DE68908086T3 - Fahrzeugrad. - Google Patents
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Description
- Die Erfindung befaßt sich mit einem Fahrzeugrad, und insbesondere mit einem mehrspeichigen Fahrradrad mit Faserversteifung zur Verwendung im Zusammenhang mit einem üblichen, standardisierten Fahrradrahmen.
- In den letzten Jahren hat das Durchführen von Fahrradrennveranstaltungen drastisch zugenommen. Mit dieser Zunahme besteht ein zunehmendes Bedürfnis nach Vorteilen beim Rennen.
- Die Rennfahrer versuchen ständig neue Wege, um schneller fahren zu können.
- 1963 nutzte Francesco Moser ein Fahrrad mit zwei Scheibenrädern, um einen neuen Geschwindigkeitsweltrekord beim Fahrradrennsport aufzustellen. Das Scheibenrad hatte einen geringeren Luftwiderstand als ein nach dem Stand der Technik ausgebildetes und mit Speichen versehenes Rad. Insbesondere wenn jedoch die Scheibenräder als ein Vorderrad eingesetzt werden, ergibt sich eine Schwierigkeit bei der Lenkbarkeit des Fahrrads, wenn Seitenwind einwirkt oder ein Windstoß durch ein vorbeifahrendes Kraftfahrzeug einwirkt. Dieser Tatsache kann natürlich durch den Einsatz eines mit Speichen versehenen Rades abgeholfen werden. Jedoch haben Speichenräder nach dem Stand der Technik einen Widerstandsbeiwert, welcher dazu führt, daß man ein weniger zufriedenstellendes Leistungsverhalten unter Rennbedingungen hat.
- Die FR-A-2340829 beschreibt Speichen für Fahrräder oder andere Räder von Fahrzeugen, bei denen die Speichen ein aerodynamisches Profil haben, wobei ihr Querschnitt beispielsweise als eine konische Ellipse ausgeführt ist.
- Um die bei Seitenwind festgestellten Schwierigkeiten zu überwinden und um die bei an sich bekannten Speichenrädem auftretende Widerstandskraft zu reduzieren, wurde ein Rad entwickelt, welches ein kreisförmiges Teil, eine Nabe und eine Mehrzahl von länglichen Speichen aufweist, welche eine Zwischenverbindung zwischen der Nabe und dem kreisförmigen Teil herstellen. Jede Speiche wird von einen aerodynamischenprofil gebildet und hat ein Schlankheitsverhältnis von Breite zu Dicke von größer als 3,0 (vorzugsweise etwa 3,8).
- Das kreisförmige Teil ist an seiner Aussenseite mit einer Felge versehen und hat eine aerodynamisch gestaltete Vorderkante, welche zu der Nabe weist, sowie ein Breiten zu Dicken Schlankheitsverhältnis von größer als 2,6 (vorzugsweise etwa 2,9). Die Speichen, von denen vorzugsweise drei vorgesehen sind, haben jeweils eine übereinstimmende Gestaltgebung und Abmessungen und sind in Winkelabständen von 120º angeordnet und gehen von der Nabe aus und sind an einem Ende mit der Nabe über gerundete Abschnitte verbunden, welche einen Radius haben, der etwa gleich der Breite einer Speiche ist. Am anderen Ende der Speichen sind diese mit dem kreisförmigen Teil über gerundete Abschnitte verbunden, welche einen Radius haben, der etwa gleich der halben Breite einer Speiche entspricht.
- Vorzugsweise hat das Rad einen Schaunkern, welcher mit einem faserverstärkten Harz bedeckt ist, welches eine Oberflächenbeschaffenheit von weniger als 16 rms hat. Geeignete Harze können entweder härtbare oder thermoplastische Harze sein. Die Verstärkungsfaser kann von Kohlenstoff, Glas, Aramid, Polyethylen, Polyethylen mit verlängerter Kette oder verschiedenen Kombinationen hiervon gebildet werden.
- Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugrades mit der neuen Auslegung.
- Fig. 2 ist eine Endansicht desselben.
- Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.
- Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 1, und
- Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 1.
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnung umfaßt das zu Darstellungszwecken gewählte Rad 10 ein kreisförmiges Teil 12, welches an seiner Aussenseite mit einer Felge 14 versehen ist, eine Nabe 16 und drei radiale Speichen 18, 20 und 22, welche die Nabe 16 mit dem kreisförmigen Teil 12 verbinden. Jede Speiche hat eine Vorderkante und eine Hinterkante, welche mit den einzelnen Speichenelementnummern versehen sind, an die sich jeweils a oder b anschließen. Beispielsweise hat die Speiche 18 eine Vorderkante 18a und eine Hinterkante 18b. Jede Speiche wird von einem aerodynamischen Profil gebildet, wie dies am deutlichsten aus Fig. 5 zu ersehen ist, und hat äquivalente Längen l, Breiten w und eine maximale Dicke t. Die Speichen sind ferner jeweils derart ausgebildet, daß sie ein Schlankheitsverhältnis, welches das Verhältnis von Breite w zu maximaler Dicke t darstellt, von größer als 3,0 über die Länge l der Speiche hinweg haben. Das kreisförmige Teil 12 hat eine aerodynamisch gestaltete Vorderkante 12a und ein Schlankheitsverhältnis, bei dem es sich um das Verhältnis von Breite w' zu Dicke t' (Fig. 4) handelt, von größer als 2,6. Die Speichen sind mit dem kreisförmigen Teil 12 über gerundete Abschnitte 30, 32, 34, 36, 38 und 40 verbunden, welche jeweils einen Radius haben, der etwa gleich der Hälfte der Breite w einer Speiche ist. Auf die gleiche Weise sind die Speichen mit der Nabe 16 über gerundete Abschnitte 24, 26 und 28 verbunden, welche jeweils einen Radius haben, der etwa gleich der Breite w der Speichen ist.
- Das Rad wird von einem Schaunkern 42 gebildet, an welchem die Nabe 16 und die Felge 14 angebracht ist, und der mit einer Harzschicht 44 überzogen ist, welche mit Fasern 43 verstärkt ist.
- In einer Reihe von Windkanaltests zur Simulierung von Seitenwindbedingungen unter normalen Renngeschwindigkeiten hat sich gezeigt, daß nach der Erfindung hergestellte Räder einen überraschend niedrigen Widerstandsbeiwert haben und eine stabile Handhabung eines Fahrrads beim Einbau in ein solches gestatten.
- Bei der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform haben die Speichen ein gekrümmtes Profil, welches von einem beträchtlichen Teil eines Tragflügelprofils dargestellt wird, dessen nähere Einzelheiten in Theory of Wing Sections Induding a Summary of Airfoil Data" von I.H. Abbott und A.E. Von Doenhoff angegeben sind. Siehe hierzu Dover Publications (Seiten 312-379), welche durch die Bezugnahme als Gegenstand der vorliegenden Anmeldung anzusehen ist.
- Eine Aluminiumfelge und eine Aluminiumnabe ähnlich jenen, die in den Fig. 1 bis 5 gezeigt sind, werden in einer Schaunkernform angeordnet, welche eine Gestalt hat, welche die Ausformung des Rads gestattet, das in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist. Die Nabe wird konzentrisch zur Felge angeordnet. Ein Klebstoff (605 von Adteck Company) wurde auf die Oberflächdn der Felge und der Nabe aufgebracht, welche in Kontakt mit dem Schaum kommen, um eine gute-Bindung sicherzustellen. Ein handelsübliches Polyurethan XRS-8705, vertrieben von Rubicon Chemical,wird in die Form gespritzt. Der Schaum expandiert und stellt eine Verbindung mit der Felge und der Nabe her und wird bei 140ºC 15 Minuten lang aushärten gelassen. Das geformte Schaumrad wird aus der Form entnommen.
- Sechs Stücke aus Kohlenstoffasergewebe (3K Tuchbindung, 5 oz./ sq. yd., Sorte N342 von North American Textile) wurden derart zugeschnitten, daß sie über den Formschaum passen. Jedes Stück war so ausreichend groß, daß Ausnehmungen in der Nabe und der Felge sowie der freigelegte Schaum bedeckt waren. Vier Stücke aus dem Gewebe wurden derart zugeschnitten, daß die Fasern unter ± 45º zur Längsrichtung einer der Speichen ausgerichtet waren. Die anderen Lagen wurden derart zugeschnitten, daß die Kettfasern parallel zur Längsrichtung der Speiche sind. Dann wurden übereinstimmende Stapel, welche jeweils drei Gewebelagen enthielten, eine für-die jeweilige Seite des Rades erstellt. Bei jedem Stapel war die dem Schaum am nächsten liegende Gewebelage derart ausgerichtet, daß die Fasern unter ± 45º zur Längsrichtung einer Speiche angeordnet waren. In der nächsten Gewebeschicht sind die Kettfasern parallel zu der Speichenrichtung ausgerichtet. Die dritte Lage ist in derselben Richtung wie die erste ausgerichtet, wobei die Fasern unter ± 45º zur Speiche liegen. Die Stapel wurden gegen das Rad jeweils auf einer Seite gelegt. Ein Kohlenstofffaserschleier (1 oz./sq. yd.) wurde um jede Speiche gewickelt, und Metallklammern wurden eingesetzt, um den Schleier und das am Schaumkern angebrachte Gewebe festzuhalten. Schließ lich wurde ein Nylonfaden um die Felge gewickelt, um das Gewebe und den Schleier in fester Weise gegen den Schaumkern zu halten.
- Ein Klebstoff (605 von Adteck) wurde auf die Oberflächen der Aluminiumnabe aufgebracht, welche in Kontakt mit dem Kohlenstoffgewebe kommen. Dann wurde das Kohlenstoffgewebe auf die jeweilige Seite des ausgeformten Schaumrades gelegt, und Harz (Dow 530 Vinylesterharzsystem) wurde in den Baden der Form gegossen, und dieses konnte so stark wie möglich aus der Form auslaufen. Die Form wurde geschlossen und das Harz (bereitgehalten bei Raumtemperatur) wird in die Form etwa sechs Minuten bei 10-20 psi Einlaßdruck gepumpt. Die Formtemperatur ist 180-200ºF. Das Rad wurde dann in der Form dreißig Minuten lang aushärten gelassen. Dann wurde das Rad aus der Form entnommen, entgrated und geschliffen, bis es glatt war. Das Schlankheitsverhältnis der Speichen und der Felge belief sich jeweils auf 3,78 und 2,87.
Claims (19)
1. Rad, welches aufweist: ein kreisförmiges Teil, das durch
eine Felge eingerahmt ist, eine konzentrisch zum
kreisförmigen Teil vorgesehene Nabe, und eine Mehrzahl von länglichen
Speichen, welche eine Verbindung zwischen der Nabe und dem
kreisförmigen Teil herstellen, wobei jede Speiche ein
aerodynamisches Profil mit einer Vorderkante und einer
Hinterkante und ein Schlankheitsverhältnis von größer als 3,0 über
ihre Länge hinweg hat und wobei das Schlankheitsverhältnis
konstant über die Länge der Speiche ist und die Breite der
Speiche konstant über ihre Länge ist.
2. Rad nach Anspruch 1, bei dem das kreisförmige Teil eine
aerodynamisch gestaltete Vorderkante hat, welche zu der Nabe
weist, und das kreisförmige Teil und die Felge ein
Schlankheitsverhältnis von größer als 2,6 haben.
3. Rad nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das
Schlankheitsverhältnis der Speiche etwa 3,8 ist.
4. Rad nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das
Schlankheitsverhältnis des kreisförmigen Teiles und der Felge etwa 2,9 ist.
5. Rad nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem die Speichen
mit dem kreisförmigen Teil über gerundete Abschnitte
verbunden sind, welche einen Radius haben, der etwa gleich der
halben Breite der Speiche ist.
6. Rad nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem das kreis
förmige Teil und die Speichendes Rades aus einem Schaumkern
ausgebildet sind, welcher mit einem faserverstärkten Harzmaterial
beschichtet ist.
7. Rad nach Anspruch 6, bei dem das Harz ein wärmehärtbares
Harz ist und die Faser Kohlenstoffasern sind.
8. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die
Speiche mit der Nabe über gerundete Abschnitte verbunden ist,
welche einen Radius haben, der etwa gleich der Breite der
Speiche ist.
9. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem drei
Speichen vorgesehen sind.
10. Rad nach Anspruch 6, bei dem die Faser aus Glas besteht.
11. Rad nach Anspruch 6, bei dem die Faser eine Kombination
aus Kohlenstoff- und Glasfasern ist.
12. Rad nach Anspruch 6, bei dem die Faser eine Aramidfaser
ist.
13. Rad nach Anspruch 6, bei dem die Faser ein Gemisch aus
Kohlenstoff, Glas, Polyethylen, Polyethylen mit verlängerter
Kette und Aramidfasern ist.
14. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die
Oberfläche des Rades eine Oberflächenbeschaffenheit von weniger
als etwa 16 rms hat.
15. Rad nach Anspruch 6, bei dem die Faser Polyethylen,
vorzugsweise Polyethylen mit verlängerter Kette, ist.
16. Rad, welches aufweist ein kreisförmiges Teil, das durch
eine Felge eingerahmt ist, eine Nabe und eine Mehrzahl von
Speichen, welche die Nabe und das kreisförmige Teil
verbinden, wobei das kreisförmige Teil eine aerodynamisch
gestaltete Kante hat, welche zur Nabe weist,und das
kreisförmige Teil und die Felge ein Schlankheitsverhältnis von größer
als 2,6 haben.
17. Kreisförmiges Teil, das von einer Radfelge eingerahmt
ist und eine nach innen weisende, aerodynainisch gestaltete
Kante hat, wobei das kreisförmige Teil und die Feige ein
Schlankheitsverhältnis von größer als 2,6 haben.
18. Verfahren zum Herstellen eines Rades, welches ein
kreisförmiges Teil, das durch eine Feige eingerahmt ist, eine
konzentrisch zum kreisförmigen Teil angeordnete Nabe und eine
Mehrzahl von länglichen Speichen hat, welche die Nabe und
das kreisförmige Teil verbinden, wobei jede der Speichen
ein aerodynamisches Profil mit einer Vorderkante und einer
Hinterkante sowie ein konstantes Schlankheitsverhältnis von
größer als 3,0 über ihre Länge hinweg hat und die Breite der
Speiche konstant über ihre Länge ist, bei dem das kreisförmige
Teil und die Speichen des Rades aus einem Schaunkern geformt
werden, welcher mit einer Faser, vorzugsweise Kohlenstoff-,
Glas-, Aramid- oder Polyethylenfasern, verstärkt mit
Harzmaterial, vorzugsweise wärmehärtbarem oder thermoplastischem
Harz, beschichtet wird.
19. Verfahren zum Herstellen eines Rades, welches ein
kreisförmiges Teil, das durch eine Feige eingerahmt ist, eine
Nabe und eine Mehrzahl von Speichen aufweist, welche die Nabe
und das kreisförmige Teil verbinden, wobei das kreisförmige
Teil eine aerodynamisch geformte Kante hat, die zu der Nabe
weist, und das kreisförmige Teil und die Felge ein
Schlankheitsverhältnis von größer als 2,6 haben, bei dem das kreisförmige
Teil und die Speichen des Rades aus einem Schaumkern geformt
werden, welcher miteiner Faser, vorzugsweise Kohlenstoff-,
Glas-, Aramid- oder Polyethylenfasern, verstärkt mit
Harzmaterial, vorzugsweise wärmehärtbarem oder thermoplastischem
Harz, beschichtet wird.
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