用于自行车车轮的轮辋、轮辋部件和轮辋组件及其制造方法与流程

本发明涉及用于自行车车轮的轮辋和轮辋组件以及相关的制造方法。本发明还涉及用于自行车的车轮。

背景技术：

常规的自行车车轮包括轮辋、轮毂和多个辐条，其中，辐条将轮毂连接至轮辋。使用开口胎构型、管胎构型或真空胎构型将自行车轮胎安装至轮辋。车轮在轮毂处安装至自行车框架。

车轮轮辋技术的最新焦点涉及空气动力学效率，其中，轮辋的形状影响轮辋表面上方的空气流动。更具体地，焦点已经指向轮辋与所安装轮胎的组合，并且正在努力减小由轮辋与轮胎的组合引起的气动阻力，从而允许骑行者保持较高的速度。

图1是用于自行车车轮的常规轮辋的示意性截面图。轮辋1被示出为具有使用开口胎构型安装在该轮辋1上的轮胎200。轮辋1包括：相对的第一侧壁3和第二侧壁5；轮胎安装部分10和辐条附接部分7。辐条附接部分7包括多个贯通孔(未示出)，使得辐条可以附接至轮辋。辐条附接部分7位于轮辋的径向内部部分，并且轮胎安装部分位于轮辋的径向外部部分。介于相对的第一侧壁与第二侧壁之间的空间通常是中空的。

轮胎安装部分10包括围绕轮辋的外周向延伸的相对的第一壁部段11和第二壁部段12。第一壁部段和第二壁部段形成轮辋的第一侧壁和第二侧壁的一部分。第一壁部段11和第二壁部段12各自包括面向内的钩状部11a、12a，所述钩状部11a、12a构造成对开口胎式轮胎200(或真空胎式轮胎)的轮胎胎圈201进行保持。

在已安装的开口胎式轮胎200内安置有内胎210，并且使用空气对该内胎210进行充气以将轮胎充气至所需压力。在安装轮胎并对轮胎充气时，轮胎的标称宽度由图1中的尺寸t表示。

公路自行车轮胎的滚动阻力测试表明，在开阔的道路上在非理想的“真实世界”条件下使用较宽的轮胎(即较大的“t”)时，该轮胎通常具有较低的滚动阻力。用于这种“较宽”的轮胎的典型轮胎宽度值可以介于25mm与40mm之间。这种较宽的轮胎对于骑行者而言通常还更舒适。相比于更传统的轮胎宽度为19mm至23mm的公路自行车，对于公路自行车而言使用较宽的轮胎是相对较新的趋势。

然而，当将这种较宽的轮胎安装至自行车轮辋时(如图1中所示)，轮胎趋向于相对于轮辋的外部宽度(以w表示)向外延伸(“凸出”)。所安装的轮胎采用的这种“灯泡”形状会引起空气动力学和操纵问题。首先，由于轮胎的宽度t实质上大于轮辋的外部宽度w，因此这导致空气阻力的增加，空气阻力的增加使通过使用较宽的轮胎而获得的对滚动阻力的任何改进被否定。其次，轮胎相对于轮辋的“凸出”可能在使用期间、特别是在转弯期间引起轮胎的侧向运动，从而导致不利的操纵性能。

为了克服这些问题，自行车轮辋制造商已经开始制造“较宽”的轮辋，其中，响应于更常用的较宽的轮胎宽度t，外轮辋宽度w增大。然而，在制造轮辋时必须考虑到的进一步的考虑因素是轮辋的内部宽度(“i”)，轮辋的内部宽度是轮胎安装部分10的第一壁部段11与第二壁部段12之间的距离。

轮辋的内部宽度在安装时通过将轮胎胎圈“挤压”在一起而限定轮胎形状。因此，通常，为了获得经充气的轮胎的宽度t不从轮辋大致向外凸出的期望情形(对于空气动力学效率的期望情形是所安装轮胎的宽度大致等于或小于轮辋的外部宽度)，相比于常规的轮辋形状，期望的是增加轮辋的外部宽度w与内部宽度i之间的差。

然而，这必然需要轮辋的较厚的壁部段，特别是在轮辋的轮胎安装部分中需要较厚的壁部段。在制造轮辋时，较厚的壁部段需要使用增加的材料量，从而导致轮辋较重。由于最终自行车车轮的旋转运动的惯性的增加，因此轮辋较重是特别不期望的，这可能导致加速缓慢和性能下降。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供了一种用于自行车车轮的轮辋组件，该轮辋组件包括：轮辋，轮辋构造成在该轮辋的外表面中接纳轮辋部件；以及轮辋部件，轮辋部件位于轮辋的外表面中，其中，轮辋部件形成轮辋的外表面的一部分，以及其中，与轮辋相比，轮辋部件具有较低的密度。

发明人已经认识到，通过提供一种包括轮辋和轮辋部件的轮辋组件，其中，与轮辋相比，该轮辋部件具有较低的密度，相比于轮辋不构造成接纳这种轮辋部件的情况，整个轮辋组件将更轻。这在制造较宽的轮辋时具有特别的益处，如上所述，由于考虑到内部轮辋宽度，因此较宽的轮辋需要较厚的壁部段。根据本发明的第一方面的轮辋组件允许以最小的重量负担来制造更宽的轮辋，同时具有相关的空气动力学和操纵优势。

轮辋组件优选地是一体式构件，在此意味着轮辋和轮辋部件一体地连接。可以使用多个辐条将轮辋组件系至轮毂，以形成用于自行车的车轮。

根据本发明的轮辋组件特别适用于与盘式制动器一起使用的车轮，这是由于轮辋部件的材料通常可以定位在用于轮辋制动器所处的常规制动表面的位置。因此，优选地，轮辋部件不形成轮辋组件的制动部段的一部分。换言之，优选地使用轮辋部件，以便可以有利地操纵轮辋组件的形状和重量，而不是使用传统的轮辋制动器来改进制动性能。

因此，优选地，轮辋组件构造成用于与盘式制动器一起使用的车轮。然而，轮辋部件可以位于与用于轮辋制动器的制动表面间隔开的位置处，并且在这种情况下，轮辋组件可以用在车轮中，用于轮辋制动器。

轮辋部件通常结合至轮辋，但是还设想了将轮辋部件联接至轮辋的其他方法、比如使用凸缘或摩擦配合界面。在将轮辋部件结合至轮辋以形成轮辋组件的情况下，这优选地在模制过程期间来执行。

在这种轮辋组件中，轮辋部件形成轮辋的外表面的一部分。优选地，轮辋部件坐置成与轮辋的外表面“齐平”。通常，轮辋部件的暴露的表面形成轮辋的外表面的一部分。

轮辋部件通常可以由密度比轮辋的密度低的任何材料形成。轮辋部件的材料可以具有在被插入到轮辋的外表面中时自支撑(优选为一体)的形式。替代性地或附加地，轮辋部件材料(或轮辋部件材料的一部分)可以具有能够在插入到轮辋的外表面中时进行模制(“软”)的形式。这种材料优选是可固化的。例如，轮辋可以在轮辋的外表面中包括有凹部，其中，可模制的材料用于填充该凹部，使得轮辋部件材料的暴露的表面形成轮辋的外表面的一部分。用于形成轮辋部件的这种可模制的材料的示例是(优选地是可固化的)环氧树脂。环氧树脂可以是环氧粘合剂或环氧填料的形式。

优选地，轮辋部件包括泡沫材料。这种泡沫材料包括多个空气填充的空隙。通常，泡沫轮辋部件可以由多种热固性和热塑性聚合物制成，所述多种热固性和热塑性聚合物比如：聚氯乙烯(pvc)，聚氨酯(pu)，聚苯乙烯(ps)，苯乙烯丙烯腈(san)，聚醚酰亚胺(pei)，和聚甲基丙烯酰亚胺(pmi)、比如pmi各向同性硬质泡沫。轮辋部件优选地由热固性聚合物、比如环氧树脂制成。用于轮辋部件的特别优选的材料是双酚a(bpa)型闭孔泡沫。在此，术语“包括”包含“仅包括”。换言之，轮辋部件可以基本由泡沫材料、例如闭孔泡沫组成。

可以用于轮辋部件的其他材料包括例如相比于轮辋具有较低密度的橡胶和塑料材料。通常，轮辋部件不包括碳纤维复合物。

轮辋部件可以被称为可插入的轮辋部件。

在优选的实施方式中，轮辋在轮辋的外表面中包括有凹部，优选地，其中，轮辋部件位于所述凹部中。轮辋部件优选地大致完全地填充凹部，使得该轮辋部件坐置成与轮辋的外表面“齐平”。凹部可以具有大致三角形、大致梯形、大致矩形或大致半球形(例如，近似半圆形)的几何形状。

通常，该凹部具有介于0.5mm与4mm之间、优选地介于2mm与4mm之间的深度。在此，“深度”是指向内延伸的尺寸、例如大致垂直于轮辋组件的中间平面(轮辋组件的中间平面是轮辋组件的垂直于旋转轴线对称的平面)。

凹部可以具有介于1mm与25mm之间、优选地介于2mm与10mm之间、并且更优选地介于2mm与5mm之间的径向尺寸。

通常，轮辋可以包括一个或更多个凹部，其中，轮辋部件位于所述一个或更多个凹部中的每个凹部内，每个轮辋部件形成轮辋的外表面的一部分。所述一个或更多个凹部中的每个凹部可以具有本文中所描述的特征。

轮辋通常可以包括相对的外表面，每个相对的外表面均包括有凹部，其中，凹部(例如，绕轮辋组件的中间平面)对称地布置，优选地，其中，在每个凹部中均定位有轮辋部件而使得：每个轮辋部件形成轮辋的外表面的一部分。

通常，这种轮辋组件的轮辋具有：在20mm至50mm的范围内、优选地在23mm至30mm的范围内的外部宽度；以及在13mm至29mm的范围内、优选地在17mm至25mm的范围内的内部宽度。优选的构型具有23mm的内部宽度和28mm的外部宽度。在此，外部宽度是在轮辋的最大宽度处测得的。通常，这是在轮胎安装部分处，但是根据轮辋形状的设计(例如出于空气动力学目的)，这可以定位在与轮胎安装部分径向不同的位置处。

在各实施方式中，轮辋组件还可以包括施加至轮辋部件的外表面的保护材料层(例如树脂、清漆或油漆层)。

轮辋可以由任何材料制成，所述任何材料比如：复合材料(例如碳纤维复合物)或金属材料、或两者的组合，但是轮辋通常由碳纤维复合物形成。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于自行车车轮的轮辋，该轮辋构造成在轮辋的外表面中接纳(例如可插入的)轮辋部件(例如用于形成轮辋部件的材料)，其中，在该可插入的轮辋部件被插入时形成轮辋的外表面的一部分。如本领域中已知的，这种用于自行车车轮的轮辋的形状是大致环形的，并且该轮辋通常包括相对的第一侧壁和第二侧壁、轮胎安装部分和辐条安装部分。

这样的轮辋可以构造成形成本发明的第一方面的轮辋组件。因此，以下描述也涉及本发明的第一方面的轮辋。

发明人已经认识到，如果将可插入的轮辋部件插入到轮辋的外表面中，并且如果轮辋部件由相比于轮辋材料具有较低密度的材料构成，则相比于轮辋未构造成接纳这种轮辋部件的情况，完整的轮辋组件(即轮辋和可插入的轮辋部件)将更轻。

这在制造较宽的轮辋时具有特别的益处，如上面在背景技术部分所描述的，由于考虑到内部轮辋的宽度，因此较宽的轮辋需要较厚的壁部段。根据本发明的第一方面的轮辋允许以最小的重量负担来制造更宽的轮辋，同时具有相关的空气动力学优势和操纵优势。

在此使用的术语“外表面”是指轮辋的处于隔离状态(即，其中，在轮辋上未安装轮胎)的暴露于周围环境的表面。换言之，当插入可插入的轮辋部件时，轮辋部件的至少一部分暴露于周围环境。

优选地，外表面是面向外的表面、例如轮辋的侧壁的面向外的表面。在本文中，术语“向外”用于表示在将轮胎安装至轮辋时轮辋的暴露于周围环境的表面。这可以是轮辋的轮胎安装部分的外表面。然而，外表面可以是轮辋的面向内的外表面或面向径向的外表面(例如在安装轮胎时，作为轮辋的轮胎安装部分的不被暴露的部分)。

轮辋构造成使得在可插入的轮辋部件被插入时，该可插入的轮辋部件形成轮辋的外表面的一部分。换言之，当轮辋部件被插入时，该轮辋部件与轮辋的围绕轮辋部件的外表面相符，并且优选地该轮辋部件坐置成与轮辋的围绕轮辋部件的外表面齐平。

轮辋可以由任何材料制成，所述任何材料比如复合材料或金属材料、或两者的组合，但是通常基本上完全由碳纤维复合物制成。通常将预浸渍的(“预浸料”)碳纤维片材——意味着碳纤维已经布置在诸如环氧树脂之类的树脂基体内——布置在合适的模具中并进行固化以形成轮辋。重要的是，预浸料的片材以可靠的方式结合在一起，以建立轮辋的强度和完整性。由于轮辋部件将不被预浸料片材完全包围，因此将轮辋构造成在轮辋的外表面中接纳可插入的轮辋部件有利地意味着可以容易地控制预浸料片材彼此之间的结合。

使用轮辋的外表面来接纳轮辋部件还有利地在这种轮辋部件的定位中提供了增加的灵活性。

在优选实施方式中，轮辋在轮辋的外表面中包括有凹部，所述凹部构造成接纳可插入的轮辋部件。通常，所插入的轮辋部件大致完全填充凹部，使得轮辋部件的暴露的表面形成轮辋的外表面的一部分。凹部在轮辋的外表面中设置为凹口，并且该凹部可以呈“凹槽”或“狭槽”的形式。

通常，凹部可以位于轮辋的外表面中的任何位置处。在优选实施方式中，轮辋包括大致相对的外表面，所述大致相对的外表面中的至少一个外表面包括凹部。优选地，轮辋在相对的外表面中包括有相对的凹部，以使整个轮辋“正确地”、即以最小的侧向偏差旋转。优选地，轮辋的凹部(一个或更多个)关于轮辋的中间平面(轮辋的中间平面是轮辋的垂直于旋转轴线对称的平面)对称并且关于旋转轴线对称。

优选地，轮辋在轮辋的至少一个外表面中包括有至少一个大致环形的凹部。特别优选地，轮辋在相对的外表面中包括大致相对的环形凹部。在此，术语“环形凹部”用于描述在从平行于轮辋的旋转轴线的方向观察时的凹部的形状。这种环形凹部可以被描述为周向地延伸。由于所述环形凹部(一个或更多个)相对简单地形成，同时允许插入相对较大(较低密度)的轮辋部件，因此这样的环形凹部(一个或更多个)是有益的。此外，这样的环形凹部(一个或更多个)关于轮辋的旋转轴线旋转对称，从而确保成品车轮的良好旋转。

然而，可以设想其他的凹部几何形状和位置，例如，轮辋可以在轮辋的至少一个外表面中包括有多个离散的凹部。这样的多个凹部可以在径向或周向上间隔开，并且优选地呈现出关于轮辋的旋转轴线的旋转对称性。在这样的实施方式中，所述多个凹部构造成接纳对应的多个可插入的轮辋部件。

优选地，轮辋包括相对的第一壁部段和第二壁部段，所述第一壁部段和所述第二壁部段中的每一者均包括外表面，以及其中，所述第一壁部段和所述第二壁部段中的至少一者在所述至少一者的外表面中包括有凹部。通常，这样的第一壁部段和第二壁部段构造成用于安装自行车轮胎。特别有利的是将多个凹部定位在构造成用于安装自行车轮胎的壁部段中，因为这些壁部段由于内部轮辋宽度和轮胎的牢固安装的要求而通常将是轮辋的最厚部分(并且因此需要最多的材料)。

(在从垂直于轮辋的旋转轴线的方向观察时)凹部通常可以具有任何截面几何形状。然而，优选地，所述凹部(一个或更多个)构造成接纳具有大致三角形、大致梯形、大致矩形或大致半球形(例如近似半圆形)的截面几何形状的可插入的轮辋部件。

可以插入到轮辋的外表面中的可插入的轮辋部件通常可以由具有比轮辋的密度更低的密度的任何材料形成。可插入的轮辋部件的材料可以具有在被插入到轮辋的外表面中时自支撑(优选为一体的)的形式。替代性地或附加地，轮辋部件材料(或轮辋部件材料的一部分)可以具有能够在插入到轮辋的外表面中时进行模制(“软”)的形式。这种材料优选是可固化的。例如，轮辋可以在轮辋的外表面中包括有凹部，其中，可模制的材料用于填充该凹部，使得轮辋部件材料的暴露的表面形成轮辋的外表面的一部分。这种可模制的材料的示例是(优选地是可固化的)环氧树脂。该环氧树脂可以呈环氧粘合剂或环氧填料的形式。

然后可以通过施加热而将可插入的轮辋部件材料在轮辋内(例如，与轮辋一起)进行固化，以经历交叉联接和硬化。

用于轮辋部件的特别优选的材料是双酚a(bpa)型闭孔泡沫。

根据本发明的第三方面，提供了一种制造用于自行车车轮的轮辋组件的方法，该方法包括：提供轮辋，该轮辋构造成在轮辋的外表面中接纳轮辋部件；以及将用于形成轮辋部件的材料插入到轮辋的外表面中，使得用于形成轮辋部件的所插入的材料形成轮辋的外表面的一部分，其中，相比于轮辋，用于形成轮辋部件的材料具有较低的密度。

轮辋部件材料可以具有在被插入到轮辋的外表面中时自支撑(优选为一体的)的形式。替代性地或附加地，轮辋部件材料(或轮辋部件材料的一部分)可以具有能够在被插入到轮辋的外表面中时进行模制(“软”)的形式。这种材料优选是可固化的。例如，轮辋可以在轮辋的外表面中包括有凹部，其中，可模制的轮辋部件材料用于填充凹部，使得轮辋部件材料的暴露的表面形成轮辋的外表面的一部分。

优选地，该方法还包括优选地通过施加热来将用于形成轮辋部件的材料在轮辋内(例如与轮辋一起)进行固化。这通常在限定轮辋组件的所需外表面的模具中执行。因此，优选地，用于形成轮辋部件的材料是可固化材料、比如可固化聚合物。这种用于形成轮辋部件的材料的示例是环氧树脂，其可以呈环氧粘合剂或环氧树脂的形式。该材料在固化时形成泡沫结构，使得形成的轮辋部件包括泡沫材料。轮辋部件可以仅包括泡沫材料(例如，基本由泡沫材料组成)。用于轮辋部件的特别优选的材料是bpa型闭孔泡沫。

优选地，轮辋在该轮辋的外表面上包括有凹部，优选地，其中，用于形成轮辋部件的材料插入到凹部中，以使用于形成所述轮辋部件的所述材料基本完全地填充所述凹部。轮辋可以通过常规方法、比如闭模处理或纤维卷绕形成。在优选的实施方式中，提供轮辋的步骤包括将轮辋材料在成形成用于轮辋的模具中进行组装(例如布置)、并且优选地将轮辋材料在模具内进行固化，该轮辋在轮辋的外表面中包括有凹部。这样的模具通常将具有与要形成在轮辋的外表面内的凹部相对应的突出部(例如脊部)。

优选地，轮辋材料是复合材料、优选地是碳纤维复合物。

在一些实施方式中，可以向用于形成轮辋部件的材料的外表面施加保护材料层(例如树脂、清漆或油漆层)，以保护其免于损坏。

本发明的第三方面的方法可以适于制造根据本发明的第一方面的轮辋组件。通常，所提供的轮辋是根据本发明的第二方面的轮辋。因此，所提供的轮辋可以具有以上关于本发明的第一方面和第二方面所讨论的任何特征。

根据本发明的第四方面，提供了一种自行车车轮，该自行车车轮包括根据本发明的轮辋或轮辋组件。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于自行车轮辋的模具，该模具适于提供根据本发明的轮辋和/或轮辋组件。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于自行车车轮轮辋的可插入的轮辋部件，该轮辋部件构造成能够插入在用于自行车车轮的轮辋的外表面中，使得该轮辋部件在被插入时形成轮辋的外表面的一部分，以及其中，相比于轮辋，轮辋部件具有较低的密度。如上所述，使用这种相比于轮辋部件具有较低密度的可插入的轮辋部件有利地允许以最小的重量负担来增加轮辋的宽度。

优选地，可插入的轮辋部件构造成与位于用于自行车车轮的轮辋的外表面中的凹部协作。

可插入的轮辋部件通常可以具有任何截面几何形状。然而，优选地，可插入的轮辋部件具有大致三角形、大致梯形、大致矩形或大致半球形的截面几何形状。如上所述，用于轮辋的优选凹部构型是该凹部是大致环形的。在这种情况下，可插入的轮辋部件优选地是大致环形的并且适于与轮辋的环形凹部协作。可插入的轮辋部件可以是自支撑的。

可插入的轮辋部件相比于轮辋具有较低的密度，并且通常可以由表现出该特性的任何材料形成。优选地，可插入的轮辋部件包括泡沫材料。通常，泡沫可插入的轮辋部件可以由多种热固性和热塑性聚合物制造，所述多种热固性和热塑性聚合物比如：聚氯乙烯(pvc)，聚氨酯(pu)，聚苯乙烯(ps)，苯乙烯丙烯腈(san)，聚醚酰亚胺(pei)，以及聚甲基丙烯酰亚胺(pmi)、比如pmi各向同性硬质泡沫。优选地，可插入的轮辋部件是bpa型闭孔泡沫。

本文中还公开了一种用于自行车车轮的轮辋组件，该轮辋组件包括：根据本发明的第二方面的轮辋；以及位于轮辋的外表面中的轮辋部件，其中，轮辋部件形成轮辋的外表面的一部分，以及其中，相比于轮辋，轮辋部件具有较低的密度。

这种轮辋组件特别适用于与盘式制动器一起使用的车轮，因为轮辋部件的材料通常可以定位在用于轮辋制动器将处于的常规制动表面的位置。然而，轮辋部件可以位于与用于轮辋制动器的制动表面间隔开的位置处，并且在这种情况下，轮辋组件可以用在车轮中，用于轮辋制动器。

轮辋部件通常结合至轮辋，但是还可以设想将轮辋部件联接至轮辋的其他方法、比如使用凸缘或摩擦配合界面。在轮辋部件结合至轮辋以形成轮辋组件的情况下，这优选地在对轮辋的模制过程期间执行。例如，碳纤维预浸料的片材可以在模具中组装以形成外表面中具有凹部的轮辋。然后，轮辋部件可以在模具内定位于凹部内，并在模制过程期间结合至模具内的预浸料的片材。这可以在固化过程期间执行。在其他实施方式中，轮辋部件可以在模制过程之后结合至轮辋。

在这种轮辋组件中，轮辋部件的暴露的表面形成轮辋的外表面的一部分。优选地，轮辋部件坐置成与轮辋的外表面“齐平”。

轮辋部件材料可以具有在插入到轮辋的外表面中时自支撑(优选为一体的)的形式。替代性地或附加地，轮辋部件材料(或轮辋部件材料的一部分)可以具有能够在插入到轮辋的外表面中时进行模制(“软”)的形式。这种可模制的材料的示例是(优选可固化的)环氧树脂。该环氧树脂可以是环氧粘合剂或环氧填料的形式。

轮辋部件可以是根据本发明的第六方面的可插入的轮辋部件。

通常，这种轮辋组件的轮辋具有在20mm至50mm的范围内的外部宽度和在13mm至29mm的范围内的内部宽度。优选的构型具有23mm的内部宽度和28mm的外部宽度。在此，外部宽度是在轮辋的最大宽度处测得的。通常，这是在轮胎安装部分处，但是根据轮辋形状的设计(例如出于空气动力学目的)，这可以定位在与轮胎安装部分径向不同的位置处。

本文种还公开了一种制造用于自行车车轮的轮辋组件的方法，该方法包括：提供根据第二方面的轮辋；以及将轮辋部件(例如用于形成轮辋部件的材料)插入到轮辋的外表面中，使得所插入的轮辋部件(例如用于形成轮辋部件的材料)形成轮辋的外表面的一部分，其中，相比于轮辋，所述轮辋部件具有较低的密度。轮辋部件可以是根据本发明的第二方面的可插入的轮辋部件。轮辋可以通过常规方法、比如闭模处理或纤维卷绕形成。

轮辋部件材料可以具有在插入到轮辋的外表面中时自支撑(优选为一体的)的形式。替代性地或附加地，轮辋部件材料(或轮辋部件材料的一部分)可以具有能够在插入到轮辋的外表面中时进行模制(“软”)的形式。这种材料优选是可固化的。例如，轮辋可以在轮辋的外表面中包括有凹部，其中，可模制的轮辋部件材料用来填充凹部，使得轮辋部件材料的暴露的表面形成轮辋的外表面的一部分。然后可以通过施加热将轮辋部件材料在轮辋内(例如与轮辋一起)进行固化。

本文中还公开了一种制造用于自行车车轮的轮辋组件的方法，该方法包括：将轮辋材料组装在成形为用于根据第二方面的轮辋的模具中；在模具内将轮辋部件(例如用于形成轮辋部件的材料)布置在轮辋材料的外表面内，使得轮辋部件形成轮辋的外表面的一部分；以及将轮辋材料和轮辋部件(例如用于形成轮辋部件的材料)在模具内进行固化，使得轮辋部件在模具内结合至轮辋材料。这种制造轮辋组件的方法是特别有利的，因为轮辋部件是在模制过程期间与轮辋一体地形成的。

轮辋部件材料可以具有自支撑的形式。替代性地或附加地，轮辋部件材料(或轮辋部件材料的一部分)可以具有可模制(“软”)的形式、比如环氧树脂。

优选地，轮辋材料是复合材料、优选地是碳纤维复合物。在这种方法中，碳纤维预浸料的片材通常与轮辋部件一起在模具中组装，其中，在模制过程期间，轮辋部件在模具内结合至预浸料的片材。

在替代性的实施方案中，可以设想的是，轮辋材料可以在模具内被布置为围绕(优选地是自支撑的)轮辋部件，使得轮辋部件形成轮辋的外表面的一部分。

本文中还公开了一种用于自行车车轮的轮辋组件，该轮辋组件包括由第一材料形成的轮辋主体和位于轮辋主体的外表面中的轮辋部件，其中，该轮辋部件形成所述轮辋主体的外表面的一部分，以及其中，轮辋部件由与第一材料相比具有较低密度的第二材料形成。轮辋部件的材料可以具有在插入到轮辋主体的外表面中时自支撑的形式。轮辋部件的材料可以具有能够在插入到轮辋主体的外表面中时进行模制(“软”)的形式。这种材料优选是可固化的。例如，轮辋主体可以在轮辋主体的外表面中包括有凹部，其中，可模制的材料用来填充该凹部，使得轮辋部件材料的暴露的表面形成轮辋主体的外表面的一部分。这种可模制的材料的示例是(优选可固化的)环氧树脂。该环氧树脂可以是环氧粘合剂或环氧填料的形式。

本文中还公开了一种制造用于自行车车轮的轮辋组件的方法，该方法包括：提供轮辋，该轮辋在轮辋的外表面中包括有凹部；使用插入件材料来大致完全填充所述轮辋的凹部，使得插入件材料形成轮辋的表面的一部分，相比于轮辋，插入件材料具有的密度更低，并且优选地，将插入件材料在轮辋内进行固化以形成轮辋组件。

插入件材料可以具有可模制(“软”)的形式(示例包括诸如环氧树脂粘合剂或环氧树脂填料之类的环氧树脂)。替代性地或附加地，插入件材料(或插入件材料的一部分)可以具有自支撑的形式。固化优选是热固化。

在一些实施方式中，可以向轮辋组件的插入件材料的外表面施加保护材料层(例如树脂、清漆或油漆层)，以保护其免受损坏。

上述任何方面的(可插入的)轮辋部件的材料相比于轮辋具有较低的密度，并且通常可由表现出该特性的任何材料形成。该材料可以包括泡沫材料。通常，泡沫轮辋部件可以由多种热固性和热塑性聚合物制成，所述多种热固性和热塑性聚合物比如：聚氯乙烯(pvc)，聚氨酯(pu)，聚苯乙烯(ps)，苯乙烯丙烯腈(san)，聚醚酰亚胺(pei)，和聚甲基丙烯酰亚胺(pmi)、比如pmi各向同性硬质泡沫。可以用于形成根据本发明的轮辋部件的材料的其他示例包括(优选可固化的)环氧树脂、比如环氧粘合剂或环氧填料。

附图说明

现在将结合附图对本发明进行描述，在附图中：

图1示意性地示出了安装至常规轮辋的自行车轮胎；

图2是根据本发明实施方式的包括轮辋组件的自行车车轮的示意性侧视图；

图3是根据本发明的轮辋组件的一部分的立体图；

图4是根据本发明的轮辋的一部分的立体图；

图5是根据本发明的轮辋组件的截面图；

图6是根据本发明的轮辋的截面图；

图7示意性地示出了根据本发明的安装至轮辋组件的自行车轮胎；

图8示出了根据本发明的示例性可插入的轮辋部件；

图9至图13示意性地示出了可以在本发明中使用的示例性凹部和可插入的轮辋部件的几何形状；

图14示出了无钩轮辋的截面；

图15示出了适于安装管胎式轮胎的轮辋的截面；以及

图16是概述根据本发明的用于形成轮辋组件的优选方法的步骤的流程图。

具体实施方式

图2是包括轮辋组件100的自行车车轮1000的示意性侧视图，该轮辋组件是根据本发明的实施方式的轮辋组件。轮辋组件100包括轮辋100a和可插入的轮辋部件50a，轮辋部件50a位于轮辋100的外表面中，使得轮辋部件50a形成轮辋的外表面的部分。为了便于描述，在说明书的其余部分中，可以将该可插入的轮辋部件简单地称为“插入件”。

车轮1000被示出为在其上未安装轮胎。如可以看到的，轮辋100a的形状是大致环形的，并且具有深度“d”，该深度“d”是轮辋的径向内部部分与径向外部部分之间的距离。轮胎(该轮胎可以是开口胎式轮胎、管胎式轮胎或真空胎式轮胎)安装至轮辋的径向外部轮胎安装部分10。

车轮还包括轮毂300和将轮毂连接至轮辋的多个(通常在16个与36个之间)辐条400。每个辐条均附接至轮辋的位于轮辋的径向内部部分处的辐条接合部分7。每个辐条通常包括带螺纹部段并通过使用条幅帽410而附接至辐条接合部分7。车轮1000具有穿过轮毂300的中心而延伸到纸张平面中的旋转轴线。

在该示例中，车轮1000包括安装在轮毂300上的盘式制动器转子500。当将车轮安装至自行车框架时，附接至自行车框架的制动卡钳可以与该转子接合，以使自行车减速。

轮辋100a包括第一侧壁5。在侧壁5的面向外部的外表面中形成有大致环形的凹部20a(参见图4)，该凹部围绕轮辋以半径r周向延伸，如图2中看到的。凹部20a的径向尺寸(“宽度”)x介于1mm与25mm之间、优选地介于2mm与10mm之间、更优选地介于2mm与5mm之间、并且最优选地为3.4mm。在轮辋100a的相对的侧壁3的面向外部的外表面中形成有对应的凹部。

凹部20a大致填充有插入件50a(参见图3)，使得插入件50a的暴露的(外)表面与轮辋100a的侧壁5的外表面大致符合。插入件50a相对于形成轮辋100a的材料具有较低的密度，因此，与不存在凹部和插入件的情况相比，整个轮辋组件100有利地具有减小的重量。

轮辋100a可以由任何材料形成。例如，可以使用复合材料(例如碳纤维复合物)、金属合金(例如铝合金)和/或任何其他材料。可以使用材料的组合，例如轮辋100a的一部分可以由碳纤维复合物形成并且一部分可以由铝形成。在该特定实施方式中，轮辋100a是由碳纤维复合物形成的一体式构件。

插入件通常是包括多个空气填充的空隙的泡沫材料，并且插入件在该实施方式中是密度为0.4g/cm³、具有高强度、模量和耐热性的聚甲基丙烯酰亚胺(pmi)各向同性硬质泡沫。可以使用其他合适的低密度的插入件材料，该低密度的插入件材料包括蜂窝结构。插入件材料通常结合至轮辋100a以形成完整的轮辋组件100，但是还可以设想将插入件材料联接至轮辋的其他方式、例如围绕凹部20a的周向定位的凸缘部件、或轮辋100a与插入件之间的摩擦配合。

插入件可以由密度比轮辋的密度低的任何材料形成。插入件可以设置为一体式构件，该一体式构件成形为与对应的凹部协作。替代性地或另外地，用于形成插入件的材料可以具有在用于填充凹部20a时可模制(“软”)的形式。这种可模制的材料的示例是环氧树脂。

图5是穿过轮辋组件100的截面图，该图示出了轮辋100a以及插入件50a和50b。如上所述，图2中可见的与侧壁5相对的侧壁3在其面向外部的外表面中包括有对应的凹部20b(参见图6)。凹部20a、20b绕轮辋的中间平面(p)对称地定位，该中间平面(p)是垂直于旋转轴线的将轮辋平分的平面。这确保了在存在插入件时轮辋组件100的正确平衡。

如在图5和图6中可以看出的(图6示出了不具有插入件材料的轮辋100a)，凹部20a、20b构造成接纳具有大致梯形截面的插入件50a、50b。换言之，当在如图5和图6中的截面中进行观察时，每个凹部20a、20b包括两个大致向内延伸的表面(以21a、21b示出)和一个大致径向延伸的表面22。然而，可以设想其他的凹部截面的几何形状，如图9和图10中所示。

如图5中可以看到的，插入件50a、50b大致完全填充了相应的凹部20a、20b，使得在插入件联接至轮辋100a时，插入件的暴露的外表面(以51a、51b示出)与轮辋的外表面大致符合。在该实施方式中，插入件坐置成与轮辋100a的外表面“齐平”。

在当前描述的实施方式中，凹部20a、20b位于轮辋的轮胎安装部分10的壁部段11、12中。为了本公开的目的，这些第一壁部段11和第二壁部段12形成轮辋的第一侧壁和第二侧壁的一部分。由于在本发明的背景技术中讨论的对轮辋的内部宽度i的限制，因此发现凹部在位于这些壁部段中时具有特别的益处。使用密度低于轮辋100a的密度的插入件有利地允许轮辋的外部宽度w以最小的重量负担(weightpenalty)增加。壁部段11、12的典型宽度z(参见图6)在1mm至5mm的范围内。凹部通常具有大于0.5mm且小于4mm、优选地在2mm与4mm之间的深度(即向内延伸的尺寸)。

图7示意性地示出了根据本发明的当前描述的实施方式的安装至轮辋组件100的轮胎200。在该实施方式中，轮辋100适于开口胎式轮胎的附接，如图7中所示，在图7中还存在内胎210。然而，应当理解的是，轮辋可以适于其他轮胎安装构型、比如真空胎和管胎的装配。从图7中可以看出的，相比于图1，所安装轮胎的宽度t与轮辋100的最大外部宽度w更接近地对齐。在这种情况下对较宽的轮辋的使用允许如上所述的用于改进空气动力学和操纵特性，同时对安装在轮辋100a中的相应凹部20a、20b内的插入件50a、50b的使用允许用于使轮辋的外部宽度(受内部宽度i的限制)以最小的重量负担增加。

可以在本发明中使用的典型的轮辋的内部宽度i在13mm至29mm的范围内，轮辋的外部宽度(在最大外部宽度处测量)通常在20mm至50mm的范围内。在特别优选的构型中，内部宽度i为19mm并且外部宽度w为27mm。轮辋的深度d通常在10mm与80mm之间、优选地在30mm与60mm之间。

如从图7中可以看出的，在该实施方式中，相比于轮胎安装部分，轮辋的最大外部宽度w位于轮辋的径向内部部段处。然而，相比于常规轮辋，在轮胎安装部分处的轮辋的宽度也增加。在其他实施方式中，轮辋的最大外部宽度可以在轮胎安装部分处或轮辋的在轮胎安装部分与辐条接合部分之间的其他径向位置处。

在该实施方式中，如关于图2所解释的，由于插入件50a、50b位于通常用于常规轮辋制动式轮辋的制动表面所在的位置，因此轮辋组件100设计成在盘式制动车轮上使用。然而，可以设想的是，在其他实施方式中，轮辋100a中的凹部(一个或更多个)和对应的插入件(一个或更多个)可以定位在与制动轨道间隔开的位置处，并且这种轮辋可以与轮辋制动卡钳一起使用。

轮辋100a优选地完全由碳纤维复合材料制成。可以将预浸渍(“预浸料”)碳纤维片材——意味着碳纤维已经布置在诸如环氧树脂之类的树脂基体中——布置在合适的模具中并进行固化以形成轮辋100a。在一个实施方式中，在将插入件材料从模具中移除之后，随后将插入件材料结合至轮辋100a。在图2至图7中所看到的示例性轮辋100中，插入件可以形成为如图8中所看到的大致环形的一体部件，该插入件具有配装轮辋100a中的凹部20a、20b所需的几何形状并且大致完全填充轮辋100a中的凹部20a、20b。

在替代方法中，可以将插入件(一个或更多个)放置在具有碳纤维叠层的模具中，使得插入件材料在模具内以及在模制过程期间结合至轮辋100a。

在本文中讨论的任何示例中，可插入的轮辋部件(“插入件材料”)可以由在被插入到轮辋的凹部(一个或更多个)中时具有软模制形式的材料形成。在这种情况下，优选在轮辋内(例如与轮辋一起)将插入件材料固化，以形成轮辋组件。

在目前为止所描述的示例性轮辋100中，凹部20a、20b构造成接纳具有大致梯形截面几何形状的相应插入件。然而，可以设想凹部和对应插入件的其他截面几何形状，如图9和图10中看到的。图9示出了以下示例性轮辋组件110：该轮辋组件110包括具有凹部20a、20b的轮辋110a，凹部20a、20b构造成接纳具有大致三角形截面的几何形状的插入件，而图10示出了以下示例性轮辋组件120：该轮辋组件120具有位于轮辋组件120的轮辋120a中的凹部20a、20b，凹部20a、20b构造成接纳具有大致半球形截面几何形状的插入件。

图11示出了示例性轮辋组件130，在轮辋组件130中，凹部20a、20b形成在轮辋130a的面向内的外表面上。更具体地，在该示例中，凹部20a、20b和相关联的插入件位于壁部段11、12的面向内的外表面上。

图12示出了示例性轮辋组件140，该轮辋组件140包括位于轮胎安装部分10的面向径向的外表面中的单个凹部20。凹部20围绕轮辋周向延伸并且关于轮辋的中间平面p对称。相比于不存在凹部和插入件的情况，如图12中看到的这种凹部由于需要较少的材料来形成轮辋140而仍允许具有减轻的重量的更宽的自行车车轮轮辋。

图13示出了根据本发明的又一实施方式的自行车轮辋组件150的侧视图，在该图中，轮辋150a的外表面包括围绕轮辋周向间隔开的多个离散凹部20。凹部和相关的插入件50优选地绕轮辋的周向对称地定位，使得轮辋组件表现出绕轮辋组件的旋转轴线的旋转对称性。

到目前为止，已经关于构造成用于开口胎构型或无内胎构型的轮辋描述了各实施方式，其中，轮辋的轮胎安装部分10的壁部段11、12包括面向内的钩状部11a、12a。在其他实施方式中，轮辋可以是“无钩的”，在这种情况下，壁部段11、12不包括向内延伸的钩状部分。这在图14中所示的轮辋组件160中示出。

在另一个实施方式中，轮辋组件170可以构造成用于安装管胎式轮胎，其中，轮胎胶合或粘合到轮辋170a的径向外部轮胎安装部分上，如图15中示意性所示出的。尽管构造成用于管胎式轮胎的这种轮辋在轮胎安装部分处不包括壁部段11、12，但是轮辋170a包括位于面向外的外表面中的凹部20a、20b以及对应的插入件50a、50b，以有利地减轻重量。

现在将描述制造用于自行车车轮的轮辋组件的优选方法。在第一步骤中，提供轮辋，该轮辋在侧壁的面向外的外表面上具有凹部(例如，如图4中所示)。该轮辋可以使用标准程序来制造。制造这种轮辋的一个示例是通过手将预浸渍碳纤维片材铺设在预成型模具上，该预成型模具具有与要在轮辋内形成的凹部相对应的脊部。然后将轮辋在模具内进行固化。

在第二步骤中，通常将可固化可模制的插入件材料(通常是环氧树脂)插入到轮辋的凹部中，以使可固化可模制的插入件材料大致完全填充所述凹部。换言之，可固化材料坐置成与轮辋的外表面“齐平”。

在第三步骤中，将轮辋和插入件材料放置到限定轮辋组件的期望外表面的第二模具中。然后通过施加热(通常在100℃至200℃、优选120℃至150℃的范围内)使轮辋和插入件材料一起在第二模具内固化。

如以上参照附图所描述的，在第一步骤中所提供的轮辋可以具有一个或更多个凹部，并且所述一个或更多个凹部在轮辋上可以具有各种不同的几何形状和位置。

图16是流程图，该图概述了上述制造轮辋组件的优选方法的步骤。以步骤s101示出了提供轮辋的第一步骤，该轮辋在侧壁的面向外的表面中具有凹部。步骤s102示出了通常将可固化可模制的插入件材料插入到轮辋的凹部中以完全填充凹部的第二步骤。以步骤s103示出了将轮辋和插入件材料放置到限定轮辋组件的外表面的第二模具中的第三步骤。以步骤s104示出了使轮辋和插入件材料一起在第二模具内固化。

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