DE102009038459B3 - Rim for use in impeller of single-track or multi-track vehicle e.g. racing cycle, has separate brake disk including reinforcement fiber that is made of fiber composite material and attached to area of brake surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Felge für ein Fahrrad, wobei die Felge im Wesentlichen aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff besteht und zwei Bremsflanken aufweist, die zum Kontakt mit bremsend auf die Felge einwirkenden Bremsklötzen ausgebildet sind.The invention relates to a rim for a bicycle, wherein the rim substantially consists of a carbon fiber composite material and has two brake flanks which are designed to make contact with braking pads acting on the rim in a braking manner.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrräder bekannt, insbesondere Rennräder, Mountainbikes, Trekkingräder und Citybikes, die zwei Laufräder aufweisen. Beide Laufräder weisen jeweils eine Felge auf. Auf der Außenseite der Felge ist jeweils entweder ein Schlauchreifen oder ein von einem Mantel bedeckter Schlauch befestigt. Die Felge selber ist über Speichen mit einem Nabenelement verbunden, um welches das Laufrad, und somit auch die Felge, drehbar gelagert ist.From the prior art bicycles are known, especially road bikes, mountain bikes, trekking bikes and city bikes, which have two wheels. Both wheels each have a rim. On either side of the rim, either a tubular tire or a tube covered by a jacket is attached. The rim itself is connected via spokes with a hub member around which the impeller, and thus also the rim, is rotatably mounted.
Das Nabenelement ist im Regelfall als Nabe ausgebildet. Meistens ist die Nabe hohl, damit eine Steckachse, wie ein Schnellspanner, hindurchgeführt werden kann, damit das gesamte Laufrad an den Ausfallenden eines Hinterbaus eines Fahrrades oder einer Gabel befestigbar ist.The hub element is usually designed as a hub. In most cases, the hub is hollow, so that a thru axle, such as a quick release, can be passed, so that the entire wheel is fastened to the dropouts of a rear end of a bicycle or a fork.
Bei hochwertigen Fahrrädern ist darauf zu achten, dass diese besonders steif und leicht ausgestaltet sind. Dabei betreffen diese zwei Erfordernisse insbesondere auch die Laufräder und dort die Felgen.For high-quality bicycles, make sure that they are particularly stiff and lightweight. These two requirements relate in particular to the wheels and there the rims.
Herkömmliche Laufräder und Felgen sind aus Metall gefertigt, bspw. Aluminium, Stahl und deren Legierungen.Conventional wheels and rims are made of metal, for example. Aluminum, steel and their alloys.
Zwar sind aus Aluminium gefertigte Laufräder und Felgen schon leichter als aus Stahl gefertigte Laufräder und Felgen, doch hat es sich gezeigt, dass aus Kohlefaser hergestellte Felgen und Laufräder noch steifer und leichter sind, als diese herkömmlichen Laufräder und Felgen.Although aluminum wheels and rims are lighter than steel wheels and rims, carbon fiber rims and wheels have been found to be stiffer and lighter than conventional wheels and rims.
Daher wird gerade im High-End-Bereich dazu übergegangen, vermehrt Kohlefasern und Kohlefaserverbundwerkstoffe einzusetzen. Aus dem Stand der Technik sind aus Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigte Felgen und Laufräder bekannt. So offenbart z. B. die
Benachbarter Stand der Technik ist auch aus den Druckschriften
Eine besonders verstärkte Felge mit seitlich angebrachten Metallplatten oder die Felge dreiseitig umgreifenden Karbon-Aramid-Faserlagen, ist aus der
Allerdings weisen die Kohlefaserverbundwerkstoffe immer auch eine Harzstruktur auf, diese Harzstruktur ist dann auch auf der Oberfläche der Laufräder und Felgen vorhanden. Eine Harzoberfläche weist jedoch schlechte Reibeigenschaften auf.However, the carbon fiber composites always have a resin structure, this resin structure is then also present on the surface of the wheels and rims. However, a resin surface has poor frictional properties.
Diese Reibeigenschaften sind jedoch gerade bei Felgen von großer Bedeutung. Die Felgen weisen Bremsflächen auf, wenn herkömmliche Kantileverbremsen zum Einsatz kommen. Dabei greifen an den Kantileverbremsen angebrachte Bremsklötze bremsend an den Bremsflanken an. Die Bremsflanken sind im Regelfall im Wesentlichen parallel zu einer Symmetrieebene durch die Felge und die Nabe. Leichte Neigungen bis zu 20 Grad sind dabei akzeptabel.However, these friction properties are particularly important in rims. The rims have braking surfaces when conventional cantilever brakes are used. Thereby, brake pads attached to the cantilever brakes engage braking surfaces on the brake flanks. As a rule, the brake flanks are substantially parallel to a plane of symmetry through the rim and the hub. Slight inclinations up to 20 degrees are acceptable.
Greifen an solchen Bremsflächen, die eine Oberfläche aus Harz aufweisen, die Bremsklötze an, so erfolgt im trockenen Einsatz ein ruckartiges Bremsen, das sich bei Nässe sogar noch verschlimmert. Um eine halbwegs adäquate Bremswirkung zu erreichen, müssen teurere Bremsklötze aus anderem Material eingesetzt werden, die jedoch insbesondere bei Nässe immer noch unzureichende Bremseigenschaften gewährleisten.If the brake pads are gripped on such braking surfaces which have a surface made of resin, a jerky braking occurs in dry use, which even worsens in the wet. In order to achieve a reasonably adequate braking effect, more expensive brake pads made of other materials have to be used, which, however, still guarantee inadequate braking properties, especially when wet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, das Gewicht der Felge bzw. des Laufrades gering zu halten und die Bremseigenschaften, beim Einsatz von Bremsklötzen an den Bremsflanken, zu verbessern.It is the object of the invention to keep the weight of the rim or the impeller low and to improve the braking properties when using brake pads on the brake sidewalls.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass je eine, zumindest eine Verstärkungsfaser umfassende separate Bremsscheibe aus Faserverbundmaterial nur im Bereich der Bremsflanke angebracht ist. Dadurch wird das Gesamtgewicht niedrig gehalten, die Steifigkeit der Felge durch einen nahezu optimalen Werkstoffeinsatz erhöht, wobei gleichzeitig die Bremswirkung durch an der Bremsscheibe aufsitzende Bremsklötze, im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen wesentlich verbessert wird.This object is achieved in that each one, at least one reinforcing fiber comprehensive separate brake disc made of fiber composite material is mounted only in the region of the braking edge. As a result, the total weight is kept low, the rigidity of the rim is increased by a nearly optimal use of material, while the braking effect is significantly improved by seated on the disc brake pads, compared to conventional solutions significantly.
Diese Aufgabe wird auch dadurch gelöst, dass eine solche Felge in einem Laufrad für ein einspuriges oder mehrspuriges Fahrzeug, wie einem Fahrrad, eingesetzt ist.This object is also achieved in that such a rim is used in an impeller for a single-track or multi-lane vehicle, such as a bicycle.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
So ist es von Vorteil, wenn mehrere Verstärkungsfasern, etwas Glasfasern und/oder Kohlefasern, verwendet sind. Auf diese Weise wird eine abriebfeste und leichte Bremsscheibe erreicht, die standardmäßig vorgefertigt werden kann und in einem letzten Arbeitsschritt auf unterschiedlichste Felgen, also z. B. Mountainbike-Felgen, Scheibenräder, Rennradfelgen oder sonstige Felgen aufbringbar ist. Selbst wenn die Felgen unterschiedlich breit, stark und hoch ausgebildet sind, lassen sich vorgefertigte Bremsscheiben auf diese unterschiedlichen Felgen und Laufräder aufbringen, da diese Bremsscheiben lediglich den Bremsklötzen eine Auflagefläche und Abriebfläche bieten sollen.So it is advantageous if multiple reinforcing fibers, some glass fibers and / or carbon fibers are used. In this way, an abrasion-resistant and lightweight brake disc is achieved, which can be prefabricated by default and in a final step on a variety of rims, ie z. As mountain bike rims, disc wheels, racing rims or other rims can be applied. Even if the rims are different widths, strong and highly trained, prefabricated discs can be applied to these different rims and wheels, as these discs are only the pads to provide a bearing surface and abrasion surface.
Es ist auch von Vorteil, wenn die Bremsscheibe ausschließlich Kohlefasern als Verstärkungsfasern aufweist. Auf diese Weise lassen sich hitzebedingte Spannungen aufgrund der Gleichheit der verwendeten Materialien in der Bremsschreibe und in der Felge vermeiden. Die Langlebigkeit der Felge bzw. des Laufrades mit integrierter Bremsscheibe an den Bremsflanken wird dadurch verbessert.It is also advantageous if the brake disc exclusively comprises carbon fibers as reinforcing fibers. In this way, heat-related stresses due to the equality of the materials used in the brake disc and in the rim can be avoided. The longevity of the rim or the impeller with integrated brake disc on the brake flanks is thereby improved.
Um kein unnötiges Material auf die Felge aufzubringen, und damit unnötig das Gewicht in die Höhe zu treiben, ist es von Vorteil, wenn die Verstärkungsfasern auf einer Kreisbahn um eine Rotationsachse der Felge herum angeordnet sind.In order not to apply unnecessary material to the rim, and thus unnecessary to drive the weight in the air, it is advantageous if the reinforcing fibers are arranged in a circular orbit about an axis of rotation of the rim.
Als besonders verschleißresistent hat sich herausgestellt, wenn die Verstärkungsfasern multidirektional oder unidirektional ausgerichtet sind.It has proven to be particularly wear-resistant if the reinforcing fibers are aligned in a multidirectional or unidirectional manner.
Eine besonders einfache Art der Aufbringung lässt sich dann realisieren, wenn die separate Bremsscheibe auf die Oberfläche der Bremsflanke aufgeklebt ist. Hierbei lassen sich unterschiedlichste Kleber mit unterschiedlichen wärmeabhängigen Aushärtbedingungen verwenden.A particularly simple type of application can be realized when the separate brake disc is glued to the surface of the brake flank. Here you can use a wide variety of adhesives with different heat-dependent curing conditions.
Wenn die Bremsscheibe ersetzbar oder wechselbar auf der Bremsflanke angebracht ist, so kann die Felge bzw. das Laufrad selbst dann weiterverwendet werden, wenn sich eine übermäßige Abnutzung der Bremsscheibe einstellt, da diese dann einfach gewechselt werden kann. Die Reparaturmöglichkeit wird dadurch vereinfacht. Damit man rechtzeitig erkennt, wann das Aufbringen einer neuen Bremsscheibe notwendig ist, ist es von Vorteil, wenn zwischen der Bremsscheibe und der Oberfläche der Bremsflanke eine Verschleißindikatorzwischenschicht vorhanden ist.If the brake disc is replaceable or replaceable mounted on the brake sidewall, so the rim or the impeller can be used even if an excessive wear of the brake disc sets, as this can then be easily changed. The repair option is simplified. In order to recognize in time when the application of a new brake disc is necessary, it is advantageous if a wear indicator intermediate layer is present between the brake disc and the surface of the brake flank.
Damit eine gute Verbindung zwischen der Bremsflanke und der Bremsscheibe vorhanden ist und/oder von Anfang an beim Einsatz von Bremsklötzen eine gute Bremswirkung erfolgt, ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche der Bremsflanke und/oder die Oberfläche der Bremsscheibe spanabhebend nachbearbeitet ist, vorzugsweise abgeschliffen ist. Alternativ lassen sich aber auch fräsende, läppende oder drehende Nachbearbeitungsschritte durchführen.So that a good connection between the brake flange and the brake disc is present and / or from the beginning when using brake pads, a good braking effect, it is advantageous if the surface of the brake surface and / or the surface of the brake disc is machined, preferably abraded is. Alternatively, however, milling, lapping or rotating post-processing steps can also be carried out.
Wenn die der Oberfläche der Bremsflanke abgewandte Seite der Bremsschicht spanabhebend nachbearbeitet ist, so dass eine oberste Harzschicht unter Freilegung von Verstärkungsfasern abgetragen ist, so lässt sich von Anfang an eine gute Bremswirkung erreichen, Temperaturspannungen zwischen Felge und Bremsscheibe vermeiden und ein geringes Gewicht der Felge realisieren. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Bremsscheibe eine Dicke d von 0,2 mm bis 1,5 mm, insbesondere 1 mm, weiter bevorzugt 0,3 mm bis 0,5 mm aufweist.If the side facing away from the surface of the braking surface of the brake layer is machined, so that a top resin layer is exposed to expose reinforcing fibers, so can achieve a good braking effect from the beginning, avoid temperature stresses between the rim and brake disc and realize a low weight of the rim , To be particularly advantageous, it has been found that the brake disc has a thickness d of 0.2 mm to 1.5 mm, in particular 1 mm, more preferably 0.3 mm to 0.5 mm.
Für den Einsatz bei 28 Zoll Laufrädern hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Bremsscheibe einen Außendurchmesser von 635 mm bis 645 mm, insbesondere 640 mm und einen Innendurchmesser von 615 mm bis 625 mm, insbesondere 620 mm aufweist.For use with 28 inch wheels, it has also proven to be advantageous if the brake disc has an outer diameter of 635 mm to 645 mm, in particular 640 mm and an inner diameter of 615 mm to 625 mm, in particular 620 mm.
Wenn die Bremsscheibe als gewickelter CFK-Ring ausgebildet ist, lassen sich erprobte und kostengünstige Fertigungsverfahren nutzen, was die Kosten des fertigen Produkts reduziert.When the brake disc is formed as a coiled CFRP ring, proven and inexpensive manufacturing techniques can be used, reducing the cost of the finished product.
Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher beschrieben.The invention will be described below with reference to a drawing.
Es zeigen:Show it:
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Für die gleichen Elemente werden dieselben Bezugszeichen verwendet.The figures are merely schematic in nature and are only for the understanding of the invention. The same reference numerals are used for the same elements.
In
In dem Aerodynamikbereich
Die beiden unterschiedlichen Bereiche, nämlich der tragende Bereich
Auf diese Bremsflanke
Unter Kleben werden auch jegliche Laminierungsvorgänge mitumfasst. Es sollen ferner jegliche kraftschlüssigen Verbindungen mitumfasst sein. Alternativ ist es auch möglich, stoffschlüssige und formschlüssige Verbindungen zwischen der Bremsscheibe
Als mögliche Alternative ist denkbar, die Bremsscheibe
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Bremsscheibe
Die Bremsscheibe
Die Verstärkungsfaser
In
Während ein Außendurchmesser Da der Bremsscheibe
Es ist von Vorteil, wenn die Oberfläche der Bremsflanke
Auch ist es von Vorteil, wenn, nachdem die Bremsscheibe
In
Die Erfindung kann auch eingesetzt werden, um bereits gefertigte Felgen zu reparieren. Dabei wird eine bereits vorab näher erläuterte Bremsscheibe
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