CN101657350A - 人体支承结构，特别是自行车鞍座结构，以及制造它的方法 - Google Patents
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Abstract
一种人体支承结构(1)，特别是自行车鞍座，包括负荷承载外壳(4)，该负荷承载外壳具有设计成朝向用户的顶侧(5)和设计成朝着自行车车架的底侧(6)。外壳(4)包括至少一个连续板元件(7)，该连续板元件(7)具有至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)，该至少一个可不同地变形的部分尤其位于用户身体的应力区域。板元件(7)由热塑性树脂基体形成，该热塑性树脂基体具有嵌入在其内的增强纤维。可不同地变形的部分(8，8′，8″)具有比外壳(4)的延伸部分的其余部分更小的厚度(S1)和局部更大的平均密度(ρ1)，所述部分(8，8′，8″)在热成形步骤中形成，其中，局部厚度减小通过压缩和通过将所述板元件(7)加热至接近热塑性基体的熔化温度的温度来进行。本发明还提供了制造这种支承结构(1)的方法。
Description
技术领域
本发明应用于运动和休闲领域，特别是涉及人体支承结构和制造它的方法。
特别是，人体支承结构可以是自行车鞍座、椅子的就座表面、人体保护装置、鞋垫、头盔、手套等。
背景介绍
已知人体支承件(特别是自行车鞍座)包括用于支承用户重量的外壳。还已知某些类型的支承件包括负荷承载外壳，该负荷承载外壳具有一个或多个可不同地变形的部分，即与外壳的其余部分相比具有更高的弹性。
这些更高弹性部分(通常位于在外壳和用户的某些敏感区域之间的接触区域中)可以利用各种方法来形成。
以相同申请人名义的EP1305203公开了一种具有权利要求1的前序部分的所有特征的自行车鞍座结构。具体地说，该鞍座包括负荷承载外壳，该负荷承载外壳由多个热成形的复合材料板元件形成，这些板元件设计成产生可不同地变形的部分。这些部分这样形成，即通过将连续的热塑性基板元件交织(interleaving)在两个或更多个热固性复合材料板元件(在这些板元件中形成有孔)之间，同时注意使得不同层一个布置在另一个之上，以便使孔匹配。
现有技术方法具有一些明显的缺陷。
首先，该方法非常难于实施，因为不同板元件的孔必须几乎完全匹配。
而且，只有通过将大量的板元件一个布置在另一个之上才能获得足够的机械强度，因此最终产品过重，且成本效益较差。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种高效率和相对有成本效益的支承结构来克服上述缺陷。
特殊目的是提供一种还具有较低重量和坚固构造的支承结构。
另一目的是提供一种制造支承结构的方法，从而能够以简单和可重复的方式来制造较轻和坚固的产品。
如后面更好地所述，这些和其它目的通过如权利要求1所述的人体支承结构来实现，该人体支承结构包括负荷承载外壳，该负荷承载外壳具有设计成朝向用户的顶侧和设计成朝着自行车车架的底侧。外壳包括至少一个预定延伸的连续板元件，该板元件具有至少一个可不同地变形的部分，所述可不同地变形的部分位于用户的应力集中区域。进一步，外壳由热塑性树脂基体形成，增强纤维嵌入在该热塑性树脂基体中。可不同地变形的部分具有比外壳的延伸部分的其余部分小的厚度和局部大的平均密度。
通过使得外壳的板元件的可不同地变形的部分具有与它的延伸部分的其余部分相比局部更小的厚度和局部更大的密度，可以使得板元件在可不同地变形的部分处具有改进的机械强度和弹性。
这样，可以提供具有可不同地变形部分的外壳，该外壳比现有技术的相同类型的外壳轻得多，并且具有相同的机械强度。
根据本发明的另一方面，提供了一种如权利要求9所述的、用于制造上述支承结构的方法，该方法包括以下步骤：提供至少一个连续板元件，该板元件由具有预定平均密度的热塑性基体形成，增强纤维嵌入在该热塑性基体中；以这样的方式成形板元件，以便限定至少一个可不同地变形的部分，该可不同地变形的部分位于用户身体的应力集中区域处。
该成形步骤包括热成形该至少一个板元件和在可不同地变形的部分处局部减小该至少一个板元件的厚度，以便局部增加所述至少一个可不同地变形的部分的平均密度，从而使得连续板元件在该部分处具有更高的弹性。
本发明的优选实施例根据从属权利要求来限定。
附图说明
通过下面对根据本发明的自行车鞍座结构和制造该自行车鞍座结构的方法的优选非限定实施例的详细说明，将更清楚本发明的其它特征和优点，这些优选非限定实施例参考附图通过非限定实例来描述，在附图中：
图1是本发明的鞍座结构的第一实施例的轴测图；
图2是图1的实施例的仰视图；
图3是图1的实施例沿平面III-III的剖视图；
图4是本发明的鞍座结构的第二实施例的轴测图；
图5是图4的实施例沿平面V-V的剖视图；
图6是本发明的方法的第一操作步骤的轴测图；
图7、8和9是本发明的方法的某些操作步骤的剖视图；
图10是图9的特定细节的放大图。
具体实施方式
参考上述附图，本发明的人体支承结构将通过作为自行车鞍座的非限定实例来介绍，方法将特别设计成用于制造该自行车鞍座。不过，应当知道，在不脱离本发明范围的情况下，本发明的人体支承结构可以以其它形式来实施，例如椅子的就座表面、人体保护装置、鞋垫、头盔、手套等，本发明范围由附属权利要求的内容来限定。
总体以标号1表示的自行车鞍座可以基本包括：支承体2，用于支承就坐的用户；以及导轨3，用于将鞍座结构1安装在活动或静止的框架，例如自行车车架(未示出，因为它自身为公知)上。
支承体2包括负荷承载外壳4，该负荷承载外壳4具有：顶侧5，该顶侧5设计成朝向用户；以及底侧6，该底侧6具有固定在它上面的导轨3，用于安装在自行车车架上。
在后面所示的非限定实例中，外壳4的两个实施例分别在图2-3和4-5中介绍和表示。在所有情况下，外壳4包括至少一个预定表面延伸的连续板元件7，该板元件7由热塑性复合材料制成，该热塑性复合材料包括热塑性树脂基体，增强纤维例如碳、玻璃、kevlar
钛、钢、nitinoldynemaHEPP(高密度工程聚丙烯，由Milliken
fibers出售)、天然纤维(黄麻、亚麻、羊毛等)或类似物嵌入在该基体中。
这里使用的术语“连续板元件”的意思是具有基本平面形延伸部分(即具有两维胜过另一维)和基本连续部分(即没有孔或类似物)的元件。
板元件7在它的整个延伸部分上具有至少一个可不同地变形的部分8，该可不同地变形的部分8位于用户身体的应力集中区域，例如在外壳的坐骨和/或前列腺和/或周边区域。
这里使用的术语“坐骨区域”等是指外壳的、设计成支承与用户的坐骨相对应的范围的区域，且术语“前列腺区域”等是指外壳的、设计成支承与用户的前列腺相对应的范围的区域。
还有，这里使用的术语“可不同地变形的部分”等的意思是指在负荷承载外壳4的表面中的这样的区域，该区域在负荷作用下具有与由具有相同表面的至少其它区域在受到相同负荷时提供的可变形性相比显著不同的可变形性。
本发明的一个特殊特征是，可不同地变形的部分8与负荷承载外壳4的表面延伸部分的其余部分相比具有局部更小的厚度S1和局部更大的密度ρ1。
通过这样的布置，与外壳4的其它区域相比，板元件7在可不同地变形的部分8处可以具有更高的弹性。
这在图3和5中很明显，图3和5显示了本发明的两个不同实施例。这些实施例包括多个可不同地变形的区域。除非另外说明，否则将只介绍一个可不同地变形的部分8，它的特征也将提供于另一可不同地变形的部分中。
图3显示了本发明的第一实施例，其中，外壳4仅由一个板元件7制成。不过应当知道，外壳4也可以由多个相同类型的板元件构成，而不脱离由附属权利要求限定的本发明的范围。该实施例包括三个可不同地变形的部分，其中由标号8，8′表示的前两个部分形成于坐骨区域，由标号8″表示的另一个部分形成于前列腺区域。
在该实施例中，可不同地变形的区域8的厚度S1小于板元件7的其它区域(例如中心区域9)的厚度S2。还有，可不同地变形的部分8的平均密度ρ1大于中心区域9的平均密度ρ2。这两个特征的组合将使得可不同地变形的部分8与中心部分9相比具有更高的可变形性，该中心部分9因此是更小弹性和可变形的。
图5显示了本发明的第二实施例，其中，外壳4由连续板元件7形成，该连续板元件7设置在两个不连续的板元件10，11之间，这两个不连续的板元件10，11具有孔12，12′和13，13′，所述孔12，12′和13，13′与可不同地变形的部分8，8′一致。
在该实施例中，可不同地变形的区域8的厚度S1小于板元件7的其它区域(例如中心区域9)的厚度S2。还有，可不同地变形的部分8的平均密度ρ1大于中心区域9的平均密度ρ2。
有利地，不连续的板元件10，11可以由与连续板元件7相同的材料形成，并可以具有与该连续板元件7不同的颜色，以便产生让人喜欢的颜色效果。
连续板元件7在可不同地变形的部分8处的平均厚度S1和它的延伸部分的其余部分的平均厚度S2之间的比率可以在从0.1至0.9的范围内，优选是大约0.7。实验测试表明，这些值保证在外壳4的机械特性和重量之间的最佳比例。
合适地，板元件7在可不同地变形的部分8处的厚度变化可以以逐步和基本连续的方式发生。这将保证负荷应力在该区域上的最佳分配。
有利地，外壳4可以通过热成形板元件7获得，而可不同地变形的部分可以通过在热成形过程中在可不同地变形的部分处减小该板元件7的厚度而形成。
该方法包括以下步骤：提供连续板元件7，该板元件7在热成形处理之前具有基本恒定的厚度S3；以及随后对该板元件进行热成形。在热成形处理过程中，在可不同地变形的部分8处减小该连续板元件的厚度，该厚度从初始厚度S3变化成厚度S1。
在这里使用的术语“提供”和它的衍生词是指制备用于相关处理步骤的相关元素，包括从简单的收集和可能的储存到热和/或化学和/或物理等的预处理的、设计成用于该相关步骤的最佳性能的任何预防处理。
合适地，在连续板元件7上的热成形和局部厚度减小步骤可以通过将该连续板元件7加热至接近热塑性基体的熔化温度的温度来进行，从而减小它的粘度。
因此，当连续板元件7被压缩时，它的厚度将局部减小，从而从厚度S3变化成S1，因此，在该处的树脂(它在热成形之前具有很高的粘度特性)将移动至其它区域。
在优选的非限定实施例中，本发明的方法通过如图6至9中所示的步骤来实施，尽管该方法只参考本发明的鞍座结构的第一实施例(如图2-3中所示)来介绍，但是应当知道，它也可应用于本发明的支承结构的其它实施例(如图4-5中所示)。
图6和7显示了将由热塑性树脂浸渍且具有初始厚度S3的、织物或无纺织物类型的连续板元件7引入到由凸形和凹形部件15，16组成的合适模具14中。凹形部件16具有空腔17，该空腔17的形状与热塑性外壳4的顶侧基本互补，而凸形部件15具有用于与该凹形部件16配合的按压部分18，以便压缩连续板元件7，从而减小它的厚度。凸形部件15具有与可不同地变形的部分8，8′一致的一对表面凸起19，19′，该对表面凸起19，19′设计成压缩连续板元件7。
如图8中所示，下一个步骤通过使凸形部件15与凹形部件16耦合来关闭模具14。因此，板元件7在它们之间被压缩。
然后，模具被加热至热塑性树脂的开始熔化温度，该热塑性树脂熔化，并因此损失它的一些粘度。凸形部件15的按压部分18将在板元件7的顶侧20压缩板元件7，而凹形部件16的空腔17的上表面21将作为用于该按压部分18的支座件。表面凸起19，19′将在可不同地变形的部分8，8′处压缩板元件7，以便使得局部厚度从S2减小至S1，且树脂移动至周围区域，如上面所述。
应当知道，为了使得板元件热成形为具有厚度S2和S1(如图3和5中所示)，在模具14的凸形部件15和凹形部件16之间的间隙22必须具有基本相对应的尺寸。类似地，为了获得上述压缩比率，间隙22在厚度减小区域处的厚度和板元件7的其余部分的厚度之间的比率将落在0.1至0.9的范围内，为大约0.7。
这时，模具14被冷却，同时保持凸形部件和凹形部件15和16在适当位置，直到树脂硬化，这样，树脂不能够流入到区域8，8′中，该区域8，8′将保持热成形厚度S1，而其它区域将保持厚度S2。
为了使得区域8，8′可以形成为如图3中所示，即由在板元件7的下表面处的凹口来限定，与凸起19，19′相对的凹形部件16的空腔17的上表面21没有任何凸起和/或凹口。
上述公开内容清楚表明本发明的支承结构和方法将实现预定目标。
在附属权利要求所述的本发明的概念中，本发明的支承结构和方法可进行多种变化或改变。它的全部元件可以由其它技术等效部件来代替，且材料可以根据不同需要来变化，而并不脱离本发明的范围。
尽管已经特别参考附图介绍了支承结构和方法，但是在说明书和权利要求中所述的标号只是用于更好地理解本发明，而并不是用于以任何方式限制所要求的保护范围。
Claims (16)
1.一种人体支承结构，例如自行车鞍座，它包括负荷承载外壳(4)，该负荷承载外壳具有设计成朝向用户的顶侧(5)和用于安装在活动或静止的框架上的底侧(6)，其中，所述外壳(4)包括至少一个预定延伸的连续板元件(7)，所述至少一个连续板元件(7)具有至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)，所述可不同地变形的部分(8，8′，8″)位于用户身体的应力集中区域，且所述至少一个连续板元件(7)由树脂基体形成，该树脂基体具有嵌入在其内的增强纤维，其特征在于：所述树脂基体为热塑性类型，所述至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)具有比外壳的延伸部分的其余部分更小的厚度(S1)和局部更大的平均密度(ρ1)，从而使得所述连续板元件(7)在所述至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)处具有更高的机械强度和弹性。
2.根据权利要求1所述的结构，其中：所述外壳(4)可通过所述板元件(7)的热成形而获得，所述至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)可通过在热成形过程中局部减小所述板元件(7)在所述区域处的厚度而获得。
3.根据权利要求1所述的结构，其中：在外壳(4)的与所述至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)相对应处的平均厚度和所述延伸部分的其余部分的厚度之间的比率落在从0.1至0.9的范围内，优选是大约0.7。
4.根据前述任何权利要求所述的结构，其中：所述板元件(7)的厚度在所述至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)处以逐步和基本连续的方式变化。
5.根据前述任何权利要求所述的结构，其中：所述外壳(4)具有多个可不同地变形的部分(8，8′，8″)，这些可不同地变形的部分(8，8′，8″)位于外壳的坐骨区域和/或前列腺区域和/或周边区域。
6.根据前述任何权利要求所述的结构，其中：所述外壳(4)包括至少一个不连续的板元件(10，11)，该不连续的板元件交叠在所述至少一个连续板元件(7)上，所述至少一个不连续的板元件(10，11)在所述至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)处具有至少一个孔(12，12′，13，13′)。
7.根据权利要求6所述的结构，其中：所述至少一个不连续的板元件(10，11)由与所述连续板元件(7)相同的材料来制造。
8.根据权利要求6所述的结构，其中：所述至少一个不连续的板元件(10，11)具有与所述连续板元件(7)不同的颜色。
9.一种用于制造如权利要求1至8中的一项或多项所述的人体支承结构例如自行车鞍座的方法，包括以下步骤：
提供至少一个连续板元件(7)，该板元件由具有预定平均密度的热塑性基体形成，该基体具有嵌入在其内的增强纤维；
成形所述板元件(7)，以便限定至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)，该可不同地变形的部分与用户身体的应力集中区域相对应；
其中，所述成形步骤包括热成形所述至少一个板元件(7)和在所述可不同地变形的部分(8，8′，8″)处局部减小所述至少一个板元件(7)的厚度，以便局部增加所述至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)的平均密度(ρ1)，从而使得所述连续板元件在这些部分处具有更高的弹性。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：局部减小所述板元件(7)的厚度的所述步骤通过压缩来进行。
11.根据前述任何权利要求所述的方法，其中：所述热成形和局部减小厚度的步骤通过将所述板元件加热至接近热塑性基体的熔化温度的温度来进行。
12.根据权利要求9至11中任意一项所述的方法，其中：所述热成形步骤通过将所述板元件(7)引入到模具(14)中来进行，该模具包括：凹形部件(16)，该凹形部件(16)具有空腔(17)，该空腔(17)的形状基本与所述热成形外壳(4)的顶侧(5)互补；以及凸形部件(15)，该凸形部件(15)具有用于与所述空腔(17)配合的按压部分(18)。
13.根据权利要求9至12中任意一项所述的方法，其中：所述凸形部件(15)具有至少一个表面凸起(19，19′)，该表面凸起设计成压缩所述板元件(7)，从而在所述至少一个可不同地变形的部分(8，8′，8″)处减小它的厚度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：所述凹形模具(16)的与所述凸形元件(15)的所述至少一个凸起(19，19′)相对的表面(21)没有任何凸起和/或凹口。
15.根据权利要求12所述的方法，其中：在所述模具(14)的所述凸形部件(15)和所述凹形部件(16)之间的间隙在所述厚度减小处的厚度与板元件(7)的其余部分的厚度之间的比率落在0.1至0.9之间的范围内，为大约0.7。
16.根据权利要求9至15中任意一项所述的方法，其中：所述板元件(7)为热塑性树脂预浸渍类型。
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