DE29601234U1 - Sandwich frame for two-wheelers - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rahmen in Sandwichbauweise für Zweiräder, wie Fahrräder, Motorfahrräder und Motorräder. Solche Rahmen, z.B. Fahrradrahmen, wurden bisher überwiegend aus Stahlrohren gefertigt, die durch Verbindungselemente, wie Muffen, miteinander verbunden oder aber zusammengeschweißt werden. In den letzten Jahren werden aus Gründen der Gewichtsersparnis Rahmen für höherwertige Fahrräder, wie Rennsporträder, zunehmend aus Aluminium hergestellt.The invention relates to a frame in sandwich construction for two-wheelers, such as bicycles, mopeds and motorcycles. Such frames, e.g. bicycle frames, have so far been made predominantly from steel tubes that are connected to one another by connecting elements, such as sleeves, or welded together. In recent years, frames for higher-quality bicycles, such as racing bikes, have increasingly been made from aluminum in order to save weight.
Das Gebrauchsmuster mit der Rollennummer G 88 17 102.7 beschreibt einen Motorrad- und/oder Fahrradrahmen in Sandwich-Bauweise, insbesondere aus Kunststoff, bei dem flache Deckteile oder -platten über Füllstoffe, beispielsweise durch Kleben oder Löten, miteinander verbunden sind. Dabei wird der Rahmen aus einzelnen, separat gefertigten Holmen gebildet, die an ihren Enden mittels eines oder mehrerer Verbindungselemente aneinandergefügt und innen mit Holz, Wabenkörpern aus Metall, Kunststoff und/oder Schaumstoff als Kernmaterial ausgefüllt sind. Die Gebrauchsmusterschrift enthält keine Angaben, wie die Holme gefertigt werden sollen. Sie werden jedenfalls aus längeren, vielleicht koextrudierten Teilen auf die erforderliche Länge abgelängt, an den Enden auf passende Fügewinkel geschnitten und dort mittels Verbindungselementen zusammengefügt.The utility model with the roll number G 88 17 102.7 describes a motorcycle and/or bicycle frame in a sandwich construction, in particular made of plastic, in which flat cover parts or plates are connected to one another using fillers, for example by gluing or soldering. The frame is made up of individual, separately manufactured spars, which are joined together at their ends using one or more connecting elements and are filled inside with wood, honeycomb bodies made of metal, plastic and/or foam as core material. The utility model specification contains no information on how the spars are to be manufactured. In any case, they are cut to the required length from longer, perhaps co-extruded parts, cut to suitable joining angles at the ends and then joined together using connecting elements.
Das Gebrauchsmuster mit der Rollennummer G 81 33 605.5 betrifft Fahrradrahmen, die entweder aus einem Stück bestehen
oder aus zwei Schalen zusammengesetzt sind. Bei beiden Varianten wird also der Rahmen nicht aus einzelnen Holmen
und Streben zusammengefügt. Im ersteren Fall weist der Rahmen
eine Einlage aus Blech auf, die mit einem Kunststoff ummantelt ist. Im zweiten Fall besteht der Rahmen aus zwei
miteinander verbundenen Kunststoffschalen, in die ein Versteifungsprofil,
z.B. ein Rohr aus Kohlenstoffaser-verstärktem Kunststoff eingelegt ist. Die Kunststoffschalen werden
in individuellen, nur für eine bestimmte Rahmenausführung geeigneten Muldenformen gefertigt.The utility model with the roll number G 81 33 605.5 concerns bicycle frames that either consist of one piece or are made up of two shells. In both variants, the frame is not assembled from individual bars and struts. In the first case, the frame has a sheet metal insert that is covered with plastic. In the second case, the frame consists of two
interconnected plastic shells into which a stiffening profile, e.g. a tube made of carbon fiber reinforced plastic, is inserted. The plastic shells are manufactured in individual molds that are only suitable for a specific frame design.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Rahmen in Sandwich-Bauweise für Zweiräder, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest ein Teil der Holme und Streben eine zusammenhängende, aus einem vorgefertigten plattenförmigen Sandwichmaterial herausgeschnittene Einheit ohne Verbindungselemente bildet. Bei einer der Ausführungsformen der Erfindung bilden alle Holme und Streben zusammen eine solche Einheit. Bei einer anderen Ausführungsform bilden nur die Holme eine solche Einheit.The subject of the present invention is a frame in sandwich construction for two-wheelers, which is characterized in that at least some of the spars and struts form a coherent unit cut out of a prefabricated plate-shaped sandwich material without connecting elements. In one of the embodiments of the invention, all spars and struts together form such a unit. In another embodiment, only the spars form such a unit.
Die Rahmen nach der Erfindung sind leichter als Stahlrohrrahmen und, bei zweckentsprechender Auswahl der Materialien, auch leichter als Aluminiumrahmen. Die Holme und Streben sind zusammenhängend und bedürfen keiner gesonderten Verbindungen. Dies ist ein fertigungstechnischer Vorteil, der zudem die mechanischen Schwachstellen vermeidet, die solche Verbindungselemente immer darstellen. Für die Herstellung des Rahmens werden keine individuellen Muldenformen benötigt . Der Rahmen wird vielmehr aus einer Sandwichplatte {oder WerkstoffVerbundplatte) mit Werkzeugen geschnitten, die Änderungen in der Form des Rahmens, je nach dem zu fertigenden Modell bzw. nach technischen Vorgaben oder Erfordernissen des jeweiligen Designs, ohne weiteres gestatten. Beispielsweise lassen sich so Rahmen mit geschwungener Linienführung preisgünstig herstellen.The frames according to the invention are lighter than tubular steel frames and, if the materials are selected appropriately, also lighter than aluminum frames. The spars and struts are connected and do not require any separate connections. This is a manufacturing advantage that also avoids the mechanical weak points that such connecting elements always represent. No individual trough shapes are required to manufacture the frame. Instead, the frame is cut from a sandwich panel (or material composite panel) with tools that easily allow changes in the shape of the frame, depending on the model to be manufactured or according to technical specifications or requirements of the respective design. For example, frames with curved lines can be manufactured inexpensively in this way.
Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, in denenThe invention is further explained by the accompanying drawings, in which
- Figur 1 einen Fahrradrahmen in der Seitenansicht zeigt,- Figure 1 shows a bicycle frame in side view,
- Figur 2 einen Schnitt durch die Ebene der Kettenstreben in der Sicht von oben,- Figure 2 a section through the plane of the chainstays viewed from above,
- Figur 3 einen Querschnitt durch ein plattenförmiges Sandwichmaterial, aus dem der gesamte Rahmen mit Holmen und Streben in einem Stück geschnitten werden kann,- Figure 3 shows a cross-section through a plate-shaped sandwich material, from which the entire frame with spars and struts can be cut in one piece,
- Figur 4 einen Querschnitt durch einen Unterholm und- Figure 4 shows a cross section through a lower beam and
- Figur 5 einen Querschnitt durch eine Kettenstrebe- Figure 5 a cross section through a chainstay
darstellt.represents.
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Der Fahrradrahmen nach der Figur 1 besteht im wesentlichen aus dem Oberholm 1, dem Unterholm 2 und dem Sattelholm 3 sowie den (jeweils einfach dargestellten) Sattelstreben 4 und Kettenstreben 5. Im Übergang des Oberholms 1 in den Unterholm 2 befindet sich das gestrichelt dargestellte Steuerrohr 6, das durch eine zylindrische Ausnehmung, z.B. eine Bohrung, die in der Rahmenebene liegt, eingeführt und mit dem Rahmen auf geeignete Weise, z.B. durch Verkleben, fest verbunden werden kann. In dem Bereich, in dem sich der Unterholm 2, der Sattelholm 3 und die Kettenstreben 5 treffen, befindet sich das Tretlager 7, das in eine zur Rahmenebene senkrechten zylindrischen Ausnehmung, z.B. wiederum einer Bohrung, eingeführt und mit dem Rahmen auf geeignete Weise, z.B. wiederum durch Verkleben, fest verbunden wird. Am Treffpunkt der Sattelstreben 4 und der Kettenstreben 5 befindet sich das Ausfallende 8, das die Hinterradnabe aufnimmt. Das Ausfallende 8 kann durch ein entsprechend angepaßtes, die Außenflächen der Sattelstrebe 4 bzw. der Kettenstrebe 5 teilweise umgreifendes, zweckmäßig eingeklebtes Blech verstärkt werden. Am Übergang des Oberholms 1 in den Sattelholm 3 befindet sich die Sattelstützenaufnahme 9, zweckmäßig eine zylindrische Hülse, die in einer in der Ebene des Rahmens liegenden Ausnehmung, z.B. einer Bohrung, in geeigneter Weise, z.B. durch Verkleben, befestigt wird. Schließlich bezeichnet in der Figur 1 die 10 den Bremssteg zur Befestigung der Hinterradbremse, der beispielsweise in Form eines Einlegeteils in den Sandwich-Rahmen integriert ist.The bicycle frame according to Figure 1 essentially consists of the upper beam 1, the lower beam 2 and the saddle beam 3 as well as the saddle stays 4 and chain stays 5 (each shown simply). At the transition from the upper beam 1 to the lower beam 2 there is the head tube 6 shown in dashed lines, which can be inserted through a cylindrical recess, e.g. a hole, which lies in the frame plane, and firmly connected to the frame in a suitable manner, e.g. by gluing. In the area where the lower beam 2, the saddle beam 3 and the chain stays 5 meet there is the bottom bracket 7, which is inserted into a cylindrical recess perpendicular to the frame plane, e.g. again a hole, and firmly connected to the frame in a suitable manner, e.g. again by gluing. At the meeting point of the saddle stays 4 and the chain stays 5 there is the dropout 8, which accommodates the rear wheel hub. The dropout 8 can be reinforced by a suitably adapted sheet metal that partially surrounds the outer surfaces of the seat stay 4 or the chain stay 5 and is preferably glued in. At the transition from the upper beam 1 to the seat beam 3 there is the seat post mount 9, preferably a cylindrical sleeve, which is secured in a recess in the plane of the frame, e.g. a hole, in a suitable manner, e.g. by gluing. Finally, in Figure 1, 10 designates the brake bridge for securing the rear wheel brake, which is integrated into the sandwich frame, for example in the form of an insert.
Bei einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung bilden lediglich die Holme 1, 2 und 3 eine Einheit ohne Verbindungselemente . Die Sattelstreben 4 und die Kettenstreben 5 können konventionelle Teile oder (getrennt von der Einheit aus den Holmen gefertigte) Sandwich-Teile sein und werden an den entsprechenden Stellen in der Nähe der Sattelstützenauflage 9 bzw. des Tretlagers 7 angebracht, beispielsweise geklebt, genietet oder geschraubt.In another embodiment of the invention, only the bars 1, 2 and 3 form a unit without connecting elements. The seat stays 4 and the chain stays 5 can be conventional parts or sandwich parts (manufactured separately from the unit made of the bars) and are attached to the corresponding places near the seat post support 9 or the bottom bracket 7, for example glued, riveted or screwed.
Figur 2 stellt einen Schnitt durch die Ebene der Kettenstre- Figure 2 shows a section through the plane of the chain
ben 5 dar, die aus einem Sandwich-Material mit Kern 11 und Deckschichten 12 bestehen und an den Stellen 13, Deckschicht auf Deckschicht, mit dem vorderen Teil des Rahmens nahe dem Tretlager 7 durch Kleben verbunden sind.5, which consist of a sandwich material with core 11 and cover layers 12 and are connected at the points 13, cover layer to cover layer, to the front part of the frame near the bottom bracket 7 by gluing.
Das vorgefertigte plattenförmige Sandwichmaterial {oder Verbundmaterial) besteht aus zwei Deckschichten 12 aus Metall, Holz, einem Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff, z.B. einem glasfaserverstärkten (GFK) oder kohlenstoffaserverstärkten (CFK) Kunststoff. Letzterer erlaubt die Herstellung von Rahmen mit besonders niedrigem Gewicht. Geeignete metallische Deckschichten bestehen vorzugsweise aus Stahl- oder Aluminiumblech. Die Deckschichten sind im allgemeinen 0,1 bis 1,0 mm dick. Der Kern (oder die Füllschicht) 11 des Sandwichmaterials ist ein leichtes und verstärkendes Material, z.B. ein Polyurethan- oder anderer Kunststoffschaumstoff, das die mechanische Festigkeit des Rahmens erhöht. Der Schaum kann sich während des Ausschäumens zwischen den Deckschichten fest mit diesen verbinden. Alternativ kann der Schaumstoff nach dem Aufschäumen und Schneiden auf die gewünschte Stärke mit den Deckschichten verklebt werden. Vorteilhaft verklebt werden auch wabenförmige Kernmaterialien, insbesondere solche aus Metall oder Kunststoff. Solche Kernmaterialien werden bevorzugt, weil sie dem Sandwichmaterial in besonderem Maße die erwünschte Schubsteifigkeit verleihen. Wenn sowohl die Deckschichten als auch das wabenförmige Kernmaterial metallisch sind, dann sollten sie aus demselben Metall bestehen, damit sich keine korrosionsverursachenden Lokalelemente bilden.The prefabricated plate-shaped sandwich material (or composite material) consists of two cover layers 12 made of metal, wood, a plastic or a fiber composite material, e.g. a glass fiber reinforced (GRP) or carbon fiber reinforced (CFRP) plastic. The latter allows the production of frames with a particularly low weight. Suitable metallic cover layers preferably consist of steel or aluminum sheet. The cover layers are generally 0.1 to 1.0 mm thick. The core (or the filling layer) 11 of the sandwich material is a light and reinforcing material, e.g. a polyurethane or other plastic foam, which increases the mechanical strength of the frame. The foam can bond firmly between the cover layers during the foaming process. Alternatively, the foam can be glued to the cover layers after foaming and cutting to the desired thickness. Honeycomb core materials, especially those made of metal or plastic, can also be glued advantageously. Such core materials are preferred because they give the sandwich material the desired shear stiffness to a particularly high degree. If both the cover layers and the honeycomb core material are metallic, then they should be made of the same metal so that no local elements that cause corrosion are formed.
Für die Rahmen nach der Erfindung eignen sich vor allem Sandwichplatten mit einer Stärke von 1 bis 25 cm, insbesondere von 1 bis 10 cm. Die optimale Stärke für Fahrradrahmen beträgt 1 bis 5 cm. Für die Herstellung der Rahmen nach der Erfindung geeignete Platten sind im Handel erhältlich.Sandwich panels with a thickness of 1 to 25 cm, in particular 1 to 10 cm, are particularly suitable for the frames according to the invention. The optimal thickness for bicycle frames is 1 to 5 cm. Panels suitable for the production of the frames according to the invention are commercially available.
Die Figur 3 zeigt eine Querschnitt durch ein Plattenmaterial,
aus dem der gesamte Rahmen mit Holmen und Streben in
einem Arbeitsgang geschnitten werden kann. Zu seiner Her- Figure 3 shows a cross-section through a plate material from which the entire frame with beams and struts in
can be cut in one operation. To produce it
• &zgr;. ·•&zgr;. ·
Stellung werden die Materialien, die den Kern 11 bilden, verklebt. Für die Laminierung der verklebten Kernmaterialien mit der Deckschicht 12 wird ein Werkzeug 14 benötigt, das die Innenkonturen der Streben 4 und 5 vorgibt. Um die gewünschte Abbildung der Werkzeugkonturen zu erreichen, ist es zweckmäßig, die laminierte Platte bis zum Aushärten des Klebstoffs in einem Vakuumsack zu belassen. Man kann zu diesem Zweck auch mit einer Presse arbeiten, benötigt dann jedoch zwei zusätzliche Werkzeuge, die die 'Außenkonturen vorgeben. Nach dem Aushärten des Klebstoffs bleibt im Verbund die vorgegebene Form erhalten.In this position, the materials that form the core 11 are glued together. For the lamination of the glued core materials with the cover layer 12, a tool 14 is required that defines the inner contours of the struts 4 and 5. In order to achieve the desired representation of the tool contours, it is advisable to leave the laminated plate in a vacuum bag until the adhesive has hardened. A press can also be used for this purpose, but then two additional tools are required that define the outer contours. After the adhesive has hardened, the specified shape is retained in the composite.
Die Rahmen werden aus dem plattenförmigen Sandwichmaterial herausgeschnitten. Dazu eignen sich z.B. elektronisch gesteuerte Bandsägen oder Laser-Schneidapparate, die so programmiert werden können, daß sie vollautomatisch Serien gleicher Rahmen liefern.The frames are cut out of the plate-shaped sandwich material. Electronically controlled band saws or laser cutting machines are suitable for this, and can be programmed to produce series of identical frames fully automatically.
Zweckmäßig werden die Kanten der Holme und gegebenenfalls der Streben mit einer Abdeckung versehen, nachdem diese aus dem Sandwichmaterial geschnitten wurden. Dies kann mit einer Art Umleimer aus Metall oder Kunststoff geschehen, mit dem die Kanten beklebt werden, gegebenenfalls nach Vorspachteln. Die Figuren 4 und 5, zeigen im Querschnitt entsprechende Ausführungsformen. In der Figur 4 umgreifen die überlappend geklebte Kantenabdeckungen 15 den aus dem Kernmaterial 11 und den Deckschichten 12 bestehenden Unterholm. Die zwischen den Kanten des Unterholms und den Kantenabdeckungen 15 entsehenden Hohlräume sind mit einem Schaumstoff 16 ausgefüllt, zweckmäßig mit einem niedrigviskosen Polyurethansystem ausgeschäumt. Die Figur 5 gibt im Querschnitt eine Kettenstrebe wieder, bei der die Kantenabdeckungen 15 stumpf auf die Kanten der wiederum aus dem Kernmaterial 11 und den Deckschichten 12 bestehende Kettenstrebe aufgeklebt sind. Die vorste-The edges of the spars and possibly the struts are expediently provided with a cover after they have been cut from the sandwich material. This can be done with a type of metal or plastic edge banding, which is glued to the edges, if necessary after preliminary filling. Figures 4 and 5 show corresponding embodiments in cross-section. In Figure 4 , the overlapping glued edge covers 15 enclose the lower spar consisting of the core material 11 and the cover layers 12. The hollow spaces created between the edges of the lower spar and the edge covers 15 are filled with a foam 16, expediently foamed with a low-viscosity polyurethane system. Figure 5 shows a cross-section of a chain stay in which the edge covers 15 are glued flush to the edges of the chain stay, which in turn consists of the core material 11 and the cover layers 12. The pro-
Die vorstehenden Beschreibungen und die beigefügten Zeichnungen sollen die Erfindung erläutern, nicht jedoch ihren Umfang begrenzen, wie er in den Schutzansprüchen niedergelegt ist.The foregoing descriptions and the accompanying drawings are intended to illustrate the invention, but not to limit its scope as set out in the claims.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-01-25 DE DE29601234U patent/DE29601234U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19960502 |
|
| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20001003 |