una rueda compuesta puede ser un proceso relativamente lento, manual y laborioso en el que se utilizan herramientas y moldes para llantas con el fin de asistir en la disposición manual de láminas de fibra, capas, estopas, esteras y/o preformas antes de la inyección de la resina en el proceso de moldeo final. Además, el uso de una pluralidad de capas multiaxiales (por ejemplo, una capa de fibra orientada dual o triaxial) junto con estopa en una disposición del borde puede crear variaciones indeseables en la calidad del producto debido a la desalineación de las capas y la estopa, separación o espaciamiento de las uniones a tope de capas adyacentes y variaciones de espesor en la parte preformada posterior, incluido el espesor excesivo que provoca arrugas en la disposición una vez comprimida en el proceso de moldeo final. Tales variaciones pueden dar lugar a propiedades mecánicas subóptimas, incluida la rigidez y el rendimiento de impacto radial en la parte de llanta formada.

Los ejemplos de partes de llanta de una rueda compuesta que se forman utilizando la disposición manual de láminas de fibra, capas, estopas, esteras y/o preformas incluyen:

La publicación de patente internacional WO 2010/141350 A1 que enseña una llanta compuesta para una bicicleta, que comprende una cavidad abierta y una cavidad cerrada, con una superficie de alojamiento de neumático curva ubicada dentro de la cavidad cerrada. La disposición de la rueda implica la estratificación sucesiva de múltiples estratos de fibra (láminas) de material unidireccional con una capa inicial de material unidireccional colocada dentro de la parte del diámetro interior de un molde con las fibras que se extienden en la misma dirección que la circunferencia de la llanta en un ángulo de 0°. Las capas posteriores de material unidireccional se colocan sobre la capa inicial con ángulo de 0°, 0°, 45°, 45°, 45°, -45°, -45°, -45°, 90°, 90°, 90°, -90°, -90° y -90° con respecto a la circunferencia.

La publicación de patente norteamericana 2014/0191566 A1 enseña una llanta de material plástico reforzada con fibra formado a partir de varias capas de un producto de plástico semiacabado reforzado con fibra. La llanta consiste convencionalmente en un canal de llanta, cuyos dos lados están unidos por un resalto de llanta, que se convierte en una pestaña de llanta. El canal de llanta está formado por varias capas de un laminado de base, que se extiende hasta el borde de la llanta, entre las cuales se insertan otras capas en la zona del resalto de la llanta, así como en el borde de la llanta. La colocación de la llanta comprende un procedimiento convencional de estratificación de capas que utiliza capas o láminas de plástico semiacabado reforzado con fibra para formar un laminado en capas. Este laminado tiene un primer estrato de capa inferior colocado sobre una herramienta de preformado en el que las fibras están alineadas esencialmente de forma tangencial, es decir, en la dirección circunferencial de la llanta. Se coloca una capa inferior adicional sobre esta capa inferior que tiene las fibras alineadas en la dirección axial de la rueda, es decir, perpendicularmente a la dirección circunferencial de la llanta. A continuación, se aplican varias capas de producto de plástico semiacabado reforzado con fibra, colocadas una sobre otra, en las que las fibras están alineadas esencialmente de forma tangencial. Finalmente, se aplica al menos una de las capas superiores del laminado base.

Cada una de las arquitecturas de fibra de la técnica anterior forma laminados que consisten en capas de láminas preformadas o estratos de fibra. Sin embargo, el uso exclusivo de láminas o estratos de fibra limita la configuración de la disposición y la arquitectura de la fibra, y el tipo de procesos que se pueden usar para la disposición de esas láminas o estratos de fibra.

Por lo tanto, sería deseable proporcionar una arquitectura mejorada o alternativa para la parte de llanta de una rueda compuesta.

El documento WO 2010/141350 A1 revela una llanta compuesta, que comprende una cavidad abierta y una cavidad cerrada, una superficie de alojamiento del neumático ubicada dentro de la cavidad cerrada en la que la superficie de alojamiento del neumático está curvada y provista de un primer reborde y un segundo reborde, un soporte de radio en el que el soporte de radio acepta un radio; y la superficie de alojamiento del neumático, la superficie de la superficie exterior y el soporte de los radios encierran la cavidad cerrada.

El documento WO 2015/162173 A1 describe un método para producir una llanta de rueda de vehículo hecha de material polimérico reforzado con fibras.

El documento US 5,985,072 A describe un proceso para la fabricación de una preforma de llanta o elemento de llanta que tiene un eje de revolución mediante su colocación en una matriz de preformado de fibras preensambladas a lo largo de dos orientaciones que definen mallas deformables.

El documento US 2016/332391 A1 describe un canal de llanta con pestaña integrada hecho de material compuesto de fibra, así como un método para fabricarlo.

Compendio de la invención

La presente invención proporciona una parte de llanta de una rueda compuesta de un vehículo, la parte de llanta comprende un anillo moldeado formado alrededor de un eje central de rotación de la rueda compuesta y que tiene un eje circunferencial que se extiende circunferencialmente alrededor del eje central y alrededor de la parte de llanta, teniendo dicha parte de llanta un laminado de fibras que comprende un laminado apilado formado por capas alternas de:

una capa de estopa circular que comprende estopa de fibra alargada en la que las fibras están sustancialmente alineadas con el eje circunferencial de la parte de llanta, estando formada la capa de estopa circular a partir de al menos una estopa de fibra alargada enrollada anularmente; y

una capa estratificada diagonal que comprende al menos un estrato de fibra en la que las fibras están orientadas sustancialmente en un ángulo de 0 o -0 con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta, donde 0 es de 26° a 40°.

La presente invención proporciona una nueva arquitectura de fibra en la parte de llanta de una rueda compuesta para un vehículo. El apilamiento de laminado resultante comprende capas consecutivas que proporcionan un patrón o secuencia de repetición de la combinación de ángulos de orientación de fibra de 0°, 0° y -0° con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta. Las capas de la estructura en capas tienen fibras que están orientadas en una dirección que añade resistencia a la estructura de la parte de llanta de la rueda compuesta. La capa de estopa circular está compuesta por al menos una estopa de fibra alargada enrollada anularmente y, por lo tanto, proporciona rigidez en la forma de barril o anillo de la parte de llanta. Además, cada capa de estopa circular constriñe la capa estratificada diagonal adyacente de manera que se puede controlar el espesor del laminado. El cambio de la arquitectura de fibra de capas tradicionales o convencionales, basadas en estratos, por ejemplo, estratos de 90 grados (tal como se enseña en los antecedentes), a la disposición a medida de la presente invención conduce, por lo tanto, a un mejor rendimiento de impacto, durabilidad y rigidez.

El solicitante señala que la selección de la dirección de las fibras de la capa de estopa circular y la capa estratificada diagonal se ha diseñado cuidadosamente para proporcionar un efecto sinérgico entre las capas para mejorar la estabilidad y la resistencia de la estructura general de la llanta. Los ángulos de orientación de las fibras seleccionados, en combinación con la elección del material de la capa, proporcionan a la parte de llanta un rendimiento frente al impacto, una durabilidad y una rigidez mejorados.

Se proporciona un rendimiento de impacto radial deseable mediante el uso de una capa de estopa circular enrollado que proporciona resistencia al daño y la estructura laminada que proporciona una estructura apilada de capas estratificadas delgadas que se extienden a través del espesor del laminado. El impacto radial también se puede mejorar mediante la ausencia de uniones a tope cuando sea posible. El uso de la capa de estopa circular y las capas estratificadas diagonales proporciona una rigidez deseable a la parte de llanta.

Debido a la mejora de la eficiencia/rendimiento mecánicos, es posible obtener un laminado de llanta más delgado en comparación con otras arquitecturas de llantas de fibra de carbono actuales, lo que lleva a una llanta comparativamente más liviana.

Debe entenderse que el término material compuesto se refiere en la presente memoria a cualquier tipo de material compuesto que comprende fibras, curadas o sin curar, independientemente de que la estructura esté o no en capas. Además, las preformas y las preformas preconsolidadas curadas o sin curar son subgrupos importantes de materiales y cuerpos compuestos.

También debe entenderse que las estopas o estopas de fibra son haces de un gran número de fibras individuales, por ejemplo, 1000, 10000 o 100000 de fibras. Las estopas impregnadas son estopas de fibras impregnadas al menos parcialmente. Por consiguiente, la capa de estopa circular comprende una estopa/estopa de fibra que se enrolla anularmente alrededor de la forma anular de la parte de llanta para formar al menos un aro de fibras alineadas en él alrededor del eje central. En formas preferidas, la capa de estopa circular comprende una capa de enrollamiento circular formada a partir de una estopa alarga longitudinalmente que se enrolla anularmente varias veces alrededor de la forma anular de la parte de llanta.

También debe entenderse que estrato o estratos se refiere a una lámina o capa de fibras formadas o conectadas entre ellas de otro modo. Por lo tanto, un estrato diagonal se refiere a una lámina o capa de fibras según las fibras están orientadas (o diagonales) en una dirección específica dentro de esa lámina. Los estratos polarizados normalmente comprenden sustancialmente fibras unidireccionales, es decir, fibras alineadas u orientadas en una única dirección, a lo largo o paralelas a un único eje.

También debe entenderse que una preforma es un material compuesto que comprende fibras. En algunos casos, la preforma también puede incluir un material de matriz sin curar, tal como una resina. Algunas preformas pueden comprender sustancialmente fibras secas sin material de matriz. Se puede usar un aglutinante para ayudar a mantener uniones los estratos antes de que se haya inyectado el material de la matriz.

Se puede usar una amplia variedad de fibras en la presente invención, incluidas, entre otras, fibras seleccionadas del grupo que consiste en fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras sintéticas tales como acrílico, poliéster, PAN, PET, PE, PP o fibras de PBO o similares, biofibras como cáñamo, yute, fibras de celulosa o similares, fibras minerales, por ejemplo, lana de roca o similares, fibras metálicas, por ejemplo, acero, aluminio, latón, cobre o similares, fibras de boro o cualquier combinación de estos. En una realización preferida, el primer conjunto de fibras y el segundo conjunto de fibras comprenden fibras de carbono.

Las fibras en partes del laminado (cuando no se especifique específicamente) pueden proporcionarse en cualquier forma adecuada, incluidos materiales preimpregnados, semi-impregnados, telas tejidas o no tejidas, esteras, preformas, preformas preconsolidadas, individuales o grupos de fibras, estopas, estopas impregnadas o similares. Las fibras se proporcionan preferiblemente en capas de fibras orientadas, por ejemplo, fibras individuales o grupos, estopas de fibras, estopas de fibras impregnadas, preimpregnadas, semi-impregnadas, telas tejidas o no tejidas o esteras según se especifica.

Debe entenderse que el preimpregnado se refiere a una colección sustancial o totalmente impregnada de fibras, estopas de fibra, tela tejida o no tejida o similar. De manera similar, debe entenderse que semi-impregnado se refiere a una colección de fibras o estopas de fibras parcialmente impregnadas. La impregnación parcial proporciona una mayor eliminación de gas a través o a lo largo de las fibras secas durante la consolidación y/o el curado. Un ejemplo de semi-impregnado es una capa de fibras parcialmente impregnada.

Debe entenderse que las telas tejidas y no tejidas son colecciones de fibras individuales o estopas de fibra que están sustancialmente secas, es decir, no impregnadas por un material de matriz, tal como resina.

La capa de estopa circular proporciona una fibra orientada o alineada con el eje circunferencial de la parte de llanta. Esto proporciona resistencia circular a la parte de llanta. Los estratos diagonales proporcionan fibras orientadas o alineadas en ángulo, lo que proporciona un refuerzo lateral resistente a la estructura de la llanta. El ángulo 0 al que esas fibras se alejan del eje circunferencial de la parte de llanta está entre 26° y 40°. En realizaciones, el ángulo 0 es de 28° a 40°, preferiblemente de 30° a 36°, y más preferiblemente de aproximadamente 33°. Por supuesto, el ángulo óptimo puede determinarse mediante el análisis de elementos finitos de un modelo de la parte de llanta y la rueda compuesta. El ángulo específico 0 utilizado depende de la configuración general de la rueda compuesta y la parte de llanta y las cargas requeridas y similares.

La capa de estopa circular y la capa estratificada diagonal comprenden fibras alineadas, es decir, fibras alineadas en una dirección particular dentro de la parte de llanta de la rueda compuesta. Estas fibras alineadas proporcionan una dirección de fibra a la parte de llanta en la dirección en que las fibras alineadas de esas capas se extienden con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta. La capa de estopa circular proporciona preferiblemente entre 40 y 60%, preferiblemente alrededor de 50% de la dirección de la fibra en la parte de llanta. De forma similar, la capa estratificada diagonal proporciona preferentemente entre el 40 y el 60%, preferentemente aproximadamente el 50% de la dirección de las fibras en la parte de llanta. En realizaciones, esto se puede lograr mediante la capa de estopa circular que comprende entre 40 y 60%, preferiblemente alrededor de 50% de fibra en la parte de llanta. De forma similar, la capa de la capa diagonal puede comprender entre el 40 y el 60%, preferiblemente alrededor del 50% de la fibra en la parte de llanta.

Los estratos diagonales en el laminado apilado están dispuestos en la disposición para proporcionar direcciones de fibra en ángulo alternas a cada lado de una capa de estopa circular. Por lo tanto, las capas estratificadas diagonales consecutivas se disponen preferiblemente en la disposición para proporcionar una capa que tiene un ángulo de orientación de fibra que es el ángulo alterno (+ o -) de la orientación de las fibras de la capa estratificada diagonal anterior. Cada capa estratificada diagonal está preferiblemente intercalada entre capas de estopa circular adyacentes. El apilamiento de laminado resultante comprende, por lo tanto, capas consecutivas que proporcionan una repetición de [0°, 0°, 0°, -0°] ángulos de orientación de las fibras con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta.

Los estratos diagonales son unidireccionales y se pueden utilizar para formar sobre la geometría compleja del borde mientras se mantiene la alineación/orientación de fibra requerida para esa capa del laminado apilado. En algunas realizaciones, los estratos diagonales comprenden una lámina de material de fibra unidireccional interconectado, preferiblemente estopa unidireccional interconectada. Esa conexión puede comprender una conexión cosida. Tales estratos diagonales comprenden un material laminar unidireccional cosido, preferiblemente una lámina de estopa unidireccional cosida. Si bien se prefiere un estrato diagonal de una sola capa, el laminado apilado puede incluir uno o más estratos diagonales de dos capas en el laminado. Algunas realizaciones pueden incluir un estrato diagonal de dos capas que comprende una capa con direcciones de fibra de (26° a 40°) y una capa con direcciones de fibra de -(26° a 40°) con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta. Cada estrato diagonal de dos capas se laminaría entre capas de estopa circular en el laminado apilado. Por lo tanto, una capa de estopa circular se ubica entre cada capa estratificada diagonal. Nuevamente, cada capa de estopa circular constriñe la capa estratificada diagonal adyacente de manera que se controla el espesor del laminado.

En una serie de realizaciones, la parte de llanta de la rueda compuesta incluye dos pestañas anulares, una pestaña interior y una pestaña exterior, en los bordes opuestos del ancho de la parte de llanta. En realizaciones, cada estrato diagonal comprende una lámina continua desde la pestaña interior de la rueda hasta la pestaña exterior de la rueda. Por lo tanto, cada capa estratificada diagonal se puede formar preferiblemente sin uniones a tope.

Sin embargo, debe apreciarse que en realizaciones alternativas los estratos diagonales pueden no ser continuas entre ambas pestañas. Si los estratos diagonales son lo suficientemente cortas, pueden preformarse como un "parche" de forma rectangular que puede tomarse manual o automáticamente de una operación de preformado y colocarse uno a uno para formar una capa completa de estratos diagonales del mismo ángulo en el mandril. Los parches pueden superponerse. Debe tenerse en cuenta que la operación de preformado puede ser que los estratos se formen primero con el perfil de llanta correcto usando un aglutinante o material termoplástico que se haya aplicado previamente al rectángulo sujetando la capa en la forma correcta y enfriando el material para fijar el aglutinante/material termoplástico. Al parche rectangular preformado se le puede aplicar estopa enrollada en aro. Sin embargo, también podrían utilizarse otras operaciones de preformado.

La capa de estopa circular está formada por al menos una estopa de fibra alargada enrollada anularmente. Mientras que una sola estopa circular alargada podría enrollarse alrededor y en torno al eje central para formar cada capa de estopa circular, la capa de estopa circular puede comprender una pluralidad, preferentemente múltiples estopas de fibra alargadas enrolladas anularmente. La capa de estopa circular está preferiblemente enrollada en espiral con los bordes adyacentes de los aros concéntricos de estopa alargada en contacto.

La parte de llanta normalmente incluye pestañas anulares que se extienden radialmente hacia fuera desde o alrededor de los bordes distales de la parte de llanta que forman las pestañas interiores y las pestañas exteriores. La parte de llanta también incluye al menos un reborde anular, preferiblemente dos (reborde de seguridad interior y reborde de seguridad exterior separados respectivamente de la pestaña interior y de la pestaña exterior) que se extienden radialmente hacia fuera desde la superficie de la llanta que está separado a lo largo del ancho del borde de una de las pestañas anulares. Los talones de seguridad se utilizan para retener el borde interior del neumático en la parte de llanta. Estas características se pueden formar como parte de la disposición de fibras del laminado apilado agregando o acumulando estopa enrollada en forma de aro en ubicaciones seleccionadas en la disposición. En realizaciones, el laminado apilado comprende además características contorneadas formadas a partir de estopa enrollada en aro agregada. Las características contorneadas se extienden preferiblemente alrededor de la circunferencia de la parte de llanta y se construyen a partir de estopa de fibra alargada enrollada anularmente. Las características contorneadas que se pueden formar usando estopa enrollada en aro agregada incluyen al menos un reborde, pestaña, costilla o escalón. Por lo tanto, las características contorneadas pueden comprender los talones de seguridad (es decir, el reborde de seguridad interior y el reborde de seguridad exterior) y las pestañas de borde (borde interior y pestaña exterior) de la parte de llanta.

En algunas realizaciones, la disposición de al menos uno de la pestaña interior o la pestaña exterior incluye una capa de refuerzo que comprende un estrato de fibra que tiene fibras orientadas de 80 a 100 grados con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta, preferiblemente alrededor de 90 grados con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta. Tales estratos adicionales en la pestaña interior y/o la pestaña exterior ayudan a prevenir el agrietamiento del laminado en estas regiones. La capa de refuerzo se incluye preferiblemente en la secuencia o patrón de colocación para proporcionar una capa de estopa circular, una capa estratifica diagonal y una capa de refuerzo, o una capa de estopa, una capa estratificada diagonal, una capa de estopa, una capa estratificada diagonal y una capa de refuerzo. Debe apreciarse que también son posibles otras secuencias de colocación.

La parte de llanta también puede incluir un centro de caída. El centro de caída comprende preferiblemente una parte rebajada o de zanja de la parte de llanta adyacente, pero separada del talón de seguridad exterior. El rebajo de la parte de caída permite que el talón del neumático sea empujado hacia el rebajo de centro de caída mientras que el otro lado se tira hacia arriba y hacia fuera de la pestaña opuesta.

El rebajo que forma el centro de caída de la parte de llanta de la rueda compuesta se puede formar contorneando una cara de molde de soporte sobre la que se forma el laminado apilado, y/o mediante la aplicación selectiva o reducida de capas de estopa circular en el rebajo de centro de caída. En las realizaciones, la parte de llanta incluye un rebajo de centro de caída que comprende una sección anular que tiene una estopa reducida o menor que las secciones adyacentes al rebajo de centro de caída.

El uso de estopa circular reducido puede, en algunos casos, debilitar la parte de llanta en el rebajo de centro de caída en comparación con la disposición circundante. Por lo tanto, el centro de caída incluye preferiblemente una estructura de fibra de refuerzo, y más preferiblemente una capa estratificada de refuerzo. En algunas realizaciones, la parte de llanta puede comprender además al menos una capa de refuerzo ubicada en el rebajo de centro de caída. La capa de refuerzo comprende preferiblemente una capa estratificada que tiene fibras orientadas de 80 a 100 grados con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta, preferiblemente alrededor de 90 grados con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta. El uso de una capa de refuerzo está destinado a mejorar el rendimiento de la rueda bajo carga de prueba de fatiga biaxial. En algunas realizaciones, se proporciona al menos una capa de estopa circular sobre al menos los extremos de la capa de refuerzo.

En las realizaciones, la región base del apilamiento entre la pestaña exterior y el rebajo de caída incluye una tela tejida que tiene ángulos de orientación de fibra con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta a la capa estratificada diagonal. En algunas realizaciones, esta tela tejida tiene una orientación de fibra de o - 30 a 50 grados con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta, preferiblemente o - 45 grados con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta. Preferiblemente, se utilizan al menos dos, preferiblemente tres capas de tela tejida. En realizaciones, esta tela tejida forma parte de la conexión entre la parte de llanta y la parte del cubo de la rueda compuesta.

Las secciones verticales o pestañas de la forma contorneada de la parte de llanta (es decir, aquellas secciones que se extienden radialmente o están alineadas con el eje central) se pueden formar con una estopa reducida o menor que las secciones adyacentes para una tensión interlaminar más baja. En estas realizaciones, las secciones alineadas o que se extienden radialmente de la parte de llanta (en relación con el eje central) se forman con una estopa reducida o menor que las secciones adyacentes.

El laminado de fibras o la arquitectura de fibra de la parte de llanta de la presente invención comprende una estructura multicapa. El número de capas puede variar considerablemente según el diseño de la parte de llanta y el tamaño y tipo de elementos compuestos. En algunas realizaciones, solo se utilizan unas pocas capas, por ejemplo, de 4 a 10 capas, en algunas realizaciones se utilizan de 4 a 20 capas. En otras realizaciones, se necesita un número mayor, por ejemplo, 20, 30, 50, 100 o más capas para obtener la calidad y/o propiedades deseadas de la parte de llanta.

La densidad de fibra en cada capa se puede controlar formando las diversas capas a partir de materiales de una densidad de fibra seleccionada. La selección de la densidad de la fibra puede influir en las propiedades mecánicas de la parte de llanta y el peso total. En realizaciones, la densidad de fibra en cada capa del laminado apilado es de 50 a 400 g/m2, preferiblemente de 150 a 300 g/m2, más preferiblemente de 180 a 250 g/m2, más preferiblemente de 180 a 220 g/m2, aún más preferiblemente alrededor de 200 g/m2. Debe apreciarse que la densidad de fibras de la capa de estopa circular y las capas estratificadas diagonales puede ser igual o diferente. Sin embargo, se prefiere que la densidad de fibras sea al menos similar, preferiblemente la misma, para proporcionar una densidad de fibras constante en toda la parte de llanta.

Debe apreciarse que la parte de llanta comprende preferiblemente además un material de matriz que envuelve las fibras del laminado apilado. El material matriz puede comprender una resina a base de poliéster insaturado, poliuretano, polivinil éster, epoxi, termoplásticos, compuestos químicos similares o combinaciones de los mismos. Sin embargo, debe apreciarse que también pueden ser aplicables a otros materiales de matriz.

La parte de llanta de la rueda de material compuesto preferiblemente está formada integralmente con una parte de cara de la rueda de material compuesto.

En algunas realizaciones, la rueda compuesta se forma alrededor de un eje de rueda central. La parte de cara comprende segundas fibras alineadas sustancialmente de forma radial con respecto al eje de la rueda y la parte de llanta está formada por primeras fibras alineadas sustancialmente de forma axial con respecto al eje de la rueda. Se puede formar una conexión entre la parte de cara y la parte de llanta a partir de segundas fibras que se extienden desde la parte de cara alineadas axialmente con respecto al eje de la rueda y primeras fibras que se extienden desde la parte de llanta alineadas axialmente con respecto al eje de la rueda. Preferiblemente, la parte de llanta incluye una pestaña de borde o una parte de labio que se extiende formando un ángulo con respecto al eje. En algunas realizaciones, las primeras fibras de la conexión se extienden desde la parte de la pestaña del borde de la parte de llanta.

Debe apreciarse que la parte de llanta que comprende la disposición/arquitectura de fibra de acuerdo con la presente invención puede formarse mediante cualquier proceso adecuado. Ese proceso puede ser un proceso de disposición manual, un proceso de disposición automatizado o una combinación de proceso manual y automatizado. En realizaciones, se puede formar una parte de llanta de un material compuesto utilizando los siguientes pasos generales del proceso:

proporcionar una herramienta de molde anular que tiene una cara de molde anular conformada para proporcionar la configuración diseñada de la parte de llanta;

aplicar al menos una capa estratificada de cierre a la cara de molde anular;

ubicar los elementos de conexión entre una disposición de la parte de cara de la rueda de material compuesto y la disposición de la llanta de la rueda de material compuesto sobre el estrato de cierre aplicada a la cara de molde anular;

depositar capas alternas de capa de estopa circular y capa estratificada diagonal sobre el estrato de cierre y los elementos de conexión para formar una estructura multicapa apilada,

formar así la arquitectura de fibra de la parte de llanta según la presente invención.

Debe apreciarse que el estrato de cierre puede ser una lámina estratificada de fibra u otra tela o elemento de fibra, o podría formarse a partir de estopa circular, como se explicó anteriormente.

Como se indicó anteriormente, los contornos de la parte de llanta, por ejemplo, los rebordes anulares de seguridad utilizados para retener los bordes internos del neumático en su lugar en la parte de llanta se pueden formar utilizando bobinados de estopa circular ubicados y construidos en los contornos y formas requeridos. Además, la pestaña interior y la pestaña exterior de la parte de llanta se forman preferiblemente enrollando el estopa circular requerido en las ubicaciones requeridas en la estructura multicapa.

La estopa circular se puede ubicar en la disposición con un aglutinante preaplicado, preferiblemente aglutinante en polvo. El aglutinante en polvo se calienta, la estopa se aplica a una capa de fibra anterior y luego se enfría para que el aglutinante en polvo actúe como un "agente de viscosidad" y la estopa se coloque en la posición en que se depositó. La estopa se puede calentar mediante calentamiento resistivo.

Se prefiere que cada uno de estos pasos esté automatizado para mejorar la consistencia de la pieza. Se podría usar alguna entrada manual/del operador para establecer el punto de inicio de las estopas/estratos, o para guiar una nueva capa estratificada diagonal sobre el mandril de colocación y fijar las abrazaderas del estrato, o similar.

Las fibras de la parte de llanta y/o la parte de cara se inyectan y/o impregnan preferiblemente con material de matriz y luego se curan y/o fijan. Por lo tanto, el método preferiblemente incluye además los pasos de:

proporcionar un material de matriz en contacto con cada una de las capas de la parte de llanta; y curar la parte de llanta.

Debe apreciarse que el curado del material matriz y la parte asociada tal como la conexión, rueda o similar abarca procesos de curado, fraguado, secado o similares.

La rueda compuesta se forma preferiblemente como un cuerpo unitario. Esto normalmente implica la inyección y/o impregnación simultánea del material de la matriz y luego el curado, fraguado o similar de cada parte de la rueda compuesta. En tales realizaciones, cada una de la parte de llanta y la parte de cara están preferiblemente al menos parcialmente sin curar en el momento en que se prepara la conexión entre ellas. Por lo tanto, el método preferiblemente incluye además los pasos de:

proporcionar al mismo tiempo un material de matriz en contacto con cada parte de llanta y la parte de cara de la rueda; y

curar conjuntamente la parte de llanta y la parte de cara de la rueda.

Cuando el material de la matriz comprende una resina, se puede usar una variedad de sistemas de suministro de resina con el método. En algunas realizaciones, al menos una parte de la resina se proporciona mediante infusión de resina y/o moldeo por transferencia de resina y/o moldeo por transferencia de resina asistido por vacío.

Una vez moldeada y formada como una rueda compuesta, la parte de llanta y la parte de cara y la conexión entre ellas comprenden un material de matriz, como resina, metal y fibras. Durante el laminado (preparación hasta el punto antes de la consolidación y/o fraguado, curado o similar del material de la matriz) de una conexión, el material de la matriz no necesita estar incluido en las capas que comprenden fibras (por ejemplo, un material preimpregnado o semiimpregnado) o entre las capas que comprenden fibras. Sin embargo, el material de la matriz debe formar una matriz continua después de que se produzca el fraguado.

El material de matriz no necesita estar comprendido en o entre dos capas adyacentes que comprenden fibras. En una realización preferida, en este caso se puede proporcionar un adhesivo entre al menos algunos de tales pares de capas para fijar al menos temporalmente y al menos parcialmente las capas adyacentes que comprenden fibras.

Las fibras de la conexión, la parte de llanta y/o la parte de cara se inyectan y/o impregnan preferiblemente con material de matriz y luego se curan, fijan o similares. Por lo tanto, la conexión comprende preferiblemente además un material de matriz que envuelve las fibras que lo componen. Puede usarse cualquier material de matriz adecuado. En algunas realizaciones, se usa una resina. La resina se basa preferentemente en poliéster insaturado, poliuretano, éster de polivinilo, epoxi, termoplásticos, compuestos químicos similares o combinaciones de los mismos. En una realización preferida, la resina es a base de epoxi. En otras realizaciones, el material de la matriz comprende una matriz metálica, que forma una matriz metálica compuesta con las fibras cuando se fragua. El material de la matriz metálica se selecciona preferiblemente de aluminio, magnesio, titanio, hierro y combinaciones, aleaciones y mezclas de los mismos.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describirá ahora con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, que ilustran realizaciones particulares preferidas de la presente invención, según:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una rueda compuesta que incluye una parte de llanta de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 2 es una vista más detallada de la región de conexión entre la llanta y la cara de la rueda compuesta que se muestra en la figura 1.

La figura 3 proporciona una vista lateral de la parte de llanta de la rueda de material compuesto que se muestra en las figuras 1 y 2 que proporciona las direcciones de orientación de las fibras de la parte de llanta.

Las figuras 4 a 6C proporcionan una representación esquemática en sección transversal de la disposición de la capa de fibra de diversas partes de la parte de llanta de las realizaciones de la rueda compuesta que se muestra en las figuras 1 a 3. En la figura se proporciona una leyenda para las diferentes capas representadas en estas figuras. 5(B).

Las figuras 7 a 12 ilustran las etapas de disposición progresiva de la capa de fibra en la formación de la parte de llanta según una realización de la presente invención.

Descripción detallada

Haciendo referencia en primer lugar a la figura 1, se muestra una vista en perspectiva de una rueda compuesta 100 que incluye una parte de llanta 102 según una realización de la presente invención. La rueda compuesta ilustrada 100 ha sido desarrollada por el solicitante como un cuerpo de una sola pieza formado integralmente. El proceso general de fabricación de la rueda compuesta 100 se describe en la publicación de patente internacional WO2010/025495A1. Se observa que la formación de la parte de llanta 102 en esa publicación se reemplaza para la configuración de la presente invención por los detalles proporcionados en la presente solicitud.

La rueda compuesta ilustrada 100 incluye dos secciones principales:

A) . una parte de llanta 102 comprende una estructura anular sobre la cual se monta un neumático (no ilustrado); y

B) . una parte de cara 104 que comprende un cubo circular 106 y una serie de radios 108. El cubo 106 incluye cinco aberturas de sujeción 107 configuradas para recibir pernos de sujeción (no ilustrados) utilizados para fijar la rueda a un montaje de rueda de un vehículo. Los radios 108 comprenden brazos alargados conectados al cubo 106 en un extremo ya la parte de llanta 102 en el otro extremo. Si bien se ilustra una conexión de montaje de perno de sujeción, debe apreciarse que el cubo 106 puede configurarse para otras conexiones de sujeción, tal como una configuración de montaje central y otras configuraciones de montaje de ruedas conocidas en la técnica.

Como se describe en la publicación de patente internacional WO2010/024495A1, la creación de tal rueda compuesta de una sola pieza 100 requiere el uso de un molde de parte de llanta separado (por ejemplo, 280, 310 en las figuras 7 a 12) y un molde de parte de cara (por ejemplo, en parte mostrado como 300 en la figura 8). En uso, la parte de cara 104 se forma depositando un primer conjunto de fibras, normalmente incorporadas en un tejido de refuerzo asentado en el molde de la parte de cara. El molde de la parte de llanta incluye un molde de cubeta interior y puede utilizar, cuando corresponda, un molde cilíndrico exterior. La parte de llanta 102 se forma depositando un segundo conjunto de fibras típicamente incorporadas en un tejido de refuerzo asentado en el molde de la parte de llanta. El tejido de refuerzo del molde de la parte de llanta y el molde de la parte de cara se ensamblan juntos en un molde combinado, con las partes separadas interconectadas en un punto de conexión 110. Luego se lleva a cabo un proceso de moldeo final según el material matriz, tal como una resina que puede inyectarse y/o infundirse en el refuerzo de la forma general de la rueda para producir una rueda moldeada de una sola pieza 100.

Como se describirá a continuación, el método para formar la parte de llanta 102 y su arquitectura de fibra de acuerdo con la presente invención difiere ahora del descrito en WO2010/024495A1. La conexión de radio a llanta 110 se forma a través de la interconexión del refuerzo de la llanta y el refuerzo de la cara de la parte de llanta 102 y la parte de cara 104 de la rueda compuesta 100 mientras se coloca la parte de llanta 102. La disposición de fibras de la parte de llanta también se coloca arriba después de que se complete la disposición de la parte de cara 104 para que la conexión entre la parte de cara 104 y 102 pueda incluirse directamente en la disposición de fibras de la parte de llanta 102.

Las figuras 3 a 6C muestran los detalles de disposición de las fibras de una parte de llanta 102 según una realización de la presente invención. La parte de llanta ilustrada 102 comprende un cuerpo con forma de anillo formado alrededor de un eje central de rotación X-X de la rueda compuesta 100. Como se muestra en la figura 3, la parte de llanta 102 también tiene un eje circunferencial C-C que se extiende circunferencialmente alrededor del eje central X-X y alrededor de la parte de llanta 102. La parte de llanta 102 tiene una serie de características anulares contorneadas ubicadas a lo largo del ancho de ese cuerpo. La parte de llanta 102 ilustrada incluye en primer lugar dos pestañas anulares 201, 202 que se extienden radialmente hacia fuera desde o alrededor de los bordes distales de la parte de llanta 106. Esas pestañas 201, 202 comprenden una pestaña exterior 201, que está ubicada en el borde exterior 205 de la llanta 102 en o junto a la parte de cara 104 de la rueda compuesta 100 y una pestaña interior 202, ubicada sobre o en el borde interior 206 de la rueda compuesta 100, que está ubicado más cerca del montaje de la rueda de un vehículo (no ilustrado) cuando está montado en un vehículo. Las pestañas 201, 202 proporcionan los miembros de tope de borde que se apoyan y retienen la llanta y las paredes de la llanta (no ilustradas) en la parte de llanta 102 y la rueda compuesta 100. La parte de llanta 102 también incluye dos rebordes anulares, que comprenden un talón de seguridad interno 210 y el talón de seguridad exterior 211 que están separados respectivamente de la pestaña interior 202 y del pestaña exterior 201 de la parte de llanta 102. Los talones de seguridad 210, 211 se utilizan para retener el borde interior del neumático (no ilustrado) en la parte de llanta 102. En uso, la llanta de la pared del neumático (no ilustrada) se asienta entre la pestaña cooperativa 201,202 y el talón de seguridad 210, 211.

La parte de llanta ilustrada 102 también incluye un centro de caída 220 que comprende una parte rebajada o de zanja de la parte de llanta 102 ubicada en la realización ilustrada adyacente, pero separada del talón de seguridad exterior 211. El rebajo de centro de caída 220 ayuda en el ajuste y la extracción de un neumático de la parte de llanta permitiendo que la llanta o el talón del neumático (no ilustrado) se empujen hacia el interior del rebajo de centro de caída 220 mientras el otro lado del neumático se retira de la pestaña opuesta. Debe apreciarse que el rebajo que forma el centro de caída 220 podría colocarse en cualquier lugar a lo largo del ancho de la parte de llanta 102, entre los dos talones de seguridad 210, 211.

Las figuras 4 a 6C brindan vistas en sección transversal de la parte de llanta 102 que brindan una vista de la disposición de fibras de la parte de llanta 102. Como se muestra en esas figuras, la parte de llanta 102 está formada como un laminado apilado de al menos dos composiciones de capas de fibra diferentes apiladas como capas alternas en esta disposición. Esas composiciones de capas son:

(1) una capa de estopa circular 230 (etiquetada como aro de 0° y haces de estopa de 0° en la leyenda proporcionada en la figura 5(B)) que comprende estopa de fibra alargada (véanse las figuras 7 a 12) en las que las fibras están sustancialmente alineadas con el eje circunferencial C-C de la parte de llanta 102; y

(2) una capa estratificada diagonal 240 (etiquetada como tejido NCF de /- 33° en la leyenda dispuesta en la figura 5(B)) que comprende al menos una lámina de estopa o tejido en la que las fibras están orientadas sustancialmente en un ángulo de 0 o -0 al eje circunferencial de la parte de llanta. En la realización ilustrada, 0 es 33°. Sin embargo, se debe tener en cuenta que 0 podría estar entre 26° y 40° dependiendo de las consideraciones de diseño.

Cada capa estratificada diagonal 240 está emparedada entre capas 230 de estopa circular adyacentes, de modo que cada capa 230 de estopa circular restringe la capa estratificada diagonal 240 adyacente, lo que permite controlar hasta cierto punto el grosor del laminado. Las capas estratificadas diagonales 240 están dispuestas en la disposición para proporcionar direcciones de fibra en ángulo alternas a cada lado de una capa de estopa circular 230. En la realización ilustrada, las capas estratificadas diagonales consecutivas 240 (alrededor de una capa de estopa circular 230) están por lo tanto dispuestas en la disposición para proporcionar una capa que tiene un ángulo de orientación de la fibra que es el ángulo alternativo (+ o -) de la orientación de la fibra de la capa estratificada diagonal 240 anterior. Por lo tanto, la pila de laminados resultante comprende capas consecutivas que proporcionan una repetición de [0° 230), 0° (capas estratificadas diagonales 240), 0° (capa de estopa circular 230), -0° (capas estratificadas diagonales 240)] ángulos de orientación de las fibras en relación con el eje circunferencial C-C de la parte de llanta 102.

La capa de estopa circular 230 proporciona una fibra orientada o alineada con el eje circunferencial C-C de la parte de llanta 102. Esto proporciona resistencia circular a la parte de llanta 102 y rigidez en la forma cilíndrica o anular de la parte de llanta 102. La capa estratificada diagonal 240 proporciona fibras orientadas o alineadas en ángulo, lo que proporciona un refuerzo lateral de resistencia a la estructura de la llanta. El ángulo específico 0 utilizado depende de la configuración general de la rueda compuesta y la parte de llanta y las cargas requeridas y similares. En la figura 5(B) se proporciona una leyenda para las configuraciones de línea de cada una de las capas que se muestran en las figuras 4 a 6C.

Las fibras alineadas en la capa de estopa circular 230 proporcionan generalmente entre el 40 y el 60% de la dirección de la fibra, preferiblemente alrededor del 50% de la dirección de la fibra en la parte de llanta 102. Similarmente, la capa estratificada diagonal 240 proporciona típicamente entre un 40 a 60% de la dirección de la fibra, preferiblemente alrededor del 50% de la dirección de la fibra en la parte de llanta 102.

Como se muestra en las figuras 4 y 6A, el cuerpo principal 251 de la parte de llanta 102 es una pila de laminados que comprende capas consecutivas que proporcionan un patrón de repetición o secuencia de la combinación de ángulos de orientación de fibra de 0°, 0° y -0° en relación con el eje circunferencial de la parte de llanta formada a partir de una capa de estopa circular 230 y capas estratificadas diagonales 240 descritas anteriormente. La pestaña interior 201, la pestaña exterior 202, el talón de seguridad interior 210 y el talón de seguridad exterior 211 y el centro de caída 220 de la rueda compuesta 100 tienen diferentes configuraciones de disposición, que se describen con más detalle a continuación.

Se ilustra mejor en las figuras 7 a 12 la configuración dispuesta real de cada una de las capas de la parte de llanta 102.

Como se muestra en las figuras 7 y 8, cada capa de estopa circular o "capa de estopa enrollada en aro" 230 se forma a partir de una estopa de fibra alargada enrollada anularmente 232 que se enrolla alrededor del molde de cubeta interior 310 del molde de llanta 280. Esa estopa de fibra alargada 232 es enrollada en aros alrededor del molde interior de cubeta 310 y a lo largo del ancho del mismo para formar el grosor y los contornos deseados de cada capa de estopa circular 230. La capa resultante comprende una serie de aros superpuestos y concéntricos de la estopa de fibra alargada 232.

Como se ilustra mejor en la figura 9, la capa estratificada diagonal 240 está formada por una lámina 242 de estopa unidireccional interconectada que se cose para formar una lámina. El haz se orienta en el ángulo deseado 0 en la lámina. Típicamente, se coloca una lámina de estopa diagonal continua única 242 desde la pestaña interior 201 a la pestaña exterior 202 de la rueda compuesta 100 para formar la respectiva capa estratificada diagonal 240. Por lo tanto, cada capa estratificada diagonal 240 se puede formar sin uniones a tope. Sin embargo, en realizaciones alternativas, los estratos diagonales pueden no ser continuos entre ambas pestañas 201, 202, y podrían colocarse como parches más pequeños que se instalan (posiblemente en una formación similar a un mosaico superpuesto) para formar la capa requerida. Los parches pueden superponerse.

Como se muestra en la figura 7, se puede usar una capa estratificada de cierre 250 en el lado interior de la parte de llanta 102, que se aplica primero al molde de cubeta interior 310 (del molde de borde 280). Este estrato de cierre 250 puede comprender una lámina de tela, una capa de estopa circular, una capa estratificada diagonal, estopa de fibra de vidrio enrollada en aro o una combinación de los mismos. La disposición de fibras de la parte de llanta 102 también puede incluir además al menos una capa de protección proporcionada sobre la capa de estopa circular aplicada final del apilamiento de fibras. La capa de remate proporciona una capa final de refuerzo sobre la superficie exterior de la capa de fibra y proporciona una capa de acabado que preferiblemente coincide con la superficie exterior de las secciones contiguas de la rueda compuesta. Al igual que el estrato de cierre 250, la capa de remate puede comprender una lámina de tela, una capa de estopa circular, una capa estratificada diagonal, estopa de fibra de vidrio enrollada en aro o una combinación de las mismas.

Como se muestra en las figuras 8 y 6B, el extremo exterior 205 de la disposición también incluirá láminas o secciones de conexión 259 (tejido frontal etiquetado en la leyenda dispuesta en la figura 5(B)) de la disposición de fibras de la parte de cara 104 que están integradas en la disposición de la parte de llanta para conectar de forma segura la parte de cara 104 y la parte de llanta 102 entre ellas. Como se muestra en la figura 6B, estos pueden ser parte de la disposición de base desde la pestaña exterior 201 hasta el centro de caída 220.

Refiriéndose nuevamente a las figuras 4 a 6C, se puede observar que las características contorneadas de la parte de llanta se forman a partir de una combinación de la configuración contorneada de un molde de llanta (no mostrado) y de haberse construido a partir de estopa enrollada en aro agregada. Como se muestra en las figuras 5 y 6B y 6C, cada una de las pestañas de borde 201 y 202 se construye a partir de un espesor agregado de estopa enrollada en aro 230. En este sentido, la capa de estopa circular 230 en cada una de las ubicaciones de las pestañas de borde 201 y 202 incluyen devanados de estopa circular adicionales para construir los contornos de la pestaña 201, 202. De manera similar, el talón de seguridad interno 210 y el talón de seguridad externo 211 se construyen a partir de un espesor agregado de estopa circular enrollado en una de las capas de estopa circulares 230.

Como se muestra en la figura 5, la disposición de la pestaña interior 202 incluye capas de refuerzo (etiquetadas como tejido NCF de 90° en la leyenda dispuesta en la figura 5(B)) 260 que comprenden un estrato que tiene fibras orientadas de 80 a 100 grados con respecto al eje circunferencial. de la parte de llanta. En el caso ilustrado, las capas de refuerzo 260 comprenden un estrato que tiene fibras orientadas 90 grados con respecto al eje circunferencial C-C de la parte de llanta 102. Esas capas de refuerzo 260 se extienden en la disposición a lo largo de las secciones verticales o verticales 293 de la pestaña interior 202 y se extienden a través de la sección principal de la llanta hasta el talón interior de seguridad 210. Tales capas de refuerzo 260 ayudan a prevenir el agrietamiento del laminado en esta región.

El centro de caída 220 se forma a partir de una combinación de una forma moldeada conformada según la forma contorneada del molde de borde 280 (y que comprende el molde de cubeta interior 310), y mediante la aplicación selectiva o reducida de capas de estopa de circulares en el rebajo de centro de caída, formando un grosor más delgado o reducido en esa zona. Por lo tanto, el rebajo de centro de caída 220 tiene menos devanados de estopa circular que las secciones adyacentes al rebajo de centro de caída 220. Como se muestra en las figuras 11 y 12, cualquier reducción de resistencia de esta disposición de estopa circular inferior se puede reforzar mediante la aplicación de al menos una capa de refuerzo. 260 ubicado en el rebajo de centro de caída 260. En la realización ilustrada, esta capa de refuerzo 260 comprende una capa de fibra, típicamente una tela formada por estopa cosida, que tiene fibras orientadas desde aproximadamente 90 grados con respecto al eje circunferencial de la parte de llanta, aunque debería apreciarse que la alineación de las fibras podría ser de 80 a 100 grados con respecto al eje circunferencial C-C de la parte de llanta 102. Como se muestra en la figura 6C, las capas de refuerzo 260 se extienden en la disposición a través del centro de caída 220, hacia arriba a través de las secciones verticales o erguidas 295 del centro de caída y se extienden hacia la pestaña exterior 201.

Finalmente, cabe señalar que las secciones o pestañas que se extienden radialmente (es decir, aquellas secciones que se extienden radialmente o están alineadas con el eje central) de la forma contorneada de la parte de llanta (por ejemplo, las secciones 290, 291, 292 en las figuras 4, 5, 6B y 6C) se forman con reducida o menos estopa que las secciones adyacentes para una menor tensión interlaminar.

La disposición de fibras o la arquitectura de fibra de la parte de llanta 102 comprende una estructura multicapa. El número de capas puede variar considerablemente según el diseño de la parte de llanta y el tamaño y tipo de elementos compuestos. En algunas realizaciones, solo se utilizan unas pocas capas, de 4 a 10 capas, preferiblemente de 4 a 20 capas, por ejemplo, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 o 20 capas. En otras realizaciones, se necesita un número mayor, por ejemplo, 20, 30, 50, 100 o más capas para obtener la calidad y/o propiedades deseadas de la parte de llanta 102.

Debe apreciarse que se puede utilizar una amplia variedad de fibras en la presente invención, incluidas, entre otras, fibras seleccionadas del grupo que consta de fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras sintéticas como acrílico, poliéster, PAN, ^pE^t, PE, fibras de PP o PBO, o similares, biofibras tales como cáñamo, yute, fibras de celulosa o similares, fibras minerales, por ejemplo, lana de roca o similares, fibras metálicas, por ejemplo, acero, aluminio, latón, cobre o similares, fibras de boro o cualquier combinación de estos. En una realización preferida, las fibras comprenden fibras de carbono.

La densidad de fibra en cada capa de estopa circular 230 y capa estratificada diagonal 240 se puede controlar formando las diversas capas a partir de materiales de una densidad de fibra seleccionada. La densidad de fibra en cada capa 230, 240 es de 50 a 400 g/m2, preferiblemente de 180 a 250 g/m2, más preferiblemente de 180 a 220 g/m2, aún más preferiblemente alrededor de 200 g/m2.

La rueda compuesta ilustrada 100 (figura 1) está destinada a formarse como un cuerpo unitario. Esto implica la inyección y/o impregnación simultánea de un material de matriz, que en el ejemplo de realización es una resina, en todas las partes, incluida la parte de llanta 102, la parte de cara 104 y la conexión 110, y luego el curado de cada una de las porciones de la rueda compuesta 100. La resina utilizada es preferiblemente de base epoxi. Sin embargo, debe entenderse que se puede usar cualquier resina adecuada, por ejemplo, poliéster insaturado, poliuretano, éster de polivinilo, epoxi, termoplásticos, compuestos químicos similares o combinaciones de los mismos. Se puede usar una variedad de sistemas de suministro de resina que incluyen, entre otros, infusión de resina y/o moldeo por transferencia de resina y/o moldeo por transferencia de resina asistido por vacío.

La parte de llanta formada 102 de la rueda compuesta 100 también comprende, por lo tanto, un material de matriz que envuelve las fibras del laminado apilado, típicamente una resina basada en poliéster insaturado, poliuretano, polivinil éster, epoxi, termoplásticos, compuestos químicos similares o combinaciones de los mismos. Sin embargo, debe apreciarse que también pueden ser aplicables otros materiales de matriz.

Al construir una rueda compuesta 100 ilustrada en la figura 1, la rueda compuesta 100 incluye dos caras principales de molde. En primer lugar, un molde de cara 300, que generalmente está orientado radialmente con respecto al eje de rotación de la rueda X-X. En segundo lugar, un molde de cubeta interior 310, que forma la cara interior de la parte de llanta 102 (figuras 7 y 8). El molde de cubeta interior 310 incluye una cara frontal que forma la pared trasera del molde de la parte de cara que está orientada radialmente con respecto al eje de rotación de la rueda X-X. El molde de cubeta interior 310 está sustancialmente alineado axialmente con el eje de rotación de la rueda X-X.

En uso, la parte de cara 104 se coloca con refuerzo con las secciones de conexión 110, por ejemplo, las secciones de conexión o las lengüetas 260 (figura 8).

La parte de llanta 102 se forma en primer lugar aplicando un estrato o estratos de cierre (etiquetados tela tejida 2x2 de /-45° en la leyenda dispuesta en la figura 5(B)) 250 (si es necesario) al molde de cubeta interior 310. El estrato de cierre puede comprender una tela tejida sesgada /-45°. El molde de cubeta interior 310 se combina luego con el molde frontal 300 de la parte de cara preformada, como se muestra en la figura 8. Las secciones de conexión 259 conectadas con la parte de cara 104 se colocan el estrato o estratos de cierre 250 y una se aplica una primera capa de estopa circular 230 sobre el estrato de cierre 250 y parte de las secciones o lengüetas de conexión 259. Luego se aplica una capa estratificada diagonal 240, y luego capas alternas de capa de estopa circular 230 y capa estratificada diagonal 240 para construir la parte de llanta 102 y las características contorneadas de la misma como se describe anteriormente. Ventajosamente, la estopa circular 230 mantiene el estrato diagonal 240 en la posición correcta contra el utillaje durante la disposición. Se pretende que este proceso sea razonablemente automatizado, con alguna intervención del operador para establecer el punto de partida de las estopas/estratos, o para guiar una nueva capa estratificada diagonal sobre el mandril de colocación y fijar las abrazaderas de capa, o similares. Durante la disposición, un estrato o estratos diagonales 240 se alimentan sobre el molde de la llanta 280 y una capa de estopas se enrollan en forma de aro para encapsular el estrato diagonal en la disposición y formar una capa de estopa circular 230. Una segunda capa o capas estratificadas diagonales 240 (en el sesgo opuesto, es decir, el ángulo de la fibra 0 con respecto al eje circunferencial C-C) se alimentan sobre la disposición de modo que cubra la capa anterior de estopas 230. Esa capa estratificada diagonal 240 se cubre luego con una capa de estopas enrolladas en forma de aro para encapsular el estrato diagonal 230 en el laminado y formar una capa de estopa circular 230. Esto se repite hasta que se logra el espesor del laminado requerido.

La disposición de llanta resultante es un laminado apilado formado a partir de una combinación de estopas circulares (capa de estopa circular 230) y estratos diagonales 240 dispuestas alrededor de la disposición de la cara, el molde de la cara 300 y el molde de cubeta 301. Este laminado apilado se presenta a una estación de inyección de resina (no ilustrada) donde una fuente de vacío y un cabezal de inyección de resina están conectados a un conjunto de herramientas, y la resina se inyecta y/o se impregna bajo presión en una cavidad que contiene la disposición. La resina impregna la fibra del laminado apilado y se cura para formar una rueda laminada. Después del desmoldeo, la rueda moldeada sin terminar puede someterse a procedimientos de acabado (taladrado adicional, acabado superficial, revestimiento y similares).

Cuando los términos "comprende", "comprende", "comprendido" o "que comprende" se utilizan en esta memoria (incluidas las reivindicaciones), deben interpretarse como que especifican la presencia de las características, números enteros, pasos o componentes indicados, pero no excluyendo la presencia de una o más características, números enteros, pasos, componentes o grupos de los mismos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una rueda compuesta (100) de un vehículo que incluye una parte de llanta (102), comprendiendo la parte de llanta (102) un anillo formado alrededor de un eje central (X) de rotación de la rueda compuesta (100) y que tiene un eje circunferencial (C) que se extiende circunferencialmente alrededor del eje central (X) y alrededor de la parte de llanta (102), caracterizada por que dicha parte de llanta (102) tiene una disposición de fibras que comprende un laminado apilado formado por capas alternas de:

una capa de estopa circular (230) que comprende estopa de fibra alargada en la que las fibras están sustancialmente alineadas con el eje circunferencial (C) de la parte de llanta (102), estando formada la capa de estopa circular (230) por al menos una estopa de fibra alargada enrollada anularmente; y

una capa estratificada diagonal (240) que comprende al menos un estrato de fibra en el que las fibras están orientadas sustancialmente en un ángulo de 0 o -0 con respecto al eje circunferencial (C) de la parte de llanta (102), en el que 0 es de 26° a 40°.

2. Una rueda compuesta (100) según la reivindicación 1, en la que 0 es de 28° a 40°, preferentemente de 30° a 36°, y más preferentemente de aproximadamente 33°.

3. Una rueda compuesta (100) según la reivindicación 1 o 2, en la que

la capa de estopa circular (230) comprende entre 40 y 60%, preferiblemente alrededor de 50% de fibra en la parte de llanta; y

la capa estratificada diagonal (240) comprende entre 40 y 60%, preferiblemente alrededor de 50% de la fibra en la parte de llanta.

4. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las capas estratificadas diagonales consecutivas (240) están dispuestas en la disposición para proporcionar una capa que tiene un ángulo de orientación de fibra que es el ángulo alternativo (+ o -) de la orientación de fibra de la capa estratificada diagonal anterior (240).

5. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los estratos diagonales comprenden una lámina de material de fibra unidireccional interconectada, preferiblemente un material de lámina unidireccional cosido, preferiblemente una lámina de estopa unidireccional cosida.

6. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la capa diagonal comprende un estrato diagonal de dos capas que comprende una capa que tiene direcciones de fibra de (26° a 40°) y una capa que tiene direcciones de fibra de -(26° a 40°).

7. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte de llanta (102) incluye dos pestañas anulares (201, 202), una pestaña interior (202) y una pestaña exterior (201), en los bordes opuestos del ancho de la parte de llanta (102) y cada estrato diagonal (240) comprende una lámina continua desde la pestaña interior (202) de la rueda (100) hasta la pestaña exterior (201) de la rueda (100).

8. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada capa estratificada diagonal (240) está intercalada entre capas de estopa circulares adyacentes (230), y preferiblemente cada capa estratificada diagonal (240) se forma sin uniones a tope.

9. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el laminado apilado comprende además características contorneadas formadas a partir de estopa enrollada en aro agregada (230), extendiéndose las características contorneadas alrededor de la circunferencia de la parte de llanta (102) y construyéndose a partir de estopa de fibra alargada enrollada de forma anular, y en la que las características contorneadas incluyen al menos un talón (210, 211), una pestaña (201,202), un nervio o un escalón.

10. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte de llanta (102) incluye un rebajo de centro de caída (220) que comprende una sección anular que tiene una estopa reducida o menor que las secciones adyacentes al rebajo de centro de caída (220).

11. Una rueda compuesta (100) según la reivindicación 10, que comprende además al menos una capa de refuerzo (260) ubicada en el rebajo de centro de caída (220), comprendiendo dicha capa de refuerzo (260) una capa estratificada que tiene fibras orientadas de 80 a 100 grados al eje circunferencial (C) de la parte de llanta (102), preferiblemente alrededor de 90 grados con respecto al eje circunferencial (C) de la parte de llanta (102).

12. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la densidad de fibra en cada capa del laminado apilado es de 50 a 400 g/m2, preferiblemente de 180 a 250 g/m2, más preferiblemente de 180 a 220 g/m2, aún más preferiblemente alrededor de 200 g/m2.

13. Una rueda compuesta (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye además una capa estratificada de cierre (250) en al menos un lado exterior de la estructura de capa laminada, preferiblemente en ambos lados de la estructura de capa laminada, en la que el estrato de cierre (250) comprende una lámina de estrato de tela, una capa de estopa circular, una capa estratificada diagonal, estopa de fibra de vidrio enrollada en aro o una combinación de los mismos.

14. Una rueda de material compuesto (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las fibras comprenden fibras de carbono.

15. Una rueda compuesta (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un material de matriz que envuelve las fibras del laminado apilado, en la que el material de matriz comprende una resina a base de poliéster insaturado, poliuretano, éster de polivinilo, epoxi, termoplásticos, compuestos químicos similares o combinaciones de los mismos.