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TECHNISCHES FELD
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Die Anmeldung betrifft im Allgemeinen Fahrräder mit Komposit-Rahmen und Verfahren zum Herstellen solcher Fahrräder und Komposit-Fahrradrahmen.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In den meisten bekannten Fahrradrahmen verläuft, unabhängig von ihrem Material, die Mehrheit der Länge von jedem der Schaltzüge entlang der Außenseite der Fahrradrahmenrohre, wenngleich es bekannt ist, dass diese Kabel innerhalb der Fahrradrahmenrohre geführt werden können.
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Ein Fahrradrahmen 1 aus dem Stand der Technik, der beispielsweise aus einem Metall oder einem Kompositmaterial gebildet sein kann, ist in 1 gezeigt und umfasst Schalt- und Bremszüge, die wenigstens teilweise entlang der Außenseite der Fahrradrahmenrohre verlaufen. Der Fahrradrahmen 1 umfasst einen Hauptrahmen 2. Der Hauptrahmen 2 umfasst ein Sattelrohr 3, ein Oberrohr 4, ein Unterrohr 5, ein Kopfrohr 6, Sattelstreben 7, Kettenstreben 8 und eine untere Halterung 9. Das Sattelrohr 3 ist mit einem ersten Ende des Oberrohrs 4 verbunden. Das Kopfrohr 6 ist mit einem zweiten Ende des Oberrohrs 4 verbunden. Die untere Halterung 9 ist mit dem unteren Ende des Sattelrohrs 3 verbunden. Die Sattelstreben 7 sind mit dem Sattelrohr 3 verbunden. Die Kettenstreben 8 sind mit den Sattelstreben 7 und der unteren Halterung 9 verbunden. In dem Fahrradrahmen 1 verläuft der Schaltzug 10 entlang des Unterrohrs 5 zu der unteren Halterung 9. Die Bremszüge 11 verlaufen entlang des Oberrohrs 2.
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Die Schalt- und Bremszüge des Fahrradrahmens 1 können auch wenigstens teilweise innerhalb des hohlen Innenraums der Rohre verlaufen, die den Fahrradrahmen bilden, und können beispielsweise nach unten durch den hohlen Innenraum geführt werden, der beispielsweise innerhalb des Unter- oder/und Oberrohrs 5 und 4 definiert ist. Während dies im Allgemeinen die Gesamterscheinung des Fahrrads verbessert, da unschöne Kabel im Wesentlichen aus dem Sichtfeld genommen sind, da sie durch die hohlen Rohre geführt sind, müssen diese Rohre notwendigerweise hohl sein und ferner bedeutet der Montageschritt, der benötigt wird, um die Kabel durch den Rahmen zu führen, einen zusätzlichen Zeitaufwand und Kosten im gesamten Montageprozess des Fahrrads. Während in Fahrrädern seit Jahren mechanische Schaltsysteme verwendet werden, die Kabel mit Innenkabeln verlangen, die sich innerhalb eines stationären Mantels bewegen, der an beiden Enden am Rahmen befestigt ist, so hat die Entwicklung in jüngerer Zeit dazu geführt, dass elektronische Schaltsysteme, einschließlich beispielsweise des von ShimanoTM hergestellten Di2TM-Systems neuerdings weit verbreitet sind. In solchen elektronischen Schaltsystemen können die Fahrer unter Verwendung von elektronischen Schaltern anstatt von herkömmlichen Gangschalthebeln schalten. Solche Schalter sind mittels eines elektrischen Drahts mit einem Batteriepack und einem kleinen Elektromotor verbunden, der den Umwerfer antreibt, der dazu verwendet wird, die Fahrradkette von einem Gangzahnrad zu dem nächsten zu versetzen. Jedoch sind, wenngleich solche elektronischen Gangschaltsysteme mittlerweile verbreiteter sind, die Konfiguration und die Verfahren zum Führen der elektrischen Drähte, die die verschiedenen Komponenten des elektronischen Gangschaltsystems verbinden, im Wesentlichen dieselben geblieben.
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ABRISS DER ERFIDUNG
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Es ist somit eine Aufgabe, einen verbesserten Komposit-Fahrradrahmen bereitzustellen, der insbesondere zur Verwendung mit elektronischen Komponenten, wie beispielsweise elektronischen Gangschaltsystemen oder/und elektronischen Bremssystemen, aber nicht hierauf beschränkt, eingerichtet ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Komposit-Fahrradrahmen bereitgestellt, umfassend: einen Hauptrahmen umfassend Verbindungsrohre, wobei der Hauptrahmen im Wesentlichen aus einem Kompositmaterial besteht und eine Kompositschicht-Struktur aufweist; und wenigstens ein elektrischer Draht, welcher dazu eingerichtet ist, elektrische Komponenten elektrisch zu verbinden, welche an oder in dem Rahmen montiert sind, wobei der wenigstens eine elektrische Draht in der Kompositmaterial-Struktur eingebettet ist, die den Komposit-Hauptrahmen bildet, wobei der elektrische Draht gegenüberliegende verbindbare leitfähige Enden aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrrad bereitgestellt, umfassend: ein elektrisches System, das an dem Fahrrad montiert ist, wobei das elektrische System wenigstens ein erstes elektrisches Element und ein zweites elektrisches Element umfasst; und einen Rahmen, welcher Verbindungsrohre umfasst, wobei der Rahmen im Wesentlichen aus einem Kompositmaterial aufgebaut ist und eine Kompositschicht-Struktur aufweist, wobei der Rahmen wenigstens ein signalführendes Kabel in der Kompositschicht-Struktur davon eingebettet aufweist, so dass es integral mit dem Kompositmaterial des Rahmens gebildet ist, wobei das signalführende Material das erste und das zweite elektrische Element des elektrischen Systems verbindet.
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Es ist ferner, gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Komposit-Fahrradrahmens mit einer Kompositschicht-Struktur bereitgestellt, wobei der Komposit-Fahrradrahmen einen Hauptrahmen einschließlich Verbindungsrohren umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: teilweises Bilden des Hauptrahmens aus Schichten von Kompositfaser oder/und Formmasse; Versehen des teilweise gebildeten Hauptrahmens mit wenigstens einem elektrischen Draht, der innerhalb der Schichten der Kompositfaser oder/und Formmasse verlegt ist, wobei der elektrische Draht verbindbare leitfähige Enden aufweist; Fertigstellen des Hauptrahmens, wobei der elektrische Draht in der Kompositschicht-Struktur des Komposit-Fahrradrahmens eingebettet ist und die verbindbaren leitfähigen Enden freigelegt sind; und Aushärten des Hauptrahmens aus Kompositfaserschichten oder/und Formmasse in einer Form, um den Komposit-Fahrradrahmen mit dem innerhalb der Kompositschicht-Struktur eingebetteten elektrischen Draht zu bilden.
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Weitere Details dieser und weiterer Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der unten folgenden detaillierten Beschreibung und den Figuren deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrradrahmens ist, bei dem Schalt- und Bremskabel entlang der Fahrradrahmenrohre gemäß dem Stand der Technik verlaufen;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Fahrradrahmens gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, der wenigstens ein in der Kompositschicht-Struktur der Fahrradrahmenrohre eingebettetes elektrisches Kabel aufweist;
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3 eine teilweise Schnittansicht der Fahrradrahmenrohre aus 2 ist, wobei das elektrische Kabel zwischen Schichten aus Kompositmaterial eingebettet ist; und
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4 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Fahrradrahmens aus 2 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere 2 umfasst das Fahrrad 20 der vorliegenden Offenbarung einen Fahrradrahmen 30, von dem wenigstens eine Mehrheit aus einem Kompositmaterial aufgebaut ist, und der somit eine Kompositstruktur aufweist. Der Begriff „Kompositstruktur” oder „Kompositschicht-Struktur”, wie er hierin verwendet wird, kann sich auf jedes geeignete Kompositmaterial (d. h. nicht-metallische Material) beziehen, das für den Zweck eines Fahrradrahmens verwendet werden kann. Das hierin definierte Kompositmaterial umfasst Fasern in einer Harzmatrix. Jedoch kann in wenigstens einer möglichen Ausführungsform das Kompositmaterial unter Verwendung einer Anordnung von Faserprepreg-Lagen von verschiedenen Elastizitäten und Zugfestigkeiten gebildet sein, die zusammengefügt und innerhalb einer Harzmatrix verbunden werden, um eine Kompositschicht-Struktur nach einem Hochtemperatur-Härtungs- oder/und Formungs-Schritt zu bilden. Der Komposit-Rahmen 30 kann somit aus einem Kompositmaterial wie Kohlefaser bestehen. In einer Ausführungsform ist der Rahmen 30 des Fahrrads 20 vollständig aus dem Kompositmaterial aufgebaut, jedoch kann der Rahmen 30 alternativ nur einen Teil davon umfassen, der aus Kompositmaterial gefertigt ist.
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Wenngleich das Fahrrad 20 hierin im Allgemeinen unter besonderer Bezugnahme auf den Rahmen 30 davon beschrieben wird, ist es selbstverständlich, dass das Fahrrad 20 alle weiteren Komponenten umfasst, die typischerweise an einem Fahrrad vorgesehen sind, beispielsweise ein Vorder- und ein Hinterrad, einen Sattel und eine Sattelstütze, die an dem Sattelrohr montiert ist, eine an dem Kopfrohr montierte Vorderradgabel, sowie ein mit der Vorderradgabel verbundener Lenker etc. Wenngleich aus Gründen der Übersichtlichkeit Zahnräder, die Kette, Tretkurbeln etc. nicht in 2 gezeigt sind, ist es selbstverständlich, dass solche Komponenten ebenfalls an dem hierin beschriebenen Fahrrad 20 vorgesehen sind. Zudem kann das hier beschriebene Fahrrad 20 ein Straßenrad, ein Mountainbike oder irgendein Hybrid-Typ davon sein (beispielsweise ein „Cross-” oder Citybike etc.). Wenngleich das in 2 gezeigte Fahrrad 20 als ungefedertes oder „Hardtail”-Fahrrad gezeigt ist (d. h. dass es keine Hinterradfederung aufweist), wie es auf der Straße verwendet werden kann, ist es doch selbstverständlich, dass der Rahmen 30 des vorliegenden Fahrrads 20 auch in einem Mountainbike mit einem Hinterradfederungs-System verwendet werden kann, das somit keine traditionelle Hinterradgabel-Konfiguration oder steife Heckstruktur aufweist.
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Ungeachtet des Fahrradtyps umfasst der Fahrradrahmen 30 somit im Wesentlichen einen Hauptrahmen 31 mit wenigstens einem Sattelrohr 32, einem Oberrohr 34, einem Unterrohr 36, einem Kopfrohr 38 und einer unteren Halterung 44. Der Rahmen 30 kann ferner Sattelstreben 40 und Kettenstreben 42 umfassen, jedoch können diese wie oben angesprochen, abhängig von der Konfiguration des jeweiligen Fahrrads, einen Teil eines von dem Fahrradrahmen separaten Teils bilden, wie beispielsweise einer Hinterradschwingenarm-Anordnung. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Sattelrohr 32 mit einem ersten Ende eines Oberrohrs 34 verbunden, und das Kopfrohr 38 ist mit einem zweiten, gegenüberliegenden Ende des Oberrohrs 34 verbunden. Die untere Halterung 44 ist mit dem unteren Ende des Sattelrohrs 32 verbunden. Das Unterrohr 36 ist mit dem Kopfrohr 38 und der unteren Halterung 44 verbunden. In dem in 2 dargestellten Fahrrad, das ein „Hardtail”-Fahrrad ist (d. h. es hat kein Hinterradfederungs-System), sind die Sattelstreben 40 mit dem Sattelrohr 32 verbunden, und die Kettenstreben 42 sind mit den Sattelstreben 40 und der unteren Halterung 44 verbunden.
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Das Fahrrad 20 ist mit einem oder mehreren elektronischen Umwerfern ausgerüstet, wie beispielsweise der in 2 graphisch dargestellte vordere Umwerfer 41, der in der Nähe des unteren Endes des Sattelrohrs 32 benachbart zu der unteren Halterung 44 angeordnet ist. Dementsprechend ist das Fahrrad mit entsprechenden (nicht gezeigten) elektronischen Schaltvorrichtungen ausgerüstet, die an dem Lenker 39 angeordnet sein können, der an der Welle montiert ist, die sich innerhalb des Kopfrohrs 38 des Rahmens erstreckt.
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Der Rahmen 30 des Fahrrads 20 umfasst wenigstens einen (d. h. einen oder mehr als einen) elektrische Drähte 46, die innerhalb des Kompositmaterials eingebettet sind, das wenigstens einen Teil des Rahmens 30 bildet. In einer Ausführungsform ist wenigstens ein elektrischer Draht 46 in der Kompositschicht-Struktur von einem oder mehreren der Rohre eingebettet, die den Hauptrahmen 31 bilden, wie beispielsweise dem Unterrohr 36. Dementsprechend wird, wie weiter unten detaillierter gezeigt werden wird, wenigstens eine Mehrheit der Gesamtlänge des elektrischen Drahts 46 integral innerhalb des Kompositmaterials von einem oder mehreren der Rohre des Rahmens 30 während des Herstellungsprozesses des Kompositmaterials selbst gebildet, um somit permanent innerhalb des Kompositmaterials eingebettet zu sein. Der elektrische Draht 46 umfasst Anschlussklemmen 60 an jedem seiner gegenüberliegenden Enden, und wenigstens in einer Ausführungsform sind diese Anschlussklemmen 60 ebenfalls integral mit dem den Rahmen 30 bildenden Kompositmaterial gebildet und in diesem eingebettet. Beispielsweise kann eine erste 62 der Anschlussklemmen 60 sich von dem Kopfrohr 38 zum Verbinden mit den Schaltvorrichtungen erstrecken und eine zweite 64 der Anschlussklemmen 60 erstreckt sich von dem Sattelrohr 32 oder dem Unterrohr 36 benachbart zu der unteren Halterung 44 zum Verbinden mit dem vorderen Umwerfer. Da in dieser Ausführungsform die Anschlussklemmen 60 ebenfalls integral mit dem Kompositmaterial des Rahmens 30 gebildet und somit darin eingebettet sind, um die elektronischen Komponenten des elektronischen Gangschaltsystems zu verbinden, die an dem Fahrrad 20 montiert sind, muss man nur die elektronischen Schaltvorrichtungen und die elektronischen Umwerfer in ihre zugeordneten Anschlussklemmen 60 einstecken, die direkt in dem Rahmen 30 gebildet sind.
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In wenigstens einer weiteren Ausführungsform sind jedoch die Anschlussklemmen 60 außerhalb des den Rahmen 30 bildenden Kompositmaterials angeordnet, d. h. nicht innerhalb des den Rahmen 30 bildenden Kompositmaterials eingebettet. Dementsprechend können sich das jeweilige Ende des elektrischen Drahts 46 mit der einen 62 der Anschlussklemmen 60 daran von dem Kopfrohr 38 erstrecken, und das gegenüberliegende Ende des elektrischen Drahts 46 mit der zweiten 64 der Anschlussklemmen 60 kann sich von dem Sattelrohr 32 oder dem Unterrohr 36 benachbart zu der unteren Halterung 44 erstrecken. Die erste 62 und die zweite 64 der Anschlussklemmen 60 erfüllen die selbe Funktion wie oben beschrieben, sind jedoch einfach selbst nicht integral innerhalb des Kompositmaterials des Rahmens 30 gebildet.
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Es kann auch daran gedacht werden, dass die eingebetteten Leiter eine isolierende Hülle an ihren Enden aufweisen, die sich aus den Rohren erstrecken, wobei der Draht innerhalb der abgeschirmten Abdeckung durch Entfernen der isolierenden Hülle freigelegt werden kann, um mit den verschiedenen Modulen verbunden zu werden.
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Der Begriff „eingebettet” ist hierbei so zu verstehen, dass er sich darauf bezieht, dass der elektrische Draht im Wesentlichen vollständig innerhalb der Kompositmaterial-Stuktur des Fahrradrahmens 30 eingeschlossen oder als integraler Teil davon gebildet ist, wie detaillierter in 3 gezeigt ist. Als solches ist wenigstens eine Mehrheit des elektrischen Drahts in dem Kompositmaterial selbst eingebettet und dadurch elektrisch abgeschirmt, anstatt einfach an einer Außenseite davon angebracht oder sonst irgendwie befestigt zu sein. Es soll jedoch verstanden werden, dass sich die Enden des Drahts über den Komposit-Rahmen hinaus erstrecken können und somit davon an jedem Ende des Drahts vorstehen können. Der derart eingebettete Draht ist immer noch als im Wesentlichen innerhalb des Kompositmaterials des Rahmens wie hierin definiert eingebettet zu verstehen.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Teil eines Rohrs 43 des Komposit-Rahmens 30 mit mehreren Kompositschichten gezeigt, die entfernt worden sind, um den zwischen Schichten aus Kompositfaser eingebetteten elektrischen Draht 46 zu zeigen, gemäß dem Komposit-Rahmen 30 des vorliegenden Fahrrads 20. In dieser Ausführungsform ist somit das elektrische Kabel 46 zwischen Schichten von „Prepreg” aus dem den Rahmen 30 bildenden Kompositmaterial eingebettet und kann beispielsweise innerhalb der Kompositschicht-Struktur zwischen der vierten Schicht 45 und der fünften Schicht 47 wie in 4 angeordnet sein, jedoch kann natürlich jede Kombination möglich sein, so lange der elektrische Draht 46 tatsächlich innerhalb des Kompositmaterials selbst während des Herstellungsprozesses des Kompositmaterials vor dem finalen Formungs- oder Aushärtungsprozess eingebettet wird. Der Draht 46 kann abgeschirmt sein oder eine elektrisch isolierende Hülle aufweisen. Zudem muss das Kompositmaterial, das den Fahrradrahmen 30 bildet, nicht unbedingt Prepreg-Schichten umfassen, jedoch ist das elektrische Kabel oder sind die elektrischen Kabel trotzdem innerhalb des Kompositfaser- und Harzmatrix-Materials eingebettet, das das Kompositmaterial bildet, und tatsächlich wird das elektrische Kabel oder werden die elektrischen Kabel 46 darin während der Herstellung des Kompositrahmens vor dem finalen Formungs-Prozessschritt eingefügt. Es soll auch erwähnt sein, dass das Kabel in einer anderen geeigneten Formmasse in einem Formpressprozess eingebettet werden kann.
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Das Einbetten von einem oder mehreren elektrischen Drähten 46 in der Kompositschicht-Struktur des Kompositrahmens 30 bedeutet, dass die elektrischen Drähte oder Kabel, die für die elektronischen Schaltsysteme oder/und elektronischen Bremssysteme verwendet werden können, integral innerhalb des Kompositrahmens 30 selbst während des Herstellungsprozesses gebildet werden.
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Erneut unter Bezugnahme auf 2 kann in einer Ausführungsform das elektronische Schaltsystem 37 des vorliegenden Fahrrads 20 einen vorderen Umwerfer 41 und einen hinteren Umwerfer 35 umfassen, die mittels an dem Lenker 39 montierten elektronischen Schaltvorrichtungen 33 gesteuert werden und mit diesen elektrisch über das eine oder die mehreren elektrischen Kabel 46 verbunden sind, das/die innerhalb des Kompositmaterials des Rahmens 30 eingebettet ist/sind. Die elektrischen Kabel 46 können sich somit zwischen einer oder mehreren elektronischen Schaltvorrichtungen 33 zu einem oder mehreren Umwerfern 41, 35 erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform ist der vordere Umwerfer 41 in der Nähe des unteren Endes des Sattelrohrs 32 benachbart zu der unteren Halterung 44 angeordnet, und der hintere Umwerfer ist in der Nähe des hinteren Endes der Kettenstreben 42 benachbart zu der Verbindung mit den Sattelstreben 40 angeordnet.
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In einer bestimmten Ausführungsform kann der Rahmen 30 ebenfalls zusätzliche elektrische Drähte oder Kabel 70 umfassen, die in der Kompositschicht-Struktur des Kompositrahmens 30 eingebettet sind. Beispielsweise kann ein elektrisches Kabel 70 dazu verwendet werden, die vorderen und hinteren Umwerfer 41, 35 zu verbinden, wobei nur ein einzelnes elektrisches Kabel 46 innerhalb des Rahmens 30 von den elektronischen Schaltvorrichtungen 33 zu dem vorderen Umwerfer 41 verlaufen kann, und dann das zusätzliche elektrische Kabel 70 innerhalb des Rahmens 30 von dem vorderen Umwerfer 41 zu dem hinteren Umwerfer 35 verlaufen kann. Wie bei dem oben beschriebenen elektrischen Draht 46 umfasst der elektrische Draht 70 Anschlussklemmen 72 an gegenüberliegenden Enden davon, die ebenfalls integral innerhalb des Kompositmaterials des Rahmens 30 gebildet und damit darin eingebettet sind.
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Eine erste 74 der Anschlussklemmen 72 erstreckt sich von dem Ende der Kettenstrebe 42 zum Verbinden mit dem hinteren Umwerfer 35, und eine zweite 76 der Anschlussklemmen 72 erstreckt sich von den Kettenstreben 42 benachbart zu der unteren Halterung 44 zum Verbinden mit dem vorderen Umwerfer 41.
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Wie ebenfalls in 2 illustriert, kann in wenigstens einer Ausführungsform der Kompositrahmen 30 ferner elektrische Bremskabel/-drähte 90 umfassen, die auf gleiche Weise innerhalb der Kompositschicht-Struktur des Rahmens 30 eingebettet sind, zur Verwendung zusammen mit einem elektronischen Bremssystem für das Fahrrad 20. Beispielsweise kann ein erstes Bremskabel 92, das ein erstes 94 und ein zweites 96 Ende umfasst, beispielsweise integral innerhalb des Oberrohrs 34 gebildet sein, und kann ein erstes 94 Ende des ersten Bremskabels 92, das in der Nähe des Kopfrohr 38 zum Verbinden mit einem Hinterrad-Bremsaktuator angeordnet ist, und ein zweites Ende 96 des Bremskabels 92 umfassen, das in der Nähe der Sattelstreben 40 oder/und des Sattelrohrs 32 zum Verbinden mit einem elektrischen Hinterrad-Bremssattel angeordnet ist. Ein zweites Bremskabel 98 kann ferner integral innerhalb des Kompositrahmens 30 gebildet sein und kann ein erstes 100 und ein zweites 102 Ende umfassen. Das erste Ende 100 des zweiten Bremskabels 98 ist beispielsweise in der Nähe des Kopfrohrs 38 zum Verbinden mit einem Vorderrad-Bremsaktuator angeordnet, und das zweite Ende 102 des zweiten Bremskabels 98 kann in der Nähe des Kopfrohrs 38 zum Verbinden mit dem Vorderrad-Bremssattel angeordnet sein.
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Wenngleich die elektrischen Kabel/Drähte zur Verwendung zusammen mit einem elektronischen Schaltsystem (umfassend beispielsweise elektronische Umwerfer und Schaltvorrichtungen) oder/und mit einem elektronischen Bremssystem (umfassend beispielsweise elektronisch aktuierte Bremsen) beschrieben worden sind, können die hierin als innerhalb der Kompositschicht-Struktur des Kompositrahmens 30 eingebettet beschriebenen elektrischen Kabel/Drähte 46, 70 ebenso zum Zweck eines Übertragens eines anderen Signals oder/und Stroms verwendet werden. Somit können die hierin beschriebenen elektrischen Drähte/Kabel dazu verwendet werden, Komponenten eines an dem Fahrrad montierten elektrischen Systems elektrisch zu verbinden, wobei das elektrische System beispielsweise ein erstes aktuiertes Element (wie beispielsweise den elektronischen Schalthebel) und ein zweites Aktuatorelement (wie beispielsweise der/die elektronische/n Umwerfer) umfassen kann. Zusätzlich können die hierin beschriebenen, innerhalb des Kompositmaterials des Rahmens 30 eingebetteten elektrischen Drähte 46, 70 dazu verwendet werden, anderen Komponenten des Fahrrads 20, wie beispielsweise elektronischen Geschwindigkeits- oder/und Entfernungsanzeigern/-computern, die an dem Lenker montiert sind, elektrisch gesteuerten/geregelten Federbeinen, Lichtern, Digitalanzeigen oder/und -schnittstellen etc., aber nicht beschränkt darauf, elektrische Leistung zuzuführen oder Signale von ihnen zu empfangen. Zusätzlich können, wenigstens in einer weiteren Ausführungsform, die elektrischen Drähte 46, 70 mit ebenfalls innerhalb des Kompositrahmens eingebetteten Sensoren verbunden sein und somit dazu verwendet werden, Überwachungs-Informationen über das Kompositmaterial selbst zu übertragen, wie beispielsweise das Auftreten von Rissen zu bestimmen und davor zu warnen, oder einen Druck oder/und eine Temperatur des Materials oder der Umgebung zu messen. In einer weiteren Ausführungsform können die innerhalb der Kompositschicht-Struktur des Rahmens 30 eingebetteten elektrischen Kabel/Drähte auch für elektronische oder/und elektrische Anwendungen, wie beispielsweise einen LCD-Bildschirm verwendet werden. Solch ein LCD-Bildschirm kann beispielsweise direkt in dem Kompositrahmen 30 integriert sein. Der LCD-Bildschirm kann ebenfalls ein flexibler Bildschirm sein, der direkt in das Kompositmaterial des Rahmens integriert ist. Jedoch ist es offensichtlich, dass die meisten Standard LCD-Bildschirm erst in den Kompositrahmen eingefügt werden können, nachdem der Rahmen geformt worden ist, aufgrund der hohen auftretenden Temperaturen. Jedoch könnte der LCD-Bildschirm, sofern er den hohen Temperaturen, die während des Formungs- und Härtungsprozesses des Kompositmaterials benötigt werden, widerstehen kann, ebenfalls vor dem Formungsschritt während der Herstellung davon direkt in das Kompositmaterial integriert werden.
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In jedem Fall können jedoch die hierin beschriebenen elektrischen Drähte/Kabel 46, 70 für die Übertragung eines Leistungssignals oder/und eines Datensignals verwendet werden, und können somit dazu verwendet werden, eine elektrische Vorrichtung (entweder an dem Rahmen montiert oder in den Rahmen eingebettet) mit Strom zu versorgen oder Daten zu einer elektrischen Vorrichtung zu übertragen oder von dieser zu empfangen, die in elektrischer Verbindung steht.
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Wenigstens in einer weiteren möglichen Ausführungsform umfassen die innerhalb des Kompositrahmens 30 eingebetteten Drähte/Kabel 46, 70 faseroptische Kabel/Drähte, die für dieselben Zwecke verwendet werden können wie oben beschrieben, wenngleich sie ein Datensignal mittels des durch das faseroptische Kabel übertragene Licht übertragen.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens 80 zum Herstellen des Komposit-Fahrradrahmens 20 aus 2 gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert. In dem Verfahren 80 wird ein Fahrradrahmen 30 mit einer Kompositschicht-Struktur hergestellt. Der Komposit-Fahrradrahmen 30 des Fahrrads 20 ist wie oben beschrieben.
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In Schritt 82 des Herstellungsverfahrens 80 wird wenigstens der Hauptrahmen 31 des Kompositrahmens 30 teilweise mit Schichten von Prepreg gemäß aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Bilden einer Kompositschicht-Struktur gebildet. Der Begriff „Prepreg” bezieht sich auf Fasern in einer Harzmatrix. Diese weisen für gewöhnlich die Form eines Gewebes auf oder sind eindirektional oder eine Schnittfasermatte. Sie enthalten bereits eine Menge eines Harzes oder eines Matrixmaterials, das verwendet wird, um sie während der Herstellung zusammen oder mit anderen Komponenten zu verbinden. Der Begriff „Matrixmaterial” ist hierbei so zu verstehen, dass er sich beispielsweise auf Harze bezieht, die für gewöhnlich bei der Herstellung von Komposit-Fahrradrahmen verwendet werden. Der Begriff „Kompositfasern”, wie er hierin verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er sich beispielsweise auf nicht-metallische Fasern bezieht, die innerhalb eines Harzes eingebettet sind, und das ein nicht-metallisches Material ist, das für Fahrradrahmen verwendet wird. Solche Kompositmaterialien, beispielsweise solche, die mit Kohlefasern hergestellt sind, aber nicht hierauf beschränkt, sind leichtgewichtig, korrosionsbeständig und fest, und können in beinahe jeder gewünschten Form gebildet werden. Andere Materialien außer Kohlefaser, wie beispielsweise metallisches Bor, können der Matrix zugefügt werden, um die Steifigkeit weiter zu erhöhen. Kevlarfasern können ebenfalls in die Kohlefasermatten eingefügt werden, um eine Vibrationsdämpfung und Schlagfestigkeit zu verbessern. Andere Formmassen können in einem Formpressprozess des Rahmens verwendet werden und müssen keine Prepreg-Kompositfasern umfassen.
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In Schritt 84 wird der Rahmen 30 aus Prepreg-Schichten mit wenigstens einem elektrischen Draht 46 versehen, wobei der elektrische Draht 46 Anschlussklemmen 60 aufweist, die an jedem der gegenüberliegenden Enden des Drahts angeordnet sind. Der elektrische Draht 46 kann eine isolierende Außenhülle umfassen, die mit den Herstellungsbedingungen des Fahrradrahmens 20 kompatibel ist, d. h. den Prepreg-Schichten und den Härtungsbedingungen.
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In Schritt 86 wird der Rahmen 30 aus Prepreg-Schichten auf die gewünschte Größe mit Prepreg-Schichten derart fertiggestellt, dass der elektrische Draht 46 im Wesentlichen vollständig in den Prepreg-Schichten eingebettet ist, und die Anschlussklemmen 60 auch im Wesentlichen integral innerhalb der Prepreg-Schichten gebildet sind. Die elektrischen Klemmen der Anschlüsse 60 bleiben freigelegt, jedoch bleiben die Anschlussklemmen 60 von jedem der elektrischen Drähte 46 innerhalb des Kompositmaterials des Rahmens 60 eingebettet und isoliert.
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In Schritt 88 wird der Hauptrahmen 30 aus Prepreg-Schichten in einer Form platziert und ausgehärtet, gemäß aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren zum Bilden von Kompositschicht-Strukturen, um den Kompositrahmen 30 des Fahrrads 20 mit einem oder mehreren innerhalb der Kompositschicht-Struktur des Rahmens eingebetteten elektrischen Drähten 46 zu bilden.
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Die obige Beschreibung ist lediglich beispielhaft zu verstehen und ein Fachmann wird erkennen, dass Änderungen an den beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne vom Geist der offenbarten Erfindung abzuweichen. Der Begriff „eingebettet”, wie er hierin mit Bezug auf die elektrischen Kabel/Drähte verwendet wird, die direkt innerhalb des Kompositmaterials angeordnet sind, ist so zu verstehen, dass die Drähte von dem Kompositmaterial während des Herstellungsprozesses davon selbst eingeschlossen und elektrisch isoliert werden, beispielsweise vor dem finalen Formungs- oder Härtungsprozess davon. Die elektrischen Kabel/Drähte können auch abgeschirmt sein oder eine äußere elektrisch isolierende Hülle aufweisen. Somit werden die Drähte, ungeachtet der Anzahl von Schichten aus Faser-Prepreg, die oberhalb der integrierten elektrischen Drähte angeordnet sind, falls überhaupt, als eingebettet bezeichnet, da sie integral und monolithisch innerhalb des Materials während seiner Herstellung gebildet sind, und sie nicht einfach an einer Außen- oder Innenfläche von bereits geformtem Material angehaftet werden. Die schließt jedoch nicht aus, dass die zuvor beschriebenen eingebetteten Drähte nicht integral mit dem Kompositmaterial an der äußersten oder innersten Fläche der Kompositrohre des vorliegenden Fahrrads gebildet sein können. Der Fahrradrahmen 30 ist hierin allgemein als aus einem Komposit gebildet beschrieben worden, was bedeuten kann, dass er in wenigstens einer Ausführungsform aus einer Kohlefaser aufgebaut ist, die beispielsweise innerhalb eines Harzes gebildet ist. Jedoch können natürlich auch andere Kompositmaterialien verwendet werden, um den beschriebenen Fahrradrahmen 30 zu bilden. Die hierin beschriebenen elektrischen Drähte 46, 70 sind als einen Strom oder ein elektrisches Signal tragende Drähte/Kabel zu verstehen, die elektronische oder/und elektrische Komponenten verbinden, um ein elektrisches Signal oder Leistung von einer Komponente zu einer anderen zu führen (d. h. um diese Komponenten in elektrischer Verbindung zu verbinden). Diese Drähte/Kabel 46, 70 sind als verschieden und andersartig von traditionellen Kabeln zu verstehen, die physisch innerhalb von sie umgebenden Hüllen gleiten, um physisch traditionelle Schalthebel und Umwerfer zu verbinden, oder traditionelle Bremshebel und Bremssättel. Noch weitere Modifikationen, die in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen, werden dem Fachmann aus eine Durchsicht dieser Offenbarung deutliche, und solche Modifikationen sind so vorgesehen, dass sie unter die beiliegenden Ansprüche fallen.
