專利名稱:具有一體的抗沖擊結構的自行車輪圈的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及自行車輪圈,并且更具體地,涉及具有一體的抗沖擊結構的自行車輪圈以及制造該自行車輪圈的方法。
背景技術:
自行車輪圈由各種材料制成。例如,輪圈歷史上由木材、金屬(例如鋼和鋁合金)制成,并且新近由復合材料(如碳纖維增強材料等)制成。經常,復合輪圈材料一般稱為纖維增強塑料或纖維增強聚合物(FRP)。大多數自行車輪圈分為兩組,這兩組根據輪胎設計用途來分類輪胎類型。一種普通類型的輪圈稱為夾鉗輪圈,該夾鉗輪圈與夾鉗式輪胎或無內胎輪胎一起使用。夾鉗式輪胎和無內胎輪胎通常具有金屬絲或芳香族聚酰胺(Kevlar)纖維胎圈,該纖維胎圈與輪圈中 的側壁凸緣互鎖。由輪圈部分封閉并且由輪胎部分封閉的單獨的氣密內胎支撐輪胎外胎并且維持胎圈與凸緣的鎖定連接。如果輪圈的供內胎裝配的內部具有輻條孔,那么這些輻條孔必須由襯帶(通常為橡膠、布或強韌塑料)覆蓋,以保護內胎不受輻條的端部和輻條孔的邊緣影響。該系統(tǒng)的優(yōu)點在于在泄漏的情況下內胎能容易被夠到以修補或更換。第二種類型的輪圈被稱為管狀輪圈或縫合輪圈。這些輪圈設計用于管式車胎,該管式車胎是環(huán)形形狀的并且用粘合劑附接到輪圈。在管式車胎中,內胎被完全封閉在圓形輪胎外胎內。輪圈提供淺圓形外截面,輪胎位于該淺圓形外截面中而不是供胎圈安置的凸緣中。夾鉗輪圈和管狀輪圈共有的不利特性是輪圈產生“夾壓漏氣(pinch flat)”或“蛇咬漏氣(snake-bite flat)”的可能性。夾壓漏氣是指內胎中的這樣的孔,該孔通過使內胎在輪圈與硬的、銳利的物體(諸如巖石、路牙或地面深穴的邊緣)之間受夾壓引起。另外,當由于嚴重沖擊或例如在充氣下輪胎不能保護輪圈免受沖擊時,也可能發(fā)生輪圈破壞,從而導致輪圈彎曲或破裂、松開輻條并且可能導致整個車輪的危險故障。因此,需要提供一種具有避免或最小化夾壓漏氣和輪圈受損的能力的自行車輪圈。本發(fā)明滿足該要求,并且對輪圈重量和輪胎安裝效果影響最小。
發(fā)明內容
用于自行車的FRP輪圈包括徑向外胎接合部和徑向內輻條接合部。第一側壁與第二側壁處于間隔開構造。所述第一側壁和所述第二側壁在所述徑向外胎接合部和所述徑向內輻條接合部之間延伸,并且至少一個一體緩沖器定位在所述徑向外胎接合部的最外徑向延伸部或峰部上。從連同附圖理解的本發(fā)明的一個或多個實施方式的下列描述中將更充分理解本發(fā)明這些和其它特征和優(yōu)點。
附圖中圖I示出了根據本發(fā)明的具有一體緩沖器的夾鉗式輪圈的剖面圖;圖2示出了圖I的輪圈的放大圖;圖3示出了根據本發(fā)明的具有一體緩沖器的管式輪圈的剖面圖;圖4示出了圖3的輪圈的放 大圖;圖5示出了制造根據本發(fā)明的具有一體緩沖器的輪圈的過程;圖6示出了與圖5所示的制造根據本發(fā)明的具有一體緩沖器的輪圈的過程不同的過程;以及圖7示出了與圖5和圖6的制造根據本發(fā)明的具有一體緩沖器的輪圈的過程不同的另一過程。
具體實施例方式本文將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。將理解的是,本文所述的附圖和說明書用于說明目的并且不會限制本發(fā)明,由所附的權利要求以及任何和所有它們的等同要求來限定本發(fā)明。圖I和圖2示出了夾鉗輪圈20,其中,夾鉗式輪胎26的胎圈22、24被保持在輪圈上面。輪圈20通常包括徑向外胎接合部28、徑向內輻條接合部30、第一側壁32和與該第一側壁間隔開的第二側壁34。第一側壁32和第二側壁34在輪胎接合部28和輻條接合部30之間延伸,以大致形成輪圈20的形狀。輪胎接合部28包括用于接合輪胎26的胎圈22、24的一對周向胎圈接合構件36、38。將理解的是,周向胎圈接合構件36、38的構造能夠包括筆直的側壁、如所示的具有鉤構件的側壁或適于接合常規(guī)的夾鉗式輪胎的胎圈的任何構造。僅為了提供情境,所示的輪胎26是常規(guī)的夾鉗式輪胎,其中輪胎具有外胎50和所附接的橡膠胎面52。通常,以眾所周知的方式,胎面52關于輪胎延伸以形成側壁以及輪胎的接觸騎乘表面的部分。輻條接合部30包括開口,其中一個開口以40示出,用于接收從其穿過的輻條44的螺紋端42。輪胎接合部28包括第二開口,其中一個第二開口以46示出,每個第二開口均與第一輻條開口 40中的相應的一個對齊并且用于接收工具(未示出),以將螺紋接套48擰緊在輻條44的螺紋端42上,以便將輻條緊固到輪圈20。輪胎接合部28和輻條接合部30以及第一側壁32和第二側壁34可以形成環(huán)狀面或任何其他合適的輪圈形狀。胎圈接合構件36、38形成在輪圈20的輪胎接合部28的最外延伸部處或其附近,并且在該示例中每個胎圈接合構件均能基本上被認為是從側壁32、34延伸的徑向凸緣。在胎圈接合構件36、38的最外徑向延伸部或外圍,基本上在輪圈的最外徑向延伸部處存在一對緩沖器54。具體地,優(yōu)選的是,緩沖器54定位在夾鉗胎圈接合構件36、38的頂部或峰部56。該對緩沖器54中的每個均可以定位在胎圈接合構件36、38中的相應的一個上或其附近并且優(yōu)選地定位峰部56上。優(yōu)選地,緩沖器54形成為輪圈20的一部分或換言之,與輪圈成一體(即,與該輪圈不可拆開)。在圖I中,該圖的左側示出緩沖器54,而右側省除了緩沖器。緩沖器54優(yōu)選地由能夠永久地且牢固地粘合到輪圈20的材料上的彈性體材料形成。在所示的實施方式中,輪圈20可以被認為是由FRP制成,因此緩沖器54將由粘合到FRP的材料制成。另選地,輪圈20能由非FRP材料(諸如金屬合金)制成或包括非FRP材料的一部分,因此緩沖器54將由粘合到合金的材料制成。在優(yōu)選實施方式中,緩沖器54由粘合到碳纖維FRP材料的彈性體材料制成。在更優(yōu)選的實施方式中,緩沖器54由彈性的彈性體材料制成,該彈性的彈性體材料永久粘合到碳纖維FRP材料并且具有這樣的肖氏(Shore)A硬度,當被固化時,該彈性的彈性體材料具有從大約40到大約80的硬度值。更優(yōu)選地,肖氏A硬度是大約75。在一個示例中,該材料是四氟乙烯和丙烯共聚物。每個緩沖器54的尺寸可以是在沿徑向測量的大約在O. 75mm至3. 5mm的高度之間。如果緩沖器54小于大約O. 75mm,那么就認為削弱關于沖擊保護和減少夾壓漏氣的有益效果或者不存在該有益效果。如果緩沖器54高于大約3. 5_,那么安裝輪胎的能力變得更困難。緩沖器54在其基部處寬度優(yōu)選地大約3-6_,這可能取決于輪圈類型和緩沖器的高度。每個緩沖器54的截面形狀均可以是三角形、錐形、圓錐形、延長形、半埋沒形、拋物線形、拱形、圓錐體、倒圓形、截頭圓錐形或任何類似形狀。優(yōu)選地,緩沖器54形成與輪圈·剎車表面58相切以及與內胎安裝表面60都相切的形狀。而且,緩沖器54可以具有平滑邊緣,該平滑邊緣被認為在空氣動力學方面更好以及結構上可靠。此外,緩沖器可以成形并設定尺寸成在其內側與輪胎的外輪廓或形狀緊密地符合,輪圈旨在與該輪胎一起使用。緩沖器54的內表面(即,基部62)可以倒圓以允許輪圈的材料盡可能平滑地安放在最大可能半徑范圍內并且與輪圈20的胎圈接合構件38的頂部56相符。通常,輪圈頂部56的半徑越緊,在發(fā)生沖擊的情況下對輪圈的沖擊破壞的可能性越高,并且容許的壁厚越低,這降低了輪圈的強度,尤其是降低了在外胎接合部28處或其附近的強度。因此,為了獲得最佳結果,在峰部56處的平滑倒圓輪廓是優(yōu)選的。圖2示出了緩沖器54的若干不同尺寸和形狀的變型。如圖I所示的夾鉗輪圈中那樣,輪圈20包括附接到其上的輪胎26。緩沖器54附接到輪圈20的位于左側的胎圈接合構件的頂部56。為了比較,胎圈接合構件的右側頂部56被示出不具有緩沖器。以64示出的緩沖器的第一示例是大約1_高并且具有大致倒圓形狀。以66示出的緩沖器的第二示例大約2mm高并且具有大致圓頂或錐形形狀。第二緩沖器66可能被看作第一緩沖器輪廓和第二緩沖器輪廓的組合形狀和尺寸。以68示出的第三緩沖器大約3mm高并且具有大致拋物線或錐形形狀。第三緩沖器68可能被看作第一緩沖器輪廓、第二緩沖器輪廓和第三緩沖器輪廓的組合形狀和尺寸。圖3和圖4示出了管狀或縫合式輪圈120,其中輪胎126用在輪胎安裝表面160處總體上以170表示的常規(guī)輪胎膠粘到輪圈。輪圈120總體上包括徑向外胎接合部128、徑向內輻條接合部130、第一側壁132以及與該第一側壁間隔開的第二側壁134。第一側壁132和第二側壁134在輪胎接合部128和輻條接合部130之間延伸。輪胎接合部128和輻條接合部130以及第一側壁132和第二側壁134大致形成閉合形狀,它們在所示的示例中一起形成環(huán)。將理解的是,管狀輪圈能夠以各種各樣的截面形狀被采用并且本發(fā)明構想到任一個和所有形狀。輪胎接合部128包括位于相同的總體位置的一對周向頂部136、138,夾鉗輪圈的胎圈接合部將由該對周向頂部136、138形成;以及用于接合輪胎126的床部160。所示的輪胎126是常規(guī)的管狀或縫合式輪胎,該輪胎126具有外胎150和附接的橡膠胎面152,該橡膠胎面被示出以提供情境。通常,胎面152關于輪胎延伸以便以眾所周知的方式形成側壁以及輪胎的接觸騎乘表面的一部分。輻條接合部130包括開口(未示出),所述開口用于接收眾所周知的輻條(未示出);以及位于輪圈的床部160中的進出開口(未示出)。頂部136、138形成在輪圈120的輪胎接合部128的最外延伸部處或其附近,并且每個頂部均能基本上被認為是位于側壁132、134的端部處的徑向頂部位置或峰部156。在頂部136、138的最外徑向延伸部或外圍,基本上在輪圈的位于峰部156處的最外徑向延伸部處存在一對緩沖器154,其中一個緩沖器定位在每個峰上或其附近。優(yōu)選地,緩沖器154形成為輪圈20的永久部, 或換言之與輪圈成一體或整體形成(即,與輪圈不可拆開)。在圖3中,該圖的左側示出緩沖器154,而右側省除了緩沖器。緩沖器154優(yōu)選地由能夠如上述示例中詳述的永久地且牢固地粘合到輪圈20的材料上的彈性體材料形成。將理解的是,緩沖器材料的精確配方將優(yōu)選地與基質輪圈材料相配,而不管該基質輪圈材料是金屬材料、FRP等。每個緩沖器154的截面形狀可以是三角形、錐形、圓錐形、延長形、半埋沒形(mounded)、拋物線形、拱形、圓錐體、倒圓形、截頭圓錐形或任何類似形狀,如上述示例中詳述的。圖4示出了緩沖器154的若干不同尺寸和形狀的變型。如圖3所示的夾鉗輪圈中那樣,輪圈120包括附接到其上的輪胎126。緩沖器154附接到輪圈120的峰部156的頂部。為了比較,右側頂部或峰部156被示出不具有緩沖器。以164示出的緩沖器的第一示例大約Imm高并且具有大致倒圓形狀。以166示出的緩沖器的第二示例大約2mm高并且具有大致圓頂或錐形形狀。第二緩沖器166可能被看作第一緩沖器輪廓和第二緩沖器輪廓的組合的形狀和尺寸。以168示出的第三緩沖器大約3mm高并且具有大致拋物線或錐形形狀。第三緩沖器168可能被看作第一緩沖器輪廓、第二緩沖器輪廓和第三緩沖器輪廓的總的組合形狀和尺寸。本文所示的緩沖器的準確形狀不應被認為是限制的,而是緩沖器的說明性示例。圖5示出了制造具有一體緩沖器的根據本發(fā)明的輪圈的過程,所得到的輪圈的一些示例在圖I至圖4示出。該過程一般可以被稱為“共同成型”或“共成型”,這是用于制造例如塑料部件的過程。在步驟200中,并且參看在上詳細描述的元件,緩沖器被擠出成大致的最終幾何形狀,該最終幾何形狀大致地是三角形并且如上所述。步驟202中,利用傳統(tǒng)上可接受的方法和常規(guī)的預浸處理材料來鋪設碳(或FRP)輪圈結構。步驟204中,緩沖器被包在未固化的成形的輪圈的周緣上,并且夾具優(yōu)選地被用來精確地定位緩沖器。步驟206中,具有未固化的緩沖器的未固化輪圈被放置在模具中,在模具中碳(FRP)預浸材和緩沖器優(yōu)選地由加工表面保持就位。步驟208中,未固化的輪圈和緩沖器材料在大約300度至400度之間固化大約1-2小時。步驟210中,現具有一體緩沖器的固化輪圈從工具被移除,并且過多樹脂滲出物被從模分型面修整去除。步驟212中,過多的緩沖器材料在其擠出通過工具分型線時也可能需要被修整去除。步驟214中,輪圈準備好用于鉆孔并借助增加常規(guī)的車輪構造部件以及執(zhí)行常規(guī)的車輪構造步驟而構造到車輪中,如眾所周知的。圖6示出了制造具有一體緩沖器的根據本發(fā)明的輪圈的過程,其中圖1-4示出了所得到的輪圈的一些示例。該過程可以一般稱為“嵌件成型”,這通常是眾所周知的過程。在該過程的步驟300中,緩沖器被擠出成大致的最終幾何形狀,該幾何形狀大致是三角形的并且如上所述。步驟302中,緩沖器被放置到模具中,該模具的形狀和尺寸設定成復制期望的最終幾何形狀并且在大約400華氏度下固化大約一(I)小時。步驟304中,緩沖器從工具脫模并且被清潔以準備用碳/環(huán)氧樹脂或合適的FRP材料來成型。步驟306中,利用傳統(tǒng)可接受的方法和常規(guī)的預浸材料來鋪設碳或FRP輪圈結構。步驟308中,將緩沖器放置在未固化的成形輪圈的周緣上,并且夾具優(yōu)選地用來精確地定位緩沖器。步驟310中,具有固化的緩沖器的未固化輪圈被放置在模具中,在模具中,碳預浸材和緩沖器優(yōu)選地由加工表面保持就位。步驟312中,輪圈和緩沖器材料在大約300度和400度之間固化大約1-2小時。步驟314中,現具有一體緩沖器的固化輪圈被從工具移除,并且過多的樹脂滲出物被從模分型面修整除去。步驟316中,輪圈準備好用于鉆孔和車輪構造,如眾所周知的那樣。圖7示出了制造具有一體緩沖器的根據本發(fā)明的輪圈的過程,圖1-4示出了輪圈的一些示例。該過程一般可以稱為“包覆成型”,這通常是眾所周知的方法。步驟400中,利用傳統(tǒng)可接受的方法和常規(guī)的預浸材料鋪設碳或FRP輪圈結構。步驟402中,未固化的輪圈被放置到優(yōu)選地碳預浸材或另一 FRP材料制成的模具中。步驟404中,材料在大約300度 至400度之間固化大約1-2小時。步驟406中,固化的輪圈被從工具移除,并且過多的樹脂滲出物被從模分型面修整除去。步驟408中,從輪圈表面徹底清除在供緩沖器定位并固定的區(qū)域中的脫模劑。步驟410中,緩沖器材料被擠出成大致最終幾何形狀,該最終幾何形狀大致是三角形的,如在上詳細討論的。步驟412中,一對緩沖器被包在固化的成形輪圈的周緣上,并且夾具優(yōu)選地用來精確地定位和保持未固化的緩沖器就位。步驟414中,具有未固化緩沖器的輪圈被放置在模具中并且在大約300-400華氏度下固化大約I小時。步驟416中,現具有一體緩沖器的固化輪圈被從工具移除并且過多的碳氟化合物材料可以被移除。步驟418中,輪圈現準備好用于鉆孔和車輪構造,如眾所周知的。圖3和圖4所示的緩沖器的彎曲和曲率使得驚人地容易將管狀輪胎安裝在緩沖器的頂部上。例如對于夾鉗輪圈來說,已經發(fā)現使輪胎床略微更深允許更容易地安裝輪胎,這是因為輪胎能在與其定位胎圈的一側相對的一側上徑向向內移動。夾鉗輪圈上的緩沖器也增大表觀輪胎吹泄壓力。被認為的是,這可能是由于緩沖器和輪胎外胎之間的增大的摩擦,但也可能是因為該緩沖器對于給定壓力而言減少了外胎的偏轉。被認為的是,緩沖器將降低對于輪圈和夾鉗式輪圈的輪胎的破壞,該破壞會由騎行在癟氣輪胎上引起。本發(fā)明還提供增大的防夾壓漏氣和降低的橫向輪胎蠕動,這允許騎車人在低輪胎氣壓下騎行而不因由過度外胎彎曲引起的沖擊破壞、夾壓漏氣或不明軋空(vaguecornering)而惡化,并且這是相當大的益處,僅當緩沖器是一體的結構化的時出現這種益處。相反,如果相同或相似的結構保持在凹槽中或者借助其他一些非一體的手段那么認為不能向外胎給予結構支撐以減小彎曲。已經示出了 Imm緩沖器提供相當大的防沖擊力,從而導致在尖緣沖擊中以大約10%的提高來降低輪圈破壞和故障。而且Imm緩沖器提供相當大的耐穿刺性,當用圓形沖擊頭沖擊時對夾壓漏氣大約有20%的增加耐穿刺性。在軋空下從減小的橫向輪胎彎曲也注意到輪胎蠕動的減少,而對胎側壁沒有風險。雖然過去在碳輪圈中試驗過深胎井(tirewell),但應注意的問題在于外胎被硬的輪圈邊緣磨損,并且當輪胎在外胎最薄的區(qū)域在輪圈上降到最低時夾壓漏氣增加,并且這也由根據本發(fā)明的輪圈來解決。使用根據本發(fā)明的具有緩沖器的輪圈的附加益處是由緩沖器的形狀和尺寸造成的空氣阻力的顯著減小。
此外,用于比賽的車輪經歷試驗協(xié)議以確保安全。在試驗中,車輪在非常高的能量沖擊下災難性地失效并且必須“安全地”失效?!鞍踩亍蹦壳岸x為在故障時不具有尖緣,輪圈保持自身完整,并且組件保持“充分約束”,這意味著輻條保持附接到輪圈以及輪轂。根據本發(fā)明構造的輪圈已被試驗并且順利地通過試驗,這是因為緩沖器傾向于在故障之后將輪圈保持在一起并且這使得通過試驗要容易得多,緩沖器似乎完全消除了“打開”故障模式,該故障模式被定義為輪圈在沖擊區(qū)自身分離。這顯著優(yōu)于“翼”簡單地可拆開地 裝配到輪圈的凹槽中的設計。雖然已經參考具體實施方式
描述了本發(fā)明,但是應當理解在所述的發(fā)明概念的精神和范圍內能進行多種改變。因此,本發(fā)明并不旨在限于所公開的實施方式,而是本發(fā)明具有由下列權利要求的語言所允許的全部范圍。
權利要求
1.一種用于自行車的輪圈,所述輪圈包括 徑向外胎接合部; 徑向內福條接合部; 第一側壁; 與所述第一側壁間隔開的第二側壁,所述第一側壁和所述第二側壁在所述徑向外胎接合部和所述徑向內輻條接合部之間延伸;以及 至少一個一體的緩沖器,所述至少一個緩沖器以不可移除的方式定位在所述徑向外胎接合部的最外徑向延伸部上。
2.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器的高度在大約O.75_至大約3. 5mm之間。
3.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器在其基部處寬度在大約3mm至大約6mm之間。
4.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器的材料在固化狀態(tài)下具有大約50至大約80的肖氏A硬度。
5.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器的材料在固化狀態(tài)下具有大約75的肖氏A硬度。
6.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器的材料包括四氟乙烯和丙烯共聚物。
7.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器是三角形、錐形、圓錐形、延長形、丘形、拋物線形、拱形、圓錐體、倒圓形或截頭圓錐形。
8.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器的形狀和尺寸設定成在其內側與安裝到所述輪圈的輪胎的外形緊密地相符。
9.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述輪圈是夾鉗輪圈。
10.根據權利要求9所述的輪圈,其中,所述夾鉗輪圈包括定位在其徑向最外延伸部處的一對隔開的胎圈接合構件。
11.根據權利要求10所述的輪圈,其中,該對胎圈接合構件中的每個胎圈接合構件在其峰部處定位有所述至少一個緩沖器中的一個緩沖器。
12.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述輪圈是管狀輪圈。
13.根據權利要求12所述的輪圈,其中,所述輪圈包括定位在其最外徑向延伸部處的一對隔開的峰部。
14.根據權利要求13所述的輪圈,其中,在該對隔開的峰部中的每個峰部處定位有所述至少一個緩沖器中的一個緩沖器。
15.根據權利要求9所述的輪圈,其中,所述輪圈由碳纖維增強材料制成。
16.根據權利要求12所述的輪圈,其中,所述輪圈由碳纖維增強材料制成。
17.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器被共成型到所述輪圈上。
18.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器被嵌件成型到所述輪圈上。
19.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述至少一個緩沖器被包覆成型到所述輪圈上。
20.根據權利要求I所述的輪圈,其中,所述輪圈由FRP材料形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有一體的抗沖擊結構的自行車輪圈。提供一種用于自行車的FRP輪圈,其包括徑向外胎接合部和徑向內輻條接合部。第一側壁與第二側壁處于隔開構造。所述第一側壁和所述第二側壁在所述徑向外胎接合部和所述徑向內輻條接合部之間延伸,并且一個或多個一體的緩沖器定位在所述徑向外胎接合部的最外徑向延伸部或峰部上。
文檔編號B60B5/00GK102950964SQ201210294850
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月18日
發(fā)明者J·波特內爾, 邁克爾·霍爾, D·莫爾斯 申請人:什拉姆有限責任公司