19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: 2 164 66 1 Int. Cl. 7 : BB /02 12 TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: 9390777.4 86 Fecha de presentación: 29.01.1993 87 Número de publicación de la solicitud: 0 680 414 87 Fecha de publicación de la solicitud: 08.11.199 4 Título: Método de fabricación de una rueda de plástico para bicicleta mediante moldeo por inyección. 73 Titular/es: Paul D. Olson 9 Oceanside Boulevard Oceanside, CA 96, US y Kir G. Jones 4 Fecha de la publicación de la mención BOPI: 01.03.02 72 Inventor/es: Jones, Kir G. 4 Fecha de la publicación del folleto de patente: 01.03.02 74 Agente: Elzaburu Márquez, Alberto ES 2 164 66 T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 28036 Madrid
1 ES 2 164 66 T3 2 DESCRIPCION Método de fabricación de una rueda de plástico para bicicleta mediante moldeo por inyección. Campo del invento Este invento se refiere a un métodoparafabricar una rueda de plástico para bicicleta, hueca, de una sola pieza. Breve descripción de la técnica anterior Las ruedas de plástico para bicicletas y otras aplicaciones se han obtenido mediante una diversidad de técnicas de moldeo. Gran número de patentes anteriores describen ruedas que se han fabricado mediante moldeo por inyección, pero que no tienen una configuración hueca. En lugar de ello, estas ruedas tienen nervios o radios macizos que se extienden entre un cubo central y una llanta exterior. Ejemplos de tales patentes son las patentes norteamericanas 4.08.392 y 4.793.69. Otros intentos para proporcionar una rueda de plástico moldeada, adecuada para uso en bicicletas, se describen en las patentes norteamericanas 3.862.779 y 4.818.034. En estas patentes, se monta una rueda hueca a partir de mitades separadas, formadas como imágenes especulares, y el conjunto es retenido mediante sujetadores o vástagos adecuados. Aunque este enfoque puede proporcionar una rueda hueca, compromete la resistencia de la misma y requiere un montaje manual sustancial. Otro intento para proporcionar una rueda de plástico para bicicleta se describe en la patente norteamericana 4.844.2. Esta patente describe una rueda sin radios que tiene un centro macizo formado por un conjunto de diafragmas anulares entre un cubo central y una llanta exterior. Aunque no se ha patentado, se ha comercializado con éxito limitado una rueda de plástico moldeada para bicicleta. Esta rueda es una rueda de plástico de tres radios fabricada aplicando múltiples capas de fibra de grafito impregnada con resina sobre un mandril de caucho que se dispone en un molde y se calienta para curar la resina. Tras ello, se extrae el mandril de caucho del área del cubo de la rueda y una llanta separada y un cubo separado se unen a la rueda mediante pegado secundario. Este procedimiento es muy tedioso y se basa, sustancialmente en la fabricación a mano y por encargo. No ofrece la precisión ni la exactitud que son deseables para conseguir una calidad consistente de la rueda y ésta pierde resistencia debido a que la llanta y el cubo no se forman de una pieza. El documento US-A-4.11.184 se refiere a un método para fabricar una rueda de plástico, de una sola pieza, para bicicleta, que tiene un cubo central y una llanta anular unidos entre sí conra- dios, mediante moldeo por inyección, que incluye las operaciones de: proporcionar un molde de inyección que tiene el diseño grabado deseado para las superficies exteriores de dicha rueda; y cerrar dicho molde e inyectar plástico fundido, reforzado con fibras en la cavidad del molde y permitir que dicho plástico se enfríe lo suficiente para solidificar en él. El documento US-A-4.9.843 se refiere a un método para fabricar una rueda de plástico hueca, 2 1 2 3 4 0 6 para bicicleta, que tiene un cubo central y una llanta anular, unidos entre sí con radios huecos, que incluye las operaciones de: proporcionar un molde que tiene el diseño grabado deseado para las superficies exteriores de dicha rueda; y disponer capas de fibras en el molde; cerrar dicho molde y permitir que dicho plástico solidifique en él. Por tanto, las capas de fibras son sopladas en el molde mediante bolsas inflables. Objetivos del invento Un objetivo de este invento es proporcionar un método mejorado para la fabricación de una rueda hueca con radios, que sea adecuada como rueda de plástico moldeada para bicicleta, con una resistencia y una elasticidad iguales o mayores que las de una rueda de radios metálica usual, y que pueda fabricarse mediante técnicas de moldeo por inyección para fabricación en masa. Este objeto se consigue merced a las características de la reivindicación 1. Otros objetivos relacionados resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción del invento. Breve descripción del invento Este invento se refiere a un métodoparafabricar una rueda de configuración hueca formada enteramente mediante moldeo por inyección de plástico. La rueda tiene un manguito central, enterizo, para recibir un conjunto de cubo de rueda, al menos tres radios enterizos, huecos, que están situados simétricamente, equiangularmente espaciados en torno al cubo, y una llanta anular, formada de una pieza, que tiene un canal periférico para recibir una cubierta de neumático. El grosor de pared de los costados de la llanta y de los radios y del área del cubo central de la rueda es uniforme, suficiente para proporcionar propiedades de resistencia y rigidez al menos iguales a las de una rueda de radios metálica. Breve descripción de los dibujos El invento se describirá con referencia a los dibujos, en los que: la Figura 1 es una vista en alzado lateral de una rueda de plástico moldeada; la Figura 2 es una vista en sección por la línea 2-2 de la Fig. 1; la Figura 3 es una vista en sección por la línea 3-3 de la Fig. 1; la Figura 4 es una vista en sección por la línea 4-4 de la Fig. 1; la Figura es una vista en sección por la línea - de la Fig. 1; la Figura 6 es una vista en sección por la línea 6-6 de la Fig. 1; la Figura 7 es una vista ampliada del área 7-7 de la Fig. 6; la Figura 8 es una vista ampliada del área comprendida dentro de la línea 8-8 de la Fig. 6; la Figura 9 es una vista ampliada del área comprendida dentro de la línea 9-9 de la Fig. 1; la Figura es una vista de borde de la rueda moldeada; y la Figura 11 es una vista ampliada de un cubo que es alternativo al representado en la Figura 9. Descripción de la realización preferida Refiriéndonos ahora a la Figura 1, en ella se muestra la rueda moldeada para bicicleta que tiene un manguito central 12 que, de preferencia,
3 ES 2 164 66 T3 4 tiene una pluralidad de gargantas axiales 14 para recibir un conjunto de cubo usual para cojinetes (no representado). El manguito 12 está formado de una pieza con el resto de la rueda, que comprende una pluralidad de radios 16, de preferencia tres, que se extienden radialmente hacia fuera desde un área 18 del cubo hasta una llanta anular. La llanta anular está formada con un canal periférico exterior 22 que tiene costados 24 para recibir una cubierta de neumático usual. Como es evidente a partir de las vistas en sección de las Figuras 2, 3 y 4, los radios 16 son de forma elipsoidal, preferiblemente con un contorno elipsoidal alargado como es evidente en las vistas en sección. La rueda se moldea por inyección de resinas termoplásticas, por ejemplo, nilón, poli(sulfuro de fenileno), poli(éter imida), poliésteres, poliuretano, etc., o de resinas termocurables, por ejemplo, resinas epoxídicas. Las resinas se refuerzan con fibras cortadas largas, tales como fibras de vidrio o, preferiblemente, fibras de grafito, que se añaden en cantidades que van del a, aproximadamente, el 7 por ciento en volumen de la resina. Las fibras que son muy útiles tienen longitudes de entre, aproximadamente, 2, mm a, aproximadamente, 19 mm. La resina preferida para la mayoría de las aplicaciones es nilón reforzado con fibras de grafito en una concentración de, aproximadamente, 0 por ciento en volumen. Las vistas en sección de las Figuras 2-4 y las Figuras 7 y 8 están ampliadas tres veces para mayor claridad y el grosor de los costados está aumentado con fines ilustrativos. Preferiblemente, los radios 16 tienen una relación entre anchura y grosor mayor que la unidad y, de la manera más preferible, mayor que dos en toda su longitud. El grosor de pared de la rueda es uniforme en toda ella y suficiente para proporcionar un comportamiento igual o mejor que el de una rueda con radios de acero usual para bicicleta. Con el plástico preferido, un grosor de pared comprendido entre 1,3 y 3,2 mm, de preferencia unos 2,3 mm, proporciona la rigidez, la resistencia y la flexibilidad necesarias para igualar o superar el comportamiento de una rueda con radios de acero usual para bicicleta. Refiriéndonos ahora a la Fig., la llanta tiene también forma aerodinámica y, para este fin, la llanta también es hueca y tiene un contorno semi-elipsoidal, con una pared de base ancha 26 que forma la pared inferior del canal periférico exterior 22. El canal periférico 22 tiene, de preferencia, costados paralelos 24 que soportan labios anulares 28 coextensivos, dirigidos hacia dentro, formando así una llanta con canal usual para recibir una cubierta de neumático usual para bicicleta. Los radios 16 y la llanta están unidos con perfiles de radios suaves. Los radios están formados con bordes delantero y trasero y 32, dotados de radios de curvatura en centros 34 y 3 situados fuera de la circunferencia de la llanta. Esta configuración hace que las propiedades aerodinámicas y de resistencia mecánicadelarueda sean máximas. Refiriéndonos ahora a las Figs. 6 y 7, resultará evidente la forma del área 18 de cubo central. El 1 2 3 4 0 6 área 18 se representa en vista en sección en la Fig. 6 y en la vista ampliada de la Fig. 7. Como en ella se ilustra, el área 18 de cubo central también tiene una configuración aerodinámica con un borde exterior 19 que tiene asimismo una configuración semi-elíptica y también es hueco. El área 18 de cubo tiene un manguito 12 formado de una pieza, situado centralmente, que tiene preferiblemente ranuras axiales 14 como resulta evidente a partir de las Figs. 7 y 9, que permiten la orientación de un conjunto de cubo metálico usual. El manguito 12 tiene una pluralidad de aberturas 17 que comunican con el interior de cada uno de los radios 16. Como se describe más adelante, estas aberturas permiten el drenaje del mandril de metal eutéctico fundido después del moldeo de la rueda. La rueda también tiene previstos medios para recibir una válvula de inflado de tipo usual y, con este fin, posee al menos una abertura pasante 36 en la llanta anular. Esta abertura 36 se representa con mayor detalle en la Fig. 8, que es una vista ampliada del área comprendida en el interior de la línea 8-8 de la Fig. 6. Como se ilustra en ella, la abertura pasante 36 está formada con bordes perfilados para proporcionar una transición suave y corta a una segunda abertura pasante 38 (según el eje geométrico 39) que se extiende transversalmente a la pared de base 26 del canal periférico exterior 22 y que atraviesa la pared lateral de la abertura pasante 36, permitiendo así elpasoolaintroducción de la válvula de inflado usual para una cubierta de neumático inflable. El cubo 12 y el área 18 alrededor del cubo se representan en las Figs. 9 y 11. Como se ilustra en la Fig. 9, el cubo 12 tiene una pluralidad de ranuras axiales parciales 14 que se extienden desde una cara del mismo. Estas ranuras parciales reciben nervios axiales que están situados en la envuelta cilíndrica exterior del conjunto estándar de cubo metálico y cojinetes que se monta en el cubo de plástico enterizo 12 de la rueda. En la Fig. 11, el cubo de plástico enterizo 12 tiene una pluralidad de cavidades lobulares 14a que reciben lóbulos que están situados en la pared exterior de la envuelta de un conjunto estándar de cubo metálico y cojinetes. Como se muestra en la Fig. 7, los lóbulos 14a o las ranuras 14 se extienden parcialmente a lo largo de la pared interna del cubo 12, preferiblemente desde aproximadamente la tercera parte a aproximadamente la mitad de la longitud axial del cubo 12. Refiriéndonos ahora a la Fig., la pared de base 26 de la llanta periférica anular 24 de la cubierta está formada con una pluralidad de ranuras alargadas 42 que están separadas con un incremento angular idéntico en torno a la periferia de la rueda. Esto es deseable para proporcionar un peso mínimo y estas ranuras 42 pueden realizarse sin comprometer significativamente la rigidez ni la resistencia de la rueda. Además, las ranuras 42 permiten el drenaje de la mayor parte del metal fundido formado cuando se funde el mandril metálico como se describe más adelante. De acuerdo con el presente invento, la rueda se forma mediante moldeo por inyección. La estructura hueca de la rueda se consigue moldeando por inyección una resina en torno a un mandril 3
ES 2 164 66 T3 6 preformado. El mandril debe poderse licuar, es decir, debe ser capaz de cambiar de estado sólido aestadolíquido, y en estado sólido debe ser estable frente a las condiciones de moldeo en cuanto a temperatura y presión. También debe ser capaz de cambiar de estado físico, pasando de sólido a líquido en condiciones que no afecten a los productos moldeados. Un método consiste en utilizar un mandril formado por un metal eutéctico con un punto de fusión ligeramente inferior a la temperatura de fusión del polímero termoplástico. El mandril se forma con tolerancias muy estrechas en relación con las dimensiones interiores de la cavidad del molde de inyección de manera que la rueda hueca que se obtenga tenga un grosor de pared uniforme en toda ella, siendo el grosor como se ha mencionado previamente. Otro método consiste en utilizar un mandril que se disuelva en un disolvente inocuo para el producto moldeado, por ejemplo, un mandril formado de un polímero soluble en agua tal como poli(alcohol vinílico) o copolímeros acrílicos, que pueda incluir una carga mineral para proporcionarle estabilidad dimensional en las condiciones de moldeo por inyección. El moldeo por inyección es un procedimiento usual. El polímero se inyecta a una temperatura por encima de su punto de fusión y circula en la cavidad del molde rodeando al mandril. La temperatura del molde se controla de manera usual para conseguir la solidificación del polímero, que es expulsado del molde mientras contiene todavía el mandril metálico. Un tiempo de ciclo típico para el moldeo por inyección está comprendido entre y, aproximadamente, 7 segundos para resinas termoplásticas, y de 2 a aproximadamente 1 2 3 6 minutos para resinas termocurables. La rueda moldeada y el mandril de metal eutéctico se ponen entonces en un baño de aceite que se mantiene a la temperatura de fusión del metal eutéctico utilizado para el mandril. El baño de aceite calienta el metal, fundiéndolo y el metal fundido es drenado de la rueda terminada a través de las aberturas 42 situadas en torno a la llanta anular 22 de la rueda y de las aberturas 17 del manguito 12 del cubo, con el resultado de que se obtiene una rueda de plástico moldeada enteramente en una sola pieza con un peso, una resistencia y un grosor de pared muy uniformes. Se sigue el mismo procedimiento con el mandril soluble. La rueda moldeada y el mandril soluble en agua se disponen en un baño de agua que puede estar calentada a una temperatura moderada, por ejemplo de 37,8 a 93,3 C, para cubrir el margen de disolución del mandril. La rueda se retira luego, se vacía, se enjuaga y se seca para obtener el producto terminado como una rueda hueca, de una sola pieza. Significativamente, la rueda se obtiene con un alto grado de equilibrado, exigiendo poco trabajo para conseguir el equilibrado completo de la misma. El metal eutéctico fundido se acumula como una capa sedimentada dentro del baño de aceite, de donde puede ser drenado para reutilizarlo en la fabricación de los mandriles. Se ha descrito el invento con referencia a la realización ilustrada y preferida en la actualidad. No se pretende quede limitado de manera indebida por esta descripción de la realización actualmente preferida. En lugar de ello, se pretende que el invento quede definido por los medios establecidos en las reivindicaciones siguientes. 4 0 6 4
7 ES 2 164 66 T3 8 REIVINDICACIONES 1. Un método de fabricación de una rueda () de plástico hueca, de una sola pieza, para bicicleta, que tiene un cubo central (12, 18) y una llanta anular () unidos entre sí por radios (16) huecos, mediante moldeo por inyección, que incluye las operaciones de: a. preparar formas de mandril que se adapten a las configuraciones internas de dichos radios huecos dicho cubo central y dicha llanta anular a partir de un sólido licuable estable frente a las condiciones de moldeo de plástico y que sea capaz de sufrir un cambio de estado físico pasando de sólido a líquido en condiciones inocuas para dicha rueda de bicicleta; b. colocar dichas formas de mandril dentro de la cavidad de un molde de inyección que tiene el diseño grabado deseado para las superficies exteriores de dicha rueda; y c. cerrar dicho molde e inyectar plástico fundido, reforzado con fibras, en la cavidad del molde 1 y permitir que dicho plástico se enfríe lo suficiente para gelificarse y solidificar en él; y d. retirar el producto moldeado resultante que contiene dichas formas de mandril a un baño en condiciones de licuado del mandril y permitir que el material de dicho mandril escurra de dicho producto moldeado. 2. El método de fabricación de la reivindicación 1, en el que dichas formas de mandril están constituidas por un metal eutéctico y dicho baño se calienta a una temperatura suficiente para fundir dicho metal eutéctico. 3. El método de fabricación de la reivindicación 1, en el que dichas formas de mandril están constituidas por un metal soluble y dicho baño contiene un disolvente para dicho metal en el que es insoluble dicho plástico de dicha rueda, y dicho disolvente disuelve dichas formas de mandril. 4. El método de fabricación de la reivindicación 1, en el que dichas formas de mandril están constituidas por un polímero soluble en agua y dicho disolvente de dicho baño es agua. 2 3 4 0 6 NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del 7--1992, no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluída en la mencionada reserva.
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