专利名称：用于自行车的曲柄组的制作方法
技术领域：
本发明是关于自行车的曲柄组，尤其是这种类型的自行车其包含具有两个外部 端的一部分曲柄轴，每一外部端具有安装至其上的踏板曲柄；或是这种类型的自行车其 具有两部件曲柄轴的类型，当安装在自行车框架之底部托架壳体中时，其两部分彼此固定 连接在一起。
背景技术：
数百年来，自行车已用于运输与娱乐装置。在整个自行车存在的期间，为了增加性 能而进行不断努力，以在不降低强度和刚性的情况下减少自行车的重量。为了达到最佳性 能，自行车需要足够的刚性，以便使得踩踏能量用于推动自行车前进，而非在结构自行车部 件的挠曲中被吸收。有数种方式将踏板曲柄附接至曲柄轴，其依次可在自行车框架的底部托架壳体中 保持旋转。较旧的系统使用楔形销将踏板曲柄附接至曲柄轴。在较新式的系统中，踏板曲 柄是以形状配合，举例来说，正方形锥形凹部，被推动至形状互补的曲柄轴上，并通过旋拧 在曲柄轴外部端上的螺栓或螺帽而保持在此位置。踏板曲柄的这类机械附接有时需要以角 板补强。机械附接结构和补强角板导致在附接位置增加重量。近来的设计具有驱动侧踏板曲柄，也就是说，将踏板曲柄设置在一或多个链环所 在的那一侧，通常是永久附接至曲柄轴的右侧踏板曲柄。举例来说，参见ΕΡ-17 ^818，其揭 示这一类一体的驱动侧踏板曲柄。此处的曲柄轴是以两部分制成，每一部分设有Hirth齿 轮连接。在组装状态下，两个轴部分是以延伸通过两个轴部分之中心的纵向螺栓彼此固定 连接。由此，两个轴部分的齿以两个轴部分不能相对彼此旋转的方式彼此咬紧。驱动侧踏 板曲柄是与驱动侧曲柄轴部分一体形成。非驱动侧踏板曲柄以带螺纹的联结器安装至其对 应的非驱动侧轴部分上。美国专利第2001/0049976号揭示一实施例，其具有一两部分的曲柄轴，该曲柄轴 具有与各轴部分形成为一工件的两个踏板曲柄。两个轴部分在其自由端设有互补的齿轮连 接，其在组装状态下彼此咬紧。这些已知之具有一体的踏板曲柄之两部分曲柄轴结构的一个缺点是使用时他们 没有挠性。使用者不可能迅速改变一体的踏板曲柄，因为接下来将必须完全拆解整个曲柄 组，包含从自行车的底部托架壳体移除两个曲柄轴部分。因此，举例来说，万一损坏踏板曲 柄的其中一个，则需要很多时间和努力来修复。同样地，使自行车配备特定的曲柄组是更加 困难且耗时的，举例来说，当需要另一长度、重量、材料及/或设计的踏板曲柄时正是如此。 由于大多数常见的现代曲柄组在驱动侧踏板曲柄上具有一体的多脚架，所以驱动侧踏板曲 柄和曲柄轴的永久固定限制了轻易置换欲安装于此的一或多个链环的可能性。尤其，具有 小于多脚架之外部尺寸之内径的较小链环仅可在两部分曲柄轴完全拆解的状态下进行安 装和置换。
发明内容
本发明旨在至少部分克服上文提及的缺点或提供可用的替代物。尤其，本发明旨 在提供轻量的曲柄组结构，其坚固且刚性，同时为使用者提供挠性。此目标通过根据权利要求1的曲柄组来达成。该曲柄组包含曲柄轴、多个轴承、链 环和两个踏板曲柄。驱动侧曲柄轴端设有一体形成之径向向外延伸的安装体，在其上安装 驱动侧踏板曲柄和链环。在非驱动侧曲柄轴端上则安装非驱动侧踏板曲柄。驱动侧踏板曲 柄和链环以可拆卸的连接组件，举例来说，螺栓，连接至其安装体。这些连接组件可有利地 位于接近安装体的外部端，且因此位于基本上大于曲柄轴本身直径的直径上。这使得通过 这些连接组件转移的最大扭矩/负载更小，且因此构成曲柄组结构的若干部分更为轻量及 /或同时使整个结构更坚固与更刚性，同时在使用期间保持挠性。快速并容易地移除驱动侧 踏板曲柄现已成为可能，其同时容许轻易(再)放置链环。具有不同性质(尺寸、形状计时 测验、功率测量、超轻量)及/或不同材料(碳、铝)的踏板曲柄可根据使用者的选择而在 任何所需位置以及时刻容易安装。此外，个人可自由选择用于曲柄轴之材料，曲柄轴的材料 可理所当然的和用于踏板曲柄的材料不同。根据本发明，一体形成意指曲柄轴和安装体以永久方式，例如，焊接、黏合等，彼此 结合在一起，或意指每一轴部分与其各安装体形成为单一工件。尤其，复合材料，例如碳纤 维，可有利且经济地用于以轻量但是坚固且刚性的结构一体形成曲柄轴部分以及其安装 体。依照所需用途、性能、质量、价格等，亦可使用其它材料。在进一步的实施例中，驱动侧踏板曲柄包含多个安装位置，其与安装体上的安装 位置互补。这些安装位置绕曲柄轴以距曲柄轴一定径向距离(尤其是至少10厘米的径向 距离)沿周向隔开。举例来说，安装位置是通过孔来形成，螺栓作为可拆卸的连接机构穿过 这些孔延伸。这些螺栓可以螺帽固定，或某些孔可带螺纹，以致螺栓可旋拧至其中。在甚至进一步的实施例中，链环亦设有互补的安装位置组，以致可拆卸连接机构， 例如所提及的螺栓，可与之相互作用。以此方式，只要一组可拆卸的连接机构就足以将驱动 侧踏板曲柄和链环两者安装至与曲柄轴一体形成的安装体上。非驱动侧踏板曲柄例如通过传统的键和螺栓固定直接安装至非驱动侧曲柄轴端。 不过，较佳的是曲柄组包含分开的锁环，其设置用于和非驱动侧踏板曲柄锁在一起。锁环之 后依次连接至非驱动侧曲柄轴端。此锁环使首先将具有一体的安装体的曲柄轴放置在自行 车的底部托架中，并接着将锁环连接至此成为可行。由此，锁环较佳地构成为使得例如通过 小螺栓与非驱动侧曲柄轴端的连接将轴承以一定预载自动定位到自行车底部托架中，从而 保持曲柄轴的正确对准。此外，无论踏板曲柄是否安装至此，组件随后亦独立地自动与污泥 隔绝。在一实施例中，锁环通过双作用键锁环形成，其一方面具有与曲柄轴连接的键，另 一方面则具有与非驱动侧踏板曲柄连接的键。踏板曲柄和锁环之间的键连接亦可接着以轴 向螺栓轴向固定。在一变化的实施例中，曲柄轴制作为两部分，其具有驱动侧轴部分和非驱动侧轴 部分，其中连接装置是设置用于使两个轴部分彼此固定连接，其中驱动侧轴部分设有上文 所提及的一体形成(驱动侧)的安装体，且其中非驱动侧轴部分设有第二一体形成的径向 向外延伸(非驱动侧)的安装体，非驱动侧踏板曲柄安装至其上。因此，对非驱动侧踏板曲柄而言，相同的优点在于其现通过可拆卸的连接组件(举例来说，螺栓)连接至其安装体， 其中连接组件可有利地位于接近安装体的外部端，且因此位于基本上大于曲柄轴本身直径 的直径上。曲柄轴部分可构成为块体或中空及/或在紧靠在组装位置中时可构成为具有彼 此咬紧的互补轮廓端部。在一较佳的实施例中，至少一个轴部分，尤其是驱动侧轴部分，是 构成为中空，并具有大于另一轴部分之外部尺寸的内部尺寸。以此方式，在安装期间，两个 轴部分可滑动套迭至彼此之中。较小的轴部分套入较大一个的内侧。较佳的是较大轴部分 的内径只稍微大于较小轴部分的外径。以此方式，当滑动至彼此之中时，实现两个轴部分的 牢固且坚固的无运转的组件。外部轴部分可构成为具有接近底部托架壳体内侧的最大可达成直径的外径，尤其 是至少30mm。较大直径意指轴部分可以轻量但坚固且刚性的结构制作。包含可能较大(过 大)的框架的底部托架壳体的轴部分的较大直径提供更多面积以附接较大的下框架管、座 椅框架管和链条支杆，以较好地抵抗来自踩踏力的偏向。在进一步的实施例中，外部轴部分具有等于或大于自行车框架之底部托架壳体之 宽度的长度。以此方式，用于保持外部轴部分可在安装托架中旋转的轴承可安装在外部轴 部分的两端部分。较佳的是外部轴部分具有基本上等于内部轴部分之长度的长度。以此方式，内部 轴部分在安装期间可完全插入到外部轴部分中。在此完全插入位置，外部轴部分使其自由 端位于靠近内部轴部分之安装体之位置，而内部轴部分的自由端使其自由端位于靠近外部 轴部分之安装体之位置。因此，两个轴部分能够在其完整长度上彼此支撑，使每一部分能够 以较薄的壁，从而是更轻量及/或使用更精密的复合材料构成。设在驱动侧轴端/部分之径向向外延伸的安装体上地连接位置的外部尺寸较佳 的是至少25mm。此向外延伸之安装体的直径受到其希望适配于其上之链轮的尺寸所支配。 在自行车产业中，这些链轮之大多数的供货商具有他们自己的用于连接位置的间距圆直径 的“标准”。有利地，在此驱动侧轴部分上之一体形成的安装体可通过多臂工件形成，该多臂 工件具有多个以不同径向方向延伸的臂。在一变化中，安装体是通过相当于圆形的安装凸 缘来形成，该安装凸缘不具有或具有挖去的开口部。举例来说，多个贯穿开口可设置在接近 安装体/凸缘的外部边缘处，以作为连接装置，例如螺栓等，的连接处，以使其通过，用于连 接至链环及/或驱动侧踏板曲柄。设在非驱动侧轴部分之径向向外延伸的安装体上之连接处的外部尺寸较佳的是 亦至少25mm。有利地，在此非驱动侧轴部分上之一体形成的安装体可通过多臂工件形成，该 多臂工件具有数个以不同径向方向延伸的臂。举例来说，多个贯穿开口可设置在接近安装 体/多臂工件的外部边缘附近，以作为连接装置，像是螺栓等，的连接处，以使其通过，用于 连接至非驱动侧踏板曲柄。进一步的较佳实施例在从属权利要求中陈述。本发明亦涉及设有上文所陈述之曲柄组的自行车。
在下文，本发明将参照附图进一步阐明，其中
图1为根据本发明之曲柄组之一实施例的透视分解图，其在曲柄轴两侧上具有一 体的安装体；图2为图1的后视图；图3为图1之曲柄组在组装状态下从驱动侧观看的透视图，其具有不同类型的多 脚架；图4为和图3 —致但从另一角度观看的图；图5为图4的局部切开图，其中安装凸缘是夹在两个链轮之间；图6为局部视图，其显示在没有链轮和踏板曲柄的情况下，介于插塞和两个轴部 分之间的连接；及图7为根据本发明之曲柄组之一变化实施例之根据图1的图，其仅在曲柄轴的驱 动侧上具有一体的安装体。
具体实施例方式
在图1至6中，曲柄组包含左侧轴承杯1和右侧轴承杯2。这些轴承杯1、2可旋拧 或按压至自行车框架的底部托架壳体(未显示)中，并共同允许曲柄组1自由旋转。底部 托架壳体依次连接至座椅管、下管和链条支杆，以作为自行车框架的一部分。在轴承杯1、2 内侧安装两部分曲柄轴。两部分曲柄轴包含外部驱动侧轴部分3和内部非驱动侧轴部分4。 两个轴部分3、4为中空，且基本上具有相同长度。两者以紧密配合滑动进彼此之中。两个 轴承杯1、2作用在外部驱动侧轴部分3之上。驱动侧轴部分3设有作为安装体的一体形成的圆形安装凸缘7。此安装凸缘7设 有数个切除部分，以节省尽可能多的重量，并设有数个接近其外周的连接孔8。非驱动侧轴 部分4设有作为安装体的一体形成的多臂工件10，其具有以不同径向方向延伸的三个臂。 每一臂在其外部端附近设有连接孔11。安装凸缘7通过延伸通过连接孔8的多个螺栓与内部链环14、外部链环15和具有 一体多脚架17的驱动侧踏板曲柄16连接。由此，链环14、15被夹在安装凸缘7和踏板曲 柄16的多脚架17之间(图4)，或链环14、15可设置在安装凸缘7的相对位置上(图5)。 多臂工件10通过延伸通过连接孔11的多个螺栓与配备互补多臂结构21的非驱动侧踏板 曲柄20连接。两个轴部分3、4的每一个在其自由端部分设有轮廓对、25，其由绕圆周分布的多 个纵向狭缝构成。此外，两个轴部分3、4的每一个在接近其一体形成的安装体的端部分再 设有轮廓26、27，其亦由数个绕圆周分布的纵向狭缝构成。当安装至彼此内部时，轮廓24、 27和25 J6彼此呈直线排列，而具有互补轮廓的铝插塞30、31可以纵向间隔的肋基本无运 转地推入两个轴部分3、4的狭缝中。因此，两个轴部分3、4会锁住以防止相对彼此旋转，以 此则插塞30、31可吸收任何在踩踏期间发生的扭矩。通过随后将插塞30、31以纵向螺栓32 和螺帽33彼此连接，两个轴部分3、4亦纵向地相对彼此锁住。有利地，插塞30、31可对称， 以便其可侧向互换。在组装状态下，驱动侧轴部分3具有覆盖其轮廓端部分M至27的两个轴承杯1、 2。此所具有的优点在于污泥无法从该处进入曲柄轴。此外，此配置允许曲柄轴可具有最大 可达成直径，以用于特定类型的底部托架，较佳的是至少30mm以用在过大框架中。此外，如同可在图4中看到，在组装状态下，驱动侧轴部分3还具有基本上分别靠在安装体7、10上 的两个轴承杯1、2。此有利地使保持整个曲柄组宽度最小化成为可能。在图7中，显示一变型，其中曲柄组包含曲柄轴40，而轴承可作用在其外部侧(未 显示)上。驱动侧轴端，在图中为左端，设有一体形成的多臂安装体41。较佳地，安装体41 已经在一步骤中和曲柄轴40使用相同材料(举例来说，碳复合材料)共同制造。此在安装 体41和曲柄轴40之间提供坚固的一体连接。安装体41具有五个臂41’，其以不同的径向 方向延伸。臂41，环绕曲柄轴40沿轴向隔开。每一臂41，在其外部端设有安装孔42。安 装孔42各自位于离曲柄轴40之中心轴一径向距离的位置上，该径向距离至少是曲柄轴40 本身半径的两倍，尤其是四倍。更特别的是，此安装孔的径向距离至少8厘米到最多15厘 米，而曲柄轴本身的半径最少2厘米，并且最多6厘米。安装孔42对应设在链环46与47中的安装孔44和45。此外，曲柄组包含驱动侧 踏板曲柄50，此处是以两个合并成为径向踏板曲柄部分50”的安装臂50'构成。每一安装 臂50’设有两个带螺纹的开口 51。踏板曲柄部分50”亦设有带螺纹的开口 52。带螺纹的 开口 51、52对应于安装孔42、44和45。因此，内部链环47、外部链环46和驱动侧踏板曲柄 50可容易地以螺栓安装至安装体41上。使用螺栓使得在不论任何需要或想要的时候容易 置换链环46、47和驱动侧踏板曲柄50的一或多个成为可能。互补安装孔和开口 42、44、45、 51和52位于相对大的半径上，也就是基本上大于曲柄轴40本身半径的半径。可卸下的连 接机构，在此实例中为螺栓，亦位于此相对大的半径上。与安装体未和曲柄轴一体及/或踏 板曲柄直接以形状配合或栓钉安装至曲柄轴本身上的连接的技术相比，此所具有的有利效 果在于这些连接在骑乘自行车期间要承受较低的负载。此使节省重量以及使曲柄组结构轻 量化成为可能。曲柄轴40的非驱动侧轴端，在图中为右端，设有键55，具有互补键56’的锁环56 可以形状配合设置于其上，以致其无法相对彼此转动。锁环56在其外部侧设有多个键56”， 其依次与非驱动侧踏板曲柄60的键开口 60’互补。非驱动侧踏板曲柄60可因而以形状配 合放置在锁环56之上，以致其无法相对彼此转动。在组装状态下，非驱动侧踏板曲柄60可 以螺钉58轴向固定至曲柄轴40，其中螺钉58可旋拧进曲柄轴40的非驱动侧端的互补带螺 纹开口中。在组装期间，首先，曲柄轴40和一组适当轴承共同滑动进自行车的底部托架壳体 中。由于安装体41是和曲柄轴整合在一起，因此需要从驱动侧来完成。在那之后，将键锁 环56放置在曲柄轴40的键50上方，并以螺钉63轴向固定至此，其中螺钉63可旋拧进曲柄 轴40的非驱动侧端的互补带螺纹开口中。此锁环56的轴向固定同时定位轴承。轴承上的 适当预载是以在锁环56和非驱动侧端轴承之间放置波形垫圈64来达成。从那一刻起，曲 柄轴40可保持在其位置，而在此同时，在其它部分的组装期间，轴承可保持密封防止污泥。 驱动侧踏板曲柄50和链环46、47后续安装至安装体41上以及非驱动侧踏板曲柄60后续 安装至锁环56上完全独立于此。除了所显示的实施例之外，还有许多可能的变化。举例来说，不同部件可具有不同 形状和尺寸，并以其它适当材料制造。对在驱动侧端具有一体安装体的一部分轴的实施例 而言，在非驱动侧踏板曲柄和曲柄轴之间亦可使用其它类型的连接，举例来说，没有中间锁 环的直接形状配合。对两部件轴的实施例而言，可使用任何其它适当类型的连接装置代替成形插塞和纵向螺栓。须注意具有滑动至彼此之中的内部和外部轴部分的两部件曲柄轴的 结构亦可有利地用在根据本发明的不具有一体形成的安装体的曲柄轴结构中，举例来说， 与和各曲柄轴部分一体形成的一或两个踏板曲柄相结合。本发明可用于所有种类的自行 车，尤其是竞赛自行车。 因此，本发明提供一中轻量的多功能曲柄组结构，其在使用期间非常有挠性，且不 需要特殊工具从各轴部分分离踏板曲柄。如果需要，亦仍可能很快组装或拆卸整个曲柄组。 两个踏板曲柄和曲柄轴之间的连接可以是轻且有效率的，但相对传统的曲柄设计可增加传 动系组件的整体刚性。
权利要求
1.一种用于自行车的曲柄组，包含曲柄轴，其具有驱动侧轴端和非驱动侧轴端；轴承，其用于使得该曲柄轴可旋转地安装在该自行车的框架的底部托架壳体中；驱动侧踏板曲柄；非驱动侧踏板曲柄；及至少一个链环，其特征在于该驱动侧轴端设有一体形成的径向向外延伸的安装体，该驱动侧踏板曲柄和该链环两 者通过可拆卸的连接机构安装在该安装体上。
2.根据权利要求1所述的曲柄组，其中，包括一体形成的安装体的该曲柄轴是由轻型 材料制成的，尤其是由碳复合材料制成。
3.根据前述权利要求之一所述的曲柄组，其中，该驱动侧踏板曲柄包括用于与该可拆 卸连接机构相互作用的多个安装位置，该多个安装位置与该安装体上的安装位置互补，且 该多个安装位置绕该曲柄轴以距该曲柄轴一定径向距离地被周向隔开。
4.根据权利要求3所述的曲柄组，其中该多个安装位置进一步与该链环上的安装位置 互补。
5.根据权利要求3或者4所述的曲柄组，其中，该驱动侧踏板曲柄包括五个安装位置。
6.根据前述权利要求之一所述的曲柄组，其中，该可拆卸连接机构位于离该曲柄轴的 中心轴至少8厘米的径向距离处。
7.根据前述权利要求之一所述的曲柄组，其中，该可拆卸连接机构为螺栓。
8.根据前述权利要求之一所述的曲柄组，其中，双作用键锁环设置在该非驱动侧轴端 处，用于互锁该非驱动侧轴端与该非驱动侧踏板曲柄。
9.根据前述权利要求之一所述的曲柄组，其中，该曲柄轴为具有驱动侧轴部分和非驱 动侧轴部分的两部分，其中，连接装置被设置用于使该两轴部分彼此固定连接，其中，该驱 动侧轴部分设有第一一体形成的安装体，且该非驱动侧轴部分设有第二一体形成的径向向 外延伸的安装体，该非驱动侧踏板曲柄安装在该第二一体形成的径向向外延伸的安装体 上。
10.根据权利要求9所述的曲柄组，其中，该轴部分的至少一个是中空的，并具有大于 该另一轴部分的外部尺寸的内部尺寸，以使该更大轴部分在安装期间被插入该更小轴部 分。
11.根据权利要求10所述的曲柄组，其中，该更大轴部分的长度等于或大于该底部托 架壳体的长度。
12.根据权利要求11所述的曲柄组，其中，该更大轴部分的长度基本上等于该更小轴 部分的长度，以使该更大轴部分在安装期间完全被插入该更小轴部分，并使其自由端位于 靠近该更小轴部分的该安装体的位置，而该更小轴部分的自由端则位于靠近该更大轴部分 的该安装体的位置。
13.根据权利要求10-12中的任一项所述的曲柄组，其中，该更大轴部分是由该驱动侧 轴部分形成。
14.根据权利要求10-13中的任一项所述的曲柄组，其中，该更大轴部分具有至少30mm的外径。
15.根据权利要求10-14中的任一项所述的曲柄组，其中，该多个轴承包括两个轴承 杯，每个轴承杯被安装在该更大轴部分的外侧上。
16.根据权利要求10-15中的任一项所述的曲柄组，其中，该连接装置包括两个插塞， 其从相对侧插入轴部分的组件中，并设有与设在两轴部分上的轮廓互补的轮廓。
17.根据权利要求16所述的曲柄组，其中，位于安装位置的该插塞通过沿该曲柄轴的 纵向延伸的多个偏心定位的螺栓彼此连接。
18.根据权利要求16或者17所述的曲柄组，其中，该插塞由轻型材料制成，尤其是由铝 制成。
19.根据前述权利要求之一所述的曲柄组，其中，该一体形成的安装体由安装凸缘形成。
20.根据前述权利要求之一所述的曲柄组，其中，该一体形成的安装体由沿不同径向方 向延伸的多臂工件形成。
21.一种自行车，其设置有根据前述权利要求之一所述的曲柄组。
全文摘要
一种自行车曲柄组，其包含曲柄轴，其具有驱动侧轴端部分(3)和非驱动侧轴端部分(4)；轴承(1、2)，其用于安装该曲柄轴，使之可在该自行车框架之底部托架壳体中旋转；驱动侧踏板曲柄(16)；非驱动侧踏板曲柄(20)；及至少一个链环(14、15)，其设置在该驱动侧轴端部分(3)上。该驱动侧轴端部分(3)设有一体形成之径向向外延伸的安装体(7)，在其上安装该驱动侧踏板曲柄(16)和该链环(14、15)。该非驱动侧轴部分(4)亦可设有一体形成之径向向外延伸的安装体(10)，在其上安装该非驱动侧踏板曲柄(20)。
文档编号B62M3/00GK102099244SQ200980128554
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月7日 优先权日2008年7月21日
发明者理查德·麦卡恩什 申请人:3T设计有限公司