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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge für Fahrradlaufräder mit einem
Kunststoff-Hohlkammerprofil
und Metallteilen gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bekanntermaßen werden
zur Herstellung von Fahrradlaufrädern
Hohlkammerprofilfelgen verwendet, die aus einem radial äußeren und
einem radial inneren Flansch bestehen, welche durch 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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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.
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Aus
der
DE 10 2005
053 799 A1 ist ferner eine Fahrradfelge mit einem Felgenkörper bekannt, der
wenigstens ein Felgenbett mit Bremsflanken umfasst, wobei der Felgenkörper wenigstens
teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht und wobei die Bremsflanken
eine Bremsschicht aus einem reibungserhöhenden Material, so Keramikpartikeln, Glasstaubpartikeln
oder Partikeln aus Aluminiumoxid, Titanoxid oder Molybdän versehen
sein können. Das
Material wird entweder aufgeklebt oder aufgeschmolzen.
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Aus
der
DE 100 06 151
A1 ist eine ähnliche Beschichtung
von bekannten Aluminiumfelgen oder Felgen aus Faserverbundwerkstoff
offenbart, wobei die Beschichtung vorzugsweise durch Sputtern bevorzugt
mit einem Prozessgas relativ aufwendig erfolgt. Die
DE 37 11 286 A1 offenbart
eine Radfelge aus Metall für
ein mittels einer Felgenbremse abzubremsendes Rad eines Zweirades,
wobei die ringförmigen äußeren Seitenflächen des
Felgenhorns Bremsflächen
für die
Bremsbacken der Felgenbremse bilden, wobei wenigstens eine äußere Seitenfläche des
Felgenhorns im Eingriffsbereich der Bremsbacken mit einem die Bremswirkung
erhöhenden Bremshilfsmittel
versehen ist, so aufgeklebte beziehungsweise aufgesprühte Beläge, so auch
Reibbeläge
aus Gummi oder mit gleichmäßig auf
dem Umfang der Radfelge verteilt angeordneten Vorsprüngen, die in
Umfangsrichtung rampenförmig
Auf- und Ablaufflanken aufweisen.
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Aus
dem Hauptpatent 10 2007 024 267 ist bekannt, die Felgen mit einem
oder mehreren als Bremsflächen
dienenden und über
den ganzen Felgenumfang ungeteilten oder einmal geteilten Metallteilen
zu versehen, da auf Kunststofffelgen die Bremsbeläge nur geringe
Reibungskoeffizienten aufweisen und die Bremskraft nur schlecht
dosierbar und ungleichmäßig ist
und besonders bei Nässe drastisch
abnimmt. Wegen der sehr geringen Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärmekapazität des Kunststoffes
kommt es beim Bremsen zu einer starken Erwärmung der Felge. Bei der Verwendung
von Aluminiumteilen und Felgenprofilen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff
kommt es zu einer größeren thermischen
Ausdehnung der Metallteile, während das
Felgenprofil aus kohlefaserverstärktem
Kunststoff praktisch keine oder sogar leicht negative thermische
Ausdehnung zeigt.
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Dies
führt zu
erheblichen mechanischen Spannungen zwischen den Bauteilen, die
die Verbindung zwischen Felge und Bremsfläche stark belastet. Sind die
Bremsflächen
mit der Felge verklebt, kann sich die Verbindung im Extremfall,
wenn die Festigkeitsgrenze des Klebstoffes überschritten wird, lösen. Daher
hat man Konstruktionen vorgeschlagen, bei denen die Verbindung zwischen
Felge und einem oder mehreren als Bremsfläche ausgebildeten Metallteilen
durch temperaturbeständige
formschlüssige Verbindungselemente
(z. B. Nieten) realisiert ist. D. h., die durch die thermische Ausdehnung
induzierten Kräfte
werden durch eine entsprechend stabile Verbindung aufgenommen. Bei
extremer Hitzeentwicklung beim Bremsen kann aber auch diese Verbindung
zerstört
werden, da die Kräfte
linear mit der Temperaturerhöhung
ansteigen. Beispielsweise kommt es dann zur Aufwölbung der Bereiche der Metallteile
zwischen zwei formschlüssigen
Verbindungselementen. Es hat sich herausgestellt, dass die durch diesen
thermischen Effekt induzierten Kräfte wesentlich höher sein
können
als die durch den eigentlichen Bremsvorgang hervorgerufenen Kräfte. Ein
weiterer Nachteil der bekannten, im Hauptpatent vorgestellten Lösung, ist
das relativ hohe Gewicht der Bremsflächen, da sowohl Metallteile,
als auch Verbindungselemente vorhanden sind. Zudem müssen die
Metallteile relativ dick dimensioniert werden, um genügend Raum
für die
Verbindungselemente zu erhalten, da diese bisher stets versenkt
angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes
der Technik zu beseitigen und eine Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge mit Bremsflächen aus
Metall bereitzustellen, die durch eine spezielle Ausgestaltung der
Bremsflächen
ein gegenüber
dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen geringeres Gewicht
und eine auch extremen Temperaturen widerstehende Verbindung mit der
Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge
ermöglicht.
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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.
Kunststoffe im Sinne der Erfindung sind alle Nichtmetalle, die eine
geringe Wärmekapazität oder Wärmeleitfähigkeit
besitzen, im Speziellen Verbundwerkstoffe wie z. B. Kohlefaser verstärkter Kunststoff.
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Es
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die als Bremsfläche
dienenden Metallteile jeweils einen definierten Mindestabstand zueinander
aufweisen, wobei der Abstand eine Dehnungsfuge für Dehnungen in Felgenumfangsrichtung
bildet.
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Der
Mindestabstand wird definiert durch die maximale Temperatur der
Metallteile, die während
eines Bremsvorgangs entsteht, deren Länge und den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Materials der Metallteile. Da sich diese während eines Bremsvorgangs auf über 200
Grad Celsius erhitzen können, muss
die Dehnungsfuge bei vorzugsweise eingesetzter Aluminiumlegierung
in Bezug auf die Länge des
einzelnen Metallteiles mindestens 0,4% der Länge des Metallteiles in Felgenumfangsrichtung
betragen.
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Als
Metallteile kommen Profilteile, Streifen, Ringe oder Scheiben in
Betracht, die durch eine Klebeverbindung an mindestens einer Seitenwand
oder einem radial äußeren Flansch
der Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge angeordnet sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, die Metallteile als formschlüssige Verbindungselemente
zu gestalten. Hier kann eine Klebeverbindung entfallen.
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Als
solche formschlüssigen
Verbindungselemente dienen vorzugsweise Nieten, jeglicher Gestaltung.
Ebenfalls kommen Stifte oder Schraubverbindungen in Betracht.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung sind
an mindestens einer Seitenwand (an deren äußerer Fläche) oder am radial äußeren Flansch
des Kunststoff-Hohlkammerprofils mindestens sieben Metallteile mit
dem Kunststoff-Hohlkammerprofil jeweils in einem definierten Mindestabstand
zueinander in Felgenumfangsrichtung angeordnet, wobei der definierte
Abstand zwischen den Metallteilen – wie bereits dargestellt – jeweils
eine Dehnungsfuge bildet. Die Metallteile können in Form und Anzahl den
Belastungsverhältnissen
und technischen Gegebenheiten angepasst werden. Die Dehnungsfuge
kann erfindungsgemäß zum Felgenumfangskreis
der Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge radial ausgebildet sein.
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In
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung ist die Dehnungsfuge zwischen den Metallteilen zum
Felgenumfangskreis nicht in radialer Richtung ausgebildet, sondern
geneigt zum Radius des Felgenumfangskreises der Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge.
Die Neigung beträgt
vorteilhafterweise, jedoch nicht notwendig zwischen 30 und 60 Grad.
Dies gewährleistet
eine besonders glatte Bremsfläche
für einwandfreies,
vibrationsarmes Bremsverhalten.
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Die
Metallteile an mindestens einer Seitenwand der Kunststoff-Hohlkammerprofilfeldge
weisen eine Länge
in Felgenumfangsrichtung von weniger als 100 mm auf. Sind die Metallteile
als Profilteile am radial äußeren Flansch
angeordnet, ist eine Länge
in Felgenumfangsrichtung von weniger als 300 mm anzustreben.
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Durch
die Dehnungsfugen werden übermäßige mechanische
Spannungen zwischen den Metallteilen und dem Kunststoff-Hohlkammerprofil,
insbesondere wegen bremsbedingter Erhitzung, vermieden, da durch
die Dehnungsfugen eine quasi kräftefreie
Ausdehnung der Metallteile zugelassen wird. Somit wird die hauptsächliche
Ursache für
die Zerstörung
der Verbindung der Metallteile mit der Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge
eliminiert, und es ist neben der deutlich kleineren mechanischen Bremsbelastung
als schädigende
Ursache nur noch die direkte Wärmewirkung übrig. Dies
führt zu
einer wesentlichen Erhöhung
der Temperaturresistenz. Da die Metallteile hierbei nicht mit zusätzlichen
formschlüssigen
Verbindungselementen befestigt werden müssen, kann die Wandstärke dieser
Metallteile wesentlich dünner
ausgelegt werden, was eine deutliche Gewichtsersparnis bedeutet.
Die Gewichtsersparnis gilt auch bei ausschließlicher Verwendung formschlüssiger Verbindungselemente,
da hier ein Kopf des Verbindungselementes direkt als Bremsfläche dient
und nicht versenkt angeordnet werden muss. Zudem werden zusätzliche
Metallteile eingespart. Die Robustheit ist hier besonders hoch.
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Der
Kopf des jeweiligen formschlüssigen Verbindungselementes
kann eine vielfältige
Gestaltung aufweisen. Um eine möglichst
vibrationsfreie Bremswirkung zu erzielen, verfügen diese formschlüssigen Verbindungselemente über einen
möglichst
großen
Kopf, der idealerweise rechteckig ist, aus Kostengründen aber
auch radialsymmetrisch ausgestaltet sein kann. Der seitliche Querschnitt
der Köpfe
kann vorzugsweise abgerundete Kanten besitzen. Ihr Abstand zueinander
in Felgenumfangsrichtung (Dehnungsfuge) beträgt weniger als 3 mm. Die formschlüssigen Verbindungselemente
bestehen aus Metall, vorzugsweise Aluminium-, Magnesium- oder Titanlegierungen.
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Deren
Oberfläche,
die mit der Bremsvorrichtung in Berührung kommt, kann strukturiert
oder profiliert gestaltet sein, um die Oberfläche zu erhöhen. Somit kann beim Bremsvorgang
mehr thermische Energie abgeführt
werden. Zudem wird die Bremskraft dadurch erhöht.
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Sind
die Metallteile als Profilteile ausgestaltet, so können diese
bei besonderer Beanspruchung zusätzlich
am radial äußeren Flansch
mit formschlüssigen
Verbindungselementen versehen werden.
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Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf
die Figuren beispielhaft näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge,
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1a eine
Seitenansicht einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge,
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1b eine
Seitenansicht einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge,
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2 eine
Schnittansicht einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge,
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2a eine
Seitenansicht einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge.
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung einer 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. Der radial innere Flansch (5) und der radial äußere Flansch
(4) sind durch zwei Seitenwände (3) miteinander
verbunden. Im radial äußeren Bereich
der ersten Seitenwand (3) sind Metallteile (2) als
Bremsflächen
mit dem Kunststoff-Hohlkammerprofil (8) durch eine Klebeverbindung
verbunden. Im radial äußeren Bereich
der weiteren Seitenwand (3) werden die Metallteile (2)
als Bremsflächen
durch formschlüssige
Verbindungselemente (6) gebildet, die einen entsprechend
großen
Kopf besitzen.
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1a zeigt
ausschnittweise die Seitenansicht einer Variante der Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge
(1) für
aufklebbare Schlauchreifen, bei der im radial äußeren Bereich der Seitenwände (3)
die Metallteile (2) mittels Klebeverbindung mit dem Kunststoff-Hohlkammerprofil
(8) verbunden sind. Die Metallteile (2) bestehen
aus einer Aluminiumlegierung und weisen jeweils einen erfindungsgemäß definierten
Mindestabstand zueinander auf, die Dehnungsfuge (7). Sie
ist geneigt gegenüber
dem Radius des Umfangskreises der Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge (1) und
beträgt
bei der im Ausführungsbeispiel eingesetzten
Aluminiumlegierung in Bezug auf die Länge des einzelnen Metallteiles
in Felgenumfangsrichtung 0,4% der Metallteilumfangslänge.
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1b zeigt
ausschnittweise die Seitenansicht einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung der Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge (1) für aufklebbare Schlauchreifen,
bei der im radial äußeren Bereich
der Seitenwände
(3) die Metallteile (2) als formschlüssige Verbindungselemente
(6) ausgestaltet sind, die in einem erfindungsgemäß definierten
Mindestabstand in Felgenumfangsrichtung als Dehnungsfuge (7)
jeweils zueinander angeordnet sind. Durch die kleine Dimensionierung
der formschlüssigen
Verbindungselemente (6), welche Nieten mit einem Kopfdurchmesser
von 12 mm sind, ist in dieser erfindungsgemäßen Variante die jeweilige
Dehnungsfuge (7) sehr klein gehalten. Sie beträgt mehr
als 0,05 mm. Der Kopf der formschlüssigen Verbindungselemente
(6) ist radialsymmetrisch gestaltet.
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2 zeigt
eine Schnittdarstellung einer Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge (1) für herkömmliche
Drahtreifen für
ein Fahrradlaufrad. In dieser erfindungsgemäßen Variante sind am radial äußeren Flansch
(4) Metallteile (2) als Profilteile durch eine Klebeverbindung
aufgebracht, die seitlich zwei Bremsflächen bieten.
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2a zeigt
einen Ausschnitt der Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge
(1) für
herkömmliche Drahtreifen
in Seitenansicht, wobei die Metallteile (2) als Profilteile
am radial äußeren Flansch
(4) durch eine Klebeverbindung aufgebracht sind. Sie sind über den
Felgenumfang geteilt. Ausgehend vom radial äußeren Bereich der Seitenwände (3)
weisen die Metallteile (2) jeweils einen in Felgenumfangsrichtung
gleichen Abstand zueinander als Dehnungsfuge (7) auf und
zwar durch den gesamten Profilquerschnitt.
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- 1
- Kunststoff-Hohlkammerprofilfelge
- 2
- Metallteil
- 3
- Seitenwände
- 4
- radial äußerer Flansch
- 5
- radial
innerer Flansch
- 6
- formschlüssige Verbindungselemente
- 7
- Dehnungsfuge
- 8
- Kunststoff-Hohlkammerprofil