DE102014113872A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rahmens - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmens (1), insbesondere eines Pedelec-Rahmens, wobei dieser durch stoffschlüssiges Zusammenfügen zweier entsprechender Kunststoff-Halbschalen (6, 7) hergestellt wird, wobei vorzugsweise der Pedelec-Rahmen (1) mit Aufnahmen (2, 3, 4) für einen Lenker, für ein Tretlager und optional zusätzlich für einen Fahrersattel versehen ist. Die Kunststoff-Halbschalen (6, 7) werden mittels eines zwischen die Kunststoff-Halbschalen (6, 7) eingebrachten Schaummaterials (9) stoffschlüssig verbunden. Hierbei füllt das Schaummaterial (9) einen von den flächigen Innenseiten der Kunststoff-Halbschalen (6, 7) durch deren Zusammensetzen begrenzten inneren Hohlraum (8) zumindest bereichsweise unter Bildung einer Verbindungsfläche (F) aus. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Rahmen (1), insbesondere Pedelec-Rahmen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmens, insbesondere eines Pedelec-Rahmens, wobei dieser durch stoffschlüssiges Zusammenfügen zweier entsprechender Kunststoff-Halbschalen hergestellt wird. Sofern es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei dem Rahmen um einen Pedelec-Rahmen handelt, so ist dieser mit Aufnahmen für einen Lenker, für ein Tretlager und optional zusätzlich für einen Fahrersattel versehen.
  • Derartige Verfahren zur Herstellung von Pedelec-Rahmen sind bekannt. Pedelecs unterscheiden sich von einem normalen Fahrrad durch einen zusätzlichen Elektromotor, ein Batterieelement zum Motorantrieb sowie in der Regel durch eine Steuerelektronik für den Motor. In der Praxis werden Pedelec-Rahmen häufig manuell gefertigt.
  • Üblicherweise werden Fahrradrahmen aus Stahlrohren hergestellt, die zusammengelötet oder verschweißt werden. Neben Stahl werden seit einiger Zeit zunehmend auch andere Werkstoffe wie Aluminium, Titan und faserverstärkte Kunststoffe verwendet, um das Gewicht des Rahmens zu reduzieren. Diese werden dann verschweißt oder verklebt, um die gewünschte Rahmengeometrie zu erhalten. Dieser Fügeprozess ist sehr zeitaufwendig und arbeitsintensiv.
  • Bei Pedelecs besteht die Besonderheit, dass diese – wie eingangs erwähnt – zusätzlich mit einem Elektromotor und wenigstens einem Batterieelement ausgestattet sein müssen. Der Elektromotor kann zur Unterstützung des Pedalantriebs durch den Fahrer zugeschaltet werden. Des Weiteren enthalten Pedelecs oftmals eine Steuerelektronik, die die aufgewandte Kraft oder die Geschwindigkeit misst und bei Erreichen bestimmter Werte den Motor ein- bzw. abschaltet. Die Zuschaltung des Elektromotors durch den Fahrer ist optional. Die zusätzlichen Elemente eines Pedelecs haben zur Folge, dass die Rahmenrohre mit einem vergleichsweise großen Durchmesser gefertigt werden müssen, um die Versorgungselemente darin unterzubringen. Teilweise werden diese Elemente auch außen am Rahmen befestigt, was jedoch ästhetisch nicht sehr ansprechend ist.
  • Es gibt bereits einige Ansätze, Fahrradrahmen aus zwei Halbschalen herzustellen. Ein solcher Rahmen ist beispielsweise in der DE 10 2011 053 100 A1 offenbart. Die Halbschalen werden dabei in einem Schritt zusammengefügt und durch Kleben oder Schweißen miteinander verbunden. Ein solcher Fügevorgang ist relativ zeitaufwendig, da sehr präzise gearbeitet werden und die Klebeverbindung anschließend aushärten muss.
  • Aus der DE 10 2013 017 033 A1 ist bekannt, einen Fahrradrahmen aus Kunststoff mit einem Schaum auszuschäumen, um die Steifigkeit zu erhöhen. Auch die DE 89 14 315 U1 schlägt vor, einen aus Kunststoff-Schalen zusammen gesetzten Fahrradrahmen zur Erhöhung der Steifigkeit mit einem PVC-Hartschaum auszuschäumen.
  • Wie zuvor beschrieben, ist der Fügevorgang zur Verbindung der beiden Kunststoff-Halbschalen vergleichsweise zeitaufwendig und gewährleistet häufig nicht die gewünschte mechanische Festigkeit. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, welches eine schnelle und kostengünstige, stoffschlüssige Zusammenfügung der Kunststoff-Halbschalen ermöglicht und hierbei gleichzeitig eine hohe mechanische Steifigkeit des Rahmens gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kunststoff-Halbschalen mittels eines zwischen die Kunststoff-Halbschalen eingebrachten Schaummaterials stoffschlüssig verbunden werden und hierbei das Schaummaterial ein von den flächigen Innenseiten der Kunststoff-Halbschalen durch deren Zusammensetzen begrenzten inneren Hohlraum zumindest bereichsweise unter Bildung einer Verbindungsfläche ausfüllt. Verbindungsfläche meint im Rahmen der Erfindung die gesamte Querschnittsfläche des Schaummaterials in der Trennebene der beiden Kunststoff-Halbschalen, wobei diese Verbindungsfläche in einzelnen Fällen auch aus mehreren voneinander beabstandeten Einzelflächen bestehen kann. Die Erfindung beruht folglich auf der Erkenntnis, den von den beiden Halbschalen gebildeten inneren Hohlraum mittels eines Schaums auszufüllen, welcher nicht nur steifigkeitserhöhend wirkt, sondern gleichzeitig auch die stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kunststoff-Halbschalen herstellt. Dies hat den Vorteil, dass zeitaufwendige Fügeverfahren, wie sie im Stand der Technik beschrieben sind, in der Regel überflüssig sind. So kann beispielsweise auf einen in der Regel mehrere Stunden dauernden Vorgang zur Herstellung einer belastbaren Klebverbindung verzichtet werden, da gängige Schaummaterialien häufig bereits nach wenigen Minuten vollständig ausgehärtet sind. Erfindungsgemäß wird also das Schaummaterial sowohl zur Erhöhung der Steifigkeit als auch zu einer vergleichsweise schnellen Herstellung des Stoffschlusses zwischen den Halbschalen genutzt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kunststoff-Halbschalen zumindest überwiegend, besonders bevorzugt ausschließlich, durch das Schaummaterial hergestellt. Überwiegend meint in diesem Zusammenhang, dass die durch das Schaummaterial resultierende Haftkraft zwischen den beiden Kunststoff-Halbschalen mehr als 50 %, vorzugsweise mindestens 80 %, insbesondere mindestens 90 % der gesamten Haftkraft ausmacht.
  • Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass beispielsweise aus optischen Gründen nach dem Fügevorgang mittels des Schaummaterials noch eine finale äußere Laserverschweißung der beiden Halbschalen erfolgt. Dies ändert jedoch nichts daran, dass gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der wesentliche Stoffschluss zwischen den Halbschalen durch das Schaummaterial bereitgestellt wird.
  • Zweckmäßigerweise beträgt die Verbindungsfläche mindestens 100 cm2, vorzugsweise mindestens 400 cm2. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass das Schaummaterial als, vorzugsweise duroplastisches, Polyurethan ausgebildet ist, dessen Ausgangskomponenten im flüssigen Zustand zwischen die Kunststoff-Halbschalen eingebracht, insbesondere eingespritzt werden. Diese Ausgangskomponenten sind bei Polyurethanen einerseits Isocyanate und andererseits Polyole.Durch ein gemeinsames Einspritzen dieser beiden Komponenten in den von den Halbschalen gebildeten inneren Hohlraum wird die Polymerisation dieser Komponenten im Hohlraum in Gang gesetzt, wodurch in kürzester Zeit der gewünschte Polyurethanschaum entsteht, der nach wenigen Minuten vollständig aushärtet.
  • Der Rahmen kann mehrere voneinander beabstandete Einfüllöffnungen aufweisen, durch die nach dem Zusammensetzen der beiden Kunststoff-Halbschalen das Schaummaterial in den inneren Hohlraum eingebracht wird. Hierdurch ist eine räumlich gleichmäßig verteilte Einspritzung des Schaummaterials in den Hohlraum möglich, die eine homogene Struktur des ausgehärteten Schaummaterials gewährleistet. So können beispielsweise gemäß den vorigen Ausführungen die Ausgangskomponenten des Polyurethans durch die genannten Einfüllöffnungen in den inneren Hohlraum eingebracht werden. Zweckmäßigerweise beträgt der Abstand der Einfüllöffnungen mindestens 5 cm. Andererseits beträgt der Abstand zwischen zwei benachbarten Einfüllöffnungen zweckmäßigerweise nicht mehr als 20 cm (Abstände jeweils gemessen von den Rändern der Einfüllöffnungen). Der Durchmesser der Einfüllöffnungen beträgt vorzugsweise 5 bis 20 mm. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass die Kunststoff-Halbschalen beim Zusammensetzen gegeneinander vorfixiert werden, um die Zeitdauer bis zur vollständigen Aushärtung des Schaummaterials zu überbrücken. Insbesondere bei der Verwendung eines Polyurethans als Schaummaterial ist bei der chemischen Reaktion zwischen dem Isocyanat und dem Polyol eine sehr starke Volumenzunahme des Materials festzustellen, wodurch sehr große Drücke entstehen können. Entsprechend müssen die beiden Halbschalen während dieses Vorganges durch geeignete Maßnahmen zusammen gehalten werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es hierbei insbesondere, dass beide Kunststoff-Halbschalen jeweils mindestens ein Rastelement aufweisen, wobei die Rastelemente derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie beim Zusammensetzen der beiden Kunststoff-Halbschalen miteinander in Wirkverbindung treten, eine Rastverbindung bilden und hierdurch die beiden Kunststoff-Halbschalen relativ zueinander fixieren, um ein Auseinanderdrücken der Kunststoff-Halbschalen durch das Schaummaterial zu verhindern. Insbesondere kann es hierbei von Vorteil sein, wenn die Rastelemente jeweils an der Innenseite der entsprechenden Kunststoff-Halbschale angeordnet sind. Dies hat in vorteilhafter Weise zur Folge, dass sich die Rastelemente innerhalb des von beiden Kunststoff-Halbschalen gebildeten Hohlraums befinden und am fertig hergestellten Rahmen nach außen hin nicht sichtbar sind. Grundsätzlich liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die beiden Kunststoff-Halbschalen mittels konventioneller Maßnahmen beim Zusammensetzen gegeneinander vorzufixieren, z.B. mittels Schraubzwingen oder dergleichen. Vorzugsweise sind die Rastelemente jeweils fest mit der entsprechenden Kunststoff-Halbschale verbunden und an diese insbesondere einstückig angeformt. Ferner sind die Rastelemente zweckmäßigerweise für einen dauerhaften Verbleib an den Kunststoff-Halbschalen ausgebildet. Eine entsprechende Rastverbindung kann mindestens eine Rastnase aufweisen. Zweckmäßigerweise wirkt die mindestens eine Rastnase mit dem als weibliches Aufnahmeelement ausgebildeten anderen Rastelement an der anderen Kunststoff-Halbschale zusammen.
  • Zweckmäßigerweise werden die beiden Kunststoff-Halbschalen mittels eines Spritzgussverfahrens aus einem, vorzugsweise faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Insbesondere kann der faserverstärkte thermoplastische Kunststoff ein teilaromatisches Polyamid enthalten. Zweckmäßigerweise wird das teilaromatische Polyamid ausgewählt aus einem solchen, das alphatische Dicarbonyl-Wiederholeinheiten und aromatische Diamino-Wiederholeinheiten enthält oder aus einem solchen, das aromatische Dicarbonyl-Wiederholeinheiten und aliphatische Diamino-Wiederholeinheiten enthält oder aus einer Mischung der vorgenannten Substanzen. Zweckmäßigerweise enthält das teilaromatische Polyamid meta-Xylylendiamin-Wiederholeinheiten und 1,6-Hexandionyl-Wiederholeinheiten. Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass der faserverstärkte thermoplastische Kunststoff neben dem teilaromatischen Polyamid ein aliphatisches Polyamid enthält. Zweckmäßigerweise beträgt der Gewichtsanteil des teilaromatischen Polyamids bezogen auf die gesamte Kunststoffmasse ohne Faserverstärkung mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %. Zur Faserverstärkung können Glas- und / oder Carbon- und / oder Aramidfasern verwendet werden. Der Gewichtsanteil der Fasern im faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff kann 15 bis 70 %, vorzugsweise 40 bis 60 %, betragen. Zweckmäßigerweise beträgt die durchschnittliche Länge der Fasern im fertig hergestellten Rahmen weniger als 15 mm, vorzugsweise weniger als 10 mm, z.B. weniger als 5 mm. Mit kurzen Fasern verstärkte thermoplastische Werkstoffe besitzen den Vorteil, dass sie in einem Spritzgussverfahren besonders gut verarbeitet werden können. Insgesamt hat sich im Rahmen der Erfindung herausgestellt, dass ein ein teilaromatisches Polyamid enthaltender faserverstärkter thermoplastischer Kunststoff eine sehr gute Bindungswirkung zum Schaummaterial, insbesondere dem bevorzugten duroplastischen Polyurethan aufweist, so dass bei einer entsprechenden Materialkombination besonders gute Festigkeitseigenschaften des fertig hergestellten Rahmens, insbesondere des Pedelec-Rahmens, festzustellen sind.
  • Insbesondere bei der Herstellung eines Pedelec-Rahmens mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht häufig die Anforderung, dass Bereiche des von den beiden Kunststoff-Halbschalen gebildeten inneren Hohlraums auch nach dem Ausschäumvorgang von Schaummaterial frei bleiben, um beispielsweise dort die Aufnahme des Elektromotors, einer Steuerelektronik und / oder einer Batterie innerhalb des Rahmens zu ermöglichen. Es kann daher von Vorteil sein, wenn zwischen die Kunststoff-Halbschalen vor der Einbringung des Schaummaterials zumindest ein Kern eingebracht wird, der nach Beendigung des Ausschäumvorgangs wieder aus dem Rahmen herausgezogen wird. Um eine stoffschlüssige Verbindung des Kerns mit dem Schaummaterial zu verhindern, kann es zweckmäßig sein, diesen Kern vorab mit einer inerten, vorzugsweise aus Silikon bestehenden, Schicht zu überziehen, um eine stoffschlüssige Verbindung des Kerns mit dem Schaummaterial zu verhindern. Silikon hat die Eigenschaften, dass es nur mit wenigen Materialien eine Wechselwirkung eingeht und somit an vielen Materialen nicht haftet. Im konkreten Fall wird diese Eigenschaft genutzt, um ein leichtes Herausziehen des Kerns nach dem Ausschäumvorgang zu ermöglichen.
  • Für das Zusammensetzen der beiden Kunststoff-Halbschalen kann es zweckmäßig sein, dass die Geometrie der Kunststoff-Halbschalen an ihren Fügerändern derart beschaffen ist, dass der Fügerand der einen Halbschale eine Nut und der Fügerand der anderen Halbschale eine beim Zusammensetzen in die Nut eingreifende Feder aufweist. Zweckmäßigerweise ist die Geometrie dieser Nut-Feder-Verbindung so bemessen, dass durch das Einsetzen der Feder in die Nut eine Klemmverbindung entsteht, welche die beiden Kunststoff-Halbschalen gegeneinander passgenau zentriert. Zweckmäßigerweise ist die Feder zu ihrem Ende hin verjüngt ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass durch den Ausschäumvorgang zwischen den beiden Kunststoff-Halbschalen zusätzlich auch zwischen Nut und Feder Schaummaterial eindringt, was insbesondere bei Polyurethanschäumen aufgrund des entstehenden großen Expansionsdruckes geschieht. Dieser Nebeneffekt intensiviert den Stoffschluss zwischen den beiden Kunststoff-Halbschalen durch das Schaummaterial zusätzlich. In diesem Zusammenhang kann es auch zweckmäßig sein, dass an der Oberfläche der Nut und / oder der Feder, vorzugsweise rippenförmige, Abstandselemente zur Sicherstellung einer definierten Spaltbreite zwischen Nut und Feder angeordnet sind. Hierdurch wird das Eindringen des Schaummaterials in diese Nut-Feder-Geometrie erleichtert.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Rahmen nach Anspruch 15. Bei dem Rahmen kann es sich insbesondere um einen Pedelec-Rahmen handeln, welcher Aufnahmen für einen Lenker, für ein Tretlager und vorzugsweise für einen Fahrersattel aufweist, wobei diese Aufnahmen von den Kunststoff-Halbschalen gebildet sind.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, einen Rahmen für andere Einsatzzwecke mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen, wie beispielsweise Tragelemente, Halter, Griffe oder dergleichen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
  • 1 zwei Kunststoff-Halbschalen eines Pedelec-Rahmens vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 den in 1 dargestellten Rahmen nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3a, 3b eine ausschnittsweise Detaildarstellung der in den 1 dargestellten Kunststoff-Halbschalen,
  • 4 die Darstellung der in den 3a, 3b gezeigten Komponenten im zusammen gesetzten Zustand,
  • 5 den Schnitt A-A in 2 und
  • 6 bis 8 weitere Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die 1 und 2 erläutern ein Verfahren zur Herstellung eines Pedelec-Rahmens 1. Dieser Pedelec-Rahmen 1 ist mit einer Aufnahme 2 für einen (nicht dargestellten) Lenker, einer Aufnahme 3 für ein (nicht dargestelltes) Tretlager und einer Aufnahme 4 für einen (nicht dargestellten) Fahrersattel versehen. Darüber hinaus weist der Pedelec-Rahmen 1 eine Aufnahme 5 für das Hinterrad des Pedelecs auf. Der Pedelec-Rahmen 1 wird durch stoffschlüssiges Zusammenfügen zweier entsprechender Kunststoff-Halbschalen 6, 7 hergestellt. Die beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 werden zunächst zusammengesetzt und bilden hierdurch einen inneren Hohlraum 8 (vergl. 5). Danach werden die beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 mittels eines zwischen die Kunststoff-Halbschalen 6, 7 eingebrachten Schaummaterials 9 stoffschlüssig verbunden, wobei das Schaummaterial 9 den von den Kunststoff-Halbschalen 6, 7 gebildeten inneren Hohlraum 8 bereichsweise unter Bildung einer Verbindungsfläche F ausfüllt. Die Verbindungsfläche F ist hierbei die gesamte Querschnittsfläche des Schaummaterials 9 in der Trennebene T der beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 (s. 5). Im Ausführungsbeispiel wird die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kunststoff-Halbschalen 6, 7 ausschließlich durch das Schaummaterial 9 hergestellt. Die Verbindungsfläche F des Schaummaterials 9 zwischen den beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 beträgt im Ausführungsbeispiel mehr als 500 cm2. Als Schaummaterial 9 wird ein duroplastisches Polyurethan verwendet, dessen Ausgangskomponenten im flüssigen Zustand zwischen die Kunststoff-Halbschalen 6, 7 eingebracht werden. Hierzu ist der Pedelec-Rahmen 1 mit mehreren voneinander beabstandeten Einfüllöffnungen 10 versehen, durch die nach dem Zusammensetzen der beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 die Ausgangskomponenten des Schaummaterials 9, vorliegend also ein Isocyanat einerseits und ein Polyol andererseits, in den inneren Hohlraum 8 eingespritzt werden. Der Abstand s der Einfüllöffnungen 10 (s. 2) beträgt mindestens 5 cm, wobei der Abstand s zwischen zwei benachbarten Einfüllöffnungen 10 jedoch nicht mehr als 30 cm beträgt. Der Durchmesser d der kreisförmigen Einfüllöffnungen 10 beträgt im Ausführungsbeispiel 10 bis 15 mm.
  • Die Kunststoff-Halbschalen 6, 7 werden beim Zusammensetzen gegeneinander vorfixiert, um die Zeitdauer bis zur vollständigen Aushärtung des Schaummaterials 9 zu überbrücken. Hierzu sind (s. 3a, 3b, 4 und 5), beide Kunststoff-Halbschalen 6, 7 im Fügebereich 11 jeweils mit mehreren über die Kunststoff-Halbschalen 6, 7 räumlich verteilten Rastelementen 12, 13 versehen, wobei die Rastelemente 12, 13 derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie beim Zusammensetzen der beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 miteinander in Wirkverbindung treten. Hierbei bilden sie eine Rastverbindung und fixieren hierdurch die beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 relativ zueinander, um ein Auseinanderdrücken der Kunststoff-Halbschalen 6, 7 während der Expansion des Schaummaterials 9 zu verhindern.
  • Wie insbesondere anhand einer vergleichenden Betrachtung der 4 und 5 erkennbar ist, sind die Rastelemente 12, 13 jeweils an der Innenseite der entsprechenden Kunststoff-Halbschale 6, 7 angeordnet und ragen in den von den Kunststoff-Halbschalen 6, 7 gebildeten Hohlraum 8 hinein. Hierdurch sind in vorteilhafter Weise die Rastelemente 12, 13 am fertig hergestellten Pedelec-Rahmen 1 nach außen hin nicht sichtbar. Die Rastelemente 12, 13 sind an die jeweilige Kunststoff-Halbschale 6, 7 einstückig angeformt und verbleiben somit dauerhaft am Pedelec-Rahmen 1. Die männlichen Rastelemente 12 der einen Kunststoff-Halbschale 6 weisen jeweils zwei Rastnasen 14 auf, welche mit einer Ausnehmung 15 des korrespondierenden weiblichen Rastelementes 13 an der anderen Kunststoff-Halbschale 7 zusammenwirken (s. 3a, 3b).
  • Die beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 wurden mittels eines Spritzgussverfahrens aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Dieser faserverstärkte thermoplastische Kunststoff enthält ein teilaromatisches Polyamid. Im Ausführungsbeispiel enthält das teilaromatische Polyamid meta-Xylylendiamin-Wiederholeinheiten und 1,6-Hexandionyl-Wiederholeinheiten. Neben dem teilaromatischen Polyamid enthält der faserverstärkte thermoplastische Werkstoff zusätzlich ein aliphatisches Polyamid. Der Gewichtsanteil des teilaromatischen Polyamids beträgt bezogen auf die gesamte Kunststoffmasse ohne Faserverstärkung mehr als 50 %. Zur Faserverstärkung werden (nicht dargestellte) Glasfasern verwendet. Der Gewichtsanteil der Glasfasern im faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff beträgt 40 bis 60 %. Die durchschnittliche Länge der Glasfasern im fertig hergestellten Rahmen beträgt weniger als 5 mm. Diese Materialkombination Polyamid einerseits und duroplastisches Polyurethan andererseits stellt eine hohe Haftkraft zwischen den beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 und damit eine hohe mechanische Stabilität des Pedelec-Rahmens 1 sicher.
  • In den Figuren zwar nicht näher dargestellt, jedoch im Ausführungsbeispiel verwirklicht, werden zwischen die Kunststoff-Halbschalen 6, 7 vor der Einbringung des Schaummaterials 9 mehrere Kerne eingebracht, die nach Beendigung des Ausschäumvorgangs aus dem Pedelec-Rahmen 1 herausgezogen werden. Der hierdurch verbleibende freie Hohlraum kann beispielsweise zur Aufnahme von Batteriemodulen oder der Steuerelektronik des Pedelecs dienen. Im Ausführungsbeispiel dienen die Kerne auch dazu, die Aufnahmen 2, 3, 4 und 5 frei von Schaummaterial 9 zu halten, so dass Lenker, Sattel, Tretlager und Hinterrad montiert werden können. Die Kerne werden vorab mit einer inerten, aus Silikon bestehenden Schicht überzogen, um eine stoffschlüssige Verbindung der Kerne mit dem Schaummaterial 9 zu verhindern. Somit können diese nach Aushärtung des Schaummaterials 9 leicht aus dem Pedelec-Rahmen 1 herausgezogen werden.
  • Wie den 3a, 3b, 4 und 5 zu entnehmen ist, ist die Geometrie der Kunststoff-Halbschalen 6, 7 an ihren Fügerändern derart beschaffen, dass der Fügerand der einen Kunststoff-Halbschale 7 eine Nut 17 und der Fügerand der anderen Kunststoff-Halbschale 6 eine beim Zusammensetzen in die Nut 17 eingreifende Feder 16 aufweist. Die Geometrie der Nut-Feder-Verbindung ist so bemessen, dass durch das Fügen der Feder 16 in die Nut 17 eine Klemmverbindung entsteht, welche die beiden Kunststoff-Halbschalen 6, 7 gegeneinander passgenau zentriert. Die Feder 16 ist zu ihrem Ende hin verjüngt ausgebildet. Wie der 3a zu entnehmen ist, sind an der Oberfläche der Feder 16 rippenförmige Abstandselemente 18 zur Sicherstellung einer definierten Spaltbreite zwischen Nut 17 und Feder 16 angeordnet. Hierdurch wird ein Eindringen von Schaummaterial 9 in den Nut-Feder-Bereich in kontrolliertem Umfang ermöglicht.
  • Die 6 bis 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung. In den 6a–c ist die zu den 1 und 2 analoge Herstellung eines Rahmens 1 beschrieben, wobei dieser jedoch als Biegeträger, z.B. für Anwendungen im Automobilbereich oder allgemein als Träger zur Aufnahme von Lasten, ausgebildet ist. In den 7a–c ist der Rahmen 1 als Halter, z.B. für eine Babyschale oder für einen Einkaufskasten, ausgebildet und in den 8a–c als Handgriff, z.B. für ein Automobil oder eine Maschine. Die Ausführungsbeispiele 6 bis 8 zeigen insbesondere, dass die erfindungsgemäße Lehre nicht auf die Herstellung von Pedelec-Rahmen beschränkt ist, sondern grundsätzlich auch für andere Einsatzzwecke geeignet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011053100 A1 [0005]
    • DE 102013017033 A1 [0006]
    • DE 8914315 U1 [0006]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Rahmens (1), insbesondere eines Pedelec-Rahmens, – wobei dieser durch stoffschlüssiges Zusammenfügen zweier entsprechender Kunststoff-Halbschalen (6, 7) hergestellt wird, – wobei vorzugsweise der Pedelec-Rahmen (1) mit Aufnahmen (2, 3, 4) für einen Lenker, für ein Tretlager und optional zusätzlich für einen Fahrersattel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Halbschalen (6, 7) mittels eines zwischen die Kunststoff-Halbschalen (6, 7) eingebrachten Schaummaterials (9) stoffschlüssig verbunden werden und hierbei das Schaummaterial (9) einen von den flächigen Innenseiten der Kunststoff-Halbschalen (6, 7) durch deren Zusammensetzen begrenzten inneren Hohlraum (8) zumindest bereichsweise unter Bildung einer Verbindungsfläche (F) ausfüllt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kunststoff-Halbschalen (6, 7) zumindest überwiegend, vorzugsweise ausschließlich, durch das Schaummaterial (9) hergestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsfläche (F) mindestens 100 cm2, vorzugsweise mindestens 400 cm2, beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (9) als, vorzugsweise duroplastisches, Polyurethan ausgebildet ist, dessen Ausgangskomponenten im flüssigen Zustand zwischen die Kunststoff-Halbschalen (6, 7) eingebracht werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) mehrere voneinander beabstandete Einfüllöffnungen (10) aufweist, durch die nach dem Zusammensetzen der beiden Kunststoff-Halbschalen (6, 7) das Schaummaterial (9) in den inneren Hohlraum (8) eingebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Halbschalen (6, 7) beim Zusammensetzen gegeneinander vorfixiert werden, um die Zeitdauer bis zur vollständigen Aushärtung des Schaummaterials (9) zu überbrücken.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kunststoff-Halbschalen (6, 7) jeweils mindestens ein Rastelement (12, 13) aufweisen, wobei die Rastelemente (12, 13) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie beim Zusammensetzen der beiden Kunststoff-Halbschalen (6, 7) miteinander in Wirkverbindung treten, eine Rastverbindung bilden und hierdurch die beiden Kunststoff-Halbschalen (6, 7) relativ zueinander fixieren, um ein Auseinanderdrücken der Kunststoff-Halbschalen (6, 7) durch das Schaummaterial (9) zu verhindern.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente (12, 13) jeweils an der Innenseite der entsprechenden Kunststoff-Halbschale (6, 7) angeordnet sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kunststoff-Halbschalen (6, 7) mittels eines Spritzgussverfahrens aus einem, vorzugsweise faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff hergestellt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte thermoplastische Kunststoff ein teilaromatisches Polyamid enthält.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Kunststoff-Halbschalen (6, 7) vor der Einbringung des Schaummaterials (9) zumindest ein Kern eingebracht wird, der nach Beendigung des Ausschäumvorgangs wieder aus dem Rahmen herausgezogen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern vorab mit einer inerten, vorzugsweise aus Silikon bestehenden, Schicht überzogen wird, um eine stoffschlüssige Verbindung des Kerns mit dem Schaummaterial (9) zu verhindern.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Kunststoff-Halbschalen (6, 7) an ihren Fügerändern derart beschaffen ist, dass der Fügerand der einen Kunststoff-Halbschale (7) eine Nut (17) und der Fügerand der anderen Kunststoff-Halbschale (6) eine beim Zusammensetzen in die Nut (17) eingreifende Feder (16) aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Geometrie der Nut-Feder-Verbindung so bemessen ist, dass durch das Einsetzen der Feder (16) in die Nut (17) eine Klemmverbindung entsteht, welche die beiden Kunststoff-Halbschalen (6, 7) gegeneinander passgenau zentriert.
  15. Rahmen (1), insbesondere Pedelec-Rahmen, mit – zwei Kunststoff-Halbschalen (6, 7), die stoffschlüssig zusammengefügt sind und – vorzugsweise Aufnahmen (2, 3, 4) für einen Lenker, für ein Tretlager und vorzugsweise für einen Fahrersattel, wobei die Aufnahmen (2, 3, 4) von den Kunststoff-Halbschalen (6, 7) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen die beiden Kunststoff-Halbschalen (6, 7) ein Schaummaterial (9) eingebracht ist und hierbei das Schaummaterial (9) einen von den flächigen Innenseiten der Kunststoff-Halbschalen (6, 7) durch das Zusammenfügen gebildeten inneren Hohlraum (8) zumindest bereichsweise unter Bildung einer Verbindungsfläche (F) ausfüllt.
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