DE60222348T2 - Verfahren zur Herstellung von einem Kurbelhebel eines Fahrrads und Kurbelhebel für ein Fahrrad - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von einem Kurbelhebel eines Fahrrads und Kurbelhebel für ein Fahrrad Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Tretkurbel für ein Fahrrad und eine Tretkurbel für ein Fahrrad.
  • Unlängst wurden Tretkurbeln vorgeschlagen, welche mit zwei Einsätzen versehen sind, die aus einem Metallmaterial (eine Aluminiumlegierung oder dergleichen) hergestellt sind, welche an den Enden des Tretlagerkörpers angeordnet sind und von einer Schale aus Verbundmaterial umgeben sind, welche durch ein hochfestes Fasergewebe (üblicherweise Karbonfasergewebe) gebildet ist, eingeschlossen in eine Matrix aus wärmehärtbarem Kunststoffmaterial. Das Verfahren, welches momentan angewendet wird zur Herstellung von Tretkurbeln des zuvor aufgeführten Typs, sieht die Verwendung einer vorgeformten Struktur vor, welche die zwei Einsätze und einen zentralen Füllkern umfasst. An der vorgeformten Struktur sind Schichten umwickelt, die aus einem Karbonfasergewebe hergestellt sind, eingebettet in eine Matrix aus Kunststoffmaterial. Schließlich wird die so erhaltene Anordnung einem Wärmehärten-Schritt in einer Form ausgesetzt.
  • Dieses bekannte Verfahren ist umständlich und schwierig zu automatisieren, vor allem im Hinblick auf die Schritte des Umwickelns des Einsatzes und des Füllens des Kerns mit Schichten aus faserverstärktem Kunststoffmaterial.
  • EP-A-0916477 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Tretkurbel umfassend den Schritt Einsetzen einer Struktur mit Fasern, die in einer wärmehärtbaren oder thermoplastischen Kunststoffmatrix umfasst ist, in eine Form. Einsätze werden als Teil der Form verwendet, um Hohlräume in den Tretkurbeln während des Formens zu bilden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Tretkurbeln für Fahrräder der Art, die zuvor beschrieben wurde, zu schaffen, das einfacher und leichter zu automatisieren ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorliegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren und eine Tretkurbel mit den Merkmalen, welche den Gegenstand der beigefügten Ansprüche bilden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, welche nur als nicht begrenzende Beispiele aufgeführt sind und in denen:
  • 1 und 2 schematische Darstellungen zweier Betriebsschritte eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind,
  • 3 eine perspektivische Ansicht ist, welche die Tretkurbel darstellt, die am Ende des Verfahrens, welches in 1 und 2 dargestellt ist, erhalten wird,
  • 4 und 5 schematische Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind,
  • 6 bis 9 schematische Schnittansichten der Formeinrichtung sind, welche die verschiedenen Modi der Implementation der Schritte des Formens des faserverstärkten wärmehärtbaren Materials darstellen,
  • 7A ein schematischer Längsschnitt der Einrichtung ist, die in 6 und 7 dargestellt ist,
  • 10, 11 und 12 schematische axiale Schnitte sind, welche unterschiedliche Arten an Tretkurbeln darstellen, die hergestellt werden können unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 13 und 14 schematische Ansichten sind, welche die Einrichtung für die Herstellung einer Tretkurbel mit Armen zum Fixieren der Kettenblätter darstellen, und
  • 15 und 16 Draufsichten auf zwei Tretkurbeln mit Armen zum Fixieren der Kettenblätter sind, die erhalten werden können mit dem Verfahren gemäß der Erfindung.
  • In Bezug auf 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine Formeinrichtung einschließlich zweier Formhälften 22, 24, welche in Bezug aufeinander zwischen der geöffneten Position, die in 1 dargestellt ist, und der geschlossenen Position, die in 2 dargestellt ist, mobil sind. Die Halbform 22 weist einen Hohlraum 26 auf, welcher ausgebildet ist, einen Formabschnitt 28 der zweiten Halbform 24 aufzunehmen. Der Hohlraum 26 und der Formabschnitt 28 weisen entsprechende Formoberflächen 33, 32 auf. Die zwei Formhälften 22, 24 sind aus einem Metallmaterial hergestellt und sind mit Heizmitteln ausgestattet, die als Ganzes mit 34 bezeichnet sind und bevorzugt aus Widerstandsheizelementen bestehen. Die zwei Formhälften 22, 24 können mit entsprechenden gegenseitig zusammenwirkenden Arretierungsoberflächen 36, 38 ausgestattet sein, welche die Verfahrendeposition der Formhälften 22, 24 definieren, welche zu der geschlossenen Position nach 2 korrespondiert. Die erste Halbform 22 ist mit einem Paar Auszugelementen 40, 42 ausgebildet, welche sich in die Richtung ihrer eigenen Achsen zum Ausziehen der fertig gestellten Tretkurbel am Ende des Formverfahrens bewegen.
  • Das Verfahren für die Herstellung einer Tretkurbel für ein Fahrrad gemäß der vorliegenden Erfindung sieht das Bereitstellen eines Paars Metalleinsätze 44, 46 in einer vorgegebenen Position in dem Hohlraum 26 der ersten Halbform 22 vor. Bevorzugt sind die Einsätze 44, 46 an den Enden der Auszugselemente 40, 42 montiert. Eine vorgegebene Menge an faserverstärktem, formbaren Material wird in den Hohlraum 26 eingeleitet. Das Material 48 befindet sich in dem plastischen Zustand, so dass es unter der Wirkung eines Formdruckes gleiten kann, um so komplett den Formhohlraum zu füllen, der zwischen den Formoberflächen 30, 32 in dem geschlossenen Zustand der zwei Formhälften 22, 24 definiert ist. Das Material 48 besteht bevorzugt aus Karbonfasern, die in eine wärmehärtbare Kunststoffmatrix eingebetet sind, kann jedoch ausgewählt werden aus Karbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Keramikfasern oder jeglicher Kombination davon.
  • Wenn die Formhälften 22, 24 geschlossen werden, üben die Formoberflächen 30, 32 auf das Material 48 in dem plastischen Zustand einen Druck aus, welcher verursacht, dass das Kunststoffmaterial in den Formsitz gleitet. Wie in 2 dargestellt, füllt das Material 48 komplett den Formsitz aus, der zwischen den Formoberflächen 30, 32 definiert ist. Erneut, wie in 2 zu sehen ist, bedeckt das Material 48 in der geschlossenen Position der Formhälften 22, 24 beinahe gesamt die Einsätze 44, 46, mit Ausnahme für die Abschnitte der letzteren, welche in Kontakt mit der Bodenwand 30 des Hohlraums 26 stehen. Während des Formschrittes werden die Formhälften 22, 24 mittels der Heizelemente 34 auf eine Temperatur erwärmt, die gleich ist oder größer als die wärmehärtbare Temperatur des Materials 48. Die Formeinrichtung 20 verbleibt in der geschlossenen Position für eine Zeit, die ausreichend ist, um die Menge an Wärme an das Material 48 zu übertragen, welche erforderlich ist, um das Material selbst auf die wärmehärtbare Temperatur zu bringen. Als nächstes werden die Formhälften 22, 24 geöffnet und die fertige Tretkurbel mit der Form, die in 3 dargestellt ist, wird herausgezogen. Die Einsätze 44, 46 sind in einen hochfesten, starren Körper eingebettet, der durch Fasern gebildet ist, die in einer gehärteten Kunststoffmatrix eingebunden sind.
  • 4 und 5 zeigen eine Variante des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Merkmale, die zu den zuvor Beschriebenen korrespondieren, werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Formverfahren ist praktisch identisch mit den zuvor beschriebenen. Der einzige Unterschied liegt in der Tatsache, dass ein röhrenförmiges Element 50 in den Hohlraum 26 eingesetzt ist, wobei das röhrenförmige Element 50 zumindest teilweise bedeckt ist durch das faserverstärkte Kunststoffmaterial 48 während des Formvorgangs. Auf diese Weise ist es möglich, weiter das Gewicht der fertigen Tretkurbel zu reduzieren, da der zentrale Teil der Tretkurbel hohl ist. Das röhrenförmige Element 50 kann aus einer leichten Legierung oder andernfalls aus einer faserverstärkten Kunststoffmatrix hergestellt sein.
  • 6 bis 9 sind schematische Darstellungen einer Anzahl an Varianten der Formeinrichtung, die verwendet in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden können. In 6, 7 und 7A definieren die Formhälften 22, 24 in der geschlossenen Position einen Formsitz 26 mit einem hinterschnittenen Querschnitt. Ein Schieber 52 wird verwendet, um den Formdruck auf das Material 48 aufzubringen. In der Version nach 6 besteht das Material 48 aus einer Masse, in welcher die Verstärkungsfasern willkürlich in der Matrix des wärmehärtbaren Materials eingesetzt sind. In der Variante nach 7 sind die Verstärkungsfasern stattdessen in einer ausgerichteten Weise angeordnet. Zum Beispiel kann das Material 48 aus einem Band bestehen, in welchem sich die Fasern in Längsrichtung erstrecken und wobei das Band um sich selbst gewunden ist, bevor es in die Formeinrichtung eingesetzt ist, in solch einer Weise, dass die Verstärkungsfasern gemäß einer allgemeinen Spiralform angeordnet sind. In den Varianten, die in 8 und 9 dargestellt sind, weist die erste Halbform 22 in deren quergeschnittenen Querschnittsansicht einen U-förmigen Formsitz auf, in welchem der Formabschnitt 28 der zweiten Formhälfte gleitbar montiert ist. In einer Weise, die ähnlich zu dem ist, was zuvor beschrieben wurde, sind in der Variante nach 8 die Verstärkungsfasern willkürlich in der Masse des Kunststoffmaterials eingesetzt, wohingegen in der Variante nach 9 die Fasern in einer geordneten Weise ausgerichtet sind, zum Beispiel gemäß einer Spiralform.
  • 10, 11 und 12 sind schematische Längsschnittansichten von drei unterschiedlichen Tretkurbeln, die hergestellt werden können mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem Fall von 10 ist der Körper der Tretkurbel insgesamt aus faserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt, in welchem die zwei Einsätze 44, 46, die aus einer leichten Legierung hergestellt sind, welche dazu bestimmt sind, entsprechend an den Kurbelanschluss bzw. an dem Pedal fixiert zu werden, eingebettet sind. In der Variante nach 11 ist in dem Körper der Tretkurbel ein Hohlelement 54 eingebettet, dessen Enden in einem Abstand von den Einsätzen 44, 46 angeordnet sind, wohingegen in den weiteren Varianten nach 12 eine Tretkurbel dargestellt ist, in welcher ein röhrenförmiges Element 50 eingebettet ist, dessen Enden eine Formpassung mit den Einsätzen 44, 46 bilden. Die Tretkurbel wird erhalten mittels des Verfahrens, das schematisch in 4 und 5 dargestellt ist.
  • 13 und 14 sind schematische Darstellungen der Formeinrichtung für die Herstellung einer rechten Tretkurbel, die mit integralen Armen zum Fixieren der Kettenblätter ausgestattet ist. Von einem konzeptuellen Standpunkt aus ist die Einrichtung 20 identisch mit der Einrichtung, die zuvor beschrieben wurde. Der einzige Unterschied liegt in der unterschiedlichen Form des Formsitzes 26, welcher Hohlräume zum Bilden der Arme aufweist, die sich in eine radiale Richtung von dem Bereich erstrecken, der den Einsatz 44 beinhaltet, ausgebildet um an dem Kurbelanschluss fixiert zu werden. Das faserverstärkte Material kann sowohl in die Lücke zwischen den zwei Einsätzen 44, 46 als auch in jede der Kavitäten eingesetzt werden, die die Arme bilden. Das Material 48, das in eine Position korrespondierend zu den Kavitäten eingesetzt ist, die die Arme bilden, kann verbunden sein oder getrennt sein von dem Material, welches den Körper der Tretkurbel bildet.
  • 15 und 16 sind schematische Draufsichten auf zwei rechte Tretkurbeln, die erhalten werden können mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung. In der Variante nach 15 weist die Tretkurbel vier Arme 56 auf, die bereitgestellt sind an deren entsprechenden Enden mit Abschnitten zum Fixieren der Kettenblätter. Ein fünfter Befestigungspunkt zum Fixieren der Kettenblätter ist durch einen dritten Metalleinsatz 60 gebildet, der in dem Tretkurbelgehäuse eingebettet ist. In der Variante nach 16 ist stattdessen die Tretkurbel mit fünf Armen 56 ausgebildet und der Einsatz 60 ist nicht vorhanden.
  • Natürlich, ohne Beeinträchtigung des Prinzips der Erfindung, können die Details der Konstruktion und der Ausführungsbeispiele weit variieren in Bezug auf das, was hierin nur auf exemplarische Weise beschrieben und dargestellt ist, ohne dabei den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er definiert ist in den beigefügten Ansprüchen.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Tretkurbel für ein Fahrrad, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Formeinrichtung (20), die zwei Formhälften (22, 24) enthält, von denen wenigstens eine bewegt werden kann, und die eine offene sowie eine geschlossene Position aufweist, wobei die Einrichtung (20) in der geschlossenen Position einen Formhohlraum (26) mit einer Form bildet, die der der herzustellenden Tretkurbel entspricht; Bereitstellen wenigstens eines Einsatzes (44, 46) im Inneren des Formhohlraums (26); Einleiten einer vorgegebenen Menge an faserverstärktem wärmehärtbarem Material (48) in einem plastischem Zustand in die Formeinrichtung (20) in der offenen Position; Schließen der Formeinrichtung (20) und Ausüben eines Drucks auf das wärmehärtbare Material (48) über die Oberflächen (30, 32) des Formhohlraums (26) um zu bewirken, dass das Material (48) in dem plastischen Zustand in den Formhohlraum (26) fließt, den Formhohlraum (26) füllt und den wenigstens einen Einsatz (44, 46) wenigstens teilweise bedeckt; und Erhitzen des wärmehärtbaren Materials (48) bis auf eine Wärmehärtetemperatur, um so den wenigstens einen Einsatz (44, 46) in das wärmehärtbare Material einzubetten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt des Bereitstellens eines röhrenförmigen Elementes (50, 54) im Inneren des Formhohlraums (26) und des wenigstens teilweisen Bedeckens des röhrenförmigen Elementes mit dem plastischen Material (48) während des Schrittes des Schließens der Formeinrichtung (20) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fasern willkürlich im Inneren des Materials (48) angeordnet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fasern geordnet im Inneren des Materials (48) angeordnet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Verstärkungsfasern entsprechend einer allgemeinen Spiralform angeordnet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das röhrenförmige Element (50, 54) eine Formpassung mit dem wenigstens einen Einsatz (44, 46) bildet.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Enden des röhrenförmigen Elementes (54) in einem Abstand zu den Einsätzen (44, 46) angeordnet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt des Bereitstellens von faserverstärktem formbarem wärmehärtbarem Material (48) in Abschnitten des Formhohlraums (26) umfasst, die sich in einer radialen Richtung in Bezug auf eines der Enden der Tretkurbelhebel so erstrecken, dass radiale Arme (56) zum Befestigen der Kettenblätter einer Gangschaltung gebildet werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das den Schritt des Einführens eines weiteren Einsatzes (60) in den Formhohlraum umfasst, der dazu dient, einen weiteren Befestigungspunkt für die Kettenblätter der Gangsschaltung zu bilden.
  10. Tretkurbel für ein Fahrrad, die einen Körper umfasst, der aus einer gehärteten Kunststoffmatrix aus wärmehärtbarem Material (48) besteht, in der verstärkende Fasern eingeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einsatz (44, 46) in der gehärteten Kunststoffmatrix aus wärmehärtbarem Material (48) eingebettet ist.
  11. Tretkurbel nach Anspruch 10, wobei der Körper einen hohlen Querschnitt hat.
  12. Tretkurbel nach Anspruch 10, wobei der Körper einen massiven Querschnitt hat.
  13. Tretkurbel nach Anspruch 10, wobei die verstärkenden Fasern aus Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, keramischen Fasern oder beliebigen Kombinationen daraus ausgewählt werden.
  14. Tretkurbel nach Anspruch 10, wobei die Fasern willkürlich in dem wärmehärtbaren Material angeordnet sind.
  15. Tretkurbel nach Anspruch 10, wobei die Fasern geordnet in dem wärmehärtbaren Material angeordnet sind.
  16. Tretkurbel nach Anspruch 11, die ein hohles Element (54) enthält, dessen Enden in einem Abstand zu den Einsätzen (44, 46) angeordnet sind.
  17. Tretkurbel nach Anspruch 1, die ein hohles röhrenförmiges Element (50) enthält, dessen Enden eine Formpassung mit den Einsätzen (44, 46) bilden.
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