DE69935158T2

DE69935158T2 - Fahrzeugrad

Info

Publication number: DE69935158T2
Application number: DE69935158T
Authority: DE
Inventors: Raphael Wilton Schlanger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: AU2047600A; US7357459B2; EP1140525A1; US6899401B2; DE69935158D1; US20010054840A1; US6520595B1; ATE353778T1; US20050067881A1; EP1140525A4; EP1140525B1; WO2000035683A1

Description

AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Fahrzeugradkonstruktion, insbesondere Räder von Fahrrädern, einschließlich eines verbesserten Verbindungsmittels zum Verbinden der Speichen mit der Nabe.
Bisher wird die überwiegende Mehrzahl von Fahrradrädern unter Verwendung von Speichen aus Stahldraht konstruiert, die an ihrem inneren Ende mit einem zentralen Nabenbauteil und an ihrem äußeren Ende mit einem metallischen Felgenreifen verbunden sind. Die Speichen bestehen im Allgemeinen aus Stahl, während die Nabe und die Felge aus Aluminium oder Stahl bestehen können. Die Speichen, die Nabe und die Felge werden jeweils als separate Bauteile hergestellt und dann mittels mechanischer Verbindungen miteinander verbunden.
Zur Erleichterung der Montage dieses Fahrradrads sind viele Arbeitsvorgänge bis zu einem gewissen Grad automatisiert worden. Jedoch erfordern mehrere Arbeitsvorgänge immer noch manuelle Arbeit, zum Beispiel der ermüdende Prozess des Hindurchziehens der einzelnen Speichen durch die Nabe. Dieser Prozess wird für gewöhnlich als „Stopfen" der Nabe bezeichnet. Nach dem „Stopfen" der Nabe mit Speichen werden die Speichen in einem als „Einfädeln" bezeichneten Prozess manuell gerichtet, um das äußere Ende der Speiche auf sein entsprechendes Loch in der Felge auszurichten. Die Arbeitsvorgänge des „Stopfens" und des „Einfädelns" sind nie automatisiert worden und stellen für gewöhnlich ermüdende und zeitaufwendige Aufgaben dar, die einen relativ hohen Grad an Geschicklichkeit der Arbeitskraft erfordern.
Die Herstellung des Nabenbauteils ist auch ein teurer Prozess. Einige Nabengehäuse werden spanabhebend aus einem Block hergestellt, während andere gegossen oder geschmiedet und anschließend spanabhebend hergestellt werden. Dieser spanabhebende Arbeitsvorgang erfordert im Allgemeinen mindestens drei Maschineneinstellungen für die spanabhebende Bearbeitung. Zuerst werden die zylindrischen Abschnitte der Nabe auf einer Drehbank gedreht. In einem zweiten Schritt werden die Speichenlöcher in einem der Nabenflansche auf einer Rundtischschaltmaschine gebohrt. In einem dritten Schritt wird auch der gegenüberliegende Nabenflansch in einem separaten Arbeitsvorgang auf einer Rundtischschaltmaschine gebohrt. Dieser aus mehreren Schritten bestehende spanabhebende Prozess führt zu beträchtlichen Mehrkosten bei der Herstellung des Nabengehäusebauteils.
Die Zugkräfte innerhalb der Speiche erzeugen an ihren Verbindungspunkten hohe Belastungen. Daher muss die Verbindung zwischen der Speiche und dem Nabenflansch diesen Belastungen widerstehen können. In der aktuellen Speichenverbindungsanordnung konzentrieren sich durch Speichenspannung hervorgerufene Belastungen in einem relativ kleinen Bereich des Nabenflansches, nämlich in dem Abschnitt des Nabenflanschmaterials, der vom Speichenloch aus radial nach außen verläuft. Dadurch wird es notwendig, dass die Nabenflanschkonstruktion auf teuren, festeren Werkstoffen und der Verwendung von teureren Formungsprozessen (zum Beispiel Schmieden) anstatt auf weniger teuren Prozessen (zum Beispiel Druckgießen oder Spritzgießen) beruht. Außerdem muss der Flansch aufgrund dieser Belastungen mit einer robusten Dicke konstruiert werden, wodurch das Gewicht der Radbaugruppe erhöht wird.
Die Speichen der gebräuchlichsten Räder bestehen aus Stahldraht mit einer scharfen J-förmigen Krümmung in der Nähe des Kopfendes und benachbart zu dem Punkt, an dem sie durch das Loch im Flansch verlaufen. Der J-förmig gekrümmte Bereich der Speiche ist wesentlich schwächer und weniger dehnbar, und zwar aufgrund der Überbelastung des Materials zur Bildung dieser Krümmung. Erwartungsgemäß ist der J-förmig gekrümmte Bereich eine übliche Bruchstelle bei Speichen der aktuellen Konstruktion. Speichenhersteller haben versucht, diesen Mangel durch Verstärken des Drahts in diesem Bereich zu kompensieren. Diese Lösung erhöht jedoch die Kosten und das Gewicht in beträchtlichem Maße.
Oft besteht ein Ziel in der Konstruktion von Rädern mit Speichen, die in Längsrichtung abgeflacht sind, um ein Querschnittsprofil mit einer höheren Aerodynamik zu schaffen. Bei einem herkömmlichen Nabenflansch entsteht dadurch dort ein Problem, wo der extrabreite Speichenquerschnitt durch das runde Loch im Nabenflansch geführt werden muss. Das übliche Montageverfahren bei der Verwendung von abgeflachten Speichen erfordert das Schlitzen oder Einkerben jedes einzelnen Speichenlochs in den beiden Nabenflanschen, um das Hindurchführen der Speiche zu ermöglichen. Dieser zusätzliche Arbeitsvorgang führt zu beträchtlichen Mehrkosten und auch zu einer Schwächung des Nabenflansches.
In den letzten Jahren hat es einige Versuche zur Verbesserung dieser herkömmlichen Radkonstruktion gegeben. Die Veränderungen sind jedoch unbedeutend gewesen und es werden immer noch die gleichen Werkstoffe und die gleiche grundlegende Konfiguration verwendet. Interessanterweise greifen viele dieser moderneren Konstruktionen einfach nur Erfindungen auf, die mehr als 80 Jahre alt sind. Der Grund dafür ist wahrscheinlich die Tatsache, dass diese modernen Räder, abgesehen von einigen ganz ausgefallenen Beispielen, auf ähnlichen Werkstoffen und Konstruktionsverfahren wie vor 80 Jahren beruhen.
In der letzten Zeit sind mehrere neue Nabenkonstruktionen eingeführt worden, die eine Anordnung ermöglichen, in der die Speichen „in gerader Linie gezogen" werden, wobei der Nabenflansch Speichenlöcher einschließt, die in einer im Allgemeinen radialen Richtung angeordnet sind, wodurch die Speiche keine J-förmige Krümmung mehr aufweisen muss. Da jedoch das Speichenloch dieser neuen Konstruktion in einer Linie mit der Speiche angeordnet ist, setzt die Speiche einem Herumwirbeln in ihrem Loch keinen Widerstand entgegen. Das kann bei der Montage des Rads große Schwierigkeiten hervorrufen, da das entgegengesetzte Ende der Speiche einen Gewindeanschluss einschließt, der es erforderlich macht, dass die Speiche fixiert wird, um die Justierung mittels des Gewindes zu erleichtern. Außerdem beseitigt diese durch ein „Geradeziehen" gekennzeichnete Konstruktion keinen der anderen oben skizzierten Mängel.
In den letzten 30 Jahren hat es auf dem Gebiet der Synthesefasern bedeutende technologische Entwicklungen gegeben. Viele dieser Werkstoffe haben außergewöhnlich gute spezifische Festigkeitseigenschaften gegen Zug, wodurch sie sich auf ideale Weise für die Verwendung als Speichenbauteil des Rads eignen. Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, diese Werkstoffe an Radbauteile einer herkömmlichen Konstruktion anzupassen. Die mechanischen Verbindungen, die durch aktuelle Radbaugruppenkonstruktionen vorgeschrieben sind, lassen nicht zu, dass die gegenwärtige Konstruktion in vollem Umfang von diesen neuen Werkstoffen profitiert. Zwar hat es einige Versuche gegeben, diese Werkstoffe für die Verwendung als Speiche anzupassen, doch benötigen die Konstruktionen oft zusätzliche Anschlussstücke und Verbindungen, um ihre Verwendung in Rädern, die eine relativ herkömmliche Konstruktion aufweisen, zu erleichtern. Ein gutes Beispiel für eine solche Konstruktion ist im US-Patent Nr. 4.729.605 veranschaulicht. Diese zusätzlichen Anschlussstücke erhöhen die Kosten und das Gewicht dieser Speichen, während die zusätzlichen Verbindungen die Festigkeit der Speiche beeinträchtigen können, wodurch der potentielle Nutzen dieser neuen Werkstoffe gemindert wird.
Es hat auch andere Lösungsansätze zur Befestigung einer Speiche an der Felge und/oder der Nabe eines Rads gegeben. Ein etwas historisches Beispiel wird im US-Patent Nr. 901.568 gezeigt, das ein Rad offenbart, dessen Nabe am inneren Ende der Speichen angegossen oder angeformt ist. Dieses Rad ist jedoch ein Druckspeichenrad, das heißt, dass die Speichen dieses Rads unter Belastung zusammengedrückt werden. Das steht im scharten Gegensatz zum auf ein geringes Gewicht abzielenden Lösungsansatz der vorliegenden Erfindung, da eine Druckspeiche eine bestimmte Größe, einen bestimmten Durchmesser und ein bestimmtes Gewicht haben muss, um den Druckkräften ohne Knicken zu widerstehen. Das in besagtem US-Patent offenbarte Rad ist für eine Schubkarre bestimmt und betrifft somit eine Technologie, die ziemlich weit von der hier interessierenden Fahrradtechnologie entfernt ist.
Demgemäß ist die Bereitstellung einer neuen und verbesserten Fahrzeugradkonstruktion eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer oben erwähnten Konstruktion, die die Kosten reduziert und ein Rad von geringem Gewicht und hoher Festigkeit und Zuverlässigkeit bereitstellt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden offenbar.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat sich nun herausgestellt, dass die oben erwähnten Aufgaben und Vorteile leicht zu lösen bzw. zu erzielen sind.
Das erfindungsgemäße Rad ist ein Zug- oder Drahtspeichenrad und umfasst: eine periphere Radfelge; eine zentrale Radnabe mit einem Außenflansch; eine Mehrzahl von Speichen, die sich zwischen der Felge und der Nabe erstrecken, wobei besagte Speichen einen ersten Abschnitt, der mit besagter Felge verbunden ist, und einen zweiten inneren Abschnitt, der besagtem ersten Abschnitt gegenüberliegt, haben; wobei mindestens ein Abschnitt der Nabe und/oder der Felge aus einer ausgehärteten Formmasse besteht, die einen nicht ausgehärteten, eine Formanpassung ermöglichenden Zustand und einen nachfolgenden ausgehärteten Zustand hat; wobei mindestens ein Abschnitt mindestens einer Speiche durch eine gekapselte Verbindung an der Felge und/oder der Nabe befestigt ist, um diesen Abschnitt in der Formmasse zu befestigen, die im ausgehärteten Zustand in die Felge und/oder die Nabe integriert ist und sich dieser bzw. diesen in ihrer Form anpasst; und Mittel zur Erzeugung von Speichenvorspannung nach dem Aushärten besagter Formmasse.
Es ist erwünscht, dass die zweiten Abschnitte der Speichen in besagter ausgehärteter Formmasse befestigt und/oder gekapselt sind. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Speichen auf diese Weise befestigt und es ist erwünscht, dass sich zwischen den Speichen und der ausgehärteten Formmasse eine Verbindungsfläche befindet. Die ausgehärtete Formmasse bildet vorzugsweise mindestens einen Abschnitt eines Flansches. Die ausgehärtete Formmasse kapselt die Speiche oder die Speichen ein und umgibt vorzugsweise den gesamten Querschnitt der Speiche oder der Speichen.
Die vorliegende Erfindung erzielt zahlreiche Vorteile. Es wird eine integrale feste Verbindung und nicht einfach nur eine mechanische Verbindung erreicht. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Reduzierung der Kosten durch die Verringerung der für die Konstruktion eines Rads erforderlichen Montagearbeit. Während der Fertigung müssen die erfindungsgemäßen Speichen nur an der vorgesehenen Stelle platziert werden, bevor der Nabenflansch um sie herum gebildet bzw. geformt wird. Dadurch entfällt der von Natur aus manuelle Arbeitsvorgang des Hindurchziehens jeder einzelnen Speiche durch ihr passendes Loch im Nabenflansch und wird der Arbeitsvorgang des „Stopfens" der Nabe wesentlich vereinfacht und der für diesen Arbeitsvorgang erforderliche Arbeitsaufwand wesentlich reduziert. Außerdem besteht aufgrund der Einfachheit dieses Fertigungsvorgangs die Möglichkeit der Verwendung von Fabrikautomatisierungsverfahren und/oder Robotertechnik bei der Ausführung dieses Arbeitsvorgangs, wodurch die Fertigungskosten weiter reduziert werden.
Nachdem das erfindungsgemäße Nabenflanschmaterial um die Speichen herum geformt worden ist, ist nun ein „Speichenstern" mit Speichen hergestellt, die fest am Nabenflansch „vorbefestigt" und arretiert und im optimalen Winkel, der für die Baugruppe entworfen ist, auf die Felge ausgerichtet sind. Dieser Speichenstern ist nun ein einzelnes Bauteil, das weitaus einfacher zu handhaben ist als die unhandliche, lose verbundene Baugruppe, die bei herkömmlichen Rädern verwendet wird. Dadurch entfällt der manuelle Arbeitsvorgang des Ausrichtens der Speichen, bei dem die einzelnen losen Speichen einer herkömmlichen Radbaugruppe manuell auf ihr entsprechendes Befestigungsloch in der Felge ausgerichtet werden.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Reduzierung der Kosten durch die Fähigkeit zur Verwendung von kostengünstigen und effizienten Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Bauteilen.
Die Nabe und der Nabenflansch gemäß der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung von „Net-Shape"-Formverfahren hergestellt werden, die teure spanabhebende Arbeitsvorgänge teilweise oder vollständig überflüssig machen. Da sich diese Konstruktion gut für solche Form- oder Gießarbeitsvorgänge eignet, kann die gewünschte Nabengeometrie unter Einschluss von wenigen sekundären spanabhebenden Arbeitsvorgängen hergestellt werden, sofern diese überhaupt erforderlich sind. Falls eine nachträgliche spanabhebende Bearbeitung erforderlich ist, ist von einer weitaus geringeren Zahl dieser teuren Arbeitsvorgänge auszugehen als bei der Herstellung der Nabe aus einem Block oder einem Schmiedestück. Außerdem wird bei einem solchen „Net-Shape"-Formarbeitsvorgang die Menge des Materialausschusses beträchtlich reduziert, insbesondere im Vergleich zu einem Teil, das vollständig spanabhebend aus einem Block hergestellt wird.
Da die erfindungsgemäßen Speichenspannungsbelastungen über einen größeren Bereich der Nabenflanschberührungsfläche verteilt werden, werden Belastungen innerhalb des Nabenflanschmaterials reduziert. Somit werden die Festigkeitsanforderungen an das Nabenflanschmaterial gesenkt und es können Werkstoffe verwendet werden, die nicht so hochwertig sind, wodurch die Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Naben weiter reduziert werden. So können zum Beispiel die erfindungsgemäße ausgehärtete Formmasse und der erfindungsgemäße Nabenflansch nun aus relativ kostengünstigen Polymerharzen gebildet werden. Diese Werkstoffe eignen sich auch für kostengünstigere Formgebungsarbeitsvorgänge, zum Beispiel Kunststoffspritzgießen. Wenn ein metallischer Nabenflansch für notwendig erachtet wird, sind hochfeste Blocklegierungen nicht länger erforderlich. Metallgusslegierungen von geringerer Festigkeit, die in einem Gießprozess, zum Beispiel Druckgießen, gebildet werden können, haben wahrscheinlich eine ausreichende Festigkeit.
Erfindungsgemäß können nun auch faserverstärkte Formmassen verwendet werden. Bei diesen hochfesten Verbundpolymeren wird es den Fasern während des Spritzgießprozesses ermöglicht, eine im Allgemeinen zufällige Orientierung innerhalb der Matrix einzunehmen. Das stellt einen bedeutenden Vorteil dar, der nicht erzielbar wäre, wenn man die Nabe spanabhebend aus einem faserverstärkten Kunststoffblock herstellen würde. Ein faserverstärkter Block wird normalerweise in einem Extrusionsprozess hergestellt, wo die Fasern in hohem Maße in der Extrusionsrichtung ausgerichtet werden. Somit hätte ein aus einem solchen Block hergestelltes Nabengehäuse senkrecht zur Extrusionsrichtung eine relativ geringe Festigkeit.
Nichtrunde Speichen, zum Beispiel flache Speichen, sind leicht an die vorliegende Erfindung anpassbar, da das Nabenflanschmaterial nun in seiner Form an die Speiche angepasst wird. Das stellt einen Mangel herkömmlicher Räder dar, da diese fast ausschließlich aus Speichen mit einem runden Querschnitt zusammengesetzt sind. Der Grund dafür ist, dass die Flansche so bearbeitet werden müssen, dass sie die Speiche aufnehmen können, und die Herstellung eines runden Lochs ist weitaus einfacher als die eines länglichen Lochs. Aus ausgehärteter Formmasse lässt sich ein Konstruktionsabschnitt des Nabengehäuses oder des Flansches herstellen. Die ausgehärtete Formmasse kann auch eine Matrix bereitstellen, die Verstärkerfasern oder Partikel einschließt, die dem verfestigten Material verbesserte Festigkeitseigenschaften verleihen.
Viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen auch die Leichtigkeit, mit der Doppelspeichen in die vorliegende Erfindung integrierbar sind. Diese Doppelspeichen stellen das Äquivalent zu zwei einzelnen Speichen dar und benötigen nur eine einzige Serie von Fertigungsschritten, wodurch sie in der Herstellung billiger sind.
Die Speichen eines herkömmlichen Rads werden jeweils als einzelne Bauteile hergestellt und erfordern eine sehr spezifische und genaue Geometrie, um zu dem herkömmlichen Nabenflansch zu passen. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Speichen ist jedoch einfacher. In vielen Fällen entfallen Fertigungsschritte, zum Beispiel das Biegen oder Anköpfen der Speichen, wodurch die Kosten gesenkt werden. Auch werden die Anforderungen an die Genauigkeit der Speichengeometrie beträchtlich verringert, da das Nabenflanschmaterial nun so geformt wird, dass es sich in seiner Form der Speiche anpasst.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Herstellung eines Rads von geringem Gewicht und hoher Festigkeit und Zuverlässigkeit.
In ihrem Bemühen, die Leistungsfähigkeit des Fahrrads zu erhöhen, haben sich Konstrukteure immer das Ziel gesetzt, das Gewicht der Fahrradbauteile zu reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit und Zuverlässigkeit zu wahren, die der Markt verlangt. Das trifft insbesondere auf die rotierenden Bauteile (zum Beispiel das Rad) zu, da jede Gewichtsreduzierung die Rotationsträgheit und die statische Masse des Fahrrads verringert.
Aufgrund ihrer gelockerten Festigkeitsanforderungen gestattet die vorliegende Erfindung die Verwendung von Leichtwerkstoffen zur Herstellung des Nabenflanschbauteils. Somit können nun u.a. solche Werkstoffe wie Polymere, verstärkte Polymere, Magnesium und Aluminium zur Konstruktion des Nabenflansches verwendet werden, wodurch es zu wertvollen Gewichtseinsparungen kommt.
Außerdem kann, da die vorliegende Erfindung Net-Shape-Formarbeitsvorgänge ermöglicht, der Nabenflansch so hergestellt werden, dass er eine weitaus kompliziertere Geometrie einschließt, als das bei einer Nabe realistisch wäre, die spanabhebend aus einem Block hergestellt wird. Dadurch kann der Konstrukteur an den Stellen des Nabenflansches Material weglassen, an denen dieses nicht benötigt wird, wodurch es zu weiteren wertvollen Gewichtseinsparungen kommt.
Außerdem sind die erfindungsgemäßen Speichen leicht so anpassbar, dass viele der gegenwärtig verfügbaren hochfesten Fasern verwendbar sind. Da die Nabe die Faserspeiche umgibt, kann das Speichenmaterial in direkter Verbindung mit dem Nabenflansch fest angebracht werden, wodurch zusätzliche Anschlussstücke oder Verbindungen zur Anpassung der Speiche überflüssig werden.
Viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen die Verwendung von zusätzlichen vorgeformten Bauteilen, die in das überdeckend geformte Nabenflanschmaterial integriert sind. Dadurch können zusätzliche Bauteile, zum Beispiel eine vorgeformte Verstärkung oder ein vorgeformtes Zwischenverbindungselement, in die Konstruktion einbezogen werden. Somit kann das Nabengehäuse eine Hybridkonstruktion aufweisen und aus mehreren Bauteilen bestehen, wobei jedes Bauteil aus einem Werkstoff besteht, der sich für die jeweilige Funktion des Bauteils eignet. So kann der Konstrukteur zum Beispiel Bauteile aus Werkstoffen mit einer höheren Festigkeit genau an den Stellen platzieren, wo sie dazu benötigt werden, die höchste Konstruktionseffizienz mit dem geringstmöglichen Gewicht zu erreichen.
Wie in vielen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die J-förmige Krümmung herkömmlicher Speichen entfallen, wodurch ein Bereich entfällt, in dem das Speichenmaterial hohen Belastungen ausgesetzt und anfällig für Defekte ist.
Aufgrund von Fertigungsverfahren, die bei der Herstellung von herkömmlichen Naben angewendet werden, ist es sehr schwierig, diejenigen Einzelheiten durch maschinelle Bearbeitung oder auf andere Weise hervorzubringen, die erforderlich sind, um zu gewährleisten, dass die Geometrie des Nabenflansches der Speichenoberfläche ohne das Auftreten von Spielräumen entspricht. Solche Spielräume lassen ein Durchbiegen oder eine Bewegung zu, wenn die Speiche unter Zugbelastung steht, was zu einer ungleichförmigen Speichenspannung führt. Außerdem biegt der Monteur eines herkömmlichen Rads üblicherweise die Speiche manuell beim Versuch, die Speiche für den Nabenflansch passend zu machen und die Speiche in Richtung der Felge auszurichten. Das bringt offensichtlich Gefahren mit sich, da, insbesondere bei Fahrradrädern, die Felge eine relativ leichte Konstruktion aufweist und jede Ungleichförmigkeit hinsichtlich der Speichenspannungs- oder Speichenbiegeeigenschaften dazu führt, dass das Rad unrund läuft oder, was noch schlimmer ist, die Speichen brechen. Wenn die Zugbelastungen nicht gleichmäßig auf alle Speichen verteilt werden, sind die stärker belasteten Speichen anfälliger für Brüche als die Abschnitte der Felge und des Nabenflansches, die mit diesen Speichen verknüpft sind.
Die erfindungsgemäße gekapselte Speichenverbindung ergibt einen Nabenflansch, der sich in seiner Form vollständig der Geometrie der Speiche anpasst, wodurch eine feste Verbindung entsteht. Daher rufen die Zugbelastungen der Speiche keine relative Bewegung zwischen der Speiche und dem Nabenflansch hervor. Der frei liegende Abschnitt der Speiche erstreckt sich gerade und ausgerichtet bis zu seinem Verbindungspunkt mit der Felge. Somit können Speichenzugkräfte nun gleichmäßig auf die Speichen des Rads verteilt werden, was zu einem festeren, zuverlässigeren Rad führt, das weniger anfällig für Brüche von Bauteilen ist und weitaus effektiver gewährleisten kann, dass das Rad stets rund läuft und die Felge ausgerichtet bleibt.
Das erfindungsgemäße Rad ist weit weniger anfällig für Brüche von Bauteilen, insbesondere der Speichenbauteile. Die Speichen können nun permanent an der Nabe befestigt sein und es ist unwahrscheinlich, dass sie während der Lebensdauer des Rads einzeln ersetzt werden müssen. Das stellt weitaus geringere Anforderungen an die Fertigung dieses Rads und reduziert auch den Wartungsaufwand für den Endverbraucher.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich beim Betrachten der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung offenbaren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird leichter verständlich, wenn man die beigefügten veranschaulichenden Zeichnungen betrachtet. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Fahrzeugrads, die auf ein Rad eines Fahrrads angewandt ist, schematisch veranschaulicht;
2a eine axiale Draufsicht, die ein Rad eines Fahrrads nach dem Stand der Technik veranschaulicht;
2b eine Querschnittsansicht eines Rads eines Fahrrads nach dem Stand der Technik entlang der Linie 13-13 in 2a;
2c eine fragmentarische Ansicht, die eine Einzelheit der Ansicht in 2b zeigt, wobei der Nabenflansch im Teilquerschnitt gezeigt wird, um die Verbindung mit der Speiche zu veranschaulichen;
3a eine fragmentarische axiale Draufsicht, die eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3b eine partielle perspektivische Querschnittsansicht der in 3a veranschaulichten Ausführungsform, im Allgemeinen entlang der Linien 23-23 in 3a;
4a eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Darstellung einer unteren Formhälfte veranschaulicht, die zum Formen des in 3a veranschaulichten erfindungsgemäßen Nabenflansches verwendet werden kann;
4b eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer unteren Formhälfte veranschaulicht, die zum Formen des in 3a veranschaulichten erfindungsgemäßen Nabenflansches verwendet werden kann;
5a bis 5k partielle perspektivische Ansichten jeweils einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die schematisch Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellen;
5m eine Querschnittsansicht des Nabenflansches einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in axialer Draufsicht, die die Bahn der Speichen schematisch darstellt;
6a eine partielle perspektivische Ansicht, die den Nabenflansch im Querschnitt zeigt und eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch zeigt, schematisch darstellt;
6b einen Teilquerschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die die Ausführungsform von 6a veranschaulicht und die schematisch Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt;
6c eine partielle perspektivische Ansicht, die den Nabenflansch im Querschnitt zeigt und eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch zeigt, schematisch darstellt;
6d einen Teilquerschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die die Ausführungsform von 6c veranschaulicht und die schematisch Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt;
6e eine partielle perspektivische Ansicht, die den Nabenflansch im Querschnitt zeigt und eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch zeigt, schematisch darstellt;
6f einen Teilquerschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die die Ausführungsform von 6e veranschaulicht und die schematisch Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt;
6g eine partielle perspektivische Ansicht, die den Nabenflansch im Querschnitt zeigt und eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch zeigt, schematisch darstellt;
6h einen Teilquerschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die die Ausführungsform von 6g veranschaulicht und die schematisch Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt;
7a eine partielle perspektivische Ansicht, die eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch zeigt, schematisch darstellt, einschließlich eines Verstärkungsstifts;
7b einen Teilquerschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die die Ausführungsform von 7a veranschaulicht und die schematisch Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt, einschließlich eines Verstärkungsstifts;
7c eine partielle perspektivische Ansicht, die eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch zeigt, schematisch darstellt, einschließlich eines Verstärkungsrings;
7d einen Teilquerschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die die Ausführungsform von 7c veranschaulicht und die schematisch Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt, einschließlich eines Verstärkungsrings;
8a einen Querschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und die schematisch Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt, einschließlich ineinander verflochtener Speichen;
8b eine axiale Draufsicht des Nabenflanschbereiches einschließlich eines Teilquerschnitts des Nabenflansches, der schematisch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt und ein Zwischenverbindungselement einschließt;
8c einen Teilquerschnitt der Nabenbaugruppe, im Allgemeinen entlang der Linien 15-15 in 8b, einschließlich der Achsenbaugruppe, der Speichen und eines Zwischenverbindungselements;
8d eine axiale Draufsicht des Nabenflanschbereiches einschließlich eines Teilquerschnitts des Nabenflansches, der schematisch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt und ein Zwischenverbindungselement einschließt;
8e eine Querschnittsansicht des Nabengehäuses, im Allgemeinen entlang der Linien 25-25 in 8d, einschließlich der Speichen und eines Zwischenverbindungselements;
8f eine axiale Draufsicht des Nabenflanschbereiches einschließlich eines Teilquerschnitts des Zwischennabenflansches, der schematisch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die Einzelheiten der Verbindung zwischen Speichen und dem Nabenflansch darstellt und einen Zwischennabenflansch einschließt;
8g einen Teilquerschnitt des Nabengehäuses, im Allgemeinen entlang der Linien 27-27 in 8f, einschließlich eines Zwischennabenflansches, eines Nabenflansches und der Speichen;
8h einen Teilquerschnitt des Nabengehäuses in 8f in perspektivischer Ansicht einschließlich eines Zwischennabenflansches und eines Nabenflansches;
8i eine partielle perspektivische Ansicht des Nabenflanschbereiches, die schematisch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die Einzelheiten der Verbindung zwischen den Speichen und dem Nabenflansch darstellt, einschließlich eines Speichenbefestigungseinlegeteils;
9 eine partielle perspektivische Darstellung des Nabenflanschbereiches in aufgelösten Einzelteilen, die schematisch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, einschließlich der Verbindung zwischen einer Speiche und einem Teilnabenflansch und der Montage des Teilnabenflansches am Zwischennabenflansch;
10a eine partielle Querschnittsansicht des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die schematisch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die eine zylindrische kapselnde Verbindung zwischen dem Nabenflansch und den Speichen einschließt;
10b eine partielle perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in aufgelösten Einzelteilen, die schematisch die Montage der Speichen vor der Herstellung ihrer gekapselten Verbindung in einem Kanal im Nabenflansch veranschaulicht und eine Öffnung in den Speichen einschließt, die die Achsbohrung peripher umgibt;
10c eine partielle perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in aufgelösten Einzelteilen, die die Montage der Speichen vor der Herstellung ihrer gekapselten Verbindung mit dem Nabenflansch veranschaulicht und einen Hohlraum im Nabenflansch zur Aufnahme der Speiche und eine Abdeckung zum Umschließen des Hohlraums einschließt;
10d eine axiale Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die schematisch einen Nabenflansch veranschaulicht, der einen sich radial erstreckenden Kanal mit darin angeordneten Speichen einschließt, wobei der äußere Abschnitt des gezeigten Flansches entfernt worden ist, um die Bahn der Speichen zu veranschaulichen;
10e eine partielle perspektivische Ansicht der Ausführungsform von 10d, die weitere Einzelheiten der Vorrichtung der Speichen mit dem radialen Kanal des Nabenflansches darstellt;
11a eine partielle perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in aufgelösten Einzelteilen, die schematisch die Montage der Speichen am Nabenflansch vor dem Zusammenfügen dieser Bauteile durch das örtlich begrenzte Schmelzen des Nabenflanschmaterials veranschaulicht;
11b eine partielle Querschnittsansicht des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die die Ausführungsform von 11a veranschaulicht und Einzelheiten der montierten Verbindung zwischen Speichen und dem Nabenflansch darstellt;
11c eine partielle perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in aufgelösten Einzelteilen, die schematisch die Montage der Speichen am Nabenflansch veranschaulicht, einschließlich eines mit dem Nabenflansch verbundenen Zwischeneinlegeteils und eines Ultraschall-Schweißarms zur Erleichterung des Verbindens des Einlegeteils mit dem Nabenflansch; und
11d eine partielle Querschnittsansicht des Nabenflansches in axialer Draufsicht, die die Ausführungsform von 11c veranschaulicht und Einzelheiten der montierten Verbindung zwischen Speichen, dem Einlegeteil und dem Nabenflansch darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun soll auf die Zeichnungen Bezug genommen werden, wo 1 die grundlegende Konfiguration eines Fahrzeugrads, insbesondere eines Fahrradrads 1, sowie die im gesamten Verlauf dieser Offenbarung geltenden Richtungsfestlegungen beschreibt. Das Nabengehäuse 14 ist um die Achse 9 drehbar und schließt mindestens zwei axial mit Zwischenraum zueinander angeordnete Nabenflansche 16 ein, die jeweils ein Mittel zum Anschluss an die Speichen 2 einschließen. Der Nabenflansch 16 stößt an das Nabengehäuse 14 an und kann integral mit dem Nabengehäuse 14 geformt werden oder auch separat geformt und anschließend am Nabengehäuse 14 montiert werden. Die Speichen sind an ihrem inneren Ende 4 am Nabenflansch 16 befestigt und erstrecken sich so, dass sie an ihrem äußeren Ende 6 an der Felge 8 befestigt sind. Der Reifen 10 ist an der äußeren Peripherie der Felge 8 angebracht. Die axiale Richtung 92 ist jede Richtung, die parallel zur Achse der Achse 9 verläuft. Die radiale Richtung 93 ist eine Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zur axialen Richtung 92 verläuft. Die tangentiale Richtung 94 ist eine Richtung in der Ebene der Felge 8 und senkrecht zur radialen Richtung 93. Die Umfangsrichtung 95 ist ein zylindrischer Vektor, der in einem bestimmten Radius um die axiale Richtung 92 herum verläuft. Zwar dreht sich das Nabengehäuse 14 in den meisten Fällen um eine feststehende Achse, doch ist es in manchen Fällen wünschenswert, dass der Achse 9 gestattet wird, sich zusammen mit dem Rad 1 zu drehen, wie das zum Beispiel dort der Fall ist, wo das Rad 1 durch die Achse 9 angetrieben wird.
So zeigt 1 eine typische Radkonstruktion nach dem Stand der Technik, in der Speichen 2 einen ersten peripheren Abschnitt haben, der mit der Felge 8 verbunden ist, und einen zweiten zentralen Abschnitt, der dem ersten Abschnitt gegenüberliegt und mit der Nabe 14 verbunden ist.
2a, 2b und 2c beschreiben die aktuelle Technologie herkömmlicher Fahrradräder, die den meisten Radfahrern vertraut ist. Diese Konstruktion nach dem Stand der Technik schließt eine Felge 8, ein Nabengehäuse 14 und eine Mehrzahl von Speichen 2 ein. Das Nabengehäuse 14 ist um die Achse 9 drehbar und schließt ein Paar axial mit Zwischenraum zueinander angeordneter Nabenflansche 16 ein. Das Rad wird montiert, indem zuerst jede einzelne Speiche 2 durch ein axiales Loch 17 im Nabenflansch 16 gezogen wird, bis die J-förmige Krümmung 19 im Loch 17 verhakt ist. Die Speiche 2 wird dann so geschwenkt, dass sie sich im Allgemeinen radial in Richtung des Lochs 17 im Nabenflansch 16 erstreckt, wie das in 2c dargestellt ist. Das äußere Ende 6 jeder Speiche 2 wird dann mittels Speichennippeln 21 an der Felge 8 befestigt. Durch das Anziehen des Gewindes, durch das der Speichennippel 21 mit der Speiche 2 verbunden ist, wird die Speiche 2 effektiv verkürzt. Somit werden die Speichen beim Anziehen der Nippel 21 gestrafft und wird ein gewisser Grad an Vorspannung in der Speiche 2 induziert. Durch selektives Justieren dieser Gewindeverbindung kann die Speichenvorspannung so reguliert werden, dass sie das axiale Rundlaufen der Felge 8 gewährleistet. Der Speichenvorspannung wird seitens des auf die Peripherie der Felge 8 wirkenden Drucks Widerstand entgegengesetzt. Diese Kräftebalance verleiht dem Fahrradrad 1 eine effiziente strukturelle Integrität.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Anordnung der Verbindung zwischen der Nabe 14 und/oder der Felge 8 einerseits und mindestens einer Speiche 2 andererseits. In der bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung die Anordnung der Verbindung zwischen der Nabe und den Speichen und die veranschaulichten Ausführungsformen werden im Zusammenhang mit der Nabe-Speiche-Verbindung erörtert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch sowohl auf die Felge-Speiche-Verbindung als auch die Nabe-Speiche-Verbindung bzw. auf die Felge-Speiche-Verbindung zusätzlich zur Nabe-Speiche-Verbindung anwendbar. Konkret beinhaltet die vorliegende Erfindung insbesondere eine teilweise oder vollständig gekapselte Verbindung zwischen dem Nabenflansch 16 und einer Speiche 2 oder einer Mehrzahl von Speichen 2, wobei die Speiche 2 ein vorgeformtes Konstruktionselement ist. Diese gekapselte Verbindung wird dadurch erreicht, dass das Material des Nabenflansches 16 so erweicht wird, dass es so in seiner Form angepasst werden kann, dass es einen Abschnitt der Speiche 2 umgibt und somit in diesen Abschnitt eingreift. Wenn das Material des Nabenflansches 16 anschließend ausgehärtet wird, entsteht eine feste Verbindung zwischen dem Nabenflansch 16 und der Speiche 2.
3a ist eine Draufsicht, die eine grundlegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt. Das Rad 1 schließt Speichen 2 ein, die an ihren äußeren Enden 6 mit der Felge 8 entweder direkt oder mittels Speichennippeln oder dergleichen verbunden sind. Der Reifen 10 ist standardmäßig auf der Felge 8 montiert und das Nabengehäuse 14 ist mittels der Lager 11 um die Achse 9 drehbar. Der Mittelpunkt der Speiche 2 schließt einen gekrümmten Abschnitt 12 ein, der vom Material des Nabenflansches 16 umgeben ist. So wird ein gekapselter Bereich 18 der Speiche 2 gezeigt, der dazu dient, die Speiche 2 in fester Verbindung direkt am Nabenflansch 16 zu arretieren. Diese Ausführungsform beschreibt das, was als „Doppelspeiche" bezeichnet werden kann, wobei die Speiche 2 zwei Konstruktionsabschnitte oder Spannen 3a und 3b einschließt, wobei sich jede Spanne zwischen dem Nabenflansch 16 und der Felge 8 erstreckt. Im Bereich des Nabenflansches 16 stoßen diese beiden Konstruktionsabschnitte oder Spannen 3a und 3b aneinander und sind integral miteinander geformt bzw. miteinander verbunden. Diese Figur zeigt eine Vielzahl von Speichen 2, die in einem einzigen Nabenflansch 16 geformt sind. Das stellt eine äußerst wünschenswerte Anordnung dar, da hier nur ein einziger Formarbeitsvorgang erforderlich ist, um mehrere Speichen 2 einzukapseln. Der geformte Nabenflansch 16 in dieser Figur ist so geformt, dass er einen Konstruktionsabschnitt des Nabengehäuses 14 schafft.
Es ist am einfachsten, den einzelnen Nabenflansch 16 separat zu formen und dann diese Nabenflansche 16, je nach Bedarf zusammen mit anderen Bauteilen, zu montieren, um ein vollständiges Nabengehäuse 14 zu schaffen. Diese Baugruppe des Nabengehäuses 14 kann permanent montiert sein. Sie kann aber auch abnehmbar montiert sein, wodurch der Nabenflansch 16 von mindestens einem Abschnitt des Nabengehäuses 14 abgebaut werden kann, um vor Ort gewartet zu werden. Es wird jedoch auch erwartet, dass die Herstellung des Nabengehäuses 14 einschließlich der Nabenflansche 16 und der entsprechenden Speichen 2 als Einheit in einem Formprozess oder auf andere Weise erfolgen kann.
Weitere Einzelheiten des gekapselten Bereiches 18 der Speiche 2 der in 3a beschriebenen Ausführungsform sind in 3b dargestellt, wo zu sehen ist, dass das Material des Nabenflansches 16 die Außenfläche der Speiche 2 im gekapselten Bereich 18 der Speiche vollständig umgibt. Somit wird eine feste Verbindung zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 geschaffen, die den Speichenzugkräften 5 während des Betriebs des Rads 1 widerstehen kann.
Auf dem vorliegenden Fachgebiet ist wohl bekannt, dass ein Rad eine Zugspeichenkonstruktion aufweisen kann, bei der die Nabe unter Zugspannung aufgehängt ist, die von den Speichen ausgeht, die sich vom direkt darüberliegenden Felgenabschnitt aus erstrecken. Es kann auch eine Druckspeichenkonstruktion aufweisen, bei der die Nabe dadurch gestützt wird, dass die direkt unter ihr angeordnete Speiche zusammengedrückt wird. Da die vorliegende Erfindung auf Fahrradräder gerichtet ist und da das Zugspeichenrad im Allgemeinen eine effizientere Struktur ist, konzentriert sich der größte Teil der vorliegenden Erörterung auf die Zugspeichenradkonstruktion. Es wird jedoch erwartet, dass die meisten (wenn nicht sogar alle) Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ebenso auf die Druckspeichenradkonstruktion angewendet werden können. Bei einem Zugspeichenrad muss das Rad mindestens zwei Nabenflansche einschließen, die axial mit Zwischenraum zueinander auf beiden Seiten der Felge oder, genauer gesagt, der an der Felge befindlichen Speichenbefestigungspunkte angeordnet sind. Somit müssen sich die an gegenüberliegenden Nabenflanschen befestigten Speichen in ihrem Verlauf in Richtung der Felge einander annähern.
4a beschreibt ein repräsentatives Verfahren zum Formen des Nabenflansches 16, der die Speichen 2 der in 3a und 3b beschriebenen Ausführungsform umgeben soll. Damit der gekapselte Abschnitt 18 der Speiche 2 vollständig vom Material des Nabenflansches 16 umschlossen wird, muss die Speiche in der Formhöhlung 20 aufgehängt sein. Dadurch kann die flüssige Formmasse ringsherum um die Speiche 2 gegossen werden und um diese herumfließen und somit die Speiche 2 im Ergebnis des anschließenden Verfestigens der Formmasse einkapseln und festklemmen. Diese Figur veranschaulicht nur eine untere Formhälfte 24 und es versteht sich, dass im Idealfall eine passende obere Formhälfte erforderlich wäre, um eine vollständig umschlossene Formhöhlung 20 zu schaffen. Die obere Formhälfte und die untere Formhälfte 24 berühren einander an der kreuzweise schraffierten Trennfugenfläche 22. Die Formhälfte 24 schließt Speichenaufnahmenester 26 ein, deren Form sich an die Oberfläche jeder Speiche 2 anpasst und die die Ebene der Trennfugenfläche 22 durchschneiden. Jede Speiche 2 wird so in ihr passendes Speichenaufnahmenest 26 eingesetzt, dass der gekrümmte Abschnitt 12 der Speiche 2 einseitig in der Formhöhlung 20 eingespannt ist und sich in dieser erstreckt. Wenn die obere Formhälfte mit der unteren Formhälfte 24 verbunden ist, ist die Speiche 2 in der Trennfugenfläche 22 der Form eingeschlossen und angeordnet und erstreckt sich in die Formhöhlung 20 hinein, so dass die flüssige Formmasse dann die Formhöhlung 20 ausfüllen und die Speiche 2 einkapseln kann. Die Trennfuge erzeugt im Allgemeinen eine Trenn- oder Sichtfuge im Endprodukt. Es sind auch innere Speichenauflagen 28 angegeben, die zusätzliche Speichenaufnahmemittel bereitstellen, obwohl sie in der Speichenhöhlung 20 selbst angeordnet sind. Wenn jedoch der verfestigte Nabenflansch 16 aus der Form ausgeworfen wird, lassen diese Speichenauflagen 28 einen kleinen Bereich zurück, in dem der gekapselte Abschnitt 18 der Speiche frei liegt. Die hier gezeigte Formhälfte 24 schließt auch einen zylindrischen Kernstift 32 ein, der zur Bildung einer konzentrischen Durchgangsöffnung im geformten Nabenflansch 16 verwendet wird, um eine Montagebohrung für die Achslager 11 oder eine Aussparung für die Achse 9 bereitzustellen.
4b beschreibt eine untere Formhälfte 24, die der in 4a beschriebenen ähnelt, wobei jedoch in dieser Figur die inneren Speichenauflagen 28 nicht an der Form befestigt, sondern stattdessen lose in der Formhöhlung 20 angeordnet sind, so dass diese Speichenauflagen 28 am Nabenflansch 16 verbleiben, wenn der verfestigte Nabenflansch 16 aus der Form ausgeworfen wird. Außerdem sind die hier gezeigten einzelnen Speichenauflagen 28 untereinander mittels eines Anschlussflansches 29 verbunden, der dazu dienen kann, das Nabenflanschmaterial strukturell zu verstärken oder die Verbindung zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 auf andere Weise zu verstärken, da er Teil des Nabenflansches 16 wird.
Wie in diesen Figuren beschrieben ist, wird das Material des Nabenflansches 16 in einem flüssigen oder halbflüssigen Zustand geformt, um verschiedene Bauteile einzukapseln, so dass diese Bauteile im Ergebnis des Verfestigens im Nabenflansch 16 festgeklemmt bzw. eingeschlossen sind. Das Verflüssigen und anschließende Verfestigen des Materials des Nabenflansches 16 kann normalerweise nach einem von zwei grundlegenden Verfahren erreicht werden:

1. Das Material des Nabenflansches 16 kann durch eine externe Quelle bis zum Erreichen seines Schmelz- bzw. Erweichungspunkts erwärmt und dann geformt werden, so dass das geformte Teil im Ergebnis des anschließenden Abkühlens des Materials wiederverfestigt wird, um ein Konstruktionsteil zu schaffen. Für diese Art des Formprozesses geeignete Werkstoffe schließen Metalle und thermoplastische Kunststoffe ein. Diese Werkstoffe können unter Verwendung einer breiten Palette von Verfahren und Prozessen, die in der Industrie bekannt sind, geformt werden. Formprozesse, die sich besonders gut für diese Ausführungsformen eignen, sind das Druckgießen (für Metalle) und das Spritzgießen (für thermoplastische Kunststoffe).
2. Außerdem gibt es eine Klasse von Polymeren, die als Duroplaste bekannt sind, die als flüssig-feste Stoffe oder weiche Feststoffe erhältlich sind, die anschließend in einem chemischen Reaktionsprozess, an dem für gewöhnlich ein Harz und ein Katalysator beteiligt sind, verfestigt oder ausgehärtet werden können. Duroplast-Epoxidharze, Polyester, Vinylester und Urethane sowie andere Werkstoffe sind in der Industrie erhältlich und können sich für diese Ausführungsformen eignen, wodurch der Nabenflansch geformt oder gegossen werden kann, während sich das Material im flüssigen Zustand befindet. Nach dem Katalysieren und Verfestigen des Duroplasts kann das Teil aus der Form entnommen werden.

Außerdem kann der Nabenflansch aus einem Verbundwerkstoff geformt werden, wobei die Matrix, die verflüssigt werden kann, in der Formhöhlung Verstärkerfasern oder Partikel einschließt, die zu einer beträchtlichen Verbesserung der Festigkeitseigenschaften des Nabenflanschmaterials und/oder zu nützlichen Formgebungseigenschaften führen.
Wie 5a zeigt, kann eine „Einzelspeiche" 2, die nur einen einzigen, am Nabenflansch 16 endenden Konstruktionsabschnitt einschließt, an die Stelle der Doppelspeiche 2 von 3a treten. Die Einzelspeiche 2 schließt einen gekapselten Abschnitt 18 ein, der vom Material des Nabenflansches 16 umschlossen ist. Da die hier gezeigte Speiche 2 im gekapselten Bereich 18 geradlinig und glatt ist, wird die Außenfläche der Speiche 2 primär durch Adhäsion am Material des Nabenflansches 16 befestigt. Zur Verstärkung dieser Adhäsionsverbindung ist es oft wünschenswert, ein bestimmtes Maß an mechanischer Verblockung an der Grenzfläche zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 einzuschließen.
Wie 5b zeigt, kann die Speiche 2 auch einen gekrümmten Bereich 120 im gekapselten Abschnitt 18 einschließen, um eine mechanische Verblockung mit dem Material des Nabenflansches 16 bereitzustellen. Die Mehrzahl von Speichenkrümmungen des gekrümmten Bereiches 120, die in 5b zu sehen sind, stellen ein noch höheres Maß an mechanischer Verblockung bereit als ein Bereich 120 mit einer einzelnen Krümmung, der in 3a zu sehen ist. Somit dient die mechanische Verblockung, die durch den gekrümmten Bereich 120 bereitgestellt ist, dem Festklemmen der Speiche 2 im Nabenflansch 16 und setzt einem Herausziehen der Speiche Widerstand entgegen. Außerdem erzeugt der mehrfach gekrümmte Bereich 120 eine Querdehnung innerhalb des gekapselten Bereiches 18, wodurch eine Verwindung der Speiche 2 in Bezug auf den Nabenflansch 16 verhindert wird.
5c beschreibt eine Speiche 2, die einen vergrößerten Abschnitt 34 im gekapselten Bereich 18 einschließt, um eine mechanische Verblockung zwischen der Speiche 2 und dem Material des Nabenflansches 16 zu schaffen. Der vergrößerte Abschnitt 34 ist in dieser Figur als integral mit der Speiche 2 geformt dargestellt, jedoch kann der vergrößerte Abschnitt 34 auch ein separat geformtes Teil sein, das fest mit der Speiche 2 verbunden ist.
Ein zusätzliches Verfahren zur Schaffung einer mechanischen Verblockung an der Grenzfläche zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 ist die Bereitstellung eines strukturierten Abschnitts, zum Beispiel eines gerändelten Abschnitts 36 im gekapselten Abschnitt 18 der Speiche 2 (siehe 5d). In dieser Figur ist der Querschnitt der Speiche 2 innerhalb des gekapselten Abschnitts 18 variabel, um die Speiche 2 im Nabenflansch 16 festzuklemmen. Eine ähnliche Wirkung kann erreicht werden, indem ein maschinell herausgearbeitetes Gewinde oder ein geprägter Bereich oder dergleichen anstelle der gezeigten gerändelten Oberfläche gebildet wird.
5e beschreibt eine Doppelspeiche 2 in einer Anordnung, die der in 3a ähnelt und durch das Verflechten von zwei einzelnen Speichen 2 gebildet ist. Wie 5e zeigt, ist es vorteilhaft, diesen verflochtenen Bereich 38 innerhalb des gekapselten Abschnitts 18 der Speichen 2 anzuordnen, um eine zusätzliche mechanische Verblockung zwischen der Speiche 2 und dem Material des Nabenflansches 16 bereitzustellen.
5f beschreibt eine Ausführungsform, die der in 3a ähnelt. Diese Figur zeigt jedoch eine Doppelspeichenkonfiguration, die zusätzliche gekrümmte Abschnitte 12 einschließt, die dazu dienen, den Winkel der Speiche 2 in ihrem Verlauf in Richtung der Felge 8 zu ändern. In dieser Figur nähert sich die Speiche 2 dem Nabenflansch 16 mit einer etwas schrägen Orientierung und nicht mit der direkt radialen Orientierung, die in 3a beschrieben ist. Eine solche schräge Orientierung macht es möglich, dass das Rad die Verdrehungskraft zwischen dem Nabengehäuse 14 und der Felge 8 entsprechend der Erhöhung der Anzahl der Speichenkreuze eines herkömmlichen Rads wirksamer übertragen kann, was eine in der Industrie wohl bekannte Anordnung darstellt. Es ist zwar vorstellbar, dass der gekrümmte Abschnitt 12 der Speiche 2 außerhalb des gekapselten Abschnitts 18 angeordnet sein kann, doch ist es wünschenswert, solche gekrümmten Abschnitte 12, so wie gezeigt, innerhalb des gekapselten Abschnitts 18 anzuordnen, da dadurch der gekrümmte Abschnitt 12 durch das Material des Nabenflansches 16 gestützt werden kann, wodurch jede ungleichförmige oder ungewollte Durchbiegung der Speiche minimiert wird. Somit ist es wünschenswert, dass sich die Geradlinigkeit, mit der sich die Speiche 2 zwischen der Felge 8 und dem Nabenflansch 16 erstreckt, innerhalb mindestens eines Abschnitts des gekapselten Abschnitts 18 der Speiche fortsetzt.
Die Speiche 200 in 5g hat einen im Allgemeinen flachen Querschnitt und schließt zwei Kerben 40 ein, die innerhalb des gekapselten Bereiches 18 angeordnet sind. Diese Kerben 40 schaffen eine Unterbrechung im Querschnitt der Speiche und stellen somit eine mechanische Verblockung zwischen der Speiche 200 und dem Nabenflansch 16 bereit.
Die Speiche 200 in 5h schließt innerhalb des gekapselten Bereiches 18 zwei gekrümmte Nasen 44 ein. Diese gekrümmten Nasen 44 stellen eine mechanische Verblockung zwischen der Speiche 200 und dem Nabenflansch 16 bereit. Außerdem schließt die Speiche eine Durchgangsöffnung 42 innerhalb des gekapselten Bereiches 18 ein. Das einkapselnde Material des Nabenflansches 16 durchfließt diese Öffnung 42 während des Formens, um sie auszufüllen, und dient der Bereitstellung einer zusätzlichen mechanischen Verblockung zwischen der Speiche 200 und dem Nabenflansch 16.
Die Speiche 200 in 5i hat einen im Allgemeinen flachen Querschnitt und schließt einen gewundenen Abschnitt 46 ein, der dazu dient, den flachen Querschnitt der Speiche 200 umzuorientieren. Es ist im Allgemeinen wünschenswert, die flache Speiche 200 so zu orientieren, dass ihre Breite 52, wie zu sehen ist, in einer axialen Richtung im gekrümmten Bereich 12 im gekapselten Abschnitt 18 orientiert ist. Das stellt die größte Oberfläche der mechanischen Verblockung senkrecht zur Richtung der Speichenzugkraft 5 zur Verhinderung des Herausziehens der Speiche 200 bereit. Jedoch ist es im frei liegenden Bereich der Speiche 200 wünschenswert, die Breite 52, wie zu sehen ist, in einer tangentialen Richtung zu orientieren, so dass der Luftwiderstand aufgrund der Rotation des Rads 1 minimiert wird. Außerdem ist es wünschenswert, den gewundenen Abschnitt 46 der Speiche 200 innerhalb des gekapselten Abschnitts 18 anzuordnen, um die mechanische Verblockung mit dem Nabenflansch 16 zu verstärken und außerdem den gewundenen Abschnitt 46 in seiner richtigen Orientierung festzuklemmen.
5j beschreibt eine flache Speiche 200, die einen gefalteten Abschnitt 48 innerhalb des gekapselten Abschnitts 18 der Speiche 200 einschließt. Dieser gefaltete Abschnitt 48 schafft einen taschenartigen Abschnitt 49, der dazu dient, eine mechanische Verblockung zwischen der Speiche 200 und dem Nabenflansch 16 bereitzustellen. Außerdem stellt der gefaltete Abschnitt 48 ein bequemes Verfahren zur Ausrichtung des frei liegenden Abschnitts der Doppelspeiche 200 in der gewünschten Orientierung in Richtung der Felge 8 bereit.
5k beschreibt eine Mehrfachspeichenkonfiguration, in der drei oder mehr Speichen 200 an einem gemeinsamen Ende verbunden sind. In dieser Figur sind drei Speichen 200 mit einem gemeinsamen Flansch 51 verbunden. Der hier gezeigte Flansch 51 ist so angeordnet, dass er im Nabenflansch 16 gekapselt ist, und stößt an die einzelnen Speichen 200 an. Es ist wünschenswert, dass der Flansch 51 in Bezug auf die Speichen 200 in einem Winkel von 90° oder weniger verläuft.
5m beschreibt eine Ausführungsform, in der die Speichenbahn so gewickelt ist, dass sie die Lagerbohrung 7 des Nabenflansches 16 umschlingt oder mindestens teilweise umschreibt. Da das Material der Speiche 2 im Allgemeinen steifer und fester als das Material des Nabenflansches 16 ist, dient diese um die Peripherie gewickelte Speiche 2 der Verstärkung der Umfangsfestigkeit des Nabenflansches 16. Durch die Einbeziehung von zwei oder einer größeren Anzahl solcher herumgewickelter Speichen 2, die um die Peripherie des Nabenflansches 16 herum verteilt sind, neigen die Speichenzugbelastungen 5 dazu, den Nabenflansch 16 radial unter Druckspannung zu setzen. Der Grund dafür ist, dass die Speiche 2 um die radial gegenüberliegende Seite des Nabenflansches 16 gewickelt ist. Im Gegensatz dazu zeigt die in 3b beschriebene Ausführungsform, dass die Speichenzugbelastungen 5 den Nabenflansch 16 unter eine radiale Zugspannung setzen. Zwar ist die Speiche 2 in 5m um den Außendurchmesser der Lagerbohrung 7 gewickelt, doch kann die Speiche 2 auch so angeordnet sein, dass sie einen Bereich umschlingt, der mit Zwischenraum zur Lagerbohrung 7 und radial außerhalb dieser angeordnet ist.
Multifilamentspeichen sind Speichen, die aus einem Bündel paralleler Filamente oder Fasern aufgebaut sind, die im Allgemeinen in Längsrichtung der Speiche verlaufen. Es stehen viele hochfeste Fasern zur Verfügung, die aufgrund ihrer sehr guten Zugfestigkeits- und Steifigkeitseigenschaften auf ideale Weise für die Anwendung auf Fahrzeugradspeichen geeignet sind. Diese Fasern stehen für gewöhnlich in Bündeln oder als Garne zur Verfügung und sind als trägerlose Fasern lieferbar oder können mit einem Matrixharz imprägniert sein, das diese Fasern einkapselt und bindet. Zur Herstellung einer Speiche können diese Garne zu einem größeren Bündel zusammengefasst oder in einem von mehreren Prozessen (einschließlich Flechten, Zwirnen oder Stricken) miteinander verbunden werden.
Da jedes Multifilamentfaserbündel oder -garn Tausende von Fasern enthalten kann, von denen jede ihre eigene Außenfläche hat, ist die Schaffung einer hochwirksamen Verankerung dadurch möglich, dass das Material des Nabenflansches 16 die einzelnen Fasern umfließt und einkapselt und so an ihnen haften bleibt. So beschreiben 6a und 6b eine Ausführungsform, in der die gespreizten Fasern 54 einer Mehrzahl von Multifilamentspeichen 21 im Material des Nabenflansches 16 gekapselt sind. Während des Formens wird das flüssige Nabenflanschmaterial so eingegossen, dass es die gespreizten Fasern 54 einkapselt, und im Ergebnis des Verfestigens sind die Speichen 21 fest im Nabenflansch 16 verankert.
Um die einzelnen Fasern wirksam einzukapseln, ist es wünschenswert, die Fasern zu spreizen und mindestens einen Abschnitt ihrer Außenflächen dem einkapselnden Material auszusetzen. 6a und 6b beschreiben eine Ausführungsform, in der die Speiche 2' aus einem Multifilamentgarnbündel besteht. Der gekapselte Abschnitt 18 der Speiche 2' schließt einen Bereich von gespreizten Fasern 54 ein, der es ermöglicht, dass eine ausreichende Menge an Material des Nabenflansches 16 die einzelnen Filamente oder Fasern einkapselt und sich an sie bindet und so eine feste Verbindung schafft. Wie hier zu sehen ist, können auf diese Weise mehrere Speichen 21 mit einem einzigen Nabenflansch 16 verbunden sein. Es ist außerdem vorstellbar, dass der gekapselte Abschnitt 18 über den Nabenflansch 16 hinausgehend so erweitert sein kann, dass er auch mindestens einen Abschnitt der Speichenspanne zwischen dem Nabenflansch 16 und der Felge 8 einkapselt. Das ist insbesondere auf Multifilamentspeichen 2' anwendbar, bei denen sich das einkapselnde Material so weit ausdehnen kann, dass es mindestens einen Abschnitt der Länge der Speichen einschließt und dadurch eine bindende Matrix für die Filamente bereitstellt, wie das zum Beispiel durch das erweiterte einkapselnde Material 55 in einer Teilansicht in 6c dargestellt ist. Natürlich kann das auch wirksam in den anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Zwar neigen die Fasern eines Multifilamentgarnbündels oft dazu, sich selbstständig zu spreizen, doch kann es wünschenswert sein, ein solides Element zum Spreizen der Fasern zu verwenden, um einen wirksam gespreizten Bereich 58 innerhalb des gekapselten Abschnitts 18 der Speiche 2' zu schaffen. Wie 6c und 6d zeigen, wird ein Stift 56 zum Spreizen der Fasern verwendet, wodurch ein Bereich von gespreizten Fasern 58 geschaffen wird. Somit wird das flüssige Material des Nabenflansches 16 während des Formens zwischen die gespreizten Fasern 58 gegossen. Im Ergebnis des Verfestigens des Materials des Nabenflansches 16 sind die Speichen 2' fest im Nabenflansch 16 verankert. Der Stift 56 kann nach dem Formen am Nabenflansch 16 verbleiben oder auch nicht.
Insbesondere dann, wenn die Multifilamentgarne nicht von einer Harzmatrix getragen werden, kann das Multifilamentmaterial zwar mühelos drapiert werden, aber nur eine geringe Fähigkeit zum Halten seiner Form aufweisen. Somit neigt das Garnbündel zum Erschlaffen und Durchhängen in allen Bereichen, in denen es trägerlos ist. Mehrere Garne können durch Stricken, Zwirnen oder Flechten miteinander verbunden werden, um eine Multifilamentspeichenschnur zu schaffen, die zwar etwas steifer als ein Garn mit geradlinigen Fasern ist, dem Erschlaffen aber auch nur mäßig entgegenwirken kann. Wenn die Filamente jedoch so wie eine Leine zwischen zwei oder einer größeren Anzahl von soliden Punkten gespannt und straffgezogen werden, sind sie wirksam in der Lage, ihre Form zu halten. Dieses Prinzip ist in 6e und 6f skizziert, wo die Speiche 2' um solide Elemente oder Stifte 60 gewickelt und vorgespannt (62) ist, so dass das Multifilamentgarnbündel während des Formprozesses straft bleibt und die Filamente während des Formprozesses möglichst unter Zugspannung ausgerichtet werden. Die Stifte 60 funktionieren ähnlich wie die in 4a beschriebene Speichenauflage 28. Außerdem neigt, da die Stifte 60 geradlinige Seiten haben, das runde Garnbündel dazu, sich in seiner Form dem zylindrischen Stift anzupassen und den Bereich einer flachen Seite aus gespreizten Fasern 58 zu schaffen, wenn es über die geradlinige Oberfläche gespannt wird. Somit umfließt das flüssige Material während des Formens des Nabenflansches 16 die Fasern im gekapselten Abschnitt 18 und sind die Speichen 2' im Ergebnis des Verfestigens des Materials des Nabenflansches 16 fest im Nabenflansch 16 verankert. Als Alternative dazu können die Stifte oder soliden Elemente an der Form befestigt sein und müssen nicht notwendigerweise gekapselt bleiben.
Außerdem sind die einzelnen Filamente, wenn Multifilamentgarn vorgespannt ist, durch Straffziehen ausgerichtet, wodurch die Zugbelastungen gleichmäßig auf die einzelnen Filamente verteilt werden können. Wenn zugelassen wird, dass einige Fasern einer Multifilamentspeiche 2' erschlaffen, während andere straft sind, werden die Zugkräfte zuerst durch die kürzeren straften Fasern aufgenommen. Das führt zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Zugbelastungen auf die Filamente eines Bündels und schmälert die effektive Zugfestigkeit und Steifigkeit der Speiche 2'. Das Vorspannen der Speiche 2' während des Formprozesses ist hilfreich beim Ausrichten der einzelnen Fasern und Gewährleisten einer gleichmäßigen Länge der Fasern, wodurch die Speiche 2' nach dem Festklemmen der Filamente im Material des Nabenflansches 16 ihre maximale Festigkeit erreichen kann.
6g und 6h beschreiben eine Ausführungsform, in der die Multifilamentspeiche 2' im gekapselten Abschnitt im Material des Nabenflansches 16 einen verknoteten Abschnitt 61 ähnlich dem vergrößerten Abschnitt 34 in 5c einschließt, wodurch eine mechanische Verblockung ähnlich der in 5c beschriebenen geschaffen wird. Der Knoten 61 dient auch dazu, die Fasern des Bündels aneinander zu binden und das Gleiten einzelner Fasern relativ zueinander zu minimieren. Als Alternative dazu kann ein Ring oder eine Hülse um das Faserbündel herumgepresst werden, um eine Wirkung zu erzielen, die der des Knotens 61 ähnelt.
Während die Speichen im Allgemeinen aus einem Werkstoff von angemessen hoher Festigkeit gebildet sind, hat der Nabenflansch 16 für gewöhnlich einen dickeren Querschnitt und kann aus einem Material von geringerer Festigkeit gebildet sein. Da die Speichen jedoch für gewöhnlich einen dünnen Querschnitt haben, induziert die Speichenzugkraft 5 hohe Kontaktbelastungen im Material des Nabenflansches 16 an der Verbindungsstelle, wo diese Bauteile verbunden sind. Somit kann es wünschenswert sein, in die Baugruppe ein zusätzliches Bauteil einzubeziehen, das dazu dient, diese Kraft 5 über einen größeren Bereich des Materials des Nabenflansches 16 zu verteilen, um diese Kontaktbelastung zu reduzieren. Dieses Prinzip ist in 7a und 7b veranschaulicht, wo ein Verstärkungsstift 82 in Kontakt mit der Speiche 2 innerhalb des gekapselten Bereiches 18 gebracht wird. Der Verstärkungsstift 82 greift in den Nabenflansch 16 ein und ist so angeordnet, dass er den Speichenzugkräften 5 Widerstand entgegensetzt. Somit werden die auf das Material des Nabenflansches 16 wirkenden Kontaktbelastungen, die von den Speichenzugkräften 5 herrühren, über die Länge des Stifts 82 verteilt und dadurch reduziert. Insbesondere bei dieser Art von Konfiguration ist es wünschenswert, die Speichen 2 während des Formens unter Vorspannung zu setzen, um die Speiche genau zu positionieren und zu gewährleisten, dass die Speiche 2 in Kontakt mit dem Stift 82 gebracht wird, um eine wirksame Übertragung der Speichenzugkraft 5 zu erreichen.
Die Speichenzugkräfte 5 können nicht nur hohe Kontaktbelastungen im Material des Nabenflansches 16, sondern auch hohe Umfangsspannungen im Material des Nabenflansches 16 induzieren. Diese Umfangsspannungen sind insbesondere dann hoch, wenn sich die Speichen 2 des Rads 1 vom Nabenflansch 16 aus in radialer Richtung erstrecken, wie das in 3a beschrieben ist. Solche Speichenzugkräfte 5 erzeugen, wenn sie um die volle Peripherie des Nabenflansches 16 herum verteilt sind, radiale Belastungen, die den Nabenflansch 16 dazu bringen, nach außen zu expandieren. Ein Verfahren, das dazu verwendet werden kann, diesen Belastungen zu widerstehen, ist in 7c und 7d veranschaulicht, wo ein vorgeformter ringförmiger Verstärkungsring 84 entlang seines Umkreises in Kontakt mit dem Material des Nabenflansches 16 gebracht wird. Wie diese Figuren zeigen, ist der Verstärkungsring 84 im Material des Nabenflansches 16 benachbart zum gekapselten Abschnitt 18 der Speichen 2 gekapselt. Obwohl er die Speichen 2 vielleicht nicht notwendigerweise berührt, weist der Verstärkungsring 84 eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit auf, um den Nabenflansch 16 zu verstärken und den radialen Belastungen zu widerstehen, die durch die Speichenzugkräfte 5 induziert werden. Zwar ist der Verstärkungsring 84 in 7c und 7d so dargestellt, dass er im Material des Nabenflansches 16 gekapselt ist, doch kann er auch so angeordnet sein, dass er sich um den Außendurchmesser des Nabenflansches 16 wickelt, um die radialen Belastungen zu reduzieren. Es ist auch vorstellbar, dass der Verstärkungsring 84 an ein Zusatzbauteil oder einen Zusatzabschnitt des Nabengehäuses 14 anstoßen kann, das bzw. der mit dem Nabenflansch 16 verbunden ist.
Da das Material des Nabenflansches 16 für gewöhnlich schwächer als das Speichenmaterial ist, ist es oft wünschenswert, die Belastungen zu reduzieren, die die Speichen auf den Nabenflansch ausüben. Das kann dadurch erreicht werden, dass entweder der Nabenflansch 16 mit einem festen Material verstärkt wird oder die Speichen 2 miteinander verbunden werden, so dass Zugkräfte 5 verteilt werden, oder andere Speichen 2 innerhalb des Nabenflansches 16. 8a beschreibt eine Ausführungsform, in der jede Speiche 2 mit ihrer Nachbarspeiche 2 verflochten und somit mit dieser verbunden ist, um eine Kette von miteinander verbundenen Speichen 2 um den Nabenflansch 16 herum zu schaffen. Somit wird ein großer Teil der von der Speiche 2 getragenen Speichenzugkraft 5 auf ihre Nachbarspeiche 2 übertragen und der Anteil der Speichenzugkraft 5, der vom Nabenflansch 16 getragen wird, kann im Vergleich zur in 3a beschriebenen Ausführungsform reduziert werden. In 8a sind die verflochtenen Abschnitte 38 der Speichen 2 innerhalb des gekapselten Abschnitts 18 angeordnet, was eine wirksame Verblockungsanordnung zwischen den Speichen 2 und dem Nabenflansch 16 schafft.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Speichen besteht darin, sie mittels eines im Nabenflansch 16 gekapselten Zwischenverbindungselements 66 miteinander zu verbinden. Eine solche Ausführungsform ist in 8b und 8c beschrieben, wo ein Zwischenverbindungselement 66 gezeigt wird, über dem ein Nabenflansch 16 oder ein Nabenflansch, der auf andere Weise auch an den Hauptkörper des Nabengehäuses 14 anstößt, überdeckend geformt ist. Die Speichen 2 schließen einen mit Gewinde versehenen Abschnitt 64 ein, der mit dem Zwischenverbindungselement 66 zusammenpasst, um eine feste Verbindung zu schaffen. Das Nabengehäuse 14 ist so konstruiert, dass die Speichen 2 am Zwischenverbindungselement 66 befestigt werden, bevor der Nabenflansch 16 über dieses geformt wird. Eine alternative Konstruktion könnte vorschreiben, dass die Speichen erst nach dem Arbeitsvorgang des Überformens am Zwischenverbindungselement 66 montiert werden. Dadurch wären einzelne Speichen 2 vor Ort austauschbar. Zwar wird ein Gewindeanschluss der Speiche 2 an das Zwischenverbindungselement 66 bevorzugt, doch sind stattdessen auch viele andere Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung einsetzbar. In dieser Figur schließt das Zwischenverbindungselement 66 einen Bund 68 ein, der eine Lagerbohrung 7 zur Aufnahme des Achslagers 11 einschließt. Die Achse 9 wird durch die Bohrung des Lagers 11 und durch die Bohrung der Hülse 13 geführt, um eine feststehende Achsenanordnung zu schaffen, die die Drehung des Nabengehäuses 14 ermöglicht.
8d und 8e beschreiben eine Ausführungsform, in der ein gekapseltes Zwischenverbindungselement 166 frei liegende Bereiche 72 einschließt, die nicht im Nabenflansch 16 gekapselt sind. Diese frei liegenden Bereiche 72 schaffen Stellen, an denen die Speiche 2 direkt am Zwischenverbindungselement 166 angebracht werden kann. In der in 8d und 8e veranschaulichten Ausführungsform ist die Speiche 200 um den frei liegenden Bereich 72 gewickelt und mittels einer Niete 70 an sich selbst befestigt, wodurch die Speiche 200 am Zwischenverbindungselement 166 befestigt ist. Es wird auch eine im Nabenflansch 16 geformte Lagerbohrung 7 zur Aufnahme des in 3a gezeigten Lagers 11 gezeigt.
8f, 8g und 8h beschreiben eine andere Ausführungsform, die ein Nabenflanschverbindungselement 78 als separates Bauteil einschließt, das vorgeformt wird, und zwar vorzugsweise aus Aluminium. Ein Zwischennabenflansch 74 wird dann so geformt, dass er einen Abschnitt des Nabenflanschverbindungselements 78 umgibt, wodurch diese beiden Bauteile auf die dargestellte Weise verblockt werden, um einen zusammengesetzten Nabenflansch zu bilden. Das hier gezeigte Nabenflanschverbindungselement 78 weist um seine Peripherie herum einen ununterbrochenen frei liegenden Bereich auf, der Axiallöcher 76 einschließt, die so ausgelegt sind, dass sie herkömmliche Speichen 2 auf eine Weise aufnehmen, die der in 2c beschriebenen ähnelt und der in 8g gezeigten entspricht. Somit funktioniert das Nabenflanschverbindungselement 78 auch als ein in 8d und 8e gezeigtes Zwischenverbindungselement 166, mit dem die Speichen 2 verbunden sind, wodurch die Speichenzugkräfte wirksam auf die anderen Speichen 2 des Nabenflanschverbindungselements 78 verteilt und die auf den Zwischennabenflansch 74 übertragenen Kräfte reduziert werden. Das Nabenflanschverbindungselement 78 schließt in seinem Innendurchmesser auch Kerben 80 zur Bereitstellung einer mechanischen Verblockung ein, wenn es im Material des Zwischennabenflansches 74 gekapselt ist.
Das hier gezeigte Nabenflanschverbindungselement 78 schließt dort, wo das Element 78 um die Speichenlöcher 76 herum gebildet ist, eine nichtrunde äußere Begrenzung ein, um der Verbindung eine höhere Festigkeit zu verleihen. Umgekehrt ist das Element 78 im Bereich zwischen den Verbindungspunkten ausgespart, um Material und Gewicht einzusparen. Eine ähnliche Wirkung örtlich begrenzter Verstärkung kann durch die Erhöhung der axialen Dicke des Nabenflanschverbindungselements 78 im Bereich um die Speiche 2 herum erreicht werden. Diese Prinzipien eines nichtrunden Nabenflansches 16 oder eines Nabenflansches, der auf andere Weise eine erhabene Fläche benachbart zur Speiche 2 einschließt, können auf die meisten, wenn nicht gar alle hierin beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden.
8i beschreibt eine Ausführungsform, in der der Nabenflansch 16 mehrere einzelne Speichenbefestigungseinlegeteile 86 einschließt, die teilweise im Material des Nabenflansches 16 gekapselt sind. Das Speichenbefestigungseinlegeteil 86 schließt einen im Material des Nabenflansches 16 gekapselten Basisabschnitt 90 ein, um eine mechanische Verblockung mit dem verfestigten Nabenflansch 16 bereitzustellen. Das Speichenbefestigungseinlegeteil 86 schließt auch einen Speichennasenabschnitt 88 ein, der außerhalb des Nabenflansches 16 frei liegt und Löcher 76 zur Befestigung der Speichen 2 einschließt. Obwohl die Speichennase 88 für die Befestigung einer beliebigen Anzahl von Speichen 2 ausgelegt sein kann, zeigt diese Figur zwei Speichen 2, die sich in jeweils entgegengesetzter Richtung erstrecken, wodurch eine in der Industrie bekannte Speichengitterwerkanordnung entsteht.
Der einkapselnde Nabenflansch 16 muss kein ununterbrochenes Umfangselement sein, das die Achse 9 umgibt. Wie in 9 beschrieben, ist die Speiche 2 in einem Teilnabenflansch 89 gekapselt, der als Befestigungselement zum Befestigen der Speiche 2 an einem Zwischennabenflansch 74 dient. In diesem Fall kapselt der Teilnabenflansch 89 eine Doppelspeiche 2 ein, die zwei Konstruktionsabschnitte (3a und 3b) einschließt, die sich zwischen dem Nabengehäuse 14 und der Felge 8 erstrecken. Die Außenfläche des Teilnabenflansches 89 ist so angeordnet, dass sie in die Tasche 87 im Zwischennabenflansch 74 eingreift. Bei Bedarf kann der Zwischennabenflansch 74 so geformt sein, dass er den Teilnabenflansch 89 einkapselt. Eine Schraube 91 verläuft durch ein Loch 85 im Teilnabenflansch 89 und verankert ihn im Zwischennabenflansch 74.
Eine andere Reihe von Ausführungsformen basiert auf einem vorgeformten Nabenflansch 16, wobei der Nabenflansch 16 einen Hohlraum 108 zur Aufnahme der Speiche 2 einschließt. Während die Speiche 2 im Hohlraum 108 angeordnet ist, wird verflüssigtes einkapselndes Material 110 in den Hohlraum 108 eingegossen, um den gekapselten Abschnitt 18 der Speiche 2 zu umfließen. Somit ist die Speiche 2 im Ergebnis des Verfestigens des einkapselnden Materials 110 im Nabenflansch 16 verankert. Bei dieser Reihe von Ausführungsformen dient der Hohlraum 108 des vorgeformten Nabenflansches 16 als die Form zum Gießen des einkapselnden Materials 110.
Diese Anordnung ist in 10a gut dargestellt, wo der Nabenflansch 16 offene Hohlräume 108 einschließt, in denen die Speiche 2 montiert ist. Wenn die Speiche 2 im offenen Hohlraum 108 angeordnet ist, wird verflüssigtes einkapselndes Material 110 eingegossen, um den Raum zwischen der Speiche 2 und dem offenen Hohlraum 108 auszufüllen. Wenn sich das einkapselnde Material 110 verfestigt, wird die Speiche 2 fest im offenen Hohlraum 108 des Nabenflansches 16 verankert. Außerdem schließt, zur Bereitstellung einer mechanischen Verblockung mit dem einkapselnden Material 110, die Innenfläche des offenen Hohlraums 108 einen gerändelten oder mit Gewinde versehenen Abschnitt 106 ein, während die Außenfläche der Speiche 2 einen gerändelten oder mit Gewinde versehenen Abschnitt 36 einschließt. Es sei angemerkt, dass der mit Gewinde versehene Abschnitt 106 des offenen Hohlraums 108 und der gerändelte Abschnitt 36 der Speiche 2 einen Zwischenraum zueinander aufweisen können und nicht notwendigerweise miteinander verblocken, sondern stattdessen, wie zu sehen ist, über das einkapselnde Material 110 aneinander gekoppelt sind. Die Speiche 2 in dieser Figur ist eine Doppelspeiche 2, die so ausgerichtet ist, dass sie geradlinig durch den gekapselten Abschnitt 18 verläuft und sich an beiden Enden heraus und in Richtung der Felge 8 erstreckt. Diese Speichenausrichtung eines „geradlinigen Durchgangs" macht eine Verwindung der Speiche 2 innerhalb des gekapselten Bereiches 18 unmöglich.
10b beschreibt eine Ausführungsform, in der der Nabenflansch 16 einen in ihm gebildeten, sich axial erstreckenden zylindrischen Kanal 112 zur Aufnahme der Speichen 2' einschließt. Die Speichen 2' weisen eine Multifilamentkonstruktion auf und das Faserbündel ist in zwei kleinere Bündel 114 im Bereich des Kanals 112 aufgespalten, wodurch eine Öffnung 115 geschaffen wird, die die Lagerbohrung 7 peripher umgibt. Die Speiche 2' ist im Kanal angeordnet, so dass sich die kleineren Bündel 114 über den Bund 113 spreizen, der durch den Innendurchmesser des zylindrischen Kanals 112 geschaffen wird. In dieser Figur ist der Bund 113 im Allgemeinen konzentrisch mit der Lagerbohrung 7 des Nabengehäuses 14. Der Außendurchmesser des axialen Kanals 112 schließt Öffnungen 116 ein, durch die die sich in Richtung der Felge 8 erstreckende Speiche 2' verlaufen und den Nabenflansch 16 verlassen kann. Wenn die gewünschte Anzahl von Speichen 2' im Kanal 112 angebracht ist, wird verflüssigtes einkapselndes Material 110 eingegossen, um den Kanal 112 auszufüllen und die Speichen 2' einzukapseln. Somit werden die Speichen 2' innerhalb des Kanals 112 gegossen und am Nabenflansch 16 festgeklemmt, wenn sich das einkapselnde Material 110 verfestigt.
10c beschreibt eine Ausführungsform, in der einzelne Taschen oder Hohlräume 108 im Nabenflansch 16 gebildet sind. Diese Hohlräume 108 sind von ihrer Form her jeweils so gestaltet, dass sie das gespreizte Ende 54 einer Multifilamentspeiche 2' aufnehmen können. Wenn das gespreizte Ende 54 der Speiche 2' im Hohlraum 108 platziert ist, wird verflüssigtes einkapselndes Material 110 eingegossen, um zum Zwecke des Einkapselns der einzelnen Filamente den Hohlraum 108 auszufüllen. Somit wird, wenn sich das einkapselnde Material 110 verfestigt, ein fester Block des einkapselnden Materials 110 im Hohlraum 108 gegossen, um die Speichenenden 54 einzuschließen, die nun fest im Nabenflansch 16 verankert sind. Der Hohlraum 108 kann so konstruiert sein, dass seine Form und seine Kontur einen verfestigten Block des einkapselnden Materials 110 schaffen, der im Hohlraum 108 selbst mechanisch verblockt ist, um dem Herausziehen der Speiche 2' einen größeren Widerstand entgegenzusetzen. Beispielsweise haben die in 10c gezeigten Hohlräume 108 eine sich rückwärts konisch verjüngende Form, so dass sich der Block des einkapselnden Materials 110 bei Einwirkung von Speichenspannung im Hohlraum 108 verkeilt. Während oder nach dem Gießprozess kann eine Speichenabdeckung 122 über den Hohlräumen 108 des Nabenflansches 16 platziert werden, um die Hohlräume 108 umfassender zu verschließen und eine vollständigere Umhüllung zum Einschließen des einkapselnden Materials 110 im Hohlraum zu schaffen. Außerdem kann die Speichenabdeckung 122, wenn sie am Nabenflansch 16 befestigt ist, dazu dienen, die Öffnung des Hohlraums 108 zu blockieren und dadurch das einkapselnde Material 110 und die damit verbundene Speiche 2' im Hohlraum zu halten. Diese Ausführungsform stellt lediglich ein Beispiel unter vielen möglichen Konfigurationen dar, in denen Speichen 2' in einem Einkapselungsprozess mit einem einzigen Nabenflansch 16 verbunden werden. So kann zum Beispiel die Speiche 2' durch eine sich im Allgemeinen radial erstreckende Öffnung im Hohlraum 108 angebracht werden, anstatt die Speiche 2', wie zu sehen ist, in einer axialen Richtung im Hohlraum 108 anzubringen. In diesem Fall würde der Nabenflansch 16 eine Reihe von sich radial erstreckenden Hohlräumen 108 einschließen und die Speiche 2' würde durch den radialen Hohlraum 108 im Hohlraum befestigt werden, während ein verflüssigtes einkapselndes Material 110 in diesen eingegossen wird, um die Speiche 2' im Ergebnis des Verfestigens festzuklemmen.
Während 10b einen Nabenflansch 16 mit einem sich axial erstreckenden zylindrischen Kanal 112 beschreibt, beschreiben 10d und 10e eine Ausführungsform, in der der Nabenflansch 16 einen sich radial erstreckenden Kanal 118 einschließt. Die Speichen 200 haben einen relativ flachen Querschnitt und sobald sie im radialen Kanal 118 in der gewünschten Position platziert worden sind, wird verflüssigtes einkapselndes Material 110 in den Kanal 118 eingegossen. Somit werden die Speichen innerhalb des Kanals 118 gegossen und am Nabenflansch 16 festgeklemmt, wenn sich das einkapselnde Material 110 verfestigt. Es ist auch vorstellbar, dass einzelne Schlitze oder partielle Kanäle oder Hohlräume, die einzelnen Speichen 200 entsprechen, an die Stelle des in dieser Figur gezeigten ununterbrochenen Kanals 118 treten können. 10d und 10e beschreiben die Speiche 200 bei ihrem Durchgang durch den Kanal 118 als relativ geradlinig, doch wird erwartet, dass die Speiche 200 auch gekrümmt sein kann, um sich in einem vorgeschriebenen Maß um den Umkreis des Kanals 118 zu wickeln, wodurch der Kontakt zwischen der Speiche 200 und dem Kanal 118 über eine längere Strecke hinweg hergestellt wird. Zwar kann eine ausreichende Verbindung durch einfaches Fügen der Speichen 2 im Kanal 118 geschaffen werden, doch ist es wünschenswerter, einkapselndes Material einzugießen, um den sich radial erstreckenden Kanal 118 auszufüllen und die Speichen, so wie in vorhergehenden Ausführungsformen, vollständig einzukapseln und damit eine feste und zuverlässige Verbindung zu schaffen.
Zwar haben viele der vorhergehenden Figuren Ausführungsformen beschrieben, in denen der gesamte Nabenflansch 16 um die Speiche 2 oder 2' oder 200 herum geformt oder gegossen wird, doch ist es auch möglich, nur einen kleinen, örtlich begrenzten Bereich des Materials des Nabenflansches 16, der das einzukapselnde Bauteil unmittelbar umgibt, zu verflüssigen oder zu erweichen. Im Ergebnis des Wiederverfestigens ist dieses Bauteil im Material des Nabenflansches 16 festgeklemmt. Ein gut bekannter Prozess zum Erreichen eines solchen örtlich begrenzten Schmelzens ist das Ultraschall-Schweißen, wodurch über das einzukapselnde Bauteil mechanische Energie auf das Material des Nabenflansches 16 übertragen wird. Die mechanische Energie erzeugt Wärme an der Grenzfläche, an der sich die beiden Teile berühren, wodurch ein Bereich geschmolzen wird, der das gekapselte Bauteil unmittelbar umgibt. Das Ultraschall-Schweißen eignet sich besonders gut zum Schmelzen von Thermoplasten, obwohl dieser Prozess auch auf Metalle angewendet worden ist. Andere Verfahren, zum Beispiel Reibschweißen und Vibrationsschweißen u.a., sind geeignete Prozesse, die auch mechanische Energie zum örtlich begrenzten Schmelzen und Zusammenfügen nutzen. Zwar eignet sich die Anwendung mechanischer Energie besonders gut zum Herbeiführen des örtlich begrenzten Schmelzens, das für die beschriebene Montage erforderlich ist, doch wird auch erwartet, dass das Material des Nabenflansches 16 durch die direkte Anwendung von Wärme oder Energie aus einer fokussierten Quelle, zum Beispiel ein Laser- oder Elektronenstrahl, geschmolzen werden kann.
11a und 11b beschreiben ein Beispiel für die Übertragung von mechanischer Energie durch eine Speiche 2 zur Herbeiführung eines örtlich begrenzten Schmelzens im benachbarten Material des Nabenflansches 16. Der Speiche 2 wird, vorzugsweise durch Ultraschall-Vibration, mechanische Energie zugeführt, so dass die mechanische Energie Wärme zum lokalen Schmelzen des Materials des Nabenflansches 16 erzeugt, wenn die Speiche 2 in Kontakt mit dem Nabenflansch 16 gebracht wird. Die Speiche 2 schließt in dem Bereich, der in den Nabenflansch 16 eingreifen wird, einen gerändelten Abschnitt 36 ein. Um die Menge des zu verschiebenden Materials zu minimieren, wird es bevorzugt, dass der Nabenflansch 16 Löcher 102 zur Aufnahme der Speiche 2 einschließt. Das Loch 102 sollte einen kleineren Durchmesser als der gerändelte Abschnitt 36 der Speiche 2 haben, so dass sich die beiden Flächen berühren und dadurch das Material des Nabenflansches 16, das die Speiche 2 umgibt, schmilzt, wenn die Speiche 2 in das Loch 102 getrieben wird. Wenn das Material des Nabenflansches 16 schmilzt, folgt seine Fließbewegung der Kontur des gerändelten Abschnitts 36, wodurch im Ergebnis des Abkühlens und Verfestigens des geschmolzenen Materials eine mechanische Verblockung zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 geschaffen wird. Dieser Prozess des Zusammenfügens kann wiederholt werden, um eine direkte gekapselte Verbindung zwischen einem einzigen Nabenflansch 16 und einer Vielzahl von Speichen 2 zu schaffen.
Es ist auch vorstellbar, dass mechanische Energie zuerst durch den Nabenflansch 16 geleitet werden kann, um das Schmelzen des Materials des Nabenflansches 16 zu bewirken. So kann zum Beispiel ein Strom führender Ultraschall-Schweißarm so befestigt werden, dass er am Nabenflansch 16 anliegt, wodurch der Nabenflansch 16 in Kontakt mit der Speiche 2 gedrückt, das Material des Nabenflansches 16 geschmolzen und eine gekapselte Verbindung mit der Speiche 2 geschaffen wird.
Zwar bewirkt die Zuführung von mechanischer Energie das Zusammenfügen von Speiche 2 und Nabenflansch 16, doch kann der Nabenflansch 16 durch die direkte Anwendung von Wärmeenergie oder Wärme auch lokal geschmolzen werden. Eines dieser Verfahren zum Zusammenfügen beinhaltet die Erwärmung der Speiche 2 vor der Montage. Wenn die erwärmte Speiche 2 in Kontakt mit dem Nabenflansch 16 gebracht wird, wird Wärme auf den Nabenflansch 16 übertragen, was zu einem örtlich begrenzten Schmelzen oder Erweichen des Materials des Nabenflansches 16 führt. Das erweichte Material des Nabenflansches 16 passt sich in seiner Form so an, dass es das Ende der Speiche 2 einkapselt, so dass im Ergebnis des Abkühlens und Verfestigens eine feste Verbindung zwischen den beiden Bauteilen erreicht wird.
11c und 11d beschreiben eine Ausführungsform, in der auf eine Weise, die der in 11a und 11b beschriebenen ähnelt, einzelne Einlegeteile 104 mittels mechanischer Energie am Nabenflansch 16 befestigt werden. So schließt das Einlegeteil 104 vorzugsweise einen gerändelten Abschnitt 136 ein und der Nabenflansch 16 schließt vorzugsweise Löcher von geringerem Durchmesser 102 zur Aufnahme des Einlegeteils 104 ein. Wenn das Einlegeteil 104 in Kontakt mit dem Loch 102 im Nabenflansch 16 gebracht wird, wird mittels eines Ultraschall-Schweißarms 105 mechanische Energie durch das Einlegeteil 104 auf das Material des Nabenflansches 16 übertragen. Die mechanische Energie bewirkt ein örtlich begrenztes Schmelzen des Materials des Nabenflansches 16, wodurch das Einlegeteil 104 im Loch 102 des Materials des Nabenflansches 16 angebracht werden kann, was zu einer festen Verbindung zwischen dem Einlegeteil 104 und dem Nabenflansch 16 im Ergebnis des Wiederverfestigens des geschmolzenen Materials führt. Die Speiche 2 kann dann am Zwischeneinlegeteil 104 befestigt werden, um eine feste Verbindung mit dem Nabenflansch 16 zu schaffen. In dieser Figur ist die Speiche 2, wie zu sehen ist, über ein Gewinde am Einlegeteil 104 befestigt.
Somit stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugrad bereit, das kostengünstig herzustellen ist, sich gut für Massenfertigungsverfahren eignet, ein geringes Gewicht hat sowie fest und zuverlässig ist. Außerdem reduziert die vorliegende Erfindung den Umfang der Arbeit, der für die Montage des Rads erforderlich ist. Weiterhin senkt die vorliegende Erfindung die Kosten der Bauteile durch die Verwendung von kostengünstigeren Werkstoffen, durch die Reduzierung der Toleranzen und der Anzahl der Formgebungsarbeitsvorgänge, die bei der Speichenfertigung erforderlich sind, und durch die Verwendung von Net-Shape-Nabenformgebungsarbeitsvorgängen zur Reduzierung des Ausschusses und der Fertigungskosten. Außerdem reduziert die vorliegende Erfindung das Radgewicht durch die Erleichterung der Verwendung von Nabenwerkstoffen von geringem Gewicht, durch die Zulassung einer größeren Freiheit hinsichtlich der Einzelheiten und der Geometrie des Nabenflansches zur Optimierung der Konstruktion, durch die Erleichterung der Verwendung von Multifilamentspeichen und durch die Erleichterung einer Hybridnabengehäusekonstruktion, bei der hochfeste Werkstoffe nur dort verwendet werden, wo es notwendig ist. Weiterhin erhöht die vorliegende Erfindung die Festigkeit und Zuverlässigkeit des Rads durch den Abbau von Belastungen in Bauteilen und Verbindungen, durch die Eliminierung aller Zwischenräume oder relativen Bewegungen zwischen der Nabe und den Speichen und durch die Eliminierung aller nicht gestützten Krümmungen in den Speichen.
Zwar enthält die obige Beschreibung viele Spezifizierungen, doch sollten diese nicht als Einschränkungen des Schutzbereiches der Erfindung, sondern vielmehr als Veranschaulichungen von Ausführungsformen der Erfindung aufgefasst werden. Es sind viele andere Variationen möglich. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen und gezeigten Veranschaulichungen beschränkt ist, die lediglich die besten Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen sollen und die Modifizierungen hinsichtlich der Form, der Größe, der Anordnung von Teilen und der Einzelheiten der Wirkungsweise zulassen. Die Erfindung soll vielmehr alle solche Modifizierungen umfassen, die in ihrem durch die Ansprüche bestimmten Schutzbereich liegen.
Beschriftung der Zeichnungen
1, 2a, 2b, 2c

prior art Stand der Technik

10c

encapsulating material einkapselndes Material

11b

mechanical energy mechanische Energie

Claims

Ein Zugspeichenrad mit • einer peripheren Radfelge (8), • einer zentralen Radnabe (14) mit einem Nabenflansch (16), • einer Mehrzahl von Speichen (2), die sich zwischen besagter Felge und besagter Nabe erstrecken, wobei besagte Speichen (2) einen ersten Abschnitt (6), der mit besagter Felge (8) verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der besagtem ersten Abschnitt gegenüberliegt, haben, dadurch gekennzeichnet, dass • mindestens ein Abschnitt besagter Nabe (14) und/oder besagter Felge (8) aus einer ausgehärteten Formmasse geformt ist, wobei besagte ausgehärtete Formmasse einen nicht ausgehärteten, eine Formanpassung ermöglichenden Zustand und einen nachfolgenden ausgehärteten Zustand hat, • mindestens ein Teil des ersten Abschnitts (6) und/oder des zweiten Abschnitts mindestens einer Speiche (2) durch eine gekapselte Verbindung an besagter Felge (8) und/oder besagter Nabe (14) befestigt ist, um den ersten Abschnitt und/oder den zweiten Abschnitt besagter mindestens einer Speiche (2) und besagte ausgehärtete Formmasse durch das vom nicht ausgehärteten, eine Formanpassung ermöglichenden Zustand zum ausgehärteten Zustand führende Aushärten besagter ausgehärteter Formmasse, die im ausgehärteten Zustand in besagte Felge (8) und/oder besagte Nabe (14) integriert ist und sich dieser bzw. diesen in ihrer Form anpasst, zu befestigen, und • mit besagter Speiche (2) verbundene Mittel bereitgestellt sind, um eine Speichenvorspannung nach dem Aushärten besagter Formmasse zu erzeugen.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die ausgehärtete Formmasse ein verflüssigtes Material, vorzugsweise ein Polymer ist, das verfestigt und vorzugsweise durch Spritzgießen oder Druckgießen geformt wird, wodurch besagte ausgehärtete Formmasse mindestens eine Speiche (2, 2', 200) über mindestens einen Abschnitt von deren Länge hinweg einkapselt, wobei besagter Abschnitt besagter Speiche (2, 2', 200) vorzugsweise als Einlegeteil innerhalb besagter ausgehärteter Formmasse geformt ist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die ausgehärtete Formmasse mindestens einen Abschnitt des Nabenflansches (16) bildet, vorzugsweise unter Einschluss von Verstärkerfasern, die innerhalb besagter ausgehärteter Formmasse verteilt sind, wobei besagte ausgehärtete Formmasse vorzugsweise an besagter Nabe (14) haftet.
Das Rad nach Anspruch 3, wobei der Nabenflansch (16) vollständig aus der ausgehärteten Formmasse geformt ist.
Das Rad nach Anspruch 3, einschließend eine Verbindungsfläche zwischen der ausgehärteten Formmasse und der Speiche (2, 2', 200), wobei besagte ausgehärtete Formmasse vorzugsweise mindestens einen Abschnitt, vorzugsweise den gesamten Querschnitt, besagter Speiche (2, 2', 200) umgibt.
Das Rad nach Anspruch 3, wobei die Speiche (2, 2', 200) an der ausgehärteten Formmasse haftet.
Das Rad nach Anspruch 3, einschließend einen strukturierten Abschnitt des Nabenflansches (16), der in die ausgehärtete Formmasse eingreift.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Speiche, vorzugsweise eine Mehrzahl von Speichen (2, 2', 200), durch die ausgehärtete Formmasse am Nabenflansch (16) befestigt ist, wobei besagtes Rad vorzugsweise mindestens zwei Nabenflansche (16) einschließt und jede Speiche (2, 2', 200) an einem der besagten Flansche (16) befestigt ist.
Das Rad nach Anspruch 8, einschließend: • einen ersten Nabenflansch (16), der einen ersten Abschnitt der ausgehärteten Formmasse einschließt, wobei der zweite Abschnitt mindestens einer Speiche (2, 2', 200) daran befestigt ist, und • einen zweiten Nabenflansch (16), der einen zweiten Abschnitt besagter ausgehärteter Formmasse einschließt, wobei der zweite Abschnitt mindestens einer anderen der besagten Speichen (2, 2', 200) daran befestigt ist, wobei besagter erster Nabenflansch (16) vorzugsweise mit besagtem zweiten Nabenflansch (16) verbunden, vorzugsweise aber axial mit Zwischenraum zu besagtem zweiten Nabenflansch (16) angeordnet ist.
Das Rad nach Anspruch 1, einschließend eine im Wesentlichen gerade Spanne (3a und/oder 3b) der Speiche (2, 2', 200) im frei liegenden Bereich zwischen dem Nabenflansch (16) und der Felge (8), wobei sich besagte im Wesentlichen gerade Spanne (3a und/oder 3b) besagter Speiche (2, 2', 200) vorzugsweise kollinear in mindestens einen Teil der gekapselten Verbindung hinein erstreckt.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche (2, 2', 200) einen gekrümmten Bereich (12, 120) einschließt, der in der ausgehärteten Formmasse befestigt ist, wobei sich eine Speichenspanne (3a und/oder 3b) von besagtem gekrümmten Bereich zur Felge (8) erstreckt, wobei der zweite Abschnitt besagter Speiche (2, 2', 200) vorzugsweise mindestens teilweise in besagter ausgehärteter Formmasse gekapselt ist, wobei besagter gekrümmter Bereich (12, 120) vorzugsweise mindestens zwei Krümmungen einschließt.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei sich eine Speichenspanne (3a und/oder 3b) schräg von der gekapselten Verbindung aus erstreckt.
Das Rad nach Anspruch 3, einschließend einen strukturierten, von seinem Querschnitt her variablen Abschnitt des zweiten Abschnitts der Speiche (2, 2', 200), der in der ausgehärteten Formmasse gekapselt ist, wobei besagter strukturierter Abschnitt vorzugsweise ein gerändelter (36) und/oder vergrößerter (34) Abschnitt ist.
Das Rad nach Anspruch 8, einschließend miteinander verbundene zweite Abschnitte (4) von mindestens zwei Speichen (2, 2', 200), die mindestens teilweise in der ausgehärteten Formmasse gekapselt sind.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche (2, 2', 200) im Wesentlichen einen runden Querschnitt hat.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche (200) im Wesentlichen einen flachen Querschnitt mit einer Querschnittsbreite (52) hat, die größer als seine Querschnittsdicke ist, wobei sich besagte Querschnittsbreite (52) vorzugsweise in der tangentialen Richtung (95) erstreckt, um den aerodynamischen Widerstand in der Drehrichtung des Rads (1) zu reduzieren.
Das Rad nach Anspruch 16, einschließend einen gekerbten Abschnitt (40) des zweiten Abschnitts der Speiche (200), der in der ausgehärteten Formmasse gekapselt ist, wobei besagte Speiche (200) vorzugsweise mindestens eine verlängerte Nase (44) und/oder mindestens eine Durchgangsöffnung (42) und/oder mindestens einen gewundenen Abschnitt (46) und/oder einen gefalteten Abschnitt (48) des besagten zweiten Abschnitts, der in besagter ausgehärteter Formmasse gekapselt ist, einschließt.
Das Rad nach Anspruch 8, einschließend mindestens drei Speichen (2, 2', 200), die an einem gemeinsamen Ende (51) am zweiten Abschnitt verbunden sind, wobei besagtes gemeinsames Ende (51) in der ausgehärteten Formmasse gekapselt ist.
Das Rad nach Anspruch 8, wobei die Speiche (2, 2', 200) mindestens teilweise um die Nabe gewickelt ist und mindestens teilweise besagte Nabe umschreibt.
Das Rad nach Anspruch 3, wobei die Speiche (2') eine Multifilamentspeiche (2') ist, die aus einem Filamentbündel aufgebaut ist, wobei der zweite Abschnitt besagter Multifilamentspeiche (2') vorzugsweise in der ausgehärteten Formmasse gekapselt ist, wobei besagte Filamente vorzugsweise durch mindestens ein solides Element (56, 60) vorzugsweise gespreizt sind, um mindestens einen Abschnitt der Filamente freizulegen, um das Verwachsen besagter ausgehärteter Formmasse mit besagten einzelnen Filamenten zu erleichtern, wobei besagte Multifilamentspeiche (2') vorzugsweise unter Zugspannung (5) steht, die durch das unter Zugspannung setzende Ausrichten der Filamente während des Prozesses des Formens und/oder durch den Einschluss mindestens eines soliden Elements (56, 60), das mindestens teilweise in besagter ausgehärteter Formmasse gekapselt ist, bereitgestellt ist, wobei der zweite Abschnitt über besagtes solides Element (56, 60) hinweg gespannt ist.
Das Rad nach Anspruch 20, einschließend einen vergrößerten, vorzugsweise verknoteten, Bereich (61) der Filamente, der in der ausgehärteten Formmasse gekapselt ist.
Das Rad nach Anspruch 3, einschließend ein zusätzliches, sich mindestens teilweise innerhalb der ausgehärteten Formmasse befindendes Element (82, 84), das die mindestens eine Speiche (2, 2', 200) berührt, um Speichenbelastungen mindestens teilweise über besagte ausgehärtete Formmasse zu verteilen.
Das Rad nach Anspruch 3, einschließend Verstärkungsmaterial innerhalb der ausgehärteten Formmasse, wobei besagtes Verstärkungsmaterial vorzugsweise eine Speichenauflage (28) einschließt und/oder eine Öffnung im einkapselnden Material, die durch eine Speichenauflage (28) gebildet wird, einschließt, wobei besagtes Verstärkungsmaterial vorzugsweise ein Umfangselement (29, 84) ist.
Das Rad nach Anspruch 3, einschließend mindestens ein Zwischenverbindungselement (166, 78, 86, 104), das mindestens teilweise in der ausgehärteten Formmasse gekapselt ist, wobei mindestens eine Speiche (2, 2', 200) in besagtes Verbindungselement (166, 78, 86, 104) eingreift, wobei besagtes Verbindungselement (166, 78) vorzugsweise ein ringförmiges Umfangselement (166, 78) ist und/oder einen Abschnitt einschließt, der sich von besagter ausgehärteter Formmasse aus erstreckt, wobei besagte Speiche (2, 2', 200) in den sich erstreckenden Abschnitt eingreift, wobei besagtes Verbindungselement (166, 78, 86, 104) vorzugsweise einen in besagter ausgehärteter Formmasse gekapselten Basisabschnitt (90) und einen sich von besagter ausgehärteter Formmasse aus erstreckenden Nasenabschnitt (88) einschließt und Mittel in besagtem Nasenabschnitt (88) zum Anschluss an mindestens eine Speiche (2, 2', 200) einschließt.
Das Rad nach Anspruch 8, wobei der Nabenflansch (16) einen ersten Flanschabschnitt aus ausgehärteter Formmasse mit dem darin gekapselten zweiten Abschnitt der Speiche (2, 2', 200) und einen zweiten Flanschabschnitt einschließt, wobei der erste Flanschabschnitt mit dem zweiten Flanschabschnitt verbunden ist.
Das Rad nach Anspruch 25, wobei der erste Flanschabschnitt mindestens einen Hohlraum (108) einschließt, wobei sich der zweite Abschnitt mindestens einer Speiche (2, 2', 200) in besagten Hohlraum (108) hinein erstreckt und dort in der ausgehärteten Formmasse gekapselt ist.
Das Rad nach Anspruch 26, einschließend eine Mehrzahl von Hohlräumen (108) mit mindestens einer Speiche (2, 2', 200) in jedem Hohlraum (108), wobei besagte Speichen (2') vorzugsweise Multifilamentspeichen (2') sind, die aus einem Bündel im Allgemeinen paralleler Filamente aufgebaut sind, wobei die Form besagten Hohlraums vorzugsweise derart beschaffen ist, dass ein Herausziehen verhindert und die ausgehärtete Formmasse in besagtem Hohlraum festgeklemmt wird.
Das Rad nach Anspruch 26, wobei der Hohlraum einen sich axial erstreckenden Kanal (112) einschließt und/oder ein sich radial erstreckender Kanal (118) ist.
Das Rad nach Anspruch 3, wobei die ausgehärtete Formmasse durch Schmelzen und Wiederverfestigen eines örtlich begrenzten Bereiches besagter ausgehärteter Formmasse geformt wird und vorzugsweise mindestens ein Einlegeteil (104) einschließt, das in besagtem örtlich begrenzten Bereich gekapselt ist, wobei mindestens eine Speiche (2, 2', 200) mit besagtem Einlegeteil (104) verbunden ist.
Das Rad nach Anspruch 8, wobei der Nabenflansch (16) benachbart zur Speiche (2, 2', 200) eine erhabene Fläche zur örtlich begrenzten Festigung der Verbindung mit besagter Speiche (2, 2', 200) einschließt und vorzugsweise eine äußere Nabenbegrenzung besagten Nabenflansches (16) einschließt, wobei besagte äußere Nabenbegrenzung erhabene Abschnitte benachbart zu besagten Speichen (2, 2', 200) und ausgesparte Abschnitte zwischen besagten erhabenen Abschnitten einschließt.
Das Rad nach Anspruch 8, wobei die ausgehärtete Formmasse in einer Formhöhlung gegossen ist.
Das Rad nach Anspruch 31, wobei die Formhöhlung durch mindestens zwei Formhälften und eine Trennfugenfläche (22) geschaffen wird, wobei sich mindestens eine Speiche (2, 2', 200) innerhalb besagter Trennfugenfläche (22) erstreckt, wobei besagte Speiche (2, 2', 200) vorzugsweise während des Formprozesses unter Vorspannung gesetzt ist, um die Speiche (2, 2', 200) in besagtem einkapselnden Material genau zu positionieren, wobei besagte mindestens zwei Formhälften vorzugsweise in einer im Allgemeinen axialen Richtung zusammengesetzt sind, um besagte Formhöhlung zu schaffen.
Das Rad nach Anspruch 32, wobei die ausgehärtete Formmasse ein ununterbrochenes ringförmiges Umfangselement ist, das einen Nabenflansch (16) bestimmt, wobei ein Teil oder der größere Teil der Außenfläche besagten Nabenflansches (16) vorzugsweise in der Form geformt wird.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei sich eine Speichenspanne (3a und/oder 3b) von der gekapselten Verbindung aus in einer im Allgemeinen radialen Richtung erstreckt.
Das Rad nach Anspruch 8, wobei mindestens ein Teil des zweiten Abschnitts der Speiche (2, 2', 200) so orientiert ist, dass er die Umfangsfestigkeit des Nabenflansches (16) verstärkt, wobei vorzugsweise eine Vielzahl von Speichen (2, 2', 200) eingeschlossen ist, wobei besagter zweiter Abschnitt (4) jeder besagten Speiche (2, 2', 200) mit dem zweiten Abschnitt (4) von mindestens zwei anderen Speichen (2, 2', 200) innerhalb der ausgehärteten Formmasse verbunden ist, um einen Umfangsring aus verbundenen zweiten Abschnitten (4) besagter Speichen (2, 2', 200) zu schaffen.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche (2, 2', 200) über ihre gesamte Länge, einschließlich ihres ersten Abschnitts (6) und ihres zweiten Abschnitts, im Wesentlichen gerade ist.
Das Rad nach Anspruch 3, wobei die Speiche (2, 2', 200) so an der ausgehärteten Formmasse befestigt ist, dass sie in diese integriert ist.
Das Rad nach Anspruch 3, einschließend eine Berührungsverbindungsfläche zwischen der ausgehärteten Formmasse und dem Nabenflansch (16).
Das Rad nach Anspruch 3, wobei die Speiche (2, 2', 200) so mit der ausgehärteten Formmasse verbunden ist, dass sie in diese integriert ist, und wobei besagte ausgehärtete Formmasse nach besagtem Aushärten mit dem Nabenflansch (16) verbunden ist.
Das Rad nach Anspruch 8, einschließend ein Achslager (11), wobei die Nabe (14) eine Lagerbohrung (7) zur Aufnahme besagten Achslagers (11) einschließt und wobei eine Fläche der ausgehärteten Formmasse mindestens einen Teil besagter Lagerbohrung (7) einschließt.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Speichen (2, 2', 200) ein ununterbrochenes Element ist, das mindestens zwei Konstruktionsspannen (3a und/oder 3b) zwischen der Felge (8) und der Nabe (14) und einen gemeinsamen Abschnitt (12), der am Nabenflansch (16) gekapselt ist, einschließt.
Das Rad nach Anspruch 8, wobei mindestens ein Abschnitt des Nabenflansches (16) einzeln geformt und abnehmbar an besagter Nabe (14) montiert ist.
Das Rad nach Anspruch 8, einschließend zwei Nabenflansche (16), die axial mit Zwischenraum zueinander angeordnet sind, wobei besagte zentrale Radnabe vorzugsweise einen ersten Nabenflansch (16) und einen zweiten Nabenflansch (16) einschließt, wobei besagter erster Nabenflansch (16) und besagter zweiter Nabenflansch (16) einzeln geformt sind, wobei besagter erster Nabenflansch (16) anschließend, vorzugsweise abnehmbar, am besagten zweiten Nabenflansch (16) montiert wird.