專利名稱：用于自行車的制動墊片的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于自行車的制動墊片。
背景技術：
在競技自行車的領域，目前廣泛使用了由合成材料制造的部件， 該合成材料象例如由并入聚合物材料的基體中的碳纖維構成的材料。 在以這些材料制成的部件中，自行車車輪的輪圈因其有可能在強度、 彈性和輕度之間得到的最佳組合而頗受推崇。
然而，本發明的發明人已發現像這樣制成的輪圈在急剎車后會 遇上危險點。制動墊片確實在輪圈上碰擦并于是生成熱量；已發現 達到20(TC的溫度并非罕見。該熱量改變了其中插入有碳纖維的聚合物 基體的機械性質，具體來說，使其硬度和機械耐性甚至降低了3個數量
級的幅度(即iooo倍)并削弱了基體和其它成分之間的鏈。于是會發生輪
圈的脫層。在極端情況下，輪圈甚至會斷裂或不能制動，對騎車人的 安全有嚴重后果。
在輪圈由金屬材料制成的情況下，問題不會如此嚴峻，但輪圈的 熱量會導致制動效率下降。
發明內容
形成本發明基礎的問題是要克服上述問題，以在所有制動狀況下 確保良好的可靠性和車輪強度，以及穩定的制動性能。
因此，在本發明的第一方面，本發明涉及一種根據權利要求l的制
動墊片，在本發明的第二方面，本發明涉及一種根據權利要求25的車
輪制動組件，在本發明的第三方面，本發明涉及一種根據權利要求30 的用于制備制動墊片的混合物。
更具體地，根據本發明的制動墊片包括用來在制動期間被壓向自 行車的車輪的輪圈的側面的制動表面，其特點在于，所述制動墊片包
括適于從制動表面傳走熱量的熱傳遞裝置。
清楚的是任何材料都能通過傳導來傳熱，并且在任何系統中熱量 還通過傳導和輻射來傳遞；因此清楚的是在任何車輪制動組件中，在 墊片的制動表面生成的熱量并不停留在該區域，而是根據不同情況、 隨不同時間并以不同方式從其自發地向其它更冷的區域傳遞。在本發 明的上下文中，表述"熱傳遞裝置"表示設置在制動墊片中的一種元 件或材料的組件，所述組件的特別之處在于其以明顯好于所述墊片中 存在的所有其它元件或材料的方式傳熱的性能。
因這種熱傳遞裝置的存在，制動期間在制動表面生成的熱量從該 區域被帶走并被傳遞到墊片的其它區域。傳遞至輪圈的熱量因此減少， 并且由于輪圈的過熱而導致的危險因此被限制。
具體來說，已經觀察到，利用傳統的墊片，在制動表面上生成的 熱量停留在該表面上，并在制動結束后通過與周圍空氣的接觸而散發。 有利地是，由于本發明，熱傳遞裝置也在制動期間將熱量從制動表面 帶走，因此即使在延長的制動期間也不存在使輪圈過度受熱的風險。
優選地，該墊片包括與制動表面截然不同的、朝向墊片外部的熱 交換表面，其中熱傳遞裝置從制動表面將熱量傳遞至熱交換表面。由 此，建立了一條優先的通路，由制動所產生的熱量通過該通路傳遞至 墊片外部；因此墊片的過度受熱更少，而其從制動表面傳走熱量的性 能更強。
優選地，該熱交換表面適于與承載墊片的支撐體接觸，否則與空 氣接觸。在第一種情況下，該熱交換表面應優選是平坦且規則的，以 便促進通過接觸的熱量傳遞，并且承載墊片的支撐體應由熱導率高的 材料制成；在第二種情況下，熱交換表面應盡量寬，優選地是具有散 熱片的，以便使與空氣接觸的延伸最大化。有利地是，由于在該墊片 上已經存在的表面能被開發為熱交換表面，因而該墊片也在制動期間 被冷卻而無需改變其傳統尺寸。
根據優選實施例，該墊片包括高摩擦材料的基體，并且該熱傳遞 裝置包括并入基體中的、具有比基體的材料更高的熱導率的材料的細 絲。優選地，所述細絲接近于制動表面但不在制動表面上顯現，以便 不干涉墊片和輪圈側面之間的接觸狀態，因而不干涉制動性能。優選 地，所述細絲由熱導率高于50W/m'K或更合適地高于150W/m。K的材料 制成；優選地，這種材料是金屬性的，優選是鋅、鐵、鋼、鋁、銅或 銀。
根據另一優選實施例，該墊片包括高摩擦材料的基體，并且該熱 傳遞裝置包括并入基體中的、具有比基體的材料更高的熱導率的材料 的微粒。優選地，由于微粒結構不會不令人滿意地干涉制動墊片和輪 圈側面之間的接觸狀態，所述微粒分布在包括制動表面的整個基體中； 由于在制動表面上已存在微粒，因而使散熱效率最大化；而且，通過 向用以形成基體的混合物中添加足夠的微粒，這種墊片結構特別簡單 且有成本效益。優選地，所述微粒是熱導率高于50W/m'K或更合適地 高于150W/m'K的材料。
優選地，所述微粒具有小于500iim或更合適地低于200pm的平均尺 寸。利用該尺寸得到在橡膠中的令人滿意的分散，防止輪圈磨損，同 時又不妨礙橡膠顆粒之間的聚集。
優選地，基體由橡膠制成，并且微粒由石墨制成，優選由膨脹的
天然石墨制成。通過使用這種微粒，的確發現與其它類型的微粒比較， 橡膠顆粒之間有更好的聚集，并且對輪圈的磨損更輕。在這種情況下，
微粒具有介于l(Him至10(Him之間的平均尺寸；的確，與更小尺寸的微 粒相比，這些微粒揮發更少，并便于管理用于制作墊片的工藝，同時 與更大尺寸的微粒相比，它們在混合物中分布得更均勻。
作為選擇，基體由橡膠制成，并且微粒由二硫化鉬制成。在這種 情況下，優選地，微粒具有小于2(Him的平均尺寸，以便以最佳方式與 橡膠基體融合。
仍作為選擇，微粒由金屬材料制成，優選由鋅、鐵、鋼、鋁、銅 或銀制成。在這種情況下，微粒具有小于l^m的平均尺寸，以避免對輪 圈的磨損。
優選地，墊片由包括以重量計30-60%的橡膠和4-50%的微粒的混 合物制成；更大量的微粒會危及制動性能，而更小的量則不足以確保 理想的散熱。
優選地，該混合物包括以重量計30-40%的橡膠、40-60%的軟木和 4-20%的微粒，并且更優選地，軟木和微粒的百分比重量的總和小于或 等于65%。已發現在混合物中存在軟木特別有利于減少特別是纖維輪圈 的輪圈以及墊片自身的損耗，而不降低制動力。該混合物還被證明特 別適于減少制動時的噪聲，并適于在潮濕和干燥時具有良好的制動性 能。以所指出的量，不會遇到與橡膠聚集的困難。
優選地，軟木是平均尺寸為0.3-lmm、優選0.5-0.7mm的微粒。在 這種情況下，比軟木的微粒尺寸更小的高熱導率材料的微粒是優選的， 以能夠插入軟木微粒之間的空隙并促進聚集。
優選地，所述微粒是以重量計等于4-15%的量的膨脹的天然石墨。
在本發明的第二方面，本發明更具體地涉及一種用于自行車的車 輪制動組件，包括
車輪，包括具有兩個相對側面的輪圈；和
制動器，包括兩個制動墊片，用來于在將相應的墊片的制動表面 壓向輪圈側面意義下的制動期間被啟動；
并且其特點在于，各墊片包括從制動表面帶走熱量的熱傳遞裝置。
優選地，輪圈由合成材料制成，因為本發明的優點通過這種類型 的輪圈最能體現。
優選地，各墊片通過承載墊片的支撐體裝配在各制動器上；更優 選地，各墊片包括與各承載墊片的支撐體接觸的、朝向墊片外部的熱 交換表面，并且熱傳遞裝置將熱量從制動表面傳遞至熱交換表面、并 從此處傳遞至承載墊片的支撐體。
優選地，各承載墊片的支撐體設有散熱片，以促進散熱。
在本發明的第三方面，本發明更具體地涉及一種混合物，該混合
物用于制備用于自行車的制動器的制動墊片，該混合物包括橡膠、交 聯劑和具有比橡膠更大的熱導率的材料的微粒。
從以下參照附圖對本發明的一些優選實施例所做的描述中，本發 明進一步的特征和優點將變得清楚。在附圖中-
圖l示出了包括前輪制動組件和后輪制動組件的自行車； 圖2以透視圖示出了圖1的自行車的制動器；
圖3示出了以空閑配置表示的圖1的自行車的車輪制動組件；
圖4和5示意性地示出了根據本發明的用于自行車制動器的墊片的
兩個實施例。
具體實施例方式
在圖1中示出的自行車1包括一對車輪2，各車輪包括輪圈3。為
各車輪2設置制動器4，制動器4包括至少一個制動墊片，更優選地包 括一對制動墊片5，用來作為由制動控制系統(為現有技術而未示出)發 出的命令的結果而由摩擦作用在輪圈3的側面8上，從而進行車輪的 制動。
輪圈3由合成材料制成，該類型的合成材料的例如包括并入聚合 物材料中的結構纖維。典型地，結構纖維選自由碳纖維、玻璃纖維、 芳香尼龍纖維、陶瓷纖維、硼化纖維及其組合構成的組。碳纖維是特 別優選的。
聚合物材料中的所述結構纖維的排列可以是結構纖維塊或片的隨 機排列、纖維基本單向的有序排列、纖維基本雙向的有序配置，或以 上的組合。
優選地，聚合物材料是熱固性的，并優選包括環氧樹脂。然而， 這并不排除使用熱塑性材料的可能性。
輪圈3 —般是通過將由普通樹脂粘在一起的一系列合成材料片重 疊而制成。
輪圈3和墊片5是自行車1的車輪制動組件6的基本元件。
圖2更詳細地示出了制動器4，制動器4包括承載墊片的支撐體7， 通過該支撐體將各墊片5安裝在制動器4上。
圖3示意性地示出了在空閑狀態下，即當墊片5未作用在輪圈3 的側面8上時，自行車l上的制動器4和車輪2的相互組裝位置。
圖4更詳細地示出了根據本發明制成的制動墊片5。墊片5包括用
來在制動期間與輪圈3的側面8接觸的制動表面9，以及用來不與側面 8接觸的多個其它表面10。制動表面9和其它表面10限定了墊片5的 主體12，具體來說，表面10包括墊片5除了制動表面9之外的所有外 表面，包括從制動表面伸向墊片5內部的鋸齒狀缺口表面、以及有可 能用來接觸承載墊片的支撐體7的表面。
墊片5的主體12包括高摩擦材料的基體13，基體13中并入熱傳 遞裝置，熱傳遞裝置適于將熱量從制動表面9傳遞至其它表面10。
更具體地，主體12由包括橡膠、交聯劑以及形成所述熱傳遞裝置 的、具有比橡膠更高的熱導率的材料的粉末的混合物制成。
該粉末由微粒11構成，該微粒11優選地均勻地分布在整個墊片5 的主體12中，且其用量優選但非必需地允許至少一些相鄰微粒11之 間的接觸，以便構成從墊片5內部的制動表面9朝向其它表面10的隨 機熱傳遞通道。應當注意圖4僅是示意性的，關于微粒ll的分布并不 重要。
表面10是朝向墊片5外部的熱交換表面。熱交換表面10能與承 載墊片的支撐體7接觸，或者其能與空氣直接接觸。有利地是，微粒 11的隨機分布確保除制動表面9以外的墊片5的其它各表面是與空氣 或與比如承載墊片的支撐體的另一主體的交換熱量的熱交換表面10， 因此是冷卻表面。熱交換的效率與傳統制動器比較極大地增加了；實 際上，墊片5的全部熱交換表面是所有表面10的總和，并且比生成熱 量的制動表面9大得多。
反過來墊片承載體7能安裝有冷卻散熱片20(圖3)以進一步增加熱 交換表面。 在圖4中，箭頭示意性地標明墊片內部和外部的熱傳遞流。為了
使熱流最大化，有利的是使用熱傳遞系數高于50W/m°K、甚至更優選 高于150W/m°K的材料的微粒11。
為了做比較，認為用于當前墊片的基體優選具有小于0.5W/m°K 的熱傳遞系數，因此應認為其是絕熱材料。
優選地，微粒11具有小于500nm、甚至更優選低于200nm的平 均尺寸。在優選情況下，使用由石墨特別是由膨脹的天然石墨制成的 微粒ll，其還因不增加墊片5的重量的較低比重而特別合適，優選將 微粒11的尺寸選擇為介于10pm至100pm之間。
根據一種可能的變形，微粒11能由二硫化鉬制成，并具有小于 20pm的平均尺寸。
根據另一種可能的變形，微粒11能由金屬材料制成，例如鋅、鐵、 鋼，但更優選為鋁，甚至更優選為銀或銅；實際上，這些材料具有特 別高的熱傳遞系數。在這些情況下，微粒11的尺寸低于l)im。
一般地，制成制動墊片5的混合物必須遵循以下以成分的百分比 重量給出的配方30%-60%的橡膠和4%-50%的微粒11。
遵循一般配方的第一優選混合物由30%-40%的橡膠、40%-60%的 軟木和4%-20%的微粒11所給出。在這種情況下，應當注意所允許的 微粒11的百分比被減小，以避免因同時存在軟木而導致的聚集的問題。 特別地，能將軟木引入微粒，該軟木的平均尺寸在0.3-lmm之間，優 選在0.5-0.7mm之間；比軟木的尺寸更小的高熱導率材料的微粒11是 優選的，因為它們可插入軟木的微粒之間的空隙。
遵循一般配方的第二優選混合物包括30%-40%的橡膠、40%-60% 的軟木和4%-15%的膨脹的天然石墨的微粒11。由于微粒和軟木都是 與橡膠的相異的元素，因而其使橡膠的聚集惡化，盡管在所有提到的 微粒ll的類型中，膨脹的天然石墨是使其惡化最少的。為了限制這種 影響，當具有例如從45%到55%的高百分比的軟木時，優選使微粒的 百分比處在范圍的低端，例如從4%到10%。
在任何情況下，優選地，軟木和微粒ll按百分比重量計的總量在 65%以下。
所有混合物還含有橡膠的交聯劑，所述交聯劑優選地由從丙烯腈 丁二烯、氫化丙烯腈丁二烯、苯乙烯丁二烯、乙烯-丙烯、氯丁二烯或 其組合中選擇的聚合物構成。
圖5示出了根據本發明的可選擇實施例的墊片105，其中熱量從墊 片105內部的制動表面109通過并入墊片105的主體112的基體113 中的導熱細絲111向熱交換表面IIO傳遞。例如距制動表面約3mm距 離的直接設置在制動表面109下方的銅細絲是特別優選的；以該距離， 它們保持了從制動表面109收集熱量的良好能力，同時還避免使它們 隨墊片105的磨損而在制動期間能到達制動表面109并磨損輪圈3的 側面8。
以上所示的墊片當然也可與由象鋁合金的金屬制材料制成的輪圈 配合使用，只不過冷卻效果較為不明顯。
權利要求
1. 用于自行車(1)的制動器(4)制動墊片(5，105)，包括用來在制動期間被壓向自行車(1)的車輪(2)的輪圈(3)的側面(8)的制動表面(9，109)，其特征在于，所述制動墊片包括適于從制動表面(9，109)傳走熱量的熱傳遞裝置(11，111)。
2. 根據權利要求l所述的墊片，包括與所述制動表面(9， 109)截然 不同的、朝向墊片(5， 105)外部的熱交換表面(10， 110)，其中，所述熱 傳遞裝置(ll， 111)從制動表面(9， 109)將熱量傳遞至熱交換表面(10， 110)。
3. 根據權利要求2所述的墊片，其中，所述熱交換表面(IO， 110) 適于與承載墊片的支撐體(7)或空氣接觸。
4. 根據權利要求1至3中的任一項所述的墊片，包括高摩擦材料的 基體(H3)，其中所述熱傳遞裝置包括并入所述基體(113)中的、具有比 所述基體(113)的材料更高的熱導率的材料的細絲(111)。
5. 根據權利要求4所述的墊片，其中，所述細絲(lll)接近于制動 表面(109)但不在所述制動表面(109)上顯現。
6. 根據權利要求4或5所述的墊片，其中，所述細絲(lll)由熱導率 高于50W/m"K、優選高于150W/m"K的材料制成。
7. 根據權利要求6所述的墊片，其中，所述細絲(lll)由金屬材料 制成，優選地由鋅、鐵、鋼、鋁、銅或銀制成。
8. 根據權利要求1至3中的任一項所述的墊片，包括高摩擦材料的 基體(13)，其中所述熱傳遞裝置包括并入所述基體(13)中的、具有比所 述基體(13)的材料更高的熱導率的材料的微粒(11)。
9. 根據權利要求8所述的墊片，其中，所述微粒(ll)分布在包括所 述制動表面(9)的整個基體(13)中。
10. 根據權利要求8或9所述的墊片，其中，所述微粒(ll)由熱導率 高于50W/m'K的材料制成。
11. 根據權利要求10所述的墊片，其中，所述微粒(ll)由熱導率高 于150W/m"K的材料制成。
12. 根據權利要求8所述的墊片，其中，所述微粒(ll)具有小于 500pm的平均尺寸。
13. 根據權利要求12所述的墊片，其中，所述微粒(ll)具有小于 200pm的平均尺寸。
14. 根據權利要求8所述的墊片，其中，所述基體(13)由橡膠制成， 并且所述微粒(ll)由石墨制成，優選由膨脹的天然石墨制成。
15. 根據權利要求14所述的墊片，其中，所述微粒(ll)具有介于 1 Oiim至1 OOpm之間的平均尺寸。
16. 根據權利要求8所述的墊片，其中，所述基體(13)由橡膠制成， 并且所述微粒(ll)由二硫化鉬制成。
17. 根據權利要求16所述的墊片，其中，所述微粒(ll)具有小于 20pm的平均尺寸。
18. 根據權利要求8所述的墊片，其中，所述微粒(ll)由金屬材料制成，優選由鋅、鐵、鋼、鋁、銅或銀制成。
19. 根據權利要求18所述的墊片，其中，所述微粒(11)具有小于1, 的平均尺寸。
20. 根據權利要求8所述的墊片，由包括以重量計30-60%的橡膠和 4-50%的微粒(11)的混合物制成。
21. 根據權利要求20所述的墊片，其中，所述混合物包括以重量 計30-40%的橡膠、40-60%的軟木和4-20%的微粒(11)。
22. 根據權利要求21所述的墊片，其中，軟木和微粒(ll)的百分比 重量的總和小于或等于65%。
23. 根據權利要求21所述的墊片，其中，所述軟木是平均尺寸為 0.3-lmm、優選0.5-0.7mm的微粒。
24. 根據權利要求21所述的墊片，其中，所述微粒(ll)由以重量計 等于4-15%的量的膨脹的天然石墨制成。
25. 用于自行車(1)的車輪制動組件(6)，包括 車輪(2)，包括具有兩個相對側面(8)的輪圈(3);和 制動器(4)，包括兩個制動墊片(5， 105)，用來于在將相應的墊片(5，105)的制動表面(9， 109)壓向輪圈(3)的側面(8)意義下的制動期間被啟 動；其特征在于，各墊片(5， 105)包括從制動表面(9， 109)帶走熱量的 熱傳遞裝置(ll， 111)。
26. 根據權利要求25所述的組件，其中，所述輪圈(3)由合成材料 制成。
27. 根據權利要求25所述的組件，其中，各墊片(5， 105)通過承載 墊片的支撐體(7庫配在各制動器(4)上。
28. 根據權利要求27所述的組件，其中，各墊片(5， 105)包括與各 承載墊片的支撐體(7)接觸的、朝向墊片(5， 105)外部的熱交換表面，其 中所述熱傳遞裝置(ll， 111)將熱量從制動表面(9， 109)傳遞至熱交換表 面(IO， 110)，并從此處傳遞至承載墊片的支撐體(7)。
29. 根據權利要求28所述的組件，其中，各承載墊片的支撐體(7) 設有散熱片(20)，以促進散熱。
30. 混合物，用于制備用于自行車(1)的制動器(4)的制動墊片(5， 105)，所述混合物包括橡膠、交聯劑和具有比橡膠更大的熱導率的材料 的微粒(ll)。
31. 根據權利要求30所述的混合物，其中，所述微粒(ll)為熱導率 高于50W/m'K、優選高于150W/m。K的材料。
32. 根據權利要求31所述的混合物，其中，所述微粒(ll)具有小于 500pm、優選低于200pm的平均尺寸。
33. 根據權利要求32所述的混合物，其中，所述微粒(ll)是平均尺 寸介于10inm至100^im之間的石墨，優選是平均尺寸介于10^im至100^im之間的膨脹的天然石墨。
34. 根據權利要求32所述的混合物，其中，所述微粒(ll)是平均尺 寸小于20pm的二硫化鉬。
35. 根據權利要求32所述的混合物，其中，所述微粒(ll)是平均尺 寸小于lpm的金屬材料，優選是平均尺寸小于lnm的鋅、鐵、鋼、鋁、 銅或銀。
36. 根據權利要求30-35中的任一項所述的混合物，包括以重量計 30-60%的橡膠和4-50%的微粒(11)。
37. 根據權利要求36所述的混合物，包括以重量計30-40%的橡膠、 40-60%的軟木和4-20%的微粒(11)。
38. 根據權利要求37所述的混合物，其中，軟木和微粒(ll)的百分 比重量的總和小于或等于65%。
39. 根據權利要求37所述的混合物，其中，所述軟木是平均尺寸 為0.3-lmm、優選為0.5-0.7mm的微粒。
40. 根據權利要求37所述的混合物，其中，所述微粒(ll)是以重 量計等于4-15%的量的膨脹的天然石墨。
全文摘要
制動墊片(5)包括用來在制動期間被壓向自行車(1)的車輪(2)的輪圈(3)的側面(8)的制動表面(9)，以及適于從制動表面(9)傳走熱量的熱傳遞裝置(11)。因此將制動期間在制動表面(9)生成的熱量從該區域帶走并傳入墊片(5)的其它區域。
文檔編號F16D69/00GK101376417SQ20081021492
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月29日 優先權日2007年8月31日
發明者保羅·法布里斯 申請人:坎培諾洛有限公司