DE10114407A1

DE10114407A1 - Kunststofflaufrad und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10114407A1
Application number: DE2001114407
Authority: DE
Inventors: Robert Wessel
Original assignee: SRAM Deutschland GmbH
Current assignee: SRAM Deutschland GmbH
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststofflaufrad für Fahrräder oder dgl. und besteht aus einer Nabe, die mit der Felge über einen Scheiben- oder Speichenkörper aus Kunststoff verbunden ist. Der Scheiben- oder Speichenkörper besitzt einen oder mehrere Hohlräume mit geschlossenem Profil. Damit eine zerstörungsfreie Entformung des hohlraumbildenden Werkzeugteils möglich wird, erfolgt eine Vergrößerung des Hohlraumquerschnittes in radialer Richtung. Der Scheiben- bzw. Speichenkörper wird im Spritzgußverfahren in einem axial geteilten Werkzeug hergestellt. Die Hohlräume werden von radial entformbaren Werkzeugteilen gebildet. Der offene Felgenring besteht aus geeignetem Werkstoff, z. B. Aluminium, und hat ein geschlossenes Hohlprofil sowie seitlich angeordnete Flansche. Die Felge besitzt keine Speichenlöcher und wird über den Umfang des Kunststoffteils gelegt, verstiftet und die seitlichen Flansche der Felge um die Ränder des radial offenen Scheiben- bzw. Speichenkörpers gebördelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufrad für Fahrräder oder dgl. gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Das Laufrad besteht im wesentlichen aus einer Nabe, die mit einer Metallfelge über ein scheiben- oder speichenartiges, radial offenes Kunststoffteil verbunden ist. Das Kunststoffteil wird als hohles Scheibenrad oder mit hohlen Speichen versehen, ein teilig in Spritzgußtechnik hergestellt.

Herkömmliche Drahtspeichenräder sind aufwendig in der Herstellung und aero dynamisch ungünstiger als Scheibenräder bzw. Wenig-Speichen-Laufräder.

In der Patentschrift US 4930843 wird ein Laufrad mit nicht mehr als fünf Speichen gezeigt. Das Laufrad besteht aus einem Nabenkörper, der von einem speichenför migen Kunststoffteil radial umschlossen ist. Die hohlen Speichen haben einen elipti schen Querschnitt und verbinden die zentrale Nabe mit einem Felgenring bzw. ge hen in die Felgenkontur über, so dass Speichen und Felgenring ein einziges Kunst stoffbauteil bilden. Am Felgenring ist an einer Stelle zwischen den Speichen eine Öffnung für das Ventil vorgesehen. Dieses Kunststoffteil besteht aus faser verstärktem Harz und wird in einer Form mit zusätzlichen zur Verstärkung angeord neten Fasereinlagen hergestellt. Die gewichtsparenden Hohlräume in den Speichen und dem Felgenring werden durch Aufblasen von entsprechend eingelegten Blasen erzeugt.

Das in der Patentschrift gezeigte Laufrad zeichnet sich durch geringes Gewicht und hohe Formstabilität aus. Allerdings wird dies durch ein aufwendiges, mit viel Handar beit verbundenen Herstellverfahren erreicht. Des weiteren eignet sich die Kunst stofffelge kaum für die häufig am Fahrrad verwendete Felgenbremse.

Ziel der Erfindung ist es, ein Laufrad gemäß dem Gattungsbegriff zu schaffen, das zum einen formstabil und gewichtsparend, und zum anderen felgenbremstauglich und zudem kostengünstig herstellbar ist.

Die Erfindung zeigt nun eine andere Ausgestaltung des Kunststofflaufrades, insbe sondere des einteiligen Speichen- bzw. Scheibenkörpers. Hierbei werden folgende Aufgaben gelöst:
Stabile, leichte und für die Serienherstellung geeignete Gestaltung des Speichen- bzw. Scheibenkörpers. Montagefreundliche und stabile Verbindung des aus Kunst stoff bestehenden Speichen- bzw. Scheibenkörpers mit der Nabe und dem felgen bremstauglichen Felgenring.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Haupt anspruches und des Nebenanspruches beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen einteiligen hohlen Scheibenkörper bzw. einen Speichenkörper mit zwei oder mehr, vorzugsweise sechs hohlen Spei chen, in Spritzgußtechnik herzustellen. Die Scheiben- bzw. Speichenhohlräume bil den geschlossene Profile und gewährleisten somit eine hohe Radstabilität bei gerin ger Wandstärke und geringem Gewicht. Wenn erforderlich, können noch im wesent lichen radial verlaufende, stabilitätsverbessernde, innenliegende Rippen vorgesehen werden. Die Umfangskontur des Speichenkörpers kann je nach Stabilität der Spei chen und des Felgenringes offen oder geschlossen ausgebildet werden.

Üblicherweise ist die axiale Abmessung der Nabe wesentlich größer als die Felgen breite. Dem entsprechend ist auch der Scheiben- bzw. Speichenkörper im Nabenbe reich breiter als im Felgenbereich. Da die hohlraumbildenden Werkzeugteile radial entformt werden, ist es zweckmäßig, wenn sie sich im Gegensatz zur Außenkontur des Scheibenkörpers oder der Speichen zur Nabe hin verjüngen. Die geschickte Formgebung des Speichen- bzw. Scheibenkörpers mit der nach außen zunehmen den Querschnittsfläche des Hohlraumes begünstigt ein radiales Entformen der hohl raumerzeugenden Werkzeugteile. Dies wird allerdings erst möglich, wenn der Schei ben- bzw. Speichenkörper beim Spritzprozeß radial offen bleibt und somit noch keine Felge oder kein geschlossenes Felgenbett vorhanden ist.

Zur Einsparung von Gewicht und Materialkosten wird nun vorgeschlagen, die axiale Breite der Hohlräume in Richtung Nabe zu vergrößern. Eine zerstörungsfreie Ent formung der Werkzeugteile wird dennoch durch die in Entformungsrichtung deutlich zunehmende Querschnittsfläche des Hohlraumes und durch die axiale Nachgiebig keit der Hohlraumwände nach erfolgter, axialer Öffnung der Werkzeugform ermög licht. Beim Entformungsvorgang werden die hohlraumbildenden Werkzeugteile so radial nach außen gezogen, dass sich die axial breiter werdende Kontur im wesentli chen in der Mitte des Scheiben- bzw. Speichenhohlraumes befindet. Dadurch wird die axiale Nachgiebigkeit der Hohlraumwand optimal zur zerstörungsfreien Entfor mung der Werkzeugteile genutzt. Die Formgebung der hohlraumbildenden Werk zeugteile und die Nachgiebigkeit der Speichen- bzw. der Scheibensegmentwand ist so aufeinander abgestimmt, dass es beim Entformungsvorgang nicht zu einer blei benden Verformung oder gar Beschädigung des Laufrades kommt.

Ein hohles, geteiltes, hohlraumbildendes Werkzeugteil, das sich beim radialen Ent formen ineinander verschiebt und dadurch in axialer Richtung schmäler wird, ver meidet jegliche Aufweitung und trägt wesentlich zur zerstörungsfreien radialen Ent formung sowie zur seriellen Herstellung bei.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Entformungs vorgang der hohlraumbildenden Werkzeugteile zur dauerhaften Formgebung der Speichen oder Scheibensegmente zu nutzen. Hierbei wird die Wandstärke der Speichen bzw. Scheibensegmente durch die, vom breiteren Ende des hohlraumbilden den Werkzeugteiles verursachte Aufweitung bzw. Überdehnung, weiter verringert und eine zusätzliche, zur erwünschten Formgebung beitragende, bleibende Verfor mung erreicht.

Die axial öffnenden Werkzeugteile zur Erzeugung der Außenfläche des Speichen- bzw. Scheibenkörpers erlauben die Gestaltung von zusätzlichen axial oder radial verlaufenden Versteifungsprofilen und Designelementen.

Der Felgenring, z. B. eine extrudierte Kunststoff-Felge oder eine Metallfelge, vor zugsweise eine Alu-Felge, benötigt keine Speichenlöcher und kann z. B. im Strang preßverfahren hergestellt werden. Da der Felgenring kein fester Bestandteil des Speichen- bzw. Scheibenkörpers ist, sondern erst nachträglich montiert wird, kann er hinsichtlich Werkstoff und Dimensionierung optimal auf die auftretenden mechani schen und thermischen Belastungen ausgelegt werden. Die Felge greift mit entspre chenden Ringprofilen über den Umfang des Speichen- bzw. Scheibenkörpers und wird an einem oder zwei Stößen verstiftet. Eine weitere Fixierung von Speichen- bzw. Scheibenkörper und der Felge kann durch bekannte Befestigungsverfahren, wie z. B. Schrauben, Nieten, Kleben oder vorzugsweise durch Umbördeln der Fel genringprofile um die entsprechend geformten Speichenkörperumfangskonturen er folgen.

Die Radnabe z. B. eine Freilaufnabe, eine Getriebenabe, eine Bremsnabe oder eine Kombination daraus, wird entweder vor dem Spritzgußverfahren in die Werkzeug form eingelegt und umspritzt, oder nachträglich in die Nabenaussparung des Spei chen- bzw. Scheibenkörpers montiert. Die nachträgliche Montage der Radnabe kann ebenfalls durch bekannte Befestigungsverfahren, wie z. B. Schrauben, Nieten, Kle ben oder vorzugsweise durch Umbördeln der entsprechend geformten Nabenring flansche erfolgen. Kommen Bremsnaben zum Einsatz, so sind Mittel zur Wärme dämmung vorzusehen, wie sie in DE 20 26 837 beschrieben sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Anhand von vier Figuren wird ein Ausführungsbeispiel zur weiteren Erläuterung der Erfindungsmerkmale gezeigt:

Fig. 1 zeigt zwei Ansichten des Speichenkörpers ohne Felge

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Speichenkörpers

Fig. 3 und 4 zeigen einen Schnitt durch den Speichenkörper

Fig. 5 zeigt ein radial entformbares, hohlraumbildendes Werkzeugteil

Fig. 6 zeigt die Felgenquerschnitte vor und nach dem Umbördeln

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 wird der Speichenkörper 1 dargestellt. Dieser Speichenkörper 1 ist ein stückig und hat zwei, die Speichenfunktion übernehmende, hohle Speichenseg mente 2, die den zur Aufnahme der Felge entsprechend geformten, hier geschlossen ausgebildeten Speichenkörperumfang 3 mit dem zur Aufnahme der Nabenmechanik vorbereiteten Nabenabschnitt 4 verbindet. Die Speichensegmente 2 sind innen hohl und werden, wie in der Scheiben-Ansicht gezeigt, in Richtung Speichenkörperum fang 3 stetig größer. Der Konturverlauf der Speichensegmente ermöglicht die radiale Entformung des entsprechend gestalteten hohlraumbildenden Werkzeugteils. Zur Versteifung der Speichensegmente ist eine mittig verlaufende Verstrebung 5 ange ordnet. Der Speichenkörperumfang 3 nimmt die Felge auf und bildet zur Erhöhung der Stabilität einen, die Speichensegmente verbindenden, geschlossenen Ring 6.

Fig. 2 zeigt eine Variante des Speichenkörpers, der zwischen den Speichenseg menten am Umfang offen ist. Die notwendige Radstabilität wird mit einem, der efor derlichen Festigkeit entsprechend ausgebildeten Speichenquerschnitt und durch ei ne, mit einem geschlossenen Hohlprofil ausgestatteten Felge erreicht.

In Fig. 3 wird der Speichenkörper 1 im Querschnitt gezeigt. Der Nabenabschnitt 4 ist offen und kann somit die Nabenmechanik, z. B. den Freilauf, die Getriebeschaltung sowie eine Nabenbremse aufnehmen. Der Ring 6 wird über das hohle Speichen segment 2 am Nabenabschnitt 4 abgestützt. Die axiale Breite des Speichenseg mentes 2 kann radial konstant verlaufen, oder wie hier gezeigt, zur Verbesserung der Radstabilität in Richtung Nabenabschnitt 4 zunehmen. Die axiale Breite des Hohlraumes 7 ist hier konstant, sie kann sich zur Erleichterung des Entformungsvor ganges zur Nabe hin verjüngen. Dies ergibt eine sich zum Nabenabschnitt 4 hin ver größernde Wandstärke der Speichenwand 8.

In Fig. 4 wird der Speichenkörper 1 im Querschnitt gezeigt. Der Nabenabschnitt 4 ist offen und kann somit die Nabenmechanik, z. B. den Freilauf, die Getriebeschaltung sowie eine Nabenbremse aufnehmen. Der Ring 6 wird über das hohle Speichensegment 2 am Nabenabschnitt 4 abgestützt. Die axiale Breite des Speichenseg mentes 2 bzw. des Hohlraumes 7 kann, wie hier gezeigt, zur Verbesserung der Radstabilität in Richtung Nabenabschnitt 4 zunehmen. Das Entformen des hohl raumbildenden Werkzeugteils aus dem Speichenkörper erfolgt wieder in radialer Richtung. Obwohl der Hohlraum in der axialen Breite nach außen hin abnimmt, ge lingt ein zerstörungsfreier Entformungsvorgang. Ermöglicht wird dies zum einen durch die Nachgiebigkeit der Speichenwand 8, durch die Verwendung eines bedingt elastischen Kunststoffmaterials, und zum anderen durch die geschickte Formgebung des Hohlraumes bzw. des hohlraumbildenden Wergzeugteiles 9, dessen Quer schnittsfläche in Entformungsrichtung trotz abnehmender axialer Breite, deutlich zu nimmt. Beim Entformungsvorgang wird das zur Radmitte hin axial breiter werdende hohlraumbildende Werkzeugteil 9 so geführt, dass es sich jeweils möglichst in der Mitte des Hohlraumes 7 befindet, wodurch die axiale Nachgiebigkeit der Speichen wand 8 besonders effektiv genutzt werden kann.

Fig. 5 zeigt die Kontur des hohlraumbildenden Werkzeugteils 9 und dessen Quer schnittsverlauf. Die Längen und Breiten des Querschnittsflächenverlaufes ist so ge wählt, daß die Querschnittsfläche 10 in Entformungsrichtung deutlich zunimmt und somit eine zerstörungsfreie Entformung des Werkzeugteils 9 aus dem, im Spritzguß verfahren hergestellten Speichenkörper unter Ausnutzung der axialen Nachgiebigkeit der Speichenwand möglich wird. Das hier gezeigte Werkzeugteil 9 formt den Hohl raum für ein Speichenelement mit einer radial verlaufenden Verstrebung, die zusätz lich zur Versteifung des Speichenkörpers beiträgt. Neben dem Speichenhohlraum formt dieses Werkzeugteil 9 mit dem Formabschnitt 11 auch noch einen Teilab schnitt der U-förmigen Innenkontur des zur Aufnahme der Felge vorgesehenen Rin ges am Speichenkörperumfang.

Fig. 6 zeigt den Felgenquerschnitt 12 vor bzw. nach dem Umbördelvorgang. Die Fel ge besteht aus einem U-Profil 13 zur Aufnahme des Fahrradreifens und einem form stabilen, geschlossenen, hohlen Kastenprofil 14 und radial nach innen ausgerichte ten, seitlichen Flanschen 15. Die geteilte Felge wird über den, mit einem seitlich er habenen Rand ausgestatteten Speichenkörperumfang 3 gelegt und verstiftet. Anschließend wird der Speicherkörperumfang 3 beidseitig zwischen dem Kastenprofil 14 und dem Flansch 15 durch Umbördeln der seitlichen Flansche 15 festgeklemmt.

Bezugszeichenliste

1

Speichenkörper

2

Speichensegment

3

Speichenkörperumfang

4

Nabenabschnitt

5

Verstrebung

6

Ring

7

Hohlraum

8

Speichenwand

9

Werkzeugteil

10

Querschnittsfläche

11

Formabschnitt

12

Felgenquerschnitt

13

U-Profil

14

Kastenprofil

15

Flansch

Claims

1. Laufrad mit einer Radnabe, einer Felge und mindestens einem sich radial er streckenden Verbindungsteil, dadurch gekennzeichnet, dass das verbindende Teil von einem einteiligen, hohlen und radial nach außen of fenen Scheiben- oder Speichenkörper gebildet wird, der vorzugsweise aus Kunst stoffmaterial besteht.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheiben- oder Speichenkörper die Radnabe zumindest teilweise um schließt und einen oder mehrere radial nach außen verlaufende Hohlräume auf weist.

3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und Breite des Hohlraumquerschnittes der Scheiben- oder Spei chenkörper in radialer Richtung, von innen nach außen, im wesentlichen konstant bleiben oder sich vergrößern.

4. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite, des sich radial nach außen hin vergrößernden Querschnittes der Scheiben- oder Speichenhohlräume, in radialer Richtung nach außen hin ab nimmt.

5. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben- oder Speichenkörper radial verlaufende Hohlräume aufweisen, die über mehrere stabilitätsverbessernde geschlossene Profile verfügen.

6. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Scheiben- oder Speichenhohlräumen im wesentlichen radial verlaufende Verstärkungsrippen angeordnet sind.

7. Laufrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der scheibenförmigen Außenflächen des Scheiben- oder Speichenkörpers erhabene Versteifungsprofile angeordnet sind.

8. Laufrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche des Scheiben- oder Speichenkörpers erhabene oder ein gezogene Designelemente angeordnet sind.

9. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheiben- oder Speichenkörper zwei oder mehr hohle mit einem geschlos senen Profil versehene Scheibenabschnitte bzw. Speichen besitzt, die zur Verstei fung am Umfang in Felgennähe miteinander verbunden sind.

10. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in Felgennähe befindliche Umfang des Scheiben- oder Speichenkörpers zwischen den Speichen nicht geschlossen ist.

11. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Felgenring zum Aufstecken auf den Umfang des Scheiben- oder Speichen körpers geöffnet ist oder aus mehreren, vorzugsweise zwei Ringabschnitten, be steht.

12. Laufrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenstöße nach Auflegen auf den Scheiben- oder Speichenumfang fest verbunden, vorzugsweise verstiftet, gefügt oder zusammengesteckt werden.

13. Laufrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge einen geschlossenen Ringraum aufweist und zur sicheren Aufnahme der Umfangskontur des Scheiben- oder Speichenkörpers an den Seiten jeweils ein durch einen Radialflansch gebildeter radial nach innen offener Ringraum vorgesehen ist.

14. Laufrad nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge am Scheiben- oder Speichenkörper mit Befestigungsverfahren wie Schrauben, Nieten, Kleben oder vorzugsweise durch Umbördeln der Radialflansche befestigt wird.

15. Laufrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge keine Speichenlöcher aufweist und aus einem extrudierbaren Kunst stoff, vorzugsweise einem faserverstärkten Kunststoff, oder aus Metall, vorzugswei se aus Aluminium, besteht.

16. Laufrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe mit Befestigungsverfahren wie Schrauben, Nieten, Kleben, Um spritzen oder vorzugsweise durch Umbördeln entsprechender nach außen stehender Radialfiansche des Nabengehäuses am Scheiben- oder Speichenkörper befestigt wird.

17. Laufrad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Bremsnaben, zwischen Scheiben- oder Speichenkörper Mittel zur Wärmedämmung z. B. Aussparungen in den Radialflanschen vorgesehen sind.

18. Verfahren zur Herstellung eines Laufrades mit einer Radnabe, einer Felge und ei nem Scheiben- oder Speichenkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der einteilige, hohle Scheiben- oder Speichenkörper in einem axial geteilten Werkzeug, das die Außenkontur des Laufrades gestaltet, im Spritzgußverfahren hergestellt wird.

19. Verfahren zur Herstellung eines Laufrades nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume im Scheiben- oder Speichenkörper durch radial entformbare Werkzeugteile erzeugt werden.

20. Verfahren zur Herstellung eines Laufrades nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume im Scheiben- oder Speichenkörper durch radial entformbare Werkzeugteile, mit konstanter oder sich in Entformungsrichtung nach außen hin ver größernder Querschnittsfläche, hergestellt werden.

21. Verfahren zur Herstellung eines Laufrades nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche der hohlraumbildenden Werkzeugteile in Entfor mungsrichtung vergrößert und deren axiale Breite konstant bleibt oder vorzugsweise sogar abnimmt.

22. Verfahren zur Herstellung eines Laufrades nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wandungen der Scheiben- bzw. Speichenkörper während des Entfor mungsvorganges der hohlraumbildenden Werkzeugteile verformen und dass diese Verformung die zulässige Materialelastizität des Scheiben- bzw. Speichenkörpers nicht übersteigt und sich somit wieder zurückbildet.

23. Verfahren zur Herstellung eines Laufrades nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wandungen der Scheiben- bzw. Speichenkörper beim radialen Entfor men der hohlraumbildenden Werkzeugteile verformen und dass diese Verformung ganz oder teilweise erhalten bleibt und zur Versteifung und/oder zur optischen Ge staltung beiträgt.