自行車曲柄臂組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自行車以及自行車曲柄臂。尤其是，本發(fā)明涉及復(fù)合自行車曲柄臂組 件。
【背景技術(shù)】
[0002] 曲柄臂是用于將踏板連接至自行車曲柄軸的部件，并用于將踏板力從踏板向鏈條 傳遞。曲柄臂應(yīng)具有高強(qiáng)度，從而防止由于來(lái)自踏板的重復(fù)負(fù)載而產(chǎn)生失效。另一方面， 曲柄臂不應(yīng)不必要地重，從而保持自行車盡可能輕。復(fù)合材料，通常已知為纖維強(qiáng)化塑料 "FRP"（例如，基于碳和其它纖維的復(fù)合材料）在這方面是有利的，為現(xiàn)代自行車曲柄的制 造提供了堅(jiān)固且輕量的構(gòu)造。然而，復(fù)合結(jié)構(gòu)通常是昂貴的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -方面，本發(fā)明提供了一種混合曲柄臂，其利用全長(zhǎng)度支撐件和復(fù)合封裝來(lái)獲得 足夠的強(qiáng)度。該支撐件裝在曲柄臂的端部之間，并且在凹部填充有較低密度的插入物。該 支撐件和插入物子組件隨后被封裝有復(fù)合材料并硬化（cured)以形成結(jié)構(gòu)上結(jié)合的組件。
[0004] 本發(fā)明的一個(gè)方面是包括支撐件的自行車曲柄臂。該支撐件包括尺寸和形狀被定 為接收踏板的第一端以及與該第一端相對(duì)的第二端。該第二端的尺寸和形狀被定為接收主 軸，一中部在該第一端和第二端之間延伸，其中該中部包括至少一個(gè)凹槽。插入物布置在凹 槽中，一外殼覆蓋所述支撐件和所述插入物，其中，該外殼由纖維強(qiáng)化復(fù)合材料制成，例如 纖維強(qiáng)化塑料。
[0005] 本發(fā)明的另一方面提供了一種自行車曲柄臂，其中該支撐件為單件結(jié)構(gòu)。該中部 可包括第一凸緣和與該第一凸緣間隔的第二凸緣，以及在該第一凸緣和第二凸緣之間延伸 的連接部。該連接部可定位在所述曲柄臂的內(nèi)側(cè)和所述曲柄臂的外側(cè)之間。該連接部可大 致均等地定位在所述曲柄臂的內(nèi)側(cè)和所述曲柄臂的外側(cè)之間。該連接部可定位為比起所述 曲柄臂的內(nèi)側(cè)更接近所述曲柄臂的外側(cè)。該外殼在所述曲柄臂的外側(cè)可更薄。該外殼在第 一端和第二端可比在所述第一端和第二端之間更薄。該支撐件可以是金屬的。該支撐件可 包括鋁材料。該支撐件可包括非金屬材料。該插入物可比所述支撐件密度低。該插入物可 具有大約與凹槽相等的容積。該插入物可具有大于凹槽的容積。該插入物可以是發(fā)泡聚合 物材料，例如聚氨酯泡沫。該插入物可以是蠟材料。該插入物可具有從大約〇.lg/cm 3至大 約0. 9g/cm3的密度。該插入物可具有大約0. 3g/cm3的密度。
[0006] 從下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的描述中，將更全面地理解本發(fā) 明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 在附圖中：
[0008] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的曲柄臂的外部視圖；
[0009] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的曲柄臂的俯視圖；
[0010] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖1的曲柄臂的一部分的分解立體圖；
[0011] 圖4是圖1的曲柄臂沿著A-A線的縱截面圖；
[0012] 圖5A-5C是沿著B-B線經(jīng)過(guò)圖1所示的橫截面的曲柄臂的多個(gè)實(shí)施方式；
[0013] 圖6是圖1的曲柄臂的橫截面圖，示出了沿著圖1的B-B線的外殼的各層的定向；
[0014] 圖7是圖1的曲柄臂的末端的局部截面圖；
[0015] 圖8是沿著類似圖1所示A-A的線的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的曲柄臂的縱截 面圖；
[0016] 圖9是圖8的曲柄臂沿著C-C線的橫截面圖；以及
[0017] 圖10是具有插入物的其他實(shí)施方式的曲柄臂的實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 在此將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，除非另有指示，在此使用的術(shù)語(yǔ)表 示傳統(tǒng)地安裝至自行車、具有自行車定向并以標(biāo)準(zhǔn)方式使用的自行車部件。
[0019] 圖1-圖4和圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的曲柄臂10。雖然示出的曲 柄臂10是非驅(qū)動(dòng)側(cè)曲柄臂，但相同的構(gòu)造可例如通過(guò)提供額外且已知的結(jié)構(gòu)來(lái)將鏈條載 體和/或鏈條安裝于其上而用于自行車的驅(qū)動(dòng)側(cè)上。
[0020] 曲柄臂10包括位于遠(yuǎn)端的第一端12和位于近端的第二端14,踏板可固定至該第 一端，該第二端以傳統(tǒng)方式將曲柄臂安裝至主軸或類似物（未示出）。在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)主 軸應(yīng)被看作是其上安裝曲柄臂的底部支架的任何類型的軸或類似軸的元件。
[0021] 圖3示出了曲柄臂10的兩個(gè)主要部件。曲柄臂10包括全長(zhǎng)度支撐件16,其是剛 性的主要內(nèi)部元件，具有形成于其中的凹部或凹槽18。插入物20(其可以是較低密度的元 件）布置在凹槽中。在該實(shí)施方式中，凹槽18形成在曲柄臂10的支撐件16的內(nèi)側(cè)22中， 即，其中內(nèi)側(cè)是當(dāng)安裝在主軸上時(shí)曲柄臂面向自行車車架的一側(cè)。本發(fā)明也考慮了相反構(gòu) 造，其中，凹槽18形成在外側(cè)23上。
[0022] 圖4、圖5A-5C和圖10示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的曲柄臂10的截面（分別是 縱截面和橫截面）。三個(gè)主要部件形成了曲柄臂10的結(jié)構(gòu)。這些部件是支撐件16、插入物 20和外殼24。
[0023] 支撐件16具有三個(gè)主要部分。第一端12包括螺紋開口 28。螺紋開口 28的尺寸 和形狀被定為接收踏板的螺紋（未示出）。與第一端12相對(duì)的第二端14的尺寸和形狀被 定為接收主軸（未示出）。例如，第二端14可包括設(shè)有花鍵32或類似物的開口，用于將曲 柄臂10固定至主軸?；ㄦI32的精確構(gòu)造取決于作為已知部件的主軸的構(gòu)造。
[0024] 在第一端12和第二端14之間延伸的是中部34,其可以是肋或梁的形式。中部34 包括第一凸緣36、第二凸緣38和連接部40,該連接部40可以是在第一凸緣和第二凸緣之 間延伸的腹板的形式。
[0025] 中部34總體上可以是"C"形。當(dāng)被安裝至自行車的主軸上時(shí)，連接部40可被定 向至曲柄臂10的外側(cè)23, 即，背向自行車車架。如果連接部40定向至曲柄臂10的外側(cè)，則 凹槽18形成在中部34的內(nèi)側(cè)22且向其開口。
[0026] 替代地，連接部40可定向至曲柄臂的內(nèi)側(cè)22。如果連接部40定向至曲柄臂10的 內(nèi)側(cè)22,則凹槽18形成在中部34的外側(cè)23且向其開口。
[0027] 在圖8和9中所示的另一個(gè)實(shí)施方式中，連接部40可總體上在中部定位，即，在內(nèi) 側(cè)22和外側(cè)23之間基本均等間隔，并且限定了內(nèi)側(cè)凹槽18A和外側(cè)凹槽18B。內(nèi)側(cè)凹槽 18A和外側(cè)凹槽18B均可包括布置在其中的相應(yīng)插入物20A、20B。在該實(shí)施方式中，外殼24 在曲柄臂10的內(nèi)側(cè)22和外側(cè)23上的厚度可以相同。
[0028] 多種材料可用于支撐件16。該支撐件16可由金屬材料形成且使用例如鍛造或鑄 造的方法制造。鋁及其合金由于低重量和高強(qiáng)度是特別好的選擇。在例如由鋁合金形成支 撐件16的實(shí)施方式中，第一端12、第二端14和中部34形成為單件，即單件構(gòu)造。支撐件 16的其它合適的材料包括鋼、鈦、鈧、鈹、鎂和其它類似的合適材料、合金及其組合。
[0029] 支撐件16的中部34可由短切纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，通過(guò)任何適于所期望材料的工 藝制成，例如團(tuán)狀模塑料（BMC)或片狀模塑料（SMC)。在該實(shí)施方式中，第一端12和第二 端14可以是獨(dú)立金屬插入物，其結(jié)合至和/或機(jī)械互鎖于復(fù)合中部34或由纖維強(qiáng)化復(fù)合 材料或塑料材料制成，如本領(lǐng)域已知的。
[0030] 支撐件16可以被設(shè)計(jì)為使得通過(guò)其自身不能在結(jié)構(gòu)上支持施加至典型曲柄臂的 負(fù)載，從而最小化支撐件的重量。比起更傳統(tǒng)的復(fù)合曲柄構(gòu)造，支撐件16允許較少的復(fù)合 材料用于外殼24中，這降低了制造本發(fā)明的曲柄臂10的整體成本。
[0031] 在第一端12和第二端14之間的支撐件16 (即中部34)在一個(gè)實(shí)施方式中可以形 成為"C"形，且其壁厚可小于大約三（3)毫米以最小化重量。圖5A-5C中示出了 "C"形支 撐件16。
[0032] 中部34的連接部40的壁厚可以是大約1. 5-2毫米，并且上、下凸緣36、38例如可 大于大約1. 5毫米，至大約3毫米。應(yīng)理解的是，不同部分的精確厚度將至少部分取決于用 于該部分的材料和制造工藝。在一個(gè)示例中，支撐件16可被鍛造且進(jìn)一步機(jī)加工為比當(dāng)前 鍛造工藝允許的更薄的壁厚。支撐件16和結(jié)合的復(fù)合外殼24的組合的尺寸和形狀被定為 產(chǎn)生封閉部分，該封閉部分將承受使用中出現(xiàn)的負(fù)載。
[0033] 插入物20在以上圖5A所示