DE2532856A1

DE2532856A1 - Einheit aus tretkurbel, kettenrad und tretkurbellagerbolzen fuer fahrraeder sowie verfahren und vorrichtung zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2532856A1
Application number: DE19752532856
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Ing Flicker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-07-23
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1977-02-10

Description

Einheit aus Tretkurbel, Kettenrad und Tretkurbellagerbolzen für Fahrräder sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einheit aus Gretkurbe , Kettenrad und Tretkurbellagerbolzen für Fahrräder sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung.
Dretkurbel und Kettenrad werden üblicherweise unter spanabhebender Bearbeitung und durch Bohrung in dieser Bohrung mit einer Innenverzahnung versehen, während der Tretkurbellagerbolzen ebenfalls mit spanabhebender Bearbeitung mit einer Außenverz^hnung versehen ist. Die Tretkurbel und das Kettenrad werden auf die Außenverzahnung des Tretkurbellagerbolzens aufgesteckt, und es wird dann mittels einer in ein Querloch eingesetzten Teilschraube eine Verbindung dieser Teile miteinander hergestellt.
Es ist auch schon ein Verfahren bekannt geworden, um aus Tretkurbel, Kettenrad und Tretkurbellagerbolzen eine Einheit hersustellen. Dabei war das Kettenrad zentrisch mit einem dreieckigen Loch versehen, eine Hülse, deren Radius etwas geringer war als der Abstand der Spitzen des Dreiecks vom Zentrum, wurde aufgesetzt und sodann wurde von der einen Seite der Tretkurbellagerbolzen auf die Hülse und von der anderen Seite die Tretkurbel gegen das Kettenrad gedrückt, und der Bolzen wurde gedreht bis aufgrund der durch diese Drehung des Bolzens an der Hülse entstehenden Reibungswärme die Hülse sich verformte und und alle drei Teile miteinander verschweißte, indem sie teilweise in das ausgestanzte Dreieck im Zentrum des Kettenrades eingepreßt und auch hindurchgepreßt wurde bis auf die Tretkurbel. Diese Einheit aus Tretkurbel, Kettenrad und Tretkurbellagerbolzen wurde also nach einem Verfahren hergestellt, bei dem eine Art von Reibungsschweißung eine Rolle spielte. Bei diesem Herstellungsverfahren mußten die einzelnen Teile jedoch zur Vorbereitung spanabhebend bearbeitet werden, eine Zentrierung der einzelnen Teile gegeneinander war äußerst schwierig, und es wurde ein zusätzliches Teil in Form der dazwischenzulegenden Hülse erforderlich. Insbesondere stellte es sich heraus, daß bei Einheiten, die nach diesem Verfahren hergestellt waren, die Kettenräder einen mehr oder weniger starken "Höhenschlag" hatten, d.h., daß das Zentrum der Kettenräder nicht exakt mit der Drehachse von Tretkurbellagerbolzen und Tretkurbel zusammenfiel.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Einheit aus Tretkurbel, Kettenrad und Tretkurbellagerbolzen derart herzustellen, daß eine spanabhebende Bearbeitung der einzelnen Teile an den miteinander zu verbindenden Stellen nicht erforderlich ist und daß eine genaue Zentrierung aller Teile gegeneinander beim Zusammenfügen und Reibungsschweißen selbsttätig erfolgt, so daß insbesondere das Kettenrad keinen "Seiten- und Höhenschlag" hat.
Nach der Erfindung ißt eine Einheit aus Dretkurbel, Kettenrad und Tretkurbellagerbolzen für Fahrräder dadurch gekennzeichnet, daß die Tretkurbel mit einer konischen Pfanne das Kettenrad mit einer angepaßt konischen Auswölbung und der Lagerbolzen an einem Ende mit einem angeformten, angepaßten Konus versehen, und sämtliche drei Teile an ihren ineinanderliegenden Eonusformen flächig miteinander einstückig verschweißt sind. Die Tretkurbel kann vorteilhaft in ihrer konischen Pfanne mit einem zentrischen Sackloch versehen sein. Das Kettenrad ist zweckmäßig mit einer zentrischen Bohrung in der konischen Auswölbung versehen, und der Tretkurbellagerbolzen ist an der Spitze des Konus vorteilhaft abgeflacht.
Ein Verfahren zum Herstellen der vorgenannten Einheit ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die drei Teile mit ihren konischen Ausformungen ausgerichtet aufeinandergelegt und bei Drehung des Kettenrades alle Teile zusammengepreßt werden bis eine flächenhafte Verschweißung sämtlicher Konusflächen aufgrund der Reibungswärme entstanden ist.
Eine Vorrichtung zum Herstellen der Einheit und zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen gestellfesten, zylindrischen Block und zentrischer Halterungsbohrung zur Aufnahme des Tretkurbellagerbolzens, um den zylinderischen Block drehbar gelagerte radförmige und zur Drehung antreibbare Auflage-Halterung für das Kettenrad sowie gestellfeste Halterung für die Gretkurbel zentrisch oberhalb des Kettenrades, mit darüber angeordnetem Anpreß-Stößel.
Die Vorrichtung ist weiterhin gekennzeichnet durch einen mittels Hydraulik- oder Druckluftkolben betätigten Anpreßkeil für den Tretkurbellagerbolzen in dem zylinderischen Block. Bei der Vorrichtung hat die radförmige Auflage-Halterung für das Kettenrad eine Auflage, die lediglich an dem äußeren Umfang des gettenrades ausgebildet ist, mit einigen hochstehenden Formstücken, die in die Zahnung des Kettenrades eingreifen.
Nach der Erfindung sind die konischen Ausformungen an den einzelnen Teilen durch Materialverformung ausgebildet, also durch Schlagen oder Pressen und nicht durch spanabhebende Bearbeitung.
Daher können diese konischen Ausformungen zusammen mit der übrigen spanlosen Formgebung der einzelnen Teile hergestellt werden, eine zusätzliche spanabhebende Formgebung ist nicht erforderlich.
Durch die konische Ausbildung der miteinander zu verschweißenden Flächen erfolgt ein Reibungsschweißen, eine selbsttätige Zentrierung, so daß besondere zusätzliche Maßnahmen zur Zentrierung nicht erforderlich sind. Durch die Drehung des Kettenrades beim Reibungsschweißen, also Bewegung des mittleren Teiles, erfolgt eine gleichmäßige Reibungserwärmung gegenüber den beiden außen anliegenden Teilen; die für das Reibungsschweißen aufgewendete Zeit wird abgekürzt und es wird eine sehr gleichmäßige Reibung schweißung auf beiden Seiten des Kettenrades erreicht, wobei zusätzlich die Nbglichkeit besteht, das beim Erhitzen weich gewordene Material in die im Kettenrad und insbesondere in der Tretkurbel angeordneten Löcher einzudrücken, so daß die Verschweißung und damit die Verbindung die eigentlichen aufeinanderliegenden Konusflächen weit übergreift.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch die Verbindungsstelle von Tretkurbel, Kettenrad und Tretkurbellagerbolzen, Fig.2 perspektivische Ansicht der drei auseinandergezogenen Teile von einer Seite, Fia, 3 perspektivische Ansicht entsprechend Fig. 2 von einer anderen Seite, Fig. 4 4 Schnitt durch die Vorrichtung zum Reibungsschweißen, Fia, 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 eine Ansicht der Vorrichtung zum Reibungsschweißen.
Die Tretkurbel 1 ist in einem Stück geschlagen und dabei ist am oberen Ende eine Abkröpfung 2 rechtwinklig angeformt, in deren Außenfläche eine konische Pfanne 3 mit einem zentrischen Sackloch 4 eingeformt ist. In das Kettenrad 5 ist zentrisch eine konische Auswölbung 6 eingeformt mit eine1 zentrischen Loch 7, das zweckmäßig vor e S~n ormung der kvnischen Auswölbung 6 ausge3tanzv ist. damig die Ränder dieses xoches 7 etwa kegelfövmig verlaufen und eine Überbrückung wilden zwischen dem Durchmesser des Sackloches L ir der Tretkurbel 1 und der Abflachung & am Dretkurbellagerbolzen 9. Dieser retkurbellagerbolzen 9 ist an seinem einen Ene mit einem B@nd nd 15 versehen, über dem eine konische Anformung 1 angeordnete ist.
Insbesondere aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß sämtliche konisch geformten Teile 3, 6 und 11 ineinanderpassen und sich der auch beim Gegeneinanderdrücken gegenseitig zentrieren. Samtliche konischen Flächen sind miteinander lurch Reibungsschweißung verbunden, wobei das beim Reiburgsschweißen plastisch gewordene Material in die Lochung 7 des Ketterrades 5 und in da Sackloch 4 an der Tretkurbel eingepreßt ist, so daß die Verbindung zwischen den drei Teilen die eigentlichen konischen Schweißflächen weit übergreift.
Eine Vorrichtung zum Lurchführer der Reibungsschweißung ist in der Fig. 4 im senkrechten Schnitt dargestellt. Ein zylin erischer Block 12 ist auf dem Maschinengestell 13 befestigt und mit einer zentrischen Bohrung zur Aufnahme des Tretkurbeilager bolzens 9 versehen. Diese zylindrische Bohrung ist derart ausgeführt, daß der Bolzen 9 mit seinem oberen Ende, mit den Bund 10 und der darüberliegenden konischen Anformung 11 nach oben aus dem Block 12 herausragt. Am anderen Ende des Bolzens 9 befindet sich ein Absatz 14. An dieser Stelle ist das in dem Block 12 angeordnete Aufnahmeloch ebenfalls mit einem Absatz versehen, so daß der Bolzen mit dem Absatz 14 auf dem Absatz des Loches ruht. Weiterhin befindet sich unterhalb des Absatzes 14 an dem Bolzen 9 eine seitliche Keilnut 15, die zur Anbringung und Bestlegung der gegenüberliegenden Tretkurbel dient.
Innerhalb des Blockes 12 ist in einer Querbohrung ein Zylinder 16 angeordnet, der über an seinen beiden Enden angeordnete Zufiihrungsbohrung 17 mit einem Druckmittel, wie Hydrauliköl oder Druckluft, beschickt werden kann. Innerhalb Ges ylinders 16 ist ein Kolben 18 beweglich, und der Zylinder 16 ist an der zur Halterungsbohrung für den Bolzen 9 hin liegenden Seite mit einem, diese Bohrung an beiden Seiten überragenden Schlitz 19 versehen. In dem Kolben 18 ist ein Keil 20 angeordnet, der in den Schlitz hineinragt und bei Verschiebung des Kolbens 18 gegen die Keilfläche 15 an dem eingesetzten Bolzen 9 anpreßt.
An dem zylindrischen Außenmantel des Blockes 12 sind Wälzlager 21 angeordnet, die eine radförmige Auflage-Halterung 22 für das Kettenrad 5 tragen. Auf der Außenseite dieser radförmigen Auflage-Halterung 22 sind Keilnuten 23 angeordnet, in denen Keilriemen 24 laufen, die über ein Riementreibrad 25 von einem Motor 26 angetrieben sind.
Auf der Oberseite der radförmigen Auflage-Halterung 22 ist eine ringförmige Auf lage 27 ausgebildet, auf der das Kettenrad 5 mit seinem äußeren Umfang aufliegt. An dieser Auflage 27 sind weiterhin einige hochstehende Formstücke 28 angeordnet, die in die Zahnung des Kettenrades 5 eingreifen. Die Anordnung ist so getroffen, daß das auf die Auflage 27 gelegte Kettenrad 5 mit der Innenfläche seiner konischen Auswölbung 6 auf die Konusfläche 11 des in die zentrische Borhung des Blocks 12 eingesetzten DretkurbelXagerbolzens 9 aufliegt.
Neben dieser Anordnung ist auf dem Gestell 13 eine Halterung 29 befestigt, die an ihrem oberen Ende mit einem Auflagedorn 30 und einer Auflagefläche 31 für die Gewindebohrung des Pedals an der Tretkurbel 1 ausgestattet ist. Hier wird die Tretkurbel 1 aufgelegt und gehaltert, während das gegenüberliegende Ende der Tretkurbel 1 mit der dort ausgebildeten konischen Pfanne 3 auf die konische Außenseite der Auswölbung 6 an dem Kettenrad 5 aufgelegt wird.
An einem Auslegerarm 32 über dem Gestell 13 ist ein mit Druckmittel regelbar zu beaufschlagender Zylinder 33 befestigt, an dessen Kolben ein im Drehzentrum nach unten ragender Stößel 34 auf das mit der konischen Pfanne versehene Ende der Tretkurbel 1 abgesenkt und aufgesetzt werden kann. Die Zufuhr des Druckmittels zu dem Zylinder 33 ist mittels eines Handhebels 35 zu steuern.
Nach dem Einsetzen und Einlegen der einzelnen Teile 9, 5 und 1 in die Vorrichtung in der dargestellten Weise, wird der Motor 26 eingeschaltet und die radförmige Auflage-Halterung 22 mit dem darauf liegenden Kettenrad 5 gedreht. Zwischen den stationär gegeneinanderliegenden Teilen, der Konuspfanne 3 an der Tretkurbel und dem Konus 11 an dem Tretkurbellagerbolzen 9, dreht sich die konische Auswölbung 6 des Kettenrades, und infolge der Drehung wird an deren Ober- und Unterfläche Reibungswärme erzeugt, die verstärkt wird durch eine entsprechend geregelte Anpressung des Stößels 34 gegen die Oberseite der Tretkurbel 1. Die erzeugte Reibungswärme führt sehr bald zu einer Reibungsschweißung.
Die Drehung des Kettenrades wird stillgesetzt und nach einem letzten Andruck der Stößel 34 zurückgezogen, so daß die nunmehr verschweißte Einheit aus Xretkurbel, Kettenrad und retkurbellagerbolzen nach Entspannen des Keiles 20 aus der Vorrichtung herausgenommen werden kann.
Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß beim Einlegen der Teile und beim Schweißvorgang eine selbsttätige Zentrierung der einzelnen Teile gegeneinander erfolgt aufgrund der konischen Ausbildung der einzelnen aufeinanderreibenden Flächen.

Claims

Patentansprüche

1. Einheit aus Tretkurbel, Kettenrad und Tretkurbellagerbolzen für Fahrräder, dadurch gekennzeichnet, daß die Tretkurbel (1) mit einer konischen Pfanne (3), das Kettenrad (5) mit einer angepaßt konischen Auswölbung (6) und der Lagerbolzen (9) an einem Ende mit einem angeformten, angepaßten Konus (11) versehen und sämtliche drei Teile an ihren ineinanderliegenden Konusformen flächig miteinander einstückig verschweißt sind.

2. Tretkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrer konischen Pfanne (3) mit einem zentrischen Sackloch (4) versehen ist.

3. Kettenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer zentrischen Lochung (7) in der konischen Auswölbung (6) versehen ist.

4. Tretkurbellagerbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er an der Spitze des Konus (11) mit einer Abflachung (8) versehen ist.

5. Verfahren zum Herstellen der Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Teile(9, 5 und 1) mit ihren konischen Anformungen (11, 6 und 3) ausgerichtet aufeinandergelegt und bei Drehung des Kettenrades (5) alle Teile zusammengepreßt werden bis eine flächenhafte Verschweißung sämtlicher Konusflächen aufgrund der Reibungswärme entstanden ist.

6. Vorrichtung zum Herstellen der Einheit nach ssspruch 1 und zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen gestellfesten zylinderischen Block (12) mit zentrischer Halterungsbohrung zu Aufnahme de Gretkurbellagerbolzens (9), um aen zyllnderischen Bloc- (12) drehbar gelagerte, radförmige und zur Drehung antreibbere Auflage-Halterung (22), (27) für da Kettenrad sowie g stellfeste Halterung (29) für die Tretkurbel (1) zentrisch iber dem Kettenrad (5), mit darüber angeordnetem Anpreßstößel (34).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen, mittels Hydraulik- oder Druckluftkolben (18) betätigten Anpreßkeil (20) für den Dretkurbellagerbolzen (s) in den zyl nderischen Block (12).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radförmige Auflage-Halterung (22) für das Kettenrad (52 eine Auflage (27) lediglich an dem Außenumfang des Kettenrades (5) bildet, mit einigen hochstehenden Formstücken (28) die in die Zahnung des Kettenrades (5) eingreifen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßstößel (34) die Kolbenstange eines mit Druckluft oder Hydraulik betätigten Zylinders (33) ist.

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