DE60209962T2

DE60209962T2 - Fahrrad-Kurbel und ihre Fertigungsmethode

Info

Publication number: DE60209962T2
Application number: DE60209962T
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: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: DE60209962D1; US20060169098A1; ES2260355T3; EP1669285B1; EP1669285A2; EP1270394A1; US7013753B2; EP1669285A3; EP1270394B1; US20030019324A1; ITTO20010617A1; ATE555002T1; ATE320959T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrradkurbel und ein Verfahren zum Herstellen der Kurbel nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Konkret betrifft die vorliegende Erfindung eine Fahrradkurbel, umfassend:
einen länglichen Kern mit einem ersten und einem zweiten Ende,
ein erstes und ein zweites Einsatzstück, angeordnet an den Enden des Kerns, und
eine in einer Kunststoffmatrix aufgenommen hochfeste Faserbeschichtung.
Das US-Patent Nr. 6.202.506 beschreibt eine Fahrradkurbel des oben beschriebenen Typs, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzstücke zu einem hochfesten Kunststoff geschäumt werden, der den Kern der Kurbel bildet. Dieses Dokument offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Kurbel, welches die folgenden Schritte umfasst:
Einführen einer Schicht aus in Kunstharz getränktem Gewebe in eine Form, welche ein zum Teil offenes faserverstärktes Kunststoffgehäuse bildet, Einsetzen eines Paars Einsatzstücke in das zum Teil offene Gehäuse, Schäumen der Einsatzstücke mit hochfestem Schaum, Versiegeln des faserverstärkten Kunststoffgehäuses mit zumindest einer Schicht des in Kunststoff getränkten Fasergewebes und Härten des faserverstärkten Kunststoffs und des Schaums.
WO 98/57840 offenbart verschiedene Anordnungen von Fahrradkurbelwellen, die Einsatzstücke in der Kurbelwelle für die Verbindung mit den Kurbelwangen und mit der Achse aufweisen. Einige Anordnungen sehen den Einsatz von Verbundstoffen aus mit Kunstharz getränkten Faserbahnen für gewisse Abschnitte der Anordnungen vor.
Das US 4,841,801 offenbart eine Verbindungsstange, einschließlich eines Kerns und zweier Verbindungsstücke an den gegenüberliegenden Enden des Kerns für das Befestigen an den zwei entsprechenden Strukturen. Ein röhrenförmiges Element mit um den Umkreis des Kerns angeordneten parallelen Fasern wird als Widerstand gegen die Bewegungen der Strukturen in Richtung zueinander bereitge stellt. Ein Riemen erstreckt sich entlang des röhrenförmigen Elements und der Verbindungsstücke, um eine geschlossene Schlaufe zu bilden, die den Bewegungen der Strukturen voneinander weg Widerstand bietet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kurbel und eines Verfahrens zum Herstellen der Kurbel, welche eine einfachere Verbindung zwischen den Einsatzstücken und dem Kern schafft, wobei das Schäumen der Einsatzstücke in der Form nicht erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kurbel und ein Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 1 und 12 gelöst.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden detaillierten Beschreibungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen besser erläutert, die als nicht einschränkendes Beispiel gegeben werden. Darin zeigt:
1 eine Perspektivansicht, welche die Bestandteile einer erfindungsgemäßen linken Kurbel veranschaulicht,
2 eine Längsschnittsansicht in der Perspektive der in 1 gezeigten Bestandteile,
3 eine Perspektivansicht, welche die Bestandteile aus 1 in zusammengebauter Anordnung veranschaulicht,
4 eine Perspektivansicht mit voneinander getrennten und auseinander gezogenen Bauteilen, welche die Bestandteile einer erfindungsgemäßen rechten Kurbel veranschaulicht,
5 eine schematische Veranschaulichung der Laminierungsphase, welche Schichten von Karbonfasern für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Kurbel verwendet,
6 eine Längsschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Kurbel am Ende der Phase der Laminierung und Karbonfaserpolymerisation, und
7 eine Draufsicht einer fertigen Kurbel.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen vorgeformten geschäumten Kern aus Kunststoff, wie zum Beispiel Polyurethan oder ein ähnliches Material, der durch Schäumen in der Form hergestellt wurde. Der Kern 10 hat eine längliche Form und weist zwei Enden 12, 14 auf, mit denen entsprechende Verbindungselemente 16, 18 verbunden sind, wobei die Verbindungselemente Ausnehmungen 20, 22 für die Aufnahme der Endabschnitte 12, 14 des Kerns 10 aufweisen und eine Profilteil-Kupplung mit diesen einrichten.
Die Bezugszeichen 24 und 26 bezeichnen zwei metallische Einsatzstücke, die zum Beispiel aus Aluminiumlegierung oder faserverstärktem Kunststoff bestehen und in entsprechende Ausnehmungen 32, 34 der Verbindungselemente 16, 18 eingefügte Endabschnitte 28, 30 aufweisen, um eine Profilteil-Kupplung mit diesen einzurichten. Die Einsatzstücke 24, 26 bestehen vorzugsweise aus massiven metallischen Blöcken. Die Einsatzstücke weisen Löcher für die Unterbringung der Pedalspindel bzw. der Tretlagerspindel (nicht gezeigt) auf.
3 zeigt die Anordnung, die durch den Kern 10, die Verbindungselemente 16, 18 und die metallischen Einsatzstücke 24, 26 gebildet wird, in zusammengebautem Zustand. Der Kern 10 weist keine strukturellen Merkmale auf, d. h. er überträgt keine Kraft oder keine Drehkraft zwischen den Einsatzstücken 24, 26. Der Kern 10 hält die Einsatzstücke 24, 26 verbunden in einer vorbestimmten Position und bildet eine Auflagefläche während der Laminierungsphase, die schematisch in 5 veranschaulicht ist, und schafft einen geeigneten Kontrast während des Formens. Der hierin verwendete Begriff "Laminierung" bezieht sich auf die Schritte der Schichtenbildung der Bänder 36 und der Bahnen 38 auf der durch die Einsatzstücke 24, 26 und den Kern 10 gebildeten Anordnung. Dieser Schritt dient der Ausrichtung der Verstärkungsfasern in der am besten geeigneten Weise, um der Kurbel die erforderlichen strukturellen Merkmale zu verleihen.
Die in 3 gezeigte Anordnung ist in Bänder 36 und in Bahnen 38 gewickelt, ausgebildet durch hochfeste Strukturfasern, die in einer Kunststoffmatrix aufgenommen sind. Vorzugsweise bestehen die Bänder und die Bahnen 36, 38 aus in einem Reaktionsharz aufgenommenen Karbonfasergewebe. Die Strukturfasern können unter Karbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Keramikfasern oder jeder Kombination davon ausgewählt werden. Nach der Laminierung erfolgen das Formen und das gleichzeitige Erwärmen der Kurbel bei einer Temperatur, die entweder der Polymerisationstemperatur des Reaktionsharzes entspricht oder höher als diese ist. Der Schritt des Formens erfolgt in einer Form und Presse (nicht gezeigt). Während des Formens bilden der Kern und die Einsatzstücke einen Kontrast zu dem aufgebrachten Druck. Dieser Druck verdichtet das Kunststoffmatrixgewebe.
Nach dem Formen wird die Kunststoffmatrix gehärtet. Die aus der Form entnommene Kurbel hat die Gestaltung, die schematisch in 6 gezeigt wird, wobei ein homogenes Karbonfasergehäuse 40 den Kern 10 und die Einsatzstücke 24, 26 umschließt. Das Gehäuse 40 hat hochfeste strukturelle Merkmale und ist in der Lage, die Belastung, welcher die Kurbel während des Gebrauchs ausgesetzt ist, von einem Einsatzstück auf das andere zu übertragen.
Das oben unter Bezugnahme auf die linke Kurbel beschriebene Verfahren wird in ähnlicher Weise für die Herstellung der rechten Kurbel, die in 4 gezeigt wird, genutzt. In diesem Fall ist das Einsatzstück 26 für die Verbindung mit dem Tretlager mit einem Satz einstückiger metallischer Speichen 42 ausgestattet. In der Form der in 4 gezeigten Ausführungsform hat das Einsatzstück 26 vier Speichen 42, deren Enden 44 Befestigungspunkte für ein Paar Tretkurbelräder (nicht gezeigt) ausbilden. Ein fünfter Befestigungspunkt wird mit Hilfe eines dritten metallischen Einsatzstückes 46 geschaffen, das in einer im Kern 10 ausgebildeten Ausnehmung 48 untergebracht ist. Die Laminierung und die Polymerisation in der Form der in 4 gezeigten Kurbel erfolgen in ähnlicher Weise, wie oben beschrieben ist.
Sowohl bei der linken Kurbel als auch bei der rechten Kurbel werden die Einsatzstücke der maschinellen Bearbeitung unterzogen, um ein mit einem Gewinde versehenes Loch 50 für die Verbindung mit einer Pedalspindel und ein polygonales Loch 52 für die Verbindung mit einer Tretlagerspindel nach der Polymerisation in der Form auszubilden.
Wie bereits erläutert wurde, weist der Kern im Wesentlichen keine strukturelle Festigkeit auf, wobei der einzige Teil der Kurbel, welcher strukturelle Merkmale aufweist, das Gehäuse 40 ist, welches hochfest und in der Lage ist, die Kraft und die Drehkraft zwischen den Einsatzstücken 24 und 26 während des Gebrauchs der Kurbel zu übertragen.
Aus diesem Grunde kann der Kern 10 aus jedem beliebigen Material hergestellt werden, welches den Strukturfasern eine Form und Stütze verleiht, wie zum Beispiel jede Art von Schaum, Wachs oder Kunstharz.
Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kern 10 nach dem Formen und dem Härten des Strukturfasergehäuses 40 entfernt. Der Kern kann aus körnigem Material, zum Beispiel aus Sand, gemischt mit einem bindenden Kunstharz, ausgebildet werden. Das körnige Material kann aus der Kurbel durch ein Loch im Strukturfasergehäuse 40 nach dem Härten dieses Gehäuses 40 extrahiert werden, wodurch eine einzelne strukturelle Einheit aus gebildet wird, die lediglich durch das Gehäuse 40 aus Strukturfasern und die metallischen Einsatzstücke 24 und 26 gebildet wird.
Angesichts der obigen Beschreibung wird es offensichtlich, dass die erfindungsgemäße Kurbel durch eine einzelne strukturelle Einheit gebildet wird, die lediglich aus einem Strukturfasergehäuse und zumindest einem Paar Einsatzstücke besteht, die am Ende des Gehäuses angeordnet sind. Dies sind in der Tat die einzigen strukturellen Bestandteile der Kurbel, d. h. die Bestandteile, welche eine Belastung während des normalen Gebrauchs der Kurbel übertragen können.
Natürlich können zahlreiche Änderungen an der Konstruktion und an den hierin vorgesehenen Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen werden, die sämtlich im Kontext des Grundgedankens erfasst sind, welcher die vorliegende Erfindung kennzeichnet und durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird.

Claims

Fahrradkurbel umfassend, in einer einzelnen strukturellen Einheit, einen länglichen Kern (10), ein Gehäuse (40) aus in einer Kunststoffmatrix aufgenommenen Strukturfasern und ein erstes und ein zweites Einsatzstück (24, 26), angeordnet an den Enden des Gehäuses (40), zum Verbinden der Fahrradkurbel mit einem Pedal und mit einer Tretlagerspindel, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Einsatzstück (24, 26) strukturell nur oder im Wesentlichen nur mit dem Gehäuse 40 verbunden sind, der Kern (10) nur eine begrenzte strukturelle Festigkeit aufweist, so dass der größere Teil der Kraft zwischen den Einsatzstücken (24, 26) durch das Gehäuse (40) übertragen wird, und das Gehäuse (40) aus auf die Einsatzstücke (24, 26) gewickelten Bändern (36) und Bahnen (38) besteht, die durch die in die Kunststoffmatrix aufgenommenen Strukturfasern gebildet werden, wobei die Kurbel des Weiteren Verbindungselemente (24, 26) zum Einrichten einer Profilteil-Kupplung zwischen den Einsatzstücken (24, 26) und dem Kern (10) umfasst.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein drittes Einsatzstück (46) umfasst, das in einem Zwischenbereich der Kurbel angeordnet ist.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturfasern unter Karbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Keramikfasern oder jeder Kombination davon ausgewählt werden.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzstücke (24, 26) metallisch sind.
Fahrradkurbel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzstücke (24, 26) aus einer Aluminiumlegierung sind.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzstücke (24, 26) aus faserverstärktem Kunststoff sind.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) im Wesentlichen keine strukturelle Festigkeit aufweist.
Fahrradkurbel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) aus einem Material ist, das unter Schaumstoff, Wachs und Kunstharz ausgewählt wird.
Fahrradkurbel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) ein vorgefertigter Körper aus geschäumtem Kunststoff ist.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern (10) Endabschnitte (12, 14) aufweist und die Verbindungselemente (16, 18) Ausnehmungen (20, 32, 22, 34) zum Einrichten einer Profilteil-Kupplung mit den Einsatzstücken (24, 26) und den Endabschnitten (12, 14) des länglichen Kerns aufweisen.
Fahrradkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix ein Reaktionsharz ist.
Verfahren zum Herstellen einer Fahrradkurbel, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: (a) Bilden eines länglichen Kerns (10) (b) Ansetzen eines Paares von Einsatzstücken (24, 26) an die einander gegenüberliegenden Enden (12, 14) des länglichen Kerns (10) mittels der Verbindungselemente (16, 18), (c) Wickeln der Bänder (24) und Bahnen (26) aus in einer Kunststoffmatrix aufgenommenen Strukturfasern auf den länglichen Kern (10) und die Einsatzstücke (24, 26) und (d) Einzelverbinden der Einsatzstücke (24, 26) durch Härten der Kunststoffmatrix, um ein hochfestes, formfestes einzelnes Gehäuse (40) zu bilden, das den länglichen Kern (10) und die Einsatzstücke (24, 26) einschließt, wobei der Kern (10) nur eine begrenzte strukturelle Festigkeit aufweist, so dass das Gehäuse (40) den größeren Teil der Kraft zwischen den Einsatzstücken (24, 26) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix ein Reaktionsharz ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Entfernens des länglichen Kerns (10) nach dem Härten der Kunststoffmatrix umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Kern aus einem körnigen Material ist, das durch ein Loch in dem gehärteten formfesten Gehäuse (40) extrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Ansetzens eines dritten Einsatzstückes (46) in einem Zwischenbereich des länglichen Kerns (10) umfasst.