DE202007001261U1

DE202007001261U1 - Verstärkte Felge und Rad eines Zweirads, welches eine derartige Felge aufweist

Info

Publication number: DE202007001261U1
Application number: DE200720001261
Authority: DE
Original assignee: Salomon SAS
Current assignee: Mavic SAS
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: FR2897013B1; FR2897013A1

Abstract

Felge für ein Zweiradrad aus einer Aluminiumlegierung, von der Art, welche ein Profil aufweist, das zwei seitliche Flanken (16) aufweist, welche transversal über zumindest eine untere Brücke (18) verbunden sind, und von der Art, bei welcher die untere Brücke (18) zumindest ein Speichungsloch (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge über einen Schritt einer Kaltverformung realisiert ist, durch welchen die untere Brücke (18) des Profils in der Umgebung des Speichungslochs (22) kalt verformt wird, um lokal die Härte der Aluminiumlegierung zu erhöhen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Felgen für Zweiradräder.
Auf bekannte Art und Weise weist ein Rad eines Zweirads eine zentrale Nabe auf, welche mit einer kreisförmigen Felge über zwei Flächen bzw. Hüllflächen (frz. nappe) an Speichen verbunden ist. Die Felge ist aus einem Profil aus einer Aluminiumlegierung gebildet, wobei sie vorzugsweise zwei kreisförmige, koaxiale Brücken aufweist, welche über zwei laterale Flanken derart verbunden sind, um einen Kasten zu bilden. Die lateralen bzw. seitlichen Flanken sind radial in Richtung zur Außenseite über zwei Flügel derart verlängert, um mit der oberen Brücke einen ringförmigen Kanal zu bilden, der vorgesehen ist, um einen Luftreifen aufzunehmen. Für bestimmte Felgen, welche zum Aufnehmen eines schlauchlosen Reifens vorgesehen sind, ist der Kanal eine einfache Nut, welche durch Einsinken der oberen Brücke radial in Richtung zur Innenseite gebildet ist. Die Speichen werden mit der Felge über Muttern verbunden, welche auf dem Ende der Speichen aufgeschraubt sind. Diese Muttern erlauben es darüber hinaus, die Spannung der Speichen zu regulieren.
Um die Muttern der Speichen aufzunehmen, sind die beiden Brücken der Felge üblicherweise mit Löchern durchbohrt, welche am Umfang der Felge aufgeteilt sind. Die Löcher der unteren Brücke sind vorgesehen, um als Sitz für die Köpfe der Muttern zu dienen. Die Löcher der oberen Brücke, die von einem größeren Durchmesser sind, sind vorgesehen, um das Einsetzen der Mutter der Speiche von der Außenseite her zu erlauben.
Um die Bedingungen, unter welchen sich der Kopf der Mutter gegen die Felge abstützt, und die Aufteilung von Beanspruchungen in der Felge, welche durch die Spannung der Speichen hervorgerufen werden, zu verbessern, ist es bekannt, die Felgen mit Ösen auszustatten, welche die Löcher der unteren Brücke durchqueren. Diese Ösen werden durch eine Quetschverbindung an dem Umfang des Lochs der unteren Brücke montiert. Diese Ösen sind von Vorteil, da sie die Struktur der Felge und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber der Verformung verstärken. Eine einstückige Öse ist in der Patentanmeldung EP 130 449 beschrieben. Diese Ösen bestehen auch in Form von zwei getrennten Elementen, welche während der Quetschverbindung montiert bzw. zusammengebaut werden. Die Ösen werden am häufigsten aus Edelstahl durch Tiefziehen realisiert, es können jedoch andere Materialien vorgesehen werden.
Es ist eine der Rollen der Öse, die Montage von Speichen zu erleichtern, um das Rad zu realisieren. Sie ermöglicht eine gute Kniegelenkverbindung (fiz. rotulage) des Kopfs der Schraube in der Öse, was es der Speiche erlaubt, ihre geneigte Position ohne Biegebeanspruchung einzunehmen. Die glatte Reibungsoberfläche und das Nichtvorhandensein einer Oxidation der Oberfläche der Öse bieten minimale Reibungsbeanspruchungen der Felge über die Zeit. Das Rad ist in einem statischen Gleichgewicht, in welchem jede Speiche eine große Zugkraft an der Basis der Mutter auf die Felge ausübt, und die Öse hat als Funktion, den Kontaktdruck zwischen der Mutter und der Felge aufzuteilen bzw. zu verteilen, um deutlich die Widerstandsfähigkeit des Rades zu erhöhen.
Für derartige Felgen bilden die Löcher von Brücken jedoch lokale Schwächungszonen, welche jede der beiden Brücken anfälliger machen, selbst wenn sie durch eine Öse verstärkt sind. Es handelt sich tatsächlich um Stellen, welche während des Vorgangs des Biegewalzens der Felge, sodann während des Vorgangs des Bohrens der Löcher der unteren Brücke der Ort von restlichen Beanspruchungen sind und Beanspruchungskonzentrationen unter Kräften. Man stellt fest, dass die se restlichen Beanspruchungen sich in das Auftreten von Ausgangspunkten für Brüche und Mikrorissen übertragen können.
Man stellt außerdem fest, dass im Verhältnis zu Felgen mit einfacher Brücke (ökonomisch herzustellen, jedoch weniger steif und somit weniger leistungsfähig) die Felgen mit doppelter Brücke größere Werte von restlichen Beanspruchungen und von Konzentrationen aufweisen können, insbesondere auf Höhe der unteren Brücke. Auf lange Sicht können sich die negativen Effekte dieser Beanspruchungen als somit schädlicher in dem Fall von Felgen mit doppelter Brücke erweisen.
Diese Löcher müssen des Weiteren relativ große Abmessungen aufweisen. Die Löcher der unteren Brücke müssen tatsächlich einen Durchmesser aufweisen, der ausreicht, um den Durchgang des Körpers der Mutter und seine freie Drehung zu erlauben. Wenn man es wünscht, das Loch mit einer Öse zu verstärken, muss man auch das Loch der unteren Brücke vergrößern. Die Löcher der oberen Brücke müssen den Durchgang des Kopfs der Mutter, von welcher das Einhaken der Speiche an der Felge abhängt, sowie der Werkzeuge zur Regulierung bzw. Einstellung erlauben. Wenn eine Öse vorgesehen ist, muss man auch vorsehen, dass das obere Loch den Durchgang der Öse und ihres Spannwerkzeugs erlaubt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine derartig hergestellte Felge eines Zweirades vorzuschlagen, welche es erlaubt, eine Felge mit verbesserten mechanischen Eigenschaften zu erhalten, insbesondere hinsichtlich des Verhaltens über die Zeit und somit einer Widerstandsfähigkeit gegenüber Ermüdungskräften, und zwar dies ohne eine beträchtliche Erhöhung des Gewichts.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine mit Löchern durchbohrte Felge vorzuschlagen, welche eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch aufweist.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der detaillierten nachfolgenden Beschreibung offenbar werden sowie beim Betrachten der angehängten Zeichnungen, in welchen:
1 und 2 zwei schematische Ansichten eines Zweiradrades sind, jeweils gemäß der Achse des Rades und gemäß einer Richtung senkrecht zu dieser Achse;
3 eine perspektivische Ansicht lediglich der Felge ist;
4 eine Ansicht im Querschnitt des Profils der Felge ist, dargestellt mit der Speiche und der entsprechenden Mutter;
5 eine ähnliche Ansicht zu derjenigen der 4 ist, welche lediglich die Felge darstellt;
6 eine schematische Ansicht in Perspektive ist, welche eine Realisierungsart der Erfindung darstellt;
7 eine ähnliche Ansicht zu derjenigen der 6 ist, welche eine Realisierungsvariante der Erfindung darstellt;
8 eine ähnliche Ansicht zu derjenigen der 5 ist, welche eine andere Realisierungsvariante der Erfindung darstellt; und
9 eine ähnliche Ansicht zu derjenigen der 5 ist, welche das Profil der Felge darstellt, bevor die Speichungslöcher gebildet sind.
In den 1 und 2 hat man ein Zweiradrad 10 von einer Achse A1 dargestellt, welches im Wesentlichen eine zentrale Nabe 11, eine Felge 12 und Speichen 14 aufweist, welche zwischen der Nabe 11 und der Felge 12 gespannt sind, um sie fest miteinander zu verbinden. Die Speichen 14 sind in zwei Flächen bzw. Hüllflächen beiderseits einer Mittelebene P des Rades 10 angeordnet, welche senkrecht zu ihrer Achse A1 ist. Die Speichen 14 sind Zugspeichen. In dem dargestellten Beispiel sind sie winkelbezogen bei regelmäßigen Intervallen um die Achse A1 vorgesehen und jede in einer ausschließlich radialen Ebene des Rades angeordnet, d.h. einer Ebene, welche die Achse A1 enthält. Andere Vorkehrungen sind jedoch möglich.
In der 3 hat man lediglich die Felge 12 dargestellt. Wie es ebenso in der Querschnittsansicht der 5 dargestellt ist, ist die Felge hauptsächlich aus einem Profil aus einer Aluminiumlegierung gebildet, welches um die Achse A1 biegegewalzt ist, um einen Kreis zu bilden. Das Profil weist zwei seitliche Flanken 16 auf, welche auf beiden Seiten der Mittelebene P angeordnet sind und deren allgemeine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu der Mittelebene P ist. Die Mittelebene P ist die Symmetrieebene der beiden Flanken 16.
Die beiden Flanken sind miteinander über mindestens eine untere Brücke 18 und, in dem dargestellten Fall, über eine obere Brücke 20 vereinigt bzw. zusammengebracht, welche Rotationswände um die Achse A1 sind. Unter untere versteht man die Brücke, welche radial an der Innenseite im Verhältnis zur oberen Brücke angeordnet ist, welche radial zur Außenseite angeordnet ist. Die Erfindung, welche hier in dem Fall einer Felge mit doppelter Brücke dargestellt ist, kann auch bei einer Zweiradfelge mit einfacher Brücke bzw. einziger Brücke umgesetzt werden.
Die untere Brücke verbindet die unteren Enden der Flanken (in Wirklichkeit die inneren Ränder der Flanken). Die Flanken verlängern sich im Gegensatz dazu radial in Richtung zu der Außenseite über die Höhe der oberen Brücke 20 hinaus.
Auf bekannte Art und Weise ist es möglich, Geometrien von Profilen vorzusehen, die sehr unterschiedlich von derjenigen sind, die dargestellt ist, sei dies hinsichtlich der Flanken oder der Brücken. Bei gewissen Geometrien sind die untere Brücke und die beiden Flanken in Kontinuität zueinander angeordnet, z.B. mit einer Querschnittsform nahe einem Halbkreis. Bei anderen Geometrien mit Flanken in V-Form ist die untere Brücke in den Abmessungen besonders reduziert.
Auf bekannte Art und Weise sind die untere Brücke 18 und die obere Brücke 20 mit Speichungslöchern 22, 24 versehen, welche dazu bestimmt sind, das Einsetzen und die Einhakung von Speichen 14 an der Felge 12 zu ermöglichen.
Auf bekannte Art und Weise ist jede Speiche 14 vorgesehen, um zumindest an der unteren Brücke 18 der Felge 12 eingehakt zu werden. Sehr viele Realisierungsvarianten dieser Einhakung sind vorgeschlagen worden, und die Erfindung wird in einer großen Anzahl dieser Realisierungsvarianten eine Anwendung finden. In dem vorliegenden Fall interessiert man sich für Realisierungsverfahren, bei welchen ein Einhakteil der Speiche 14 dafür bestimmt ist, in Richtung zur Unterseite gegen die obere Oberfläche 26 der unteren Brücke 18 in Abstützung zu gelangen.
Bei dem dargestellten Beispiel ist dieses Einhakteil eine Mutter 28. Die Mutter ist von der röhrenförmigen Art mit, gemäß einem bekannten Prinzip (nicht dargestellt), einem Schaft, der innen zumindest teilweise mit einem Gewinde versehen ist, in welchen das mit einem Gewinde versehene obere Ende der Speiche 14 eingeschraubt wird.
Die äußere Form der Mutter 28 erlaubt es, drei hauptsächliche Zonen zu unterscheiden: eine Zwischenzone 30, welche sich durch das Loch 22 der unteren Brücke hindurch erstreckt, eine untere Zone 32, welche sich unter der unteren Brücke erstreckt, und eine obere, bauchige Zone 34, die sich über der unteren Brücke 18 erstreckt. Die untere Zone 32 der Mutter weist z.B. eine Vierkantform auf, um eine Kopplung mit einem entsprechenden Werkzeug im Hinblick auf das Drehenlassen der Mutter um ihre Achse zu ermöglichen, um die Speiche zu spannen oder zu lösen.
Die obere, bauchige Zone 34 weist auf Höhe ihrer Verbindung mit der Zwischenzone 30 eine Tragoberfläche auf, welche in Richtung zur Unterseite gedreht ist und welche dafür bestimmt ist, sich gegen die obere Fläche bzw. Seite der unteren Brücke abzustützen. Diese Tragoberfläche weist z.B. eine Geometrie auf, welche sich einer ringförmigen, kreisförmigen Zone annähert.
Auf bekannte Art und Weise stützt sich diese Tragoberfläche der Mutter 28 gegen eine Abstützzone der oberen Oberfläche 26 der unteren Brücke 18 ab, die sich um das Speichungsloch 22 herum erstreckt.
Mit dem Ziel, die Einhakung der Speichen 14 zu verbessern, sieht die Erfindung vor, dass die Abstützzone der unteren Brücke während der Herstellung der Felge eine plastische Verformung erfährt, die darauf abzielt, eine lokale Modifizierung der metallurgischen Struktur der Aluminiumlegierung derart hervorzurufen, um die Härte bzw. Festigkeit (frz: dureté) zu erhöhen.
Es ist somit der Zweck der Erfindung, lokal eine Kaltverfestigung des Materials in der Abstützzone hervorzurufen, um ihre mechanischen Eigenschaften und ihren Halt gegenüber Kräften über die Zeit zu erhöhen.
Diese Operation einer plastischen Verformung wird somit vorzugsweise „kalt" ausgeführt, d.h. bei einer Temperatur niedriger zu der Temperatur eines Ausglühens bzw. Nachhärtens der Aluminiumlegierung, im Gegensatz zu einer Verformung „im Warmen", welche eine Lockerung von restlichen Spannungen in dem Material ermöglicht.
In der 9 hat man die Querschnittsform des Profils der Felge nach dem Vorgang eines Biegewalzens dargestellt, jedoch bevor die Speichungslöcher gebildet werden. Man kann hier sehen, dass die untere Brücke 18 somit z.B. einen zentralen bzw. mittigen, quasi horizontalen Teil und seitliche Teile aufweist, welche radial in Richtung zur Außenseite gemäß einem Winkel in der Größenordnung von 45 Grad aufsteigen.
In den 4 und 5 kann man sehen, dass nach der Bildung von Speichungslöchern (welche z.B. durch Bohrung und/oder durch Eindrücken gebildet werden) und der Verformung gemäß der Erfindung der zentrale Teil nicht nur durchbohrt wurde, sondern im Großen und Ganzen verformt wurde, in diesem Beispiel durch Verlagerung des Materials in Richtung nach unten (d.h. radial in Richtung zur Achse A1 der Felge). Des Weiteren kann man sehen, dass in der oberen Fläche 26 bzw. Seite der unteren Brücke 18 der Verformungsvorgang um das Loch 22 herum eine Abstützschale 36 gebildet hat, welche im Wesentlichen eine kugelförmige Ringform aufweist. Die Bildung dieser Schale überträgt sich in einem reliefförmig gebildeten Vorsprung 38 (radial in Richtung zu der Achse A1) auf der unteren Fläche 40 der unteren Brücke 18. Die Form und die Wichtigkeit dieses Vorsprungs 38, welcher in der 6 dargestellt ist, werden teilweise durch den Grad bzw. die Stärke der Verformung, welche der unteren Brücke 18 auferlegt wird, und durch die Form der Abstützschale 36 bestimmt. Man kann jedoch in einem gewissen Grade vorsehen, dass die Form des Vorsprungs von der Form der Abstützschale entkoppelt ist. Die 7 stellt eine andere mögliche Form für diesen Vorsprung 38 dar, entsprechend einem anderen Profil einer Felge und einer anderen Form einer Abstützschale. Selbstverständlich sind auch andere Varianten möglich. Die bevorzugten Formen für die Abstützschale 36 und den entsprechenden Vorsprung 38 sind im Wesentlichen rotationszylindrische Formen um die Achse des Bohrlochs 22, ja sogar leicht längliche, z.B. langgestreckt in der Richtung des Umfangs der Felge 12.
Man wird feststellen, dass es in den dargestellten Beispielen vorgesehen ist, dass die Abstützschale durch eine Verformung des Materials in Richtung nach unten eine konkave Oberfläche ist. Man kann jedoch vorsehen, dass diese Abstützoberfläche eine konvexe Oberfläche ist.
In den Beispielen der 6 und 7 sieht man, dass der Vorsprung 38, welcher durch die Verformung gemäß der Erfindung erzeugt wird, im Verhältnis zu der allgemeinen Umhüllung der unteren Fläche der unteren Brücke vorragt.
In gewissen Fällen kann man es wünschen, eine derartige vorragende Form zu vermeiden. Man kann auch, wie dies in der 8 dargestellt ist, vorsehen, dass die Abstützschale und der zugehörige Vorsprung in einer Rücksprungszone 42 der unteren Brücke 18 eingerichtet bzw. angeordnet sind. Man kann somit vorsehen, dass diese Rücksprungszone 42 durch eine Verformung (radial in Richtung zur Außenseite) der unteren Brücke 18 gebildet ist.
In dem dargestellten Beispiel weist diese Rücksprungszone 42 eine größere Tiefe (gemäß der radialen Richtung und in Bezug auf die allgemeine Umhüllung „E" der unteren Fläche 40 der Brücke 18) als die entsprechende Abmessung des Vorsprungs 38 entsprechend der Abstützschale 36 auf. Diese Rücksprungszone 42 kann zur gleichen Zeit wie die Abstützschale durch den gleichen Kaltverformungsvorgang gebildet werden. Sie kann nach der Abstützschale gebildet werden. Sie kann im Gegensatz dazu vor dem Verformungsschritt gebildet werden, welcher die Schale bildet, in welchem Fall sie in der Form einer Warmverformung realisiert werden kann, welche nicht die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung verändert.
In jedem Fall ist es wichtig, dass der Kaltverformungsvorgang, welcher es erlaubt, die Abstützschale zu bilden, parametriert ist, um eine lokale Erhöhung der Härte bzw. Festigkeit des Materials hervorzurufen. Diese Erhöhung der Härte ist das Resultat der Kaltverfestigung des Materials aufgrund der Kaltverformung. Sie geht im Allgemeinen auch mit einer Erhöhung der elastischen Beanspruchungsgrenze und der Bruchbeanspruchungsgrenze des Materials einher.
Diese lokalisierte Kaltverfestigung ist besonders vorteilhaft. Einerseits begrenzt man durch Erhöhen der Härte der Oberfläche, auf welcher sich die Mutter abstützt, das Risiko eines anschließenden Dichtstemmens dieser Oberfläche unter den zyklischen Kräften, welche durch die Speiche auferlegt werden. Andererseits wird sie, da diese Kaltverfestigung in einer Konzentrationszone von Beanspruchungen ausgeführt wird, einerseits ein Wiederverteilen der restlichen Beanspruchungen ermöglichen, und sie wird es durch die Veränderung der metallurgischen Struktur des Materials erlauben, dieses widerstandsfähiger gegenüber der Fortpflanzung von Verschiebungen in dem Material zu machen, welche im Allgemei nen der Ursprung von Brüchen von ermüdeten Teilen sind. Eine derartige Kaltverfestigung ist somit besonders vorteilhaft in dem Fall von Felgen mit doppelter Brücke, und sie kann es vermeiden, auf die Verwendung von Verstärkungsösen zurückzugreifen.

Claims

Felge für ein Zweiradrad aus einer Aluminiumlegierung, von der Art, welche ein Profil aufweist, das zwei seitliche Flanken (16) aufweist, welche transversal über zumindest eine untere Brücke (18) verbunden sind, und von der Art, bei welcher die untere Brücke (18) zumindest ein Speichungsloch (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge über einen Schritt einer Kaltverformung realisiert ist, durch welchen die untere Brücke (18) des Profils in der Umgebung des Speichungslochs (22) kalt verformt wird, um lokal die Härte der Aluminiumlegierung zu erhöhen.
Felge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge in einer oberen Oberfläche (26) der unteren Brücke (18) eine durch Verformung gebildete Abstützoberfläche (36) aufweist, in deren Mitte das Speichungsloch (22) lokalisiert ist.
Felge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützoberfläche (36) eine konkave Oberfläche aufweist.
Felge nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein reliefförmig durch Verformung gebildeter Vorsprung (38) auf der unteren Seite (40) der unteren Brücke (18) vorgesehen ist.
Felge nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch Verformung gebildete Rücksprungszone (42) vorgesehen ist, in welcher die untere Brücke (18) radial in Richtung zur Außenseite zurückgedrückt ist, wobei die Abstützoberfläche (36) in der Rücksprungszone (42) lokalisiert ist.
Felge nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (12) eine Felge mit doppelter Brücke ist, welche eine obere Brücke (20) und eine untere Brücke (18) aufweist.
Felge eines Zweiradrades aus einer Aluminiumlegierung, von der Art, welche ein Profil aufweist, das zwei seitliche Flanken (16) aufweist, welche transversal über zumindest eine untere Brücke (18) verbunden sind, und von der An, bei welcher die untere Brücke (18) ein Speichungsloch (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (12) in der Umgebung des Speichungslochs (22) eine Zone (36, 38) aufweist, in welcher die untere Brücke (18) des Profils verformt ist und in welcher die Aluminiumlegierung lokal eine erhöhte Härte aufweist.
Felge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verformte Zone auf einer oberen Seite (26) der unteren Brücke (18) eine Abstützoberfläche (36) bildet, in deren Mitte das Speichungsloch (22) lokalisiert ist.
Felge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützoberfläche (36) eine konkave Oberfläche aufweist.
Felge nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die verformte Zone einen reliefförmig gebildeten Vorsprung (38) auf der unteren Seite (40) der unteren Brücke (18) aufweist.
Felge nach einem der Ansprüche 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützoberfläche eine konvexe Oberfläche aufweist.
Felge nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Brücke (18) der Felge (12) eine Rücksprungszone (42) aufweist, in welcher die untere Brücke (18) radial in Richtung zur Außen seite zurückgedrückt ist, wobei die verformte Zone (36, 38) in der Rücksprungszone (42) lokalisiert ist.
Felge nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (12) eine Felge mit doppelter Brücke ist, welche eine obere Brücke (20) und eine untere Brücke (18) aufweist.
Rad eines Zweirads, aufweisend eine Nabe (11), eine Felge (12) und Speichen (14), welche zwischen der Nabe und der Felge gespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (10) eine Felge (12) gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 13 aufweist.