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Die Erfindung bezieht sich auf einen Speichennippel mit einem Federelement für Speichen von Fahrrad-Speichenlaufrädern. Bekanntermaßen werden zur Herstellung von Fahrrad-Speichenlaufrädern Speichennippel verwendet, die auf ein Gewinde der durch eine Felgenbohrung hindurchgesteckten Speiche aufgeschraubt werden. Über den Rand dieser Felgenbohrung sind Speichen und Felge formschlüssig verbunden. Es kommen auch Varianten vor, die kein Gewinde aufweisen, weil ein solches zur Einstellung der Speichenvorspannung nabenseitig vorhanden ist. In diesem Fall weist das nippelseitige Speichenende eine Verdickung auf, über die die Speiche in der Nippelbohrung befestigt ist. Es existieren auch Varianten, die eine Speichennippelbefestigung in einer Nabe aufweisen, die der hier beschriebenen in der Felge prinzipiell gleicht. Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich ebenso auf Speichennippel, die in einer Nabenbohrung sitzen.
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Durch eine kugelförmige Ausformung des Nippelkopfes in Verbindung mit einer Bohrung, die gegenüber dem Speichendurchmesser ein Übermaß aufweist, wird eine Verbindungsart ermöglicht, die durch den damit verbundenen Freiheitsgrad eine flexible Positionierung der Speiche in einem großen Raumwinkelbereich ermöglicht. Das selbsttätige genaue Ausrichten der Speiche erfolgt durch ihre Vorspannung. Diese Vorspannung ist es auch, die den Speichennippel unter allen Betriebsbedingungen des Laufrades in der Bohrung am Boden der Felge fixieren und bei Vorliegen eines Gewindes das Verdrehen des Speichennippels und damit ein Nachlassen der Speichenvorspannung verhindern soll. Besonders der in herkömmlicher Weise an der Nabe befindliche relativ elastische Bogen der Speichen trägt über seine Elastizität sehr zur dauerhaften Klemmung des Speichennippels bei. Aber auch dies reicht in vielen Belastungssituationen nicht aus.
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In jüngerer Zeit finden aus Gründen der Aerodynamik und Gewichtseinsparung zunehmend Speichenlaufräder mit stark reduzierter Speichenanzahl Verwendung. Durch die damit einhergehende hohe Belastung der Speichen wird eine besonders belastbare Verbindungstechnik zwischen Speiche und Nabenkörper notwendig. Die Druckschrift
DE 4415505 A1 lehrt z. B. eine solche Verbindungstechnik. Hierbei besitzen die Speichen ein nabenseitiges Gewinde und werden mittels einer Gewindehülse mit dem Nabenkörper verbunden. Da die Speiche hier, anders als bei der klassischen Befestigung, keinen Bogen mehr besitzt, ist die Möglichkeit einer dauerhaften Klemmung des Speichennippels eingeschränkt.
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Des Weiteren verringert die Reduzierung der Speichenanzahl durch die damit verbundene höhere Belastung der Felge die Möglichkeit, die Vorspannung der Speichen zu erhöhen. Gleichzeitig sinkt die Steifigkeit des Laufrades, sodass es unter Belastung zu einer größeren elastischen Verformung der Felge kommt. Diese negativen Eigenschaften können dazu führen, dass die Vorspannung der Speiche nicht mehr ausreicht, den Speichennippel am Felgenboden festzuhalten. Der Speichennippel wird von seinem Sitz durch die Speiche angehoben und kehrt erst bei Entlastung z. B. im Rahmen der Weiterdrehung des Laufrades in seinen Sitz zurück. Besonders gilt dies für Hinterräder, die aufgrund der Antriebsfunktion, realisiert im Normalfall durch Mehrfachzahnkränze, auf beiden Seiten verschiedene Speichenwinkel aufweisen, was zu einer sehr asymmetrischen Speichenvorspannung führen kann. Dieses Abheben des Nippelkopfes kann zu unerwünschten Geräuschen und zum Materialabtrag im Verbindungsbereich zum Felgenboden, genauer gesagt im Bereich des Nippelsitzes an der Felgenbohrung und am kugelförmigen Sitz des Speichennippels führen. Gleichzeitig kann es zu einem Verdrehen und damit zu einem Lockerwerden des Speichennippels führen. Infolge dieser Veränderungen kommt es zu einer Verschlechterung des Rundlaufs und zu einem Nachlassen der Speichenspannung, was die negativen Eigenschaften noch verstärkt.
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Mit Einsatz moderner Schraubensicherungsklebstoffe ist es lediglich möglich, das Verdrehen und damit das Lockerwerden des Speichennippels zu verhindern.
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Standardmäßige Lösungen für derartige Problemfälle wie z. B. Schraubenfedern, Tellerfedern oder Federscheiben, die lediglich zwischen Nippelkopf und Felgenboden eingelegt werden, wobei der Nippelkopf nicht mit dem Felgenboden in direktem Kontakt steht, verhindern die Selbstzentrierung des Speichennippels in der Bohrung des Felgenbodens. Durch die relativ hohe Speichenspannung, die über solche zwischengelegte Federelemente übertragen werden muss, kommen für derartige Federelemente nur absolut druckfeste, formstabile Werkstoffe in Frage, da eine Verringerung der Federelementdicke um nur wenige hundertstel Millimeter durch die hohe Steifigkeit der Speichen bereits eine deutliche Reduktion der Speichenvorspannung mit resultierender Verschlechterung des Rundlaufes der Felge zur Folge hat. In Verbindung mit dem relativ hohen Federweg, der bereitgestellt werden muss, besteht eine sehr hohe Belastung für diese Federelemente. Kommt es zu einem Bruch eines solchen Federelementes, besteht die Gefahr, dass der Speichennippel sich setzt oder verrutscht und ein schlagartiger starker Verlust der Speichenvorspannung auftritt, verbunden mit einem massiven Seitenschlag der Felge, was eine nicht unerhebliche Betriebsgefahr bedeutet.
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Um die Nachteile zwischengelegter Federelemente zu vermeiden, hat man versucht, die Speichenspannung zu erhöhen, was aber durch die wesentlich größere Belastung zu erhöhter Bruchgefahr der Komponenten führt. Speziell bei Hinterrädern hat man versucht durch Verwendung von Naben mit axial geringem Flanschabstand, mit beidseits sehr steilem Speichenwinkel, die konstruktionsbedingte seitliche Differenz der Speichenspannung zu verringern. In dieselbe Richtung zielt die Konstruktion, auf der Seite mit den steiler eingestellten Speichen, also der höheren Vorspannung, mehr Speichen vorzusehen als auf der Gegenseite. Wesentlicher Nachteil dieser Konstruktionen ist eine deutliche Verringerung der Seitensteifigkeit, da gerade die seitlich schräger stehenden Speichen den größeren Beitrag zur Seitensteifigkeit eines Laufrades leisten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und einen Speichennippel für Speichen von Fahrrad-Speichenlaufrädern bereitzustellen, der unter allen Betriebsbedingungen durch ein zusätzliches Federungselement eine Mindestvorspannung auch bogenloser Speichen ermöglicht, selbst wenn durch auftretende Betriebskräfte die eigentliche Vorspannung des Speichenmaterials auf null reduziert ist. Dabei soll der unmittelbare Kontakt zwischen Speichennippel und Felgenbohrung unter Vermeidung von beide Teile trennenden Elementen möglichst erhalten bleiben, sodass der Speichennippel in der Felge fixiert bleibt und die Position des Speichenschaftes in der Felgenbohrung nicht wesentlich verändert wird. Ebenfalls soll die Erfindung sicherstellen, dass auch bei dem Einsatz der vorbeschriebenen Federelemente eine Selbstzentrierung gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Speichennippel für Speichen, d. h. für Bogenspeichen, als auch bogenlose Speichen von Fahrrad-Speichenlaufrädern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist ein Speichennippel vorgesehen, der neben einem im Bereich der Felgenbohrung angeordneten zentralen kugelförmigen Sitz, der mit der Felgenbohrung im Felgenboden einer Felge zusammenwirkt, eine seinen äußeren Umfang umlaufende, im Verhältnis zum kugelförmigen Sitz zurückversetzte Auflagefläche zur Aufnahme eines Federelements aufweist. Die zurückversetzte Auflagefläche ist an der in funktionsgerechter Lage dem Felgenboden zugewandten Seite des Speichennippels angeordnet.
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Weil – wie vorab dargestellt – auch die Möglichkeit besteht, eine Befestigung des Speichennippels in der Nabe vorzunehmen, die der hier beschriebenen Befestigung in der Felge prinzipiell gleicht, ist unter Felgenbohrung. im Sinne der Erfindung auch gleichsam Nabenbohrung zu verstehen, unter Felgenboden gleichsam Nabenflansch und unter Felge gleichsam Nabe. Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich somit ebenfalls auf Speichennippel, die in beziehungsweise an einer Nabe angeordnet sind.
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Das Federelement liegt im montierten Zustand an der zurückversetzten Auflagefläche an und ist bei Auflage des Speichennippels auf dem Felgenboden komprimiert. Die Kraftübertragung vom Speichennippel zur Felge erfolgt dabei nach wie vor unmittelbar über den zentralen kugelförmigen Sitz, der sich selbst in der Felgenbohrung zentriert und eine Ausrichtung der Speiche in Bezug zur Felge ermöglicht ohne jede Veränderung der Speichenspannung. Das ist deswegen der Fall, weil bei Speichenvorspannung der zentrale kugelförmige Sitz am Rand der Felgenbohrung des Felgenbodens anliegt und so mit der Felgenbohrung zusammenwirkt.
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Im Sinne der Erfindung ist als zentraler kugelförmiger Sitz ebenfalls eine Form zu verstehen, welche nahezu kugelförmig ist, so beispielhaft auch linsenförmig. Die Form muss lediglich eine solche Gestalt besitzen, dass eine Zentrierung des Speichennippels erfolgen kann.
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Die Erfindung sieht somit vor, dass unabhängig vom direkten Sitz des Speichennippels in der Felgenbohrung, der durch die Spannung der gedehnten Speiche unter Druckspannung gehalten wird, das Federelement als zusätzliches Vorspannelement existiert, um Speiche und Speichennippel bei betriebsbedingtem Verlust der Speichenvorspannung weiterhin unter einer reduzierten Spannung zu halten und damit die nötige Fixierung zu gewährleisten, wobei das Federelement aufgrund seines Anliegens an der zurückversetzten Auflagefläche nicht das Anliegen von Speichennippel und Felgenboden, genauer gesagt das Anliegen des zentralen kugelförmigen Sitzes am Rand der Felgenbohrung behindert. So ist gleichsam eine Zentrierung des Speichennippels trotz des Federelements gesichert.
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Erfindungsgemäß fixiert das Federelement den Speichennippel bei Verlust der Speichenvorspannung am Felgenboden und hält die Speiche in der Felgenbohrung zentriert.
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Da das Federelement nicht mehr die hohe Vorspannungskraft der Speiche übertragen muss, kann erfindungsgemäß ein elastisches Material vorgesehen werden, um einen möglichst großen Federweg bereitzustellen, sodass auch bei einem starken Abheben des Speichennippels durch auftretende Betriebskräfte das Federelement unter Vorspannung gehalten werden kann. Das Material muss lediglich steif genug sein, um Speiche und Nippel bei Verlust der Speichenvorspannung in Bezug auf den Felgenboden fixieren zu können. Das Federelement kann aus elastischem Vollmaterial bestehen oder als Metallfeder, zum Beispiel als Schraubenfeder, Tellerfeder oder Federscheibe ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als Federelement ein O-Ring aus Gummi vorgesehen, der auf der zurückversetzten Auflagefläche aufliegt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung weist der O-Ring als Federelement einen geringeren Durchmesser als der zentrale kugelförmige Sitz des Speichennippels auf. Der zentrale kugelförmige Sitz besitzt am felgenseitigen Abschluss einen zumindest teilweise umlaufenden Vorsprung. Der O-Ring wird über diesen Vorsprung geschoben und haftet aufgrund der eigenen Vorspannung und des Vorsprungs am Speichennippel. Er ist somit einfach und funktionssicher zu montieren und besitzt gute Geräusch- und Schwingungsdämpfungseigenschaften.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Verbindung zwischen Speichennippel und Speiche mit oder ohne Gewinde, ohne Gewinde etwa durch ein verdicktes Speichenende auf der dem Felgenboden abgewandten Seite des Speichennippels. Das Gewinde kann unterschiedlich ausgestaltet sein. So kann der Speichennippel erfindungsgemäß eine Passungsbohrung zur Aufnahme eines glatten Schafts der entsprechenden Speiche vorsehen, an die sich auf der dem Felgenboden abgewandten Seite das Gewinde zur Aufnahme eines Gewindes der Speiche anschließt, wobei die Passungsbohrung dem Durchmesser des Schaftes der Speiche entspricht, sodass eine Abstützung des Schaftes der Speiche am Speichennippel zum Zweck der Eliminierung von Biegekräften am Gewinde gegeben ist. Die Passungsbohrung weist hier in der Regel eine Länge auf, die etwa dem zwei- bis dreifachen Durchmesser des Schaftes der Speiche entspricht. Andere Längen sind ebenfalls in Rahmen der Erfindung gelegen.
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Ebenso kann ein zentraler Bereich des Speichennippels um die Speiche herum durch die Felgenbohrung hindurchreichen und dort über eine entsprechende Formgebung von außerhalb der Felge drehbar sein, wobei die Funktion des kugelförmigen Sitzes des Speichennippels (im Innern der Felge) erhalten bleibt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, dass so eine zuverlässige Verbindung zwischen Speichennippel und Felge bereitgestellt wird, die nicht oder wenig empfindlich gegenüber einem unter starker Belastung nicht vermeidbaren Verlust der Speichenvorspannung ist, d. h., dass der Speichennippel im Wesentlichen unter allen Betriebsbedingungen auf der Felge fixiert bleibt und die Position des Speichenschaftes in der Felgenbohrung nicht bzw. nicht wesentlich verändert wird und somit Geräusche und reibungsbedingter Materialabtrag verhindert werden. Gleichsam ist, wie bereits dargestellt, eine Zentrierung trotz des Einsatzes von Federelementen gewährleistet.
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Damit ist unter anderem auch die Konstruktion eines Fahrrad-Speichenlaufrades möglich, das über eine stark reduzierte Anzahl von vorgespannten, auch bogenlosen, Speichen verfügt, das speziell im Hinterrad mit maximaler Asymmetrie der Speichenvorspannung bei seitensymmetrischer Speichenanzahl und generell niedrigerer Speichenvorspannung konstruiert werden kann. So können Laufräder mit hoher Aerodynamik, guter Seitensteifigkeit und geringem Gewicht sowie hoher Dauerfestigkeit zur Verfügung gestellt werden. Ein weiterer mit der Erfindung verbundener Vorteil besteht darin, dass keine zusätzliche Schraubensicherung zur Sicherung der Nippelgewinde benötigt wird, was eine Montageerleichterung darstellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft näher erläutert. Im Ausführungsbeispiel und der Zeichnung sind weitere typische Elemente eines Speichennippels, einer Speiche und einer Hohlkammerfelge, wie beispielsweise Ausformungen des Nippelkörpers zur Übertragung von Drehmomenten oder Ausgestaltungen eines vollständigen Felgenhohlkammerprofils aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, da diese dem Fachmann bekannt sind.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipskizze in Form einer Schnittansicht (Längsschnitt) eines Speichennippels mit eingelegtem Federelement, der mittels einer vorgespannten Speiche auf den Boden der Hohlkammerfelge gepresst wird;
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2 eine Prinzipskizze in Form einer Schnittansicht desselben Speichennippels bei Verlust der Speichenvorspannung und damit verbundenem Anheben der kugelförmigen Auflagefläche vom Felgenboden.
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Gemäß 1 sind ein Speichennippel (1) und eine Speiche (8) mittels eines Gewindes (7) verbunden. Der Speichennippel (1) weist auf seiner dem Felgenboden (4) zugewandten Seite eine Passungsbohrung (10) zur Aufnahme eines glatten Schaftes der Speiche (8) auf, die sich an das Gewinde (7) anschließt, welches auf der dem Felgenboden (4) abgewandten Seite gelegen ist. Der Durchmesser der Passungsbohrung (10) entspricht dabei dem Durchmesser des Schaftes der Speiche (8), sodass eine Abstützung des Schaftes der Speiche (8) am Speichennippel (1) zum Zweck der Eliminierung von Biegekräften an einem Gewinde der Speiche (8) gegeben ist. Die Passungsbohrung (10) weist im Ausführungsbeispiel eine Länge auf, die etwa dem zwei- bis dreifachen Durchmessers des Schaftes der Speiche (8) entspricht.
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Der glatte Schaft der Speiche (8) führt durch die Felgenbohrung (5) des Felgenbodens (4) und reicht so in den Speichennippel (1) hinein. Der Speichennippel (1) weist an seiner, dem Felgenboden (4) der Hohlkammerfelge zugewandten, Unterseite einen im Bereich der Felgenbohrung (5) angeordneten zentralen kugelförmigen Sitz (9) auf, der auf dem Rand der Felgenbohrung (5) aufliegt und dadurch in dieser zentriert wird, wobei durch das Übermaß der Felgenbohrung (5) gegenüber dem Durchmesser des Schaftes der Speiche (8) die Möglichkeit einer Ausrichtung der Speiche (8) innerhalb der Felgenbohrung (5) gegeben ist.
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Der Speichennippel (1) weist an seiner, dem Felgenboden (4) der Hohlkammerfelge zugewandten Unterseite am äußeren Umfang eine ringförmig angeordnete im Vergleich zum zentralen kugelförmigen Sitz (9) zurückversetzte Auflagefläche (2) auf, die ein Federelement, im Ausführungsbeispiel einen Ring (3), aus elastischem Material trägt. Die zurückversetzte Auflagefläche (2) ist dabei so angeordnet, dass bei Auflage des Speichennippels (1) auf dem Felgenboden (4) der Ring (3) maximal komprimiert ist und bei einem Abheben des zentralen kugelförmigen Sitzes (9) von der Felgenbohrung (5) infolge eines Verlustes der Speichenvorspannung der elastische Ring (3) noch soweit komprimiert ist, dass der Speichennippel (1) noch in der Felgenbohrung (5) fixiert bleibt und ein Anschlagen des Schaftes der Speiche (8) an den Rand der Felgenbohrung (5) vermieden wird, wie dies aus 2 hervorgeht.
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Der Ring (3) besitzt als Federelement einen etwas kleineren Durchmesser als der zentrale kugelförmige Sitz (9), welcher am felgenseitigen Abschluss einen Vorsprung (6) aufweist. Der Ring (3) ist über diesen Vorsprung (6) geschoben und haftet aufgrund der eigenen Vorspannung und des Vorsprungs (6) am Speichennippel (1).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Speichennippel
- 2
- Zurückversetzte Auflagefläche
- 3
- Ring
- 4
- Felgenboden
- 5
- Felgenbohrung
- 6
- Vorsprung
- 7
- Gewinde
- 8
- Speiche
- 9
- zentraler kugelförmiger Sitz
- 10
- Passungsbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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