DE8914315U1 - bicycle - Google Patents
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Description
Zweiradbicycle
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweirad, vorzugsweise Rennrad, jnit einem aus zwei Kunststoffschalen bestehenden R &agr; "ranne &eegr;,The invention relates to a two-wheeler, preferably a racing bike, with a R &agr; "ranne &eegr; consisting of two plastic shells,
Aus der DE-OS 24 55 141 ist es ^s^nnt, bei einem Fahrrad mit einem in Schalenbauweise gefertigten Rahmen als Werkstoff für den Rahmen Kunststoff einzusetzen. Dadurch sollen u.a. niedrige Herstellkosten, leichtes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit erreicht werden. Ein in Schalenbauweise gefertigter Kunststoffrahmen hat jedoch den Nachteil, daß , j er nicht sehr stabil ist. Mit einer Erhöhung der Stabilität wäre wieder eine Gewichtszunahme verbunden, was gerade vermieden werden soll. Offensichtlich haben sich aus diesen Gründen Zweiräder mit in Schalenbauweise gefertigten Rahmen auf dem Markt nicht durchgesetzt.DE-OS 24 55 141 states that it is advisable to use plastic as the material for the frame of a bicycle with a shell construction. This is intended to achieve low manufacturing costs, light weight and corrosion resistance, among other things. However, a plastic frame made with a shell construction has the disadvantage that it is not very stable. Increasing stability would again result in an increase in weight, which is precisely what we want to avoid. For these reasons, two-wheelers with shell construction frames have obviously not been successful on the market.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweirad der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen RahmenThe present invention is based on the object of creating a two-wheeler of the type mentioned above, the frame
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\ bei einem sehr geringen Eigengewicht eine besonders hohe \ with a very low weight a particularly high
Stabilität hat.has stability.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge'öst, daß &igr; die Schalen aus Faserverbundkunststoffbauteilen bestehen.According to the invention, this object is achieved in that &igr; the shells consist of fiber-reinforced plastic components.
Als Faserverbundkunststoffe können kohlefaserverstärkte (CFK), aramidfaserverstärkte (AFK) oder glasfaserverstärkte (GFK) Kunststoffe eingesetzt werden. Zweckmäßig ist in besonders belasteten Bereichen eine Sandwichstruktur vorgesehen. Auch Leichtbaustoffe(z.B. PVC-Hartschau, Waben etc.) können zur Erhöhung der Stabilität eingesetzt werden. Mit Werkstoffen bzw. einer Werkstoffkombination dieser Art kann eine hohe Stabilität *ei geringem Gewicht erreicht ', ) werden.Carbon fiber reinforced (CFRP), aramid fiber reinforced (AFRP) or glass fiber reinforced (GFRP) plastics can be used as fiber reinforced plastics. A sandwich structure is useful in areas subject to particularly high loads. Lightweight materials (e.g. PVC rigid foam, honeycomb, etc.) can also be used to increase stability. With materials or a combination of materials of this type, a high level of stability can be achieved with low weight .
Die beiden Schalen bilden das obere und das untere Rahmenrohr, sowie den kompletten Hinterbau. Besonders vorteilhaft ist es, die bei einem herkömmlichen Fahrrad vorhandinen Hinterrohre» Hinterstreben und das Sattelrohr durch zwei Flächenabschnitte zu ersetzen, die Bestandteile der den Rahmen bildenden Schalen sind. Ein inThe two shells form the upper and lower frame tubes, as well as the complete rear section. It is particularly advantageous to replace the rear tubes, rear stays and seat tubes found on a conventional bicycle with two surface sections that are components of the shells that form the frame. A
dieser Weise ausgebildeter Rahmen kann in besonders einfacher Weise aerodynamisch geformt werden und ist deshalb - auch wegen des aerodynamisch geschlossenen Hinterbaues - für Rennräder besonders geeignet. Infolge der selbsttragenden Eigenschaften des Hinterbaues ist das Gewicht des Materials, das zur Abstützung des Rahmens auf dem Hinterrad erforderlich ist, gering.A frame designed in this way can be shaped aerodynamically in a particularly simple way and is therefore - also because of the aerodynamically closed rear section - particularly suitable for racing bikes. Due to the self-supporting properties of the rear section, the weight of the material required to support the frame on the rear wheel is low.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen: Further advantages and details of the invention will be explained using the exemplary embodiments shown in Figures 1 to 8. They show:
Figur 5Figure 5
figur 6figure 6
Figur 7Figure 7
Figur 8Figure 8
Seitenansichten des erfindungsaemäßen Rahmens.Side views of the frame according to the invention.
einen Schnitt durch das untere Rahmenrohr,a section through the lower frame tube,
einen Schnitt durch die Tretlagerhülse, a cut through the bottom bracket shell,
einen Schnitt durch die Flächenabschnitte, welche die Funktion der Hinterradstreben haben unda section through the surface sections that have the function of the rear wheel struts and
einen Schnitt durch die den Kettendurchbruch bildende Wölbung.a section through the curvature forming the chain breakthrough.
Die Figuren 1 und 2 zeigen Seitenansichten eines erfindungsgemäß gestalteten Rahmens 1, welcher aus zwei spiegelbildlichen Schalen 2, 3 besteht. Die übrigen Teile des als Ausführungsbeispiel dargestellten Rennrades sind entweder nicht dargestellt oder nur schematised angedeutet, wi.e z.B. die Räder 4 und 5. Das obere Rahmenrohr 6, das untere Rahmenrohr 7 und der geschlossen ausgebildete Hinterbau 8 bilden eineFigures 1 and 2 show side views of a frame 1 designed according to the invention, which consists of two mirror-image shells 2, 3. The remaining parts of the racing bike shown as an example are either not shown or only indicated schematically, such as the wheels 4 and 5. The upper frame tube 6, the lower frame tube 7 and the closed rear frame 8 form a
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dreieckförmige öffnung 9, welche in den beiden Schalen
2, 3 vorgesehen ist. In den Rahmen 1 ist eine gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnete zylindrische Führung
11 aus Leichtmetall integriert, welche zur Aufnahme des Lenkungslagers dient.Eine weitere Führung 12 dieser
Art ist im unteren Bereich des Rahmens 1 vorgesehen und dient der Aufnahme des Tretlagers.triangular opening 9, which in the two shells
2, 3 is provided. A cylindrical guide 11 made of light metal, which is inclined relative to the vertical, is integrated into the frame 1 and serves to accommodate the steering bearing. A further guide 12 of this
Type is provided in the lower part of the frame 1 and serves to accommodate the bottom bracket.
Im Bereich des nicht dargestellten Sattels ist ein abnehmbares Endstück 13 vorgesehen. Nach dem Abnehmen des Endstückes sind Sattelrohr- und Bremsaufnahme erreichbar. Aus Gründen der Gewichtsersparnis sind das Endstück13 und die im einzelnen nicht dargestellten Halterungen für dieses Endstück zweckmäßig so ausgebildet, daß das Endstück 13 mittragendeA removable end piece 13 is provided in the area of the saddle (not shown). After removing the end piece, the seat tube and brake mounts are accessible. To save weight, the end piece 13 and the brackets for this end piece (not shown in detail) are designed so that the end piece 13 also supports the load.
Die erfindungsgemäße Rahmengestaltung erlaubt den Anbau
handelsüblicher Anbauteile (Schalthebelaufnahme, Anlötsockel für den Kettenumwerfer usw.). Auch die der
Hinterachsaufnahme dienenden Bauteile (Ausfallenden 14)
sind zweckmäßig Anbauteile und bestehen aus Metall.The frame design according to the invention allows the installation of commercially available attachments (gear lever mount, brazing base for the derailleur, etc.).
The components serving as rear axle mounts (dropouts 14) are conveniently attached parts and are made of metal.
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Wegen des geschlossenen Hinterbaues ist ein Kettendurchbruch 15 erforderlich. Dieser wird gebildet von der Stirnseite einer lännnesireckten- sich etwa närällsl zur Kette erstreckenden Wölbung 16 im Hinterbau 8 (sfehe Figur 2). Diese Ausbildung trägt zusätzlich zur Stabilität bei.Because of the closed rear section, a chain opening 15 is necessary. This is formed by the front side of a long , rectangular curvature 16 in the rear section 8, which extends approximately parallel to the chain (see Figure 2). This design also contributes to stability.
Die Figuren 3 und 4 zeigen Schnitte durch das obere Rahmenrohr 6. Die Form des Querschnittes ist oval ausgebildet, wobei die längere Achse des ovalen Querschnittes in der Trennebene des Rahmens liegt. Dadurch ergibt sich eine hohe Stabilität bei vertikaler Belastung. Die Größe des Querschnittes nimmt vom Lenkkopf zum Sattel hin zu.Figures 3 and 4 show sections through the upper frame tube 6. The shape of the cross section is oval, with the longer axis of the oval cross section lying in the parting plane of the frame. This results in high stability under vertical loads. The size of the cross section increases from the steering head to the saddle.
Figur 5 zeigt einen Schnitt durch das untere Rahmenrohi entlang der Linie V-V. Der Schnitt ist tropfenförmig gestaltet, was für die Aerodynamik des Zweirades besondere Bedeutung hat. Zur Erhöhung der Stabilität ist ein Längssteg 17 vorgesehen, der über Klebewinkel 18 mit den Schalen 2, 3 Verbunden ist. Dadurch entsteht ein mehrzelliges geschlossenes System mit hoher Stabilität.Figure 5 shows a section through the lower frame tube along the line V-V. The section is drop-shaped, which is particularly important for the aerodynamics of the two-wheeler. To increase stability, a longitudinal web 17 is provided, which is connected to the shells 2, 3 via adhesive angles 18. This creates a multi-cell closed system with high stability.
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Figur 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VI - VI in Figur 1. Die Anbindung der Tretlagerhülse 21 sowie der Lenkungslagerhülse 11, welche zweckmäßig aus einem Leichtmetall bestehen, erfordern zum Rahmenwerkstoff (CFK)einen (~ Korrosionsschutz. Zwischen dem Werkstoff des Rahmens (CFK) und beispielsweise Aluminium besteht ein elektrisches Spannungsgefälle und somit ist die Gefahr der Spannungskorrosionen gegeben. Diese wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch verhindert, daß sich zwischen der Tretlagerhülse 21, der Lenkungslagerhüise 11 und/oder dem Rahmenwerkstoff (CFK) eine Korrosionsschutzschicht 22 befindet. Diese besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK).Figure 6 shows a section along the line VI - VI in Figure 1. The connection of the bottom bracket sleeve 21 and the headstock sleeve 11, which are expediently made of a light metal, require a (~ corrosion protection for the frame material (CFRP). There is an electrical voltage gradient between the material of the frame (CFRP) and, for example, aluminum and thus there is a risk of stress corrosion. According to the present invention, this is prevented by the fact that there is a corrosion protection layer 22 between the bottom bracket sleeve 21, the headstock sleeve 11 and/or the frame material (CFRP). This consists of glass fiber reinforced plastic (GRP).
Der in Figur 7 dargestellte Schnitt durch den Hinterbau 8 zeigt, daß zur Erhöhung der Stabilität von einer Sandwichbauweise Gebrauch gemacht wird. !Bestandteile der Rahmen 2, 3 sind die Flächenabschnitte 23 bzw. 24, die sich seitlich vom nicht dargestellten Hinterrad erstrecken .und die Hinterrohre, Hinterstreben sowie das Sattelrohr ersetzen. Parallel zum Umfang des Hinterrades erstreckt sich ein Steg 25, der mit Hilfe der Klebewinkel 26 an den Innenseiten der Flächen-The section through the rear frame 8 shown in Figure 7 shows that a sandwich construction is used to increase stability. !Components of the frames 2, 3 are the surface sections 23 and 24, which extend laterally from the rear wheel (not shown) and replace the rear tubes, rear struts and the seat tube. A web 25 extends parallel to the circumference of the rear wheel, which is attached to the inside of the surface using the adhesive angles 26.
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abschnitte 23» 24 befestigt ist und damit die Torsioni.-steifheJt des Hinterbaues erhöht* Das Oberrohr 6, Unterrohr und der Hinterbau* vom Tretlager bis zur Sattelaufnahme, ^- bilviR einen Ver«i<idungssteifen, in sich geschlossenen.sections 23» 24 and thus increases the torsional stiffness of the rear frame. The top tube 6, down tube and the rear frame from the bottom bracket to the saddle mount form a self-contained reinforcement stiffener.
mehrzelligen Torsionskasten.multi-cell torsion box.
Zur Realisierung der Sandwichbauweise sind zwei voneinander beabstandete Schichten 27, 28 aus kohlefaserverstärktem Kunststoff vorgesehen. Zwischen diesen Schichten befindet sich ein die Stabilität erhöhender Leichtwerkstoff 29. Dieser kann beispielsweise aus PVC-Hartschaum bestehen oder eine Wabenstruktur (Aluminium, Papier, PVC &ogr;.dgl.) haben. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Flächenabschnitte 23, 24 Verv ; Stärkungen 31 aufweisen, die sich entlang der Hauptkraftrichtungen des Hinterbaues 8 erstrecken.To implement the sandwich construction, two spaced-apart layers 27, 28 made of carbon fiber reinforced plastic are provided. Between these layers there is a lightweight material 29 that increases stability. This can consist of, for example, PVC rigid foam or have a honeycomb structure (aluminum, paper, PVC &ogr;, etc.). It is particularly useful if the surface sections 23, 24 Verv ; have reinforcements 31 that extend along the main force directions of the rear structure 8.
Zur Verbesserung der Stabilität ist auch der Steg 25 ein Sandwichbauteil der beschriebenen Art. Dieses' gilt auch für \ den in Figur 5 dargestellten Steg 17, welcher sich durch das untere Rahmenrohr 7 erstreckt.To improve stability, the web 25 is also a sandwich component of the type described. This also applies to the web 17 shown in Figure 5, which extends through the lower frame tube 7.
■ » * &Lgr; &Lgr; ■ » * &Lgr;&Lgr;
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Figur S zeigt einen Schnitt durch die Wölbung 16 entlang der Linie VIII - VIII in Figur 2. Die Wölbung &Idigr;6 Midet im Bereich ihrer Stirnseite den Kettendurchbruch ,5. Die Wölbung r_ 16 befindet sich im Flächenabschnitt 24, der - wie zur Figur 7-beschrieben - xü ei-ier Sandwichbenweise ausgeführt ist. Im Bereich der Wölbung 16 litzen die gyßeren Schichten 27- 2c unmittelbar aufeinander und sind nach außen hervorgewölbt. Durchbrüche jeglicher Art bedeuten eine Strukturschwächung. Diese Art des Xettendurchbruches ist^ln der Lage, die am Rahmen auftretenden Kräfte optimal und ohne Festigkeitseinbußen in die Sandwichstruktur abzuleiten.Figure 5 shows a section through the curvature 16 along the line VIII - VIII in Figure 2. The curvature 16 has the chain break 5 in the area of its front side. The curvature 16 is located in the surface section 24 which - as described for Figure 7 - is designed in a sandwich structure. In the area of the curvature 16 the gray layers 27-2c lie directly on top of one another and are curved outwards. Breaks of any kind mean a weakening of the structure. This type of chain break is able to optimally transfer the forces occurring on the frame into the sandwich structure without any loss of strength.
Die beiden Schalen 2, 3 sind, wie aus den Figuren 3 bis 5 {) und 7 ersichtlich, miteinander verklebt, und zwar mit Hilfe von innen liegenden. Klebewinkeln 32. Nach dem Zusammenfügen der Rahmenschalen 2, 3 ist es sinnvoll, die entstandenen Hohlräume auszuschäumen, wodurch dröhnende Geräusche vermieden werden können.The two shells 2, 3 are glued together, as can be seen from Figures 3 to 5 () and 7, using internal adhesive angles 32. After joining the frame shells 2, 3, it is advisable to fill the resulting cavities with foam, which can prevent booming noises.
Wie bereits eingangs erwähnt, besteht der Rahmen aus einer Kombination unterschiedlicher Faserverbundwerkstoffe. SoAs already mentioned at the beginning, the frame consists of a combination of different fiber composite materials.
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wird die Kohlefaserstruktur zur I>höhung der Schlagzähigkeit und damit dem "Damage affer impact-Verhalten" mit einem Kevlarfaser-Läminat überzogen. Die Schadenstoleranz., z.B. nach einem Unfall, wird damit wesentlich verbessert. Zu-( ) sätzlich wird an kritischen Punkten, wie z.B. dem Lenkkopf und dem Tretlagerbereich, die Außenstruktur mit einem dünnen Glaslaminat versehen. Diese Glaslaminatschichten dienen, bei unlackiertem Rahmen auftretende Schäden durch "Weissfärbung" des Laminats anzuzeigen. Des weiteren unterstützt die Glasfaser die Schadenstoleranz positiv und kann gleichzeitig auch als "Verschleißschicht" z.B. bei Stürtzen betrachtet werden. Ein weiterer Vorteil dieser Faserverbundtechnologie besteht darin, daß am Rahmen auftretende Schäden reparierbar sind.The carbon fiber structure is coated with a Kevlar fiber laminate to increase impact resistance and thus the "damage after impact behavior." This significantly improves damage tolerance, e.g. after an accident. In addition, the outer structure is covered with a thin glass laminate at critical points, such as the steering head and the bottom bracket area. These glass laminate layers serve to indicate damage that occurs in unpainted frames by "whitening" the laminate. The glass fiber also supports damage tolerance and can also be considered a "wear layer" at the same time, e.g. in the event of a fall. Another advantage of this fiber composite technology is that damage that occurs to the frame can be repaired.
Claims (23)
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