TW201738105A - 包含具多邊形外廓的輪轂的固態碳後車輪 - Google Patents

Abstract

本發明涉及自行車所使用的驅動車輪(1)。驅動車輪(1)包括輪圈(3)，經由多數的幅條(4)固定到輪轂(5)。其中，該輻條(4)是以包埋在樹脂中的強化纖維製成，個別輻條(4)的強化纖維從位在輪圈(3)的第一緊固部分(6)延伸到在輪周方向上向該第一緊固部分(6)偏移的第二緊固部分(7)。該輻條(4)並經引導經過該輪轂(5)的外側。其中，該輪轂(5)的橫切面在外側形成一個多邊形的形狀(14)，且各該輻條(4)的軸向側面鄰接在該外側。本發明還涉及一種自行車，包括該驅動車輪(1)，配置為該自行車的後車輪。

Description

包含具多邊形外廓的輪轂的固態碳後車輪

本發明是關於一種自行車的驅動車輪/後車輪。該自行車可為例如二輪車，例如為比賽用二輪自行車，計時賽自行車，鐵人三項自行車，山地自行車或登山用自行車等。該車輪包括輪圈，較好以包埋在樹脂中的強化纖維製成。該輪圈是以多數的輻條固定到輪轂上。該輪轂較好是以金屬材質製成，例如以鋁或鋼合金製成。其中該輻條是以包埋樹脂中的強化纖維製成，其中一條輻條的強化纖維從該輪圈的第一緊固部分延伸到以輪周方向向該第一緊固部分偏移的第二緊固部分。該輻條並經引導經過該輪轂的外側。

固態碳製成的驅動車輪，亦即後車輪，主要的特徵是其輪圈是以包埋在樹脂中的強化纖維製造，且其輻條並不是由鋼或鋁合金製成，而是同樣以包埋在樹脂中的強化纖維製成。以這種方式可以製成極輕量且高剛性的車輪，提供自行車，亦即肌肉驅動車輛使用。尤其是在專業自行車的領域，除了 講究乘騎的舒適性之外，剛性與輕量同樣具有相當的重要性。就此而言，現行技術仍有尚待改進的餘地。

傳統上，用於作用在制動側面上的制動機制包括可作用在輪圈上的制動墊。但這種制動機制如果使用在固態碳車輪，則有其缺點，因為制動墊在制動側面上的磨耗可能產生研磨的效果，從而損傷到纖維。此外，在極端情況下，例如在高速下坡作緊急剎車時，所產生的高溫，特別是引入到輪圈的熱，可能導致輪圈材料層脫落。

本發明的目的乃是提供一種優化的設計，並消除或至少減輕已知技術的缺點。

本發明目的可利用一個一般性的裝置加以達成，其中，輪轂的橫截面的外側，亦即鄰接各條輻條的軸向側面的部分，是形成多邊形。這種設計有利於配置制動盤，甚至可以導入極大的力，而不會使個別組件的結構產生任何破損。經多次試驗發現，即使在最極端的情況下，由制動墊傳送到制動盤的力，尤其所傳送的扭矩，都能夠有效地經由輪轂套筒和輻條傳送到輪圈。因此，本發明的設計有利於適當的控制自行車的行進。

本發明有利的實施例也記載在申請專利範圍附屬項中，詳情將會在以下敘述。

在本發明的較佳實施例中，如果每條輻條僅直接接觸一個單獨的專用接觸區域，或經由額外的樹脂接觸，將得到有利的結果。力的傳送因此得到意外的大幅改善。

另一種有用的做法是使第一輻條的接觸區域與第二輻條的接觸區域，在圓周方向上互相分離。這種設計可使力的傳送達到一致。

由於每個接觸區域都具有一個直的/平坦的接觸表面，故可有效避免輻條彎曲或斷裂。

如果在兩個接觸區域之間配置/提供相對短於各個接觸面的連接面，例如使該短的連接面的長度僅達一條輻條的寬度，或大約為輻條寬度的0.75倍至1.2倍，則可提高每條個別輻條的纖維伸展性。在切線方向上量得的該接觸面的長度可為在該切線方向量得的該短連接面的長度的3倍到5倍。

在本發明一種有利的配置中，其特徵在於：輻條與接觸表面接觸的位置位在兩個輻條與其他輻條交叉的區域之間。實驗證明如此可以優化力的傳送路徑。

一種有利於組裝的設計是使輪轂由數個組件組成，並包括一個外部齒形套筒，以及組裝在該外部齒形套筒上的一個輪轂套筒；由該輪轂套筒提供使輻條接觸的接觸區域。

為了確保即使在嚴峻的賽車程序中，驅動車輪在故障時仍具有安全使用性，有利的做法是使該輪轂包括一個蓋套件，用來覆蓋該輻條的部分。以此可將後車輪設計成特別堅固。

已經證明具有價值的設計是使輻條包括強化纖維，該強化纖維選自由碳纖維，玻璃纖維，芳族聚酰胺纖維或其混合物組成的群組。

更進一步有利的做法是使第一數量的輻條在接近該輪轂的第一前端部的位置固定到該輪轂，並使第二數量的輻條在靠近該輪轂的第二前端部的位置固定到該輪轂，而該輪轂介於兩個前端部之間的部分則具有橫截面為圓形的外部輪廓。以這種設計可以容易完成組裝，因為在將該第一數量的輻條相對於該第二數量的輻條作調整時，僅需以轉動的方式即可容易的達成。

也有一種有利的做法是使該第一數量的所有輻條及/或該第二數量的所有輻條都鄰接到一個多邊形形狀或兩個多邊形形狀中的一個。

已經證明有價值的作法是以一個制動盤固定在輪轂上，例如使用一個封閉的環固定。這種作法基本上允許傳送更大的力，尤其是在大雨傾盆的條件下。

如果將制動盤經由例如齒部與一個外部齒形套筒接合，則可傳送特別高的力。

有利的做法是使輻條將該多邊形形狀作形狀扣合及/或力扣合。

一種在輕量和剛度之間可達成良好折衷的方案是在該輪轂的每個軸向側上都鄰接五條輻條。該五條輻條延伸通過該車輪的中心，從該輪轂套筒的一側延伸到另一側，較好為延伸到其直徑的相對側。

一種有利的做法是將一個緊固部分到次一緊固部分的距離設為約 18度，並將該多邊形形狀設為五邊形或正五邊形。該邊數並不包含該多邊形上存在的短的連接面。

最後，本發明也涉及一種自行車，該自行車包括根據本發明的後車輪，配置為其驅動車輪。

1‧‧‧驅動車輪/後車輪

2‧‧‧制動盤

3‧‧‧輪圈

4‧‧‧輻條

5‧‧‧輪轂

6‧‧‧第一緊固部分

7‧‧‧第二緊固部分

8‧‧‧輪轂的第一前端

9‧‧‧輪轂的第二前端

10‧‧‧輪轂套筒

11‧‧‧交叉區域

12‧‧‧外部齒形套筒

13‧‧‧外部齒環

14‧‧‧多邊形形狀

15‧‧‧接觸區域

16‧‧‧連接面

17‧‧‧接觸面/接觸表面

18‧‧‧輻條的長度方向側面/長度方向邊緣

19‧‧‧凸緣

20‧‧‧蓋套件

21‧‧‧內部套筒

22‧‧‧軸承

23‧‧‧軸承

24‧‧‧外周區域

25‧‧‧中心鎖定母螺紋區

26‧‧‧中心鎖定接收區域

以下將根據圖式詳細說明本發明的數種實施例。圖式中：圖1顯示根據本發明的一種驅動車輪靠近其中心的部分，圖中的驅動車輪並未安裝制動盤與蓋套件。

圖2顯示圖1實施例的驅動車輪，兩圖均為側視圖，但圖2中的驅動車輪已經安裝蓋套件。

圖3顯示該驅動車輪正視圖，即以長度方向朝向該圖1的實施例所見的圖式，圖中的驅動車輪並未安裝蓋套件。

圖4顯示沿圖2的實施例的長度方向的截面圖，圖中的驅動車輪已經安裝蓋套件。

圖5顯示圖3中標示為V部分的放大圖，但在圖中僅顯示位在第一端面的輻條和該輪轂的緊固部分。

圖6顯示適用在本發明驅動車輪的輪轂套筒另一種實施例。

圖7顯示適用在本發明驅動車輪的輪轂套筒另一種不同的第二實施例。

圖8顯示適用在本發明驅動車輪的輪轂套筒再一種實施例。

圖9是以透視圖的形式顯示圖6到圖8所示的本發明輪轂套筒，這種輪轂套筒使用在圖1到圖4的實施例中。

圖10顯示從制動盤側的側端面所見的如圖9所示的輪轂套筒。

圖11顯示沿圖10中的線XI所見的縱截面圖。

圖12顯示根據本發明的驅動車輪的側視圖，圖中的驅動車輪尚未安裝制動盤。

圖13顯示圖12的驅動車輪，圖中的驅動車輪已經安裝制動盤。

所附圖式僅是示意性的表示，且僅用於輔助對本發明的理解。在不同圖式中，類似的元件將標以類似的編號。個別實施例的技術特徵則可以互相對換。

圖1顯示根據本發明的一種驅動車輪1中，靠近其中心的部分。該驅動車輪特別是後車輪。圖中所示的驅動車輪僅顯示部分，至於完整的驅動車輪1則顯示在圖12。圖12中的驅動車輪並未安裝制動盤2，至於已經安裝制動盤2的驅動車輪1則顯示在圖13中。從上述兩圖，即圖12和13可以明顯看出，該驅動車輪1包括一個輪圈3，該輪圈3是通過多數的輻條4，即20條輻條4，而連接到輪轂5。每一條輻條4是從第一緊固部分6延伸到第二緊固部分7。該第二緊固部分7是設置在該第一緊固部分6相對於該驅動車輪1中心的相反側。

在此設計下，輻條4的強化纖維的兩端部，有一端位在該第一緊 固部分6，另一端部則位在該第二緊固部分7。每條輻條4都是完全以樹脂包覆的強化纖維製成，即以碳纖維與樹脂製成的強化纖維輻條。該樹脂可以使用熱固性樹脂或熱塑性樹脂。

現參考圖1。輻條4中的半數定為第一數量的輻條4，另外半數的輻條4則定為第二數量的輻條4。將該第一數量的輻條4固定在輪轂5的第一前端部8。將該第二數量的輻條4固定在輪轂5的第二前端部9。為此，使用一個如在圖9中所示的輪轂套筒10。

兩個數量的輻條中的兩條輻條4會產生一次交叉，該交叉處稱為交叉區域11

輪轂5具有一個外部齒形套筒12，位在該輪轂套筒10之中，該外部齒形套筒12包括一個外部齒環13。

輪轂5的外廓形成多邊形的形狀14。該多邊形形狀包括多數接觸區域15，每個接觸區域15在圓周方向上鄰近於連接面16。進一步言，每個接觸區域15鄰近連接面16的部分，則有一接觸面17。

每一條輻條4以長度方向側邊/長度方向邊緣18接觸該接觸面17。屬於第一數量的輻條4平靠/抵靠在凸緣19上。該凸緣19可與該輪轂套筒10一體成型或為該輪轂套筒10的一部份，也可以是該輪轂套筒10的一個元件或為該輪轂套筒10的相同材料的一部份。也可以是與該輪轂套筒10分別的元件。該第一數量的輻條4可以層疊/膠合的方式固定到該輪轂套筒10上及/或該凸緣19上。該輪 轂套筒10及/或該凸緣19與該輻條4即形成一種形狀扣合件。另一種替代的做法，或額外增加的做法，則是以力扣合的方式結合。

圖2顯示與圖1的設計不同的做法，是使用蓋套件20保持輻條4。

該輻條4與該多邊形形狀14直接接觸，特別是直接接觸該接觸面/接觸表面17的狀態，可以由圖3中清楚看出。

圖4顯示該外部齒形套筒12從該形成輪轂5的輪轂套筒10中完全伸展出來。有一內部套筒21配置在鄰近於軸承23，而遠離另一個軸承22的位置。該兩個軸承22和23可以是滾珠軸承或滑動軸承。較好使用滾珠軸承。

輻條4可以緊密的接觸個別的接觸面/接觸表面17，如果可能應該沒有任何間隙，如圖5所示。

圖6至圖8顯示該輪轂套筒10的多邊形形狀14並非絕對需要從該輪轂5的一個前端部延伸到另一個前端部。因此，在該輪轂5的第二前端部9處，該輪轂套筒10的外周區域24是形成圓形。

圖9到圖11顯示本發明一種可能的變化實施例。外部齒形套筒12也包括一個中心鎖定母螺紋區25。此外也提供一個中心鎖定接收區域26。

1‧‧‧驅動車輪

2‧‧‧制動盤

3‧‧‧輪圈

4‧‧‧輻條

5‧‧‧輪轂

6‧‧‧第一緊固部分

7‧‧‧第二緊固部分

Claims (10)

1. 一種用於自行車的驅動車輪1，包括一個輪圈3，經由多數的輻條4固定到輪轂5，其中，該輻條4是以包埋在樹脂中的強化纖維製成，個別輻條4的強化纖維從位在輪圈3的第一緊固部分6延伸到在輪周方向上向該第一緊固部分6偏移的第二緊固部分7，且該輻條4並經引導經過該輪轂5的外側；其特徵在於：該輪轂5的橫切面在外側形成一個多邊形的形狀14，且各該輻條4的軸向側面鄰接在該外側。
2. 如請求項1的驅動車輪1，其特徵在於，每個輻條4僅接觸一個單獨的專用接觸區域15，該接觸為直接接觸或經由額外的樹脂才接觸。
3. 如請求項1或2的驅動車輪1，其特徵在於，第一輻條4的接觸區域15與第二輻條4的接觸區域，是在圓周方向上互相分離。
4. 如請求項2或3的驅動車輪1，其特徵在於，每個接觸區域15都具有一個直的/平坦的接觸表面17。
5. 如請求項1到4中任何一項的驅動車輪1，其特徵在於，在兩個接觸區域15之間配置相對短於各個接觸表面17的連接面16。
6. 如請求項4或5的驅動車輪1，其特徵在於，該輻條4與接觸表面17接觸的位置位在兩個輻條4與其他輻條4交叉的區域11之間。
7. 如請求項2到6中任何一項的驅動車輪1，其特徵在於，該輪轂5是由數個組件組成，並包括一個外部齒形套筒12，以及組裝在該外部齒形套筒12上的一個輪轂套筒10；由該輪轂套筒10提供該接觸區域15。
8. 如請求項7的驅動車輪1，其特徵在於，該輪轂5包括一個蓋套件20，用來覆蓋該輻條4的部分。
9. 如請求項1到8中任何一項的驅動車輪1，其特徵在於，該輻條4包括強化纖維，該強化纖維選自由碳纖維，玻璃纖維，芳族聚酰胺纖維或其混合物組成的群組。
10. 一種自行車，包括一個根據請求項1到9中任一項的驅動車輪，配置為該自行車的後車輪。