TWI433795B - 自行車曲柄臂組件 - Google Patents

Description

自行車曲柄臂組件

本發明關於一種自行車曲柄臂組件，即自行車傳動裝置的底托架組件的構件的組件，它包括曲柄臂和至少一個中心軸部，曲柄臂被安裝在該中心軸部上。本發明還關於一種用於組裝這種組件的方法。

關於自行車傳動裝置的中心軸和曲柄臂，“耦合”指的是在軸和曲柄臂之間的相互機械作用，它們形成圍繞底托架組件的軸線一體旋轉的兩個元件，以允許在曲柄臂和軸之間傳遞轉矩即功率。在同樣的環境中，在另一方面，“聯結”指的是使得該兩個元件沿著底托架組件的軸線一體平移的相互機械作用以防止曲柄臂滑出並且因此終止耦合。

在下面，將引用“軸部”，這指的是整個軸以及可能它的僅僅一部分，曲柄臂利用該部分被耦合和固定；然後這種部分應該利用不被本發明所涵蓋的技術和模式而與另一軸部相關聯，從而作為整體恢復軸的結構一體性。

在自行車的中心軸和曲柄臂的端部之間的耦合根據習知技術通常是形狀耦合，這通常是通過在前述端部上以及在適當的容納底座中形成的凹槽或多邊形輪廓進行的，該容納底座在構成自行車的兩個曲柄臂的每一個的細長本體的端部處形成。緊固螺釘或者其他類似元件也保證了在軸和曲柄臂之間的聯結，以避免使得曲柄臂能夠從軸滑出。

根據其特徵，形狀耦合和通過螺釘的聯結具有一定的不精確度從而允許在曲柄臂和軸之間的小的相對位移。

為了降低底托架組件的總體重量並且為了簡化生產過程，已經提出消除螺釘並且通過壓迫防止曲柄臂打滑。在WO 2005/058682中給出這種方法的一個實例，其中右曲柄臂通過凹槽耦合與軸耦合；軸的以及右曲柄臂的耦合輪廓具有一定公差從而形成壓迫耦合以防止打滑(在第33和34頁的第33和34段)。

本發明的發明人已經發現，利用由WO 2005/058682提供的壓迫耦合類型，使得曲柄臂從軸滑出所需的力不具有恒定的數值，而是能夠在很廣的範圍內變化。在插入步驟中，曲柄臂被引導很短的部分並且能夠沿著不平行於軸部的方向行進，從而引起使得耦合比預期情形不精確的變形。可變打滑力是這種現象的可視結果。

本發明的發明人已經意識到，在壓迫耦合中並且特別是在利用聯結螺釘的傳統耦合中，在曲柄臂的和軸的材料之間的接觸，與凹槽耦合的不精確度並且特別是在操作中由其引起的相對位移一起，產生適於發生腐蝕現象的條件。

構成本發明基礎的一個問題是製造一種曲柄臂組件，其中防止在曲柄臂和軸之間的耦合區域被腐蝕，而與形成形狀耦合的精度無關。

本發明的發明人還意識到，在壓迫耦合的情形中，所獲得的曲柄臂組件可解體，這是由於不能保證預定打滑力的事實。

構成本發明基礎的第二個問題因此在於製造一種曲柄臂組件，它同時具有較低的總體重量、簡單的組裝過程和適當的抗解體性能。

在其最廣義的方面中，本發明因此在其第一方面中關於一種根據申請專利範圍第1項的自行車曲柄臂組件，並且在其第二方面中，關於一種根據申請專利範圍第17項的組裝方法。在從屬申請專利範圍中給出較佳特徵。

更具體地，根據本發明第一方面，該自行車曲柄臂組件包括至少一個軸部、在所述至少一個軸部上安裝的曲柄臂，該曲柄臂具有耦合底座並且該軸部具有耦合到該耦合底座的耦合部分，該耦合底座和耦合部分被成形為形成形狀耦合以保證該曲柄臂能夠向軸部傳遞轉矩，並且特徵在於在曲柄臂和軸部之間施加黏結材料。

該黏結材料較佳地具有密封耦合區域並且防止在曲柄臂和軸部之間的相對位移的雙重效果。這兩種效果均有助於降低，如果不能消除的話，開始產生腐蝕現象的可能性，而與形狀耦合的精度或者所採用的聯結系統類型無關。

較佳地，該耦合底座包括用於沿著軸向支撐軸部的肩部，並且有可能該肩部沿著軸向方向完全關閉耦合底座。這種肩部保證在軸向意義中軸部關於曲柄臂的正確定位。

較佳地，黏結材料被提供在耦合底座和耦合部分之間，並且更較佳地它將耦合部分完全密封到耦合底座。因此可以保證關於異物例如灰塵和水分對耦合裝置形成完全保護，並且因此阻止在曲柄臂材料和軸部材料之間的接觸區域中發生腐蝕現象。

較佳地，該曲柄臂組件包括在耦合底座和耦合部分的至少一個中形成的膠合腔室，黏結材料被提供在該腔室中。在能夠插入預定量的黏結材料的位置處存在的特殊膠合腔室能夠允許某種屏障被佈置在較佳位置中，該屏障可阻止外部大氣物質滲透到最內的耦合區域中。而且，在其中對於防止曲柄臂滑出而言重要的實施例中，它允許所獲得的膠合狀態並且特別是黏結力被最好地控制。

更加較佳地，在膠合腔室中，並且在耦合底座和耦合部分之間的剩餘空間的至少一部分中均存在黏結材料。以此方式能夠防止污染物或者水分被保持停留在最內的耦合區域中。

膠合腔室可以採用不同的形狀，正如它可以僅有一個或者可以有多個，集中在一個或多個區域中或者分佈在曲柄臂和軸部之間。該膠合腔室可包括在耦合底座中形成的曲柄臂中的環形通道和/或在耦合部分中形成的軸部中的環形通道。該膠合腔室也可包括由耦合部分自身的錐形前部區域在耦合底座和耦合部分之間保持自由的自由空間。這種錐形前部區域較佳地具有小於或者等於耦合部分軸向延伸長度的1/3的軸向延伸長度；較佳地，該錐形前部區域具有等於2－5mm的軸向延伸長度。

較佳地，該環形通道關於底托架組件中心在軸向意義中被局部化在遠端位置中。在這個區域中的有效黏結實際上更高，在使用自行車期間該區域更加受力並且因此更加易於局部變形，如果不被阻止，這種變形可導致失去聯結。

黏結材料可以具有不同類型。較佳地，黏結材料是硬化樹脂，更較佳地的為熱固樹脂，例如環氧樹脂或酚醛樹脂。以此方式，能夠更加容易地控制當其黏結性能尚未被啟動時黏結材料的分佈以及最終的黏結力。

在較佳實施例中，該曲柄臂組件包括緊固裝置以保證耦合裝置保持接合曲柄臂和軸部，該緊固裝置包括黏結材料。

以此方式，該形狀耦合保證了曲柄臂和軸部一體旋轉，而膠合則保證了用於分解曲柄臂組件所需的預定的最小力極限。該曲柄臂組件同時具有較低的總體重量、簡單的組裝過程和適當的抗解體性能。而且，軸部和曲柄臂無需特殊的加工並且組裝過程簡單和成本有效。

該緊固裝置也較佳地包括將軸部的耦合部分機械壓迫在曲柄臂的耦合底座中。機械壓迫和黏結材料的組合允許實現最好的聯結狀態，即它允許以最為確定的方式決定用於從軸部拆卸曲柄臂所需的力。

根據本發明第二方面，更具體地，一種用於將曲柄臂組裝到自行車傳動裝置底托架組件的軸部的方法包括在曲柄臂和軸部之間的形狀耦合，以保證曲柄臂能夠將轉矩傳遞到軸部，並且其特徵在於在曲柄臂和軸部之間施加黏結材料。

較佳地，在它們接合之前，黏結材料被施加到曲柄臂和軸部中的一個，在這之後在軸向的意義中壓迫曲柄臂和軸部。以此方式，以簡單的方式實現了黏結材料在它們之間的良好分佈。

在圖中，自行車傳動裝置的底托架組件整體用10表示；僅示意出支撐底托架組件10的自行車的框架箱11。

特別參考第1圖，底托架組件10包括兩個曲柄臂組件20和40，左和右，其每一個均分別包括曲柄臂21和41以及軸部22和42。兩個軸部22和42基本彼此相同並且通過與前齒13和鎖緊螺母14的耦合而一體旋轉，前齒13和鎖緊螺母14僅被概略示出，因為它們本質上是傳統的，從而在使用時形成整體用12表示的軸組件。應該指出，在其他實施例(未示出)中，可以提供兩個不同的軸部，並且該兩個部分中的一個甚至可以被省卻，而另一個可以包括整個軸。

右曲柄臂組件40與左曲柄臂組件20不同之處在於，根據被廣泛接受的實踐，它也包括輻條47，輻條用於接合未被示意的隆起部。下面描述左曲柄臂組件20，應該理解所描述的內容也適用於右曲柄臂組件40。

軸12例如通過安裝在從框架箱11固定成軸向突出的適配器支撐件16上的滾動軸承15圍繞底托架組件10的主軸線X被可旋轉地支撐在框架箱11中。

在左曲柄臂組件20中，曲柄臂21和軸部22通過用於允許將轉矩從曲柄臂21傳遞到軸部22(如第3圖所示)的耦合裝置以及用於防止耦合裝置脫離的緊固裝置相互接合。

該耦合裝置包括在曲柄臂21中形成的耦合底座23和在軸部22上形成的耦合部分24；底座23和部分24例如根據凹槽輪廓被成形為形成形狀耦合。這種凹槽輪廓，如在第8圖中詳細所示，例如並且較佳地具有在相同申請人的歐洲專利申請05425376中描述的類型，其中在底座23中的輪廓25和在軸部24上的匹配輪廓26遵循連續的匹配波紋的形狀。在不同實施例中，如第9圖所示，提供了類似的凹槽輪廓，並且底座23中的凹槽輪廓25'和軸部24上的26'與輪廓25和26不同之處在於在底座23中的和在部分24中的波峰被整平，從而在兩個輪廓25'和26'之間留下空間33'。

匹配輪廓25和26(或25'和26')的公差使得在曲柄臂21和軸部22之間形成壓迫耦合。

如第3圖以及第5到7圖所示，耦合底座23在曲柄臂21的本體中沿著軸線X軸向地延伸並且在端部處包括面向底托架組件10的中心K的相反反向的肩部28。肩部28可以簡單地沿著徑向朝向軸線X突出，或者(在未示意的不同實施例中)它可一直延伸到相同軸線X，因此完全關閉底座23。耦合部分24包括母線基本平行於軸線X的主要部分27和在凹槽輪廓的峰部中和通道中的錐形前部區域29。該前部區域29具有插入引導部分的功能，並且它從軸線X延伸長度L(在第4圖中表示)，從而在曲柄臂21中的耦合底座23和軸部22的耦合部分24之間留下自由空間30。長度L較佳地小於或者等於整個耦合部分24的軸向延伸長度A的1/3，並且甚至更較佳地在A的1/6和1/3之間，即按照絕對長度在2和5mm之間。

曲柄臂組件20也包括在鄰近肩部28的位置中在耦合底座23中形成的環形通道31，如第5圖所示。分別在第6和7圖的實施例中，通道31'與通道31相對地在耦合部分24中形成，並且兩個另外的通道31”從肩部28和從通道31軸向間隔地在耦合底座23中形成。

在組裝曲柄臂組件20時，首先參考第3和4圖，起初曲柄臂20的環形通道31充有在圖中一般用50表示的黏結材料。黏結材料50是硬化樹脂，較佳地為，例如從環氧樹脂和酚醛樹脂選擇的熱固樹脂，其中前者是較佳的。根據第一較佳實施例，所施加的黏結材料50的量準確地相應於通道31的容量，從而在後者內部形成單獨的密封帶。

根據第二較佳實施例，黏結材料50以超過其容量的數量被佈置在通道31中。

然後將軸部22的前部引導區域29插入曲柄臂21的耦合底座23中，並且通過沿著軸向施加適當的插入作用力而迫使軸部22穿入曲柄臂21中。

使得軸部22的前部引導區域29在曲柄臂21的耦合底座23中行進直至它抵靠肩部28。在該步驟中，黏結材料50如果被過量提供則從環形通道31被擠出，並且由於機械壓迫在凹槽輪廓25和凹槽輪廓26之間滲透。

此時，使得曲柄臂組件20處於一定條件中從而使得黏結劑50硬化。具體地，如果黏結劑50是熱固的，則使得曲柄臂組件20處於黏結材料自身的固化溫度下，並且被保持在這個溫度下直至它完全固化。典型的溫度數值在120°和180°之間，時間在10和60分鐘之間。

以前述方式，通道31(以及可能的31’，31”)中的黏結劑50有助於構成將曲柄臂21緊固到軸部22的裝置。

在曲柄臂21和軸部22之間，因此從環形通道31以及從自由空間30形成膠合腔室；在第6和7圖的實施例中，分別添加通道31’和31”。通過適當地校準環形通道31的和自由空間30(長度L)的尺寸，能夠獲得允許獲得通常在30和40kN之間的理想的曲柄臂21抽出作用力數值的膠合區域。

應該指出，較佳地，除了黏結材料50，曲柄臂20的和軸部22的緊固裝置包括壓迫耦合。

還應該指出，在一些曲柄臂組件20中，由於加工缺陷或者由於軸部22不準確插入的壓紋，間隙51(特意在第5圖中被基本放大地示出)可以在輪廓25和輪廓26之間形成。在這些組件中，小尺寸的間隙和黏結材料在其已經固化之前的流動性促進了通過毛細作用滲透到間隙51中，使得能夠甚至從一個極端到另一個地濕潤整個耦合區域並且因此提高抗腐蝕性和曲柄臂的聯結效果。

應該指出在第6圖示意的實施例中，通道31’形成保持被包圍在一旦固化便存在於通道31和31’中的黏結材料50中的徑向突出邊緣32’；以此方式，除了黏結效果，存在曲柄臂21的機械保持效果。

另外的通道31’和31”較佳地是環形的。

還應該指出在第7圖的實施例中，通道31”可被製成在耦合部分24上和耦合底座23上，以及在兩個元件上。

該另外的通道31”可以是一個或者多於一個，如第7圖示意。第10圖的實施例示出在耦合底座23中的一個具體的另外的通道3’’’，它比耦合底座23的凹槽輪廓25的凹槽更深。較佳地，與距離面向自行車框架箱11的曲柄臂21的側壁60相比，該另外的通道31'''更加靠近肩部28。距離T的較佳範圍在1到15mm之間。在第10圖中，通道31’是任選的。

在機械操作期間，另外的通道31'''有利地用作斷屑器以獲得耦合底座23的凹槽輪廓25。較佳的機械操作包括通過從側壁60一側插入工具(未示出)並且通過移動工具直至它達到通道31而對耦合底座23拉削。因為耦合底座23被肩部28關閉，該工具具有有限行程，並且另外的通道31'''避免切屑在通道31中保持附著到曲柄臂。這在完全封閉式耦合底座的情形中也是有用的。

還應指出，曲柄臂21和41由金屬材料例如鋁或鈦合金製成，並且軸部22由鋼或輕金屬合金製成。

10．．．底托架組件

11．．．框架箱

12．．．軸

13．．．前齒

14．．．鎖緊螺母

15．．．滾動軸承

16．．．適配器支撐件

20．．．左曲柄臂組件

21．．．曲柄臂

22．．．軸部

23．．．耦合底座

24．．．耦合部分

25．．．輪廓

25'．．．輪廓

26．．．輪廓

26'．．．輪廓

27．．．主要部分

28．．．肩部

29．．．錐形前部區域

30．．．自由空間

31．．．通道

31'．．．通道

31”．．．通道

31'''．．．通道

32'．．．徑向突出邊緣

33'．．．空間

40．．．右曲柄臂組件

41．．．曲柄臂

42．．．軸部

47．．．輻條

50．．．黏結材料

51．．．間隙

60．．．側壁

參考附圖，從下面對其一些較佳實施例的詳細描述，可以更加清楚本發明的其他特徵和優點。在這些附圖中：第1圖是結合有根據本發明的曲柄臂組件的自行車傳動裝置底托架組件的軸向截面視圖；第2圖是第1圖的左曲柄臂組件的軸向截面視圖；第3圖和第4圖分別是用分離部件表示的第2圖組件的軸測視圖和軸向截面視圖；第5圖是第2圖曲柄臂組件細節的放大的軸向截面視圖；第6、7和10圖是參考不同實施例的類似於第5圖的截面視圖；第8圖是沿著第1圖組件細節的線VIII－VIII的橫向截面視圖；第9圖是參考不同實施例的類似於第8圖的截面視圖。

10．．．底托架組件

11．．．框架箱

12．．．軸

13．．．前齒

14．．．鎖緊螺母

15．．．滾動軸承

16．．．適配器支撐件

20．．．左曲柄臂組件

21．．．曲柄臂

22．．．軸部

40．．．右曲柄臂組件

41．．．曲柄臂

42．．．軸部

47．．．輻條

Claims (27)

1. 一種自行車曲柄臂組件(20，40)，包括至少一個軸部(22，42)、在該至少一個軸部(22，42)上安裝的一個曲柄臂(21，41)，該曲柄臂(21，41)具有一耦合底座(23)並且該軸部(22，42)具有耦合到該耦合底座(23)的一耦合部分(24)，該耦合底座(23)和該耦合部分(24)被成形為形成一形狀耦合以保證該曲柄臂(21，41)能夠向該軸部(22，42)傳遞轉矩；及一黏結材料(50)，該黏結材料(50)提供在該耦合底座(23)和該耦合部分(24)之間，其特徵在於該黏結材料係提供在一膠合腔室(30，31；31’；31”)中，該膠合腔室(30，31；31’；31”)形成在該耦合底座(23)和該耦合部分(24)的至少一個中。
2. 如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該耦合底座(23)包括用於在軸向的方向中支撐該軸部(22，42)的一肩部(28)。
3. 如申請專利範圍第2項所述的組件，其中該肩部(28)沿著軸向方向完全關閉該耦合底座(23)。
4. 如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該黏結材料(50)將該耦合部分(24)完全密封到該耦合底座(23)。
5. 如申請專利範圍第1項所述的組件，其中在該膠合腔室(30，31；31’；31”)中，並且在該耦合底座(23)和該耦合部分(24)之間的一剩餘空間(51)的至少一部分中均存在該黏結材料(50)。
6. 如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該膠合腔室包括在該耦合底座(23)中形成的該曲柄臂(21，41)中的一環形通道(31；31”)，和/或在該耦合部分(24)中形成的該軸部(22，42)中的一環形通道(31’)。
7. 如申請專利範圍第6項所述的組件，其中該環形通道(31；31’)相對一底托架組件(10)的中心(K)在軸向的方向中位於遠端位置中。
8. 如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該膠合腔室包括由該耦合部分(24)自身的一錐形前部區域(29)在該耦合底座(23)和該耦合部分(24)之間保持自由的一自由空間(30)。
9. 如申請專利範圍第8項所述的組件，其中該錐形前部區域(29)的軸向延伸長度小於或者等於該耦合部分(24)的軸向延伸長度的1/3。
10. 如申請專利範圍第8項所述的組件，其中該錐形前部區域(29)具有等於2-5mm的軸向延伸長度。
11. 如申請專利範圍第1項所述的組件，其中黏結材料(50)是硬化樹脂。
12. 如申請專利範圍第11項所述的組件，其中硬化樹脂(50)為熱固樹脂，例如環氧樹脂或酚醛樹脂。
13. 如申請專利範圍第1項所述的組件，還包括緊固裝置以保證該耦合裝置保持接合該曲柄臂(21，41)和該軸部(22，42)，該緊固裝置包括一黏結材料(50)。
14. 如申請專利範圍第13項所述的組件，其中該緊固裝置還包括以機械方式壓迫該軸部(22，42)的該耦合部分(24)處於該曲柄臂(21，41)的該耦合底座(23)中。
15. 如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該耦合底座(23)包括至少一個斷屑器通道(31’’’)。
16. 如申請專利範圍第15項所述的組件，其中該耦合底座包括一凹槽輪廓(25)，並且該斷屑器通道(31’’’)比該 凹槽輪廓(25)的凹槽更深。
17. 如申請專利範圍第15項所述的組件，其中該耦合底座在該曲柄臂(21)的一外側壁(60)和在軸向的方向中支撐該軸部(22，42)的一肩部(28)之間延伸，並且其中與距該外側壁(60)相比，該斷屑器通道(31’’’)更加靠近該肩部(28)。
18. 如申請專利範圍第17項所述的組件，其中在該斷屑器通道(31’’’)和該肩部(28)之間的距離在1和15mm之間。
19. 一種用於將一曲柄臂(21，41)組裝到一自行車傳動裝置之一底托架組件(10)的一軸部(22，42)的方法，包括在該曲柄臂(21，41)和該軸部(22，42)之間的形狀耦合，以保證該曲柄臂(21，41)能夠將轉矩傳遞到該軸部(22，42)，其特徵在於在一膠合腔室(31；31’；31”)中施加黏結材料(50)，該膠合腔室(31；31’；31”)形成在該曲柄臂(21，41)和該軸部(22，42)的至少一個中。
20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中在該曲柄臂(21，41)和該軸部(22，42)接合之前，該黏結材料(50) 被施加到該曲柄臂(21，41)和該軸部(22，42)中的一個，在這之後在軸向的方向中壓迫該曲柄臂(21，41)和該軸部(22，42)。
21. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該黏結材料(50)是硬化樹脂。
22. 如申請專利範圍第21項所述的方法，其中硬化樹脂(50)為熱固樹脂，例如環氧樹脂或酚醛樹脂。
23. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中在該耦合底座(23)中實現至少一個斷屑器通道(31’’’)。
24. 如申請專利範圍第23項所述的方法，其中在該耦合底座(23)中通過機械操作實現一凹槽輪廓。
25. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中該機械操作是拉削操作。
26. 一種自行車曲柄臂(21，41)，包括具有縱向軸線和成形輪廓以將轉矩傳遞至一軸部(22，42)的一耦合底座(23)，其中該耦合底座包括沿著平行於該軸線的方向至少部分地關閉該耦合底座的一肩部(28)，並且其中該耦合底 座包括一斷屑器通道。
27. 如申請專利範圍第26項所述的自行車曲柄臂，其中該成形輪廓是一凹槽輪廓，並且該斷屑器通道比該凹槽輪廓的凹槽更深。