DE102014111659A1

DE102014111659A1 - Verbundrohr für tragende Profile oder für Sportartikel, insbesondere für einen Fahrradrahmen, sowie ein Werkzeug und ein Verfahren zur Herstellung des Verbundrohres, Fahrradrahmen aus dem Verbundrohr

Info

Publication number: DE102014111659A1
Application number: DE102014111659.3A
Authority: DE
Inventors: Florian Doktor
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2034-08-15
Also published as: DE102014111659B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundrohr aus einer Verbundschicht für tragende Profile oder für Sportartikel, insbesondere für einen Fahrradrahmen, sowie ein Werkzeug und ein Verfahren zur Herstellung des Verbundrohres, sowie einen Fahrradrahmen aus wenigstens einem aus dem Verbundrohr gebildeten Ober-, Unter- und/oder Sitzrohr. Die Verbundschicht ist dabei aus mindestens einer Holzfurnierlage und mindestens einer Verstärkungslage gebildet. Die beiden Lagen bzw. die mindestens eine Holzfurnierlage und mindestens eine Verstärkungslage, werden übereinanderliegend zu einem Verbundrohr aufgerollt bzw. eingerollt. Dabei bildet ein erster Abschnitt der mindestens einen Holzfurnierlage die sichtbare Außenfläche des Verbundrohres. An der Außenfläche sind dabei in Längsrichtung L des Verbundrohres verlaufende Holzfasern bzw. eine Holzfaserung ersichtlich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundrohr aus einer Verbundschicht für tragende Profile oder für Sportartikel, insbesondere für einen Fahrradrahmen sowie ein Werkzeug und ein Verfahren zur Herstellung des Verbundrohres, und einen Fahrradrahmen aus wenigstens einem aus dem Verbundrohr gebildeten Ober-, Unter- und/oder Sitzrohr.
Es ist bekannt, aus Schichtpressstoffen Profile und dgl. herzustellen. So werden derartige Profile zur Herstellung von Sportartikeln, wie Baseballschlägern, Tennisschlägern, Badmintonschlägern oder als Verstrebungen oder Versteifungen in Booten, Surfbrettern oder dergleichen verwendet. Auch können derartige Profile für die Herstellung von Möbeln, insbesondere von Tischfüßen oder Stühlen verwendet werden. Die Profile aus Schichtpressstoffen werden zur Erhöhung der Steifigkeit häufig mit einem Einsatz gefüllt. So offenbart die US 2012/0178557 einen Baseball oder Softball Schläger, der aus einem Mantel aus Glasfaser, Karbonfaser, Aluminium oder Kevlar gebildet ist und in welchem ein Einsatz aus faserverstärkten Kunststoff, Karbonfaser, Polyurethan oder Glasfaser aufgenommen ist. Ein Tennisschläger dieser Art geht auch aus der US 2011/0136602 A1 hervor.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass derartige Sportartikel vornehmlich aus nicht nachhaltigen, nicht biologisch abbaubaren und/oder nicht kompostierbaren Werkstoffen wie faserverstärktem Kunststoff, Aluminium u. dgl. gebildet sind. Je höher der Kunststoff- oder Metallgehalt ist, desto schlechter ist die Ökobilanz derartiger Sportartikel.
Um diesen Nachteil zu überwinden, können nachhaltige und biologisch abbaubare Werkstoffe verwendet werden. So ist aus dem Stand der Technik das Gebrauchsmuster G 93 10 822 bekannt, aus welchem ein Fahrrad mit Dreieckrahmen aus Holzbestandteilen hervorgeht. Der Dreieckrahmen des Fahrrads besteht dabei aus einem Sattelrohr sowie einem oberen und unteren Holzstab. Nachdem Holz biegsam ist, bilden diese beiden Holzstäbe Federelemente. Zudem ist Holz biologisch abbaubar. Das Sattelrohr dieses Fahrrads ist im Gegensatz zu den beiden Holzstäben aus Metall. Die beiden Holzstäbe, welche anstelle eines herkömmlichen Ober- und Unterrohrs aus Metall eingesetzt werden, können auch aus mehreren aufeinanderliegenden Holzschichten gebildet sein, die miteinander verleimt sind.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass das Fahrrad aus Massivholzelementen schwer ist. So muss beispielsweise ein Radler sehr viel Kraft aufwenden, um mit obigem Fahrrad von A nach B zu gelangen. Zudem haben die Holzstäbe, so diese aus übereinander geschichteten und verleimten Massivholzschichten gebildet sind, nur eine kurzfristige Lebensdauer, nachdem der Leim zwischen den Holzlagen mit der Zeit spröde wird und die einzelnen Massivholzschichten sich voneinander lösen. Auch die auf Holzstäbe einwirkenden Druck- und Stoßkräfte führen dazu, dass aus Massivholz gebildete Streben bei einem gewissen Lasteintrag brechen oder sich der Verbund löst. Insoweit ist ein Rahmen aus derartigen Holzlagen bruchanfällig, teuer und verfügt nur über eine begrenzte Lebensdauer bei Einsatz im alltäglichen Gebrauch. Zudem sind nur wenige der Fahrradbestandteile aus Holz, weshalb die Ökobilanz immer noch niedrig ist.
Aufgrund dieser Nachteile ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verbundrohr aus einer Verbundschicht für tragende Profile oder für Sportartikel, insbesondere für einen Fahrradrahmen bereitzustellen, das kostengünstig und schnell hergestellt werden kann, zugleich eine lange Lebensdauer aufweist und zudem äußerst robust, leichtgewichtig und stabil ist.
Neben diesen Eigenschaften soll das Verbundrohr eine sehr gute und gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ökobilanz aufweisen. Zudem soll ein Fahrradrahmen aus dem erfindungsgemäßen Verbundrohr bereitgestellt werden, welcher im Vergleich zu herkömmlichen Fahrradrahmen aus Holz, wesentlich leichter ist und daher zu einem angenehmen Fahrverhalten beiträgt. Zudem soll das Verbundrohr eine hohe Druck-, Zug-, Biege- und Scherfestigkeit, eine hohe Elastizität besitzen und auch vom Design her interessant sein. Gleichzeitig sollen das Verbundrohr und auch der Fahrradrahmen aus Verbundrohr komplett vor äußeren Einflüssen, wie Schmutz und Wasser, geschützt sein und selbst vor mechanischen Einwirkungen, wie z. B. Steinschlag oder Schäden durch Umfallen des Rades. Zudem soll das Verbundrohr eine federnde und/oder elastische Eigenschaft beibehalten. Dies gilt ebenso für den Fahrradrahmen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug zur Herstellung des Verbundrohres und ein Verfahren zur Herstellung des Rohres bereitzustellen. Dabei soll die Bedienung des Werkzeugs einfach sein und das Verfahren kostensparend, schnell und unkompliziert auszuführen sein.
Das erfindungsgemäße Verbundrohr ist aus einer Verbundschicht gebildet, die sich aus mindestens einer Holzfurnierlage, welche vorzugsweise aus Messerfurnier ist, und mindestens einer Verstärkungslage zusammensetzt. Dabei wird die mindestens eine Verstärkungslage auf eine erste Holzfurnierlage (sog. Basislage) gelegt und die beiden Lagen zu einem Rohr eingerollt. Die Verstärkungslage entspricht dabei der Form der Holzfurnierlage, die rechteckig ist. Die strukturell und wegen ihres Farbunterschieds zu dem restlichen Holzgewebe erkennbare Holzfaserung bzw. Holzfasern der Holzfurnierlage verläuft im Wesentlichen parallel zu der Länge der Holzfurnierlage, so dass sich nach einem Einrollen der Holzfurnierlage und der Verstärkungslage zu dem Verbundrohr ein sichtbarer Holzfaserverlauf in Längsrichtung des Rohres ergibt. Die Holzfaserrichtung hängt vom Holzwachstum ab, wobei für die vorliegende Erfindung bevorzugt Holzfurnierlagen verwendet werden, die eine durchgehende geradlinige Faserung aufweisen, d. h. die Holzfaserung parallel zur Längsrichtung des Verbundrohres verläuft. Sofern Holzfurnierlagen verwendet werden, deren Holzfaserung aufgrund des Holzwachstums eine Abweichung von einem geradlinigen Längsverlauf (entspricht 100%) im Bereich von +/–30%, insbesondere +/–20%, besonders bevorzugt +/–10% aufweisen, spricht die vorliegende Erfindung von einer im Wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Holzfaserung. Der Holzfaserverlauf bzw. der Verlauf der Holzfaserung, die auch Maserung genannt wird, ist eine Musterung im Holz. Sehr deutlich tritt sie bei Schnitten tangential zu den Jahresringen und bei Messerfurnieren auf. Ein erster Abschnitt einer Rückseite der mindestens einen Holzfurnierlage bildet nach dem Einrollen zu einem Verbundrohr die sichtbare Außenfläche des Verbundrohres. Der erste Abschnitt entspricht in seiner Breite folglich dem äußeren Kreisumfang des Verbundrohres. Die Länge des ersten Abschnittes entspricht der Länge des Verbundrohres. Bei einem manuellen Einrollen der Lagen ist also der erste Abschnitt der Abschnitt, welcher zuletzt eingerollt wird. Aufgrund der in Längsrichtung des Verbundrohres verlaufenden Holzfaserung wird auf der Außenfläche des Verbundrohres ein Faserverlauf in Längsrichtung des Rohres sichtbar. Vorteilhafterweise bilden die Holzfasern aufgrund ihrer verdickten Zellwände und kleinlumigen Form ein dichtes Gewebe, womit eine äußerst stabile Struktur entsteht. Die Fasern bzw. Faserung übernehmen also festigende Aufgaben. Das Verbundrohr hat somit eine sehr stabile Längsachse. Diese kann hohes Gewicht tragen. Die Holzfasern fangen somit die jeweiligen Druck- und Stoßkräfte, welche auf das Verbundrohr einwirken, ab. Als Holzart für die Furnierlage werden vorzugsweise Harthölzer, insbesondere Esche, Nussbaum oder Kirschholz verwendet.
Die mindestens eine Verstärkungslage ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel genauso lang und breit wie die Holzfurnierlage, das heißt, dass die Verstärkungslage eine gleiche Fläche wie die Holzfurnierlage aufweist. Somit liegt die Verstärkungslage vollflächig auf der Holzfurnierlage auf bevor diese gemeinsam zu einem Rohr eingerollt werden. Es ergibt sich ein Querschnitt des Verbundrohres, der eine spiralförmige Wicklung der Holzfurnier- und Verstärkungslage aufweist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Länge der Verstärkungslage, welche auch der Länge des Rohres entspricht, genauso lang wie die Länge der Holzfurnierlage. Allerdings ist die Breite der Verstärkungslage im Wesentlichen kleiner als die Breite der Holzfurnierlage. So können beispielsweise an mehreren Abschnitten über die Breite der Holzfurnierlage eine oder sogar mehrere Verstärkungslagen angeordnet werden, die nur einen Teilbereich oder Teilbereiche der Holzfurnierlage überdecken. Bevorzugt entspricht die Breite der Verstärkungslage wenigstens dem inneren Kreisumfang bzw. einer Umwicklung des Verbundrohres, vorzugsweise dem äußeren Kreisumfang des Verbundrohres. Es ergibt sich ein Querschnitt des Verbundrohres mit spiralförmiger Wicklung der Holzfurnierlage.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet ein zweiter Abschnitt entlang der Längsseite einer Vorderseite der mindestens einen Holzfurnierlage die Innenfläche des Verbundrohres. Somit ist sowohl die sichtbare Außenfläche als auch die nach Zusammenrollen nicht mehr sichtbare Innenfläche des Rohres aus Holz gebildet, dessen Fasern sowohl im Innenbereich des Rohres als auch im Außenbereich des Rohres im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dazwischen liegt mindestens eine Verstärkungslage aus einem anderen Material als Holz, welche zusätzlich zu den Materialeigenschaften von Holz, insbesondere den Eigenschaften der Holzfasern, zu einer erhöhten Steifigkeit und einem erhöhten Stauchwiderstand führt. Der zweite Abschnitt der Holzfurnierlage liegt in Position seitenverkehrt und auf der gegenüber dem ersten Abschnitt liegenden Längsseite der Holzfurnierlage.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Verbundschicht des Verbundrohres eine erste Holzfurnierlage, auf welcher sich ein oder mehrere Zwischenlagen aus Verstärkungsmaterial befinden. Die Zwischenlage wird vor dem Einrollen auf die erste Holzfurnierlage bzw. Basislage gelegt. Bei dieser Ausführungsform bildet der erste Abschnitt einer Rückseite der ersten Holzfurnierlage die sichtbare Außenfläche des Verbundrohres und somit die sichtbare Außenfläche von beispielsweise einem Ober-, Unter- und Sitzrohr eines Fahrradrahmens, weshalb nach Zusammensetzen der Rohre zur Bildung eines Dreieckrahmens für ein Fahrrad eine Außenfläche vorhanden ist, die die Holzfurnierlage und deren Holzfasern abbildet. Der restliche Abschnitt dieser ersten Holzfurnierlage ist in das Innere des Rohres eingerollt, wobei sich im Inneren des Rohres ein mehrschichtiger Aufbau von Zwischenlage(n) und erster Holzfunierlage ergibt. Der zweite Abschnitt der Holzfurnierlage, der in Position wie in der obigen alternativen Ausführungsform angeordnet ist, bildet die Innenfläche des Rohres aus. Durch die mehreren übereinandergelegten Lagen, zunächst der ersten Holzfurnierlage und dann einer Verstärkungslage oder evtl. weiterer Verstärkungslagen als Zwischenlagen wird ein Mehrschichtaufbau gewährleistet, der nach Einrollen der übereinandergelegten Lagen zu einem äußerst stabilen Rohr führt. Ein Querschnitt des eingerollten Verbundrohres zeigt, dass aufgrund des Wickelns von der Längsseite des zweiten Abschnitts hin zu der Längsseite des ersten Abschnitts ein Querschnitt entsteht, der die Lagen im Wesentlichen in einer Spiralform zeigt. Das Verbundrohr weist also sowohl außen als auch innen eine Verbindungsnaht aufgrund der spiralförmigen Wicklung auf. Vorteilhafterweise ist das Holz das einer Esche. Esche zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit und hohe Elastizität aus, weshalb es für die Anforderungen von Sportartikeln, wie beispielsweise eines Fahrrads und tragende Profile, wie Stuhlbeine, äußerst vorteilhaft ist. Insbesondere ist diese Holzart auch biegsam, weshalb das Risiko eines Rahmenbruchs bzw. Rohrbruchs äußerst minimiert ist. Das Verbundrohr weist vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt auf. Es kann aber auch oval sein. Sollte das Rohr in einem Fahrradrahmen als Oberrohr eingesetzt werden, ist dieses vorteilhafterweise oval. Gemäß einer bevorzugten Variante beträgt der Rohrdurchmesser außen 48 mm.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Verbundschicht vollständig mit einem Klebemittel infiltriert. Das heißt, dass das Klebemittel vollständig in die Lufteinschlüsse der Verbundschicht eindringt und dafür sorgt, dass keine Hohlräume verbleiben, die beispielsweise mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sind. Die Luft bzw. das Gas wird aus diesen Hohlräumen aufgrund des Infiltrierens von Klebemittel verdrängt, weshalb eine durchgängige, nicht poröse Verbundschicht entsteht, die äußerst fest ist. Aufgrund des Infiltrierens von Klebemittel in sowohl das Holzgewebe der Holzfurnierlage als auch das Material der Verstärkungslage, bildet sich ein komplett durch die Verbundschicht durchgehender Klebefilm, der die Materialien fest zueinander verklebt. Es werden also nicht nur die Außen- oder Verbindungsflächen der jeweiligen Lagen mit Klebemittel bestrichen, um diese miteinander zu verbinden, sondern das gesamte Material der Lagen mit Klebemittel durchtränkt. Es ergibt sich daher eine äußerst vorteilhaft feste Verbundschicht, die über eine sehr lange Lebensdauer für einen festen Verbund der einzelnen Lagen sorgt und zudem die Rohrform der Verbundschicht erhält. Ein weiterer Vorteil, der mit der Klebemittel-infiltrierten Verbundschicht einhergeht, ist auch, dass jeglicher Schmutz und auch mögliche Kratzer aufgrund eines Steinschlags oder eines Umfallens des Rades das Holzfurnier nicht beeinträchtigen, da auch an der Holzoberfläche eine durchgehende Klebeschicht, sozusagen als Überzug, vorhanden ist. Zudem ist eine separate Lackierung aufgrund des auch im Herstellungsvorgang äußerst einfachen Infiltriervorganges von Klebemittel nicht notwendig. Eine schnelle und einfache Herstellung sowohl des Verbundrohres als auch des Fahrradrahmens ist dadurch gewährleistet. Vorzugsweise ist das Klebemittel ein Kunstharz, insbesondere Epoxidharz. Es werden bevorzugt aber nachhaltige Klebemittel eingesetzt, wie beispielsweise Greenpoxy 56 (Hersteller: Sicomin Epoxy Systems) enthält. Greenpoxy 56 kann in einer Ausführung 11 Kohlenstoffmoleküle enthalten, davon 6 aus vegetativer Herkunft stammend, sodass es insgesamt 56% an „grünem” Kohlenstoff enthält. Somit sind 56% seiner molekularen Struktur aus Materialien von pflanzlicher Herkunft. Der %-Anteil grünen Kohlenstoffs kann dabei auch geringer eingestellt sein. So kann der %-Anteil grünen Kohlenstoffs in einem Bereich von 37% bis 56% liegen, je nach Anwendungsbereich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die sichtbare Außenfläche des Verbundrohres mit einer Intarsie versehen. Demnach kann beispielsweise allein das Oberrohr eines Fahrrads eine Außenfläche mit einer Intarsie aufweisen, die beispielsweise den Hersteller des Fahrrads oder aber den Eigennamen des Fahrradbesitzers wiedergibt. Außerdem können auch das Oberrohr und/oder die beiden anderen Rohre (Sitz- und Unterrohr) mit individuellen Logos und Abbildungen aus Intarsien versehen werden. Auch Stuhl-/Tischbeine oder andere aus dem Verbundrohr gebildeten Möbelstühle können die Intarsie aufweisen. Vorzugsweise ist die Intarsie aus Buchstaben und/oder grafischen Elementen gebildet. Zur Einfügung der Intarsie wird der sichtbare Holzfurnierabschnitt des Verbundrohres, das heißt genauer gesagt der so bezeichnete erste Abschnitt einer Holzfurnierlage – in nicht eingerolltem Zustand – mit einem Schneidwerkzeug, insbesondere Laserwerkzeug, so bearbeitet, dass die einzelnen Buchstaben und/oder grafischen Elementen ausgeschnitten werden. Zugleich werden aus einer anderen Furnierlage die jeweiligen Buchstaben und/oder grafischen Elemente ausgelasert und dann in den zur Bildung des Verbundrohres vorbereiteten sichtbaren Holzfurnierabschnitt eingesetzt. So die Intarsie aus einer Furnierlage gleicher Holzart ausgeschnitten ist, können die einzelnen Buchstaben und/oder grafischen Elemente so eingesetzt werden, dass die Holzfaserung der Buchstaben und/oder grafischen Elemente entgegengesetzt zum Holzfaserverlauf des ersten sichtbaren Abschnitts der Holzfurnierlage ausgerichtet sind. Die Holzfurnierlage, aus welcher die Buchstaben und/oder grafischen Elemente ausgeschnitten werden, kann aber auch von anderer Holzart oder gebeiztem Holz sein. Auch kann ein Kunstfurnier für die Intarsie verwendet werden. Beispielsweise kann die andere Holzart aus Kirsche sein, weshalb dann bei einem Verbundrohr aus Escheholzfurnierlage(n) eine dunkelfarbige Intarsie entsteht. Aufgrund der anderen Holzart ist die Buchstabenfolge gut leserlich und hervorgehoben dargestellt. Die Verwendung einer Intarsie ermöglicht eine größere Bandbreite bei der Gestaltung der Verbundrohre und letztendlich des Fahrradrahmens. Dies wird aufgrund der verschiedenen Holzarten aber auch aufgrund der Verwendung von unterschiedlichen Intarsien, wie beispielsweise in Form von graphischen Elementen oder aneinandergereihten Buchstaben, möglich.
Alternativ kann der erste Abschnitt der Holzfurnierlage eine(n) durch ein Brennwerkzeug, insbesondere ein Brenneisen eingebrannten Schriftzug, Zahl, Buchstabe(n) und/oder Logo(s) aufweisen.
Vorteilhafterweise weist das Verbundrohr an seinen gegenüberliegenden Enden jeweils einen Bereich (sog. Endrohrabschnitt) auf, in welchem der Außendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des dazwischen liegenden Rohrabschnittes (sog. Mittelrohrabschnitt).
Dieser Bereich bzw. der Endrohrabschnitt wird auch Fräsbereich genannt. Der Rohrinnendurchmesser bleibt durchgehend gleich, das heißt dieser ist sowohl im Mittelrohrabschnitt als auch in dem Endrohrabschnitt identisch. Zweck des kleineren Außendurchmessers im Endrohrabschnitt des Verbundrohres ist das Aufstecken von Verbindungselementen, die die einzelnen Rohre zueinander verbinden. Um den Außendurchmesser im Endrohrabschnitt geringer zu formen als in dem Mittelrohrabschnitt, werden die Endrohrabschnitte gefräst. Die Frästiefe F reicht dabei von der Außenfläche des Rohres bis zu einer Verstärkungslage, die vorzugsweise am nächsten zur Außenfläche des Verbundrohres angeordnet ist. Vorteilhafterweise sind die Verbindungselemente aus einem gleichen Material wie die Verstärkungslage, vorzugsweise aus carbonfaserverstärktem Kunststoff, weshalb bei einem Überstülpen des Verbindungselements auf das jeweilige Ende des Verbundrohres ein zuverlässiger Materialverbund, vorzugsweise eine hochstabile Verbindung erreicht werden kann.
Eine Holzfurnierlage ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus mindestens zwei miteinander verbundenen Holzfurnierblättern gebildet. Die Holzfurnierblätter werden dabei Stoß-an-Stoß, vorzugsweise an ihrer Längsseite aneinander gelegt und verklebt. Wesentlich ist, dass die Länge der Holzfurnierblätter identisch ist und der gewünschten Länge des Verbundrohres, insbesondere der Länge eines Oberrohres, Unterrohres und/oder Sitzrohres eines Fahrrahrahmens entspricht. Bei einer Länge L^O eines Rohres von 640 mm entspricht die Länge L^H der jeweiligen Holzfurnierblätter auch 640 mm. Vorteilhafterweise ist das erste Blatt der beiden Holzfurnierblätter, aus welcher die Holzfurnierlage gebildet ist, 0,2 mm bis 1,5 mm dick, insbesondere 0,4 mm bis 0,9 mm, vorzugsweise 0,6 mm. Das zweite Blatt hat eine Dicke von 0,3 mm bis 1,5 mm, insbesondere 0,5 mm bis 1,5 mm und vorzugsweise eine Dicke von 0,9 mm. Das zweite Blatt ist daher grundsätzlich dicker als das erste Blatt. Je nach Anforderung an den Sportartikel, das tragende Profil, das Möbelstück, insbesondere an das Fahrrad kann dementsprechend eine bestimmte Dicke des ersten und zweiten Blattes gewählt werden. Bei einem Mountainbike beispielsweise würde im Vergleich zu einem Rennrad vorteilhafterweise eine größere Dicke verwendet. Die Breite des zweiten Holzfurnierblattes, welches das außen liegende und sichtbare Blatt darstellt, entspricht vorzugsweise einer Umwicklung, insbesondere dem äußeren Kreisumfang des Verbundrohres.
In einer weiteren Ausführungsform der Holzfurnierlage aus zwei Blättern Holzfurnier ist der erste Abschnitt der mindestens einen Holzfurnierlage aus dem zweiten Blatt und der zweite Abschnitt der mindestens einen Holzfurnierlage aus dem ersten Blatt gebildet. Der erste Abschnitt, welcher den sichtbaren Bereich des Verbundrohres bei Einrollen der Lagen zu einer gerollten Verbundschicht bildet, ist demnach dicker als die innenliegende Lage des ersten Blattes. Bedarfsweise können natürlich weitere Holzfurnierblätter zu einer Holzfurnierlage verbunden werden. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass der erste sichtbare Abschnitt der Holzfurnierlage so dick ist, dass vor dem Einrollen eine Intarsie mit trennscharfer Linie ausgeschnitten und eingesetzt werden kann, ohne dass es zu Einrissen im Holzfurnier kommt. Ein dünnes Material wäre hier von Nachteil. Zugleich wird aber aufgrund der dünneren Dicke im Innenbereich des Verbundrohres gewährleistet, dass ein Leichtbaurohr und folglich ein Leichtbauprofil erzielt wird, der den Transport und auch die Bedienung von Sportartikeln oder tragenden Profilen, insbesondere eines Fahrrads erleichtert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Verstärkungslage aus mindestens einer faserverstärkten Lage, insbesondere einer uni- und/oder bidirektionalen Faserlage aus Karbonfaser, Aramidfaser, Glasfaser oder Naturfaser gebildet ist. Vorzugsweise ist die Verstärkungslage aus uni- und/oder bidirektionalen Karbonfasern gebildet. Um die vorteilhaften Eigenschaften in Punkto Umweltfreundlichkeiten zu forcieren, wird besonders bevorzugt Naturfaser als Verstärkungslage verwendet. Als Naturfaser eignet sich Basaltfaser, Hanffaser oder Flachsfaser. Basaltfaser hat einen großen und damit gesundheitsunbedenklichen Querschnitt von 8 μm bis 13 μm und ist fast zehnmal billiger als Karbonfaser und hitzebeständiger als Glasfaser. Zudem weisen Basaltfasern eine höhere Zugfestigkeit und ein deutlich geringeres Gewicht im Vergleich zu Stahl und Aluminium auf. Basalt ist zudem korrosionsbeständig. Die unidirektionalen Lagen können dabei mehrfach übereinander gelegt werden, entweder in gleicher Richtung, so dass die einzelnen Fasern parallel zueinander liegen, oder aber quer zueinander, so dass eine kreuzartige Anordnung mehrerer Lagen entsteht. Auch die Verwendung von bidirektionalen Fasern ist möglich, wobei auch nur eine Lage als Verstärkungslage eingesetzt werden kann. Die Anzahl der Faserlagen hängt im Wesentlichen von den Anforderungen an den Sportartikel oder das tragende Profil, insbesondere das Fahrrad ab, genauso wie die Anordnungsreihenfolge der Verstärkungslagen als Zwischenlage zwischen den einzelnen Holzfurnierlagen. Die aus Faser gebildete Verstärkungslage weist die gleiche Länge auf wie das Verbundrohr und die Holzfurnierlage. Allerdings ist die Breite der Verstärkungslage bevorzugt geringer als die Breite der Holzfurnierlage, so dass lediglich ein Teilabschnitt oder Teilabschnitte der Holzfurnierlage mit einer Verstärkungslage abgedeckt sind, bevor die einzelnen übereinander geschichteten Lagen von der Längsseite des zweiten Abschnitts her zu einem Verbundrohr eingerollt werden. Mindestens deckt eine Verstärkungslage ein Achtel, vorzugsweise ein Viertel der Fläche der Holzfurnierlage ab, wobei die Verstärkungslage oder die Verstärkungslagen an unterschiedlichen Teilabschnitten der Holzfurnierlage entlang der Breite aufgelegt werden können. Wichtig dabei ist, dass die Länge übereinstimmt und kein Überstand entsteht.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Fahrradrahmen, der aus einem Verbundrohr gemäß den vorgenannten Ausführungsbeispielen gebildet ist und der wenigstens ein Oberrohr, ein Unterrohr und/oder ein Sitzrohr umfasst. Das Verbundrohr bildet bei dem erfindungsgemäßen Fahrradrahmen sowohl das Oberrohr, das Unterrohr und/oder auch das Sitzrohr. Der Fahrradrahmen ist zu einem Dreieckrahmen formiert, wobei die einzelnen Rohre miteinander über sogenannte Muffenelemente bzw. Verbindungselemente verbunden sind. Zum Verbinden von Oberrohr, Unterrohr und Sitzrohr sind insgesamt drei Muffenelemente notwendig. Nachdem ein Fahrradrahmen neben Oberrohr, Unterrohr und Sitzrohr auch zwei Kettenstreben und zwei Sitzstreben aufweist, sind zwei der die drei Hauptrohre verbindenden Muffenelemente besonders ausgestaltet, um auch die einzelnen Streben mit den Hauptrohren zu verbinden. So sind Ober- und Unterrohr mit einem Gabelschaftanschlussstück als Muffenelement verbunden, wobei das Gabelschaftanschlussstück neben zwei rohrförmigen Verbindungsabschnitten für die Aufnahme der jeweiligen Rohrenden von Oberrohr und Unterrohr auch ein sogenanntes Steuerrohr ausbildet. Die einzelnen Muffenelemente werden im Detail in der Figurenbeschreibung erläutert. Vorteilhafterweise entspricht die schon oben genannte Frästiefe des Endrohrabschnittes einem Abstand, der sich zwischen dem äußeren Durchmesser und dem inneren Durchmesser des rohrförmigen Verbindungsabschnittes eines Muffenelements erstreckt. Demnach ist der Außendurchmesser des Endrohrabschnittes bzw. des Fräsbereichs in etwa genauso groß wie der Innendurchmesser des rohrförmigen Verbindungsabschnittes eines Muffenelements, vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Endrohrabschnittes bzw. des Fräsbereichs minimal kleiner. Entsprechend kann der rohrförmige Verbindungsabschnitt des Muffenelements über den Endrohrabschnitt bzw. Fräsbereich des Verbundrohres gestülpt werden, so dass die Fräskante des Verbundrohres an den materiallastigen rohrförmigen Verbindungsabschnitt stößt. Die Fräskante und die Kante des rohrförmigen Verbindungsabschnittes liegen folglich Stoß an Stoß zueinander. Vorteilhafterweise schließen sowohl die Außenfläche des Mittelrohrabschnittes als auch die Außenfläche des rohrförmigen Verbindungsabschnittes des Muffenelements bündig ab. Somit entsteht eine durchgehend glatte Oberfläche des Fahrradrahmens, ohne Wölbungen und Vorsprünge im Bereich der Übergänge zwischen Muffenelement und Verbindungsrohr. Vorteilhafterweise ist das Muffenelement aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet, weshalb der komplette rohrförmige Verbindungsabschnitt des Muffenelements aus Carbonfaser direkt auf der ebenfalls aus Carbonfaser gebildeten Verstärkungslage aufliegt. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass gleiche Materialien viel leichter, effektiver und nachhaltiger miteinander verklebt werden können als unterschiedliche Materialien. Als Verbindungsmittel kann beispielsweise ein Klebemittel wie Epoxidharz verwendet werden, welches bei kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen häufig Verwendung findet.
Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung, insbesondere ein Formwerkzeug zur Ausführung des nachfolgend näher beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des Verbundrohres bereit, welches aus einem oberen und unteren Formkern besteht, in die das Verbundrohr bzw. die zu einem Rohr eingerollte Verbundschicht eingelegt wird. Dabei weist der obere Formkern eine Öffnung an einem Ende für einen Drucklufteinlass auf und eine zweite Öffnung für einen Einfüllschlauch. An dem gegenüberliegenden Ende des oberen Formkerns ist eine weitere dritte Öffnung ausgebildet, die der Aufnahme eines Austrittsschlauchs dient. In das Formwerkzeug kann sowohl das Verbundrohr zur Formung (Biegung der Holzfurnierlage zu einem Rohr) als solches eingelegt werden, aber auch das Verbundrohr samt einem durch den Innenhohlraum des Rohrs gelegten Aufblasschlauch, der sich nach dem Aufblasen dehnt und das darum befindliche Verbundrohr gegen die jeweiligen Innenwände des Formwerkzeugs drückt. Der Aufblasschlauch ist vorzugsweise aus Silicon. Über den Drucklufteinlass wird der Aufblasschlauch aufgeblasen. Der Einfüllschlauch sowie auch der Austrittsschlauch dienen der Infiltrierung des Verbundrohrs mit Klebemittel. Der Einfüllschlauch führt dabei das Klebemittel in einen Hohlraum ein, der zwischen dem Aufblasschlauch und der inneren Wand des oberen und unteren Formkerns gebildet wird, wobei der Austrittsschlauch an dem gegenüberliegenden Ende aus dem Hohlraum austritt und Klebemittel ableitet, so dies überfließt. Demnach wird über den Einfüllschlauch Klebemittel in den Hohlraum eingespritzt, in welchem das Verbundrohr für den Infiltrierungsvorgang eingelegt wird, so dass das Klebemittel sowohl die Holzfurnierlage als auch die Verstärkungslage der Verbundschicht infiltrieren kann. Bevorzugt ist der Austrittsschlauch an eine Vakuumpumpe angeschlossen, die für einen Ansaugeffekt sorgt und das Klebemittel ansaugt, so dass dieses vollkommen die Verbundschicht durchläuft bzw. infiltriert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Luft in etwaigen Hohlräumen der Verbundschicht, insbesondere Luft- oder Gaseinschlüsse in der Holzfunierlage und/oder Verstärkungslage, abgesaugt werden, so dass keine Luft-/Gaseinschlüsse verbleiben und somit keine Fehlverklebungen in der Verbundschicht vorhanden sind.
Vor dem Vorbereitungsschritt und vor dem Hauptschritt des nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahrens werden die Materialien hergerichtet. Die Holzfurnierlage, welche vorzugsweise aus Holzfurnierblättern mit unterschiedlichen Dicken besteht, wird auf die gewünschte Länge und Breite geschnitten. Anschließend wird die erforderliche Anzahl an Furnieren mit Furnierklebeband zusammengeklebt und die Fuge der Furniere mit Klebstoff gefüllt. Nach Aushärtung des Klebstoffes wird das Furnierklebeband abgelöst. Die entstandenen Holzfurnierlage bzw. Holzfurnierplatte wird dann geschliffen (Kante flach schleifen) und die Klebereste entfernt. Nachfolgend wird die Verstärkungslage vorbereitet, wobei diese so zurechtgeschnitten wird, dass diese wenigstens der Länge der Holzfurnierlage entspricht.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundrohres umfasst einen Vorbereitungsschritt und einen Hauptschritt. Bei dem Vorbereitungsschritt wird die Holzfurnierlage mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser oder Wasserdampf beidseitig befeuchtet, damit sich das Holz leichter biegt. Anschließend wird die mindestens eine Verstärkungslage nach Plan über die Basislage aus Holzfurnier gelegt. Alternativ können mehrere Verstärkungslagen darüber geschichtet werden. Es entsteht eine Verbundschicht, die zu einem Verbundrohr eingerollt wird. Das Verbundrohr wird dann in das Werkzeug eingelegt, welches aus einer oberen und einer unteren Form besteht. Diese Form wird nach Einlegen des Rohrs verschlossen und bleibt über einen gewissen Zeitraum X geschlossen, damit das Verbundrohr trocknet. Durch diesen Vorbereitungsschritt wird die Holzfurnierlage samt Verstärkungslage zu einem Rohr geformt bzw. gebogen.
Nachdem das Verbundrohr geformt wurde, wird es aus der Form genommen und die Form vorzugsweise mit Trennmittel behandelt. Danach wird ein Aufblasschlauch, welcher vorzugsweise aus Silicon ist, in das Rohr eingeführt und das Rohr samt Aufblasschlauch in die Form gelegt. Der Schlauch, welcher an beiden Rohrenden aus dem Rohrdurchlass hervorsteht, wird mit zwei Verschlüssen an jedem Ende verschlossen. Einer der Verschlüsse weist zusätzlich einen Drucklufteinlass auf, damit Druckluft von einem Kompressor in den Aufblasschlauch zum Aufblasen des Schlauches geführt werden kann. Nach dem Einlegen des Verbundrohres samt Schlauch und Verschließen des Schlauchs mit den beiden Verschlüssen, wird die Form geschlossen. Anschließend wird Druckluft in den Aufblasschlauch geleitet, wobei der Druck vorteilhafterweise zwischen 0,5 bis 3,5 bar, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1 bar beträgt. Der Aufblasschlauch wird dadurch aufgeblasen und drückt das Verbundrohr an die Innenwandfläche des Formwerkzeugs. Der Klebstoff wird über den Einfüllschlauch in die Verbundschicht infiltriert Der Einfüllschlauch wird dabei über die zweite Öffnung in der Form in den Hohlraum geführt, welcher zwischen Innenwand der Form und dem Aufblasschlauch gebildet ist und in welchen das Verbundrohr eingelegt ist. Der Klebstoff durchtränkt dann das Verbundrohr, weil der Klebstoff von einem Druckbehälter über den Einfüllschlauch in die Verbundschicht des Rohres, insbesondere in die Holzfurnierlage geleitet wird. Der Druck, mit welchem das Klebemittel, vorzugsweise Epoxidharz, in die Form über den Einfüllschlauch gepumpt wird, beträgt vorteilhafterweise 0,2 bis 3 bar, vorzugsweise 0,3 bis 2,8 bar. Sobald aus dem Austrittsschlauch am anderen Ende der Form Harz austritt, kann der Infiltriervorgang beendet werden. Zur nachträglichen Verpressung des Verbundrohres wird der Druck im Schlauch auf einen Pressdruck erhöht, der in etwa zwischen 2 und 8 bar, bevorzugt zwischen 4 und 8 bar, besonders bevorzugt zwischen 5 und 7 bar liegt. Die Form wird dann in einen Wärmeschrank gelegt und bei ca. 30°C bis 80°C ausgehärtet. Nach dem Aushärten des Harzes kann der Druck im Schlauch abgelassen werden und die Form geöffnet werden. Das Rohr ist dann fertig und einsatzbereit.
In einer bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird am Austrittsschlauch eine Vakuumpumpe angeschlossen, um Luft, die noch in den Hohlräumen der Verbundschicht eingelagert ist, aus dem Rohr abzusaugen. Danach oder aber auch parallel wird Klebstoff über den Einfüllschlauch in die Verbundschicht infiltriert. Die Vakuumpumpe ermöglicht eine Beschleunigung der Infiltration und/oder eine Verbesserung dieser, da diese auch das Klebemittel ansaugt.
Gegenstand: Fahrradrahmen, umfassend ein Oberrohr, ein Unterrohr und/oder ein Sitzrohr, welche aus dem Verbundrohr gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 gebildet und über Muffenelemente miteinander verbunden sind, insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Muffenelement einen oder mehrere rohrförmige Verbindungsabschnitte aufweist und die Frästiefe F im Verbundrohr einem Abstand zwischen äußerem Durchmesser und innerem Durchmesser des rohrförmigen Verbindungsabschnittes entspricht, so dass der rohrförmige Verbindungsabschnitt über den Fräsbereich A gestülpt werden kann und die Außenseite des rohrförmigen Verbindungsabschnittes des Muffenelements bündig mit der Außenfläche des Verbundrohres ist und das Verbundrohr mit seiner Fräskante D Stoß an Stoß an dem rohrförmigen Verbindungsabschnitt des Muffenelements, welches vorzugsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet ist, anliegt.
Figurenbeschreibung
1A Ansicht eines Verbundrohres mit einer Verstärkungslage
1B Ansicht eines Verbundrohres mit einer alternativen Verstärkungslage
2 Draufsicht auf einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Verbundrohres gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
3A Draufsicht auf eine Vorderseite einer Holzfurnierlage aus zwei Holzfurnierblättern verschiedener Dicke
3B Draufsicht auf eine Vorderseite einer Holzfurnierlage, die mit zwei Verstärkungslagen belegt ist
3C Draufsicht auf eine Vorderseite einer Holzfurnierlage, die mit einer Verstärkungslage versehen ist
3D Draufsicht auf eine Vorderseite einer Holzfurnierlage, die mit zwei Verstärkungslagen belegt ist
4 Draufsicht auf eine Rückseite der Holzfurnierlage gemäß 3D mit Intarsie
5 Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Fahrradrahmens
6 Werkzeug zur Herstellung eines Verbundrohres
In 1A ist ein Verbundrohr 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ausschnittsweise gezeigt. Mit Bezugszeichen 2 ist hier die außen sichtbare Holzfurnierlage mit einer Holzfaserung 3 dargestellt. Zudem ist mit Bezugszeichen 4 eine Verstärkungslage sichtbar, die aus in Längsrichtung des Rohres verlaufenden unidirektionalen Fasern gebildet ist. Der Verlauf der unidirektionalen Fasern der Verstärkungslage 4 entspricht zweckmäßigerweise der Längsachse des Verbundrohres 1, insbesondere auch dem Verlauf der Holzfasern 3.
In 1B ist ein teilweise gezeigter Querschnitt durch ein weiteres Verbundrohr 1, das hier nur ausschnittsweise abgebildet ist, gezeigt. Die sichtbare Außenfläche des Verbundrohres 1 ist dabei ebenfalls aus einer Holzfurnierlage 5 gebildet, wobei die hier nur teilweise sichtbare außen liegende Fläche der Holzfurnierlage 5 teilweise dem ersten Abschnitt 10 einer Holzfurnierlage entspricht. Mit Bezugszeichen 6 ist wiederum eine Verstärkungslage gemäß einer anderen Ausführungsform gezeigt, welche aus bidirektionalen Fasern besteht, die im Gegensatz zur 1A nicht parallel zur Längsrichtung verlaufen, sondern quer zur Längsrichtung des Verbundrohres 1 angeordnet sind, insbesondere kreuzweise.
In 2 ist eine Ansicht auf einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Verbundrohr 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Deutlich geht daraus die Wicklung 8 einer Holzfurnierlage 9 und einer Verstärkungslage 7 hervor. An der Rohraußenseite befindet sich ein teilweise sichtbarer erster Abschnitt 10 der Holzfurnierlage und an der Rohrinnenseite ein teilweise sichtbarer zweiter Abschnitt 11 der Holzfurnierlage. Dazwischen angeordnet befinden sich rein beispielhaft zwei Verstärkungslagen 7 aus Carbon- bzw. Kohlefaser, die mit einem Abstand zueinander, in etwa eines 1½ fachen Kreisumfanges, auf die noch nicht eingerollte Verbundschicht gelegt wurden. Der zweite innenliegende Abschnitt 11 als auch der erste von außen sichtbare Abschnitt 10 der Holzfurnierlage ist hier aus einer Furnierlage gebildet, die zweckmäßigerweise zwei zueinander verklebte Holzfurnierblätter umfasst (vgl. 3A). Das erste Holzfurnierblatt 12, welches teilweise den Rohrinnenbereich bildet, weist hier beispielhaft eine Dicke von 0,6 mm auf, wohingegen das außenseitig des Rohres sichtbare zweite Holzfurnierblatt 13 eine Dicke von 0,9 mm besitzt. Sowohl die beiden Holzfurnierblätter 12, 13 als auch die Kohlefasern sind in diesem Ausführungsbeispiel mit Klebemittel infiltriert, so dass keine Hohlräume zwischen und in den Lagen vorhanden sind. Lufteinschlüsse in der Verbundschicht sind somit nicht vorhanden.
3A zeigt die Anordnung zweier Holzfurnierblätter 12, 13 in nicht eingerolltem Zustand, welche zu einem Verbundrohr 1 in Wickelrichtung W eingerollt werden. Die Vorderansicht ist hier sichtbar. Der zweite Abschnitt 11 befindet sich an der Längsseite L' des Blattes 12. Der erste Abschnitt 10, welcher sich an der Rückseite des zweiten Blattes 13 befindet, ist hier nicht sichtbar. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke des ersten Holzfurnierblattes 12 beispielhaft 0,6 mm und die des Holzfurnierblattes 13 beispielhaft 0,9 mm. Die Breite B' des Holzfurnierblattes 12 beträgt hier beispielhaft 376 mm und die Länge L beispielhaft 640 mm. Die Breite B des Holzfurnierblattes 13 beträgt beispielhaft 150 mm, wobei die Länge dieses Blattes 13 der Länge von Holzfurnierblatt 12 entspricht. Eine Klebefuge zwischen erstem und zweitem Holzfurnierblatt 12, 13 ist mit Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Die beiden Holzfurnierblätter 12, 13 werden, nachdem diese auf Länge und Breite geschnitten wurden, Stoß an Stoß, vorzugsweise an der Längsseite, aneinander gelegt und mit Furnierklebeband zusammengeklebt, wonach dann die Fuge 14 mit Klebstoff gefüllt wird. Im Anschluss wird das Furnierklebeband abgelöst und die entstandene Furnierplatte bzw. -lage geschliffen. Die Längen- und Breitenmaße sind rein beispielhaft genannt und können selbstverständlich variieren. Eine Länge der Holzfurnierlage kann folglich auch zwischen 500 mm und 1000 mm betragen. Je nachdem, ob das Verbundrohr 1 für einen Sportartikel, beispielsweise ein Mountainbike, Rennrad oder anderes Rad oder ein tragendes Profil, beispielsweise einen Stuhlfuß eingesetzt wird, sind die Maße anzupassen. Dabei können die Maße für die einzelnen Verbundrohre, so mehrere zueinander über Steckbereiche verbunden werden (mit Hilfe von Muffenelementen) untereinander unterschiedlich sein.
Nach dem Schneiden der Verstärkungsfasern auf eine hier beispielhaft genannte Länge von 620 mm und Breite von 130 mm, werden diese in 3b auf die Furnierlage mit einem Abstand B'' zueinander, von hier beispielsweise 116 mm, gelegt. Die Verstärkungsfasern verlaufen hier unidirektional und in Querrichtung (90° Winkel) zum Längenmaß L der Furnierlage bzw. -platte. Der Abstand zwischen den beiden Verstärkungslagen, welcher hier rein exemplarisch auf 116 mm festgelegt ist, entspricht vorteilhafterweise einer Wickelumdrehung oder dem mittleren Verbundrohrkreisumfang. Eine 1½, 2 oder mehrfache Drehung ist ebenso als Abstand geeignet.
3C zeigt eine Furnierplatte der in 3A gezeigten Art mit nur einer darauf angeordneten Verstärkungslage 6, die aus bidirektionalen Kohlefasern gebildet ist. Die Fasern sind demnach kreuzweise übereinander gelegt und somit in einem Winkel von 45° zu der Längsseite der Furnierplatte angeordnet.
3D zeigt beispielhaft zwei Verstärkungslagen 4, die sich auf einer Furnierholzplatte 15 befinden, die lediglich aus einem Furnierholzblatt mit einer Dicke von 0,9 mm gebildet ist. Sichtbar ist die Vorderseite dieser Basislage 15 aus Holzfurnier. Die Fasern dieser Verstärkungslagen 4 aus Kohlenstofffaser sind wieder unidirektional gerichtet und verlaufen längs zur Längsrichtung L der Furnierplatte, vorzugsweise parallel zur Längsrichtung der Holzfasern.
4 zeigt in vergrößerter Ansicht eine Draufsicht auf einen ersten Abschnitt 16 der Rückseite der Holzfurnierlage 9 (deren Vorderseite in 3D dargestellt ist) und die darin eingefügte Intarsie 17, hier als ”DOKTOR”. Die einzelnen Umrisse der Buchstaben wurden aus der Holzfurnierlage 9 genauer gesagt aus dem zweiten Holzfurnierblatt ausgeschnitten, insbesondere ausgelasert. Die in die Furnierholzlage eingesetzten Buchstaben DOKTOR sind aus einer separaten, hier nicht gezeigten Holzfurnierlage aus beispielsweise Kirschholz ausgeschnitten, insbesondere ausgelasert und formen eine Intarsie 17.
5 zeigt einen Fahrradrahmen gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen Bestandteile in Explosionsansicht dargestellt sind. So umfasst dieser Fahrradrahmen 1 drei Hauptverbundrohre, nämlich ein Oberrohr 18, ein Unterrohr 19 und ein Sitzrohr 20. Zudem werden vier Streben 21, 21', 22 und 22' ausgebildet, nämlich zwei Sitzstreben 21, 21' und zwei Kettenstreben 22, 22'. Der vordere Teil des Rahmens schließt mit einem Steuerrohr 23 ab, in welchen eine Gabel eingebaut wird (nicht gezeigt). Nach unten hin endet die Gabel mit zwei Gabelscheiden (nicht gezeigt). Die Gabelscheiden nehmen das vordere Laufrad (hier nicht gezeigt) auf. Die Verbundrohre und die Streben sind miteinander durch Muffenelemente 24, 25, 26 und 27 verbunden. So ist das Oberrohr 18 an seinen beiden gegenüberliegenden Enden mit jeweils einem Muffenelement versehen. Das Muffenelement 24, auch als Sitzschaftanschlussstück bezeichnet, verbindet dabei das Oberrohr 18 mit dem Sitzrohr 20 und den Sitzstreben 21, 21'. Hierfür weist das Muffenelement 24 vier rohrförmige Verbindungsabschnitte auf, in welche die Verbundrohre 18, 20 und die Streben 21, 21' gesteckt werden können. Das Sitzschaftanschlussstück 24 umfasst einen fünften Rohrabschnitt, der nach oben weist und den Sattel (hier nicht gezeigt) aufnimmt. Das Unterrohr 19 ist mit dem Muffenelement 25 und einem weiteren Muffenelement 26 sowohl mit dem Oberrohr als auch mit dem Sitzrohr verbunden. Das Muffenelement 25 stellt dabei das Verbindungsstück zwischen Oberrohr 18 und Unterrohr 19 dar und ist hier auch mit Gabelschaftanschlussstück bezeichnet. Das Unterrohr 19 und das Sitzrohr 20 sind mit dem weiteren Muffenelement 26 verbunden, wobei jeweils ein Ende der Rohre in einen rohrförmigen Verbindungsabschnitt des Muffenelements 26 gesteckt wird. Das Muffenelement 26, auch als Tretlageranschlussstück bezeichnet, weist zwei weitere Rohrabschnitte 26' auf, in den die Kettenstreben 22, 22' eingeführt werden. Das Sitzrohr 20 ist über das Sitzschaftanschlussstück 24 mit dem Oberrohr 18 und über das Tretlageranschlussstück 26 mit dem Unterrohr 19 verbunden. Das vierte Muffenelement 27 verbindet Kettenstreben 22, 22' mit der jeweiligen Sitzstrebe 21, 21' und wird auch als Ausfallende bezeichnet. L bezeichnet die Längsrichtung des Verbundrohres.
Das Oberrohr 18, das Unterrohr 19 und/oder das Sitzrohr 20, zweckmäßigerweise alle drei dieser Rohre, sind aus dem Verbundrohr gemäß vorliegender Erfindung gebildet und weisen jeweils gegenüberliegende, insbesondere verjüngte Endabschnitte 28, 28', 29, 29', 30, 30', insbesondere Fräsbereiche A mit einer Frästiefe F auf, die sich durch einen kleineren Außenrohrdurchmesser gegenüber dem jeweils mittigen Hauptrohrabschnitt, hier mit 18', 19', 20' bezeichnet, auszeichnen. Diese, gegenüber der Außenfläche des mittleren Rohrabschnittes 18', 19', 20' zurückversetzten und damit verjüngten Endrohrabschnitte 28, 28', 29, 29', 30, 30' können in die jeweils zugeordneten rohrförmigen Verbindungsabschnitte des jeweiligen Muffenelements eingeführt werden, was aber auch umgekehrt möglich wäre.
Vorzugsweise entspricht der äußere Durchmesser des Endrohrabschnittes 28 dem inneren Durchmesser des rohrförmigen Verbindungsabschnittes 31 des Muffenelements 25. Dies gilt auch für die weiteren Endabschnitte 28', 29, 29', 30, 30' sowie deren zugeordnete Muffenelemente 24, 26 und 27. Zudem entspricht der äußere Rohrabschnittsdurchmesser der Muffenelemente 24, 25, 26 dem jeweils zugeordneten äußeren Durchmesser des Verbundrohres im mittleren Bereich 18', 19', 20', so dass die jeweiligen Außenflächen bündig abschließen. Der in 5 dargestellte Endabschnitt 29 zeigt zudem beispielhaft eine Draufsicht auf eine Verstärkungslage 6, die vergrößert in 1C dargestellt ist und welche in diesem Ausführungsbeispiel zweckmäßigerweise aus bidirektionalen Carbonfasern gebildet ist, deren Fasern übereinander gelegt quer, vorzugsweise in einem 45°-Winkel, zur Längsachse des Rohres ausgerichtet sind. Der Endabschnitt 28 des Oberrohres 18 zeigt eine Draufsicht auf eine Verstärkungslage 4, die vergrößert in 1B dargestellt ist, aus vorzugsweise längs zur Rohrachse verlaufenden unidirektionalen Carbonfasern. Sowohl die Verstärkungslage 6, als auch die Verstärkungslage 4 sind in 1B und 1C vergrößert und nur ausschnittsweise dargestellt, um die Faserrichtung der Verstärkungslage zu veranschaulichen. Die Ketten- und Sitzstreben 21, 21', 22, 22' sind aus zweckmäßigerweise parallel zueinander geschichteten Holzfurnierlagen oder aus parallel übereinander geschichteten Massivholzlagen, die miteinander verleimt sind, gebildet. Zwischen diesen parallel geschichteten Holzfunier- oder Massivholzlagen sind vorzugsweise Verstärkungslagen, insbesondere Verstärkungslagen aus Carbon angeordnet.
Auf dem in 5 gezeigten Rohr 18 ist eine Intarsie 17, hier mit dem Schriftzug DOKTOR, aufgebracht. Nachdem die Holzart sowohl des hier dargestellten Rohres 18, als auch des Rohres 19 und des Rohres 20 hier rein beispielhaft Esche ist, wird die Intarsie 17, hier rein beispielhaft aus der Holzart Kirsche, gegenüber dem hellen Escheholz abgehoben, weil die Kirschholzfarbe dunkler ist. Die Verwendung der Holzarten ist nicht limitierend und so können auch gleiche Holzarten verwendet werden. Die Intarsie 17: „DOKTOR” ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sehr gut leserlich. Anstelle des Schriftzuges DOKTOR können selbstverständlich andere Schriftzüge und/oder Logos und dergleichen als Intarsie 17 aufgebracht sein. Auch kann die Intarsie 17 aus Kunstfurnier oder gebeiztem Holzfurnier sein. Die Intarsie 17 kann alternativ auf einem oder mehreren anderen Rohren oder sogar auf den Streben aufgebracht sein.
6 zeigt einen Querschnitt durch eine Form aus zwei Formteilen, nämlich einem oberen Formteil 32 und einem unteren Formteil 33. In dieser Form befindet sich ein Aufblasschlauch 34, der mit zwei Verschlüssen 35, 36 versehen ist. Ein Verschluss 35 weist dabei einen Einlass 37 auf, in den Druckluft von einem Kompressor 38 eingeführt werden kann, damit der Schlauch aufgeblasen wird. Der Schlauch ist durch den rohrförmigen Hohlraum der Verbundschicht 39 aus Holzfurnierlage und Verstärkungslage geführt und ragt etwas über die Enden des Verbundrohres hinaus. Das obere Formteil 32 weist neben dem Drucklufteinlass 37 (auch erste Öffnung) auch zwei weitere Öffnungen 40, 41 auf. Zweite Öffnung 40 dient dem Durchlass eines Einfüllschlauches 42, und die dritte Öffnung 41 dem Durchlass eines Austrittsschlauches 43. Der Einfüllschlauch 42 ist an ein Gefäß 44 mit Klebstoff gebunden, welches wiederum über einen Verbindungsschlauch an den Kompressor 38 angeschlossen ist. Das Gefäß 44 mit Klebstoff wird auch als Druckbehälter bezeichnet. Sobald Druckluft aus dem Kompressor 38 über den Verbindungsschlauch in den Druckbehälter 44 fließt, wird der in dem Gefäß 44 befindliche flüssige Klebstoff 45 komprimiert und durch den Einfüllschlauch 42 in die Form und damit in den durch das obere Formteil 32, den Aufblasschlauch 34 und das untere Formteil 33 gebildeten Hohlraum 46 gedrückt, der wiederum die Verbundschicht 39 aufnimmt. Durch die Druckluft wird das Klebemittel 45 solange durch die einzelnen Lagen der Verbundschicht 39 gepresst, bis es auf der gegenüberliegenden Seite durch den Austrittsschlauch 43 in einen Überlaufbehälter 47 austritt. Optional ist an dem Überlaufbehälter eine Vakuumpumpe 48 angeschlossen, um Flüssigkeit anzusaugen und damit den Infiltrationsvorgang der Holzfurnier- und Verstärkungslagen zu beschleunigen und zu verbessern. Zugleich fördert die Vakuumpumpe das Absaugen von Luft und Gas aus Hohlräumen. Bevor das Klebemittel 45 in die Verbundschicht 39 eingeführt wird, wird der Schlauch 34, welcher vorzugsweise aus Silicon gebildet ist, mittels Druckluft von dem Kompressor 38 aufgeblasen, wobei die Druckluft durch eine Einlassöffnung 37 im Verschluss 35 zugeführt wird. Nachdem der gegenüberliegende Verschluss 36 den Schlauch 34 vollständig und gasdicht sowie flüssigkeitsdicht verschließt, wird der Schlauch 34 voll aufgeblasen. Der Aufblasschlauch 34 presst die Verbundschicht 39 und die einzelnen Lagen zueinander, nachdem das obere und untere Formteil 32, 33 deren Verformung hemmt. An den gegenüberliegenden Rohrenden können sich zudem Fließhilfen 49 befinden, die den Fluss des Klebemittels 45 unterstützen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0178557 [0002]
US 2011/0136602 A1 [0002]
DE 9310822 [0004]

Claims

Verbundrohr (1) aus einer Verbundschicht für tragende Profile oder für Sportartikel, insbesondere für einen Fahrradrahmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht aus mindestens einer Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) und mindestens einer Verstärkungslage (4, 6, 7) gebildet ist, die übereinanderliegend zu dem Verbundrohr (1) eingerollt sind, wobei ein erster Abschnitt (10, 16) der mindestens einen Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) die sichtbare Außenfläche des Verbundrohres (1) mit einer im Wesentlichen in Längsrichtung L des Verbundrohres (1) verlaufenden Holzfaserung (3) bildet.
Verbundrohr (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der mindestens einen Verstärkungslage (4, 6, 7) der Fläche der mindestens einen Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) entspricht, so dass die Verstärkungslage (4, 6, 7) vollflächig auf der Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) liegt und ein Querschnitt des Rohres eine spiralförmige Wicklung (8) der Lagen aufweist.
Verbundrohr (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verstärkungslage (4, 6, 7) mindestens ein Achtel, vorzugsweise ein Viertel, insbesondere ein Drittel der Fläche der Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) abdeckt, wobei die Verstärkungslage (4, 6, 7) im Wesentlichen über eine gesamte Länge L der Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) reicht.
Verbundrohr (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Verstärkungslage (4, 6, 7) wenigstens dem inneren Kreisumfang bzw. einer Umwicklung des Verbundrohres (1), vorzugsweise dem äußeren Kreisumfang des Verbundrohres (1) entspricht.
Verbundrohr (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Verstärkungslage (4, 6, 7) zwischen 400 mm und 800 mm, vorzugsweise 620 mm und die Breite der Verstärkungslage (4, 6, 7) zwischen 50 mm und 500 mm, vorzugsweise 130 mm beträgt und die Länge der Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) zwischen 400 mm und 1000 mm, vorzugsweise 640 mm und die Breite der Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) zwischen 300 mm und 700 mm, vorzugsweise 526 mm beträgt.
Verbundrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Abschnitt (11) der mindestens einen Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) die Innenfläche des Verbundrohres (1) bildet.
Verbundrohr (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Abschnitt (10, 16) und dem zweiten Abschnitt (11) des Verbundrohres (1), insbesondere zwischen Innen- und Außenfläche des Rohres abwechselnd eine Holzfunierlage (2, 5, 9, 15) und eine oder mehrere Verstärkungslagen (4, 6, 7) derart angeordnet sind, dass ein Querschnitt des Rohres eine spiralförmige Wicklung (8) der Holzfurnierlagen (2, 5, 9, 15) zeigt.
Verbundrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht, insbesondere die Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15), mit einem Klebemittel (45), vorzugsweise einem Klebemittel aus Epoxidharz oder einem nachhaltigen, biologisch abbaubaren Klebemittel, vollständig infiltriert ist.
Verbundrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (10, 16) der mindestens einen Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) mit einer Intarsie 17, vorzugsweise aus Buchstaben, grafischen Elementen oder einer Kombination derselben versehen ist oder mit einem durch ein Brennwerkzeug, insbesondere ein Brenneisen eingebrannten Schriftzug oder Logo versehen ist.
Verbundrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundrohr (1) an seinen jeweils gegenüberliegenden Enden (28, 28', 29, 29', 30, 30') verjüngt ist, insbesondere in einem Fräsbereich A um eine Frästiefe F von seiner Außenfläche bis zu der Verstärkungslage (4, 6, 7) gefräst ist, so dass die Verstärkungslage (4, 6, 7) in einem Fräsbereich A zur Bildung eines Steckbereichs freigelegt ist.
Verbundrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) aus mindestens zwei längsseitig miteinander verklebten Holzfurnierblättern (12, 13) gebildet ist, wobei das erste Blatt (12) eine Dicke von 0,2 mm bis 1,5 mm, insbesondere 0,4 mm bis 0,9 mm, vorzugsweise 0,6 mm aufweist, und das zweite Blatt (13) eine Dicke von 0,3 bis 1,5 mm, insbesondere 0,5 bis 1,2 mm, vorzugsweise 0,9 mm aufweist.
Verbundrohr (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (10) der mindestens einen Holzfurnierlage aus dem zweiten Blatt (13) gebildet ist und der zweite Abschnitt (11) der mindestens einen Holzfurnierlage aus dem ersten Blatt (12) gebildet ist, wobei die Breite des zweiten Blattes (13) vorzugsweise einem äußeren Kreisumfang des Verbundrohres (1) entspricht.
Verbundrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungslage (4, 6, 7) aus mindestens einer faserverstärkten Lage, insbesondere einer uni- und/oder bidirektionalen Faserlage aus Karbonfaser, Aramidfaser, Glasfaser oder Naturfaser, vorzugsweise Basaltfaser gebildet ist.
Formwerkzeug zur Herstellung des Verbundrohres gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug einen oberen Formteil (32) und einen unteren Formteil (33) umfasst, in die das Verbundrohr (1) eingelegt werden kann, wobei das obere Formteil (32) eine erste Öffnung (37) an einem Ende für einen Drucklufteinlass (37), eine zweite Öffnung (40) für einen Einfüllschlauch (42) an demselben Ende und eine dritte Öffnung (41) an dem gegenüberliegenden Ende für einen Austrittsschlauch (43) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden Vorbereitungsschritt umfasst: – beidseitiges Befeuchten der Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser oder Wasserdampf – Schichten von Furnier- und Verstärkungslage (2, 4, 6, 7, 9, 15) zu einer Verbundschicht, wobei mindestens eine Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) und mindestens eine Verstärkungslage (4, 6, 7) übereinander gelegt werden, – Einrollen der Verbundschicht zu einem Verbundrohr (1), – Einlegen des Verbundrohrs (1) in eine Form, die nach Einlegen des Rohrs (1) verschlossen wird, – Trocknen des Verbundrohrs (1) über eine Zeitdauer X und folgenden Hauptschritt umfasst: – Herausnehmen des Verbundrohres (1) aus der Form, – Einführen eines Aufblasschlauchs (34) in das Verbundrohr (1), – Einlegen des Verbundrohres (1) mit dem Aufblasschlauch (34) in die Form, – Schließen der Schlauchenden des Aufblasschlauchs (34) mit jeweils einem Verschluss (35, 36), wobei einer der Verschlüsse (35) zusätzlich einen Drucklufteinlass (37) aufweist, damit Druckluft von einem Kompressor in den Aufblasschlauch (34) geführt werden kann, – Verschließen der Formteile (32, 33), – Applikation von Druckluft in den Aufblasschlauch (34) über den Drucklufteinlass (37) im Verschluss (35), – Infiltrieren von Klebstoff (45) über den Einfüllschlauch (42), der über eine zweite Öffnung (40) in dem oberen Formteil (32) in einen Hohlraum (46) führt, der zwischen Innenwand der Form und Aufblasschlauch (34) gebildet ist und das Verbundrohr (1) aufnimmt, wobei der Klebstoff (45) von einem Druckbehälter (44) über den Einfüllschlauch (42) in die Verbundschicht des Rohres (1), insbesondere in die Holzfurnierlage (2, 5, 9, 15) geleitet wird, – Aushärten des Rohres.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren – Anschalten einer Vakuumpumpe (48), die an den Austrittsschlauch (43) gekoppelt ist, umfasst, um die Luft aus dem Verbundrohr (1) zu saugen und die Infiltrierung zu beschleunigen.