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Die Erfindung betrifft ein Motorrad.
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Motorräder weisen üblicherweise ein tragendes Fahrgestell auf, den Rahmen, an dem die wesentlichen Antriebselemente, wie Motor, Getriebe und Radaufhängungen befestigt sind.
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Die Steifigkeit und die Festigkeit des Rahmens haben dabei einen entscheidenden Einfluss auf die Fahreigenschaften des Motorrads.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, an metallischen Rahmen, beispielsweise an Alu-Guss-Rahmen, zusätzliche Versteifungselemente anzubringen. Die Versteifungselemente sind üblicherweise Bleche, die an den metallischen Rahmen aufgeschweißt werden. Durch den Schweißprozess entstehen allerdings Spannungen im Rahmen, sodass dieser durch das Aufschweißen der Bleche beschädigt werden kann.
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Außerdem ist es bekannt, Rahmen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) herzustellen. Durch die Wahl eines entsprechenden Faserschichtaufbaus des Rahmens lassen sich die gewünschten Steifigkeit- und Festigkeitswerte des Rahmens in bestimmte Richtungen sehr einfach einstellen. Beispielsweise lässt sich durch einen entsprechenden Faserschichtaufbau eine hohe Torsionssteifigkeit und geringe Quersteifigkeit des Rahmens realisieren. Diese Rahmen sind allerdings sehr teuer.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Motorrad bereitzustellen, dessen Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte einfach angepasst werden können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Motorrad mit einem metallischen Rahmen und zumindest einem Versteifungselement. Das Versteifungselement ist dabei aus einem Verbundwerkstoff und lösbar am Rahmen des Motorrads befestigt.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte eines metallischen Rahmens durch ein Versteifungselement anzupassen. Das Versteifungselement ist dabei lösbar am Rahmen des Motorrads befestigt. Durch einen entsprechenden Faserschichtaufbau des Versteifungselements lassen sich die Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte des Versteifungselements und damit des metallischen Rahmens gezielt anpassen. Die lösbare Befestigung des Versteifungselements am Rahmens des Motorrads ermöglicht eine einfache Anpassung der Festigkeits- und Steifigkeitswerte des Motorrads. Insbesondere wird eine Befestigung durch Schweißen vermieden, sodass der Rahmen keinen zusätzlichen Wärmeeintrag erhält. Ferner wird ein Ankleben des Versteifungselements vermieden, da das Versteifungselement so nur schwer von dem Rahmen lösbar wäre.
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Mit anderen Worten wird die einfache Einstellbarkeit der Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte eines Rahmens aus Verbundwerkstoff mit der günstigen Herstellung eines metallischen Rahmens kombiniert.
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Ferner ermöglicht die Erfindung die Verwendung eines einzigen Standard-Rahmens für das Motorrad. Die Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte des Standard-Rahmens können durch das Versteifungselement einfach an unterschiedliche Belastungen angepasst werden. Insbesondere kann der Standard-Rahmen einfach an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden, wie die Anforderungen im Rennsport-. Somit müssen nicht mehr verschiedene Rahmentypen bereitgestellt werden, sodass durch hohe Stückzahlen des Standard-Rahmens die Produktionskosten des Motorrads gesenkt werden.
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Des Weiteren ermöglicht das Versteifungselement eine Gewichtsreduktion des Standard-Rahmens. Der Standard-Rahmen kann also mit einem geringeren Gewicht gebaut werden und mittels des Versteifungselements können die Festigkeits- und Steifigkeitswerte des Rahmens gezielt angepasst werden.
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Der Rahmen des Motorrads ist insbesondere aus Aluminium.
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Beispielsweise weist das Versteifungselement zumindest zwei Faserschichten auf, die voneinander verschiedene Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte haben.
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Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass das Versteifungselement zumindest zwei Faserschichten aufweist, die die gleichen Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte haben.
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Unter einem Verbundwerkstoff (auch als Kompositwerkstoff) wird der Verbund von zumindest zwei Materialien verstanden. Insbesondere sind die zwei Materialien in einer Kunststoffmatrix ausgehärtet.
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Beispielsweise ist das Versteifungselement aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellt, also aus einem Verbund aus Fasern und einer Kunststoffmatrix. Dabei beeinflussen die Fasern die mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbunds, beispielsweise die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften des Versteifungselements.
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Die Fasern können organische oder anorganische Fasern sein. Die Fasern können beispielsweise Kohlenstofffasern sein. Diese bilden mit der Kunststoffmatrix einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, auch CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff; englisch: „Carbon-Fiber-Reinforced Plastic“, CFRP) genannt. Das zugehörige Faser-Kunststoff-Verbund-Versteifungselement ist dann ein CFK-Versteifungselement.
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Die Fasern können auch Glasfasern sein. Diese bilden mit der Kunststoffmatrix einen glasfaserverstärkten Kunststoff, auch GFK genannt. Das zugehörige Versteifungselement ist dann ein GFK-Versteifungselement.
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Jedoch ist die Erfindung nicht auf die genannten Fasern beschränkt, sondern die Fasern können auch Aramidfasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, PMMA-Fasern, Basaltfasern, Borfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, Stahl-Fasern und/oder Naturfasern sein. Insbesondere ist eine Kombination der verschiedenen Fasern denkbar.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Versteifungselement ein Laminat aus einem Faserverbundwerkstoff ist und dass die Fasern in zwei Faserschichten des Versteifungselements in einer Vorzugsrichtung angeordnet sind, wobei die Vorzugsrichtungen der Fasern der zwei Faserschichten einen Winkel von 30° bis 60° zueinander aufweisen, insbesondere 45°. Auf diese Weise lassen sich gezielt Steifigkeiten des Rahmens anpassen, wie dessen Torsionssteifigkeit, dessen Biegesteifigkeit und/oder dessen Quersteifigkeit, sowie entsprechende Festigkeiten des Rahmens, wie dessen Torsionsfestigkeit, dessen Biegefestigkeit und/oder dessen Querfestigkeit.
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Die Fasern der Faserschichten können auch gewebt sein, wonach die Fasern zwei Vorzugsrichtungen aufweisen. In diesem Fall beträgt der Winkel zwischen einer der Vorzugsrichtungen der Fasern der ersten Faserschicht zu einer der Vorzugsrichtungen der Fasern der zweiten Faserschicht 30° bis 60°, insbesondere 45°. Vorzugsweise weist das Motorrad einen metallischen Sitzbankträger auf, der zumindest zwei Streben hat, die jeweils an einem Befestigungspunkt am Rahmen befestigt sind. Das Versteifungselement kann zumindest an einem der Befestigungspunkte lösbar am Rahmen befestigt sein. Somit verbessert das Versteifungselement die Festigkeits- und Steifigkeitswerte des Rahmens in einem bestimmten Bereich.
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Der Sitzbankträger kann aus dem gleichen Material wie der Rahmen sein, insbesondere aus Aluminium.
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Um eine gute Kraftübertragung der auf den Rahmen einwirkenden Kräfte auf das Versteifungselement zu ermöglichen, kann das Versteifungselement formschlüssig am Rahmen angeordnet sein.
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Beispielsweise ist das Versteifungselement an einer Längsseite des Rahmens angeordnet.
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Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Versteifungselement zumindest zwei Befestigungsöffnungen aufweist, die jeweils eine Befestigungsrichtung senkrecht zur Ebene der Befestigungsöffnung definieren, und dass das Versteifungselement über die Befestigungsöffnungen lösbar am Rahmen befestigt ist. Dabei weisen die Befestigungsrichtungen der Befestigungsöffnungen einen Winkel von 75° bis 115° zueinander auf.
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Mit anderen Worten kann das Versteifungselement an verschiedenen Seiten des Motorrads befestigt sein, beispielsweise an einer Längsseite und an einer Querseite, sodass das Versteifungselement mehrere Steifigkeitswerte (Torsionssteifigkeit, Quersteifigkeit, Biegesteifigkeit) und Festigkeitswerte (Torsionsfestigkeit, Querfestigkeit, Biegefestigkeit) des Rahmens gleichzeitig anpassen kann.
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Das Versteifungselement kann mittels einer Schraubverbindung am Rahmen befestigt sein. Beispielsweise weist der Rahmen hierfür entsprechende Gewindebohrungen auf und das Versteifungselement ist dann mittels entsprechenden Schrauben am Rahmen des Motorrads befestigt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine metallische Befestigungshülse fest in zumindest einer der Befestigungsöffnungen montiert, insbesondere in allen. Die metallische Befestigungshülse verhindert, dass zu hohe Normalspannungen auf die Oberfläche des Versteifungselements einwirken, wodurch die Fasern in den Faserschichten brechen könnten.
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Die Befestigungshülse kann mit dem Versteifungselement verklebt sein. Auf diese Weise wird eine langanhaltende Verbindung zwischen der Befestigungshülse und dem Versteifungselement realisiert.
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Beispielsweise ist die metallische Befestigungshülse mittels eines Epoxy-Klebstoffs mit dem Versteifungselement verklebt.
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Es können zwei Versteifungselemente am Rahmen an entgegengesetzten Längsseiten des Rahmens lösbar befestigt sein. Auf diese Weise können die Festigkeits- und Steifigkeitswerte des Rahmens über einen noch größeren Bereich angepasst werden.
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Es ist denkbar, dass das Versteifungselement mittels einer Positionieröffnung zwischen Rahmen und einem weiteren Bauteil des Motorrads, insbesondere einer Fußraste des Motorrads, eingeklemmt ist. Dies ermöglicht eine präzise Einleitung von Kräften in das Versteifungselement am Motorrad.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Versteifungselement zumindest zwei Positionierlöcher aufweist. Dabei sind die Positionierlöcher dazu ausgebildet, einen Abstandhalter aufzunehmen. Durch die Positionierlöcher kann ein definierter Abstand zu etwaigen Verkleidungsbauteilen des Motorrads realisiert werden. Beispielsweise wird ein mit Stiften versehener Abstandshalter, der am Verkleidungsbauteil befestigt ist, in die Positionierlöcher eingesetzt.
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Die Positionierlöcher können Positionier-Bohrungen sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Motorrads sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Motorrads,
- - 2 eine Seitenansicht eines Versteifungselements aus 1,
- - 3 eine Rückansicht eines Versteifungselements aus 1,
- - 4 bis 7 Schnittansichten durch das Versteifungselement der 2 und 3, und
- - 8 eine perspektivische Seitenansicht eines Rahmens aus 1 mit dem Versteifungselement der 2 und 3.
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1 zeigt ein Motorrad 10 ohne Verkleidungsbauteile in einer schematischen Seitenansicht.
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Das Motorrad 10 hat einen Rahmen 12, an dessen Vorderseite ein Vorderrad 14 über ein Steuerrohr 16 angebracht ist und an dessen Hinterseite ein Hinterrad 18 über einer Hinterradschwinge 20 am Rahmen 12 des Motorrads 10 befestigt ist. Außerdem ist ein Lenker 22 des Motorrads 10 gezeigt.
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Des Weiteren weist das Motorrad 10 einen Sitzbankträger 24 aus einer Rohrkonstruktion auf. Der Sitzbankträger 24 hat insgesamt vier Streben 26, von denen in der Seitenansicht der 1 nur zwei gezeigt sind.
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Die Streben 26 sind jeweils an einem Ende über einen Befestigungspunkt 28 am Rahmen 12 des Motorrads 10 befestigt und am entgegengesetzten Ende miteinander verbunden. Der Sitzbankträger 24 erstreckt sich also von den Befestigungspunkten 28 aus in Richtung des Hecks des Motorrads 10.
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An der Längsseite des Motorrads 10 ist außerdem ein Versteifungselement 30 am Rahmen 12 befestigt.
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Anhand der 2 bis 7 wird im Folgenden das Versteifungselement 30 im Detail erläutert. Dabei zeigt die 2 das Versteifungselement 30 in einer Seitenansicht und die 3 das Versteifungselement 30 in einer Rückansicht. Die Seitenansicht und die Rückansicht beziehen sich dabei auf die Einbaulage des Versteifungselements 30 am Motorrad 10, wie sie in 1 gezeigt ist.
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Das Versteifungselement 30 ist aus einem Verbundwerkstoff und weist erste Faserschichten 31 und zweite Faserschichten 33 auf (4).
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4 zeigt dabei einen Schnitt durch das Versteifungselement 30 entlang der Schnittlinie IV-IV der 2 und es ist zu sehen, dass das Versteifungselement 30 insgesamt zwölf Faserschichten 31, 33 aufweist. Vier der zwölf Faserschichten 31, 33 werden dabei von den ersten Faserschichten 31 und acht der zwölf Faserschichten 31, 33 von den zweiten Faserschichten 33 gebildet.
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Ferner zeigt die 4, dass das Versteifungselement 30 einen symmetrischen Faserschichtaufbau aufweist, d.h. die Reihenfolge der ersten und zweiten Faserschichten 31, 33 ist von außen nach innen (von links nach rechts in 4) und von innen nach außen (von rechts nach links in 4) identisch.
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Die ersten Faserschichten 31 und die zweiten Faserschichten 33 unterscheiden sich voneinander unter anderem dahingehend, dass unterschiedliche Fasern verwendet werden. Dabei weisen die in den ersten Faserschichten 31 verwendeten Fasern eine geringere Steifigkeit und eine hohe Festigkeit auf und die in den zweiten Faserschichten 33 verwendeten Fasern eine hohe Steifigkeit und eine geringere Festigkeit.
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Die Eigenschaften der Faserschichten 31, 33 können dabei durch die Art der Faser, die Faserrichtung und/oder die Dicke der Faserschicht 31, 33 eingestellt werden.
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Das Versteifungselement 30 ist also aus Faserschichten 31, 33 gebildet, die voneinander verschiedene Festigkeitswerte und Steifigkeitswert haben. Die Anordnung der Faserschichten 31, 33 ist an die jeweiligen Anforderungen des Rahmens 12 angepasst.
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Das Versteifungselement 30 ist also ein Laminat aus einem Faserverbundwerkstoff.
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Des Weiteren weisen die in den Faserschicht 31, 33 verwendeten Fasern eine Vorzugsrichtung auf. Dabei weist die Vorzugsrichtung der Fasern der ersten Faserschicht einen Winkel von 30° bis 60°, insbesondere 45°, relativ zu der Vorzugsrichtung der Fasern der zweiten Faserschicht 33 auf.
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Die erste Faserschicht 31 weist also eine von der zweiten Faserschicht 33 verschiedenen Legerichtung auf.
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Durch den Winkel zwischen den Vorzugsrichtungen der Fasern der ersten und zweiten Faserschicht 31, 33 können die Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte des Versteifungselements 30 zusätzlich angepasst werden.
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In den 2 und 3 ist zu sehen, dass das Versteifungselement 30 insgesamt fünf Befestigungsöffnungen 32, zwei Positionierlöcher 34, eine Positionieröffnung 36 und eine Einstellöffnung 38 hat. Dabei sind die Positionierlöcher 34 als Bohrungen ausgebildet. Die Funktion der genannten Öffnungen und Löcher wird in den Erläuterungen zu der 8 näher beschrieben.
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In den Befestigungsöffnungen 32 ist jeweils eine metallische Befestigungshülse 40 befestigt. Jede Befestigungsöffnung 32 definiert eine Befestigungsrichtung 42, die senkrecht zur Ebene der Befestigungsöffnung 32 angeordnet ist.
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In 3 sind beispielhaft die Befestigungsrichtungen 42 für zwei Befestigungsöffnungen 32 gezeigt. Dabei weisen die Befestigungsrichtungen 42 einen Winkel von 90° zueinander auf (ein Pfeil zeigt von oben nach unten und der andere von links nach rechts).
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Im Allgemeinen weisen zumindest zwei der Befestigungsrichtungen 42 der Befestigungsöffnungen 32 einen Winkel von 75° bis 115° zueinander auf.
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Die Befestigungshülsen 40 sind in den entsprechenden Befestigungsöffnungen 32 mit dem Versteifungselement 30 verklebt. Die Anordnung einzelner Befestigungshülsen 40 in den entsprechenden Befestigungsöffnungen 32 ist in den in 5 bis 7 dargestellten Schnitten genauer gezeigt.
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5 zeigt dabei einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V der 2.
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Die Befestigungshülse 40 hat endseitig eine flanschartige Auskragung 44, die an die Form der Außenoberfläche 46 des Versteifungselements 30 angepasst ist.
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Die flanschartige Auskragung 44 der Befestigungshülse 40 der 5 ist in einem Abschnitt 48 auf der dem Versteigungselement 30 zugewandten Seite abgerundet.
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Die Befestigungshülse 40 der 5 ist also nicht symmetrisch ausgebildet.
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Des Weiteren ist in 5 gezeigt, dass das Versteifungselement 30 eine Dicke D aufweist. Die Dicke D beträgt beispielsweise 1 bis 5 mm, insbesondere 2 bis 3 mm.
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6 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie VI-VI der 2 durch die entsprechende Befestigungshülse 40.
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Die Befestigungshülse 40 der 6 weist eine flanschartige Auskragung 44 auf, die gewölbt ist und in der Seitenansicht der 2 eine eiförmige Außenkontur hat.
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7 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie VII-VII der 2.
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Die in der 7 gezeigte Befestigungshülse 40 hat eine flanschartige Auskragung 44, die an entgegengesetzten Seiten unterschiedlich stark abgeflacht ist.
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Die Befestigungshülse 40 der 6 ist also auch nicht symmetrisch ausgebildet.
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8 zeigt die Anordnung des Versteifungselements 30 an dem Rahmen 12 des Motorrads 10 in einer perspektivischen Seitenansicht.
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Das Versteifungselement 30 ist über Schrauben 48 am Rahmen 12 befestigt. Der Rahmen 12 weist hierfür entsprechende Gewindebohrungen auf. Die Schrauben 48 sind dabei in der Befestigungsrichtung 42 der entsprechenden Befestigungsöffnungen 32 eingesetzt und liegen an den entsprechenden Befestigungshülsen 40 auf.
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Aufgrund des Winkels der Befestigungsrichtungen 42 zueinander ist das Versteifungselement 30 an verschiedenen Seiten des Rahmens 12 befestigt.
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In der Ausführungsform der 8 ist das Versteifungselement 30 an vier Befestigungsöffnungen 32 seitlich am Rahmen 12 befestigt und über eine Befestigungsöffnung von oben.
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Genauer gesagt ist das Versteifungselement 30 an zwei der vier seitlichen Befestigungsöffnungen 32 an den Befestigungspunkten 28 der Streben 26 des Sitzbankträgers 24 am Rahmen 12 angeordnet.
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Der Übergang des Sitzbankträgers 24 zum Rahmen 12 stellt dabei einen Bereich des Motorrads 10 dar, der typischerweise nur geringe Festigkeits- und Steifigkeitswerte aufweist. Das Versteifungselement 30 ist somit an einer entscheidenden Schnittstelle des Rahmen 12 angeordnet und mittels des Versteifungselements 30 werden in diesem Bereich höhere Festigkeits- und Steifigkeitswerte erzielt.
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Außerdem ist das Versteifungselement 30 über die Positionieröffnung 36 zwischen einer Fußraste 50 des Motorrads 10 und dem Rahmen 12 eingeklemmt.
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Mit anderen Worten gesagt ist die Fußraste 50 über die Positionieröffnung 36 am Rahmen 12 des Motorrads 10 befestigt.
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Wie in 8 gezeigt ist, ist die geometrische Form des Versteifungselements 30 an den Rahmen 12 angepasst, sodass das Versteifungselement 30 formschlüssig am Rahmen 12 anliegt.
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Ferner ist in 8 ein Abstandshalter 52 für ein Verkleidungsbauteil des Motorrads 10 gezeigt. Der Abstandshalter 52 weist Stifte (nicht gezeigt) auf, die an die Positionierlöcher 34 das Versteifungselements 30 angepasst sind, sodass die Stifte in die Positionierlöcher 34 eindringen können. Außerdem ermöglicht die Einstellöffnung 38 einen Zugang von außen auf die Fahrhöheneinstellung am Rahmen des Motorrads 10, sodass mittels eines entsprechenden Werkszeugs eine Federdämpfung des Hinterrads 18 eingestellt werden kann.
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Das Versteifungselement 30 ermöglicht also eine gezielte Anpassung der Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte des Rahmens 12. Dabei werden die Festigkeitswerte und Steifigkeitswerte zum einen durch die geometrische Form des Versteifungselements 30, die Anbringung am Rahmen 12 und den Faserschichtaufbau beeinflusst. Die lösbare Anbringung des Versteifungselements 30 über Schrauben 48 am Rahmen 12 des Motorrads ermöglicht dabei eine schonende Befestigung für den Rahmen 12.
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Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass ein zweites Versteifungselement 30 am Rahmen 12 lösbar befestigt.
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Beispielsweise ist das zweite Versteifungselement 30 auf der Längsseite des Motorrads 10 angebracht, die entgegengesetzt zur Längsseite ist, an dem das erste Versteifungselement 30 angebracht ist.
