DE3546283A1 - Tretlagerwelle fuer fahrraeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tretlagerwelle für Sport- und Rennrader mit verbesserten Eigenschaften bezüglich Gewicht, Festigkeit und Steifheit, die kostengünstiger hergestellt werden kann als die heute verwendeten Tretlagerwellen.

Die Tretlagerwelle ist das Bauteil eines Fahrrades, das die beiden Pedalkurbeln miteinander verbindet und auf das das Gewicht und die Muskelkraft des Fahrradfahrers wirkt. Dieses Bauteil ist erheblichen periodischen Biege-, Scher- und Torsionsspannungen ausgesetzt und muß daher unter Verwendung von sehr harten Materialien,

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^ BOEHMERT & BOEHMERT

• k·

etwa gehärteten und getemperten Stählen oder Speziallegierungen (etwa Titanlegierungen) und in verschiedenen Arbeitsschritten, nämlich Schmieden oder Kaltschmieden und anschließender Endbearbeitung hergestellt werden.

Das Material wird bezuglich Gewicht, Festigkeit und Steifheit besser verwendet bei Entfernen des Materials selbst von der neutralen Achse. Bei bekannten Tretlagerwellen kann dies nur durch die Vornahme von Bohrungen mit einem Durchmesser, der dem der die Tretkurbeln anschraubenden Schrauben entspricht, erreicht werden. Es wurde bereits versucht, diese Begrenzung durch die Konstruktion einer Tretlagerwelle zu überwinden mittels Stoßextrusion, die an sich bekannt ist, zur Herstellung derartiger Versuche jedoch nie eingesetzt worden ist.

Dieses Verfahren erlaubt es, eine Tretlagerwelle für „ Fahrräder zu schaffen, die leichter und gleichzeitig

steifer und fester ist als die nach den bekannten Verk· fahren hergestellten.

Diese Tretlagerwelle ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Ausnehmung in dem mittleren Teil, deren Querschnittsfläche großer ist als die Querschnittsfläche der an den Seiten vorgesehenen Gewindebohrungen zur Aufnahme der Befestigungsschrauben und damit einen Querschnitt, der großer ist als die normalen Bohrungen bekannter Tretlagerwellen.

Die Tretlagerwelle wird aus einem Stahl durch Extrusion und anschließendem Kaltschmieden insbesondere durch kalte Extrusion aus einem Stahlstück, Bilden eines Rohlings in Form eines Schaftes und nachfolgendes Schmieden des Rohlings in einer beweglichen Presse.

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BOEHMERT & K)EHMERT

Die Welle kann als ein einheitliches Produkt hergestellt werden, es können jedoch nach dem obigen Verfahren zwei Elemente hergestellt werden, die sodann miteinander oder an einen ringförmigen, normal hergestellten Zwischenkorper verschweißt werden.

Die erfindungsgemäße Welle wird vorzugsweise an seinen Enden prismenförmig ausgebildet mit einem oktogonalen statt einem quadratischen Querschnitt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabei zeigt:

Fig. 1 die Extrusion einer einstückigen Tretlagerwelle,

Fig. 2 das Schmieden der in Fig. 1 gezeigten Welle,

Fig. 2A und 2B vergrößerte Ansichten, die die oktogonalen prismenartigen Endabschnitte der in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Wellen verdeutlicht,

Fig. 3. eine Darstellung der Tretlagerwellen teilweise im Schnitt -, wie sie nach dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verfahren hergestellt worden sind, und

Fig. 4 und 5 ähnliche Darstellungen, die zwei modifizierte Ausfuhrungsformen der er-

BOEHMERT & BOEHMERT

findungsgemäßen Tretlagerwelle wiedergibt, die in zwei bzw. drei Stucken hergestellt worden sind, die nach einem ähnlichen Verfahren wie die in Fig. 1 gezeigte einstückige Tretlagerwelle hergestellt worden sind.

Die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Tretlagerwelle wird durch die in den Fig. 1 und 2 gezeigten, aufeinander folgenden Verfahrensschritte hergestellt: Das Ausgangsmaterial 1 - im wesentlichen in Form eines Stahlstücks - wird zunächst durch das Hindurchpressen durch einen Extruder 2 mittels eines Gesenks 3 und einer Matrize 4, die mit einer inneren Ausnehmung oder Höhlung 5 versehen ist, verformt. Dies ist im wesentlichen ein Extrusionsvorgang, der auf der linken Seite von Fig. 1 beginnt und auf der rechten Seite dieser Fig. endet. Der so gewonnene Rohling erscheint als zylindrischer Stab 6, dessen einer Endabschnitt 7 etwa dem Profil der herzustellenden Tretlagerwelle entspricht und dessen anderes Ende eine dickere Krone 8 aufweist, von der das in dem zweiten Verfahrens schritt zu verformende Material hergeleitet wird.

In diesem zweiten Schritt wird der in dem ersten Schritt gewonnene Rohling (linke Seite von Fig. 2) in eine geeignete Presse 9 eingeführt. Die von einem Ende hervor ragende Krone 8 wird sodann mittels einer beweglichen Matrize 10 verformt, um die in Fig. 3 gezeigte fertige Tretlagerwelle herzustellen. Wenn die Matrize 10 wieder geöffnet wird, wird die Welle 11 durch den Stößel 12 ausgeworfen.

BOFHMERT & BOEHMERT

Sodann werden die weiteren Arbeitsgänge bezüglich der Rohwelle 11 durchgeführt, um das fertige Produkt herzustellen.

Aus Fig. 3 ergibt sich sogleich, daß eine Welle hergestellt worden ist, deren Innenquerschnitt größer ist als der Querschnitt der an den Enden für die Verschraubung der Tretkurbeln vorgesehenen Gewindelöcher. Dieser Querschnitt ist daher größer als der bei bekannten Tretlagern. Aus dieser Darstellung ist weiter zu erkennen, daß die besondere Ausgestaltung der Welle 11 es erlaubt, die Verteilung der Spannung über das Material zu optimieren, so daß eine hohe Leichtigkeit und eine hohe Steifigkeit erzielt werden.

Das volle Erreichen dieser Ziele - und damit erhebliche Vorteile - werden durch Torsionstests bestätigt, die anhand von üblichen Tretlagerwellen und erfindungsgemäß hergestellten Tretlagerwellen erzeugt worden sind. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle wiedergegeben:

BUt HMbK 1 & BUJbHMtHJ

Torsionstest bezüglich einseitig befestigten und an

dem anderen Ende einem konstanten
Drehmoment unterworfenen Tretlagerwellen
(Armlänge 170 mm)

Wellenart	Gewicht	Last	Verschiebung vom Ort
	(g)	(Newton)	der Krafteinleitung
			(mm)
a) Übliche Welle	141,44	1450	16,65
mit einer Höhlung,
deren Querschnitts
fläche der der
endseitigen Löcher
entspricht
b) erfindungsgemäße	138,53	1450	13,27
Welle mit einer
Höhlung, deren
Querschnitt größer
ist als der der
endseitigen Löcher

Aus dieser Tabelle ergibt sich, daß eine gleiche Last bei der erfindungsgemäßen Tretlagerwelle eine Torsionsbeanspruchung erzeugt, die um 20 % geringer ist als bei einer üblichen Welle. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Welle 2 g leichter als die

BOEHMERT & BOEHMERT

. 9.

bekannte Tretlagerwelle.

Es ist weiter zu beachten, daß die besondere Form der erfindungsgemäßen Welle ein Durchbohren ermöglicht, wobei dieses Durchbohren nicht mehr über die gesamte Länge erforderlich ist, wie dies bei den bekannten Tretlagerwellen der Fall ist, sondern lediglich an den beiden Enden. Dies führt zu beträchtlichen Konstruktions- und Kostenvorteilen. Weitere Vorteile ergeben sich daraus, daß derselbe Rohling zur Herstellung von Tretlagerwellen verschiedener Standardgroßen verwendet werden kann, in dem einfach die Art der Verarbeitung geändert wird.

Die in Fig. 3 gezeigte Welle wird schließlich an ihrem Endabschnitt 7 mit einem oktogonalen statt mit einem quadratischen Querschnitt versehen, wie dies in den Fig. 2A und 2B deutlich wird. Dies erhöht die Widerstandsfähigkeit. Die in Fig. 2A gestrichelt wiedergegebene Fläche zeigt deutlich, wie diese Form der Wellenenden ausgebildet ist, um diesen Aufnahmeabschnitt gegenüber den üblichen quadratischen Endabschnitt zu vergrößern. Die gewählte Form der Wellenenden verbessert weiter die Verbindung mit den Tretkurbeln.

Die Fig. 4 und 5 zeigen - wie schon gesagt - die erfindungsgemäße Welle 1 3, bestehend aus zwei miteinander verschweißten Stücken bzw. eine Welle 14 bestehend aus drei miteinander verschweißten Stücken. Diese beiden konstruktiven Lösungen können eine Alternative zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden und unterscheiden sich von dieser durch eine oder mehrere Schweißvorgänge.

BOEHMERT JQEJ

• AO-

Bei der Welle 13, die aus zwei Elementen 15 und 16 besteht und die mittels einer Schweißung 17 (Fig. 4) miteinander verbunden sind, wird der Extrusionsvorgang fur jedes der Elemente durchgeführt, wobei dies genauso erfolgt, wie dies bezüglich der einstückigen Welle 11 beschrieben ist, wobei der Rohling lediglich keine hervorragende Krone 8 aufweist. Die beiden Elemente 15 und 16 werden sodann mittels der SchweiBung 17 verbunden, wodurch eine mittels der Werkzeuge auszurichtende Welle 18 gebildet wird.

Die Vorteile dieser Ausführungsformen liegen in den geringeren Anfangskosten für die Vorrichtung und den geringeren Erstellungskosten vor der Herstellung der Verbindung.

Die derart erzeugten Stücke haben weiter eine höhere Genauigkeit verglichen zu der einstückigen Welle. Auch ist die Standardisierung der verschiedenen Längen leichter zu handhaben.

Im Fall der aus drei mittels Schweißungen 21 und 22 (Fig. 5) miteinander verbundenen drei Elementen 18, 19 und 20 gebildeten Welle 14 ist dieser Vorgang noch einfacher als in den beiden erstgenannten Fällen. Die beiden mit einer hohen Genauigkeit kaltgeschmiedeten Endelemente 18, 19 werden in einer einzigen Presse hergestellt (dies hat den Vorteil einer vollständigen Symetrie dieser Teile), während das Hittelelement aus einem üblichen Rohrstück gewonnen wird, dessen Material dem der Rohlinge 18 und 19 entspricht und/oder irgendwie mit den Schweißvorgängen bezüglich der Elemente 21, 22 kompatibel ist, um diese drei Elemente der Tretlagerwelle zu verbinden.

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• /14 ·

Diese Losung bietet eine große Anzahl von Vorteilen: Neben den bereits bezuglich der in zwei Stücken verschweißten Welle 13 besteht ein weiterer Kostenvorteil durch die Verwendung eines üblichen RohrStücks für das Mittelelement 20 der Welle. Weiter kann der jeweilige Abschnitt dieses Rohres entsprechend der Verwendung der Tretlagerwelle verändert werden.

Erfindungsgemäß werden auch andere Ausführungsformen von Tretlagerwellen für Fahrräder erfaßt, von denen lediglich einige Konstruktionsbeispiele beschrieben und gezeigt werden. Der Schutzbereich der Erfindung erfaßt beispielsweise auch Tretlagerwellen, deren mittlerer Teil eine Höhlung aufweist und dessen Endabschnitte nicht mit Lochern versehen sondern andere Mittel zur Befestigung der Tretkurbeln aufweisen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

BOEHMERT & BOFHMERT

C 2132 BEZUGSZEICHENLISTE

1	Ausgangsmaterial
2	Extruder
3	Gesenk
4	Matrize
5	Ausnehmung
6	Stab
7	Endabschnitt
8	Krone
9	Presse
10	Matrize
12	Stößel
13	Welle
14	Welle
15	Element
16	Element
17	Schweißung
18	Element
19	Element
20	Element
21	Schweißung
22	Schweißung

Claims (6)

BOEHMERT & ROEHMEKT J C 2132 ANSPRÜCHE

1. Tretlagerwelle für Fahrräder, gekennzeichnet durch eine in seinem mittleren Abschnitt liegende Ausnehmung mit einer Querschnittsfläche, die größer ist als die Querschnittsfläche der an den Endabschnitten vorgesehenen Bohrung Bohrungen für die Schrauben zur Befestigung der Pedalkurbeln.

2. Tretlagerwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Herstellung mittels Extrusion und anschließendem Kaltschmieden.

3. Tretlagerwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Herstellung aus einem Stahlblock, Ausbilden eines Rohlings in Form eines Hohlstabes und anschließendes Schmieden des Rohlings in einer beweglichen Presse.

4. Tretlagerwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung als einstückiger Korper.

5. Tretlagerwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung als aus zwei extrudierten und geschmiedeten, durch Verschweißung miteinander verbundenden Elementen bestehender Korper.

BOEHMEIlT & EOEHMERT .- 2 -·

6. Tretlagerwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte einen oktogonalen Querschnitt aufweisen.