專利名稱：用復(fù)合材料制造輪緣加強(qiáng)材的方法
用復(fù)合材料制造輪緣加強(qiáng)材的方法本發(fā)明涉及制造復(fù)合材料輪緣，該輪緣包括以矩陣嵌入的加強(qiáng)紗。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料輪緣尤其用于自行車，它能明顯地減輕重量，同時(shí)還能提供相對(duì)于車輪所承受的力來說足夠的機(jī)械強(qiáng)度。但是，輪緣通常的環(huán)形形狀的彎曲橫截面使得由復(fù)合材料來制造它們顯得非常復(fù)雜，這是因?yàn)榄h(huán)形形狀的輪緣的主壁與可被開發(fā)的表面不對(duì)應(yīng)，即不構(gòu)成直紋面。在已知的方案中，抵靠環(huán)形模具施加纖維條，同時(shí)要使纖維所經(jīng)受的折疊最小化以緊密地配合到所要施加在其上的形狀。該纖維隨后用樹脂浸 潰以嵌入組成纖維的紗，且由此一旦樹脂完成聚合，則形成剛性整體，該剛性整體呈現(xiàn)所要求的機(jī)械強(qiáng)度。纖維可以等同地是在被施加到環(huán)形模具之前預(yù)浸潰樹脂的類型。這些方案具有要求大量纖維，由此使輪緣的重量不利，同時(shí)還必須要通過高素質(zhì)的操作者手動(dòng)實(shí)施該方法的缺點(diǎn)。發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提出能夠解決上述缺點(diǎn)的方案。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提供了一種包括以矩陣嵌入的紗的復(fù)合材料輪緣結(jié)構(gòu)的制造方法，所述方法包括以下操作 提供模具，所述模具具有帶有外圓形溝槽的旋轉(zhuǎn)本體形狀和沿所述溝槽的每側(cè)均勻分布的紗偏轉(zhuǎn)件)，每個(gè)偏轉(zhuǎn)件(9，11，22，23)可垂直于所述溝槽移動(dòng)并承受將所述偏轉(zhuǎn)件遠(yuǎn)離所述溝槽移動(dòng)的返回裝置； 將Z字形紗以跨越所述溝槽的型式纏繞在所述偏轉(zhuǎn)件上； 在由所述Z字形紗形成的所述型式上方成圓形地纏繞紗，以便將所述Z字形型式的中心區(qū)域帶到所述溝槽的底部以形成對(duì)應(yīng)于所述溝槽的底部的所述輪緣的中心壁； 將芯體接合在所述溝槽中，由此至少部分地填充所述溝槽；以及 在所述溝槽與所述芯體之間注射矩陣成型材料，以便將所述紗嵌入所述材料。通過該方案，形成輪緣結(jié)構(gòu)的紗可沿相對(duì)于輪緣的軸線傾斜(例如以45度)的平面延伸，同時(shí)通過紗纏繞在其上的返回裝置仍被施加預(yù)應(yīng)力。這樣提供了一種同時(shí)具備高機(jī)械強(qiáng)度和低重量的輪緣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供了一種如上所定義的方法，包括在接合所述芯體之后，在注射矩陣成型材料之前，將其它Z字形紗以跨越所述溝槽的另一 Z字形型式纏繞在其它偏轉(zhuǎn)件上的操作，以及在所述Z字形型式上成圓形地纏繞其它紗，從而將所述其它紗型式的中心區(qū)域帶到芯體的外表面上以形成輪緣底壁的操作。通過該方案，輪緣可具有梯形箱型橫截面，由此提高其機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明還提供一種如上所定義的方法，包括在纏繞其它紗之后，在注射矩陣成型材料之前，將內(nèi)插入件組抵靠所述輪緣底壁安裝在溝槽內(nèi)的操作，將所述Z字形紗壓靠所述內(nèi)插入件組的側(cè)表面的步驟，以及安裝外插入件的操作，所述外插入件保持壓靠?jī)?nèi)插入件組側(cè)面的Z字形紗。由此，輪緣可具有適于安裝常規(guī)輪胎的鉤加強(qiáng)筋橫截面，即其具有在每個(gè)輪緣邊緣上周向延伸的加強(qiáng)紗。本發(fā)明還提供一種用于實(shí)施如上所定義的方法的模具，所述模具包括旋轉(zhuǎn)本體，所述旋轉(zhuǎn)本體具有可在垂直于模具的旋轉(zhuǎn)軸線的平面處分離的至少兩個(gè)部分。本發(fā)明還提供一種如上所定義的模具，包括承受共同的返回裝置多個(gè)偏轉(zhuǎn)件，所述返回裝置將所述偏置件遠(yuǎn)離所述溝槽推壓。


圖I是示出了模具的一部分和跨越模具中的溝槽的第一 Z字形紗的立體圖；圖2是示出了模具的一半和跨越模具溝槽的第一 Z字形紗的立體圖；圖3是示出了模具的一部分和第一圓形紗的立體圖，該第一圓形紗將第一 Z字形紗的中心區(qū)域向下帶到溝槽的底部以形成輪緣的中心壁；圖4是示出了模具的一半和第一圓形紗的立體圖，該第一圓形紗將第一 Z字形紗的中心區(qū)域向下帶到溝槽的底部以形成輪緣的中心壁；圖5是示出了模具和第一 Z字形紗的剖視圖；圖6是示出了具有第一 Z字形紗和第一圓形紗的模具的剖視圖；圖7是示出了具有第一 Z字形紗和第一圓形紗，以及接合在溝槽內(nèi)的輪緣的芯體的模具的剖視圖；圖8是示出了具有第一 Z字形紗和第一圓形紗，以及芯體和第二 Z字形紗的模具首丨J視圖;圖9是示出了具有第一和第二 Z字形紗、以及芯體和第一和第二圓形紗的模具剖視圖；圖10是示出了具有第一和第二 Z字形紗、以及芯體和內(nèi)插入件的模具剖視圖；以及圖11是示出了具有第一和第二圓形紗以及第一和第二 Z字形紗、以及芯體和內(nèi)插入件和外插入件的模具剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖I和2中示出的是附圖標(biāo)記為I的用于本發(fā)明的方法的模具，該模具包括模具本體，該模具本體繞軸線AX旋轉(zhuǎn)、具有大致圓柱形外表面2的本體形狀，圓柱形外表面2形成在背向所述外表面2徑向凸出的兩個(gè)邊緣3和4之間。在其中心區(qū)域，外表面2包括具有大致梯形截面的圓形溝槽6。模具I由兩個(gè)部分組成，圖2中可看到每個(gè)部分的一半，它們由附圖標(biāo)記7和8標(biāo)示，圖2示意性地示出了在包含其旋轉(zhuǎn)軸線AX的平面Pl上剖切的模具的整個(gè)半個(gè)。組成模具的兩個(gè)部分位于垂直于旋轉(zhuǎn)軸線AX的平面P2的任一側(cè)上，圖中示出的實(shí)施例中的該第二平面P2是模具I的對(duì)稱平面并將模具的溝槽6分成兩個(gè)對(duì)稱部分。
模具I的這兩個(gè)部分以構(gòu)成呈單件旋轉(zhuǎn)本體的形狀的模具本體的方式互相接合，可能包括用于將兩個(gè)部分固定在一起的緊固件(未示出)。該接合設(shè)計(jì)成使得兩部分7和8能夠通過沿軸線AX彼此遠(yuǎn)離移動(dòng)來分離。模具I具有第一紗偏轉(zhuǎn)件，這些偏轉(zhuǎn)件由附圖標(biāo)記9和11標(biāo)示并位于模具的圓柱表面2上，并被布置成分別位于溝槽6的相對(duì)側(cè)上的成對(duì)件并面向彼此。它們組成沿溝槽6的邊緣規(guī)則分布的偏轉(zhuǎn)件系列9，以及沿溝槽6的另一邊緣分布規(guī)則分布的偏轉(zhuǎn)件系列11。如可從圖I和圖2看到的，每個(gè)偏轉(zhuǎn)件9包括與彈簧R9關(guān)聯(lián)的栓P9。每個(gè)栓P9以垂直于圓柱表面2的方向定向，并可沿垂直于溝槽6的方向在所述表面2上移動(dòng)。每個(gè)螺旋彈簧R9具有固定到栓P9的一端和固定到模具本體的邊緣3的另一端。
每個(gè)栓P9可安裝成沿垂直于溝槽6定向的直槽(未示出)滑動(dòng)，如用于使栓遠(yuǎn)離溝槽6的彈簧R9 —樣。以類似的方式，每個(gè)偏轉(zhuǎn)件11包括與彈簧RlI關(guān)聯(lián)的栓Pl I，該彈簧Rl I將所述栓Pll連接到邊緣4以傾向連續(xù)地將栓Pll遠(yuǎn)離中心溝槽6移動(dòng)。在一變型中，每個(gè)偏轉(zhuǎn)件9、11可僅由螺旋彈簧R9、Rl I構(gòu)成，螺旋彈簧R9、Rl I的一端固定到模具本體I的相應(yīng)邊緣3、4，而另一端設(shè)有圈或環(huán)A9、A11,如圖6至11所示。在任意一種方式中，偏轉(zhuǎn)件9和11用于偏轉(zhuǎn)形成輪緣的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合材料加強(qiáng)紗，所述紗按需要圍繞栓P9、Pll穿過或穿過環(huán)A9、All。術(shù)語“紗”用于表示形成粗紗或帶的一組碳絲，每個(gè)粗紗具有例如1000碳絲，每根碳絲具有10微米的直徑，這樣的粗紗具有約I毫米的直徑。如圖I至3所示，附圖標(biāo)記12的一個(gè)或多個(gè)第一 Z字形紗，首先圍繞偏轉(zhuǎn)件9以從而構(gòu)成跨越溝槽6的大致Z字形型式13的方式交替纏繞并然后圍繞位于溝槽6的另一側(cè)上的偏轉(zhuǎn)件11交替纏繞。Z字形型式可通過圍繞每個(gè)偏轉(zhuǎn)件纏繞的單根紗構(gòu)成，或也可通過多根不同的紗構(gòu)成，多根紗中的每根然后圍繞多個(gè)偏轉(zhuǎn)件纏繞?！┑谝?Z字形紗12已經(jīng)圍繞模具I纏繞，它們就圍繞溝槽6的整個(gè)周界跨越溝槽6。然后，圍繞模具I成圓形地纏繞第一圓形紗14從而覆蓋疊加溝槽6并圍繞模具I的整個(gè)周界的Z字形型式13的中心部分。第一圓形紗14的纏繞夾緊Z字形型式13的整個(gè)中心區(qū)域，將其朝向溝槽6的底部16推壓，直到整個(gè)組件抵靠溝槽6的底部。一旦已經(jīng)完全纏繞第一圓形紗14,它們一起構(gòu)成帶17,帶17通過Z字形型式13的紗的中心區(qū)域部分抵靠溝槽16的底部。如圖3、4和6所示，可在纏繞第一圓形紗14的作用下將Z字形紗型式13的中心區(qū)域向下帶到溝槽16的底部，因?yàn)槠D(zhuǎn)件9、11通過由彈簧R9和Rll構(gòu)成的彈性返回裝置保持。在該操作中，Z字形型式13的中心部分向下移動(dòng)進(jìn)入溝槽6，抵抗彈簧R9和Rll拉栓P9和Pll或環(huán)A9和Al I。因此，一旦第一圓形紗14已經(jīng)完成纏繞，栓P9和Pll或環(huán)A9和All接近溝槽6的邊緣，如在圖6等的剖視圖中可清楚看到的。彈簧R9和Rll首先用于使得型式13的中心部分降低抵靠溝槽6的底部，同時(shí)還在機(jī)械張力下保持第一 Z字形紗12。一旦結(jié)束第一圓形紗14的纏繞，芯體18就在各種紗12和14上方接合在溝槽6中，由此使得所示紗壓靠溝槽6的側(cè)壁19和21，如圖7所示。芯體18是環(huán)形本體，呈現(xiàn)類似于溝槽橫截面但具有更小高度和更小寬度的梯形橫截面。其可由泡沫制成，或其可呈填充有空氣的可膨脹環(huán)形管的形狀。不考慮其如何制造，且如可從圖中看到的，芯體18接合在溝槽中從而在溝槽的一部分高度上填充溝槽。一旦完成該操作，第二紗就以Z字形纏繞在附圖標(biāo)記為22和23的第二偏轉(zhuǎn)件上，第二偏轉(zhuǎn)件22和23具有與第一所述的構(gòu)件9和11相同的類型，并以類似的方式布置。因此，每個(gè)偏轉(zhuǎn)件22包括環(huán)A22，Z字形紗穿過該環(huán)接合，且所述環(huán)22與回復(fù)彈簧R22關(guān)聯(lián)，該回復(fù)彈簧R22 —端固定到環(huán)，而另一端 固定到邊緣3。以類似方式，面向偏轉(zhuǎn)件22放置的每個(gè)偏轉(zhuǎn)件23包括環(huán)A23和回復(fù)彈簧R23，回復(fù)彈簧R23將環(huán)A23朝向邊緣4推壓，彈簧R23兩端中的一端固定到邊緣4。因此，偏轉(zhuǎn)件22成系列布置，沿溝槽6的邊緣規(guī)則地分布，而其它偏轉(zhuǎn)件23以另一系列布置，沿另一溝槽6的另一邊緣規(guī)則分布。第二偏轉(zhuǎn)件22和23可位于第一偏轉(zhuǎn)件9和11的上方，如圖5_11所示。但是還可將第二偏轉(zhuǎn)件插入每個(gè)第一偏轉(zhuǎn)件系列的兩個(gè)連續(xù)第一偏轉(zhuǎn)件9之間。類似第一 Z字形紗12，這些第二 Z字形紗24通過穿過它們的環(huán)A22和A23而被纏繞在偏轉(zhuǎn)件22和23上，從而形成跨越圍繞模具I的整個(gè)周界的溝槽6的Z字形型式。該Z字形型式可再次由經(jīng)由纏繞每個(gè)偏轉(zhuǎn)件的單根紗構(gòu)成，或由多根不同的紗構(gòu)成，每根紗纏繞多個(gè)偏轉(zhuǎn)件。一旦完成這些第二 Z字形紗(相應(yīng)于圖8)，第二圓形紗26圍繞模具在由第二 Z字形紗24形成的型式的中心區(qū)域上，即在溝槽6上方纏繞。纏繞這兩個(gè)圓形紗26的作用是抵抗彈簧R22和R23將第二 Z字形紗24移動(dòng)抵靠芯體18的圓柱形外表面27，由此使環(huán)A22和A23更靠近中心溝槽6移動(dòng)。相應(yīng)于圖9的該情形中，第二 Z字形紗通過彈簧R22和R23在張力下保持。此時(shí)，第一和第二 Z字形紗以及第一和第二圓形紗都在張力下保持，同時(shí)以賦予輪緣一包含芯體的梯形形狀的橫截面的方式布置，從而形成環(huán)形箱形梁。就是這個(gè)橫截面賦予輪緣巨大的第二面矩，即增加的機(jī)械強(qiáng)度，且其通過連接到兩個(gè)截頭圓錐側(cè)緣29和30以及將兩個(gè)側(cè)緣29和30連接在一起的輪緣底壁31形成。如可在圖中看到的，兩個(gè)截頭圓錐側(cè)緣29和31背向輪緣底壁31徑向凸出，從而將所要安裝到輪緣上的輪胎或內(nèi)管保持在位。輪緣的中心壁28相應(yīng)于溝槽6的底壁16，輪緣的側(cè)緣29和30相應(yīng)于溝槽6的側(cè)壁19和21，且輪緣31的底壁由第二 Z字形紗和纏繞在芯體18的外表面上的第二圓形紗構(gòu)成。然后將每個(gè)具有T形橫截面的一組內(nèi)插入件32抵靠輪緣底壁31接合，如圖10所示。該實(shí)施例中，該內(nèi)插入件組32由相應(yīng)于字母T的豎線的中心插入件部分33，和相應(yīng)于字母T的橫線的兩端的兩個(gè)側(cè)插入件34和36組成。該組內(nèi)插入件32可相應(yīng)于圍繞溝槽6的整個(gè)周界一個(gè)接一個(gè)抵靠輪緣底壁31接合的相對(duì)大量的部件的布置。如可從圖中看到的，在其形成的字母T的橫線處，內(nèi)插入件組32具有相應(yīng)于背向底壁31徑向凸出的側(cè)緣29和30部分的內(nèi)表面之間的距離的寬度。
然后，由第一和第二 Z字形紗12和24構(gòu)成的組件在偏轉(zhuǎn)件處剪切并抵靠?jī)?nèi)插入件組32的側(cè)面折疊。然后，將另外的外插入件37、38放入位置以使該組紗保持壓靠?jī)?nèi)插入件組32的側(cè)面，由此可賦予徑向凸出的側(cè)緣29和30的端部以標(biāo)記為39和41的L形鉤。該情形中，第一和第二 Z字形紗以及第一和第二圓形紗持續(xù)承受相對(duì)高水平的機(jī)械張力，因?yàn)樗鼈兌急绘i在溝槽6與芯體18以及所有的插入件32、37和38之間。然后，可在壓力下將該矩陣成型材料(即樹脂)注入溝槽6與芯體18以及所有的插入件32、37、和38之間，從而使紗嵌入并構(gòu)成剛性且被施加預(yù)應(yīng)力的整體。如可看到的，本發(fā)明使得能夠制 造復(fù)合材料輪緣，其中紗是被施加預(yù)應(yīng)力的，由此以減小的重量給予增加的機(jī)械強(qiáng)度。該方案使得可制造具有相對(duì)復(fù)雜形狀橫截面的輪緣，諸如相應(yīng)于圖11的輪緣的鉤加強(qiáng)筋。假如該方案使用具有毫米量級(jí)直徑的紗或粗紗，適當(dāng)?shù)脑挘芍圃炱渲兄鞅诖蚩椎妮喚壗Y(jié)構(gòu)，即，其中矩陣圍繞紗而不需在兩個(gè)連續(xù)紗之間設(shè)置連續(xù)接合。圖中所示實(shí)施例中，每個(gè)偏轉(zhuǎn)件自身包括彈簧。但是，還可將每系列中的某些或全部偏轉(zhuǎn)件安裝在共同的滑軌上，該滑軌本身承受一個(gè)或多個(gè)返回裝置。此外，在圖中所示實(shí)施例中以彈簧構(gòu)成的返回裝置還可呈位置和/或機(jī)械張力受控制的可移動(dòng)裝置形狀。給定實(shí)現(xiàn)所要求機(jī)械強(qiáng)度所需的紗密度，作為整體布置在模具上方的回復(fù)件的數(shù)量可在200至500范圍內(nèi)，于是可有利地通過機(jī)器人自動(dòng)地進(jìn)行紗的纏繞。
權(quán)利要求
1.一種包括以矩陣嵌入的紗(12，14，24，26)的復(fù)合材料輪緣結(jié)構(gòu)的制造方法，所述方法包括以下操作 提供模具(1)，所述模具(1)具有帶有外圓形溝槽(6)的旋轉(zhuǎn)本體形狀和沿所述溝槽(6)的每側(cè)均勻分布的紗偏轉(zhuǎn)件(9，11，22，23)，每個(gè)偏轉(zhuǎn)件(9，11，22，23)可垂直于所述溝槽(6)移動(dòng)并承受使所述偏轉(zhuǎn)件遠(yuǎn)離所述溝槽(6)移動(dòng)的返回裝置(R9，R11)； 將Z字形紗(12)以跨越所述溝槽￠)的型式纏繞在所述偏轉(zhuǎn)件(9，11，22，23)上； 在由所述Z字形紗(12)形成的所述型式(13)上方成圓形地纏繞紗(14)，以便將所述Z字形型式(13)的中心區(qū)域帶到所述溝槽(6)的底部(16)以形成對(duì)應(yīng)于所述溝槽(16)的底部的所述輪緣的中心壁(28)； 將芯體(18)接合在所述溝槽￠)中，由此至少部分地填充所述溝槽￠);以及 在所述溝槽(6)與所述芯體(18)之間注射矩陣成型材料，以便將所述紗(12，14，24，26)嵌入所述材料。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，包括在接合所述芯體(18)之后，在注射矩陣成型材料之前，將其它Z字形紗(24)以跨越所述溝槽￠)的另一 Z字形型式纏繞在其它偏轉(zhuǎn)件(22，23)上的操作，以及在所述Z字形型式上成圓形地纏繞其它紗(26)，從而將所述其它紗型式(24)的中心區(qū)域帶到芯體(18)的外表面上以形成輪緣底壁(31)的操作。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括在纏繞所述其它紗(24，26)之后，在注射矩陣成型材料之前，將內(nèi)插入件組(32)抵靠所述輪緣底壁(31)安裝在溝槽￠)內(nèi)的操作，將所述Z字形紗(12，24)壓靠所述內(nèi)插入件組(32)的側(cè)表面的步驟，以及安裝外插入件的操作，所述外插入件保持壓靠?jī)?nèi)插入件組(32)側(cè)面的Z字形紗(12，24)。
4.一種用于實(shí)施如任何前述權(quán)利要求所述的方法的模具(I)，所述模具包括具有至少兩個(gè)部分(7，8)的旋轉(zhuǎn)本體，所述至少兩個(gè)部分(7，8)可在垂直于所述模具的旋轉(zhuǎn)軸線(AX)的平面(P2)處分離。
5.如權(quán)利要求4所述的模具(I)，其特征在于，包括承受共同返回裝置的多個(gè)偏轉(zhuǎn)件，所述共同返回裝置將所述偏轉(zhuǎn)件遠(yuǎn)離溝槽(6)推壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用復(fù)合材料制造輪緣的方法，包括以下操作提供模具(1)，所述模具(1)具有外圓形溝槽(6)和在所述溝槽(6)的任一側(cè)上的紗返回件(9，11)，并包括使紗與溝槽(6)分離的返回裝置(R9，R11)；將紗纏繞在紗返回件(9，11)上以形成Z字形型式(12)；在Z字形型式(12)上成圓形地纏繞紗(14)，以便將型式(13)的中心區(qū)域推壓到所述溝槽(6)的底部以形成輪緣的中心壁；將芯體插入到溝槽(6)中，由此至少部分地填充溝槽(6)；通過在壓力下注射將模成型材料引入所述溝槽(6)與芯體之間。
文檔編號(hào)B60B5/02GK102802923SQ201080026182
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
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