DE102023136356A1

DE102023136356A1 - Fahrzeuglenker sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102023136356A1
Application number: DE102023136356.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Blase
Original assignee: Igus GmbH
Current assignee: Igus Se & Co Kg De
Priority date: 2023-12-21
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2025-06-26
Also published as: WO2025131989A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeuglenker (1), insbesondere Fahrradlenker, mit einem Lenkerbügel (20), der zumindest überwiegend aus einem vorzugsweise thermoplastischen Kunststoff besteht, mit einer Oberseite (21), mit einer Unterseite (22), wobei der Lenkerbügel (20) wenigstens einen Mittelabschnitt (23), der zur Klemmbefestigung in einer Vorbaubeklemmung des Zweirads ausgebildet ist, wenigstens zwei Lenkerarmabschnitte (24), die mit dem Mittelabschnitt (23) verbunden sind, und wenigstens zwei mit den Lenkerarmabschnitten (24) einstückig verbundene Griffabschnitte (25) umfasst, wobei der Lenkerbügel (20) als einteiliges, spritzgegossenes Kunststoffbauteil ausgebildet ist und wobei wenigstens einer der Abschnitte des Lenkerbügels in wenigstens einen sich über wenigstens einen Teilumfang und eine Teillänge des Lenkerbügels (20) erstreckenden Bereich wenigstens eine Masseaussparung (30)aufweisen, die eine bereichsweise durchbrochene Mantelfläche des Fahrzeuglenkers (1) bildet, und/oder der Lenkerbügel (20) wenigstens über eine Teillänge und/oder über einen Teilumfang eine Faserverstärkung mit zugfesten Endlosfasern (50) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Fahrzeuglenkers (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeuglenker, insbesondere einen Fahrradlenker, mit einem Lenkerbügel, der zumindest überwiegend aus einem vorzugsweise thermoplastischen Kunststoff besteht.
Ein Fahrradlenker aus einem faserverstärkten Kunststoff ist beispielsweise aus der EP 4 173 938 A1 bekannt. Diese Veröffentlichung beschreibt einen Fahrradlenker mit einem Lenkerkern, der einen Mittelabschnitt zur Verbindung mit einem Steuerkopf und seitlich ausgerichteten, an gegenüberliegenden Enden des Mittelabschnitts ausgebildete Lenkerarme aufweist. Um ein besseres Dämpfungsverhalten des Lenkers gegen Vibrationen und Stöße zu erzielen, wird bei der in der EP 4 173 938 A1 beschriebenen Lehre vorgeschlagen, dass der Mittelabschnitt und die Lenkerarmabschnitte als einteiliges Formteil aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind, der einen Faser-Volumenanteil von mindestens 50 % aufweist. Der Lenkerbügel des bekannten Fahrradlenkers umfasst einen Mittelabschnitt und Lenkerarmabschnitt, die insgesamt als einteiliges Formteil ausgebildet sind. Die Lenkerarme sind an ihren äußeren Enden jeweils mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme einer Verlängerungsstange versehen, die einen Griffabschnitt definiert. Zur Aufnahme der Verlängerungsstangen bilden die Lenkerarmabschnitte jeweils abschnittsweise einen teilweise umschlossenen Hohlraum. Der insgesamt mehrteilig ausgebildete bekannte Fahrradlenker ist mit dem Nachteil behaftet, dass die Herstellung der einzelnen Teile verhältnismäßig aufwendig ist, insbesondere da die Lenkerarme jeweils abschnittsweise einen teilweise oder vollständig umschlossenen Hohlraum mit über den Profilquerschnitt unterschiedlich dicken Wandstärken der Außenwände aufweisen.
Aus der EP 2 829 465 B1 ist ein Fahrradlenker bekannt, welcher einen zentralen Abschnitt zum Befestigen des Lenkers sowie zwei Endabschnitte umfasst, die die Griffe bilden und die sich jeweils auf einer Seite des zentralen Abschnitts befinden, wobei der Lenker aus Kunststoff hergestellt ist und wenigstens einen Versteifungseinsatz umfasst, der sich auf dem oberen Teil des Lenkers befindet. Der Lenker gemäß EP 2 829 465 B1 ist aus zwei Halbschalen hergestellt, die dazu bestimmt sind, einen Kern des Lenkers zu bilden, wobei der Kern und die Verstärkungseinsätze in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und umspritzt werden. Dieses Herstellungsverfahren ist ebenfalls verhältnismäßig aufwendig.
Weiterer Stand der Technik ist aus den Veröffentlichungen EP 4 173 937 A1 , US 5,269,196 und US 503,773 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrradlenker aus Kunststoff bereitzustellen, der besonders einfach herstellbar ist, der insbesondere besonders einfach im Spritzgussverfahren herstellbar ist.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen solchen Fahrzeuglenker bereitzustellen, der sowohl gute Federungs- und Dämpfungseigenschaften aufweist als auch eine einfache Integration von Funktionsbauteilen des Fahrrades ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Fahrzeuglenkers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkers sind durch die Unteransprüche erfasst.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Fahrzeuglenkers insbesondere mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft einen Fahrzeuglenker, insbesondere einen Fahrradlenker, mit einem Lenkerbügel, der zumindest überwiegend aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, mit einer Oberseite, die in Einbaulage am Zweirad einem Benutzer zugewandt ist, und mit einer Unterseite, die in Einbaulage am Zweirad einem Benutzer abgewandt ist, wobei der Lenkerbügel wenigstens einen Mittelabschnitt umfasst, der zur Klemmbefestigung in einer Vorbaubeklemmung des Zweirads ausgebildet ist oder der eine Klemmaufnahme zur Befestigung an einem Gabelschaft oder einem Steuerkopf des Zweirads aufweist. Der Lenkerbügel des erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkers umfasst wenigstens zwei Lenkerarmabschnitte, die einstückig mit dem Mittelabschnitt verbunden sind, sowie wenigstens zwei mit den Lenkerarmabschnitten einstückig verbundene Griffabschnitte, die vorzugsweise wenigstens bereichsweise einen zylindrischen Querschnitt aufweisen. Der Lenkerbügel gemäß der Erfindung ist als einteiliges, spritzgegossenes Kunststoffbauteil ausgebildet, wobei insbesondere der Mittelabschnitt, die Lenkerarmabschnitte und die Griffabschnitte einstückig miteinander verbunden sind. Wenigstens einer der Abschnitte des Lenkerbügels weist wenigstens eine sich über wenigstens einen Teilumfang und/oder eine Teillänge des Lenkerbügels erstreckende Masseaussparung auf, die eine bereichsweise durchbrochene oder zerklüftete Mantelfläche des Lenkerbügels bildet. Unter der Mantelfläche des Lenkerbügels im Sinne der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen die Hüllkurve des Lenkerbügels zu verstehen. Der Lenkerbügel gemäß der Erfindung hat in diesen Bereichen keinen vollen Profilquerschnitt.
Die Masseaussparungen wenigstens des Mittelabschnitts und der Lenkerarmabschnitte sind vorzugsweise außerhalb der neutralen Faser des Lenkerbügels an der Unterseite des Lenkerbügels angeordnet, an welcher der Lenkerbügels bei Einleitung von Biegemomenten durch den Benutzer überwiegend auf Druck beansprucht wird.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass der Lenkerbügel wenigstens über eine Teillänge und/oder über einen Teilumfang eine Faserverstärkung mit zugfesten Endlosfasern aufweist.
Eine erste Variante des erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkers ist mit Kurzfasern gefüllt und mit wenigstens einer, vorzugsweise mit mehreren Masseaussparungen versehen.
Eine alternative Ausgestaltung des Fahrzeuglenkers ist ebenfalls als spritzgegossener einteiliger Lenkerbügel aus einem mit Kurzfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff hergestellt und umfasst anstelle von Masseaussparungen wenigstens eine sich von Ende zu Ende durchgehend erstreckende Faserverstärkung aus in Längsrichtung des Lenkerbügels ausgerichteten Langfasern bzw. unidirektionalen, zugfesten Endlosfasern.
Eine dritte Variante des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung umfasst eine Kombination der vorstehend beschriebenen Merkmale, nämlich sowohl wenigstens eine Massenaussparung als auch zusätzlich zu einer Füllung mit Kurzfasern eine sich durchgehend erstreckende Faserverstärkung aus in Längsrichtung des Lenkerbügels ausgerichteten und sich vorzugsweise von Ende zu Ende des Lenkerbügels durchgehend erstreckenden Langfasern/unidirektionalen zugfesten Endlosfasern.
Im Folgenden beziehen sich die Begriffe Oberseite und Unterseite sowie oben oder unten auf den Lenkerbügel in Einbaulage am Zweirad und auf die Perspektive eines Benutzers, der auf dem Zweirad sitzt. Der Fahrzeuglenker ist vorzugsweise als Lenker für ein Fahrrad ausgebildet, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass der Lenker auch zur Montage an einem leichten motorisierten Zweirad vorgesehen ist. Unter dem Begriff Fahrrad ist auch ein Elektrofahrrad zu verstehen.
Die zugfesten Endlosfasern sind vorzugsweise außerhalb der neutralen Faser des Lenkerbügels an einer Oberseite des Lenkerbügels angeordnet, sodass auf den Lenkerbügel von oben durch den Benutzer eingeleitete Biegemomente und daraus resultierende Zugkräfte an der Oberseite des Lenkers von der Faserverstärkung aufgenommen werden.
Der Grundquerschnitt des Lenkerbügels kann wenigstens über Teilabschnitte kreisrund ausgebildet sein, hingegen über andere Teilabschnitte eine andere Querschnittsform, beispielsweise oval, aufweisen.
Der Lenkerbügel gemäß der Erfindung kann beispielsweise einen sich ausgehend von dem Mittelabschnitt zu den Lenkerenden verjüngenden Querschnitt aufweisen, beispielsweise umgekehrt proportional zu dem Biegemomentverlauf bei Belastung der Lenkerenden durch den Benutzer. Der Lenkerbügel kann beispielsweise als sogenannter konifizierter Lenker ausgebildet sein.
Der Lenkerbügel des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung besteht vorzugsweise vollständig und ausschließlich aus thermoplastischem Kunststoff.
Ein besonderes Merkmal des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung ist, dass der Lenkerbügel, abgesehen von den Masseaussparungen, einen vollen Profilquerschnitt aufweist, d. h. im Wesentlichen keine sich in Längsrichtung des Lenkerbügels erstreckenden umschlossenen Hohlräume aufweist, die bei einer Herstellung im Spritzgussverfahren eine aufwändige Konstruktion des Spritzgusswerkzeugs mit Schiebern und Kernen erfordern würde. Der erfindungsgemäße Lenkerbügel ist im Hinblick auf eine einfache Herstellbarkeit im Spritzgussverfahren sowie eine einfache Endfestigkeit optimiert. Insbesondere soll es möglich sein, den erfindungsgemäßen Lenkerbügel in einem einfach gestalteten zweiteiligen „auf-zu“ Spritzgießwerkzeug herstellen zu können.
Der Profilquerschnitt des Lenkerbügels kann zumindest bereichsweise rund oder oval sein. Ein runder Profilquerschnitt insbesondere im Bereich der Lenkerklemmung hat den Vorteil, dass der Fahrzeuglenker mit einer beliebigen Anzahl standardisierter Lenkerklemmungen zusammenwirken kann.
Die Masseaussparungen dienen einerseits der Gewichtsreduzierung des Lenkerbügel, andererseits werden dadurch größere Materialansammlungen und ein damit einhergehender Schrumpfungsverzug des Kunststoffs verhindert. Schließlich besitzt der Lenkerbügel im Bereich der Masseaussparungen eine größere Flexibilität bedingt durch den in diesen Bereichen reduzierten Querschnitt des Lenkerbügels. Die Masseaussparungen sind vorzugsweise jeweils in nicht sichtbaren oder im Gebrauch verdeckten Bereichen des Lenkerbügels vorgesehen. Die Masseaussparungen bilden in den betreffenden Bereichen eine durchbrochene Mantelfläche des Lenkerbügels und sind als Vertiefungen im Querschnitt des Lenkerbügels ausgebildet, die sich in Bezug auf die Längsachse des Lenkerbügels radial erstrecken.
Besonders bevorzugt können die Masseaussparungen als Fächer bzw. Aufnahmeraum für Funktionsbauteile des Zweirads, beispielsweise zur Aufnahme von elektronischen Komponenten oder zur Aufnahme von Beleuchtung ausgebildet sein.
Der Lenkerbügel gemäß der Erfindung kann als sogenannter Flat-Bar Lenker, Riser-Bar Lenker oder Drop-Bar Lenker ausgebildet sein.
Die Masseaussparung kann bei einer zweckmäßigen Variante des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung als aus einem Spritzgießwerkzeug ohne die Verwendung von Schiebern entformbar ausgebildete, offene Kammerstruktur ausgebildet sein, wobei vorzugsweise wenigstens einige Kammern wenigstens eine als Stützrippe ausgebildete Unterteilung aufweisen.
Der Fahrzeuglenker gemäß der Erfindung kann grundsätzlich einstückig angeformte Funktionselemente/Befestigungselemente aufweisen, weswegen erfindungsgemäß begrifflich zwischen dem Fahrzeuglenker und dem Lenkerbügel als solchem unterschieden wird.
Insbesondere um eine leichte Entformbarkeit des im Spritzgussverfahren hergestellten Fahrzeuglenkers aus einem Spritzgießwerkzeug zu gewährleisten, sind vorzugsweise die Stützrippen und/oder Begrenzungswände der Kammern der Masseaussparungen als abgeschrägte Flächen ausgebildet. Beispielsweise können die Stützrippen weiterhin mit einer sich radial von innen nach außen verringernden Wandstärke ausgeführt sein.
In einer Ausgestaltung des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass dieser zumindest überwiegend aus einem gefüllten und/oder aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist. Der Kunststoff kann mit Langfasern und/oder mit Kurzfasern gefüllt sein. Der Anteil der Faserfüllung kann beispielsweise von 20 bis 60 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der verwendeten Kunststoffmasse betragen.
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann nach dem weiteren Gesichtspunkt gemäß der Erfindung alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der Fahrzeuglenker gemäß der Erfindung eine Faserverstärkung mit zugfesten Endlosfasern umfasst. Bevorzugt erstreckt sich die Faserverstärkung mit Endlosfasern über eine Teillänge, besonders bevorzugt über die gesamte Länge des Lenkerbügels.
Weiterhin besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Endlosfasern selbst sich jeweils über eine Teillänge, besonders bevorzugt über die gesamte Länge des Lenkerbügels erstrecken und die Endlosfasern und/oder die Faserverstärkung eine Orientierung aufweisen, die der Längserstreckung des Lenkerbügels entspricht oder parallel zu dieser ausgerichtet ist. Naturgemäß ist der Lenkerbügel bei bestimmungsgemäßen Gebrauch durch einen Nutzer des Zweirads bezogen auf die Länge des Lenkerbügels ungleichmäßig belastet. Im Bereich der Lenkerklemmung wird das größte Biegemomente in den Lenkerbügel eingeleitet, wohingegen an den Griffenden der Querschnitt des Lenkerbügels weniger belastet ist. Aus dem Grunde ist es sinnvoll, dass sich die Faserverstärkung mit Endlosfasern nicht über die gesamte Länge des Lenkerbügels erstreckt, sondern nur über eine Teillänge von etwa der Mitte des Lenkerbügels jeweils zu den beiden Enden unter Ausnahme der Griffbereiche. Dies hat den Vorzug, dass die Griffbereiche einfacher mit Ausnehmungen und/oder Durchbrüchen gestaltet werden können.
Als besonders zweckmäßig hat sich in diesem Zusammenhang die Verwendung von unidirektionalen Bändern (UD-Tapes) erwiesen.
Bei einer Ausführungsform des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung kann der Lenkerbügel wenigstens ein vorzugsweise umspritztes oder angespritztes endlosfaserverstärktes Band mit unidirektional ausgerichteten, zugfesten Verstärkungsfasern aufweisen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Fasern umfassend Kohlefasern, Glasfasern, Aramid Fasern, Kevlar Fasern und Basaltfasern. Die zugfesten Bänder können sich geradlinig über wenigstens eine Teillänge des Lenkerbügels, und/oder über einen Teilumfang des Lenkerbügels vorzugsweise über die vollständige Länge des Lenkerbügels von Ende zu Ende erstrecken.
Alternativ kann erfindungsgemäß die Verwendung von Faser-Prepregs aus gelegten oder gewebten faserverstärkten Verbundmaterialien vorgesehen sein. Solche Prepregs, auch solche mit einer Matrix aus temperaturaushärtbaren Kunststoffen (Duroplasten) können als Gewebeschläuche in Teilabschnitte des Profilquerschnitts des Lenkerbügels integriert sein. Diese Prepregs können vor der Ausformung des Lenkerbügels in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt worden sein.
Erfindungsgemäß wird die Verwendung von Prepregs mit einer Matrix aus thermoplastischen Kunststoffen bevorzugt, insbesondere deshalb, weil dadurch die Rezyklierbarkeit (Wiederverwendbarkeit des nach dem Lebenszyklus des Fahrzeuglenkers aufbereiteten Kunststoffs) des Fahrzeuglenkers verbessert und/oder gewährleistet wird.
Bei einer Variante des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Lenkerbügel wenigstens abschnittsweise eine integrierte Zugführung für Bowdenzüge des Zweirads aufweist. Die Zugführung kann beispielsweise in Form von in Richtung auf die Mantelfläche des Lenkerbügels geöffneten U-förmigen oder C-förmigen Kanälen vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkers ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Mittelabschnitt einen einstückig angeformten Vorbau mit einer Klemmaufnahme für einen Gabelschaft oder einen Steuerkopf des Zweirads aufweist. Der Vorbau kann mit wenigstens einer Durchführung und/oder wenigstens einer Führung und/oder wenigstens einem Aufnahmefach für die Integration von Bowdenzügen und/oder zur Integration von elektronischen Komponenten wie beispielsweise Tachometer, Batterieladestands-Anzeige etc. ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Masseaussparung als Aufnahme für ein Funktionsbauteil, insbesondere für eine elektronische Komponente des Zweirads, beispielsweise eine LED-Beleuchtung ausgebildet.
Zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn wenigstens eine Masseaussparung in den nach unten weisenden Bereichen bzw. an der Unterseite des Lenkerbügels vorgesehen ist, sodass diese für den Benutzer beim Gebrauch des Zweirads nicht sichtbar ist. Eine solche Anordnung ist auch im Hinblick auf den Kraftfluss durch den Lenkerbügel günstig.
Mindestens eine Masseaussparung kann jeweils im Bereich einer Kröpfung oder Biegung des Lenkerbügels vorgesehen sein, und dort beispielsweise nach vorne/unten ausgerichtet sein.
Der Lenkerbügel weist zweckmäßigerweise in Teilabschnitten federelastische Eigenschaften auf, wobei der Lenkerbügel erste und zweite Teilabschnitte aufweist und die ersten Teilabschnitte eine größere Elastizität als die zweiten Teilabschnitte aufweisen und insbesondere die ersten Teilabschnitte im Bereich von Kröpfungen und/oder Biegungen des Lenkerbügels angeordnet sind. Die ersten Teilabschnitte sind bevorzugt Abschnitte des Lenkerbügels, in denen Masseaussparungen vorgesehen sind. Die höhere Elastizität des Lenkerbügels in diesen Bereichen kann sich bereits dadurch ergeben, dass die Masseaussparung eine definierte Reduzierung der Querschnittsfläche des Profilquerschnitts bildet.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkers kann vorgesehen sein, dass der Lenkerbügel gemäß der Erfindung im Bereich der Masseaussparungen aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist, dessen Eigenschaften verschieden von demjenigen thermoplastischen Kunststoff sind, der die übrigen Bereiche des Lenkerbügels bildet. Der Lenkerbügel gemäß der Erfindung kann beispielsweise durch ein Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren aus verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere unter Verwendung von thermoplastischen Elastomeren hergestellt worden sein.
Bevorzugt weisen die Griffabschnitte Masseaussparungen auf, die den Querschnitt der Griffabschnitte so durchsetzen, dass die Mantelfläche der Griffabschnitte an diametral gegenüberliegenden Seiten durchbrochen ist. Diese Masseaussparungen können die Griffabschnitte von einer Seite zur anderen durchsetzen. Die Griffabschnitte, die sich an den Lenkerenden befinden, sind im Wesentlichen einer geringeren Biegebeanspruchung ausgesetzt, sodass in diesen Bereichen in besonders vorteilhafter Art und Weise eine Massereduzierung des Lenkerquerschnitts erzielt werden kann. Die durchsetzten Bereiche der Griffabschnitte können beispielsweise mit im Handel erhältlichen Standard-Griffelementen abgedeckt werden, so dass der Lenkerbügel davon haptisch nicht beeinträchtigt ist.
Bei einer Variante des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens einige der Masseaussparungen/Durchbrechungen der Mantelfläche des Lenkerbügels mit lösbar einsetzbaren und vorzugsweise auswechselbaren Abdeckungen versehen sind. Diese Abdeckungen können beispielsweise als Elastomer-Kappen ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt umfasst der Fahrzeuglenker gemäß der Erfindung ein oder mehrere Funktionsbauteile, die vorzugsweise in wenigstens einem von einer Masseaussparung gebildeten Aufnahmeraum angeordnet sind. Funktionsbauteile im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Licht, Tachometer, Betätigungselemente/Schalter, eine sogenannte Head-Unit, GPS Module, GPS Tracker, V2X Module (Vehicle-To-Everything Kommunikationsmodul) Klingel etc.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeuglenkers der vorbeschriebenen Art mit einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Merkmale aus thermoplastischem Kunststoff, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:

- Bereitstellen einer Spritzgießanordnung mit wenigstens einer Spritzeinheit mit Mitteln zum Plastifizieren und Bereitstellen des plastifizierten Kunststoffs unter Druck in ein Werkzeug mit wenigstens einer Kavität, wobei das Werkzeug vorzugsweise zweiteilig und schieberlos ausgeführt ist und die wenigstens eine Kavität die Gestalt des Lenkerbügels definiert sowie wenigstens einen Anguss aufweist,
- Einspritzen des plastifizierten Kunststoffs unter Druck in das geschlossene Werkzeug und
- Öffnen des Werkzeugs und Entnehmen des fertigen Erzeugnisses.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Herstellung des Lenkerbügels in einem einzigen Spritzgießzyklus und vorzugsweise ohne die Verwendung von Vorformlingen als Einlegeteile. Unter einem einzigen Spritzgießzyklus im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird der Einspritzvorgang in das geschlossene und zugehaltene Werkzeug und der anschließende Entnahmevorgang des fertigen Artikels verstanden. Das Einspritzen kann mit einer oder mehreren Spritzeinheiten über einen oder mehrere Angüsse erfolgen.
Bei einer Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung kann als thermoplastischer Kunststoff wenigstens ein mit zugfesten Kurzfasern und/oder Langfasern gefüllter thermoplastischer Kunststoff verwendet werden. Die Kurzfasern können nicht orientiert in die Kunststoffmatrix eingebettet sein und eine Länge 0,1 bis 1 mm aufweisen. Auch die Langfasern können nicht orientiert in die Kunststoffmatrix eingebettet sein und eine Länge von 1 bis 50 mm aufweisen. Die zugfesten Fasern können ausgewählt sein aus einer Gruppe von zugfesten Fasern umfassend Glasfasern und Carbonfasern. Der Anteil der zugfesten Fasern am Gesamtgewicht der verwendeten Kunststoffmasse kann von 20 bis 60 Gewichtsprozent betragen. Ein Wertebereich von bis im Sinne der vorliegenden Erfindung schließt grundsätzlich die Grenzwerte ein.
Der thermoplastische Kunststoff, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann, ist ausgewählt aus einer Gruppe von thermoplastischen Kunststoffen umfassend PA, PP, PPA, PS, PE, PE, ABS, PC, POM, PEK, PEEK, PA610, HPPA, PARA, PBT.
Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung kann vorsehen, dass verschiedene thermoplastische Kunststoffe im Mehrkomponenten Spritzgießverfahren in das Werkzeug eingespritzt werden, wobei vorzugsweise wenigstens eine der eingespritzten thermoplastischen Kunststoffe ein thermoplastisches Elastomer ist.
Alternativ oder zusätzlich kann bei dem Verfahren gemäß Erfindung vorgesehen sein, dass ein weiterer Verfahrensschritt das Einlegen wenigstens eines endlosfaserverstärkten Bandes mit unidirektional ausgerichteten, zugfesten Verstärkungsfasern in wenigstens eine Teilkavität des Werkzeugs umfasst.
Das Band wird vorzugsweise lagefixiert in das Werkzeug eingebracht wird. UD-Tapes, Gewebe, Endlosfaser oder Prepregs können im Werkzeug angesaugt, und/oder mittels Klebeband an der Werkzeugwand fixiert oder über Haltedorne fixiert werden.
Das Band kann unidirektional ausgerichtete Endlosfasern umfassen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Fasern umfassend Kohlefasern, Glasfasern, Aramid Fasern, Kevlar Fasern und Basaltfasern.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf und anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Explosionsansicht des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung von unten und vorne,
2 eine Oberansicht des Fahrzeuglenkers aus 1,
3 eine der 1 entsprechende weitere perspektivische Ansicht des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung und
4 eine perspektivische dreiviertel Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Fahrzeuglenkers gemäß der Erfindung.

Der in den Figuren dargestellte Fahrzeuglenker 1 umfasst einen Lenkerbügel 20, der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel leicht nach oben und hinten geneigt ist.
Die Begriffe oben, hinten sowie Oberseite und Unterseite beziehen sich auf den Fahrzeuglenker 1 in Einbaulage am Zweirad und auf die Perspektive eines Benutzers, der auf dem Zweirad sitzt. Das Zweirad ist beispielsweise ein Fahrrad.
Der Lenkerbügel 20 ist als einteiliges Kunststoff Spritzgussbauteil aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet, vorzugsweise aus einem Polyolefin, beispielsweise aus einem Polyamid. Der Lenkerbügel 20 umfasst einen Mittelabschnitt 23, zwei sich an den Mittelabschnitt 23 anschließende und einstückig angeformte Lenkerarmabschnitte 24 sowie zwei sich jeweils an die Lenkerarmabschnitte 24 anschließende und mit den Lenkerarmabschnitten 24 einteilig ausgebildete Griffabschnitte 25. Der Mittelabschnitt 23 des Lenkerbügels 20 bildet einen Klemmbereich 26, in welchem der Lenkerbügel 20 einen kreisrunden Profilquerschnitt, beispielsweise mit einem Durchmesser von 31,8 mm, aufweist. Der Klemmbereich 26 ist dazu ausgebildet, von einer entsprechenden Klemmaufnahme eines separaten Lenkervorbaus aufgenommen zu werden. Die Oberfläche des Lenkerbügels 20 im Klemmbereich 26 kann beispielsweise eine Oberflächenrauigkeit aufweisen, die den Kraftschluss einer Klemmung erhöht. Die Oberflächenrauigkeit des Materials kann in diesem Bereich des Lenkerbügels 20 auch durch eine entsprechende Füllung des verwendeten thermoplastischen Kunststoffs erzeugt werden.
Der Lenkerbügel 20 wurde mittels eines Spritzgussverfahrens in einem einzigen Spritzgießzyklus, beispielsweise in einem einfachen, schieberlosen (auf-zu) Spritzgießwerkzeug ohne Formkerne und Hinterschneidungen hergestellt.
Die 1 bis 3 zeigen eine erste Variante des Fahrzeuglenkers 1 gemäß der Erfindung, der aus einem mit zugfesten Kurzfasern gefüllten thermoplastischen Kunststoff hergestellt wurde. Die Kurzfasern können beispielsweise ausgewählt sein aus einer Gruppe von Fasern umfassend Glasfasern, Kevlar Fasern, Aramid Fasern, Basaltfasern, Carbonfasern.
Wie aus den Figuren ohne weiteres ersichtlich ist, ist der Lenkerbügel 20 des Fahrzeuglenkers 1 in dem Mittelabschnitt 23, in den Lenkerarmabschnitten 24 und in den Griffabschnitten 25 mit Masseaussparungen 30 versehen, derart, dass die Mantelfläche des Lenkerbügels 20 durchbrochen bzw. zerklüftet ist. Die Masseaussparungen 30 sind beispielsweise im dem Klemmbereich 26 des Mittelabschnitts 23 auf der Unterseite 22 des Lenkerbügels 20 vorgesehen und dort in Einbaulage in einer Klemmaufnahme das Zweirads beispielsweise durch eine Vorbaubeklemmung verdeckt. Weiterhin sind bei der gezeigten Variante des Lenkerbügels 20 die Lenkerarmabschnitte 24 als nach oben und hinten leicht gekrümmte Übergangsbereiche zwischen dem Mittelabschnitt 23 und den Griffabschnitten 25 ausgebildet.
Auf der Unterseite 22 des Lenkerbügels 20 sind jeweils Masseaussparungen 30 vorgesehen, die jeweils einen in Richtung auf die Unterseite 22 des Lenkerbügels 20 offenen Aufnahmeraum bzw. eine Kammer 31 bilden, die Begrenzungswände 33 und sich diagonal zwischen diesen erstreckende Stützrippen 32 umfasst. Die Begrenzungswände 33 und die Stützrippen 32 sind von innen nach außen geneigt, sodass die Kammer 31 einen sich nach außen konisch vergrößernden Aufnahmeraum bildet, wodurch die Entformbarkeit aus einem Spritzgießwerkzeug erleichtert wird. Die Stützrippen 32 können weiterhin auch eine sich von innen nach außen verringernde Dicke aufweisen.
Im Bereich der vorzugsweise mit einem gleichmäßigen runden Querschnitt ausgebildeten Griffabschnitte 25 sind die Masseaussparungen 30 so ausgebildet, dass sie die Griffabschnitte 25 vollständig durchsetzen, also jeweils Durchbrüche durch die Mantelfläche/Hüllkurve des Lenkerbügels 20 an diametral gegenüberliegenden Seiten bezogen auf eine Längsachse bilden.
Wie aus der Explosionsansicht in 1 ersichtlich ist, sind die Masseaussparungen 30 in den Lenkerarmabschnitten 24 mit lösbaren Abdeckungen 40 versehen, die beispielsweise als Kappen aus einem thermoplastischen Elastomer ausgebildet sein können.
Grundsätzlich können die durch die Masseaussparung 30 gebildeten Fächer der Aufnahme von Funktionsbauteilen des Zweirads, beispielsweise von Beleuchtung, Bedienelementen etc., dienen.
Eine Variante des Lenkerbügels 20 gemäß der Erfindung ist in 4 dargestellt. Der in 4 dargestellte Lenkerbügel 20 ist ebenfalls einteilig bzw. einstückig durch ein Spritzgussverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt worden. Der thermoplastische Kunststoff des Lenkerbügels 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 4 kann ebenfalls mit zugfesten Kurzfasern gefüllt sein. Als Kurzfasern kommen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ebenfalls Glasfasern, Aramid Fasern, Carbonfasern, Kevlar Fasern, Basaltfasern oder dergleichen in Betracht.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des Fahrzeuglenkers 1 ist eine weitere Faserverstärkung in Form von unidirektionalen Endlosfasern 50 vorgesehen, die beispielsweise als sogenanntes „UD-Tape“ vor dem Einspritzvorgang in das Spritzgusswerkzeug eingelegt wurden und angespritzt und/oder teilweise umspritzt worden. Die Endlosfasern 50, beispielsweise als Carbonfasern oder dergleichen, erstrecken sich durchgehend von einem Lenkerende zum anderen Lenkerende und an der Oberseite 21 des Lenkerbügels 20 außerhalb der neutralen Faser, sodass diese bei Belastung der Lenkerenden/Griffabschnitte 25 durch den Benutzer beim Fahren einer Zugbelastung auf den Lenkerbügel 20 aufgrund der Einleitung eines Biegemoments entgegenwirken.
Erfindungsgemäß kann auch die erste Variante des Lenkerbügels 20 gemäß den 1 bis 3 zusätzlich mit durchgehend in der Längsrichtung des Lenkerbügels 20 ausgerichteten unidirektionalen Langfasern/Endlosfasern verstärkt sein.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeuglenker
20: Lenkerbügel
21: Oberseite
22: Unterseite
23: Mittelabschnitt
24: Lenkerarmabschnitte
25: Griffabschnitte
26: Klemmbereich
30: Masseaussparung
31: Kammern
32: Stützrippen
33: Begrenzungswände
27: Biegung
40: Abdeckungen
50: unidirektionale zugfeste Endlosfasern

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 4 173 938 A1 [0002]
EP 2 829 465 B1 [0003]
EP 4 173 937 A1 [0004]
US 5,269,196 [0004]
US 503,773 [0004]

Claims

Fahrzeuglenker (1), insbesondere Fahrradlenker, mit einem Lenkerbügel (20), der zumindest überwiegend aus einem vorzugsweise thermoplastischen Kunststoff besteht, mit einer Oberseite (21), die in Einbaulage am Zweirad einem Benutzer zugewandt ist, mit einer Unterseite (22), die in Einbaulage am Zweirad einem Benutzer abgewandt ist, wobei der Lenkerbügel (20) umfasst: - wenigstens einen Mittelabschnitt (23), der zur Klemmbefestigung in einer Vorbaubeklemmung des Zweirads ausgebildet ist oder der eine Klemmaufnahme zur Befestigung an einem Gabelschaft oder an einem Steuerkopf des Zweirads aufweist, - wenigstens zwei Lenkerarmabschnitte (24), die mit dem Mittelabschnitt (23) verbunden sind, und - wenigstens zwei mit den Lenkerarmabschnitten (24) verbundene Griffabschnitte (25), die vorzugsweise wenigstens bereichsweise einen zylindrischen Querschnitt aufweisen, wobei - der Lenkerbügel (20) als einteiliges, spritzgegossenes Kunststoffbauteil ausgebildet ist und insbesondere der Mittelabschnitt (23), die Lenkerarmabschnitte (24) und die Griffabschnitte (25) einstückig miteinander verbunden sind, und wobei - wenigstens einer der Abschnitte, umfassend den Mittelabschnitt (23), die Lenkerarmabschnitte (24) und die Griffabschnitte (25), in wenigstens einem sich über wenigstens einen Teilumfang und eine Teillänge des Lenkerbügels (20) erstreckenden Bereich wenigstens eine Masseaussparung (30)aufweisen, die eine bereichsweise durchbrochene Mantelfläche des Fahrzeuglenkers (1) bildet und/oder der Lenkerbügel (20) wenigstens über eine Teillänge und/oder über einen Teilumfang eine Faserverstärkung mit zugfesten Endlosfasern (50) aufweist.
Fahrzeuglenker (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseaussparung (30) als aus einem Spritzgusswerkzeug ohne die Verwendung von Schiebern entformbar ausgebildete, offene KammerStruktur ausgebildet ist, wobei vorzugsweise wenigstens einige Kammern (31) wenigstens eine als Stützrippe (32) ausgebildete Unterteilung aufweisen.
Fahrzeuglenker (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützrippen (32) und/oder Begrenzungswände (33) der Kammern (31) als in Bezug auf eine sich in einem Profilquerschnitt erstreckende Radiale abgeschrägte Flächen ausgebildet sind.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest überwiegend aus einem gefüllten und/oder aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Füllgrad von 20 bis 60 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Lenkerbügels (20), mit einer Faserlänge von 0,1 bis 50 mm, vorzugsweise mit einer Faserlänge von 0,1 bis 1 mm.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung mit Endlosfasern (50) sich über eine Teillänge, vorzugsweise über die gesamte Länge des Lenkerbügels (20) erstreckt, dass vorzugsweise die Endlosfasern (50) sich jeweils über die gesamte Länge des Lenkerbügels (50) erstrecken und die Endlosfasern (50) eine Orientierung aufweisen, die der Längserstreckung des Lenkerbügels (20) entspricht oder parallel zu dieser ausgerichtet ist.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkerbügel (20) wenigstens ein vorzugsweise umspritztes oder angespritztes endlosfaserverstärktes Band mit unidirektional ausgerichteten, zugfesten Verstärkungsfasern (50) aufweist, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Fasern umfassend Kohlefasern, Glasfasern, Aramid Fasern, Kevlar Fasern und Basaltfasern.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffabschnitte (25) jeweils ein stirnseitig geschlossenes Lenkerende aufweisen.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens eine integrierte Zugführung.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (23) wenigstens einen Klemmbereich (26) zur Befestigung in einem Fahrradvorbau mit einem vorzugsweise runden Querschnitt mit einem standardisierten Durchmesser (31,8 mm, 25,4 mm) aufweist.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (23) einen einstückig angeformten Vorbau mit einer Klemmaufnahme für einen Gabelschaft oder einen Steuerkopf des Zweirads aufweist.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Masseaussparung (30) als Aufnahme für ein Funktionsbauteil, insbesondere für eine elektronische Komponente des Zweirads ausgebildet ist.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Masseaussparung (30) in den nach unten weisenden Bereichen bzw. an der Unterseite (21) des Lenkerbügels vorgesehen ist
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Masseaussparung (30) jeweils im Bereich einer Kröpfung oder Biegung (27) des Lenkerbügels (20) vorgesehen ist.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkerbügel (20) wenigstens in Teilabschnitten federelastische Eigenschaften aufweist, wobei der Lenkerbügel (20) erste und zweite Teilabschnitte aufweist und die ersten Teilabschnitte eine größere Elastizität als die zweiten Teilabschnitte aufweisen und insbesondere die ersten Teilabschnitte in im Bereich von Kröpfungen und/oder Biegungen (27) des Lenkerbügels (20) angeordnet sind.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieser federelastische Abschnitte im Bereich der Masseaussparung (30) aufweist.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffabschnitte (25) Masseaussparungen (30) aufweisen, die den Querschnitt der Griffabschnitte (25) durchsetzen, sodass die Mantelfläche der Griffabschnitte (25) an diametral gegenüberliegenden Seiten durchbrochen ist.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Masseaussparungen (30) oder Durchbrechungen der Mantelfläche des Lenkerbügels (20) mit wenigstens einer lösbar einsetzbaren und vorzugsweise auswechselbaren Abdeckung (40) versehen sind.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckungen (40) wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen Elastomer ausgebildet sind.
Fahrzeuglenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, umfassend ein oder mehrere Funktionsbauteile, die vorzugsweise in wenigstens einem von einer Masseaussparung (30) gebildeten Aufnahmeraum angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeuglenkers (1) aus thermoplastischem Kunststoff mit den Merkmalen eines der vorstehenden Ansprüche 1 bis 19, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: - Bereitstellen einer Spritzgießanordnung mit wenigstens einer Spritzeinheit mit Mitteln zum Plastifizieren und Bereitstellen eines plastifizierten Kunststoffs unter Druck in ein Werkzeug mit wenigstens einer Kavität, wobei das Werkzeug vorzugsweise zweiteilig und schieberlos ausgeführt ist und die wenigstens eine Kavität die Gestalt des Lenkerbügels (20) definiert sowie wenigstens einen Anguss aufweist, - Einspritzen des plastifizierten Kunststoffs unter Druck in das geschlossene Werkzeug und - Öffnen des Werkzeugs und Entnehmen des fertigen Erzeugnisses.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastischer Kunststoff wenigstens ein mit zugfesten Kurzfasern und/oder Langfasern gefüllter thermoplastischer Kunststoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff ausgewählt ist aus einer Gruppe von Kunststoffen umfassend PA, PP, PPA, PS, PE, PE, ABS, PC, POM, PEK, PEEK, PA610, HPPA, PARA, PBT, PK.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene thermoplastische Kunststoffe im Mehrkomponenten Spritzgießverfahren in das Werkzeug eingespritzt werden, wobei vorzugsweise wenigstens eine der eingespritzten thermoplastischen Kunststoffe ein thermoplastisches Elastomer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt des Einlegens wenigstens eines endlosfaserverstärkten Bandes mit unidirektional ausgerichteten, zugfesten Endlosfasern in wenigstens eine Teilkavität des Werkzeugs.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Band lagefixiert in das Werkzeug eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Band unidirektional ausgerichtete Endlosfasern umfasst, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Fasern umfassend Carbonfasern, Glasfasern, Aramid Fasern, Kevlar Fasern und Basaltfasern.