DE4137662A1 - Speichenrad, felge und nippel dafuer, sowie herstellungsverfahren fuer felge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Speichenrad nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bislang ist es bei Speichenrädern unumgänglich, daß die Nippellöcher die Felge vollständig durchdringen, um die Nippel von radial außen nach radial innen in die Felgenlöcher einbringen zu können.

Diese Montagerichtung der Nippel hat den Nachteil, daß dann, wenn einer der Nippel überdreht worden ist oder eine Speiche an ihrem Gewindeanfang abgerissen ist, so daß der Speichenrest nicht mehr aus dem Nippel herausgedreht werden kann, erst die gesamte Bereifung, also Luftreifen, Schlauch und Felgenschutzband entfernt werden müssen, um den Nippel zu ersetzen und anschließend wieder aufgebracht werden müssen. Diese Prozedur ist sehr aufwendig, was dazu führt, daß die Speichen-Nippel-Felgen-Verbindung zumindest bei Fahrrädern für den alltäglichen Gebrauch mit erheblichen Sicherheitsreserven ausgelegt werden muß mit den einhergehenden Nachteilen wie verringerter Radeinfederung im Speichenkranz, höherem Gewicht und höherem Luftwiderstand.

Ein gewisser Ausgleich dieser Nachteile ist zwar in der Form bekannt, daß die Speichen zwischen radial äußerem (dick ausgeführtem) Gewinde und der radial inneren Befestigungsstelle eingeschnürt werden, jedoch verteuert diese örtliche Durchmesserverringerung die Speiche auf etwa das Vierfache.

Aufgabe der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Zweckmäßige Weiterbildungen finden sich in den Ansprüchen 2, 3 und 12. Die Erfindung erfordert neuartige Felgen, wie sie im Anspruch 4 und dessen Weiterbildungen in den Ansprüchen 5 und 9 beschrieben sind, die zweckmäßigerweise entsprechend den Verfahrensansprüchen 6 bis 8 hergestellt werden. Weiterhin erfordert die Erfindung neuartige Nippel, wie sie im Anspruch 10 und 11 beschrieben sind.

Kern der Erfindung ist der, daß die bislang gebräuchliche Verbindung zwischen Nippel und Felge, die aus einem Nippelkragen und einem glatten Felgenloch besteht, wobei der Nippelkragen einen größeren Außendurchmesser als die Felgenlöcher einen Innendurchmesser aufweisen, ersetzt wird durch eine weitere Gewindepaarung.

Dem Auffinden dieser unkomplizierten Lösung standen zwei Gesichtspunkte entgegen:
Erstens hielt man eine zweite Gewindepaarung in der Felgen-Nippel-Speichenverbindung für überflüssig, weil bereits eine Gewindepaarung die nötige Einstellbarkeit der Speichenvorspannung ermöglicht, somit die zweite Gewinde­ paarung also nur unnötiges Geld kostet. Nach Abstraktion dieses Argumentes läßt sich dies so ausdrücken, daß zwar sowohl eine kraftübertragende Verbindung Felge/Nippel als auch eine Nippel/Speiche erforderlich ist, aber nur eine beider Verbindungen darüberhinausgehend auch eine Einstellbarkeit aufweisen muß.

Aber selbst mit dieser Abstraktion, die erst aus der Rückschau auf die Erfindung möglich ist, kann nicht auf die erfindungsgemäße Lösung geschlossen werden sondern nur auf eine, bei der zwar ein Nippelaußengewinde mit einem Felgeninnengewinde zusammenwirkt, was Kraftübertragung und Einstellbarkeit gewährleistet, jedoch die Verbindung Nippel/Speiche so ausgeführt ist, daß an der Speiche - ähnlich der Verbindung an ihrem radial inneren Ende zum Nabenflansch - ein Kragen angestaucht wird, der sich gegenüber einer Verjüngung des Nippelloches an seinem radial inneren (Einbauposition bezogen auf komplett gefügtes Speichenrad) Ende abstützt. Die Verjüngung würde in den Nippel nach Einführung der Speiche gestaucht werden müssen; dann aber kann die Speiche nicht mehr durch den Felgenflansch gezogen werden.

Als zweites Hindernis erschien, daß aufgrund der Dünn­ wandigkeit der Felge keine ausreichende Gewindelänge möglich sei; es wurde also eine unzureichende Festigkeit des Felgeninnengewindes befürchtet. Dies Argument galt umso mehr, als daß bei Aluminiumfelgen schon bei der bekannten Nippellochausführung ohne schwächendes Gewinde eine Verstärkung durch tassenähnliche Verstärkungen aus Stahlblech üblich ist.

Der Erfinder überwand das Vorurteil, daß nur eine Gewindepaarung in der Felgen-Nippel-Speichen-Verbindung sinnvoll ist und erkannte, daß aufgrund des mindestens doppelt so großen Durchmessers des Nippelaußengewindes gegenüber dem Nippelinnengewinde eine entsprechend kürzere Gewindelänge ausreichen muß.

Das zweite Hindernis wird noch perfekter aus dem Weg geräumt mit der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, wonach die ausrißgefährdeten Felgenlöcher nicht wie bislang durch Stanzen oder Bohren, also unter Materialverlust, hergestellt werden sondern - zumindest im wesentlichen - durch plastische Verformung. Hierdurch ergibt sich im Bereich der Nippellöcher eine Verdickung, was zu größerer Länge des Innengewindes führt und überdies zu einem belastungsgerechteren Verlauf der metallurgischen Gefügegrenzen führt. Die durch Kaltverformung erzielte Festigkeitserhöhung wirkt sich bei Aluminiumfelgen besonders stark aus.

Um eine günstige Lastaufteilung auf die Gewindegänge der Felge zu erzielen, empfiehlt es sich, bei Fertigung der Nippel aus steiferem Material als der Felge, am radial inneren Ende des Nippelaußengewindes eine Entlastungskerbe vorzusehen. Auf diese Weise wird der erste tragende Gewindegang entlastet.

Die Summe der für einen ausreichend großen Einstellbereich der Speichenvorspannung erforderlichen Gewindelängen, die zu den aus Festigkeitsgründen erforderlichen Gewindelängen an zumindest einem der jeweiligen zu verschraubenden Teile hinzuzufügen ist, ist minimal, wenn die beiden Nippel­ gewinde entgegengesetzt orientiert sind. Weiterhin wird mit dieser Maßnahme die Anzahl der erforderlichen Nippel­ umdrehungen beim Speichenspannen minimiert. In dieser Beziehung wirkt die erfindungsgemäße Felgen-Speichen- Verbindung wie eine konventionelle mit erhöhter Gewinde­ steigung, jedoch ohne Beeinträchtigung der Selbsthemmung.

Wird die Felge als Hohlkammerfelge ausgeführt, die einen inneren und einen äußeren Flansch aufweist, so durchsetzen zweckmäßigerweise die Nippellöcher nur den inneren Flansch. Hiermit wird ein weiterer Nachteil der üblichen Felgen-Nippel-Speichenverbindung überwunden, der darin liegt, daß der unvermeidliche Durchbruch des Felgenbettes eine Undichtigkeitsstelle darstellt, so daß solche Speichenräder nur mit Schlauch gefahren werden konnten. Dadurch, daß gemäß der Weiterbildung der Erfindung der radial äußere Felgenflansch ununterbrochen ist, kann sowohl auf ein Felgenband als auch einen Schlauch verzichtet werden. Hierdurch wird das Radgewicht verringert und überdies ist von LKW- und PKW-Reifen her bekannt, daß sie in schlauchloser Ausführung einen geringeren Rollwiderstand aufweisen.

Bei Anfertigung erfindungsgemäßer Felgen, insbesondere beim Ausbilden der Löcher und beim Rollen der Innengewinde darin, ist auf eine genaue Ausrichtung der Loch- bzw. Gewindeachse auf den Speichenverlauf am fertigen Speichenrad zu achten, weil gemäß der Erfindung die Nippel nahezu keine Möglichkeit mehr haben, sich gegenüber der Felge selbsttätig in ihrer Neigung einzustellen.

Zwar ließe sich dieses Problem durch Zwischenfügen eines zusätzlichen Gelenkgliedes zwischen Nippel und Felge umgehen, jedoch würde dies Kosten und Systemgewicht in die Höhe treiben. Deshalb wird vorzugsweise jeder Felge eine genaue Speichenanordnung, die neben der Speichenanzahl durch die Speichenkreuzungszahl, Nabenflanschhöhe und Nabenflanschabstand determiniert ist, zugeordnet. Dieses zusätzliche logistische Merkmal in der Radherstellung spielt in der Praxis kaum eine Rolle, da das Einspeichen heutzutage ohnehin kaum noch vom Fahrrädhändler vorgenommen wird sondern in Großserienproduktion erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Figuren näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen der Übersichtlichkeit dienenden Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Speichenrad und

Fig. 2 im vergrößerten Halbschnitt einen erfindungs­ gemäßen Nippel mit radial äußerem Speichenende

Die Fig. 1 zeigt eine aus Aluminium gefertigte Hohlkammerfelge 1 mit Nippellöchern 2, in denen Nippel 3 angeordnet sind. Wie die Fig. 2 zeigt, sind die Nippel 3 auf ihrer gesamten Länge hohl und weisen in dieser Öffnung ein durchgehendes Innengewinde 4 auf, wie im Stand der Technik bekannt. In beiden Figuren ist dargestellt, daß die Nippel 3 außen im radial unteren Bereich (Positions­ angaben immer auf das komplette Rad bezogen) eine Drehmomenteinleitungsstelle 5 aufweisen, die hier, wie ebenfalls im Stand der Technik bekannt, als Vierkant ausgebildet ist. Die Drehmomenteinleitungsstelle kann aber auch als Sechskant ausgeführt werden, was insbesondere bei kleineren Raddurchmessern mit hoher Speichenanzahl vorteilhaft wäre.

In den Nippeln 3 sind Speichen 6 mittels je eines mit den Nippelinnengewinden 4 zusammenwirkenden Außengewindes 7 verankert. Die Speichenvorspannung kann durch drehen an der Drehmomenteinleitungsstelle 5 eingestellt werden.

Die Neuerung liegt in der Verbindung zwischen Nippel 3 und Felge 1, die durch ein Nippelaußengewinde 8, welches in beiden Figuren zu erkennen ist, und ein Innengewinde 9 in den Felgenlöchern 2 gebildet ist, wie in Fig. 1 zu erkennen.

Weiterhin ist in Fig. 1 die Ausbildung der Felge 1 als Hohlkammerfelge mit einem inneren Flansch 10 und einem äußeren Flansch 11 dargestellt. Die Wandstärkenbemessung bezieht sich auf eine Aluminiumfelge; zweckmäßigerweise ist der innere Flansch 10 etwas stärker bemessen als der äußere Flansch 11 , das heißt vorzugsweise um 10 bis 25%. Die Nippellöcher 2, die in ihrer ganzen Länge mit dem erwähnten Innengewinde 9 ausgestattet sind, durchsetzen nur den inneren Felgenflansch 10. Dadurch bleibt der äußere Felgenflansch 11 ununterbrochen. Dies ist möglich, weil die Nippel 3 von radial innen her kommend in die Felge 1 montiert werden können. Zusammen mit einem luftdichten Felgenstoß, der leicht durch bestreichen des Felgenstoßes vor dem Zusammenpressen mit einem Klebstoff oder dergleichen erreicht werden kann, ergibt sich ein luftdichtes Felgenbett. Dies wiederum ermöglicht die Montage eines Luftreifens 13 ohne Schlauch und Felgenband. Der schlauchlos zu fahrende Reifen weist eine Innenseele aus einem besonders impermeabelen Kautschuk, vorzugsweise Butylkautschuk, auf.

Durch die erfindungsgemäße Felgen-Speichen-Verbindung mit neuartigen Nippeln und Felgen ist ein Nippelaustausch ohne Reifendemontage möglich, was eine knappere Speichendimensionierung erlaubt. Überdies ist erstmals eine Schlauchlosbereifung auf Speichenrädern möglich.

Claims (12)

1. Speichenrad,
- welches eine Felge (1) mit einer Vielzahl von Nippellöchern (2) aufweist
- in denen (2) jeweils ein Nippel (3) angreift, wobei die Nippel (3) ein Innengewinde (4) aufweisen und eine Drehmomenteinleitungsstelle, die eine Verdrehung des Nippels zur Einstellung der individuellen Speichenvorspannung erlaubt,
- und welches eine Vielzahl von Speichen (6) aufweist, die am radial äußeren Ende ein Außengewinde (7) aufweisen, welches mit dem Innengewinde (4) der Nippel (3) zusammenwirkt
dadurch gekennzeichnet, daß die Nippel (3) überdies ein Außengewinde (8) und die Nippellöcher (2) der Felge (1) ein damit (8) zusammenwirkendes Innengewinde (9) aufweisen, wobei Nippelaußengewinde (8) und Nippelinnengewinde (4) in ihrem Betrag oder in ihrer Steigungsorientierung oder in beiden voneinander abweichen.

2. Speichenrad nach Anspruch 1, bei dem das Nippelinnengewinde (4) und das Speichenaußengewinde (7) in bekannter Weise rechtssteigend sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Nippelaußengewinde (8) und das Felgeninnengewinde (9) linkssteigend sind.

3. Speichenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (1) eine Hohlkammerfelge ist, die einen inneren Flansch (10) und einen äußeren Flansch (11) aufweist, wobei die Nippellöcher (2) nur den inneren Flansch (10) durchsetzen.

4. Felge (1) für Speichenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie (1) in den Nippellöchern (2) jeweils ein Innengewinde (9) aufweist.

5. Felge (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie (1) im Bereich der Nippellöcher (2) eine Verdickung (12) aufweisen.

6. Verfahren zur Herstellung von Nippellöchern (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (2) höchstens mit dem halben Durchmesser des vorgesehenen Gewinde-Innendurchmessers (d) gebohrt werden und unter plastischer Materialverformung durch ein kegelartiges Werkzeug aufgeweitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nippellöcher (2) überhaupt nicht gebohrt werden, sondern durch Stechen erzeugt werden mit einer Materialaufstauchung (12) in der Umgebung der Nippellöcher (2).

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Felgeninnengewinde (9) spanlos durch Rollen oder dergleichen gefertigt werden.

9. Felge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Aluminium besteht.

10. Nippel (3) für Speichenrad nach Anspruch 1, welcher ein Innengewinde (4) und auf der Außenseite eine Drehmomenteinleitungsstelle (5), z. B. einen Vierkant, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß er (3) radial außerhalb (bezogen auf das zusammenmontierte Rad) der Drehmomenteinleitungsstelle (5) ein Außengewinde (8) aufweist, wobei Nippelaußengewinde (8) und Nippelinnengewinde (4) in ihrem Betrag oder in ihrer Steigungsorientierung oder in beiden voneinander abweichen.

11. Nippel (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das radial innere Ende des Außengewindes (8) durch eine Kerbe (14) aufgeweicht ist.

12. Speichenrad nach Anspruch 3, welches radial außen eine Bereifung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereifung aus einem schlauchlos fahrbaren Reifen (13) besteht.