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Die Erfindung betrifft ein Fahrradrahmenelement und insbesondere einen gesamten Fahrradrahmen.
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Hochwertige Fahrradrahmen sind häufig aus Faserverbundwerkstoffen, wie Karbon, hergestellt. Dieses Material weist den Vorteil auf, dass es bei geringem Gewicht gute Materialeigenschaften aufweist, sodass aus Faserverbundwerkstoffen hochwertige leichte Fahrradrahmen hergestellt werden können. Faserverbundwerkstoffe weisen jedoch den Nachteil auf, dass diese nicht oder nur sehr schlecht recyclebar sind. Insbesondere verschlechtert sich die Qualität beim recyclen, sodass recycelte Faserverbundwerkstoffe zumindest nach einigen Zyklen nicht mehr für die Herstellung von hochwertigen Fahrradrahmen geeignet sind.
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Vollständig kreislauffähige Werkstoffe sind beispielsweise Metalle, die allerdings den Nachteil aufweisen, dass beispielsweise auch als Aluminium hergestellte Fahrradrahmen ein höheres Gewicht als aus Faserverbundwerkstoffen hergestellte Fahrradrahmen aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein Fahrradrahmenelement zu schaffen, das gut recyclebar ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Fahrradrahmenelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrradrahmenelement kann es sich um ein einzelnes Element eines Fahrradrahmens, wie ein Oberrohr, ein Unterrohr, eine Tretlageraufnahme, ein Sattelrohr, ein Steuerrohr, Kettenstreben, Sattelstreben oder dergleichen aber auch um eine Kombination mehrerer dieser Elemente handeln. So kann beispielsweise bei einem Rahmen für ein gefedertes Fahrrad ein gesamter Hinterbau aus einem erfindungsgemäßen Fahrradrahmenelement aufgebaut sein. Auch der gesamte Rahmen mit oder ohne Hinterbau, je nach Ausgestaltung des Fahrrads, kann als ein Fahrradrahmenelement hergestellt sein, sodass ggf. der gesamte Rahmen aus einem erfindungsgemäßen Fahrradrahmenelement hergestellt ist.
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Das erfindungsgemäße Fahrradrahmenelement weist eine skelettartige Trägerstruktur auf, die zumindest teilweise von einer Außenhaut überspannt ist. Erfindungsgemäß kann somit eine skelettartige Trägerstruktur genutzt werden, die derart aufgebaut sein kann, dass diese hinsichtlich der Topologie und der Mikrostruktur optimiert ist und somit eine optimale Materialausnutzung möglich ist. Auch ist hierdurch ein Leichtbau der skelettartigen Trägerstruktur möglich. Diese skelettartige Trägerstruktur kann hierbei eine offene Oberfläche aufweisen, da die Außenseite der Trägerstruktur erfindungsgemäß zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig von einer Außenhaut überspannt, bzw. überdeckt wird. Gegebenenfalls kann eine Überdeckung der Trägerstruktur beispielsweise nur in Bereichen erfolgen, in dem die Trägerstruktur selbst keine geschlossene Oberfläche aufweist. Bevorzugt ist es jedoch, dass die gesamte Trägerstruktur eine offene Struktur ist und insofern vollständig an der Außenseite von einer Außenhaut überspannt bzw. überdeckt ist.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Trägerstruktur eine Vielzahl miteinander verbundene Stegelemente aufweist, sodass insbesondere eine hochstabile leichte Trägerstruktur aufgebaut ist. Vorzugsweise sind die einzelnen Stegelemente an Knotenpunkten miteinander verbunden. Die Stegelemente können hierbei in bevorzugter Ausführungsform einen geringen Querschnitt von vorzugsweise weniger als 10mm2, insbesondere weniger als 5mm2 aufweisen. An den ggf. vorgesehenen Knotenpunkten bzw. Verbindungspunkten der Stegelemente sind die Querschnitte ggf. größer.
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Besonders bevorzugt ist es, dass aufgrund des erfindungsgemäßen Vorsehens einer Trägerstruktur diese aus kreislauffähigem Material hergestellt werden kann. Insbesondere kann Material verwendet werden, das vollständig kreislauffähig, d.h. auch nach einer Vielzahl von Recyclingzyklen wieder für die Herstellung von Trägerstrukturen für Fahrradrahmenelemente geeignet ist. Insbesondere ist es aufgrund der erfindungsgemäßen besonders bevorzugten Verwendung kreislauffähiger Materialien möglich hochwertige kostenintensive Materialien zu verwenden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von metallischen Materialien, wobei es besonders bevorzugt ist, dass die gesamte Trägerstruktur aus metallischem Material besteht. Insbesondere ist es möglich hochwertige metallische Materialien, wie Titan, einzusetzen.
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Des Weiteren ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, die skelettartige Trägerstruktur durch additive Verfahren, beispielsweise 3D-Druckverfahren herzustellen. Hierbei ist es möglich einzelne Elemente des Fahrradrahmens herzustellen, die sodann, beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben, miteinander verbunden werden, oder auch den gesamten Fahrradrahmen als einstückiges Element in einem additiven Verfahren herzustellen.
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Da die skelettartige Trägerstruktur in bevorzugter Ausführungsform aus kreislauffähigem Material, insbesondere Metall hergestellt ist, ist es möglich, das Material vollständig wieder zu verwenden. Beispielsweise kann das Material wieder pulverisiert werden, um erneut zur Herstellung einer skelettartigen Trägerstruktur mit Hilfe additiver Verfahren verwendet werden zu können.
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Die Außenhaut überspannt die Trägerstruktur zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig. Bei der Außenhaut kann es sich beispielsweise um eine dünne Kunststofffolie oder dergleichen handeln, sodass eine glatte Außenoberfläche hergestellt werden kann. Die Außenoberfläche kann sodann beispielsweise durch Farbauftrag gestaltet werden. Auch kann die Außenhaut aus einem Material bestehen, das beispielsweise bereits eingefärbt ist und somit unmittelbar eine entsprechende designerische Gestaltung der Außenschicht realisiert ist.
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Besonders bevorzug ist es, dass die Außenhaut aus insbesondere vollständig kreislauffähigem Material hergestellt ist. Vorzugsweise ist die Außenhaut aus kreislauffähigem Kunststoffmaterial hergestellt, wobei es besonders bevorzugt ist, dass ein einziger, insbesondere sortenreiner Kunststoff verwendet wird. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von sortenreinem Thermoplast, wie insbesondere thermoplastisches Polyurethan (TPU).
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Ebenso ist es möglich, dass die Außenhaut zumindest teilweise, insbesondere vollständig aus biologisch abbaubarem Material hergestellt ist, insbesondere ausschließlich biologisch abbaubares Material aufweist.
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Die erfindungsgemäße Herstellung eines Fahrradrahmenelements kann somit derart erfolgen, dass zunächst eine Trägerstruktur hergestellt wird. Diese wird in bevorzugter Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, mit Hilfe additiver Verfahren hergestellt, wobei insbesondere hochwertige Materialien, wie hochwertige Metalle verwendet werden. Im nächsten Schritt erfolgt eine Überspannung bzw. ein Überdecken der Außenseite der Trägerstruktur mit einer Außenhaut, wobei vorzugsweise die gesamte Außenseite der Trägerstruktur mit der Außenhaut überspannt wird, sodass eine geschlossene äußere Oberfläche entsteht. Hierbei werden insbesondere die vorstehend beschriebenen Materialien zur Herstellung der Außenhaut verwendet. Anschließend kann beispielsweise ein Farbauftrag oder dergleichen auf der Außenseite der Außenhaut erfolgen.
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Die Außenhaut weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 3mm, insbesondere weniger als 2mm auf. Gegebenenfalls kann die Außenhaut in besonders belasteten Bereichen eine größere Dicke aufweisen.
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Sofern es sich bei der Trägerstruktur nur um einen Teil eines gesamten Fahrradrahmens handelt, kann insbesondere vor dem Überziehen der Trägerstruktur mit einer Außenhaut ein Verbinden der einzelnen Elemente erfolgen. Das Verbinden kann beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben erfolgen.
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Sollte beispielsweise die Außenhaut beschädigt sein, ist es möglich die Trägerstruktur vollständig oder teilweise von der Außenhaut zu befreien. Dies ist beispielsweise beim Verwenden von einer Außenhaut aus Kunststoffmaterial durch Aufschmelzen möglich. Aufgrund der relativ geringen Temperaturen erfolgt hierbei kein Beschädigen der insbesondere aus einem Metall hergestellten Trägerstruktur. Es ist sodann möglich die teilweise oder vollständig abgetragene, insbesondere aufgeschmolzene Außenhaut durch eine neue Außenhaut zu ersetzen. Hierdurch können auf einfache Weise beschädigte Stellen repariert werden. Auch ist es möglich beispielsweise die gesamte Außenhaut zu entfernen und eine neue Außenhaut aufzubringen, sodass auf einfache Weise das Rahmendesign geändert werden kann, wobei die skelettartigen Trägerstrukturen beibehalten und nicht ersetzt werden müssen. Anstelle des Aufschmelzens durch eine Außenhaut könnte diese auch mechanisch beispielsweise durch Abschleifen oder dergleichen entfernt werden.
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Sollte auch die Trägerstruktur beispielsweise beschädigt sein oder aus einem anderen Grund nicht wiederverwendet werden können, ist es möglich die Trägerstruktur zu recyclen, indem das Material beispielsweise wieder pulverisiert wird und das entsprechende Pulver in additiven Verfahren zur Herstellung einer neuen Trägerstruktur wiederverwendet werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt eines Fahrradrahmens der als skelettartiges Trägerstruktur ausgebildet ist und
- 2 einen schematischen Querschnitt eines Fahrradrahmens mit skelettartiger Trägerstruktur und schematisch dargestellter Außenhaut.
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In der dargestellten 1 ist ein Teil eines Fahrradrahmens dargestellt, wobei es sich um Teile eines Unterrohrs 10 und eines Sattelrohrs 12 handelt. Diese sind über ein teilweise dargestelltes Tretlageraufnahmeelement 14 miteinander verbunden. Ferner sind mit dem Tretlageraufnahmeelement 14 ebenfalls als Trägerstruktur ausgebildete Kettenstreben 16 teilweise dargestellt.
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Die Trägerstruktur ist aus einer Vielzahl von Stegelementen 18 aufgebaut. Die Stegelemente 18 sind über Knotenpunkte 20 miteinander verbunden.
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Die Ausgestaltung und Anordnung der einzelnen Stegelemente 18 und Knotenpunkte 20 ist beispielsweise über eine FEM-Simulation berechnet, sodass eine auf die auftretende Belastung bezogene optimierte Struktur realisiert ist. So kann die Dicke und/oder die Länge der einzelnen Stegelemente 18 je nach Belastungsart unterschiedlich ausgestaltet sein, sodass beispielsweise in Bereichen höherer Belastung, wie beispielsweise im Übergangsbereich zwischen dem Unterrohr und dem Tretlageraufnahmeelement 14 eine dichtere Struktur realisiert ist, als in anderen Bereichen.
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Die entsprechende Struktur ist vorzugsweise nicht nur derart ausgebildet, dass sie an einer Außenseite 26 eine insbesondere rohrförmige Außenfläche ausbildet, sondern auch im Inneren dieser rohrförmigen Struktur Stegelemente angeordnet sind. Dies ist insbesondere aus dem im Schnitt dargestellten Bereich 22 des Unterrohrs, sowie dem Bereich 24 des Sattelrohrs ersichtlich.
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Die Außenseite 26 des in der 1 dargestellten Trägerstrukturelements kann mit einer Außenhaut überspannt werden. Diese ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht dargestellt damit die skelettartige Innenstruktur des Trägerelements sichtbar ist.
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Aus der schematischen Darstellung in 2 sind wiederum Stegelemente 18 sichtbar, die an Knotenpunkten 20 miteinander verbunden sind. In diesem Bereich des Fahrradrahmens sind im dargestellten Ausführungsbeispiel keine innerhalb der Struktur angeordneten Stege vorhanden, wobei dies selbstverständlich zusätzlich entsprechend der in 1 dargestellten Ausführungsform möglich ist.
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In 2 ist zusätzlich eine Außenhaut 30 schematisch dargestellt, wobei diese zur Verdeutlichung der innerhalb der Außenhaut 30 angeordneten Trägerstruktur transparent dargestellt ist.
