EP4025437A1 - Laufrad für ein fahrrad - Google Patents

Laufrad für ein fahrrad

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Publication number
EP4025437A1
EP4025437A1 EP20771783.6A EP20771783A EP4025437A1 EP 4025437 A1 EP4025437 A1 EP 4025437A1 EP 20771783 A EP20771783 A EP 20771783A EP 4025437 A1 EP4025437 A1 EP 4025437A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rim
spoke
spokes
flank
impeller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20771783.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günther Wilhelm BORUTTA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Borutta Guenther Wilhelm
Original Assignee
Borutta Guenther Wilhelm
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Borutta Guenther Wilhelm filed Critical Borutta Guenther Wilhelm
Publication of EP4025437A1 publication Critical patent/EP4025437A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B5/00Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material
    • B60B5/02Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material made of synthetic material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B1/00Spoked wheels; Spokes thereof
    • B60B1/003Spoked wheels; Spokes thereof specially adapted for bicycles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60B1/00Spoked wheels; Spokes thereof
    • B60B1/02Wheels with wire or other tension spokes
    • B60B1/04Attaching spokes to rim or hub
    • B60B1/041Attaching spokes to rim or hub of bicycle wheels
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
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    • B60B21/06Rims characterised by means for attaching spokes, i.e. spoke seats
    • B60B21/062Rims characterised by means for attaching spokes, i.e. spoke seats for bicycles
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    • B60B21/066Rims characterised by means for attaching spokes, i.e. spoke seats the spoke mounting means being located on a flange oriented radially and formed on the radially inner side of the rim well
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    • B60B2360/34Reinforced plastics
    • B60B2360/341Reinforced plastics with fibres
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    • B60B2360/30Synthetic materials
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    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B27/00Hubs
    • B60B27/0047Hubs characterised by functional integration of other elements
    • B60B27/0052Hubs characterised by functional integration of other elements the element being a brake disc

Definitions

  • the invention relates to a wheel based on fiber composite materials for a bicycle, with a hub, a number of spokes and a rim made from fiber composite materials and a manufacturing method for such a wheel.
  • Impellers or wheel sets consist i. d. Usually from a front and a rear wheel. Basically, an impeller is constructed point-symmetrically or radially symmetrically and comprises at least the following components: A hub is located radially on the inside, which is ring-shaped surrounded by a rim, with a variable number of spokes stretched between the hub and the rim as a tension-loaded connection. A hub denotes a sleeve-shaped center piece of a wheel close to the axis, through which an axis runs around which the impeller rotates. Impellers come in different shapes, in different qualities, with varying weights and in different materials, such as: B. aluminum or fiber composite, d. H. Carbon i. S.
  • a wheel with a rim and a hub and a device, namely a spoke, for connecting the rim to the hub is known, the spoke traversing a connection reinforcement of the rim and thereby on a rim core or a rim wall is glued on.
  • the spoke must at least be threaded through the connection reinforcement or pierce it.
  • EP 2 821 331 A1 a manufacturing method for running wheels made of fiber composite materials is known, in which both the rims and the spokes are made of fiber composite materials. In it, the spokes are laboriously threaded into the rim by means of holes made in the rim and there glued or glued on the inside of the rim or a rim flank of the rim with adhesives.
  • a first impeller according to the invention comprises a hub or wheel hub in the center of the impeller.
  • the hub is rotatable about an axis via which it is connected to at least two bearings.
  • the orientation of the axis of the hub is described as an axial direction of the impeller, the direction of rotation around the axial direction is defined as the impeller direction or azimuthal direction (azimuthal direction).
  • the respective direction of the impeller radially outwards or inwards is referred to below as the radial direction, as is usual for rotationally symmetrical bodies.
  • the respective components are always described with regard to their intended condition in the impeller and the resulting directions.
  • the impeller further comprises a number of spokes.
  • Spokes are strut-like connecting parts which are arranged between the aforementioned hub, to which they can be conventionally attached, and a rim of the wheel, which will be explained below. They are positioned all around in the impeller in such a way that they radiate out from the hub essentially radially outwards and evenly support the rim of the wheel, which extends circularly azimuthally around the hub.
  • the spokes which are evenly distributed all around, distribute the forces acting on the wheel in an advantageous manner in the wheel.
  • the impeller includes a rim made of fiber composite materials.
  • Fiber composite materials or materials consist in principle of two main components, namely of reinforcing fibers and an embedding matrix or a composite, i.e. the filler or adhesive between the fibers.
  • glass, carbon or (carbon) carbon, ceramic, aramid, boron, basalt or natural fibers are used as fibers.
  • the matrix is essentially divided into two groups, namely fiber-plastic composites and others.
  • fiber-plastic composites a distinction is made between polymers such as thermosets, elastomers or thermoplastics, and biopolymers, i.e. H. biodegradable composite materials based on renewable raw materials.
  • the group of others are e.g. B. cement and concrete, metals, ceramics or carbon fiber reinforced carbon (CFC). With such fiber composite materials, for example, compared to aluminum or the like, significant weight savings can be made.
  • the rim according to the invention has two rim flanks as legs and a rim base as a stabilizing cross connection between the legs. In the finished state, this results in an almost closed rim enclosing an interior cavity.
  • the rim flanks of the rim can also be described as two lateral boundary surfaces of the rim, which span an annular surface in the radial and azimuthal direction, which on top of that extends bent in a third direction, namely the axial direction, that a curved outer shell, more precisely a "Hyperbolic paraboloid shell" is created.
  • the rim flanks come together in abutment along mutually facing radially inner edges of the boundary surfaces, specifically in a central plane to which the axis of the wheel is perpendicular.
  • the converging edges or abutting edges usually form the radially innermost part of the rim.
  • the rim flanks arched between the longitudinal edges run symmetrically apart along a, for example, essentially parabolic, V-shaped or U-shaped curvature, ie proportionally in the radial and axial directions outward to a radially outermost part of the rim.
  • the outermost part is the rim base.
  • the rim receives the air-filled tire, which can be pulled onto the rim for this purpose.
  • the rim comprises a number of recesses in the rim flanks for - in the assembled state - the radial passage of the spokes through the rim.
  • Recesses generally denote those recesses or openings that are located on the edge or on the edges of a component, that is to say are open at least on one side or are not enclosed on all sides by the component.
  • the recesses according to the invention are implemented in the rim flanks, for example, in such a way that they begin at those edges of the rim flanks which form the later butted butted edges of the rim flanks in the finished state of the wheel or after assembly.
  • the recesses can therefore also be referred to as slot-shaped incisions or access points starting from the respective abutting edge.
  • the spokes can therefore, according to the invention, be inserted or spoked into the recesses of a rim flank from an axial direction of the impeller.
  • the struck state i. H.
  • the abutting edges of the rim flanks then mutually seal the respective recesses so that the spokes are enclosed in openings in the rim flanks that are closed all around.
  • the spokes are thereby held in position in the rim, as is known from practice.
  • the construction according to the invention therefore enables the spokes to be inserted into the rims in principle from an axial instead of a radial direction, thus allowing the components of the impeller to be manufactured in the manner of a layered layering in the axial direction.
  • the invention enables a predominantly machine, in particular almost fully automatic production of the impeller in a layer structure.
  • a second wheel according to the invention for a bicycle comprises - like the above first impeller according to the invention - a hub, a number of spokes and a rim made of fiber composite materials.
  • the rim also has two rim flanks and a rim well.
  • the second wheel comprises a spoke rib.
  • It is characterized by outer, usually convex contact surfaces, the profile of which, usually a curvature, is adapted to an inner profile of the rim.
  • the outer dimensions of the spoke rib thus correspond to a short rim section, namely viewed in cross section through the rim, but not necessarily with the rim base.
  • the spoke rib as a rim section is reduced in size or fitted relative to the rim in such a way that it fits inside the rim between the rim flanks and the rim base.
  • At least one spoke can be attached to the spoke rib without penetration.
  • the spoke rib is used for a penetration-free, for example flat fastening of a radially outer spoke end in the rim.
  • the spoke can be fastened directly to the spoke rib and only glued together with the spoke rib and thus indirectly drawn against the rim.
  • the spoke rib represents, as it were, an anchor section of the rim-side end of a spoke, in that it offers the possibility of fastening the spoke in or on it without penetration, for example by gluing, welding or the like.
  • Spoke ribs can therefore be used to securely fasten spoke ends of almost any shape in the rim. Since the flat fastening by means of a spoke rib does not take place exclusively or directly on the rim flank as a potential stress point of the rim flank, the spoke end fastened in the spoke rib can have almost any shape as well as any material suitable for spokes, without any disadvantages in terms of adhesion or Durability of the attachment of the spoke in the rim arise. In addition to fiber-reinforced plastic, the spoke can therefore conventionally consist of metal, for example.
  • the arches of the spoke rib which are adapted to the inner profile of the rim, are structurally and functionally decoupled from the non-penetrating spoke and the shape of the spoke end. Regardless of this, the bulges offer a generous contact area, which prevents a spoke from being torn out of the rim.
  • the contact area of the spoke rib to the rim is significantly larger in relation to a glue spot of a thin spoke in a hole in the rim flank or in a core of the rim according to the prior art. Tests with the types of fastening according to the prior art have shown that they can withstand significantly less tensile force on the spoke or tension force on the spoke.
  • the second impeller according to the invention is basically independent of the first impeller according to the invention. Since the material of the rim flanks can still be flexible at this point in time of manufacture, it can be placed around or on the spokes in the area of the abutting edges of the first and second rim flanks in the center of the rim or slightly molded in order to embed the spokes as tightly as possible. For this purpose, spokes with a flat, at least in the region of the rim, z. B. elliptical spoke cross-section can be used.
  • a spoke in a first manufacturing step, can be fastened or attached to the spoke rib without penetration, and in a subsequent manufacturing step the spoke rib unit with at least one spoke can be inserted from an axial direction into a recess in a rim flank of the rim and connected to the rim. Both the fastening of the spoke to the spoke rib and the precisely positioned insertion of the unit of spoke rib and spoke into the rim can be automated.
  • a particular advantage of the combination of the constructions of the first and second impellers according to the invention is that the recess in the rim flank for the spoke can be closed again directly when the spoke rib is inserted into the rim flank.
  • the spoke rib provides a stable substructure or additional layer within the Rim for a local reinforcement of the rim in the area of the recess, so that there a weakening of the rim that may have arisen as a result of the recess is more than compensated for.
  • a cut can easily be made in the rim flank, which locally interrupts the fiber flow of the fiber composite material without resulting in disadvantages for the rim in terms of durability or stability or strength.
  • a method according to the invention for producing the above wheel which consists at least partially of fiber composite materials, with an at least three-part rim with a first and a second rim flank and a rim well, a number of spokes and a hub, comprises at least the following steps:
  • an essentially arbitrary number of spokes is connected to a first rim flank.
  • Each spoke is linked or connected to a radially outer spoke end on a later inner side of the rim flank, preferably at least in the vicinity of a joint edge, in a fixed and permanent manner.
  • the first rim flank can lie in a horizontal working plane with its inside facing up.
  • the spokes can then be placed in the desired position from above on the first rim flank. Since the rim flank can be identical on the front and back at this point in time, any flat side of the rim flank can in principle be selected as the inside here. Gluing or welding, for example, can be selected for the connection in order to hold the spokes and the rim flank in position relative to one another.
  • the second rim flank can be connected with spokes in parallel or afterwards.
  • the rim well is inserted into the first rim flank or also placed onto the first rim flank from above.
  • the inside of the rim flank previously selected for fastening the spokes consequently serves as the insert surface of the rim bed.
  • at least one outer leg surface of the rim bed facing the first rim flank can be wetted with adhesive as an adhesive surface and / or an edge area of the first rim flank assigned to the leg surface on the mutually facing contact surfaces.
  • the second rim flank is placed on the first rim flank and on the rim bed, so that the spokes and the rim bed are then at the correspondingly provided positions between the Rim flanks are located.
  • the material of the rim flanks can still be flexible and can be placed around or on the spokes in the area of the abutting edges of the first and second rim flanks in the center of the rim, or lightly molded in order to embed the spokes as tightly as possible.
  • spokes with at least in the region of the rim flat, z. B. elliptical spoke cross-section can be used.
  • the positions of the spokes can be determined almost as desired by means of the positions of cutouts on the abutting edges of the rim flanks by inserting the spokes into the cutouts.
  • Steps A) to C) allow the impeller to be manufactured from a horizontal working plane in a layered structure.
  • a first layer is the first rim flank, in which the spokes and the rim well are inserted as a second layer.
  • a third layer is the second rim flank, which can be connected with spokes beforehand and in the same way as the first rim flank.
  • a number of recesses preferably in the form of slot-shaped incisions, according to the number of spokes, can be made in the rim flanks, particularly preferably cut and / or milled, in order to allow the eccentric insertion of a spoke, in particular outside the center of the rim to allow in the recesses of the rim flank.
  • the inventive construction of the impeller can save weight compared to conventionally produced impellers and still achieve an advantageously stable construction. It is particularly advantageous that the stiffness of the impeller can thus also be adapted during manufacture, in that the spokes can be arranged off-center with respect to the center of the rim.
  • the construction according to the invention also only opens up the previously described manufacturing method for the impeller, which can be carried out in a particularly simple and cost-effective manner by machine and almost fully automatically.
  • Either all the recesses can be spaced from one another by means of any size recess-free sections of the rim.
  • the spacing can be chosen to be uniform, uneven, or at least in pairs, depending on the number of spokes, depending on the desired lacing pattern.
  • At least two recesses can be arranged adjacent to one another in pairs, that is to say for example in the immediate vicinity of one another.
  • Immediate proximity means that the distance between the adjacent pairs in the azimuthal direction is reduced, in particular by more than half the distance to the next cutout of the closest cutout pair.
  • Adjacent cutouts can particularly preferably adjoin one another at least in pairs.
  • two recesses that are assigned to one another or that are adjacent to one another can directly and directly adjoin one another or lie next to one another, so that the recesses merge into one another when the abutting edges of the rim flanks are joined.
  • Such adjoining recesses can be, for. B. at at least one point of contact, namely at one of their corners or at least in sections on at least one edge, so that they overlap in the azimuthal direction in the center of the rim. This is particularly useful when using a spoke rib according to the invention, as will be explained further below.
  • the cutouts can only be made on or in an abutting edge in a rim flank.
  • the cutouts can be formed in different or the same number on both abutting edges of the rim flanks.
  • the recesses can be implemented alternately in the abutting edges of both rim flanks, i.e. H. Recesses that are adjacent to one another or that follow one another in the azimuthal direction of the rim are initially located in one and then in the other rim flank.
  • the recesses extend from the center of the rim in the direction of the rim well at least to such an extent that they allow the spokes to be essentially axially inserted or spoked orthogonally to their longitudinal direction from a side in the center of the rim to the opposite side of the recess, i.e. H. essentially in the axial direction of the impeller. In the spoked state, the spokes thus run radially through the rim.
  • the recesses z. B rectangular, strip-shaped, round or oval and extend in addition to the transverse direction or axial direction along the rim in the circumferential direction of the impeller or azimuthal direction.
  • An extension of a Recess in the transverse direction of the rim is referred to as the "length of the recess” (or also depth).
  • a dimension of the recess extending perpendicular to this in the azimuthal direction of the rim is defined as the “width of the recess”. This is because the recesses can primarily be designed larger or longer in the transverse direction of the rim than they are wide in the circumferential direction, as will be described below for asymmetrical lacing.
  • two recesses together can jointly enable the insertion of a spoke, in that the recesses are formed exactly opposite one another in each case in both rim flanks and with respect to the rim center.
  • the recesses can be formed in equal parts, that is to say 50% each in both rim flanks, in order to jointly form the cutout required for inserting a spoke. Alternatively, they can be arranged asymmetrically with respect to the center of the rim, so one of the recesses can account for, for example, 60%, 75% or 90% of the necessary axial dimension of the spoke, with the other recess accounting for the remaining 40%, 25% in length. or 10% of the total recess. Recesses in the rim, the length of which, viewed individually, is smaller or, viewed together, equal to the associated or assigned axial dimension of the spoke, allow the spokes to be arranged centrally or almost centrally in the rim, viewed in the axial direction.
  • dimensioning of the recess in the axial direction can comprise a multiple of an axial thickness or an axial diameter of a cross section of the spoke. This is useful in order to be able to position the spokes further outward than conventionally seen in the axial direction. Such positioning of the spokes away from the center of the rim increases the rigidity of the rim. With the same rigidity, a rim can consequently be dimensioned weaker, which means that its weight can be reduced.
  • the remaining part of the recess which is not filled by the spoke in the properly arranged state of the spoke, can advantageously be closed or filled with a filler, for example adhesive.
  • the filler also fixes the spoke in place. It also prevents moisture from penetrating.
  • the recesses for. B. in a decentralized, d. H. eccentric spoke, viewed from the center of the rim in the direction of the rim bed, extend over at least 30%, 40%, 50%, or at least 75% of an axial flank length of the rim flank of the rim.
  • This has the advantage that the spokes are offset axially outwards from the center of the rim, i. H. eccentrically, so that the spokes can be oriented or arranged at a steeper angle to the center of the rim or to a plane of rotation or extension of the wheel, at least if they are arranged diagonally through a plane of extension of the wheel on the opposite side of the hub . Because the larger the angle, the more rigidity the impeller has, the more stable it is.
  • the cutouts on the abutting edges of the rim flanks can each be dimensioned to be the same size and shape. This is particularly useful in the case of symmetrical lacing, i.e. H. In the case of a lacing, in which the "right" and “left” spokes of the wheel are arranged in the rim when looking in the direction of movement of the wheel with an identical distance to the center of the rim and at the same angle to the plane of extension of the wheel.
  • the cutouts can be designed to be of different sizes with respect to each other in the case of two azimuthally successive spokes.
  • a spoke that is asymmetrical with respect to the center of the rim can be implemented.
  • It is particularly suitable for the arrangement of a pinion set or ring gear on rear wheels.
  • the recesses can be of different sizes or lengths, viewed in the axial direction.
  • the recesses can also be shaped differently because they are not assigned to exactly one or more spokes.
  • one of the recesses of two azimuthally successive and immediately adjacent spokes can receive a first spoke completely and the second spoke in addition partially, while the other recess only receives the remaining part of the second spoke.
  • the arrangement of the recesses on the abutting edges of the rim flanks can therefore serve almost any spoke pattern for the spokes.
  • the number of recesses can, but does not necessarily have to, correspond to the desired number of spokes.
  • the lacing pattern determines the azimuthal positioning of the recesses, whereas the azimuthal extension or width of the recesses along the abutting edges is regularly defined by a maximum azimuthal dimension of the spokes.
  • the azimuthal width results from a spoke arranged as intended.
  • an axial length or depth of the recesses is determined by a distance between the spokes and the center of the rim, i. H. by a central or eccentric arrangement or the degree of the eccentric arrangement of the spokes in the rim flanks.
  • Each outer convex contact surface of the spoke rib is designed to bear against an inner, regularly concave flank surface of the rim flank.
  • a recess can be formed in at least one contact surface. It is used to attach the radially outer spoke end of a spoke, for example by gluing or welding.
  • the convex contact surface of the spoke rib is designed and dimensioned in such a way that, when the spoke rib equipped with a spoke is inserted, it clings flat to a concave flank surface of the rim flank.
  • the spoke then runs, viewed radially outward, through the recess in the rim into the interior of the rim, in which it possibly rests or rests on the end face of the spoke rib without crossing the spoke rib. So it's a blind one Countersunk or submerged fastening of the spokes inside or inside the convexly curved contact surface of the spoke rib, without the spokes having to be fastened directly to the rim flank or to a core in the rim.
  • a fitting nose protruding above or beyond the curved or arched plane of the contact surface can be formed on the spoke rib.
  • the fitting nose can protrude flat, for example in a ramp shape, over the curved plane of the remaining spoke rib. It is dimensioned in such a way that, in the assembled state, it engages in a section of the recess that is not filled by the spoke. Since it also fits exactly into the recess in the azimuthal direction, it can also serve as a positioning aid for the spoke rib in the rim flank. It can thus facilitate the precisely positioned assembly of the spoke rib and thus the spoke attached to it in the rim flank, which favors machine production.
  • the fitting nose can preferably fill the unfilled section of the recess completely and terminate flush with a convex outer surface of the rim. When viewed from the outside, the rim can then also form an undisturbed surface in the area of the recess.
  • the spoke rib can preferably be equipped with a support surface for the rim well on a rear side of the recess facing away from the contact surface.
  • the support surface of the spoke rib serves as a positioning aid or radial stop for the rim bed, which specifies the exact positioning of the rim bed, so that there is no longer any need for costly control or checking of the position. Since the spoke rib also serves as a positioning aid for the second rim flank when it is placed, it can slide into its intended position almost by itself.
  • the rim base can preferably describe an arc curved convexly towards the cavity, ie it can form a trough.
  • the rim well can represent a curved "M" open towards the hub, in which a tubular tire of the wheel can be arranged.
  • the shape of the rim base can be designed deeper in the shape of a channel, ie more like a “U”.
  • a spoke can have an integrally formed spoke head for fastening the spoke in the rim.
  • the spoke can comprise a spoke rib formed thereon for contact with an inner concave flank surface of the rim flank.
  • a spoke made of fiber composite materials can be formed with an integrally formed, in particular embedded, metallic thread on the radially inner spoke end for fastening the spoke to the hub.
  • the spokes can be tensioned particularly simply and more firmly than with a direct attachment to the rim flank or to a core according to their task or purpose for stabilizing between the rim and the hub as a tensile stress connection under high tensile stress.
  • the spokes can be round, oval, flat or wave-shaped in cross section, for example. Preferably they can be designed aerodynamically, i. H. offer as little air resistance as possible due to their shape and / or arrangement.
  • At least one transverse edge of the recess which runs largely parallel to the abovementioned abutting edge of the recess, can be adapted to a cross-sectional shape of a spoke used, that is to say e.g. B. semicircular or semi-oval.
  • a spoke used that is to say e.g. B. semicircular or semi-oval.
  • the spoke located in the recess can lie tightly against the transverse edge on its side facing the transverse edge.
  • the recess on the one hand and the spoke rib on the other hand can be adapted to the cross-sectional shape and dimensions of the spoke in such a way that it is integrated into the rim with as few gaps as possible and with little joint formation.
  • spokes can be incorporated into the impeller according to the invention, for example spokes with a reinforced curved part and a diameter that remains the same over the remaining length, so-called thickening spokes (ED), or those whose central part of the spoke is thinner and both ends of which have the same diameter have, so-called double-thick spokes (DD), or the so-called 3D spokes, which apart from the head have three different diameters, or knife, saber, or aero spokes. Only the shape and / or size of the recess in the spoke rib and, if necessary, that of the recess need to be adapted. Also spokes of very different materials, i.e. those made of stainless steel, steel, aluminum, Titanium or carbon fiber can be integrated into the wheel according to the invention as an anchor section on the rim side thanks to the spoke rib.
  • the impeller in order to reduce the weight, can comprise a hub made of fiber composite materials with a number of openings for fastening the spokes.
  • at least one fastening ring made of fiber composite materials can be implemented around the bearings of the hub.
  • the bearings can advantageously be firmly embedded in fiber composite material or fiber composite materials, so that a first inner rotatable bearing part can be rotated about the impeller axis of the hub against an outer bearing part embedded or anchored in the fastening ring.
  • the openings for fastening the spokes in the hub can each be made in at least one radially outer circular ring of the fastening ring.
  • the impeller can be designed or equipped with a metallic disc holder embedded in the hub, preferably with a 6-hole disc holder or center lock disc holder for a disc brake.
  • the impeller according to the invention can thus offer an interface for a conventional disc brake, so that existing brake systems can be used without the need for adaptation.
  • the two rim flanks of the rim can be tightly butted together to form a rim base. According to an alternative embodiment of the invention, they can at least partially overlap or overlap.
  • the recesses for the spokes continue to start centrally within the rim base at the center of the rim and extend from there into the two rim flanks.
  • the rim flanks can enclose or double a separate, inner rim base on the outside.
  • the inner rim base can be a leading edge located within the rim flanks and predominantly in the area of the abutting edges of the rim flanks, which additionally functions as a sealing inner layer.
  • the rim flanks in the manufacturing process according to the invention with conventional adhesives, such as. B. Epoxy-based adhesives connected.
  • the rim can have transverse reinforcement in order to further strengthen the impeller, in particular in the transverse or axial direction.
  • the transverse reinforcement runs azimuthally between the rim flanks, radially within the rim well and quasi parallel to it. It can also have a wave-shaped design and in any case ensures a higher compressive strength of the rim in the axial direction and thus more stability and rigidity of the impeller as a whole.
  • the transverse reinforcement e.g. B. also run azimuthally as part of the same directly between the radially inwardly pointing legs of the rim well. This creates space for the arrangement of further stabilizing stiffeners in the rim in the cavity radially inside the rim well between the rim flanks, i. H. where, for example, the spoke ribs can also be arranged.
  • the rim is also constructed like a kind of box spar. Compared to a solid (solid core) rim, it is significantly lighter and more elastic, but at the same time sufficiently stable and pressure-resistant.
  • the impellers can be provided or formed for this purpose, for example, with a web or a transverse rib.
  • the transverse rib running axially and radially, e.g. as a framework or framework, stiffens the rim in a wedge shape between the rim flanks.
  • the transverse rib can therefore, for. B. be introduced or installed directly between the rim flanks as a cross connection below the rim well and together with the rim flanks form a type of H-beam.
  • transverse ribs could be built into the rim in the circumferential direction in order to achieve the most uniform possible rigidity of the rim.
  • You could e.g. B. each be arranged in the vicinity of two adjacent recesses.
  • the frame construction known in principle from shipbuilding, thus improves stability while saving weight, e.g. B. compared to rims with solid core.
  • the transverse rib in the spoke rib can be designed as a kind of vertical wedge between its contact surfaces or depressions and contribute to further increasing its stability and thus also that of the rim of the wheel.
  • the transverse rib thus supports the inner surfaces between the contact surfaces of the spoke rib against one another. Compared to a spoke rib that is solidly or completely filled with material, this construction saves a lot of weight.
  • the impeller according to the invention can be produced, for example, as follows: The rim flanks, including their recesses, as well as all other components made of fiber composite materials are first cut by computer, milled etc.
  • prepregs from mats made of pre-impregnated carbon fibers, the so-called prepregs, before step A) two completely circular outer shells or, for manufacturing reasons, also consist of several circular ring sections which are only assembled to form a circular ring during assembly.
  • a first rim flank is then applied to a negative mold or assembly mold and is wetted with adhesive at least at the contact points with other subsequent components such as the spoke ribs and the rim base.
  • leading edge sections e.g. B. also cut from prepreg mats and positioned in the areas between the subsequently inserted spoke ribs.
  • step A) several of the prefabricated spoke ribs, that is to say each glued to at least one spoke, are positioned with the fitting lugs as a positioning aid in the recesses of the rim flank.
  • the spoke ribs hold the optional leading edge in place.
  • step B) the rim bed is inserted, which in turn holds the spoke ribs in position or is held in position by the spoke ribs.
  • a transverse reinforcement between the rim flanks and / or a leading edge to connect the two rim flanks to the first rim flank e.g. B. in indentations provided for this purpose in the curved contact surfaces in the spoke rib, inserted and glued.
  • step C) the second rim flank is placed on the previously described components, which are again wetted with adhesive for this purpose, after they have been produced in the manner described for the first rim flank. Now a second part of the assembly form is put on as a closing cover.
  • step D) the rim is connected to form an associated part and cured using the usual methods, for example in an autoclave with vacuum, hydraulic pressing or using screw clamps or the like.
  • step D) the hub can be positioned in the center of the rim and the spokes can be braced on the hub, for example screwed for bracing.
  • the invention thus enables the impeller to be manufactured in layers, in particular by axially inserting the spokes perpendicular to their longitudinal extension into the first rim flank up to a spoke position provided as intended. This considerably simplifies the manufacturing process, since the assembly of the impeller according to the invention can be carried out largely by machine, in particular almost fully automatically.
  • Figure 1 is a perspective, partially sectioned view of an embodiment of an impeller according to the invention
  • FIG. 2 shows a hub of the impeller according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a spoke in a recess in a rim flank of the impeller according to FIG.
  • FIG. 4 shows a perspective, partially sectioned view of a rim of the impeller according to FIG. 1,
  • Figure 5 is a perspective view of the spoke rib according to Figure 4,
  • FIG. 6 shows an exploded view of a section of the impeller according to FIG. 1,
  • FIG. 7 shows a perspective view according to FIG. 6 in the assembled state
  • Figure 8 is a perspective cross-sectional view of a rim of another
  • Embodiment of the impeller according to the invention Embodiment of the impeller according to the invention.
  • FIG. 1 shows an impeller 1 according to the invention with a hub 2 and a rim 10 running circularly around the hub 2 in an azimuthal direction Az.
  • Twenty spokes 4a, 4b evenly distributed along the circumference of the impeller 1 run between the hub 2 and the rim 10 . They are - projected into a plane of rotation or extent of the impeller 1 - spoked largely tangentially with respect to the hub 2, whereby Two adjacent spokes 4a of a first rim flank 11 in the direction Az and two adjacent spokes 4b of a second rim flank 12 cross each other relatively shortly before their radially inner spoke end 6 in front of the hub 2 (see also FIG. 2) .
  • the spokes 4a, 4b are not attached in a rim center A (see. Fig.
  • an M-shaped rim bed 13 Radially outside between the rim flanks 11, 12 is an M-shaped rim bed 13 (see also FIGS. 4 and 8) as a support for a tire, not shown here, which with its radially inwardly bent legs on the inside of the rim flank surfaces 11A, 12A the rim flanks 11, 12 rests.
  • the spokes 4a, 4b have an embedded metallic thread 6g (see FIG. 2). They are thus clamped or screwed in an opening 2o or in a threaded hole in the hub 2.
  • a disc holder 2d with a 6-hole disc mount or adapter for attaching a disc brake to the hub 2 is embedded in the hub 2 in a form-fitting manner and glued in a force-fitting manner.
  • the hub 2 rotates about an axis running in the direction Ax (cf. FIG. 1), via which it is connected to two bearings.
  • the hub 2 accommodates the right spokes 4a on a first side of the wheel facing the viewer and the left spokes 4b on a second side facing away from the wheel.
  • FIG. 7 a plan view of the rim 10 radially outwards, the spokes 4a, 4b open with their radially outer spoke end 5 in pairs and each slightly offset in the direction Az in the rim flanks 11, 12.
  • the rim flanks 11, 12 are rectangular the rim center A starting recesses 11 o, 12o, through which the spokes 4a, 4b pass through the rim 10.
  • a spoke rib 20, not shown is arranged in each case, in which the spokes 4a, 4b are received and glued.
  • the respective spokes 4a, 4b intersect approximately in the plane of rotation of the impeller 1 (see FIG. 1).
  • Each spoke 4a thus crosses a further spoke 4a and a spoke 4b, or each spoke 4b crosses a spoke 4a and a further spoke 4b.
  • a left upper quarter of the impeller 1 in FIG. 1, shown in section, indicates how the outer spoke ends 5 of the spokes 4a, 4b open or are received in pairs in the respective spoke rib 20.
  • Each spoke rib 20 is held at a desired position in the rim 10 between the two rim flanks 11, 12 and a continuous annular rim base 13.
  • FIG. 3 shows a section of the second rim flank 12.
  • a spoke 4b runs radially outward through a recess 12o in the rim flank 12 to the rear flank surface 12A of the rim flank 12 and is glued there in the spoke rib 20 as required.
  • the spoke rib 20 rests with a contact surface 22 (see FIG. 4) on the rear flank surface 12A of the rim flank 12.
  • a fitting nose 24 of the spoke rib 20 protruding from the contact surface ensures its exact positioning along the rim flank 12.
  • the cross-sectional view according to FIG. 4 shows that a curvature of the contact surfaces 22 of the spoke rib 20 is adapted to an inner profile of the rim 10, i. H.
  • the spoke rib 20 is essentially U-shaped or V-shaped. It comprises two legs which carry two outside contact surfaces 21, 22, in each of which the recess 21v, 22v is formed toward the common concave inside of the spoke rib 20.
  • the depressions 21v, 22v are arranged offset to one another in the direction Az, so that the spokes 4a, 4b introduced therein can run past one another when they cross when they penetrate the plane of rotation of the impeller 1.
  • the arched rear sides 21 r, 22r of the depressions 21 v, 22v are used to position the rim base 13 during assembly by arranging the two legs of the rim base 13 butt against it.
  • spoke rib 20 When the spoke rib 20 (FIG. 5) is connected, radially outer spoke ends 5 of two spokes 4a, 4b are in the recesses 21v, 22v by means of an adhesive 23 glued in. At their radially inner end, the depressions 21v, 22v merge seamlessly into two protruding protrusions, the fitting lugs 24, 25.
  • the fitting noses 24, 25 protrude or protrude outwardly or outwardly from the contact surfaces 21, 22 of the spoke rib 20 in a ramp-shaped or plateau-shaped manner and thus each form a nose on the contact surfaces 21, 22, which serves as a positioning aid during assembly.
  • the fitting lugs 24, 25 each extend as far as an apex line of the spoke rib 20, at which the contact surfaces 21, 22 abut one another.
  • the fitting lugs 24, 25 are designed and arranged point-symmetrically to a center point of the apex line. You thus define the axial distance between the spokes 4a, 4b.
  • the fitting lugs 24, 25 also fill that space of the recesses 11 o, 12o that the spokes 4a, 4b do not take up (cf. FIG. 7). They close the rim base in the area of the recesses 11 o, 12o and also close flush with a radially inner outer side of the rim 10, so that a largely undisturbed surface of the rim 10 results.
  • the unit consisting of the spoke rib 20 and the spokes 4a, 4b according to FIG. 5 can be prepared separately for assembly and checked if necessary. It enables a particularly fast and automated assembly process.
  • a wave-shaped transverse reinforcement 40 is inserted between the legs of the rim well 13, which additionally supports or stiffens the rim 10, in particular the two rim flanks 11, 12 in the direction Ax.
  • the rim flanks 11, 12, the rim well 13, optionally the nose strips 30, as well as the spoke rib 20 and the spokes 4a, 4b are prefabricated from the semi-finished products, for example by means of a computer-controlled 3 or 5-axis CNC machine in a turning or milling process , for maximum precision of the cut. Manual cutting requires more time.
  • at least one of the two rim flanks 11, 12 can be designed with a J-shape in cross-section in order to avoid an unreinforced butt joint in the center of the rim.
  • the rim flanks thus overlap one another along the Az direction of the rim, so that an outer seam remains between the rim flanks in the center of the rim.
  • the short, curved, so-called leading edge section of the J-shaped rim flank extends arcuately over the center of the rim and, in the assembled state, is overlapped on the outside by the other, essentially straight rim flank up to the center of the rim. This ensures a closed rim base.
  • the latter can have a corresponding indentation for the curved leading edge section of the J-shaped rim flank at least on one side.
  • a rim flank with a leading edge is then connected to a rim flank without a leading edge together with the rim base to form the rim, so that the rim base is closed in the assembled state.
  • the rim flank without the leading edge is pushed against the shoulder of the J-shaped rim flank with an inwardly offset leading edge at the center of the rim in such a way that the rim flanks form a flush or offset rim surface.
  • a first rim flank 11 which has been cut to size and provided with the desired recesses 11 o, 12 o, is inserted into an assembly mold.
  • the size of the recesses 11 o, 12o depends on an azimuthal thickness Db and an axial thickness Da of the spokes 4a, 4b (see FIG. 7) and their desired installation depth in the direction Ax.
  • the azimuthal thickness Db of a spoke 4a, 4b determines the width b of the recess 11o, 12o.
  • the rim flank 11 can already be slightly bent in cross section or it can only be bent in the later connecting process of the individual components during curing.
  • nose strips 30 bent in a U shape and adapted in shape and curvature to the shape of the spoke rib 20 are arranged between the recesses 11 o in the rim flank 11 as a rim base substructure in order to simplify the connection of the rim flanks 11, 12.
  • the leading edge 30 will be like this positioned so that they rest half on the recess-side or radially inner half of the rim flank 11 and at a distance from the recesses 11o.
  • the leading edge strips 30 are not absolutely necessary. However, they simplify the cutting of the rim flanks 11, 12 and support the assembly of the wheel 1. In addition, they increase the rigidity and stability of the rim 10, since they ensure that the rim base is doubled.
  • the spoke rib 20 with the glued-in spokes 4a, 4b is then pushed or introduced into the assembly form from the direction Ax.
  • the fitting lugs 24, 25 formed on the spoke rib 20 help with the exact positioning along the rim 10 in the recesses 11o of the first rim flank 11, since the fitting lugs 24, 25 each have a size of one of the azimuthal width b and axial depth t the recesses 11 o, 12o correspond. Since the spoke rib 20 is a symmetrical component, it cannot be installed the wrong way round.
  • the spoke rib 20 at least partially overlaps the two adjacent leading edges 30 spaced apart from one another in the Az direction, so that a continuously connected, at least doubled-up rim base is created along the circumference of the wheel.
  • the spoke rib 20 has two flat leading edge indentations 26 (FIG. 6) in the curved contact surfaces 22 to the right and left of the fitting lugs 24, 25, which receive the end sections of the leading edge 30 in a form-fitting manner.
  • FIG. 7 shows in an assembled state of a section of the rim 10.
  • the impeller described in detail above and its manufacturing method are each only an exemplary embodiment that can be modified in various ways by the person skilled in the art without departing from the scope of the invention.
  • the invention is not limited to the flat spokes shown with an oval cross-section.
  • the shape of the rim of the impeller according to the invention is not limited to a u-shaped or v-shaped outer shape, but can, for example, also be c-shaped, almost rectangular or c-box-shaped.
  • the spoke rib can be shaped accordingly.
  • the use of the indefinite article “a” or “an” does not exclude the possibility of the characteristics in question appearing more than once.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad (1) für ein Fahrrad mit einer Nabe (2), einer Anzahl an Speichen (4a, 4b) und einer Felge (10) aus Faserverbundwerkstoffen, wobei die Felge (10) zwei Felgenflanken (11, 12) und ein Felgenbett (13) und eine Anzahl an Aussparungen (11 o, 12o) in den Felgenflanken (11, 12) zum radialen Durchtritt der Speichen (4a, 4b) durch die Felge (10) hindurch und/oder eine Speichenrippe (20) zur Befestigung der Speichen (4a, 4b) in der Felge (10) aufweist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laufrads.

Description

Laufrad für ein Fahrrad
Die Erfindung betrifft ein Laufrad basierend auf Faserverbundwerkstoffen für ein Fahrrad, mit einer Nabe, einer Anzahl an Speichen und einer Felge aus Faserverbundwerkstoffen sowie ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Laufrad.
Laufräder bzw. Laufradsätze (LRS) bestehen i. d. R. aus einem vorderen und einem hinteren Laufrad. Grundsätzlich ist ein Laufrad punkt- bzw. radialsymmetrisch aufgebaut und umfasst zumindest folgende Komponenten: Radial innen befindet sich eine Nabe, die ringförmig von einer Felge umgeben ist, wobei zwischen Nabe und Felge als zugbelastete Verbindung eine variable Anzahl an Speichen gespannt ist. Eine Nabe bezeichnet ein hülsenförmiges achsnahes Mittelstück eines Rades, durch welches eine Achse verläuft, um die sich das Laufrad dreht. Laufräder gibt es in unterschiedlicher Form, in unterschiedlicher Qualität mit variierendem Gewicht in unterschiedlichen Materialien, wie z. B. Aluminium oder Faserverbundwerkstoff, d. h. Karbon (Carbon) i. S. v. kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und dergleichen. Letztendlich bestimmt dabei das verwendete Material die Preisklasse. Günstigere Laufräder sind eher aus Aluminium, da sie in der Herstellung einfacher zu fertigen sind und der Materialpreis geringer ist. Aluminium ist gegenüber Faserverbundwerkstoffen allerdings typischerweise erheblich schwerer, was man gerade beim Tragen aber auch im Fahrverhalten spürt. Grundsätzlich sind daher Laufräder aus Faserverbundwerkstoffen sehr beliebt und sind eigentlich die bevorzugte Variante, wenn sie nicht aufgrund des deutlich höheren Preises für die meisten Menschen unerschwinglich wären bzw. eine unverhältnismäßige Investition darstellen würden. In der Regel werden sie demzufolge nur im professionellen muskelbetriebenen Rennsportbereich oder von echten Liebhabern der Szene genutzt, da derzeit die hohen Herstellungskosten sowie der hohe zeitliche Aufwand bei der Fertigung nach wie vor äußerst hohe Anschaffungskosten bedingen. So ist bei einem halbwegs soliden Laufradsatz aus Faserverbundwerkstoffen bereits mit ein bis mehreren tausend Euro zu rechnen.
Aus der DE 10 2007 036 065 A1 ist ein Rad mit einer Felge und einer Nabe und einer Vorrichtung, nämlich einer Speiche, zur Verbindung der Felge mit der Nabe bekannt, wobei die Speiche eine Verbindungsverstärkung der Felge durchquert und dabei auf einen Felgenkern oder eine Felgenwand aufgeklebt ist. Die Speiche muss zumindest durch die Verbindungsverstärkung hindurch gefädelt werden bzw. diese durchstoßen. Aus der EP 2 821 331 A1 ist ein Herstellverfahren für Laufräder aus Faserverbundwerkstoffen bekannt, bei dem sowohl die Felgen als auch die Speichen aus Faserverbundwerkstoffen bestehen. Darin werden die Speichen mittels in der Felge eingebrachter Löcher aufwändig in die Felge eingefädelt und dort an der Felge bzw. einer Felgenflanke der Felge innenseitig mit Klebstoffen angeklebt bzw. verklebt. Dabei entstehen Stresspunkte an der Felgenflanke im Bereich der Löcher sowie an den Verklebungen, die das Risiko von Speichenbrüchen und Beschädigungen an der Felge erhöhen. Eine derartige Einbringung und Befestigung der Speichen in der Felge macht zudem die Montage des Laufrads zeitaufwändig und ist nur manuell möglich, da sämtliche Speichen aufwändig durch die Löcher in der Felge gefädelt werden müssen, bevor sie, z. B. jeweils über Kreuz, mit der Felge, also z. B. an der Innenseite der Felgenflanken oder einem Felgenkern verklebt werden können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laufrad anzugeben, dass nicht nur stabiler und gewichtssparender, sondern auch in der Herstellung einfacher und kostengünstiger ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentansprüchen 1 und 3 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes erstes Laufrad umfasst eine Nabe bzw. Radnabe im Zentrum des Laufrads. Wie üblich ist die Nabe drehbar um eine Achse, über die sie mit mindestens zwei Lagern verbunden ist. Die Orientierung der Achse der Nabe wird als eine Axialrichtung des Laufrads beschrieben, die Drehrichtung um die Axialrichtung wird als Laufradrichtung bzw. Azimutalrichtung (azimutale Richtung) definiert. Die jeweilige Richtung des Laufrads radial nach außen bzw. innen wird nachfolgend als Radialrichtung bezeichnet, wie dies für rotationssymmetrische Körper üblich ist. Die jeweiligen Komponenten werden stets im Hinblick auf ihren bestimmungsgemäß im Laufrad montierten Zustand und die daraus resultierenden Richtungen beschrieben.
Weiter umfasst das Laufrad eine Anzahl an Speichen. Speichen sind strebenartige Verbindungsteile, die zwischen der zuvor erwähnten Nabe, an der sie wie herkömmlich befestigt sein können, und einer nachfolgend noch erläuterten Felge des Rades angeordnet sind. Sie sind ringsum so im Laufrad positioniert, dass sie zusammen strahlenförmig von der Nabe im Wesentlichen radial nach außen ausgehen bzw. abgehen und dabei die kreisförmig azimutal um die Nabe verlaufende Felge des Rads gleichmäßig stützen. Damit verbinden sie die Nabe kraftschlüssig, d. h. im Wesentlichen unter Zugbelastung, mit der Felge. Die gleichmäßig ringsum verteilten Speichen verteilen die auf das Laufrad wirkenden Kräfte vorteilhaft im Laufrad.
Das Laufrad umfasst eine Felge aus Faserverbundwerkstoffen. Faserverbundwerkstoffe bzw. -materialien bestehen prinzipiell aus zwei Hauptkomponenten, nämlich aus verstärkenden Fasern und einer bettenden Matrix bzw. einem Verbund, also dem Füll- bzw. Klebstoff zwischen den Fasern. Als Fasern kommen beispielsweise Glas-, Kohlenstoff- bzw. (Carbon-) Karbon-, Keramik-, Aramid-, Bor-, Basalt- oder Naturfasern zum Einsatz. Die Matrix wird im Wesentlichen in zwei Gruppen unterteilt, nämlich Faser-Kunststoff- Verbunde und andere. Bei Faser-Kunststoff-Verbunden unterscheidet man zwischen Polymeren, wie Duromeren, Elastomeren oder Thermoplasten, und Biopolymeren, d. h. biologisch abbaubaren Verbundwerkstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Die Gruppe der anderen sind z. B. Zement und Beton, Metalle, Keramiken oder Kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff (CFC). Mit solchen Faserverbundwerkstoffen lässt sich beispielsweise im Vergleich zu Aluminium oder dergleichen deutlich Gewicht einsparen.
Die erfindungsgemäße Felge weist zwei Felgenflanken als Schenkel und ein Felgenbett als stabilisierende Querverbindung zwischen den Schenkeln auf. Im fertigen Zustand ergibt sich somit eine nahezu geschlossene, einen innenliegenden Hohlraum einschließende Felge. Die Felgenflanken der Felge lassen sich auch als zwei seitliche Begrenzungsflächen der Felge beschreiben, die in radialer sowie azimutaler Richtung eine kreisringförmige Fläche aufspannen, die sich obendrein in einer dritten Richtung, nämlich der axialen Richtung derart gebogen erstreckt, dass eine gewölbte Außenschale, genauer gesagt eine „hyperbolische Paraboloidschale“ entsteht.
Unter Bildung einer Felgenmitte laufen die Felgenflanken entlang zueinander weisender radial innerer Ränder der Begrenzungsflächen auf Stoß mittig zusammen, und zwar in einer zentralen Ebene, auf die die Achse des Laufrads senkrecht steht. Die zusammenlaufenden Ränder bzw. Stoßkanten bilden dabei in der Regel den radial innersten Teil der Felge. Von hier verlaufen die zwischen den Längskanten gewölbten Felgenflanken symmetrisch auseinander entlang einer beispielsweise im Wesentlichen parabelförmigen, v-förmigen, bzw. u-förmigen Wölbung, d. h. anteilig in radialer sowie axialer Richtung nach außen bis zu einem radial äußersten Teil der Felge. Den äußersten Teil bildet dabei das Felgenbett. Es verläuft durchgängig in azimutaler Richtung rings entlang der Felge als dessen äußerster Teil und verbindet dabei die beiden Felgenflanken als axiale Querverbindung mittels einer im weitesten Sinne M-förmig gebogenen Fläche miteinander. So entsteht ein geschlossener, zwischen den Felgenflanken und dem Felgenbett eingeschlossener innenliegender Hohlraum in der Felge.
Radial außenseitig nimmt die Felge wie herkömmlich im fertigen Zustand des Laufrads den luftgefüllten Reifen auf, der dazu auf die Felge aufgezogen werden kann.
Erfindungsgemäß umfasst die Felge eine Anzahl an Aussparungen in den Felgenflanken zum - im montierten Zustand - radialen Durchtritt der Speichen durch die Felge hindurch. Aussparungen bezeichnen allgemein solche Ausnehmungen bzw. Öffnungen, die sich am Rand bzw. an den Kanten eines Bauteils befinden, also zumindest einseitig offen bzw. nicht allseits vom Bauteil umschlossen sind. Die erfindungsgemäßen Aussparungen sind beispielsweise so in den Felgenflanken realisiert, dass sie jeweils an denjenigen Rändern der Felgenflanken beginnen, die die späteren im fertigen Zustand des Laufrads bzw. nach der Montage stumpf gestoßenen Stoßkanten der Felgenflanken bilden. Von dort erstrecken sie sich bzw. setzen sie sich fort entlang eines beispielsweise bogenförmigen, v-förmigen, u-förmigen oder nahezu eckigen Verlaufs der Flankenfläche der Felgenflanken weiter ins Innere der Felgenflanken bis zu einem vorgesehenen Eintauch- oder Durchtrittspunkt der Speichen. Die Aussparungen können daher auch als schlitzförmige Einschnitte oder Zugänge ausgehend von der jeweiligen Stoßkante aus bezeichnet werden.
Im noch ungestoßenen bzw. nicht gestoßenen Zustand lassen sich die Speichen daher erfindungsgemäß aus einer axialen Richtung des Laufrads in die Aussparungen einer Felgenflanke einlegen bzw. einspeichen. Im gestoßenen Zustand, d. h. im fertig zusammengesetzten Zustand der Felge, verschließen die Stoßkanten der Felgenflanken dann die jeweiligen Aussparungen gegenseitig, so dass die Speichen in ringsum geschlossenen Öffnungen in den Felgenflanken eingefasst sind. Die Speichen werden dadurch in der Felge eingefasst in Position gehalten, wie aus der Praxis bekannt.
Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht also das Einfügen der Speichen in die Felgen prinzipiell aus einer axialen statt einer radialen Richtung, womit sie eine Herstellung nach Art einer in axialer Richtung lagenweisen Schichtung der Bestandteile des Laufrads erlaubt. Damit können herkömmliche und kaum automatisierbare Arbeitsschritte wie ein Durchfädeln der Speichen entfallen. Die Erfindung ermöglicht vielmehr eine überwiegend maschinelle, insbesondere nahezu vollautomatische Fertigung des Laufrads im Schichtaufbau.
Die eingangs genannte Aufgabe löst außerdem ein erfindungsgemäßes zweites Laufrad für ein Fahrrad. Es umfasst - wie das obige erfindungsgemäße erste Laufrad - eine Nabe, eine Anzahl an Speichen und eine Felge aus Faserverbundwerkstoffen. Die Felge weist ebenso zwei Felgenflanken und ein Felgenbett auf.
Abweichend davon umfasst das zweite Laufrad eine Speichenrippe. Sie zeichnet sich durch äußere, in der Regel konvexe Kontaktflächen aus, deren Profilierung, meist eine Wölbung, einem Innenprofil der Felge angepasst ist. Prinzipiell entspricht die Speichenrippe also mit ihren äußeren Abmessungen einem kurzen Felgenabschnitt, und zwar im Querschnitt durch die Felge betrachtet, jedoch nicht zwingend mit Felgenbett. Die Speichenrippe als Felgenabschnitt ist relativ zur Felge derart verkleinert bzw. eingepasst, dass sie innen in die Felge zwischen die Felgenflanken und das Felgenbett hineinpasst. An der Speichenrippe lässt sich zumindest eine Speiche durchdringungsfrei befestigen. Die Speichenrippe dient einer durchdringungsfreien, beispielsweise flächigen Befestigung eines radial äußeren Speichenendes in der Felge. Beispielsweise kann die Speiche direkt an der Speichenrippe befestigt sein und erst zusammen mit der Speichenrippe und insofern indirekt gegen die Felge gezogen verklebt werden.
Die Speichenrippe stellt quasi einen Ankerabschnitt des felgenseitigen Endes einer Speiche dar, indem sie eine durchdringungsfreie Befestigungsmöglichkeit der Speiche in bzw. an ihr beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder dergleichen bietet. Mittels Speichenrippe lassen sich daher nahezu beliebig geformte Speichenenden stabil in der Felge befestigen. Da die flächige Befestigung mittels Speichenrippe nicht ausschließlich sowie direkt an der Felgenflanke als potentiellem Stresspunkt der Felgenflanke erfolgt, kann das in der Speichenrippe befestigte Speichenende eine nahezu beliebige Form sowie im Übrigen auch jedes für Speichen geeignete Material aufweisen, ohne dass daraus Nachteile hinsichtlich der Haftfähigkeit bzw. Haltbarkeit der Befestigung der Speiche in der Felge entstehen. Neben faserverstärktem Kunststoff kann die Speiche daher zum Beispiel herkömmlich aus Metall bestehen.
Die dem Innenprofil der Felge angepassten Wölbungen der Speichenrippe sind konstruktiv und funktional entkoppelt von der durchdringungsfrei befestigten Speiche und der Form des Speichenendes. Die Wölbungen bieten unabhängig davon eine großzügige Kontaktfläche, die ein Herausreißen einer Speiche aus der Felge verhindert. Die Kontaktfläche der Speichenrippe zur Felge ist im Verhältnis zu einem Klebespot einer dünnen Speiche in einem Loch in der Felgenflanke oder in einem Kern der Felge nach dem Stand der Technik wesentlich größer. Tests mit den Befestigungsarten nach dem Stand der Technik haben ergeben, dass sie deutlich weniger Zugkraft an der Speiche bzw. Spannkraft der Speiche aushalten. Selbst ein aus dem Stand der Technik bekanntes knochenförmig geformtes Speichenende zur Vergrößerung des Klebespots hat eine relativ zur Speichenrippe gesehen geringe Klebefläche. Weiterhin ist es mit einer erfindungsgemäßen Befestigung der Speiche in der Speichenrippe vor der eigentlichen Montage der Speiche in der Felge möglich, bei Bedarf die Befestigung der Speiche in der Speichenrippe belastungstechnisch separat zu prüfen bzw. kontrollieren.
Das erfindungsgemäße zweite Laufrad ist grundsätzlich unabhängig von dem erfindungsgemäßen ersten Laufrad. Da das Material der Felgenflanken zu diesem Herstellungszeitpunkt noch flexibel sein kann, kann es um bzw. an die Speichen im Bereich der Stoßkanten der ersten und zweiten Felgenflanke in der Felgenmitte angelegt bzw. leicht angeformt werden, um die Speichen möglichst dicht umschlossen einzubetten. Hierfür können vornehmlich Speichen mit einem zumindest im Bereich der Felge flachen, z. B. elliptischen Speichenquerschnitt genutzt werden.
Besondere synergetische Effekte ergeben sich jedoch bei einer Kombination der Ideen des ersten und des zweiten erfindungsgemäßen Laufrads. So lässt sich zunächst in einem ersten Herstellungsschritt eine Speiche an der Speichenrippe durchdringungsfrei befestigen bzw. anbringen und in einem anschließenden Herstellungsschritt die Einheit aus Speichenrippe mit zumindest einer Speiche aus einer axialen Richtung in einer Aussparung in einer Felgenflanke der Felge einlegen und mit der Felge verbinden. Sowohl das Befestigen der Speiche an der Speichenrippe als auch das positionsgenaue Einlegen der Einheit aus Speichenrippe und Speiche in die Felge lässt sich automatisieren.
Ein besonderer Vorteil der Kombination der Konstruktionen des ersten und des zweiten erfindungsgemäßen Laufrads liegt zudem darin, dass sich bereits beim Einlegen der Speichenrippe in die Felgenflanke die Aussparung in der Felgenflanke für die Speiche direkt wieder verschließen lässt. Im fertigen Zustand des Laufrads verbleiben damit keine Öffnungen mehr in den Felgenflanken, obwohl dort zuvor Aussparungen eingebracht wurden, die größer sein können als der Querschnitt der Speichen selbst. Weiterhin sorgt die Speichenrippe als stabile Unterkonstruktion bzw. zusätzliche Schicht innerhalb der Felge für eine lokale Verstärkung der Felge im Bereich der Aussparung, so dass dort eine durch die Aussparung potenziell entstandene Schwächung der Felge mehr als ausgeglichen wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann so problemlos auch ein Schnitt in der Felgenflanke eingebracht werden, der den Faserverlauf des Faserverbundmaterials lokal unterbricht, ohne dass sich dadurch für die Felge Nachteile in der Haltbarkeit oder Stabilität bzw. Festigkeit ergeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines obigen Laufrads, das zumindest teilweise aus Faserverbundwerkstoffen besteht, mit einer zumindest dreiteiligen Felge mit einer ersten und einer zweiten Felgenflanke und einem Felgenbett, einer Anzahl an Speichen und einer Nabe, umfasst zumindest folgende Schritte:
Zunächst wird in einem Schritt A) eine im Wesentlichen beliebige Anzahl an Speichen mit einer ersten Felgenflanke verbunden. Jede Speiche wird mit einem radial äußeren Speichenende auf einer späteren Innenseite der Felgenflanke vorzugsweise zumindest in der Nähe einer Stoßkante positionsfest und dauerhaft, verknüpft bzw. verbunden. Die erste Felgenflanke kann dazu in einer horizontalen Arbeitsebene mit ihrer Innenseite nach oben liegen. Die Speichen können dann von oben auf der ersten Felgenflanke in der gewünschten Position abgelegt werden. Da die Felgenflanke zu diesem Zeitpunkt vorderseitig wie rückseitig identisch sein kann, kann hier prinzipiell eine beliebige Flachseite der Felgenflanke als Innenseite gewählt werden. Zum Verbinden kann zum Beispiel Kleben oder Schweißen gewählt werden, um die Speichen und die Felgenflanke relativ zueinander in Position zu halten. In der gleichen Weise kann zeitlich parallel oder anschließend die zweite Felgenflanke mit Speichen verbunden werden.
Anschließend wird in einem weiteren Schritt B) das Felgenbett in die erste Felgenflanke eingelegt bzw. ebenfalls von oben auf die erste Felgenflanke gelegt. Die zuvor für die Befestigung der Speichen gewählte Innenseite der Felgenflanke dient folglich als Einlagefläche des Felgenbetts. Zum Verkleben können zumindest eine außenseitige, zur ersten Felgenflanke weisende Schenkelfläche des Felgenbetts als Klebefläche und/oder ein der Schenkelfläche zugeordneter Kantenbereich der ersten Felgenflanke an den einander zuweisenden Kontaktflächen mit Klebstoff bzw. Klebemittel benetzt werden.
Schließlich wird in einem weiteren Schritt C) die zweite Felgenflanke auf die erste Felgenflanke und auf das Felgenbett aufgelegt, so dass sich die Speichen sowie das Felgenbett danach an den entsprechend vorgesehenen Positionen zwischen den Felgenflanken befinden. Das Material der Felgenflanken kann zu diesem Zeitpunkt noch flexibel sein und um bzw. an die Speichen im Bereich der Stoßkanten der ersten und zweiten Felgenflanke in der Felgenmitte angelegt bzw. leicht angeformt werden, um die Speichen möglichst dicht umschlossen einzubetten. Hierfür können vornehmlich Speichen mit zumindest im Bereich der Felge flachem, z. B. elliptischem Speichenquerschnitt genutzt werden. Alternativ lassen sich die Positionen der Speichen mittels der Positionen von Aussparungen an den Stoßkanten der Felgenflanken nahezu beliebig festlegen, indem die Speichen in die Aussparungen eingelegt werden.
Die Schritte A) bis C) erlauben ein Herstellen des Laufrads von einer horizontalen Arbeitsebene ausgehend in einem Schichtaufbau. Eine erste Schicht stellt die erste Felgenflanke dar, in die die Speichen und das Felgenbett als zweite Schicht eingelegt werden. Eine dritte Schicht stellt die zweite Felgenflanke dar, die zuvor und in gleicher Weise wie die erste Felgenflanke mit Speichen verbunden werden kann. Das Schichten dieser Komponenten des Laufrads lässt sich vorteilhaft automatisieren, womit sich die Herstellungskosten des Laufrads deutlich senken lassen.
Um das Zusammenführen der Komponenten gemäß den zuvor beschriebenen Schritten A) bis C) zu erleichtern, können sie vorteilhafterweise in einer hierfür nutzbaren mehrteiligen Montageform bzw. Negativform des späteren Laufrads durchgeführt werden, welche hierfür separat in einem Vorbereitungsschritt zur Herstellung des erfindungsgemäßen Laufrads einmal bereitgestellt oder hergestellt werden kann.
Abschließend werden in einem weiteren Schritt D) sämtliche Komponenten, also die Nabe, die Speichen und die Felge miteinander verbunden bzw. zu einem festen Verbund ausgehärtet.
Zur Herstellung des Laufrads aus Faserverbundwerkstoffen können übliche Verfahren angewandt werden, wie z. B.
- Handlaminat (ggf. mit Harz und Hartlack bzw. Gelcoat) verarbeiten,
- Handlaminat unter Vakuum bearbeiten,
- Handlaminat unter Vakuum tempern,
- Handlaminat unter Vakuum tempern in Kombination mit zusätzlichem Pressen im Autoklav (gasdicht verschließbarer Druckbehälter zur thermischen Behandlung von Stoffen im Überdruckbereich), - Prepreg bzw. vorimprägnierte Fasern (d. h. mit Reaktionsharzen vorimprägnierte textile Faser-Matrix-Halbzeuge) unter Vakuum tempern oder
- Prepreg unter Vakuum tempern in Kombination mit zusätzlichem Pressen (Überdruck) im Autoklav. Beispielsweise können zur Verbindung danach hergestellter Baukomponenten herkömmliche Klebemittel bzw. Klebstoffe verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann vor dem Schritt A) eine Anzahl an Aussparungen, vorzugsweise in Form von schlitzförmigen Einschnitten, gemäß der Anzahl an Speichen in die Felgenflanken eingebracht, besonders bevorzugt eingeschnitten und/oder eingefräst, werden, um das außermittige Einlegen einer Speiche, insbesondere außerhalb der Felgenmitte, in die Aussparungen der Felgenflanke zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Konstruktion des Laufrads kann gegenüber konventionell hergestellten Laufrädern Gewicht einsparen und dennoch eine vorteilhaft stabile Konstruktion erzielen. Besonders von Vorteil ist, dass sich damit auch die Steifigkeit des Laufrads bei der Herstellung anpassen lässt, indem sich die Speichen bezüglich der Felgenmitte außermittig anordnen lassen. Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion eröffnet sich zudem erst das zuvor beschriebene Herstellungsverfahren für das Laufrad, welches besonders einfach und kostengünstig maschinell und nahezu vollautomatisch durchführbar ist.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.
Für die Positionierung der Aussparungen relativ zueinander an den Stoßkanten in Azimutalrichtung, also im gestoßenen Zustand der Stoßkanten der Felgenflanken, gibt es grundsätzlich zumindest folgende Möglichkeiten: Entweder können sämtliche Aussparungen jeweils mittels beliebig großer aussparungsfreier Abschnitte der Felge voneinander beabstandet sein. Die Abstände können dabei nahezu beliebig je nach Anzahl der Speichen abhängig vom gewünschten Einspeichungsmuster gleichmäßig, ungleichmäßig oder zumindest paarweise gewählt werden.
Vorzugsweise können zumindest zwei Aussparungen paarweise benachbart, also beispielsweise in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander, angeordnet sein. In unmittelbarer Nachbarschaft bedeutet, dass der Abstand zwischen den benachbarten Paaren in azimutaler Richtung reduziert ist, insbesondere um mehr als die Hälfte kleiner ist, als der Abstand zur nächsten Aussparung des nächstliegenden Aussparungs-Paares.
Besonders bevorzugt können benachbarte Aussparungen zumindest paarweise aneinander angrenzen. Z B. können je zwei einander zugeordnete bzw. benachbarte Aussparungen direkt und unmittelbar aneinander angrenzen bzw. nebeneinanderliegen, so dass die Aussparungen im gestoßenen Zustand der Stoßkanten der Felgenflanken ineinander übergehen. So kann eine gemeinsame Aussparung für eine Speiche entstehen oder es können zwei angrenzende Aussparungen für zwei Speichen gebildet werden. Derartig aneinander angrenzende Aussparungen können sich z. B. an zumindest einem Berührungspunkt, nämlich an einer ihrer Ecken oder zumindest abschnittsweise an zumindest einer Kante berühren, so dass sie sich in azimutaler Richtung in der Felgenmitte überlappen. Dies bietet sich insbesondere bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Speichenrippe an, wie weiter unten noch erläutert wird.
Beispielsweise können die Aussparungen jeweils nur an bzw. in einer Stoßkante in einer Felgenflanke eingebracht sein. Alternativ können die Aussparungen in unterschiedlicher oder gleicher Anzahl an beiden Stoßkanten der Felgenflanken ausgebildet sein. Ebenso können die Aussparungen wechselweise in den Stoßkanten beider Felgenflanken realisiert sein, d. h. zueinander benachbarte bzw. in Azimutalrichtung der Felge aufeinanderfolgende Aussparungen befinden sich zunächst in der einen und anschließend in der anderen Felgenflanke.
Für die weitere vorteilhafte Ausgestaltung, insbesondere die Größe und Form, der Aussparungen in der Felge gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Dabei erstrecken sich die Aussparungen erfindungsgemäß von der Felgenmitte in Richtung zum Felgenbett zumindest soweit, dass sie ein im Wesentlichen axiales Einlegen bzw. Einspeichen der Speichen orthogonal zu ihrer Längsrichtung von einer felgenmittigen Seite zur gegenüberliegenden Seite der Aussparung hin, d. h. im Wesentlichen in Axialrichtung des Laufrads, ermöglichen. Im eingespeichten Zustand verlaufen die Speichen durch die Felge hindurch somit radial.
Grundsätzlich können die Aussparungen z. B. rechteckig, streifenförmig, rund oder oval sein und sich zusätzlich zur Querrichtung bzw. Axialrichtung entlang der Felge in Umfangsrichtung des Laufrads bzw. Azimutalrichtung erstrecken. Eine Erstreckung einer Aussparung in Querrichtung der Felge wird als „Länge der Aussparung“ (oder auch Tiefe) bezeichnet. Eine sich senkrecht dazu in Azimutalrichtung der Felge erstreckende Abmessung der Aussparung wird als „Breite der Aussparung“ definiert. Denn die Aussparungen können vornehmlich in Querrichtung der Felge größer bzw. länger gestaltet sein, als sie in Umfangsrichtung breit sind, wie weiter unten zur asymmetrischen Einspeichung beschrieben ist.
Bei besonders schmalen Speichen, nämlich solchen, die in Axialrichtung des Laufrads gesehen sehr dünn sind und daher wenig Luftwiderstand bieten, können sich sehr kurze Aussparungen im Wesentlichen in der Felgenmitte ergeben, die axial entlang einer Flankenlänge nicht sehr lang sind, sich also vornehmlich nur wenig von den Stoßkanten in Richtung zu den Seiten der Felgenflanken hin erstrecken.
Die Verwendung von derartig schmalen Speichen beschränkt sich aber nicht auf die beschriebenen kleinen Aussparungen. Dagegen kann die Größe der Felgenflanken eine maximal sinnvolle Größe der Aussparungen vorgeben, wie weiter unten noch erläutert wird.
Jeweils zwei Aussparungen zusammen können gemeinsam das Einsetzen einer Speiche ermöglichen, indem die Aussparungen jeweils in beiden Felgenflanken und bezüglich der Felgenmitte einander exakt gegenüberliegend ausgebildet sind.
Die Aussparungen können zu gleichen Teilen, also zu je 50% in beiden Felgenflanken ausgebildet sein, um gemeinsam den erforderlichen Ausschnitt zum Einsetzen einer Speiche zu bilden. Alternativ können sie bezüglich der Felgenmitte asymmetrisch angeordnet sein, kann also eine der Aussparungen einen Anteil von zum Beispiel 60%, 75% oder 90% der nötigen axialen Abmessung der Speiche ausmachen, wobei die andere Aussparung in der Länge die übrigen 40%, 25% oder 10% der Gesamtaussparung liefert. Aussparungen in der Felge, deren Länge jeweils einzeln gesehen kleiner oder gemeinsam betrachtet gleich der zugehörigen bzw. zugeordneten axialen Abmessung der Speiche ist, erlauben eine in Axialrichtung gesehen zentrale oder nahezu zentrale Anordnung der Speichen in der Felge.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Dimensionierung der Aussparung in axialer Richtung ein Mehrfaches einer axialen Dicke bzw. eines axialen Durchmessers eines Querschnitts der Speiche umfassen. Dies bietet sich an, um die Speichen in Axialrichtung gesehen weiter außen als herkömmlich positionieren zu können. Eine derartige Positionierung der Speichen entfernt von der Felgenmitte erhöht die Steifigkeit der Felge. Bei gleicher Steifigkeit kann eine Felge folglich schwächer dimensioniert sein, womit sich ihr Gewicht reduzieren lässt.
Im eingespeichten Zustand kann der restliche Teil der Aussparung, der im bestimmungsgemäß angeordneten Zustand der Speiche nicht von der Speiche ausgefüllt ist, vorteilhafterweise mit einem Füllstoff, beispielsweise Klebstoff verschlossen bzw. ausgefüllt sein. Der Füllstoff fixiert die Speiche zusätzlich. Außerdem verhindert er das Eindringen von Feuchtigkeit.
Vorzugsweise können sich die Aussparungen, z. B. bei einer dezentralen, d. h. außermittigen Einspeichung, von der Felgenmitte aus in Richtung des Felgenbetts betrachtet über zumindest 30%, 40%, 50%, oder mindestens 75% einer axialen Flankenlänge der Felgenflanke der Felge erstrecken. Dies hat den Vorteil, dass die Speichen von der Felgenmitte aus in Axialrichtung nach außen versetzt, d. h. außermittig, angeordnet werden können, wodurch die Speichen in einem steileren Winkel zur Felgenmitte bzw. zu einer Rotations- bzw. Erstreckungsebene des Laufrads hin orientiert bzw. angeordnet werden können, zumindest sofern sie diagonal durch eine Erstreckungsebene des Laufrads hindurch an der gegenüberliegenden Nabenseite angeordnet werden. Denn je größer die Winkel, desto mehr Steifigkeit weist das Laufrad auf, desto stabiler ist es.
Für zwei azimutal aufeinanderfolge bzw. unmittelbar benachbarte Speichen können die Aussparungen an den Stoßkanten der Felgenflanken in Größe und Form jeweils gleich groß dimensioniert sein. Dies bietet sich gerade bei einer symmetrischen Einspeichung an, d. h. bei einer Einspeichung, bei der die „rechten“ und „linken“ Speichen des Laufrads bei einem Blick in Fortbewegungsrichtung des Laufrads mit jeweils identischem Abstand zur Felgenmitte und in demselben Winkel gegenüber der Erstreckungsebene des Laufrads in der Felge angeordnet sind.
Alternativ können die Aussparungen zueinander bei jeweils zwei azimutal aufeinanderfolgenden Speichen unterschiedlich groß gestaltet sein. Damit lässt sich eine bezüglich der Felgenmitte asymmetrische Einspeichung realisieren. Sie eignet sich besonders bei der Anordnung eines Ritzelpakets bzw. Zahnkranzes an hinteren Laufrädern. Um z. B. eine zumindest nahezu mittig sitzende Speiche sowie eine deutlich außermittig angeordnete Speiche realisieren zu können, wobei die Aussparungen die beiden unmittelbar benachbarten Speichen gemeinsam einschließen sollen, können die Aussparungen in axialer Richtung gesehen unterschiedlich groß bzw. lang ausgebildet sein.
Außerdem können die Aussparungen auch daher unterschiedlich geformt sein, weil sie nicht genau einer oder mehreren Speichen zugeordnet sind. So kann eine der Aussparungen zweier azimutal aufeinanderfolgender und unmittelbar benachbarter Speichen eine erste Speiche vollständig und die zweite Speiche zusätzlich teilweise aufnehmen, während die andere Aussparung lediglich den übrigen Teil der zweiten Speiche aufnimmt.
Die Anordnung der Aussparungen an den Stoßkanten der Felgenflanken kann also nahezu beliebige Einspeichungsmuster für die Speichen bedienen. Die Anzahl an Aussparungen kann, muss aber nicht zwingend mit der gewünschten Anzahl an Speichen korrespondieren. Dabei bestimmt das Einspeichungsmuster die azimutale Positionierung der Aussparungen, wohingegen die azimutale Erstreckung bzw. Breite der Aussparungen entlang der Stoßkanten regelmäßig durch eine maximale azimutale Abmessung der Speichen definiert ist. Die azimutale Breite ergibt sich dabei aus einer bestimmungsgemäß angeordneten Speiche. Hingegen wird eine axiale Länge bzw. Tiefe der Aussparungen bestimmt durch einen Abstand der Speichen zur Felgenmitte, d. h. durch eine mittige oder außermittige Anordnung bzw. den Grad der außermittigen Anordnung der Speichen in den Felgenflanken.
Jede äußere konvexe Kontaktfläche der Speichenrippe ist zur Anlage an einer inneren, regelmäßig konkaven Flankenfläche der Felgenflanke ausgebildet. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann in zumindest einer Kontaktfläche eine Vertiefung ausgebildet sein. Sie dient der Befestigung des radial äußeren Speichenendes einer Speiche zum Beispiel durch Einkleben oder Einschweißen. Die konvexe Kontaktfläche der Speichenrippe ist erfindungsgemäß derart ausgebildet und dimensioniert, dass sie sich beim Einlegen der mit einer Speiche ausgestatteten Speichenrippe an eine konkave Flankenfläche der Felgenflanke flächig anschmiegt. Die Speiche verläuft dann radial auswärts betrachtet durch die Aussparung in der Felge hindurch ins Innere der Felge, in der sie ggf. stirnseitig an der Speichenrippe anliegt bzw. ansteht, ohne die Speichenrippe zu durchqueren. Es handelt sich also um eine blind versenkte bzw. eingetauchte Befestigung der Speichen innerhalb bzw. innenseitig der konvex gewölbten Kontaktfläche der Speichenrippe, ohne dass die Speichen direkt an der Felgenflanke oder an einem Kern in der Felge befestigt werden müssten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann an der Speichenrippe eine über die gekrümmte bzw. gewölbte Ebene der Kontaktfläche über- oder hervorstehende Passnase ausgebildet sein. Die Passnase kann flächig, zum Beispiel rampenförmig über die gewölbte Ebene der übrigen Speichenrippe hervorstehen. Sie ist so dimensioniert, dass sie im montierten Zustand in einen von der Speiche nicht ausgefüllten Abschnitt der Aussparung eingreift. Indem sie darüber hinaus in azimutaler Richtung genau in die Aussparung passt, kann sie außerdem als Positionierhilfe der Speichenrippe in der Felgenflanke dienen. Damit kann sie die positionsgenaue Montage der Speichenrippe und damit der daran befestigten Speiche in der Felgenflanke erleichtern, was eine maschinelle Fertigung begünstigt.
Vorzugsweise kann die Passnase den nicht ausgefüllten Abschnitt der Aussparung vollständig ausfüllen und mit einer konvexen Außenfläche der Felge bündig abschließen. Die Felge kann dann von außen betrachtet auch im Bereich der Aussparung eine ungestörte Fläche bilden.
Vorzugsweise kann die Speichenrippe an einer der Kontaktfläche abgewandten Rückseite der Vertiefung mit einer Auflagefläche für das Felgenbett ausgestattet sein. Bei der Montage des Laufrads wird das Felgenbett in radialer Richtung neben die Speichenrippe in die erste Felgenflanke eingelegt. Die Auflagefläche der Speichenrippe dient als Positionierhilfe bzw. radialer Anschlag für das Felgenbett, die die exakte Positionierung des Felgenbetts vorgibt, so dass keine aufwändige Kontrolle bzw. Überprüfung der Position mehr erfolgen muss. Da die Speichenrippe auch für die zweite Felgenflanke als Positionierhilfe beim Auflegen dient, kann jene nahezu von selbst in ihre vorgesehene Position gleiten.
Zwischen den radial äußeren Kanten der Felgenflanken kann das Felgenbett vorzugsweise einen konvex zum Hohlraum gekrümmten Bogen beschreiben, d. h. eine Mulde bilden. Das Felgenbett kann ein zur Nabe hin offenes geschwungenes „M“ darstellen, in dem ein Schlauch-Reifen des Laufrads angeordnet werden kann. Bei Verwendung von Drahtreifen, Faltreifen oder schlauchlosen Reifen kann die Form des Felgenbetts tiefer rinnenförmig ausgebildet sein, also eher einem „U“ ähneln. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Speiche einen angeformten Speichenkopf zur Befestigung der Speiche in der Felge aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Speiche eine daran angeformte Speichenrippe zur Anlage an eine innere konkave Flankenfläche der Felgenflanke umfassen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Speiche aus Faserverbundwerkstoffen mit einem angeformten, insbesondere eingebetteten metallischen Gewinde am radial inneren Speichenende zur Befestigung der Speiche an der Nabe ausgebildet sein. Damit lassen sich die Speichen gemäß ihrer Aufgabe bzw. Bestimmung zur Stabilisierung zwischen Felge und Nabe als Zugspannungsverbindung unter hoher Zugspannung besonders einfach und fester als bei einer direkten Anbringung an der Felgenflanke oder an einem Kern spannen.
Die Speichen können im Querschnitt beispielsweise rund, oval, flach oder wellenförmig sein. Vorzugsweise können sie aerodynamisch ausgebildet sein, d. h. durch ihre Form und/oder Anordnung möglichst wenig Luftwiderstand bieten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zumindest eine Querkante der Aussparung, die weitgehend parallel zur oben erwähnten Stoßkante der Aussparung verläuft, einer Querschnittsform einer verwendeten Speiche angepasst sein, also z. B. halbrund oder halboval verlaufen. Damit kann die in der Aussparung befindliche Speiche an ihrer der Querkante zugewandten Seite dicht an der Querkante anliegen. Grundsätzlich lassen sich also die Aussparung einerseits und die Speichenrippe andererseits derart an die Querschnittsform und -maße der Speiche anpassen, dass jene möglichst spaltarm und unter geringer Fugenbildung in die Felge eingebunden ist.
Generell lassen sich ganz unterschiedliche Speichentypen in das erfindungsgemäße Laufrad einbinden, beispielsweise Speichen mit verstärktem gebogenen Teil und über die restliche Länge gleichbleibendem Durchmesser, sog. Eindickend-Speichen (ED), oder solche, deren Mittelteil der Speiche dünner ist und deren beide Enden denselben Durchmesser aufweisen, sog. Doppeldickend-Speichen (DD), oder die sogenannten 3D- Speichen, die abgesehen vom Kopf drei verschiedene Durchmesser haben, oder auch Messer-, Säbel-, oder Aerospeichen. Dabei braucht lediglich die Form und/oder Größe der Vertiefung in der Speichenrippe und ggf. die der Aussparung angepasst zu werden. Auch Speichen ganz unterschiedlicher Materialien, also solche aus Edelstahl, Stahl, Aluminium, Titan oder Kohlenstofffaser lassen sich felgenseitig dank der Speichenrippe als Ankerabschnitt in das erfindungsgemäße Laufrad einbinden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Laufrad zur Verringerung des Gewichts eine Nabe aus Faserverbundwerkstoffen mit einer Anzahl an Durchbrüchen zur Befestigung der Speichen umfassen. So kann beispielsweise zumindest ein Befestigungsring aus Faserverbundwerkstoffen um die Lager der Nabe realisiert sein. Im Befestigungsring können die Lager vorteilhaft in Faserverbundmaterial bzw. Faserverbundwerkstoffe fest eingebettet sein, so dass sich ein erster innerer drehbarer Lagerteil gegen einen äußeren im Befestigungsring eingebetteten bzw. verankerten Lagerteil um die Laufradachse der Nabe drehen lässt. Vornehmlich können die Durchbrüche zur Befestigung der Speichen in der Nabe jeweils in zumindest einem radial äußeren Kreisring des Befestigungsrings eingebracht sein.
Nach einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Laufrad mit einem in die Nabe eingebetteten metallischen Disc-Halter, vorzugsweise mit 6-Loch- Discaufnahme oder Center-Lock-Discaufnahme für eine Scheibenbremse ausgebildet bzw. ausgestattet sein. Damit kann das erfindungsgemäße Laufrad eine Schnittstelle für eine herkömmliche Scheibenbremse bieten, so dass ohne Anpassungsaufwand auf existierende Bremssysteme zurückgegriffen werden kann.
Erfindungsgemäß können die zwei Felgenflanken der Felge auf Stoß unter Bildung eines Felgenbodens dicht miteinander verbunden sein. Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können sie sich zumindest teilweise überschneiden bzw. überlappen. Die Aussparungen für die Speichen beginnen weiterhin zentral innerhalb des Felgenbodens an der Felgenmitte und erstrecken sich von dort aus in die beiden Felgenflanken hinein.
Alternativ können die Felgenflanken einen separaten, innenliegenden Felgenboden außenseitig einfassen bzw. aufdoppeln. Der innenliegende Felgenboden kann eine innerhalb der Felgenflanken und vorwiegend im Bereich der Stoßkanten der Felgenflanken liegende Nasenleiste sein, die zusätzlich als abdichtende innere Schicht fungiert. Als Felgenboden wird eine radial innere Felgenfläche der Felge bezeichnet, die azimutal in der Felge verläuft und mittig die Stoßkanten der Felgenflanken aufweist. An den Stoßkanten werden die Felgenflanken im erfindungsgemäßen Herstellverfahren mit üblichen Klebemitteln, wie z. B. Klebstoffen auf Epoxidbasis verbunden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Felge zur weiteren Verstärkung des Laufrads insbesondere in Querrichtung bzw. Axialrichtung eine Querversteifung aufweisen. Die Querversteifung verläuft azimutal zwischen den Felgenflanken radial innerhalb des Felgenbetts und quasi parallel zum ihm. Sie kann zudem wellenförmig ausgebildet sein und sorgt jedenfalls für eine höhere Druckfestigkeit der Felge in axialer Richtung und damit für mehr Stabilität bzw. Steifigkeit des Laufrads insgesamt.
Alternativ kann die Querversteifung, z. B. auch als Teil derselben direkt zwischen den radial nach innen zeigenden Schenkeln des Felgenbetts azimutal verlaufen. Dies schafft Platz für die Anordnung weiterer stabilisierender Versteifungen in der Felge im Hohlraum radial innerhalb des Felgenbetts zwischen den Felgenflanken, d. h. dort wo beispielsweise auch die Speichenrippen angeordnet sein können. Mit der Querversteifung und dem Felgenbett ist die Felge zudem wie eine Art Kastenholm aufgebaut. Im Vergleich zu einer massiven (Vollkern-)Felge ist sie wesentlich leichter und elastischer, gleichzeitig aber ausreichend stabil und druckfest.
Zur weiteren Erhöhung der Stabilität des erfindungsgemäßen ersten oder zweiten Laufrads können die Laufräder hierzu beispielsweise mit einem Steg bzw. einem Querspant versehen bzw. ausgebildet werden. Der axial sowie radial stegförmig, z.B. als Gerippe bzw. Fachwerk verlaufende Querspant steift die Felge keilförmig zwischen den Felgenflanken aus. Der Querspant kann also z. B. direkt zwischen den Felgenflanken als Querverbindung unterhalb des Felgenbetts eingebracht bzw. verbaut werden und zusammen mit den Felgenflanken eine Art H-Träger bilden.
In der Felge könnten in Umlaufrichtung mehrere Querspanten verbaut sein, um eine möglichst gleichmäßige Steifigkeit der Felge zu erzielen. Sie könnten z. B. jeweils in der Umgebung zweier benachbarter Aussparungen angeordnet sein. Die vom Prinzip her aus dem Schiffsbau bekannte Spantenbauweise sorgt somit für eine Stabilitätsverbesserung bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung, z. B. gegenüber Felgen mit Vollkern.
Alternativ oder zusätzlich kann der Querspant in der Speichenrippe als eine Art senkrechter Keil zwischen ihren Kontaktflächen bzw. Vertiefungen ausgebildet sein und zur weiteren Erhöhung ihrer Stabilität und somit auch derjenigen der Felge des Laufrads beitragen. Der Querspant stützt somit die Innenflächen zwischen den Kontaktflächen der Speichenrippe gegeneinander ab. Im Vergleich zu einer massiv bzw. vollständig mit Material gefüllten Speichenrippe erspart diese Konstruktion enorm Gewicht. Das erfindungsgemäße Laufrad lässt sich zum Beispiel wie folgt hersteilen: Die Felgenflanken einschließlich ihrer Aussparungen sowie alle anderen Komponenten aus Faserverbundwerkstoffen werden zunächst vor dem Schritt A) aus Matten aus vorimpregnierten Kohlefasern, den sogenannten Prepregs, per Computer zugeschnitten, gefräst etc. Die Felgenflanken können aus zwei vollständig kreisringförmigen Außenschalen oder aus Herstellungsgründen auch aus mehreren Kreisringabschnitten bestehen, die erst bei der Montage zu einem Kreisring zusammengesetzt werden. Eine erste Felgenflanke wird anschließend auf eine Negativform bzw. Montageform aufgetragen und zumindest an den Kontaktstellen zu weiteren nachfolgenden Komponenten wie den Speichenrippen und dem Felgenbett mit Klebstoff benetzt. Optional werden Nasenleisten- Abschnitte, z. B. ebenfalls aus Prepreg-Matten zugeschnitten und in den Bereichen zwischen den nachfolgend eingesetzten Speichenrippen positioniert. Daraufhin werden gemäß Schritt A) mehrere der vorgefertigten, d. h. jeweils mit zumindest einer Speiche verklebten Speichenrippen mit den Passnasen als Positionierhilfe in den Aussparungen der Felgenflanke positioniert. Damit halten die Speichenrippen die optionalen Nasenleisten in Position.
Danach wird in Schritt B) das Felgenbett eingesetzt, welches wiederum die Speichenrippen in Position hält bzw. durch die Speichenrippen in Position gehalten wird. Zusätzlich kann eine Querversteifung zwischen den Felgenflanken und/oder eine Nasenleiste zur Verbindung der beiden Felgenflanken auf die erste Felgenflanke, z. B. in dafür vorgesehene Einbuchtungen in den gewölbten Kontaktflächen in der Speichenrippe, eingelegt und verklebt werden.
Anschließend wird in Schritt C) die zweite Felgenflanke, auf die hierzu wiederum mit Klebstoff benetzten, zuvor beschriebenen Komponenten aufgelegt nachdem sie in der wie zur ersten Felgenflanke beschriebenen Weise hergestellt wurde. Jetzt wird ein zweiter Teil der Montageform als verschließender Deckel aufgesetzt.
Schließlich wird die Felge in Schritt D) mit den üblichen Verfahren, beispielsweise im Autoklav mit Vakuum, hydraulischem Pressen oder unter Verwendung von Schraubzwingen oder dergleichen, zu einem zusammengehörigen Teil verbunden und ausgehärtet. Nach dem Schritt D) kann die Nabe im Zentrum der Felge positioniert und die Speichen an der Nabe verspannt, zur Verspannung beispielsweise verschraubt werden. Die Erfindung ermöglicht also eine schichtweise Herstellung des Laufrads, insbesondere durch das axiale Einlegen der Speichen senkrecht zu ihrer Längserstreckung in die erste Felgenflanke bis in eine bestimmungsgemäß vorgesehene Speichenposition hinein. Dies erleichtert den Herstellungsprozess erheblich, da die Montage des erfindungsgemäßen Laufrads weitgehend maschinell, insbesondere nahezu vollautomatisch durchgeführt werden kann.
Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. In den verschiedenen Figuren sind gleiche Merkmale mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische, teilgeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laufrads,
Figur 2 eine Nabe des Laufrads nach Figur 1 ,
Figur 3 eine Speiche in einer Aussparung einer Felgenflanke des Laufrads nach Figur
1 ,
Figur 4 eine perspektivische teilgeschnittene Ansicht einer Felge des Laufrads gemäß Figur 1,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht des Speichenrippe nach Figur 4,
Figur 6 eine Explosionsansicht eines Ausschnitts des Laufrads nach Figur 1 ,
Figur 7 eine perspektivische Ansicht nach Figur 6 im zusammengebauten Zustand, und
Figur 8 eine perspektivische Querschnittsansicht einer Felge eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Laufrads.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Laufrad 1 mit einer Nabe 2 und einer kreisförmig um die Nabe 2 in einer azimutalen Richtung Az verlaufenden Felge 10. Zwischen der Nabe 2 und der Felge 10 verlaufen zwanzig gleichmäßig entlang des Umfangs des Laufrads 1 verteilte Speichen 4a, 4b. Sie sind - in eine Rotations- oder Erstreckungsebene des Laufrads 1 projiziert - weitgehend tangential gegenüber der Nabe 2 eingespeicht, womit sich jeweils zwei in Richtung Az benachbarte Speichen 4a einer ersten Felgenflanke 11 sowie jeweils zwei denen gegenüber in Richtung Ax benachbarte Speichen 4b einer zweiten Felgenflanke 12 relativ kurz vor ihrem radial inneren Speichenende 6 vor der Nabe 2 (vgl. auch Fig. 2) einmal kreuzen. Außerdem sind die Speichen 4a, 4b nicht in einer Felgenmitte A (vgl. Fig. 7) angebracht, sondern verlaufen schräg oder verschränkt von einer Felgenflanke 11, 12 zu einer relativ zur Rotationsebene des Laufrads 1 gegenüberliegenden Nabenseite der Nabe 2. Dabei kreuzen sich jeweils die Speichen 4a mit den Speichen 4b in einer Querschnittsebene der Felge 10. Diese Art der gekreuzten und schrägen Einspeichung bietet gegenüber handelsüblichen Einspeichungsmustern einen idealen Ausgleich zwischen einer Drehmomentübertragung bei einer reduzierten Laufradmasse aufgrund kürzerer Speichen des Laufrads 1, relativ zur üblichen Einspeichung mit 32, 40 bzw. 48 Speichen mit Dreifach- bis Fünffachkreuzung.
Radial außen zwischen den Felgenflanken 11 , 12 ist ein M-förmiges Felgenbett 13 (siehe auch Fig. 4 und 8) als Auflage für einen hier nicht dargestellten Reifen angeordnet, welches mit seinen radial nach innen gebogenen Schenkeln an den felgeninnenseitigen Flankenflächen 11 A, 12A der Felgenflanken 11 , 12 anliegt.
An ihrem radial inneren Speichenende 6 verfügen die Speichen 4a, 4b über ein eingebettetes metallisches Gewinde 6g (s. Fig. 2). Damit sind sie in einem Durchbruch 2o bzw. in einer Gewindebohrung der Nabe 2 verspannt bzw. verschraubt. Radial innerhalb der Gewindebohrungen 2o der Nabe 2 ist ein Disc-Halter2d mit 6-Loch-Discaufnahme bzw. -Adapter zur Anbringung einer Scheibenbremse an der Nabe 2 in die Nabe 2 formschlüssig eingebettet und kraftschlüssig verklebt. Die Nabe 2 dreht sich um eine in Richtung Ax verlaufenden Achse (vgl. Fig. 1), über die sie mit zwei Lagern verbunden ist. Die Nabe 2 nimmt auf einer ersten, dem Betrachter zugewandten Laufradseite die rechten Speichen 4a und auf einer zweiten, abgewandten Laufradseite die linken Speichen 4b auf.
Gemäß Fig. 7, einer Draufsicht auf die Felge 10 radial auswärts, münden die Speichen 4a, 4b mit ihrem radial äußeren Speichenende 5 paarweise und jeweils in Richtung Az leicht versetzt in den Felgenflanken 11, 12. Die Felgenflanken 11 , 12 weisen rechteckige, an der Felgenmitte A beginnende Aussparungen 11 o, 12o auf, durch die hindurch die Speichen 4a, 4b die Felge 10 durchtreten. Im Bereich zweier solcher Aussparungen 11 o, 12o ist jeweils eine nicht dargestellte Speichenrippe 20 angeordnet, in der die Speichen 4a, 4b aufgenommen und verklebt sind. Radial einwärts in unmittelbarer Nähe zu der Felge 10 kreuzen sich die jeweiligen Speichen 4a, 4b in etwa in der Rotationsebene des Laufrads 1 (vgl. Fig .1). Damit kreuzt jede Speiche 4a eine weitere Speiche 4a und eine Speiche 4b bzw. jede Speiche 4b eine Speiche 4a und eine weitere Speiche 4b.
Anhand eines im Schnitt dargestellten linken oberen Viertels des Laufrads 1 in Fig. 1 ist angedeutet, wie die äußeren Speichenenden 5 der Speichen 4a, 4b jeweils paarweise in der jeweiligen Speichenrippe 20 münden bzw. aufgenommen sind. Jede Speichenrippe 20 wird zwischen den beiden Felgenflanken 11, 12 und einem durchgängigen ringförmigen Felgenbett 13 an einer gewünschten Position in der Felge 10 gehalten.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der zweiten Felgenflanke 12. Dabei verläuft eine Speiche 4b radial auswärts durch eine Aussparung 12o in der Felgenflanke 12 hindurch zur rückseitigen Flankenfläche 12A der Felgenflanke 12 und ist dort in der Speichenrippe 20 bedarfsgerecht verklebt. Die Speichenrippe 20 liegt hierzu mit einer Kontaktfläche 22 (siehe Fig. 4) an der rückseitigen Flankenfläche 12A der Felgenflanke 12 an. Dabei sorgt eine von der Kontaktfläche hervorstehende Passnase 24 der Speichenrippe 20 für ihre exakte Positionierung entlang der Felgenflanke 12. Selbiges gilt für die zweite Passnase 25 der Speichenrippe 20, welche zur Positionierung in eine Aussparung 11o der anderen Felgenflanke 12 greift (siehe Fig. 7).
Aus der Querschnittsansicht gemäß Fig. 4 geht hervor, dass eine Wölbung der Kontaktflächen 22 der Speichenrippe 20 einem Innenprofil der Felge 10 angepasst ist, d. h. die Speichenrippe 20 im Wesentlichen u- bzw. v-förmig ausgebildet ist. Sie umfasst zwei Schenkel, die zwei außenseitige Kontaktflächen 21, 22 tragen, in welchen jeweils die Vertiefung 21v, 22v zur gemeinsamen konkaven Innenseite der Speichenrippe 20 hin ausgebildet ist. Die Vertiefungen 21v, 22v sind Richtung Az versetzt zueinander angeordnet, so dass die darin eingebrachten Speichen 4a, 4b aneinander vorbeilaufen können, wenn sie sich beim Durchdringen der Rotationsebene des Laufrads 1 kreuzen. Die ausgewölbten Rückseiten 21 r, 22r der Vertiefungen 21 v, 22v dienen der Positionierung des Felgenbetts 13 bei der Montage, indem die zwei Schenkel des Felgenbetts 13 dagegen gestoßen angeordnet werden.
In den Vertiefungen 21v, 22v sind im verbundenen Zustand der Speichenrippe 20 (Fig. 5) radial äußere Speichenenden 5 zweier Speichen 4a, 4b mittels eines Klebstoffs 23 eingeklebt. An ihrem radial inneren Ende gehen die Vertiefungen 21v, 22v nahtlos in zwei hervorstehende Überstände, die Passnasen 24, 25 über. Die Passnasen 24, 25 stehen rampenförmig bzw. plateauförmig gegenüber den Kontaktflächen 21 , 22 der Speichenrippe 20 nach außen ab bzw. hervor und bilden damit jeweils eine Nase auf den Kontaktflächen 21 , 22 aus, die als Positionierhilfe bei der Montage dient. Die Passnasen 24, 25 erstrecken sich zudem jeweils bis zu einer Scheitellinie der Speichenrippe 20, an der die Kontaktflächen 21, 22 aneinanderstoßen. Die Passnasen 24, 25 sind punktsymmetrisch zu einem Mittelpunkt der Scheitellinie ausgebildet und angeordnet. Sie definieren damit den axialen Abstand der Speichen 4a, 4b.
Die Passnasen 24, 25 füllen außerdem denjenigen Raum der Aussparungen 11 o, 12o aus, den die Speichen 4a, 4b nicht beanspruchen (vgl. Fig. 7). Sie verschließen den Felgenboden im Bereich der Aussparungen 11 o, 12o und schließen außerdem bündig mit einer radial inneren Außenseite der Felge 10 ab, so dass sich eine weitgehend ungestörte Oberfläche der Felge 10 ergibt.
Die Einheit aus der Speichenrippe 20 und den Speichen 4a, 4b gemäß Fig. 5 kann für die Montage separat vorbereitet und ggf. überprüft werden. Sie ermöglicht dadurch einen besonders schnellen und maschinellen Montagevorgang.
Nach Fig. 8 ist zwischen den Schenkeln des Felgenbetts 13 eine wellenförmige Querversteifung 40 eingesetzt, die die Felge 10, insbesondere die beiden Felgenflanken 11, 12 zusätzlich in sich in Richtung Ax stützt bzw. versteift.
Für die Montage werden sämtliche Komponenten, aus (Prepreg-Carbon-) Rovingen bzw. Roving-Fasern aus Faserverbundwerkstoffen, die zu sogenannten „Halbzeugen“, also Bahnen bzw. speziellen Zuschnitten verwoben sind, bereitgestellt. Bei den Halbzeugen stehen die Fäden der Gewebematrix typischerweise in einem 90°-Winkel zueinander.
Zunächst werden die Felgenflanken 11, 12, das Felgenbett 13, optional die Nasenleisten 30, sowie die Speichenrippe 20 und die Speichen 4a, 4b aus den Halbzeugen vorkonfektioniert, beispielsweise mittels einer computergesteuerten 3- oder 5-achsigen CNC-Maschine im Dreh- oder Fräsverfahren, für höchste Genauigkeit des Zuschnitts. Einen größeren Zeitaufwand erfordert der manuelle Zuschnitt. Vor allem bei Entfall der separaten Nasenleisten 30 kann zumindest eine der beiden Felgenflanken 11 , 12 im Querschnitt J-förmig gestaltet sein, um eine unverstärkte stumpfe Stoßnaht in der Felgenmitte zu vermeiden. Damit überlappen die Felgenflanken einander entlang der Az-Richtung der Felge, so dass eine äußere Nahtstelle zwischen den Felgenflanken in der Felgenmitte verbleibt. Dazu reicht der kurze gekrümmte, sogenannte Nasenleistenabschnitt der J-förmigen Felgenflanke bogenförmig über die Felgenmitte und wird im montierten Zustand außenseitig von der anderen, im Wesentlichen geraden Felgenflanke bis zur Felgenmitte überlappt. Dies sorgt für einen geschlossenen Felgenboden.
Im Bereich der Überlappung der Felgenflanken mit der Speichenrippe kann jene zumindest einseitig eine entsprechende Einbuchtung für den gebogenen Nasenleistenabschnitt der J- förmigen Felgenflanke aufweisen. Beim Zusammenbau wird dann eine Felgenflanke mit Nasenleiste mit einer Felgenflanke ohne Nasenleiste zusammen mit dem Felgenbett zur Felge verbunden, so dass im zusammengebauten Zustand der Felgenboden geschlossen ist. Dabei wird die Felgenflanke ohne Nasenleiste derart mit einer Stirnseite an der Felgenmitte gegen den Absatz der J-förmigen Felgenflanke mit nach innen versetzt verlaufender Nasenleiste gestoßen, dass die Felgenflanken eine bündige bzw. versatzlose Felgenoberfläche bilden.
Bei der Montage einer Variante mit Nasenleisten 30 wird zunächst eine fertig zugeschnittene und mit den gewünschten Aussparungen 11 o, 12o versehene erste Felgenflanke 11 in eine Montageform eingelegt. Wie in Fig. 7 gezeigt, richtet sich die Größe der Aussparungen 11 o, 12o nach einer azimutalen Dicke Db und einer axialen Dicke Da der Speichen 4a, 4b (s. Fig. 7) sowie deren gewünschter Einbautiefe in Richtung Ax. Die azimutale Dicke Db einer Speiche 4a, 4b bestimmt die Breite b der Aussparung 11 o, 12o. Je weiter von der Felgenmitte A weg die Speichen 4a, 4b in den Felgenflanken 11, 12 angeordnet werden, desto tiefer ist die Länge I bzw. Tiefe I der Aussparung 11 o, 12o in die Felge 10 eingeschnitten. Die Felgenflanke 11 kann im Querschnitt bereits leicht gebogen sein oder erst im späteren Verbindungsverfahren der einzelnen Komponenten beim Aushärten gebogen werden.
Anschließend werden u-förmig gebogene und in Form und Krümmung an die Form der Speichenrippe 20 angepasste Nasenleisten 30 zur einfacheren Verbindung der Felgenflanken 11 , 12 als Felgenboden-Unterkonstruktion in der Montageform zwischen den Aussparungen 11 o in der Felgenflanke 11 angeordnet. Die Nasenleisten 30 werden so positioniert, dass sie zur Hälfte auf der aussparungsseitigen bzw. radial inneren Hälfte der Felgenflanke 11 und in einem Abstand zu den Aussparungen 11o aufliegen.
Die Nasenleisten 30 sind nicht zwingend erforderlich. Sie vereinfachen jedoch das Zuschneiden der Felgenflanken 11 , 12 und unterstützen den Zusammenbau des Laufrads 1. Zudem erhöhen sie die Steifigkeit und Stabilität der Felge 10, da sie für eine Aufdoppelung des Felgenbodens sorgen.
Daraufhin wird die Speichenrippe 20 mit den eingeklebten Speichen 4a, 4b aus der Richtung Ax in die Montageform eingeschoben bzw. eingeführt. An dieser Stelle helfen die an der Speichenrippe 20 ausgebildeten Passnasen 24, 25 bei der exakten Positionierung entlang der Felge 10 in den Aussparungen 11o der ersten Felgenflanke 11, da die Passnasen 24, 25 in der Größe jeweils einer der azimutalen Breite b und axialen Tiefe t der Aussparungen 11 o, 12o entsprechen. Da es sich bei der Speichenrippe 20 um ein symmetrisches Bauteil handelt, kann sie nicht seitenverkehrt eingebaut werden.
Dabei überlappt die Speichenrippe 20 die beiden in Az-Richtung voneinander beabstandeten benachbarten Nasenleisten 30 zumindest teilweise, so dass ein durchgängig verbundener, mindestens aufgedoppelter Felgenboden entlang des Laufradumfangs entsteht. Die Speichenrippe 20 weist in den gewölbten Kontaktflächen 22 rechts und links der Passnasen 24, 25 zwei flächige Nasenleisten-Einbuchtungen 26 (Fig. 6) auf, die die Endabschnitte der Nasenleiste 30 formschlüssig aufnehmen.
Schließlich wird die zweite deckungsgleich zugeschnittene Felgenflanke 12 auf einer Innenseite mit Klebstoff benetzt und mit den bereits in der Montageform befindlichen Komponenten 11 , 30, 20, 4b verklebt, wie es Fig. 7 in einem zusammengesetzten Zustand eines Ausschnitts der Felge 10 zeigt. Diese besonders einfache, puzzleartige Herstellung ist nicht fehleranfällig, die schichtartige Montage erlaubt eine hohe Mechanisierung. Der weitgehend symmetrische Aufbau des Laufrads erlaubt darüber hinaus die Umsetzung eines Gleichteilekonzepts, das auch den Aufwand für den Formenbau reduziert.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Laufrad und seinem Herstellungsverfahren lediglich um jeweils ein Ausführungsbeispiel handelt, das vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So ist die Erfindung beispielsweise nicht auf die gezeigten flachen Speichen mit ovalem Querschnitt beschränkt. Weiterhin ist die Felgenform des erfindungsgemäßen Laufrads nicht auf eine u- bzw. v- förmige Außenform beschränkt, sondern kann beispielsweise auch c-förmig, nahezu rechteckig oder c-kastenförmig ausgebildet sein. Die Speichenrippe kann entsprechend geformt sein. Außerdem schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrmals oder mehrfach vorhanden sein können.
Bezugszeichenliste
1 Laufrad
2 Nabe
20 Durchbrüche 2d Disc-Halter
4a, 4b Speichen
5 Speichenende, radial außen
5h Speichenkopf
6 Speichenende, radial innen
6g Gewinde
10 Felge
11, 12 Felgenflanken 11A, 12A Flankenfläche 11 o, 12o Aussparungen 13 Felgenbett 20 Speichenrippe
21, 22 Kontaktfläche 21v, 22v Vertiefung
21 r, 22 r Rückseite der Vertiefung 23 Klebemittel
24, 25 Passnase
26 Nasenleisten-Einbuchtung
30 Nasenleiste
40 Querversteifung
A Felgenmitte
Da azimutale Dicke der Speiche
Db axiale Dicke der Speiche b Breite der Aussparung t Tiefe der Aussparung
Ax Axialrichtung / axiale Richtung des Laufrads
Az Azimutalrichtung / azimutale Richtung des Laufrads

Claims

Patentansprüche
1. Laufrad (1) für ein Fahrrad mit
- einer Nabe (2),
- einer Anzahl an Speichen (4a, 4b),
- einer Felge (10) aus Faserverbundwerkstoffen, wobei die Felge (10) zwei Felgenflanken (11 , 12) und ein Felgenbett (13) und eine Anzahl an Aussparungen (11 o, 12o) in den Felgenflanken (11, 12) zum radialen Durchtritt der Speichen (4a, 4b) durch die Felge (10) hindurch aufweist.
2. Laufrad nach Anspruch 1, wobei eine Dimensionierung der Aussparung (11 o, 12o) in axialer Richtung ein Mehrfaches einer axialen Dicke der Speichen (4a, 4b) umfasst.
3. Laufrad (1) für ein Fahrrad mit
- einer Nabe (2),
- einer Anzahl an Speichen (4a, 4b),
- einer Felge (10) aus Faserverbundwerkstoffen, wobei die Felge (10) zwei Felgenflanken (11, 12) und ein Felgenbett (13) umfasst, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Speichenrippe (20) mit äußeren konvexen Kontaktflächen (21, 22), deren Wölbung einem Innenprofil der Felge (10) angepasst ist, zur durchdringungsfreien Befestigung eines radial äußeren Speichenendes (5) der Speiche (4a; 4b) an der Speichenrippe (20) und in der Felge (10).
4. Laufrad nach dem vorstehenden Anspruch mit der Kontaktfläche (21, 22) der Speichenrippe (20) zur Anlage an einer Flankenfläche (11 A, 12A) der Felgenflanke (11, 12) und mit einer Vertiefung (21 v, 22v) in der Kontaktfläche (21 , 22) der Speichenrippe (20) zur Befestigung des radial äußeren Speichenendes (5) darin.
5. Laufrad nach dem vorstehenden Anspruch mit einer Auflagefläche für das Felgenbett (13) an einer der Kontaktfläche (21, 22) abgewandten Rückseite (21 r, 22r) der Vertiefung (21v, 22 v).
6. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 5 mit zumindest einer über die Ebene der Kontaktfläche (21, 22) hervorstehenden Passnase (24, 25) an der Speichenrippe (20) als deren Positionierhilfe in einer Felgenflanke (11 , 12), die in die Aussparung (11 o, 12o) der Felge (10) passt.
7. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche mit zumindest einer Speiche (4a, 4b) mit einem daran angeformten Speichenkopf (5h) zur Befestigung der Speiche (4a, 4b) in der Felge (10), mit einer daran angeformten Speichenrippe (20) zur Anlage an einer Flankenfläche (11A, 12A) der Felgenflanke (11, 12).
8. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche mit zumindest einer Speiche (4a, 4b) aus Faserverbundwerkstoffen mit einem angeformten, insbesondere eingebetteten metallischen Gewinde (6g) am radial inneren Speichenende (6) zur Befestigung der Speiche (4a, 4b) an der Nabe (2).
9. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Nabe (2) aus Faserverbundwerkstoffen mit einer Anzahl an Durchbrüchen (2o) zur Befestigung der Speichen (4a, 4b).
10. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem in die Nabe (2) eingebetteten metallischen Disc-Halter (2d), vorzugsweise mit 6-Loch-Discaufnahme oder Center-Lock-Discaufnahme, für eine Scheibenbremse.
11. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer azimutal verlaufenden Querversteifung (40) zwischen den Felgenflanken (11 , 12).
12. Verfahren zur Herstellung eines Laufrads (1), das zumindest teilweise aus Faserverbundwerkstoffen besteht, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine zumindest dreiteilige Felge (10) mit einer ersten (11) und einer zweiten Felgenflanke (12) und einem Felgenbett (13), eine Anzahl an Speichen (4a, 4b) und eine Nabe (2), mit den folgenden Schritten:
A) Verbinden einer Speiche (4a, 4b) mit der ersten Felgenflanke (11),
B) Einlegen des Felgenbettes (13) auf die erste Felgenflanke (11),
C) Auflegen der zweiten Felgenflanke (12),
D) Verbinden der Komponenten (2, 4a, 4b, 11 , 12, 13).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei vor dem Schritt A eine Anzahl an Aussparungen (11 o, 12o) gemäß der Anzahl an Speichen (4a, 4b) in die Felgenflanken (11, 12) eingebracht wird, und wobei vorzugsweise im Schritt A zumindest eine Speiche (4a, 4b) mit einer Speichenrippe (20) verklebt wird und anschließend auf der ersten Felgenflanke (11) im Zuge des Einlegens in die Aussparung (11 o, 12o) verklebt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei vor dem Schritt C eine Querversteifung (40) und/oder eine Nasenleiste (30) zur Verbindung der beiden Felgenflanken (11, 12) auf die erste Felgenflanke (11) eingelegt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei nach dem Schritt D die Nabe (2) im Zentrum der Felge (10) positioniert und die Speichen (4a, 4b) an der Nabe (2) verschraubt werden.
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