CN110466175B - 复合材料制成的自行车部件及相关制造方法 - Google Patents

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Abstract

复合材料制成的自行车部件及相关制造方法。一种用于制造复合材料制成的自行车部件(10)的方法，包括不必相互按顺序的下列步骤：设置印刷电路板(42)，为印刷电路板(42)的至少一个第一面设置保护部，将设有保护部的印刷电路板(42)插入模腔中，将所述复合材料插入所述模腔中，条件是所述复合材料围绕设有保护部的所述印刷电路板(42)延伸，所述复合材料与设有保护部的所述印刷电路板(42)在所述第一面的一侧和/或反侧接触，以及经受温度和压力分布，直至复合材料硬化。

Description

复合材料制成的自行车部件及相关制造方法
技术领域
本发明总体上涉及自行车领域。自行车越来越多地装备有一个或多个电气/电子系统。
背景技术
电气/电子系统的部件通常安放在一个或多个印刷电路板(PCB)上。
因此，问题是何处布置所述电路板以及如何将电路板固定到自行车部件上。
US2016/0031523A1公开了一种具有力测量装置的曲柄臂，其中力测量装置的印刷电路板安放在壳体中，该壳体在外部附接到曲柄臂的外面。
US9459167B2公开了一种具有功率测量装置的曲柄组，其中功率测量装置的印刷电路板安放在被容纳在中轴的轴内的壳体中。
EP1818252A1公开了一种用于制造自行车踏板曲柄的方法，包括以下步骤：将复合材料缠绕由低熔点金属材料构成的芯体，模制复合材料，并且在模制之后，在所述踏板曲柄的表面上形成至少一个孔并且将曲柄臂加热到所述低熔点金属材料的熔点以使其流出。
US9488668B2公开了一种曲柄，该曲柄装备有隔室和从外部插入隔室的印刷电路板。
US2016/0003696A1公开了一种具有功率计的曲柄臂，其中功率计的印刷电路板安放在位于曲柄臂的外表面处的空腔开口中。
US8006574B2公开了一种类似的曲柄臂，其中用作机械保护的材料能够被施加以用于填充凹窝并可能是随后进行模制。
针对这些文献，申请人注意到制造这样的凹部削弱了曲柄臂。
发明内容
在本发明的基础上，技术问题在于如何在自行车部件、特别是曲柄臂中设置集成度更高的印刷电路板。
一方面，本发明涉及一种用于制造由复合材料形成的自行车部件的方法，所述复合材料包括掺入聚合物基质的结构纤维，所述方法包括不必相互按顺序的下列步骤，但：
-设置具有模腔的模具，所述模腔具有自行车部件的形状，
-设置印刷电路板，
-为印刷电路板的至少一个第一面设置保护部，
-将设有保护部的印刷电路板插入所述模腔中，
-将所述复合材料插入所述模腔中，
-条件是，所述复合材料围绕设有保护部的所述印刷电路板延伸，所述复合材料在所述第一面的一侧上和/或在相反侧上与设有保护部的所述印刷电路板接触，以及
-经受温度和压力分布，直至复合材料硬化。
在本说明书和所附权利要求中，表述“硬化”应从广义理解，不仅指示热塑性聚合物的凝固，而且还包含热固性或光固化聚合物的交联。
为印刷电路板提供适当的保护允许其共模制到自行车部件内；通过将印刷电路板共模制到复合材料制成的部件内，可良好地防灰、防水等；此外，这样提供保护还允许给予自行车部件更佳的外观。
在本说明书和所附权利要求中，表述“共模制”和派生词意指自行车部件与已插入其中的印刷电路板和/或其他非聚合物(例如金属)元件模制为单件；共模制的元件之间可以发生或不发生共交联。
本发明的保护部能够交替或同时执行不同的任务。
对于印刷电路板的导电迹线和/或焊盘而言，保护部执行使它们电绝缘的任务，特别是在其上形成有导电迹线和/或焊盘的那一个面(或多个面)与导电材料、如例如包含碳纤维的复合材料接触的情形下。
对于电气/电子部件而言，保护部执行保护它或它们免受模制和/或其他处理步骤的压力和/或温度(压力和/或温度是临界的)影响的任务，如特别是在热固性聚合材料的压缩模制的情形下。
在这两种情形下，保护部都还能够执行耐化学试剂的任务。
优选地，印刷电路板的至少一个第一面承载至少一个电气/电子部件，并且在设置保护部的步骤中，保护部是针对所述至少一个电气/电子部件的临界温度和/或临界压力的保护部。
特别地，所述临界温度能够是模制过程中所达到的135℃至140℃的温度，或甚至是150℃至160℃的温度，并且超过制造空心自行车部件的过程中所使用的芯体的熔融步骤期间所达到的温度。
所述临界压力能够是模制过程中所达到的300巴的压力。
优选地，设置保护部的步骤包括在所述印刷电路板的所述至少一个第一面上设置聚合物材料层，以及优选地，在所述经受温度和压力分布的步骤之前，硬化所述聚合物材料或允许所述聚合物材料硬化。
聚合物材料选自热固性聚合物、热塑性聚合物和光固化聚合物，优选地，无需压缩或注塑模制过程。
优选地，聚合物材料是基于热固性环氧树脂，优选双组分环氧树脂。替选地，聚合物材料能够是甲基丙烯酸酯、聚氨酯或丙烯酸材料。
优选地，印刷电路板的所述至少一个第一面承载多个电气/电子部件，并且设置聚合物材料层的步骤包括用聚合物材料填充所述电气/电子部件之间的空间。
通过这种方式，有利地，保护部提供均匀的表面，模制压力均匀地分布到该表面上。
优选地，在所述设置保护部的步骤中，所述保护部是电绝缘保护部，作为免受临界温度和/或临界压力影响的保护部的替代或补充。
特别是当所述至少一个面承载至少一个电气/电子部件时，所述电绝缘保护部能够由所述聚合物材料形成。
替选地或补充地，特别是当所述至少一个面承载导电迹线和/或电连接焊盘时，电绝缘保护部能够包括复合材料层，特别是至少一个复合材料片层，所述复合材料包括绝缘纤维，优选是玻璃纤维。
作为玻璃纤维复合材料的替选，可以使用具有相比或类似属性的其他电绝缘材料，例如热塑性纤维，如例如尼龙基纤维或
Figure GDA0003741783510000041
型纤维、玄武岩基矿物纤维、芳纶纤维或
Figure GDA0003741783510000042
优选地，对于聚合或硬化压力和温度分布而言，包含绝缘纤维的复合材料具有的聚合物基质与自行车部件的复合材料的聚合物基质相同或至少相容。
作为上述保护部的替选或补充，当所述印刷电路板的所述至少一个第一面承载至少一个电气/电子部件时，设置保护部的步骤能够包括：用盖体或框架覆盖所述至少一个第一面，所述盖体或框架容纳所述至少一个电气/电子部件。
当所述印刷电路板的所述至少一个第一面承载至少一个易碎电气/电子部件时，所述方法能够包括以下的步骤：在所述设置聚合物材料层的步骤之前，执行用阻尼材料层涂覆所述至少一个易碎部件。
在本说明书和所附权利要求中，“易碎部件”意指在聚合物材料的硬化周期中所使用的压力分布内包含的压力下将会受损的部件。
优选地，阻尼材料选自硅树脂和聚氨酯。
优选地，易碎部件是加速度计。
优选地，所述方法进一步包括以下步骤：设置预定形状的芯体；将设有保护部的所述印刷电路板施加到芯体上；以及用复合材料涂覆施加有所述印刷电路板的所述芯体，以便创建自行车部件，在该自行车部件中，复合材料呈外壳或包层形式。
芯体能够留在所模制的自行车部件中，但优选地，芯体由低熔点材料制成，并且所述方法包括在发生硬化之后执行的步骤，即在自行车部件中形成孔，加热到以芯体材料的熔点以上的温度，并且允许熔融的芯体通过孔流出。
优选地，如果芯体由低熔点材料制成，则所述方法进一步包括用化学试剂清洗熔融芯体留下的空腔的步骤，并且在所述设置保护部的步骤中，所述保护部是耐所述化学试剂的保护部。
优选地，所述芯体包括至少一个凹部，并且在所述在芯体上施加具有保护部的所述印刷电路板的步骤中，所述印刷电路板被施加在所述凹部中。
这种设置防止电路板在模制过程中移动，并且减小作用于印刷电路板的压力。
设置具有一个或多个凹部的芯体，该凹部中能够施加有印刷电路板或其他电气/电子部件，这本身有益并且本身代表创新性方面，而与设置共模制在自行车部件中的印刷电路板无关。
优选地，印刷电路板被施加在所述凹部中，其承载电气/电子部件的一面面向凹部。
更优选地，聚合物材料随后被注入凹部中并且在此硬化或允许硬化。
作为使用芯体的替选，所述方法能够包括用复合材料完全包裹设有保护部的印刷电路板的步骤，使得它被共模制在具有实心区段的部件中，至少是共模制在这样一个区域中。
一方面，本发明涉及一种通过具有其中一个或多个上述特征的方法所获得的自行车部件。
另一方面，本发明涉及一种由复合材料制成的整体式的自行车部件，所述复合材料包括掺入聚合物基质的结构纤维，与印刷电路板(在该印刷电路板的至少一个第一面上设有保护部)共模制，其中，所述复合材料围绕设有保护部的所述印刷电路板延伸，所述复合材料在所述第一面的那一侧上和/或在相反一侧上与设有保护部的所述印刷电路板接触。
因此，印刷电路板完全被所述复合材料包封。
在本说明书和所附权利要求中，“整体式”部件意指一种更复杂的结构，其仍由连结到一起的部分组成，但不损坏这些部分中的至少一个就不能将它们拆开。
这样的自行车部件的优点和保护部执行的任务以及自行车部件的优选特征、相关优点和各种替选方案和优选实施方案经必要修正对应于上文参照所述方法描述的那些，除非另作规定。
优选地，所述印刷电路板的所述至少一个第一面承载至少一个电气/电子部件，并且所述保护部是针对所述至少一个电气/电子部件的临界温度和/或临界压力的保护部，所述临界温度和/或临界压力的可能值参阅上文。
优选地，所述保护部包括经硬化的聚合物材料层。
优选地，所述印刷电路板的所述至少一个第一面承载多个电气/电子部件，并且所述聚合物材料填充所述电气/电子部件之间的空间。
优选地，所述保护部是电绝缘保护部，作为免受临界温度和/或临界压力的保护部的替代或补充。
作为上述保护部的替选或补充，当所述印刷电路板的所述至少一个第一面承载至少一个电气/电子部件时，所述保护部能够包括覆盖所述至少一个第一面的盖体或框架，所述盖体或框架容纳所述至少一个电气/电子部件。
当所述印刷电路板的所述至少一个第一面承载至少一个易碎电气/电子部件时，所述至少一个易碎部件优选地在所述聚合材料层下面涂覆有阻尼材料层，对此，上述内容有效。
自行车部件能够包括至少一个空腔。
在此情形下，复合材料呈围绕空腔的外壳或包层形式。
优选地，设有保护部的所述印刷电路板被附接到空腔的内表面(外壳的内表面)。
替选地，自行车部件包括芯体。
在此情形下，复合材料呈围绕芯体的外壳或包层形式。
优选地，设有保护部的所述印刷电路板被布置在芯体与复合材料之间(芯体与外壳之间)。
优选地，所述芯体包括至少一个凹部，并且设有保护部的所述印刷电路板被布置在所述凹部内。
作为设置芯体或空腔的替选，设有保护部的所述印刷电路板的两个面能与复合材料接触。在此情形下，自行车部件的区段为实心，至少是在包含印刷电路板的区域中。
在本发明的各方面，自行车部件选自由曲柄臂、车把和控制杆构成的组，优选地，它是曲柄臂。
另一方面，本发明涉及一种用于制造由复合材料形成的自行车部件的方法，所述复合材料包括掺入聚合物基质的结构纤维，所述方法包括不必相互按顺序的下列步骤：
-设置具有模腔的模具，所述模腔具有自行车部件的形状，
-设置印刷电路板，在其第一面上承载至少一个电气/电子部件，
-用聚合物材料涂覆至少所述第一面，
-硬化所述聚合物材料或允许所述聚合物材料硬化，
-将经涂覆的电路板插入所述模腔中，
-将所述复合材料插入所述模腔中，
-经受温度和压力分布，直至复合材料硬化。
优选地，所述复合材料围绕所述经涂覆的印刷电路板延伸，所述复合材料在所述第一面的一侧上和/或在相反侧上与所述经涂覆的印刷电路板接触。
该方法的其他有利特征对应于上述那些特征。
另一方面，本发明涉及一种复合材料制成的自行车部件，所述复合材料包括掺入聚合物基质的结构纤维，所述自行车部件包括：
-印刷电路板，在其第一面上承载至少一个电气/电子部件，
-其中至少所述第一面涂覆有经硬化的聚合物材料，
-其中所述电路板的所述经涂覆的第一面和相反面中的至少一个面涂覆有所述复合材料。
该方法的其他有利特征对应于上述那些特征。
优选地，所述电路板完全涂覆有所述经硬化的聚合物材料。
一方面，本发明涉及一种用于制造空心自行车部件的芯体，该芯体由低熔点材料制成，其特征在于包括至少一个凹部。
在本发明的各方面，优选地，自行车部件是曲柄臂，并且所述至少一个电气/电子部件形成扭矩计或功率计的一部分。
在本发明的各方面，优选地，结构纤维选自下组：碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、合成纤维、陶瓷纤维及其组合。
在本发明的各方面，优选地，合成纤维包括聚恶唑纤维(例如
Figure GDA0003741783510000102
)、超高分子量聚乙烯纤维(例如
Figure GDA0003741783510000101
)、芳纶纤维(例如凯夫拉纤维)及其组合。
附图说明
参照附图根据对本发明的优选实施方案的描述，本发明的其他特征和优点将显而易见，图中：
图1示意性示出局部剖开的自行车部件，特别是曲柄臂；
图2至图3是根据本发明用于制造自行车部件、特别是图1的曲柄臂的方法的步骤的透视图和分解图；
图4至图5是类似图2至图3的视图，涉及制造不同的曲柄臂；
图6至图9是根据本发明一些实施方案的具有空心部分的自行车部件、特别是空心曲柄臂的局部剖视图；
图10至图11是根据本发明进一步实施方案的自行车部件的细节透视图；以及
图12至图13是根据本发明一些实施方案的具有实心部分的自行车部件、特别是实心曲柄臂的局部剖视图。
具体实施方式
根据本发明的自行车部件由复合材料制成，该复合材料包括掺入聚合物材料的结构纤维。
典型地，结构纤维选自下组：碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、合成纤维、陶瓷纤维及其组合，优选碳纤维。
优选地，合成纤维包括聚恶唑纤维(例如
Figure GDA0003741783510000111
)、超高分子量聚乙烯纤维(例如
Figure GDA0003741783510000112
)、芳纶纤维(例如凯夫拉纤维)及其组合。
典型地，复合材料上分层的，并且对于每一层，存在大量材料选择，通常称为片状模塑料(SMC)。
然而，复合材料也可能是不分层的。
作为非限制性实例，在分层的复合材料中，每一层能够独立于其他层选自一种复合材料，该复合材料具有单向纤维、织造的双向纤维、非织造的双向纤维、织造的多向纤维、非织造的多向纤维、随机取向的短纤维或极短纤维、纤维聚集体及其组合；以及独立地选自具有预浸渍纤维的复合材料(“预浸料”)和具有干纤维的复合材料，在模制过程中添加聚合物基质材料；以及独立地选自具有热固性聚合物基质的复合材料和具有热塑性聚合物基质的复合材料；在每组替选方案中的选择独立于在每个其他组中的选择。
在不分层的复合材料的情形下，对于各个层，复合材料能够选自上述每组的各种替选方案，但典型地，其类型是具有随机取向的短纤维或极短纤维或者纤维聚集体或其组合。
在分层的复合材料中，每一层能够包括相对于一个或多个其他层以相同方式或不同方向取向的结构纤维。
通过特别优选的方式，用于制造自行车部件的材料是具有预浸渍纤维的化合物并且包括热固型聚合物基质。
用这样具有热固性聚合物基质的复合材料制造自行车部件通过压缩模制过程进行，而如果聚合物基质是热塑性基质，则通过注塑模制过程进行。能够使用的另一种过程是热成型。
作为自行车部件的示例，仅针对曲柄臂对本发明予以详细说明。
参照图1至图3，示出处于成品状态和制造过程的一些步骤中的空心曲柄臂10。
曲柄臂10特别是左曲柄臂，或更一般地在传动链或传动带一侧的相反侧，但下文所述内容也适用于右曲柄臂，或更一般地在传动链或传动带的一侧；根据本说明书，特别是下文对图4和图5的描述，本领域技术人员将理解所作更改。
曲柄臂10具有内空腔12，该内空腔至少部分地位于旋转轴线X与踏板轴线Y之间延伸的臂区域或其主体中。
在本说明书和所附权利要求中，曲柄臂10的纵向方向或长度方向L意指将旋转轴线X正交地连接到踏板轴线Y的方向。
在本说明书和所附权利要求中，曲柄臂10的宽度方向G意指位于旋转平面P中并与曲柄臂10的长度方向L正交的方向。
在本说明书和所附权利要求中，曲柄臂10的厚度方向S意指与旋转轴线X平行的方向。
在本说明书和所附权利要求中，曲柄臂10的近侧面24意指在安装状态下面向车架的一面；曲柄臂10的远侧面26意指与近侧面24相反的一面。中轴心轴28从近侧面24横向延伸，并且踏板枢轴(未示出)自远侧面26横向延伸。
在本说明书和所附权利要求中，在空心曲柄臂10的情形下，曲柄臂的内表面14意指面向空腔12的表面；曲柄臂10的外表面16意指暴露的表面。
为了制造空心曲柄臂10，使用成形的刚性芯体18，其形状决定成品曲柄臂10内的空腔12的形状。
类似于上文针对曲柄臂定义的方式，针对芯体18使用表述“长度方向”、“宽度方向”、“厚度方向”、“近侧面”和“远侧面”。
特别地，芯体18至少在其纵向中央区域中具有第一区域20(在宽度方向上居中)，其具有最大厚度S1(该最大厚度是恒定的，或者其总之有小且稳定的变化)，并且该芯体具有在宽度方向G上从一侧和另一侧突出的两个突出部，图中仅可看出其中一个，其用附图标记22表示。
每个突出部22与芯体的一面齐平，优选地与芯体的近侧面27齐平。
因此，在每个突出部22到中央区域20的过渡部分中限定出阶状部29，其具有优选相互正交或近似正交的立管表面32和“踏面”表面34。“踏面”表面34是突出部22的一部分并且基本上沿长度方向L且沿宽度方向G延伸。立管表面32是中央区域30的一部分并且基本上沿长度方向L且沿厚度方向S延伸。
芯体18包括凹槽和/或凹部，旨在将电气/电子部件安置在预定且更受保护的位置，例如集成电路板、柔性电路和/或成品曲柄臂内部和/或外部电子部件之间的连接电缆。
在所示的情形下，优选在阶状部29的立管表面32上，设置用于传感器38的凹部36，特别是用于应变仪或其他伸缩传感器和/或温度传感器，设置用于印刷电路板或PCB 42的凹部40，优选在远侧面25上，设置用于电缆和/或柔性电路46的凹部44，优选在近侧面27上，设置用于限定下述的排空孔50(图1)的位置的圆形凹部(不可见)。
实际上，在空心曲柄臂10的制造过程中，一个或多个传感器38能够首先在凹部36内固定至刚性芯体18的立管表面32上。所述电缆和/或柔性电路46也能固定到芯体18。
如下文参照图6至图11所述适当处理的PCB 42在凹部40内优选以稳定但临时的方式固定到芯体18。参阅本说明书，表述“稳定但临时”的含义将显而易见。
有利地，如图所示，部件38、42、46形成预组装的仪器主体47；图3示出仪器主体47固定到芯体18状态下的芯体18和仪器主体47。
当传感器38是应变仪或其他伸缩传感器时，仪器主体47进一步具有传感器39，优选温度传感器。应当指出，仪器主体47的传感器39固定在芯体18的远侧面25上。然而，作为刚性芯体18的立管表面32上的凹部36的替选或补充，可以存在芯体18的阶状部29的踏面表面34上的凹部，用于容纳这些传感器39。
传感器38、39也能被布置在刚性芯体18的近侧面27上，优选布置在适当定位成容纳它们的凹部(未示出)中。
伸缩传感器38和温度传感器39能够交换它们的位置。
中轴心轴28或其一部分和踏板枢轴(未示出)或者可能具有内螺纹的相应金属衬套52、54或为这些心轴/枢轴形成孔的螺纹嵌件(端锁)被定位于芯体18的两端。
此后，优选包括基本上单向的结构纤维的复合材料“绳带”56被定位于每个阶状部29所限定的凹部中，其中单向纤维的方向基本上与曲柄臂10的长度方向L对齐。绳带56能够由一个或多个卷起的复合材料片层形成，或者它能够包括由在插入模具之前用聚合物材料浸渍的或在模制期间用聚合物材料浸渍的干的单向纤维制成的编带或类似带子。能够使用单圈绳带56，或者能够使用两根绳带，每根绳带位于芯体18的一侧。绳带56也能被部分硬化。
应当指出，传感器38与绳带56接触：当传感器38是应变仪或其他伸缩传感器时，这可能特别有利，因为它们根据复合材料纤维的方向伸长。
此后，在由此制备的结构上卷绕各种类型中任一种的一个或多个其他复合材料片层60。
正如绳带56一样，片层60也可以被预浸渍或不预浸渍，在后一种情形下，聚合物材料随后被注入模具中。
作为复合材料绳带56和片层60的替选，能够使用非片层复合材料，如上所述。
该结构被插入模具中并且复合材料固结，同时使其经受适当的温度和压力分布。芯体18的材料应适当选择，以便承受模制的压力和温度，同时保持其形状，直至复合材料硬化，同时仍确保传感器38、39(和PCB 42)精确定位在成品曲柄臂10的内空腔12内。
从模具中取出之后，例如能够在曲柄臂10的近侧面24上制成上述排空孔50，并且芯体18能够适当地熔融并允许通过孔被倒出。为此目的，芯体18特别是由低熔点金属合金制成，其熔点低于140℃。
发生合金的熔融过程特别是例如参阅文献EP1818252A1，其通过引用并入本文，具体方式是将半成品置于处于比合金熔点温度更高的温度下的油浴中。通过这种方式，发生芯体18的熔融，而复合材料不会受损于过高的温度。
将所述一个或多个传感器38、39固定到芯体18应当是这样的，即使得，在组装待模制的结构期间和在模制期间使它/它们保持就位，但其内聚力应低于所述一个或多个传感器38、39与复合材料之间已建立的内聚力，以当取出芯体18时，传感器38、39保持以固定方式连接到曲柄臂。
另一方面，对于电缆和/或柔性电路46适当地是，其一段长度须穿过孔50引出，而完全不粘附到曲柄臂10，至少在它们的自由端处是这样。
类似地，将所述PCB 42和/或电缆和/或柔性电路46固定到芯体18应该是这样的，即使得，在组装待模制结构期间和在模制期间将它们保持就位，并且它们不会被从孔50流出的熔融芯体18拖带，而在一方面，无需以相同的精度定位传感器38、39，在另一方面，不必严格要求所述元件42、46粘附到成品曲柄臂10的内表面14，但为了在曲柄臂10的使用期间避免噪音和弹动以及随之而来的明显问题，这一点是非常优选的。
但有利地，预组装的仪器主体47的优选配置也更易于使各种电气/电子部件保持就位。
在排空构成芯体18的材料之后，如果设有排空孔50，则可以适当地堵塞该排空孔，优选采用密封方式堵塞。
此后，由此形成的曲柄臂10的内空腔12被精整，这是通过经酸洗除去熔融之后余留的可能金属残余物来进行的，条件是其不会损坏传感器38、39。
曲柄臂10能够经受对外表面16的进一步精整周期，例如通过使其经受喷砂处理，并且制造结束时，固定设置在曲柄臂10上的可能的金属部件。
在右曲柄臂的情形下，例如，一个或多个齿盘典型地是通过胶合来固定到其十字轴。实际上，在右曲柄臂的情形下，用附图标记19表示的并在图4至图5中示出的刚性芯体比芯体18长，并且在成品曲柄臂的旋转轴线X的那一侧上包括中心孔57和围绕孔57径向延伸的突出部58，这将会限定右曲柄臂的内空腔12在该芯体的相应数目的十字轴支腿内围绕金属衬套52径向延伸的延伸部。曲柄臂的突出部58(即十字轴支腿)的数目不一定如图所示的那样等于四个。
芯体19的中央区域类似于用于制造左曲柄臂的芯体18的中央区域，并且它具有类似的构造，而且为方便起见，用针对图2至图3的左曲柄臂描述芯体18时所用的相同附图标记来表示。电气/电子部件(PCB 42，传感器38、39，电缆46，预组装的仪器主体47)也有利地类似于针对芯体18所描述的那些，为方便起见，用相同附图标记来表示。
应当强调，通过上述制造方法，PCB 42(以及其他电气/电子部件)就与曲柄臂10的复合材料共模制，曲柄臂10与已插入其内部的PCB模制为单件，这不同于其中首先形成曲柄臂且随后才是与其相关联的电气/电子部件的现有技术。
因此，曲柄臂10在其主体中集成有PCB 42，以及可能地其他的电气/电子部件。
因此，PCB 42(以及可能地其他的电气/电子部件)有利地包封在形成曲柄臂10的复合材料中，由此受到极好保护以防撞、防水、防灰并防止大气老化。
安置在曲柄臂中的电气/电子部件应是这样的，即能承受模制过程中的压力和温度分布——在复合材料具有热固性聚合物材料的情形下比在复合材料具有热塑性聚合物材料的情形下更为关键——以及能承受酸洗(如果进行)，可能地在如下文参照图6至图11所述受保护时进行。
不能承受这类条件的部件、特别是电池供电单元被机械连接到曲柄臂10并且仅在模制曲柄臂10之后才电连接到共模制的部件，可能将它们穿过孔50或其他适当的孔插入空腔12，或者将它们固定到曲柄臂本身的外表面16。
值得强调的是，传感器38、39或它们中的一些也能在模制曲柄臂10之后连接，并特别是固定到曲柄臂10的外表面16。
替选地，可以提供适当设计的芯体18，其在模制完成之后在成品曲柄臂10内保持就位。在本例中，总之限定一种内空腔，由此在本说明书和所附权利要求中，术语“内空腔12”意指形成曲柄臂10的外壳或外包层的复合材料的空腔。
留在成品曲柄臂中的芯体能够以特别轻的材料来提供，例如高密度聚丙烯或硬化复合材料(其可以与形成曲柄臂10的外壳的复合材料相同或不同)，或者以框架的形式来提供，该框架适当地构造用以确保并且具有这样的刚度以便确保传感器38、39在成品曲柄臂中正确定位。
除适当缠绕芯体19、其中心孔57及其突出部58的复合材料片层60的形状和数目差异之外，根据图4至图5制造右曲柄臂的过程与上述过程基本相同。
在模制之前，PCB 42设有保护部。
通过公知的方式，PCB 42包括支撑板或基板，通常包括至少一个导电层和一个非导电层，优选地导电层与非导电层交替，该支撑板上固定、优选地焊接一个或多个电气/电子部件，以组成一个电路(或多个电路)。
例如通过蚀刻，导电层被适当地构造，以便形成导电迹线，这些导电迹线使支撑板上安装的电气/电子部件互连，以形成所需的电路和/或用于使电路与其外部的部件连接的焊盘，在所示情形下，特别是用于使PCB 42上形成的电路与用于连接到传感器38、39和曲柄臂10外部的供电单元的电缆46连接。
PCB 42的支撑板的一个面或两个面能够承载电气/电子部件；PCB 42的支撑板的一个面或两个面能够承载导电迹线和/或焊盘；在单个面承载电气/电子部件和单面承载导电迹线和/或焊盘的情形下，它可能是同一面或相反的两个面。
本发明的保护部能够交替或同时执行不同的任务。
对于导电迹线和/或焊盘而言，保护部执行使它们电绝缘的任务，特别是在其上形成导电迹线和/或焊盘的一面(或多个面)与导电材料、如例如包含碳纤维的复合材料接触的情形下。
对于电气/电子部件而言，保护部执行保护它或它们免受模制和/或其他处理步骤的压力和/或温度(压力和/或温度是临界的)影响的任务，如特别是在热固性聚合材料的压缩模制的情形下。
在这两种情形下，保护部均还能执行免受在空腔12的洗涤步骤中所使用的化学试剂影响的保护任务。
图6至图11示出PCB 42的保护部的一些实施方案，其允许该PCB共模制到曲柄臂10或其他自行车部件中。
在图6的实施方案中，PCB 42具有多个电气/电子部件(仅举例，以附图标记64、66、68表示三个部件)以及PCB的单个面70上的迹线和焊盘。PCB的相反面72由PCB的支撑板的非导电层形成。PCB 42被共模制到曲柄臂10中，其中面72与复合材料接触。
保护部74由热固性环氧树脂(优选是双组分环氧树脂)基聚合物材料制成。
由此制成的保护部74确保耐受高的模制温度和芯体18、19的熔点，此外还具有很高的抗冲击性并通常具有很高的机械应力抗性，特别是耐受高的模制压力。
有利地，通过保护部74使电气/电子部件64、66、68所承受的压力和/或温度降低到非临界水平。
为此有利地，保护部74的环氧基聚合物材料填充电气/电子部件64、66、68之间的空白空间并且补偿它们的厚度差，从而形成厚度均匀的受保护PCB，PCB上的模制压力分布得更加均匀。
此外，保护部74确保适当的电绝缘，但这并非特别必要，因为PCB 42的面70暴露于曲柄臂10的空腔12内的空气。但是，在空腔12中渗水的情形下，电绝缘可能是有用的。
保护部74也有利地确保对化学试剂、特别是对制造过程中洗涤酸浴的适当的抗渗性和耐受性。
为了用环氧树脂保护部74覆盖PCB 42，有利地但非必要地，使用芯体18、19本身。PCB 42被布置在芯体18、19的凹部40中，承载电气/电子部件64、66、68的面70朝向芯体18、19，即朝向凹部40。然后，流体状态的环氧树脂注入PCB 42下方的凹部40中并且填充电气/电子部件64、66、68与凹部40的底部之间的空白空间。树脂也可以在插入PCB 42之前插入到凹部中。然后，使树脂部分硬化或允许其硬化，从而形成稳定的保护部74。
因此，由保护部74覆盖的PCB 42上承载的电气/电子部件64、66、68有利地在以下过程中都受到保护，即在共模制期间，在此过程中，成形中的芯体18、19和曲柄臂10经受高温和高压，以及在芯体18、19熔融和/或酸洗和精整的可能后续步骤期间，其中使用侵蚀性化学物质，以及在曲柄臂10的使用寿命期间，抵抗空腔12中的可能渗透。
作为环氧树脂的替选，如本说明书的前言部分所述，可以使用具有相似或类似属性的其他材料，主要是聚合物，以确保对PCB 42充分保护，如例如甲基丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯酸材料。
通过在电气/电子部件与环氧树脂之间添加适当的阻尼元件，如电气/电子部件64处所示的阻尼元件76，能够进一步保护PCB 42的某些电气/电子部件64、66、68免受模制期间所涉及的机械应力影响。
阻尼元件76具有比保护部74低得多的硬度。通过这种方式，当在保护部74外部施加机械负载时，特别是由高模制压力引起的机械负载，阻尼元件76消散下方电气/电子部件64处产生的压力，同时将负载释放到围绕电气/电子部件64的保护部74上。
施加有阻尼元件76的电气/电子部件64例如是加速度计，这个加速度计是对机械负载最脆弱或最敏感的部件，因为其操作是基于包括活动的微型衔铁的机械致动器；因此，加速度计是在模制期间最容易因所涉及的高压而受损的部件，高压可能导致PCB 42上产生微小应变，这样造成加速度计的微观结构被破坏。
相反，不包括活动的部件的PCB 42的电气/电子部件66、68即使不设计成对机械负载具有特定抗性，也通常更能抵抗机械负载。作为预防措施，总之适合的是，在电气/电子部件66、68上也设置类似于阻尼元件76的其他阻尼元件。
对于阻尼元件76，使用硅树脂聚合物。替选地，能够使用其他软质聚合物材料，例如聚氨酯。
在图7的实施方案中，PCB 42承载有一个单独的电气/电子部件66，例如微处理器，因此不会出现不同厚度和随之而来的不同局部压力的问题。在本例中，保护部78由层构成，特别是至少一个由包含玻璃纤维的复合材料制成的片层。尽管机械性能劣于保护部74的环氧树脂，但保护部78确保抗渗性、防化学试剂和电绝缘的相当特性。
在制造过程中，玻璃纤维复合材料制成的片层能够稳定地联接到模具外部的PCB42，或者能够首先将一个或多个由玻璃纤维复合材料制成的片层布置在芯体18、19的凹部40中，随后将PCB 42布置在片层上方，并且将电气/电子部件66布置成朝向玻璃纤维本身，即朝向凹部40。
在PCB 42上承载的电气/电子部件66易碎的情形下，在本例中也能设置用于保护电气/电子部件66的阻尼元件76(图6)。
优选地，保护部78的聚合物材料与片层60的复合材料的聚合物基质相同或至少相容，特别是从化学观点来看以及在聚合或硬化压力和温度分布方面上，使得保护部78保护的PCB 42与自行车部件(在此为曲柄臂10)的其余部分发生共交联或共硬化。
作为玻璃纤维复合材料的替选，可以使用具有相似或类似属性的其他电绝缘材料，以便确保对PCB 42的充分保护，如例如热塑性纤维，例如尼龙基或
Figure GDA0003741783510000231
型纤维；玄武岩基矿物纤维以及芳纶纤维或
Figure GDA0003741783510000232
也是适用的。
图8示出设有保护部80的PCB 42，该保护部在承载电气/电子部件64、66、68的PCB42的那一侧面70上包括环氧树脂层或上文参照图6的保护部74所述的环氧树脂层的变体，并且在PCB 42的相反侧面72上包括类似于参照图7的保护部78所述的玻璃纤维复合材料(或上述其他材料)层84，在本例中，该相反侧面具有电连接迹线和/或焊盘(不可见)。在本例中，玻璃纤维复合材料层84特别有用，因为否则的话，承载有迹线和/或焊盘的PCB 42的侧面72会与曲柄臂10的复合材料直接接触，而该曲柄臂的复合材料诸如在复合材料包含碳纤维的情形下可能是导电的。
该制造过程与参照图6所述的制造过程的区别在于，在PCB 42已插入芯体18、19的凹部40中之后并且在包裹待形成曲柄臂10的复合材料之前，将玻璃纤维复合材料层84布置在该PCB的42上方。
图9示出在第一面70上承载电气/电子部件64、66、68并且在相反面72上承载电气/电子部件86、88、90(在本例中，仅举例示出三个)的PCB 42。在本例中，保护部92在两个面70、72上均由环氧树脂或如上所述的变体制成。PCB 42被完全集成在保护部92的环氧树脂中。优选地，在将环氧树脂注入凹部40之后，使PCB在环氧树脂中浸入一定深度，并且将环氧树脂预硬化之后包裹上待形成曲柄臂10的复合材料，在任何情形下，此后再进行曲柄臂10的模制过程。
可以在两侧设置保护部92，以便PCB 42在一个单面上承载部件而在相反面上承载有迹线和焊盘。
根据未示出的实施方案，可以通过一层或多层玻璃纤维复合材料或如上参照图7所讨论的变体，在PCB 42的两侧提供保护，特别是如果每一侧承载单个部件。
同样，在PCB 42集成有保护部或完全被保护部包围的实施方案中，可以在PCB 42的一个或多个电气/电子部件上使用一个或多个阻尼元件76。
PCB 42集成有保护部或完全被保护部包围的实施方案实现上述关于在一个单面上受到保护的PCB的优点。
图10示出保护部94可施加于PCB 42以允许PCB 42与曲柄臂10共模制的又一种替选实施方案。在本例中，仅举例示出PCB 42上可见的各种电子部件。
保护部94以盖体94的形式制成，该盖体的尺寸适于覆盖PCB 42承载电气/电子部件的那一面70，其容纳这些电气/电子部件。出于上述原因，盖体94由具有机械阻力、耐温、耐化学试剂和/或电绝缘的适当特性的材料制成，并且该盖体为此能够由例如尼龙或ABS制成。
盖体94制成的形状特别是与芯体18、19上的凹部40的形状匹配。
盖体94首先在其边缘96处固定到PCB 42上，例如通过胶合或替选地通过焊接。然后将由此受盖体94保护的PCB 42插入到芯体18、19上形成的凹部40中，并且盖体94位于凹部40中。
作为盖体94的替选，可以设置保护框架98，如图11中所示，制造过程类似于参照图10的盖体94所述的制造过程。在从机械角度需要保护PCB 42的电气/电子部件而无需使PCB42与曲柄臂的内空腔完全绝缘的情形下，能够使用框架98。框架98提供机械保护并充当间隔物。
在两个面都承载有电气/电子部件的情形下，PCB 42的两个面上都能设有如盖体94或框架98的保护部。
以下实施例是可能的，在该实施例中，以参照图6、图7、图10和图11所述的方式中的两种不同的方式保护PCB 42的两个面。
以下实施例是可能的，在该实施例中，以参照图6、图7、图10和图11所述的方式中的两种不同的方式保护PCB 42的同一面或每一面。
应再次强调，用上文讨论的保护部中的一个保护部进行保护的PCB 42上承载的电气/电子部件有利地在以下两个过程中都受到保护，即在共模制期间，在此过程中，成形中的芯体18、19和曲柄臂10经受高温和高压，以及在芯体18、19熔融和/或酸洗和精整的可能后续步骤期间，在此过程中使用侵蚀性化学物质。
此外，在成品曲柄臂10中，电气/电子部件不会导致暴露于空腔12内并且还以紧密的方式密封，从而受到保护以免受水和/或灰尘可能进入曲柄臂10的空腔12中的影响。
作为进一步优点，在两侧上都保护电路板或PCB 42，电气/电子部件与纤维材料绝缘，该纤维材料(至少在碳纤维的情形下是导电的)可能干扰所涉及的电信号的生成和/或传输，导致短路和故障。
最后，PCB 42完全隐藏在视野之外，因此曲柄臂10的外观得以显著改善。
但是，应当理解，PCB 42的保护部能够仅设置在与曲柄臂10的复合材料接触的那一侧上，而不设置在暴露于空腔12内的那一侧上，或者反过来。
图12至图13示出被共模制在实心曲柄臂10中的PCB 42的保护部的两个示例性实施方案。
在本例中，PCB 42的两个面都可能暴露于临界模制压力和/或温度，并且/或者需要与形成曲柄臂10的复合材料电绝缘。
因此，除非PCB 42的某个面不具有电气/电子部件以及迹线和/或焊盘，否则PCB42的所有侧面都适于被保护部所包围。
举例而言，在图12的情形下，PCB 42的承载有电子部件64、66、68的那一面由环氧树脂层74或参照图6讨论的变体来保护，并且PCB 42的承载有迹线和焊盘的那一面由玻璃纤维复合材料层84或参照图7讨论的变体来保护。
再举一例，在图13的情形下，PCB 42的两个面都由环氧树脂层或参照图6讨论的变体来保护。
然而，如上参照空心曲柄臂所述的保护部的其他实施方案也是可能的。
同样，在这类情形下，可以设置一个或多个附加的阻尼元件76来保护最精密的电气/电子部件64、66、68。
在实心曲柄臂的情形下，还可以使用适当支撑板中的凹部以在模具外部形成保护部；然后，受保护的PCB 42被复合材料层覆盖之后插入模具，或者将其插入模腔中并集成在不分层的复合材料中。最后，PCB 42与可能的其他部件并且与形成曲柄臂10的复合材料共模制。
尽管已参照曲柄臂对本发明予以详细说明，但本发明也能应用于其他自行车部件，如例如车把、车架或其中一个控制杆。
部件横截面可能仅在包含印刷电路板的区域中是空心或实心的，而在其他区域中是实心或空心的。
也可以在芯体与印刷电路板之间提供布置复合材料，以便获得设有空腔的部件，其中印刷电路板紧邻空腔，但仍完全被复合材料包围。虽然这个过程一方面有助于在模制后使印刷电路板保持就位并保护印刷电路板免遭空腔中可能的渗透影响，另一方面则会在模制期间使印刷电路板比其临时固定到芯体和/或安放在芯体的凹部中时移动得更多，使得印刷电路板在自行车部件中的定位不太精确。
尽管已参照单个印刷电路板对本发明予以详细说明，但可能设置更多数量的印刷电路板。
以上是发明方面的各种实施例的描述，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行进一步的改变。各种部件的形状和/或尺寸和/或位置和/或定向和/或各种步骤的顺序可以改变。元件或模块的功能可以由两个或更多个部件或模块实施，并且反过来同样。示出为直接连接到彼此或彼此接触的部件可以具有布置在它们之间的中间结构。示出为直接彼此紧随的步骤可以在它们之间实施中间步骤。附图中示出的和/或参考附图或实施例描述的细节可以应用于其他附图或实施例中。并非在附图中示出或在同一上下文中描述的所有细节都必须一定存在于同一实施例中。证明出相对于现有技术而言创新性的特征或方面单独地或与其他特征组合应被视为本身描述性的，而与明确描述为创新性的内容无关。

Claims (18)

1.一种用于制造由复合材料形成的自行车部件(10)的方法，所述复合材料包括掺入在热固性聚合物基质中的结构纤维，所述方法包括不必相互按顺序的下列步骤：
-设置具有模腔的模具，所述模腔具有自行车部件(10)的形状，
-设置印刷电路板(42)，
-为所述印刷电路板(42)的至少一个第一面(70、72)设置保护部(74、78、80、84、92、94、98)，
-将设有所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)的印刷电路板(42)插入所述模腔中，
-将所述复合材料插入所述模腔中，
-条件是，所述复合材料围绕设有所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)延伸，所述复合材料在所述第一面(70、72)的一侧上和/或在相反侧上与设有所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)接触，以及
-在压缩模制过程中经受温度和压力分布，直至所述复合材料的硬化，
其中，所述印刷电路板(42)的所述至少一个第一面(70、72)承载至少一个电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)，并且所述保护部(74、80、84、92、94、98)是针对所述至少一个电气/电子部件的临界温度和临界压力的保护部，在所述压缩模制过程中达到所述临界温度和所述临界压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设置保护部(74、80、84、92)的步骤包括：在所述印刷电路板(42)的所述至少一个第一面(70、72)上设置聚合物材料层，以及在所述经受温度和压力分布的步骤之前硬化所述聚合物材料或允许所述聚合物材料硬化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述印刷电路板(42)的所述至少一个第一面(70、72)承载多个电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)，以及所述设置聚合物材料层的步骤包括用聚合物材料填充所述电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)之间的空间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)是电绝缘保护部。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述印刷电路板(42)的所述至少一个第一面(70、72)承载至少一个电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)，且其中，所述设置保护部的步骤(94、98)包括用盖体(94)或框架(98)覆盖所述至少一个第一面(70、72)，所述盖体(94)或框架(98)容纳所述至少一个电气/电子部件(64、66、68、86、88，90)。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：设置预定形状的芯体(18、19)，将设有保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)施加到所述芯体(18、19)上，以及用所述复合材料涂覆施加有所述印刷电路板(42)的所述芯体(18、19)。
7.根据权利要求2所述的方法，进一步包括步骤：设置预定形状的芯体(18、19)；将设有所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)施加到所述芯体(18、19)上；以及用所述复合材料涂覆施加有所述印刷电路板(42)的所述芯体(18、19)，且其中，所述将设有所述保护部(74、80、84，92)的所述印刷电路板(42)施加到所述芯体(18、19)上的步骤包括：将所述印刷电路板(42)施加于所述芯体(18、19)的凹部(40)中，所述印刷电路板(42)的承载所述电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)的面(70、72)面向所述凹部(40)；将所述聚合物材料注入所述凹部(40)中；以及硬化所述聚合物材料或允许所述聚合物材料硬化。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自行车部件(10)选自由曲柄臂(10)、车把和控制杆构成的组。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述自行车部件(10)是曲柄臂(10)。
10.一种由复合材料制成的整体式的自行车部件(10)，所述复合材料包括掺入在聚合物基质中的结构纤维，所述自行车部件在压缩模制过程中与在印刷电路板(42)的至少一个第一面(70、72)上设有保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)共模制，其中，所述复合材料围绕设有所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)延伸，所述复合材料在所述第一面(70、72)的一侧上和/或在相反侧上与设有所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)接触，其中，所述印刷电路板(42)的所述至少一个第一面(70、72)承载至少一个电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)，并且所述保护部(74、78、80、92、94、98)是针对所述至少一个电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)的临界温度和临界压力的保护部，在所述压缩模制过程中达到所述临界温度和所述临界压力。
11.根据权利要求10所述的自行车部件(10)，其中，所述保护部(74、80、92)包括经硬化的聚合物材料的层。
12.根据权利要求11所述的自行车部件(10)，其中，所述印刷电路板(42)的所述至少一个第一面(70、72)承载多个电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)，并且所述聚合物材料填充所述电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)之间的空间。
13.根据权利要求10所述的自行车部件(10)，其中，所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)是电绝缘保护部。
14.根据权利要求10所述的自行车部件(10)，其中，所述印刷电路板(42)的所述至少一个第一面(70、72)承载至少一个电气/电子部件(64、66、68、86、88、90)，且其中，所述保护部(94、98)包括覆盖所述至少一个第一面(70、72)的盖体(94)或框架(98)，并且所述盖体(94)或框架(98)容纳所述至少一个电气/电子部件(64、66、68、86、88，90)。
15.根据权利要求10所述的自行车部件(10)，包括至少一个空腔(12)，设有所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)被附接到所述空腔(12)的内表面(14)。
16.根据权利要求10所述的自行车部件(10)，其中，设有所述保护部(74、78、80、84、92、94、98)的所述印刷电路板(42)的两个面(70、72)与所述复合材料接触。
17.根据权利要求10所述的自行车部件(10)，其中，所述自行车部件(10)选自由曲柄臂(10)、车把和控制杆构成的组。
18.根据权利要求17所述的自行车部件(10)，其中，所述自行车部件(10)是曲柄臂(10)。
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