复合纤维自行车车轮制造技术

碳纤维自行车车轮由零件形成，所述零件切割自碳纤维布，然后粘合在一起以形成轮辋、侧壁、轮辐、凸缘以及该凸缘安装在其上的中心管道。接着将所述零件组装、粘合在一起并且固化以形成车轮。在组装过程中，通过在组装之后在中心管道上向外移动凸缘使轮辐和车轮处于张紧状态，并且接着将其粘合就位以加固和强化车轮。后部车轮的驱动侧的轮辐特别地被成形为吸收由于踩踏而产生的扭矩传递力。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】碳纤维自行车车轮由零件形成，所述零件切割自碳纤维布，然后粘合在一起以形成轮辋、侧壁、轮辐、凸缘以及该凸缘安装在其上的中心管道。接着将所述零件组装、粘合在一起并且固化以形成车轮。在组装过程中，通过在组装之后在中心管道上向外移动凸缘使轮辐和车轮处于张紧状态，并且接着将其粘合就位以加固和强化车轮。后部车轮的驱动侧的轮辐特别地被成形为吸收由于踩踏而产生的扭矩传递力。【专利说明】复合纤维自行车车轮相关申请的交叉引用本申请要求2009年5月26日提交的美国临时申请N0.61/216，977的优先权，该申请的全部内容通过引用的方式结合到本文中。
技术介绍
复合材料自行车车轮是已知的，但是这种车轮通常通过将车轮模制成单件制成，或者通过模制车轮的零件，然后机械地组装模制的零件以形成车轮。两件式车轮是已知的，其中每个半部都包括轮辋、轮辐和轮毂，两个半部粘合在一起。由复合材料部分和金属部分形成的车轮也是已知的。具有由复合纤维线组形成的轮辐的车轮是已知的。在多数情况下，复合材料车轮的轮辐具有较大的直径，而在一些情况下，车轮的整个中心部分形成为单件。所有已知的用于形成复合材料车轮的方法都是复杂和高成本的，并且所生产的车轮比根据本专利技术制造的车轮更重。
技术实现思路
提供本概述来介绍(以简单的形式)在下文的【具体实施方式】中进一步进行描述的理念的选择。本概述既不期望界定要求保护的主题的关键特征，也不期望被用于帮助确定要求保护的主题的范围。鉴于制造已知的复合材料自行车车轮中的困难、其生产成本及其重量，本申请的专利技术人设计出一种用于制造新颖的碳纤维自行车车轮的改进的方法。该方法经济地制造出相比已知的车轮更轻并且空气动力学性能更好的碳纤维自行车车轮，同时还是牢固并且耐用的。根据本专利技术的一个实施例，车轮的所有零件都由碳纤维形成。包括轮辋、侧壁、轮辐、轮辐附连至其上的中心凸缘，以及凸缘安装在其上的中心管道的自行车车轮的各个零件都由从碳纤维布或带切割的片材形成。将切割的片材放置在一起并固化以形成车轮的各个零件，然后以选定的顺序将零件粘合在一起并固化以形成车轮。通过向外滑动安装在中心管道上的凸缘并接着将其粘合就位来向轮辐增加张力。轮辐张力的增加使车轮得到加固和强化。由简单的形状形成车轮的所有零件消除了对现有技术中使用的复杂并且高成本的模制技术的需要。此外，本过程允许零件中的每一个形成为使得使用过程中车轮中的零件遭遇的力都由纵向地对齐的碳纤维承受。因此，碳纤维的抗拉强度用于对抗车轮在使用过程中经受的载荷。上述过程允许制造多种轮辋和侧壁并且以独特的组合将其连接，以制造不同的车轮来满足各种尺寸和性能水平的骑车人的需要。因此，可以利用相同的加工来制造各种刚度、重量和耐用性的车轮。【专利附图】【附图说明】通过参考结合附图的以下详细描述，将更容易并更好地理解本专利技术的前述方面和许多伴随的优势，其中:图1是根据本专利技术制成的前部自行车车轮的透视图；图2是图1的实施例的侧视图；图3是图1的自行车车轮的分解视图；图4是图1的自行车车轮的侧壁的透视图，其中示出轮辐向侧壁上的安装；图5是图4的侧壁的剖视图，其中示出轮辐向侧壁上的粘合；图6是叠置以形成侧壁的多块碳纤维布的分解视图。图7是根据本专利技术制成的自行车车轮的轮辋的横截面图；图8是根据本专利技术制成的后部自行车车轮的右侧透视图；图9是图8的自行车车轮的左侧透视图；图10是图8的自行车车轮的右侧正视图；图11是图8的自行车车轮的右侧分解视图；图12是图8的自行车车轮的左侧分解视图；图13是图8的后部自行车车轮的右侧的轮辐的分解视图，其中示出轮辐粘合在一起的方式；图14是沿图10的线14-14截取的剖视图；图15A是图14的自行车车轮的轮毂部的放大的视图，其中示出左侧凸缘处于其初始位置；以及图15B是图14的轮毂的放大的透视图，其中示出左侧凸缘向外移动以张紧车轮的轮辐。【具体实施方式】根据本专利技术的第一实施例，图1中示出了根据本专利技术制成的碳纤维前部自行车车轮10。应当理解，本文所公开的前部自行车车轮和后部自行车车轮具有相同的基本设计一由简单形状的碳纤维部件制成的粘合结构。但是，将对涉及后部车轮需要处理由踩踏产生的扭力的一些区别进行讨论。参考图1至图3，将看到自行车车轮10由多个独立的零件形成，多个独立的零件包括轮辋12、右侧侧壁14和左侧侧壁16、轮辐18、轮辐的向内端部粘合至其上的凸缘20，以及中心管道22。这些独立的零件中的每一个均由从碳纤维布切割的片材形成。在一些情况下，也使用多片单向碳纤维带，如何选择取决于零件的形状以及避免浪费昂贵的碳纤维材料。例如，轮辐可以从单向碳纤维带切割，但是应当理解，可替代地，轮辐可以从编织碳纤维布切割。在一些情况下，零件可以由布和单向带的组合物制成，适当的材料的选择在形成碳纤维零件的领域内的普通技术人员的能力范围内，并且这些普通技术人员因此明白碳纤维的较大的抗拉强度。参考图6，公开了一种形成侧壁的方法，该方法包括连接碳纤维布的弧形段。为了加强车轮，从碳纤维布切割弧形段，使得最大数目的碳纤维在完全的端到端的方向上延伸。与各个弧的中心相切的那些纤维形成锁定各个弧形段的筋(tendons)，以防止各个弧形段在使用过程中由弧形形状挠曲成矩形形状。因此，碳纤维的这种布置提高了车轮的负荷承载能力。如图6所示，碳纤维布的六个弧形段24以重叠关系连接并粘合，从而形成圆形侧壁16。弧形段24中的每一个均与邻近的段重叠，以提供较大的粘合区域26用于布置环氧树脂或其它适当的粘合材料。已经证实，将各个段重叠大约一英寸会产生段之间的牢固粘合并且还为轮辐18提供牢固的安装区域。在优选的形式中，连接并粘合的段在由热膨胀橡胶和真空提供的机械压缩和压力的传统工具中进行固化。已经证实，由两层段24形成侧壁提供了牢固和耐用的侧壁。优选地，段的第二层从第一段旋转(clocked)大约30°，使得覆盖接头不会布置在另一个覆盖接头的顶部上，以防止侧壁上的过度增厚的段。也已证实，弧形段的第二层不需要重叠与如上所述的第一层的段那么大的量。重叠接头26为轮辐18的外端部提供牢固的安装点。在侧壁的粘合以及固化之后，在连接至轮辋12之前对其边缘进行修整和磨光。应当理解，与在其它碳复合材料车轮上建立的侧壁不同，本专利技术的侧壁是载荷承载、张紧的结构。通过减小轮福连接至侧壁处的峰值应力，上述结构带来了更高效、更高性能的结构。在一些实施例中，侧壁可以具有专用的制动表面，该专用的制动表面具有例如为点覆盖的磨损指示器。当已磨损时，可以应用新的制动表面。参考图7，轮辋12由编织碳纤维布和单向带的叠合的片材形成，在优选实施例中，编织碳纤维布和单向带包绕木芯28。木芯28不是结构元件，而是用作间隔件，由于木材相比碳纤维具有较低的密度，因此使得车轮制造得更轻。轮辋是通过将叠合的片材放置在钢制模具中并且接着在加热和加压条件下以传统方式将其固化形成的。所形成的轮辋通过由磨料打磨器和锯修整来再次进行磨光。轮辋的外表面形成适于容置传统的橡胶轮胎的通道30的形状。开口 32 (图4)设置成容置从轮胎穿过轮辋延伸的向内导向的气阀，通过该气阀向轮胎充气。可以使用由一包单向带组装并绑缚的编织碳纤维布的矩形和盘形成凸缘20(图3)，使得碳纤维定向成许多沿径向方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维自行车车轮，包括：轮辋，所述轮辋具有中心管道以及第一侧和第二侧；第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁粘合至所述轮辋的所述第一侧和所述第二侧上；多个扁平轮辐，所述多个扁平轮辐粘合至所述侧壁中的每一个上并且朝向第一凸缘和第二凸缘向内延伸，所述凸缘彼此横向地隔开；所述第一凸缘和所述第二凸缘具有径向地向外延伸的至少一个部分，所述轮辐粘合至所述至少一个部分上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马克斯·基斯马顿，埃里克·耶特贝里，卡尔·G·卢比瑟，
申请(专利权)人：迈德纤维有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US