TW201946770A - 複合材料製成的自行車部件及相關製造方法 - Google Patents

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Abstract

複合材料製成的自行車部件及相關製造方法。一種用於製造複合材料製成的自行車部件（10）的方法，包括不必相互按順序的下列步驟：提供印刷電路板（42），為印刷電路板（42）的至少一個第一面設置保護部，將設有保護部的印刷電路板（42）***模腔中，將該複合材料***該模腔中，條件是該複合材料圍繞設有保護部的該印刷電路板（42）延伸，該複合材料與設有保護部的該印刷電路板（42）在該第一面的一側及/或反側接觸，以及經受溫度和壓力分佈，直至複合材料硬化。

Description

複合材料製成的自行車部件及相關製造方法
本發明整體上涉及自行車領域。自行車越來越多地裝備有一或多個電氣/電子系統。
電氣/電子系統的部件通常安放在一或多個印刷電路板（PCB）上。
因此，問題是如何佈置該電路板以及如何將電路板固定到自行車部件上。
US2016/0031523A1 揭示一種具有力測量裝置的曲柄臂，其中力測量裝置的印刷電路板安放在外部附接到曲柄臂的外面的殼體中。
US9459167B2 揭示一種具有功率測量裝置的曲柄組，其中功率測量裝置的印刷電路板安放在容納在中軸的軸內的殼體中。
EP1818252A1 揭示一種用於製造自行車踏板曲柄的方法，包括以下步驟：將複合材料纏繞由低熔點金屬材料構成的芯體，模製複合材料，並且在模製之後，在該踏板曲柄的表面上形成至少一個孔並且將曲柄臂加熱到該低熔點金屬材料的熔點以使其流出。
US9488668B2 揭示一種曲柄，該曲柄裝備有隔室和從外部***隔室的印刷電路板。
US2016/0003696A1 揭示一種具有功率計的曲柄臂，其中功率計的印刷電路板安放在曲柄臂的外表面處的腔口中。
US8006574B2 揭示一種類似的曲柄臂，其中用作機械保護的材料能夠被應用於填充凹窩並可能地隨後模製。
參閱這些檔，申請人注意到製造這樣的凹部削弱了曲柄臂。
在本發明的基礎上，技術問題在於如何在自行車部件、特別是曲柄臂中設置整合度更高的印刷電路板。
在一態樣中，本發明涉及一種用於製造由複合材料製成的自行車部件的方法，該複合材料包括摻入聚合物基質的結構纖維，該方法包括不必相互按順序的下列步驟，但：
- 設置具有模腔的模具，該模腔具有自行車部件的形狀，
- 設置印刷電路板，
- 為印刷電路板的至少一個第一面設置保護部，
- 將設有保護部的印刷電路板***該模腔中，
- 將該複合材料***該模腔中，
- 條件是，該複合材料圍繞設有保護部的該印刷電路板延伸，該複合材料在該第一面的一側上及/或在相反側上與設有保護部的該印刷電路板接觸，以及
- 經受溫度和壓力分佈，直至複合材料硬化。
在本說明書和所附請求項中，表述「硬化」應從廣義理解，不僅指示熱塑性聚合物的凝固，而且還包含熱固性或光固化聚合物的交聯。
為印刷電路板提供適當的保護允許其共模製到自行車部件內；經由將印刷電路板共模製到複合材料製成的部件內，可良好地防灰、防水等；此外，這樣提供保護還允許給予自行車部件更佳的外觀。
在本說明書和所附請求項中，表述「共模製」和派生詞意指自行車部件與已***其中的印刷電路板及/或其他非聚合物（例如金屬）元素模製為單件；共模製的元素之間可以發生或不發生共交聯。
本發明的保護部能夠交替或同時執行不同的任務。
就印刷電路板的導電跡線及/或焊盤而言，保護部執行使它們電絕緣的任務，特別是其上形成有它們的一面（或多面）與導電材料、例如包含碳纖維的複合材料接觸的情形下。
就電氣/電子部件而言，保護部執行保護它或它們免受模製及/或其他處理步驟的臨界壓力及/或臨界溫度的任務，如特別是在熱固性聚合材料的壓縮模製的情形下。
在這兩種情形下，保護部還能夠執行防止化學試劑腐蝕的任務。
優選地，印刷電路板的至少一個第一面承載至少一個電氣/電子部件，並且在設置保護部的步驟中，保護部是針對該至少一個電氣/電子部件的臨界溫度及/或臨界壓力的保護部。
特別地，該臨界溫度能夠是模製程序中所達到的135℃至140℃的溫度，或甚至在150℃至160℃的溫度，並且超過製造空心自行車部件的程序中所使用的芯體的熔融步驟期間所達到的溫度。
該臨界壓力能夠是模製程序中所達到的300巴的壓力。
優選地，設置保護部的步驟包括在該印刷電路板的該至少一個第一面上設置聚合物材料層，以及優選地，在該經受溫度和壓力分佈的步驟之前，硬化該聚合物材料或允許該聚合物材料硬化。
聚合物材料選自熱固性聚合物、熱塑性聚合物和光固化聚合物，優選地，無需壓縮或注塑模製程序。
優選地，聚合物材料是基於熱固性環氧樹脂，優選雙組分環氧樹脂。替選地，聚合物材料能夠是甲基丙烯酸酯、聚氨酯或丙烯酸材料。
優選地，印刷電路板的該至少一個第一面承載複數個電氣/電子部件，並且設置聚合物材料層的步驟包括用聚合物材料填充該電氣/電子部件之間的空間。
經由這種方式，有利地，保護部提供均勻的表面，模製壓力均勻地分佈到該表面上。
優選地，在該設置保護部的步驟中，該保護部是電絕緣保護部，作為免受臨界溫度及/或臨界壓力的保護部的替代或補充。
特別是當該至少一個面承載至少一個電氣/電子部件時，該電絕緣保護部能夠由該聚合物材料形成。
替選地或補充地，特別是當該至少一個面承載導電跡線及/或電連接焊盤時，電絕緣保護部能夠包括複合材料層，特別是至少一個複合材料片層，該複合材料包括絕緣纖維，優選玻璃纖維。
作為玻璃纖維複合材料的替選，可以使用具有可比或類似屬性的其他電絕緣材料，例如熱塑性纖維，例如耐綸基纖維或Dyneema®型纖維、玄武陶基礦物纖維、芳綸纖維或Zylon®。
優選地，就聚合或硬化壓力和溫度分佈而言，包含絕緣纖維的複合材料具有的聚合物基質與自行車部件的複合材料的聚合物基質等同或至少相容。
作為上述保護部的替選或補充，當該印刷電路板的該至少一個第一面承載至少一個電氣/電子部件時，設置保護部的步驟能夠包括：用蓋體或框架覆蓋該至少一個第一面，該蓋體或框架容納該至少一個電氣/電子部件。
當該印刷電路板的該至少一個第一面承載至少一個易碎電氣/電子部件時，該方法能夠包括在該設置聚合物材料層的步驟之前，執行用阻尼材料層塗覆該至少一個易碎部件的步驟。
在本說明書和所附請求項中，「易碎部件」意指在聚合物材料的硬化週期中所使用的壓力分佈內包含的壓力下會受損的部件。
優選地，阻尼材料選自矽樹脂和聚氨酯。
優選地，易碎部件是加速計。
優選地，該方法進一步包括以下步驟：設置預定形狀的芯體；將設有保護部的該印刷電路板施加到芯體上；及用複合材料塗覆施加有該印刷電路板的該芯體，以便產生一種自行車部件，其中複合材料呈外殼或包層形式。
芯體能夠留在所模製的自行車部件中，但優選地，芯體由低熔點材料製成，並且該方法包括在發生硬化之後執行的步驟，即在自行車部件中形成孔，加熱到芯體材料熔點以上的溫度，並且允許熔融芯體經由孔流出。
優選地，如果芯體由低熔點材料製成，則該方法進一步包括用化學試劑清洗熔融芯體留下的空腔的步驟，並且在該設置保護部的步驟中，該保護部是防止該化學試劑腐蝕的保護部。
優選地，該芯體包括至少一個凹部，並且在該在芯體上施加具有保護部的該印刷電路板的步驟中，該印刷電路板被施加在該凹部中。
這種設置防止電路板在模製程序中移動，並且減小作用於印刷電路板上的壓力。
設置具有一或多個凹部的芯體，該凹部中能夠施加有印刷電路板或其他電氣/電子部件，這本身有益並且本身代表創新性態樣中，而與設置共模製在自行車部件中的印刷電路板無關。
優選地，印刷電路板被施加在該凹部中，其承載電氣/電子部件的一面面向凹部。
更優選地，聚合物材料隨後被注入凹部中並且在此硬化或允許硬化。
作為使用芯體的替選，該方法能夠包括用複合材料完全纏繞設有保護部的印刷電路板的步驟，使得它被共模製在具有實心區段的部件中，至少是在這樣一個區域中。
在一態樣中，本發明涉及一種經由具有其中一或多個上述特徵的方法所獲得的自行車部件。
在另一態樣中，本發明涉及一種由複合材料製成的整體式的自行車部件，該複合材料包括摻入聚合物基質的結構纖維，與在其至少一個第一面上設有保護部的印刷電路板共模製，其中該複合材料圍繞設有保護部的該印刷電路板延伸，該複合材料在該第一面的一側上及/或在相反側上與設有保護部的該印刷電路板接觸。
因此，印刷電路板完全被該複合材料包封。
在本說明書和所附請求項中，「整體式」部件意指一種更複雜的結構，其仍由連結到一起的部分所組成，但不損壞這些部分中的至少一個就不能將它們拆開。
這樣的自行車部件的優點和保護部執行的任務以及自行車部件的優選特徵、相關優點和各種替選方案和優選實施方案經必要修正對應於上文參照該方法描述的那些，除非另作規定。
優選地，該印刷電路板的該至少一個第一面承載至少一個電氣/電子部件，並且該保護部是針對該至少一個電氣/電子部件的臨界溫度及/或臨界壓力的保護部，該臨界溫度及/或臨界壓力的可能值參閱上文。
優選地，該保護部包括經硬化的聚合物材料層。
優選地，該印刷電路板的該至少一個第一面承載複數個電氣/電子部件，並且該聚合物材料填充該等電氣/電子部件之間的空間。
優選地，該保護部是電絕緣保護部，作為免受臨界溫度及/或臨界壓力的保護部的替代或補充。
作為上述保護部的替選或補充，當該印刷電路板的該至少一個第一面承載至少一個電氣/電子部件時，該保護部能夠包括覆蓋該至少一個第一面的蓋體或框架，該蓋體或框架容納該至少一個電氣/電子部件。
當該印刷電路板的該至少一個第一面承載至少一個易碎電氣/電子部件時，該至少一個易碎部件優選地在該聚合材料層下面塗覆有阻尼材料層，對此，上述內容有效。
自行車部件能夠包括至少一個空腔。
在此情形下，複合材料呈圍繞空腔的外殼或包層形式。
優選地，設有保護部的該印刷電路板被附接到空腔的內表面（外殼的內表面）。
替選地，自行車部件包括芯體。
在此情形下，複合材料呈圍繞芯體的外殼或包層形式。
優選地，設有保護部的該印刷電路板被佈置在芯體與複合材料之間（芯體與外殼之間）。
優選地，該芯體包括至少一個凹部，並且設有保護部的該印刷電路板被佈置在該凹部內。
作為設置芯體或空腔的替選，設有保護部的該印刷電路板的兩個面能與複合材料接觸。在此情形下，自行車部件的區段為實心，至少是在包含印刷電路板的區域中。
在本發明的各態樣中，自行車部件選自由曲柄臂、車把和控制桿構成的組，優選地，它是曲柄臂。
另一態樣中，本發明涉及一種用於製造由複合材料形成的自行車部件的方法，該複合材料包括摻入聚合物基質的結構纖維，該方法包括不必相互按順序的下列步驟：
- 設置具有模腔的模具，該模腔具有自行車部件的形狀，
- 設置印刷電路板，在其第一面上承載至少一個電氣/電子部件，
- 用聚合物材料塗覆至少該第一面，
- 硬化該聚合物材料或允許該聚合物材料硬化，
- 將經塗覆的電路板***該模腔中，
- 將該複合材料***該模腔中，
- 經受溫度和壓力分佈，直至複合材料硬化。
優選地，該複合材料圍繞該經塗覆的印刷電路板延伸，該複合材料在該第一面的一側上及/或在相反側上與該經塗覆的印刷電路板接觸。
該方法的其他有利特徵對應於上述那些特徵。
在另一態樣中，本發明涉及一種複合材料製成的自行車部件，該複合材料包括摻入聚合物基質的結構纖維，該自行車部件包括：
- 印刷電路板，在其第一面上承載至少一個電氣/電子部件，
- 其中至少該第一面塗覆有經硬化的聚合物材料，
- 其中該電路板的該經塗覆的第一面和相反面中的至少一個面塗覆有該複合材料。
該方法的其他有利特徵對應於上述那些特徵。
優選地，該電路板完全塗覆有該經硬化的聚合物材料。
在一態樣中，本發明涉及一種用於製造空心自行車部件的芯體，該芯體由低熔點材料製成，其特徵在於包括至少一個凹部。
在本發明的各態樣中，優選地，自行車部件是曲柄臂，並且該至少一個電氣/電子部件形成扭矩計或功率計的一部分。
在本發明的各態樣中，優選地，結構纖維選自下組：碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、合成纖維、陶瓷纖維及其組合。
在本發明的各態樣中，優選地，合成纖維包括聚惡唑纖維（例如Zylon®）、超高分子量聚乙烯纖維（例如Dyneema®）、芳綸纖維（例如凱夫拉纖維）及其組合。
根據本發明的自行車部件由複合材料製成，該複合材料包括摻入聚合物材料的結構纖維。
典型地，結構纖維選自下組：碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、合成纖維、陶瓷纖維及其組合，優選碳纖維。
優選地，合成纖維包括聚惡唑纖維（例如Zylon®）、超高分子量聚乙烯纖維（例如Dyneema®）、芳綸纖維（例如凱夫拉纖維）及其組合。
典型地，複合材料分層，並且對於每一層，存在大量材料選擇，通常稱為片狀模塑膠（SMC）。
然而，複合材料也可能不分層。
作為非限制性實例，在分層的複合材料中，每一層能夠獨立於其他層選自一種複合材料，該複合材料具有單向纖維、編織的雙向纖維、非編織的雙向纖維、編織的多向纖維、非編織的多向纖維、隨機取向的短纖維或極短纖維、纖維聚集體及其組合；及獨立地選自具有預浸漬纖維的複合材料（「預浸料」）和具有幹纖維的複合材料，在模製程序中添加聚合物基質材料；及獨立地選自具有熱固性聚合物基質的複合材料和具有熱塑性聚合物基質的複合材料；在每組替選方案中的選擇獨立於在每個其他組中的選擇。
在不分層的複合材料的情形下，各個層能夠選自上述每組的各種替選方案，但典型地，其類型是具有隨機取向的短纖維或極短纖維或者纖維聚集體或其組合。
在分層的複合材料中，每一層能夠包括相對於一或多個其他層以相同方式或不同方向取向的結構纖維。
經由特別優選的方式，用於製造自行車部件的材料是具有預浸漬纖維的化合物並且包括熱固型聚合物基質。
用這樣具有熱固性聚合物基質的複合材料製造自行車部件經由壓縮模製程序進行，而如果聚合物基質是熱塑性基質，則經由注塑模製程序進行。能夠使用的另一種程序是熱成型。
作為自行車部件的示例，僅針對曲柄臂對本發明予以詳細說明。
參照圖1至圖3，示出處於成品狀態和製造程序的一些步驟中的空心曲柄臂10。
曲柄臂10特別是左曲柄臂，或更一般地在傳動鏈或傳動帶一側的相反側，但下文所述內容也適用於右曲柄臂，或更一般地在傳動鏈或傳動帶的一側；根據本說明書，特別是下文對圖4和圖5的描述，本領域技藝人士將理解所作更改。
曲柄臂10具有內空腔12，該內空腔至少部分地位於旋轉軸線X與踏板軸線Y之間延伸的臂區域或其主體中。
在本說明書和所附請求項中，曲柄臂10的縱向方向或長度方向L意指將旋轉軸線X正交地連接到踏板軸線Y的方向。
在本說明書和所附請求項中，曲柄臂10的寬度方向G意指位於旋轉平面P中並與曲柄臂10的長度方向L正交的方向。
在本說明書和所附請求項中，曲柄臂10的厚度方向S意指與旋轉軸線X平行的方向。
在本說明書和所附請求項中，曲柄臂10的近側面24意指在安裝狀態下面向車架的一面；曲柄臂10的遠側面26意指與近側面24相反的一面。中軸心軸28從近側面24橫向延伸，並且踏板樞軸（未示出）自遠側面26橫向延伸。
在本說明書和所附請求項中，在空心曲柄臂10的情形下，曲柄臂的內表面14意指面向空腔12的表面；曲柄臂10的外表面16意指暴露的表面。
為了製造空心曲柄臂10，使用成形的剛性芯體18，其形狀決定成品曲柄臂10內的空腔12的形狀。
類似於上文針對曲柄臂定義的方式，針對芯體18使用表述「長度方向」、「寬度方向」、「厚度方向」、「近側面」和「遠側面」。
特別地，芯體18至少在其縱向中央區域中具有第一區域20（在寬度方向上居中），其具有最大厚度S1（恆定或者小且可穩定變化），並且該芯體具有在寬度方向G上從一側和另一側突出的兩個突出部，圖中僅可看出其中一個，用元件符號22表示。
每個突出部22與芯體的一面齊平，優選地與芯體的近側面27齊平。
因此，在每個突出部22到中央區域20的過渡部分中限定出階狀部29，其具有優選相互正交或近似正交的立管表面32和「踏面」表面34。「踏面」表面34是突出部22的一部分並且基本上沿長度方向L且沿寬度方向G延伸。立管表面32是中央區域30的一部分並且基本上沿長度方向L且沿厚度方向S延伸。
芯體18包括凹槽及/或凹部，旨在將電氣/電子部件封裝在預定且更受保護的位置，例如積體電路板、柔性電路及/或成品曲柄臂內部及/或外部電子部件之間的連接電纜。
在所示的情形下，優選在階狀部29的立管表面32上，設置用於感測器38的凹部36，特別是用於應變儀或其他伸縮感測器及/或溫度感測器，設置用於印刷電路板或PCB 42的凹部40，優選在遠側面25上，設置用於電纜及/或柔性電路46的凹部44，優選在近側面27上，設置用於限定下述的排空孔50（圖1）的位置的圓形凹部（不可見）。
實際上，在空心曲柄臂10的製造程序中，一或多個感測器38能夠首先在凹部36內固定至剛性芯體18的立管表面32上。該電纜及/或柔性電路46也能固定到芯體18。
如下文參照圖6至圖11所述適當處理的PCB 42在凹部40內優選以穩定但臨時的方式固定到芯體18。參閱本說明書，表述「穩定但臨時」的含義將顯而易見。
有利地，如圖所示，部件38、42、46形成預組裝的儀器主體47；圖3示出儀器主體47固定到芯體18狀態下的芯體18和儀器主體47。
當感測器38是應變儀或其他伸縮感測器時，儀器主體47進一步具有感測器39，優選溫度感測器。應當指出，儀器主體47的感測器39固定在芯體18的遠側面25上。然而，作為剛性芯體18的立管表面32上的凹部36的替選或補充，芯體18的階狀部29的踏面表面34上的凹部用於容納這些感測器39。
感測器38、39也能被佈置在剛性芯體18的近側面27上，優選佈置在適當定位成容納它們的凹部（未示出）中。
伸縮感測器38和溫度感測器39能夠交換它們的位置。
中軸心軸28或其一部分和踏板樞軸（未示出）或者可能具有內螺紋的相應金屬襯套52、54或為這些心軸/樞軸形成孔的螺紋嵌件（端鎖）被定位於芯體18的兩端。
此後，優選包括基本上單向的結構纖維的複合材料「繩帶」56被定位於每個階狀部29所限定的凹部中，其中單向纖維的方向基本上與曲柄臂10的長度方向L對準。繩帶56能夠由一或多個捲起的複合材料片層形成，或者它能夠包括在***模具之前用聚合物材料浸漬或在模製期間用聚合物材料浸漬的編帶或類似的單向幹纖維。能夠使用單圈繩帶56，或者能夠使用兩根繩帶，每根繩帶位於芯體18的一側上。繩帶56也能被部分硬化。
應當指出，感測器38與繩帶56接觸：當感測器38是應變儀或其他伸縮感測器時，這可能特別有利，因為它們根據複合材料纖維的方向伸長。
此後，在由此製備的結構上捲繞各種類型中任一種的一或多個其他複合材料片層60。
正如繩帶56，片層60也可以被預浸漬或不預浸漬，在後一種情形下，聚合物材料隨後被注入模具中。
作為複合材料繩帶56和片層60的替選，能夠使用非片層複合材料，如前述。
該結構被***模具中並且複合材料固結，使其經受適當的溫度和壓力分佈。芯體18的材料應適當選擇，以便承受模製的壓力和溫度，保持其形狀直至複合材料硬化，同時仍確保感測器38、39（和PCB 42）精確定位在成品曲柄臂10的內空腔12內。
從模具中取出之後，例如能夠在曲柄臂10的近側面24上製成上述排空孔50，並且芯體18能夠適當地熔融並允許經由孔倒出。為此目的，芯體18特別是由低熔點金屬合金製成，其熔點低於140℃。
發生合金的熔融程序特別是例如參閱檔EP1818252A1 ，其經由引用併入本文，具體方式是將半成品置於比合金熔點溫度更高的油浴中。經由這種方式，發生芯體18的熔融，而複合材料不會受損於過高的溫度。
將該一或多個感測器38、39固定到芯體18應當使得，在組裝待模製結構期間和在模製期間使它/它們保持就位，但其內聚力應低於該一或多個感測器38、39與複合材料之間產生的內聚力，以當取出芯體18時，感測器38、39保持以固定方式連接到曲柄臂。
另一方面，對於電纜及/或柔性電路46適當地，其一段長度須穿過孔50引出，而完全不粘附到曲柄臂10，至少在它們的自由端處是這樣。
類似地，將該PCB 42及/或電纜及/或柔性電路46固定到芯體18應該使得，在組裝待模製結構期間和在模製期間將它們保持就位，並且它們不會被從孔50流出的熔融芯體18拖帶，而在一方面，以相同的精度定位感測器38、39並非必需，在另一方面，不必嚴格要求該元件42、46粘附到成品曲柄臂10的內表面14，但為了在曲柄臂10的使用期間避免噪音和彈動以及隨之而來的明顯問題，這一點是非常優選的。
但有利地，預組裝的儀器主體47的優選配置也更易於使各種電氣/電子部件保持就位。
在排空編織芯體18的材料之後，如果設有排空孔50，則可以適當地堵塞該排空孔，優選採用密封方式堵塞。
此後，由此形成的曲柄臂10的內空腔12被精整，這是經由經酸洗除去熔融之後餘留的可能金屬殘餘物，條件是其不會損壞感測器38、39。
曲柄臂10能夠經受對外表面16的進一步精整週期，例如經由使其經受噴砂處理，並且製造結束時，固定設置在曲柄臂10上的可能的金屬部件。
在右曲柄臂的情形下，例如，一或多個齒盤典型地經由膠合固定到其十字軸。實際上，在右曲柄臂的情形下，用元件符號19表示的並在圖4至圖5中示出的剛性芯體比芯體18長，並且在成品曲柄臂的旋轉軸線X的一側包括中心孔57和圍繞孔57徑向延伸的突出部58，這會限定右曲柄臂的內空腔12在其相應數目的十字軸支腿內圍繞金屬襯套52徑向延伸的延伸部。曲柄臂的突出部58和相應地十字軸支腿的數目不一定如圖所示等於四個。
芯體19的中央區域類似於用於製造左曲柄臂的芯體18的中央區域，並且它具有類似的構造，為方便起見，用針對圖2至圖3的左曲柄臂描述芯體18時所用的相同元件符號來表示。電氣/電子部件（PCB 42，感測器38、39，電纜46，預組裝的儀器主體47）也有利地類似於針對芯體18所描述的那些，為方便起見，用相同元件符號來表示。
應當強調，經由上述製造方法，PCB 42（以及其他電氣/電子部件）就與曲柄臂10的複合材料共模製，曲柄臂10與已***其內部的PCB模製為單件，這不同於其中首先形成曲柄臂且隨後才是與其相關聯的電氣/電子部件的先前技術。
因此，曲柄臂10在其主體中整合有PCB 42，以及可能地其他的電氣/電子部件。
因此，PCB 42（以及可能地其他的電氣/電子部件）有利地包封在形成曲柄臂10的複合材料中，由此受到極好保護以防撞、防水、防灰並防止大氣老化。
封裝在曲柄臂中的電氣/電子部件應能承受模製程序中的壓力和溫度分佈——在複合材料具有熱固性聚合物材料的情形下比在複合材料具有熱塑性聚合物材料的情形下更為關鍵——以及酸洗（如果進行），可能地在如下文參照圖6至圖11所述受保護時進行。
不能承受這類條件的部件、特別是電池供電單元被機械連接到曲柄臂10並且僅在模製曲柄臂10之後才電連接到共模製的部件，可能將它們穿過孔50或其他適當的孔***空腔12，或者將它們固定到曲柄臂本身的外表面16。
值得強調的是，感測器38、39或它們中的一些也能在模製曲柄臂10之後連接，並特別是固定到曲柄臂10的外表面16。
替選地，可以提供適當設計的芯體18，其在模製完成之後在成品曲柄臂10內保持就位。在本例中，總之限定一種內空腔，由此在本說明書和所附請求項中，術語「內空腔12」意指形成曲柄臂10的外殼或外包層的複合材料的空腔。
留在成品曲柄臂中的芯體能夠以特別輕的材料來提供，例如高密度聚丙烯或硬化複合材料（其可以與形成曲柄臂10的外殼的複合材料相同或不同），或者以框架的形式來提供，該框架適當地構造用以確保並且具有這樣的剛度以便確保感測器38、39在成品曲柄臂中正確定位。
除適當纏繞芯體19、其中心孔57及其突出部58的複合材料片層60的形狀和數目差異之外，根據圖4至圖5製造右曲柄臂的程序與上述程序基本相同。
在模製之前，PCB 42設有保護部。
經由公知的方式，PCB 42包括支撐板或基板，大致包括至少一個導電層和一個非導電層，優選地導電層與非導電層交替，該支撐板上固定、優選地焊接一或多個電氣/電子部件，以組成一個電路（或多個電路）。
例如經由蝕刻，導電層被適當地配置，以便形成導電跡線，這些導電跡線使支撐板上安裝的電氣/電子部件互連，以形成所需的電路及/或用於使電路與其外部的部件連接的焊盤，在所示情形下，特別是用於使PCB 42上形成的電路與用於連接到感測器38、39和曲柄臂10外部的供電單元的電纜46連接。
PCB 42的支撐板的一面或兩面能夠承載電氣/電子部件；PCB 42的支撐板的一面或兩面能夠承載導電跡線及/或焊盤；在單面承載電氣/電子部件和單面承載導電跡線及/或焊盤的情形下，它可能是同一面或相反兩面。
本發明的保護部能夠交替或同時執行不同的任務。
就導電跡線及/或焊盤而言，保護部執行使它們電絕緣的任務，特別是在其上形成它們的一面（或多個面）與導電材料、例如包含碳纖維的複合材料接觸的情形下。
就電氣/電子部件而言，保護部執行保護它或它們免受模製及/或其他處理步驟的臨界壓力及/或臨界溫度的任務，如特別是在熱固性聚合材料的壓縮模製的情形下。
在這兩種情形下，保護部也能執行免受在空腔12的洗滌步驟中所使用的化學試劑影響的保護任務。
圖6至圖11示出PCB 42的保護部的一些實施方案，其允許該PCB共模製到曲柄臂10或其他自行車部件中。
在圖6的實施方案中，PCB 42具有複數個電氣/電子部件（僅舉例，以元件符號64、66、68表示三個部件）以及PCB的單個面70上的跡線和焊盤。PCB的反面72由其支撐板的非導電層形成。PCB 42被共模製到曲柄臂10中，面72與複合材料接觸。
保護部74由熱固性環氧樹脂（優選雙組分環氧樹脂）基聚合物材料製成。
由此製成的保護部74確保耐受高的模製溫度和芯體18、19的熔點，此外還具有很高的抗衝擊性並通常具有很高的機械應力抗性，特別是耐受高的模製壓力。
有利地經由保護部74使電氣/電子部件64、66、68所承受的壓力及/或溫度降低到非臨界水平。
為此有利地，保護部74的環氧基聚合物材料填充電氣/電子部件64、66、68之間的空白空間並且補償它們的厚度差，從而形成厚度均勻的受保護PCB，其上的模製壓力分佈得更加均勻。
此外，保護部74確保適當的電絕緣，但這並非十分必要，因為PCB 42的面70暴露於曲柄臂10的空腔12內的空氣。但在空腔12中滲水的情形下，電絕緣可能有益。
保護部74也有利地確保對化學試劑、特別是對製造程序中洗滌酸浴的適當的抗滲性和耐受性。
為了用環氧樹脂保護部74覆蓋PCB 42，有利地但非必然地使用芯體18、19本身。PCB 42被佈置在芯體18、19的凹部40中，承載電氣/電子部件64、66、68的面70朝向芯體18、19，即朝向凹部40。然後，流態的環氧樹脂注入PCB 42下方的凹部40中並且填充電氣/電子部件64、66、68與凹部40的底部之間的空白空間。樹脂也可以在***PCB 42之前***到凹部中。然後，使樹脂部分硬化或允許其硬化，從而形成穩定的保護部74。
因此，由保護部74覆蓋的PCB 42上承載的電氣/電子部件64、66、68有利地在以下程序中都受到保護，即在共模製期間，在此程序中，成形中的芯體18、19和曲柄臂10經受高溫和高壓，以及在芯體18、19熔融及/或酸洗和精整的可能後續步驟期間，其中使用侵蝕性化學物質，以及在曲柄臂10的使用壽命期間，抵抗空腔12中的可能滲透。
作為環氧樹脂的替選，如本說明書的前言部分所述，可以使用具有相似或類似屬性的其他材料，主要是聚合物，以確保對PCB 42充分保護，例如甲基丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯酸材料。
經由在它們與環氧樹脂之間添加適當的阻尼元件，如電氣/電子部件64處所示的阻尼元件76，能夠進一步保護PCB 42的某些電氣/電子部件64、66、68免受模製期間所涉及的機械應力影響。
阻尼元件76具有比保護部74低得多的硬度。經由這種方式，當在保護部74外部施加機械負載時，特別是由模製高壓引起的機械負載，阻尼元件76消散下方電氣/電子部件64處產生的壓力，將負載釋放到圍繞電氣/電子部件64的保護部74上。
施加有阻尼元件76的電氣/電子部件64例如是加速計，這個加速計是對機械負載最脆弱或最敏感的部件，因為其操作是基於包括微型活動銜鐵的機械致動器；因此，加速計是在模製期間最容易因所涉及的高壓而受損的部件，高壓可能導致PCB 42上產生微小應變，這樣造成加速計微觀結構破壞。
而不包括活動部件的PCB 42的電氣/電子部件66、68即使不設計成對機械負載具有特殊抗性，也通常更能抵抗機械負載。作為預防措施，總之適合在其上設置類似於阻尼元件76的其他阻尼元件。
對於阻尼元件76，使用矽酮聚合物。替選地，能夠使用其他軟質聚合物材料，例如聚氨酯。
在圖7的實施方案中，PCB 42承載單獨一個電氣/電子部件66，例如微處理器，因此不會出現不同厚度和隨之而來的不同局部壓力的問題。在本例中，保護部78由層構成，特別是至少一個包含玻璃纖維的複合材料製成的片層。儘管機械性能劣於保護部74的環氧樹脂，但保護部78確保抗滲性、防化學試劑和電絕緣的相當特性。
在製造程序中，玻璃纖維複合材料的片層能夠穩定地聯接到模具外部的PCB 42，或者能夠首先將一或多個玻璃纖維複合材料片層佈置在芯體18、19的凹部40中，隨後將PCB 42佈置在片層之上，將電氣/電子部件66佈置成朝向玻璃纖維本身，即朝向凹部40。
在PCB 42上承載的電氣/電子部件66易碎的情形下，在本例中也能設置用於其保護部的阻尼元件76（圖6）。
優選地，保護部78的聚合物材料與片層60的複合材料的聚合物基質相同或至少相容，特別是從化學觀點以及就聚合或硬化壓力和溫度分佈而言，使得保護部78保護的PCB 42與自行車部件的其餘部分（在此為曲柄臂10）發生共交聯或共硬化。
作為玻璃纖維複合材料的替選，可以使用具有相似或類似屬性的其他電絕緣材料，以便確保對PCB 42的充分保護，例如熱塑性纖維，例如耐綸基或Dyneema®型纖維；玄武陶基礦物纖維以及芳綸纖維或Zylon®也適用。
圖8示出設有保護部80的PCB 42，該保護部在承載電氣/電子部件64、66、68的PCB 42的側面70上包括環氧樹脂層或上文參照圖6的保護部74之變體，並且在PCB 42的相反側面72上包括類似於參照圖7的保護部78之玻璃纖維複合材料層84（或上述其他材料），在本例中，該相反側面具有電連接跡線及/或焊盤（不可見）。在本例中，玻璃纖維複合材料層84特別有益，否則承載跡線及/或焊盤的PCB 42的側面72會與曲柄臂10的複合材料直接接觸，而該曲柄臂的複合材料在諸如包含碳纖維的情形下可能導電。
該製造程序與參照圖6之製造程序的區別在於，在PCB 42已***芯體18、19的凹部40中之後並且在纏繞待形成曲柄臂10的複合材料之前，將玻璃纖維複合材料層84佈置在該PCB上方。
圖9示出在第一面70上承載電氣/電子部件64、66、68並且在相反面72上承載電氣/電子部件86、88、90（在本例中，僅舉例示出三個）的PCB 42。在本例中，保護部92在兩個面70、72上由環氧樹脂或如前述的變體製成。PCB 42被完全整合在保護部92的環氧樹脂中。優選地，在將環氧樹脂注入凹部40之後，使PCB在其中浸入一定深度，並且將環氧樹脂預硬化之後纏繞待形成曲柄臂10的複合材料，在任何情形下，此後再進行曲柄臂10的模製程序。
可以在兩側設置保護部92，以便PCB 42在一個單面上承載部件而在相反面上承載跡線和焊盤。
根據未示出的實施方案，可以經由一層或多層玻璃纖維複合材料或如上參照圖7所討論的變體，在PCB 42的兩側提供保護，特別是如果每一側承載單個部件。
同樣，在PCB 42整合有保護部或完全被保護部包圍的實施方案中，可以在PCB 42的一或多個電氣/電子部件上使用一或多個阻尼元件76。
PCB 42整合有保護部或完全被保護部包圍的實施方案實現上述關於在一個單面上保護PCB的優點。
圖10示出保護部94可施加於PCB 42以允許其與曲柄臂10共模製的又一種替選實施方案。在本例中，僅舉例示出PCB 42上可見的各種電子部件。
保護部94以蓋體94的形式製成，該蓋體的尺寸適於覆蓋PCB 42承載電氣/電子部件的面70，容納這些電氣/電子部件。蓋體94由具有機械阻力、耐溫性、耐化學試劑及/或電絕緣的適當特性的材料製成，並且出於上述原因，該蓋體為此能夠由例如耐綸或ABS製成。
蓋體94製成的形狀特別是與芯體18、19上的凹部40的形狀匹配。
蓋體94首先在其邊緣96處固定到PCB 42上，例如經由膠合或替選地經由焊接。然後將由蓋體94保護的PCB 42***芯體18、19上形成的凹部40中，蓋體94位於凹部40中。
作為蓋體94的替選，可以設置保護框架98，如圖11所示，其製造程序類似於參照圖10的蓋體94之製造程序。在從機械角度需要保護PCB 42的電氣/電子部件而無需使其與曲柄臂的內空腔完全絕緣的情形下，能夠使用框架98。框架98提供機械保護並充當間隔物。
在兩個面都承載電氣/電子部件的情形下，PCB 42的兩個面上都能設有諸如蓋體94或框架98的保護部。
在參照圖6、圖7、圖10和圖11之那些實施方案中，也可以以兩種不同的方式保護PCB 42的兩個面。
在參照圖6、圖7、圖10和圖11之那些實施方案中，也可以以兩種不同的方式保護PCB 42的同一面或每一面。
應再次強調，用上文討論的保護部中的一個保護的PCB 42上承載的電氣/電子部件有利地在以下兩個程序中都受到保護，即在共模製期間，在此程序中，成形中的芯體18、19和曲柄臂10經受高溫和高壓，以及在芯體18、19熔融及/或酸洗和精整的可能後續步驟期間，在該等後續步驟中使用侵蝕性化學物質。
此外，在成品曲柄臂10中，電氣/電子部件不會暴露於空腔12內部並且還以緊密的方式密封，從而受到保護以免受水及/或灰塵可能進入曲柄臂10的空腔12中的影響。
作為進一步優點，在兩側保護電路板或PCB 42，電氣/電子部件與纖維材料絕緣，纖維材料至少在碳纖維的情形下導電而可能干擾所涉及的電信號的產生及/或傳輸，導致短路和故障。
最後，PCB 42完全隱藏在視野之外，因此曲柄臂10的外觀得以顯著改善。
但應當理解，PCB 42的保護部能夠僅設置在與曲柄臂10的複合材料接觸的一側，而不設置在暴露於空腔12內部的一側，或者反之。
圖12至圖13示出PCB 42的保護部被共模製在實心曲柄臂10中的兩種示例性實施方案。
在本例中，PCB 42的兩個面可能暴露於臨界模製壓力及/或溫度，並且/或者需要與形成曲柄臂10的複合材料電絕緣。
因此，除非PCB 42的某個面不具有電氣/電子部件以及跡線及/或焊盤，否則PCB 42的所有側面都適於被保護部所包圍。
舉例而言，在圖12的情形下，PCB 42的承載電子部件64、66、68的一面由環氧樹脂層74或參照圖6討論的變體來保護，並且PCB 42的承載跡線和焊盤的一面由玻璃纖維複合材料層84或參照圖7討論的變體來保護。
再舉一例，在圖13的情形下，PCB 42的兩個面都由環氧樹脂層或參照圖6討論的變體來保護。
然而，也可以有如上針對空心曲柄臂所述的保護部的其他實施方案。
同樣，在這類情形下，可以設置一或多個附加的阻尼元件76來保護最精密的電氣/電子部件64、66、68。
在實心曲柄臂的情形下，還可以使用適當支撐板中的凹部以在模具外部形成保護；然後，受保護的PCB 42被複合材料層覆蓋之後***模具，或者將其***模腔中並整合在不分層的複合材料中。最後，PCB 42與可能的其他部件並且與形成曲柄臂10的複合材料共模製。
儘管已針對曲柄臂對本發明予以詳細說明，但本發明也能應用於其他自行車部件，例如車把、車架或其中一個控制桿。
部件橫截面可能僅在包含印刷電路板的區域中是空心或實心，而在其他區域中是實心或空心。
也可以在芯體與印刷電路板之間提供佈置複合材料，以便獲得設有空腔的部件，其中印刷電路板緊鄰空腔，但仍完全被複合材料包圍。雖然這個程序一方面有助於在模製後使印刷電路板保持就位並保護其免遭空腔中可能的滲透影響，另一方面則會在模製期間使印刷電路板比其臨時固定到芯體及/或安放在芯體的凹部中時移動更多，使得印刷電路板在自行車部件中的定位不太精確。
儘管已就單個印刷電路板對本發明予以詳細說明，但可能設置更多個印刷電路板。
以上是發明方面的各種實施例的描述，並且在不脫離本發明的範圍的情況下可以進行進一步的改變。各種部件的形狀及/或尺寸及/或位置及/或定向及/或各種步驟的順序可以改變。元件或模組的功能可以由兩個或更多個部件或模組實施，以及反之。示出為直接連接到彼此或彼此接觸的部件可以具有佈置在它們之間的中間結構。直接彼此緊隨的步驟可以在它們之間實施中間步驟。附圖中示出的及/或參考附圖或實施例描述的細節可以應用於其他附圖或實施例中。並非在附圖中示出或在同一上下文中描述的所有細節必須存在於同一實施例中。相對於先前技術創新性的特徵或態樣單獨地或與其他特徵組合應被視為本身描述性的，而與明確描述為創新的內容無關。
10‧‧‧自行車部件
12‧‧‧內空腔
14‧‧‧內表面
16‧‧‧外表面
18‧‧‧芯體
19‧‧‧芯體
20‧‧‧第一區域
22‧‧‧突出部
24‧‧‧近側面
25‧‧‧遠側
26‧‧‧遠側面
27‧‧‧近側面
28‧‧‧中軸心軸
29‧‧‧階狀部
32‧‧‧立管表面
34‧‧‧「踏面」表面
36‧‧‧凹部
38‧‧‧感測器
39‧‧‧感測器
40‧‧‧凹部
42‧‧‧PCB
44‧‧‧PCB
46‧‧‧電纜及/或柔性電路
47‧‧‧儀器主體
50‧‧‧排空孔
52‧‧‧相應金屬襯套
54‧‧‧相應金屬襯套
56‧‧‧複合材料「繩帶」
57‧‧‧中心孔
58‧‧‧突出部
60‧‧‧複合材料片層
64‧‧‧電氣/電子部件
66‧‧‧電氣/電子部件
68‧‧‧電氣/電子部件
70‧‧‧面
72‧‧‧相反側面
74‧‧‧環氧樹脂層
76‧‧‧阻尼元件
78‧‧‧保護部
80‧‧‧保護部
84‧‧‧玻璃纖維複合材料層
86‧‧‧電氣/電子部件
88‧‧‧電氣/電子部件
90‧‧‧電氣/電子部件
92‧‧‧保護部
94‧‧‧保護部
98‧‧‧保護框架
參照附圖根據對本發明的優選實施方案的描述，本發明的其他特徵和優點將顯而易見，圖中：
圖1示意性示出局部剖開的自行車部件，特別是曲柄臂；
圖2至圖3是根據本發明用於製造自行車部件、特別是圖1的曲柄臂的方法的步驟的透視圖和分解圖；
圖4至圖5是類似圖2至圖3的視圖，涉及製造不同的曲柄臂；
圖6至圖9是根據本發明一些實施方案的具有空心部分的自行車部件、特別是空心曲柄臂的局部剖視圖；
圖10至圖11是根據本發明進一步實施方案的自行車部件的細節透視圖；及
圖12至圖13是根據本發明一些實施方案的具有實心部分的自行車部件、特別是實心曲柄臂的局部剖視圖。
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無
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Claims (17)

  1. 一種用於製造由複合材料形成的自行車部件（10）的方法，該複合材料包括摻入一聚合物基質的結構纖維，該方法包括不必相互按順序的下列步驟： - 設置具有一模腔的一模具，該模腔具有自行車部件（10）的形狀， - 設置一印刷電路板（42）， - 為該印刷電路板（42）的至少一個第一面（70、72）設置一保護部（74、78、80、84、92、94、98）， - 將設有該保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）***該模腔中， - 將該複合材料***該模腔中， - 條件是，該複合材料圍繞設有該保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）延伸，該複合材料在該第一面（70、72）的一側上及/或在相反側上與設有該保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）接觸，以及 - 經受一溫度和壓力分佈，直至該複合材料的硬化。
  2. 根據請求項1之方法，其中該印刷電路板（42）的該至少一個第一面（70、72）承載至少一個電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90），並且該保護部（74、80、84、92、94、98）是針對該至少一個電氣/電子部件的一臨界溫度及/或一臨界壓力的保護部。
  3. 根據請求項2之方法，其中該設置保護部（74、80、84、92）的步驟包括：在該印刷電路板（42）的該至少一個第一面（70、72）上設置一聚合物材料層，以及在該經受溫度和壓力分佈的步驟之前硬化該聚合物材料或允許該聚合物材料硬化。
  4. 根據請求項3之方法，其中該印刷電路板（42）的該至少一個第一面（70、72）承載複數個電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90），以及該設置聚合物材料層的步驟包括用聚合物材料填充該電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90）之間的空間。
  5. 根據請求項1之方法，其中該保護部（74、78、80、84、92、94、98）是一電絕緣保護部。
  6. 根據請求項1之方法，其中該印刷電路板（42）的該至少一個第一面（70、72）承載至少一個電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90），且其中該設置保護部的步驟（94、98）包括用一蓋體（94）或一框架（98）覆蓋該至少一個第一面（70、72），該蓋體（94）或框架（98）容納該至少一個電氣/電子部件（64、66、68、86、88，90）。
  7. 根據請求項1之方法，進一步包括步驟：設置一預定形狀的一芯體（18、19），將設有保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）施加到該芯體（18、19）上，以及用該複合材料塗覆施加有該印刷電路板（42）的該芯體（18、19）。
  8. 根據請求項3之方法，進一步包括步驟：設置一預定形狀的一芯體（18、19）；將設有該保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）施加到該芯體（18、19）上；及用該複合材料塗覆施加有該印刷電路板（42）的該芯體（18、19），且其中該將設有該保護部（74、80、84，92）的該印刷電路板（42）施加到該芯體（18、19）上的步驟包括：將該印刷電路板（42）施加於該芯體（18、19）的一凹部（40）中，該印刷電路板（42）的承載該電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90）的一面（70、72）面向該凹部（40）；將該聚合物材料注入該凹部（40）中；及硬化該聚合物材料或允許該聚合物材料硬化。
  9. 一種由複合材料製成的整體式的自行車部件（10），該複合材料包括摻入一聚合物基質的結構纖維，該自行車部件與在印刷電路板（42）的至少一個第一面（70、72）上設有一保護部（74、78、80、92、94、98）的該印刷電路板（42）共模製，其中該複合材料圍繞設有該保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）延伸，該複合材料在該第一面（70、72）的一側上及/或在相反側上與設有該保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）接觸。
  10. 根據請求項9之自行車部件（10），其中該印刷電路板（42）的該至少一個第一面（70、72）承載至少一個電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90），並且該保護部（74、78、80、92、94、98）是針對該至少一個電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90）的一臨界溫度及/或一臨界壓力的一保護部。
  11. 根據請求項10之自行車部件（10），其中該保護部（74、80、92）包括一經硬化的聚合材料層。
  12. 根據請求項11之自行車部件（11），其中該印刷電路板（42）的該至少一個第一面（70、72）承載複數個電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90），並且該聚合物材料填充該電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90）之間的空間。
  13. 根據請求項9之自行車部件（10），其中該保護部（74、78、80、84、92、94、98）是一電絕緣保護部。
  14. 根據請求項9之自行車部件（10），其中該印刷電路板（42）的該至少一個第一面（70、72）承載至少一個電氣/電子部件（64、66、68、86、88、90），且其中該保護部（94、98）包括覆蓋該至少一個第一面（70、72）的一蓋體（94）或一框架（98），並且該蓋體（94）或框架（98）容納該至少一個電氣/電子部件（64、66、68、86、88，90）。
  15. 根據請求項9之自行車部件（10），包括至少一個空腔（12），設有該保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）被附接到該空腔（12）的一內表面（14）。
  16. 根據請求項9之自行車部件（10），其中設有該保護部（74、78、80、84、92、94、98）的該印刷電路板（42）的兩個面（70、72）與該複合材料接觸。
  17. 根據請求項1之方法或根據請求項9之自行車部件（10），其中該自行車部件（10）選自由一曲柄臂（10）、一車把和一控制桿構成的組，優選是一曲柄臂（10）。
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