专利名称：产生自行车架单元连接的方法和连接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种产生自行车架单元连接的方法，特别是由加强纤维塑料，如碳，制成的自行车架单元。而且，此发明涉及一种完成此方法的连接装置。
背景技术：
不仅是赛车架，而且在其他的自行车架的情况下，人们进行不断的努力，希望设计出尽可能轻的车架。除了结构之外，材料的使用具有决定性的重要作用。因此，在一段时间内，开发由加强纤维塑料，特别是碳，制成的车架。困难存在于单独的自行车架单元的连接上，举例来说就是各个管，如带有转向管的上管和下管，或是带有座椅管的上管。另一个位置是下支架球轴承槽之间下支架的球轴承、下管和座椅管区域的连接。
对于单独的自行车架单元的连接来说，已知的方法是采用分离套筒。车架管和套筒被分别、依次制造，通过把管子插入套筒中使管子通过套筒互相连接。套筒和自行车架单元的连接是由粘附剂实现的，其中套筒通常是由一种塑料，特别是碳构成的。为了能够把套筒和自行车架单元进行装配，套筒的内部尺寸不得不大于自行车架单元的外部尺寸。为了连接起这些部件，其中的间隙不得不填满粘附剂。特别是插入最后一根管进入套筒的时候，管子和/或套筒经常不得不被剧烈的弯曲或变形才能够连接。因为在连接套筒和管子之前，套筒的内部和/或管子的外部不得不涂上了粘附剂，所以当把它们连接在一起时，粘附剂可能会被管子或套筒的边缘从相关的粘合表面刮掉或去除。这种结果会使粘附连接的质量变得很差。因此，差的粘附连接尤其会出现在最后连接的位置，在那里套筒和/或车架单元需要变形。此外，当提供粘附连接时，不能排除空气混入的发生，因此粘附连接的质量被削弱。自行车单元插入并粘附于管套中的措施的另一个缺点在于，在这个区域自行车单元有相对大的壁厚，因此会相对较重。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生自行车架单元连接的方法和一种合适的连接装置，由此能够提高连接的质量。
分别通过根据权利要求1所述的方法和权利要求9所述的连接装置，这种目的得以实现。
在本发明的方法中，其中特别适合于连接由如碳的加强纤维塑料制成的自行车架单元，第一步，将要被连接的自行车架单元布置在连接位置，即特别是成一直线和/或彼此间按预定的角度放置。这样做，转向管、上管和下管，例如，在一个支架上这样布置，即单独的自行车架单元的相互位置被限定，从而两个管子例如能够被互相连接。下一步，连接区域提供有由浸入连接剂的加强纤维连接材料制成的连接材料层。优选的，一种含有碳纤维的材料被用做纤维材料，它被作为连接剂的树脂浸入。连接区域意味着这样的区域，例如，两个车架管子相邻或互相接触的区域，因为连接区域不仅是两管的边界而且是它们相邻的部分。优选的，材料层尤其提供在自行车架单元之间的连接或接触位置区域，它完全包围着两个车架单元。特别优选的是，按照如下方法布置或设计连接材料层，例如可通过在连接区域上反复包裹要连接的零件而制造该连接材料层，通过这种方法，材料层向外部变得更薄，该外部即位于到被连接的自行车架单元的过渡边缘。因此，创建尽可能一致和恒定的过程，由此力的增进也会被提高。此外，边界区域里的材料层厚度最好与被连接的自行车架单元之间的材料层厚度基本一样。
然后，根据这个发明，准备的连接区域和准备的自行车架单元被分别放置在压力室中，该压力室优选地在至少3巴(3×105帕斯卡)下加压，特别优选地在至少4巴(4×105帕斯卡)下加压。通过空气产生的压力，举个例子，连接材料层被压在自行车架单元上。此外，在连接材料层中提供的连接剂或树脂也沿着连接单元表面的方向被压入，并进入了纤维或纤维的间隙中。这导致了材料层中含有空气的危险被降低，而且多余的连接剂被挤出。
从而，能够实现一种非常稳定坚固的连接，它的优点是比预制套筒的粘附连接需要更少的材料。此外，不需要提供附加的粘附剂。这导致了在重量上的减轻。如果提供许多材料层，则材料层中的纤维被挤压互相进入，从而创建了一种直接配合。
在本发明方法的特别优选实施例中，在压力施加之前，特别是在被连接的单元的该区域被布置在压力室中或者被压力室包围之前，连接材料层被一个弹性套筒包围。优选的，套筒接触纤维材料层，并设计成，该套筒完全包围连接区域和整个材料层。优选的，套筒设计成对于在连接区域外面的自行车架单元紧密的密封。提供这种套筒具有优势，即当在压力施加在压力室时，随着压力的增加空气不会进入材料层，因此空气不会把纤维从被连接的自行车架单元上升起。对于相对硬的纤维，这点非常重要的，因为在连接状态中这些纤维趋于从被弯曲的位置回复到它们原来的位置。优选的，套筒具有极薄的薄壁的结构。套筒可以是一种薄的金属片，例如，如果必要，厚度为仅几个μm。在这种情况下，它可能已经足够了，如果必要，通过在连接区域内将金属片缠绕在连接材料层周围来制造这种套筒。
优选的，套筒或金属片是这样一种材料，它不能连接到连接剂上，特别是树脂连接剂。因此硅制或表面涂硅的套筒是合适的。优选的，套筒被设计成可以重复使用。为此，套筒是切开的，例如，从而能使它放置在连接区域周围。切缝可以通过套筒在此位置的交叠或用硅进行密封。用硅或另外的密封剂可以在套筒和自行车架单元之间实现密封，即连接区域的外部。
优选的，连接材料是一种条形的加强纤维的连接材料，它能像布料一样包裹在连接位置周围。特别的，条形连接材料在连接区域包围自行车架单元，至少是部分包围，最好是全部。在这种情况下，通过包裹的方法，连接处的坚固将会得到提高。如果使用具有基本单向定向的纤维的连接材料，这种情况特别可能发生，因为通过布置连接材料，纤维能够布置在主要受力方向上。
为了进一步改善连接，要尽可能的在自行车架单元完全硬化之前实现自行车架单元的连接。从而，在连接剂，如树脂，和自行车架单元之间能够实现更好的连接。
在连接方法完成以后，多余的连接剂被去除，同时如果有必要，实施后处理。
更进一步的，本发明涉及到一种连接装置，它特别适合完成前面描述的方法。为了形成压力室，在压力室布置要被连接的自行车架单元，该连接装置包括几个，优选的是两个压力室单元。这两个压力室单元能够通过连接单元，如夹具、螺栓或张力调整器，进行互相连接，通过这种方法连接表面能够基本贴紧。密封或密封剂可被提供在连接表面间，该连接表面是由两个室单元或一个室单元和一个自行车架单元形成。根据本发明，室单元包括凹陷，从凹陷处自行车架单元伸出，当压力室合拢封闭时，这些凹陷围住自行车架单元而且优选地和它们建立一种紧密的密封。这样做的优点是不是整个自行车架必须放入压力室而仅仅是单独的自行车架单元能被保持在支架上，同时连接区域能被小的压力室包围。更进一步的，至少一个室单元至少包括一种压力连接，以便使用压缩空气或其它媒质填满压力室。
特别优选的是，在压力室里提供弹性套筒，它包围着连接区域里要被连接的单元同时把这个区域基本紧密的密封住。
根据本发明的方法如上文所述，这种连接装置能够方便的进一步被发展，同时特别被用来完成这种方法。
此外，本发明涉及一种自行车架，该自行车架具有几个特别是由加强纤维塑料，优选是碳，制成的自行车架单元。在单独的自行车架单元的连接区域中，自行车架包括由浸入连接剂的加强纤维连接材料制成的连接材料层。根据本发明，连接区域不包括其它附加的粘附剂，而在通过套筒连接自行车架单元时特别需要这些粘附剂。从而，参照上文描述的方法，能够产生一种具有更高质量的连接方式。
此外，本发明涉及一种根据本发明的方法制造的自行车架。
在下文中，参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的解释。在附图中图1表示两个自行车架单元互相连接的示意图；图2表示两个自行车架单元互相插入的剖面示意图；图3表示两个自行车架单元在连接位置被连接材料层所环绕的平面示意图；图4表示被连接的自行车架单元被套筒包围的顶视示意图；图5表示压力室的室单元的顶视示意图；图6表示图5中所示压力室单元的平面示意图，在压力室中布置了被套筒包围的被连接的自行车架单元，如图4所示；图7表示相应于图6的示意图，在这里通过第二个压力室单元封闭压力室；图8表示自行车架的侧视示意图。
两个自行车架单元10，12，如座椅管10和上管12，根据本发明的方法在连接点14被连接。在阐述的实施例中，自行车架单元是一些由加强纤维塑料制成的横截面为圆形的管子。塑料特别优选使用碳纤维，由于重量和稳定性的原因管子最好卷绕以至于碳纤维呈螺旋状扩展。
一个自行车架单元10包括一个开口或凹陷16。自行车架单元12被插入开口16中(图2)，开口16的尺寸比自行车架单元12的外部尺寸稍大。通过把一个自行车架单元12插入到另外的自行车架单元10，力通量能够被提高。这种车架的振动特性也会得到提高。
同样的，开口或凹陷16能够被省略，当指向自行车架单元10方向的自行车架单元12的外部轮廓被这样设计时即自行车架单元12接触自行车架单元10的外部圆周。
特别的，上述的两种可能的连接方法要根据产生应变的类型择优进行选择。
在下一方法步骤中，一种连接材料条18被使用在区域20，即至少在连接位置14的周围区域使用。纤维材料层18优选使用单向性的连接材料构成，连接位置14优选地在连接区域20被纤维层18一次或多次的缠绕。然后，如图3所示，纤维材料层优选地环绕于这两个自行车架单元10，12的整个圆周。纤维材料层的每条纤维的这种过程优选为，使得纤维尽可能规则的互相交错而且特别是形成菱形图案。
下一步，浸树脂连接材料被套筒22所包围(图4)。套筒22由弹性材料制造，如硅。套筒22被安装为覆盖在整个连接区域20，特别是覆盖使用材料层18的整个区域。为此，套筒22包括几个零件或包括一个T形槽24，以至于由于它的弹性，套筒可以从后面安装到被连接的两个自行车架单元10，12上，如图4所示。例如，在T形槽24的区域中，要么提供套筒的交叠或者使用硅对槽24进行密封。而且，在边缘26处实施密封，此处是套筒22和自行车架单元10，12的过渡区域，例如，这个区域也可以使用硅进行密封。
为了连接自行车架单元10，12，在套筒22被装上和密封后，在压力室28(图7)中进行如图4所示的布置。
压力室28的优选实施例由两个压力室单元30构成，这两个单元实质上通过镜像转换的方法构建(图5)。室单元30包括一个内部腔32，该内部腔是通过把两个室单元30彼此放在其上形成的，正如图7所见到的。室32装入套筒22，从而在套筒22的外部和空腔32内部之间形成间隙，在该间隙里应用压缩空气。为了能容纳具有圆形横截面的管状自行车架单元10，12，室单元30包含一个半圆的凹陷34。在每个室单元30中，凹陷的内部36有一种半环形的结构，它比自行车架单元10，12的外部尺寸稍大，且在压力室28关闭的时候可以装入自行车架单元(图7)。密封单元或密封剂，如硅，被使用在凹陷34的内部36和自行车架单元10，12的外部38之间。
在被连接的两个自行车架单元10，12被放置在室单元30中，如图4所示的状态，第二个室单元40(图4)被放置在第一个室单元30之上，表面42互相接触并优选地通过密封单元和密封剂进行密封。为了两个室单元30，40牢固的相互连接，提供一种未示的连接单元，如夹子、螺钉连接或者类似的方法。因此，一个对外密封的空腔32通过把一个压力室28和另一个压力室28合在一起而形成，在这个空腔中放置了连接在一起并且被弹性套筒22包围的自行车架单元10，12。通过压力连接件44，在空腔32中产生了过压。从而，由于套筒22的弹性，它被压缩和被压入了连接材料层18。从而，多余的树脂和空气被压出连接材料层18，在这种情况下，在压力施加之前，应该最好确保套筒22已经和纤维材料层相接触，尤其是在连接区域20里。
随着压力的变化，在一段时间之后，这段时间根据材料所选择，压力被再次释放，然后两个室单元30，40再次分开。随后，包含连接材料的树脂不能粘附或只能轻微粘附的某种材料的套筒22将被去除。同样地，多余的树脂将会从连接位置14区域里的管以及外部被去除。然后，实施磨光、喷涂等形式的后处理。
单独小连接装置或压力室28的特别优势包括车架46(图8)可以通过简单支架48、50直立起来。在所述的实施例中上管52和座椅管54的连接能在此位置被实现。特别的，为给压力室加压而不需要在压力室中安装整个车架46。不用说，连接装置28也能够被安装在下支架球轴承的区域56或者转向头管的区域58处。为此，必须提供自行车架单元的只是分离设计或适合的压力室和套筒及相关支架。
权利要求
1.一种产生自行车架单元(10、12)连接的方法，该自行车架单元特别是由加强纤维塑料制成，该方法具有如下步骤在连接位置布置要被连接的自行车架单元(10、12)，在连接区域(20)提供由浸入连接剂的加强纤维连接材料制成的连接材料层(18)，在压力室(28)中布置自行车架单元(10、12)，和对压力室(28)加压。
2.如权利要求1所述的方法，其中，为了将压力传递到纤维材料，连接材料层(18)被弹性套筒(22)包围。
3.如权利要求2所述的方法，其中，套筒(22)是这样布置和/或设计的，该套管形成对于自行车架单元(10、12)的一种密封。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，连接材料是条形的，并且自行车架单元(10、12)在连接区域(20)中至少部分地被包裹。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，自行车架单元(10、12)是管状的，并且连接材料层(18)设置在外面(38)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，一个开口(16)设置在自行车架单元(10、12)的连接位置(14)处，在其中一个自行车架单元(10)上，另一个自行车架单元(12)伸入该开口。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，连接材料包括单向定向的纤维。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在产生结合连接之前，自行车架单元(10、12)没有完全被硬化。
9.一种完成如权利要求1至8中任一项所述的方法的连接装置，该连接装置包括几个室单元(30、40)，优选为两个，适合于被连接以便形成一个压力室(28)，为了给压力室(28)加压而设置在室单元(40)中的一个压力连接件(44)，和设置在室单元(30、40)里的凹陷(34)，当压力室(28)封闭时该凹陷包围住从那里伸出的自行车架单元(10、12)。
10.如权利要求9所述的连接装置，其特征在于，密封单元或密封材料设置在凹陷(34)中。
11.如权利要求9或10所述的连接装置，其特征在于，弹性套筒(22)被布置在压力室(28)里并包围连接材料。
12.如权利要求11所述的连接装置，其特征在于，压力室(28)的空腔(32)的内部尺寸比套筒(22)稍大。
13.如权利要求9至12中任一项所述的连接装置，其特征在于，具有一个用于连接室单元(30、40)的连接单元。
14.一个自行车架，包括特别是由加强纤维塑料制成的自行车架单元(10、12)，和由浸入连接剂的加强纤维连接材料制成的连接材料层(18)，它被布置在单独的自行车架单元(10、12)的连接区域(20)内。不需要附加的粘附剂的连接区域(20)。
全文摘要
一种产生自行车架单元(10、12)连接的方法，特别是由加强纤维塑料制成的自行车架单元，该方法包括如下步骤在连接位置布置要被连接的自行车架单元(10、12)；在连接区域(20)提供由浸入连接剂的加强纤维连接材料制成的连接材料层(18)；在压力室(28)中布置自行车架单元(10、12)；和对压力室(28)加压。
文档编号B29C70/34GK1590206SQ20041000146
公开日2005年3月9日 申请日期2004年1月8日 优先权日2003年8月27日
发明者汉斯·克里斯蒂安·什莫利克 申请人:凯扬自行车有限公司