DE202022102923U1 - Hauptrahmen, Vorderradgabel sowie diese umfassender Fahrradrahmen - Google Patents

Hauptrahmen, Vorderradgabel sowie diese umfassender Fahrradrahmen Download PDF

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Abstract

Hauptrahmen (1) für ein Fahrrad mit Sattel sowie mit einem Vorderrad und einem Hinterrad, welche in einer Spur angeordnet sind, hergestellt in einem geschlossenen Formungswerkzeug aus einem thermoplastischen Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass er als einstückiger Hohlkörper (2) mit einer dessen Hohlraum umschließenden Rahmenwand (3) ausgestaltet ist, und dass die Rahmenwand (3) des Hohlkörpers (2) eine Einstückigkeit aufweist, die mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fahrradrahmen für ein Fahrrad mit Sattel sowie mit einem Vorderrad und einem Hinterrad, welche in einer Spur angeordnet sind, und betrifft dessen Hauptbestandteile, nämlich einen Hauptrahmen und eine Vorderradgabel.
  • Die Erfindung betrifft einerseits einen Hauptrahmen, der in einem geschlossenen Formungswerkzeug aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist. Sie betrifft außerdem eine Vorderradgabel, die in einem geschlossenen Formungswerkzeug aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Hauptrahmen für ein Fahrrad mit Sattel sowie mit einem Vorderrad und einem Hinterrad, die in einer Spur angeordnet sind, hergestellt aus einem thermoplastischen Kunststoff, wobei ein Hauptträger und ein einseitiger Hinterradträger einstückig umfasst sind, wobei der Hinterradträger als Hohlkörper ausgestaltet ist, mit der Maßgabe, dass der Hinterradträger ein kapselndes Gehäuse für ein Antriebsmittel bildet, und dass der Hinterradträger mit einer Hinterradaufnahme versehen ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorderradgabel für ein Fahrrad, welches einen Sattel aufweist, und welches mit einem Vorderrad und einem Hinterrad versehen ist, welche einspurig angeordnet sind, einstückig gestaltet aus einem thermoplastischen Kunststoff, umfassend entweder ein einseitig vorgesehenes Gabelbein mit einem oberen Ende und einem unteren Ende oder zwei solche Gabelbeine symmetrisch angeordnet, wobei an dem unteren Ende des Gabelbeins beziehungsweise den unteren Enden der beiden Gabelbeine je eine Aufnahmeöffnung vorgesehen ist, und wobei die Aufnahmeöffnung zur Halterung einer Vorderachse hergerichtet ist.
  • Im Vergleich zu Stahl und Aluminium weist thermoplastischer Kunststoff als Material für einen Fahrradrahmen eine geringere Festigkeit auf. Der Elastizitätsmodul ist geringer als jener von Stahl und Aluminium. Ebenso ist die Formsteifigkeit von Kunststoff niedriger. Dies muss bei der Konstruktion eines Hauptrahmens und einer Vorderradgabel aus Kunststoff berücksichtigt werden, wie aus der DE 38 04 342 C2 bekannt ist.
  • Dieser Stand der Technik schlägt bereits einen Fahrradrahmen aus einem thermoplastischen Kunststoff vor, der einen Hauptrahmen und eine Vorderradgabel umfasst, welche im Druckgussverfahren hergestellt sind, sogenannter Thermoplastdruckguss. Der bekannte druckgegossene Hauptrahmen umfasst einen Hinterradträger mit einer verstärkenden Verrippung und die Vorderradgabel ist mit Längsrippen verstärkt. Mittels dieser verstärkenden Gestaltung soll bei diesem Stand der Technik die geringere Festigkeit des Kunststoffs kompensiert werden.
  • Die Gestaltung des Hauptrahmens mit Verrippung sowie der Vorderradgabel mit Längsrippen erscheint komplex und die erzielbaren Festigkeitseigenschaften unbefriedigend.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Fahrradrahmen so weiterzubilden, respektive dem Hauptrahmen und/oder der Vorderradgabel eine solche räumlich-körperlich vereinfachte Gestaltung zu verleihen, welche diejenige Festigkeit und Haltbarkeit bereitstellen kann, die für einen Fahrradrahmen und die genannten Hauptbestandteile gefordert ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 durch einen Hauptrahmen gelöst, der als einstückiger Hohlkörper mit einer den Hohlraum umschließenden Rahmenwand ausgestaltet ist, wobei die Rahmenwand des Hohlkörpers eine Einstückigkeit aufweist, die mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist.
  • Für die Rotationsformung wird das thermoplastische Kunststoffmaterial in Form von Pulver in das Rotationsformungswerkzeug gefüllt, welches für den Formungsvorgang rundum geschlossen ist. Das Rotationsformungswerkzeug weist eine Innenwand auf, die ein Negativ der zu formenden Gestalt bildet. Zweckmäßig ist das Rotationsformungswerkzeug als Dauerform ausgebildet, welche üblich aus Metall besteht, vorzugsweise Aluminium. Für den Formungsvorgang ist das Rotationsformungswerkzeug um wenigstens eine Achse rotierbar und wird dabei von außen beheizt. Das Kunststoffpulver schmilzt darin und kann in einem zähflüssigen Zustand als Schmelze über die Innenwand verteilt werden. Schließlich erstarrt die Schmelze an der Innenwand des Rotationsformungswerkzeug und kann anschließend nach Öffnen des Rotationsformungswerkzeugs als fertiger Hohlkörper entnommen werden.
  • Der Hauptrahmen für ein einspuriges Fahrrad erfordert eine formgenaue Gestalt. Der Erfinder hat herausgefunden, dass es für einen Hauptrahmen eines Fahrrades von Vorteil ist, wenn sich Kunststoffmaterial, das sich während des Erstarrens bereits im Werkzeug ausdehnt, frei nach innen in das hohle Rotationsformungswerkzeug ausdehnen kann. Auf diese Weise kann ein spannungsarm geformter Hauptrahmen bereitgestellt werden, der die für ein einspuriges Fahrrad benötigte Formgenauigkeit aufweist und weniger verzieht als ein druckgegossener Hauptrahmen, der sich in einem Druckgusswerkzeug keinesfalls ausdehnen kann und Spannungen aufbaut, die zu Verzug führen. Darüber hinaus ist der rotationsgeformte Hauptrahmen aufgrund seiner Einstückigkeit nahtlos, was die Festigkeit begünstigt.
  • Vorteilhaft weist der Hohlkörper Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand auf. Auf diese Weise kann der Hauptrahmen ohne innere Verrippung so hergerichtet werden, dass im Fahrbetrieb besonders beanspruchte Stellen der Rahmenwand des Hauptrahmens durch mehr Material verstärkt werden können, um Rissen und Brüchen an diesen Stellen entgegenzuwirken.
  • Zweckmäßig sind die Bereiche unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand erzeugt durch eine bereichsweise unterschiedliche Wärmezufuhr von außen in das Rotationsformungswerkzeug. An stärker beheizten Bereichen schmilzt das Pulver rascher und im Laufe des Prozesses kann eine größeren Wandstärke aufgebaut werden, um die erforderliche Festigkeit bereitzustellen. Überraschend stellte sich heraus, dass auch für einen Hauptrahmen mit unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand eine Spannungsarmut möglich ist, welche die benötigte Formgenauigkeit bereitstellen kann.
  • Mit dem Rotationsformungswerkzeug ist es auch möglich, im Formungsprozess separate Bauelemente zu integrieren, die sich im Formungsprozess adhäsiv und/oder formschlüssig mit dem Hohlkörper verbinden. Dies können metallische Bauteile sein, beispielsweise Stäbe, Schrauben, Ringe oder Rohre, welche den Hauptrahmen ergänzen und verstärken können.
  • Nutbringend ist es, wenn der thermoplastische Kunststoff der Rahmenwand ausgewählt ist aus einem der folgenden Kunststoffe: Polypropylen (PP), bevorzugt Polyethylen (PE), besonders bevorzugt Hart-Polyethylen, engl. High-Density-Polyethylen (HDPE). Für die genannten Sorten existieren bereits wirtschaftliche Kreisläufe, welche diese Kunststoffe recyclen und in einer zur Wiederverwendung aufbereiteten Form zur Verfügung stellen können. Zu dem Zweck werden sie beispielsweise im Meer und in der Landwirtschaft gesammelt. Sie kommen in Fischernetzen, Schleppnetzten, Netzen für Aquakulturen oder als Netzwickel zum Binden von Strohballen vor, außerdem als Baugerüstschutznetze zum Schutz von Verkehrsteilnehmern. Die Rückgewinnung solcher Sorten unmittelbar aus Alltagsprodukten, die zurück in den Kreislauf geführt werden, ohne vorher die Umwelt zu verschmutzen wird im Fall des vorgeschlagenen Fahrradrahmens und dessen Hauptbestandteilen sehr begünstigt.
  • Der Wiederverwendung sehr zuträglich ist es, wenn der thermoplastische Kunststoff faserfrei ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann darunter auch ein thermoplastischer Kunststoff fallen, wenn er ausreichen faserarm ist, um so aufgearbeitet zu werden, dass er sich für eine Rotationsformung eignet.
  • Darüber hinaus löst ein Hauptrahmen, wenn er ein kapselndes Gehäuse für ein Antriebsmittel umfasst, wie in Anspruch 6 definiert, die zugrundeliegende Aufgabe ebenfalls, wenn der Hauptträger insgesamt mit gegenüberliegenden Rahmenwänden hohl ausgestaltet ist und einstückig mit dem Hinterradträger ausgeführt ist. Gegenüber dem aus DE 38 04 342 C2 bekannten Hauptrahmen, verzichtet der vorgeschlagene Hauptträger auf eine Verrippung und ist stattdessen insgesamt als Hohlkörper mit einander gegenüberliegenden Rahmenwänden ausgeführt. Diese Gestaltung ist mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren zu erzielen. Dazu zählen Verfahren der Urformung mittels eines formgebenden Werkzeugs oder beispielsweise ein 3D-Druckverfahren, welches thermoplastischen Kunststoff ebenfalls verarbeiten kann. Die Gestaltung des Hauptträgers insgesamt als Hohlkörper und einstückig mit einem hohlen Hinterradträger wird als Erfindung angesehen.
  • Vorteilhaft ist die Hinterradaufnahme in Form zweier koaxialer Lageröffnungen ausgebildet, wobei die koaxialen Lageröffnungen in den gegenüberliegenden Rahmenwänden des Hinterradträgers angeordnet sind. Eine Lageröffnung des Hinterradträgers befindet sich auf der in Fahrtrichtung linken Seite des Hauptrahmens, dort wo im fahrbereiten Zustand des Fahrrades das Hinterrad angeordnet ist. Diese Seite des Hinterradträgers soll als Radseite und die gegenüberliegende Seite des Hinterradträgers als Antriebsseite bezeichnet werden. Die Lageröffnungen sind zweckmäßig dafür hergerichtet, eine Wellenlagerung für eine Hinterradwelle aufzunehmen. Die auf der Radseite und/oder die auf der Antriebsseite vorgesehene Lageröffnung ist zweckmäßig hohlzylindrisch gestaltet und weist in axialer Richtung eine Anschlagfläche für ein Lagerelement auf. Der Durchmesser der hohlzylindrischen Lageröffnung liegt vorzugsweise im Bereich von 40 mm bis 130 mm. Zweckmäßig ist der Durchmesser der hohlzylindrischen Lageröffnung auf der Radseite größer als auf der Antriebsseite des Hinterradträgers.
  • Als besonders nutzbringend wird es auch Hauptrahmen mit kapselndem Gehäuse für ein Antriebsmittel angesehen, wenn die Rahmenwand des Hohlkörpers eine Einstückigkeit aufweist, die mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist, wie oben beschrieben.
  • Des Weiteren kann auch dieser Hohlkörper Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand aufweisen. Dies lässt sich durch eine Rotationsformung oder beispielsweise mittels 3D-Druck erzielen.
  • Wie oben beschrieben können auch hierfür thermoplastische Kunststoffe ausgewählt werden, wie Polypropylen (PP), bevorzugt Polyethylen (PE), besonders bevorzugt Hart-Polyethylen (HDPE); für die Sorten existieren bereits wirtschaftliche Kreisläufe, welche diese Kunststoffe recyclen und in einer zur Wiederverwendung aufbereiteten Form zur Verfügung stellen können, die sich für Rotationsformung oder 3D-Druck eignen können. Zuträglich ist es auch hierfür, wenn der thermoplastische Kunststoff, wie oben erwähnt, faserfrei ist, wobei im Sinne der vorliegenden Erfindung darunter auch ein faserarmer Kunststoff verstanden wird, wenn er aufgearbeitet werden kann und sich für eine Rotationsformung oder 3D-Druck eignet.
  • Sofern eine Rotationsformung vorgesehen ist, können die Bereiche unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand wiederum erzeugt sein durch eine bereichsweise unterschiedliche Wärmezufuhr von außen in das Rotationsformungswerkzeug, wie oben beschrieben.
  • Vorteilhaft sind gegenüberliegende Wandbereiche des Hauptträgers mit koaxialen Lageröffnungen versehen, welche der Aufnahme eines Tretantriebs dienen.
  • Zweckmäßig dient eine der Lageröffnungen für den Tretantrieb in integraler Weise als Serviceöffnung für den Hinterradträger, der als kapselndes Gehäuse für ein Antriebsmittel ausgebildet ist.
  • Ein weiterer Nutzen kann darin bestehen, den Hauptträger als eine trapezförmige Struktur auszubilden, die ein Oberrohrelement, ein Unterrohrelement, ein Sattelrohrelement und ein Steuerrohrelement umfasst. Da der Hauptträger insgesamt hohl ist, bilden alle erwähnten Rohrelemente der trapezförmigen Struktur, hohle Bereiche des Hauptträger aus.
  • Ein weitere Verbesserung sieht vor, dass die trapezförmige Struktur ein versteifendes Brückenelement aufweist, das zwischen dem Oberrohrelement und dem Unterrohrelement angeordnet ist.
  • Das Sattelrohrelement kann einen oberen Sattelrohrfortsatz aufweisen, der über das Oberrohrelement hinausragt.
  • Der Hinterradträger weist eine dreieckige Struktur auf. Zu dieser Struktur zählt das schon erwähnte Sattelrohrelement sowie eine oberes Trägerelement und ein unteres Trägerelement. Das Sattelrohrelement ist daher ein integraler Bestandteil sowohl des Hauptträgers, als auch des Hinterradträgers, es bildet quasi eine Schnittstelle zwischen Hauptträger und Hinterradträger.
  • Auch bei dieser Ausführung des Hauptrahmens wird die in Fahrtrichtung linke Seite des Hauptrahmens als Radseite bezeichnet und die rechte Seite als Antriebsseite, was sich auch auf den Hinterradträger bezieht. An diesem ist das Hinterrad im fahrbereiten Zustand eines fertigen Fahrrades auf der Radseite einseitig gelagert angeordnet.
  • Wenn das untere Trägerelement des Hinterradträgers als Gehäuse für ein Antriebsmittel ausgestaltet ist, dann Trifft es an einem vorderen Ende des unteren Trägerelements mit dem Sattelrohrelement zusammen. Dieser Bereich ist dafür hergerichtet, einen schon erwähnten Tretantrieb aufzunehmen. Dort ist Raum für ein Tretlager oder für ein Tretlagergetriebe oder für einen Tretlagerantrieb, zu dem ein Elektromotor gehören kann.
  • Zusätzlich kann ein versteifendes Brückenelement vorgesehen sein, das sich vom Oberrohrelement zum Sattelrohrfortsatz erstreckt. Das Brückenelement verstärkt den Hauptrahmen. Der Sattelrohrfortsatz wird gestützt. Darüber hinaus kann das Brückenelement als Designelement dienen, sowie auch eine Funktion als Griffelement erfüllen, um ein Fahrrad bei Bedarf hochzuheben und einfach tragen zu können.
  • Der Hauptrahmen weist zweckmäßig ein Hüllvolumen aufweist, das in einem Bereich von 18 bis 22 Liter liegt, bevorzugt im Bereich von 19 Liter bis 21 Liter und besonders bevorzugt im Bereich von 20 Liter bis 20,5 Liter.
  • Als Hüllvolumen des Hauptrahmens im Sinne der Erfindung wird das Volumen der äußeren Oberfläche des Hauptrahmens verstanden, mit der Maßgabe, dass alle vorhandenen Öffnungen als geschlossene Oberflächenbereiche interpretiert und der äußeren Oberfläche zugerechnet werden. D. h. insbesondere Öffnungen der Hinterradaufnahme, Öffnungen im Bereich der Tretantriebaufnahme und im Bereich des Steuerrohrelements und des Sattelrohrelements zählen zur äußeren Oberfläche, die das Hüllvolumen definiert.
  • Außerdem ist für sich genommen oder in Kombination mit dem genannten Hüllvolumen vorteilhaft, wenn der Hauptrahmen ein Gewicht im Bereich von 3,5 kg bis 5,5 kg, bevorzugt im Bereich von 4,0 kg bis 5,0 kg und besonders bevorzugt im Bereich von 4,5 kg bis 4,9 kg aufweist.
  • Zweckmäßig weist der Hauptrahmen bezogen auf sein Hüllvolumen ein spezifisches Gewicht im Bereich von 0,16 kg/Liter bis 0,32 kg/Liter aufweist.
  • Die für den Hauptrahmen vorgeschlagenen Kunststoffe, beispielsweise Polyethylen (PE oder HDPE) weisen eine relativ niedrige Festigkeit, Härte und Steifigkeit auf. Für andere technische Produkte werden solche Polyethylene häufig durch verstärkende Füllstoffe, wie Fasern, verstärkt. Die vorliegende Erfindung verzichtet aus Gründen der Recycelfähigkeit auf Faserverstärkung und wählt sortenreinen Kunststoff. Zur Bereitstellung der Festigkeit für einen Fahrradrahmen ist die Lösung ein als voluminöser Hohlkörper ausgestalteter Hauptrahmen. Sein Volumen ist im Vergleich zu bekannten Fahrradrahmen aus Stahl oder Aluminium deutlich größer und auch größer als das Volumen eines Fahrradrahmen/Hauptrahmen, der aus einem faserverstärkten Kunststoff Wenn die Festigkeit weiter erhöht werden soll kann das innere Volumen des Hohlkörpers zumindest teilweise mit einem Schaumstoff versehen sein.
  • Zweckmäßig ist der Schaumstoff durch Schäumen im inneren Volumen des Hohlkörpers hergestellt.
  • Zweckmäßig ist der Hauptrahmen so hergerichtet ist, dass er nach einer Stoßprüfung mit einer fallenden Masse von 22,5 kg aus einer Fallhöhe von 180 mm gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.1 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.2 keine Risse oder Brüche aufweist.
  • Der Hauptrahmen ist zweckmäßig so hergerichtet, dass er nach einer dynamischen Prüfung mit pedalierenden Kräften F1 von 1000 N gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.3 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.4 nach einer erforderlichen Anzahl von 100.000 Testzyklen keine Risse oder Brüche aufweist.
  • Der Hauptrahmen kann darüber hinaus so hergerichtet sein, dass er mit einer montierten Ersatz-Gabel nach einer dynamischen Prüfung mit einer horizontalen Kraft F2 von 450 N in Fahrtrichtung und einer horizontalen Kraft F3 von 450 N gegen die Fahrtrichtung gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.4 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.5 nach einer erforderlichen Anzahl von 100.000 Testzyklen keine Risse oder Brüche aufweist.
  • Außerdem kann der Hauptrahmen so hergerichtet sein, dass er nach einer dynamischen Prüfung mit einer vertikalen Kraft F4 von 1000 N gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.5 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.6 nach einer erforderlichen Anzahl von 50.000 Testzyklen keine Risse oder Brüche aufweist.
  • Besonders hilfreich ist es, wenn der Hauptrahmen mit einem Datenspeicherelement versehen ist, vorzugsweise mit einem RFID Speicherelement, um vorzugsweise Materialinformationen und/oder Daten betreffend die Produktion des für den Hauptrahmen abzuspeichern, insbesondere über das verwendete Kunststoffmaterial. Wenn ein Fahrrad am Ende seiner Lebensdauer zurückkehrt in den wirtschaftlichen Kreislauf, können gespeicherte Informationen helfen, den Kunststoff als sortenreinen Rohstoff aufzuarbeiten und wiederzuverwenden.
  • Jeder Hauptrahmen kann dafür hergerichtet sein, ein Hinterrad mittels eines Antriebsmittel zu betreiben, das als Zugmittel mit einem Zugtrum und einem Leertrum ausgestaltet ist, beispielsweise eine Fahrradkette oder ein Zahnriemen. Für den Fall, dass ein solches Antriebsmittel eine gewisse Spannung in Zugtrum und/oder Leertrum erfordert, ist der Hauptrahmen mit einem Mittel versehen, das der Bereitstellung einer Spannung dient. Das Mittel kann ein Spannelement sein oder lediglich eine Vorkehrung am Hauptrahmen, die zur Befestigung eines Spannelements dient.
  • Zur Lösung der Aufgabe dient des Weiteren eine Vorderradgabel, wenn sie als ein Gabelhohlkörper mit einer Gabelwand ausgebildet ist, wobei die Gabelwand des Gabelhohlkörpers eine Einstückigkeit aufweist, die mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist.
  • Zweckmäßig ist die Vorderradgabel so gestaltet, dass der Gabelhohlkörper Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand aufweist.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, wenn an der Vorderradgabel die Bereiche unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand erzeugt sind durch eine bereichsweise unterschiedliche Wärmezufuhr von außen in das Rotationsformungswerkzeug.
  • Die Vorteile der unterschiedlichen Wandstärke der Gabelwand sowie der Erzeugung durch gezielte Wärmezufuhr entsprechen im Prinzip den oben beschriebenen Vorteilen des rotationsgeformten Hauptrahmens, wenn dieser unterschiedliche Wandstärken der Rahmenwände aufweist; auf diese Vorteile wird hier verwiesen, sie gelten für die Vorderradgabel gleichermaßen.
  • Darüber hinaus löst eine Vorderradgabel, wenn sie entweder ein einseitig vorgesehenes Gabelbein aufweist oder zwei solche symmetrisch angeordneten Gabelbeine aufweist, die Aufgabe dadurch, dass an dem oberen Ende des Gabelbeins ein Gabelbrückenbereich ausgebildet ist, an dem einseitig ein Gabelarm ansetzt, der nach oben gerichtet ist, oder zwei symmetrisch angeordnete Gabelarm ansetzen, die nach oben gerichtet sind.
  • In der Mitte der Gabelbrücke ist zweckmäßig ein Gabelschaft vorgesehen, der als ein Metallrohr drehfest mit dem Gabelbrückenbereich verbindbar und austauschbar sein kann. Alternativ kann der Gabelschaft in ein Rotationsformungswerkzeug eingelegt werden, um sich mit dem Gabelhohlkörper zu verbinden als integraler Bestandteil der Vorderradgabel.
  • Hilfreich ist, wenn der Gabelarme ein oberes Ende aufweist, wobei das obere Ende des Gabelarms mit einem Lenkerelement verbunden ist.
  • Zweckmäßig ist das Lenkerelement einstückig als Teil des Gabelhohlkörpers ausgebildet.
  • Das Lenkerelement kann darüber hinaus in der Mitte geteilt sein und eine linke Lenkerhälfte und eine rechte Lenkerhälfte aufweisen, die jeweils mit dem entsprechenden linken beziehungsweise rechten Gabelarm verbunden ist. Die Teilung des Lenkerelements vereinfacht die Montage der Vorderradgabel. Die Gabelarme sind dafür vorteilhaft so gestaltet, dass sie elastisch auseinanderspreizbar sind. So lassen sich die Lenkerhälften ausreichend weit auseinander bewegen, um die Vorderradgabel, respektive deren Gabelschaft, in ein Steuerlager eines Fahrradrahmens einfügen zu können. Anschließend federn die Gabelarme zurück und werden fixiert.
  • Zur Fixierung ist zweckmäßig ein Verbindungssystem vorgesehen. Vorteilhaft sind die Lenkerhälften als Teil des Verbindungssystems ausgestaltet. Zu diesem Zweck können die Lenkerhälften jeweils mit einem nach oben und einem nach unten weisenden Konusstück versehen sein. Die beiden Konusstücke, die einer Lenkerhälfte zugehören, sind zweckmäßig mit dieser Lenkerhälfte einstückig ausgebildet. Wenn die Konusstücke beider Lenkerhälften gegeneinander gefügt werden, bilden sie zweckmäßig ein Doppelkonuselement. Das Doppelkonuselement ist somit in einer vertikalen Ebene geteilt und umfasst jeder Lenkerhälfte zugeordnet je eine Doppelkonusseite. Die Doppelkonusseiten sind günstig einstückiger Bestandteil des Gabelhohlkörpers.
  • Außerdem ist nützlich, wenn ein unteres topfförmiges Klemmelement vorgesehen ist. Zweckmäßig ist es an dem Gabelschaft angeordnet weist eine Innenfläche aufweist, die konusförmig ist. Die Innenfläche ist zweckmäßig dafür hergerichtet, sich an die nach unten weisenden Konusstücke der beiden Lenkerhälften anzuschmiegen, wenn die Lenkerhälften in der Mitte zusammengefügt sind und das beschriebene Doppelkonuselement bilden.
  • In gleicher Weise kann ein deckelförmiges oberes Klemmelement vorgesehen sein. Vorteilhaft kann dieses das freie Ende des Gabelschaftes verschließen. Einfacherweise ist es ebenfalls mit einer konusförmigen Innenfläche versehen. Diese Innenfläche ist zweckmäßig dafür hergerichtet, sich an die nach oben weisenden Konusstücke der beiden Lenkerhälften anzuschmiegen, wenn die Lenkerhälften in der Mitte zusammengefügt sind.
  • Das obere Klemmelement kann des Weiteren mit einer Durchgangsöffnung für eine Einstellschraube versehen sein, die in den Gabelschaft hineinragen kann und in einem Mutterelement einschraubbar ist, wie bei einem Ahead-Steuersatz üblich.
  • Mittels der Einstellschraube sind einerseits die Lenkerhälften exakt fixiert und gleichzeitig sind sie mit dem Gabelschaft verbunden. Darüber hinaus ist mittels der Einstellschraube ein axiales Spiel eines Steuerlagers einstellbar.
  • Das vorgeschlagene Verbindungssystem ist daher so hergerichtet, dass es mit einer einzigen Einstellschraube sowohl die Verbindung der beiden Lenkerhälften als auch deren Befestigung mit dem Gabelschaft bewirken kann. Darüber hinaus ist nützlich, wenn die zur Halterung einer Vorderachse vorgesehene Aufnahmeöffnung des Gabelbeins ein nach unten offenes Ausfallende ausbildet, in das die Vorderachse seitwärts einfügbar ist.
  • Zweckmäßig ist ein Verschlusselement vorgesehen, mit welchem das nach unten offene Ausfallende schließbar ist.
  • Das Verschlusselement kann ein vom Gabelhohlkörper separates Bauelement sein. Daher besteht die Möglichkeit, für das Verschlusselement ein anderes Kunststoffmaterial zu verwenden sowie ein anderes Herstellverfahren als für den Gabelhohlkörper.
  • Vorzugsweise ist wenigstens ein Verbindungsmittel vorgesehen, welches zur Befestigung des Verschlusselements an dem Gabelbein dient, so dass eine Fixierung der Vorderachse bewirkbar ist. Die Fixierung kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Einfacherweise haben das Ausfallende und das Verschlusselement die Form von halbzylindrischen Schalen, zwischen denen ein Klemmschlitz verbleibt. Das Verschlusselement kann dann mit Schrauben als Verbindungsmittel am Ausfallende befestigbar sein. Dafür ist der Bereich des Ausfallendes an dem Gabelhohlkörper zweckmäßig mit wenigstens einem Gewindeeinsatz versehen, vorzugsweise zwei Gewindeeinsätze. Passend dazu ist das Verschlusselement mit wenigstens einer Durchstecköffnung für eine Schraube versehen, beziehungsweise zwei Durchstecköffnungen. Auf diese Weise ist eine Aufnahmeöffnung geschaffen, mit der eine Klemmwirkung erzeugbar ist, um ein Achselement zu fixieren.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Vorderradgabel ein Hüllvolumen aufweist, das im Bereich von 3,5 Liter bis 6,5 Liter liegt, bevorzugt im Bereich von 4,5 Liter bis 5,5 Liter und besonders bevorzugt im Bereich von 4,7 Liter bis 5,3 Liter liegt.
  • Als Hüllvolumen der Vorderradgabel wird im Sinne der Erfindung das Volumen der äußeren Oberfläche des Vorderradgabel verstanden, mit der Maßgabe, dass alle vorhandenen Öffnungen, ebenso wie bei der Definition des Hüllvolumens des Hauptrahmens, als geschlossene Oberflächenbereiche interpretiert und der äußeren Oberfläche der Vorderradgabel zugerechnet werden.
  • Außerdem ist für sich genommen oder in Kombination mit dem genannten Hüllvolumen vorteilhaft, wenn die Vorderradgabel ein Gewicht im Bereich von 1,9 kg bis 3,7 kg, bevorzugt von 2,4 kg bis 3,2 kg und besonders bevorzugt von 2,7 kg bis 2,9 kg aufweist.
  • Günstigerweise weist die Vorderradgabel bezogen auf ihr Hüllvolumen ein spezifisches Gewicht von 0,29 kg/Liter bis 1 kg/Liter auf.
  • Ein weiterer Nutzen wird auch für diese Vorderradgabel darin gesehen, wenn die Einstückigkeit des Gabelhohlkörpers mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist.
  • Der Gabelhohlkörper kann Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand aufweisen.
  • Die Bereiche unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand können durch eine bereichsweise unterschiedliche Wärmezufuhr von außen in das Rotationsformungswerkzeug erzeugt sein.
  • Die Vorteile der unterschiedlichen Wandstärke der Gabelwand sowie der Erzeugung durch gezielte Wärmezufuhr entsprechen auch für diese Vorderradgabel im Prinzip den oben beschriebenen Vorteilen des Hauptrahmens, wenn dieser durch Rotationsformung unterschiedliche Wandstärken der Rahmenwände aufweist.
  • Sehr vorteilhaft ist der Vorderradgabel eine Vorderdachse als strukturelles Bauteil zugeordnet ist.
  • Die Vorderachse kann zwei topfförmige oder zwei hohlzylindrische Achselemente umfassen, wobei jedes Achselement einen Lagersitz für ein Laufradlager sowie einen Passbereich zwecks Verbindung mit dem Ausfallende eines Gabelbeins aufweist. Der Lagersitz und der Passbereich sind umfänglich angeordnet. Der Passbereich weist einen zylindrischen oder polygonförmigen Querschnitt auf, mit der Maßgabe, dass die Einheit aus Ausfallende und Verschlusselement einen dazu passenden hohlzylindrischen oder hohlpolygonförmigen Querschnitt aufweist. Die Vorderachse ist relativ zur übrigen Vorderradgabel drehfest angeordnet. Im montierten Zustand bildet die Vorderachse eine strukturelle Verstärkung der Vorderradgabel.
  • Einfacherweise sind die beiden Achselemente der Vorderachse in einer Flucht miteinander verbindbar, um eine Achsverbindung bereitzustellen. Dabei weist jedes Achselement ein Verbindungsende auf. Mittels der Verbindungsenden ist die Achsverbindung herstellbar.
  • Zweckmäßig sind die Verbindungsenden der beiden Achselemente so gestaltet, dass die Achsverbindung mittels einer Verschraubung herstellbar ist.
  • Die Verschraubung kann eine separate Schraube und eine separate Mutter aufweisen oder ein Muttergewinde ist in einem der Achselemente integriert und kann mit einer Schraube zusammenwirken.
  • Bevorzugt ist die Verschraubung bereitgestellt durch ein Verbindungsende, das in Form eines Außengewindes an einer zylindrischen Außenfläche eines der Achselemente gestaltet ist, wobei das Verbindungsende des anderen Achselements in Form eines passenden Innengewindes ausgebildet ist. Diese Ausführung erlaubt es, die Achselemente hohlzylindrisch auszuführen. Dadurch kann Gewicht eingespart werden. Außerdem stellt die hohle Ausführung ein ansprechendes Designelement dar.
  • Die Vorderradgabel kann, wie der Hauptrahmen, mit einem Datenspeicherelement versehen sein, vorzugsweise mit einem RFID Speicherelement, um vorzugsweise Materialinformationen und/oder Daten betreffend die Verarbeitung des für die Vorderradgabel verwendeten Kunststoffmaterials abzuspeichern.
  • Die für die Vorderradgabel vorgeschlagenen Kunststoffe entsprechen jenen für den Hauptrahmen. Im Fall von beispielsweise Polyethylen (PE oder HDPE) weisen sie eine relativ niedrige Festigkeit, Härte und Steifigkeit auf, weil verstärkende Füllstoffe, wie Fasern, aus Gründen der Recycelfähigkeit verzichtet und stattdessen sortenreinen Kunststoffe verwendet werden. Zur Bereitstellung der Festigkeit für einen Fahrradrahmen ist die Lösung, auch die Vorderradgabel als voluminösen Gabelhohlkörper auszugestalten. Deren Volumen ist im Vergleich zum Volumen von bekannten Vorderradgabeln aus Stahl oder Aluminium deutlich größer und auch größer als das Volumen einer Vorderradgabel, die aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, beispielsweise einer Vorderradgabel aus Carbon.
  • Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Fahrradrahmen für ein Fahrrad mit Sattel sowie mit einem Vorderrad und einem Hinterrad in einer Spur, umfassend einen Hauptrahmen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25 sowie umfassend eine Vorderradgabel gemäß einem der Ansprüche 26 bis 46.
  • Vorteilhaft weist die Vorderradgabel zwei Gabelbeine auf. Dadurch ist ein Fahrradrahmen bereitgestellt, der einen einseitigen Hinterradträger für das das Hinterrades mit einer zweiseitigen Lagerung für das Vorderrad kombiniert.
  • Fahrradrahmen nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrahmen und die Vorderradgabel im montierten Zustand eine Einheit bilden, wobei wenn die Einheit einer Stoßprüfung unterzogen wird, nach der Stoßprüfung mit einer fallenden Gesamtmasse von 90 kg, welche sich aus Teilmassen zusammen setzt, nämlich einer Masse M1 von 50 kg auf dem Sattelrohrelement, einer Masse M2 von 10 kg auf einem Test-Steuerkopf und einer Masse M3 von 30 kg auf einem Test-Tretlager, bei einer Fallhöhe von 200 mm gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.2 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.3 keine Risse oder Brüche aufweist.
  • Der hier vorgeschlagene Fahrradrahmen, respektive der Hauptrahmen und/oder die Vorderradgabel sind also dafür gestaltet, in einen wirtschaftlichen Kreislauf verwendet zu werden. Zu diesem Zweck soll das Material, das für die Herstellung von Hauptrahmen und/oder die Vorderradgabel verwendet wird, ein einfach recycelbarer thermoplastischer Kunststoff sein. Einfach recycelbar ist ein Kunststoff dann, wenn er sortenrein anfällt. Sortenreinheit begünstigt die vor einer Wiederverwendung stehende Aufbereitung und vereinfacht die Kreislaufwirtschaft. Auf diese Weise kann ein alter Fahrradrahmen als Rohmaterial dienen, um z. B. einen neuen Fahrradrahmen herzustellen.
  • Der vorgeschlagene Hauptrahmen und/oder die Vorderradgabel begünstigen die Verwendung eines recycelbaren thermoplastischen Kunststoffs. Die vorgeschlagene Lösung schließt ein, dass bereits für die Erstproduktion ein recycelter Kunststoff verwendet wird.
  • Nachstehend ist die Erfindung in einer Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und anhand mehrerer Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Hauptrahmen,
    • 2 eine Ansicht der rechten Seite des Hauptrahmens gemäß 1,
    • 3 eine Ansicht von hinten auf den Hauptrahmen gemäß 1,
    • 4 eine Draufsicht auf den Hauptrahmen gemäß 1,
    • 5 eine Detailansicht der Hinterradaufnahme gemäß Schnittverlauf V - V in 2,
    • 6 eine Detailansicht gemäß Schnittverlauf V - V in 2 betreffend eine Hinterradaufnahme für eine Standardachse,
    • 7 eine Detailansicht der Tretantriebaufnahme gemäß VII - VII in 2,
    • 8 Detailansicht einer alternativen Tretantriebaufnahme gemäß VII - VII in 2,
    • 9 eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorderradgabel,
    • 10 eine Ansicht der rechten Seite der Vorderradgabel gemäß 8,
    • 11 Schnittdarstellung durch die Vorderradgabel gemäß 9,
    • 12 eine Vorderansicht auf die Vorderradgabel mit einer montierten Vorderachse,
    • 13 die Vorderachse aus 12,
    • 14 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung der Vorderachse im montierten Zustand an den Ausfallenden der Vorderradgabel,
    • 15 eine alternative Gestaltung der ausschnittsweise Schnittdarstellung der Ausfallenden der Vorderradgabel für eine Standardachse,
    • 16 eine Detailansicht gemäß XVI - XVI in 12 auf ein Verbindungssystem für Lenkerhälften,
    • 17 eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Fahrradrahmen, umfassend einen Hauptrahmen und eine Vorderradgabel.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hauptrahmens 1 für ein Fahrrad, das in aufrechter Haltung mit einem Sattel sowie mit einem Vorderrad und einem Hinterrad gefahren wird. Diese Räder sind in derselben Spur angeordnet. Der gezeigte Hauptrahmen 1 ist als Hohlkörper 2 mit einer den Hohlraum umschließenden Rahmenwand 3 hergestellt. Der Hohlkörper 2 ist einstückig ausgebildet, respektive seine Rahmenwand 3. Der einstückige Hauptrahmen 1 ist mittels Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug aus einem faserfreien thermoplastischen Kunststoff hergestellt, hier einem sortenrein recycelten Hart-Polyethylen (HDPE). Die Rahmenwand 3 ist mit einem Datenspeicherelement 3c versehen, in dem vorzugsweise Materialinformationen und/oder Daten betreffend die Produktion des Hauptrahmens abgespeichert werden, insbesondere Informationen über das verwendete Kunststoffmaterial.
  • Zur Bereitstellung der für einen Fahrradrahmen erforderlichen Festigkeit ist der Hauptrahmen 1 als voluminöser Hohlkörper 2 ausgestaltet. Sein Äußeres Volumen ist deutlich größer im Vergleich zum äußeren Volumen bekannter Hauptrahmen aus Stahl, Aluminium oder Carbon.
  • Der Hauptrahmen 1 umfasst einen Hauptträger 4 sowie einen einseitigen Hinterradträger 5, an dem ein Hinterrad nur einseitig lagerbar ist.
  • Die Struktur des Hauptträgers 4 weist Bereiche T1, T2 und T3 mit höherer Wandstärke der Rahmenwand 3 auf. Des Weiteren ist gemäß 1 trapezförmig ausgebildet. Es ist ein Oberrohrelement 6, ein Unterrohrelement 7, ein Sattelrohrelement 8 und ein Steuerrohrelement 9 vorgesehen. Alle erwähnten Rohrelemente der trapezförmigen Struktur sind voluminös und hohl und bilden Bereiche des hohlen Hauptträgers 4. Das Unterrohrelement 7 und das Sattelrohrelement 8 treffen an einem unteren Knoten 10 zusammen und bilden dort eine Tretantriebaufnahme 11 in Form eines geschlossenen Tretantriebgehäuses 12.
  • In Fahrtrichtung vorne ist das Steuerrohrelement 9 angeordnet. Es ist dafür hergerichtet, eine Steuerlagerung aufzunehmen, die mit einem Gabelschaft zusammenwirkt. Das Steuerrohrelement 9 ist hohlzylindrisch ausgestaltet. Es ist dafür ausgelegt, ein Steuerlager aufzunehmen. Unter Steuerlager wird beispielsweise ein sogenannter Ahead-Steuersatz verstanden, der ein unteres Lager umfasst, welches unten im Steuerohrelement 9 anzuordnen ist sowie ein oberes Lager, das oben im Steuerrohrelement 9 anzuordnen ist, sowie eine Spanneinrichtung mit Einstellelement für den Gabelschaft. Mittels der Spanneinrichtung ist das Lagerspiel im oberen und unteren Lager des Ahead-Steuersatzes einstellbar. Generell beziehen sich die Begriffe „unten“ und „oben“ in der vorliegenden Beschreibung stets auf die Hauptbestandteile des Fahrradrahmens und zwar, wenn ein damit versehenes Fahrrad sich in aufrechter Position befindet, wie im Fahrbetrieb der Geradeausfahrt.
  • Der Hinterradträger 5 weist eine dreieckige Struktur 13 auf. Dazu zählt das schon erwähnte Sattelrohrelement 8 sowie eine oberes Trägerelement 14 und ein unteres Trägerelement 15.
  • Das Sattelrohrelement 8 bildet quasi eine Schnittstelle zwischen Hauptträger 4 und Hinterradträger 5. Die in Fahrtrichtung linke Seite des Hinterradträgers 5 wird als Radseite W bezeichnet und die rechte Seite des Hinterradträgers 5 als Antriebsseite D. Auf der Radseite W ist im fahrbereiten Zustand eines Fahrrades, das diesen Hauptrahmen aufweist, das Hinterrad angeordnet.
  • Das untere Trägerelement 15 des Hinterradträgers 5 ist als Gehäuse 16 für ein Antriebsmittel ausgestaltet. An einem vorderen Ende 15a des unteren Trägerelements 15 trifft es an dem unteren Knoten 10 mit dem Unterrohrelement 7 und dem Sattelrohrelement 8 zusammen. Der Bereich des unteren Knotens 10 ist als das schon erwähnte Tretantriebgehäuse 12 ausgestaltet. In dem Tretantriebgehäuse 12 ist Platz für ein Tretlager und darüber hinaus reicht der Platz alternativ für ein Tretlagergetriebe. Es wäre auch möglich, alternativ einen Tretlagerantrieb unterzubringen, zu dem ein Elektromotor gehören kann.
  • Das obere Trägerelement 14 des Hinterradträgers 5 trifft an einem oberen Knoten 17 mit dem Sattelrohrelement 8 und dem Oberrohrelement 6 des Hautträgers 4 zusammen. In einem hinteren Bereich 5a des Hinterradträgers 5 treffen das obere Trägerelement 14 und das untere Trägerelement 15 in einem hinteren Knoten 18 zusammen und bilden dort eine Hinterradaufnahme 19. Die Hinterradaufnahme 19 ist in Form von Lageröffnungen ausgestaltet. Auf der Radseite W ist eine Lageröffnung 20 sowie auf der Antriebsseite D eine Lageröffnung 21 vorgesehen. Die Lageröffnungen 20/21 können dafür hergerichtet sein, um eine Wellenlagerung für eine Antriebswelle (nicht dargestellt) aufzunehmen, die relativ zum Hinterradträger 5 rotiert und an der ein Hinterrad befestigbar ist. Alternativ können die Lageröffnungen 20 und 21 dafür hergerichtet sein, um eine Hinterachse (nicht dargestellt) aufzunehmen, die relativ zum Hinterradträger 5 feststehend angeordnet ist, so dass ein auf der Hinterachse gelagertes Hinterrad rotiert. Die Hinterachse kann eine Standard-Hinterachse sein.
  • Des Weiteren ist die trapezförmige Struktur des Hauptträgers 4 mit einem versteifenden hohlen Brückenelement 22 versehen, das zwischen dem Oberrohrelement 6 und dem Unterrohrelement 7 angeordnet ist. Das Brückenelement 22 ist gemäß 1 etwa parallel und nahe am Steuerrohrelement 9 angeordnet. Zwischen dem Brückenelement 22 und dem Steuerrohrelement 9 ist ein polygonförmig offener Bereich 23 vorgesehen. Das so gestaltete Brückenelement 22 verstärkt den Hauptträger 4 des Hauptrahmens 1.
  • Darüber hinaus ist das Sattelrohrelement 8 mit einem oberen Sattelrohrfortsatz 24 versehen, welcher von dem Oberrohrelement 6 nach oben hinausragt. An dem Sattelrohrfortsatz 24 ist ein versteifendes hohles Brückenelement 25 vorgesehen, welches sich zum Oberrohrelement 6 erstreckt. Der Sattelrohrfortsatz 24 wird auf diese Weise gestützt. Darüber hinaus dient das Brückenelement 25 als Griffelement 26, um ein Fahrrad bei Bedarf daran hochzuheben und einfach tragen zu können.
  • Des Weiteren zeigt 1, dass auf der Antriebsseite D im Bereich des Tretantriebgehäuses 12 eine große Serviceöffnung 27 vorgesehen ist, die zu Service- und Montagezwecken einen Zugang zum Gehäuse 16 für das Antriebsmittel gewährt, welches im unteren Trägerelement 15 des Hinterradträgers 5 gekapselt aufnehmbar ist.
  • In 2 ist eine Ansicht der rechten Seite des Hauptrahmens 1 dargestellt, d. h. der Antriebsseite D. Zu erkennen ist das Tretantriebgehäuse 12, dessen große Serviceöffnung 27 hier mit einem Servicedeckel 28 verschlossen ist. Der Servicedeckel 28 ist seinerseits versehen mit einer LagerÖffnung 29, um ein Lagerelement, beispielsweise für eine Tretkurbelwelle aufzunehmen.
  • Auf der linken Seite des Hauptträgers 4 kann das Tretantriebgehäuse 12 ohne Servicedeckel auskommen, hier ist nur eine Lageröffnung 30 für eine Tretkurbelwelle vorgesehen, wie am besten in 7 zu erkennen. Um stabile Lageröffnungen 29 und 30 zu bieten ist der Bereich T1 der Rahmenwand 3 verstärkt ausgebildet. Gleichfalls verstärkt ausgebildet ist ein Bereich T2 der Rahmenwand 3, der das Steuerrohrelement 9 bildet.
  • 3 stellt eine Ansicht von hinten auf den Hauptrahmen 1 dar. Zu erkennen ist, dass die Hinterradaufnahme 19 am Hinterradträger 5 auf der Antriebsseite D (rechts) am weitesten seitlich auskragt. Dies dient dazu, zwischen der Lageröffnung 21 der Antriebsseite D und der Lageröffnung 20 auf der Radseite W einen ausreichenden Abstand bereitzustellen, um Kräfte/Momente aufnehmen zu können, die durch ein einseitig angeordnetes Hinterrad in den Hinterradträger 5 eingeleitet werden. Damit stabile Lageröffnungen 20 und 21 bereitgestellt werden können, ist der Bereich T3 der Rahmenwand 3 verstärkt ausgebildet.
  • 4 ist eine Draufsicht auf den Hauptrahmen 1 gemäß 1, welche die Lage einer Mittellinie M des Hauptträgers 4 zeigt. Diese Mittellinie M stimmt überein mit der Spur, in welcher die Laufräder des Fahrrades anzuordnen sind. Im Bereich des Hinterradträgers 5 zeigt sich dessen asymmetrische einseitige Lage, nämlich in Fahrtrichtung auf der rechten Seite der Spur. Die Rahmenwand 3 des Hauptrahmens 1 weist zwei einander gegenüberliegende Rahmenwände 3a und 3b auf. Auch in der Draufsicht ist auf der Antriebsseite D zu erkennen, dass die Hinterradaufnahme 19 am Hinterradträger auf der Antriebsseite D am weitesten seitlich auskragt. Außerdem ist dargestellt, dass das Tretantriebgehäuse 12 in einer Flucht liegt mit dem unteren Trägerelement 15 des Hinterradträgers 5. Des Weiteren gewährt die Draufsicht einen Blick auf eine obere Öffnung 31 des Steuerrohrelements 9 sowie auf eine obere Öffnung 32 des Sattelrohrelements 8.
  • 5 zeigt einen Querschnitt durch die Hinterradaufnahme 19 des Hinterradträgers 5 gemäß des Schnittverlaufs V - V in 2 und zwar in der gekennzeichneten Blickrichtung. Danach sind zwei Lageröffnungen vorgesehen, eine Lageröffnung 20 auf der Radseite W. Eine zweite Lageröffnung 21 ist koaxial zur Lageröffnung 20 angeordnet und zwar auf der gegenüberliegenden Antriebsseite D des Hinterradträgers 5. Die Lageröffnungen 20/21 sind hergerichtet zur Aufnahme einer Wellenlagerung für eine Hinterradwelle (nicht dargestellt). Die Lageröffnungen sind hohlzylindrisch gestaltet, um die Wellenlager aufzunehmen. Die Lageröffnung 20 weist in axialer Richtung eine innere Anschlagfläche 33 auf, die als axiale Anschlagfläche für ein Lagerelement dient. Die zylindrische Innenfläche 33a dient als Sitz für ein Lagerelement. Der Durchmesser der Lageröffnung 20 und die Qualität der Innenfläche 33a müssen für das gewünschte Lagerelement passend ausgeführt sein, d. h. in einer geforderten Toleranz liegen. Die Innenfläche 33a kann eine Kunststoffoberfläche sein. Mit dem Verfahren der Rotationsformung ist es möglich, eine passgenaue Lageröffnung mit einer Oberfläche aus Kunststoff zu erzeugen. Alternativ kann während der Rotationsformung ein Metallring integriert werden, der passgenau vorgefertigt ist. Mit einer Strich-Punkt-Linie im Bereich der Innenfläche 33a ist alternativ ein passgenauer integrierter Aluminiumring 34 angedeutet. Der Aluminiumring 34 ist durch Adhäsion und/oder Formschluss mit dem Kunststoff des Hinterradträgers verbunden.
  • Die auf der Radseite W angeordnete Lageröffnung 21 weist eine innere Anschlagfläche 35 auf sowie eine zylindrische Innenfläche 35a. Die Strich-Punkt-Linie im Bereich der Innenfläche 35a deutet die Alternative eines integrierten passgenauen Aluminiumrings 36 an. Der Aluminiumring 36 ist ebenfalls durch Adhäsion und/oder Formschluss mit dem Kunststoff des Hinterradträgers 5 verbunden.
  • Die Lageröffnung 20 weist einen größeren Durchmesser auf als die auf der Antriebseite D vorgesehene Lageröffnung 20. Dies ist von Vorteil, wenn das im gekapselten Gehäuse 16 angeordnete Antriebsmittel näher an der Radseite W angeordnet ist und tendenziell dort höhere Kräfte zu erwarten sind.
  • Der Durchmesser der hohlzylindrischen Lageröffnungen 20 und 21 liegt vorzugsweise im Bereich von 40 mm bis 130 mm. Im vorliegenden Beispiel hat die radseitige Lageröffnung 20 einen Durchmesser von 120 mm und die auf der Antriebseite D angeordnete Lageröffnung 21 weist einen Durchmesser von 90 mm auf.
  • 6 zeigt ebenfalls einen Querschnitt gemäß Schnittverlauf V - V in 2, wobei anhand dieser Schnittdarstellung die Hinterradaufnahme 19 zusammen mit einem als Strichlinie angedeuteten Hinterrad 100 dargestellt ist. In diesem Beispiel ist eine feststehende massive Hinterachse 101 vorgesehen. Der einseitige Hinterradträger 5 entspricht jenem gemäß 5, d. h. er weist Lageröffnungen 20 und 21 auf. In der Lageröffnung 21 ist ein zylindrisches Scheibenelement 102 angeordnet, das mit einer Durchgangsöffnung 102a für die Hinterachse 101 versehen ist. Das Hinterrad 100 verfügt über eine Nabenhülse 103, die außen einen Sitz 103a für ein Wälzlager 104 bildet und zwar für einen Innenring des Wälzlagers 104. Der zugehörige Außenring des Wälzlagers 104 ist im Hinterradträger 5 montiert und zwar in der Lageröffnung 20 des Hinterradträgers 5. Die Nabenhülse 103 verfügt des Weiteren über einen hohlzylindrischen Innenraum 105, der Platz bietet für ein Wälzlager 106 sowie für ein Freilaufelement 107. Das Wälzlager 106 ist gestaltet, dass es in axialer Richtung vorgespannt werden muss. Die Vorspannung wird mittels der Hinterachse 101 bereitgestellt, welche zu diesem Zweck Gewindeenden 101a und 101b aufweist, um sie mit Achsmuttern 108 und 109 vorzuspannen.
  • Auf der Hinterachse 101 ist mittels zweier Wälzlager 110 und 111 ein Ritzel 112 gelagert, das Teil eines Fahrradantriebs ist. Das Ritzel 112 wirkt im montierten Zustand mit einer Fahrradkette (nicht dargestellt) als Antriebsmittel zusammen, wobei das Antriebsmittel innerhalb des Hinterradträgers 5 angeordnet ist. Der Hinterradträger 5 dient als kapselndes Gehäuse 16 für das Antriebsmittel und das Ritzel 112.
  • Das erwähnte Freilaufelement 106 ist so zwischen das Ritzel 112 und die Nabenhülse 103 geschaltet, die Übertragung einer Drehbewegung nur in einer Drehrichtung des Hinterrades gestattet ist und ein Drehmoment übertragen kann.
  • Mit dem Beispiel der 6 kann ein Hinterrad beispielsweise mit einer üblichen Nabenschaltung versehen sein, die eine feststehende Achse aufweist. Die Achse kann eine massive Achse sein oder alternativ eine Hohlachse.
  • 7 zeigt einen Querschnitt durch die Tretantriebaufnahme 11 des Hauptrahmens 1 gemäß dem Schnittverlauf VII - VII, der in 2 vermerkt ist. Die Tretantriebaufnahme 11 umfasst auf der Antriebsseite D die Serviceöffnung 27, die zur Aufnahme eines Servicedeckels 28 hergerichtet ist. Der Servicedeckel 28 weist eine Lageröffnung 29 auf, vorzugsweise für ein Gleitlagerelement 120, welches zur Lagerung einer Tretkurbelwelle (nicht dargestellt) dient. Das Gleitlagerelement 120 weist im Beispiel einen Durchmesser von 30 mm auf. Auf der gegenüberliegenden Seite weist die die Tretantriebaufnahme 11 eine Lageröffnung 30 auf, in der ebenfalls ein Lagerelement (nicht dargestellt) für die Tretkurbelwelle aufnehmbar ist, vorzugsweise ebenfalls ein Gleitlagerelement. Die Serviceöffnung 27 für den Servicedeckel 28 ist im Beispiel mit einem Durchmesser von 120 mm versehen.
  • 8 zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch die Tretantriebaufnahme 11 des Hauptrahmens 1 gemäß Schnittverlauf VII - VII, wie in 2 vermerkt. Es handelt sich um eine alternative Gestaltung der Tretantriebaufnahme 11, die sich durch geänderte Lageröffnungen 121 und 122 unterscheidet. Beide Lageröffnungen 121 und 122 weisen einen großen Querschnitt auf. Sie sind im Beispiel mit einem Durchmesser von je 120 mm versehen. Die großen Lageröffnungen dienen beispielsweise zur Aufnahme eines Wälzlagers, dessen Innenring und/oder Außenring aus einem Kunststoff hergestellt sind. Diese Ausführung ermöglicht es, beispielsweise einen Tretantrieb aufzunehmen, der ein Tretlagergetriebe umfasst oder für einen Tretlagerantrieb mit einem Elektromotor.
  • Der anhand der 1 bis 4 gezeigte Hauptrahmen weist ein Hüllvolumen von 20,25 Liter bei einer Toleranz von ±0,25 Liter auf. Sein Gewicht beträgt 4,75 kg bei einer Toleranz von ±0,2 kg.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorderradgabel 40. Die Vorderradgabel ist für ein Fahrrad ausgelegt, welches in aufrechter Haltung mit einem Sattel gefahren wird. Das Fahrrad ist mit einem Vorderrad und einem Hinterrad versehen, welche in einer Spur angeordnet sind.
  • Die Vorderradgabel 40 weist einen stabilen Gabelbrückenbereich 41 auf. An dem Gabelbrückenbereich sind zwei Gabelbeine 42 und 43 symmetrisch und nach unten gerichtet angeordnet. Außerdem setzt oben an jedem Gabelbein je ein Gabelarm 44 beziehungswiese 45 an, der sich zu einem integrierten Lenkerelement 46 erstreckt und damit verbunden ist. In der Mitte der Gabelbrücke ist ein Gabelschaft 47 vorgesehen, der gestrichelt eingezeichnet ist. Der Gabelschaft 47 ist im vorliegenden Beispiel ein Metallrohr, das drehfest mit dem Gabelbrückenbereich 41 verbunden ist.
  • Das Lenkerelement 46 ist deutlich erkennbar in der Mitte geteilt. Es weist eine linke Lenkerhälfte 48 und eine rechte Lenkerhälfte 49 auf, die jeweils mit dem entsprechenden Gabelarm verbunden ist. Die Teilung dient der einfachen Montage der Vorderradgabel 40. Die Gabelarme 44 und 45 sind so gestaltet, dass sie elastisch auseinandergespreizt werden können, damit die Lenkerhälften 48 und 49 sich ausreichend weit auseinander bewegen, so dass deswegen der Gabelschaft 47 der Vorderradgabel in ein Steuerlager eines Fahrradrahmens eingefügt werden kann. Anschließend federn die Gabelarme zurück und werden schließlich mittels eines Verbindungssystems fixiert, welches in 11 und am besten in 17 dargestellt ist.
  • Die vorgeschlagene Vorderradgabel 40 ist in einem geschlossenen Rotationsformungswerkzeug aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Sie bildet einen Gabelhohlkörper 50 mit einer Gabelwand 51. Der Gabelhohlkörper 50 ist einstückig seine Gabelwand 51 ist nahtlos. Im vorliegenden Beispiel ist, wie erwähnt, lediglich der Gabelschaft 47 nachträglich eingefügt und mit dem Gabelbrückenbereich 41 des Gabelhohlkörpers 50 verbunden worden. Die Einstückigkeit ist mittels des Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt worden und zwar aus einem faserfreien thermoplastischen Kunststoff, hier einem sortenrein recycelten Hart-Polyethylen (HDPE). Der nachträglich eingefügte Gabelschaft 47 kann alternativ auch in das Rotationsformungswerkzeug eingelegt werden, um sich während des Prozesses der Rotationsformung mit dem thermoplastischen Kunststoff des Gabelhohlkörpers 50 zu verbinden. Auf diese Weise ist dann auch das Metallrohr des Gabelschaftes als integraler Bestandteil der Vorderradgabel bereitgestellt.
  • Das Gabelbein 44 ist mit einem Ausfallende 52 und das Gabelbein 45 mit Ausfallende 53 versehen, um eine Vorderachse aufzunehmen. Es handelt sich um eine besondere Vorderachse, die einen großen Durchmesser aufweist, wie die Ausfallenden 52 und 53 erkennen lassen. Die Ausfallenden sind nach unten offen gestaltet und es ist ein separates Verschlusselement für jedes Ausfallende 52/53 vorgesehen, wie weiter unten beschrieben.
  • Das Gabelbein 42 ist außerdem mit einem Befestigungselement 54 versehen, das beispielsweise zur Montage einer Bremseinrichtung genutzt werden können, insbesondere für einen Bremssattel einer Scheibenbremse.
  • Der Gabelhohlkörper 50 weist Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand 51 auf. Die dickeren Bereiche der Gabelwand 51 sind durch eine in diesen Bereichen höhere Wärmezufuhr von außen in das Rotationsformungswerkzeug erzeugt worden. Im vorliegenden Beispiel sind untere Bereiche 42a und 43a der Gabelbeine 42 und 43 mit einer stärkeren Gabelwand versehen.
  • Die Gabelwand 51 ist mit einem Datenspeicherelement 51a versehen, in dem vorzugsweise Materialinformationen und/oder Daten betreffend die Produktion der Vorderradgabel 40 abgespeichert werden, insbesondere Informationen über das verwendete Kunststoffmaterial.
  • Die Vorderradgabel 40 gemäß 10 weist inklusive der Verschlusselemente 55 und 57 ein Hüllvolumen von 5 Litern bei einer Toleranz von ±0,15 Liter auf. Ihr Gewicht liegt im Bereich von 2,4 kg bis 3,2 kg bei einer Toleranz von ±0,1 kg.
  • 10 zeigt eine Seitenansicht der Vorderradgabel 40. An dem Ausfallende 53 des Gabelbeins 43 ist ein Verschlusselement 55 montiert. Das Verschlusselement 55 ergänzt das Ausfallende 53 und bildet mit diesem eine Aufnahmeöffnung 56 zur Halterung der speziellen Vorderachse. Es sind Verbindungsmittel 55a und 57a in Form von Schrauben (nicht dargestellt) vorgesehen, um die Verschlusselemente 55 und 57 an dem Gabelbein 42 beziehungsweise 43 zu befestigen Zwecks Montage kann die Vorderachse seitwärts beziehungsweise von unten eingefügt und mit dem Verschlusselement 55 fixiert werden.
  • Das Verschlusselement 55 bewirkt im vorliegenden Beispiel eine Klemmverbindung, welche die Vorderachse drehfest an dem Ausfallende fixiert. Anstelle einer Klemmverbindung, die reibschlüssig wirkt, könnte auch eine formschlüssige Gestaltung vorgesehen sein, um eine drehfeste Fixierung der Vorderachse in den Aufnahmeöffnungen der Gabelbeine zu realisieren.
  • Um im vorliegenden Beispiel die Fixierung bereitstellen, sind Schrauben als Verbindungsmittel vorgesehen. Die Ausfallenden sind daher mit Innengewinden versehen und passend dazu weist das Verschlusselement Durchgangsöffnungen für die Schrauben auf.
  • 11 zeigt einen Schnitt gemäß dem Schnittverlauf XI -XI in 9, wobei in der Darstellung der 11 der Gabelschaft 47 dargestellt ist. Der Gabelschaft 47 ist unten in dem Gabelbrückenbereich 41 gehalten und oben mittels des bereits erwähnten Verbindungssystems gehalten, welches anhand von 16 im Detail beschrieben ist. Des Weiteren ist in 11 ein zum Ausfallende 52 des Gabelbeins 42 gehörendes Verschlusselement 57 gezeigt, das damit eine Aufnahmeöffnung 58 für die Vorderachse bildet.
  • Der Vorderradgabel 40 ist, wie in 12 veranschaulicht, eine spezielle Vorderdachse 59 zugeordnet. Die Vorderdachse 59 ist für die vorgeschlagene Vorderradgabel 40 ein strukturell wichtiges Bauteil. Für eine Vorderradgabel 40, die einen Gabelhohlkörper 50 aus einem sortenreinen Kunststoff aufweist, ist es nutzbringend, die Vorderdachse 59 als ein versteifendes Bauelement vorzusehen. Damit kann die Festigkeit der Vorderradgabel 40 deutlich verbessert werden kann.
  • Die Vorderachse 40 umfasst zwei topfförmige oder, wie in 13 dargestellt, zwei hohlzylindrische Achselemente 60 und 61. Die beiden Achselemente der Vorderachse sind in einer Flucht angeordnet und miteinander verbunden. Zu dem Zweck sind Verbindungsenden 60a beziehungswiese 61a vorgesehen, wobei das Verbindungsende 60a des Achselements 60 mit einem Außengewinde 62 versehen ist und das Verbindungsende 61a des Achselements 61 ein passendes Innengewinde 63 aufweist, die miteinander verschraubt sind.
  • Das Achselement 60 weist einen Lagersitz 64 für ein Laufradlager auf. Außerdem ist das Achselement 60 mit einem zylindrischen Passbereich 65 versehen zwecks Verbindung mit dem Ausfallende 52 Gabelbeins 42. Der Passbereich 65 umfasst seitliche Stege 65a und 65bauf, wie am besten in 14 zu erkennen. Die Stege 65a und 65b weisen einen Abstand zueinander auf, welcher der Stärke des Gabelbeins 42 entspricht. Das Gabelbein 42 ist zwischen den Stegen 65a und 65b fixiert. In gleicher Weise ist das Achselement 61 mit einen Lagersitz 66 für ein Laufradlager versehen und weist zwecks Verbindung mit dem Ausfallende 53 des Gabelbeins 43 einen Passbereich 67 auf. Der Passbereich 67 ist ebenfalls mit Stegen 67a und 67b versehen. Die Stege fixieren in gleicher Weise das Gabelbein 43 in axialer Richtung der Vorderachse 59.
  • Die Lagersitze 64/66 und die Passbereiche 65/67 sind am Umfang der Achselemente 60/61 angeordnet. Die Passbereich 65/67 weisen im vorliegenden Beispiel zylindrische Querschnitte auf und werden in den Aufnahmeöffnungen 56 beziehungsweise 58 der Gabelbeine festgeklemmt. Auf diese Weise ist die Vorderachse 59 relativ zur Vorderradgabel 40 drehfest angeordnet und sie dient als Struktur versteifendes Element der Vorderradgabel 40.
  • 15 zeigt eine alternative Gestaltung der Ausfallenden der Vorderradgabel für eine Standardachse. Die Gabelbeine 42 und 43 entsprechen jenen in 14. In den Aufnahmeöffnungen 56 beziehungswiese 58 ist je ein Adapterelement 56a beziehungswiese 58a angeordnet. Die Adapterelemente 56a und 58a sind identische Bauteile. Sie weisen je eine zentrale Öffnung 56b beziehungsweise 58b auf, die zur Aufnahme einer Standardachse hergerichtet ist. Bei der zentralen Öffnung 56b/58b handelt es sich jeweils um ein Langloch. Dies ermöglicht es, die Ausrichtung eines Vorderrades mittig zwischen den Gabelbeinen 42 und 43 zu justieren.
  • In 16 ist eine Detailansicht gemäß Schnittverlauf XVI - XVI in 12 dargestellt. Zu erkennen ist die Lenkerhälfte 48 des geteilten Lenkerelements 46 sowie der Gabelarm 44, der diese Lenkerhälfte 48 trägt. Um die Vorderradgabel 40 in einem Steuerlagerelement des Hauptrahmens montieren zu können, werden die Gabelarme 44/45 mit den daran befindlichen Lenkerhälften 48/49 auseinandergespreizt und federn im montierten Zustand zurück. Die Lenkerhälften werden dann mittels eines Verbindungssystems 68 aneinander fixiert sowie mit dem Gabelschaft 47 fixiert.
  • Das vorgeschlagene Verbindungssystem 68 ist so hergerichtet, dass es mit einer einzigen Schraube sowohl die Verbindung der beiden Lenkerhälften 48 und 49, als auch deren Befestigung mit dem Gabelschaft 47 bewirken kann. Es umfasst ein Doppelkonuselement 69, welches in einer vertikalen Ebene geteilt ist und zwei Doppelkonusseiten 70 und 71 bildet. Die Doppelkonusseite 70 ist der Lenkerhälfte 48 und die Doppelkonusseite 71 der Lenkerhälfte 49 zugeordnet. Im vorliegenden Beispiel sind die Doppelkonusseiten 70 und 71 einstückiger Bestandteil des Gabelhohlkörpers 50.
  • Die Doppelkonusseite 70 umfasst ein nach oben weisendes Konusstück 70a und ein nach unten weisendes Konusstück 70b und die Doppelkonusseite 71 umfasst ein nach oben weisendes Konusstück 71a und ein nach unten weisendes Konusstück 71b.
  • Außerdem ist ein unteres topfförmiges Klemmelement 72 vorgesehen, welches an dem Gabelschaft 47 angeordnet ist. Eine Innenfläche 73 des Klemmelements 72 ist konusförmig und schmiegt sich an die nach unten weisenden Konusstücke 70b und 71b der beiden Lenkerhälften 48/49, um sie zu fixieren.
  • In gleicher Weise ist ein deckelförmiges oberes Klemmelement 74 vorgesehen, welches das freie Ende des Gabelschaftes 47 verschließt. Es weist eine konusförmige Innenfläche 75 auf. Die Innenfläche 75 schmiegt sich an die nach oben weisenden Konusstücke 70a und 71a an, um sie zu fixieren, respektive um die geteilten Lenkerhälften 48/48 zu fixieren.
  • Das obere Klemmelement 73 ist mit einer Durchgangsöffnung 76 für eine Einstellschraube 77 versehen. Die Einstellschraube 77 ragt in den Gabelschaft 47 hinein und wird in ein Mutterelement 78 eingeschraubt, welches reibschlüssig im hohlzylindrischen Gabelschaft 47 fixierbar ist. Im Beispiel handelt es sich eine Krallmutter 79, die mittels federnder Krallen 80 fixierbar ist.
  • Mittels der Einstellschraube 77 werden die Lenkerhälften 48 und 49 exakt fixiert und gleichzeitig werden diese mit dem Gabelschaft 47 verbunden. Darüber hinaus ist mittels der Einstellschraube 77 ein axiales Spiel eines Steuerlagers einstellbar.
  • 17 zeigt einen Fahrradrahmen 81 umfassend einen Hauptrahmen 1 und eine Vorderradgabel 40.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hauptrahmen
    2
    Hohlkörper
    3
    Rahmenwand
    3a
    Rahmenwand
    3b
    Rahmenwand
    3c
    Datenspeicherelement
    4
    Hauptträger
    5
    Hinterradträger
    5a
    hinterer Bereich
    6
    Oberrohrelement
    7
    Unterohrelement
    8
    Sattelrohrelement
    9
    Steuerrohrelement
    10
    Knoten unterer
    11
    Tretantriebaufnahme
    12
    Tretantriebgehäuse
    13
    dreieckige Struktur
    14
    Trägerelement oberes
    15
    unteres Trägerelement
    15a
    vorderes Ende
    16
    Gehäuse (Antriebsmittel)
    17
    oberer Knoten
    18
    Knoten hinterer
    19
    Hinterradaufnahme
    20
    Lageröffnung
    21
    Lageröffnung
    22
    Brückenelement
    23
    offener Bereich
    24
    Sattelrohrfortsatz
    25
    Zwischenelement
    26
    Griffelement
    27
    Serviceöffnung
    28
    Servicedeckel
    29
    Lageröffnung
    30
    Lageröffnung
    31
    obere Öffnung (Steuerrohrelement)
    32
    obere Öffnung (Sattelrohrelement)
    33
    innere Anschlagfläche (Lageröffnung 20)
    34
    innere Anschlagfläche (Lageröffnung 21)
    40
    Vorderradgabel
    41
    Gabelbrückenbereich
    42
    Gabelbein links
    42a
    stärkerer Bereich (Gabelwand)
    43
    Gabelbein rechts
    43a
    stärkerer Bereich (Gabelwand)
    44
    Gabelarm links
    45
    Gabelarm rechts
    46
    Lenkerelement
    47
    Gabelschaft
    48
    Lenkerhälfte links
    49
    Lenkerhälfte rechts
    50
    Gabelhohlkörper
    51
    Gabelwand
    51a
    Datenspeicherelement
    52
    Ausfallende
    53
    Ausfallende
    54
    Befestigungselement
    55
    Verschlusselement
    55a
    Verbindungsmittel
    56
    Aufnahmeöffnung
    56a
    Adapterelement
    56b
    zentrale Öffnung
    57
    Verschlusselement
    57a
    Verbindungsmittel
    58
    Aufnahmeöffnung
    58a
    Adapterelement
    58b
    zentrale Öffnung
    59
    Vorderachse
    60
    Achselement
    60a
    Verbindungsende
    61
    Achselement
    61a
    Verbindungsende
    62
    Außengewinde
    63
    Innengewinde
    64
    Lagersitz
    65
    Passbereich
    65a
    Steg
    65b
    Steg
    66
    Lagersitz
    67
    Passbereich
    67a
    Steg
    67b
    Steg
    68
    Verbindungssystem
    69
    Doppelkammerelement
    70
    Doppelkammerseite
    70a
    Konusstück oben
    70b
    Konusstück unten
    71a
    Konusstück oben
    71b
    Konusstück unten
    72
    unteres Klemmelement
    73
    Innenfläche (unteres Klemmelement)
    74
    oberes Klemmelement
    75
    Innenfläche (oberes Klemmelement)
    76
    Durchgangsöffnung
    77
    Einstellschraube
    78
    Mutterelement
    79
    Krallmutter
    80
    Krallen
    81
    Fahrradrahmen
    100
    Hinterrad
    101
    Hinterachse
    101a
    Gewindeende
    101b
    Gewindeende
    102
    Scheibenelement
    102a
    Durchgangsöffnung
    103
    Nabenhülse
    103a
    Sitz
    104
    Wälzlager
    105
    hohlzylindrischer Innenraum
    106
    Wälzlager
    107
    Freilaufelement
    108
    Achsmutter
    109
    Achsmutter
    110
    Wälzlager
    111
    Wälzlager
    112
    Ritzel
    120
    Gleitlagerelement
    121
    Lageröffnung
    122
    Lageröffnung
    D
    Antriebseite
    W
    Radseite
    M
    Mittellinie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3804342 C2 [0005, 0017]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN-ISO 4210-6:2015 [0039, 0040, 0041, 0080]
    • DIN-ISO 4210-2:2015 [0039, 0040, 0041, 0080]

Claims (49)

  1. Hauptrahmen (1) für ein Fahrrad mit Sattel sowie mit einem Vorderrad und einem Hinterrad, welche in einer Spur angeordnet sind, hergestellt in einem geschlossenen Formungswerkzeug aus einem thermoplastischen Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass er als einstückiger Hohlkörper (2) mit einer dessen Hohlraum umschließenden Rahmenwand (3) ausgestaltet ist, und dass die Rahmenwand (3) des Hohlkörpers (2) eine Einstückigkeit aufweist, die mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist.
  2. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand (3) aufweist.
  3. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand (3) erzeugt sind durch eine bereichsweise unterschiedliche Wärmezufuhr von au-ßen in das Rotationsformungswerkzeug.
  4. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff der Rahmenwand (3) ausgewählt ist aus einem der folgenden Kunststoffe: Polypropylen (PP), bevorzugt Polyethylen (PE), besonders bevorzugt High-Density-Polyethylen (HDPE).
  5. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff faserfrei ist.
  6. Hauptrahmen (1) für ein Fahrrad mit Sattel sowie mit einem Vorderrad und einem Hinterrad, die in einer Spur angeordnet sind, hergestellt aus einem thermoplastischen Kunststoff, wobei ein Hauptträger (4) und ein einseitiger Hinterradträger (5) einstückig umfasst sind, wobei der Hinterradträger (5) als Hohlkörper (2) ausgestaltet ist, mit der Maßgabe, dass der Hinterradträger (5) ein kapselndes Gehäuse (16) für ein Antriebsmittel bildet, und dass der Hinterradträger (5) mit einer Hinterradaufnahme (19) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptträger (4) insgesamt mit gegenüberliegenden Rahmenwänden (3a, 3b) hohl ausgestaltet ist und einstückig mit dem Hinterradträger (5) ausgeführt ist.
  7. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterradaufnahme (19) in Form zweier koaxialer Lageröffnungen (20, 21) ausgebildet ist, dass die koaxialen Lageröffnungen (20, 21) in den gegenüberliegenden Rahmenwänden (3a, 3b) des Hinterradträgers (5) angeordnet sind.
  8. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenwand (3) des Hohlkörpers (2) eine Einstückigkeit aufweist, die mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist.
  9. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand (3) aufweist.
  10. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche unterschiedlicher Wandstärke der Rahmenwand (3) erzeugt sind durch eine bereichsweise unterschiedliche Wärmezufuhr von au-ßen in das Rotationsformungswerkzeug.
  11. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegende Wandbereiche des Hauptträgers mit koaxialen Lageröffnungen (29, 30) versehen sind, welche der Aufnahme eines Tretantriebs dienen.
  12. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Lageröffnungen (29, 30) für den Tretantrieb in integraler Weise als Serviceöffnung für den Hinterradträger (5) dient, der als kapselndes Gehäuse (16) für ein Antriebsmittel ausgebildet ist.
  13. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptträger (4) als eine trapezförmige Struktur ausgebildet ist, die ein Oberrohrelement (6), ein Unterrohrelement (7), ein Sattelrohrelement (8) und ein Steuerrohrelement (9) umfasst.
  14. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die trapezförmige Struktur ein versteifendes Brückenelement (22) aufweist, das zwischen dem Oberrohrelement (6) und dem Unterrohrelement (7) angeordnet ist.
  15. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sattelrohrelement (8) einen oberen Sattelrohrfortsatz (24) aufweist, der über das Oberrohrelement (6) hinausragt.
  16. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein versteifendes Brückenelement (25) vorgesehen ist, das sich vom Oberrohrelement (6) zum Sattelrohrfortsatz (24) erstreckt.
  17. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrahmen (1) ein Hüllvolumen aufweist, das in einem Bereich von 18 bis 22 Liter liegt, bevorzugt im Bereich von 19 Liter bis 21 Liter und besonders bevorzugt im Bereich von 20 Liter bis 20,5 Liter, sowie ein Gewicht im Bereich von 3,5 kg bis 5,5 kg, bevorzugt von 4,0 kg bis 5,0 kg und besonders bevorzugt von 4,5 kg bis 4,9 kg aufweist.
  18. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrahmen (1) bezogen auf sein Hüllvolumen ein spezifisches Gewicht im Bereich von 0,16 kg/Liter bis 0,32 kg/Liter aufweist.
  19. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Volumen des Hohlkörpers (2) zumindest teilweise mit einem Schaumstoff versehen ist.
  20. Hauptrahmen (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff durch Schäumen im inneren Volumen des Hohlkörpers (2) hergestellt ist.
  21. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass er so hergerichtet ist, dass er nach einer Stoßprüfung mit einer fallenden Masse von 22,5 kg aus einer Fallhöhe von 180 mm gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.1 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.2 keine Risse oder Brüche aufweist.
  22. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass er so hergerichtet ist, dass er nach einer dynamischen Prüfung mit pedalierenden Kräften F1 von 1000 N gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.3 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.4 nach einer erforderlichen Anzahl von 100.000 Testzyklen keine Risse oder Brüche aufweist.
  23. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass er so hergerichtet ist, dass er mit einer montierten Ersatz-Gabel nach einer dynamischen Prüfung mit einer horizontalen Kraft F2 von 450 N in Fahrtrichtung und einer horizontalen Kraft F3 von 450 N gegen die Fahrtrichtung gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.4 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.5 nach einer erforderlichen Anzahl von 100.000 Testzyklen keine Risse oder Brüche aufweist.
  24. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass er so hergerichtet ist, dass er nach einer dynamischen Prüfung mit einer vertikalen Kraft F4 von 1000 N gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.5 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.6 nach einer erforderlichen Anzahl von 50.000 Testzyklen keine Risse oder Brüche aufweist.
  25. Hauptrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Datenspeicherelement (3c) versehen ist, vorzugsweise mit einem RFID Speicherelement, um vorzugsweise Materialinformationen und/oder Daten betreffend die Verarbeitung des für den Hauptrahmen (1) verwendeten Kunststoffmaterials abzuspeichern.
  26. Vorderradgabel (40) für ein Fahrrad, welches einen Sattel aufweist, und welches mit einem Vorderrad und einem Hinterrad versehen ist, welche einspurig angeordnet sind, hergestellt in einem geschlossenen Formungswerkzeug aus einem thermoplastischen Kunststoff, wobei wenigstens ein Gabelbein (42, 43) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie als ein Gabelhohlkörper (50) mit einer Gabelwand (51) ausgebildet ist, und dass die Gabelwand (51) des Gabelhohlkörpers (50) eine Einstückigkeit aufweist, die mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist.
  27. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelhohlkörper (50) Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand (51) aufweist.
  28. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand (51) erzeugt sind durch eine bereichsweise unterschiedliche Wärmezufuhr von außen in das Rotationsformungswerkzeug.
  29. Vorderradgabel (40) für ein Fahrrad, welches einen Sattel aufweist, und welches mit einem Vorderrad und einem Hinterrad versehen ist, welche einspurig angeordnet sind, einstückig gestaltet aus einem thermoplastischen Kunststoff, umfassend entweder ein einseitig vorgesehenes Gabelbein (42, 43) mit einem oberen Ende und einem unteren Ende oder zwei solche Gabelbeine (42, 43) symmetrisch angeordnet, wobei an dem unteren Ende des Gabelbeins beziehungsweise den unteren Enden der beiden Gabelbeine (42, 43) je eine Aufnahmeöffnung (56, 58) vorgesehen ist, und wobei die Aufnahmeöffnung (56, 58) zur Halterung einer Vorderachse (59) hergerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oberen Ende des Gabelbeins (42, 43) ein Gabelbrückenbereich (41) ausgebildet ist, an dem einseitig ein Gabelarm (44, 45) ansetzt, der nach oben gerichtet ist, oder zwei symmetrisch angeordnete Gabelarm (44, 45) ansetzen, die nach oben gerichtet sind.
  30. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelarm (44, 45) ein oberes Ende aufweist, und dass das obere Ende des Gabelarms (44, 45) mit einem Lenkerelement (46) verbunden ist.
  31. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkerelement (46) einstückig als Teil des Gabelhohlkörpers (50) ausgebildet ist.
  32. Vorderradgabel (40) nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Halterung einer Vorderachse (59) vorgesehene Aufnahmeöffnung (56, 58) des Gabelbeins (42, 43) ein nach unten offenes Ausfallende (52, 53) ausbildet, in das die Vorderachse (59) seitwärts einfügbar ist.
  33. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschlusselement (55, 57) vorgesehen ist, mit welchem das nach unten offene Ausfallende (52, 53) schließbar ist.
  34. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verbindungsmittel (55a, 57a) vorgesehen ist, welches zur Befestigung des Verschlusselements (55, 57) an dem Gabelbein (42, 43) dient, so dass eine Fixierung der Vorderachse (59) bewirkbar ist.
  35. Vorderradgabel (40) nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Hüllvolumen aufweist, das im Bereich von 3,5 Liter bis 6,5 Liter liegt, bevorzugt im Bereich von 4,5 Liter bis 5,5 Liter und besonders bevorzugt im Bereich von 4,7 Liter bis 5,3 Liter liegt, sowie ein Gewicht im Bereich von 1,9 kg bis 3,7 kg, bevorzugt von 2,4 kg bis 3,2 kg und besonders bevorzugt von 2,7 kg bis 2,9 kg.
  36. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass sie bezogen auf ihr Hüllvolumen ein spezifisches Gewicht von 0,29 kg/Liter bis 1 kg/Liter Hüllvolumen aufweist.
  37. Vorderradgabel (40) nach einem der Ansprüche 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstückigkeit des Gabelhohlkörpers (50) mittels einer Rotationsformung in einem von außen beheizbaren Rotationsformungswerkzeug hergestellt ist.
  38. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelhohlkörper (50) Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand (51) aufweist.
  39. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche unterschiedlicher Wandstärke der Gabelwand (51) erzeugt sind durch eine bereichsweise unterschiedliche Wärmezufuhr von außen in das Rotationsformungswerkzeug.
  40. Vorderradgabel (40) nach einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorderdachse (59) als strukturelles Bauteil zugeordnet ist.
  41. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachse (59) zwei topfförmige oder zwei hohlzylindrische Achselemente (60, 61) umfasst, dass jedes Achselement (60, 61) einen Lagersitz (64) für ein Laufradlager sowie einem Passbereich (65) zwecks Verbindung mit dem Ausfallende (52, 53) eines Gabelbeins (42, 43) aufweist, dass der Passbereich (65) einen zylindrischen oder polygonförmigen Querschnitt aufweist, und mit der Maßgabe, dass die Einheit aus Ausfallende (52, 53) und Verschlusselement (55, 57) einen dazu passenden hohlzylindrischen oder hohlpolygonförmigen Querschnitt aufweist.
  42. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Achselemente (60, 61) in einer Flucht miteinander verbindbar sind, um eine Achsverbindung herzustellen, dass jedes Achselement (60, 61) ein Verbindungsende (60a, 61a) aufweist, und dass die Achsverbindung mittels der Verbindungsenden (60a, 61a) herstellbar ist.
  43. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsenden (60a, 61a) der beiden Achselemente (60, 61) so gestaltet sind, dass die Achsverbindung mittels einer Verschraubung herstellbar ist.
  44. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschraubung eine separate Schraube mit separater Mutter aufweist oder ein Muttergewinde in einem der Achselemente (60, 61) integriert ist.
  45. Vorderradgabel (40) nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschraubung bereitgestellt ist durch ein Verbindungsende (60a) in Form eines Außengewindes (62) an einer zylindrischen Außenfläche eines der Achselemente (60), wobei das Verbindungsende (61a) des anderen Achselements (61) in Form eines passenden Innengewindes (63) ausgebildet ist.
  46. Vorderradgabel (40) nach einem der Ansprüche 29 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Datenspeicherelement (51a) versehen ist, vorzugsweise mit einem RFID Speicherelement, um vorzugsweise Materialinformationen und/oder Daten betreffend die Verarbeitung des für die Vorderradgabel (40) verwendeten Kunststoffmaterials abzuspeichern.
  47. Fahrradrahmen (81) für ein Fahrrad mit Sattel sowie mit einem Vorderrad und einem Hinterrad in einer Spur, umfassend einen Hauptrahmen (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25 sowie umfassend eine Vorderradgabel (40) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 46.
  48. Fahrradrahmen nach Anspruch 47, dadurchgekennzeichnet, dass die Vorderradgabel (40) zwei Gabelbeine (42, 43) aufweist.
  49. Fahrradrahmen nach Anspruch 47 oder 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrahmen (1) und die Vorderradgabel (40) im montierten Zustand eine Einheit bilden, und dass wenn diese Einheit einer Stoßprüfung unterzogen wird, nach der Stoßprüfung mit einer fallenden Gesamtmasse von 90 kg, welche sich aus Teilmassen zusammen setzt, nämlich einer Masse M1 von 50 kg auf dem Sattelrohrelement, einer Masse M2 von 10 kg auf einem Test-Steuerkopf und einer Masse M3 von 30 kg auf einem Test-Tretlager, bei einer Fallhöhe von 200 mm gemäß DIN-ISO 4210-6:2015, Kapitel 4.2 für City- und Trekkingräder und gemäß den Erfordernissen der DIN-ISO 4210-2:2015, Kapitel 4.8.3 keine Risse oder Brüche aufweist.
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