本發(fā)明涉及一種用于制造電動(dòng)自行車框架(Pedelec-Rahmen)的方法，其中兩個(gè)塑料殼體半部接合在一起并且優(yōu)選材料結(jié)合地相互連接。電動(dòng)自行車與普通自行車的區(qū)別在于具有附加的電馬達(dá)、用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電池元件以及通常用于馬達(dá)的控制電子器件。在實(shí)際中，電動(dòng)自行車框架通常由鋁制造。

背景技術(shù)：

與普通自行車相比，電動(dòng)自行車的特點(diǎn)在于，其必須附加裝配有電馬達(dá)和至少一個(gè)電池元件。為了支持電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)，電馬達(dá)可以由駕駛員接通。此外，電動(dòng)自行車通常包含控制電子器件，該控制電子器件測(cè)量所使用的力或速度并且在達(dá)到確定的值時(shí)操作或關(guān)斷馬達(dá)。電動(dòng)自行車的附加元件導(dǎo)致，必須制造具有相對(duì)大直徑的框架管，從而將供電元件支承在其中。所述供電元件也部分地固定在框架外部上，然而這在美學(xué)上是非常不吸引人的。

此外，電動(dòng)自行車框架由于附加元件比普通自行車框架明顯更重。存在以下方案：電動(dòng)自行車框架由兩個(gè)殼體半部制造，在所述兩個(gè)殼體半部中設(shè)置供電元件。這尤其在文獻(xiàn)DE 10 2011 053 100 A1和DE 20 2013 002 987 U1中公開。由后一文獻(xiàn)已知一種電動(dòng)自行車框架，該電動(dòng)自行車框架由兩個(gè)殼體半部制造。然而，在通常使用的塑料中經(jīng)常缺乏必要的材料負(fù)荷能力，該材料負(fù)荷能力恰好在電動(dòng)自行車中由于驅(qū)動(dòng)元件的附加重量是必須的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供一種用于由塑料制造電動(dòng)自行車框架的方法，所述方法保證電動(dòng)自行車框架的高的承載負(fù)荷能力并且能夠容易地自動(dòng)化。

根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)通過用于由塑料制造電動(dòng)自行車框架的方法解決，

-其中，該電動(dòng)自行車框架通過兩個(gè)相應(yīng)塑料殼體半部的接合來制造，

-其中，該電動(dòng)自行車框架具有用于車把(Lenker，轉(zhuǎn)向裝置)、用于腳踏板支承部(Tretlager)和優(yōu)選用于駕駛員車座的容納部，并且

-其中，所述兩個(gè)塑料殼體半部借助注射成型工藝由纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料制造，該熱塑性塑料包含半芳香族聚酰胺(teilaromatisches Polyamid)。

殼體半部在此優(yōu)選基本上彼此鏡像地成型。通過它們的接合在殼體半部之間形成內(nèi)部空腔，該內(nèi)部空腔能夠用于容納至少一個(gè)電動(dòng)自行車部件。由空腔容納的電動(dòng)自行車部件例如可以是電動(dòng)自行車的能量存儲(chǔ)器、優(yōu)選電池和/或電馬達(dá)。有利地，通過塑料殼體半部的接合對(duì)于在內(nèi)部空腔中的能量存儲(chǔ)器和/或電馬達(dá)和/或腳踏板支承部分別實(shí)現(xiàn)限定的定位。除用于車把、腳踏板支承部和可能的駕駛員車座的容納部之外，電動(dòng)自行車框架可以具有整合在殼體半部中的、用于支承后輪的后部結(jié)構(gòu)。對(duì)此替代地，但也可行的是，為了支承后輪在電動(dòng)自行車框架上固定單獨(dú)的后部結(jié)構(gòu)。該后部結(jié)構(gòu)可以設(shè)置有彈簧裝置(Federung)。殼體半部的內(nèi)側(cè)有利地包含用于能量存儲(chǔ)器、優(yōu)選電池以及用于電馬達(dá)的定位元件。所述定位元件有利地一體成型地模制在兩個(gè)殼體半部的其中一個(gè)上或者也可以一體成型地模制在兩個(gè)殼體半部上。在電動(dòng)自行車框架的容納部中可以設(shè)置有用于車把、腳踏板支承部或駕駛員車座的相應(yīng)的容納套管，以便分別實(shí)現(xiàn)無縫、穩(wěn)定的容納裝置。

根據(jù)本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：該方法由于使用半芳香族聚酰胺能夠?qū)崿F(xiàn)輕質(zhì)的且高品質(zhì)的電動(dòng)自行車框架的制造，該電動(dòng)自行車框架具有特別高的剛性并且此外在溫度負(fù)荷方面具有高的穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明所使用的材料具有好的焊接能力，從而必要時(shí)可以放棄已知的粘合方法并且因此取消粘合劑的耗時(shí)的硬化。當(dāng)然，借助粘合劑將塑料殼體半部接合在一起，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)，由塑料制造整個(gè)電動(dòng)自行車框架并且因此摒棄由金屬構(gòu)成的重的部件。

所使用的材料的另一優(yōu)點(diǎn)是，由于其顯著的流動(dòng)能力，所以能夠優(yōu)選在相應(yīng)殼體半部的內(nèi)側(cè)上在注射成型工藝期間將肋和/或連接元件和/或功能元件注射到殼體半部上。它們可以用作其他電動(dòng)自行車組件、如車叉子、腳踏板支承部、駕駛員車座或車把的容納部。

根據(jù)本發(fā)明，所述兩個(gè)殼體半部由纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料制造，該熱塑性塑料包含半芳香族聚酰胺。半芳香族聚酰胺與傳統(tǒng)的聚酰胺相比具有改善的熱特性和非常好的尺寸穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的半芳香族聚酰胺有利地選自包含脂肪族二羰基重復(fù)單元(aliphatische Dicarbonyl-Wiederholeinheiten)和芳香族二胺基重復(fù)單元(aromatische Diamino-Wiederholeinheiten)的半芳香族聚酰胺，或者選自包含芳香族二羰基重復(fù)單元和脂肪族二胺基重復(fù)單元的半芳香族聚酰胺，或者選自前述物質(zhì)的混合物。優(yōu)選地，該半芳香族聚酰胺包含間苯二甲胺重復(fù)單元(meta-Xylylendiamin-Wiederholeinheiten)和1，6-己二酮基重復(fù)單元(1.6-Hexandionyl-Wiederholeinheiten)。所述組分的組合由于借此可獲得的高剛性、低吸水性以及針對(duì)潮濕和熱的高穩(wěn)定性所以特別適合。

為了進(jìn)一步優(yōu)化材料特性，除半芳香族聚酰胺之外也可以將脂肪族的聚酰胺混合到纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料中。這也具有成本節(jié)省的后果。根據(jù)本發(fā)明，半芳香族聚酰胺相對(duì)于不含纖維增強(qiáng)物的總的塑料質(zhì)量的重量份額為至少50％、優(yōu)選至少70％。纖維增強(qiáng)物在塑料中的重量份額為15-70％、優(yōu)選為40-60％。令人驚訝地，這種高填充的并且因此可高負(fù)荷承載的塑料例如非常好地適于激光焊接。在低于15％的纖維的重量份額的情況下，半芳香族聚酰胺具有過低的強(qiáng)度。在高于70％的重量份額的情況下，材料具有降低的可模制性。此外，具有這種纖維體積的聚酰胺對(duì)于在電動(dòng)自行車框架中的使用而言過于剛性且過脆。

碳纖維、芳綸纖維或玻璃纖維適于纖維增強(qiáng)。優(yōu)選地，僅僅使用玻璃纖維。所述玻璃纖維與碳纖維或芳綸纖維相比明顯地更成本有利并且盡管如此在具有非常高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的同時(shí)還具有好的加固性。

特別地，具有小于15mm、優(yōu)選小于10mm、例如小于5mm的平均長度的短纖維是適合的。小于3mm、例如小于2mm或小于1mm的更短的平均纖維長度同樣適合。短纖維能夠以精細(xì)分布在塑料基質(zhì)中的方式在注射成型工藝中沒有問題地加工。注射成型能夠?qū)崿F(xiàn)極高的成型多樣性并且也特別適于將前述用于定位電馬達(dá)和能量存儲(chǔ)器的定位元件通過注射模具的相應(yīng)形狀設(shè)計(jì)而以最簡單的方式模制在殼體半部上。短的纖維此外比長纖維顯著更成本有利。

有利地，如此實(shí)現(xiàn)殼體半部在其接合邊緣的幾何形狀，使得一個(gè)殼體半部的接合邊緣具有凹槽而另一殼體半部的接合邊緣具有可接合入該凹槽中的榫舌。凹槽和榫舌優(yōu)選如此尺寸化，使得在殼體半部的接合時(shí)產(chǎn)生夾緊連接。為此，或者榫舌具有輕微的尺寸過量或者凹槽具有輕微的尺寸不足。由此，在焊接工藝之前首先將兩個(gè)殼體半部相互相對(duì)地預(yù)先固定。這能夠?qū)崿F(xiàn)在例如不可逆的材料結(jié)合的接合過程(粘合、焊接等)之前殼體半部的正確接合的控制。在需要時(shí)，該凹槽/榫舌連接還可以在建立材料結(jié)合的連接之前松開一次。特別地通過這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)，在例如實(shí)施焊接過程或粘合劑硬化之前，控制電馬達(dá)和能量存儲(chǔ)器在由兩個(gè)殼體半部形成的空腔中的正確定位。

隨后，將相互接合的殼體半部優(yōu)選材料結(jié)合地相互連接。為此，該殼體半部例如在邊緣側(cè)、優(yōu)選環(huán)繞地借助激光射束焊接成電動(dòng)自行車框架。為了生成激光射束，優(yōu)選使用具有波長500nm至1100nm的二極管激光器、例如具有1064的波長的固體二極管激光器。激光透射性地構(gòu)造的接合相對(duì)件由激光輻射并且能量由吸收激光的第二接合相對(duì)件在其表面上吸收。塑料在該表面上熔化，從而由此可以將兩個(gè)接合相對(duì)件材料結(jié)合地相互連接。為此需要，殼體半部中的一個(gè)在激光波長的范圍中具有高的透射度，而另一殼體半部在該波長中具有高的吸收度。激光吸收例如可以通過將吸收激光的顏料、優(yōu)選炭黑添加到一個(gè)殼體半部的塑料中實(shí)現(xiàn)。有利地，其接合邊緣構(gòu)成凹槽的殼體半部是激光透射的并且其接合邊緣構(gòu)成榫舌的殼體半部是吸收激光的。

在另一實(shí)施方案中，使用具有波長1300-2200nm、優(yōu)選1400nm-2000nm的二極管激光器。在該波長范圍中，塑料的大分子可以直接通過激光射束被激發(fā)并且塑料因此達(dá)到所需要的焊接溫度。因此在該波長中不再需要塑料的著色。優(yōu)選地，激光器具有含銩和/或鉺的二極管發(fā)射極。在該焊接方法中，熔化域通過激光射束到期望區(qū)域中的聚焦來確定。

與所使用的激光方法無關(guān)地，兩個(gè)殼體半部中的至少一個(gè)可以由對(duì)人眼透視的塑料制造，使得在焊接工藝之后能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫的光學(xué)檢查。優(yōu)選地，該殼體半部是構(gòu)成凹槽的殼體半部。

為了在美學(xué)上吸引人地設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車框架，通常實(shí)施接合成電動(dòng)自行車框架的殼體半部的不透明涂層。由此，也消除了兩個(gè)殼體半部的可能不同的光學(xué)外觀，所述兩個(gè)殼體半部的不同光學(xué)外觀尤其在激光透射工藝中由兩個(gè)殼體半部的前述不同著色引起。如前所述，兩個(gè)殼體半部基本上也可以借助另外的接合方法相互連接，例如借助傳統(tǒng)的粘合方法。

在塑料殼體半部的接合之前，可以內(nèi)側(cè)地將凹部銑削到塑料殼體半部中，這些凹部用于保持電動(dòng)自行車部件、尤其電馬達(dá)和/或電池元件和/或腳踏板支承部。借助該后處理步驟，幾何形狀可以非常靈活地匹配具體需求。因此，例如可以借此實(shí)現(xiàn)咬邊(Hinterschneidunge)，該咬邊借助注射成型工藝不能單獨(dú)制造或者僅僅以大的耗費(fèi)(附加的滑動(dòng)部等)制造。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的范疇內(nèi)，所使用的半芳香族聚酰胺不僅適于注射成型工藝而且非常適于銑削加工。

本發(fā)明的主題也是一種根據(jù)前述方法中的任一種制造的電動(dòng)自行車框架。

附圖說明

以下參照附圖僅詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示意性示出：

圖1以三維視圖示出根據(jù)本發(fā)明制造的電動(dòng)自行車框架；

圖2示出在接合工藝期間圖1的橫剖面A-A；

圖3以相應(yīng)于圖2的視圖示出本發(fā)明的另一實(shí)施方式；

圖4以三維視圖示出圖2的放大的區(qū)段；以及

圖5以三維視圖示出圖3的放大的區(qū)段。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)自行車框架1，其中該電動(dòng)自行車框架通過將兩個(gè)相應(yīng)的塑料殼體半部2、3接合在一起的方式制造。電動(dòng)自行車框架1具有用于車把4的容納部12、用于腳踏板支承部5的容納部13和用于駕駛員車座6的容納部14。車把4、腳踏板支承部5和駕駛員車座5僅僅在圖1中示出。在電動(dòng)自行車框架上固定有虛線示出的、可彈性構(gòu)造的后部結(jié)構(gòu)60，該后部結(jié)構(gòu)用于容納電動(dòng)自行車的(未示出的)后輪。兩個(gè)殼體半部2、3由纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料組成，所述熱塑性塑料含有半芳香族聚酰胺。通過兩個(gè)殼體半部2、3的接合在一起構(gòu)成內(nèi)部空腔7，該內(nèi)部空腔容納電動(dòng)自行車的電池30、電馬達(dá)40以及腳踏板支承部5。通過塑料殼體半部2、3的接合，還使在內(nèi)部空腔7中的電池30、電馬達(dá)40和腳踏板支承部5分別定位在限定的位置處。借助注射成型工藝制造的塑料殼體半部2、3為此具有在其上一體成型的定位元件50，該定位元件使電馬達(dá)40、電池30和腳踏板支承部5分別保持在期望的位置處。

殼體半部的半芳香族聚酰胺在該示意性實(shí)施例中由間苯二甲胺6組成，所述間苯二甲胺6由間苯二甲胺和己二酸形成。該材料的結(jié)構(gòu)式如下：或

[-CO-(CH₂)₄-CO-NH-CH₂-(C₆H₄)-CH₂-NH-]_n。

在殼體半部2、3上，在注射成型工藝期間，在相應(yīng)的內(nèi)側(cè)上還注射成型肋和/或連接元件和/或功能元件。它們例如用作其他電動(dòng)自行車部件的容納部、例如車叉子、腳踏板支承部、駕駛員車座或車把的容納部。半芳香族聚酰胺相對(duì)于無纖維增強(qiáng)物的塑料的總質(zhì)量的重量份額在該示例性實(shí)施例中為90％。熱塑性塑料的纖維增強(qiáng)物由精細(xì)地分布在所述聚酰胺的塑料基質(zhì)中的純玻璃纖維組成。平均的纖維長度小于1mm。纖維在纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料中的重量份額在該示例性實(shí)施例中為50％。在接合之后，所述兩個(gè)殼體半部2、3材料結(jié)合地相互連接并且隨后涂覆有不透明的涂層。

在圖2中所示的橫截視圖示出在圖1中穿過塑料殼體半部2、3的剖面A-A。對(duì)于借助激光器8來實(shí)施兩個(gè)殼體半部2、3的接合過程的情形，構(gòu)成凹槽9的殼體半部3的塑料對(duì)于該激光器8是透過性的。另一方面，另一殼體半部2由對(duì)于所使用的激光器8是吸收性的材料構(gòu)成。為了實(shí)現(xiàn)激光吸收，將炭黑添加到該殼體半部2的塑料中(通過陰影線表示)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，采用激光射束焊接方法來連接兩個(gè)殼體半部，其中為了產(chǎn)生激光輻射使用例如具有波長1064nm的二極管激光器8。激光射束穿透激光透過性的殼體半部3并且激光的能量由吸收激光的第二殼體半部2在其表面上吸收。在那里塑料熔化，從而在那里在形成焊縫20的情況下形成兩個(gè)殼體半部2、3的材料結(jié)合的連接。殼體半部3還由對(duì)于人眼透明的塑料材料組成，以便能夠在光學(xué)上控制焊縫20。

圖3示出一種替代的焊接方法。在此，使用具有波長1400nm至2000nm的二極管激光器11。通過激光射束在期望的熔化區(qū)域20上的聚焦能夠在不需要吸收劑的情況下直接激發(fā)塑料的大分子。這里的殼體半部3也由對(duì)于肉眼透明的塑料材料制造。但在本發(fā)明的范圍內(nèi)通常也可行的是，兩個(gè)殼體半部借助粘合劑材料結(jié)合地相互連接。

圖4和5分別示出兩個(gè)殼體半部2、3的接合連接部的放大的區(qū)段。如此實(shí)現(xiàn)凹槽/榫舌連接的幾何形狀，使得通過榫舌10嵌入凹槽9中已經(jīng)產(chǎn)生夾緊連接，該夾緊連接已經(jīng)在激光焊接之前使兩個(gè)殼體半部2、3彼此相對(duì)地預(yù)先固定。為此，榫舌10相對(duì)于凹槽9具有略微的尺寸過量。