ITVI20150104A1 - CARBON FIBER BICYCLE FRAME AND PROCEDURE FOR ITS REALIZATION - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
dell? invenzione avente per TITOLO ?Telaio per bicicletta in fibra di carbonio e procedimento per la sua realizzazione? a nome di Swisstech Engineering Sagl. dell? invention titled? Carbon fiber bicycle frame and procedure for its realization? on behalf of Swisstech Engineering Sagl.
Il presente trovato riguarda un telaio per bicicletta in fibra di carbonio, secondo la parte generale della rivendicazione 1. The present invention relates to a carbon fiber bicycle frame, according to the general part of claim 1.
Il trovato riguarda inoltre il procedimento per la sua realizzazione. The invention also relates to the method for its realization.
I telai per bicicletta realizzati in fibra di carbonio possono essere realizzati, sostanzialmente, secondo tre diverse tipologie di costruzione: The bicycle frames made of carbon fiber can be made, basically, according to three different types of construction:
- telai ?tube-to-tube?: sono realizzati con tubazioni singole preformate ed incollate reciprocamente tramite fasciature che utilizzano bende di carbonio impregnate di resina epossidica. -? tube-to-tube? frames: they are made with single pre-formed tubes glued together by means of bandages using carbon bandages impregnated with epoxy resin.
E? il procedimento che pi? si avvicina al metodo di costruzione dei telai classici in metallo: le varie parti del telaio, i cosiddetti ?tubi?, vengono ?sgolati? e poi puntati con la colla e quindi laminati sui raccordi. AND? the procedure that pi? approaches the construction method of classic metal frames: the various parts of the frame, the so-called? tubes ?, are? grooved? and then pointed with glue and then laminated on the fittings.
- telai a ?congiunzione?: sono costituiti da tubazioni singole, che vengono unite tramite congiunzioni preformate a singolo o doppio guscio e fissate con colla epossidica. -? junction? frames: they consist of single pipes, which are joined by pre-formed single or double shell junctions and fixed with epoxy glue.
E? stato il primo procedimento utilizzato per realizzare telai in carbonio, ma oggi esso ? poco utilizzato per la difficolt? di produrre delle congiunzioni in carbonio di buona qualit?. AND? was the first process used to make carbon frames, but today it? little used for the difficulty? to produce good quality carbon conjunctions.
- telai ?monoscocca?: si differenziano dai precedenti perch? i componenti che formano il triangolo anteriore costituiscono un unico pezzo o ?monoscocca? al quale viene incollato, tramite colla epossidica, il carro posteriore, che ? formato dai foderi obliqui e da quelli orizzontali, sia di destra che di sinistra e dai relativi forcellini contrapposti, atti a reggere la ruota. -? monocoque? frames: they differ from the previous ones because? the components that form the front triangle form a single piece or? monocoque? to which the rear stay is glued, using epoxy glue, which? formed by the sliders and the horizontal ones, both on the right and on the left and by the relative opposite dropouts, suitable to hold the wheel.
Attualmente, questo ? il procedimento maggiormente applicato dalle case costruttrici di telai in fibra di carbonio. Currently, this? the procedure mostly applied by the manufacturers of carbon fiber frames.
All?atto pratico, i tipi di telai sopra citati manifestano l?inconveniente di richiedere l?assemblaggio di numerosi elementi strutturali di sostegno, che provocano locali sovrapposizioni di strati di laminato, dovuti alla presenza di bendaggi di rinforzo, oppure agli innesti delle tubazioni nelle congiunzioni, che provocano quindi un sovradosaggio di colla e di resina epossidica. In practice, the aforementioned types of frames have the drawback of requiring the assembly of numerous structural support elements, which cause local overlapping of laminate layers, due to the presence of reinforcement bandages, or to the grafts of the pipes in the conjunctions, which then cause an overdose of glue and epoxy resin.
Inoltre, sempre svantaggiosamente, nei punti di congiunzione dei vari componenti la struttura risulta alterata, essendo il laminato di carbonio sottoposto a numerose interruzioni di fibre per cui ? diff?cile, se non impossibile, ottenere un comportamento omogeneo del telaio, in quanto esso risulter? avere delle aree contigue strutturalmente molto diverse. Furthermore, always disadvantageously, in the points of junction of the various components the structure is altered, since the carbon laminate is subjected to numerous interruptions of fibers so that? difficult, if not impossible, to obtain a homogeneous behavior of the frame, as it will result? have structurally very different contiguous areas.
Scopo del presente trovato ? quello di realizzare un telaio per bicicletta in fibra di carbonio che risulti privo degli inconvenienti manifestati dai prodotti consimili di tipo noto. Purpose of the present invention? that of making a carbon fiber bicycle frame which is free from the drawbacks manifested by similar products of known type.
Specificatamente, scopo del trovato ? quello di realizzare un telaio in fibra di carbonio per biciclette, in particolare da corsa, ad uso professionale e sportivo, con alte prestazioni e tecnologicamente molto evoluto. Specifically, the purpose of the invention? to create a carbon fiber frame for bicycles, in particular for racing, for professional and sports use, with high performance and technologically very advanced.
Tale scopo ? raggiunto con la realizzazione di un telaio in fibra di carbonio costruito completamente in un unico pezzo ed ottenuto mediante estrazione da un unico stampo. Such purpose? achieved with the creation of a carbon fiber frame built completely in a single piece and obtained by extraction from a single mold.
Costruttivamente, tutti i componenti che formano la struttura del telaio non hanno alcuna giunzione reciproca, essendo realizzati tutti nello stesso stampo e nello stesso momento. Constructively, all the components that make up the frame structure have no reciprocal junction, being all made in the same mold and at the same time.
Sempre costruttivamente, il telaio di cui al trovato si presenta come una struttura cava, in cui le pareti esterne vengono sagomate all? interno di uno stampo per modellarne la forma e dove lo spessore e la struttura di dette pareti variano in funzione alle esigenze di resistenza, rigidit? ed elasticit? richieste meccanicamente nei diversi punti della struttura stessa; si differenziano solamente i due forcellini posteriori, i quali risultano anclressi integrati con il resto del telaio e stampati contemporaneamente all?interno dello stesso stampo, che per?, per la loro funzione di sostenere e fissare il gruppo della ruota posteriore ed inoltre per le toro ridotte dimensioni, devono risultare pieni e non cavi. Still constructively, the frame according to the invention appears as a hollow structure, in which the external walls are shaped at the same angle. inside of a mold to model its shape and where the thickness and structure of said walls vary according to the needs of resistance, rigidity? and elasticity? mechanically required in the different points of the structure itself; only the two rear dropouts differ, which are also integrated with the rest of the frame and printed at the same time inside the same mold, which, however, due to their function of supporting and fixing the rear wheel assembly and also for the bulls reduced dimensions, they must be solid and not hollow.
Le caratteristiche del trovato verranno meglio definite mediante la descrizione di una sua possibile forma di realizzazione, resa a solo titolo di esempio non limitativo, con Laiuto delle tavole di disegno allegate, dove: The characteristics of the invention will be better defined by the description of a possible embodiment thereof, given as a non-limiting example only, with the help of the attached drawing tables, where:
- le figg. 1, 2 (tavv. I - ?) rappresentano delle viste prospettiche, rispettivamente anteriore e posteriore del telaio di cui al trovato; - figs. 1, 2 (tables I -?) Show perspective views, respectively front and rear of the frame according to the invention;
- la fig. 3 (tav. Ili) rappresenta una vista prospettica, sezionata in elevazione, del telaio di cui al trovato; - fig. 3 (table III) represents a perspective view, sectioned in elevation, of the frame according to the invention;
- le figg. 4, 5, 6, 7 (tavv. IV - V - VI - VII), rappresentano delle viste sezionate di dettaglio, rispettivamente, del gruppo sterzo, del gruppo pedali o movimento centrale, del gruppo sella e del gruppo ruota posteriore; - figs. 4, 5, 6, 7 (tables IV - V - VI - VII), represent detailed sectional views, respectively, of the steering unit, the pedal unit or bottom bracket, the saddle unit and the rear wheel unit;
- la fig. 8 e le figg. 9 - 13 (tav. Vili) rappresentano una vista in elevazione del telaio di cui al trovato ed i profili delle sezioni del telaio in corrispondenza, rispettivamente, del tubo superiore, della scatola del movimento centrale, dei forcellini posteriori, del tubo sella e del tubo obliquo. - fig. 8 and figs. 9 - 13 (table VIII) show an elevation view of the frame according to the invention and the profiles of the frame sections corresponding, respectively, to the upper tube, the bottom bracket shell, the rear dropouts, the seat tube and the down tube.
Come visibile nelle figg. 1 - 2, la struttura del telaio per bicicletta, indicata complessivamente con il riferimento 100, ? composta, sostanzialmente, dai seguenti elementi: As can be seen in figs. 1 - 2, the structure of the bicycle frame, indicated as a whole with reference 100,? essentially composed of the following elements:
- tubo sterzo 1 , situato nella parte anteriore e predisposto per accogliere, tramite dei cuscinetti, il cannotto del gruppo forcella girevole ed il manubrio; - steering tube 1, located in the front part and arranged to accommodate, by means of bearings, the steerer of the swivel fork assembly and the handlebar;
- tubo superiore 2, che si estende dal tubo sterzo 1 al tubo sella 4; - upper tube 2, which extends from the head tube 1 to the seat tube 4;
- tubo obliquo 3, che si estende dalla parte inferiore del tubo sterzo 1 fino alla scatola del movimento centrale 5; - down tube 3, which extends from the lower part of the head tube 1 to the bottom bracket shell 5;
- tubo sella 4, che si estende dalla parte superiore della scatola del movimento centrale 5 e termina con ? attacco del reggisella 4.1 ; - seat tube 4, which extends from the top of the bottom bracket shell 5 and ends with? seatpost attachment 4.1;
- scatola del movimento centrale 5, che supporta il gruppo pedali; - bottom bracket shell 5, which supports the pedal unit;
- coppia di foderi orizzontali 6, che si estendono sui due lati opposti della parte posteriore della scatola del movimento centrale 5 fino ai contrapposti forcellini 8; - coppia di foderi obliqui 7, che si estendono dalla parte posteriore del tubo sella 4 fino ai contrapposti lorcellini 8; - pair of chainstays 6, which extend on the two opposite sides of the rear part of the bottom bracket shell 5 up to the opposite dropouts 8; - pair of oblique seat stays 7, which extend from the rear part of the seat tube 4 to the opposing legs 8;
- coppia di forcellini posteriori 8 per il fissaggio della ruota posteriore; il tutto come in s? noto. - pair of rear dropouts 8 for fixing the rear wheel; all as in s? known.
Come visibile in f?g. 3, la caratteristica principale di novit? del trovato ? rappresentata dal fatto che il telaio 100 sopra descritto ? costituito da un unico pezzo o monoscocca integrale che comprende il triangolo anteriore 101, costituito dal tubo sterzo 1, dal tubo superiore 2, dal tubo obliquo 3, dal tubo sella 4 dalla scatola del movimento centrale 5 ed il triangolo posteriore 102, costituito dal tubo sella 4, dalla coppia di foderi orizzontali 6 e dalla coppia di foderi obliqui 7 e dove detto triangolo posteriore 102 risulta chiuso in corrispondenza del vertice posteriore tramite i forcellini 8. As visible in f? G. 3, the main feature of novelty? of the found? represented by the fact that the frame 100 described above? consisting of a single piece or integral monocoque which includes the front triangle 101, consisting of the head tube 1, the upper tube 2, the down tube 3, the seat tube 4, the bottom bracket shell 5 and the rear triangle 102, consisting of the tube saddle 4, by the pair of horizontal stays 6 and by the pair of oblique stays 7 and where said rear triangle 102 is closed at the rear vertex by means of the dropouts 8.
Come visibile nella fig. 3 e nelle figure di dettaglio 4 - 6, una ulteriore caratteristica di novit? del trovato ? rappresentata dal fatto che tutti gli elementi 1 - 8 che compongono il telaio 100 costituiscono un unico corpo tubolare monoblocco, che risulta privo di giunzioni esterne e/o aggiuntive a detti elementi, poich? viene realizzato con una unica operazione di stampaggio, che definisce, nello stesso tempo ed in una unica stampata, lutti i suddetti elementi 1 - 8. As can be seen in fig. 3 and in the detailed figures 4 - 6, a further novelty feature? of the found? represented by the fact that all the elements 1 - 8 that make up the frame 100 constitute a single monobloc tubular body, which is devoid of external and / or additional joints to said elements, since? it is made with a single molding operation, which defines, at the same time and in a single mold, all the aforementioned elements 1 - 8.
Sempre come visibile dalle figure, il telaio 100 ? costituito da un unico corpo monoscocca con sezione tubolare, dove le fibre di carbonio, che formano il laminato dello spessore dei singoli tubi 1, 2, 3, 4, 6, 7 e della scatola del movimento centrale 5, non vengono interrotte e vanno a costituire un unico traliccio che si conforma, all<'>estremit? posteriore, nelle placchette di chiusura 8, per formare i forcel 1 ini . Still as visible in the figures, the frame 100? consisting of a single monocoque body with tubular section, where the carbon fibers, which form the laminate of the thickness of the individual tubes 1, 2, 3, 4, 6, 7 and of the bottom bracket shell 5, are not interrupted and go to constitute a single trellis that conforms to the extremity? rear, in the closing plates 8, to form the forcel 1 ini.
Inoltre, sempre per non creare delle rotture delle fibre, conseguenti alle forature successive alla polimerizzazione del telaio in forno, come avviene nei telai di tipo noto, il trovato prevede che i fori 10 per l?attacco delle borracce, i fori 11 per l?attacco del deragliatore anteriore, i fori 12 per l?attacco interno della centralina del cambio elettronico, il foro 13 per l?uscita del cavo del deragliatore anteriore, l?incavatura con fori 14 per trattenere la placchetta atta ad incanalare il cavo del deragliatore anteriore e di quello posteriore e comunque ogni altra foratura, necessaria per fissare altri accessori, vengano tutte predisposte e realizzate contemporaneamente durante la fase di stampaggio del telaio. Furthermore, again in order not to create breakage of the fibers, consequent to the holes following the polymerization of the frame in the oven, as occurs in the frames of the known type, the invention provides that the holes 10 for the attachment of the water bottles, the holes 11 for the attachment of the front derailleur, the holes 12 for the internal connection of the electronic shifting unit, the hole 13 for the output of the cable of the front derailleur, the notch with holes 14 to hold the plate suitable for channeling the cable of the front derailleur and of the rear one and in any case any other drilling, necessary to fix other accessories, are all prepared and made at the same time during the molding phase of the frame.
Inoltre, come visibile in fig. 3 e nelle figure di dettaglio, i fori di passaggio dei cavi sono posizionati sul telaio in posizioni tali che i cavi stessi, quando risultano tesi, non vadano a toccare le pareti interne dei tubi, per evitare i rumori dovuti ad eventuali vibrazioni. Furthermore, as can be seen in fig. 3 and in the detailed figures, the holes for the passage of the cables are positioned on the frame in such positions that the cables themselves, when they are stretched, do not touch the internal walls of the pipes, in order to avoid noises due to possible vibrations.
I fori di entrata cd uscita 20 del passaggio dei cavi interni dei cambi e del freno posteriore nei vari tubi del telaio sono eseguiti all?interno di nicchie sagomate che, oltre a costituire un fattore estetico, servono anche a rinforzare la porzione di telaio dove i cavi esercitano una forza, in quanto continuamente sottoposti a trazione. The inlet and outlet 20 holes for the passage of the internal cables of the gearboxes and of the rear brake in the various tubes of the frame are made inside shaped niches which, in addition to constituting an aesthetic factor, also serve to reinforce the portion of the frame where the cables exert a force, as they are continuously subjected to traction.
II foro 21 per il bloccaggio del gruppo freno posteriore viene realizzato tramite l?impiego di una boccola 22 ricavata da un blocchetto di fibra di carbonio, usando quindi lo stesso materiale, per evitare il rischio di corrosione che pu? derivare dalla differenza di potenziale elettrico. The hole 21 for locking the rear brake unit is made through the use of a bushing 22 obtained from a block of carbon fiber, thus using the same material, to avoid the risk of corrosion that can occur. derive from the difference in electric potential.
La boccola viene inserita e conglobata nella struttura durante l?operazione di stampaggio del telaio monoscocca. The bushing is inserted and incorporated into the structure during the molding operation of the monocoque frame.
Le specil?cit? del telaio monoscocca 100 sono rese ben evidenti dalla fig.8 e dalle relative sezioni, da cui si evince la struttura tubolare del tubo superiore 2 munito della nicchia 20 (fig. 9), la struttura sagomata della base del movimento centrale 5 (l?g. 10), la struttura tubolare del fodero obliquo 7, che termina con la placchetta del forcellino 8 (fig. 11), la struttura tubolare del tubo sella 4, munita dei fori 11 (fig. 12) e della struttura tubolare del tubo obliquo 3, munito delle nicchie 20. Le specil? Cit? of the monocoque frame 100 are clearly shown by fig. 8 and the relative sections, from which the tubular structure of the upper tube 2 equipped with the niche 20 (fig. 9), the shaped structure of the base of the bottom bracket 5 (1? g. 10), the tubular structure of the seat stay 7, which ends with the plate of the dropout 8 (fig. 11), the tubular structure of the seat tube 4, equipped with the holes 11 (fig. 12) and the tubular structure of the tube oblique 3, equipped with niches 20.
II procedimento per realizzare il telaio di cui al trovato prevede: The method for making the frame according to the invention provides:
a) la produzione di un laminato poliassiale, ottenuto con la tecnologia cosiddetta ?degli strati sottili?; a) the production of a polyaxial laminate, obtained with the so-called "thin layer" technology;
b) la realizzazione di preforme, definite in fase di progettazione; b) the production of preforms, defined in the design phase;
c) la stesura di dette preforme sullo stampo secondo il layup elaborato da un software, in strati orientati e con diversi spessori, in relazione alle linee di carico; d) di portare sotto vuoto le pareti interne ed esterne del telaio, tramite un sistema combinato composto da un sacco siliconico e da membrane in lattice, per eliminare completamente Faria, in modo da evitare la formazione di bolle all?interno delle libre di carbonio; c) the drafting of said preforms on the mold according to the layup developed by a software, in oriented layers and with different thicknesses, in relation to the loading lines; d) to vacuum the internal and external walls of the frame, through a combined system consisting of a silicone bag and latex membranes, to completely eliminate the air, in order to avoid the formation of bubbles inside the carbon pounds;
e) F inserimento dello stampo in un forno autoclave ad una pressione di circa 6 bar in modo che, per l?effetto combinato tra il vuoto interno e l?alta pressione esterna, si compatta l?architettura della fibra, rendendola strutturalmente omogenea e priva di imperfezioni. e) Insertion of the mold in an autoclave oven at a pressure of about 6 bar so that, due to the combined effect between the internal vacuum and the external high pressure, the architecture of the fiber is compacted, making it structurally homogeneous and free of imperfections.
All?atto pratico, prove di laboratorio e di impiego hanno evidenziato che il telaio di cui al trovato manifesta un?ottima capacit? di assorbire l?energia passiva causata dalle sollecitazioni provocate dal terreno durante la corsa, che viene scaricata e distribuita sull?intera struttura, ci? permettendo di ottimizzare la potenza erogata dall?atleta, trasformandola in totale propulsione. In practice, laboratory and use tests have shown that the frame referred to in the invention shows an excellent capacity. to absorb the passive energy caused by the stresses caused by the ground during the race, which is discharged and distributed over the entire structure, allowing to optimize the power delivered by the athlete, transforming it into total propulsion.
Il telaio di cui al trovato pu? presentare una conformazione anche diversa da quella descritta, ad esempio prevedendo un telaio privo del tubo superiore 2 o del fodero obliquo posteriore 7; inoltre le dimensioni ed altri dati tecnici inerenti il telaio medesimo possono variare, purch? il tutto rientri nel concetto inventivo definito dalle seguenti rivendicazioni. The frame referred to in the finding can? have a conformation even different from that described, for example by providing a frame without the upper tube 2 or the rear oblique stay 7; furthermore, the dimensions and other technical data concerning the frame itself may vary, as long as? the whole falls within the inventive concept defined by the following claims.
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