DE69203170T2

DE69203170T2 - Verfahren zur Herstellung von Rahmen für rohrförmige Teile und Rahmen hergestellt mit diesem Verfahren.

Info

Publication number: DE69203170T2
Application number: DE69203170T
Authority: DE
Inventors: Thomas C Patterson
Original assignee: Cannondale Corp
Current assignee: Cannondale Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2012-07-22
Also published as: CA2074237A1; EP0524599A2; ATE124353T1; DK0524599T3; CA2074237C; US5249818A; EP0524599A3; ES2074315T3; EP0524599B1; JPH0624374A; DE69203170D1

Description

Hintergrund der Erfindung

In den vergangenen ca. zehn Jahren sind Fahrräder mit Aluminiumrahmen immer beliebter geworden. Im Gegensatz zu Stahl kann Aluminium nicht hartgelötet werden so daß die Verbindungsstellen zwischen den Rohren der meisten Aluminium- Fahrradrahmen geschweißt werden. Bei den Verbindungsstellen zwischen den Teilen des Hauptdreiecks wird normalerweise eine Kante einer Wand eines Teils, gewöhnlich eine Kante am Ende des Teils, an die Oberfläche der Wand eines anderen Teils geschweißt. Insbesondere werden die Enden des Oberrohrs und des Unterrohrs an die Außenfläche des Steuerrohrs und oftmals miteinander verschweißt; die Enden des Sattelrohrs und des Unterrohrs werden an die Außenfläche des Tretlagerrohrs und miteinander verschweißt; und das Ende des Oberrohrs wird an die Fläche des Sattel rohrs geschweißt. Jede dieser Verbindungsstellen erfordert zunächst, das Ende eines Rohres so auszubilden, daß es eng an die Fläche des anderen Rohres in einem vorgeschriebenen Winkel paßt, und zweitens, die Kante des Rohres in der geeigneten Stellung axial und in Umfangsrichtung sowie im Hinblick auf die Oberfläche des anderen Rohres anzuordnen.
Der erste dieser Schritte ist unter Verwendung von Lochsägen und speziellen Halterungen, um eine Ständerbohrmaschine zum Positionieren des Rohres für die Herstellung des Kantenschnitts einzurichten, durchgeführt worden. Zum Beispiel hat das Unterrohr einen bestimmten Durchmesser und bildet mit dem Steuerrohr einen bestimmten Winkel. Um den Schnitt am Ende des Unterrohrs für die Schweißverbindung mit dem Steuerrohr auszuführen, wird eine Lochsäge, deren Durchmesser dem Durchmesser des Steuerrohrs gleich ist, in einer Ständerbohrmaschine installiert, und das Unterrohr wird in einer Halterung so gehalten, daß die Achse der Lochsäge den gleichen Winkel zum Unterrohr aufweist, wie ihn das Steuerrohr im fertigen Rahmen einnimmt. Wenn das andere Ende des Unterrohrs schon mit einer Kante ausgebildet ist, die an das Tretlagerrohr paßt, dann muß die Halterung auch für die Herstellung des Schnitts an der geeigneten axialen Stelle im Material des Unterrohrs sorgen, wobei sich das Rohr in der geeigneten Umfangslage befindet. Beim zweiten Verfahrensschritt müssen alle Teile des Rahmens in eine spezielle Spannvorrichtung eingespannt werden, die sie in ihrer jeweiligen passenden Stellung hält, während Heftschweißungen zum Festlegen der Rahmengeometrie durchgeführt werden.
Sämtliche Hersteller stellen normalerweise jedes bestimmte Fahrradmodell in verschiedenen Größen her. Jede Größe erfordert, daß die Teile unterschiedlich lang sind und die Schnitte an den Enden der Rohre unterschiedliche Winkel aufweisen müssen. Dies erfordert wiederum eine unterschiedliche Einstellung der Ständerbohrmaschine für jede unterschiedliche Größe jedes bestimmten Rahmenteils und für jedes unterschiedliche Rahmenteil. Da die Kantenschnitte für unterschiedliche Rahmengrößen fast immer verschieden sind, so wie sie auch für unterschiedliche Teile des Rahmens verschieden sind, sind zahlreiche Halterungen und häufige Änderungen der Einstellung der Ständerbohrmaschine erforderlich, um die Rohre für einen bestimmten Fahrradtyp innerhalb eines Größensortiments zu erstellen. Gleichermaßen ist für jede Fahrradgröße eine unterschiedliche Montage-Aufspannvorrichtung erforderlich. Folglich nähern viele Hersteller die durch unterschiedliche Größen erforderlichen geometrischen Veränderungen einander an, um die Herstellungskosten auf ein Minimum zu reduzieren. Wenn der Hersteller verschiedene Fahrradmodelle herstellt, ist die Menge an Werkzeug und die Ausfallzeit für die Umschaltung von der Herstellung einer Größe zu einer anderen Rahmengröße oder von einem Modell zum anderen außerordentlich teuer. Auch wenn der Hersteller die Bauart eines Rahmens ändert, ist für die Durchführung dieser Änderung ein erheblicher Zeitaufwand und eine große Investition an Werkzeug erforderlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren für die Herstellung eines Rahmens aus rohrförmigen, zusammengeschweißten Teilen zu schaffen, das den Zusammenbau des Rahmens stark vereinfacht und die Notwendigkeit für verschiedene Aufspannvorrichtungen für jede Größe und jedes Modell eines Rahmens beseitigt. Eine weitere Aufgabe ist es, Kantenschnitte in den rohrförmigen Teilen eines Rahmens ohne spezielle Halterungen und individuelle Einstellungen einer Werkzeugmaschine für die Herstellung verschiedener Schnitte zu ermöglichen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Rahmens, der erste und zweite rohrförmige Teile aufweist, die in einem vorherbestimmten Winkel nur durch eine Haftverbindungstelle zwischen einer Fläche entlang eines Abschnitts einer Wand des ersten Teils und zumindest eines Abschnitts einer Kante des zweiten Teils miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch die Schritte, einen Schlitz in der Wand des ersten Teils an einer Stelle zu bilden, die mit einem Teil der Kante des zweiten Teils an der Verbindungsstelle ausgerichtet ist, um eine vorherbestimmte Stellung des zweiten Teils axial und in Umfangsrichtung relativ zu dem ersten Teil herzustellen und die Kante des zweiten Teils so zu schneiden, daß sie mit der Wand des ersten Teils übereinstimmt, und auch einen Ansatz entlang eines Teils der Kante zu schneiden. Der Kantenschnitt wird durch Erzeugen eines Schneidstrahls erstellt, indem eine Relativbewegung zwischen dem Schneidstrahl und dem zweiten Teil derart geschaffen wird, daß der Schneidstrahl einen vorherbestimmten Weg über die Wand des zweiten Teils überfährt, um die Kante in eine Form zu schneiden, die mit dem Wandabschnitt des ersten Teils übereinstimmt und an diesen anstößt und dadurch den vorherbestimmten Winkel zwischen den Teilen herstellt und beibehält, und auch um einen integrierten Ansatz entlang eines Teils der Kante des zweiten Teils zu bilden, der so geformt und angeordnet ist, daß er eng anliegend im Schlitz des ersten Teils aufgenommen werden kann. Die beiden Teile werden zusammengesetzt, wobei der Ansatz des zweiten Teils in dem Schlitz des ersten Teils aufgenommen wird und die Kante des zweiten Teils fest an der Wandfläche des ersten Teils sitzt, und es wird eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil an der Verbindungsstelle gebildet, die im wesentlichen entlang des anliegenden Kantenabschnitts des zweiten Teils und der Wandfläche des ersten Teils verläuft.
Der Kantenschnitt im zweiten Teil wird vorzugsweise erstellt, indem der Schneidstrahl bezogen auf die Achse des zweiten Teils im wesentlichen radial ausgerichtet wird und gleichzeitig das zweite Teil um seine Achse gedreht wird und das zweite Teil entweder axial relativ zum Schneidstrahl bewegt oder der Schneidstrahl axial zum Rohr bewegt wird, um die Kante und den Ansatz während eines Durchlaufs des Schneidstrahls auszubilden.
Um nach Zusammensetzung des Rahmens die Verbindungen herzustellen, die Heftverbindungen sein können, werden Kräfte auf die Teile ausgeübt, um die anstoßende Kante des zweiten Teils gegen den Wandabschnitt des ersten Teils zu drücken und den vorherbestimmten Winkel im wesentlichen nur durch die Anpassung der anstoßenden Kante herzustellen, und um den Ansatz des zweiten Teils in Eingriff mit dem Schlitz des ersten Teils zu bringen und die Dreh- und Axialstellung des zweiten Teils relativ zu dem ersten Teil im wesentlichen nur durch den Eingriff des Ansatzes in den Schlitz herzustellen.
Zusätzlich zur Herstellung von Kantenschnitten an den Verbindungsstellen können die für diese Schnitte verwendeten Schneidstrahltechniken ebenfalls verwendet werden, um die Schlitze in den ersten Teilen der Verbindungsstellen auszubilden, um Löcher für mit dem Rahmen verbundene Zubehörteile zu schneiden und um Einkerbungen in einen Abschnitt eines Teils zu schneiden, in den ein Abschnitt eines anderen Teils paßt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Rahmen geschaffen mit ersten und zweiten rohrförmigen Teilen, die in einem vorherbestimmten Winkel nur durch eine Verbindung entlang einer Verbindungsstelle zwischen einer Fläche entlang eines Abschnitts einer Wand des ersten Teils und einer Kante entlang wenigstens eines Abschnitts der Wand des zweiten Teils miteinander verbunden sind, wobei die Kante der Wand des zweiten Teils an der Verbindungsstelle so geformt ist, daß sie mit der Fläche des ersten Teils übereinstimmt und an diese anstößt, um den vorherbestimmten Winkel zwischen den Teilen herzustellen und beizubehalten. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil einen Schlitz aufweist, der mit der Kante des zweiten Teils ausgerichtet ist, und daß das zweite Teil entlang eines Teils der die Verbindungsstelle bildenden Kante einen integrierten Ansatz aufweist, der eng anliegend im Schlitz des ersten Teils aufgenommen wird, um eine vorherbestimmte Stellung des zweiten Teils axial und in Umfangsrichtung relativ zu dem ersten Teil herzustellen und beizubehalten.
Die vorliegende Erfindung weist große Vorteile bei der Herstellung von Fahrradrahmen auf -- es folgen Beispiele von Verbindungsstellen bei einem Fahrradrahmen, die gemäß der Erfindung gebildet werden können:

Erstes Teil

Steuerrohr
Steuerrohr
Tretlagerrohr
Tretlagerrohr
Sattelrohr

Zweites Teil

Unterrohr
Oberrohr
Unterrohr
Sattelrohr
Oberrohr
Diese Verbindungsstellen sind die Verbindungsstellen des Hauptdreiecks eines Fahrradrahmens. Die Verbindungsstellen der Sattel streben mit den Kettenstreben, die Verbindungsstellen der Sattelstreben mit dem Sattelrohr, und die Verbindungsstellen der Kettenstreben mit dem Tretlager können ebenfalls nach der vorliegenden Erfindung erstellt werden.
Die Ansatz- und Schlitzanordnung, durch welche die richtige Stellung eines Rohres relativ zu einem anderen, mit dem es verbunden ist, erreicht wird, ermöglicht die Anwendung relativ einfacher Universal-Aufspannvorrichtungen, um den Rahmen zusammenzuhalten. Die Aufspannvorrichtungen erfordern nur relativ einfache Einstellungen, um unterschiedliche Größen und Modelle aufnehmen zu können. Beim Hauptdreieck eines Fahrradrahmens zum Beispiel kann die Aufspannvorrichtung so ausgebildet sein, daß sie das Tretlager- und das Sattelrohr in festen Stellungen hält und eine geringe Kraft gegen das Steuerrohr in eine Richtung zum Sattelrohr in einer Weise aufbringt, die es dem Rahmen ermöglicht, sich in Übereinstimmung mit dem Sitz der übereinstimmenden Kantenschnitte der verschiedenen Rohre selbst zu positionieren. Falls erwünscht oder erfordert, können Lehren und Stützen in die Aufspannvorrichtung eingebaut sein, um die korrekte Größe und Geometrie des speziellen Rahmens zu gewährleisten. Es ist zum Beispiel wünschenswert, für das Tretlager Stützen einzufügen, die es senkrecht zur Ebene der Achsen des Sattel rohrs, des Unterrohrs und des Oberrohrs und bezogen auf die Ebene und eine einstellbare Stütze für das Steuerrohr quer zentriert halten, um es in der Ebene zentriert zu halten. Die Form hinsichtlich der Größe und der Geometrie des Rahmens wird jedoch im wesentlichen durch die Endschnitte und die Ansätze und Schlitze hergestellt.
Wie vorstehend gesagt, werden die Kantenschnitte, Ansätze, Schlitze und Einkerbungen in den Rohren unter Verwendung eines Schneidstrahls hergestellt, der ein Laser-, Wasser- oder Elektronenstrahl sein kann. Eine bevorzugte Art, die Schnitte auszubilden, besteht darin, den Strahl von einem Schneidstrahlgenerator, der zum Rohr in Längsrichtung und wahlweise in seitlicher Richtung bewegt werden kann, auszurichten und das Rohr um seine Achse in Übereinstimmung mit den Bewegungen des Strahls zu drehen, wodurch bewirkt wird, daß der Strahl einen Weg axial und in Umfangsrichtung über das Rohr fährt, um den vorgeschriebenen Schnitt durchzuführen. Die Drehung des Rohres und die Bewegungen des Schneidstrahls werden mittels CNC-Maschinen durchgeführt. Der Strahl kann über eine Computersteuerung in Übereinstimmung mit den Bewegungen des Schneidstrahlgenerators entlang des Werkstücks zwischen unterschiedlichen Schnitten ein- und ausgeschaltet werden. An einem Rohrrohling, der länger ist als seine endgültige Länge, können an beiden Enden Kantenschnitte ausgeführt werden. Jede beliebige Anzahl von Schlitzen, Einkerbungen und Löchern kann nacheinander in das Rohr geschnitten werden, während es in die Maschine eingespannt ist.
Gewöhnlich wird das Steuerrohr und das Tretlagerrohr durch herkömmliche Maschinen zugeschnitten, da das Strahlschneiden eine leicht gezackte Kante bewirkt und bei diesen Rohren glatte Enden erforderlich sind. Auch erzeugen herkömmliche Schneidvorgänge wie auf einer Drehbank bei hoher Geschwindigkeit eine glatte, rechteckige Kante. Die Schlitze im Steuer- und Tretlagerrohr werden vorzugsweise unter Anwendung der Strahl-Schneidvorichtung geschnitten, sie können jedoch auch gestanzt werden.
Bei einer bevorzugten Technik zum Erstellen der Kantenschnitte bleibt der Schneidstrahl seitlich des Rohres stationär und ist so ausgerichtet, daß er die Achse des Rohres schneidet, das Rohr wird gedreht und der Schneidstrahl relativ zum Rohr in Längsrichtung bewegt. Die relativen Dreh- und Axialbewegungen des Rohres und des Schneidstrahls erzeugen geschnittene Kanten, die bezogen auf die Rohrachse durchweg radial liegen. Folglich bleibt durch den Kantenschnitt bei der Verbindungsstelle die volle Dicke des Rohres bestehen, was für die Verbindung vorteilhaft ist. Bei der früheren Technik, Kantenschnitte mittels einer Lochsäge zu erstellen, wird die Kante zum größten Teil verjüngt, und die am stärksten verjüngten Bereiche sind einem "Abbrennen" der verjüngten Kante während des Schweißens ausgesetzt. Das Abbrennen beeinträchtigt die Fähigkeit des Schweißers, eine adäquate Durchschweißung zu erzielen, ohne dem Material übermäßige Wärme zuzuführen. Da die Kantenschnitte der Erfindung radial sind, muß der Weg des Schneidstrahls eingestellt werden, um die Relativverschiebung der radialen Elemente der Kante bezogen auf die Linie des tatsächlichen Kontakts zwischen der geschnittenen Kante und der Oberfläche des Rohres, mit dem die Kante im Rahmen verbunden wird, auszugleichen.
So wie die Kantenschnitte durch computergesteuerte Maschinen hergestellt werden, werden die Rahmen gern durch rechnergestützte (CAD) Einrichtungen konstruiert. Der CAD/CAM-Konstruktions- und Herstellungsvorgang, der bei der Erfindung vorzugsweise angewendet wird, ermöglicht die sehr schnelle Durchführung von Konstruktionsänderungen. Zusammen mit der Qualitätssicherung kann die Genauigkeit der Herstellung überwacht, können laufende Einstellungen der Kantenschnitte, Ansätze und Schlitze sehr schnell durchgeführt werden, wenn die gewünschte Rahmengeometrie nicht erzielt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Fahrradrahmen begrenzt und kann für die Konstruktion und das Herstellungsverfahren jedes beliebigen Rahmens mit rohrförmigen Teilen wie Flugzeugrahmen, Möbelrahmen, Rollstuhlrahmen und Bautürmen wie z.B. Antennenmaste angewandt werden. Die Erfindung ist auch auf Rahmen aus verschiedenen Materialien anwendbar, einschließlich vieler Metalle und deren Legierungen und verschiedener Verbundmaterialien wie jene, die auf Kohlenstoff-Fasern basieren. Die Begriffe "Verbindung" und "verbinden" werden hier weitgefaßt verwendet, so daß sie Schmelzverbindungen (Schweißungen), chemische Verbindungen und Klebverbindungen umfassen.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird auf die nachstehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele zusammen mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein seitlicher Aufriß des Hauptdreiecks eines Fahrradrahmens, der die vorliegende Erfindung beinhaltet;
Fig. 2 bis 4 sind auseinandergezogene, detaillierte Teilansichten der Verbindungsstellen des Rahmens nach Fig. 1, wie sie durch die entsprechend bezeichneten Kreise in Fig. 1 angezeigt sind; die mit den Zahlen 2 bis 4 mit großbuchstabigen Indizes (A, B, etc.) bezeichneten Figuren sind detaillierte Teilansichten der Teile, die in den entsprechend bezifferten Figuren 2 bis 4 gezeigt sind, aus den durch die entsprechend bezeichneten Linien in den Figuren 2 bis 4 angezeigten Ansichtspositionen;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Erstellen von Kantenschnitten, Ansätzen, Schlitzen, Ausnehmungen und anderen Löchern in den Rohren;
Fig. 6 ist eine detaillierte schematische Darstellung eines einen Kantenschnitt herstellenden Schneidstrahls;
Fig. 7 ist ein seitlicher Aufriß in allgemeiner schematischer Form einer Halterung, in welcher der Rahmen während der Heftverbindung gehalten wird; und
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 7 dargestellte Halterung.

Beschreibung der Ausführungsformen

Der in Fig. 1 gezeigte Rahmen stellt das Hauptdreieck eines Fahrradrahmens dar. Er besteht aus einem Steuerrohr 12, einem Oberrohr 14, einem Unterrohr 16, einem Sattelrohr 18 und einem Tretlagerrohr 20. Sämtliche Rohre haben einen kreisförmigen Querschnitt und bestehen aus Aluminium. Durchmesser und Wanddicken der jeweiligen Rohre sind sorgfältig ausgewählt worden, um die erforderliche Stärke und Steifheit zu geben, während das Gewicht auf einem Minimum gehalten wird. Die Rohre sind an den dargestellten Verbindungsstellen (nachstehend beschrieben und in den anderen Zeichnungsfiguren gezeigt) nur durch Schweißstellen verbunden.
Sämtliche Verbindungsstellen befinden sich zwischen ersten und zweiten rohrförmigen Teilen, die in einem vorherbestimmten Winkel nur durch eine Schweißstelle entlang einer Verbindungsstelle zwischen einer Fläche entlang eines Abschnitts einer Wand des ersten Teils und einer Kante entlang zumindest eines Abschnitts der Wand des zweiten Teils verbunden sind, wobei die Kante der Wand des zweiten Teils an der Verbindungsstelle so ausgebildet ist, daß sie mit der Oberfläche des ersten Teils übereinstimmt und an diese anstößt, um den vorherbestimmten Winkel zwischen den Teilen herzustellen und beizubehalten. Insoweit wird die Ausgestaltung des Rahmens seit vielen Jahren wie vorstehend beschrieben verwendet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist jedes erste Teil einen Schlitz auf, der mit der Kante des zweiten Teils ausgerichtet ist, und das zweite Teil weist entlang eines Teils der die Verbindungsstelle bildenden Kante einen integrierten Ansatz auf, der eng anliegend im Schlitz des ersten Teils aufgenommen werden kann, um eine vorherbestimmte Stellung des zweiten Teils axial und in Umfangsrichtung relativ zu dem ersten Teil herzustellen und beizubehalten. Bei zwei der Verbindungsstellen sind zwei zweite Teile mit dem gleichen ersten Teil und miteinander durch Schweißstellen verbunden, wobei eins der zweiten Teile eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Abschnitts des anderen zweiten Teils aufweist. Im einzelnen weist der Rahmen nach Fig. 1 folgende Verbindungsstellen auf:

Erstes Teil

Steuerrohr 12
Steuerrohr 12
Tretlagerrohr 20
Tretlagerrohr 20
Sattelrohr 18

Zweites Teil

Unterrohr 16
Oberrohr 14
Unterrohr 16
Sattelrohr 18
Oberrohr 14
Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen den Aufbau der jeweiligen Verbindungsstellen, die in Fig. 1 durch die Kreise 2, 3 und 4 bezeichnet sind. Bei diesen Figuren ist jede Kante eines Teils, die an einen Abschnitt einer Wand eines anderen Teils anstößt, durch die Bezugsziffer dieses Teils mit dem Index "E" bezeichnet. Jeder Ansatz eines Teils wird durch die Bezugsziffer dieses Teils mit dem Index "T" bezeichnet. Jeder Schlitz im anderen Teil der Verbindungsstelle wird durch die Bezugsziffer dieses Teils mit einem Index "S-" und die Bezugsziffer des Teils, das den in diesen Schlitz passenden Ansatz aufweist, bezeichnet. (Zum Beispiel: Der Schlitz 205-18 des Tretlagerrohrs 20, Fig. 2, nimmt den Ansatz 18T des Sattel rohrs 18 wie nachstehend beschrieben auf.
Nach den Fig. 2, 2A, 28 und 2C weist das untere Ende des Unterrohrs 16 einen Kantenschnitt 16E entlang eines Teils der Rohrwand auf, der so geformt ist, daß er mit der Oberfläche des Tretlagerrohrs 20 übereinstimmt und an diese anstößt, um einen vorherbestimmten Winkel zwischen der Achse des Unterrohrs und der Achse des Tretlagerrohrs, wobei dieser Winkel 90 Grad aufweist, und eine vorherbestimmte Stellung der Achse des Unterrohrs relativ zur Achse des Tretlagerrohrs herzustellen und beizubehalten. Bei der fertigen Verbindungsstelle wird eine Schweißstelle entlang der Fuge zwischen der Kante 16E und dem Teil der Oberfläche des Tretlagerrohrs 20, an das die Kante 16E anstößt, gebildet.
Das Sattelrohr 18 weist entlang eines Teils der Rohrwand eine Kante 18E auf, die so ausgebildet ist, daß sie mit der Fläche des Tretlagerrohrs 20 übereinstimmt und an diese anstößt, um einen vorherbestimmten Winkel zwischen dem Unterrohr und dem Tretlagerrohr herzustellen und beizubehalten, wobei dieser Winkel ebenfalls 90 Grad aufweist. Das Sattelrohr 18 weist an Teilen der Kante 18E, welche die Verbindungsstelle mit dem Tretlagerrohr bildet, integrierte Ansätze 18T auf, die eng anliegend in Schlitzen 20S-18 im Tretlagerrohr 20 aufgenommen werden, um eine vorherbestimmte Stellung des Unterrohrs axial und in Umfangsrichtung relativ zu dem Tretlagerrohr herzustellen und beizubehalten. Bei der fertigen Verbindungsstelle wird eine Schweißstelle entlang der Fuge zwischen der Kante 18E und dem Abschnitt der Fläche des Tretlagerrohrs 20, an das die Kante 18E anstößt, gebildet.
Der Durchmesser des Unterrohrs ist etwas größer als der Durchmesser des Tretlagerrohrs, und die Kante 15E ist zu einer Seite der Mittelachse hin versetzt (siehe Fig. 2). Eine Ausnehmung 16N in der Wand des Unterrohrs ist so ausgebildet, daß sie mit einem Teil der Fläche der Wand des Sattel rohrs 18 übereinstimmt und an diese anstößt, und bei der fertigen Verbindungsstelle wird eine Schweißstelle entlang der Fuge zwischen der Ausnehmung 16N und dem Wandabschnitt des Sattel rohrs 18, an den die Ausnehmung anstößt, gebildet.
Ein Ansatz 16T ragt von einem Abschnitt der Ausnehmung 16N weg und wird in einem Schlitz 18S-16 in der Wand des Sattelrohrs 18 aufgenommen. Der Ansatz 16T und der diesen aufnehmende Schlitz 18S-16 stellt indirekt die korrekte Stellung des Unterrohrs 16 relativ zum Tretlagerrohr 20 her, da das Sattelrohr selbst korrekt axial zum Tretlagerrohr durch die Ansätze 18T und die diese aufnehmenden Schlitze 20S-18 angeordnet ist.
Die Figuren 3 und 4 sind klar genug, um die darin gezeigten Verbindungsstellen ohne weitere Beschreibung zu verstehen, wobei auf die vorstehend genannten allgemeinen Bezeichnungen der Rohre, Kantenschnitte, Ausnehmungen, Ansätze und Schlitze hingewiesen wird.
Obwohl nicht erforderlich, ist es wünschenswert, die Ansätze mit Seitenkanten auszubilden, die sich leicht nähern, so daß sie beim Zusammenbau des Rahmens leichter in die Schlitze passen. Dort, wo sich die Rohre schräg schneiden, ist es wichtig, die Stellung nur der längeren Kante des Schlitzes zu kontrollieren, die dem stumpfen, zwischen den Wänden der Rohre eingeschlossenen Winkel näher ist, damit die richtige Axialstellung des anderen Rohres hergestellt wird, da das Rohr zu dieser Kante gedrückt wird, wenn der Rahmen zusammengesetzt wird. Oft wird es möglich sein, an einer Verbindungsstelle nur einen einzigen Ansatz und Schlitz zu haben, um die erwünschten relativen Axial- und Umfangsausrichtungen der Rohre zu erhalten -- der Kantenschnitt an der Verbindungsstelle wird die richtige Passung und Ausrichtung gewährleisten.
Die Kanten E, Aussparungen N und Ansätze T der zweiten Teile (vorstehend in der Tabelle aufgeführt) der verschiedenen Verbindungsstellen des Rahmens werden durch einen Schneidstrahl erstellt, der ein Laser-, ein Wasser- oder ein Elektronenstrahl sein kann, wobei ein Laserstrahl vorgezogen wird. Eine Relativbewegung zwischen dem Strahl und dem geschnittenen Rohr ist derart vorgesehen, daß der Strahl einen vorherbestimmten Weg über die Wand des Rohres überfährt und den erwünschten Schnitt durchführt. Die einfachste und wirksamste Möglichkeit, die Kanten, Aussparungen und Ansätze zu schneiden, besteht darin, das Rohr mittels CNC-Maschinen, z.B. einen CNC-Rotator und einen CNC-Axialtranslator, um seine Achse zu drehen, den Strahl so auszurichten, daß er die Achse des Rohres schneidet und gleichzeitig den Strahl axial relativ zum Rohr zu bewegen, während sich das Rohr dreht, wie schematisch in Fig. 7 dargestellt. Maschinen, mit denen die gewünschten Bewegungen durchgeführt werden können, können von verschiedenen handelsüblichen Quellen bezogen werden. Wenn ein Rohr mehrfach geschnitten werden muß, um Kanten und/oder Aussparungen an mehreren Verbindungsstellen auszubilden, können sie alle selbstverständlich automatisch hergestellt werden, während das Rohr in der Aufspannvorrichtung eingespannt bleibt, wobei der Strahlschneider in Übereinstimmung mit den Bewegungen des Rohres zwischen den Schnitten durch die CNC-Maschinen ein- und ausgeschaltet wird. Löcher und Schlitze für verschiedene Zubehörteile und für Ansätze der (nicht dargestellten) Sattel- und Kettenstreben können in die Rohre geschnitten werden.
Die Technik, das Rohr in Umfangsrichtung relativ zu einem radial ausgerichteten, sich axial bewegenden Strahl (siehe Fig. 6) zu bewegen, erzeugt einen Schnitt, bei dem die Schnittkante sich weder verjüngt noch scharfkantig ist, wodurch bessere Schweißstellen erzielt werden können. Die Tatsache, daß die geschnittenen Kanten an den Verbindungsstellen der Krümmung der Wandfläche des anderen Teils nicht entsprechen, bedeutet jedoch, daß der Weg des Schneidstrahls so eingestellt werden muß, daß der Rand des Schnitts der Oberfläche des anderen Teils entspricht und an diese anstößt.
Die zum Erstellen der Schnitte vorstehend beschriebene Technik ist nicht kritisch. Es ist ebenso möglich, den Schneidstrahl während eines Schnittes sowohl axial als auch quer zu bewegen. Die Schlitze können zum Beispiel geschnitten werden, während das Rohr stationär ist, indem nur der Strahl bewegt wird. Wie an sich bekannt, wird die Energie des Strahls so gesteuert, daß der Strahl nur durch die Wand des Rohres schneidet, die dem Strahlgenerator näher liegt, wobei die Energie zerstreut wird und der Strahl keine Einwirkung auf die Wand des Rohres hat, die vom Generator weiter entfernt ist. Die erforderliche Energie des Strahls ist eine Funktion der Wanddicke des Rohres und der Geschwindigkeit des Strahls entlang der Schneidbahn.
Der Rahmen wird in einer relativ einfachen, einstellbaren Aufspannvorrichtung zusammengesetzt, die so konstruiert ist, daß sie alle übereinstimmenden und anstoßenden Kanten der Rohre gegen die Oberflächen der Rohre, an die sie stoßen, drückt. Wie in den Fig. 7 und 8 schematisch dargestellt, wird das Tretlagerrohr 20 sicher gehalten, z.B. indem es in konischen Spanndornen 30 auf einem Schlitten 32 gehalten wird, wobei seine Achse senkrecht zur Ebene der Achsen des Ober-, Unter- und Sattelrohres ist. Das Sattelrohr 18 wird an das Tretlagerrohr 20 angepaßt, fest gegen das Tretlagerrohr 20 durch einen konischen Spanndorn 34 auf einen Schlitten 36 gedrückt, so daß es in der Ebene des Unter- und Oberrohrs liegt und auch in dieser Ebene gegen rückwärts gerichtete Kräfte stationär bleibt. Das Oberrohr 14, Unterrohr 16 und Steuerrohr 12 sind an ihren jeweiligen Verbindungsstellen zusammengesetzt und brauchen nur durch das Steuerrohr 12 gehalten zu werden, um in einer gemeinsamen Ebene zu verbleiben. Die Ansätze und Schlitze an den Verbindungsstellen und die Übereinstimmung der jeweiligen Schnittkanten gewährleisten, daß die Rohre mit den Schnittkanten in Umfangsrichtung und axial relativ zu den Rohren, an die sie anstoßen, richtig angeordnet sind. Die Anstoßstellen der Schnittkanten an die Wandflächen schaffen die geeigneten Winkelverhältnisse der Rohre an den Verbindungsstellen zwischen den verschiedenen ersten und zweiten Teilen (siehe vorstehende Tabelle). Eine Kraft wird auf das Steuerrohr in der Ebene der Hauptteile (Unterrohr, Oberrohr und Sattelrohr) ungefähr senkrecht zur Achse des Steuerrohres aufgebracht. Die Ausrichtung der Achse des Steuerrohres mit der Ebene der Rohre des Hauptrahmens und im richtigen Winkel (Neigung) zum Sattelrohr 18 wird durch konische Spanndorne 38 gewährleistet, die auf einem einstellbaren Schlitten 40 bewegbar gehalten werden. Durch die durch den Schlitten 40 ausgeübte Kraft werden alle Verbindungsstellen festgehalten. Sämtliche Verbindungsstellen werden heftgeschweißt, der Rahmen wird von der Aufspannvorrichtung abgenommen und die Schweißstellen werden fertiggestellt.
Die Aufspannvorrichtung kann mit Meßgeräten zur Anwendung bei statistischer Prozeßsteuerung ausgerüstet sein. Geeignete Steuerungsmessungen umfassen (1) den Winkel zwischen den Achsen des Sattelrohres 18 und des Steuerrohres und (2) den Abstand in der Ebene der Rohre des Hauptrahmens zwischen der Achse des Tretlagerrohrs und dem Punkt, bei dem die Achse des Steuerrohres 12 die Ebene des unteren Randes des Steuerrohres schneidet.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens, der erste und zweite rohrförmige Teile aufweist, die in einem vorherbestimmten Winkel nur durch eine Haftverbindungstelle zwischen einer Fläche entlang eines Abschnitts einer Wand des ersten Teils und zumindest eines Abschnitts einer Kante des zweiten Teils miteinander verbunden sind,

gekennzeichnet durch die Schritte

Bilden eines Schlitzes in der Wand des ersten Teils an einer Stelle, die mit einem Teil der Kante des zweiten Teils an der Verbindungsstelle ausgerichtet ist, um eine vorherbestimmte Stellung des zweiten Teils axial und in Umfangsrichtung relativ zu dem ersten Teil herzustellen, Erzeugen eines Schneidstrahls,

Schaffen einer Relativbewegung zwischen dem Schneidstrahl und dem zweiten Teil derart, daß der Schneidstrahl einen vorherbestimmmten Weg über der Wand des zweiten Teils überfährt, um die Kante in eine Form zu schneiden, die mit dem Wandabschnitt des ersten Teils übereinstimmt und an diesen anstößt und dadurch den vorherbestimmten Winkel zwischen den Teilen herstellt und bei behält und auch um einen integrierten Ansatz entlang eines Teils der Kante des zweiten Teils zu bilden, der so geformt und angeordnet ist, daß er eng anliegend im Schlitz des ersten Teils aufgenommen werden kann, Einpassen des zweiten Teils in das erste Teil, wobei der Ansatz des zweiten Teils in dem Schlitz des ersten Teils aufgenommen wird und die Kante des zweiten Teils fest an der Wandfläche des ersten Teils sitzt, und Bilden einer Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil an der Verbindungsstelle, die im wesentlichen entlang des anliegenden Kantenabschnitts des zweiten Teils und der Wandfläche des ersten Teils verläuft.

2. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidstrahl bezogen auf die Achse des zweiten Teils im wesentlichen radial ausgerichtet ist, das zweite Teil um seine Achse gedreht wird und gleichzeitig eine relative Axialbewegung zwischen dem Schneidstrahl und dem zweiten Teil vorgenommen wird, um die Kante und den Ansatz während eines Durchlaufs des Schneidstrahls auszubilden.

3. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 1 ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz im ersten Teil durch Erzeugen eines Schneidstrahls und Schaffen einer Relativbewegung zwischen dem Strahl und dem ersten Teil entlang einer vorherbestimmten Bahn gebildet wird.

4. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 3 ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidstrahl bezogen auf die Achse des ersten Teils im wesentlichen radial ausgerichtet ist und das erste Teil um seine Achse gedreht und gleichzeitig eine relative Axialbewegung zwischen dem Schneidstrahl und dem ersten Teil vorgenommen wird, um den Schlitz während eines Durchlaufs des Schneidstrahls auszubilden.

5. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 1 ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens von Kräften auf die Teile, nachdem sie an der Verbindungsstelle zusammengesetzt worden sind, um die anstoßende Kante des zweiten Teils gegen den Wandabschnitt des ersten Teils zu drücken und den vorherbestimmten Winkel im wesentlichen nur durch die Anpassung der anstoßenden Kante herzustellen, und um den Ansatz des zweiten Teils in den Schlitz des ersten Teils einzusetzen und die Dreh- und Axialstellung des zweiten Teils relativ zu dem ersten Teil im wesentlichen nur durch Einsetzen des Ansatzes in den Schlitz herzustellen.

6. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Steuerrohr und das zweite Teil ein Unterrohr ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Steuerrohr und das zweite Teil ein Oberrohr ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Tretlagerrohr und das zweite Teil ein Unterrohr ist.

9. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Tretlagerrohr und das zweite Teil ein Sattelrohr ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Rahmens nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Sattelrohr und das zweite Teil ein Oberrohr ist.

11. Ein Rahmen mit ersten und zweiten rohrförmigen Teilen, die in einem vorherbestimmten Winkel nur durch eine Verbindung entlang einer Verbindungsstelle zwischen einer Fläche entlang eines Abschnitts einer Wand des ersten Teils und einer Kante entlang wenigstens eines Abschnitts der Wand des zweiten Teils miteinander verbunden sind, wobei die Kante der Wand des zweiten Teils an der Verbindungsstelle so geformt ist, daß sie mit der Fläche des ersten Teils übereinstimmt und an diese anstößt um den vorherbestimmten Winkel zwischen den Teilen herzustellen und beizubehalten,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil einen Schlitz aufweist, der mit der Kante des zweiten Teils ausgerichtet ist und daß das zweite Teil entlang eines Teils der die Verbindungsstelle bildenden Kante einen integrierten Ansatz aufweist, der eng anliegend im Schlitz des ersten Teils aufgenommen wird, um eine vorherbestimmte Stellung des zweiten Teils bezogen auf das erste Teil axial und in Umfangsrichtung herzustellen und beizubehalten.

12. Rahmen nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Kante des zweiten Teils an der Verbindungsstelle und eine den Ansatz definierende Kante Flächen aufweisen, die bezogen auf die Achse des zweiten Teils über ihre Gesamtgröße radial liegen.

13. Rahmen nach Anspruch 12, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Kante des zweiten Teils an der Verbindungsstelle und die den Ansatz definierende Kante des zweiten Teils durch einen Schneidstrahl ausgebildet werden, der im wesentlichen radial zur Achse des zweiten Teils gerichtet ist, während eine Relativbewegung zwischen dem zweiten Teil und dem Schneidstrahl entlang einer die Flächen definierenden Bahn vorgenommen wird.

14. Rahmen nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz im ersten Teil durch einen Schneidstrahl gebildet wird, der im wesentlichen radial zur Achse des ersten Teils gerichtet ist, während eine Relativbewegung zwischen dem ersten Teil und dem Schneidstrahl entlang einer den Schlitz definierenden Bahn vorgenommen wird.

15. Rahmen nach Anspruch 11, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Steuerrohr und das zweite Teil ein Unterrohr ist.

16. Rahmen nach Anspruch 11, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Steuerrohr und das zweite Teil ein Oberrohr ist.

17. Rahmen nach Anspruch 11, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Tretlagerrohr und das zweite Teil ein Unterrohr ist.

18. Rahmen nach Anspruch 11, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Tretlagerrohr und das zweite Teil ein Sattelrohr ist.

19. Rahmen nach Anspruch 11, wobei der Rahmen ein Fahrradrahmen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Sattelrohr und das zweite Teil ein Oberrohr ist.