DE8912606U1

DE8912606U1 - Speichenrad

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Publication number: DE8912606U1
Application number: DE8912606U
Authority: DE
Original assignee: Hms Antriebssysteme 1000 Berlin De GmbH
Current assignee: Hms Antriebssysteme 1000 Berlin De GmbH
Priority date: 1989-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1990-02-22
Anticipated expiration: 1999-10-21

Description

HMS Antriebssysteme GmbH 18. Oktober 1989

Kurfürstenstr. 14
D-1000 Berlin 30

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Speichenrad

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Speichenrad der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Derartige Speichenräder werden bei Fahrrädern der unterschiedlichsten Art verwendet. Die Speichen sind dabei zwi-

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sehen Nabe und Felge gespannt, wobei diese in der Nabe in Punkten gehalten werden, die im Mittel in axialer Richtung unsymmetrisch zu der Mittelebene der Nabe gelegen sind. Die Mittelebene der Nabe ist dabei diejenige Ebene, die sich senkrecht zur Achsenrichtung mittig zwischen den Befestigungspunkten der Achse mit dem Rahmen des Fahrrads erstreckt.

Bei den bekannten Speichenrädern sind die Speichen im wesentlichen tangential von der Nabe in Richtung Felge gerichtet, kreuzen dabei jeweils vier benachbarte Speichen und enden in Verbindungspunkten der den Reifen tragenden Felge. Ein für den Antrieb des Rades vorgesehener Zahnkranz ist axial versetzt von der Mittelebene mit der Nabe verbunden. Dies führt zu einer zusätzlichen einseitigen und exzentrischen Belastung.

Die bekannten Speichenräder haben jedoch den Nachteil, daß die Speichen durch die unsymmetrischen Winkelstellungen eines Teils der Speichen zur Nabe jeweils unterschiedlichen Belastungen im Betrieb unterworfen sind. Daraus ergeben sich aber auch ungleichmäßige Strömungsverhältnisse in Bezug auf die beiden Seitenflächen. Dies wirkt sich insbesondere mit höherer Geschwindigkeit zunehmend negativ auf das Fahrverhalten des Laufrades aus. Die einseitig stärkeren Belastungen werden noch durch die unterschiedlichen Einspannungsverhältnisse der Speichen erhöht. Daraus resultiert vorzeitige Materialermüdung und somit ein Bruch von Speichen, was zu gefährlichen Situationen führen kann.

insbesondere ist auch ungünstig, daß die Speichen einzeln brechen und jeweils auf arbeitsintensive Weise nacheinan-

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der ausgetauscht werden müssen. Zwar lassen sich die einseitigen Belastungen durch eine erhöhte Zahl von Speichen minimieren, jedoch wird dadurch gleichzeitig auch der Strömungswiderstand sowie das Gewicht des Laufrades in nachteiliger Weise erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Speichenrad der eingangs genannten Gattung unter Beseitigung der genannten Nachteile die Laufeigenschaften und die Stabilität zu verbessern. Dabei soll insbesondere bei der Verwendung von Kettenschaltungen mit mehreren Zahnkränzen ein Ausgleich erzielt werden.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch axiale Symmetrierung der Speichenanordnung in bezug auf das Gesamtrad sowohl die Belastungen der Speichen als auch die der Felge und Nabe günstig beeinflussen lassen.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß sich durch axiales Versetzen der Verbindungspunkte der Speichen mit der Felge des Laufrades im Mittel zu deren Mittelebene die Belastungen auf die Speichen gleichmäßig verteilt wirken. Durch diese Maßnahme wird über den Belastungszeitraum eine konstante Beanspruchung aller Speichen ermöglicht. Desweiteren erhöht sich in vorteilhafter Weise auch die Stabilität der Felge aufgrund der dann gleichmäßiger auf die Felge wirkenden Kräfte.

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Der für den Kraftangriff im Bereich der Nabe vorgesehene Zahnkranz ist damit näher im Bereich der Mittelebene anordbar, so daß die im Betrieb auftretenden Momente verringert werden.
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Insbesondere sind folgende vorteilhafte Weiterbildungen günstig:

Das Maß des axialen Versatzes der Verbindungspunkte entspricht bevorzugt dem Maß der Unsymmetrie der Verbindungspunkte an der Nabe und beträgt im wesentlichen 5 mm. Durch diese - und gegebenenfalls zusäztliche Maßnahmen - wird erreicht, daß die Mittelebene der Befestigungspunkte der Achse mit der Mittelebene der Felge zusammenfällt. Die Unsymmetrie der Achsbefestigung, meist hervorgerufen durch die Breite des einseitig angeordneten Zahnkranzsatzes der Kettenschaltung bei Sportfahrrädern wird somit durch Maßenahmen erreicht, welche ingesamt einen Versatz der Lauffläche des Reifens um etwa die Halbe axiale Breite des Zahnkranzsatzes bewirken.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung verlaufen die Speichen, bezüglich einer senkrecht zur Achsenrichtung gerichteten Ebene, radial. Dabei wirken die auf die Speiehe und auf die Nabe gerichteten Kräfte günstig in Längsrichtung der Speiche sowie in radialer Richtung der Nabe.

Um zu gewährleisten, daß alle Speichen gleich belastet werden, liegen die Verbindungspunkte mit der Felge in einer gemeinsamen Ebene, wodurch weiterhin schmale Felgenkonstruktionen ermöglicht werden.

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Desweiteren weist bevorzugt der Winkel der Speichen zwischen den Verbindungspunkten und der Felge sowie den Verbindungspunkten und der Nabe, bezogen auf die kürzeste Verbindung zwischen dem jeweiligen Verbindungspunkt und der Achse, einen konstanten Betrag auf. Dadurch wird die Stabilität der Felge erhöht und gute Rundlaufeigenschaften über längere Zeit gewährleistet. Desweiteren entfällt ein ungleiches Anspannen der Speichen, so daß sich der Einstell- und Zentrieraufwand der Speichenräder erheblich reduziert.

Ein in axialer Richtung größerer Zahnkranzsatz kann insbesondere dann an der Nabe angeordnet werden, wenn zusätzlich die Speichenköpfe an den Verbindungspunkten mit der Nabe unidirektional, d.h. nicht spiegelsymmetrisch eingehängt sind. Damit kann auch der oben beschriebene konstante Winkel der Speichen ohne konstruktive Veränderungen der Nabe eingehalten werden. Hierdurch läßt sich eine zusätzliche Symmetrierung der Speichen um einen Betrag von ca.

5 mm in axialer Richtung der Nabe erreichen.

Als von Vorteil erweist es sich weiterhin, wenn an der Felge ein scheibenringförmiger Ansatz vorgesehen ist, der sich in Richtung Nabe erstreckt. Damit können verkürzte Speichen verwendet werden. Weiterhin werden die im radial äußeren Bereich des Speichenrades auftretenden größten Strömungwiderstände erheblich reduziert. Günstig ist es auch, den scheibenförmigen Ansatz derart auszubilden, daß dieser im wesentlichen ein Drittel des Radius der Felge einnimmt, da durch diese Maßnahme etwa 60% des Strömungwiderstandes betroffen sind. Dabei sind insbesondere die

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Verbindungspunkte zwischen den Speichen und der Felge an der Innenkante des scheibenringförmigen Ansatzes gelegen, so daß die durch die Speichen verursachten ungünstigen Strömungswiderstände erst ab dem scheibenringförmigen Ansatz wirken.

Um die Anzahl der Speichen in der beschriebenen vorteilhaften Anordnung unter Beibehaltung großer Torsionsteifigkeiten und Felgenstabilität zu reduzieren, ist die Felge aus faserverstärktem Kunstoff mit einem Kernelement aufgebaut. Das Kernelement weist eine in bezug auf den faserverstärkten Kunststoff geringere Dichte auf. Dabei umhüllt der faservertärkte Kunststoff das elastisch ausgebildete Kernelement vollständig.

Der Herstellungsaufwand wird insbesondere durch eine ringförmige Ausbildung des Kernelements reduziert. Eine Verringerung des Gewichts der Felge wird nicht nur durch den faserverstäkten Kunststoff erreicht, sondern vorwiegend auch durch die Ausbildung des Kernelements aus Schaumstoff. Durch den scheibenringförmigen Ansatz ergibt sich nicht nur eine vergrößerte Bremsfläche, sondern es sind auch auch die unterschiedlichsten Bremssysteme einsetzbar, gegebenenfalls zusätzlich zu einer auf die äußeren Seitenwandungen der Felge wirkende Felgenbremse.

Weiterhin kann die Felge auch zur Aufnahme eines Drahtreifens ausgestaltet sein. Durch den Verbundwerkstoff wird eine hohe Festigkeit und Biegesteifigkeit, sowie ein geringes Gewicht der Felge gewährleistet. Die Felge zeichnet sich im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Speichena-

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nordnung durch überlegene Querbiegefestigkeitseigenschaften aus.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines Laufrads, sowie

Figur 2 einen perspektivischen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Figur 1 ist in einer schematischen Querschnittsskizze ein Laufrad eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels dargestellt. Das Laufrad 10 weist eine Nabe 11, eine Achse 12, einen Zahnkranzsatz 13, Einspannmittel 14, Speichen 15 und eine einen Reifen 16 tragende Felge 17 auf.

Die Achse 12 ist in der Nabe 11 geführt gelagert. An den seitlichen Enden der Achse 12 sind die Einspannmittel 14 zur Befestigung des Laufrades 10 mit einem hier nicht dargestellten Rahmen eines Fahrrades angeordnet. An einem seitlichen Ende der Nabe 11 schließt sich der mit der Nabe 11 verschraubte Zahnkranzsatz 13 mit fünf einzelnen Zahnkränzen 131 bis 135, entsprechend dem abnehmenden Durchmesser auf dem Zahnkranz 13, von innen nach außen, an. Dabei Find an den seitlichen Enden der Nabe 11 Flansche 18 mit Ausnehmungen, die dem Profil der Speiche angepaßt

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sind, vorgesehen. Durch diese Ausnehmungen ist jeweils eine Speiche 15 bis zu ihrem Speichenkopf 19 geführt und erstreckt sich von dort radial bezüglich einer senkrecht zur Achsenrichtung gerichteten Ebene zu Verbindungspunkten 20 der Speichen 15 mit der Felge 17.

Die Verbindungspunkte 20 liegen alle in einer gemeinsamen Ebene 21, die in axialer Richtung zu einer Mittelebene 22 parallel versetzt angeordnet ist. Die Mittelebene 22 ist dabei diejenenige Ebene, die senkrecht zur Achsrichtung mittig zwischen den Einspannmitteln 14 des Laufrades 10 gelegen ist. Das Maß des axialen Versatzes entspricht einem Betrag von ca. 5 mm und dabei der Hälfte des Maßes der Unsymmetrie der Flansche 18 an der Nabe 11 zur Mittelebene 22.

Die Speichenköpfe 19 an den Flanschen 18 der Nabe 11 sind in den Ausnehmungen unidirektional, also nicht spiegelsymmetrisch eingehängt. Dabei weisen die Speichenköpfe 19 in die dem Zahnkranz 13 gegenüberliegende Richtung. Hiermit wird die andere Hälfte der Unsymmetrie der Flansche 18 zur Mittelebene 22 ausgeglichen, so daß die zu beiden Flanschen 18 sich erstreckenden Speichen 15 einen konstanten Winkel zwischen den Verbindungspunkten 20 mit der Felge 17 und den Flanschen 18 aufweisen. Der Winkel bezieht sich dabei auf die kürzeste Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt bzw. Ausnehmung und der Achse 12.

Durch diese günstige erfindungsgemäße Ausführungsform werden die Speichen 16 über die Dauer der Belastung gleichmäßig beansprucht. Dies führt zu einer Erhöhung der Lebens-

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dauer und zu einer gleichmäßigeren Materialermüdung der Speichen 15. Weiterhin werden dadurch die Laufeigenschaften sowie die Gesamtstabilität des Laufrades 10 erheblich verbessert.
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An der Felge 17 ist weiterhin ein scheibenringförmiger, sich in Richtung Nabe II erstreckender Ansatz 23 vorgesehen. Auf der zur Nabe 11 weisenden Kante 24 sind die Verbindungspunkte 20 der Speichen 15 mit der Felge 17 angeordnet. Die Speichen 15 sind dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Speichen etwa um ein Drittel verkürzt. Hierbei werden die im radial äußeren Bereich des Laufrades 10 auftretenden größten Strömungwiderstände erheblich reduziert. Durch den scheibenringförmigen Ansatz 23 ergibt sich nicht nur eine vergrößerte Bremsfläche, sondern es sind auch die unterschiedlichsten Bremssysteme einsetzbar, gegebenenfalls zusätzlich zu einer auf die äußeren Seitenwandungen der Felge 17 wirkende Felgenbremse.

In Figur 2 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Ausschnitt des erfindungsgemäßen Laufrades dargestellt. Figur 2 zeigt dabei im wesentlichen das in Figur 1 schematisch dargestellte Laufrad 10 mit der den scheibenringförmigen Ansatz 23 tragenden Felge 17 und den Speichen 15. Der Ansatz 23 und die Felge 17 sind dabei einstückig ausgebildet.

Die Felge 17 ist aus einer faserverstärkten Kunstoffschicht 25 mit einem aus Schaumstoff bestehenden Kernelement 26 aufgebaut. Das ringförmig in den faserverstärketen Kunststoff eingebettete Kernelement 26 weist eine in bezug

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auf die faserverstärkte Kunststoffschicht 25 geringere Dichte auf. Dabei umhüllt der faservertärkte Kunststoff das elastisch ausgebildete Kernelement 26 vollständig, Dadurch erhält die Felge 17 eine hohe Torsionssteifigkeit und Felgenstabilität, so daß nur eine geringe Zahl von Speichen 15 im Laufrad 10 eingespannt sind. Hiermit vermindert sich weiterhin der Strömungswiderstand des Laufrads 10.

Die Felge ist weiterhin zur Aufnahme eines Draht reif ens 16 ausgestaltet. Durch den Verbundwerkstoff wird eine hohe Festigkeit und Biegesteifigkeit, sowie ein geringes Gewicht der Felge 17 gewährleistet. Die Felge 17 zeichnet sich im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Speichenanordnung durch überlegene Querbiegefestigkeitseigenschaften aus.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

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Claims

HOL39.G3 Blatt 11 Ansprüche

1. Speichenrad, insbesondere Laufrad für ein Fahrrad, bei dem die Speichen die Nabe zwischen Punkten, die im Mittel in axialer Richtung unsymmetrisch zu der Mittelebene der Nabe gelegen sind, mit Verbindungspunkten der den Reifen tragenden Felge verbunden sind, wobei die Mittelebene der Nabe diejenige Ebene ist, die senkrecht zur Achsenrichtung mittig zwischen den Befestigungspunkten der Achse mit dem Rahmen des Fahrrads gelegen ist,

dadurch gekennzeichnet,
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daß die Verbindungspunkte (20) der Speichen (15) mit der Felge (17) im Mittel in axialer Richtung zu deren Mittelebene (21) versetzt sind.

2. Speichenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Maß des axialen Versatzes dem Maß der Unsymmetrie der Verbindungspunkte (20) an der Nabe (11) entspricht.

3. Speichenrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Maß der Unsymmetrie im wesentlichen 5 mm beträgt.

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4. Speichenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (15) bezüglich einer senkrecht zur Achsenrichtung gerichteten Ebene radial verlaufen.
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5. Speichenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte (20) mit der Felge (17) in einer gemeinsamen Ebene (21) liegen.

6. Speichenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel zwischen den Verbindungspunkten (20) mit der Felge (17) und den Verbindungspunkten mit der Nabe (11), bezogen auf die kürzeste Verbindung zwischen dem jeweiligen Verbindungspunkt (20) und der Achse (12), einen konstanten Betrag haben.

7. Speichenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichenköpfe (19) an den Verbindungspunkten mit der Nabe (11) unidirektional, d.h. nicht spiegelsymmetrisch eingehängt sind.

8. Speichenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die FeI-

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ge (17) einen scheibenringförmigen Ansatz (23) aufweist, der sich in Richtung Nabe (11) erstreckt.

9. Speichenrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der scheibenringförmige Ansatz (23) im wesentlichen einem Drittel des Radius der Felge (17) entspricht.

10. Speichenrad nach einem der Ansprüche 8 und 9, d a durch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte (20) zwischen Speichen (15) und Felge (17) an der Innenkante des scheibenförmigen Ansatzes (23) gelegen sind.

11. Speichenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (17) aus faserverstärktem Kunstoff und einem Kernelement (26), das eine in bezug auf den faserverstärkten Kunststoff geringere Dichte aufweist, besteht, wobei der faservertärkte Kunststoff das elastisch ausgebildete Kernelement (26) vollständig umhüllt.

12. Speichenrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Kernelement (26) ringförmig ausgebildet ist.

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13. Speichenrad nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (26) aus Schaumstoff besteht.

14. Speichenrad nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen der Felge (17) als Bremsflächen für eine Felgenbremse ausgebildet sind.

15. Speichenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung zur Aufnahme eines Drahtreifens.