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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Fahrradfelge und einen Aufbau derselben, wobei mit dem Verfahren eine hohe Herstellungseffizienz, ein erhöhter Produktionsertrag und verringerte Fertigungskosten realisiert werden können, und wobei eine derartige Fahrradfelge eine erhöhte Fahrsicherheit, eine verbesserte Haltbarkeit und eine Leichtgewichtbauweise realisiert.
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Stand der Technik
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Bei einer konventionell bekannten Formgebungstechnologie für Kohlenstofffaserfelgen, wie sie beispielsweise aus den Druckschriften
TW 1 552849 B und
TW I 569988 B bekannt ist, wird u. a. ein kreisförmiger Luftschlauch verwendet, wobei der Luftschlauch nach dem Aufblasen einer vorgegebenen Reihenfolge entsprechend mehrlagig mit einem Kohlenstofffasergewebe überzogen wird und die aufeinandergeschichteten Lagen zu einer Fahrradfelge verklebt werden. Ein derartiges Formgebungsverfahren ist jedoch umständlich und zeitraubend, weil das Kohlenstofffasergewebe auf einer Außenoberfläche eines weichen Luftschlauchs laminiert wird und es dabei insbesondere schwierig ist, den weichen Luftschlauch ordentlich mit dem Kohlenstofffasergewebe zu überziehen, was zu einer hohen Fehlproduktionsrate führt. Deshalb ist das Verfahren verbesserungsbedürftig.
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Außerdem sei erwähnt, dass die nach dem vorstehenden herkömmlichen Verfahren gefertigte Fahrradfelge, die aus mehrlagig laminiertem Kohlenstofffasergewebe geformt ist, durch entsprechende Fertigungsprozesse, wie z.B. eine Wärmebehandlung weiter bearbeitet werden muss, um die gefertigte Kohlenstofffaserfelge zu härten. Jedoch weisen die zu einer Fahrradfelge umgeformten Kohlenstofffasern nach dem Härten eine mangelhafte Duktilität auf, sodass die mittels der konventionellen Formgebungstechnologie hergestellte Kohlenstofffaserfelge nicht ausreichend stoßfest ist, wodurch die Kohlenstofffaserfelge leicht zerbrechen bzw. beschädigt werden kann, wenn ein Fahrrad mit einer derartigen Felge starken Stößen und Vibrationen (z.B. beim Fahren auf einem holprigen Weg) ausgesetzt ist. Darüber hinaus ist es kaum möglich, oberseitig an beiden Seitenwänden einer aus mehrlagig laminierten bzw. aufeinander verklebten Kohlenstofffasergeweben gefertigten Fahrradfelge je eine vorstehende Rippe zu formen, die zu einem besseren Festhalten eines Reifenwulstes dient. Stattdessen ist es höchstens möglich, lediglich eine etwas vorstehende Flanke durch eine Verdickung der mehrlagig laminierten bzw. aufeinander verklebten Kohlenstofffasergewebe zu realisieren. Somit weist die herkömmliche Kohlenstofffaserfelge eine mangelhafte Stabilität auf, was die Fahrsicherheit eines Fahrrads mit einer derartigen Felge negativ beeinflusst, da bei der herkömmlichen Kohlenstofffaserfelge einerseits ein aufgesetzter Reifen leicht von der Kohlenstofffaserfelge fallen kann und es andererseits aufgrund einer mangelhaften Luftdichtigkeit auch zu einer Luftleckage kommen kann, wenn die herkömmliche Kohlenstofffaserfelge für einen schlauchlosen Fahrradreifen verwendet wird.
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Des Weiteren sei zum Stand der Technik die Druckschrift
DE 10 2007 041 091 B4 genannt. Diese offenbart eine Fahrradfelge aus einem Verbundwerkstoff, welche einen Felgengrundkörper aus einem nicht-metallischen Material und ein Felgenoberteil umfasst, das aus einem Metall hergestellt ist. Der Felgengrundkörper weist im Querschnitt zwei gegenüberliegende Seitenwände und eine mit den Bodenseiten der beiden Seitenwände verbundene Bodenwand auf, wobei zwischen den beiden Seitenwänden und der Bodenwand des Felgengrundkörpers ein Aufnahmeraum definiert ist, der ferner durch eine obere Wand begrenzt ist, die sich oberseitig an dem Felgengrundkörper befindet. Das Felgenoberteil ist an einem oberen Teil des Felgengrundkörpers befestigt, wobei das Felgenoberteil zwei gegenüberliegende Anliegeabschnitte und einen mit den beiden Anliegeabschnitten verbundenen Basisabschnitt aufweist, wobei beidseitig an einer Oberseite die beiden Anliegeabschnitte je eine nach innen gebogene Reifeneinlegerippe ausgebildet ist. Die beiden Reifeneinlegerippen des Felgenoberteils befinden sich außerhalb und oberhalb des Aufnahmeraums.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Fahrradfelge zu schaffen, das durch einfache Maßnahmen die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau einer aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Fahrradfelge bereitzustellen, der durch einfache Maßnahmen die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Technische Lösung
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Fahrradfelge, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und einen Aufbau einer aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Fahrradfelge, der die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Durch die Erfindung werden ein Verfahren zur Herstellung einer aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Fahrradfelge und ein Aufbau derselben bereitgestellt, wobei ein aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff bestehender Felgengrundkörper u. a. in einer Werkzeugkavität eines Umformwerkzeugs geformt wird, während ein Felgenoberteil durch ein Strangziehverfahren aus einem metallischen Werkstoff gefertigt wird. Das Felgenoberteil wird mit dem Felgengrundkörper verbunden, um ein Zwischenprodukt zu bilden. Danach wird eine kohlenstofffaserverstärkte Felgenumhüllungsschicht oberflächlich an dem Zwischenprodukt, das den Felgengrundkörper und das damit verbundene Felgenoberteil umfasst, ausgebildet, sodass der Felgengrundkörper und das Felgenoberteil fest umhüllt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Fertigungsleistung und der Produktionsertrag bei der Fahrradfelgenfertigung erhöht werden, was die Fertigungskosten verringert, wobei ferner eine Leichtgewichtbauweise für die Fahrradfelge ermöglicht wird. Außerdem kann bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Aufbau einer aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Fahrradfelge ein Reifenwulst mithilfe von Reifeneinlegerippen, die an dem aus dem metallischen Werkstoff gefertigten Felgenoberteil ausgebildet sind, stabil unterstützt und festgehalten werden, wodurch nicht nur eine Luftleckage des Reifens vermieden werden kann, sondern auch verhindert wird, dass der Reifen von der Felge fällt. Dank einer guten Duktilität des aus dem metallischen Werkstoff bestehenden Felgenoberteils und einer guten Steifigkeit des aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff bestehenden Felgengrundkörpers ist die erfindungsgemäße Fahrradfelge stoßfester und kann daher starken Stößen und Vibrationen standhalten, ohne dabei zu brechen bzw. beschädigt zu werden. Dadurch werden die Fahrsicherheit bei der Verwendung der Felge und die Haltbarkeit der Fahrradfelge stark erhöht.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- 1 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aufbaus einer Fahrradfelge;
- 3 bis 5 Schnittansichten der einzelnen Fertigungsschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Fahrradfelge; und
- 6 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Fahrradfelge.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Wie aus 1 und 2, sowie 3 bis 5, ersichtlich ist, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer aus einem Verbundwerkstoff gefertigten Fahrradfelge im Wesentlichen die folgenden Schritte:
- A: Formen eines Felgengrundkörpers aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, wobei für das Formen des Felgengrundkörpers ein entsprechendes Umformwerkzeug bereitgestellt wird, in dem eine Werkzeugkavität ausgebildet ist, wobei ein Kohlenstofffasergewebe in einer vorgegebenen Reihenfolge mehrlagig entlang einer in der Werkzeugkavität des Umformwerkzeuges ausgebildeten Kavitätswand angeordnet, laminiert und aufeinander verklebt wird, wobei der aus dem mehrlagig laminierten und aufeinander verklebten Kohlenstofffasergewebe bestehende Körper anschließend in dem Umformwerkzeug durch eine Wärmebehandlung gehärtet wird, um einen Felgengrundkörper 1 zu bilden. In Bezug auf 3 weist der so gefertigte Felgengrundkörper 1 im Querschnitt zwei gegenüberliegende Seitenwände 11 und eine mit den Bodenseiten der beiden Seitenwände 11 verbundene Bodenwand 12 auf. Zwischen den beiden Seitenwänden 11 und der Bodenwand 12 des Felgengrundkörpers 1 wird ein Aufnahmeraum 13 definiert, welcher eine Öffnung 131 hat, die sich oberseitig an dem Felgengrundkörper 1 befindet.
- B: Formen eines Felgenoberteils aus einem metallischen Werkstoff, wobei durch ein Strangziehverfahren ein längliches Pultrusionsprofil aus einem metallischen Werkstoff gefertigt wird, wobei das Pultrusionsprofil anschließend mittels einer Rollmaschine zu einem Felgenoberteil 2 umgeformt wird, wobei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hauptsächlich eine Aluminiumlegierung als metallischer Werkstoff verwendet wird, wobei das aus dem metallischen Werkstoff hergestellte, pultrudierte Felgenoberteil 2 im Querschnitt gesehen zwei gegenüberliegende Anliegeabschnitte 21 und einen mit den Bodenseiten die beiden Anliegeabschnitte 21 verbundenen Basisabschnitt 22 aufweist. Oberseitig an den beiden Anliegeabschnitten 21 ist jeweils eine nach innen gebogene Reifeneinlegerippe 23 ausgebildet. Weiter bezugnehmend auf 4 wird das Felgenoberteil 2 in dem Aufnahmeraum 13 des Felgengrundkörpers 1 so angebracht, dass die beiden Anliegeabschnitte 21 des Felgenoberteils 2 jeweils an den Seitenwänden 11 des Felgengrundkörpers 1 anliegen und dadurch positioniert werden, wobei sich die beiden Reifeneinlegerippen 23 des Felgenoberteils 2 im Bereich der oberseitigen Öffnung 131 des Aufnahmeraums 13 befinden. Zwischen den beiden Anliegeabschnitten 21, dem Basisabschnitt 22 und den beiden Reifeneinlegerippen 23 des Felgenoberteils 2 wird dabei außerdem ein Reifen-Einbauraum 24 definiert.
- C: Ausbilden einer Felgenumhüllungsschicht, wobei gemäß 5 mindestens eine Umhüllung aus einem Kohlenstofffasergewebe entlang des Felgengrundkörpers 1 und des damit verbundenen Felgenoberteils 2 angebracht wird, wobei das Kohlenstofffasergewebe dicht an der außenliegenden Oberfläche des Felgengrundkörpers 1 und des Felgenoberteils 2 anliegt und mehrlagig laminiert und aufeinander verklebt sein kann, wobei die Umhüllung aus mehrlagig laminiertem und verklebtem Kohlenstofffasergewebe durch eine Wärmebehandlung gehärtet wird, sodass eine Felgenumhüllungsschicht 3 ausgebildet wird, welche den Felgengrundkörper 1 zusammen mit dem damit verbundenen Felgenoberteil 2 dicht umhüllt.
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Durch die vorstehend erläuterten Schritte wird eine fertige Fahrradfelge erhalten, die aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist. Die aus dem Verbundwerkstoff hergestellte Fahrradfelge umfasst folglich einen aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff gefertigten Felgengrundkörper 1 und ein aus einem metallischen Werkstoff gefertigtes Felgenoberteil 2, wobei der Felgengrundkörper 1 im Querschnitt zwei gegenüberliegende Seitenwände 11 und eine mit den Bodenseiten der beiden Seitenwände 11 verbundene Bodenwand 12 aufweist, wobei zwischen den beiden Seitenwänden 11 und der Bodenwand 12 des Felgengrundkörpers 1 ein Aufnahmeraum 13 begrenzt ist, der eine Öffnung 131 aufweist, die sich oberseitig an dem Felgengrundkörper 1 befindet. Das Felgenoberteil 2 weist zwei gegenüberliegende Anliegeabschnitte 21 und einen mit den Bodenseiten der beiden Anliegeabschnitte 21 verbundenen Basisabschnitt 22 auf, wobei das Felgenoberteil 2in dem Aufnahmeraum 13 des Felgengrundkörpers 1 befestigt ist, wobei die beiden Anliegeabschnitte 21 des Felgenoberteils 2 und die beiden Seitenwände 11 des Felgengrundkörpers 1 aneinander anliegen und dadurch positioniert werden. Beidseitig an der Oberseite des Felgenoberteils 2 ist jeweils eine nach innen gebogene Reifeneinlegerippe 23 ausgebildet. In einem zusammengesetzten Zustand befinden sich die beiden Reifeneinlegerippen 23 des Felgenoberteils 2 im Bereich der oberseitigen Öffnung 131 des Aufnahmeraums 13 des Felgengrundkörpers 1. Ferner ist die im zusammengesetzten Zustand freiliegende Oberfläche des Felgengrundkörpers 1 und des mit dem Felgengrundkörper 1 verbundenen Felgenoberteils 2 durch eine aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff gefertigte Felgenumhüllungsschicht 3 fest umhüllt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff bestehender Felgengrundkörper 1 in einem Formwerkzeug hergestellt wird, in welchem eine Mehrzahl von Schichten aus Kohlenstofffasergewebe in einer vorgegebenen Reihenfolge ordentlich miteinander laminiert und aufeinander verklebt werden können, wobei das Formwerkzeug einen festen Halt und eine stabile Unterstützung bereitstellt, was eine zeitsparende und einfache Fertigung ermöglicht. Außerdem wird ein erhöhter Produktionsertrag bei der Fertigung des Felgengrundkörpers 1 erzielt, weil sich die Kohlenstofffasergewebeschichten in der Werkzeugkavität des Umformwerkzeuges ordentlich laminieren und verkleben lassen.
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Außerdem wird erfindungsgemäß ein Aufbau realisiert, bei welchem zwei Reifeneinlegerippen 23, die zu einem besseren Festhalten eines Fahrradreifens dienen, an dem Felgenoberteil 2 ausgebildet sind, wobei dies dadurch ermöglicht wird, dass das erfindungsgemäße Felgenoberteil 2 durch ein Strangziehverfahren aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung, gefertigt wird. Durch die beiden Reifeneinlegerippen 23 können die beidseitig an einer Unterseite eines Fahrradreifens ausgebildeten Reifenwülste stabil festgehalten werden, wenn ein Schlauch und ein Reifen an den Reifen-Einbauraum 24 angebracht werden, wodurch eine dichte Verbindung realisiert werden kann und effektiv vermieden werden kann, dass der Fahrradreifen von der Felge fällt. Darüber hinaus weist das aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, gefertigte Felgenoberteil 2 sehr gute Wärmeableitungseigenschaften auf, sodass eine Hochtemperatur, die aufgrund einer hohen Bodentemperatur im Schlauch und Reifen auftritt, schnell durch das aus dem metallischen Werkstoff hergestellte Felgenoberteil 2 abgeführt werden kann, wodurch als weiterer Vorteil vermieden werden kann, dass der Schlauch und der Reifen aufgrund einer Überhitzung reißen bzw. platzen.
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Des Weiteren sei vermerkt, dass, wenn ein Fahrrad, das mit den erfindungsgemäßen aus einem Verbundwerkstoff hergestellten Fahrradfelgen ausgerüstet ist, auf einem holprigen Weg fährt und dadurch starken Stößen und Vibrationen ausgesetzt ist, die durch die Fahrradreifen auf die Felge übertragenen Stoßkräfte und Vibrationen durch die erfindungsgemäßen Fahrradfelgen gedämpft werden, weil das aus dem metallischen Werkstoff (wie z. B. einer Aluminiumlegierung) hergestellte Felgenoberteil eine gute Duktilität besitzt, die einer Steifigkeit entgegenwirkt, die der Felgengrundkörper 1 und die Felgenumhüllungsschicht 3 besitzen. Dadurch sind die erfindungsgemäßen Fahrradfelgen stoßbeständig, wodurch Stöße bzw. Vibrationen nicht leicht dazu führen, dass die Felgen brechen bzw. beschädigt werden. Ferner wird vermieden, dass das Felgenoberteil 2 unsachgemäß verformt wird, weil es durch Anliegen die beiden Seitenwände 11 des Felgengrundkörpers 1 und durch die Umhüllung durch die Felgenumhüllungsschicht 3 beschränkt wird, wodurch die Fahrsicherheit durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Fahrradfelge erhöht wird. Schließlich zeichnet sich die Fahrradfelge der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau sich aus einem kohlenstofffaserverstärkten Felgengrundkörper 1, einer kohlenstofffaserverstärkten Felgenumhüllungsschicht 3 und einem aus einem metallischen Werkstoff, wie z.B. einer Aluminiumlegierung, hergestellten Felgenoberteil 2 zusammensetzt, nicht nur durch die erhöhte Fahrsicherheit aus sondern dadurch wird auch eine Leichtgewichtbauweise für die Fahrradfelge realisiert, deren Fertigungskosten gering sind.
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Das vorab beschriebene Ausführungsbeispiel und die beiliegenden Zeichnungen dienen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung. Sie sollen aber auf keinen Fall das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer aus einem Verbundwerkstoff gefertigten Fahrradfelge und den Aufbau derselben beschränken. Beispielsweise kann in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in 6 gezeigt wird, eine Fahrradfelge für einen schlauchlosen Reifen geschaffen werden, wobei durch das Strangziehverfahren zwei gegenüberliegende Einrastflanken 25 an einer Seite des Reifen-Einbauraums 24 von dem Basisabschnitt 22 des Felgenoberteils 2 ausgebildet sind. Die beiden Einrastflanken 25 sind so angeordnet, dass sie in einem vorgesehenen Abstand zu den jeweiligen Anliegeabschnitten 21 stehen, was ermöglicht, dass die beiden Reifenwülste außenseitig durch die Einlegerippen 23 des Felgenoberteils 2 befestigt werden, während die beiden Reifenwülste innenseitig durch die beiden konvex angebrachten Einrastflanken 25 an dem Basisabschnitt 22 verrastet bzw. gestützt werden, wenn der Fahrradreifen aufgesetzt wird. Dadurch wird verwirklicht, dass die Reifenwülste sowohl innenseitig als auch außenseitig durch die Reifeneinlegerippen 23 und die konvex angebrachten Einrastflanken 25 gestützt und fest eingeklemmt werden, wodurch eine dichte Verbindung des Fahrradreifens mit dem erfindungsgemäßen Felgenoberteil ermöglicht wird, was eine Luftleckage bei einer Verwendung eines schlauchlosen Fahrradreifens ausschließt.
