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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Felgen für durch menschliche Kraft angetriebene Fahrzeuge,
z.B. Fahrräder,
Rollstühle
und ähnliche Fahrzeuge,
und betrifft im Besonderen neuartige Felgen mit verstärkten Speichenverankerungen
und Verfahren zu deren Herstellung.
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Es
wurden schon zahlreiche Bemühungen unternommen,
das Gewicht der Felgen von Rädern für menschlich
angetriebene Fahrzeuge zu reduzieren, insbesondere bei Fahrradfelgen.
Fahrradfelgen werden üblicherweise
durch Extrudieren einer Aluminiumlegierung, oder einer ähnlichen
Legierung, hergestellt. Das lineare Extrudat wird mit einem Querschnitt
produziert, der der fertigen Felge entspricht, wird in eine kreisförmige Form
gerollt, auf die richtige Länge
geschnitten und die freien Enden werden durch Bolzen, Steck- oder
Schweißverbindungen verbunden.
In einem fertigen Rad entstehen die größten Belastungen auf die Felge
an Stellen, wo die Radspeichen, die die Felge gegenüber der
Nabe abstützen,
an Speichenverbindungsstellen oder Speichensitzen mit der Felge
verbunden oder dort verankert sind. Aus diesem Grund, sofern eine
Felge eine in ihrem ganzen Umfang durchgehend gleiche Form aufweist,
werden die Abschnitte zwischen den Speichenverbindungsstellen dicker
und schwerer ausgebildet als notwendig, damit die Speichenverbindungsstellen
entlang der Felge den stärkeren
Belastungen widerstehen können.
Das bedeutet, dass die Felge schwerer sein wird als notwendig. Erstaunlich viel
erfinderischer Aufwand hat sich schon mit dem Problem beschäftigt, Felgen
durch Verstärken
an den Speichenverbindungsstellen und durch Einlagen, die die Belastungen
der Speichen auf der Felge verteilen, insgesamt leichter zu machen.
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US
Patent 6,402,256 beschreibt eine Felge mit nomineller Wanddicke
in Abschnitten mit Speichenbohrlöchern
und einer geringeren Wanddicke in Zwischenabschnitten zwischen den
Bohrlochzonen. Übergangszonen
der Felge zwischen den Bohrlochabschnitten und den Zwischenabschnitten
haben eine Wanddicke, die sich progressiv von der nominellen Dicke
zur Wanddicke der Zwischenabschnitte verändert. Das Patent beschreibt,
dass die Felge durch Herstellung eines Felgenrohlings und nachfolgende
abtragende Bearbeitung von Bereichen der äußeren Wandfläche zur
Erstellung der Zwischen- und Übergangszonen
produziert wird, während
die ursprüngliche
nominelle Wanddicke in den Bohrlochzonen bewahrt wird.
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Andere
Patente beschreiben Felgen mit verstärkten Wandabschnitten zur Aufnahme
der von unter Spannung stehenden Speichen hervorgerufenen Belastungen.
Zum Beispiel beschreibt US Patent 6,283,557 eine Felge mit umlaufenden
Ringen 68 erhöhter
Dicke in den Speichenbefestigungszonen. US Patent 6,536,849 beschreibt
eine Felge mit Abschnitten erhöhter
Dicke an Speichenverbindungsstellen, zusammen mit einer internen
Verstärkungsrippe
für die
Felge.
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US
Patent 6,234,580 beschreibt mehrere Ausführungsformen von Felgen mit
verstärkten
Speichenbefestigungsstellen, inklusive Versionen, die aller Wahrscheinlichkeit
nach nicht herstellbar sind.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrradfelge mit verstärkten Speichenverankerungen,
sowie Herstellungsverfahren für
solche Felgen.
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Felgenrohlinge
zum Einsatz nach den Verfahren dieser Erfindung können durch
Extrudieren entsprechender Legierungen zu einem Felgenprofil hergestellt
werden. Das Extrudat wird in eine kreisförmige Form gerollt, auf die
richtige Länge
geschnitten, die freien Enden werden verbunden, um einen Felgenrohling
mit zumindest einer um den Umfang umlaufenden Speichenbefestigungszone
mit einer vorgegebenen bestimmten, relativ gleichmäßigen Dicke zu
erzeugen. Entsprechend der Erfindung werden Zugangslöcher in
der Felge gegenüber
den Speichenlöchern,
z.B. in einem oberen Verbindungssteg der Felge, geschaffen. Dann
wird ein Werkzeug ober- und unterhalb der Speichenbefestigungsstelle
installiert, und das Werkzeug wird dazu benutzt, eine verstärkte Speichenverankerungsstelle
und ein dazugehörendes
Speichenloch zu schaffen.
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Es
ist demnach die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Felge für Fahrradräder zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren
zur Herstellung einer Fahrradfelge mit einem verstärkten Speichensitz
zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Felge
mit einem den Umfang umlaufenden Speichenbereich, der intern verstärkte Speichensitze
beinhaltet, zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Felge mit verstärkten Speichensitzen
zu schaffen, bei der diese Verstärkungen
nicht außerhalb
der Felge sichtbar sind.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
dem Fachmann nach Durchsicht dieser Darlegungen offenkundig werden.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Querschnittsbild eines Felgenrohlings zur Herstellung einer
Felge nach der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Seitenansicht des Querschnitts eines sich um den Umfang erstreckenden Speichenbereichs
des in 1 dargestellten Felgenrohlings mit einem ersten
Satz Werkzeuge ober- und unterhalb des Speichenbereichs.
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3 ist
eine Seitenansicht des Querschnitts des Speichenbetts nach 2,
nachdem das dort gezeigte Werkzeug in Aktion getreten ist; dazu
wird ein zweiter Satz Werkzeuge ober- und unterhalb des Speichenbereichs
dargestellt.
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4 ist
eine Seitenansicht des Querschnitts des in 3 gezeigten
Speichenbereichs, nach Aktion des in 3 gezeigten
Werkzeugs.
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5 ist
eine Seitenansicht des Querschnitts eines sich um den Umfang erstreckenden Speichenbereichs
des in 1 gezeigten Felgenrohlings, zusammen mit einem
dritten Satz Werkzeuge ober- und unterhalb des Speichenbereichs.
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6 ist
eine Seitenansicht des Querschnitts des in 5 beschriebenen
Speichenbereichs, nach Vollzug der Werkzeugaktion auf diesem Abschnitt.
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Detailbeschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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In 1 wird
ein Felgenrohling 10 gezeigt, der einen sich um den Umfang
erstreckenden Speichenbereich oder Speichenbett 12 enthält, zwei
sich gegenüberliegende
Bremsflächen 14 und
zwei sich gegenüberliegende
Seitenwände 16,
die sich zwischen dem Speichenbett 12 und den Bremsflächen 14 erstrecken.
Ein querlaufendes Verbindungsstück oder
oberer Steg 18 erstreckt sich zwischen dem oberen Teil
des Extrudats 10 in der Nähe der Bremsflächen 14.
Reifenhaltewände 20 erstrecken
sich nach oben vom querlaufenden Verbindungsstück 18 und enden in
den Reifenwulsthaken 22. Der Speichenbereich 12 hat
eine äußere oder
untere Fläche 24 und
eine innere oder obere Fläche 26.
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2 zeigt
das zum Druckverformen des Metalls benutzte Werkzeug in einem Abschnitt
des Speichenbereichs in der Nähe
eines (in 2 nicht gezeigten) Speichenlochs,
das im Felgenrohling 10 (1) zu erstellen
ist. Ein Amboss 30 befindet sich unter dem Speichenbett 12 und
hat eine Auskehlung mit einer Niedrigstelle 32. Die Form
der Auskehlung im Amboss dient zur Aufnahme und Unterstützung des
Speichenbetts 12, besonders zur Unterstützung der äußeren oder unteren Fläche 24 des
Speichenbetts 12. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung
werden Amboss 30 und Speichenbett 12 zusammengebracht
bis die äußere Fläche 24 des
Speichenbereichs 12 fest in der Auskehlung des Amboss 30 gehalten
wird. Nachdem das Speichenbett 12 nun fest im Amboss 30 sitzt,
wird ein Werkzeug 33 mit der inneren Fläche 26 des Speichenbereichs 12 in
Kontakt gebracht. Werkzeug 33 enthält einen zentralen Druckstempel 34 und
einen diesen umfassenden Umformkragen 36. Der Umformkragen
ist mit einer umlaufenden Schulter 38 und am unteren Ende
mit einem formenden Hohlraum 40 ausgebildet.
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Wenn
das Werkzeug 33 sich dem Amboss nähert, kommen Schulter 38 und
Druckstempel 34 in Kontakt mit der inneren Fläche 26 des
Speichenbetts 12, das dann zwischen Werkzeug 33 und
Amboss 30 festsitzt. Der zentrale Druckstempel 34 wird
dann über
die Schulter 38 hinaus vorwärts und in das Speichenbett 12 hinein
bewegt, wodurch Material durch den Druckstempel 34 nach
außen
verdrängt
wird. Mit der Vorwärtsbewegung
des Druckstempels 34 arbeiten Amboss 30 und Schulter 38 zusammen
und treiben das verdrängte
Material in den Hohlraum 40. Es gibt schlichtweg keinen
anderen Raum für
das druckverformte Material. Vorteilhaft ist, dass der Durchmesser
des Druckstempels 34 identisch mit dem für Speichenlöcher erwünschten
Durchmesser ist und dass die Vorwärtsbewegung des Stempels 34 gestoppt
wird, ehe der Druckstempel 34 den Amboss 30 erreicht,
wodurch der modifizierte Speichenbereich 12' (siehe 3) mit einem
verdickten ringförmigen Bereich 42,
der ein vorgeformtes Speichenloch 44 umgibt, erzeugt wird.
Die äußere Fläche 24 des
Speichenbereichs 12' entspricht
der äußeren Speichenfläche 24 des
Speichenbereichs 12, weil der Amboss 30 die Deformation
der äußeren Fläche 24 während des
Kontakts von Werkzeug 33 mit dem Speichenbett 12 verhindert.
Die innere Fläche 26 des
Speichenbetts 12 wird durch das Werkzeug 33 zur
inneren Fläche 26' (siehe 3)
verformt und enthält
den erhobenen oder verdickten ringförmigen Abschnitt 42.
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3 zeigt
einen Stanzstempel 46 in Position, ein Speichenloch 48 (siehe 4)
zu fertigen. Der Stanzstempel 46 ist im Stande, eine kleine
dünne Schicht 50,
die noch im Speichenbett 12' am
Boden des vorgeformten Speichenlochs 44 verblieb, zu entfernen.
Der Stanzstempel 46 arbeitet zusammen mit einem Amboss 52 mit
ringförmiger
Schulter 54, die ein Bohrloch 56 umgibt. Die äußere Fläche 24 des Speichenbetts 12' wird mit dem
Amboss 52 in Kontakt gebracht, so dass die Schulter 54 um
das vorgeformte Speichenloch 44 zentriert ist. Der Stanzstempel 46 bewegt
sich vorwärts
gegen Amboss 52 in das vorgeformte Speichenloch 44 und
durch die dünne Schicht 50,
die entfernt wird, und erstellt damit das als 48 gekennzeichnete
Speichenloch (siehe 4). Der Stanzstempel 46 enthält eine
Schulter 58, die den das Speichenloch 48 umringenden
Sitz 60 produziert, der bereit ist einen (nicht gezeigten)
Speichenkopf oder Speichennippel zu empfangen. Der Stanzstempel 46 ist
fähig,
die innere Fläche 26' (siehe 3)
in die endgültige
innere Fläche 26'' (siehe 4) umzuformen.
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Betrachten
wir nun 4, so hat der fertige Speichenbereich 12'' eine äußere Fläche 24, die der äußeren Fläche 24 des
Speichenbereichs 12 (1–3)
entspricht, ein Speichenloch 48, einen verdickten, intern
erhöhten
ringförmigen
Bereich 42' und
einen in diesen Bereich 42' geformten
Sitz 60. Der ringförmige
Bereich 42' verstärkt den
Speichenbereich 12'' um das Speichenloch 48.
Auf beiden Seiten des ringförmigen
Bereichs 42',
siehe 4, hat das Speichenbett dieselbe Dicke wie das
Speichenbett 12 in 1 und 2.
Des Weiteren bietet die äußere Fläche 24 des
Speichenbereichs 12'' keine Anzeichen,
dass der unmittelbar das Speichenloch 48 umringende Bereich
durch den verdickten ringförmigen
Bereich 42' verstärkt ist,
da dieser sich von der inneren Fläche 26'' nach
innen erstreckt und nicht von der Außenseite des Felgenrohlings 10 sichtbar ist.
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Betrachten
wir nun 5 und 6, so beschreiben
diese ein zweites Verfahren, eine Felge mit intern verstärkten Speichenlöchern herzustellen.
Genau wie das schon beschriebene Verfahren, erzeugt dieses Verfahren
einen Felgenrohling mit intern verstärkten Speichenlöchern, wobei
die Verstärkung
von der Außenseite
nicht sichtbar ist.
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5 zeigt
ein Werkzeug zum Druckverformen von Metall in einem Teil des Speichenbetts 62 eines
(nicht gezeigten) Felgenrohlings. Tatsächlich sind nur eine Hälfte des
Werkzeugs und die Hälfte des
Speichenbetts 62 angezeigt, die anderen Hälften sind
spiegelbildlich symmetrisch um die Achse A. Das Werkzeug umfasst
ein oberes Stanzwerkzeug 64 und ein unteres Stanzwerkzeug 66.
Das obere Stanzwerkzeug 64 enthält eine ringförmige Schulter 68,
die einen Hohlraum 70 umschließt, der durch eine formgebende
Fläche 72 in
einem äußeren Werkzeugteil 74 definiert
ist. Ein Stanzstempel 76 ist zentral positioniert im äußeren Werkzeugteil 74 und
für hin-
und hergehende Arbeitsbewegung relativ zum äußeren Werkzeugteil eingerichtet.
Das untere Stanzwerkzeug 66 besteht aus einem äußeren Werkzeugteil 78 und
einer zentralen Stanze 80, die zentral im äußeren Werkzeugteil 78 für eine hin- und hergehende Arbeitsbewegung
relativ zum äußeren Werkzeugteil 78 angeordnet
ist. Eine formgebende Fläche 82 ist
Teil des äußeren Werkzeugteils 78.
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Aus
der in 5 gezeigten Anfangsposition bewegen sich die zwei
Werkzeughälften 64 und 66 gegeneinander
und stanzen oder verformen das sich zwischen den zwei Stanzwerkzeugen 64 und 66 befindende
Material des Speichenbetts 62 zum modifizierten Speichenbett 62', wie in 6 gezeigt.
In dieser Position befindet sich ein Metallstück (nicht gezeigt) zwischen
den Stanzstempeln 76 und 80, das entfernt werden
muss, um das Speichenloch 84 (6) im Speichenbett 62' zu erzeugen.
Das wird erreicht durch Zurückziehen
des Stanzstempels 80 aus dem Speichenbett 62 und
Vorwärtsbewegung des
Stanzstempels 76 durch das Speichenbett 62 hindurch,
während
beide Werkzeughälften 74 und 78 in
engem Kontakt mit den oberen und unteren Flächen 86 und 88 des
Speichenbetts 62 gehalten werden.
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Mit
Bezug auf 6, enthält das fertige Speichenbett 62' eine modifizierte
obere Fläche 86', eine modifizierte
untere Fläche 88', das Speichenloch 84, einen
verdickten, umlaufenden, intern erhöhten Bereich 90 und
einen im umlaufenden Bereich 90 geformten Sitz 92.
In der modifizierten unteren Fläche 88' befindet sich
eine Vertiefung 94, die durch die Aktion der formgebenden
Fläche 82 des äußeren Werkzeugteils 78 im
unteren Stanzwerkzeug 66 produziert wurde. Auf der modifizierten
oberen Fläche 86' dient der verdickte
umlaufende Bereich 90 als Verstärkung des Speichenbetts 62' um das Speichenloch 84 herum.
Auf beiden Seiten des umlaufenden Bereichs 90, siehe 6,
hat das Speichenbett oder der Speichenbereich 62' dieselbe Dicke
wie das in 5 gezeigte Speichenbett bzw.
Speichenbereich 62. In dieser Ausführungsform wird erwartet, dass
die Dicke des Speichenbereichs 62 vor dem Stanzen durch
die Werkzeuge 64 und 66 größer ist als die erforderliche Dicke
zwischen den Speichenlöchern
in der fertigen Felge. Demnach kann nach Umformen des Speichenbereichs 62 zum
modifizierten Speichenbereich 62' Material vom Speichenbereich 62' entfernt werden,
bis die modifizierte untere Fläche 88' bündig, oder
nahezu bündig,
mit der Vertiefung 94 in diesem modifizierten Speichenbereich 62' ist.
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Das
Material kann mechanisch, durch Schleifen oder Schneiden oder andere
geeignete abtragende Verfahren, die dem Fachmann vertraut sind,
entfernt werden. Nach Beendigung dieses Prozesses die untere Fläche des
Speichenbetts vorzugsweise durchgehend eben und die Tatsache, dass
das Speichenloch intern verstärkt
ist, ist nicht offenbar.
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In
der oben beschriebenen Ausführung, nach
den 5 und 6, ist zu bemerken, dass ein intern
verstärktes
Speichenloch hergestellt werden kann, trotz der Tatsache, dass der
intern erhöhte
umlaufende Bereich 90 nicht dicker ist als die benachbarten
nicht bearbeiteten Zonen des Speichenbetts 62'. Oder anders
gesagt, wenn die oberen und unteren Stanzwerkzeuge so konstruiert
sind, dass sie den ringförmigen
Bereich an der Stelle, wo ein Speichenloch zu machen ist, zwar deformieren,
aber nicht verdicken, wird dieser umlaufende Bereich dicker sein, d.h.
verstärkt
im Vergleich mit angrenzenden Abschnitten des Speichenbereichs 62' sein, nachdem Material
von der unteren Fläche
entfernt worden ist, um die Fläche
praktisch eben mit der Vertiefung 94 zu machen.
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Obige
Beschreibungen der Einzelheiten legen die besten dem Erfinder bekannten
Methoden zur Ausführung
der Erfindung dar und sollen dem Fachmann ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren.
In der Praxis ist die Erfindung jedoch nicht auf die genauen Details
der beschriebenen Ausführungen
beschränkt,
Variationen und Modifikationen im Sinne des Gegenstands der Erfindung,
wie in den folgenden Patentansprüchen
beschrieben, sind durchaus möglich.