專利名稱：制造自行車輪轂的方法和所用的裝置以及所得到的輪轂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造自行車輪轂的方法、執(zhí)行該方法所用的裝置及利用所述方法得到的自行車輪轂。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)人已進(jìn)行了不同的研究和試驗(yàn)來(lái)制造自行車部件特別是自行車輪轂，特別是輻條輪競(jìng)賽自行車所用的輪轂，例如，利用結(jié)構(gòu)性纖維基質(zhì)材料特別是碳纖維材料來(lái)生產(chǎn)輪轂。這種類型的材料的優(yōu)勢(shì)在于相對(duì)于過(guò)去所用的金屬材料來(lái)說(shuō)，其重量較輕且具有同樣的結(jié)構(gòu)特征。但是，由于上述類型自行車輪轂的特殊的構(gòu)造而使利用碳纖維基質(zhì)材料的單個(gè)部件制造輪轂變得很困難，至少利用當(dāng)時(shí)的技術(shù)是很困難的。現(xiàn)代自行車輪中應(yīng)用的輪轂具有復(fù)雜的圓筒形狀，且具有直徑恒定中間部分和具有較大直徑的兩個(gè)鐘形端部或其他更復(fù)雜的形狀。此外，人們希望輪轂的厚度從中間部分朝著輪轂端部逐步增大，從而在輪轂的所有區(qū)域中特別是在端部上確保所必須的阻力特征，在所述端部上固定輪輻條的同時(shí)保證其具有最小的重量。
由于需要制造具有上述復(fù)雜形狀的管狀體，因此就不可能利用結(jié)構(gòu)性纖維材料如碳纖維材料單個(gè)部件來(lái)制造輪轂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即為克服上述技術(shù)問(wèn)題。
為達(dá)到該目的，本發(fā)明提供了一種用于構(gòu)造自行車輪轂的方法，其特征在于，它包括如下步驟布置一個(gè)可膨脹的芯；在芯的周圍施加多個(gè)結(jié)合在塑性材料基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)性纖維織物層以形成具有預(yù)定形狀和厚度的層置管狀體；將具有層置管狀體的芯布置在一個(gè)模的腔中；將模的溫度增大至一個(gè)足可使塑性材料基質(zhì)網(wǎng)格化的溫度值；使芯膨脹以對(duì)模中的管狀體施加力的作用；從模和芯中取出管狀體，這樣就可得到由單片的結(jié)構(gòu)性纖維材料形成的自行車輪轂。
在第一個(gè)實(shí)施例中，可膨脹芯利用合成材料制成，合成材料的熱膨脹系數(shù)超過(guò)5×10-15mm/℃且其最大連續(xù)耐熱溫度至少為80℃，在增大模的溫度時(shí)，通過(guò)形成芯的材料的膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)芯的膨脹。
優(yōu)選的情況為在該實(shí)施例中，形成芯的材料的熱膨脹系數(shù)超過(guò)9×10-5mm/℃且其最大連續(xù)耐熱溫度至少為100℃。
更優(yōu)選的情況為形成芯的材料為PTFE(聚四氟乙烯)或FEP(氟化乙丙烯)或PCTFE(聚氯三氟乙烯)或PVDF(聚偏二氟乙烯)或PE-HD(高密度聚乙烯)。
目前廣泛優(yōu)選應(yīng)用PTFE(聚四氟乙烯)，這是由于這種材料的抗黏性有益于使芯與結(jié)構(gòu)性纖維模制體相分離，還因?yàn)檫@種材料具有較高連續(xù)耐熱溫度(260℃)、其良好的熱傳導(dǎo)性(0.25W/m℃)及其良好的熱容量(比熱)等于1.045kJ/kg℃。
已在上面列出了其主要步驟的方法通常可被用于制造與上述形狀不同的各種形狀的輪轂。該方法的一個(gè)非常優(yōu)選的特征在于由高熱膨脹性合成材料優(yōu)選FTFE制造的上述芯的布置。這種材料在較低的溫度下可承受較高的熱膨脹，在溫度較低的情況下，其中配合有結(jié)構(gòu)性纖維織物的塑性材料可被網(wǎng)格化。
在本發(fā)明的方法的第二個(gè)實(shí)施例中，可膨脹的芯具有一個(gè)金屬材料體，該金屬材料體覆蓋有一層由彈性材料制成的可變形套殼，在增大模的溫度時(shí)，通過(guò)形成套殼的材料的膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)芯的延展。
優(yōu)選的情況為在該實(shí)施例中，形成所述套殼的彈性材料的熱膨脹系數(shù)超過(guò)15×10-5mm/℃且其最大連續(xù)耐熱溫度至少為100℃。更優(yōu)選的情況為該材料是由Airtech International Inc.，Huntington Beach，California，USA生產(chǎn)的、商標(biāo)為AIRCAST 3700的合成橡膠。
根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)選特征，與芯的構(gòu)造相一致的套殼是預(yù)先形成的且其尺寸是確定的以通過(guò)稍微的拉伸就將其施加到芯上，這樣，套殼就在其彈性作用下粘連到芯上。
在本發(fā)明的方法的第三個(gè)實(shí)施例中，可膨脹的芯具有一個(gè)無(wú)任何可變形套殼的金屬材料體。在該實(shí)施例中，金屬芯被分為多個(gè)部分，所述的多個(gè)部分可通過(guò)機(jī)械裝置的作用或通過(guò)彈性結(jié)合或通過(guò)將氣體注入金屬芯中而膨脹。
配合在塑性材料基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)性纖維織物是公知的且應(yīng)用了一段時(shí)間。它們是利用從結(jié)構(gòu)性纖維如碳纖維得到的絲制造的。然后，這些纖維經(jīng)壓制處理而成為塑性材料基質(zhì)特別是熱固性塑料材料。
在本發(fā)明的方法中，結(jié)構(gòu)性纖維材料可從碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維或上述纖維的組合中選擇。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)重要特征，芯上的織物層由纏繞到芯的至少一個(gè)軸向限制部分上的一個(gè)或多個(gè)織物條帶構(gòu)成以給出管狀體的厚度，芯上的織物層還包括沿芯軸線延伸的多個(gè)織物網(wǎng)片以在軸向中對(duì)管狀體產(chǎn)生阻力。
在附加的權(quán)利要求23-34中給出了本發(fā)明的方法的其他特征。
本發(fā)明還涉及一種如在權(quán)利要求41-44中設(shè)定的一種裝置。
最后，本發(fā)明還涉及一種自行車輪轂，其特征在于它具有由配合在塑料材料基質(zhì)中的多個(gè)結(jié)構(gòu)性纖維織物層制造的管狀體，所述層包括纏繞在轂體的至少一個(gè)軸向限制部分上的一個(gè)或多個(gè)織物條帶及沿輪轂軸線延伸的多個(gè)織物網(wǎng)片。
參考作為本發(fā)明的非限制性例子的附圖，通過(guò)下面的詳細(xì)描述而可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更好的解釋。


圖1總體上顯示了在根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的方法中所用裝置的芯的透視圖；圖2所示為形成圖1中所示的芯的兩個(gè)元件在相互遠(yuǎn)離狀態(tài)下的透視圖
圖3-圖15所示為將碳纖維織物施加到圖1所示的芯上的不同階段的透視圖；圖16所示為圖1中的芯被碳纖維織物層完全包敷的透視圖；圖17所示為圖16中所示組件的部分剖視圖，該組件具有形成芯的兩個(gè)元件及在兩個(gè)元件之上的預(yù)先形成的層置管狀體；圖18所示為在根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的方法中所用的模的剖視圖；圖19、20所示為相應(yīng)于本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例而對(duì)圖17、18所做的變化圖；圖21所示為在根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例的方法中所用的彈性材料套殼的透視圖；圖22顯示了具有具有不同形狀的輪轂。
具體實(shí)籬例說(shuō)明參考圖1，圖中以參考符號(hào)1來(lái)指示通常為圓筒形的芯，所述芯具有兩個(gè)獨(dú)立的元件3、4。在圖中所示的例子中，兩個(gè)元件3、4均由單片的PTFE材料制成，在圖1所示的閉合狀態(tài)下，兩個(gè)元件3、4形成一個(gè)基本為圓筒形的芯，該芯具有中間部分2和兩個(gè)鐘形的端部5、6且其末端具有兩個(gè)環(huán)形凸緣7、8，中間部分2具有恒定的直徑，中間部分5、6具有增大的直徑。
參考圖3-16，芯1的外部包敷有配合在熱固性塑料材料基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)性纖維織物(特別是碳纖維織物)層。在圖3-15中顯示了進(jìn)行層置處理的不同階段。
參考圖3，在第一個(gè)階段中，將碳纖維織物的條帶50纏繞到芯1的鐘形端5上(例如圍繞芯完整地纏繞5圈)。在該步驟之后，對(duì)芯1的端6纏繞織物51的條帶而進(jìn)行同樣的操作。圖4顯示了在上述階段終了時(shí)所得到的具有兩個(gè)纏繞織物50、51的芯1。
條帶50和51具有三角形的切口50’和51’，這樣條帶就可包敷具有不同直徑的管狀區(qū)域而不留下空置的空間或形成疊置。
然后，在隨后的四個(gè)步驟中將第一片或網(wǎng)片52、第二網(wǎng)片53(見(jiàn)圖5)、第四網(wǎng)片54和第五網(wǎng)片55(見(jiàn)圖6)施加到上面得到的基體上。所有這些網(wǎng)片52、53、54、55均沿著芯的整個(gè)軸向長(zhǎng)度延伸，同時(shí)每個(gè)網(wǎng)片只是在周向上部分覆蓋所述芯。如圖5、6所示的那樣，它們施加到四個(gè)不同的側(cè)面上且以90度的角度相對(duì)布置。首先施加徑向相對(duì)的兩個(gè)網(wǎng)片52、53，此后施加徑向相對(duì)布置且相對(duì)于網(wǎng)片52、53以90度的角度定位的兩個(gè)網(wǎng)片54、55。在這種方式中，一對(duì)網(wǎng)片覆蓋管狀體的整個(gè)圓周表面，兩對(duì)網(wǎng)片的結(jié)合處是相交錯(cuò)的，具體地說(shuō)相間隔90度。圖7顯示了在圖5和圖6所示的階段終了時(shí)所得到的結(jié)構(gòu)。上述網(wǎng)片的作用非常重要，因?yàn)榫W(wǎng)片與芯的端部上的條帶相接觸而為層置體提供軸向阻力。
在上述階段終了時(shí)，在隨后的階段中，與芯的端部相對(duì)應(yīng)，將兩個(gè)條帶56、57(參見(jiàn)圖8，它們具有三角形的切口56’和57’)纏繞到所施加的層上以得到圖9中所示的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，將另外兩個(gè)條帶58、59(具有三角形的切口58’和59’)附加性地纏繞到芯的端部上(參見(jiàn)圖10)，此后，施加另外兩個(gè)網(wǎng)片60、61(具有三角形的切口60’和61’)。所述網(wǎng)片60和61徑向?qū)χ?，其形狀如圖11所示。在隨后的時(shí)間中施加網(wǎng)片60、61以得到圖12中所示的結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)片將端層結(jié)合在一起，從而輔助性地增大了層置體的軸向阻力。
該方法以施加另外兩個(gè)條帶62、63(具有三角形的切口62’和63’)結(jié)束，條帶62、63的形狀如圖13所示，條帶62和63在隨后的兩段時(shí)間內(nèi)纏繞到芯端部上，從而得到圖14所示的結(jié)構(gòu)。此后，施加最后一條條帶64而纏繞到芯的中間部分，從而最后得到圖16中所示的結(jié)構(gòu)，條帶64的形狀如圖15所示。
所顯示的條帶50、51、56、57、62、63的一側(cè)上具有三角形切口50’、51’、56’、57’、62’、63’。但可在它們的兩側(cè)上布置三角形切口。也可在所述條帶的一側(cè)或兩側(cè)上布置其他形狀的切口，如圓形、橢圓形、正方形、矩形、線性等或上述形狀的組合。切口與條帶的邊緣垂直或相對(duì)傾斜。此外，也可對(duì)切口的數(shù)量、深度、寬度和傾斜度進(jìn)行選擇。在條帶50、51、56、57、62、63的一側(cè)或兩側(cè)上布置具有不同形狀的延伸部，如圓形、橢圓形、正方形、矩形、三角形等或上述形狀的組合，延伸部相對(duì)于條帶的邊緣垂直或傾斜。此外，也可對(duì)延伸部的數(shù)量、深度、寬度和傾斜度進(jìn)行選擇。最后，可對(duì)條帶一側(cè)或兩側(cè)上的切口和/或延伸部的組合進(jìn)行選擇，這樣就可基本得到任何的厚度和形狀，如圖22中所示的厚度和形狀。
如上所述，條帶和網(wǎng)片相互交替布置，這樣，對(duì)于厚度和軸向阻力來(lái)說(shuō)可達(dá)到最好的效果。
該方法一旦被實(shí)現(xiàn)，就在芯上形成具有中部直徑恒定的部分10和兩個(gè)鐘形端部11、12的一個(gè)管狀體9(參見(jiàn)圖16)，鐘形端部11、12的直徑較大。此外，預(yù)先形成的管狀體9的厚度在端部的方向中或如在圖17中所看到的那樣而從中間部分10處開(kāi)始逐漸增大，管狀體9具有直徑恒定的中間部分(A)和直徑恒定的端部(C)及厚度大于中間部分的增大的過(guò)渡部分(B)。最后，芯1的兩個(gè)環(huán)形凸緣7、8軸向容納預(yù)先形成的管狀體9的端部。
由芯1、兩個(gè)元件3和4和纏繞在芯1上的預(yù)先形成的管狀體9形成的組件布置在模制裝置14的圓筒形腔13中(參見(jiàn)圖18)。圓筒形腔13是由一個(gè)上半模15和一個(gè)下半模16形成的，腔13的結(jié)構(gòu)與要得到的輪轂的外表面的形狀相一致，也就是說(shuō)，與圖16中所示的預(yù)先形成的管狀體9的外表面基本相對(duì)應(yīng)。腔13的端部由兩個(gè)端帽17、18封閉，端帽17、18通過(guò)螺栓19緊固在半模15、16的兩個(gè)端凸緣上。兩個(gè)端帽17、18均與一個(gè)中間的圓筒形殼體20相配合，在圓筒形殼體20中布置有一根相應(yīng)的螺旋彈簧21。每根螺旋彈簧21軸向介于相應(yīng)筒形殼體20的底壁20a和芯1的相應(yīng)端表面之間。兩根彈簧21彈性地壓靠在芯1的兩個(gè)元件3、4上，這樣，這些元件就相應(yīng)于其接觸平面22而相互接觸，所述接觸平面22與芯1的軸線23正交。
在將由芯1和包繞到芯上的預(yù)先形成管狀體9構(gòu)成的組件布置在模中之后，將模放置入一個(gè)足可使管狀體9的熱固性塑料材料基質(zhì)網(wǎng)格化的溫度中，例如，將其放置入80℃-200℃范圍內(nèi)的溫度中。將該溫度保持一段時(shí)間，該時(shí)間在10分鐘至3小時(shí)的范圍內(nèi)，優(yōu)選在30分鐘至3小時(shí)的范圍內(nèi)。在這種方式中，由于形成芯1的兩個(gè)元件3、4的PTFE膨脹而使熱固性基質(zhì)網(wǎng)格化。由于凸緣7、8通過(guò)兩根彈簧21壓靠在預(yù)先形成的管狀體9的端部上，因此，所述的膨脹主要是徑向向外進(jìn)行的。這樣，就對(duì)管狀體9施加了一個(gè)徑向向外的力，該力作用在圓筒形腔13的壁上。在這種方式中，盡管圖中所示的基體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且具有鐘形的端部及從中心向端部而逐漸增大的厚度，但在預(yù)先形成管狀體9的所有部分上均施加了均勻的力。自然地，在該階段中，彈簧21允許芯的兩個(gè)元件3、4隨著由PTFE芯作用到環(huán)形凸緣7、8上的力而稍微間隔開(kāi)。
在網(wǎng)格化階段終了時(shí)，隨之進(jìn)行一個(gè)冷卻階段，然后開(kāi)啟模而將由芯1及布置于其上的管狀體9構(gòu)成的組件取出來(lái)。此時(shí)，將形成芯1的兩個(gè)元件3、4從所得到的管狀體中按相反的方向取出來(lái)而形成根據(jù)本發(fā)明的輪轂。盡管上述的幾何形狀比較復(fù)雜，但這樣得到的輪轂是用結(jié)構(gòu)性纖維材料特別是碳纖維材料制造的，并且是用單個(gè)部件制造的。所得到的產(chǎn)品自然需要另外的加工(例如在兩個(gè)鐘形端部上可鉆出一套徑向孔以與輻條配合)，這樣可使該部件用作為自行車輪轂。
也可得到具有如圖22中所示的不同形狀的多種其他類型的輪轂。具體地說(shuō)，可得到相對(duì)于中間平面對(duì)稱及不對(duì)襯的輪轂、在一端或兩端的附近具有一個(gè)或兩個(gè)凸緣的輪轂及具有十字形凸緣的輪轂。
參考圖19、20和21，這些圖中涉及了本發(fā)明的方法的第二個(gè)實(shí)施例，芯1是由金屬材料如鋼制成的兩個(gè)元件3、4形成的，并且芯1的外面包敷有由高熱膨脹彈性材料制造的一個(gè)套殼24。優(yōu)選的情況為形成上述套殼的彈性材料的熱膨脹系數(shù)大于15×10-5mm/℃且其最大連續(xù)耐熱溫度超過(guò)100℃。
例如，形成芯的套殼的所述材料可以是由Airtech International Inc.，Huntington Beach，California，USA生產(chǎn)的、商標(biāo)為AIRCAST 3700的合成橡膠。優(yōu)選這種材料是因?yàn)樗哂休^高的熱膨脹系數(shù)(15×10-5rnm/℃)及其較高的連續(xù)耐熱溫度(232℃)、其良好的熱傳導(dǎo)性能(2.59 W/m℃)和良好的極限抗拉應(yīng)力(680％)，這對(duì)于在將組件從模中取出且除去芯之后而從最終產(chǎn)品的內(nèi)表面中除去套殼是很重要的。
套殼是根據(jù)具有一個(gè)中間圓筒形部分和兩個(gè)鐘形端部的芯的結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖4)而預(yù)先形成的且其尺寸優(yōu)先確定，從而通過(guò)將其稍微拉伸而施加到芯上，這樣，套殼就通過(guò)其彈性的作用而粘連到芯上。
除了上面所指示的芯的不同結(jié)構(gòu)之外，該方法仍與參考第一實(shí)施例的上述內(nèi)容相一致。將由芯1、兩個(gè)元件3和4、套殼24及包圍到芯上的預(yù)先形成的管狀體9所構(gòu)成的組件布置到由一個(gè)上半模15和一個(gè)下半模16形成的模制裝置14的圓筒形腔13中，組件的構(gòu)造與所要得到的輪轂的外表面的形狀相一致，也就是說(shuō)，與圖21中所示的預(yù)先形成的管狀體9的外表面相一致。腔13的端部由兩個(gè)端帽17、18封閉，端帽17、18通過(guò)螺栓19緊固在半模15、16的兩個(gè)端凸緣上。兩個(gè)端帽17、18均與一個(gè)中間的圓筒形殼體20相配合，在圓筒形殼體20中布置有一根相應(yīng)的螺旋彈簧21。每根螺旋彈簧21軸向介于相應(yīng)筒形殼體20的底壁20a和芯1的相應(yīng)端表面之間。兩根彈簧21彈性地壓靠在芯1的兩個(gè)元件3、4上，這樣，這些元件就相應(yīng)于其接觸平面22而相互接觸，所述接觸平面22與芯1的軸線23正交。
在將由芯1和包繞到芯上的預(yù)先形成管狀體9構(gòu)成的組件布置在模中之后，將模放置入一個(gè)足可使管狀體9的熱固性塑料材料基質(zhì)網(wǎng)格化的溫度中，例如，將其放置入80℃-200℃范圍內(nèi)的溫度中。將該溫度保持一段時(shí)間，該時(shí)間在10分鐘至3小時(shí)的范圍內(nèi)，優(yōu)選在30分鐘至3小時(shí)的范圍內(nèi)。在這種方式中，由于形成包敷芯1的兩個(gè)元件3、4的套殼的合成橡膠膨脹而使熱固性基質(zhì)網(wǎng)格化。由于凸緣7、8通過(guò)兩根彈簧壓靠在預(yù)先形成的管狀體9的端部上，因此，所述的膨脹主要是徑向向外進(jìn)行的。這樣，就對(duì)管狀體9施加了一個(gè)徑向向外的力，該力作用在圓筒形腔13的壁上。在這種方式中，盡管圖中所示的基體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且具有鐘形的端部及從中心向端部而逐漸增大的厚度，但在預(yù)先形成管狀體9的所有部分上均施加了均勻的力。自然地，在該階段中，彈簧21允許芯的兩個(gè)元件3、4隨著相對(duì)于凸緣7、8而施加在套殼24上的力而稍微間隔開(kāi)。
在網(wǎng)格化階段終了時(shí)且經(jīng)過(guò)隨后的一個(gè)冷卻階段之后，將模開(kāi)啟而將由芯1及布置于其上的管狀體9構(gòu)成的組件取出來(lái)。此時(shí)，將形成芯1的兩個(gè)元件3、4和10在相反方向中從組件體中取出來(lái)，之后通過(guò)套殼24的彈性變形而將仍與管狀體的內(nèi)表面相關(guān)聯(lián)的套殼24取出來(lái)。盡管上述的幾何形狀比較復(fù)雜，但這樣得到的輪轂是用結(jié)構(gòu)性纖維材料特別是碳纖維材料制造的，并且是用單個(gè)部件制造的。所得到的產(chǎn)品自然需要另外的加工(例如在兩個(gè)鐘形端部上可鉆出一套徑向孔以與輻條配合)，這樣可使該部件用作為自行車輪轂。
第三實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同之處在于金屬芯分為沒(méi)有包敷任何可變形套殼的部分。在該實(shí)施例中，作用在管狀體上的徑向壓力是由作用在芯的內(nèi)部的機(jī)械裝置或通過(guò)金屬部分和彈性材料的結(jié)合或通過(guò)將氣體注入金屬芯中而施加的。在得到織物基質(zhì)的網(wǎng)格化且經(jīng)過(guò)隨后的冷卻階段之后，內(nèi)部壓力停止而芯又回復(fù)至其初始尺寸，這樣就可將芯的兩個(gè)元件從網(wǎng)格化的管狀體中抽取出來(lái)。
最后，通過(guò)布置上面所示類型的一個(gè)高度熱膨脹的材料壁而可對(duì)圖20所示的裝置進(jìn)行明顯變更，所述材料壁通過(guò)利用由兩個(gè)金屬材料元件3、4制造的芯而再次與模腔的表面相對(duì)應(yīng)。在這種情況下，腔壁的熱膨脹將決定從外側(cè)向預(yù)先形成的管狀體9的外表面施加的徑向壓力，從而對(duì)金屬芯施加壓力。
自然地，可對(duì)此處所設(shè)計(jì)的本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和形式進(jìn)行多種變更，所有這些變更均包含在由下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容之內(nèi)。
例如，盡管本申請(qǐng)的內(nèi)容和附圖均顯示性地針對(duì)自行車輪轂，但根據(jù)本發(fā)明的方法明顯可適用于制造具有相似形狀的其他部件，特別是其他自行車部件。因此，這些適用的及衍生的產(chǎn)品均落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于構(gòu)造自行車輪轂的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟布置一個(gè)可膨脹的芯(1)；在芯(1)的周圍施加多個(gè)結(jié)合在塑性材料基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)性纖維織物層以形成圍繞芯(1)的具有預(yù)定形狀和厚度的層置管狀體(9)；將具有層置管狀體(9)的芯(1)布置在一個(gè)模(14)的腔(13)中；將模(14)的溫度增大至一個(gè)足可使塑性材料基質(zhì)網(wǎng)格化的溫度值；使芯(1)膨脹以對(duì)模中的管狀體(9)施加一個(gè)力的作用；從模和芯(1)中取出管狀體(9)，這樣就可得到由單片的結(jié)構(gòu)性纖維材料形成的自行車輪轂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于模(14)的溫度的升高與芯(1)的膨脹基本上是同時(shí)發(fā)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于；由所述膨脹步驟所產(chǎn)生的作用在管狀體(9)上的力基本上是徑向的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在將管狀體從模中除去之前布置有一個(gè)冷卻階段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于由合成材料制成的可膨脹芯(1)的熱膨脹系數(shù)超過(guò)5×10-15mm/℃且其最大連續(xù)耐熱溫度至少為80℃，當(dāng)模的溫度增加時(shí)，通過(guò)形成芯(1)的材料的膨脹而實(shí)現(xiàn)芯的膨脹。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于芯的熱膨脹系數(shù)大于9×10-5mm/℃且其最大連續(xù)耐熱溫度超過(guò)100℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于形成芯的材料為PTFE或PCTFE或PVDF或PE-HD。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于形成芯的材料為PTFE。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)性纖維可從碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維或上述纖維的組合中選擇。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述塑料材料基質(zhì)是熱固性塑料材料基質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述溫度在80℃至200℃的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于將所述溫度保持一段時(shí)間，該時(shí)間在10分鐘至3小時(shí)的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于將所述溫度保持一段時(shí)間，該時(shí)間在30分鐘至3小時(shí)的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述芯(1)具有圓筒形的中間部分(2)和兩個(gè)直徑較大的端部(5，6)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述芯(1)具有兩個(gè)獨(dú)立的軸向相鄰的元件(3，4)及與芯的軸線(23)正交的一個(gè)接觸平面(23)，這樣，在從模(14)中取出之后而可將芯(1)與管狀體(9)相分離。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于形成的所述管狀體(9)具有一個(gè)圓筒形的中間部分(10)和兩個(gè)增大的端部(11，12)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述管狀體(9)的厚度從中間部分(10)向所述端部逐漸增大。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于管狀體(9)具有截面基本恒定的中間部分(A)，和具有截面基本恒定但截面大于中間部分的端部(C)，以及具增大的過(guò)渡部分(B)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于形成芯(1)的所述兩個(gè)元件(3，4)與兩個(gè)端部環(huán)形凸緣(7，8)相配合以軸向限制預(yù)先形成的管狀體(9)的端部。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于可膨脹的芯具有一個(gè)金屬材料體，該金屬材料體覆蓋有一層由彈性材料制成的可變形套殼(24)，在增大模的溫度時(shí)，通過(guò)形成套殼(24)的材料的膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)芯的延展。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于形成上述套殼(24)的彈性材料的熱膨脹系數(shù)大于15×10-5mm/℃且其最大連續(xù)耐熱溫度超過(guò)100℃。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于形成芯的材料是由Airtech International Inc.，Huntington Beach，California，USA生產(chǎn)的、商標(biāo)為AIRCAST 3700的合成橡膠。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于套殼(24)是根據(jù)芯的結(jié)構(gòu)而預(yù)先形成的且其尺寸優(yōu)選確定，從而就可通過(guò)將其稍微拉伸而施加到芯上，并通過(guò)套殼的彈性作用而將其附加到芯上。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于芯上的織物層包括纏繞到芯(1)的至少一個(gè)軸向限制部分上的一個(gè)或多個(gè)織物條帶(50、51、56、57、58、59、62、63、64)及沿著芯的軸線延伸的多個(gè)織物網(wǎng)片(54、55、60、61)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于至少一些條帶在其至少一個(gè)橫邊上具有切口(50’、51’、56’、57’、62’、63’)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于至少一些所述條帶在其至少一個(gè)橫邊上具有延伸部。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于至少一些條帶在其至少一個(gè)橫邊上具有切口和延伸部的組合。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述切口是三角形的。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述切口是矩形的。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述切口是線性的。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于至少一些所述條帶(50、51、56、57、58、59、62、63、64)和至少一些所述網(wǎng)片(54、55、60、61)相互間隔地施加到芯上。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于至少一條所述條帶纏繞到所述芯的每個(gè)端部上。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于至少一條所述條帶纏繞到所述芯的中間部分上。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于至少一些網(wǎng)片在芯的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于至少一些所述網(wǎng)片只是在周向上的一部分覆蓋所述芯。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于所述網(wǎng)片施加到芯的不同側(cè)面上以在芯上形成完整的層。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于成對(duì)網(wǎng)片施加到芯的徑向相對(duì)的側(cè)面上。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于施加不同的成對(duì)網(wǎng)片而使它們?cè)谛旧弦砸欢ǖ慕嵌认嚅g隔。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于施加的兩對(duì)徑向相對(duì)的網(wǎng)片相互成90度的角度。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于可膨脹的芯包括一個(gè)金屬材料體，該金屬材料體包括多個(gè)周向布置的獨(dú)立部分，通過(guò)這些部分的徑向向外運(yùn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)芯的膨脹。
41.用于構(gòu)造自行車輪轂所用的裝置，其特征在于該裝置包括具有圓筒形腔(13)的模(14)；一個(gè)可膨脹的芯(1)，在芯(1)上施加多個(gè)配合在塑性材料基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)性纖維織物基質(zhì)層以形成具有預(yù)定形狀和厚度的層置管狀體(9)；用于將模(14)的溫度增大至一個(gè)足夠使塑性材料基質(zhì)網(wǎng)格化的溫度值的裝置；使芯(1)膨脹的裝置，芯(1)的膨脹決定了作用在模內(nèi)的管狀體(9)上的壓力。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的裝置，其特征在于所述芯(1)具有圓筒形中間部分(2)和兩個(gè)直徑較大的端部(5，6)，且包括兩個(gè)獨(dú)立的軸向相鄰元件(3，4)，所述軸向相鄰元件(3，4)具有與芯(1)的軸線正交的接觸平面(22)，這樣，在從模中取出之后，可使芯(1)與管狀體(9)相分離。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于所述裝置還包括彈簧裝置(20)，所述彈簧裝置(20)彈性地將形成芯(1)的所述兩個(gè)元件相互壓靠在一起。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于該裝置包括由兩個(gè)端帽(17，18)封閉的圓筒形腔(13)，兩個(gè)端帽均包括一根相應(yīng)的螺旋彈簧(21)，螺旋彈簧(21)軸向介于端帽(17，18)和所述芯(1)的各個(gè)元件(3，4)之間。
45.一種自行車輪轂，其特征在于該輪轂是利用權(quán)利要求1-40之一所述的方法制造的。
46.一種自行車輪轂，其特征在于該輪轂具有配合在塑性材料基質(zhì)中的多層結(jié)構(gòu)性纖維基質(zhì)形成的管狀體(9)，所述層包括纏繞到轂體的至少一個(gè)軸向限制部分上的一個(gè)或多個(gè)織物條帶(50、51、56、57、58、59、62、63、64)及沿著轂的軸線延伸的多個(gè)織物網(wǎng)片(54、55、60、61)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于至少一些所述條帶(50、51、56、57、58、59、62、63、64)和至少一些所述網(wǎng)片(54、55、60、61)相互間隔。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于至少一條所述纏繞的條帶布置在輪轂的一端上。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于纏繞的所述條帶布置在輪轂的兩端。
50.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于至少一條纏繞的所述條帶布置在所述芯的中間部分上。
51.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于至少一些條帶在其至少一個(gè)橫邊上具有切口(50’、51’、56’、57’、62’、63’)。
52.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于至少一些所述條帶在其至少一個(gè)橫邊上具有延伸部。
53.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于至少一些條帶在其至少一個(gè)橫邊上具有切口和延伸部的組合。
54.根據(jù)權(quán)利要求51所述的自行車輪轂，其特征在于所述切口是三角形的。
55.根據(jù)權(quán)利要求51所述的自行車輪轂，其特征在于所述切口是線性的。
56.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于至少一些所述網(wǎng)片延伸過(guò)輪轂的整個(gè)長(zhǎng)度。
57.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于至少一些所述網(wǎng)片在周向中覆蓋至少360度的角度。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的自行車輪轂，其特征在于所述網(wǎng)片布置在轂體的不同側(cè)面上以形成轂體的一個(gè)完整的層。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的自行車輪轂，其特征在于網(wǎng)片成對(duì)布置在轂體的徑向相對(duì)的側(cè)面上。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的自行車輪轂，其特征在于不同的成對(duì)網(wǎng)片布置成以一定的角度相間隔。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的自行車輪轂，其特征在于兩對(duì)徑向相對(duì)的網(wǎng)片布置成以90度的相對(duì)角度相間隔。
62.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于該輪轂具有一個(gè)圓筒形的中間部分(10)和兩個(gè)增大的端部(11，12)，輪轂管狀體(9)的厚度從中間部分(10)向所述端部逐漸增大。
63.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于所述管狀體(9)具有截面基本恒定的中間部分(A)，和直徑基本恒定但大于中間部分的端部(C)，以及截面增大的過(guò)渡部分(B)。
64.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于所述結(jié)構(gòu)性纖維可從碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維或上述纖維的組合中選擇。
65.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于轂體的形狀相對(duì)于與輪轂軸線正交的中間平面對(duì)稱。
66.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于轂體的形狀相對(duì)于與輪轂軸線正交的中間平面不對(duì)稱。
67.根據(jù)權(quán)利要求46所述的自行車輪轂，其特征在于轂體在其端部之一的附近區(qū)域中具有一個(gè)凸緣。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的自行車輪轂，其特征在于轂體在其每個(gè)端部的附近區(qū)域中具有一個(gè)凸緣。
69.根據(jù)權(quán)利要求67或68所述的自行車輪轂，其特征在于所述凸緣為環(huán)形。
70.根據(jù)權(quán)利要求67或68所述的自行車輪轂，其特征在于所述凸緣為十字形。
全文摘要
一種利用結(jié)構(gòu)性纖維基質(zhì)材料特別是碳纖維材料的單片制造的自行車輪轂,在模中經(jīng)網(wǎng)格化之后,由芯的膨脹而對(duì)由結(jié)構(gòu)性纖維基質(zhì)織物構(gòu)成的管狀體施加徑向壓力。
文檔編號(hào)B60B27/02GK1375406SQ0210809
公開(kāi)日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2002年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月13日
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