DE60209403T2

DE60209403T2 - Fahrradkurbel und ihre Fertigungsmethode

Info

Publication number: DE60209403T2
Application number: DE60209403T
Authority: DE
Inventors: Maurizio Valle
Original assignee: Campagnolo SRL
Current assignee: Campagnolo SRL
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: US20030019325A1; ES2259352T3; EP1270393A1; US7000499B2; EP1270393B1; ITTO20010621A1; DE60209403D1; ATE318751T1; US20060075846A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrradkurbel und ein Verfahren zum Herstellen dieser Kurbel gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft genauer eine Fahrradkurbel, die Folgendes umfasst:
einen länglichen Kern mit einem ersten und einem zweiten Ende,
einen ersten und einen zweiten Einsatz, die an den Enden dieses Kerns angeordnet sind, und
einen hochfesten Faserüberzug, der in eine Kunststoffmaterialmatrix integriert ist.
US 4 841 801 beschreibt eine Stange gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
US Patent Nr. 6 202 506 beschreibt eine Fahrradkurbel der oben angegebenen Art, bei der die Einsätze in ein starres Kunststoffmaterial eingeschäumt sind, das den Kern der Kurbel bildet. Dieses US Patent Nr. 6 202 506 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Kurbel mit den folgenden Schritten: Einführen einer Schicht aus einem mit synthetischem Harz getränkten Gewebe in eine Form zur Schaffung eines teilweise offenen faserverstärkten Kunststoffgehäuses, Einsetzen eines Paars von Einsätzen in das teilweise offene Gehäuse, Schäumen der Einsätze mit hochfestem Schaum, Abdichten des faserverstärkten Kunststoffmaterialgehäuses mit wenigstens einer Schicht aus mit Kunststoffmaterial getränktem Fasergewebe und Härten des faserverstärkten Kunststoffmaterials und des Schaums.
US Patent Nr. 4 811 626 beschreibt eine Fahrradkurbel, die durch drei gesonderte Elemente gebildet ist, nämlich einen Kurbelarm und zwei Endteile. Der Kurbelarm besteht aus einem Element aus Verbundmaterial, das gebildet ist durch Aufformen eines synthetischen Harzes auf einen rohrförmigen Kern aus verstärkten Fasern, wie zum Beispiel Carbonfasern oder Aramidfasern. Die beiden Endteile haben jeweilige Verbindungsele mente, die in das entsprechende Ende des rohrförmigen Elements eingepresst sind, das den Kurbelarm bildet. Die in diesem Dokument beschriebene Kurbel ist nicht mit einem hochfesten Gehäuse versehen, wobei die Endteile und der Kurbelarm folglich getrennt sein können.
WO 98/57840 offenbart verschiedene Fahrradkurbelwellenanordnungen, wo in der Kurbelwelle Einsätze vorgesehen sind zur Verbindung mit den Kurbelarmen und mit der Achse. Einige Anordnungen sehen die Verwendung von Verbundmaterialien aus einer Faserplatte vor, die für gewisse Abschnitte der Anordnungen mit Harz imprägniert ist.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer leichten, widerstandsfähigen Kurbel und eines Verfahrens zum Herstellen dieser Kurbel, welches das Schäumen der Einsätze in der Form nicht erfordert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel erreicht mit Hilfe einer Kurbel und eines Herstellungsverfahrens gemäß den Patentansprüchen 1 und 14.
Diese Erfindung wird durch die folgende Detailbeschreibung anhand der beiliegenden Figuren als nicht beschränkendes Beispiel erläutert. Es zeigen:
1 eine auseinandergezogene Schrägansicht der Bauteile einer linken Kurbel gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine der 1 ähnliche Schrägansicht mit Darstellung eines Längsschnitts des Kerns,
3 eine auseinandergezogene Schrägansicht mit Darstellung der Bauteile einer rechten Kurbel gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Darstellung der Beschichtungsphase unter Anwendung von Schichten aus Carbonfaser zur Herstellung einer Kurbel gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 einen Längsschnitt einer Kurbel gemäß der vorliegenden Erfindung am Ende der Phase für die Beschichtung und die Carbonfaserpolymerisation,
6 eine Draufsicht einer fertiggestellten Kurbel.
In 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen rohrförmigen Kern, der aus einem starren Material hergestellt ist zum Beispiel durch Spritzguss-Kunststoffmaterial, metallisches Material (Aluminiumlegierung oder ähnliches Material) oder hochfestes faserverstärktes Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel Carbonfasern oder ähnliches. Der Kern 10 hat eine längliche Form und zwei Enden 12, 14, mit denen jeweilige Einsätze 16, 17 verbunden sind. Diese Einsätze sind mit Verbindungsteilen 20, 22 versehen, die in jeweilige Endteile 12, 14 eingesetzt sind, um eine Formverbindung mit dem Kern 10 herzustellen. Die Einsätze 16, 17 können aus metallischem Material, zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, oder faserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Die Einsätze haben Löcher für die Aufnahme der Pedalachse bzw. der nicht gezeigten Tretkurbelachse.
Wie schematisch in 4 gezeigt ist die den Kern 10 und die Einsätze 16, 17 umfassende Anordnung in Bänder 24 und Bahnen 26 gewickelt, die durch strukturelle hochfeste Fasern gebildet sind, die in einer Kunststoffmaterialmatrix integriert sind. Die Bänder und Bahnen 24, 26 bestehen aus einem Carbonfasergewebe, das in ein warmhärtendes Harz eingebettet ist. Die strukturellen Fasern können gewählt werden unter Carbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Keramikfasern oder irgendwelche Kombinationen hiervon.
Der Kern 10 hält die Einsätze 16, 18 in einer vorgegebenen Position vereinigt und bildet eine tragende Fläche während des Beschichtens. Der Ausdruck „Beschichtung" bezieht sich auf die Beschichtungsvorgänge der Bänder 24 und der Bahnen 26 auf der durch die Einsätze 16, 18 und den Kern 10 gebildeten Anordnung. Dieser Vorgang wird verwendet zum Ausrichten der Verstärkungsfasern in der geeignetsten Weise, um der Kurbel die gewünschten strukturellen Eigenschaften zu erteilen. Nach dem Beschichten wird die Kurbel einem Formvorgang mit gleichzeitigem Erhitzen bei einer Temperatur unterworfen, die entweder gleich oder höher als die Polymerisationstemperatur des warmhärtenden Harzes ist. Der Formvorgang erfolgt in einer nicht gezeigten Form und Presse. Während des Formens wird dem ausgeübten Druck durch den Kern und die Einsätze entgegengewirkt. Während des Formens bildet der Kern 10 eine geeignete Gegenwirkung zum Formdruck. Dieser Druck verdichtet das Kunststoffmaterialmatrixgewebe. Das Vorhandensein eines starren Materialkerns 10 bedingt, dass ein hoher Formdruck ausgeübt werden kann für das Verdichten der Faserlagen in der Kunststoffmaterialmatrix.
Nach dem Formen wird die Kunststoffmaterialmatrix gehärtet. Die aus der Form entfernte Kurbel ist schematisch in 5 gezeigt, wobei ein homogenes Carbonfasergehäuse 28 den Kern 10 und die Einsätze 16, 18 umschließt. Das Gehäuse 28 hat hochfeste strukturelle Eigenschaften und ist in der Lage, die Spannung zu übertragen, der die Kurbel bei Gebrauch von einem Einsatz zum anderen unterworfen ist.
Das oben bezüglich der linken Kurbel beschriebene Verfahren wird in ähnlicher Weise zur Herstellung der rechten Kurbel gemäß 3 verwendet. In diesem Fall ist der Einsatz 18 zur Verbindung der Tretkurbel mit einem Satz von integralen Metallspeichen 30 versehen. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform hat der Einsatz 18 vier Speichen 30, deren Enden 32 Punkte für die Befestigung von zwei nicht gezeigten Kettenrädern bilden. Ein fünfter Befestigungspunkt wird erzielt mittels eines dritten metallischen Einsatzes 34, der in einer im Kern 10 ausgebildeten Ausnehmung 36 aufgenommen ist. Die in 3 gezeigte Kurbel wird in ähnlicher Weise wie oben beschrieben einer Beschichtung und Polymerisation in der Form unterworfen.
Sowohl im Fall der linken Kurbel als auch im Fall der rechten Kurbel werden die Einsätze einer mechanischen Bearbeitung unterworfen zur Bildung einer Gewindebohrung 38 für den Anschluss einer Pedalachse und einer Vierkantbohrung 40 für die Verbindung mit einer Tretkurbelachse nach der Polymerisation in der Form.
Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht das Ziel der Schaffung einer Kurbel, deren Gewicht geringer als bei herkömmlichen Kurbeln ist, bei gleicher Steifheit. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum sehr leichten Variieren der Form und der Abmessungen der Kurbel verwendet werden durch Austauschen des rohrförmigen Kerns und durch Einwirkung auf die Formen, um die Länge der Kurbel und den sogenannten Q-Faktor zu variieren (das heißt den Abstand zwischen der Außenseite der Kurbel und der Mittelebene des Rahmens) zum Beispiel für Doppel- und Dreifachkettenradversionen.
Wie bereits ausgeführt besteht der Hauptzweck des länglichen starren Kerns 10 darin, dass den strukturellen Fasern eine Form und eine tragende Fläche verliehen wird. Der Kern 10 hat daher keinerlei strukturellen Widerstand oder einen begrenzten strukturellen Widerstand. Mit dem Ausdruck „begrenzter struktureller Widerstand" ist beabsichtigt, dass der große Teil des strukturellen Widerstands der Kurbel durch das Gehäuse 28 gegeben ist, das einen hohen Widerstand aufweist und in der Lage ist, den großen Teil der Kraft und des Drehmoments zwischen den Einsätzen 16 und 18 während des Gebrauchs der Kurbel zu übertragen.
Innerhalb des die vorliegende Erfindung gemäß den folgenden Patentansprüchen kennzeichnenden Konzepts können bei der hier in Betracht gezogenen Konstruktion und den Ausführungsformen der Erfindung natürlich zahlreiche Änderungen ausgeführt werden, die alle im Zusammenhang mit der Erfindung stehen.

Claims

Fahrradkurbel, die in einer einzelnen strukturellen Einheit einen länglichen Kern (10), ein Gehäuse (28) aus strukturellen Fasern, die in eine Kunststoffmaterialmatrix integriert sind, und einen ersten sowie einen zweiten Einsatz (1, 18) umfasst, die an den Enden des Gehäuses (28) angeordnet sind, um die Fahrradkurbel mit einem Pedal und einer Tretlagerspindel zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Einsatz (16, 18) strukturell nur oder im Wesentlichen nur mit dem Gehäuse (28) verbunden sind und der Kern (10) lediglich eine begrenzte strukturelle Festigkeit aufweist, so dass der größere Teil der Kraft zwischen den Einsätzen (16, 18) durch das Gehäuse (28) übertragen wird, und das Gehäuse (28) aus Bändern (24) und Bahnen (26) besteht, die auf den Kern (10) gewickelt sind, und dass die Einsätze (16, 18), die Bänder (24) und die Bahnen durch die strukturellen Fasern gebildet werden, die in die Kunststoffmaterialmatrix integriert sind.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dritten Einsatz (34) umfasst, der in einem Mittelbereich der Kurbel angeordnet ist.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturellen Fasern aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Keramikfasern oder beliebigen Kombinationen daraus ausgewählt werden.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (16, 18) aus Metall sind.
Fahrradkurbel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (16, 18) aus einer Aluminiumlegierung bestehen.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (16, 18) aus faserverstärktem Kunststoffmaterial bestehen.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) starr ist.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) im Wesentlichen keine strukturelle Festigkeit oder eine begrenzte strukturelle Festigkeit aufweist.
Fahrradkurbel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) aus Kunststoff besteht.
Fahrradkurbel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) aus Metall besteht.
Fahrradkurbel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) aus faserverstärktem Kunststoffmaterial besteht.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) Endabschnitte (12, 14) aufweist, in denen die Einsätze (16, 18) verbunden sind, um eine Formverbindung herzustellen.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmaterialmatrix ein wärmehärtbares Harz ist.
Verfahren zum Herstellen einer Fahrradkurbel, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: a) Ausbilden eines länglichen starren Kerns (10), b) Anbringen eines Paars Einsätze (16, 18) an den einander gegenüberliegenden Enden (12, 14) des länglichen Kerns (10), c) Wickeln von Bändern (24) und Bahnen (26) aus strukturellen Fasern, die in eine Kunststoffmaterialmatrix eingebettet sind, auf den länglichen Kern (10) und die Einsätze (16, 18), und d) strukturelles Verbinden der Einsätze (16, 18) durch Härten der Kunststoffmaterialmatrix, um ein hochfestes starres einzelnes Gehäuse (28) auszubilden, das den länglichen Kern (10) und die Einsätze (16, 18) umschließt, wobei der Kern (10) nur eine begrenzte strukturelle Festigkeit aufweist, so dass das Gehäuse (28) den größeren Teil der Kraft zwischen den Einsätzen (16, 18) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmaterialmatrix ein wärmehärtbares Harz ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Anbringens eines dritten Einsatzes (34) in einem Mittelbereich des länglichen Kerns (10) umfasst.