DE202004009268U1 - Bauteil aus Faserverbundwerkstoff - Google Patents

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Abstract

Bauteil aus Faserverbundwerkstoff, das zumindest bereichsweise als Hohlkörper (8) ausgebildet ist und zumindest einen abgeflachten, laschenförmigen Verbindungsbereich (4) zum Verbinden mit einem Montageteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der laschenförmige Verbindungsbereich (4) eine durch Entfernen eines Teils der Wandung des Hohlkörpers (8) gebildete Fortsetzung der Hohlkörper-Wandung ist, dass der Hohlkörper (8) vor dem laschenförmigen Verbindungsbereich (4) endet und dass sich der verbliebene Teilumfangsbereich des Hohlkörpers (8) etwa in Längserstreckungsrichtung des Hohlkörpers (8) fortsetzt und den laschenförmigen Verbindungsbereich (4) bildet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil aus Faserverbundwerkstoff, das zumindest bereichsweise als Hohlkörper ausgebildet ist und zumindest einen abgeflachten, laschenförmigen Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem Montageteil aufweist.
  • Solche laschenförmigen Verbindungsteile an Bauteilen aus Faserverbundwerkstoff werden beispielsweise benötigt, um an einem Fahrradrahmen ein Ausfallende zum Anbringen der Radnabe zu bilden. Man kennt bereits als Hohlkörper ausgebildete Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen, an deren stirnseitigen freien Enden ein separates Ausfallende aus Metall in die Rohröffnung eingesetzt wird. Dies ist jedoch umständlich. Zudem weisen die Ausfallenden aus Metall ein hohes Eigengewicht auf, was insbesondere im Fahrradbau unerwünscht ist. Bei anderen Bauteilen aus Faserverbundwerkstoff sind die Hohlkörper an ihren freien Enden zur Bildung der laschenförmigen Verbindungsenden oder Ausfallenden zusammengepresst, was die üblichen schweren eingeklebten Metallteile vermeidet. Problematisch ist dabei jedoch, dass das Laminat im Bereich der Verbindungsenden durch die drastische Querschnittsänderung aus ihrer ursprünglichen Orientierung verschoben wird und die Gefahr der Wellen- beziehungsweise Faltenbildung besteht. Eine solche Wellen- beziehungsweise Faltenbildung führt zu einer Schwächung des Faserverbundwerkstoffes. Dies bedeutet eine negative Beeinträchtigung der Materialeigenschaften – hohe Festigkeit bei geringem Gewicht – der Bauteile aus Faserverbundwerkstoff.
  • Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, ein Bauteil aus Faserverbundwerkstoff mit einem laschenförmigen Verbindungsbereich der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch im Verbindungsbereich eine hohe Festigkeit und insgesamt ein geringes Gewicht aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass der laschenförmige Verbindungsbereich eine durch Entfernen eines Teils der Wandung des Hohlkörpers gebildete Fortsetzung der Hohlkörper-Wandung ist, dass der Hohlkörper vor dem laschenförmigen Verbindungsbereich endet und dass sich der verbliebene Teilumfangsbereich des Hohlkörpers etwa in Längserstreckungsrichtung des Hohlkörpers fortsetzt und den laschenförmigen Verbindungsbereich bildet.
  • Da der Faserverbundwerkstoff im Verbindungsbereich keine drastische Querschnittsveränderung aufweist, ist das Laminat in ihrer ursprünglichen Orientierungsrichtung ausgerichtet, so dass das Bauteil aus Faserverbundwerkstoff auch in dem laschenförmigen Verbindungsbereich eine größtmögliche Festigkeit aufweist. Durch das Entfernen eines Teils der Wandung des Hohlkörpers kann das Montageteil, beispielsweise eine Fahrradnabe, sicher an dem verbleibenden Teilumfangsbereich des Hohlkörpers befestigt werden. Da der Verbindungsbereich vollständig aus Faserverbundwerkstoff besteht, weist das gesamte Bauteil aus Faserverbundwerkstoff zudem ein geringes Eigengewicht auf.
  • Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn der Wandungsbereich des Bauteils aus Faserverbundwerkstoff an seinem laschenförmigen Verbindungsbereich eine sich vorzugsweise in den anschließenden Bereich des Hohlkörpers erstreckende Materialverdickung aufweist. Durch diese Materialverdickung kann das Bauteil aus Faserverbundwerkstoff auch in seinem laschenförmigen Verbindungsbereich trotz dem Entfernen eines Teils der Wandung des als Hohlkörper ausgebildeten Bauteils aus Faserverbundwerkstoff eine gute Stabilität aufweisen, um Beschädigungen auch bei stärkerer Krafteinwirkung auf den Verbindungsbereich sicher zu vermeiden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Bauteil aus Faserverbundwerkstoff ein Fahrradrahmen oder ein Teil eines Fahrradrahmens ist und mit seinem laschenförmigen Verbindungsbereich insbesondere ein Ausfallende des Fahrrad-Hinterbaus oder der Fahrradgabel bildet. Auch und insbesondere im Fahrradbau ist der mit dem erfindungsgemäßen Bauteil aus Faserverbundwerkstoff erzielte Vorteil der hohen Festigkeit bei geringem Gewicht erwünscht.
  • Für eine einfache Montage ist es zweckmäßig, wenn in dem laschenförmigen Verbindungsbereich jeweils eine insbesondere randseitig offene Aufnahme für das Montageteil vorgesehen ist. So kann beispielsweise eine Fahrradnabe wie üblich mit seiner Achse einfach in die randseitig offene Aufnahme eingeführt und mit einer Schraubmutter oder einem Schnellspanner arretiert sowie bei Bedarf wieder einfach gelöst werden.
  • Um ein Beschädigen des Faserverbundwerkstoffs im Bereich der Aufnahme des Verbindungsbereichs durch Relativbewegungen zwischen dem Bauteil aus Faserverbundwerkstoff und dem Montageteil zu vermeiden ist es zweckmäßig, wenn ein Verstärkungs element zum Einsetzen in oder zum Anbringen an der Aufnahme des Verbindungsbereichs des Bauteil aus Faserverbundwerkstoff vorgesehen ist. Das Verstärkungselement ist dabei starr mit dem Bauteil aus Faserverbundwerkstoff verbunden, während eventuelle Relativbewegungen mit dem Montageteil nur auf das Verstärkungselement, nicht jedoch auf das Faserverbundwerkstoff direkt einwirken.
  • Für eine einfache Montage des Verstärkungselementes ist es vorteilhaft, wenn das Verstärkungselement als U-förmiges, von der offenen Seite der Aufnahme aufsteckbares Element ausgebildet ist.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verstärkungselement die offene Aufnahme randseitig, insbesondere beidseitig umgreift. Dadurch ist ein besonders guter und sicherer Halt des Verstärkungselements an der Aufnahme möglich. Gegebenenfalls kann das Verstärkungselement so dimensioniert sein, dass es klemmend an der Aufnahme gehalten ist. Zudem wird das Faserverbundwerkstoff von allen Seiten durch das Verstärkungselement bedeckt, so dass ein besonders zuverlässiger Schutz des Faserverbundwerkstoffs gegeben ist.
  • Bevorzugt kann das Verstärkungselement aus Metall bestehen, um eine hohe Stabilität und Festigkeit und somit einen guten Schutz vor Beschädigungen zu erzielen. Aufgrund der geringen Größe des Verstärkungselement weist dieses trotzdem ein geringes Eigengewicht auf.
  • Nachstehend sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bauteils aus Faserverbundwerkstoff anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Bauteil aus Faserverbundwerkstoff in Form einer Fahrradgabel mit zwei laschenförmigen Verbindungsbereichen an den Ausfallenden,
  • 2 und
  • 3 Detailansichten der Ausfallenden eines als Fahrradgabel ausgebildeten Bauteils aus Faserverbundwerkstoff,
  • 4 und
  • 5 Detailansichten der Ausfallenden eines als Fahrradgabel ausgebildeten Bauteils aus Faserverbundwerkstoff, wobei in den laschenförmigen Verbindungsbereichen jeweils ein Verstärkungselement vorgesehen ist und
  • 6 eine Seitenansicht eines laschenförmigen Verbindungsbereichs eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff mit einem Verstärkungselement.
  • Ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Bauteil aus Faserverbundwerkstoff ist gemäß 1 als Fahrradgabel ausgebildet. Die beiden Gabelarme 2 sind jeweils als Hohlkörper ausgebildet, so dass das Bauteil aus Faserverbundwerkstoff 1 ein möglichst geringes Gewicht aufweist. Um an den freien Ausfallenden 3 eine in den Figuren nicht dargestellte Nabe anbringen zu können, weisen diese jeweils einen abgeflachten, laschenförmigen Verbindungsbereich 4 auf.
  • Die 2 und 3 zeigen jeweils in detaillierter Darstellung den Endbereich eines Gabelarms 2 mit dem Ausfallende 3 und dem Verbindungsbereich 4. Darin ist deutlich zu erkennen, dass der laschenförmige Verbindungsbereich jeweils eine Fortsetzung der Hohlkörperwandung der Gabelarme 2 ist und der Hohlkörper vor dem laschenförmigen Verbindungsbereich 4 endet. Somit ist der laschenförmige Verbindungsbereich 4 durch den verbliebenen, sich etwa in Längserstreckungsrichtung des Hohlkörpers fortsetzenden Teilumfangsbereich des Hohlkörpers gebildet. Der laschenförmige Verbindungsbereich 4 wird durch Entfernen eines Teils der Wandung des Hohlkörpers geschaffen, wobei das Entfernen des Faserverbundwerkstoffs von den die Gabelarme 2 bildenden Hohlkörpern insbesondere durch Fräsen erfolgen kann.
  • Somit befinden sich das Laminat auch in den Verbindungsbereichen 4 in ihrer ursprünglichen Orientierungsrichtung und eine Materialschwächung durch Wellenbildung in dem Laminat tritt nicht auf.
  • Wie in den Figuren zu erkennen ist, ist in den laschenförmigen Verbindungsbereichen 4 jeweils eine randseitig offene Aufnahme 5 für die Achse der Fahrrad-Nabe vorgesehen. Um Beschädigungen des Faserverbundwerkstoffs beim Einsetzen oder Entfernen der Nabe oder durch auf die laschenförmigen Verbindungsbereiche 4 einwirkende Kräfte beim Fahrradfahren zu vermeiden, ist bei den Ausfallenden 3 gemäß den 4 und 5 jeweils ein Verstärkungselement 6 an der Aufnahme 5 angebracht. Das Verstärkungselement 6 ist etwa U-förmig der Aufnahme 5 formangepasst und kann von der offenen Seite der Aufnahme 5 her aufgesteckt werden. Das Verstärkungselement 6 hat einen etwa U-förmigen Querschnitt, so dass es die Aufnahme 5 randseitig beidseits umgreift, um so das Faserverbundwerkstoff allseitig vor einer direkten Beaufschlagung durch die Nabe zu schützen. Durch den etwa U-förmigen Querschnitt kann das Verstärkungselement 6 klemmend an der Aufnahme 5 gehalten sein, ohne dass es weiterer Befestigungsele mente bedarf. Das Verstärkungselement 6 kann jedoch auch mit der Verbindungslasche 4 in der Aufnahme 5 verklebt sein, um den Halt zu verbessern.
  • Das Verstärkungselement 6 kann insbesondere aus Metall bestehen. Aufgrund seiner geringen Abmessungen weist es trotzdem ein so geringes Eigengewicht auf, dass das Gesamtgewicht des Bauteil aus Faserverbundwerkstoff 1 nur geringfügig erhöht wird.
  • An den Verstärkungselementen 6 ist jeweils ein seitlich vorstehender Anschlag 7 für eine Schnellspannschraube oder dergleichen Montagemittel vorgesehen.
  • Wie insbesondere in der Seitenansicht in 6 erkennbar ist, weist der Wandungsbereich des Bauteils aus Faserverbundwerkstoff 1 im Übergangsbereich zu und in dem laschenförmigen Verbindungsbereich 4 eine Materialverdickung auf. Die Materialdicke d2 im Verbindungsbereich 4 ist gegenüber der Materialdicke d1 im Bereich des Hohlkörpers 8 vergrößert, so dass das Bauteil aus Faserverbundwerkstoff 1 auch an dem laschenförmigen Verbindungsbereich, an dem ein Teil der Wandung des Bauteils des Hohlkörpers 8 aus Faserverbundwerkstoff entfernt ist, eine ausreichende Stabilität aufweist.

Claims (8)

  1. Bauteil aus Faserverbundwerkstoff, das zumindest bereichsweise als Hohlkörper (8) ausgebildet ist und zumindest einen abgeflachten, laschenförmigen Verbindungsbereich (4) zum Verbinden mit einem Montageteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der laschenförmige Verbindungsbereich (4) eine durch Entfernen eines Teils der Wandung des Hohlkörpers (8) gebildete Fortsetzung der Hohlkörper-Wandung ist, dass der Hohlkörper (8) vor dem laschenförmigen Verbindungsbereich (4) endet und dass sich der verbliebene Teilumfangsbereich des Hohlkörpers (8) etwa in Längserstreckungsrichtung des Hohlkörpers (8) fortsetzt und den laschenförmigen Verbindungsbereich (4) bildet.
  2. Bauteil aus Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsbereich des Bauteil aus Faserverbundwerkstoffs (1) an seinem laschenförmigen Verbindungsbereich (4) eine sich vorzugsweise in den anschließenden Bereich des Hohlkörpers (8) erstreckende Materialverdickung aufweist.
  3. Bauteil aus Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Faserverbundwerkstoff (1) ein Fahrradrahmen oder ein Teil eines Fahrradrahmens ist und mit seinem laschenförmigen Verbindungsbereich insbesondere ein Ausfallende (3) des Fahrrad-Hinterbaus oder der Fahrradgabel bildet.
  4. Bauteil aus Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem laschenförmigen Verbindungsbereich (4) jeweils eine insbesondere randseitig offene Aufnahme (5) für das Montageteil vorgesehen ist.
  5. Bauteil aus Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkungselement (6) zum Einsetzen in oder zum Anbringen an der Aufnahme (5) des Verbindungsbereichs (4) des Bauteils aus Faserverbundwerkstoff (1) vorgesehen ist.
  6. Bauteil aus Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (6) als U-förmiges, von der offenen Seite der Aufnahme (5) aufsteckbares Element ausgebildet ist.
  7. Bauteil aus Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (6) die offene Aufnahme (5) randseitig, insbesondere beidseitig umgreift.
  8. Bauteil aus Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (6) aus Metall besteht.
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