CN102950964A

CN102950964A - 具有一体的抗冲击结构的自行车轮圈

Info

Publication number: CN102950964A
Application number: CN2012102948508A
Authority: CN
Inventors: J·波特内尔; 迈克尔·霍尔; D·莫尔斯
Original assignee: SRAM LLC
Current assignee: SRAM LLC
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: EP2559566A2; EP2559566A3; TW201318888A; CN102950964B; US20130043717A1; TWI571394B; DE102012016261A1

Abstract

本发明涉及具有一体的抗冲击结构的自行车轮圈。提供一种用于自行车的FRP轮圈，其包括径向外胎接合部和径向内辐条接合部。第一侧壁与第二侧壁处于隔开构造。所述第一侧壁和所述第二侧壁在所述径向外胎接合部和所述径向内辐条接合部之间延伸，并且一个或多个一体的缓冲器定位在所述径向外胎接合部的最外径向延伸部或峰部上。

Description

具有一体的抗冲击结构的自行车轮圈

技术领域

本发明涉及自行车轮圈，并且更具体地，涉及具有一体的抗冲击结构的自行车轮圈以及制造该自行车轮圈的方法。

背景技术

自行车轮圈由各种材料制成。例如，轮圈历史上由木材、金属（例如钢和铝合金）制成，并且新近由复合材料（如碳纤维增强材料等）制成。经常，复合轮圈材料一般称为纤维增强塑料或纤维增强聚合物（FRP）。

大多数自行车轮圈分为两组，这两组根据轮胎设计用途来分类轮胎类型。一种普通类型的轮圈称为夹钳轮圈，该夹钳轮圈与夹钳式轮胎或无内胎轮胎一起使用。夹钳式轮胎和无内胎轮胎通常具有金属丝或芳香族聚酰胺（Kevlar）纤维胎圈，该纤维胎圈与轮圈中的侧壁凸缘互锁。由轮圈部分封闭并且由轮胎部分封闭的单独的气密内胎支撑轮胎外胎并且维持胎圈与凸缘的锁定连接。如果轮圈的供内胎装配的内部具有辐条孔，那么这些辐条孔必须由衬带（通常为橡胶、布或强韧塑料）覆盖，以保护内胎不受辐条的端部和辐条孔的边缘影响。该系统的优点在于在泄漏的情况下内胎能容易被够到以修补或更换。

第二种类型的轮圈被称为管状轮圈或缝合轮圈。这些轮圈设计用于管式车胎，该管式车胎是环形形状的并且用粘合剂附接到轮圈。在管式车胎中，内胎被完全封闭在圆形轮胎外胎内。轮圈提供浅圆形外截面，轮胎位于该浅圆形外截面中而不是供胎圈安置的凸缘中。

夹钳轮圈和管状轮圈共有的不利特性是轮圈产生“夹压漏气（pinch flat）”或“蛇咬漏气（snake-bite flat）”的可能性。夹压漏气是指内胎中的这样的孔，该孔通过使内胎在轮圈与硬的、锐利的物体（诸如岩石、路牙或地面深穴的边缘）之间受夹压引起。

另外，当由于严重冲击或例如在充气下轮胎不能保护轮圈免受冲击时，也可能发生轮圈破坏，从而导致轮圈弯曲或破裂、松开辐条并且可能导致整个车轮的危险故障。

因此，需要提供一种具有避免或最小化夹压漏气和轮圈受损的能力的自行车轮圈。本发明满足该要求，并且对轮圈重量和轮胎安装效果影响最小。

发明内容

用于自行车的FRP轮圈包括径向外胎接合部和径向内辐条接合部。第一侧壁与第二侧壁处于间隔开构造。所述第一侧壁和所述第二侧壁在所述径向外胎接合部和所述径向内辐条接合部之间延伸，并且至少一个一体缓冲器定位在所述径向外胎接合部的最外径向延伸部或峰部上。

从连同附图理解的本发明的一个或多个实施方式的下列描述中将更充分理解本发明这些和其它特征和优点。

附图说明

附图中：

图1示出了根据本发明的具有一体缓冲器的夹钳式轮圈的剖面图；

图2示出了图1的轮圈的放大图；

图3示出了根据本发明的具有一体缓冲器的管式轮圈的剖面图；

图4示出了图3的轮圈的放大图；

图5示出了制造根据本发明的具有一体缓冲器的轮圈的过程；

图6示出了与图5所示的制造根据本发明的具有一体缓冲器的轮圈的过程不同的过程；以及

图7示出了与图5和图6的制造根据本发明的具有一体缓冲器的轮圈的过程不同的另一过程。

具体实施方式

本文将参照附图描述本发明的优选实施方式。将理解的是，本文所述的附图和说明书用于说明目的并且不会限制本发明，由所附的权利要求以及任何和所有它们的等同要求来限定本发明。

图1和图2示出了夹钳轮圈20，其中，夹钳式轮胎26的胎圈22、24被保持在轮圈上面。轮圈20通常包括径向外胎接合部28、径向内辐条接合部30、第一侧壁32和与该第一侧壁间隔开的第二侧壁34。第一侧壁32和第二侧壁34在轮胎接合部28和辐条接合部30之间延伸，以大致形成轮圈20的形状。

轮胎接合部28包括用于接合轮胎26的胎圈22、24的一对周向胎圈接合构件36、38。将理解的是，周向胎圈接合构件36、38的构造能够包括笔直的侧壁、如所示的具有钩构件的侧壁或适于接合常规的夹钳式轮胎的胎圈的任何构造。仅为了提供情境，所示的轮胎26是常规的夹钳式轮胎，其中轮胎具有外胎50和所附接的橡胶胎面52。通常，以众所周知的方式，胎面52关于轮胎延伸以形成侧壁以及轮胎的接触骑乘表面的部分。

辐条接合部30包括开口，其中一个开口以40示出，用于接收从其穿过的辐条44的螺纹端42。轮胎接合部28包括第二开口，其中一个第二开口以46示出，每个第二开口均与第一辐条开口40中的相应的一个对齐并且用于接收工具（未示出），以将螺纹接套48拧紧在辐条44的螺纹端42上，以便将辐条紧固到轮圈20。轮胎接合部28和辐条接合部30以及第一侧壁32和第二侧壁34可以形成环状面或任何其他合适的轮圈形状。

胎圈接合构件36、38形成在轮圈20的轮胎接合部28的最外延伸部处或其附近，并且在该示例中每个胎圈接合构件均能基本上被认为是从侧壁32、34延伸的径向凸缘。在胎圈接合构件36、38的最外径向延伸部或外围，基本上在轮圈的最外径向延伸部处存在一对缓冲器54。具体地，优选的是，缓冲器54定位在夹钳胎圈接合构件36、38的顶部或峰部56。该对缓冲器54中的每个均可以定位在胎圈接合构件36、38中的相应的一个上或其附近并且优选地定位峰部56上。优选地，缓冲器54形成为轮圈20的一部分或换言之，与轮圈成一体（即，与该轮圈不可拆开）。在图1中，该图的左侧示出缓冲器54，而右侧省除了缓冲器。

缓冲器54优选地由能够永久地且牢固地粘合到轮圈20的材料上的弹性体材料形成。在所示的实施方式中，轮圈20可以被认为是由FRP制成，因此缓冲器54将由粘合到FRP的材料制成。另选地，轮圈20能由非FRP材料（诸如金属合金）制成或包括非FRP材料的一部分，因此缓冲器54将由粘合到合金的材料制成。在优选实施方式中，缓冲器54由粘合到碳纤维FRP材料的弹性体材料制成。在更优选的实施方式中，缓冲器54由弹性的弹性体材料制成，该弹性的弹性体材料永久粘合到碳纤维FRP材料并且具有这样的肖氏（Shore）A硬度，当被固化时，该弹性的弹性体材料具有从大约40到大约80的硬度值。更优选地，肖氏A硬度是大约75。在一个示例中，该材料是四氟乙烯和丙烯共聚物。

每个缓冲器54的尺寸可以是在沿径向测量的大约在0.75mm至3.5mm的高度之间。如果缓冲器54小于大约0.75mm，那么就认为削弱关于冲击保护和减少夹压漏气的有益效果或者不存在该有益效果。如果缓冲器54高于大约3.5mm，那么安装轮胎的能力变得更困难。缓冲器54在其基部处宽度优选地大约3-6mm，这可能取决于轮圈类型和缓冲器的高度。

每个缓冲器54的截面形状均可以是三角形、锥形、圆锥形、延长形、半埋没形、抛物线形、拱形、圆锥体、倒圆形、截头圆锥形或任何类似形状。优选地，缓冲器54形成与轮圈刹车表面58相切以及与内胎安装表面60都相切的形状。而且，缓冲器54可以具有平滑边缘，该平滑边缘被认为在空气动力学方面更好以及结构上可靠。此外，缓冲器可以成形并设定尺寸成在其内侧与轮胎的外轮廓或形状紧密地符合，轮圈旨在与该轮胎一起使用。缓冲器54的内表面（即，基部62）可以倒圆以允许轮圈的材料尽可能平滑地安放在最大可能半径范围内并且与轮圈20的胎圈接合构件38的顶部56相符。通常，轮圈顶部56的半径越紧，在发生冲击的情况下对轮圈的冲击破坏的可能性越高，并且容许的壁厚越低，这降低了轮圈的强度，尤其是降低了在外胎接合部28处或其附近的强度。因此，为了获得最佳结果，在峰部56处的平滑倒圆轮廓是优选的。

图2示出了缓冲器54的若干不同尺寸和形状的变型。如图1所示的夹钳轮圈中那样，轮圈20包括附接到其上的轮胎26。缓冲器54附接到轮圈20的位于左侧的胎圈接合构件的顶部56。为了比较，胎圈接合构件的右侧顶部56被示出不具有缓冲器。以64示出的缓冲器的第一示例是大约1mm高并且具有大致倒圆形状。以66示出的缓冲器的第二示例大约2mm高并且具有大致圆顶或锥形形状。第二缓冲器66可能被看作第一缓冲器轮廓和第二缓冲器轮廓的组合形状和尺寸。以68示出的第三缓冲器大约3mm高并且具有大致抛物线或锥形形状。第三缓冲器68可能被看作第一缓冲器轮廓、第二缓冲器轮廓和第三缓冲器轮廓的组合形状和尺寸。

图3和图4示出了管状或缝合式轮圈120，其中轮胎126用在轮胎安装表面160处总体上以170表示的常规轮胎胶粘到轮圈。轮圈120总体上包括径向外胎接合部128、径向内辐条接合部130、第一侧壁132以及与该第一侧壁间隔开的第二侧壁134。第一侧壁132和第二侧壁134在轮胎接合部128和辐条接合部130之间延伸。轮胎接合部128和辐条接合部130以及第一侧壁132和第二侧壁134大致形成闭合形状，它们在所示的示例中一起形成环。将理解的是，管状轮圈能够以各种各样的截面形状被采用并且本发明构想到任一个和所有形状。

轮胎接合部128包括：位于相同的总体位置的一对周向顶部136、138，夹钳轮圈的胎圈接合部将由该对周向顶部136、138形成；以及用于接合轮胎126的床部160。所示的轮胎126是常规的管状或缝合式轮胎，该轮胎126具有外胎150和附接的橡胶胎面152，该橡胶胎面被示出以提供情境。通常，胎面152关于轮胎延伸以便以众所周知的方式形成侧壁以及轮胎的接触骑乘表面的一部分。辐条接合部130包括：开口（未示出），所述开口用于接收众所周知的辐条（未示出）；以及位于轮圈的床部160中的进出开口（未示出）。

顶部136、138形成在轮圈120的轮胎接合部128的最外延伸部处或其附近，并且每个顶部均能基本上被认为是位于侧壁132、134的端部处的径向顶部位置或峰部156。在顶部136、138的最外径向延伸部或外围，基本上在轮圈的位于峰部156处的最外径向延伸部处存在一对缓冲器154，其中一个缓冲器定位在每个峰上或其附近。优选地，缓冲器154形成为轮圈20的永久部，或换言之与轮圈成一体或整体形成（即，与轮圈不可拆开）。在图3中，该图的左侧示出缓冲器154，而右侧省除了缓冲器。

缓冲器154优选地由能够如上述示例中详述的永久地且牢固地粘合到轮圈20的材料上的弹性体材料形成。将理解的是，缓冲器材料的精确配方将优选地与基质轮圈材料相配，而不管该基质轮圈材料是金属材料、FRP等。

每个缓冲器154的截面形状可以是三角形、锥形、圆锥形、延长形、半埋没形（mounded）、抛物线形、拱形、圆锥体、倒圆形、截头圆锥形或任何类似形状，如上述示例中详述的。

图4示出了缓冲器154的若干不同尺寸和形状的变型。如图3所示的夹钳轮圈中那样，轮圈120包括附接到其上的轮胎126。缓冲器154附接到轮圈120的峰部156的顶部。为了比较，右侧顶部或峰部156被示出不具有缓冲器。以164示出的缓冲器的第一示例大约1mm高并且具有大致倒圆形状。以166示出的缓冲器的第二示例大约2mm高并且具有大致圆顶或锥形形状。第二缓冲器166可能被看作第一缓冲器轮廓和第二缓冲器轮廓的组合的形状和尺寸。以168示出的第三缓冲器大约3mm高并且具有大致抛物线或锥形形状。第三缓冲器168可能被看作第一缓冲器轮廓、第二缓冲器轮廓和第三缓冲器轮廓的总的组合形状和尺寸。本文所示的缓冲器的准确形状不应被认为是限制的，而是缓冲器的说明性示例。

图5示出了制造具有一体缓冲器的根据本发明的轮圈的过程，所得到的轮圈的一些示例在图1至图4示出。该过程一般可以被称为“共同成型”或“共成型”，这是用于制造例如塑料部件的过程。在步骤200中，并且参看在上详细描述的元件，缓冲器被挤出成大致的最终几何形状，该最终几何形状大致地是三角形并且如上所述。步骤202中，利用传统上可接受的方法和常规的预浸处理材料来铺设碳（或FRP）轮圈结构。步骤204中，缓冲器被包在未固化的成形的轮圈的周缘上，并且夹具优选地被用来精确地定位缓冲器。步骤206中，具有未固化的缓冲器的未固化轮圈被放置在模具中，在模具中碳（FRP）预浸材和缓冲器优选地由加工表面保持就位。步骤208中，未固化的轮圈和缓冲器材料在大约300度至400度之间固化大约1-2小时。步骤210中，现具有一体缓冲器的固化轮圈从工具被移除，并且过多树脂渗出物被从模分型面修整去除。步骤212中，过多的缓冲器材料在其挤出通过工具分型线时也可能需要被修整去除。步骤214中，轮圈准备好用于钻孔并借助增加常规的车轮构造部件以及执行常规的车轮构造步骤而构造到车轮中，如众所周知的。

图6示出了制造具有一体缓冲器的根据本发明的轮圈的过程，其中图1-4示出了所得到的轮圈的一些示例。该过程可以一般称为“嵌件成型”，这通常是众所周知的过程。在该过程的步骤300中，缓冲器被挤出成大致的最终几何形状，该几何形状大致是三角形的并且如上所述。步骤302中，缓冲器被放置到模具中，该模具的形状和尺寸设定成复制期望的最终几何形状并且在大约400华氏度下固化大约一（1）小时。步骤304中，缓冲器从工具脱模并且被清洁以准备用碳/环氧树脂或合适的FRP材料来成型。步骤306中，利用传统可接受的方法和常规的预浸材料来铺设碳或FRP轮圈结构。步骤308中，将缓冲器放置在未固化的成形轮圈的周缘上，并且夹具优选地用来精确地定位缓冲器。步骤310中，具有固化的缓冲器的未固化轮圈被放置在模具中，在模具中，碳预浸材和缓冲器优选地由加工表面保持就位。步骤312中，轮圈和缓冲器材料在大约300度和400度之间固化大约1-2小时。步骤314中，现具有一体缓冲器的固化轮圈被从工具移除，并且过多的树脂渗出物被从模分型面修整除去。步骤316中，轮圈准备好用于钻孔和车轮构造，如众所周知的那样。

图7示出了制造具有一体缓冲器的根据本发明的轮圈的过程，图1-4示出了轮圈的一些示例。该过程一般可以称为“包覆成型”，这通常是众所周知的方法。步骤400中，利用传统可接受的方法和常规的预浸材料铺设碳或FRP轮圈结构。步骤402中，未固化的轮圈被放置到优选地碳预浸材或另一FRP材料制成的模具中。步骤404中，材料在大约300度至400度之间固化大约1-2小时。步骤406中，固化的轮圈被从工具移除，并且过多的树脂渗出物被从模分型面修整除去。步骤408中，从轮圈表面彻底清除在供缓冲器定位并固定的区域中的脱模剂。步骤410中，缓冲器材料被挤出成大致最终几何形状，该最终几何形状大致是三角形的，如在上详细讨论的。步骤412中，一对缓冲器被包在固化的成形轮圈的周缘上，并且夹具优选地用来精确地定位和保持未固化的缓冲器就位。步骤414中，具有未固化缓冲器的轮圈被放置在模具中并且在大约300-400华氏度下固化大约1小时。步骤416中，现具有一体缓冲器的固化轮圈被从工具移除并且过多的碳氟化合物材料可以被移除。步骤418中，轮圈现准备好用于钻孔和车轮构造，如众所周知的。

图3和图4所示的缓冲器的弯曲和曲率使得惊人地容易将管状轮胎安装在缓冲器的顶部上。例如对于夹钳轮圈来说，已经发现使轮胎床略微更深允许更容易地安装轮胎，这是因为轮胎能在与其定位胎圈的一侧相对的一侧上径向向内移动。夹钳轮圈上的缓冲器也增大表观轮胎吹泄压力。被认为的是，这可能是由于缓冲器和轮胎外胎之间的增大的摩擦，但也可能是因为该缓冲器对于给定压力而言减少了外胎的偏转。被认为的是，缓冲器将降低对于轮圈和夹钳式轮圈的轮胎的破坏，该破坏会由骑行在瘪气轮胎上引起。

本发明还提供增大的防夹压漏气和降低的横向轮胎蠕动，这允许骑车人在低轮胎气压下骑行而不因由过度外胎弯曲引起的冲击破坏、夹压漏气或不明轧空（vaguecornering）而恶化，并且这是相当大的益处，仅当缓冲器是一体的结构化的时出现这种益处。相反，如果相同或相似的结构保持在凹槽中或者借助其他一些非一体的手段那么认为不能向外胎给予结构支撑以减小弯曲。

已经示出了1mm缓冲器提供相当大的防冲击力，从而导致在尖缘冲击中以大约10%的提高来降低轮圈破坏和故障。而且1mm缓冲器提供相当大的耐穿刺性，当用圆形冲击头冲击时对夹压漏气大约有20%的增加耐穿刺性。在轧空下从减小的横向轮胎弯曲也注意到轮胎蠕动的减少，而对胎侧壁没有风险。虽然过去在碳轮圈中试验过深胎井（tire well），但应注意的问题在于外胎被硬的轮圈边缘磨损，并且当轮胎在外胎最薄的区域在轮圈上降到最低时夹压漏气增加，并且这也由根据本发明的轮圈来解决。使用根据本发明的具有缓冲器的轮圈的附加益处是由缓冲器的形状和尺寸造成的空气阻力的显著减小。

此外，用于比赛的车轮经历试验协议以确保安全。在试验中，车轮在非常高的能量冲击下灾难性地失效并且必须“安全地”失效。“安全地”目前定义为在故障时不具有尖缘，轮圈保持自身完整，并且组件保持“充分约束”，这意味着辐条保持附接到轮圈以及轮毂。根据本发明构造的轮圈已被试验并且顺利地通过试验，这是因为缓冲器倾向于在故障之后将轮圈保持在一起并且这使得通过试验要容易得多，缓冲器似乎完全消除了“打开”故障模式，该故障模式被定义为轮圈在冲击区自身分离。这显著优于“翼”简单地可拆开地装配到轮圈的凹槽中的设计。

虽然已经参考具体实施方式描述了本发明，但是应当理解在所述的发明概念的精神和范围内能进行多种改变。因此，本发明并不旨在限于所公开的实施方式，而是本发明具有由下列权利要求的语言所允许的全部范围。

Claims

1.一种用于自行车的轮圈，所述轮圈包括：

径向外胎接合部；

径向内辐条接合部；

第一侧壁；

与所述第一侧壁间隔开的第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁在所述径向外胎接合部和所述径向内辐条接合部之间延伸；以及

至少一个一体的缓冲器，所述至少一个缓冲器以不可移除的方式定位在所述径向外胎接合部的最外径向延伸部上。

2.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器的高度在大约0.75mm至大约3.5mm之间。

3.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器在其基部处宽度在大约3mm至大约6mm之间。

4.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器的材料在固化状态下具有大约50至大约80的肖氏A硬度。

5.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器的材料在固化状态下具有大约75的肖氏A硬度。

6.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器的材料包括四氟乙烯和丙烯共聚物。

7.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器是三角形、锥形、圆锥形、延长形、丘形、抛物线形、拱形、圆锥体、倒圆形或截头圆锥形。

8.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器的形状和尺寸设定成在其内侧与安装到所述轮圈的轮胎的外形紧密地相符。

9.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述轮圈是夹钳轮圈。

10.根据权利要求9所述的轮圈，其中，所述夹钳轮圈包括定位在其径向最外延伸部处的一对隔开的胎圈接合构件。

11.根据权利要求10所述的轮圈，其中，该对胎圈接合构件中的每个胎圈接合构件在其峰部处定位有所述至少一个缓冲器中的一个缓冲器。

12.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述轮圈是管状轮圈。

13.根据权利要求12所述的轮圈，其中，所述轮圈包括定位在其最外径向延伸部处的一对隔开的峰部。

14.根据权利要求13所述的轮圈，其中，在该对隔开的峰部中的每个峰部处定位有所述至少一个缓冲器中的一个缓冲器。

15.根据权利要求9所述的轮圈，其中，所述轮圈由碳纤维增强材料制成。

16.根据权利要求12所述的轮圈，其中，所述轮圈由碳纤维增强材料制成。

17.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器被共成型到所述轮圈上。

18.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器被嵌件成型到所述轮圈上。

19.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述至少一个缓冲器被包覆成型到所述轮圈上。

20.根据权利要求1所述的轮圈，其中，所述轮圈由FRP材料形成。