CN104275805B - 具有内部缆线布设的自行车车架和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造自行车车架的一部分的方法，包括：使低摩擦心轴邻近柔性心轴定位，第一纤维材料存在于低摩擦心轴与柔性心轴之间。利用第二纤维材料来缠绕心轴，并且将心轴插入于模具内。使第二纤维材料固化以产生固化的组件，从模具取出固化的组件；以及从固化的组件移除低摩擦心轴以产生内部通路。柔性心轴包括凹部并且定位步骤可包括将低摩擦心轴插入于柔性心轴的凹部内。优选地，低摩擦心轴具有基本上匹配凹部的截面形状的截面形状。本发明还实施于自行车车架的一部分中，诸如在制造过程中实施于车架的一部分中，并且具有与上文所陈述的类似的特点。

Description

具有内部缆线布设的自行车车架和其制造方法
技术领域
本发明大体而言涉及自行车领域并且具体而言涉及具有定位于车架构件内侧的促动缆线的自行车车架。
背景技术
许多自行车具有用于减缓车辆速度的制动器和用于换挡的换挡器。制动器和换挡器通常由使用者分别经由制动手柄和换挡手柄来促动。手柄的移动经由传动构件诸如线、缆线、杆、液压流体或其它合适机构（在下文中被称作“传动构件”）传输到制动器和换挡器。这些传动构件可包括可移动的构件（例如，编织缆线），其定位于固定外壳的内侧并且可相对于固定外壳移动，固定外壳引导可移动的构件。
为了改进自行车的美观性和空气动力学，传动构件常常通过自行车车架的内部布设。为了便于这样做，车架可以具备引入开口和引出开口，其分别允许传动构件进出车架内部。在现有自行车中，缆线必须从内部“掏出/拽出（fish out of）”，并且由于车架内部与缆线大小相比而言较大，这个过程可能耗时并且复杂。
发明内容
本发明提供一种制造自行车车架的一部分的方法。该方法包括：将低摩擦心轴（例如，由聚四氟乙烯制成）邻近柔性心轴（例如，由硅酮制成）定位，且第一纤维材料（例如，利用未固化的基质预浸渍的纤维）存在于低摩擦心轴与柔性心轴之间。然后利用第二纤维材料（例如，利用未固化的基质预浸渍的纤维）缠绕柔性心轴和低摩擦心轴，并且然后将柔性心轴和低摩擦心轴插入于模具内。然后使第二纤维材料固化以产生一种固化的组件，将固化的组件从模具取出，并且从固化的组件移除低摩擦心轴以产生内部通路。
柔性心轴可包括凹部并且定位步骤可包括将低摩擦心轴插入于柔性心轴的凹部内。优选地，低摩擦心轴具有基本上与凹部的截面形状匹配的截面形状。优选地，柔性心轴包括中空内部，且该方法还包括将可充气的囊袋插入于中空内部；以及在固化步骤之前，使囊袋充气以将第二纤维材料向外朝向模具按压。
本发明还实施于自行车车架的一部分中，诸如在制造过程期间实施于车架的一部分中。自行车车架的部分包括：柔性心轴（例如，由硅酮制成）、邻近柔性心轴定位的低摩擦心轴、定位于低摩擦心轴与柔性心轴之间的第一纤维材料（例如，纤维基质复合物），以及围绕柔性心轴和低摩擦心轴缠绕的第二纤维材料（例如，纤维基质复合物）。优选地，柔性心轴包括凹部并且低摩擦心轴定位于凹部中。例如，低摩擦心轴可以具有基本上与凹部的截面形状匹配的截面形状。在一实施例中，低摩擦心轴具有从凹部伸出的心轴头部从而便于移除低摩擦心轴。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将会变得显然。
附图说明
图1为包括实施本发明的车架的自行车的侧视图。
图2为沿着图1中的线2-2所截取的车架的一部分的透视截面图，并且包括头管、顶管的一部分、和下管的一部分，其中缆线布设到下管内。
图3为头管的一部分和下管的透视截面图，示出了在下管中的缆线布设通道。
图4A示出了缠绕有纤维材料的缆线布设心轴的透视图。
图4B为用于形成车架的一部分的缆线布设心轴、头管心轴、顶管心轴和下管心轴的分解透视图。
图4C为示出组装在一起的图4A和图4B的心轴以及围绕组装的心轴而部分地缠绕以限定预成型体铺叠（layup）的纤维材料的透视图。
图4D为沿着线4D-4D所截取的图4C的预成型体铺叠的截面图。
图4E为固化工具的两个半件和安置于固化工具的一个半件中的预成型体铺叠的分解透视图。
图5为在固化所述纤维材料之后的车架部分的透视图并且示出了部分地移除了缆线布设心轴。
图6为在固化所述纤维材料之后车架部分的透视图并且示出了部分地移除了顶管心轴和下管心轴。
具体实施方式
在详细地解释本发明的任何实施例之前，应了解本发明的应用并不限于在下文的描述中所叙述或者在附图中所图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且能够以各种方式来执行。
图1示出了自行车10，自行车10包括前轮15、后轮20和车架25。车架25具有头管30和前叉35，前叉35由头管30旋转地支承并且将前轮15固连到车架10。车架25还具有：顶管40，其连接到头管30并且从头管30向后延伸；以及，下管45，其连接到顶管40下方的头管30并且大体上向下朝向车架25的底架延伸。座管55从底架向上延伸并且连接到顶管40，并且座60由座管55支承。
自行车10还包括车把65、前变速器（derailleur）70、后变速器75和传动系统80，传动系统80包括由底架支承的曲柄组85。车把65由杆90固连到前叉35使得车把65的移动导致杆90和叉35移动。参考图1和图2，前变速器70和后变速器75由沿着下管45内部布设的相应前换挡缆线100a和后换挡缆线100b连接到位于车把65上的相应换挡促动器95a、95b（例如，换挡手柄）。而且，前制动器105和后制动器110分别由前制动缆线120a和后制动缆线120b连接到位于车把65上的相应制动促动器115a、115b（例如，制动手柄）。与后制动器110相关联的制动缆线120b沿着下管45内部从车把65上的制动促动器115a、115b之一布设。
参考图2和图3，图示的下管45被制造为中空的并且包括安置于下管45内侧的缆线通路125。更具体而言，下管45由外车架壁130限定，外车架壁130基本上限定中空内部。缆线通路125在外车架壁130的内侧上沿着下管45在纵向朝向底架延伸。每个缆线通路125由内壁135与下管45的中空内部分隔。如图所示，车架25具有位于车架25的相反侧上的下管45前端邻近处的进入开口140，在那里下管45与头管30连接使得缆线100b、120a、120b可以布设到下管45内。
参考图4A至图4E，使用模具或固化工具145和心轴（其合作地使车架25成形）用纤维材料（例如，碳纤维-环氧化物预浸体、未固化纤维基质复合物等）至少部分地形成车架25。如图所示，由头管30以及顶管40和下管40的部分所限定的车架25（即，车架组件25a）的部分使用头管心轴150、顶管心轴155、下管心轴160和缆线布设心轴165形成。参考图4B和图4C，头管心轴150可以呈单个心轴或两个心轴半件的形式。头管心轴150具有非贯穿凹部170（示出一个），非贯穿凹部170安置于头管心轴150的两侧上并且从心轴150的后端朝向心轴150的前部延伸。图示的非贯穿凹部170绕由后轮20所限定的中心平面对称，但非贯穿凹部170可以相对于中心平面不对称。顶管心轴155联接到第一心轴柱175，第一心轴柱175从头管心轴150顶部邻近处向后延伸。而且，头管心轴150（或心轴半件）和顶管心轴155中每一个包括柔性或弹性材料（例如硅酮），其能响应于压力和热中的任一者或二者膨胀和收缩。
继续参考图4B和图4C，下管心轴160联接到第二心轴柱180，第二心轴柱180从头管心轴150的下部邻近处向后延伸。下管心轴160具有安置于下管心轴160的相反侧上的凹部185并且下管心轴160包括柔性或弹性材料（例如，硅酮），柔性或弹性材料可以响应于压力和热中的任一者或二者膨胀和收缩。如图所示，当心轴150、160附连到彼此时，凹部185与头管心轴150中的非贯穿凹部170对准。尽管凹部185被图示为关于中心平面对称，凹部185可以被定位成关于中心平面不对称。而且，可以提供一个凹部，而不是两个凹部（例如，沿着下管45内底部的一个凹部）。
如图4A、图4B和图4D所示，每个缆线布设心轴165由细长主体限定，细长主体具有的截面形状匹配着在下管心轴160中的凹部185和头管心轴150中非贯穿凹部170的截面形状。缆线布设心轴165包括低摩擦材料（例如，聚四氟乙烯（PTFE）或Teflon），其抵抗膨胀和收缩。即，缆线布设心轴165通常在向心轴加热或施加压力（或二者）时维持它们的大小和形状或者至少比硅酮心轴更好地维持它们的大小和形状。
如图4A至图4C所示，每个缆线布设心轴165的一端（邻近头管30安置的端部）具有凸起部分或心轴头部190。参考图1至图3和图4C，当缆线布设心轴165联接到头管心轴150和下管心轴160时，心轴头部190从头管心轴150的外表面向外突伸。在头管心轴150每一侧上的心轴头部190保持未被覆盖使得在固化了车架25之后，每个心轴头部190限定一个进入开口140。
通过将顶管心轴155连接到第一心轴柱175并且将下管心轴160连接到第二心轴柱180而组装头管心轴150、顶管心轴155和下管心轴160。组装的头管心轴150、顶管心轴155和下管心轴160合作以限定柔性心轴组件，缆线布设心轴165附连到柔性心轴组件上。
参考图4A，缆线布设心轴165被缠绕有第一纤维材料195（例如碳纤维-环氧化物预浸体、未固化的纤维基质复合物等）的一层或多层直到实现了所希望的材料厚度。在这个过程期间，第一纤维材料195并未围绕心轴头部190缠绕；替代地，心轴头部190的至少一部分保持暴露。
参考图4B和图4C，缠绕的缆线布设心轴165定位于组装的头管心轴150和下管心轴160中的凹部185中。在此位置，第一纤维材料195定位于头管心轴150和下管心轴160与缆线布设心轴165之间。之后，柔性心轴组件和缆线布设心轴165被缠绕第二纤维材料200（例如，碳纤维-环氧化物预浸体，未固化的纤维基质复合物等）的一层或多层直到实现了第二纤维材料200所希望的厚度。在放置于固化工具145中之前，第一纤维材料195和第二纤维材料200未固化。如本文所用的术语“未固化”表示材料并未完全固化（即，材料可能未固化或部分固化）。缠绕的心轴组件限定预成型体铺叠，其可以放置于固化工具145中以形成车架组件25a。将意识到图4C示出了在缠绕过程中（即，在缠绕过程完成之前）的心轴组件。
参考图4D，当车架组件25a固化时，第二纤维材料200基本上限定外车架壁130，并且第一纤维材料195和第二纤维材料200合作地限定外车架壁130的部分，在这部分中，纤维材料彼此重叠。即，第一纤维材料195和第二纤维材料200沿着下管45的部分，局部地彼此重叠。如图所示，当车架组件25a固化时，定位于或夹于下管心轴160与缆线布设心轴165之间的第一纤维材料195限定缆线通路125的内壁135。
头管心轴150、顶管心轴155和下管心轴160中每一个为空的。当组装心轴150、155、160、165时，可充气的囊袋205（例如，尼龙袋）被插入并且进给到每个心轴150、155、160的中空部内以辅助形成车架25。图示的囊袋205经由下管心轴160中的开口210插入于心轴150、155、160内，之后开始铺叠或缠绕过程。这就是说，囊袋205可以在使第一纤维材料195和第二纤维材料200固化之前的任何时间点（例如在缠绕心轴之前或之后，在缠绕的心轴组件放置于固化工具145中之后和在使第一纤维材料195和第二纤维材料200固化之前）插入于心轴150、155、160内。而且，可以使用多于一个囊袋来辅助形成车架25。例如，第一囊袋可以延伸穿过下管心轴160和头管心轴150底半部，并且第二囊袋可以延伸穿过顶管心轴155和头管心轴150顶半部。也可能使用囊袋定位的其它变型。
参考图4E，固化工具145包括两个模具半件215，每个模具半件215限定车架容座220。车架容座220合作地限定在车架25固化之后的车架25的外表面。模具半件215还包括多个孔225，这些孔225用于在将缠绕的心轴组件放置于固化工具145中之后使模具半件215对准和/或固连到彼此。图4E示出了图4C的部分缠绕的心轴组件定位于车架容座220之一中，但应了解将在形成车架25时在放置于固化工具145中之前完全缠绕所述心轴组件。
在将缠绕的心轴组件定位于固化工具145中之后，使模具半件215固连到彼此。囊袋205可以从固化工具145的外侧接近从而使得囊袋205可以被充气以使头管心轴150、顶管心轴155和下管心轴160在车架容座220中膨胀。下管心轴160和缆线布设心轴165彼此合作并且具有充分的刚性以在固化过程期间维持下管45的所希望的内部特点。在囊袋205被充气的情况下，向固化工具145施加热来产生固化的车架组件25a。在完成了固化过程之后，从固化工具145移除固化的车架组件25a。
为了从车架组件25a移除心轴150、155、160、165，囊袋205被放气并且从头管心轴150、顶管心轴155和下管心轴160移除。当将囊袋205放气时，柔性头管心轴150、顶管心轴155和下管心轴160与固化的外车架壁130和内壁135接触使得在心轴150、155、160与壁130、135之间存在间隙，使得更易于移除心轴150、155、160。
可以在移除缆线布设心轴165之前或之后，将头管心轴150、顶管心轴155和下管心轴160从车架组件25移除。头管心轴150（或心轴半件）可以经由在头管30中的顶部开口或底部开口而被移除。参考图6，通过将心轴155从车架组件25a的顶管部分向后拉出而移除顶管心轴155。同样，通过将心轴160从下管45向后拉出而从车架组件25a移除下管心轴160。如图5所示，通过牵拉暴露的心轴头部90而从车架组件25a移除缆线布设心轴165。由于包括心轴165的低摩擦材料，心轴165大部分从形成的缆线通路125滑出。
在形成车架25之后，可通过缆线通路125经由进入开口140而布设缆线。通过在下管45内部布设缆线100a、100b、120b，缆线100a、100b、120b受到保护避免磨耗和磨损。此外，通过将缆线通路125整合到下管45内并且分隔通路125与下管45内部，缆线100a、100b、120b可以更容易地在车架25内布设，同时最小化在骑车期间可能由缆线移动所造成的噪音。
在所附权利要求中陈述了本发明的各种特点。

Claims (20)

1.一种制造自行车车架的一部分的方法，包括：
使低摩擦心轴邻近柔性心轴定位，第一纤维材料存在于所述低摩擦心轴与所述柔性心轴之间；
利用第二纤维材料缠绕所述柔性心轴和低摩擦心轴；
将所述柔性心轴和低摩擦心轴插入于模具内；
使所述第二纤维材料固化以产生固化的组件；
从所述模具取出所述固化的组件；以及
从所述固化的组件移除所述低摩擦心轴以产生内部通路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定位包括用所述第一纤维材料缠绕所述低摩擦心轴。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低摩擦心轴包括聚四氟乙烯(PTFE)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一纤维材料包括利用未固化的基质预浸渍的复合纤维。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性心轴包括硅酮。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性心轴包括凹部并且其中定位包括将所述低摩擦心轴插入于所述柔性心轴的凹部内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述低摩擦心轴具有基本上与所述凹部的截面形状匹配的截面形状。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二纤维材料包括利用未固化的基质预浸渍的复合纤维。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性心轴包括中空内部，并且其中所述方法还包括将可充气的囊袋插入于所述中空内部；以及，在所述固化步骤之前，使所述囊袋充气以将所述第二纤维材料向外朝向所述模具按压。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低摩擦心轴的一部分延伸超过所述第一纤维材料的端部，并且其中移除所述低摩擦心轴包括将所述低摩擦心轴从所述内部通路拉出。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一纤维材料和第二纤维材料都包括未固化的纤维基质复合物，并且其中使所述第二纤维材料固化包括使所述第一纤维材料和第二纤维材料二者固化。
12.一种用于制造自行车车架的一部分的组件，包括：
柔性心轴；
低摩擦心轴，其定位于所述柔性心轴邻近处；
第一纤维材料，其定位于所述低摩擦心轴与所述柔性心轴之间，所述第一纤维材料构造成用以形成所述自行车车架的所述部分的至少一子部分；以及
第二纤维材料，其围绕所述柔性心轴和所述低摩擦心轴缠绕，所述第二纤维材料构造成用以形成所述自行车车架的所述部分的至少一子部分。
13.根据权利要求12所述的用于制造自行车车架的一部分的组件，其特征在于，所述第一纤维材料包括纤维基质复合物。
14.根据权利要求12所述的用于制造自行车车架的一部分的组件，其特征在于，所述柔性心轴包括硅酮。
15.根据权利要求12所述的用于制造自行车车架的一部分的组件，其特征在于，所述柔性心轴包括凹部并且其中所述低摩擦心轴定位于所述凹部中。
16.根据权利要求15所述的用于制造自行车车架的一部分的组件，其特征在于，所述低摩擦心轴具有基本上与所述凹部的截面形状匹配的截面形状。
17.根据权利要求15所述的用于制造自行车车架的一部分的组件，其特征在于，所述低摩擦心轴具有从所述凹部伸出的心轴头部。
18.根据权利要求12所述的用于制造自行车车架的一部分的组件，其特征在于，所述第二纤维材料包括纤维基质复合物。
19.根据权利要求12所述的用于制造自行车车架的一部分的组件，其特征在于，所述第一纤维材料围绕所述低摩擦心轴缠绕。
20.根据权利要求19所述的用于制造自行车车架的一部分的组件，其特征在于，所述第一纤维材料和所述第二纤维材料部分地彼此重叠。
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