DE4208917A1

DE4208917A1 - Speichenrad und felge dafuer

Info

Publication number: DE4208917A1
Application number: DE19924208917
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Kleinhoff
Original assignee: Continental AG
Current assignee: KLEINHOFF, KLAUS, DIPL.-ING., 31552 RODENBERG, DE
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1992-03-20
Publication date: 1993-09-23
Also published as: DE4206311A1; DE4143380A1; DE4137662A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Speichenrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf eine Hohl kammerfelge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 7. Dieses Patent ist ein Zusatzpatent zu dem Hauptpatent DE-PS 41 37 662 (Anmeldungsnummer P 41 37 662.5-21).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch das Hauptpatent eröffneten Optimierungsmöglichkeiten auszu schöpfen; insbesondere geht es um eine Verbesserung des Verhältnisses zwischen Felgengewicht, -steifigkeit und -festigkeit sowie um die Erzielung präzisen Sitzens des Reifens auf der Felge.

Zur Lösung gehört das an sich bekannte Merkmal, daß die Reifenfüße auf sich im wesentlichen axial erstreckenden Reifensitzflächen der Felge sitzen. Durch diese Sitz flächen kann ein zur Radnabe genauerer konzentrischer Reifensitz erzielt werden als allein durch Einhängen des Reifenwulstes unter ein hakenförmig ausgebildetes Felgen horn. Es ist vorbekannt, daß zur Überwindung des Felgen hornes bei der Reifenmontage ein als Tiefbett bezeichneter Freiraum erforderlich ist; erfahrungsgemäß muß der Wulstkern um rund ein Drittel der Radialerstreckung des Felgenhornes im Tiefbett versenkbar sein.

Im noch unpublizierten Zusatzpatent 41 37 662.5 wurde bereits die Auswölbung des radial äußeren Felgenflansches nach radial außen, also entgegengesetzt zur bekannten Technik, gelehrt. Durch die Wölbung des äußeren Felgen flansches nach radial außen wird nahezu ohne Zuwachs der Umfangslänge das Flächenträgheitsmoment des Felgenquer schnittes und damit die Steifigkeit und Festigkeit der Felge wesentlich erhöht. Dieser Umstand kann genutzt werden, um die Felgenwandstärke zu reduzieren, oder, um Steifigkeit und Festigkeit der Felge zu erhöhen. Egal, ob auf eine Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit oder eine Senkung des Gewichtes abgezielt wird, in jedem Falle wird das Verhältnis zwischen Gewicht einerseits und Festigkeit und Steifigkeit andererseits der Felge verbessert.

Es verbleibt die Aufgabe, eine solche Gestaltung des äußeren Felgenflansches mit einer Reifenaufnahme auf Sitz flächen zu kombinieren; besagtes Zusatzpatent offenbart nur die - unpräzisere - Reifenaufnahme durch Einhängen hinter als Widerhaken ausgebildeten Felgenhornenden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. 5 gelöst. Die hauptpatent gemäße Speichen-Felgen-Verbindung wird durch Nippel geschaffen, die neben dem bekannten Innengewinde noch ein Außengewinde aufweisen, so daß die Nippel von radial innen her in die Felge eingeführt werden können und nicht mehr wie zuvor von radial außen her eingeführt werden müssen. Aufgrund der geänderten Einbaurichtung braucht der radial äußere Felgenflansch nicht mehr von Nippellöchern durch brochen zu werden, wonach ein die Nippellöcher außen ab deckendes Felgenband überflüssig ist. Die erfindungsgemäße Wölbung des Mittenbereiches des äußeren Felgenflansches einer Hohlkammerfelge nutzt unter anderem den durch den Verzicht auf ein Felgenband frei gewordenen Bauraum.

Wegen des günstigen Einflusses der Auswölbung des radial äußeren Felgenflansches nach radial außen aufs Verhältnis zwischen Gewicht einerseits und Steifigkeit und Festigkeit der Felge andererseits lehrt vorliegende Zusatzerfindung, diese Auswölbung zu vergrößern. Diese Vergrößerung war jedoch nicht ohne weiteres möglich, weil sie mit dem anderen Entwicklungsziel kollidierte, die als besonders präzise bekannte Reifenhalterung auf Sitzflächen zu verwirklichen, da diese Reifenhalterung ein Felgentiefbett erfordert.

Ein wesentlicher Teil der erfinderischen Leistung liegt in der Erkenntnis, daß die Anordnung zweier Felgentiefbetten - obwohl sie zusammen mehr Bauraum beanspruchen - den zuvor beschriebenen Zielkonflikt entschärfen. Durch den Übergang auf zwei Tiefbetten statt bisher einen braucht nämlich kein Tiefbett mehr im axial mittleren Bereich der Felge angeordnet zu werden, dort wo die Auswölbung des äußeren Felgenflansches nach außen vergrößert werden soll; vielmehr liegt ein jedes Tiefbett außermittig, eines links und eines rechts.

Um eine besonders große Wölbung nach radial außen zu bekommen, sollte das Speichenrad schlauchlos bereift sein, weil dann stärkere Krümmungen in der radial äußeren Kontur des Felgenquerschnittes und an der Übergangsstelle Felgen- Reifen möglich sind. Die schlauchlose Bereifung ermöglicht auch, jede Reifensitzfläche der Felge schmaler zu halten als den zugehörigen Reifenfuß, weil die Reifensitzflächen zur Verhinderung von Karkassquetschungen unterhalb der Reifenkerne nur wenig breiter zu sein brauchen als die lichte Weite zwischen den Kernen nach Reifenmontage; mit Schlauch müssen jedoch die Sitzflächen so breit sein, daß der empfindliche Schlauch nicht in scharfer S-förmiger Krümmung an der Übergangsstelle Reifenzehe-Felge liegt.

Eine besonders große Auswölbung des radial äußeren Felgen flansches nach radial außen ist möglich, wenn jedes Tief bett die angrenzende Reifensitzfläche hinterschneidet. Hierdurch kann nämlich das axial äußere Ende eines Tief bettes weiter axial außen liegen als das axial innere Ende der zugehörigen Reifensitzfläche. Der Mittenbereich, in dem die Felge nach radial außen gewölbt werden kann wird durch dieses Merkmal vergrößert und damit auch die maximal mögliche Auswölbung selbst. Lediglich das radial äußere Ende der Übergangsfläche zwischen Tiefbett und Sitzfläche sollte so gestaltet sein, daß es sich nach radial außen hin erweitert, um so das Aufgleiten des Reifenfußes auf die Sitzfläche zu erleichtern. Es empfiehlt sich, das Gleiten dadurch weiter zu erleichtern, daß Tiefbetten und Felgensitzflächen samt der dazwischen liegenden Fläche vor der Reifenmontage mit einem zähen Schmiermittel, zum Beispiel Paraffin oder Vaseline, eingeschmiert werden. Ein solches Schmiermittel begünstigt auch die Abdichtung zwischen Felge und Reifen während des Gleitens der Reifen füße vom Tiefbett auf die Sitzflächen, so daß schon geringe Luftfördermengen auch bei schlauchloser Bereifung genügen, um die Reifenfüße auf die Felgensitzflächen zu treiben.

Durch die Wölbung des äußeren Flansches nach radial außen ergibt sich ein Querschnitt der Hohlkammer, der einem kreisförmigen Querschnitt näher kommt als die bislang üblichen Felgen. Dadurch zeigen erfindungsgemäße Felgen auch eine höhere Torsionssteifigkeit im Verhältnis zum Baugewicht. Vorzugsweise wird dieser Umstand zu einer bzw. zu einer größeren Speichenkreuzung in der Vorderansicht genutzt, wodurch die Widerstandsfähigkeit des erfindungs gemäßen Speichenrades gegenüber Querschlägen verbessert wird; eine Speichenkreuzung in Vorderansicht ist bei leichten Felgen bislang nicht möglich, da sich hierdurch ein Torsionsknickfall für die Felge ergibt.

Des weiteren vergrößert die Auswölbung des äußeren Felgenflansches den zur Verfügung stehenden Einstell bereich der Speichenlänge. Bei einer Ausführung gemäß Anspruch 2 bzw. Anspruch 7 ist der Einstellbereich genauso groß oder größer wie (als) bei der der zur Zeit üblichen Verbindungstechnik mittels Nippeln, die von radial außen in die Felge eingeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Speichenrad,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Felge.

Die bereits im Hauptpatent verwendeten Bezugszeichen werden auch hier verwendet; soweit sie in hiesigen Figuren nicht erscheinen, sind sie im nachfolgenden Text eingeklammert aufgeführt.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungs gemäßes Speichenrad. In der aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Hohlkammerfelge 1 sind Nippellöcher 2 mit Innengewinde 9 angeordnet, die nur den radial inneren Felgenflansch 10 durchsetzen. Der äußere Felgenflansch 11 ist ununterbrochen ausgeführt und benötigt deshalb keine Abdeckung durch ein Felgenband. In den Nippellöchern 2 stützen sich Nippel 3 mit einem zu den Innengewinden 9 passenden Außengewinde 8 ab. Wie im Stand der Technik bekannt, sind die Nippel 3 auf ihrer gesamten Länge hohl und weisen ein durchgehendes Innengewinde (4) auf. Hierin greifen die auf Zug vorgespannten Speichen 6 mit zum Nippelinnengewinde (4) passenden Außengewinde 7 an.

Nippelinnengewinde (4) und Nippelaußengewinde 8 weichen in ihrer Steigung voneinander ab; eine Abweichung nur im Steigungsbetrag, also bei gleicher Steigungsorientierung, hat den Vorteil, daß die Nippel besonders schlank gehalten werden können, weil sich eine hohe Untersetzung zwischen Nippelumdrehung und Speichenspannweg ergibt. Also genügen kleine Gewindedurchmesser, um die nötige Selbsthemmung zu erreichen. Ferner können so die Speichen besonders exakt justiert werden. Demgegenüber hat ein Abweichen zwischen Nippelinnen- (4) und -außengewinde 8 in der Orientierung den Vorteil, daß die Speichen 6 rasch mit wenigen Nippel drehungen zu spannen sind. Allerdings muß der Durchmesser des Nippelaußengewindes - und damit natürlich auch des Felgeninnengewindes - vergrößert werden, um zur Verhinderung des selbsttätigen Speichenlosdrehens ein ausreichendes Reibdrehmoment aufzubauen.

Weiter radial innen weisen die Nippel 3 in an sich bekannter Weise eine Drehmomenteinleitungsstelle auf, hier einen Vierkant 5. Hier soll das Werkzeug zur Speichen spannungseinstellung angreifen.

Die Besonderheit dieser Zusatzerfindung liegt darin, daß der radial äußere Felgenflansch 11 in seinem axial mittleren Bereich nach radial außen gewölbt ist und, daß sich links und rechts anschließend an diesen Mittenbereich je ein Felgentiefbett 16 befindet, so daß eine Reifen montage auf an sich bekannte, sich im wesentlichen axial erstreckende Reifensitzflächen 15 möglich ist. Hier sind die Reifensitzflächen 15 gerade ausgebildet mit einer Neigung zur Axialen von 10°. Es ist aber auch eine Wölbung der Reifensitzfläche 15 möglich. Dies trifft auch auf das hier ebenfalls gerade ausgeführte Felgenhorn 20 zu.

Um die beiden Felgentiefbetten 16 so weit wie möglich auseinanderzuziehen, ist nicht nur die Übergangsfläche 19 so geneigt, daß der axial äußere Rand 16.1 jedes Tief bettes 16 weiter axial außen liegt als der axial innere Rand 15.1 der zugehörigen Reifensitzfläche 15, so daß die Sitzflächen 15 also teilweise hinterschnitten sind, sondern es sind auch die Reifensitzflächen 15 schmaler gehalten als die Reifenfüße 17. Letzteres ist nur mit schlauchloser Bereifung - wie hier gezeigt - zu empfehlen, weil ansonsten der Schlauch zu scharfe Knicke erfahren würde und in den Knicken vorzeitig undicht werden könnte. Zur Vermeidung von Karkaßquetschungen ist dabei das Maß 15.2 zwischen den axial inneren Grenzen 15.1 der Reifen sitzflächen 15 um 2 bis 12%, hier 9%, kleiner als das Maß 18.2 zwischen den axial inneren Grenzen 18.1 der Wulstkerne 18 im auf der Felge 1 fertigmontierten Zustand.

Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten, maßstabsgerechten (ca. 1 : 6,4) Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Hohl kammerfelge 1. Die Nippellöcher 2 sind in Verdickungen 12 angeordnet.

Erfindungsgemäß ist der äußere Felgenflansch 11 nach radial außen gewölbt in seinem axial mittleren Bereich. Während bislang die Felgenbetten genau umgekehrt herum gewölbt sind, um den nötigen Freiraum für die Reifenmotage zu schaffen, wird bei der erfindungsgemäßen Lösung der zuvor vom Felgenband beanspruchte Bauraum der Felge 1 zugeschlagen und es ist das bekannte mittige Tiefbett in zwei axial außen liegende Tiefbetten aufgeteilt, wodurch in der axialen Mitte weiterer Bauraum für den äußeren Felgenflansch 11 geschaffen wurde. Die Auswölbung des äußeren Felgenflansches 11 nach radial außen führt zu den genannten Zuwächsen an Biegesteifigkeit, Torsions steifigkeit und Biegefestigkeit.

Weiterhin führt diese Ausbildung zu einem großen Speichen längentoleranzmaß 6.1, welches vom radial äußeren Ende des Felgeninnengewindes 9 bis zur inneren Kontur des äußeren Felgenflansches 11 entlang der Speicheneinschraubrichtung zu messen ist.

Der Zuwachs an Flächenträgheitsmoment und Speichenlängen toleranz ist auch ablesbar am Vergleich des Innenradius r in der Mitte des äußeren Felgenflansches 11 um die Radachse in der Längsebene des Rades mit dem minimalen Außenradius R des äußeren Felgenflansches 11 - also im Tiefbett 16 - ; der mittige Innenradius r ist im Gegensatz zum Stand der Technik größer als der Tiefbettdurchmesser R, und zwar vorzugsweise - wie hier gezeigt - etwa um das Wandstärkenmaß w des äußeren Felgenflansches 11 in seiner Mitte.

Wie bereits zuvor ausgeführt trägt zu dieser vorteilhaften Gestaltung die sich teilweise nach radial innen hin erweiternde Formgebung der Übergangsflächen 19 zwischen Tiefbett 16 und Sitzfläche 15 bei; am radial äußeren Ende 19.1 ist die Übergangsfläche 19 jedoch in sich nach radial außen hin erweiternder Form gestaltet, um das Aufgleiten des Reifens vom Tiefbett her zu erleichtern.

Die Felgenhörner 20 sind in an sich bekannter Höhe und Gestalt ausgeführt. Am radial äußeren Ende 20.1 weisen sie eine sanfte, nach axial innen gerichtete Verdickung auf.

Als Seiten 10 und 11 ist eine Bezugszeichenliste Bestandteil der Beschreibung.

Die Zusatzerfindung geht von einem Speichenrad besonders für Fahrräder aus gemäß dem Hauptpatent DE-PS 41 37 662 mit einer Felgen-Speichen-Verbindung, die den äußeren Felgenflansch 11 einer Hohlkammerfelge 1 ununterbrochen läßt und dadurch eine schlauchlose Bereifung 13 zuläßt. Sie lehrt die Wölbung des äußeren Flansches 11 nach außen in Kombination mit an sich bekannten Felgensitzflächen 15 und dadurch erforderlichem Tiefbett, welches in zwei axial außen liegende Tiefbetten 16 aufgeteilt ist. Hierdurch wird das Verhältnis zwischen Gewicht und Steifigkeit und Festigkeit verbessert und das Speichenlängentoleranzmaß 6.1 vergrößert.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Felge
2 Nippellöcher in 1
3 Nippel
4 Innengewinde von 3
5 Drehmomenteinleitungsstelle von 3
6 Speichen
6.1 Speichenlängentoleranzmaß
7 Außengewinde von 6
8 Außengewinde von 3
9 Innengewinde von 1
10 radial innerer Flansch von 1
11 radial äußerer Flansch von 1
12 Verdickung im Bereich von 2
13 Reifen
14 Ringkerbe in 3
15 Reifensitzfläche von 1
15.1 axial innere Grenze von 15
15.2 Maß zwischen 15.1
16 Tiefbetten in 1
16.1 axial äußerer Rand von 16
17 Füße von 13
18 Wulstkerne von 13
18.1 axial innere Grenze von 18
18.2 Maß zwischen 18.1
19 Übergangsfläche von einem Tiefbett 16 zur zugehörigen Reifensitzfläche 15
19.1 radial äußere Enden von 19
20 Felgenhorn
20.1 äußeres Ende von 20
r Innenradius des äußeren Felgenflansches 11 um Radachse in Längsebene des Rades
R minimaler Außenradius des äußeren Felgenflansches 11 - also im Tiefbett 16 -
w Wandstärke des äußeren Felgenflansches 11

Claims

1. Speichenrad,

- welches eine einteilige Felge (1) mit einem Tiefbett (16) und mehrere Nippellöcher (2) aufweist
- in denen (2) jeweils ein Nippel (3) angreift, wobei die Nippel (3) ein Innengewinde (4) aufweisen und eine Drehmomenteinleitungsstelle (5), die eine Verdrehung des Nippels zur Einstellung der individuellen Speichenvorspannung erlaubt,
- und welches eine Vielzahl von Speichen (6) aufweist, die am radial äußeren Ende ein Außengewinde (7) aufweisen, welches mit dem Innengewinde (4) der Nippel (3) zusammenwirkt
- wobei die Felge (1) zwei Reifensitzflächen (15) hat,
- wobei gemäß dem Hauptpatent DE-PS 41 37 662 (Anmeldungsnummer P 41 37 662.5-21) die Nippel (3) überdies ein Außengewinde (8) und die Nippellöcher (2) der Felge (1) ein damit (8) zusammenwirkendes Innengewinde (9) aufweisen, wobei Nippelaußengewinde (8) und Nippelinnengewinde (4) in ihrem Betrag oder in ihrer Steigungsorientierung oder in beiden voneinander abweichen und
- wobei gemäß dem Anspruch 3 des genannten Haupt patentes die Felge (1) eine Hohlkammerfelge (1) ist, die einen radial inneren Flansch (10) und einen radial äußeren Flansch (11) aufweist, wobei die Nippellöcher (2) nur den inneren Flansch (10) durchsetzen, dadurch gekennzeichnet,
- daß der äußere Flansch (11) der Felge (1) im axial mittleren Bereich nach radial außen gewölbt ist, und
- daß sowohl links als auch rechts davon jeweils ein Felgentiefbett (16) angeordnet ist.

2. Speichenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Flansch (11) der Felge (1) in der axialen Mitte so weit nach radial außen gewölbt ist, daß
r<R,
wobei r der innere Radius des äußeren Flansches (11) in der axialen Mitte ist und R das Minimum des äußeren Radius des äußeren Flansches (11) ist, wobei sich beide Radien auf in einem Längsschnitt sichtbare Kreisbögen beziehen.

3. Speichenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Felgenflansch (11) durch kein Felgenband abgedeckt ist.

4. Speichenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichenrad gemäß Anspruch 12 des Hauptpatentes schlauchlos bereift ist.

5. Speichenrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reifensitzflächen (15) schmaler sind als die Reifenfüße (17), jedoch mindestens so breit sind, daß die axial innere Grenze (18.1) der Wulstkerne (18) axial außerhalb liegt der axial inneren Grenze (15.1) der Sitzflächen (15).

6. Speichenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite das Tiefbett (16) die angrenzende Reifensitzfläche (15) hinterschneidet.

7. Felge (1) für Speichenrad nach Anspruch 1 mit zwei Reifensitzflächen (15) und einem Tiefbett (16), die (1) gemäß Anspruch 4 des Hauptpatentes in den Nippellöchern (2) jeweils ein Innengewinde (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie (1) einen ununterbrochenen äußeren Flansch (11) aufweist, der in seinem axial mittleren Bereich nach radial außen gewölbt ist und, daß sowohl links als auch rechts davon je ein Tiefbett (16) angeordnet ist, die Felge also zwei Tiefbetten (16) aufweist.

8. Felge (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ihr (1) äußerer Flansch (11) der Felge (1) in der axialen Mitte so weit nach radial außen gewölbt ist, daß
r<R,
wobei r der innere Radius des äußeren Flansches (11) in der axialen Mitte ist und R das Minimum des äußeren Radius des äußeren Flansches (11) ist, wobei sich beide Radien auf in einem Längsschnitt sichtbare Kreisbögen beziehen.

9. Felge (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite das jeweilige Tiefbett (16) die angrenzende Reifensitzfläche (15) hinterschneidet.

10. Felge (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie (1) am inneren Flansch (10) im Bereich der Nippellöcher (2) verdickt ist (12).