DE10102707B4

DE10102707B4 - Rohrverbindung für ein aus verbundmaterial gebildetes innenrohr

Info

Publication number: DE10102707B4
Application number: DE10102707A
Authority: DE
Inventors: Robert Gonczi
Original assignee: Easton Sports Inc
Current assignee: Fox Factory Inc
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: US6176640B1; FR2819028A1; GB0100419D0; GB2370868B; FR2819028B1; DE10102707A1; GB2370868A

Abstract

Rohrverbindung, mit: einem Innenrohr (20), das eine konvexe Außenfläche und einen Klemmseitenbereich (22) aufweist, der von der konvexen Außenfläche rückspringt; einem Außenrohr (10), das eine konkave Innenfläche, die sich durch Ineinanderschieben mit der Außenfläche des Innenrohrs (20) in Eingriff befindet, und einen Schlitz (12) aufweist, der für einander zugewandte Kanten sorgt, die während eines Klemmens aufeinander zu bewegt werden; und einer Außenrohrklemme (40) in radialer Ausrichtung mit dem Klemmseitenbereich (22), dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (20) aus einem Verbundmaterial in Form eines faserverstärkten Harzmaterials gebildet ist und der Klemmseitenbereich (22) unmittelbar an und in radialer Ausrichtung mit einem Zwischenraum zwischen den einander zugewandten Kanten des Schlitzes (12) derart positioniert ist, dass die einander zugewandten Kanten während eines Anziehens der Klemme (40) nicht mit dem Klemmseitenbereich (22) des Innenrohrs (20) in Eingriff gelangen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Hochleistungsfahrradkomponenten und insbesondere auf die Verhinderung oder Minderung von Rissen rohrförmiger Komponenten infolge darin durch Klemmung induzierter Spannungen.
Beim Hochleistungsradfahren müssen der Rahmen und andere Komponenten des Fahrrads fest, steif und von geringem Gewicht sein. Wie weithin bekannt ist, können rohrförmige Fahrradrahmen und Teile davon, Lenkstangen, Sattelstützen und andere Strukturkomponenten des Fahrrads wie auch andere Strukturen aus Metall oder Metalllegierungen wie etwa Stahl, Aluminium und Titan oder aus hochfesten Verbundwerkstoffen wie etwa mit Kohlenstoff oder Glasfaser verstärkten ausgehärteten Harzen bestehen. In einigen Fällen können Metallrohre außen mit einer Verbundschicht versehen sein. Rohrförmige Strukturelemente, die aus Verbundmaterialien gefertigt sind, sind insbesondere gegenüber Schäden durch Klemmen anfällig, da das Einklemmen eines Endes eines Innenrohrs, wie etwa einer Fahrradsattelstütze, eines Lenkstangenschafts oder von Lenkstangen, in ein Außenrohr, das durch eine C-förmige Klemme zusammengedrückt wird, erwiesenermaßen die strukturelle Integrität des Verbundmaterials rasch durch Einfurchen, Reibverschleiß und Punktbelastung zerstört. Eine Möglichkeit, diesem Problem zu begegnen, ist die Verwendung einer Doppelgelenkklemme, wie etwa einer Zweigelenk-Stiftklemme für die Fahrradlenkstange.
Aus der US 2 358 737 A ist eine Rohrverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt.
Die Hauptaufgabe der Erfindung ist es, eine Rohrverbindung für hochfeste und leichtgewichtige rohrförmige Verbundstrukturbauteile zur Verfügung zu stellen, bei der das Auftreten von Rissen infolge von Klemmspannungen ineinander geschobener geklemmter Bauteile deutlich verringert ist.
Die Erfindung sieht dazu eine Rohrverbindung gemäß Patentanspruch 1 vor.
Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, anhand derer eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels erfolgt.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Teils eines Fahrradrahmens mit einer darin eingeklemmten Sattelhohlstütze.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine allgemein C-förmige Klemme, einen Rahmen und eine Sattelhohlstütze.
3 zeigt eine vergrößert dargestellte Ansicht wie in 2, die ein Einfurchen einer aus dem Stand der Technik bekannten Sattelhohlstütze veranschaulicht.
4 zeigt eine Ansicht eines Endes einer entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre aufgebauten Sattelhohlstütze.
5 zeigt eine Seitenansicht der Sattelhohlstütze in 4.
Obwohl die Erfindung auf Verbindungen verschiedener durch Ineinanderschieben in Eingriff gebrachter Rohre anwendbar ist, die durch eine allgemein C-förmige Außenklemme zusammengehalten werden, wird die Erfindung zweckmäßigerweise unter besonderer Bezugnahme auf die Verbindung einer in einen Fahrradrahmen eingeschobenen und von diesen aufgenommenen Fahrradsattelstütze oder -hohlstütze beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, nimmt ein Außenrohr 10, das einen Teil des Fahrradrahmens bildet, ein eingeschobenes Innenrohr 20 in Form einer Fahrradsattelstütze auf, wobei der Innendurchmesser des Außenrohrs ungefähr dem Außendurchmesser der Sattelstütze entspricht, sodass für einen engen Gleitsitz gesorgt ist. Das Rahmenrohr 10, das aus Metall oder einem Verbundmaterial oder einer Kombination dessen bestehen kann, weist in sich einen sich längs erstreckenden Schlitz 12 auf, sodass die voneinander beabstandeten Kanten des Schlitzes 12 in dem Außenrohr 10 durch eine C-förmige Klemme zusammengezogen werden können. Das Innenrohr 20 in Form einer Fahrradsattelstütze weist an seinem oberen Ende einen Sattelaufnahmekopf 30 auf, der in beliebiger Weise permanent mit dem Innenrohr 20 verbunden sein kann. Das Innenrohr 20 ist vollständig aus einem Verbundmaterial gebildet, wie etwa aus mit Kohlenstofffasern verstärktem Epoxydharz, oder es kann ein Rohr mit einer Schichtanordnung umfassen, bei dem eine metallische Innenlage von einer Außenflächenlage oder von Außenflächenlagen 21, 23 (5) bedeckt ist, die aus Verbundmaterial gebildet sind.
Wie in 2 zu erkennen ist, weist die C-förmige Klemme 40, wie allgemein bekannt ist, ein Paar beabstandeter Ohren 42, 44 auf, die während des Klemmens durch ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement 46 zusammengezogen werden.
Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist, dass das Innenrohr 20 des zusammenzuklemmenden Rohrpaars mindestens eine und vorzugsweise zwei längliche Flachstellen 22, 24 aufweist, die jeweils auf genau entgegengesetzten Seiten des Rohrs 20 vorgesehen sind. Wie in 2 zu erkennen ist, befindet sich die Funktionsflachstelle 22 nahe dem Schlitz 12 in dem Außenrohr 10, sodass die voneinander beabstandeten Kanten auf den gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes 12 des äußeren Rahmenrohrs 10 niemals in Kontakt mit der Außenfläche der Sattelstütze oder des Innenrohrs 10 kommen. Die Flachstelle 22 sorgt somit für einen Klemmseitenbereich, der derart in radialer Ausrichtung mit dem Zwischenraum zwischen den einander zugewandten Kanten des Schlitzes 12 in dem Rahmenrohr 10 zu positionieren ist, dass die einander zugewandten Kanten des Schlitzes in dem Rahmenrohr 10 nicht in Kontakt mit dem Klemmseitenbereich 22 des Sattelstützeninnenrohrs 20 kommen oder auf andere Weise damit in Eingriff gelangen. Die Länge der Flachstelle oder der Flachstellen 22, 24 wird so gewählt, das sie ungefähr der Länge entspricht, mit der sich die Höhe eines (nicht gezeigten) an dem Kopf 30 zu befestigenden Fahrradsattels einstellen lässt. Obwohl der Klemmseitenbereich oder die Klemmseitenbereiche 22, 24 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als flache Flächen dargestellt sind und das Innen- und das Außenrohr 10, 20 als runde Rohre dargestellt sind, liegt es auf der Hand, dass weder die Klemmseitenbereiche 22, 24 flach sein müssen noch die Rohre 10, 20 rund sein müssen. Der Klemmseitenbereich oder die Klemmseitenbereiche 22, 24 werden zweckmäßigerweise während der Formung des Verbundsattelstützenrohrs 20 gebildet.
Wie in diesem Fachgebiet bekannt ist, setzen sich Verbundfahrradsattelstützen aus einer Vielzahl von Verbundlagen zusammen, durch die sich die rohrförmige Form ergibt, und weisen die Verbundlagen üblicherweise in sich Verstärkungsstränge auf, die bezüglich der Längsachse des Sattelstützenrohrs 20 unter dazu verschiedenen Winkeln angeordnet sind. Zumindest einige der Lagen 21, 23 des Verbundsattelstützenrohrs bestehen vorzugsweise aus mit Kohlenstoff verstärktem Epoxydharz.
Wie in 3 zu erkennen ist, in der eine aus dem Stand der Technik bekannte Fahrradsattelstütze 200 gezeigt ist, die keinen der Erfindung entsprechenden Klemmbereich 22 aufweist, furchen sich die voneinander beabstandeten Kanten des Schlitzes 12 in dem äußeren Rahmenrohr 10 in die Außenfläche des Sattelstützenrohrs 200 ein, wenn die Klemme 40 angezogen wird. Eine mikroskopische Untersuchung dieser herkömmlichen Sattelstütze ergab, dass in diesem bestimmten Bereich Risse auftreten, die sich im Klemmbereich im Allgemeinen längs zur Sattelstütze erstrecken und sich außerhalb des Bereichs der Klemme 40 in zufälligen Richtungen erstrecken. Diese Feststellung führte zu der Entwicklung der Erfindung, bei der ein flacher Klemmseitenbereich 22 vorgesehen ist, um auszuschließen, dass sich die Kanten des Schlitzes 12 während des Anziehens der Klemmenbefestigungselement 46 in die Außenfläche des Verbundsattelstützenrohrs 20 eingraben und einfurchen. Auch wenn Sattelstützen mit leicht unterschiedlichen Durchmessern gefertigt werden können, stellte sich heraus, dass ein Radialabstand zwischen dem Mittelpunkt einer Sehne, die durch den Klemmseitenbereich 22 verläuft, und dem normalen Außendurchmesser der Sattelstütze von etwa 0,50 mm eine angemessen gute Funktion gewährleistet, mit der sich Risse verhindern oder zumindest mindern lassen, um auf diese Weise die Festigkeit des Rohrs 20 in dem angesprochenen Bereich wesentlich zu verbessern. Es ist vorzuziehen, während der Formung der Sattelstütze 20 zueinander genau entgegengesetzt beabstandete allgemein flache Bereiche 22, 24 vorzusehen, um für eine Symmetrie zu sorgen, die bei der Herstellung und beim Anbringen von anderen Teilen an die Fahrradsattelstütze, wie etwa den Kopf 30, nützlich ist, der ebenfalls auf eine ähnliche Weise, wie die Sattelstütze in das Rahmenrohr 10 geklemmt wird, an die Sattelstütze 20 geklemmt werden kann.
Bei Spannungsuntersuchungen einer Vielzahl von Verbundsattelstützen, die in äußere Rahmenrohre 10 aus Stahl, Titan und anderen Materialien geklemmt wurden, wurde das mit einem Gewinde versehene Befestigungselement 46 der Klemme 40 soweit angezogen, dass es in dem Sattelstützenrohr zu Rissen kam. Sämtliche der überprüften herkömmlichen Stützen zeigten bei einem Klemmmoment von nicht mehr als 23 Nm (200 Inch Pound) Risse. Im Vergleich dazu zeigten sich in Sattelstützen, die erfindungsgemäß gefertigt worden waren, auch dann keine Risse, wenn auf das Klemmenbefestigungselement 46 ein Moment von 28 nm (250 Inch Pound) aufgebracht wurde. Daraus ergab sich, dass das Vorsehen eines wie gezeigt aufgebauten flachen oder auf andere Weise geeignet gestalteten Klemmseitenbereichs 22, der einen Kontakt zwischen den Kanten des Schlitzes 12 in dem die Sattelstütze aufnehmenden Rahmenrohr 10 und der Außenfläche des darin eingeklemmten Sattelstützenrohrs 20 verhindert, die Wahrscheinlichkeit eines Versagen des Sattelstützenrohrs 20 infolge von Rissen, die sich aus einem zu hohen auf das Klemmenbefestigungselement 46 aufgebrachten Moment ergeben, deutlich verringert wird.
Die beschriebenen in Außenrohre einzuklemmenden Verbundrohrbauteile können in einer Form hergestellt werden, in der ein aufblasbarer Formkern Verwendung findet, um die Verbundlagen des Bauteils in Eingriff mit den Innenflächen der Form zu drängen.
Der Fachmann wird darüber hinaus anhand des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels verschiedene Abwandlungen der Erfindung erkennen, die dennoch in den Schutzumfang der Erfindung fallen, soweit er durch die Patentansprüche vorgegeben ist.

Claims

Rohrverbindung, mit: einem Innenrohr (20), das eine konvexe Außenfläche und einen Klemmseitenbereich (22) aufweist, der von der konvexen Außenfläche rückspringt; einem Außenrohr (10), das eine konkave Innenfläche, die sich durch Ineinanderschieben mit der Außenfläche des Innenrohrs (20) in Eingriff befindet, und einen Schlitz (12) aufweist, der für einander zugewandte Kanten sorgt, die während eines Klemmens aufeinander zu bewegt werden; und einer Außenrohrklemme (40) in radialer Ausrichtung mit dem Klemmseitenbereich (22), dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (20) aus einem Verbundmaterial in Form eines faserverstärkten Harzmaterials gebildet ist und der Klemmseitenbereich (22) unmittelbar an und in radialer Ausrichtung mit einem Zwischenraum zwischen den einander zugewandten Kanten des Schlitzes (12) derart positioniert ist, dass die einander zugewandten Kanten während eines Anziehens der Klemme (40) nicht mit dem Klemmseitenbereich (22) des Innenrohrs (20) in Eingriff gelangen.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmseitenbereich (22) im Wesentlichen flach ist.
Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (20) ein Fahrradsattelstützenhohlrohr umfasst und das Außenrohr (10) einen Abschnitt eines Fahrradrahmens umfasst, wobei der Klemmseitenbereich (22) eine Mitte hat, die von dem Außendurchmesser des Hohlrohrs radial um etwa 0,50 mm beabstandet ist.
Verbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch zwei der Klemmseitenbereiche (22, 24) auf genau entgegengesetzten Seiten des Innenrohrs (20).
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (20) aus einer Vielzahl Verbundlagen (21, 23) besteht, die bezüglich der Längsachse des Innenrohrs unter verschiedenen Winkeln angeordnete Verstärkungsstränge aufweisen.
Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Verbundlagen (21, 23) mit Kohlenstoff verstärktes Epoxydharz ist.
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (20) mit Ausnahme des Klemmseitenbereichs (22) einen runden Querschnitt hat.
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (20) und der Klemmbereich (22) darauf durch Formung gebildet sind.
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemme (40) ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement (46) umfasst.