專利名稱：自行車構(gòu)件和用于制造該構(gòu)件的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種自行車構(gòu)件，該構(gòu)件尤其適用于承受高單位壓力 的自行車零件的裝配中。本發(fā)明也涉及該構(gòu)件的制造方法。
貫穿本發(fā)明描述，所提到的構(gòu)件是一個踏板曲柄，但也能擴展到 不同的自行車構(gòu)件，這些構(gòu)件有和踏板曲柄類似的特征，比如說像座
椅管。
背景技術(shù)：
依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，能夠識別出不同樣式的踏板曲柄，它們有不同的 形狀、材料和構(gòu)造技術(shù)，以用來達到在盡可能減小重量的同時保證(如 果不提高的話)踏板曲柄強度和可靠性的特性。
制造更輕的踏板曲柄的趨勢導致了復合材料的使用，特別是由樹 脂制造的塑料材料層合并了結(jié)構(gòu)纖維組成的復合材料。該結(jié)構(gòu)纖維確 實對踏板曲柄的結(jié)構(gòu)強度起了相當大的作用。
一個已知的利用上述技術(shù)的解決方案在EP 1 281 609中對同一申 請人示出，其中踏板曲柄的主體通過一種熱固性的復合材料在一個排 列有金屬嵌入件的模具內(nèi)成型而成。
這種情況下用到的復合材料更適宜于US 4 339 4卯中描述的樣式，它由一個樹脂基體組成的層組成，在這個基體里包含有長方形或者其
他形狀的尺寸在l到100mm之間的小片結(jié)構(gòu)纖維，它們的方向在層內(nèi)是
不規(guī)則的。利用這種復合材料來成型，在取得好的典型結(jié)構(gòu)纖維的強 度特性和保持成型時足夠流動性的需要這二者之間取得了一個好的折 衷。小片的尺寸的確使復合材料在模具內(nèi)的均勻充分流動成為可能， 這樣就能制造出具有良好均勻性的踏板曲柄主體。
然而，在小片結(jié)構(gòu)纖維中的復合材料的使用帶來了一些缺點。
第一個缺點在踏板曲柄的成型中發(fā)生，特別是在末端區(qū)域，在末 端區(qū)域排列有用以連接踏板曲柄到底托架和踏板的金屬嵌入件。
舊的成型技術(shù)確實在模具的中央?yún)^(qū)域提供安排了預定量的復合材 料，并且在成型過程中，制造出了復合材料的流動，該流動一直到模 具的所有部分都被充滿為止，甚至包括在排列有金屬嵌入件的末端區(qū) 域。在成型過程中，復合材料圍繞著金屬嵌入件沿著兩條明顯的流動 而行，這兩條流動在接近踏板曲柄的末端匯聚，從而完全圍繞嵌入件。
不利的是，上述現(xiàn)象導致了兩條流動匯聚點的不連續(xù)區(qū)域。此外， 由于樹脂的流動性比結(jié)構(gòu)纖維的要好，同時又因為流動路徑長(從中 心到模具的末端)，所以在踏板曲柄的末端區(qū)域樹脂所占的百分比要 比在踏板曲柄其他部分的要高，因此，踏板曲柄的末端強度也比踏板 曲柄其他部分的強度低。
因為踏板曲柄的末端區(qū)域在蹬踏時承受很大的應力，所以上述兩 個缺點就會導致踏板曲柄在上述區(qū)域內(nèi)意外的斷裂。
由有小片結(jié)構(gòu)纖維的復合材料成型而成的踏板曲柄的另外一個缺
點就是踏板曲柄在其中央?yún)^(qū)域的斷裂。該缺點的發(fā)生是因為下列事實 這種有小片的復合材料不能在踏板曲柄的這個區(qū)域內(nèi)保證有足夠的強度。

發(fā)明內(nèi)容
在第一個方面里，本發(fā)明涉及一種自行車構(gòu)件，它包含一個由被 加入聚合材料基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組成的細長主體，并且在其末端部分 有一個用來同自行車元件機械連接的支座。該構(gòu)件的特征在于，在該 支座和該主體末端之間的區(qū)域內(nèi)，至少有一個結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層，它至 少部分的圍繞該支座，以保證該區(qū)域的機械連續(xù)性。
這樣的好處是，結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層使踏板曲柄的末端區(qū)域具有高的 機械強度。事實上，它避免了末端區(qū)域結(jié)構(gòu)纖維的不連續(xù)結(jié)構(gòu)，并且 避免了在該區(qū)域內(nèi)相對樹脂的結(jié)構(gòu)纖維百分比的減少。
在此構(gòu)件的 一個優(yōu)選實施例中，結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層由單向纖維組成， 并且延伸為該構(gòu)件高度的一部分。
在一個特別的優(yōu)選實施例中，此構(gòu)件有兩個位于其末端的支座， 依據(jù)典型自行車踏板曲軸的結(jié)構(gòu)，在其末端內(nèi)分別嵌有金屬嵌入件。 結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層圍繞著這兩個支座，從而基本上形成一個閉合環(huán)。
在另一個方面里，本發(fā)明涉及一種自行車零件，它包含一個由被 加入聚合材料基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組成的細長主體，并且適用于與至少 一個自行車元件機械連接并傳遞力。該構(gòu)件的特征在于，該細長主體
包含至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維所形成的第一 層，以及至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的小片結(jié)構(gòu)纖維的第二層， 這些小片在第二層內(nèi)不規(guī)則排列。上述兩層互相交迭。
在進一步方面里，本發(fā)明涉及一種用來制造自行車構(gòu)件細長主體 的半成品，這里的細長主體由在被加入聚合材料基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組 成，并且適用于與至少一個自行車元件機械連接并傳遞力。該半成品的特征在于，它包含至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖 維所形成的第一層，以及至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的小片結(jié) 構(gòu)纖維形成的第二層，這些小片在第二層內(nèi)不規(guī)則排列。上述兩層互 相交迭。
這樣的好處是，將一個連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維層和一個小片結(jié)構(gòu)纖維層結(jié) 合，所述小片在層中不規(guī)則分布，使得構(gòu)件具有極好的結(jié)構(gòu)強度，同 時仍然保留了所得到復合材料的很好的流動性。
優(yōu)選的，這個半成品由兩個按照相互正交方向排列的、由連續(xù)的 單向結(jié)構(gòu)纖維形成的交迭層組成，這兩個層依次與一個由小片結(jié)構(gòu)纖 維形成的層交迭。這些層相互巻曲在一起，使得其外部由一個單向纖 維層組成。
在本發(fā)明的另一個方面里，本發(fā)明包括一種制造自行車構(gòu)件的方 法，該構(gòu)件包括一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組成的細長 主體，并且，在其末端部分有一個用來和一個自行車元件機械連接的 支座。該方法的特征在于，它包含以下步驟
-在第一半模具內(nèi)將一個纖維連續(xù)層按這樣的結(jié)構(gòu)排列，使得它 至少部分地圍繞該支座；
-在該第一半模具上閉合第二半模具；
-從上述第二半模具的開口插入復合材料，該復合材料由被加入 聚合材料基體內(nèi)并在基體內(nèi)不規(guī)則排列的小片結(jié)構(gòu)纖維組成；
-在上述第二半模具的開口中插入一個沖模，并且對該復合材料 施加壓力，從而使由模具確定的凹處被充滿。
-升高模具的溫度到一定值，在該溫度值下使該基體的聚合材料 形成網(wǎng)狀；
-分開模具的兩半，移走該構(gòu)件。


參考附圖，以下利用一些優(yōu)選實施例來更清楚的描述本發(fā)明的進 一步的特性和優(yōu)點。附圖如下
- 圖1示出了本發(fā)明的構(gòu)件的軸測投影- 圖2示出了上述圖1中構(gòu)件的剖視- 圖3示出了圖1中構(gòu)件的一個變型實施例；
- 圖4示出了上述圖3中構(gòu)件的剖視- 圖4A、 4B和4C示出了圖3中構(gòu)件的另一實施例的正面剖視- 圖5示出了圖1中構(gòu)件的另一個變型實施例
- 圖6到圖11示出了本發(fā)明的半成品的不同的軸測投影- 圖12示出了用來制造本發(fā)明構(gòu)件的模具的分解軸測投影- 圖13示出了圖12中一個細節(jié)的軸測投影- 圖14示出了用來制造一個本發(fā)明構(gòu)件的模具變型件的分解軸 測投影- 圖15示出了一個在分岔踏板曲柄中結(jié)構(gòu)纖維的連續(xù)層的進程 的變型實施例的軸測投影圖。
- 圖16示出了圖15的平面視- 圖17示出了在分岔踏板曲柄中結(jié)構(gòu)纖維的連續(xù)層的進程的另 一個變型實施例的軸測投影圖。
- 圖18示出了一個在分岔踏板曲柄中結(jié)構(gòu)纖維的連續(xù)層的進程 的又一個變型實施例的軸測投影圖。
具體實施例方式
以下示出和描述的本發(fā)明構(gòu)件是一個踏板曲柄，它將在圖1和圖2 中用l專門說明。它主要由一個細長主體2組成，這個細長主體由復合 材料18組成，復合材料則由被加入聚合材料基體內(nèi)的小片結(jié)構(gòu)纖維組 成，這些小片不規(guī)則排列，在圖2中可以清楚的看到。踏板曲柄l在其 末端部分3、 4上分別有支座5、 6，用來與自行車的底托架和踏板機械 連接。支座5、 6與圓柱形金屬嵌入件7、 8結(jié)合，在金屬嵌入件7、 8內(nèi) 有孔(未示出)，用來分別與底托架和踏板連接。通常，這種結(jié)構(gòu)纖維可以從碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、芳香尼 龍纖維和陶瓷纖維中選擇，優(yōu)選為碳纖維。所述的聚合材料是從熱塑 性材料和熱固性塑性材料中選擇。
在本發(fā)明的一個變型實施例中，支座5、 6可以由一個適合形狀的 孔組成，這種適合形狀使得踏板曲柄能夠直接與底托架和踏板或者其 他后來的金屬嵌入件的插入物連接。
在踏板曲柄1的兩個末端區(qū)域9、 10中，在支座5、 6與踏板曲柄1 的主體2的末端11、 12之間，有圍繞支座5、 6末端區(qū)域9、 IO的結(jié)構(gòu)纖 維連續(xù)層13、 14。這些連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維13、 14的層保證了在末端區(qū)域9、 IO中有結(jié)構(gòu)和機械連續(xù)性。
如圖1所示，結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層13、 14由單向纖維組成，其方向基本 上與踏板曲柄1的中間面7t平行。這里的踏板曲柄1的中間面tt主要指的 是縱向穿過踏板曲柄1并且在其高度H方向上將其平分的一個基本上平 坦的面?？紤]到踏板曲柄l的典型形狀，這個平面在踏板曲柄l的一個 末端11到另一個末端12之間稍微有些彎曲。
如圖2中清楚所示，圍繞著支座5、 6末端區(qū)域9、 IO的的結(jié)構(gòu)纖維 連續(xù)層13、 14可以實現(xiàn)為一個單一的閉合環(huán)15，它由單向纖維組成， 其沿著踏板曲柄1主體2的縱向延伸。在其他情況下也有不同的結(jié)構(gòu)， 例如可以是按照典型的"8"字形結(jié)構(gòu)、圍繞兩個支座5、 6的一系列單 向結(jié)構(gòu)纖維。
在圖2中，結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層13、 M僅設置在末端區(qū)域9、 10厚度S1、 S2的一部分，并且最多能夠被減小為一個單層。此外，層13、 14僅設 置為踏板曲軸1高度H的一部分，其高度由一個環(huán)形的保持器單元16限 定，保持器單元I6與嵌入件7同軸。踏板曲柄1中有限數(shù)目的纖維層13、 14的安置，意味著它們被復合
材料18充分覆蓋。踏板曲柄1的主體2也由材料18組成，如圖2中清楚所 示。
圖3、 4中示出了一個不同的方案，其中結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層33、 34基 本上充滿踏板曲柄20末端區(qū)域29、 30的厚度S1、 S2。在這個方案中， 制造踏板曲柄1主體2所用的復合材料38被限定在環(huán)35內(nèi)，該環(huán)35由連 續(xù)纖維層33、 34所確定。
圖4A中所示的另一實施例與圖4中所示的解決方案不同，因為主體 2具有一個充滿比復合材料38比重低的材料的芯部C，所以減輕了踏板 曲柄的重量。
在圖4B和圖4C所示的實施例中，芯部C是空的，所以踏板曲柄的 重量進一步減輕。
圖5中示出了結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層53、 54的一個不同排列。在這種情況 下，結(jié)構(gòu)纖維53、 54完全的、分別地圍繞兩個支座45、 46以及相應的 金屬嵌入件47、 48。
在不同實施例中(圖中未示出)，結(jié)構(gòu)纖維的連續(xù)層能夠有不同 的形狀和尺寸。例如，這些層能夠在末端區(qū)域延伸，在踏板曲柄l上高 度都為H。此外，這些層能夠由結(jié)構(gòu)纖維按照至少兩個關聯(lián)方向交織組 成，以形成織物。在一個優(yōu)選實施例中，這樣的織物由方向平行于踏 板曲柄l中間面的大部分纖維組成。最后，以下情況成為可能在進一 步的實施例中，依據(jù)上述連續(xù)層的任何組合，可以組成多個結(jié)構(gòu)纖維 連續(xù)層。
依據(jù)本發(fā)明，踏板曲軸l，特別是其細長主體2，由一種半成品組 成，如圖6中60所示，這種半成品有3層。 一層61由被加入聚合材料基體內(nèi)的小片結(jié)構(gòu)纖維61a在層61內(nèi)不規(guī)則排列形成，兩層62、 63由被加 入聚合材料基體內(nèi)的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維62a、 63a形成，結(jié)構(gòu)纖維62a、 63a 的方向互補，特別的如-45°和+45°。層61、 62和63相互交迭，使得半成 品60經(jīng)由單向纖維的62a和63a而擁有結(jié)構(gòu)強度，并且經(jīng)由片狀結(jié)構(gòu)61a 而擁有用良好的流動性。以上最后一個特性將在踏板曲柄l的成型步驟 中加以說明。
依據(jù)所希望取得的構(gòu)件結(jié)構(gòu)強度的特別屬性，可以選擇層的數(shù)量 和排列方式，以及結(jié)構(gòu)纖維的方向。
因此，例如，圖7中層61被安排在層62與63之間。
圖8所示的實施例與圖6的不同的地方是，在相應層72、 73，被加 入聚合材料基體內(nèi)的單向纖維72a、73a分別將其互補的方向定在了+90。 和0°。
在圖9中，半成品有一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維61a 小片組成的層，這一層與一個單獨的層63交迭在一起，層63由方向為 +45°的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維633形成。
在圖10中，半成品有一個由小片結(jié)構(gòu)纖維61a組成的層和一個層 81，在層81中，連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維81a依據(jù)兩個關聯(lián)方向排列，從而組成一 個織物結(jié)構(gòu)。
最后，圖11中所示的半成品由5個層組成。兩個層91、 93由被加入 聚合材料基體內(nèi)的小片結(jié)構(gòu)纖維形成，這兩層插在三個層92、 94和95 之間，后三個層由方向在士45。選擇的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維組成。
依據(jù)任何一個圖解實施例和所有其他可能的結(jié)構(gòu)，制造踏板曲柄l 主體2用到的半成品60在被用在成型步驟之前，也可以繞著一個巻軸被巻起來，這一點將在以下描述。這樣就使得結(jié)構(gòu)纖維的單向強度特性 分布在空間里。
參考圖12，以下描述圖3中示出的踏板曲柄20的制造方法。然而， 應當認識到同樣的方法也可以被用于其他示出和描述的實施例，例如
圖1和圖5中的實施例。
此方法使用了模具IOO，它由三個部分組成兩個半殼IOI、 102 和一個沖模103。從圖13的仰視圖可以清楚的看到，上半殼102有一個 有一個貫通開口104，使得沖模103的沖頭單元105能夠從中穿過和滑動。
此方法的第一步造出中間產(chǎn)品110的構(gòu)成，中間產(chǎn)品110包括嵌入 件7、 8，在其上纏繞有單向結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層，從而形成一個閉合環(huán)結(jié) 構(gòu)35。中間產(chǎn)品110可以通過，例如，將一個長纖維用足夠數(shù)量的層纏 繞在嵌入件7、 8上，以取得想要的厚度和高度。特別的，圍繞嵌入件7 的纖維的排列受保持器環(huán)16的限制，后者使得它們處在嵌入件7的上 部。經(jīng)實驗證明，在蹬踏過程中正是這樣一個區(qū)域承受最大的扭轉(zhuǎn)應 力，因此也需要更大的結(jié)構(gòu)強度。
由此取得的中間產(chǎn)品110被放置在下半殼101中，在其上面上半殼 102閉合，使得其造型部分102a、 102b與金屬嵌入件7、 8的頭部接觸。
當模具100閉合時，事先被繞著旋轉(zhuǎn)軸A巻好的半成品60插入貫通 開口104。實現(xiàn)半成品60的巻曲是為了使其外表面由單向纖維63a形成 的層63組成。半成品60被預先加熱以使隨后的成型變得容易。
在被放入到模具100內(nèi)后，巻曲的半成品60就處于嵌入件7、 8和環(huán) 35內(nèi)部所確定的空間里。沖模103下降，沖頭105滑入上半殼102的開口 104內(nèi)，從而實現(xiàn)了一個將半成品60擠壓進模具100的動作。在這樣一個成型過程中，由于半成品60具有流動性，所以它均勻充滿了由2個半
殼101和102所限定的凹處。因為加在組成半成品60的復合材料上的壓 力沿環(huán)35均勻分布，所以單向纖維的閉合環(huán)結(jié)構(gòu)35即使在成型過程中， 也能保持它的連續(xù)結(jié)構(gòu)。當沖頭105的動作結(jié)束時，依據(jù)已知技術(shù)，模 具100被加熱，其內(nèi)部的材料聚合，從而形成想要的踏板曲軸結(jié)構(gòu)。最 后，模具100打開，踏板曲柄被移走。
很清楚，所描述的方法可以用于上述半成品中的任何一種，即使 可能半成品為非巻曲結(jié)構(gòu)。如果希望將踏板曲柄制造為圖5中的形狀， 可取的辦法就是使中間產(chǎn)品經(jīng)過一個預聚合處理，以使接下來的成型 不改變巻曲纖維的形狀，在這種情況下，中間產(chǎn)品包含嵌入件，在嵌 入件上則單獨纏繞著單向纖維。
或者，構(gòu)件還可能包括一個如圖4A、 4B和4C所描述的芯部C。在 制造圖4A的構(gòu)件時，提供一個模具IOO，如圖12所示，它具有第一部分 101、第二部分102和沖模103。首先形成中間產(chǎn)品IIO，它包括第一和 第二嵌入件7、 8，單向結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層以閉合環(huán)形的結(jié)構(gòu)35纏繞在所 述嵌入件上。然后在單向結(jié)構(gòu)纖維的閉合環(huán)內(nèi)安放一個芯部C。
一旦中間產(chǎn)品110位于第一模具部分101中，第二部分102閉合在第 一部分上，從而造型部分102a和102b接觸嵌入件7、 8的上部。當?shù)谝?模具101和第二模具102閉合在中間產(chǎn)品110上時， 一種復合材料38被嵌 入模具100的第二部分102的開口104中。該復合材料38包括被嵌入聚合 材料基體中的無規(guī)則排列的小片結(jié)構(gòu)纖維。接下來，沖模103降低，將 沖頭105壓入第二模具部分102的開口104中。沖頭105將復合材料38壓 入模具IOO。在這一步驟中，復合材料38流入模具100并均勻地填滿由 第一和第二模具部分101、 102所確定的凹處，從而封閉芯部C。當沖頭 105插入時，模具被加熱至可以充分使復合材料38聚合的溫度，從而制 成所希望的踏板曲柄結(jié)構(gòu)。然后打開模具，取出踏板曲柄。這里為獲 得踏板曲柄所使用的芯部C由比重小于復合材料38的材料制成。其中封閉有芯部的踏板曲柄的重量小于完全由復合材料制成的踏板曲柄。
在制造圖4B的構(gòu)件中，提供一個模具100,如圖12所示，它具有第 一部分101、第二部分102和沖模103。首先形成中間產(chǎn)品IIO，它包括 第一和第二嵌入件7、 8，單向結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層以閉合環(huán)形的結(jié)構(gòu)35纏 繞在所述嵌入件上。然后在單向結(jié)構(gòu)纖維的閉合環(huán)內(nèi)安放一個由可去 除的材料制成的芯部C。該芯部有助于保持單向結(jié)構(gòu)纖維35和嵌入件7、 8的閉合環(huán)形的位置。
一旦中間產(chǎn)品110位于第一模具部分101中，第二部分102閉合在第 一部分上，從而造型部分102a和102b (圖13)接觸嵌入件7、 8的上部。 當?shù)谝荒＞?01和第二模具102閉合在中間產(chǎn)品110上時， 一種復合材料 被嵌入模具100的第二部分102的開口104中。該復合材料38包括被加入 聚合材料基體中的無規(guī)則排列的小片結(jié)構(gòu)纖維。接下來，沖模103降低， 將沖頭105壓入第二模具部分102的開口104中。沖頭105將復合材料38 壓入模具IOO。在這一步驟中，復合材料38流入模具100并均勻地填滿 由第一和第二模具部分101、 102所確定的凹處，從而封閉芯部C。當沖 頭105插入時，模具被加熱至可以充分使復合材料38聚合的溫度，從而 制成所希望的踏板曲柄結(jié)構(gòu)。然后打開模具，取出踏板曲柄。
形成小開口D1和D2以便將芯部材料從曲柄結(jié)構(gòu)中取出。所述開口 D1和D2可以由鉆孔或其它已知方法形成。優(yōu)選為兩個或更多的開口， 以便允許芯部和周圍空間之間更好的空氣交換，這有助于移去芯部材 料。芯部材料可以是沙子、粉末材料或具有低熔點的金屬合金。由沙 子或粉末材料制成的芯部可以利用重力通過開口D1、D2從曲柄中去除。
如果使用金屬合金作為芯部，可以通過將曲柄加熱到合金熔點以上并 使熔化的芯部通過開口D1、 D2流出而簡單地去除。也可以通過開口之 一吹入高壓空氣或流體加速芯部材料的去除。 一旦芯部材料已被去除， 開口就被密封以防止雜質(zhì)進入踏板曲柄。帶有被封閉的空芯的踏板曲 柄的重量相對上述的踏板曲柄的重量進一步被減小。類似于上述制造圖4B的踏板曲柄的方法可以用于制造圖4C的踏 板曲柄。在這種情況下，并不是一個金屬嵌入件，而是一個支撐件被 用于單向纖維的纏繞。支撐件保留地被嵌入踏板曲柄中，因而可以由 機械加工形成一個支座，用于插入金屬嵌入件。在這個實施例中，在
插入金屬嵌入件之前，通過開口D3和D4去除芯部材料。
在圖14中示出了一個圖12中所示模具的變型，用來制造一種分岔 踏板曲柄，它通常被認為是右踏板曲柄。這種方法與前一種方法不同， 其半成品在放入模具200后，覆蓋了用來與底托架連接的金屬嵌入件的 頂部。在這種情況下，可以通過后續(xù)的機加工去除材料而獲得金屬嵌 入件?；蛘撸娲饘偾度爰?，可以將一個支撐件用于單向纖維巻曲， 該單向纖維保持在踏板曲柄內(nèi)，然后通過機加工形成一個支座，用于 直接連接底托架或者插入金屬嵌入件。同樣清楚的是，模具200可以被 修整成能夠獲得一個右踏板曲軸，在踏板曲軸中用來連接底托架的嵌 入件可以立即獲得。
圖15、 16示出了為了制造分岔踏板曲柄，通常被提為右踏板曲柄， 結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層413a、 413b、 413c、 413d的進程。
在這種情況下，需要保證這些輻條的末端部分403a、 403b、 403c、 403d有很高的結(jié)構(gòu)和機械連續(xù)性。在此種被描述的情況下有4個輻條， 上面各自形成有支座405a、 405b、 405c、 405d來與自行車的前齒冠連接。 支座405a、 405b、 405c、 405d可以分別與金屬嵌入件合并，在金屬嵌入 件內(nèi)形成有適合的孔來與齒冠連接，或者它們可以有適合形狀的孔， 使得齒冠與踏板曲柄的輻能夠直接連接。為了簡化描述，圖中沒有示 出嵌入件。
如圖中實施例所示，結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層413a、 413b、 413c、 413d以 周向大約180。，部分地圍繞著輻條末端部分403a、 403b、 403c、 403d的支座405a、 405b、 405c、 405d。這些層每個都被如此安排，以用來形 成各自的環(huán)415a、 415b、 415c、 415d，這些環(huán)在中央?yún)^(qū)域414上閉合。 在中央?yún)^(qū)域414，踏板曲柄有一個適合的支座406，用于連接底托架。
如此排列的結(jié)構(gòu)纖維確定出一個星形的中間產(chǎn)品400。如圖15所 示，這樣的中間產(chǎn)品400有利地通過單向纖維的連續(xù)層沿著合適路徑連 續(xù)彎曲的方法制成。該中間產(chǎn)品400能夠直接在模具內(nèi)制成，例如在圖 14所示的模具內(nèi)，或者單獨的用一個模子制成，這個模子與輻條的形 狀相匹配。制造中間產(chǎn)品400需要單獨的對纖維進行預熱，并且在纖維 在此放入模具內(nèi)前使它們預成形。
中間產(chǎn)品400被放在模具200內(nèi)一個平面上，這個平面與一個放有 結(jié)構(gòu)纖維閉合環(huán)15 (如圖2所示)的平面交迭，所述纖維沿著踏板曲柄 的細長主體2排列。如此取得的結(jié)構(gòu)使得所制造的右踏板曲柄同時具有 用來和踏板、底托架連接的區(qū)域，以及有高的結(jié)構(gòu)和機械連續(xù)性的輻 條末端。
在圖17種所示的一個不同實施例中，通過利用圖5中所示形式的閉 合環(huán)結(jié)構(gòu)，每個支座405a、405b、405c、405d能夠完全地被結(jié)構(gòu)纖維413a、 413b、 413c、 413d所圍繞。
如圖18所示，通過制造一個預成型的半成品500可以得出同樣的結(jié) 果，其中結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層連同輻條和主體都在同一個平面上，并且基 本上組成了一個彗星形狀的單個元件。同前面的情況一樣，中間產(chǎn)品 500可以直接在模具內(nèi)制成，或者可以單獨的利用一個模子來制造，這 個模子與踏板曲軸形狀相匹配。
權(quán)利要求
1.自行車構(gòu)件(1；20)，它有一個細長主體(2)，該細長主體由被加入聚合材料(18，38)基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組成，并且適于與至少一個自行車元件機械連接并傳遞力，其特征在于，該細長主體(2)包含至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維(62a，63a；72a，73a；81a)所形成的第一層(62，63；72，73；81；92，94，95)、以及至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的小片結(jié)構(gòu)纖維(61a)所形成的第二層(61；91，93)，這些小片在第二層(61；91，93)內(nèi)不規(guī)則排列，所述層(61，62，63；61，72，73；61，81；91，92，93，94，95)互相交迭，其中所述小片結(jié)構(gòu)纖維是小片狀的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的構(gòu)件(1;20)，其特征在于，所述第一層(62,63; 72， 73; 92， 94， 95)的所述連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維(62a， 63a; 72a， 73a)為單向纖維。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的構(gòu)件(1;20)，其特征在于，所述連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維 (81a)在該第一層(81)中按照兩個或者更多的關聯(lián)方向排列，以形成一個 織物構(gòu)造。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的構(gòu)件(1;20)，其特征在于，它包括一個連續(xù)結(jié) 構(gòu)纖維的第三層(63， 62; 73, 72)，該第三層由按照與該第一層(62, 63; 72， 73)的所述單向纖維(62a， 63a; 72a， 73a)的互補方向排列的單向纖維 (62a， 63a; 72a， 73a)形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的構(gòu)件(1;20)，其特征在于，所述第一和第三層 (62， 63)的單向纖維(62a， 63a)的互補方向分別為+45。和-45°。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的構(gòu)件(1;20),其特征在于，所述第一、第二、 第三層(62， 61， 63)被安排為彼此鄰近；該第二層(61)不在其他兩層(62, 63)之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的構(gòu)件(l; 20)，其特征在于，該第一和第二層(61, 62， 63; 61， 72， 73; 61, 81; 91, 92, 93, 94， 95)相互圍繞的巻曲。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的構(gòu)件(1;20)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)纖維的第 一、第二、第三層(61, 62, 63; 61, 72， 73; 61, 81; 91， 92, 93, 94， 95)沿著 一個巻軸(A)巻曲，使得在這種巻曲結(jié)構(gòu)里，該第一或者第二層(62,63; 72, 73; 81; 92， 94, 95)處于外側(cè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的構(gòu)件(1;20)，其特征在于，它可以由任何數(shù)目 的根據(jù)權(quán)利要求4到7的交迭層組成。
10. 半成品(60)，用來制造自行車構(gòu)件(1;20)的細長主體，該細長 主體由被加入聚合材料(18; 38)基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組成，并且適于與至 少一個自行車元件機械連接并傳遞力，其特征在于，它包含至少一個 第一層(62, 63; 72， 73; 81; 92， 94, 95)和至少一個第二層(61; 91， 93),其 中第一層由被加入聚合材料基體內(nèi)的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維(62a, 63a; 72a， 73a; 81a)形成，第二層由被加入聚合材料基體內(nèi)的小片結(jié)構(gòu)纖維(61a)在層 (61; 91， 93)內(nèi)不規(guī)則排列而形成，所述兩個層(61, 62, 63; 61， 72， 73; 61, 81; 91, 92， 93， 94, 95)相互交迭，其中所述小片結(jié)構(gòu)纖維是小片狀的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的半成品(60),其特征在于，該第一層(62,63; 72, 73; 92， 94， 95)的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維(62a, 63a; 72a， 73a)是單向纖維。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的半成品(60)，其特征在于，該連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維 (81a)在該第一層(81)內(nèi)按照兩個或者更多的關聯(lián)方向排列，以形成織物 結(jié)構(gòu)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的半成品(60)，其特征在于，它包含一個由連 續(xù)結(jié)構(gòu)纖維(63a, 62a; 73a， 72a)組成的第三層(63， 62; 73, 72)，該第三層 由按照與該第一層(62, 63; 72, 73)的所述單向纖維(62a， 63a; 72a， 73a)的互補方向排列的單向纖維形成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的半成品(60)，其特征在于，該第一和第三層 (62, 63)的單向纖維(62a, 63a)的方向分別為+45°和-45°。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的半成品(60)，其特征在于，該第一、第二、 第三層(62， 61， 63)被安排成彼此鄰近，其中該第二層(61)不在其他兩層 (62， 63)之間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10的半成品(60)，其特征在于，該第一和第二層 (61, 62, 63; 61， 72, 73; 61, 81; 91, 92， 93, 94, 95)相互圍繞的巻曲。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13的半成品(60),其特征在于，所述結(jié)構(gòu)纖維的 第一、第二、第三層(61， 62， 63; 61， 72, 73; 61, 81; 91, 92, 93， 94, 95)沿 著一個巻軸(A)巻曲，使得在這種巻曲結(jié)構(gòu)里，該第一或者第二層(62, 63; 72, 73; 81; 92， 94, 95)處于外側(cè)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10的半成品(60)，其特征在于，它可以由任何數(shù) 目的根據(jù)權(quán)利要求11到14的交迭層組成。
19. 自行車構(gòu)件(1;20)，它有一個細長主體(2)，該主體由被加入聚 合材料(18, 38)基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組成，并且在其末端部分(3， 4; 403a, 403b， 403c， 403d)上有一個支座(5, 6; 45, 46; 405a, 405b, 405c, 405d, 406)，用來和一個自行車元件機械連接，其特征在于，在該支座(5， 6; 45, 46; 405a， 405b， 405c, 405d, 406)和該主體的末端(11， 12)之間的區(qū)域(9， 10; 29， 30)內(nèi)，至少有一個結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層(13, 14; 33, 34; 53， 54; 413a， 413b， 413c, 413d)，所述結(jié)構(gòu)纖維連續(xù)層至少部分地圍繞該支座(5, 6; 45, 46; 405a， 405b, 405c， 405d, 406)，以保證該區(qū)域(9， 10; 29, 30)的機械 連續(xù)性；在該構(gòu)件的中央部分，該構(gòu)件包含至少一個由被加入聚合材 料基體內(nèi)的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維(62a, 63a; 72a， 73a; 81a)所形成的第一層(62，63; 72， 73; 81; 92， 94， 95)、以及至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的小 片結(jié)構(gòu)纖維(61a)的第二層(61; 91, 93)，所述小片在第二層(61; 91， 93) 內(nèi)不規(guī)則排列，所述層(61， 62， 63; 61, 72, 73; 61， 81; 91， 92, 93, 94， 95) 互相交迭，其中所述小片結(jié)構(gòu)纖維是小片狀的。
20.用于制造自行車構(gòu)件(1;20)的方法，該構(gòu)件包含一個細長主體 (2)，該主體由被加入聚合材料(18, 38)基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組成，并且在 其末端部分(3， 4; 403a， 403b， 403c, 403d)上有一個支座(5， 6; 45, 46; 405a，405b，405c，405d, 406)，用于和一個自行車元件機械連接，該方法包括以下步驟-在模具(100; 200)的第一半(101; 201)內(nèi)將一個纖維連續(xù)層按這 樣的結(jié)構(gòu)排列，使得它至少部分地圍繞該支座(5, 6; 45， 46; 405a， 405b， 405c, 405d， 406);-在該第一半(101; 202)模具上閉合模具(100; 200)的第二半(102;202);-通過將至少一個第一層(62， 63; 72， 73; 81; 92， 94, 95)與至少一個 第二層(61; 91， 93)交迭來形成復合材料(18; 38)，第一層由被加入聚合 材料基體中的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維(62a, 63a; 72a， 73a; 81a)所形成，第二層由 被加入聚合材料基體內(nèi)且在該層內(nèi)不規(guī)則排列的小片結(jié)構(gòu)纖維(61a)所形成，其中所述小片結(jié)構(gòu)纖維是小片狀的；-從該模具第二半(102; 202)的開口(104; 204)插入所述復合材料 (18; 38);-在模具(100; 200)的所述第二半(102; 202)的所述開口(104; 204) 中插入一個沖模，并且對該復合材料(18; 38)施加壓力，從而使由模具 確定的凹處被充滿。-升高模具(100; 200)的溫度到一定值，在該溫度值下使該基體的聚合材料形成網(wǎng)狀；_分開模具(100;200)的兩半(101, 102;201,202)，并移走該構(gòu)件(l;20)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，它還包括一個步驟 在所述層被插入到模具之前，將該層巻曲。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，實現(xiàn)該巻曲步驟，從而使該第一層處于外側(cè)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，該纖維連續(xù)層在模具 (100; 200)第一半(101; 201)內(nèi)的排列通過將該纖維圍繞著兩個嵌入件 纏繞而實現(xiàn)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征在于，該纏繞過程形成了一 個圍繞著該嵌入件的單獨環(huán)(15; 35)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征在于，該纏繞過程使得每個 嵌入件上形成了分別的環(huán)(53, 54)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，在該纖維被插入到模 具(100;200)內(nèi)之前，對它們進行一個預聚合處理。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，它還包括一個步驟-至少在閉合所述模具的第二半部分的步驟之前，將一個由比重低于復 合材料的材料制成的芯部放置在模具的第一半部分中。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，它還包括一個步驟 至少在閉合模具的第二半的步驟之前，將一個由可去除材料制成的芯 部安置在模具的第一半部分中。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于，它還包括一個步驟 在將模具的兩部分分開之后，從所述芯部去除所述可去除材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及自行車構(gòu)件和用于制造該構(gòu)件的方法。本發(fā)明的自行車構(gòu)件有一個細長主體，該主體由被加入聚合材料基體內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維組成，并且適于與至少一個自行車元件機械連接并傳遞力。該細長主體包含至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維所形成的第一層、以及至少一個由被加入聚合材料基體內(nèi)的小片結(jié)構(gòu)纖維所形成的第二層，這些小片在第二層內(nèi)不規(guī)則排列，所述層互相交迭，其中所述小片結(jié)構(gòu)纖維是小片狀的。
文檔編號B29C43/18GK101565080SQ20091013220
公開日2009年10月28日 申請日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者保羅·德托里, 朱塞佩·達爾普拉, 毛里·費爾特林 申請人:坎培諾洛有限公司