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Die Erfindung betrifft ein Fahrradfelgenherstellungsverfahren und eine nach diesem Verfahren hergestellte Fahrradfelge.
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Fahrradfelgen werden kontinuierlich Konstruktionsänderungen unterzogen, um sie einfacher herstellen und montieren zu können, sowie sie stabiler, leichter und aerodynamischer zu gestalten. Verschiedene Typen von Fahrradlaufrädern werden derzeit am Markt verkauft. Die meisten Fahrradlaufräder weisen eine Nabe, eine Vielzahl von Speichen und eine ringförmige Felge auf. Die Nabe ist drehbar an einen Teil des Fahrradrahmens montiert. Das innere Ende jeder Speiche ist mit der Nabe verbunden und die Speichen erstrecken sich auswärts von der Nabe. Die ringförmige Felge ist mit dem äußeren Enden der Speiche verbunden und weist einen äußeren Umfangsteil auf, welcher einen Luftreifen stützt.
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Mitte der neunziger Jahre begannen Fahrradhersteller aerodynamische Fahrradlaufräder mit einem tiefen Querschnittsprofil herzustellen, welches ein hohes Aspektverhältnis (d. h. eine große Felgenhöhe in Bezug auf die Felgenweite bzw. -breite) haben. Einige dieser aerodynamischen Fahrradlaufräder wurden durch extrudieren eines Metallmaterials in ein röhrenförmiges Element mit dem gewünschten Tiefenquerschnittsprofil extrudiert. Danach wurde das Röhrenmetallelement in einen Reifen bzw. Reif gerundet und die Enden zusammengeschweißt. Während diesem konventionellen Verfahren sind spezielle technische Fähigkeiten von Nöten, um eine Felge mit einem hohen Aspektverhältnis aus einem extrudierten Röhrenmetallelement herzustellen.
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Aus der
DE 202010002950U1 und der
JP002010149182A sind Herstellungsverfahren für eine Felge bekannt, bei denen eine Felge mit hoher Genauigkeit ringförmig durch Umformen und Pressen von Blechen geformt wird.
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Aus der
DE 2850887A1 ist ein Verfahren zum Bilden einer profilierten Felge bekannt, bei dem nacheinander geschaltete Walzenpaare eine Profilierung und Verbindung zweier Metallbänder bereitstellen und eine wiederum nachgeschaltetes Walzen das Runden anschließend bewirkt um einen Felgenreif zu bilden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Fahrradfelge mit einem tiefen Querschnittsprofil und einem hohen Aspektverhältnis bereitzustellen, welche relativ einfach herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren wie im Anspruch 1 angegeben gelöst. Es wird auch eine entsprechend hergestellte Felge nach Anspruch 4 beansprucht.
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Unter Berücksichtigung des bekannten Standes der Technik wird eine Fahrradfelge bereitgestellt, welche im Wesentlichen einen äußeren Felgenabschnitt und einen inneren Felgenabschnitt umfasst. Der äußere Felgenabschnitt ist ringförmig und aus einem ersten Material. Der innere Felgenabschnitt ist mit dem äußeren Felgenabschnitt verbunden bzw. gekoppelt. Der innere Felgenabschnitt ist ringförmig aus einer Platte und aus einem zweiten Material gebildet, mit einer internen Eigenspannungsverteilung, resultierend aus der Herstellung der Ringform durch Drücken des zweiten Materials.
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In Ausführung des oben genannten Aspekts eines Herstellungsverfahrens wird eine Fahrradfelge bereitgestellt, welche im Wesentlichen das Formen eins äußeren Felgenabschnitts, welcher eine Ringform aus einem ersten Material hat, Formen eines inneren Felgenabschnittes, welcher eine Ringform aus zweiten Material durch Drücken des zweiten Materials und Verbinden der äußeren und inneren Ringabschnitte miteinander umfasst.
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Es folgt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 1 ist eine Seitenansicht eines vorderen Fahrradlaufrades, welche eine Fahrradfelge in Übereinstimmung mit einer ersten dargestellten Ausführungsform zeigt;
- 2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Abschnittes einer in 1 dargestellten Fahrradlaufrades, wie gesehen entlang der Schnittlinie 2-2 in 1;
- 3 ist eine Diagrammansicht eines äußeren Felgenabschnittes, welcher zur Herstellung der Fahrradfelge des in 1 dargestellten Fahrradlaufrades extrudiert wird;
- 4 ist eine Diagrammansicht des in 3 dargestellten äußeren Ringabschnittes, welcher in eine gewünschte festgelegte Länge zur Herstellung der in 1 dargestellten Fahrradfelge des Fahrradlaufrades geschnitten wird;
- 5 ist eine Diagramansicht des äußeren Felgenabschnittes der wie in 3 und 4 dargestellt geformt wurde, welcher gebogen wird um einen Reif zu formen;
- 6 ist eine Seitenansicht des äußeren Felgenabschnittes, welcher wie in 3 bis 5 dargestellt geformt wurde, nachdem er in eine Ringform gebogen wurde;
- 7 ist eine Diagrammansicht einer Platte, welche in eine gewünschte festgelegte Länge geschnitten wird, zur Herstellung des inneren Felgenabschnittes gemäß dem Herstellungsverfahren;
- 8 ist eine Diagrammansicht der in 7 dargestellten Platte, welche abgerundet wird, zur Bildung eines Reifs oder zylindrischen Rings, während ebenso gleichzeitig durch Drücken der Platte und unter Verwendung einer Vielzahl von gegenüberliegenden Rollen ein bogenförmiges Querschnittsprofil erlangt wird, zur Herstellung des inneren Felgenabschnittes gemäß des Herstellungsverfahrens;
- 9 ist eine perspektivische Diagrammansicht des inneren Felgenabschnitts, welcher in 8 geformt wurde nachdem das erste und zweite umfängliche Ende des inneren Felgenabschnittes gemäß des Herstellungsverfahrens zusammengeschweißt wurden.
- 10 ist eine perspektivische Ansicht des inneren Felgenabschnitts, welcher gemäß des Herstellungsverfahren hergestellt wurde;
- 11 ist eine perspektivische Ansicht der Felge nach dem der äußere Felgenabschnitt und der innere Felgenabschnitt verbunden sind, welcher unter Verwendung eines der ersten bis dritten Herstellungsverfahren hergestellt wurde; und
- 12 ist eine Kantenansicht, der in 11 dargestellten Felge, nach dem der äußere Felgenabschnitt mit dem inneren Felgenabschnitt verbunden wurde.
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Es wird im Folgenden eine ausgewählte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
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Unter anfänglicher Bezugnahme auf die 1 und 2, wird ein Spannungsspeichenfahrradlaufrad in Übereinstimmung mit einer dargestellten Ausführungsform dargestellt. Das Fahrradlaufrad 10 weißt im Wesentlichen eine Zentralnabe 12, eine Fahrradfelge 14, eine Vielzahl von Speichen 16 und einen Luftreifen 18 auf. Die Nabe 12 ist mit der Felge 14 durch die Speichen 16 verbunden, welche unter Spannung gesetzt sind. Die Welle der Nabe 12 definiert eine Zentraldrehachse A des Fahrradlaufrades 10, so dass sich die Felge 14 um die Zentraldrehachse A auf eine konventionelle Art und Weise dreht. Der Reifen 18 ist an den äußeren Umfang der Felge 14 befestigt. Die Nabe 12, die Speichen 16 und der Reifen 18 sind konventionelle Teile und daher werden die Naben 12, die Speichen 16 und der Reifen 18 hier nur kurz erklärt. Das Fahrradlaufrad 10 ist ein Wulstreifenlaufrad, bei dem eine luftdichte Kammer zwischen der äußeren Fläche der Felge 14 und dem Luftreifen 18 ausgeformt wird. Es ist dem Fachmann aus dieser Offenbarung selbstverständlich ersichtlich, dass die Felge 14 auf einen schlauchlosen Reifen wie gewünscht und / oder benötigt angepasst werden kann.
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Wie in 2 zu sehen weist die Felge 14 im Wesentlichen einen äußeren Felgenabschnitt 20, welcher aus einem ersten Material gefertigt ist und einen inneren Felgenabschnitt 22, welcher aus einem zweiten Material gefertigt ist auf. Wie weiter unten ausgeführt ist das erste und zweite Material des äußeren und inneren Felgenabschnitts 20 und 22 bevorzugt in beiden Fällen metallisches Material. Der äußere und der innere Felgenabschnitt 20 und 22 sind separate Elemente, welche miteinander verbunden sind, um eine integrierte Fahrradfelge zu bilden. Der äußere Felgenabschnitt 20 kann an den inneren Felgenabschnitten 22 auf mit einer Vielzahl von Möglichkeiten befestigt bzw. gebolzt oder auch genietet werden. Zum Beispiel kann der äußere Felgenabschnitt 20 an den inneren Felgenabschnitt 22 durch Schweißen verbunden werden. Alternativ kann zum Beispiel der äußere Felgenabschnitt 20 an den inneren Felgenabschnitt 22 unter Verwendung eines Klebstoffes befestigt werden. Nach dem der äußere und innere Felgenabschnitt 20 und 22 separate Elemente sind, die miteinander als Einheit verbunden werden, kann die Felge 14 zuverlässig mit einem tiefen Querschnittsprofil, welches ein hohes Aspektverhältnis aufweist zuverlässig gefertigt werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird der äußere Felgenabschnitt 20 der Felge 14 im Folgenden detaillierter beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform weist der äußere Felgenabschnitt 20 eine äußere Ringbrücke 30, ein Paar von ringförmigen Wulsthacken bzw. Flanschhacken oder -bunde 32 und ein Paar von ringförmigen Befestigungsbunden bzw. - flanschen 34 auf. Die äußere Ringbrücke 30, die ringförmigen Bundhaken 32 und die ringförmigen Befestigungsbunde 34 sind integral als ein Stück bzw. einstückiges mittleres Element ausgeformt. Die Außenflächen der ringförmigen Bundhaken 32 bilden ein Paar von Bremsenkontaktflächen 36. Die Bremsenkontaktflächen 36 sind kontinuierlich bzw. durchgängig ebene Flächen. Die Bremskontaktflächen 36 werden typischerweise durch Fräsen bzw. spanende Bearbeitung der Seiten der Felge 14 nach dem Stumpfschweißen der Enden des äußeren Felgenabschnittes 20 um einen Reif zu bilden gefertigt.
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Der Reifen 18 ist an den äußeren Umfang der Felge 14 durch die Bundhaken 32 auf eine konventionelle Art und Weise befestigt. Selbstverständlich ist es dem Fachmann von dieser Offenbarung ersichtlich, dass die äußere Ringbrücke 30 und die ringförmigen Bundhaken 32 so konfiguriert werden können, dass sie einen schlauchlosen Reifen aufnehmen können, ganz wie benötigt und/oder gewünscht. Die äußere Ringbrücke 30 kann frei von jeglichen Öffnungen sein, welche in Verbindung mit dem Innenraum sind, ausgenommen eine einzelne Ventilmontageöffnung, welche dazu verwendet wird ein Luftventil 38 (siehe 1) auf eine konventionelle Art und Weise zu montieren. Alternativ kann die äußere Ringbrücke 30 Öffnungen aufweisen, für den Zugang und zur Montage der Speichen 16 ganz wie gewünscht und / oder benötigt.
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Der Felgenabschnitt 20 ist im Wesentlichen in seiner anfänglichen Form ein rundes Metallelement oder ringförmiges Element, wie zu sehen in 1. In der dargestellten Ausführungsform ist der äußere Felgenabschnitt 20 ein Metallring oder Reif, welcher aus einem geeigneten metallischen Material, wie zum Beispiel eine Aluminiumlegierung, geformt ist. Wie untenstehend ausgeführt, ist der äußere Felgenabschnitt 20 zum Beispiel bevorzugt durch Extrudierens eines Metalls in ein lang gestrecktes Metallelement 40 (siehe 3) geformt, mit einem gewünschten einheitlichen Querschnittsprofil, welches für die Felge 14 geeignet ist. Das lang gestreckte Metallelement 40 wird dann auf die gewünschte Länge geschnitten (siehe 4) und zu einem Reif bzw. Ring gebogen (siehe 5 und 6), wobei eine Vielzahl von gegenüberliegenden Rollen bzw. Walzen 42 und 44 verwendet wird, so dass das Metallelement 40 der äußere Felgenabschnitt 20 mit einem Paar von ersten und zweiten Umfangsenden 20a und 20b wird. Typischer Weise wird das erste und das zweite Umfangsende 20a und 20b des äußeren Felgenabschnittes 20 miteinander durch Schweißen oder Pinnen bzw. Heften verbunden. Der Punkt bzw. der Bereich an dem das erste und zweite Umfangsende 20a und 20b des äußeren Felgenabschnittes 20 miteinander verbunden werden, definiert einen äußeren Felgenanschluss 46. Während des spanenden Verarbeitungsschrittes, um die Bremskontaktflächen 36 zu formen, wird jedes überschüssige Material des äußeren Felgenanschlusses 46 entfernt, wenn das erste und zweite Umfangsende 20a und 20b des äußeren Felgenabschnitts 20 miteinander durch Schweißen verbunden wurde. Daher hat der äußere Felgenabschnitt 20 in seiner Endform eine ringförmige Gestalt. Der Begriff „Ringform bzw. Ringgestalt“ wie hierin verwendet schließt beides, einen absolut zylindrischen Ring ohne Spalt, so wie einen unfertigen zylindrischen Ring, welcher seine Umfangsenden durch eine dort dazwischen sich befindlichen Spalt voneinander beabstandet hat ein. Mit anderen Worten sind das erste und zweite Umfangsende 20a und 20b des äußeren Felgenabschnitts 20 nicht notwendigerweise miteinander verbunden. Stattdessen können das erste und zweite Umfangsende 20a und 20 in einer aneinander anschlagenden Position gehalten werden, bevor der äußere und der innere Felgenabschnitt 20 und 22 miteinander verbunden werden. Dadurch entsteht eine Felge, bei der nur der äußere Felgenabschnitt 20 durchgängig ist, nicht aber der innere Felgenabschnitt 22.
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Wiederum unter Bezugnahme auf 2 wird der innere Felgenabschnitt 22 der Felge 14 im Folgenden detaillierter beschrieben. Grundsätzlich hat der innere Felgenabschnitt 22 ein bogenförmiges Querschnittsprofil (z. B. eine im Wesentlichen V-Form oder im Wesentlichen eine U-Form) mit einem Scheitel 48 und einem Paar von äußeren Befestigungswänden 50. Selbstverständlich kann das bogenförmige Querschnittsprofil des inneren Felgenabschnittes 22 eine weite Auswahl von geometrischen Formen aufweisen welche zur Erlangung von speziellen Anforderungszielen optimiert werden können, wie benötigt und / oder gewünscht. Aerodynamik, Masse bzw. Gewicht und Trägheit, Steifigkeit, Haltbarkeit und Kosten werden alle in Betracht gezogen, für die exakte Form des bogenförmigen Querschnittprofils des inneren Felgenabschnitts 22.
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Die äußeren Befestigungsenden 50 des inneren Felgenabschnitts 22 sind fest an die ringförmigen Befestigungsbund 34 des äußeren Felgenabschnittes 20 befestigt. Bei der dargestellten Ausführungsform überlagern die äußeren Befestigungsenden 50 des inneren Felgenabschnitts 22 nach außen weisende Flächen der ringförmigen Befestigungsbunde 34 des äußeren Felgenabschnitts 22 auf eine überlappende Art und Weise herum um den gesamten Umfang der Felge 14. Nach der Verbindung des äußeren und inneren Felgenabschnittes 20 und 22 miteinander definieren der äußere und innere Felgenabschnitt 20 und 22 einen Innenraum 52.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist der innere Felgenabschnitt 22 ein einstückiges unitäres Element, welches aus einem geeigneten Material geformt wird, das durch Drücken bzw. Umformen wie untenstehend beschrieben vorformt werden kann. Zum Beispiel kann der innere Felgenabschnitt 22 aus einer geeigneten Metalllegierung, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung hergestellt werden. Nachdem der äußere und innere Felgenabschnitt 20 und 22 als separate Elemente ausgeformt sind, kann der innere Felgenabschnitt 22 aus einem von dem äußeren Felgenabschnitt 20 verschiedenen Material ausgeformt werden, wie benötigt und / oder gewünscht. Alternativ können der äußere und innere Felgenabschnitt 20 und 22 aus demselben Typ von Material geformt werden, wie benötigt und / oder gewünscht.
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Nach dem Drücken einer Platte (eines Ausgangsmaterials), welches den inneren Felgenabschnitt 22 bildet, hat der innere Felgenabschnitt 22 eine Wandstärke bzw. Wanddicke T, welche gleich oder weniger als ein Millimeter ist. Bevorzugt liegt die Wandstärke T des inneren Felgenabschnittes 22 in einem Bereich von 0,2 Millimeter bis 1,0 Millimeter. Besonders bevorzugt ist die Wandstärke T des inneren Felgenabschnittes 22 0,4 Millimeter. Ebenso hat das Querschnittsprofil des inneren Felgenabschnitts 22 eine maximale Höhe H welche gleich oder größer ist als 35 Millimeter. Die maximale Höhe H wird in einer radialen Richtung in Bezug auf die Mittelachse der Fahrradfelge gemessen. Bevorzugt liegt die maximale Höhe H in einem Bereich von 35 Millimetern bis 100 Millimeter. Besonders bevorzugt ist die maximale Höhe H 70 Millimeter. Wie unten stehend beschrieben, hat der innere Felgenabschnitt 22 eine interne Restbelastungsverteilung, welche in die Platte 62 (dem Ausgangsmaterial) durch Drücken eingebracht wird, um den inneren Felgenabschnitt 22 mit einem bogenförmigen Querschnittsprofil (z. B. einer im Wesentlichen V-Form oder im Wesentlichen U-Form)herzustellen.
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Der innere Felgenabschnitt 22 wird mit einer Luftventilmontageöffnung (nicht gezeigt) zur Montage des Luftventils 38 und einer Vielzahl von Speichenöffnungen (nicht gezeigt) bereitgestellt, wobei die Anzahl der Speichenöffnungen mit der Anzahl der Speichen 16 übereinstimmt. Nachdem die Konfigurationen und Anordnungen der Ventilmontageöffnung und der Speichenöffnungen für eine Felge wohl bekannt sind und in Abhängigkeit des Verwendungszwecks der Felge variieren, werden diese Konfigurationen und Anordnungen der Ventilmontageöffnungen und der Speichenöffnungen hier nicht behandelt und/oder dargestellt.
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Unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 wird nun ein Herstellungsverfahren des äußeren Ringfelgenabschnitts 20 der Felge 14 für das Fahrradlaufrad 10 der 1 behandelt. Anfänglich wird das erste Material des äußeren Felgenabschnittes 20 basierend auf dem Typ des zu fertigenden Laufrades bzw. der zu fertigenden Felge ausgewählt. Zum Beispiel kann das erste Material des äußeren Felgenabschnittes 20 eine Aluminiumlegierung sein. Das erste Material wird dann in bzw. als das lang gestreckte Metallelement 40 extrudiert, wobei dieses die Grundform des äußeren Felgenabschnittes 20 aufweist, wie zu sehen in 3. So dann wird das lang gestreckte Metallelement 40 auf eine gewünschte vorbestimmte Länge L1 zur Herstellung der Felge 14 eines gewünschten Durchmessers wie in 4 zu sehen geschnitten. Danach wird das lang gestreckte Metallelement 40 gebogen oder gerundet, um einen Reif wie in 5 zu sehen zu bilden. Nachdem das lang gestreckte Metallelement 40 gerundet wurde, wird der äußere Felgenabschnitt 20 der Felge 14 in einer Ringform von dem lang gestreckten Metallelement 40 wie in 6 zu sehen geformt. Daher umfasst im Wesentlichen bei diesem Herstellungsverfahren des äußeren Felgenabschnitts 20 der Felge 14 das Formen des äußeren Felgenabschnittes 20 ein extrudieren des gestreckten Metallelements 40 und dann ein nachfolgendes Runden bzw. Biegen des lang gestreckten Metallelements 40 (erstes Material) um einen Reif bzw. Ring zu bilden, welcher den äußeren Felgenabschnitt 20 bildet.
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Vom Herstellungsverfahren des inneren Felgenabschnittes 22 abhängig, ist der äußere Felgenabschnitt 20 innen bereit um an den inneren Felgenabschnitt 22 installiert zu werden. Ebenso abhängig von dem Verfahren des Verbindens des äußeren und inneren Felgenabschnittes 20 und 22 können die Umfangsenden 20a und 20b des äußeren Felgenabschnitts 20 nicht physisch miteinander verbunden, sondern vielmehr lediglich nebeneinander gehalten werden.
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Unter Bezugnahme auf die 7 wird eine Platte 62 als das zweite Material für den inneren Felgenabschnitt 22" verwendet. Die Platte 62 wird auf eine gewünschte festgelegte Länge L3 basierend auf den gewünschten Durchmesser der zu fertigenden Felge 14 wie in 7 zu sehen geschnitten. Die Art des Materials der Platte 62 wird ebenso basierend auf ungewünschten zu fertigenden Laufradtyp ausgewählt.
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Unter Bezugnahme auf die 8 und 9 wird im Folgenden das Herstellungsverfahren eines inneren Felgenabschnittes 22" der Felge 14 für das Fahrradlaufrad 10 der 1 beschrieben. Dieses Herstellungsverfahren verwendet die Platte 62 wie in 7 gezeigt als das zweite Material für den inneren Felgenabschnitt 22" wie gezeigt in 8. Ebenso wie in 8 zu sehen, wird die Platte 62 gerundet bzw. gebogen um einen Reif oder zylindrischen Ring 72 auszuformen, während gleichzeitig ein bogenförmiges Querschnittsprofil durch Drehen der Platte 62 unter Verwendung der sich gegenüberliegenden Rollen 58 und 60 geformt wird. Die Rollen 58 und 60 bewegen sich graduell bzw. kontinuierlich oder auch gleichförmig aufeinander zu, während die Platte 62 gedreht wird, um den inneren Felgenabschnitt 22" mit dem bogenförmigen Querschnittsprofil zu formen. Anschließend werden die Umfangsenden des inneren Felgenabschnitts 22" miteinander durch einen geschweißten Anschluss 66 wie in 9 zu sehen verbunden.
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Bei diesem Herstellungsverfahren ist das Formen des inneren Felgenabschnittes 22" ein Biegen bzw. Verformen der Platte 62, welche das zweite Material bildet, während gleichzeitig das Drücken durchgeführt wird, um das bogenförmige Querschnittsprofil auszubilden und dann anschießend die freien Umfangsenden 64a und 64b des zylindrischen Rings 64 (d. h. der Platte 62 nach dem Runden bzw. Biegen bzw. Drücken) verbunden werden, um vorhergehend zu dem drückenden Verfahrensschritt einen zylindrischen Ring zu bilden. Daraus resultiert wie in 10 zu sehen, dass der innere Felgenabschnitt 22" ein durchgehend zylindrischer Ring ist.
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Bei dem erwähnten Herstellungsverfahren des inneren Felgenabschnittes 22" wird das Material, das als Ausgangs- oder Basismaterial für den inneren Felgenabschnitt 22" verwendet wird, eine Metallumformung durch Drücken unterzogen, welche eine Änderung der Struktur des Basis- bzw. Ausgangsmaterials zur Folge hat. Mit anderen Worten ist in der Werkstoffkunde eine Umformung wie zum Beispiel Drücken eine dauerhafte Verformung der Form und / oder Größe eines Objekts als Folge einer aufgebrachten Kraft. Nachdem die Umformung auf Grund von Drücken hervorgerufen wird, entstehen interne intermolekulare Kräfte, welche den aufgebrachten Kräften entgegengesetzt sind, so dass das Basis- oder Ausgangsmaterial ohne Rissbildung umgeformt wird und ein bogenförmiges Querschnittsprofil mit einem hohen Aspektverhältnis bzw. Strukturierung erreicht werden kann, nach dem der äußere und innere Felgenabschnitt 20 und 22" miteinander verbunden wurde.
