由塑料材料制成的洗衣机带轮的制作方法

1.本发明的主题是洗衣机滚筒的由塑料材料制成的带轮，特别是家用洗衣机的带轮。
2.技术问题
3.技术问题是将塑料材料的带轮构型为具有尽可能低的重量并且具有防止带轮在径向和轴向上变形的机械性能。


背景技术：

4.洗衣机中的衣物洗涤在滚筒中进行，滚筒可旋转地布设在洗衣机的洗涤桶内。滚筒通过驱动组件旋转，该驱动组件包括：固定到滚筒上并安装在轴承中的轴、安装在轴上的带轮、具有驱动轴的电动马达、以及通过带轮将电动马达的旋转传递到滚筒的驱动带。
5.特别是在高转速(例如1400rpm或更高)和大滚筒容积(例如8kg或更大)洗衣机中，由于高机械载荷，带轮通常由金属材料制成。这些带轮的缺点主要是它们的重量以及成问题的制造。因此，正在尝试用塑料材料制成的带轮代替金属带轮，塑料材料制成的带轮通常具有较差的机械性能。当塑料制成的带轮受到带预载力和与带轮到滚筒轴的足够牢固的连接相关的力时，塑料制成的带轮在工作和静止时都会变形。试图补偿材料较差的强度特性，特别是通过轮毂和带轮的胎面表面之间的连接肋的更合适的形状，驱动带搁置在该胎面表面上。
6.因此，专利申请wo/2007/057234描述了一种由塑料材料制成且具有与金属带轮相似的几何特征的带轮。该带轮具有：中心轮毂、用于接收带的外圆周、以及多个径向连接肋。为了确保在停止和运行期间传递力的机械性能，肋具有大的横截面，这因此意味着带轮的重量大或者使用了大量材料，从而制造成本更高。
7.专利申请ep2159314(a1)描述了一种由塑料材料制成的带轮，该带轮由多个径向肋组成，这些径向肋从中心轮毂环形连接到用于接收带的外圆周。即使采用这种技术方案，带轮的足够刚度也是由较大横截面的肋提供的。其结果为，这种带轮的重量很大，因此对使用的材料的要求很高。
8.专利申请wo 2013/038432 a1描述了一种塑料材料的带轮，该带轮包括中心轮毂、用于接收带的外圆周、连接几个径向肋的内部区段、以及包含几个相对于径向肋倾斜的圆周肋的外区段。带轮的这种形状需要使用弹性模量超过14,000mpa的特殊塑料材料。为此，将相当大比例的矿物或合成填料添加到基础材料中，当熔体凝固时，这些矿物或合成填料在铸造流的前端处沉淀，在两股流相遇的位置中，特别是在外圆周上，产生较弱的带轮点。支撑带轮的圆周的大量肋减少了薄弱点的影响，同时确保了圆周的小的径向变形，从而确保了带在没有周期性激励的情况下的稳定运行。这种带轮的缺点是，第一区段和外区段中的肋被设计成具有小的横截面，这导致带轮在径向力作用平面之外的方向上弯曲。这个问题可以用更多数量的肋或更大尺寸的肋来解决，这增加了制造中的重量/材料消耗。
9.为了确保带在运行和静止期间的稳定位置和正确运行，带以一定的预载力安装在
带轮上。其结果为，带轮在带搁置的圆周表面上加载有恒定的表面压力，这导致带轮上的径向力。带轮的静载荷会在高温下(尤其是在储存和运输阶段)由于高应力导致材料永久变形从而导致蠕变。在操作过程中，由于带预载力，带轮可能弯曲到径向力的作用平面之外。这种类型的弯曲会导致带在带轮的胎面上移位，在极端情况下甚至会导致带脱落。
10.带轮弯曲的问题通常用大量的肋或较大横截面的肋来解决。由于使用了大量的材料，这种解决方案导致带轮的重量增加，这又导致了更高的重量和更高的制造成本。
11.所有这些解决方案的共同缺点是，它们不能够使带轮中内应力最佳分布，因此通过注射成型制造带轮产生变形。


技术实现要素：

12.该技术问题通过一种由塑料材料制成并具有独立权利要求1中限定的特征的带轮来解决。
13.一种洗衣机滚筒的带轮，特别是家用洗衣机的带轮，带轮由塑料材料制成，该带轮包括：带轮的中心部分，该中心部分形成为轮毂，带轮通过该轮毂固定到滚筒轴上；带轮的圆周，其相对于轮毂同心地布设，该带轮的圆周限定带轮并在其外表面上接收带；大致圆形的分隔肋，其相对于带轮的圆周同心地布设，以便将带轮分成两个同心区段，即更靠近轮毂的第一内区段和由带轮的圆周限定的第二外区段，其中相应的多个加强肋布设在内区段和外区段中，其中分隔肋被布设在中心在带轮轴线上并且具有角的多边形的线上，最外面的加强肋的一部分从面向轮毂的一侧通向该分隔肋，所述最外面的加强肋是多个内部加强肋的一部分，其中通向分隔肋的角的这些加强肋的至少一部分沿着多边形(优选为六边形)的线延伸，所述多边形径向地布设在所述内区段中并且沿着它们的一边彼此接触，其中，所述外区段的至少一个弧形加强肋、优选两个弧形加强肋从所述分隔肋的面向所述圆周的一侧上的至少一个所述角发源，形成一对镜像的弧形加强肋，并且所述弧形加强肋的自由端接触所述带轮的圆周。
14.沿着多边形的线延伸的内区段的加强肋形成蜂窝，从而实现内区段的更大的径向强度。
15.外区段的一对弧形加强肋可以具有轴向镜像分配的第二对弧形肋。
16.外中间区段的加强肋是弧形的，加强肋的弧形半径的尺寸大致等于或大于带轮的半径。
17.内区段中的加强肋径向布设以形成蜂窝。在这种情况下，相对于带轮轴线对称的蜂窝单元具有相同的尺寸。蜂窝单元的尺寸随着它们离所述轴线的距离增加而增加。
18.蜂窝的高刚度以及因此在负载下的小变形也反映在中间分隔肋、第二中间区段以及带轮本身的圆周的较小变形中。径向变形更加均匀。较小的径向变形的结果是最小化带的周期性激励，这导致带沿着带轮或胎面的圆周更均匀地运行，这防止了带从带轮中掉落的可能性。
19.在带轮的生产中，在塑料材料的冷却过程中也会产生应力和因此的变形。加强肋的弧形构型有助于减少变形，尤其是带轮的圆周的变形。冷却时，材料收缩。由于外中间区段中的加强肋的弧形构型，这些肋收缩或变形使得它们的曲率减小或半径增大。由弧形加强肋的收缩产生的应力以小得多的程度传递到带轮的圆周上，因此该带轮的圆周在径向上
的局部变形与直的加强肋的情况下将存在的局部变形相比大大减小。由于相对大量的加强肋，带轮的圆周的相对变形被进一步减小。
20.根据本发明的带轮的另一个优点体现在注射成型生产过程中。在类似于带轮的圆形产品的注射成型过程中，需要在圆周上保持中心或圆形形状，液体材料通常在轴线上的一个位置或紧邻轴线的位置被供给到模具中，其中应当提供液体材料进入模具所有部分的统一流动。根据本发明的加强肋以及整个带轮的构型使得沿轴向供给的液体材料在整个流动步骤中基本上沿径向流向圆周，一直流到带轮的外圆周。各股的熔体在带轮的外圆周上结合在一起。存在于材料中并代表弱化点的填料在接合点处被消除。接合点的数量越少，在这一点上消除的填料就越多。因此，目标是增加接触点的数量。这是通过根据本发明的带轮实现的，因为有大量的加强肋。
附图说明
21.下面将通过实施例和展示的附图更详细地描述本发明的带轮。
22.图1为洗衣机桶的组件。
23.图2为本发明的带轮。
具体实施方式
24.洗衣机包括桶组件1，桶组件包括洗涤桶2和可旋转地布设在其中的滚筒3。滚筒3由驱动组件4旋转，驱动组件包括：轴5，其固定到滚筒3并安装在轴承上，该轴允许滚筒3围绕其轴线自由旋转；带轮6，其布设在轴5上；电动马达7，其具有驱动轴；以及驱动带8，其连接电动马达7的驱动轴和带轮6，从而将旋转从电动马达7传递到洗衣机滚筒3。
25.洗衣机滚筒的带轮6包括
[0026]-形成为轮毂的中心部分9，带轮6通过该中心部分被固定到轴5上；
[0027]-带轮的圆周10，其相对于轮毂同心地布设并限定带轮6，并在其大致胎面的外表面上接收带8；
[0028]-大致圆形的分隔肋14，其相对于带轮的圆周10同心地布设在带轮的圆周10的半径的1/3至2/3处，优选地在带轮的圆周10的半径的大致一半处，以便将带轮6分成两个同心区段，即内区段12和外区段13，其中相应的多个加强肋15、16布设在内区段12和外区段13中。
[0029]
分隔肋14以中心在带轮6的轴线上并且具有角21的方式沿着多边形11的线布设。多个加强肋15布设在带轮6的内区段12中。更靠近分隔肋14或离轮毂9最远的加强肋15的一部分在面对轮毂9的角侧汇聚到分隔肋14的角21中。在该实施例中，内区段的两个肋15在每个角21处汇聚，这不是强制性的特征。加强肋15的汇聚也能够仅在某个有限数量的角21中进行，并且不强制离轮毂最远的两个加强肋15汇聚到单个角21中。
[0030]
汇聚到角21中的加强肋15的至少一部分(在本实施例中，汇聚到角21中的所有肋15)沿着多边形17(优选为六边形)的线延伸。多边形17径向地布设在内区段12中，并且沿着它们的一边彼此接触。沿着多边形17的线延伸的内区段12的肋15形成蜂窝19。蜂窝19的单元的尺寸随着它们离所述轴的距离增加而增加。
[0031]
分隔肋14的角21形成起始点18，外区段13的至少一个弧形肋16，优选两个弧形肋
16、16’从该起始点出现，以便形成一对20镜像弧形加强肋16、16’，并且该对镜像弧形加强肋的自由端接触带轮6的外圆周10。
[0032]
在该实施例中，第二对20’弧形加强肋16、16’与外区段13的每对20弧形加强肋16、16’轴向呈镜像，这不是强制性的特征。
[0033]
外区段13中的弧形加强肋16、16’的对20的数量等于分隔肋14的角21的数量。加强肋16、16’的对20的数量取决于带轮6所要求的强度，并且随着强度要求的增加而增加。
[0034]
外中间区段13的肋16、16’是弧形的，肋16、16’的弧形的半径的尺寸大致等于或大于带轮6的半径。
[0035]
由于蜂窝形状，由肋15形成的肋系统具有高的轴向和径向刚度，这确保了带轮6在轴向和弯曲载荷下在内区段12中的高刚度，从而减少了带轮6的弯曲变形。蜂窝19的高刚度以及由此产生的小变形也反映在分隔肋14的较小变形中。
[0036]
加强肋15的高度，即肋在带轮6的轴线方向上的尺寸，朝着带轮6的中心部分9增加。随着加强肋15的高度或蜂窝19的单元壁的高度增加，带轮6在中心部分获得更高的强度或刚度，这是由于该区域中的大的压缩力所要求的。
[0037]
外区段13中的加强肋16、16’的弧形形式允许径向载荷的良好传递，从而允许带轮6的圆周10的小的径向变形。同时，外区段13中的弧形肋16、16’允许将由于带8沿着带轮6的圆周10的一部分装配而产生的径向载荷良好地传递到分隔肋14和内区段12。外区段13中的弧形加强肋16、16’的形状能够在滚筒3加速和减速期间良好地传递扭矩载荷，因为弧形肋16、16’在洗衣机滚筒3加速和减速期间跟随带轮6上的载荷。这样，轴向载荷主要出现在肋15、16、16’中，并且没有弯曲载荷会导致加强肋15、16、16’在带轮6的轴向方向上弯曲。由于大量的弧形加强肋16、16’以及因此在外区段13中的肋16、16’之间的更小的开口或空气通道，在带轮6旋转期间，在带轮6和洗衣机的桶2之间实现了更均匀的气流，这导致了更低的气动噪声。