DE102005053799A1

DE102005053799A1 - Felge und Verfahren zur Herstellung einer Felge

Info

Publication number: DE102005053799A1
Application number: DE102005053799A
Authority: DE
Inventors: Gerrit JÄGER
Original assignee: DT Swiss AG
Current assignee: DT Swiss AG
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-05-10
Also published as: US20070102992A1

Abstract

Fahrradfelge und Verfahren zur Herstellung einer Fahrradfelge, wobei die Fahrradfelge einen Felgenkörper aufweist, der wenigstens ein Felgenbett und Bremsflanken aufweist. Der Felgenkörper besteht wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff, und die Bremsflanken weisen eine Bremsschicht aus einem reibungserhöhenden Material auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Felge und ein Verfahren zur Herstellung einer Felge, sowie ein Rad. Obwohl die Erfindung im folgenden mit Bezug auf eine Felge für ein Fahrrad beschrieben wird, kann die Erfindung auch bei anderen Ein- und Mehrrädern eingesetzt werden, wie insbesondere an Fahrradanhängern oder an Rollstühlen.

Bei Fahrrädern spielen im professionellen und semiprofessionellen Bereich, aber auch im Bereich der anspruchsvollen Freizeitsportler das Gewicht und die Belastbarkeit der Fahrradkomponenten eine entscheidende Rolle.

Um diese Anforderungen einzuhalten sind im Stand der Technik Fahrradfelgen aus unterschiedlichen Materialien bekannt geworden. Zur Gewichtsreduktion werden bei hochwertigen Fahrradfelgen deshalb, anstatt Stahl- insbesondere Aluminiumlegierungen und zunehmend auch faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt.

Solche faserverstärkten Kunststoffe weisen eine Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern auf. Dabei gibt die Matrix dem Faserverbundwerkstoff die äußere Gestalt, die je nach Bedarf entsprechend ausgeführt werden kann. Die Matrix bestimmt über deren Materialzusammensetzung auch zu einem erheblichen Anteil die Reibung zwischen der Bremsflanke und den Bremsbacken der Felgenbremse. Ein hoher Reibwert ermöglicht eine starke Bremsverzögerung. Eine weitere Anforderung ist eine hohe Stand festigkeit und eine möglichst gleichbleibende Bremsverzögerung unabhängig von den Witterungsbedingungen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Fahrradfelge zur Verfügung zu stellen, welche eine gute Bremsfähigkeit bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Felge gemäß Anspruch 1 und durch ein Rad nach Anspruch 13 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 14. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Fahrradfelge weist einen Felgenkörper auf, der wenigstens ein Felgenbett und Bremsflanken umfasst. Der Felgenkörper besteht wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff und die Bremsflanken weisen eine Bremsschicht aus einem reibungserhöhenden Material auf.

Die Erfindung bietet erhebliche Vorteile. Durch die Erfindung wird der Einsatz leichter und leichtester Materialien im Fahrradbereich ermöglicht und gleichzeitig kann eine hohe Verzögerung beim Bremsen mittels Felgenbremsen erzielt werden, die bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen zufriedenstellende Bremsverzögerungswerte erzielt. Weiterhin wird die Haltbarkeit erhöht, da der Faserverbundwerkstoff nicht so stark belastet und abgerieben wird. Die Reibung wird von der Bremsschicht aufgenommen, die aus einem erheblich härteren Material besteht.

Der Felgenkörper besteht insbesondere nicht nur teilweise, sondern im Wesentlichen vollständig aus Faserverbundwerkstoff. Möglich ist auch ein Felgenkörper der zum Teil aus Metall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung und zum Teil aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Die Bremsschicht ist insbesondere an der Oberfläche der Bremsflanken vorgesehen, die aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Die Bremsschicht kann einige Dicke aufweisen.

In bevorzugten Weiterbildungen besteht der Felgenkörper wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff mit einer thermoplastischen Matrix. Insbesondere besteht der Felgenkörper vollständig oder doch im wesentlichen vollständig aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem thermoplastischen Matrixmaterial.

Das bietet erhebliche Vorteile. Es ist nicht nötig, ein thermoplastisches Matrixmaterial vor der Verwendung tiefzukühlen, da das Material auch bei Raumtemperaturen unbegrenzt haltbar ist. Auch ein Stromausfall mit ausfallender Kühlung kann kein Verkleben des Ausgangsmaterials bewirken. Das Material ist trocken und klebt nicht, was bei der Handhabung von Vorteil ist. Eventuell gesundheitsschädliche Dämpfe treten bei der Lagerung und der Formgebung auch nicht aus.

Ein weiterer Vorteil ist das Bruchverhalten von thermoplastischen Fahrradkomponenten. Im Unterschied zu duroplastischen Bauteilen brechen thermoplastische Fahrradkomponenten nicht schlagartig und sie splittern nahezu nicht. Außerdem sind solche Werkstoffe schweißbar und lassen sich besser mechanisch verarbeiten. Weiterhin ist ein Vorteil von thermoplastischen Materialien, dass dort unter Hitzeeinwirkung eine Selbstheilung von Defekten erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil von erfindungsgemäßen Felgen ist, dass Defekte von thermoplastischen Bauteilen durch thermische Einwirkung wieder reparierbar sind.

Es ist außerdem eine erheblich kürzere Herstellungszeitdauer möglich, da das Matrixmaterial im Ofen nur verflüssigt werden muss, um die Matrix zu bilden. Danach kann die Form abgekühlt werden. Eine Reaktionszeit von zwei Stunden oder mehr muss nicht eingehalten werden. Es reichen einige wenige Minuten aus.

Dadurch können mit einem Werkzeug viel mehr Bauteile pro Zeiteinheit hergestellt werden, da die Herstellzeit vom Beginn des Einlegens bis zum nächsten Einlegen von mehr als zwei Stunden auf z.b. 30 Minuten oder weniger verkürzt wird. Das bedeutet eine vierfach höhere Herstellungsrate mit einem Werkzeug. Dadurch werden die Herstellungskosten pro Stück erheblich gesenkt.

Zusätzlich kann die Felge neben dem Faserverbundwerkstoff auch noch Metallteile aufweisen, z.B. können Felgenösen aus Metall vorgesehen sein.

In bevorzugten Weiterbildungen weist die Bremsschicht Partikel aus dem reibungserhöhenden Material auf. Insbesondere besteht die Bremsschicht im Wesentlichen aus einem Trägermaterial, in welches die Partikel aus dem reibungserhöhenden Material aufgenommen oder eingebettet sind. Die Bremsschicht kann aber auch im Wesentlichen aus dem reibungserhöhenden Material bestehen.

In bevorzugten Weiterbildungen der Fahrradfelge umfasst das reibungserhöhende Material ein keramischen Material. Keramische Materialien sind sehr gut geeignet, da sie sehr hart und standfest sind und die entstehende Wärme gut ableiten. Die typische Korngröße der Partikel liegt vorzugsweise zwischen etwa 1/1000 und ca. 5/10 mm, insbesondere zwischen 1/1000 und 1/10 mm.

Unter der Korngröße der Partikel ist insbesondere der Äquivalentdurchmesser zu verstehen, der dann im angegebenen Bereich liegt. Bevorzugt ist auch, dass die typische Partikelgröße des keramischen Materials in ihrer längsten Dimension zwischen 1/1000 und 1 mm, insbesondere zwischen 1/100 und 5/10 mm beträgt.

Die Schichtdicke der Bremsschicht beträgt vorzugsweise kleiner als 1 mm. In bestimmten Ausführungen kann die Schichtdicke auch bis zu 2 mm oder mehr betragen.

Die Bremsschicht umfasst vorzugsweise das keramische oder sonstige reibungserhöhende Material und ein Trägermaterial, welches ein thermoplastischer Kunststoff oder ein Klebstoff oder sonst ein geeignetes Material sein kann.

In vorteilhaften Ausgestaltungen weist die Bremsschicht Partikel aus Aluminiumoxid auf. Partikel aus Aluminiumoxid sind vorzugsweise ein wesentlicher Bestandteil, insbesondere der Hauptbestandteil mit wenigstens 50% Anteil, insbesondere mit wenigstens 80% oder 90% Anteil an den reibungserhöhenden Partikeln. Solche Partikel bieten eine hohe Härte und ermöglichen eine gute Bremsverzögerung bei hoher Standzeit.

Vorzugsweise umfasst die Bremsschicht Titanoxid und/oder Polytetrafluorethylen und/oder Molybdän. Es ist bevorzugt, dass Titanoxid als Zusatzstoff mit einigen Prozent, z.B. etwa 3% in der Bremsschicht enthalten ist, insbesondere in Partikelform. Titanoxid ist positiv, da es die Wärmeableitung erhöht. Zur Erhöhung der Schmierwirkung können Bestandteile wie Polytetrafluorethylen bevorzugt enthalten sein. Molybdän hat eine sehr hohe Härte und einen hohen Reibwert.

In anderen Ausgestaltungen enthält die Bremsschicht Glaspartikel oder Glasstaubpartikel. Es ist auch möglich, dass die Bremsschicht Quarzsandpartikel umfasst. Partikel aus Glasstaub in amorpher Form oder aus Quarzsand sind gut geeignet, um die Reibung gezielt zu erhöhen. Bevorzugt wird gemahlenes Altglas aus Haushalts- oder Industrieabfällen eingesetzt. Altglas ist kostengünstig zu haben und reichlich verfügbar. Das gleiche gilt für Quarzsandpartikel. Die typische Korngröße der Partikel liegt insbesondere in den oben angeführten Bereichen.

Vorzugsweise weist der Felgenkörper Felgenlöcher auf, die mit separaten Felgenösen versehen sind. Insbesondere sind solche Felgenösen in Felgen aus einem thermoplastischen Matrixmaterial vorgesehen, da diese nicht zu Sprödbrüchen neigen.

Es ist auch möglich, dass der Felgenkörper wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff mit duroplastischer Matrix besteht. Ein Faserverbundwerkstoff mit einem duroplastischen Matrixmaterial hat den Vorteil, dass der Werkstoff günstig ist.

Das erfindungsgemäße Rad für ein Fahrrad umfasst eine Nabe und eine Felge, wobei die Felge einen Felgenkörper umfasst, der wenigstens ein Felgenbett und Bremsflanken umfasst. Der Felgenkörper besteht wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff. Die Bremsflanken weisen eine Bremsschicht aus einem reibungserhöhenden Material auf. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Rad mit einer zuvor beschriebenen Felge ausgerüstet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Fahrradfelge umfasst die folgende Schritte:

– Herstellung eines Felgenkörpers wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei der Felgenkörper wenigstens ein Felgenbett und Bremsflanken aufweist,
– Beschichtung der Bremsflanken mit einer Bremsschicht, welche ein reibungserhöhendes Material enthält.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat ebenfalls große Vorteile. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung einer belastbaren, zuverlässigen und leichten Felge.

Zur Herstellung des Felgenkörpers werden insbesondere Fasern verwendet, wobei wenigstens ein Teil der Fasern aus Verstärkungsfasern und wenigstens ein Teil der Fasern aus einem thermoplastischen Material besteht.

Vorzugsweise werden wenigstens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:

– Einbringen der Fasern in eine Form,
– Erhitzen der Fasern,
– Abkühlen des Körpers.

Bevorzugt erfolgt die Herstellung des Felgenkörpers aus einem thermoplastischem Matrixmaterial.

Vorzugsweise werden zur Herstellung des Felgenkörpers wenigstens zwei unterschiedliche Typen von Fasern verwendet, nämlich ein erster Typ von Fasern aus einem thermoplastischen Material und ein zweiter Typ aus Verstärkungsfasern.

Ebenso ist es bevorzugt, dass wenigstens einige Fasern Kombifasern sind, welche sowohl aus wenigstens einer Verstärkungsfaser als auch aus einem thermoplastischen Material bestehen.

Vorzugsweise werden entweder zwei unterschiedliche Fasertypen verwendet oder es werden Kombifasern verwendet, die aus einem Kern und einem Mantel bestehen. Dann kann der Kern aus wenigstens einer Verstärkungsfaser und der Mantel aus einem thermoplastischen Material bestehen. Dadurch kann die Herstellung vereinfacht werden, da das Matrixmaterial und die Verstärkungsfasern gleichzeitig aufgebracht werden können.

In allen Fällen werden vorzugsweise miteinander verbundene Fasern verwendet. Vorzugsweise werden miteinander verbundene Fasern verwendet, welche durch ein Verfahren verbunden sind, welches einer Gruppe von Verfahren entnommen ist, welche Verfahren zum Wirken, Weben, Knüpfen, Stricken, Flechten und Spinnen umfasst. Bevorzugt ist auch die Verwendung von vorgefertigten Prepregs, Geweben, Schläuchen, Matten und/oder Profilen.

Zur Herstellung des Felgenkörpers wird eine Form verwendet, die nach dem Einbringen des Faserverbundwerkstoffs erhitzt wird. Das Erhitzen erfolgt insbesondere in einem Ofen. Vorzugsweise wird mit einer Temperatur erhitzt, die wenigstens 150°C, insbesondere wenigstens 170°C, vorzugsweise wenigstens 200°C oder 220°C beträgt. Die genaue Temperatur hängt von den jeweiligen Bedingungen ab und kann insbesondere auch größer sein. Wichtig ist, dass die Schmelztemperatur der thermoplastischen Fasern überschritten bzw. erreicht wird. Vorzugsweise erfolgt das Erhitzen wenigstens über einen Zeitraum von 2 Minuten, insbesondere für einen Zeitraum von 5 bis 30 Minuten. Das anschließende Abkühlen wird vorzugsweise durch Besprühen mit einer Flüssigkeit oder durch Eintauchen in eine Flüssigkeit durchgeführt. Dadurch wird ein schnelles Abkühlen erreicht.

Zur Herstellung kann ein Kern umwickelt werden, der dann in eine Form eingebracht wird. Der Kern ist vorteilhafterweise flexibel und wird in der Form expandiert, wenn die Form erhitzt wird. Der Kern kann nach dem Erhitzen entfernt werden oder aber in dem Felgenkörper verbleiben.

Nach erfolgter Herstellung des Felgenkörpers wird die Bremsschicht aufgebracht. Zum Aufbringen der Bremsschicht wird der Felgenkörper vorzugsweise aufgeheizt. Das kann in einem durchgehenden Verfahrensablauf mit der Herstellung des eigentlichen Felgenkörpers durchgeführt werden. Dazu wird der Felgenkörper bis auf eine solche Temperatur abgekühlt, dass eine stabile Formgebung erzielt wird. Die Bremsflanke wird gegebenenfalls wieder erhitzt, um die Bremsflanke anzuschmelzen, so dass das Material für die Bremsschicht daran haften bleibt, wenn es aufgebracht wird.

Möglich ist es auch, einen separaten Ring auf die Bremsflanke aufzubringen, der das reibungserhöhende Material enthält, und diesen Ring mit der Felge zu verschweißen oder zu verkleben, indem der Ring lokal auf Schmelztemperatur gebracht wird.

Möglich ist es auch, die Bremsschicht in einem separaten Schritt nach abgeschlossener Herstellung und vollständiger Ab kühlung des Felgenkörpers anzubringen. Ein solches Verfahren kann gegebenenfalls auch zum Nachrüsten bestehender Felgen eingesetzt werden.

Es ist auch möglich, dass die Bremsschicht direkt bei der Herstellung des Felgenkörpers mit aufgebracht wird, z.B. indem die Form mit Partikeln aus dem reibungserhöhenden Material versehen wird, um beim Erhitzen die Partikel in die Bremsflanken einzubringen.

In bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Felgenkörper mit Partikeln aus einem reibungserhöhenden Material bestreut. Insbesondere können pulverförmige Partikel verwendet werden. Es ist auch möglich, dass der Felgenkörper in einen Behälter mit Partikeln aus einem reibungserhöhenden Material verbracht wird. Z.B. kann der Felgenkörper in einen Behälter mit Partikeln gedrückt oder eingetaucht werden.

In den angeführten Fällen kann der Felgenkörper zuvor erhitzt werden oder es wird eine Klebstoffschicht auf die Bremsflanken aufgebracht, bevor der Felgenkörper in einen Behälter mit Partikeln aus einem reibungserhöhenden Material gedrückt oder mit Partikeln aus einem reibungserhöhenden Material bestreut wird. Bei Einsatz eines Klebstoffs wird insbesondere ein Zweikomponentenklebstoff verwendet.

In bevorzugten Ausgestaltungen wird das reibungserhöhende Material an- und insbesondere aufgeschmolzen und dann auf die Bremsflanke aufgebracht.

Vorzugsweise wird das reibungserhöhende Material mit einem Plasmastrahl erhitzt und aufgeschmolzen. Möglich und bevorzugt ist es auch, das reibungserhöhende Material mittels eines Lichtbogens und/oder einer Gasflamme zu erhitzen. Das geschmolzene Material kann dann durch einen Gasstrom, insbesondere einen Inertgasstrom zur Bremsflanke transportiert werden und sich dort ablagern. Vor der Auftragung kann die Bremsflanke sandgestrahlt werden, um die Rauheit und Haftung zu erhöhen.

Solche Auftragungsverfahren sind schonend, da nur wenig Wärme in dem Felgenkörper entsteht.

In bevorzugten Ausgestaltungen wird das Verfahren so geführt, dass zunächst ein Felgenkörper hergestellt wird, der eine Hohlkammer mit einer radial äußeren und einer radial inneren Hohlkammerwandung aufweist. Dabei wird der Felgenkörper derart hergestellt, dass die radial äußere Hohlkammerwandung einen Durchmesser aufweist, der an den Durchmesser eines Schlauchreifens angepasst ist. Der Felgenkörper wird weiterhin derart hergestellt, dass die radial innere Hohlkammerwandung einen Durchmesser aufweist, der auf den Durchmesser eines Drahtreifens angepasst ist. Nach Herstellung eines solchen Felgenkörpers wird die äußere Wandung der Hohlkammer optional entfernt.

Das Verfahren dient dann insbesondere zur Herstellung einer Felge für Drahtreifen, insbesondere für Fahrräder, wobei zur Herstellung des Felgenkörpers wenigstens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

a) Herstellen eines Felgenkörpers für drahtlose Reifen mit einer radial außen gelegenen Hohlkammer,
b) Entfernen der äußeren Hohlkammerwandung derart, dass seitliche Stege als Felgenhörner stehen bleiben.

Vorzugsweise wird die äußere Wandung der Hohlkammer dabei dann derart entfernt, dass seitliche Stege als Felgenhörner stehen bleiben und/oder die radial innere Hohlkammerwandung als Felgenbett dienen kann.

In bevorzugten Weiterbildungen werden zusätzlich Felgenlöcher in den Felgenkörper eingebracht und es werden die Felgenlöcher mit Felgenösen zur Verstärkung der Felgenlöcher versehen.

In die Felgenlöcher des Felgenkörpers werden vorzugsweise Felgenösen eingelegt. Die Felgenösen werden anschließend umgebördelt, so dass eine plastische Deformation der Öse und/oder des Felgenkörpers auftritt. Besondere bevorzugt ist, dass die Felgenösen automatisch und maschinell eingesetzt werden.

Vorzugsweise werden die Felgenösen vor dem Einsetzen mit einer Beschichtung versehen, welche ein Schmierwirkung aufweist. Eine solche Schmierschicht ist insbesondere metallisch und dient dazu, bei den hohen Drücken zwischen Speichennippel und Felgenkörper ein leichtes Drehen des Speichennippel zu ermöglichen, so dass die Speichenspannung gut einstellbar ist.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden.
Darin zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Felge in einem schematischen Querschnitt als Drahtreifenfelge;
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäß hergestellten Felge in einem schematischen Querschnitt als Schlauchreifenfelge;
3 eine Kombifaser mit einer zentralen Verstärkungsfaser und einem Fasermantel aus Matrixmaterial für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Fahrradfelge,
4 ein Faserbündel aus Verstärkungs- und Matrixfasern für die erfindungsgemäße Herstellung einer Fahrradkomponente, und
5 eine Ausführungsform der Felge mit Felgenösen.
In 1 ist ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen Felge 1 für Schlauchreifen für Fahrräder dargestellt, wie sie im sportlichen Bereich und insbesondere auch im Rennsport Verwendung findet. Die Felge 1 umfasst einen Felgenkörper 2 mit einem Felgenbett 3 und seitlichen Bremsflanken 5, 6. Die Bremsflanken 5, 6 sind hier an den Felgenhörnern 12 vorgesehen und umfassen jeweils eine Bremsschicht 7, die in die Bremsflanken integriert ist.
Die Felge 1 besteht insgesamt aus einem Faserverbundwerkstoff, der hier ein thermoplastisches Matrixmaterial aufweist. Das Maxtrixmaterial 12 ist z.B. Polyamid. Ein Vorteil eines thermoplastischen Matrixmaterials ist z.B., dass der Felgenkörper spanend bearbeitet oder auch geschweißt werden kann.
Die Felge 1 ist hier aus Prepregs hergestellt, die in einer Form auf einen Kern aufgebracht werden. Die Form wird geschlossen und hier zwischen etwa 5 und 15 Minuten, z.B. 10 Minuten erhitzt, so dass das thermoplastische Matrixmaterial schmilzt und sich homogen verteilt, während von außen Druck aufgebracht wird. Das Abkühlen erfolgt insbesondere über Abschrecken mit einer Flüssigkeit, wie Wasser.
In die jeweiligen Oberflächen der Bremsschichten 7 auf den Bremsflanken 5, 6 des Felgenkörpers 2 sind hier Glas- und Quarzsandpartikel eingelagert, die von dem thermoplastischem Matrixmaterial aufgenommen und gehalten sind. Glas ist ein amorpher Werkstoff, der keine Kristallstruktur aufweist. Die Glaspartikel sind z.B. aus aufbereitetem Altglas hergestellt.
Die einzelnen Glas- und Quarzsandpartikel stehen minimal aus der Oberfläche hervor und bilden so insgesamt eine rauhe Oberfläche der Bremsflanken 5, 6. Die einzelnen Partikel sind erheblich härter als der Faserverbundwerkstoff. Beim Bremsen steht das Bremsgummi in Kontakt mit den Bremsschichten 7. Durch die eingelagerten Partikel wird die Reibung erheblich erhöht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Abhängigkeit der Bremsverzögerung von den Umgebungsbedingungen verringert wird, da auch bei Nässe noch eine ausreichend hohe Reibung vorliegt.
Im Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe 10 der Felge 40 mm, während die Höhe 9 der als Bremsflanken dienenden Flanken 5, 6 etwa 10 mm beträgt. Die Breite 8 der gesamten Felge beträgt hier etwa 20 mm und der Radius 11 etwa 6 mm. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch andere Maße möglich sind. Beispielsweise kann die Höhe 10 auch 33 mm betragen, während die Breite ebenfalls etwa 20 mm beträgt. Auch größere und kleiner Werte sind möglich.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 wurde zunächst der Felgenkörper 2 aus dem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Danach wird bei der hier bevorzugt durchgeführten Verfahrensführung der Felgenkörper 2 noch einmal erhitzt und es werden die Glas- und Quarzsandpartikel auf die Bremsflanken aufgetragen bzw. darin eingebracht. Dazu wird die Oberfläche der Bremsflanken lokal wieder aufgeschmolzen. Alternativ ist es auch möglich, einen separaten Ring 19 oder dergleichen mit der Bremsschicht 7 auf die Außenseite der Felge aufzukleben, aufzuschweißen oder sonstwie aufzubringen.
Es ist auch möglich, die Bremsschichten 7 direkt bei der Herstellung des Felgenkörpers 2 herzustellen, indem in die Form die Glas- und Quarzsandpartikel mit eingebracht werden.
Die in 2 dargestellte Felge 15 für Schlauchreifen umfasst eine Hohlkammer 16, die auf der radial äußeren Seite durch eine äußere Wandung 17 begrenzt wird, die hier als Felgenbett dient. Weiterhin wird die Hohlkammer 16 zu den Seiten hin durch Bremsflanken 5 und 6 und radial nach innen durch die innere Felgenwandung 18 umgeben. Weiter radial nach innen erstreckt sich ein weiterer ringförmiger Hohlraum 19, dessen Flanken radial nach innen schräg zulaufen und sich schließlich in einen Radius 11 übergehend treffen.
Die äußere Wandung 17 der Hohlkammer 16 ist insgesamt konkav gestaltet, d.h. das Felgenbett weist im Bereich der zentralen Ebene 13 einen kleineren oder sogar den kleinsten Außendurchmesser auf, während es näher zu den seitlichen Bremsflanken 5, 6 einen größeren Durchmesser aufweist.
Im Mittelbereich der Schlauchreifenfelge 1 ist eine nutförmige Vertiefung 20 vorgesehen, um eine Zentrierung und Orientierung des Schlauchreifens auf der Felge 15 zu ermöglichen. Dadurch wird der Klebstoffbedarf zum Aufkleben eines Schlauchreifens (nicht dargestellt) verringert und gleichzeitig die Zuverlässigkeit des Sitzes des Schlauchreifens auf der Felge erhöht.
Hier sind die Abmessungen der Felgen 1 und 15 so gewählt, dass die beiden Felgenkörper aus der gleichen Grundform hergestellt werden. Die Felge 1 kann durch Bearbeitung der Felge 15 aus 2 hergestellt werden.
Um die Felge 15 für Schlauchreifen in eine Felge 1 für Drahtreifen umzuwandeln, wird die äußere Wandung der Hohlkammer 16, nämlich das Felgenbett 17 der Felge 15, bis zur Linie 14 in der Darstellung nach 2 vorzugsweise durch Fräsen entfernt.
Die Flanken 5, 6 bilden dann die Felgenhörner 5, 6, deren Enden 12 seitlich nach innen überstehen, um die Drahtreifen auf der Felge 1 durch den Überstand sicher und zuverlässig zu halten.
Um die Eignung für den Umbau zu gewährleisten, wird der Abstand 4 zwischen der Oberkante des Felgenbetts 7 und der Oberkante der Felgenflanken 5, 6 bzw. der äußeren Wandung 17 derart eingestellt, dass bei vorhandener Wandung 17 diese als Felgenbett für Schlauchreifen dient, während bei ausgefräster Wandung 17 die innere Wandung 3 als Felgenbett dient.
Im Ausführungsbeispiel nach 2 sind die Bremsschichten 7 separat nach Herstellung des eigentlichen Felgenkörpers 2 auf die Bremsflanken 5, 6 aufgebracht. Das erfolgt hier durch einen Plasmastrahl, der materialschonend das aufzubringende Keramikmaterial aufschmilzt. Es wird dann durch ein Gas, z.B. ein Inertgas auf die Bremsflanke aufgebracht. Keramische Schichten zeichnen sich durch ihre große Härte aus.
In 3 ist ein Längsschnitt einer Kombifaser 30 dargestellt, wie sie zur erfindungsgemäßen Herstellung der Felge 1, 15 bevorzugterweise verwendet wird. Die Kombifaser 30 weist hier im Ausführungsbeispiel eine innere Kernfaser als Verstärkungsfaser 31 und eine äußere Mantelschicht 32 auf, die aus einem thermoplastischen Material besteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden z.b. Kombifasern 30 verwendet. Zur Herstellung der in 1 gezeigten Felge 1 kann eine Kombifaser 30 auf einen Wickelkern gewickelt werden. Anschließend wird der umwickelte Wickelkern in eine Form eingebracht, die verschlossen wird. Nach Aufheizen des Werkzeugs für etwa 5 bis 10 Minuten (oder auch nur 3 Minuten oder 15 Minuten, je nach Material und Wandstärke etc.) auf hier etwa 220°C wird die äußere Mantelschicht 32 flüssig und verschmilzt miteinander, so dass eine Matrixschicht entsteht, in welche die als Karbonfasern oder Glasfasern ausgeführten Verstärkungsfasern 31 eingebettet sind. Das Werkzeug insgesamt wird in einem Tauchbecken für etwa 2 bis 3 Minuten abgeschreckt, bis die Temperatur soweit abgefallen ist, dass die Form geöffnet und die Felge entnommen werden kann.
Das gleiche Verfahren kann auch mit den in 4 schematisch dargestellten parallel liegenden Fasern 40 durchgeführt werden, bei dem neben Verstärkungsfasern 41 noch thermoplastische Fasern 42 bzw. Matrixfasern verwendet werden.
Möglich ist es auch, ein Faserbündel einzusetzen (nicht dargestellt), das z.B. eine Vielzahl von thermoplastischen Fasern und eine Vielzahl von Verstärkungsfasern umfasst. Um die einzelnen Fasern in dem Faserbündel zu halten, kann eine äußere Struktur vorgesehen sein, die z.b. netzförmig ausgebildet ist und aus verschiedensten Materialien bestehen kann.
Das Faserbündel kann ebenso wie die Kombifaser 30 oder die parallelen Fasern 40 zur Herstellung von Fahrradfelgen eingesetzt werden. Zur Vereinfachung der Herstellung werden insbesondere vorgefertigte Litzen und insbesondere Gewebematten eingesetzt, die aus Kombifasern 30, parallelen Fasern 40 oder auch aus Faserbündeln bestehen können.
Zur Herstellung der Felge 1 können auch Gewebematten verwendet werden. Nach dem Einlegen der Gewebematten in die Form wird die Form verschlossen und auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials erhitzt. Die thermoplastischen Faseranteile verschmelzen und bilden die Matrix. Nach dem Abkühlen der Form über z.b. Eintauchen oder Berieseln mit Wasser kann das Bauteil entnommen werden.
Bei der Herstellung kann auch ein Wickelkern eingesetzt werden, der z.B. aus einem Schaummaterial besteht und dauerhaft in der Felge 15 verbleibt. Die überstehenden Enden können überlappend gelegt werden und bilden das Felgenbett 17 der Felge 1 für Schlauchreifen. Nach eventuellem Ausfräsen und entsprechender Formung bilden die Reste der Enden die Felgenhörner 5, 6 der Felge 1 für Drahtreifen.
Zur Herstellung können auch Prepregs verwendet werden, die auf einen Wickelkern aufgebracht werden. Die Prepregs können aus duroplastischem Faserverbundwerkstoff oder auch aus thermoplastischen Fasern und aus Verstärkungsfasern bestehen.
In allen Fällen kann in der Form noch Druck auf die Fasern oder das Gewebe ausgeübt werden.
Wie in 5 dargestellt, können an den Felgenlöchern 21 Felgenösen 26 angebracht sein. Nach der Herstellung des Felgenkörpers 2 wird nach dem Abkühlen der Form die Felge entnommen und es werden die Felgenlöcher 21 an einer Maschine automatisch angefertigt.
Jedes Felgenloch 21 wird automatisch mit einer Felgenöse 26 versehen, die in das Felgenloch maschinell eingeführt und dann durch Druck auf beide Enden der Felgenöse umgebördelt wird, so dass eine kraft- und formschlüssige Verbindung eingegangen wird. Dabei treten an den lokalen Kontaktstellen 24 der Felgenösen 26 und dem Felgenkörper 2 plastische Verformungen des Felgenbodens 22 auf. Durch den Druck auf die Felgenöse 26 entsteht die Umbördelung 23 am Ösenfuß 29.
Der Ösenkopf 27 liegt flach an der radial auswärts gelegenen Seite des Felgenbodens 22 an, während sich der Ösenbauch 28 durch den Felgenboden 22 erstreckt. Der Ösenfuß 29 liegt ganz oder teilweise an der radial innen gelegenen Seite des Felgenbodens 22 an.
Wie in 5 schematisch dargestellt, kann die Felgenöse 26 auch eine zusätzliche Schicht 25 aus einem nicht-flüchtigen Stoff enthalten, der eine schmierende Wirkung erzielt. Die schmierende Schicht 25 bewirkt eine verbesserte Drehbarkeit zwischen Speichennippel und Felgenöse, so dass die gewünschte Vorspannung der Speichen besser einstellbar ist.

Claims

Fahrradfelge (1), mit einem Felgenkörper (2), der wenigstens ein Felgenbett (3) und Bremsflanken (5, 6) umfasst, wobei der Felgenkörper (2) wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff (30, 40) besteht, und wobei die Bremsflanken (5,6) eine Bremsschicht (7) aus einem reibungserhöhenden Material aufweisen.
Fahrradfelge nach Anspruch 1, wobei der Felgenkörper (2) wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff (30, 40) mit thermoplastischer Matrix besteht.
Fahrradfelge nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bremsschicht (7) Partikel aus dem reibungserhöhenden Material aufweist.
Fahrradfelge nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das reibungserhöhende Material ein keramischen Material umfasst.
Fahrradfelge nach Anspruch 3 oder 4, wobei die typische Korngröße der Partikel zwischen 1/1000 und 5/10 mm, insbesondere zwischen 1/1000 und 1/10 mm liegt.
Fahrradfelge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtdicke der Bremsschicht (7) kleiner als 1 mm beträgt.
Fahrradfelge nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, wobei die Bremsschicht (7) Partikel aus Aluminiumoxid aufweist.
Fahrradfelge nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremsschicht (7) Titanoxid und/oder Polytetrafluorethylen und/oder Molybdän aufweist.
Fahrradfelge nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, wobei die Bremsschicht (7) Glasstaubpartikel umfasst.
Fahrradfelge nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, wobei die Bremsschicht (7) Quarzsandpartikel umfasst.
Fahrradfelge nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Felgenkörper (2) Felgenlöcher (21) aufweist, die mit separaten Felgenösen (26) versehen sind.
Fahrradfelge nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Felgenkörper (2) wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff mit duroplastischer Matrix besteht.
Rad für ein Fahrrad mit einer Nabe und einer Felge (1, 15), wobei die Felge (1, 15) einen Felgenkörper (2) umfasst, der ein Felgenbett (3) und Bremsflanken (5, 6) umfasst, wobei der Felgenkörper (2) wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff (30, 40) besteht, und wobei die Bremsflanken (5, 6) eine Bremsschicht (7) aus einem reibungserhöhenden Material aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer Fahrradfelge (1, 15) mit den folgenden Schritten: – Herstellung eines Felgenkörpers (2) wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff (30, 40), wobei der Felgenkörper (2) ein Felgenbett (3) und Bremsflanken (5, 6) aufweist, – Beschichtung der Bremsflanken (5, 6) mit einer Bremsschicht (7), welche ein reibungserhöhendes Material enthält.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei bei der Herstellung des Felgenkörpers (2) Fasern (30, 40) verwendet werden, wobei wenigstens ein Teil der Fasern (30, 40) aus Verstärkungsfasern und wenigstens ein Teil der Fasern aus einem thermoplastischen Material besteht, und wobei wenigstens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: – Einbringen der Fasern in eine Form, – Erhitzen der Fasern, – Abkühlen des Körpers.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei zur Herstellung des Felgenkörpers (2) wenigstens zwei unterschiedliche Typen von Fasern (30, 40) verwendet werden, nämlich ein erster Typ von Fasern (42) aus einem thermoplastischen Material und ein zweiter Typ aus Verstärkungsfasern (41).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei wenigstens einige Fasern Kombifasern (30) sind, welche sowohl aus wenigstens einer Verstärkungsfaser (31) als auch aus einem thermoplastischen Material (32) bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei miteinander verbundene Fasern verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 18, wobei der Felgenkörper (2) zum Aufbringen der Bremsschicht (7) aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 19, wobei der Felgenkörper (2) mit Partikeln aus einem reibungserhöhenden Material bestreut wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 20, wobei der Felgenkörper (2) in einen Behälter mit Partikeln aus einem reibungserhöhenden Material verbracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 21, wobei auf die Bremsflanken (7) eine Klebstoffschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 22, wobei das reibungserhöhende Material aufgeschmolzen und auf die Bremsflanke (5, 6) aufgebracht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das reibungserhöhende Material mit einem Plasmastrahl, Lichtbogen und/oder einer Gasflamme erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 24, bei dem zunächst der Felgenkörper (2) hergestellt wird, der eine Hohlkammer (16) mit einer radial äußeren (17) und einer radial inneren Hohlkammerwandung (18) aufweist, wobei der Felgenkörper derart hergestellt wird, dass die radial äußere Hohlkammerwandung (17) einen Durchmesser aufweist, der an den Durchmesser eines Schlauchreifens angepasst ist, und wobei der Felgenkörper (2) derart hergestellt wird, dass die radial innere Hohlkammerwandung (18) einen Durchmesser aufweist, der auf den Durchmesser eines Drahtreifens angepasst ist, und wobei die äußere Wandung (17) der Hohlkammer (16) nach Herstellung des Felgenkörpers (2) entfernt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 25, wobei zusätzlich Felgenlöcher (21) in den Felgenkörper (2) eingebracht werden und die Felgenlöcher (21) mit Felgenösen (26) zur Verstärkung der Felgenlöcher (21) versehen werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 26, wobei die Felgenöse (26) mit einer Beschichtung (25) versehen wird, welche ein Schmierwirkung aufweist.