DE8912607U1 - Vorrichtung zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes eines Speichenrades - Google Patents

Description

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HMS Antriebssysteme GmbH 18. Oktober 1989

Kurfürstenstr. 14
D-1000 Berlin 30

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Vorrichtung zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes

eines Speichenrades

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes von Speichenradern wurden bisher hauptsächlich Verkleidungen verwen-

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det, welche das äußere Rad umgeben. Diese wurden aus Gewichtsgünden für Laurräder von Sportfahrräder aber bisher nicht verwendet. Außerdem sind derartige Verkleidungen

f sehr voluminös.

Hier werden diesbezüglich verschiedene konstruktive Lösungsmöglichkeiten angeboten, die aber einen anderem Lösungsweg beschreiten. Auf der einen Seite wird das Speichenrad durch ein geschlossene Seitenflächen aufweisendes Scheibenrad ersetzt dessen Luftwiderstandsbeiwert durch die geschlossenen Seitenflächen deutlich unter dem der Speichenräder liegt. Auf der anderen Seite werden Speichenräder mit möglichst wenig Speichen angeboten, so daß sich durch die verringerte Anzahl der Speichen der Strömungswiderstand ebenfalls verringert. Im Vergleich zu den Scheibenrädern haben sich aber die Speichenräder wegen ihrer konstruktiv zweckmäßigeren Ausgestaltung bewährt, insbesondere auch deshalb, weil die durch die Beanspruchung entstehenden Rundlaufschäden durch Zentrieren des Speichenrades einfach behebbar sind.

Diese bekannten Lösungsmöglichkeiten zur Reduzierung des Strömungswiderstandes haben insgesamt den Nachteil, daß sie sehr aufwendig in der Herstellung und somit auch sehr kostenintensiv sind. Die Herstellungskosten für Scheibenräder liegen um ein Vielfaches über denjenigen der Speichenräder. Insbesondere wegen der geforderten guten Rundlaufeigenschaften sowie wegen der hohen Materialanforderungen im Hinblick auf ein geringes Gewicht und auf entsprechende Festigkeiten für die auf das Laufrad wirkenden Kräfte, sind dieser Art der Ausgestaltung ökonomische

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Grenzen gesetzt. Dasselbe gilt für die Reduzierung der Speichen bei Speichenrädern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung, für die technisch bewährte Speichenradkonstruktion die Strömungsverhältnisse und damit den Luftwiderstand bei möglichst geringem Einsatz zu verbessern.

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

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch eine Einbettung der Speiche eines Speichenrades in einen im Vergleich zur Speiche strömungsgünstigeren Körper, insbesondere im Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb der Felge, der Strömungswiderstand erheblich verringert. Dabei ist das Profil des die Speiche umgebenden Körpers im Bereich der größten Strömung den Strömungsbedingungen angepaßt. Da ein Rad nur in einem kleinen oberen Bereich eine relativ große Relativgeschwindigkeit aufweist, können sich die Maßnahmen zur Herabsetzung des Strömungswiderstands auf diesen Teil, vorzugsweise das äußere Drittel des Radius beschränken. Da der Reifen selbst ebenfalls von sich aus strömungsgünstig ist, brauchen nur die entsprechenden Teile der Speichen verkleidet zu werden.

Besonders vorteilhaft dabei ist, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem stromlinienförmig ausgebildeten Körper besteht, der eine Ausnehmung zum Durchlaß einer Spei-

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ehe aufweist. Dadurch ist die Vorrichtung an jede Speiche der bewährten Speichenräder montierbar. Die Strömungswiderstände aller Speichen eines Speichenrades beim Fahren werden hierbei mit einfachen Mitteln reduziert. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf bereits im Gebrauch befindliche Speichenräder, insbesondere Laufräder von Sportfahrrädern, ohne größeren Aufwand nachrüstbar.

Insbesondere als vorteilhaft erweist sich, den Querschnitt des Körpers in Speichenrichtung im wesentlichen konstant sowie spiegelsymmetrisch zur Speichenebene des Laufrades auszubilden. Der Querschnitt weist dabei eine strömungsgünstige Tropfenform auf, wobei der kreisförmige Teil des Tropfens konzentrisch zur Speiche angeordnet ist. Die Oberfläche ist dabei zur Verringerung der Reibungsverluste glatt ausgebildet.

Durch diese bevorzugte vorteilhafte Ausbildung des Körpers der Vorrichtung, ist die Strömungsform im Hinblick auf die Einbettung der Speiche optimiert, so daß sich der Strömungswiderstand des Speichenrades auf ein Minimum reduziert. Störende Einflüsse, wie ein durch die Vorrichtung möglicherweise bedingter Seitentrieb des Laufrades, werden durch diese günstige Ausbildung von vornherein verhindert. Weiterhin werden durch den erfindungsgemäßen Körper die Rundlaufeigenschaften nicht beeinträchtigt.

Um den Körper der Vorrichtung der Erfindung günstig in das Speichenrad einfügen zu können, sind in einer weiteren bevorzugten Ausführung die in radialer Richtung des Laufrades begrenzenden Flächen kreisbogenförmig gekrümmt ausge-

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bildet. Dabei ist die in radialer Richtung des Laufrades nach außen weisende Fläche der Krümmung der Felge angepaßt, so daß die Vorrichtung direkt, eng anliegend an der Felge angeordnet werden kann. Die in radialer Richtung nach innen weisende Fläche weist eine Krümmung auf, deren Radius dem Abstand dieser Fläche von der Achse des Laufrades entspricht. Als günstig für die Einpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erweist sich weiterhin, daß insbesondere der Querschnitt mindestens in tangentialer Richtung des Laufrades sich in dessen radialer Richtung proportional zum Abstand von der Achse des Laufrades vergrößert. Dadurch nimmt der Körper eine günstige segmentartig in bezug auf das Laufrad ausgebildete Form ein, so daß sich der Strömungswiderstand weiter reduziert.

Desweiteren weist der bevorzugte Werkstoff eine derartige Flexibilität auf, daß der Körper mittels eines den Durchlaß der Speiche mit der Außenoberfläche verbindenden Schlitzes auf die Speiche aufschnappbar ist. Eine Montage der Vorrichtung ist dadurch ohne größeren Aufwand, schnell und bequem möglich. Ebenso sind in vorteilhafter Weise eventuell beschädigte Vorrichtungen durch die Schnappmöglichkeit des Körpers ohne Lösen der mit der Felge verbundenen Speichen einfach auswechselbar.

Zur Verringerung des Gewichts und zur Verbesserung der Montagebedingungen der Vorrichtung ist insbesondere der Körper in vorteilhafter Weise als Hohlprofilkörper ausgebildet. Dabei sind an der Innenseite Stege vorgesehen, welche sich bei Druck auf Bereiche, die, bezogen auf den Querschnitt, von der die Speiche aufnehmenden Ausnehmung

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jenseits der Stege liegen, aneinander anlegen und bei weiter zunehmendem Druck den Schlitz zum Durchlaß der Speiche aufspreizen. Die Dicke der Wandung in dem an der Speiche anliegenden Bereich des Profils ist im wesentlichen konstant.

Dadurch wird erreicht, daß sich mit dem Zusammendrücken der Vorrichtung in dem genannten Bereich die Wandung im Bereich der Speiche auseinanderspreizen, so daß die vorrichtung bequem demontiert bzw. montiert werden kann. Ein Ausrichten der Vorrichtung in die Speichenebene ist dadurch ebenfalls leicht möglich.

Der Tropfenquerschnitt ist durch die Wandung des Hohlprofilkörpers derart gebildet, daß der gegenseitige Abstand der spiegelsymmetrischen Wandungteile in Richtung der Spitze des Tropfens abnimmt und die Wandungsteile dort miteinander verbunden sind. Die spiegelsymmetrischen Wandungsteile, im Querschnitt des Körpers, weisen nach innen gerichte Erhebungen in Form von Verdickungen auf, deren Bereiche maximaler Erhebung aneinander anliegen und den Durchlaß für die Speiche von einem weiteren nahe der Spitze des Tropfenquerschnitts gelegenen Hohlraum trennen.

Aus Sicherheitsgründen besteht die Vorrichtung bevorzugt aus einem selbstleuchtenden und/oder reflektierenden Werkstoff. Dadurch sind die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Speichenräder, insbesondere die Laufräder von Fahrrädern, in der Nacht bzw. bei schlechter Sicht gut 0 erkennbar. Die Verkehrsgefährdung des Fahrradfahrers wird dadurch in günstiger Weise erheblich verringert.

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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: 5

Figuren la und Ib eine perspektivische, schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung im gelösten und angespannten Zustand,

Figur 2 einen Ausschnitt einer Seitenansich des Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In den Figuren la und Ib ist in einer perspektivischen, schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei die Figur la das Ausführungsbeispiel im gelösten und die Figur Ib das Ausführungsbeispiel im angespannten Zustand zeigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, gebildet durch einen stromlinienförmigen Körper 10 zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes einer Speiche 11 eines in Figur 2 dargestellen Ausschnitts eines Laufrades 12, weist eine Tropfenform auf, deren Querschnitt in Speichenrichtung konstant ist. Weiterhin ist der durch zwei spiegelsymmetrisch zur Speichenebene des Laufrades 12 angeordnete wandungsteile 13 und 14 bestehende Körper 10 als Hohlprofilkörper ausgebildet. Dabei umschließt dieser eine Ausnehmung 15 zum Durchlaß der Speiche 11 sowie einen Hohlraum 16. Die kreisförmige Ausnehmung 15 für die Speiche 11 und der kreisförmige Bereich des tropfenförmig ausgebildeten Körpers 10 sind konzentrisch ausgebildet. Der Körper 10 be-

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steht dabei aus einem flexiblen Werkstoff und weist einen in der Speichenebene gelegenen, die Ausnehmung 15 der Speiche 11 mit der Außenoberfläche verbindenden Schlitz 17 auf, so daß die Vorrichtung auf die Speiche 11 aufschnappbar ist. Desweiteren ist dadurch der Körper 10 entsprechend der Drehrichtung des Laufrades 12 ausrichtbar ausgebildet, weil der Anpreßdruck der Wandungsteile 13 und 14 durch Auseinanderziehen dieser reduzierbar ist. Der strömungsbegünstigende Effekt der Vorrichtung kann somit auch in beide Drehrichtungen des Laufrades 12 ohne größeren Aufwand durch Drehen der Vorrichtung erreicht werden. Ebenso ist durch diese günstige Ausbildung der Körper 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung an jede Speiche 11 der Speichenräder montierbar. Die Strömungswiderstände aller Speichen 11 eines Speichenrades werden durch die Anbringung der Vorrichtung mit einfachen Mitteln reduziert.

Die Dicke der Wandungsteile 13 und 14 ist in dem an der Speiche 11 anliegenden Bereich des Profils im wesentlichen konstant. Die Tropfenform wird dabei durch die Wandungsteile 13 und 14 derart gebildet, daß der gegenseitige Abstand der spiegelsymmetrischen Wandungsteile 13 und 14 in Richtung der Spitze 18 des Tropfens abnimmt und dort, an der Abströmseite die Wandungsteile 13 und 14 miteinander einstückig verbunden sind.

Die Wandungsteile 13 und 14 weisen an ihrer Innenseite 19 jeweils eine leistenartige, nach innen gerichtete, sich verjüngende Erhebung 20 in Form einer Verdickung auf, die den Innenbereich des Körpers 10 in den Hohlraum 16 und der Ausnehmung 15 für den Durchlaß der Speiche 11 aufteilt.

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Die Bereiche der maximalen Srhebungen 20 liegen dabei aneinander an.

Durch Zusammendrücken der Wandungsteile 13 und 14 im Bereich des Hohlraums 16 drehen sich diese derart um den aneinander anliegenden Bereich der leistenartigen Erhebungen 19, daß die Wandungsteile 13 und 14 im Bereich der Ausnehmung 15 nach außen bewegt werden bzw. den Schlitz 17 zum Durchlaß der Speiche 11 aufspreizen. Auf diese Weise ist die Vorrichtung bequem an die Speiche 11 anzubringen bzw. von der Speiche 11 wieder zu lösen. Ein Ausrichten des erfindungsgemäßen Körpers 10 in die Speichenebene ist dadurch ebenfalls leicht möglich. Dieser Aufgespreizte Zustand der Vorrichtung ist in Figur Ib dargestellt.

Die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gebildete Tropfenform um den radial äußeren Bereich der Speichen 11 verringert den Strömungswiderstand des sich drehenden Laufrades 12 erheblich. Im oberen Bereich des Laufrades 12 treten die größten Strömungsgeschwindigkeiten und damit die größten Strömungswiderstände durch die Speichen 11 auf; deshallb ist es ausreichend, daß sich nur in diesem äußeren Bereich der Speichen 11 des Laufrades 12 die erfindungsgemäße Ausführungsform entlang der Speiche 11 erstreckt. Dadurch wird weiterhin, in Abwägung mit dem zusätzlichen Gewicht des Körpers 10, der größte Fortschritt im Hinblick auf eine Verringerung des Energieaufwandes erreicht. Desweiteren ist zur Vermeidung von Reibungswiderständen die Außenoberfläche glatt ausgebildet.

Aus Sicherheitsgründen besteht der Körper 10 aus einem selbstleuchtenden und reflektierenden Werkstoff. Die mit

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der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Speichenräder, insbesondere die Laufräder 12 von Fahrrädern, sind dabei in der Nacht bzw. bei schlechter Sicht gut erkennbar. Die Verkehrsgefährdung des Fahrradfahrers wird dadurch in günstiger Weise erheblich verringert.

In Figur 2 ist in einem Ausschnitt einer Seitenansicht der mit der Speiche 11 des Laufrades 12 verbundene erfindungsgemäße Körper 10 der Vorrichtung dargestellt. Er entspricht dabei im wesentlichen dem anhand der Figuren la und Ib beschriebenen Ausführungsbeispiel. In einem aufgebrochene Ausschnitt sind die Speiche 11, ein Nippel 21, der Schlitz 17 und die Erhebung 20 dargestellt.

Die Speiche 11 endet dabei in dem Nippel 21, der in bekannter Weise in einer Felge 22 des Laufrades 12 gelagert ist. Die Speiche 11 erstreckt sich von dort in Richtung einer hier nicht dargestellten Nabe. Die den Körper 10 der Vorrichtung in radialer Richtung des Laufrades 12 nach außen begrenzende Fläche 23 ist der Krümmung der Felge 22 angepaßt. Entsprechend weist die in radialer Richtung nach innen weisende Fläche 24 eine Krümmung auf, deren Radius dem Abstand dieser Fläche 24 von der Nabe des Laufrades 12 entspricht. Der Querschnitt in tangentialer Richtung des Laufrades vergrößert sich dabei in dessen radialer Richtung proportional zum Abstand von der Nabe des Laufrades.

Durch diese Ausbildung des Körpers 10 der Vorrichtung, ist die Strömungsform im Hinblick auf die Einbettung der Speiehe 11 optimiert, so daß sich der Strömungswiderstand des Laufrades 12 auf ein Minimum reduziert. Weiterhin werden

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durch den erfindungsgemäßen Körper 10 die Rundlaufeigenschaften nicht beeinträchtigt. Der Strömungswiderstand wird durch die segmentartig Form in bezug auf das Laufrad des Körpers 10 weiter reduziert. Desweiteren läßt sich dadurch der Körper 10 günstig in das Speichenrad einfügen.

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 machen.

Claims (15)

HOL39.G4 Blatt 12 Ansprüche

1. Vorrichtung zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes eines Speichenrades, insbesondere für ein Laufrad eines Sportfahrrades,

gekennzeichnet durch

einen stromlinienförmig ausgebildeten Körper (10), der eine Ausnehmung (15) zum Durchlaß einer Speiche (11) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt des Körpers (10) in Speichenrichtung im wesentlichen konstant ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt tropfenförmig ist, wobei der kreisförmige Teil des Tropfenquerschnitts dem Querschnitt der Speiche (11) folgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt spiegelsymmetrisch zur Speichenebene des Laufrades (12) ausgebildet ist.

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5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche glatt ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Körper (10) in radialer Richtung des Laufrades (12) begrenzenden Flächen (23, 24) kreisbogenförmig gekrümmt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die in radialer Richtung des Laufrades (12) nach außen weisende Fläche (23) der Innenkrümmung der Felge (22) angepaßt ist und/oder die in radialer Richtung nach innen weisende Fläche (24) eine Krümmung aufweist, deren Radius dem Abstand dieser Fläche von der Achse des Laufrades (12) entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt mindestens in tangentialer Richtung des Laufrades (12) sich in dessen radialer Richtung proportional zum Abstand von der Achse des Laufrades (1?-) vergrößert.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff eine derartige Flexibilität aufweist, daß der

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Körper (10) mittels eines den Durchlaß der Speiche (11) mit der Außenoberfläche verbindenden Schlitzes (17) auf die Speiche (11) aufschnappbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) als Hohlprofilkörper ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite Stege vorgesehen sind, welche sich bei Druck auf Bereiche, die, bezogen auf den Querschnitt, von der die Speiche (11) aufnehmenden Ausnehmung jenseits der Stege liegen, aneinander anlegen und bei weiter zunehmendem Druck den Schlitz (17) zum Durchlaß der Speiche (11) aufspreizen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Wandung in dem an der Speiche (11) anliegenden Bereich des Profils im wesentlichen konstant ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfenquerschnitt durch die Wandung des Hohlprofilkörpers derart gebildet wird, daß der gegenseitige Abstand der spiegelsymmetrischen Wandungteile (13, 14) in Richtung der Spitze

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(18) des Tropfens abnimmt und die Wandungsteile (13, 14; dort miteinander verbunden sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die spiegelsymmetrischen Wandungsteile (13, 14), im Querschnitt des Körpers (10), nach innen gerichte Erhebungen (20) in Form von Verdickungen aufweisen, deren Bereiche maximaler Erhebung (20) aneinander anliegen und den Durchlaß für die Speiche (11) von einem weiteren nahe der Spitze (18) des Tropfenquerschnitts gelegenen Hohlraum (16) trennen.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen selbstleuchtenden und/oder reflektierenden Werkstoff.