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Die Erfindung betrifft eine Hinterradschwinge für ein Motorrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Motorrad mit einer entsprechenden Hinterradschwinge.
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Für Motorräder mit hohen Steifigkeitsanforderungen, insbesondere für Sportmaschinen, sind zur schwenkbaren Anbindung des Hinterrades an den Motorradrahmen Hinterradschwingen mit Verstärkungskörpern bekannt. So weist beispielsweise die BMW S 1000 RR eine mehrteilige Hinterradschwinge auf, welche eine zweiarmige Tragstruktur umfasst, die eine auf einer Oberseite der Tragstruktur aufgeschweißte, zusätzliche haubenförmig Versteifung aufweist. Hierbei sind in der Tragarmstruktur beispielsweise das Schwingenlager, eine Steckachse für das Hinterrad und eine Anbindung für eine Feder-Dämpferanordnung sowie einen Drehmomenten-Aufnehmer für die Bremsanlage integriert. Sowohl die Tragstruktur als auch die haubenförmige Versteifung sind aus metallischem Werkstoff gefertigt und können somit leicht durch Schweißen miteinander verbunden werden.
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Die Kombination aus Tragstruktur und zusätzlicher, haubenförmiger Versteifung führt zu einer deutlichen Erhöhung des lokalen Querschnitts der Hinterradschwinge, so dass mit Hilfe dieser Bauweise erhöhte Steifigkeiten und Festigkeiten erreicht werden können.
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Eine andere Hinterradschwingenkonstruktion mit einer integrierten Versteifung ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 016 455 A1 bekannt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Hinterradschwinge bereitzustellen, welche ein verringertes Eigengewicht und dennoch eine hohe Steifigkeit und Festigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Hinterradschwinge gemäß dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie einem Motorrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
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Demnach wird eine Hinterradschwinge für ein Motorrad bereitgestellt, mit einer Gabelstruktur, welche zwei sich in Längsrichtung erstreckende Tragarme und einen in Querrichtung verlaufenden und die beiden Tragarme miteinander verbindenden Querträger umfasst, wobei die Hinterradschwinge an einem fahrzeugnahmen Ende mindestens eine Aufnahme zur verschwenkbaren Anordnung der Hinterradschwinge an einem Motorradrahmen aufweist und die beiden Tragarme an einem fahrzeugfernen Ende der Hinterradschwinge eine gemeinsame Radaufnahme für ein Hinterrad des Motorrades bilden, wobei die Hinterradschwinge ein separates Versteifungselement zum Versteifen der Gabelstruktur umfasst, welches schalenförmig (also haubenförmig) ausgebildet und mit der Gabelstruktur verbunden ist. Außerdem ist das Versteifungselement aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt.
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Die Hinterradschwinge umfasst also zumindest zwei Komponenten, die lasttragende Gabelstruktur und das Versteifungselement, welches zum Versteifen der Gabelstruktur ausgebildet ist. Die Gabelstruktur kann beispielsweise mindesten eines der folgenden Krafteinleitungselemente umfassen: eine Schwingenlagerung zur Anbindung der Hinterradschwinge an eine Fahrzeugstruktur, beispielsweise an den Motorradrahmen, und/oder eine Aufnahme für eine Steckachse zur Radaufnahme des Hinterrades an einem fahrzeugfernen Ende der Hinterradschwinge, und/oder eine Anbindung für ein Feder- und/oder Dämpferelement, und/oder einen Drehmomentenaufnehmer für eine dem Hinterrad zugeordnete Bremsanlage.
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Die spezifische Wahl des faserverstärkten Kunststoffs für das schalenförmige Verstärkungselement bietet die besondere Möglichkeit, das Gewicht der Hinterradschwinge deutlich zu reduzieren. Dies bewirkt neben der Gewichtsersparnis außerdem eine Reduzierung der ungefederten Masse, wodurch die Fahreigenschaften des zugehörigen Motorrades spürbar verbessert werden. Aber auch hinsichtlich einer Herstellung der Hinterradschwinge ergeben sich besondere Vorteile und Erleichterungen. So kann auf ein aufwendiges Verschweißen der Gabelstruktur und des Versteifungselements bei sehr hohen Temperaturen, wie dies bei bisherigen Metall-Metall Kombinationen erforderlich ist, verzichtet werden. Auf diese Weise wird die Gefahr eines Verzuges dieser Bauteile aufgrund der hierbei eingesetzten besonders hohen Temperaturen vermieden, so dass der Fügeprozess deutlich vereinfacht wird.
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Zudem kann durch Verwendung des faserverstärkten Materials eine gezielte Anpassung der Faserorientierung auf eine zu erzielende Steifigkeit erfolgen und gleichzeitig dennoch ein Bauteilgewicht niedrig halten werden. So können durch eine definiert Ausrichtung gewünschte Biegeeigenschaften, Torsionssteifigkeiten und Quersteifigkeiten eingestellt und vorgesehen werden. Zudem kann mit Hilfe des faserverstärkten Kunststoffs bereits bei der Bauteilerstellung eine leichte Anpassung einer Wandstärke des Versteifungselements erfolgen.
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Neben den Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften lassen sich auf diese Weise aber auch schallübertragende und schwingungsdämpfende Eigenschaften der Hinterradschwinge durch eine gezielte Abstimmung des Verstärkungselements erzielten.
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Dagegen kann die Gabelstruktur zum Beispiel im Wesentlichen aus metallischem Werkstoff, Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Dies bedeutet, dass die wesentlichen Abschnitte der Gabelstruktur, also insbesondere die Tragarme sowie optional der verbindende Querträger, aus diesen Materialien gefertigt sein. Selbstverständlich können im Bedarfsfall insbesondere Anbindungen zur Verbindung mit dem Motorradrahmen, dem Hinterrad, einer Bremsanlage und/oder einem Feder-Dämpferelement dennoch aus anderen Werkstoffen gefertigt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das schalenförmige Versteifungselement eine erste Kavität bilden, die von einem umlaufenden ersten Schalenrand umrandet ist, wobei der erste Schalenrand zumindest abschnittsweise mit der Gabelstruktur verbunden ist, so dass die erste Kavität der Gabelstruktur zugewandt angeordnet ist und einen durch das Versteifungselement gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Hohlraum bildet.
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Des Weiteren kann das schalenförmige Versteifungselement einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. So kann das Versteifungselement bereits als ein einziges Bauteil hergestellt werden, beispielsweise mittels des sogenannten Nasspressverfahrens oder des sogenannten Resin-Transfer-Mouldings, kurz RTM-Verfahrens. Selbstverständlich können auch andere geeignete Herstellungsverfahren eingesetzt werden.
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Ebenso kann das Versteifungselement aber auch mehrere miteinander zusammengefügte Einzelteile umfassen. Dies kann entweder vor einer Verbindung mit der Gabelstruktur erfolgen, so dass das aus den Einzelteilen zu einem einzelnen Bauteil zusammengefügte Versteifungselement in Gesamtheit in einem definierten Verbindungsabschnitt mit der Gabelstruktur verbunden wird. Alternativ können aber auch die Einzelteile erst beim Verbinden mit der Gabelstruktur zusammengesetzt werden.
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Außerdem kann die Gabelstruktur schalenförmig ausgebildet sein und eine zweite Kavität definieren, die von einem umlaufenden zweiten Schalenrand umrandet ist. Dies bedeutet, dass die Schale einen Schalenboden und eine den Boden zumindest abschnittsweise umgebenden Rand beziehungsweise eine entsprechende Schalenwandung umfasst, so dass im Inneren der Schale die zweite Kavität definiert wird. Optional können innerhalb dieser zweiten Kavität Versteifungswände beziehungsweise Versteifungsrippen vorgesehen sein.
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Beispielsweise kann die zweite Kavität dem Versteifungselement zugewandt angeordnet sein.
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So können bei entsprechender Orientierung des Versteifungselements die erste Kavität und die zweite Kavität einander zugewandt angeordnet sein und einen gemeinsamen Hohlraum bilden, der durch das schalenförmige Versteifungselement und die schalenförmige Gabelstruktur gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
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Zum Beispiel können hierbei der erste und der zweite Schalenrand zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sein. Dies bedeutet, dass die beiden schalenförmigen Komponenten, also die Gabelstruktur und das Versteifungselement, im Bereich der beiden Schalenränder und entlang zumindest eines (Teil-) Abschnitts einer Länge der Schalenränder miteinander verbunden sind.
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Hierzu können beispielsweise der erste Schalenrand und der zweite Schalenrand zumindest abschnittsweise flächig miteinander überlappend verbunden sein. Dies bedeutet, dass entlang ihrer Länge oder lediglich in einem Teilabschnitt eine erste Oberfläche des ersten Schalenrandes flächig mit einer zweiten Oberfläche des zweiten Schalenrandes verbunden werden kann, um eine flächige Verbindung der beiden Seitenränder oder entlang eines Abschnitts hiervon bereitzustellen. Hierbei ist insbesondere auf eine sichere Verbindung beider Fügepartner zu achten. Alternativ oder zusätzlich kann eine nachfolgend näher beschriebene Hinterschneidung zur Bereitstellung eines Formschlusses vorgesehen werden.
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Ebenfalls alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung des Versteifungselements mit der Gabelstruktur formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig ausgebildet sein, insbesondere durch Verschrauben, Vernieten, Verschweißen und/oder Verkleben oder Kombinationen dieser Verbindungsverfahren. Zum Beispiel kann bei Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs sowohl für die Gabelstruktur als auch das Versteifungselement zur stoffschlüssigen Verbindung das sogenannte thermoplastische Fügen Anwendung finden.
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In jedem Fall kann - wie bereits beschrieben - aufgrund der Materialwahl des Verstärkungselements ein erforderliches Schweißen bei sehr hohen Temperaturen zum Verbinden zweier Metallkomponenten entfallen. Stattdessen wird im Bedarfsfall ein Fügen des faserverstärkten Kunststoffs ermöglicht..
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Durch dieses Verbindungsverfahren, aber auch durch die anderen genannten Verbindungsverfahren, kann somit ein eventueller Verzug der Komponenten und dadurch entstehende Bauteilspannungen in der gesamten Hinterradschwinge vermieden werden. Die Gabelstruktur kann somit bereits vor dem Fügen des Versteifungselements endbearbeitet werden. Dadurch entfällt die Bearbeitung eines unter Spannungen stehendes Bauteiles, sodass auch enge Toleranzen prozesssicherer hergestellt werden können.
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Alternativ oder zusätzlich zu jedem der voranstehend genannten Verbindungsmöglichkeiten kann das Versteifungselement im Bereich des ersten Schalenrandes zumindest abschnittsweise eine Hinterschneidung umfassen, welche im zusammengesetzten Zustand der Hinterradschwinge einen komplementär ausgebildeten Verbindungabschnitt der Gabelstruktur umgreift.
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Ebenso ist die umgekehrte Ausgestaltung möglich, wonach die Gabelstruktur im Bereich des zweiten Schalenrandes zumindest abschnittsweise eine Hinterschneidung umfasst, welche im zusammengesetzten Zustand der Hinterradschwinge einen komplementär ausgebildeten Verbindungabschnitt des Versteifungselements umgreift.
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In jedem der beiden Fälle ermöglicht die hinterschnittige Verbindung eine formschlüssige Verbindung, welche eine dauerfeste und sichere Verbindung bewirkt. Ist das Versteifungselement einteilig hergestellt, so kann eine Verbindung dadurch erleichtert werden, dass das Verstärkungselement einen thermischem Kunststoff aufweist, welcher zumindest in warmem Zustand verformbar ist, so dass sich das Versteifungselement leicht verformbar auf die Gabelstruktur aufbringen lässt, insbesondere in einem warmem Zustand des thermoplastischen Kunststoffs.
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Des Weiteren kann das Versteifungselement einen Durchbruch zum Durchführen einer Antriebskette für das Hinterrad aufweisen. Der Durchbruch kann vollständig in dem Versteifungselement vorgesehen werden und im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Hinterradschwinge ausgerichtet sein, so dass eine entsprechende Anpassung der Gabelstruktur nicht erforderlich ist.
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Zum Beispiel kann der für das Versteifungselement und/oder die Gabelstruktur eingesetzte faserverstärkte Kunststoff eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffmatrix umfassen, wobei als Verstärkungsfasern Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Basaltfasern, Kunststofffasern, Naturfasern, Metallfasern oder Kombinationen dieser Verstärkungsfasern umfasst sind. Die Verstärkungsfasern können als Endlosfasern beispielsweise als Gewebe, Gelege, Geflecht oder als unidirektionale Faserrovings beziehungsweise Tapes eingesetzt werden. Ebenso können die Verstärkungsfasern auch als Langfasern, beispielsweise in Form eines Vlieses, oder als Kurzfasern Anwendung finden. Werden Kurzfasern verwendet, kann das entsprechende Bauteil als verstärktes Spritzgussteil hergestellt sein.
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Sind sowohl das Versteifungselement als auch die Gabelstruktur aus jeweils einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt, so können die beiden ausgewählten faserverstärkten Kunststoffe entweder identisch sein oder sich voneinander unterschieden. So können beliebige Kombinationen gewählt werden; zum Beispiel können eine unterschiedliche Matrix und/oder unterschiedliche Verstärkungsfasern für die einzelnen Bauteile verwendet werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Versteifungselement als Langfasern ausgeführte Verstärkungsfasern aufweisen, die Gabelstruktur dagegen als kurzfaserverstärktes Spritzgussteil ausgeführt sein.
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Des Weiteren wird ein Motorrad mit einer Hinterradschwinge bereitgestellt, wobei die Hinterradschwinge gemäß dieser Beschreibung ausgebildet ist.
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Die beschriebene Hinterradschwinge ermöglicht also eine gezielte und optimierte Einstellung der erwünschten Steifigkeitseigenschaften und bietet darüber hinaus eine deutliche Gewichtsreduktion gegenüber bekannten Bauteilen. Ebenso lassen sich ein Verzug und bauteilseitige Spannungen im Bauteil durch alternative Verbindungsmöglichkeiten vermeiden. Auch fällt eine finale Nachbearbeitung deutlich geringer aus, wodurch unter anderem eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht wird.
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Als Motorrad sind im Rahmen dieser Beschreibung nicht nur Motorräder als solche sondern auch motorradähnliche Fahrzeuge zu verstehen, insbesondere alle Einspurfahrzeuge aber auch Mehrspurfahrzeuge jeweils mit entsprechender sattelförmiger Sitzbank für den Nutzer, besonders bevorzugt zweirädrige, dreirädrige oder vierrädrige Motorroller und Scooter, aber auch Quads.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Hinterradschwinge gemäß der Beschreibung,
- 2 eine weitere perspektivische Ansicht der Hinterradschwinge gemäß 1,
- 3 eine weitere perspektivische Ansicht der Hinterradschwinge gemäß 1 und 2,
- 4 einen Ausschnitt eines Querschnitts der Hinterradschwinge gemäß einer ersten Ausführungsform, und
- 5 einen Ausschnitt eines Querschnitts der Hinterradschwinge gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine Hinterradschwinge 10 für ein Motorrad (nicht dargestellt) gemäß der Beschreibung in einem zusammengesetzten Zustand. Die 2 und 3 stellen jeweils einen (teilweise) zerlegten Zustand dieser Hinterradschwinge 10 dar.
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Die Hinterradschwinge 10 umfasst eine lasttragende Gabelstruktur 11, welche zwei sich im Wesentlichen in Längsrichtung L erstreckende Tragarme 12a, 12b und einen in Querrichtung Q verlaufenden und die beiden Tragarme 12a, 12b miteinander verbindenden Querträger 13 umfasst. Die Hinterradschwinge 10 weist an einem fahrzeugnahen Ende mindestens eine Aufnahme 14 zur verschwenkbaren Anordnung der Hinterradschwinge 10 an einem Motorradrahmen (nicht dargestellt) auf. Außerdem bilden die beiden Tragarme 12a,12b an einem fahrzeugfernen Ende der Hinterradschwinge 10 eine gemeinsame Radaufnahme 15 für ein Hinterrad (nicht dargestellt) des Motorrades.
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Die Hinterradschwinge 10 umfasst zusätzlich ein separates Versteifungselement 16 zum Versteifen der Gabelstruktur 11, welches schalenförmig ausgebildet und mit der Gabelstruktur 11 verbunden ist, wobei das Versteifungselement 16 aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist. Dagegen kann die Gabelstruktur 11 vorzugsweise aus metallischem Werkstoff, alternativ aber auch aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff, gefertigt sein.
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Der faserverstärkte Kunststoff des Versteifungselements 16 (und gegebenenfalls der Gabelstruktur 11) umfasst eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffmatrix, wobei als Verstärkungsfasern vorzugsweise Glasfasern oder Kohlefasern Verwendung finden. Alternativ oder in Kombination hiermit können aber auch Aramidfasern, Basaltfasern, Kunststofffasern, Naturfasern, Metallfasern oder Kombinationen dieser Verstärkungsfasern zum Einsatz kommen. Die Verstärkungsfasern können als Endlosfasern beispielsweise als Gewebe, Gelege, Geflecht oder als unidirektionale Faserrovings beziehungsweise Tapes eingesetzt werden. Ebenso können die Verstärkungsfasern auch als Langfasern, beispielsweise in Form eines Vlieses, oder als Kurzfasern Anwendung finden. Werden Kurzfasern verwendet, kann das entsprechende Bauteil als verstärktes Spritzgussteil hergestellt sein.
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Lediglich optional weist das Versteifungselement 16 einen Durchbruch 17 zum Durchführen einer Antriebskette (nicht dargestellt) für das Hinterrad auf.
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Das schalenförmige Versteifungselement 16 bildet eine erste Kavität 16a (erkennbar in 3, ansonsten innenliegend), die von einem umlaufenden ersten Schalenrand 16b umrandet ist, wobei der erste Schalenrand 16b zumindest abschnittsweise, also lediglich abschnittsweise oder vollständig entlang seiner Länge umlaufend, mit der Gabelstruktur 11 verbunden ist, so dass die erste Kavität 16a der Gabelstruktur 11 zugewandt angeordnet ist und einen durch das Versteifungselement 16 gegenüber einer Umgebung abgeschlossenen Hohlraum bildet. Hierzu kann das schalenförmige Versteifungselement 16 einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Eine beispielhafte mehrteilige Ausführungsform ist in den 1 bis 3 dargestellt. Zum Beispiel kann das mehrteilig ausgeführte Versteifungselement 16 vor der Verbindung mit der Gabelstruktur 11 zusammengesetzt und anschließend in Gesamtheit mit der Gabelstruktur 11 verbunden werden. Alternativ können aber auch die Einzelteile erst beim Verbinden mit der Gabelstruktur 11 zusammengesetzt werden, also beispielsweise einzeln an der Gabelstruktur 11 befestigt und hierbei miteinander verbunden werden.
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Wie aus den 2 und 3 ersichtlich, ist die Gabelstruktur 11 in der dargestellten Ausführungsform schalenförmig ausgebildet und definiert eine zweite Kavität 11a, die von einem umlaufenden zweiten Schalenrand 11b umrandet ist. Hierbei ist die zweite Kavität dem Versteifungselement zugewandt angeordnet. Dies bedeutet, dass die erste Kavität 16a und die zweite Kavität 11a einander zugewandt angeordnet sind und einen gemeinsamen Hohlraum bilden, der durch das schalenförmige Versteifungselement 16 und die schalenförmige Gabelstruktur 11 gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
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Hierbei sind der erste 16b und der zweite Schalenrand 11b zumindest abschnittsweise oder sogar vollständig entlang ihrer Länge umlaufend miteinander verbunden. Die Verbindung wird dadurch erzielt, dass der erste Schalenrand 16b und der zweite Schalenrand 11b zumindest abschnittsweise flächig miteinander überlappend verbunden sind.
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Grundsätzlich kann die Verbindung des Versteifungselements 16 mit der Gabelstruktur 11 formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig ausgebildet sein, insbesondere durch Verschrauben, Vernieten, Verschweißen und/oder Verkleben oder Kombinationen dieser Verbindungsverfahren.
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Die 4 und 5 zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Querschnitts der Hinterradschwinge 10 mit zwei unterschiedlichen Verbindungsmöglichkeiten. So umfasst das Versteifungselement 16 gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform im Bereich des ersten Schalenrandes 16b eine Hinterschneidung 16c, welche im zusammengesetzten Zustand der Hinterradschwinge 10 einen komplementär ausgebildeten Verbindungabschnitt 11c des zweiten Schalenrandes 11b der Gabelstruktur 11 umgreift.
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Alternativ und daher nicht dargestellt, kann aber auch das Versteifungselement im Bereich des zweiten Schalenrandes eine Hinterschneidung umfassen, welche im zusammengesetzten Zustand der Hinterradschwinge einen komplementär ausgebildeten Verbindungabschnitt des Versteifungselements umgreift.
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In 5 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, in der der zweite Schalenrand 11b der Gabelstruktur 11 einen zumindest abschnittsweise entlang des zweiten Schalenrandes 11b verlaufenden Fügebereich 11d vorsieht. Das Versteifungselement 16 ist derart ausgebildet, dass der Schalenrand 16b mit einem Verbindungsabschnitt 16c flächig auf einer von diesem Fügebereich 11d gebildeten Oberfläche anliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014016455 A1 [0004]
