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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Speichenlaufrad mit einer Hohlkammerfelge
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
ist bekannt, Felgen für
Fahrradspeichenlaufräder
aus stranggepressten Hohlkammerprofilen herzustellen, die aus einem
radial äußeren und
einem radial inneren Flansch bestehen, die durch zwei seitliche
Verbindungswände
miteinander verbunden sind. Spezielle strömungsgünstige Felgenprofile besitzen
einen radial inneren Flansch, der sehr schmal ist und im Extremfall
mit den seitlichen Wänden
zusammenfallen kann. Es existieren auch Hohlkammerfelgen, die in
ihrem Inneren noch senkrechte oder vertikale Verstärkungsrippen
aufweisen.
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Für das Befestigen
der Speichen an der Felge sind verschiedene Konstruktionsvarianten üblich: Die
klassische Variante sieht doppelte Ösen vor, die den Nippelkopf
aufnehmen und am radial äußeren sowie
radial inneren Felgenflansch abgestützt sind, wobei der radial äußere und
der radial innere Felgenflansch durchbohrt ist. Bei modernen Felgenausführungen
hängen
die Speichennippel nur im radial inneren Felgenflansch, der daher
mit einer deutlich höheren
Wandstärke
versehen sein muß,
um eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten. Hier dient die Bohrung
im radial äußeren Felgenflansch
nur zur Einführung
des Speichennippels bei der Montage. Es gibt auch Konstruktionen,
bei denen es nicht notwendig ist, den radial äußeren Felgenflansch zu durchbohren,
etwa durch eine Gewindeverbindung zwischen Felge und Nippel, die
es erlaubt, den Nippel von der radial inneren Seite her zu montieren.
In einigen Fällen
werden die Speichen über
Bohrungen in den Seitenwänden
in die Felge eingehängt.
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Die
wichtigsten Eigenschaften einer Felge für Fahrradspeichenlaufräder sind
neben einer hohen Dauerfestigkeit eine hohe Steifigkeit, die dem Laufrad
optimale Fahreigenschaften verleihen soll, möglichst geringes Gewicht, da
durch die Rotation der Laufräder
das Felgengewicht durch das dadurch auftetende Trägheitsmoment
bei Beschleunigung quasi zweifach wirkt, und eine strömungsgünstige Formgebung,
da durch das Abrollen der Laufräder während der
Fahrt die Felge gegenüber
dem Aufstandspunkt mit fast doppelter Fahrgeschwindigkeit durch
die Luft bewegt wird. Angesichts des quadratischen Anstiegs des
Luftwiderstandes mit der Geschwindigkeit ist dabei eine günstige Aerodynamik ein
sehr wesentliches Konstruktionsmerkmal von Laufrädern. In diese Richtung zielt
auch die in jüngerer
Zeit zu beobachtende Entwichlung, die Speichenanzahl von Laufrädern generell
zu vermindern.
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Es
ist somit grundsätzlich
anzustreben, eine im Gewicht stark reduzierte Felge für aerodynamisch optimierte
Fahrradlaufräder
mit reduzierter Speichenzahl herzustellen, die neben einer hohen
Steifigkeit und Dauerfestigkeit auch eine hervorragende Aerodynamik
bietet.
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Allerdings
ist die gleichzeitige Maximierung der vier oben angeführten Eigenschaften
Dauerfestigkeit, Steifigkeit, Leichtigkeit und Aerodynamik durchaus
problematisch. Ein aerodynamisches Felgenprofil zeichnet sich durch
eine im Vergleich zur Breite deutlich vergrößerte Höhe, d.h. einen vergrößerten Abstand
zwischen radial äußerem und
radial innerem Flansch aus, sowie über einen schmalen radial inneren
Flansch, der eine strömungsgünstige Rundung
aufweist. Ein derartiges aerodynamisches Felgenprofil besitzt durch
die deutlich vergrößerte Hohlkammer
meist auch eine sehr hohe Steifigkeit und auch eine verbesserte
Dauerfestigkeit. Das Problem ist die mit der Profilhöhenvergrößerung verbundene
Gewichtserhöhung.
Durch das Herstellungsverfahren des Strangpressens mit nachfolgendem Rundbiegen
existieren für
das Design eines Feigenprofils bestimmte Mindestwandstärken, die
nicht unterschritten werden können.
Daher ist es nicht ohne weiteres möglich, die durch die radiale
Vergrößerung des
Profils bedingte Gewichtserhöhung
durch eine Reduktion der Wandstärke
zu kompensieren, obgleich dies bezüglich der Steifigkeit und Dauerfestigkeit
der Felge möglich
wäre.
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Dazu
kommt, dass aerodynamische Laufräder
deutlich reduzierte Speichenzahlen aufweisen, was zu wesentlich
höheren
Belastungen der Felge im Bereich der Speichenbohrungen führt. Dies
kann je nach Speichenbefestigungsvariante am radial inneren Felgenflansch
oder an den Seitenwänden
lokal nochmals erhöhte
Wandstärken
erfordern, was das Gewicht wiederum unnötig erhöht, da gemäß dem Herstellungsverfahren
des Strangpressens diese Verstärkungen
nicht lokal, sondern nur über
den gesamten Felgenumfang ausführbar
sind.
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Zur
Behebung der angesprochenen Problematik hat man versucht, durch
großflächigen mechanischen
oder chemischen Materialabtrag von außen die erwünschte Reduzierung der Materialstärken an den
weniger belasteten Stellen zu realisieren. Derartige Verfahren können das
Gewicht unter geringer Verminderung von Steifigkeit und Dauerfestigkeit
reduzieren, zerstören
aber die für
eine gute Aerodynamik unabdingbare glatte Außenfläche des Felgenprofils, so dass
es zu unerwünschter
Luftwirbelbildung unter erheblichem Anstieg des Luftwiderstandes kommt.
Dies bedeutet, dass die unerwünschte
Eigenschaft des hohen Gewichts gegen die unerwünschte Eigenschaft der schlechten
Aerodynamik eingetauscht wird.
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Aus
der
EP 1 418 064 A1 sind Öffnungen
in Hohlkammerfelgen bekannt, die nicht der Gewichtsreduktion, sondern
der Ermöglichung
einer Manipulation an Speichenaufnahmevorrichtungen dienen. Diese Öffnungen
können
durch eine abnehmbare Abdeckung abgedeckt werden.
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Ferner
ist aus der
DE 44 44
044 C2 ein Felgenrad bekannt, das Profilöffnungen
aufweist, die zu den Bremsflächen
der Felge hin offen sind. Diese Profilöffnungen dienen der Erhöhung des
Bremsdrucks auf die Felge und der Kühlung der Felge durch durchströmende Luft.
In diesem Fall können die
sonst unerwünschten
Luftverwirbelungen vorteilhaft zur Kühlung der Felge eingesetzt
werden.
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Aufgabe der
Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Felge für aerodynamisch
optimierte Fahrradlaufräder
mit reduzierter Speichenzahl herzustellen, die sich bei hoher Steifigkeit
und Dauerfestigkeit sowie einer hervorragenden Aerodynamik durch
ein möglichst
geringes Gewicht auszeichnet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch ein Speichenlaufrad mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
mindestens eine der Außenflächen der
Hohlkammerfelge neben für
die Speichenbefestigung bzw. Speichennippelmontage vorgesehenen
Bohrungen Durchbrüche
aufweist und die Durchbrüche durch
mindestens eine Abdeckung verschlossen sind. Die Abdeckung besteht
dabei aus einer Klebefolie aus einem Kunststoff, dessen Dichte unter
der Dichte des Felgenmaterials liegt, so dass eine Gewichtsreduktion
vorliegt. Die Außenflächen der
Hohlkammerfelge werden durch den radial inneren Flansch, den radial äußeren Flansch
und die zwei Seitenwände
gebildet. Es sind also in mindestens einer dieser Außenflächen Durchbrüche vorgesehen.
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Die
erfindungsgemäße Lösung stellt
ein Speichenlaufrad mit einer Hohlkammerfelge zur Verfügung, die
ein deutlich verringertes Gewicht aufweist bei optimaler Aerodynamik
und nahezu unbeeinträchtigter
Steifigkeit und Dauerfestigkeit.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung wird
der notwendige lokal begrenzte Materialabtrag durch umrissene Aussparungen
bzw. Durchbrüche
der Profilwandung an statisch geeigneten Stellen am radial inneren
und/oder äußeren Felgenflansch
und/oder an den Seitenwänden
ausgeführt.
Diese Durchbrüche
können
in Form und Anzahl den statischen Belastungsverhältnissen in hervorragender
Weise angepasst werden. Diese Durchbrüche können mechanisch durch Bohren
oder Fräsen
oder andere Bearbeitungsverfahren wie Plasma- oder Laserschneiden hergestellt
werden. Danach werden die entstandenen Durchbrüche durch folienartige Abdeckungen überdeckt,
die die glatte äußere Oberfläche des
Felgenprofils wiederherstellen. Die Durchbrüche im radial äußeren Felgenflansch
benötigen
keine spezielle Abdeckung, da normalerweise zum Schutz des Reifens
ein Felgenband in das Felgenbett eingelegt wird.
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Durch
die Abdeckung der Durchbrüche
mit einer Klebefolie oder ähnlichem
Material, dessen Dichte deutlich unter dem des Felgenmaterials liegt, wird
mit der Wiederherstellung der glatten Oberfläche auch die ursprüngliche
Aerodynamik wieder erreicht. Stufen oder andere aerodynamisch wirksame, etwa
durch Einfräsungen
geschaffene Unregelmäßigkeiten
der Felgenoberfläche
werden damit vermieden. Der Folienüberzug wird zweckmäßigerweise durch
bedruckte Aufkleber realisiert, die in der Regel aus Kennzeichnungs-,
Werbe- und auch ästhetischen
Gründen
ohnehin an der Felge angebracht werden. Durch Verwendung solcher
erfindungsgemäßer Felgen
wird es möglich,
Speichenlaufräder
zu fertigen, die bezüglich
ihrer Aerodynamik, Leichtigkeit, Steifigkeit und Dauerfestigkeit
herausragen, ohne das die eine Eigenschaft durch die andere erkauft
werden müsste.
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Es
kann vorgesehen werden, dass die Durchbrüche an Stellen größerer Belastung
wie in der unmittelbaren Nähe
der Speichenbohrungen sehr klein ausfallen und/oder in ihrer Anzahl
reduziert sind oder ganz fehlen, an anderen Stellen des Felgenprofils
mit geringen Belastungen dagegen großflächiger gestaltet sein. Dementsprechend
weisen in einer bevorzugten Ausgestaltung solche Durchbrüche bzw.
Aussparungen, die im Bereich der Seitenwände und/oder im Bereich des
radial inneren Flansches ausgebildet sind, eine unterschiedliche
Größe und/oder
Anzahl in Abhängigkeit
davon auf, ob sie sich im Umgebungsbereich der Speichenbohrungen oder
außerhalb
des Umgebungsbereichs der Speichenbohrungen befinden. Dabei erstreckt
sich der Umgebungsbereich beidseits der Speichenbohrungen auf eine
Länge,
die etwa einem Viertel des Abstandes zur nächsten Speichenbohrung entspricht. Die
Durchbrüche
im Umgebungsbereich der Speichenbohrungen fallen in Anzahl und/oder
Größe bevorzugt
kleiner aus als außerhalb
des Umgebungsbereichs.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Durchbrüche der
Seitenwände
so gestaltet, dass das zwischen den Durchbrüchen verbliebene Material paarig
gegenläufig
angeordnete diagonale Streben bildet, die jeweils mit einer zusätzlichen senkrechten
Strebe verstärkt
sind. Alternativ sind die paarig gegenläufig angeordneten diagonalen
Streben nur im Bereich der Speichenbohrungen mit zusätzlichen
senkrechten Streben verstärkt.
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Die
Durchbrüche
im Felgenmaterial können grundsätzlich eine
beliebige Form besitzen und sind insbesondere kreisförming und/oder
rechteckförmig und/oder
dreiecksförmig
ausgebildet.
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Die
Art der Ausformung der Durchbrüche
erlaubt es zusätzlich,
verschiedene Kraftflussrichtungen zu berücksichtigen.
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Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf
die Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Felge,
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2a eine
Seitenansicht einer ersten Ausgestaltung einer Felge;
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2b eine
Seitenansicht einer zweiten Ausgestaltung einer Felge; und
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2c eine
Seitenansicht einer dritten Ausgestaltung einer Felge.
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Die 1 zeigt
eine Hohlkammerfelge 1 für ein Speichenlaufrad, die
einen radial inneren Flansch 2 und einen radial äußeren Flansch 3 aufweist.
Der radial innere Flansch 2 und der radial äußere Flansch 3 sind
durch zwei Seitenwände 4a, 4b miteinander verbunden.
In dem radial inneren Flansch 2 sind eine Mehrzahl von
Speichenlöchern 5 ausgebildet,
die einer Befestigung von Speichen an dem radial inneren Flansch 2 dienen.
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Es
ist zur Bereitstellung einer günstigen
Aerodynamik dabei anzustreben, die Anzahl der Speichen so weit wie
möglich
zu reduzieren. Dies geht einher mit höheren Belastungen der Felge
im Bereich der Speichenbohrungen 5, die dadurch kompensiert werden,
dass der radial innere Felgenflansch 2 und ggf. auch die
Seitenwände 4a, 4b und
der radial äußere Felgenflansch 3 eine
erhöhte
Wandstärke
und damit Belastbarkeit bereitstellen.
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Die
mit der erhöhten
Wandstärke
verbundene nachteilige Gewichtszunahme wird gemäß der erfindungsgemäßen Lösung dadurch
reduziert, kompensiert oder sogar überkompensiert, dass im radial inneren
Flansch 2 und/oder im radial äußeren Flansch 3 und/oder
an mindestens einer der beiden Seitenwände 4a, 4b Durchbrüche 6 in
das Wandmaterial eingebracht sind. Es sind also zusätzliche Öffnungen
vorgesehen, deren ausschließliche
Funktion darin besteht, eine Gewichtsreduzierung herbeizuführen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass in der 1 in sämtlichen
Außenwänden 2, 3, 4a, 4b Durchbrüche 6 vorgesehen
sind. Hierbei handelt es sich aber lediglich um ein Ausführungsbeispiel. Ebenso
ist möglich,
dass lediglich in einer oder einer Teilmenge der Außenwände 2, 3, 4a, 4b Durchbrüche 6 vorgesehen
sind. Besonders bevorzugt sind die Durchbrüche 6 dabei lediglich
in den beiden Seitenwänden 4a, 4b ausgebildet.
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Um
einen mit den Durchbrüchen 6 einhergehenden
negativen Einfluss auf die Aerodynamik des Speichenlaufrades zu
vermeiden, werden die Durchbrüche 6 verschlossen
oder abgedeckt. Gemäß der 1 sind
dabei Abdeckungen 7 vorgesehen, die auf die Außenseite
des Speichenlaufrades im Bereich der Durchbrüche 6 aufgebracht
werden und die Durchbrüche 6 dabei
abdecken bzw. verschließen. Die
Abdeckungen 7 bestehen dabei bevorzugt aus einem Material,
dessen Dichte deutlich unter dem des Felgenmaterials liegt. Beispielsweise
handelt es sich bei den Abdeckungen 7 jeweils um Kunststofffolien,
die auf die Außenseite
der Felge aufgeklebt werden, bzw. um Klebebänder. Es kann dabei sowohl eine
durchgehende Abdeckung vorgesehen sein, die eine Außenwand
insgesamt abdeckt, als auch eine Vielzahl kleinerer Abdeckungen,
die jeweils im Bereich einer oder mehrerer Durchbrüche 6 vorgesehen sind.
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Ebenfalls
ist denkbar, dass die Abdeckungen 7 durch Einsätze ausgefüllt werden,
die nach dem Einbringen der Durchbrüche 6 in diese eingesetzt werden.
Beispielsweise ist denkbar, Einsätze
aus einem leichten Kunststoffmaterial von innen oder von außen in die
Durchbrüche 6 einzusetzen.
Zum sicheren Halt können
diese dabei beispielsweise in den Durchbrüchen 6 verklebt werden.
Auch solche Einsätze
sind Abdeckungen 7 im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Die 2a bis 2c zeigen
Beispiele für mögliche Formgebungen
der Durchbrüche 6.
In der 2a sind die Durchbrüche 6 kreisförmig ausgebildet.
In der 2b handelt es sich bei den Durchbrüchen 6 um
dreiecksförmige
Durchbrüche,
die paarig gegenläufig
angeordnete diagonale Streben 8 bilden. Diese sind mit
einer zusätzlichen
senkrechten Strebe 9 verstärkt. In der Ausgestaltung der 2c sind ebenfalls
dreieckförmige
Durchbrüche 6 vorgesehen. Das
zwischen den Durchbrüchen 6 verbliebene
Material bildet jedoch in dieser Ausgestaltung paarig gegenläufig angeordnete
diagonale Streben 8 aus, die nur im Bereich der Speichenbohrungen 5 mit
zusätzlichen
senkrechten Streben 9 verstärkt sind.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Ausführungsbeispiele der 2a bis 2c lediglich beispielhaft
zu verstehen sind. Grundsätzlich
können beliebige
Formgebungen der Durchbrüche 6 vorgesehen
sein.