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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Fahrradrahmen, und speziell auf einen Rahmen für ein Mountainbike.
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Fahrradrahmen als solche sind in vielen Ausführungen bekannt. Insbesondere im Falle von geländegängigen Fahrrädern wie Mountainbikes werden erhöhte Anforderungen an die mechanische Stabilität und Belastbarkeit des Rahmens gestellt, da bei Querfeldeinfahrten in freier Natur der Rahmen des Fahrrades wesentlich höheren Stoßkräften ausgesetzt wird, als dies beim Fahren auf asphaltierten Straßen der Fall ist.
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Auch ist zu beachten, dass im Falle von Brüchen oder Knicken des Rahmens ein nicht unerhebliches Verletzungsrisiko besteht.
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Zum einen wird die mechanische Belastbarkeit von Fahrradrahmen durch die Verwendung neuerer Werkstoffe erhöht, wie beispielsweise Verbund- und Faserwerkstoffen. Insbesondere Carbonfasern werden für den Bau von Rahmen für geländegängige Fahrräder verwendet. Auch werden Gemische aus nanosized Carbon und Glasfasern verwendet. Bei Verwendung von kaltverformbaren, insbesondere fließfähigen Legierungen, wie beispielsweise Aluminium, kann der Rahmen auch durch Hydroforming hergestellt sein. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind vorzugsweise Teile des Haupt- und oder Teilrahmens aus einer warmverformbaren Legierung hergestellt und durch ein dem Fachmann als Superplastic Forming bekanntes Warmverformungsverfahren gefertigt, bei welchem auf die jeweilige metallische Legierung abgestimmte Warmverformungstemperaturen eingesetzt werden.
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Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, jeweilige Bestandteile des Haupt- und des Teilrahmens auch aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedenen Herstellungsverfahren, insbesondere mit einem oder mehreren der vorstehend erwähnten Herstellungsverfahren zu fertigen.
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Falls Aluminiumlegierungen verwendet werden, haben sich die Legierungen 7005 oder 6061 zur Durchführung der Erfindung bewährt.
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Ferner wird der Rahmen derartiger Fahrräder häufig nicht nur als Gesamtrahmen starr wie im Falle konventioneller Fahrräder ausgebildet, sondern mit Hauptrahmen und Teilrahmen, die gelenkig miteinander verbunden sind (siehe
DE 10 2010 025 694 A1 ). Der Teilrahmen wird am Hauptrahmen über einen Dämpfer abgestützt, in den die auftretenden Kräfte umgelenkt und von diesem unter entsprechender Federbewegung absorbiert werden.
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Hinsichtlich der gelenkigen Verbindung zwischen Hauptrahmen und Teilrahmen gibt es mehrere Bauarten. Beim sogenannten "Viergelenker" weist der Rahmen (ohne zusätzliche Gelenke zum Anschluss des Dämpfers) vier Gelenke auf. Beim "abgestützten Eingelenker" sind die Kettenstreben entweder starr ausgebildet und mit einem Gelenk am Hauptrahmen angebracht oder als Blattfedern wirkend ausgebildet und die Sitzstreben weisen ein Gelenk mit einem Schwinghebel auf, an dem der Dämpfer angebracht ist. Es gibt auch dreieckförmige Teilrahmen, die über Gelenke oder Parallelogrammgestänge an den Dämpfer und den Hauptrahmen angeschlossen sind.
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Auch durch die Formgebung der den Rahmen bildenden Rohre kann die mechanische Belastbarkeit des Rahmens erhöht werden. So zeigt die
DE 10 2010 025 694 A1 ein Sitzrohr, dessen unterer Abschnitt durch Formgebung (Hochdruckformung) verstärkt ist. Ferner ist eine Ausbuchtung zur Aufnahme des Lagers eines Verbindungshebels vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrradrahmen bereitzustellen, der eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Stabilität aufweist.
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Die Aufgabe wird bereits durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demgemäß wird ein Fahrradrahmen bereitgestellt, der die folgenden Komponenten umfasst: vorzugsweise ein Oberrohr, vorzugsweise ein Unterrohr, ein Sattelrohr, ein Steuerrohr, einen Träger, zwei Sitzstreben sowie zwei Kettenstreben. Das Oberrohr, das Unterrohr, das Sattelrohr und der Träger bilden hierbei einen Hauptrahmen. Bei anderen, auch als Y-Form bezeichneten Ausführungen können Oberrohr und Unterrohr als ein einziges Rohr ausgebildet sein, welches sich y-förmig gabelt, um auf der einen Seite die Sattelstrebe auszubilden und auf der anderen Seite das Tretlager aufzunehmen.
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Die Sitzstreben bilden bei der vollgefederten Ausführungsform zusammen mit den Kettenstreben einen schwenkbar angelenkten Teilrahmen.
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Das Sattelrohr weist vorzugsweise drei Abschnitt auf: einen Halteabschnitt mit kreiszylindrischem Rohrmantel zur Aufnahme der Sattelstütze, einen Lageraugeabschnitt zur Aufnahme eines Lagers des schwenkbaren Teilrahmens und, zum Träger hin, einen Verbindungsabschnitt. Der Rohrmantel des Sattelrohrs vergrößert sich zum Lagerauge und zum Träger hin. Der Rohrmantel des Halteabschnitts geht in einen sich erweiternden Übergangsabschnitt und anschließend in den Lageraugeabschnitt über. Dieser Übergangsabschnitt weist eine sich längs des Rohrmantels erstreckende erste Finne auf. Diese Finne stellt eine rippenförmige Auswölbung des Rohrmantels mit vorzugsweise dreieckförmigem Querschnitt des Sattelrohrs dar und dient der Versteifung des Sattelrohres insbesondere gegen nichtelastische Verformung oder Knicken nahe des Lageraugeabschnittes.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Fahrradrahmen am Sattelrohr, ausgehend von dem Lageraugeabschnitt, in Richtung auf den Träger oder in alternativer Ausgestaltung in Richtung auf ein Tretlager hin eine zweite Finne als rippenförmige Auswölbung des Rohrmantels auf. Dies dient einer weiteren Erhöhung der Belastbarkeit des Sattelrohres.
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Um dem Sattel und insbesondere einer den Sattel haltenden Sattelstütze eine möglichst hohe Stabilität zu verleihen, weist der Halteabschnitt des Sattelrohres mindestens 80 mm Einstecktiefe für die Sattelstütze auf. Die erste Finne überdeckt hierbei das untere Ende der Einstecktiefe.
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Das Sattelrohr des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein einteiliges, durch Hydroforming geformtes Rohr mit am Lageraugeabschnitt befestigter, insbesondere eingeschweißter Lagerhülse darstellen, wobei in diesem Falle das Sattelrohr und vorzugsweise weitere Teile des Fahrradrahmens aus einer kaltverformbaren metallischen Legierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.
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Der schwenkbare Teilrahmen weist zwei doppelarmige oder einen sich zu dessen hinteren Bereich gabelnden doppelarmigen Schwinghebel auf, die am Lageraugeabschnitt des Sattelrohres schwenkbar gelagert sind. Deren eine Enden sind an den beiden Sitzstreben angelenkt und deren andere Enden oder dessen anderes Ende an einem Dämpfer.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens ist der Träger zweischalig ausgebildet. Am einen Ende des Trägers sind die beiden Kettenstreben angelenkt, am anderen Ende das Unterrohr. An dem mittleren Bereich des Trägers ist das Sattelrohr befestigt. Zwischen der Befestigungsstelle des Sattelrohres und der des Unterrohres ist das untere Ende des Dämpfers schwenkbar befestigt.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist statt des Trägers ein Tretlagergehäuse im Fahrradrahmen angeordnet oder an diesem angebracht.
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Der Träger kann als Halter für einen Antrieb ausgebildet sein, der zum Beispiel im Falle eines Fahrrades mit elektrischem Hilfsantrieb einen Elektromotor umfasst.
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Benachbart zu dem Träger kann am Unterrohr eine Vertiefung angeformt sein, die zur Aufnahme eines Akkumulators (oder einer Batterie) angeordnet ist, der der Stromversorgung eines elektrischen Hilfsantriebs dient.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine seitliche Gesamtansicht eines Fahrradrahmens mit den erfindungsgemäß gestalteten Teilen,
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2 ein Sattelrohr mit einem angelenkten Schwinghebel als Teile des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens,
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3 das Sattelrohr ohne angelenktem Schwinghebel,
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4 einen Längsschnitt durch das Sattelrohr,
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5 einen Träger mit einem angelenkten Dämpfer und
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6 den Träger mit einem angesetzten Unterrohr
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7 einen Teil des Sattelrohrs mit Darstellung von dessen Mittellinie sowie der durch das Lagerauge verlaufenden Mittellinie.
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Der im Folgenden beschriebene Fahrradrahmen kann aus Metallen verschiedener Art, aber auch aus Verbund- oder Faserwerkstoffen gefertigt sein. Verbund- und Faserwerkstoffe werden bevorzugt verwendet.
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1 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens von der Seite. Dieser weist einen Hauptrahmen 1 und einen Teilrahmen 2 auf. Der Hauptrahmen umfasst ein Oberrohr 11, ein Unterrohr 12, ein Sattelrohr 142, ein Steuerrohr 14 und einen Träger 15, die fest miteinander verbunden sind, um eine steife Tragkonstruktion zu bilden. Der Teilrahmen 2 umfasst ein Sitzstrebe-Paar 21, ein Kettenstrebe-Paar 22 und ein Schwinghebel-Paar 23, die gelenkig untereinander und mit dem Hauptrahmen verbunden sind.
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In der dargestellten Ausführungsform bildet der Teilrahmen 2 eine Viergelenk-Schwinge, die von einem Dämpfer 4 am Hauptrahmen abgestützt wird, nämlich am Träger 15. Es sind aber auch andere Ausführungsformen der Gestaltung des Haupt- und Teilrahmens möglich, wie in der Beschreibungseinleitung angedeutet.
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Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist auf ein Mountainbike mit unterstützendem Elektromotor gerichtet, weswegen der Fahrradantrieb 3 einen kombinierten Elektro-Pedaltretkurbelantrieb aufweist, von dem das Antriebsgehäuse 30 mit darin angeordnetem Antrieb dargestellt ist. Der zur Energieversorgung benötigte Akkumulator 6 ist neben dem Dämpfer 4 an dem Unterrohr 12 angebracht.
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In 1 dargestellt ist noch eine Sattelstütze 5, die in dem Sattelrohr 142 befestigt ist, und eine Lenkgabel 7, die drehbar in dem Steuerrohr 14 gelagert ist.
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2 zeigt eine Einzelheit des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens das Sattelrohr 142 mit dem angelenkten Schwinghebel 23. Das Sattelrohr gliedert sich in mehrere Abschnitte. Beginnend an seinem oberen Ende erstreckt sich ein Halteabschnitt 131, in die die Sattelstütze 5 von oben eingeführt wird. Beginnend am unteren, mit dem Träger 15 verbundenen Ende des Sattelrohres 142 erstreckt sich ein Verbindungsabschnitt 133. Den mittleren Abschnitt des Sattelrohres 142 bildet ein Lageraugeabschnitt 132. Die Übergänge vom Halteabschnitt 131 zum Lageraugeabschnitt 132 und vom Verbindungsabschnitt 133 zum Lageraugeabschnitt 132 werden jeweils von Übergangsabschnitten 134 (3) gebildet. Im Lageraugeabschnitt 132 des Sattelrohres 142 befindet sich ein Loch, in dem eine Lagerhülse 136 angebracht, beispielweise angeschweißt ist. Der innere Hohlraum der Lagerhülse 136 bildet ein Lagerauge 137 (4). Mittels der Lagerhülse 136 ist der Schwinghebel 23 gelenkig mit dem Sattelrohr 142 verbunden.
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Das Sattelrohr 142 dient auch dazu, die Sattelstütze 5 sicher aufzunehmen. Hierzu reicht die Sattelstütze 5 mindestens 80 mm in das Sattelrohr 142 hinein und findet eine Anlage an der kreiszylindrischen Rohrwandung des Halteabschnitts 131.
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Insbesondere im Falle von Mountainbikes werden hohe Anforderungen an die mechanische Stabilität des Fahrradrahmens und damit des Sattelrohres 142 gestellt. Über das Sattelrohr werden nicht nur das Gewicht des Fahrers, sondern auch Antriebskräfte und Bremsverzögerungskräfte auf den Rest des Fahrradrahmens übertragen. Dabei treten erhebliche Biegekräfte im Bereich des Lageraugeabschnitts 132 auf. Ferner können bei Einfederbewegungen des Teilrahmens in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahr- und Geländesituation sehr hohe Kräfte in vertikaler Richtung erzeugt werden. Dies kann zu einer nichtelastischen Verformung, welche eine bleibende Verformung zurücklässt, zum Bruch oder Abknicken des Sattelrohres 142 führen, was eine erhebliche Verletzungsgefahr für den Fahrer bedeutet.
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Zur Erhöhung der Stabilität weist das Sattelrohr 142 wenigstens in dem oberen Übergangsabschnitt 134. also den Bereich zwischen dem Halteabschnitt 131 und den Lageraugeabschnitt 132 überbrückend eine erste Finne 135 auf.
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Auch in seinem unteren Bereich zwischen Lageraugeabschnitt 132 und Verbindungsabschnitt 133 kann eine zweite Finne 138 vorgesehen sein.
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Wie in 4 dargestellt, erstreckt sich die erste Finne 135 über die mit einer Linie 139 abgegrenzte Einstecktiefe der Sattelstütze 5 hinweg in den rundzylindrischen Bereich des Halteabschnitts 131, um Querkräfte und Biegekräfte sicherer von dem durch die erste Finne 135 verstärkten Sattelrohr aufzunehmen. Der rundzylindrische Teil des Mantelrohres ist in 4 dunkel angelegt, um den Verlauf der Finne 135 aus dem Bereich des Übergangsabschnittes 134 in den Bereich des Halteabschnitts darzustellen.
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Der perspektivischen Darstellung aus 3 ist auch der im Wesentlichen dreieckförmige Querschnitt der Finne 135 quer zu deren Längserstreckung zu entnehmen.
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Bei der ersten Finne 135 und der zweiten Finne 138 handelt es sich um Ausbuchtungen der Rohrwandung, die rippenartige Verstärkungen des Sattelrohres 142 mit im Wesentlichen dreieckförmigem Querschnitt bilden. Die beiden Finnen 135, 138 erhöhen die mechanische Stabilität des Sattelrohres 142 gegen Knicke im Bereich des Lageraugeabschnitts 132.
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Die erste Finne 135 erstreckt sich über den Übergangsabschnitt 134 bis in den Halteabschnitt 131 hinein, so dass sie, wie bereits ausgeführt, über die Einstecktiefe der Sattelstütze 5 hinausreicht und damit Querkräfte und Biegekräfte auffängt, die von dem Fahrradfahrer in das Fahrrad eingeleitet werden.
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Die zweite Finne 138 erstreckt sich unterhalb des Lageraugeabschnitts 132 über den Übergangsabschnitt 134 bis in den Verbindungsabschnitt 133 hinein.
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Im Lageraugeabschnitt 132 befindet sich ein Loch im Sattelrohr 142 mit einer darin befestigten Lagerhülse 135, deren Inneres das Lagerauge 137 bildet.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch das Sattelrohr 142 des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens. Wiederum sind der Halteabschnitt 131, der Lageraugeabschnitt 132, der Verbindungsabschnitt 133 sowie die Übergangsabschnitte 134 zu erkennen. Aufgrund der Schnittzeichnung ist zu erkennen, wie die Lagerhülse 136 mit ihrem Lagerauge 137 durch das Innere des Sattelrohres 142 verläuft.
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5 zeigt den Träger 15 des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens. An dessen hinterem Ende sind die Kettenstreben 22 gelenkig befestigt. Vor dem vorderen Ende des Trägers 15 ist der Dämpfer 4 schwenkbar mit dem Träger 15 verbunden.
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6 zeigt ebenfalls den Träger 15 des erfindungsgemäßen Fahrradrahmens, allerdings ohne den an ihm angebrachten Dämpfer 4. Am vorderen Ende des Trägers 15 ist das untere Ende des Unterrohrs 12 befestigt. Dort weist das Unterrohr 12 eine nach oben reichende Vertiefung 120 zur Aufnahme des in 1 dargestellten Akkumulators 6 auf, der für die Stromversorgung eines elektrischen Hilfsantriebs dient.
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7 zeigt eine teilweise Darstellung des Sattelrohrs 142, bei welcher die Mittellinie 140 des Sattelrohrs 142 sowie die Mittellinie 141 des Lagerauges 137 erkennbar ist.
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Durch die erfindungsgemäße erste und/oder zweite Finne 135, 138 wird es möglich zum einen aufgrund der erhöhten Stabilität des Fahrradrahmens sowie aufgrund der hierdurch verbesserten Fließeigenschaften des Materials des Fahrradrahmens den Abstand B zwischen der Mittellinie 140 des Sattelrohrs 142 und der Mittellinie 141 des Lagerauges 137 bei im Wesentlichen gleicher Festigkeit größer auszubilden als es ohne eine oder beide Finnen 135, 138 möglich wäre.
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Beispielsweise kann der Abstand B zwischen der Mittellinie 140 des Sattelrohrs 142 und der Mittellinie 141 des Lagerauges 137 bei Verwendung der Aluminiumlegierungen 7005 oder 6061 im Bereich von 18 bis 45 mm liegen. Bevorzugt liegt dieser Abstand in einem Bereich von 30 bis 45 mm. Bei Verwendung eines Sitzrohrdurchmessers A von ca. 36 mm, welcher in dessen oberen, im Wesentlichen zylindrischen Bereich gemessen ist, ergibt sich damit ein Abstand von der Mittellinie 141 des Lagerauges 137 zur Hinterkante des Sattelrohrs 142 von etwa 63 mm.
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Der Abstand C von der größten Ausprägung des Sattelrohres 142 zur Mittellinie 140 des Sattelrohres 142 beträgt etwa 60 mm, so dass der Abstand von der größten Ausprägung des Sattelrohres 142 zu seiner Hinterkante etwa 78 mm beträgt.
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Durch diesen zusätzlichen konstruktiven Freiheitsgrad sind flexiblere Rahmenkonstruktionen möglich.
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Ferner vermeidet die Erfindung das Anschweißen von zusätzlichen Rahmenteilen, welche häufig auch als Gussets bezeichnet werden, um eine Aufnahme des Lagers 137 zu ermöglichen und damit insbesondere im Übergang zum Sattelrohr 142 das Auftreten unschöner Schweißnähte, welche in diesem Bereich das Gewicht des Rahmens nicht unbeträchtlich erhöhen würden sondern darüber hinaus auch Anlass zu Korrosion geben können.
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Für das vorstehend beschriebene Sattelrohr 142 können statt metallischer Legierungen auch Faserverbundwerkstoffe zu dessen Herstellung verwendet werden. Auch Gemische aus nanosized Carbon und Glasfasern sind vorteilhaft verwendbar.
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Bei Verwendung von kaltverformbaren, insbesondere fließfähigen Legierungen, wie beispielsweise Aluminiumlegierungen kann der Rahmen auch durch Hydroforming hergestellt sein.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Sattelrohr 142 und vorzugsweise weitere Teile des Hauptrahmens 1 und des Teilrahmens 2 aus einer warmverformbaren Legierung hergestellt und durch ein dem Fachmann als Superplastic Forming oder auch als Hot Air Forming bekanntes Warmverformungsverfahren gefertigt, bei welchem auf die jeweilige metallische Legierung abgestimmte Warmverformungstemperaturen eingesetzt werden.
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Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, jeweilige Bestandteile des Hauptrahmens 1 und des Teilrahmens 2 auch aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedenen Herstellungsverfahren, insbesondere mit einem oder mehreren der vorstehend erwähnten Herstellungsverfahren zu fertigen.
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Falls Aluminiumlegierungen verwendet werden, haben sich die Legierungen 7005 oder 6061 zur Durchführung der Erfindung bewährt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptrahmen
- 2
- Teilrahmen
- 3
- Fahrradantrieb
- 4
- Dämpfer
- 5
- Sattelstütze
- 6
- Akku
- 7
- Gabel
- 11
- Oberrohr
- 12
- Unterrohr
- 14
- Steuerrohr
- 15
- Träger
- 21
- Sitzstreben
- 22
- Kettenstreben
- 23
- Schwinghebel
- 30
- Antriebsgehäuse
- 120
- Vertiefung
- 131
- Halteabschnitt
- 132
- Lageraugeabschnitt
- 133
- Verbindungsabschnitt
- 134
- Übergangabschnitt
- 135
- Erste Finne
- 136
- Lagerhülse
- 137
- Lagerauge
- 138
- Zweite Finne
- 139
- Grenzlinie
- 140
- Mittellinie des Sattelrohrs 142
- 141
- Mittellinie des Lagerauges 137
- 142
- Sattelrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010025694 A1 [0007, 0009]
