本发明涉及用于非充气式车轮的辐条。
背景技术：
在例如美国专利第6,769,465号、第6,994,134号、第7,013,939号和第7,201,194号中描述了非充气式车轮的构造及其优点，所述专利以全文引用的方式并入本文中。某些非充气式轮胎构造提出结合剪切带，例如美国专利第6,769,465号和第7,201,194号中描述了其实施例。此类非充气式轮胎提供无需依赖于气体充气压力来支撑施加到轮胎的负载的轮胎性能优势。
在非充气式车轮的一个实例中，具有地面接触部分的柔性带可以与从中心元件或轮毂径向延伸的多个张力传输腹板状元件(即，辐条)相连接。对于某些构造，可以通过开放式铸造模制形成此类非充气式车轮，其中将聚氨酯等材料倒入形成非充气式轮胎的全部或部分的模具中。可以在柔性带中的适当位置模制帘线等一个或多个不可延展的加固结构。
通常，在这种现有构造中，辐条和轮毂被模制成整体的单件构造。替代地，辐条可以通过带一体地接合，然后带与轮毂或车轮中心接合。在任一种构造中，辐条都不容易从与柔性带附接的径向外端或附接到轮毂或车轮中心的径向内端移除。
辐条的构造会影响非充气式车轮的性能。由不同大小、配置和构造材料构成的辐条会影响轮毂与柔性带之间的张力传输方式，从而导致非充气式车轮的负载携带能力和感知操纵特性的差异。辐条的密度还可以确定例如每个辐条在操作期间旋转到车轮的顶部时携带多少张力。
由于例如一体式构造，现有的非充气式车轮构造不易于将不同的辐条替换到非充气式车轮中。这样的替换将需要破坏性的步骤将辐条的两端从车轮切断或脱离。另外，因为辐条与轮毂接合或附接，所以替换不同材料或配置的不同轮毂并不容易可行。最后，现有的制造方法不利于将加固件、形状、材料层和其它特征结合到辐条的构造中。
因此，将适用的是一种用于非充气式车轮的辐条，其可以更容易地用加固件、各种形状、一层或多层材料以及其它特征模制。还将有利的是此类辐条能容易地与非充气式车轮结合而无需与轮毂一体地构造。还将适用可以更容易地连接到轮毂、柔性带、或这两者和从轮毂、柔性带、或这两者断开的辐条。还将有利的是一种制造此类轮辐的方法。
技术实现要素：
本发明提供一种用于非充气式车轮的示例性辐条。所述辐条能用具有加固元件和一层或多层材料的加固结构制造。所述辐条还能以各种形状和配置提供。所述辐条包含允许辐条更容易地并入到非充气式车轮中或从非充气式车轮移除的锚固件。更具体地说，锚固件还允许辐条与非充气式车轮一体接合或者在一端或两端与非充气式车轮可释放地连接。本发明的额外目标和优点将部分在以下描述中进行阐述，或可从所述描述中显而易见，或可通过实践本发明来习得。
在本发明的一个示例性实施例中，提供一种用于非充气式车轮的辐条。所述车轮限定径向、轴向和周向方向。所述辐条包含腹板状主体，所述腹板状主体沿着径向方向在径向外端与径向内端之间延伸并且沿着轴向方向在腹板状主体的相对边缘之间延伸。
腹板状主体包含加固结构，所述加固结构沿着径向方向延伸并且在径向外端形成外折叠部分且在径向内端形成内折叠部分。外锚固件定位在径向外端处并且包含外侧的一对臂，所述外侧的一对臂沿着周向方向以相反的方式远离腹板状主体延伸。内锚固件定位在径向内端处并且包含内侧的一对臂，所述内侧的一对臂沿着周向方向以相反的方式远离腹板状主体延伸。
加固结构可以包含在径向外端与径向内端之间延伸的多根不可延展的帘线。加固结构还可以包含至少一对包含聚合物材料的层，其中所述层在径向外端与径向内端之间延伸，其中不可延展的帘线嵌入所述层之间。
辐条还可以包含位于加固结构的外折叠部分内的外部伸长杆；以及位于加固结构的内折叠部分内的内部伸长杆。内部伸长杆和外部伸长杆可以各自沿着轴向方向在腹板状主体的相对边缘之间延伸。
在另一实施例中，辐条可以包含在径向外端与径向内端之间延伸的多根不可延展的帘线。第一对层可以包含第一聚合物材料，其中第一对层在径向外端与径向内端之间延伸，其中不可延展的帘线嵌入第一对层之间。第二对层可以包含第二聚合物材料，其中第二对层在径向外端与径向内端之间延伸。第一聚合物材料可以具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在1至10mpa范围内的伸长模量ma10。第二聚合物材料可以具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在1至5mpa范围内的伸长模量ma10。
参考以下描述及所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优势将得到更好理解。并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图说明了本发明的实施例，并且与所述描述一起用以阐释本发明的原理。
附图说明
本说明书中阐述本发明的针对所属领域的一般技术人员的完整和启发性公开内容，包含其最佳模式，本说明书参考附图，在所述附图中：
图1示出结合本发明的辐条的示例性实施例的示例性非充气式车轮的侧视图。
图2提供沿着图1的线2-2获得的示例性非充气式车轮的横截面图。
图3示出可以在图1的示例性非充气式车轮中使用的本发明的轮辐的示例性实施例的透视图。
图4是图3的示例性轮辐的端视图。
图5提供本发明的示例性辐条的径向外端的特写横截面端视图。
图6提供在制造图3的示例性辐条时使用的示例性前体的正视图。
图7是在制造图3的示例性辐条时使用的示例性中间体的透视图。
图8示出在制造图3的示例性辐条时使用的示范性方法的方面。
图9、10和11示出本发明的示例性方法的额外方面，同时还描绘模具部分的顶视图(图9)，模具部分的透视端视图(图10)，以及另一模具部分的透视端视图(图11)。
图12是示出通过模制在其间的示例性轮辐接合在一起的模具部分的透视端视图。
图13是另一示例性辐条的径向外端的特写横截面端视图。
具体实施方式
出于描述本发明的目的，现在将详细参考本发明的实施例，在图式中示出所述实施例的一个或多个实例。每个实例是为阐释本发明而提供，而非限制本发明。实际上，对于所属领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，如同其处于所附权利要求书以及其等效物的范围内。
如本文所使用，适用以下定义。
轴向方向a是指平行于参考示例性车轮在使用期间围绕其旋转的轴线的方向。
径向方向r是指垂直于轴向方向a的方向，其中径向外部或径向朝外是指远离轴向方向a的大致方向，径向内部或径向朝内是指朝向轴向方向a的大致方向。
周向方向c是指由车轮的圆周或其围绕轴线的旋转方向限定的方向。
图1提供可以使用本发明制造的示例性非充气式车轮50的侧视图，而图2提供沿着图1中的线2-2处的子午面获得的车轮50的横截面图。本发明不限于图中示出的车轮的特定形状、尺寸或外观。如使用本文公开的教示将理解的，也可以使用其它形状、尺寸和外观的车轮。
非充气式车轮50包含轮毂52，所述轮毂具有一系列孔口54，螺纹凸耳或其它紧固件可以通过所述孔口插入以便将车轮50安装到车辆上。也可以使用其它安装配置。非充气式车轮50还包含柔性的负载支撑带56，其定位于轮毂52径向朝外并且与轮毂52同心地定位。胎面58可以形成于负载支撑带56上或作为负载支撑带56的部分而提供。例如，胎面带58可以粘附到负载支撑带56上、嵌入其中，或者如图2所示一体地形成。也可以使用其它构造。
多个张力传输腹板元件或辐条100沿着径向方向r在轮毂52与负载支撑带56之间延伸。辐条100彼此邻近并且围绕车轮50的周向方向c间隔开。辐条100可以具有与图1和2中示出的形状和配置不同的形状和配置。辐条100还可以与径向方向r成各种角度形成。当非充气式车轮50使用安装盘52安装到车辆时，负载支撑带56使用剪切带68支撑传输到所述非充气式车轮的负载。负载通过张力贯穿辐条100传输到柔性带56。在一个示例性实施例中，随着车轮50旋转，当辐条100在远离接地面的位置到达车轮的顶部时，辐条100处于张力中，而靠近接地面的辐条100可能经受最小的张力并且甚至可能稍微变形或弯曲。
举例来说，负载支撑带56可以构造成包含具有内部加固带60、外部加固带64和位于其间的剪切层62的剪切带68。剪切层62可以由例如弹性体材料构造，例如，天然及合成橡胶、聚氨基甲酸酯、泡沫橡胶和聚氨基甲酸酯、分段共聚酯，以及尼龙的嵌段共聚物。加固带60、64可以包含由例如嵌入弹性体涂层中的基本上不可延展的帘线加固件构成的加固件。此类加固件可以包含例如适合用作常规轮胎中的轮胎带加固件的多种材料中的任何一种，例如钢丝帘线、玻璃和树脂的复合材料(例如玻璃纤维增强塑料)、以及具有高拉伸和压缩模量的其它材料。也可以使用其它构造和材料。
现在参考图2、3和4，辐条100包含沿着径向方向r延伸的腹板状主体102。当参照辐条100或其部件在非充气式车轮50(图1)内的位置和定向使用时，箭头r沿径向方向指向并且从径向朝内指向径向朝外。沿着径向方向r，腹板状主体102在径向外端104与径向内端106之间延伸。沿着轴向方向a，腹板状主体102在相对边缘108与110之间延伸。
腹板状主体102的径向外端104形成外锚固件112，而径向内端106形成内锚固件114(图4)。对于此示例性实施例，外锚固件112包含外侧的一对臂116和118，所述外侧的一对臂沿着周向方向c以相反的方式或远离彼此和主体102延伸。类似地，内锚固件114包含内侧的一对臂120和122，所述内侧的一对臂沿着周向方向c以相反的方式或远离彼此和主体102延伸。本发明不限于图中所示的轮辐100的特定形状，并且也可以使用其它形状和配置。例如，尽管轮辐100具有如图3所示的带锚固件112和114的三角形部分的熟悉的“i”形状，但也可以使用其它形状。
锚固件112和114提供为辐条100的使用和其与车轮50的整合提供了变通性。例如，如图1和2所示，内锚固件114可拆卸地安装在轮毂52的轴向定向槽口或凹槽66内。在制造期间，内锚固件114可以容易地沿着轴向方向a滑动或以其它方式插入凹槽66中。这样的构造还允许在期望的改变、修理或其它情况下容易地替换轮毂52。
对于此示例性实施例，外锚固件112附接到负载支撑带56。可以使用各种方法附接带56和外锚固件112。例如，外锚固件112可以机械地固定或粘附到带56。替代地，外锚固件112可以与带56一体地形成。还可使用其它构造。
参考图4，腹板状主体102包含加固结构124。如图所示，加固结构124沿着径向方向r在径向外端104与径向内端106之间延伸。在径向外端104处，加固结构124具有外折叠部分126。在径向内端106处，加固结构124包含内折叠部分128。折叠部分126和128为辐条100提供强度，同时还有助于将加固结构124的端部固定在锚固件112和114中。因而，折叠部分126和128有助于加固结构124确保在轮辐100从接地面(胎面58的与地面接触的区域)旋转离开并且在使用期间移动到车轮50的顶部时由轮辐100经历的拉力在轮毂52与柔性带56之间传输。
针对腹板状主体102可以使用各种形状例如，如图6所示，腹板状主体102具有沿径向方向r从径向内端106移向径向外端104增加的宽度w。在其它实施例中，宽度w可以减小、保持不变或变化。另外，如图3所示，腹板状主体102沿着周向方向c的厚度t可以是均匀的，或可以沿着径向方向r变化。
对于此示例性实施例，如图4、5和6所描绘，加固结构124包含多个伸长的加固元件130。在一个示例性实施例中，加强元件130被设置为沿着径向方向r彼此相邻且平行地延伸的不可延展的帘线130。更具体地，对于此实施例，加固元件130具有沿着径向方向r延伸的长度，即加固元件130沿着径向方向r纵向延伸。可以使用其它定向。
对于一个示例性实施例，如本文中所使用，“不可延展”是指根据astm885在23℃下测量时材料具有12％或更低的断裂伸长率。举例来说，帘线130可以由尼龙、钢、其组合以及其它材料构成。帘线130可以横跨腹板状主体102的整个轴向宽度w定位，使得帘线130靠近边缘108和110(图7和8)，或替代地，可以横跨宽度w的仅一部分定位，使得帘线130与边缘108和110间隔开(图6)。
参考图4和5，加固结构124也可以包含多层聚合物材料以形成腹板状主体102。例如，在一个示例性实施例中，加固结构124包含至少一对聚合物材料的层136和138，其中不可延展的帘线130嵌入或夹在层136与138之间。层136和138在径向外端104与径向内端106之间延伸，并且因此具有与加固结构124基本上相同的长度和形状。
对于此示例性实施例，层136和138形成紧邻帘线130的第一对层，并且第二对层132和134定位在第一对层136、138的外部。与层136和138一样，层132和134在径向外端104与径向内端106之间延伸，因此具有与加固结构124基本上相同的长度和形状。层132、134、136和138在径向外端104和106处折叠，如图4所示。
对于层132、134、136和138，可以使用各种材料。在本发明的一个示例性实施例中，第一对层136、138由第一聚合物材料构成，而第二对层132、134由第二聚合物材料构成。例如，第一聚合物材料可以具有例如在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在1至10mpa(兆帕)范围内的伸长模量ma10(根据astmd412)。第二聚合物材料可以具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在1至5mpa范围内的伸长模量ma10(根据astmd412)。第一和第二聚合物材料可以由具有粘性的弹性体材料构成，使得例如它们在制造期间将自我粘附或自我粘合和/或彼此粘合。
对于外锚固件112和内锚固件114可以使用各种材料。例如，外锚固件112可以由具有例如在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在10至30mpa(兆帕)范围内的伸长模量ma10(根据astmd412)的聚合物材料构成。内锚固件114可以由具有例如在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在20至60mpa(兆帕)范围内的伸长模量ma10(根据astmd412)的聚合物材料构成。
图13提供轮辐100的另一示例性实施例。如图所示，图13的实施例类似于图5的实施例，不同之处在于，在加固结构124的外折叠部分126内含有伸长杆140。杆140的长度沿着轴向方向a在边缘108与110之间延伸。可以使用类似的构造将杆放置在加固结构124的内折叠部分128中。这样的杆可以由例如金属、玻璃纤维增强的复合材料或其组合构成。折叠部分126和128内的杆为将折叠部分126和128固定在锚固件112和114中提供了额外的支撑。
现在将阐述制造用于非充气式的辐条(例如辐条100)的示例性方法。使用本文中所公开的教示内容，所属领域的技术人员将理解所述示例性方法还可与本发明的其它示例性方面一起使用以提供额外示例性方法。如本文中所使用，术语“方法”或“过程”是指可以在不脱离本发明的范围的情况下以与所示出的排序不同的排序而执行的一或多个步骤。步骤的任何顺序都是示例性的，且不意图将本文中所描述的方法限制到任何特定顺序，也不意图排除添加步骤、省略步骤、重复步骤、或同时执行步骤。如本文中所使用，术语“方法”或“过程”可以包含至少通过一个电子设备或基于计算机的设备所执行的一个或多个步骤，所述设备具有用于执行实施所述步骤的指令的处理器。
在一个示例性方面中，本发明提供一种制造用于非充气式车轮的辐条(例如，轮辐100)的示例性方法。参考图7，提供一个或多个聚合物材料片材142，通过以所需形状切割片材142形成腹板状主体102的前体144(图8)。例如，片材142可以包含堆叠或夹在一起以提供如关于图5所描述的层132、134、136和138的片材，其中伸长加固元件130位于层136与138之间。片材142可以被布置成使得加固元件130沿着径向方向r定位。
图7还描绘如稍后描述的将与前体144接合的外锚固条148和150。在一个示例性方面，形成片材142并且用于形成前体144的层包括一种或多种未固化的橡胶材料。例如，层132、134、136和138中使用的第一和第二聚合物材料最初可以包含未固化的橡胶，其中这些层彼此不交联。
如图8所示，在从片材142切割前体144之后，径向外端104被折叠以在前体144中形成外折叠部分126。类似地，径向内端106被折叠以在前体144中形成内折叠部分128。关于径向外部和径向内部的参考是关于这些特征将在非充气式车轮50内占据的位置。在一个示例性实施例中，用于形成前体144的外层132和134的材料是粘性的或自粘附的。因而，折叠部分126和128可以容易地通过将端部104和106折叠并向后压抵前体144而形成。具有例如边缘或平坦表面的工具可以用于帮助压制前体144并形成折叠部分126和128。
图9提供了限定凹部156的第一模具部分146的顶视图。凹部156包含轴向定向的凹槽158，外锚固条148被放置在所述凹槽中。凹部156还包含轴向定向的凹槽160(在此示出为平行于凹槽158)，内锚固条150被放置在所述凹槽中。具有边缘或其它平坦表面的工具可以用于将条148和150分别压入其相应的凹槽158和160中。条148和150分别形成外锚固件112和内锚固件114的一部分。
参考图10，在定位锚固条148和150之后，将前体144(其将形成腹板状主体102)放置到第一模具部分146的凹部156中。仔细地将前体144压制成与条148和150接触并抵靠第一模具部分146的模制表面。具有例如边缘或平坦表面的工具可以用于帮助将前体144压靠在条148和150上。如图所示，前体144具有与凹部156的形状匹配的整体形状。
如图11所示，第二模具部分162具有以互补的方式与第一模具部分146中的凹部156配合的凸起或突起168。第二模具部分162还包含当部分146和162组合并受压时插入第一模具部分146的开口152和154中的柱164和166。突起168限定一对平行凹槽170和172。
将另一个外锚固条174放置在轴向定向的凹槽170中，并且将另一个内锚固条176放置到轴向定向的凹槽172中。平坦的边缘或其它工具可以用于将条174和176紧压到凹槽170和172中。条174和176分别形成锚固件112和114的一部分。
如图12所示，第一模具部分146和第二模具部分164接合在一起以便组合前体144和所有锚固条148、150、174和176。将热量施加到模具部分146和164以对前体144和所有锚固条148、150、174和176加热。也可以施加压力以在这种加热过程中将模具部分146和164挤压在一起，并由此按压其中包含的材料。在一个示例性实施例中，维持热量和压力的施加，直到前体144和所有锚固条148、150、174和176接合并交联在一起以形成一体的轮辐100。例如，在一个示例性实施例中，维持热量直到达到150℃至180℃的温度达至少10至20分钟的时间段。在允许固化足够的时间之后，可以将轮辐100从模具部分146和164上取下。
本发明不限于模具部分146和164的特定形状或配置。可以使用其它形状或配置以提供例如轮辐100的不同形状和配置。
在本发明的替代示例性方面中，轮辐100或其实施例可以由例如聚氨酯或硅酮弹性体制成。可以使用各种模制工艺来由这样的材料制造辐条100，包含例如注射成型、压塑或铸造。例如，在注射成型工艺中，将加固件130以轮辐100的形状放置在模具中。接着将例如聚氨酯或硅酮弹性体注入模具中。在使材料固化之后，将轮辐100从模具中取出。
虽然已关于本发明的具体示例性实施例及其方法详细地描述本发明的主题，但应了解，在获得对前述内容的理解之后所属领域的技术人员可容易地产生此类实施例的更改、变化及等效物。因此，本发明的范围是作为实例而非作为限制，并且本发明并不排除包含对本发明主题的修改、变化和/或添加，此类修改、变化和/或添加对于使用本文所公开的教示的所属领域的一般技术人员将显而易见。