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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Hohlkammerfelge für Fahrradlaufräder
mit einem aus Kunststoff bestehenden Hohlkammerprofil und Profilteilen aus
Metall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Bekanntermaßen
werden zur Herstellung von Fahrradlaufrädern Hohlkammerprofilfelgen
aus Metall verwendet, 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. In jüngerer
Zeit wurden solche Hohlkammerprofilfelgen aus Gründen der
Gewichtsreduzierung auch aus Kunststoff gefertigt, wie z. B. aus
kohlefaserverstärktem Kunststoff.
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Bekannt
ist ferner aus der
DE
10 2005 053 799 A1 , dass die Bremsflächen derartiger
Felgen mit einem reibungserhöhenden Material, so Keramikpartikeln,
Glasstaubpartikeln oder Partikeln aus Aluminiumoxid, Titanoxid oder
Molybdän versehen sein können.
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In
der
DE 100 06 151
A1 wird eine ähnliche Beschichtung von bekannten
Aluminiumfelgen oder Felgen aus Faserverbundwerkstoff offenbart,
wobei die Beschichtung durch Sputtern relativ aufwendig erfolgt. Ähnliche
aufgeklebte oder aufgesprühte Beläge, so auch
Reibbeläge aus Gummi, gehen aus der
DE 37 11 286 A1 hervor.
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Im
Allgemeinen werden bei Fahrrädern Felgenbremsen verwendet.
Hierbei reiben die Bremsbeläge direkt auf der Felge, wobei
im Normalfall der radial äußere Bereich der seitlichen
Verbindungswände als Bremsfläche dient. Bei aus
Metall gefertigten Felgenprofilen bieten diese seitlichen Wände
eine hinsichtlich des Bremsverhaltens und der notwendigen Wärmeableitung
sehr geeignete Reibfläche. Speziell bei Aluminium als Felgenmaterial
ergeben sich auch bei Nässe hohe Reibungskoeffizienten,
die Bremskräfte sind sehr gut dosierbar und die vorzügliche
Wärmeleitfähigkeit führt zu exzellenter
Wärmeabfuhr und im Resultat, in Verbindung mit der hohen spezifischen
Wärmekapazität, zu einer nur geringen Erwärmung
der Felge beim Bremsen. Von besonderer Bedeutung ist dies für
Bremsungen auf Abfahrten im Gebirge, da hier, anders als z. B. bei
Motorfahrzeugen, bei denen unterstützend auf die Bremskraft des
Motors zurückgegriffen werden kann, die Bremsen die alleinige
Aufgabe der Umwandlung der kinetischen Energie in Wärme
erfüllen müssen.
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Bestehen
jedoch die Felgen aus Kunststoff, verstärkt sich das Problem
der Bremsbarkeit in extremer Weise. Es ist bekannt, dass Kunststoffe
in der Regel eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit
und spezifische Wärmekapazität besitzen. Zudem
weisen Kunststoffe eine wesentlich geringere Temperaturbeständigkeit
auf als Metalle. Daraus resultieren sehr ungünstige Bremseigenschaften.
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Auch
in Verbindung mit speziell für solche Kunststoffbremsflächen
entwickelten Bremsbelägen, so gemäß der
DE 10 2005 053 799
A1 und der
DE 100
06 151 A1 , bleiben die erzielbaren Reibungskoeffizienten
hinter denen der Metallbremsflächen zurück, die
Bremskraft ist schlecht dosierbar und ungleichmäßig.
Insbesondere bei Nässe nimmt die Bremswirkung drastisch
ab.
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Daneben
kommt es zu einer übermäßigen Erwärmung
der Felge und der Bremsbeläge, die bei sehr hohen Bremsleistungen
sogar zur Zerstörung der Bremsbeläge oder der
Kunststofffelge führen kann, im Extremfall bis zum vollständigen
Bremsversagen oder Bruch der Felge.
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Schließlich
ist die Abnutzung bei Kunststoffbremsflächen deutlich höher
als bei Metallen, sodass solche Felgen einem wesentlich höheren
Verschleiß unterliegen.
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Es
ist somit grundsätzlich anzustreben, eine Kunststofffelge
herzustellen, die ein, gegenüber Metallfelgen, wesentlich
geringeres Gewicht aufweist, dabei aber eine den Metallfelgen vergleichbare
gute Bremsbarkeit bereitstellt.
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Man
hat versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, dass Metallbremsflächen
oder Metallprofilteile, die Bremsflächen tragen, durch
Verklebung mit dem Kunststofffelgenprofil zu verbinden. Hierdurch
wird der Gewichtsvorteil zwar zum Teil wieder zunichte gemacht,
dafür aber eine den Metallfelgen vergleichbare Bremsbarkeit
erreicht.
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Das
Problem bei dieser Konstruktion ist die sehr starke Erwärmung
dieser Metallteile, da deren absolute Wärmekapazität
durch die relative kleine Masse gering ist, und die Kunststofffelge
nur einen sehr geringen Teil der Bremswärme ableiten kann.
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Eine
deutliche Volumenvergrößerung der Metall-Teile
kommt jedoch wegen des Verlustes des Gewichtsvorteiles der Kunststofffelge
nicht in Betracht. Diese verstärkte Erwärmung
führt zu einer Herabsetzung der Festigkeit der Klebverbindung.
Zusätzlich wirkt sich bei Erwärmung der unterschiedliche
Wärmeausdehnungskoeffizient von Metallen und Kunststoffen
negativ aus. Dies führt bei Erhitzung unter Umständen
zu erheblichen Spannungen zwischen den Metall- und Kunststoffteilen,
die die Verklebung zusätzlich zur reinen Erwärmung
belasten. Somit kann es bei besonderer Bremsbelastung zu einem Lösen
der Metall-Kunststoff-Verbindung kommen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge
mit mindestens einer Seitenwand und mit als Bremsfläche
dienenden Metallteilen bereitzustellen, die bei geringem Gewicht
und sehr guten Bremseigenschaften durch eine spezielle Verbindungstechnik über
eine thermisch und mechanisch hochbelastbare Kunststoff-Metall-Verbindung
verfügen und somit auch für sehr starke Bremsleistungen
geeignet ist. Ferner sollen Verschleißerscheinungen der
Metallteile optisch angezeigt werden, um Gefahren für Leib
und Leben durch eine Einschränkung der Bremsleistung vorzubeugen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch eine Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Es
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein als Bremsfläche
dienendes Metallteil oder als Bremsfläche dienende Metallteile über
temperaturunempfindliche, formschlüssige Verbindungselemente
mit einem Kunststoff-Hohlkammerprofil einer Felge verbunden sind.
Die Verbindungselemente erhöhen das Gesamtgewicht der Felge
nicht wesentlich.
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Die
erfindungsgemäße Lösung stellt eine Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge
für Fahrradlaufräder zur Verfügung, die
ein geringes Gewicht und eine gute Bremsbarkeit aufweist und deren
Kunststoff-Metall-Verbindung auch hohen Temperaturen bei extremen
Bremsbelastungen standhält.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung werden bevorzugt
an mindestens einer radial äußeren Fläche
von mindestens einer Seitenwand oder an einem radial äußeren
Flansch des Kunststoff-Hohlkammerprofils ein oder mehrere Streifen,
Ringe, Scheiben, ähnlich geformte Metallteile oder Profilteile
aus Metall mit formschlüssigen Verbindungselementen mit dem
Kunststoff-Hohlkammerprofil verbunden. Diese Verbindungselemente
können in Form und Anzahl den Belastungsverhältnissen
angepasst werden. Verbindungselemente sind beispielhaft Nieten,
Stift- oder Schraubverbindungen. Verbindungselemente sind in weitergehender
Ausgestaltung der Erfindung auch eine Strukturierung der Metallteile,
wobei die Fläche der Metallteile eine Strukturierung aufweist, die
auf dem Hohlkammerprofil aufliegt.
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Durch
die Verbindungselemente werden sowohl die beim Bremsen direkt auftretenden
Scherkräfte in Tangentialrichtung zum Felgenumfang aufgefangen
als auch die durch die thermische Ausdehnung der Metallteile hervorgerufenen,
senkrecht zur Tangentialrichtung wirkenden Kräfte, die
eine Trennwirkung auf die Metall-Kunststoff-Verbindung erzeugen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungselemente
aus einem weicheren Material als die Metallteile gefertigt, beispielsweise
aus Aluminium. Funktionsbedingt tritt beim Bremsen ein Abrieb der
Metallteile und der Verbindungselemente auf. Sind die Verbindungselemente weicher
als die Metallteile, so verschleißen diese zuerst. Sind
die Verbindungselemente bei funktionsgerechtem Einsatz sichtbar,
erkennt der Nutzer an dem Verschleiß der Verbindungselemente,
dass die Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge zu wechseln ist. Dies
ist bei einer Klebeverbindung nicht gegeben. Deren Festigkeit kann
nicht auf einfache Art visuell wahrgenommen werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Abstand
der Verbindungselemente untereinander kleiner gleich 50 mm bei Kunstoff-Hohlkammerprofilen
für den Einsatz bei vorderen Fahrradlaufrädern
und kleiner gleich 60 mm bei Kunstoff-Hohlkammerprofilen für
den Einsatz bei hinteren Fahrradlaufrädern.
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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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2 eine
Schnittansicht einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Felge
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1 zeigt
eine Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge (1) für
aufklebbare Schlauchreifen für ein Fahrradlaufrad mit einem
Kunststoff-Hohlkammerprofil (8), das einen radial inneren
Flansch (5) und einen radial äußeren
Flansch (4) aufweist.
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Der
radial innere Flansch (5) und der radial äußere
Flansch (4) sind durch zwei Seitenwände (3) miteinander
verbunden. Im radial äußeren Bereich der Seitenwände
(3) sind Metallteile als Bremsflächen (2)
mittels formschlüssiger Verbindungselemente (6)
mit dem Kunststoff-Hohlkammerprofil (8) verbunden.
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2 zeigt
eine Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge (1) für
herkömmliche Drahtreifen für ein Fahrradlaufrad.
Hier ist im Bereich des radial äußeren Flansches
(4) das Metallteil als Profilteil (7) aufgeklebt,
das seitlich ebenfalls zwei Bremsflächen bietet, und mittels
formschlüssiger Verbindungselemente (6) mit dem
Kunststoff-Hohlkammerprofil (8) verbunden sind.
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Es
ist bei der Verbindung anzustreben, bei den Metallteilen als Bremsfläche
(2), wie bei einer Innenfläche (9) des
Metallteils als Profilteil (7) eine ebene Oberfläche
zu erzielen, um eine glatte Bremsfläche für einwandfreies
Bremsverhalten zu gewährleisten bzw. um Beschädigungen
des Reifens durch vorstehende Verbindungselemente zu vermeiden.
Dazu müssen die außen liegenden Köpfe
der Verbindungselemente (6) versenkt sein, sodass sie bündig
in der Fläche liegen. Die Verbindungselemente (6)
fungieren darüber hinaus bei der Felge in 1 auch
als Abnützungsindikator. Wenn durch Bremsabrieb die Köpfe
der Verbindungselemente abgeschliffen sind, werden einzelne Elemente
in das Innere des Felgenprofils zurückgezogen und zeigen
ein optisch auffälliges Bild.
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Es
wird daraufhin gewiesen, dass die Ausführungsvarianten
der 1 und 2 lediglich beispielhaft zu
verstehen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005053799
A1 [0003, 0007]
- - DE 10006151 A1 [0004, 0007]
- - DE 3711286 A1 [0004]