專(zhuān)利名稱(chēng)：自行車(chē)踏板曲柄、用于踏板曲柄的鑲嵌件、及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于自行車(chē)踏板曲柄的鑲嵌件和適用于制造這種鑲嵌件的方法。
本發(fā)明還涉及包含這種鑲嵌件的踏板曲柄和獲得這種踏板曲柄的方法。
背景技術(shù)：
已知有不同類(lèi)型的踏板曲柄，其具有不同的形狀，由不同的材料制造，并且還有各種制造方法以盡最大可能降低重量，在此同時(shí)，如果不是提高，至少也要保證保持踏板曲柄的可靠性和抵抗力。
制造更輕的踏板曲柄的趨勢(shì)導(dǎo)致復(fù)合材料的應(yīng)用。這些復(fù)合材料制造的踏板曲柄在重量上比傳統(tǒng)的金屬材料制造的踏板曲柄更輕。
由于騎自行車(chē)的人蹬踏板的作用力保持不變，作用在用復(fù)合材料制造的踏板曲柄上的具體作用力也保持不變，在這種情況下，在鏈條和齒狀冠(toothed crown)之間的扭轉(zhuǎn)力和踏板和底部支架的扭轉(zhuǎn)力相應(yīng)的都保持不變，所以有必要保證復(fù)合材料制造的踏板曲柄部位和齒狀冠連接區(qū)域的界面，底部支架連接區(qū)域的界面，以及踏板銷(xiāo)連接區(qū)域的界面之間分別都保持足夠的機(jī)械阻力。
為加強(qiáng)這些界面區(qū)域，使用金屬鑲嵌件并通過(guò)在一個(gè)設(shè)置了這些金屬鑲嵌件的模具中注模熱固性復(fù)合材料來(lái)制造踏板曲柄。
在塑膠狀態(tài)的復(fù)合材料被安排覆蓋鑲嵌件，包圍鑲嵌件大部分的外表面。這樣，放置入模具的材料在恰當(dāng)?shù)膲毫ο卤患訜幔钡剿纬删W(wǎng)狀組織。隨后踏板曲柄冷卻到室溫。
在冷卻過(guò)程中，由于冷卻系數(shù)的不同，存在包覆著金屬鑲嵌件的復(fù)合材料同鑲嵌件本身的外壁傾向于分離的缺點(diǎn)。在冷卻過(guò)程中也確實(shí)存在組成鑲嵌件的金屬材料同組成踏板曲柄部位的復(fù)合材料相比收縮要更厲害的問(wèn)題，并且兩種材料的冷卻系數(shù)相差越大，分離的程度也越大。這種分離導(dǎo)致金屬鑲嵌件和復(fù)合材料之間粘附性的降低，相應(yīng)的，分界面區(qū)域的固定和阻力性能也會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是解決上述的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是制造一個(gè)用于踏板曲柄并且不會(huì)同曲柄分離的鑲嵌件，同時(shí)保證它所設(shè)置在的界面區(qū)域具有足夠的阻力。
實(shí)際上，應(yīng)用人員的研究已經(jīng)表明通過(guò)給予它們獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使用復(fù)合材料制造鑲嵌件是可能的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造一個(gè)用于踏板曲柄的鑲嵌件，使這種鑲嵌件本身的重量小于目前所知的用金屬制造的鑲嵌件的重量。
本發(fā)明的第一個(gè)方面在于用于自行車(chē)踏板曲柄的一個(gè)鑲嵌件，其特征為它是由結(jié)合在一種聚合物材料中的單向結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)成，并且纖維依照至少兩個(gè)完全不同的方向連接，同時(shí)它還有一個(gè)同自行車(chē)的某部分連接的連接部分和同踏板曲柄部位固定的緊固部分。
依據(jù)多個(gè)方向結(jié)合的單向結(jié)構(gòu)纖維的優(yōu)勢(shì)在于它可以給予鑲嵌件更高的結(jié)構(gòu)硬度并允許同自行車(chē)部分直接連接。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，鑲嵌件通過(guò)將多個(gè)由單向的纖維組成的片層堆疊而得到，其中每個(gè)片層由單向的纖維通過(guò)經(jīng)紗和緯紗編織在一起形成特定的織物結(jié)構(gòu)。
還是在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，鑲嵌件為基本沿主軸方向的伸長(zhǎng)形狀，其中緊固部分同連接部分相鄰并且沿主軸方向延伸。優(yōu)選的，連接部分的長(zhǎng)度稍稍大于緊固部分的長(zhǎng)度。
在第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，鑲嵌件大致為管狀，其中連接部分指管狀主體的內(nèi)表面，緊固部分指管狀主體的外表面。
優(yōu)選的，本發(fā)明中的鑲嵌件在連接部分有一個(gè)可能帶有螺紋的通孔用來(lái)連接自行車(chē)不同的部分，例如齒狀冠，踏板的銷(xiāo)，或者底部支架的銷(xiāo)。
本發(fā)明的第二個(gè)方面是制造用于自行車(chē)踏板曲柄鑲嵌件的方法，其中鑲嵌件由結(jié)合在一種聚合物材料中的單向結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)成，并且纖維依照至少兩個(gè)完全不同的方向連接。其特征在于此方法包括下述步驟提供一個(gè)模具；提供結(jié)合在一種聚合物材料中的單向結(jié)構(gòu)纖維，并制造成片層形狀；在上述的模具里，大多數(shù)的片層堆疊起來(lái)從而使單向結(jié)構(gòu)纖維依據(jù)至少兩個(gè)完全不同的方向取向；使模具承受在壓力和溫度變化，從而使聚合物固化；將鑲嵌件從上述模具中取出。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，提供了在鑲嵌件的連接部分制造通孔的其他的步驟。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面在于一個(gè)自行車(chē)的踏板曲柄，其特征在于它包括一個(gè)至少部分的由結(jié)合在一種聚合物材料中的結(jié)構(gòu)纖維所構(gòu)成的復(fù)合材料組成的主體部分，特征還在于它包括一個(gè)或者多個(gè)上述的鑲嵌件。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，踏板曲柄的主體完全由結(jié)合在一種聚合物材料中的結(jié)構(gòu)纖維所構(gòu)成的復(fù)合材料組成。
優(yōu)選的，組成踏板曲柄主要部分的復(fù)合材料中的聚合物基本上同組成鑲嵌件的單向纖維所包含的聚合物相同。
更優(yōu)選的，鑲嵌件嵌入到踏板曲柄同齒狀冠相連接的區(qū)域，同底部支架相連接的區(qū)域，以及同踏板銷(xiāo)連接的區(qū)域，從而使得踏板曲柄完全由復(fù)合材料組成。
本發(fā)明另一方面在于用于制造一個(gè)踏板曲柄的方法，其中曲柄的主體至少部分的由結(jié)合在一種聚合物材料中的結(jié)構(gòu)纖維所構(gòu)成的復(fù)合材料組成，其特征在于它包括下面的步驟提供一個(gè)根據(jù)想要獲得的踏板曲柄外形而成型的模具；在上述模具中至少一個(gè)預(yù)定的區(qū)域，提供至少一個(gè)鑲嵌件，其由結(jié)合在一種聚合物材料中的結(jié)構(gòu)纖維所構(gòu)成，并且纖維依照至少兩個(gè)完全不同的方向連接，同時(shí)鑲嵌件還包括一個(gè)緊固部分和一個(gè)連接部分；在模具中提供上述的復(fù)合材料；將上述復(fù)合材料放置在一定壓力和溫度下，從而使它重新排列并與上述至少一個(gè)鑲嵌件的緊固部分相接觸，同時(shí)引起聚合物材料的固化；將踏板曲柄從模具中取出。
此外，所選擇的組成踏板曲柄部分的復(fù)合物中的聚合物同組成鑲嵌件的單向纖維片層中的聚合物基本相同，從而達(dá)到理想的固定效果并且相應(yīng)的在踏板曲柄主體和鑲嵌件之間獲得高粘附力。
優(yōu)選的，鑲嵌件連接區(qū)域的通孔在踏板曲柄從模具中取出后，特別是在齒狀冠同踏板曲柄裝配在一起時(shí)制造，從而可以根據(jù)連接到踏板曲柄的自行車(chē)具體部位的要求對(duì)通孔自身進(jìn)行精確的中心調(diào)整。


根據(jù)如下所附示意圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述將使本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)更加清晰。
圖1為本發(fā)明所涉及鑲嵌件的軸測(cè)示意圖；圖2為圖1中的本發(fā)明所涉及鑲嵌件的中間產(chǎn)品的軸測(cè)示意圖；圖3為圖1中鑲嵌件的不同實(shí)施例中的第一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖4為圖3中鑲嵌件沿III°-III°軸的截面圖；圖5為本發(fā)明的鑲嵌件另一個(gè)實(shí)施例的軸測(cè)圖；圖6為本發(fā)明的鑲嵌件又一個(gè)實(shí)施例的軸測(cè)圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明制造的踏板曲柄的局部剖面圖；圖8為圖7中踏板曲柄沿VII°-VII°軸的局部剖視圖；圖9為圖7中踏板曲柄沿VII°-VII°軸的局部剖視圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明所制造的踏板曲柄另一個(gè)實(shí)施例的分解軸測(cè)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所涉及的鑲嵌件如圖1中所示，并用1表示其整體。
鑲嵌件1為輕微延長(zhǎng)的弓形形狀，并且延長(zhǎng)方向沿著X-X主軸延長(zhǎng)。它主要包括連接部分2和緊固部分4，都沿著X-X主軸連續(xù)延伸。
鑲嵌件1中的緊固部分的外表面由多個(gè)凹陷區(qū)域7a和7b組成。更明確的，第一個(gè)凹陷區(qū)域7a沿著緊固部分4的外周表面延伸，所有的厚度都為S2并且基本由圓柱形表面構(gòu)成。第二個(gè)凹陷區(qū)域7b將緊固部分4中的界面連接區(qū)域4a和4b結(jié)合起來(lái)并且其由切口構(gòu)成，切口部分地連接緊固部分4中厚度為S2的區(qū)域。在不同的實(shí)施例中，這些凹陷區(qū)域7b仍然能夠主要通過(guò)通孔將緊固部分4中的所有厚度為S2的部分結(jié)合起來(lái)。
連接部分2有一個(gè)通孔6。
緊固部分4長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，稍稍長(zhǎng)于第一部分2的長(zhǎng)度L1，而它的寬度H2則小于第一部分的寬度H1。另一方面，連接部分2和緊固部分4的厚度S1和S2基本是相同的。
連接部分2和緊固部分4通過(guò)兩個(gè)半徑為R的圓形輪廓的表面8和9連接起來(lái)。這種用連續(xù)的曲線連接的表面使鑲嵌件1中作用在連接部分2和緊固部分4之間過(guò)渡區(qū)的壓力均勻的分布在過(guò)渡區(qū)的表面。而半徑R則在設(shè)計(jì)階段根據(jù)鑲嵌件1所經(jīng)受的力的組成恰當(dāng)?shù)倪x擇。
鑲嵌件1通過(guò)將結(jié)合在一種聚合物中的單向結(jié)構(gòu)纖維根據(jù)兩個(gè)完全不同的方向結(jié)合起來(lái)形成片層，隨后將片層堆疊而得到。
在第一個(gè)實(shí)施例中，單向結(jié)構(gòu)纖維沿兩個(gè)垂直的方向取向編織在一起，形成一個(gè)織物片層的經(jīng)紗和緯紗，一般這樣編織成的片層稱(chēng)為平布(plain fabric)。鑲嵌件1隨后通過(guò)將若干上述平布堆疊起來(lái)而得到，數(shù)量要足夠以達(dá)到所需的厚度S1(S2)。
所使用織物的典型厚度在0.3到0.5毫米之間，而鑲嵌件1中的S1(S2)的厚度為5毫米，因此要使用10到17層織物。
將單向纖維構(gòu)成的經(jīng)紗和緯紗編織而成的織物在不同的實(shí)施例中能夠編織成任何己知的織物，例如斜紋織布或者緞紋織布。
優(yōu)選的，但不是必要的，織物中的經(jīng)紗纖維和緯紗纖維的重量百分比相同。
在第二優(yōu)選實(shí)施例中，單向纖維混合入明顯不同的片層中，每一個(gè)片層含有單方向取向的纖維。鑲嵌件1通過(guò)堆疊多個(gè)這樣的片層而得到，并且片層經(jīng)過(guò)排列使它們所結(jié)合的單向纖維的方向不是所有的都一致。在一個(gè)優(yōu)選方式中，單向纖維的片層堆疊起來(lái)并且使單向纖維根據(jù)兩個(gè)相互垂直的方向排列。在另一種情況下，單向纖維的片層堆疊起來(lái)并且沿多個(gè)方向有角度的交錯(cuò)，從而形成單向纖維多個(gè)方向分布的基本上各向同性的結(jié)構(gòu)。
在另一實(shí)施例中，鑲嵌件1通過(guò)將上述類(lèi)型的多個(gè)片層結(jié)合使用堆疊而成，例如織物片層和僅僅由單向纖維組成的片層相互交替有角度的交錯(cuò)形成鑲嵌件1。
典型的，單向纖維從下面的纖維中選擇，包括碳纖維，玻璃纖維，芳族聚酸胺纖維，陶瓷纖維，硼纖維和上述纖維的混合物，其中優(yōu)選碳纖維。
聚合物能夠包括熱固性塑料材料或者熱塑性材料，并根據(jù)選擇材料的不同使用不同的處理加工，下面我們將會(huì)看到實(shí)施例。
圖2顯示為同前面描述的實(shí)施例不同的實(shí)施例的鑲嵌件20，因?yàn)樗谶B接部分2中沒(méi)有通孔6。
在圖3和4中也顯示了不同的實(shí)施例中的鑲嵌件，以50標(biāo)識(shí)。鑲嵌件50同圖1中所描述的鑲嵌件也不同，它的連接部分52的厚度S1要大于緊固部分54的厚度S2，并且連接部分52中的孔56為帶有螺紋的。
鑲嵌件50的厚度S1為14毫米，而厚度S2大約是厚度S4的一半，大約為7毫米。所使用織物片層，如前所述，典型厚度在0.3毫米到0.5毫米之間，因此為獲得所需S1和S4厚度，厚度S3需要使用14到23條織物片層，而厚度S4需要使用28到46條織物片層。
圖5所示為另一個(gè)不同的鑲嵌件的實(shí)施例，標(biāo)識(shí)為70。
鑲嵌件70大致為管狀形狀，其中連接部分用72標(biāo)識(shí)，緊固部分用74標(biāo)識(shí)。連接部分72包括在管狀主體內(nèi)表面形成的一個(gè)正方形孔76，而緊固部分74包括凹槽形式的凹陷區(qū)域77，其在幾乎整個(gè)鑲嵌件70的厚度S3的范圍內(nèi)的管狀主體外表面延伸，大約為22毫米。
圖6所示為另一個(gè)不同鑲嵌件的實(shí)施例，標(biāo)識(shí)為80。鑲嵌件80基本為管狀形狀，其中連接部分用82標(biāo)識(shí)，緊固部分用84標(biāo)識(shí)。連接部分82包括同管狀主體內(nèi)表面一致的一個(gè)螺紋孔86，而緊固部分84包括凹槽形式的凹陷區(qū)域87，其在幾乎整個(gè)鑲嵌件80的厚度S4的范圍內(nèi)的管狀主體外表面延伸，延伸距離大約為14毫米。
在一個(gè)特別的優(yōu)選方式中，根據(jù)本發(fā)明制造，并在圖1和2中顯示的鑲嵌件1和20，通過(guò)下面描述的方法制造。
在根據(jù)鑲嵌件1和20的外觀成形的第一個(gè)半模具中，預(yù)先確定數(shù)目的織物片層堆疊起來(lái)填充在模具中以達(dá)到所要的厚度。每一個(gè)片層都是由單向的結(jié)構(gòu)碳纖維形成，根據(jù)相互垂直的兩個(gè)方向?qū)⒔?jīng)紗和緯紗交叉，形成通常稱(chēng)為“平紋”的結(jié)構(gòu)。織物在模具中排列使經(jīng)紗和緯紗中的其中一個(gè)的方向同鑲嵌件1和20主軸X-X方向平行。織物片層的纖維用熱固性樹(shù)脂充滿(mǎn)。隨后模具同第二個(gè)半模具合在一起封閉起來(lái)形成一個(gè)形狀同鑲嵌件1和20匹配的腔。兩個(gè)半模具隨后放置在一定的溫度和壓力范圍下，使熱固性樹(shù)脂交連(cross linkage)，從而給予織物片層緊密結(jié)構(gòu)并形成所需的鑲嵌件形狀。更具體的，當(dāng)織物片層放置入模具并且樹(shù)脂具有一定程度的塑性從而允許織物片層的層疊時(shí)，熱固性樹(shù)脂的溫度從室溫開(kāi)始提高直到到達(dá)它的交連溫度，也就是它形成剛性結(jié)構(gòu)的溫度。交連完成后，鑲嵌件冷卻，并隨后從模具中取出。
單向纖維也能夠結(jié)合入一種熱塑性樹(shù)脂中。在這種情況下，首先提供相應(yīng)的壓力和溫度范圍，即當(dāng)織物片層放置入模具并且樹(shù)脂基本是剛性的時(shí)候，首先將熱塑性樹(shù)脂的溫度從室溫開(kāi)始提高直到到達(dá)它的玻璃化溫度。在玻璃化溫度下，不同織物片層的熱塑性樹(shù)脂熔解，使堆疊的織物片層具有塑性的一致性，在一定壓力下形成模具的形狀。隨后是第二步的冷卻過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，熱塑性樹(shù)脂冷卻再次獲得所需的硬度。然后，將模具打開(kāi)，取出鑲嵌件。
在本說(shuō)明書(shū)的其它部分和隨后的權(quán)利要求中，在使用熱固性材料的情況下，術(shù)語(yǔ)“固化”指的是交連過(guò)程，而在使用熱塑性材料的情況下，熔解過(guò)程隨后是冷卻過(guò)程。
通過(guò)本方法講述到此的步驟已經(jīng)可以獲得圖2所示的鑲嵌件類(lèi)型20，換句話說(shuō)，可以獲得圖1所示但是沒(méi)有孔6的相同元件。優(yōu)選的，每一個(gè)鑲嵌件20上的孔6實(shí)際上都是在它嵌入到踏板曲柄后制造出來(lái)，下面我們將具體描述。可以選擇的，鑲嵌件20上的孔6可以用以前的方法通過(guò)機(jī)械加工獲得，例如銑削法，鉆孔法或者通過(guò)含有研磨粒子的高壓濃縮水切割得到。
此外，可選擇的，孔6可以在前面的注模過(guò)程中直接獲得，即在織物片層插入模具和對(duì)熱固性或者熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行熱固定之前，仔細(xì)的在織物片層上進(jìn)行恰當(dāng)?shù)拇蚩住?br> 為制造圖4中所示的鑲嵌件50，也可以使用上述方法。其中，首先是模具填充步驟，將織物片層堆疊起來(lái)，具體為排列已確定數(shù)目的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1的織物片層到厚度S5，隨后堆疊已確定數(shù)目的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1+L2的織物片層達(dá)到厚度S2，最后堆疊已確定數(shù)目的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1的織物片層達(dá)到厚度S6。
可選擇的，上述鑲嵌件1、20、50和它們?cè)诤穸壬系淖兓?，都可以通過(guò)如下步驟獲得，具體為開(kāi)始形成一個(gè)單片的元件，基本是平行六面體的形狀，含有堆疊起來(lái)的織物片層，并通過(guò)前面所述的包括固化過(guò)程的模制步驟，隨后對(duì)其進(jìn)行機(jī)械去料操作，以獲得想得到的外形。
在想獲得圖5和6中的鑲嵌件70和80的情況下，上述相同的方法也可以使用，其中的各自的通孔72和82在將材料從模具中取出后再制造比較有利，并且可以通過(guò)銑削法，鉆孔法或者通過(guò)含有研磨粒子的高壓集中水柱切割等機(jī)械加工獲得。
在已經(jīng)講述的方法的一個(gè)不同的實(shí)施例中，片層可以編織成諸如斜紋，緞紋或者其它類(lèi)型織法所形成的不同形狀，或者，織物的經(jīng)紗和緯紗的重量百分比也可以不同。
在此方法中的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)嵌入模具的片層僅僅包括單向結(jié)構(gòu)纖維并且所需的厚度通過(guò)在相互垂直的方向交替的堆疊預(yù)定數(shù)目的片層獲得。
在更優(yōu)選的實(shí)施例中，每一個(gè)嵌入模具的片層僅僅包括單向結(jié)構(gòu)纖維并且所需的厚度通過(guò)在按照一定角度交錯(cuò)的方向上交替的堆疊預(yù)定數(shù)目的片層獲得，從而使單向結(jié)構(gòu)纖維在360°的范圍內(nèi)均勻分布，并基本上具有各向同性的結(jié)構(gòu)。
圖7中所示為帶有輪輻100的一個(gè)踏板曲柄，通常為右面的踏板曲柄，適合同自行車(chē)的底部支架連接，同踏板連接，并且適合通過(guò)機(jī)械連接接納兩個(gè)或者更多的齒狀冠。這樣一種類(lèi)型的踏板曲柄100的主體為102，其中具有第一個(gè)末端102a，用于連接齒狀冠(未示出)，還有第二個(gè)末端102b用來(lái)支撐踏板的銷(xiāo)(也未示出)。
在踏板曲柄100的第一個(gè)末端102a中有四個(gè)輪輻101a-101d，在四個(gè)輪輻的末端各自有圖1所示的1或者20類(lèi)型的鑲嵌件嵌入。鑲嵌件1具有同它們匹配的齒狀冠，它上面的鏈條可以從踏板傳遞運(yùn)動(dòng)到后輪。例如，一個(gè)已知的連接齒狀冠和帶有輪輻100的踏板曲柄的方法在此提供，即，使用設(shè)置好的連接螺絲釘插入鑲嵌件1中的孔6中，并通過(guò)相應(yīng)的連接螺母將鏈輪齒固定在輪輻101a-101d上。
如圖8所示的詳細(xì)示意圖，每一個(gè)鑲嵌件1的緊固部分4都被組成相應(yīng)輪輻末端的材料完全的封住。在這樣一種結(jié)構(gòu)下，組成踏板曲柄100的材料填充入緊固部分4的凹陷區(qū)域7a和7b，相應(yīng)的增加了接觸面積和踏板曲柄和鑲嵌件1之間的附著力。此外，嵌入踏板曲柄100的緊固部分4的長(zhǎng)度L2大于突出輪輻101a-101d的連接部分2的長(zhǎng)度L1的特征使鑲嵌件1具有高穩(wěn)定性，并且特別的，防止鑲嵌件沿它的主軸X-X發(fā)生可能撓曲所需的高剛性也同時(shí)獲得。
再次，在第一個(gè)末端102a和中心部位，有一個(gè)圖5中所示類(lèi)型的鑲嵌件70，底部支架的銷(xiāo)以已知的方式固定到鑲嵌件上的正方形孔76中。鑲嵌件70的緊固部分74和凹槽77完全的被構(gòu)成踏板曲柄100主體的材料所封住，從而使踏板曲柄100和鑲嵌件70之間形成高附著力。
在踏板曲柄100的第二個(gè)末端102b中，有一個(gè)圖3和4所示類(lèi)型的鑲嵌件50，通過(guò)螺紋通孔56和踏板上的螺栓將踏板和鑲嵌件結(jié)合起來(lái)(沒(méi)有表示出來(lái))。連接部分52的厚度S1大于緊固部分54的厚度S2，從而能夠獲得踏板曲柄100光滑前進(jìn)的外表面，以提高踏板和踏板曲柄自身的附著力。
正如在圖7和圖9所看到的，鑲嵌件50的緊固部分54被構(gòu)成踏板曲柄100的材料封住，使踏板曲柄100和鑲嵌件50之間獲得高的附著力。正如鑲嵌件1一樣，鑲嵌件50的穩(wěn)定性和同鑲嵌件沿它的主軸X-X發(fā)生撓曲相關(guān)的剛性的獲得應(yīng)歸功于嵌入踏板曲柄100的緊固部分54的長(zhǎng)度L2大于突出踏板曲柄100末端的連接部分52的長(zhǎng)度L1這個(gè)事實(shí)。
圖10顯示了一個(gè)通常為自行車(chē)的左踏板曲柄的踏板曲柄200，其包括一個(gè)主體部分202，并且主體部分有連接底部支架的第一個(gè)末端202a(沒(méi)有顯示)和連接踏板銷(xiāo)的第二個(gè)末端202b(沒(méi)有顯示)。
在第一末端202a有一個(gè)圖5所示類(lèi)型的鑲嵌件70，底部支架的銷(xiāo)通過(guò)已知的方法固定在鑲嵌件的正方形孔76中。鑲嵌件70的緊固部分74和特別的，凹槽77，被構(gòu)成踏板曲柄主體部分200的材料完全的封住，從而在踏板曲柄200的主體部分和鑲嵌件70之間得到高的附著力。
在第一末端202b有一個(gè)圖6所示類(lèi)型的鑲嵌件80，底部支架的銷(xiāo)通過(guò)已知的方法固定在鑲嵌件的正方形孔86中。鑲嵌件80的緊固部分84和特別的，凹槽87，被構(gòu)成踏板曲柄主體部分200的材料完全的封住，從而在踏板曲柄200的主體部分和鑲嵌件80之間得到高的附著力。
在兩個(gè)上述的右踏板曲柄100和左踏板曲柄200中，主體部分102和202優(yōu)先由結(jié)合在一種聚合物材料中的結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)成的復(fù)合材料組成。其中，復(fù)合材料的纖維能夠以無(wú)序的形態(tài)排列在聚合物中，例如以小片層的形式或者纖維的形式隨機(jī)排列，也可以以有序的形態(tài)排列形成典型的織物結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)纖維，如鑲嵌件所使用的，可以從下面的各種類(lèi)型中選擇，包括碳纖維，玻璃纖維，芳族聚酸胺纖維，陶瓷纖維，硼纖維和上述纖維的混合物，其中優(yōu)選碳纖維。制造踏板曲柄的復(fù)合物所使用的聚合物材料優(yōu)選同使用熱固性樹(shù)脂制造鑲嵌件1、50、70、80時(shí)所使用的聚合物相同的聚合物。
在不同的實(shí)施例中，左踏板曲柄或者右踏板曲柄都可以使用上面描述的兩種類(lèi)型的鑲嵌件，也可以使用傳統(tǒng)的由鋁或者金屬材料制造的鑲嵌件。例如，在這里，一個(gè)右踏板曲柄可以用鑲嵌件1來(lái)連接本發(fā)明中所描述類(lèi)型的齒狀冠，而用于連接底部支架和連接踏板的鑲嵌件可以使用鋁材料制造的鑲嵌件。
在其他的不同的實(shí)施例中，踏板曲柄的主體部分可以不必完全由結(jié)合在一種聚合物材料中的結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)成的復(fù)合材料組成，而是有部分為其它材料或者凹槽，例如本申請(qǐng)作為文獻(xiàn)使用的，由同一個(gè)申請(qǐng)人申請(qǐng)的專(zhuān)利EP1270393，EP1270394和EP1281609等專(zhuān)利申請(qǐng)書(shū)中所提到的中空金屬核心或者塑料材料核心。
以?xún)?yōu)選的方式，上述類(lèi)型的左踏板曲柄100和右踏板曲柄200使用下面所講的方法制造。
在根據(jù)想要得到的踏板曲柄100和200的外形而成形的第一個(gè)半模具中，鑲嵌件1、50、70和80根據(jù)同齒狀冠，底部支架和踏板銷(xiāo)的連接情況放置在相應(yīng)的位置。隨后，構(gòu)成踏板曲柄100和200的主體部分102、202的復(fù)合材料設(shè)置在模具中。然后，將第二個(gè)半模具和第一個(gè)半模具合在一起封閉起來(lái)形成一個(gè)形狀同踏板曲柄100和200匹配的腔。復(fù)合材料隨之加上一定的壓力以使復(fù)合材料充滿(mǎn)模具，并且特別的，使復(fù)合材料同鑲嵌件1、50、70和80的緊固部分4、54、74和84相互接觸。然后，將兩個(gè)半模具放置在一定的溫度變化范圍內(nèi)，使組成踏板曲柄的復(fù)合材料中的聚合物材料發(fā)生固化。特別的，如果使用熱固性樹(shù)脂聚合物材料，熱固性樹(shù)脂的溫度升高，從室溫提高到它的交連溫度，也就是它開(kāi)始形成剛性結(jié)構(gòu)的溫度。復(fù)合材料和鑲嵌件1、50、70和80中的緊固部分4、54、74和84的連接隨之形成。固化完成后，將踏板曲柄100和200冷卻并從模具中取出。
另一方面，如果復(fù)合材料使用的聚合物是熱塑性樹(shù)脂，溫度和壓力變化范圍如下，首先將熱塑性樹(shù)脂的溫度從室溫提高到玻璃化溫度。在此溫度下熱塑性材料熔解，使所用的復(fù)合材料具有塑性的一致性并在一定壓力下形成模具的形狀。隨后，是第二步的冷卻過(guò)程。在此過(guò)程中，熱塑性樹(shù)脂冷卻并重新具有所需的硬度。模具隨之打開(kāi)，取出踏板曲柄100和200。
在優(yōu)選的方式中，不是帶有孔6、56、76和86的鑲嵌件，而是如圖2所示類(lèi)型的沒(méi)有通孔的鑲嵌件放置入模具中，因?yàn)樗械谋匦璧目?、56、76和86都可以在將踏板曲柄從模具取出后的隨后的步驟中制造。這種步驟有利于孔6、56、76和86中心的校正，并且可以使齒狀冠和踏板的銷(xiāo)正確的組裝，也可以使帶有底部支架的踏板曲柄100和200正確的對(duì)齊的連接。
優(yōu)選的，如上所述，制造踏板曲柄主體部分100和200所用的聚合物材料同制造鑲嵌件1、20、50、70和80所用的聚合物材料相同。這樣，一起注模的各個(gè)部分，也就是踏板曲柄主體部分100和200以及鑲嵌件1、20、50、70和80的熱系數(shù)相同，同時(shí)在踏板曲柄和鑲嵌件的連接處獲得最大的粘附力。
權(quán)利要求
1.一種用于自行車(chē)踏板曲柄(100；200)的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，它由結(jié)合在一種聚合物材料中的單向結(jié)構(gòu)纖維制成，并且所述纖維沿著至少兩個(gè)不同的方向相接合；并且，該鑲嵌件具有連接到自行車(chē)的一部分的連接部分(2；52；72；82)和連接到踏板曲柄(100；200)主體的緊固部分(4；54；74；84)。
2.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述單向的纖維結(jié)合在至少兩個(gè)不同的片層中，每個(gè)片層都含有單一方向取向的纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述單向纖維編織在一起，并結(jié)合在一個(gè)單一的織物片層中。
4.如權(quán)利要求3所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述單向纖維在兩個(gè)方向取向并且構(gòu)成所述織物片層的經(jīng)紗和緯紗。
5.如權(quán)利要求2或3所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，它包括多個(gè)堆疊的片層。
6.如權(quán)利要求5所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述片層錯(cuò)開(kāi)堆疊，從而形成一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)含有在多個(gè)方向取向的單向結(jié)構(gòu)纖維。
7.如權(quán)利要求5所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述片層以有序的方式堆疊，從而形成一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)含有基本僅在兩個(gè)方向上取向的單向結(jié)構(gòu)纖維。
8.如權(quán)利要求7所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述的兩個(gè)方向基本成直角。
9.如權(quán)利要求4所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述的單向結(jié)構(gòu)纖維具有相同重量百分比的經(jīng)紗和緯紗。
10.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述單向結(jié)構(gòu)纖維選自；碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酸胺纖維、硼纖維、陶瓷纖維、及其組合。
11.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述聚合物材料為熱固性樹(shù)脂。
12.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述聚合物材料為熱塑性樹(shù)脂。
13.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50)，其特征在于，該鑲嵌件基本為沿一主軸(X-X)伸長(zhǎng)的形狀，其中所述的連接部分(2；52)沿著所述主軸(X-X)與所述緊固部分(4；54)相鄰接。
14.如權(quán)利要求13所述的鑲嵌件(1；20；50)，其特征在于，所述的緊固部分(4；54)的長(zhǎng)度(L2)大于或者等于所述連接部分(2；52)的長(zhǎng)度(L1)。
15.如權(quán)利要求13所述的鑲嵌件(1；20)，其特征在于，所述的緊固部分(4)的厚度(S2)基本與所述連接部分(2)的厚度(S1)相同。
16.如權(quán)利要求13所述的鑲嵌件(1；20；50)，其特征在于，所述的緊固部分(4；54)的寬度(L2)小于所述連接部分(2；52)的寬度(L1)。
17.如權(quán)利要求13所述的鑲嵌件(50)，其特征在于，所述的緊固部分(54)的厚度(S2)小于所述連接部分(52)的厚度(S1)。
18.如權(quán)利要求16或17所述的鑲嵌件(1；20；50)，其特征在于，所述連接部分(2；52)和所述緊固部分(4；54)通過(guò)具有圓形輪廓的表面(8、9)相連接。
19.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(70；80)，其特征在于，該鑲嵌件具有一主體，該主體的形狀基本為管狀，所述的連接部分(72；82)被從內(nèi)部限定在所述管狀主體上，且所述緊固部分(74；84)被從外部限定在所述管狀主體上。
20.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述的緊固部分(4；54；74；84)在外圍表面包含一個(gè)或多個(gè)凹陷區(qū)域(7、7a、7b；77；87)。
21.如權(quán)利要求20所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述的凹陷區(qū)域(7a；77；87)在所述緊固部分(4；54；74；84)的整個(gè)厚度范圍內(nèi)(S2；S3；S4)延伸。
22.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述的緊固部分(4；54；74；84)具有若干通孔。
23.如權(quán)利要求22所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述的通孔沿所述緊固部分(4；54；74；84)的厚度(S2；S3；S4)延伸。
24.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)，其特征在于，所述的連接部分(2；52；72；82)具有至少一個(gè)通孔(6；56；76；86)。
25.如權(quán)利要求24所述的鑲嵌件(50；80)，其特征在于，所述的至少一個(gè)通孔(56；86)是帶有螺紋的。
26.一種自行車(chē)的踏板曲柄(100；200)，其特征在于，該踏板曲柄包括至少部分地由一種復(fù)合材料構(gòu)成的主體(102；202)，該復(fù)合材料由結(jié)合在一種聚合物材料中的結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)成；并且，該踏板曲柄包括至少一個(gè)如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鑲嵌件(1；20；50；70；80)。
27.如權(quán)利要求26所述的踏板曲柄(100；200)，其特征在于，所述復(fù)合材料的所述聚合物材料基本與所述鑲嵌件(1；20；50；70；80)的聚合物材料是相同的類(lèi)型。
28.如權(quán)利要求26所述的踏板曲柄(100；200)，其特征在于，它包括多個(gè)設(shè)置在所述踏板曲柄(100；200)與自行車(chē)齒狀冠相連接的區(qū)域上的鑲嵌件(1；20)。
29.如權(quán)利要求28所述的踏板曲柄(100；200)，其特征在于，所述鑲嵌件(1；20；50)的厚度(S1；S2)小于該鑲嵌件所要固定到的踏板曲柄(100；200)的那部分的厚度。
30.如權(quán)利要求26所述的踏板曲柄(100；200)，其特征在于，所述的至少一個(gè)鑲嵌件(50；80)設(shè)置在所述踏板曲柄(100；200)與自行車(chē)踏板的銷(xiāo)相連接的區(qū)域。
31.如權(quán)利要求26所述的踏板曲柄(100；200)，其特征在于，所述的至少一個(gè)鑲嵌件(70)設(shè)置在所述踏板曲柄(100；200)與自行車(chē)底部支架相連接的區(qū)域。
32.一種制造用于自行車(chē)踏板曲柄(100；200)的鑲嵌件(1；20；50；70；80)的方法，該鑲嵌件具有結(jié)合在一種聚合物材料中的單向結(jié)構(gòu)纖維，并且所述纖維沿著至少兩個(gè)不同的方向相接合，其特征在于，該方法包括以下步驟；提供一個(gè)成形的模具；以片層形式提供所述的結(jié)合在一種聚合物材料中的單向結(jié)構(gòu)纖維；在所述的模具中提供多個(gè)堆疊的片層，從而使單向結(jié)構(gòu)纖維沿著至少兩個(gè)不同的方向取向；使模具經(jīng)受壓力和溫度變化，從而使聚合物材料固化；將鑲嵌件(1；20；50；70；80)從所述模具中取出。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述的以片層形式提供所述的結(jié)合在一種聚合物材料中的單向結(jié)構(gòu)纖維的步驟包括以下步驟將所述的單向纖維編織在一起，從而將它們結(jié)合到一個(gè)單一的織物片層中。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述的在所述模具中設(shè)置多個(gè)堆疊的片層的步驟以一種有序的方式進(jìn)行，從而形成一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)含有基本只沿兩個(gè)方向取向的單向結(jié)構(gòu)纖維。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述的在所述模具中設(shè)置多個(gè)堆疊的片層的步驟成角度地交錯(cuò)排列所述片層，從而形成一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)含有沿多個(gè)方向取向的單向結(jié)構(gòu)纖維。
36.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，它還包括在所述鑲嵌件(1；20；50；70；80)上形成孔(6；56；76；86)的步驟。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述的孔(6；56；76；86)是在聚合物材料固化之前，通過(guò)適當(dāng)?shù)貙?duì)所述片層進(jìn)行塑形得到的。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述的孔(6；56；76；86)是在將所述鑲嵌件(1；20；50；70；80)從所述模具中取出之后制成的。
39.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述的模具根據(jù)所需要的鑲嵌件(1；20；50；70；80)的外形輪廓而成形。
40.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，還包括在聚合物固化后機(jī)械去料的步驟，以根據(jù)所需的外形輪廓對(duì)鑲嵌件(1；20；50；70；80)進(jìn)行塑形。
41.一種制造踏板曲柄(100；200)的方法，該曲柄包括主體(102；202)，該主體至少部分的由一種復(fù)合材料構(gòu)成，該復(fù)合材料由結(jié)合在一種聚合物材料中的結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)成，其特征在于，該方法包括以下步驟提供根據(jù)所需的踏板曲柄(100；200)的外形輪廓而塑形的模具；在所述模具的至少一個(gè)預(yù)定的區(qū)域中提供至少一個(gè)鑲嵌件(1；20；50；70；80)，該鑲嵌件由結(jié)合在一種聚合物材料中的單向結(jié)構(gòu)纖維形成，該纖維沿著至少兩個(gè)不同的方向相接合，且鑲嵌件具有一緊固部分(4；54；74；84)和一連接部分(2；52；72；82)；在模具中提供所述的復(fù)合材料；使所述的復(fù)合材料經(jīng)受溫度和壓力變化，從而將它設(shè)置成與所述的至少一個(gè)鑲嵌件(1；20；50；70；80)的緊固部分(4；54；74；84)相接觸，并引起聚合物材料的固化；將踏板曲柄(100；200)從模具中取出。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，該方法還包括在所述鑲嵌件(1；20；50；70；80)的所述連接部分(2；52；72；82)中形成通孔(6；56；76；86)的步驟。
全文摘要
用于一個(gè)自行車(chē)踏板曲柄(100、200)的鑲嵌件(1；20；50；70；80)使用與一種聚合物結(jié)合的單向結(jié)構(gòu)纖維制造，并且結(jié)構(gòu)纖維根據(jù)兩個(gè)完全不同的方向相互連接。鑲嵌件(1；20；50；70；80)有一個(gè)連接部分(2；52；72；82)用于同自行車(chē)的一部分連接，還有一個(gè)緊固部分(4；54；74；84)用于同踏板曲柄主體部分(100；200)連接。
文檔編號(hào)B62M3/00GK1724307SQ20051005309
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
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