DE60116463T2

DE60116463T2 - Fahrzeugrad und Verankerung der Speichen

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Publication number: DE60116463T2
Application number: DE60116463T
Authority: DE
Inventors: Raphael Wilton Schlanger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2021-08-25
Also published as: ATE314938T1; EP1288018B1; DE60116463D1; EP1288018A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugräder, insbesondere die Verbindung zwischen der Speiche und der Nabe und zwischen der Speiche und dem Radkranz.
Bisher wird der Großteil der Fahrradräder aus Stahldrahtspeichen konstruiert, die an ihrem inneren Ende mit einem zentralen Nabenteil und an ihrem äußeren Ende mit einem metallischen Radkranz verbunden sind. Die Speichen sind im Allgemeinen aus Stahl konstruiert, während Nabe und Radkranz aus Aluminium oder Stahl bestehen können. Die Speichen, die Nabe und der Radkranz werden jeweils als separate Bauteile geformt, die durch mechanische Verbindungen miteinander verbunden werden.
Die Fertigung des Nabenteils ist ein kostenintensiver Prozess. Einige Nabengehäuse werden aus Aluminiumblock herausgearbeitet, während andere gegossen oder geschmiedet und anschließend maschinell bearbeitet werden. Für diese maschinelle Bearbeitung sind im Allgemeinen mindestens drei Maschinenkonfigurationen erforderlich: Zuerst werden die zylindrischen Abschnitte der Nabe auf der Drehbank gedreht, als zweites werden die Speichenlöcher in einem Nabenflansch in einem Rundtakt gebohrt, und als drittes wird der gegenüber liegende Nabenflansch ebenfalls in einem separaten Rundtakt gebohrt. Dieser aus mehreren Schritten bestehende maschinelle Bearbeitungsprozess erhöht die Fertigungskosten des Nabengehäusebauteils beträchtlich.
Die Zugkräfte innerhalb der Speiche erzeugen relativ hohe Spannungen bzw. Beanspruchungen an ihren Verbindungspunkten; diese Verbindungspunkte müssen daher in der Lage sein, diesen Beanspruchungen standzuhalten. Bei der herkömmlichen Speichenverbindungsanordnung konzentrieren sich die aufgrund der Speichenzugspannung auftretenden Beanspruchungen in einem relativ kleinen Bereich des Nabenflansches, nämlich in dem Abschnitt des Nabenflanschmaterials, der sich radial außerhalb des Nabenlochs befindet. Dies macht es erforderlich, dass die Nabenflanschkonstruktion auf teuren Materialien mit größerer Festigkeit beruhen und dass statt der weniger teuren Umformungsprozesse wie Druck- oder Spritzguss teurere Prozesse wie beispielsweise Schmieden angewandt werden müssen. Darüber hinaus erfordern diese Beanspruchungen eine Auslegung des Flansches mit robuster Dicke, um so der Radanordnung zusätzlich Gewicht zu verleihen.
Die Speichen der meisten herkömmlichen Räder sind aus Stahldraht gefertigt und weisen in der Nähe des Kopfendes und benachbart zu dem Punkt, an dem sie durch das Loch im Flansch verlaufen, eine scharte „J"-Biegung auf. Der Bereich der „J"-Biegung der Speiche ist aufgrund der Überbeanspruchung des Materials, die erforderlich ist, um diese Biegung zu erreichen, bedeutend schwächer und weniger verformbar. Wie zu erwarten, ist die „J"-Biegung eine häufige Bruchstelle bei Speichen mit herkömmlicher Auslegung. Speichenhersteller haben versucht, diesen Nachteil durch Verdickung des Drahts in diesem Bereich zu kompensieren; diese Lösung führt jedoch zu erheblichen zusätzlichen Kosten und Gewicht.
Es ist häufig ein Ziel, Räder mit Speichen zu konstruieren, die entlang ihrer Länge abgeflacht sind, um ein aerodynamischeres Querschnittsprofil zu erreichen. Bei einem herkömmlichen Nabenflansch führt dies dort zu einem Problem, wo der extrabreite Speichenquerschnitt durch das runde Loch im Nabenflansch hindurch verlaufen muss. Bei Verwendung von abgeflachten Speichen erfordert das übliche Montageverfahren das Schlitzen oder Einkerben jedes einzelnen Speichenlochs in die Nabenflansche, um das Hindurchführen der Speiche zu ermöglichen. Dieser zusätzliche Vorgang bedeutet wesentliche Zusatzkosten und schwächt darüber hinaus den Nabenflansch.
Bei herkömmlichen Rädern wird die Speiche einfach durch das Flanschloch hindurch geführt, bis der Kopf der Speiche die Kante dieses Lochs berührt. Das Ergebnis ist eine lockere Spielpassung zwischen dem Nabenflansch und der Speiche, wodurch der Speiche ermöglicht wird, sich in diesem Loch zu winden und zu verschieben. Diese unerwünschte Bewegung führt zu einer Abnutzung des Flansches und zu zusätzlicher Biegung am Radkranz und außerdem dazu, dass das Rad relativ leicht aus seiner Ausrichtung (Schlagfreiheit) gerät.
Aufgrund der bei der herkömmlichen Nabenkonstruktion angewandten Herstellungsverfahren ist es sehr schwierig, die Einzelheiten maschinell herauszuarbeiten oder anderweitig zu erzeugen, die erforderlich sind, um sicherzustellen, dass die Geometrie des Nabenflansches der Speichenoberfläche entspricht, ohne Zwischenräume aufzuweisen. Derartige Zwischenräume erlauben bei Zugbelastung der Speiche eine Durchbiegung oder Bewegung. Des Weiteren ist es übliche Praxis, dass der Hersteller herkömmlicher Räder die Speichen manuell biegt, in dem Versuch, die Speiche an den Nebenflansch anzupassen und sie in ihrem Verlauf zum Radkranz hin auszurichten. Dies ist naheliegenderweise ein Kompromiss, da besonders im Fall von Fahrradrädern der Radkranz eine relativ leichte Konstruktion ist und jegliche Inkonsistenz bei den Speichenspannungs- oder Speichendurchbiegungsmerkmalen dazu führt, dass das Rad aus seiner Schlagfreiheit gerät oder, schlimmer noch, ein Speichenbruch bewirkt wird. Wenn die Zuglasten nicht gleichmäßig auf alle Speichen verteilt sind, sind die Speichen mit größeren Beanspruchungen bruchanfälliger, ebenso wie die mit diesen Speichen verbundenen Abschnitte des Radkranzes und Nabenflansches.
In den letzten Jahren wurden einige Versuche unternommen, diese herkömmliche Radauslegung zu verbessern; die Veränderungen waren jedoch geringfügig, und es wurden die gleiche Materialien und die gleiche Grundkonfiguration beibehalten. Interessanterweise sind viele dieser moderneren Auslegungen einfach eine „Neuauflage" von Erfindungen, die bereits mehr als 80 Jahre alt sind. Das ist wahrscheinlich auf den Umstand zurückzuführen, dass, abgesehen von einigen esoterischeren Beispielen, diese modernen Räder auf ähnlichen Materialien und Konstruktionsverfahren beruhen, wie sie bereits vor 80 Jahren angewandt wurden.
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein verbessertes Fahrzeugrad mit verbesserter Speichenbefestigung bereitzustellen.
N. Kinichiro offenbart in den Patent Abstracts of Japan, Veröffentlichungsnummer 580 476 02, eine Nabe für ein Speichenrad, das, wie berichtet wird, eine Raddurchbiegung verhindert. Tangential angeordnete durchgehende Löcher sind in gleichmäßig verteilte periphere Verlängerungen der Nabe gebohrt, wobei die durchgehenden Löcher die Speichen aufnehmen. Letztere verlaufen tangential von Radkranz zu Radkranz und werden fest in den durchgehenden Löchern der Nabe gehalten. Die Befestigung der Speichen am Radkranz erfolgt auf relativ konventionelle Art durch Gewindeendabschnitte und -nippel, die auf diese Endabschnitte durch Löcher im Radkranz geschraubt werden. Obwohl diese Auslegung sicherlich eine verbesserte Speichen-Naben-Verbindung und ein relativ stabiles Speichenrad bereitstellt, weist sie nicht auf die Verwendung neuer Verfahren zur Befestigung zwischen den Speichen und der Nabe und/oder dem Radkranz hin; insbesondere verbessert sie nicht die Verbindung zwischen Speiche und Radkranz. Diese Verwendung neuartiger Speichenbefestigungsverfahren und des Weiteren die Verbesserung der Verbindung zwischen Speiche und Radkranz gehören jedoch zu den Hauptaufgaben der vorliegenden Erfindung.
Die veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 00/35683 von Raphael Schlanger, dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung, offenbart ein Speichenrad gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit einer verbesserten Verbindung der Speichen mit der Nabe und/oder dem Radkranz durch Bereitstellung eines in die Nabe und/oder den Radkranz integrierten ausgehärteten Formstoffs, in den die Speichen eingeführt werden. Obwohl diese Lösung ein wenig näher an der vorliegenden Erfindung liegt, erfordert sie eine relativ umfangreiche Vorbereitung und aufgrund der Aushärtungszeit einen zeitaufwändigen Befestigungsprozess. Dies ist bei den heutigen wirtschaftlichen Gegebenheiten von Nachteil, und eine „schnellere" Lösung wäre vorzuziehen. Indem sie eine derartige zeitaufwändige Aushärtung eines Formstoffes vermeidet, bietet die vorliegende Erfindung einen Vorteil gegenüber diesen derzeit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde nun festgestellt, dass die vorgenannten Aufgaben und Vorteile leicht gelöst bzw. erreicht werden können.
Das Rad der vorliegenden Erfindung umfasst: einen peripheren Radkranz; eine zentrale Radnabe mit einer Mittelachse und einem äußeren Flansch; eine Mehrzahl von Speichen, die zwischen dem Radkranz und der Nabe verlaufen, wobei jede der Speichen einen ersten Abschnitt aufweist, der mit dem Radkranz verbunden ist, und einen dem ersten Abschnitt gegenüber angeordneten zweiten Abschnitt mit und verbunden mit der Nabe; ein Loch, das mindestens in dem äußeren Flansch oder den Speichen gebildet ist zur Verbindung mit mindestens einer der Speichen; wobei mindestens der erste Abschnitt oder der zweite Abschnitt der Speiche mit mindestens dem äußeren Flansch oder dem Radkranz mittels eines Verformungseingriffs in einem Verformungseingriffsbereich verbunden ist; und wobei die Verbindung zu einer festen Verbindung zwischen dem Loch und mindestens dem ersten Abschnitt oder dem zweiten Abschnitt der Speiche in dem Verformungseingriffsbereich führt.
Die vorliegende Erfindung bringt viele Vorteile. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung der Kosten durch die Fähigkeit der Nutzung preisgünstiger und effizienter Fertigungsverfahren bei der Produktion von Bauteilen.
Die Nabe und der Nabenflansch der vorliegenden Erfindung können unter Anwendung von „netzförmigen" Presstechniken produziert werden, welche die Erforderlichkeit von teuren maschinellen Bearbeitungsvorgängen reduzieren oder eliminieren. Da diese Auslegung für derartige Formungs- oder Gussvorgänge gut geeignet ist, kann die gewünschte Nabengeometrie mit wenigen sekundären Bearbeitungsvorgängen erreicht werden, sofern diese überhaupt nötig sein sollten. Wenn eine anschließende maschinelle Bearbeitung erforderlich ist, sind bedeutend weniger dieser kostenintensiven Vorgänge zu erwarten, als wenn die Nabe aus einem Block oder einem Schmiedestück produziert würde. Des Weiteren wird durch einen derartigen „netzförmigen" Umformungsvorgang die Materialabfallmenge wesentlich reduziert, insbesondere im Vergleich zu einem Teil, das vollständig maschinell aus einem Block herausgearbeitet wird.
Zwar endet bei einigen bestehenden Radauslegungen die Speiche in einem Loch im Nabenflansch, das ein vorgefertigtes Gewinde aufweist; dieses Gewindebohren und -schneiden ist jedoch zeitaufwändig und teuer. Die vorliegende Erfindung erlaubt die Verankerung der Speiche an einem geraden, glatten Loch, das im Radkranz oder der Nabe angeordnet ist. Das Bohren oder Formen eines geraden glatten Lochs ist wesentlich kostengünstiger als das Anbringen eines vorgefertigten Gewindelochs.
Da die Speichenzugbeanspruchungen der vorliegenden Erfindung über einen weiteren Bereich der Nabenflanschschnittstelle verteilt sind, werden Beanspruchungen im Nabenflanschmaterial reduziert. Dadurch werden die Festigkeitsanforderungen an das Nabenflanschmaterial reduziert, und es können weniger leistungsstarke Materialien verwendet werden, wodurch die Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Naben weiter reduziert werden. Der Nabenflansch der vorliegenden Erfindung kann nun beispielsweise aus relativ preisgünstigen Polymerharzen geformt werden. Diese Materialien sind außerdem für kostengünstigere Umformungsvorgänge wie Kunststoffspritzguss geeignet. Wenn ein metallischer Nabenflansch als notwendig erachtet wird, sind hochfeste Blocklegierungen nicht länger erforderlich. Metallgusslegierungen mit niedrigerer Festigkeit, die mittels eines Gussverfahrens wie zum Beispiel Druckguss umgeformt werden können, werden wahrscheinlich eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
Die vorliegende Erfindung ist ausschließlich auf Anordnungen anwendbar, bei denen der Nabenflansch und/oder Radkranz aus polymerem Material geformt sind. Viele dieser Materialien, vor allem technische Polymere, weisen gute Festigkeitsmerkmale auf und sind relativ kostengünstig und leicht zu formen. Bislang wurden diese Materialien noch nicht erfolgreich in Nabenflansch- und Radkranzanwendungen eingesetzt, da sie keine ausreichende Härte aufweisen, um den hohen Kontaktbeanspruchungen standzuhalten, die mit der herkömmlichen Speichenbefestigungstechnik einhergehen. Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Eingriff zwischen der Speiche und dem Nabenflansch oder Radkranz in Längsrichtung. Ein derartiger Eingriff in Längsrichtung vergrößert die Kontaktfläche und reduziert die Kontaktbeanspruchung, wodurch derartige polymere Materialien zur bevorzugten Wahl bei der Formung des Radkranzes und/oder Nabenflansches werden.
Außerdem können mit der vorliegenden Erfindung nun faserverstärkte Spritzgussmassen verwendet werden. Mittels dieser hochfesten Verbundpolymere ermöglicht es der Spritzgussprozess, dass die Fasern innerhalb der Matrix eine im Allgemeinen zufällige Ausrichtung annehmen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, der bei maschineller Herausarbeitung der Nabe aus einem faserverstärkten Kunststoffblock nicht vorhanden wäre. Ein faserverstärkter Kunststoffblock wird normalerweise durch einen Extrusionsprozess produziert, bei dem die Fasern stark in Extrusionsrichtung ausgerichtet werden. Ein aus einem derartigen Block maschinell herausgearbeitetes Nabengehäuse besäße somit quer zur Extrusionsrichtung eine relativ geringe Festigkeit.
Einige der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen auch, wie leicht Doppelspeichen in die vorliegende Erfindung integriert werden können. Diese Doppelspeichen sind gleichwertig mit zwei Einzelspeichen, wobei jedoch nur eine Fertigungsreihe durchlaufen werden muss und Doppelspeichen daher kostengünstiger zu produzieren sind.
Die Speichen eines herkömmlichen Rads werden jeweils als Einzelteile produziert und erfordern eine sehr spezifische und genaue Geometrie, damit sie zum herkömmlichen Nabenflansch passen. Die Speichen der vorliegenden Erfindung sind jedoch leichter zu produzieren. In vielen Fällen werden Fertigungsvorgänge wie das Biegen oder Kopfanstauchen der Speichen eliminiert, wodurch sich der Kostenaufwand reduziert.
Da die Löcher der vorliegenden Erfindung in einer Form geformt werden können und nicht gebohrt werden müssen, kann der Querschnitt des Lochs in jeder gewünschten Form produziert werden. Dies ist besonders nützlich bei der Anpassung des Lochs an abgeflachte aerodynamische Speichen.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Produktion eines Rads mit geringem Gewicht und hoher Festigkeit und Zuverlässigkeit.
In dem Bemühen, die Leistung des Fahrrads zu verbessern, haben Konstrukteure stets versucht, das Gewicht der Fahrradbauteile zu reduzieren und zugleich die vom Markt geforderte Festigkeit und Zuverlässigkeit beizubehalten. Das gilt vor allem für die sich drehenden Bauteile, wie beispielsweise das Rad, da jede Gewichtsverringerung sowohl die Rotationsträgheit als auch die statische Masse des Fahrrads reduziert.
Aufgrund ihrer gelockerten Festigkeitsanforderungen erlaubt die vorliegende Erfindung die Verwendung von leichten Materialien zur Produktion des Nabenflanschteils. Somit können nun unter anderem Materialien wie Polymere, verstärkte Polymere, Magnesium und Aluminium zur Konstruktion des Nabenflansches verwendet werden, wodurch wertvolles Gewicht eingespart wird.
Da die vorliegende Erfindung die Anwendung von netzförmigen Umformungsvorgängen erlaubt, kann der Nabenflansch nun darüber hinaus mit einer bedeutend komplizierteren Geometrie produziert werden, als dies bei einer maschinell aus einem Block herausgearbeiteten Nabe realistisch wäre. Dies erlaubt es dem Konstrukteur, aus dem Nabenflansch Material an Stellen zu entfernen, wo dieses Material nicht erforderlich ist, wodurch weiter wertvolles Gewicht eingespart wird.
Viele der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen die Verwendung von zusätzlichen vorgeformten Bauteilen, die in das geformte Nabenflanschmaterial integriert sind. Dies erlaubt die Integration von zusätzlichen Bauteilen, wie zum Beispiel eines vorgeformten Verstärkungs- oder eines vorgeformten Zwischenverbindungsglieds, in die Ausführung. Das Nabengehäuse kann also eine Hybridkonstruktion sein und aus mehreren Bauteilen bestehen, wobei jedes Bauteil aus einem Material gefertigt ist, das besonders zu seiner Funktion passt. Dies erlaubt es dem Konstrukteur zum Beispiel, Bauteile, die aus festeren Materialien gefertigt sind, speziell dort anzuordnen, wo sie erforderlich sind, um die größte strukturelle Wirksamkeit bei geringstmöglichem Gewicht zu erreichen.
Wie in vielen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, kann die scharfe J-Biegung herkömmlicher Speichen mit der vorliegenden Erfindung eliminiert werden, wodurch ein Bereich eliminiert wird, in dem das Speichenmaterial stark beansprucht wird und anfällig für ein Versagen ist.
Die Speichen-Eingriffsverbindung der vorliegenden Erfindung ergibt einen Nabenflansch oder Radkranz, der an/auf die Geometrie der Speiche angepasst oder abgestimmt ist, um die Verbindung dazwischen zu unterstützen. Daher erzeugen die Speichenzuglasten keine oder nur eine geringe Relativbewegung oder Windung zwischen der Speiche und dem Nabenflansch oder Radkranz. Der freiliegende Bereich der Nabe verläuft bis zu ihrer Verbindung am Radkranz in gerader und ausgerichteter Richtung. Die Speichenzugkräfte können somit nun gleichmäßig zwischen den Speichen des Rads verteilt werden, was zu einem festeren, zuverlässigeren Rad führt, das weniger anfällig ist für gebrochene oder abgenutzte Bauteile und im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der Schlagfreiheit und Radkranzausrichtung bei weitem wirksamer ist.
Weitere Aufgaben und Vorteile meiner Erfindung ergeben sich aus der Betrachtung der Zeichnungen und der anschließenden Beschreibung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist leicht verständlich bei Betrachtung der beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch die allgemeine Konfiguration eines Fahrzeugrads unter Anwendung auf ein Fahrradrad veranschaulicht;
2a eine axiale Draufsicht ist, die ein Fahrradrad aus dem Stand der Technik veranschaulicht;
2b eine Querschnittsansicht des Fahrradrads aus dem Stand der Technik ist, betrachtet im Allgemeinen in Richtung 15-15 von 2a;
2c eine Fragmentansicht ist, welche die in 2b veranschaulichte Ansicht im Detail darstellt, wobei der Nabenflansch als ein Teilquerschnitt gezeigt ist, um die Verbindung mit der Speiche zu veranschaulichen;
3 eine axiale Fragmentdraufsicht ist, die eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
4a–c den Nabenbereich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung und in axialer Draufsicht zeigen, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um ein Nabenflanschloch erkennen zu lassen, wobei die Speicheninstallationsabfolge für eine Speiche mit einem spiralförmigen Gewinde beschrieben ist;
5a–b den Nabenbereich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung und axialer Draufsicht zeigen, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um ein Nabenflanschloch erkennen zu lassen, wobei die Stufen der Speicheninstallationsabfolge für eine Speiche mit einer abgeschrägten Kante beschrieben sind;
6a–b den Nabenbereich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung und axialer Draufsicht zeigen, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um ein Nabenflanschloch erkennen zu lassen, wobei die Stufen der Speicheninstallationsabfolge für eine glatte Speiche beschrieben sind;
7a eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um ein durchgehendes Loch des Nabenflansches erkennen zu lassen, das zwei Speichen in Eingriff nimmt;
7b eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um einen Nabenflansch mit parallelen durchgehenden Löchern erkennen zu lassen;
7c eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um einen Nabenflansch mit einem durchgehenden Loch zum Ineingriffbringen einer Doppelspeiche erkennen zu lassen;
7d eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um einen Nabenflansch mit einem durchgehenden Loch zum Ineingriffbringen von zwei Speichen erkennen zu lassen, einschließlich des direkten Eingriffs der beiden Speichen ineinander;
8a eine Teilansicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als axialer Querschnitt gezeigt ist, einschließlich eines nicht ausgerichteten Nabenflanschlochs und einer gebogenen Speiche;
8b eine Teilansicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als axialer Querschnitt gezeigt ist, ähnlich wie in 8a, einschließlich eines Speichenführungsringteils zur Unterstützung der gebogenen Speiche;
8c eine teilweise perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche die Montage von zwei Speichen schematisch veranschaulicht, die in einem einzelnen Loch montiert werden;
9a eine teilweise perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche die Montage der Speichen, eines Nabenflansches und eines Zwischennabenflansches schematisch veranschaulicht;
9b eine teilweise perspektivische Ansicht der Ausführungsform von 9a ist, welche die montierten Bauteile schematisch veranschaulicht;
9c eine teilweise perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche die Montage der Speichen, eines Zwischennabenflansches und eines Speichenverbindungsglieds schematisch veranschaulicht;
10a eine Teilansicht von Detail 15 von 3 ist, welche die Speiche und Speicheneinfassung vor ihrer Verbindung mit dem Radkranz zeigt;
10b eine Teilansicht von Detail 15 von 3 ist, welche die mit dem Radkranz verbundene Speiche und Speicheneinfassung zeigt;
11 eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um verbundene Speichen erkennen zu lassen, einschließlich einer Öffnung in dem Nabenflansch zwischen den Speichen;
12 eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, einschließlich eines Zwischenverbindungsglieds in verschiedenen Stufen der Montage am Nabenflansch;
13a eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um einen Zwischenraum zwischen mit diesem verbundenen benachbarten Speichen erkennen zu lassen;
13b eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um eine gekreuzte Ausrichtung zwischen mit diesem verbundenen Speichen erkennen zu lassen;
13c eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um eine gekreuzte Ausrichtung zwischen mit diesem verbundenen Speichen erkennen zu lassen, mit einem Winkel größer als 180... zwischen den gekreuzten Speichen;
13d eine axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch im Querschnitt gezeigt ist, um eine schräge Speiche erkennen zu lassen, die mit dem Nabenflansch bis zu einer über eine gedachte radiale Linie hinaus gehenden Tiefe verbunden ist;
14a ein Querschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht ist, der eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, einschließlich einander im Nabenflansch überlappender Speichen;
14b ein Teilquerschnitt des Nabenflansches in axialer Draufsicht ist, der eine Ausführungsform von 14a veranschaulicht und die überlappende Verbindung von vier der Speichen im Nabenflansch detailliert darstellt;
15a eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, einschließlich eines Flanschdistanzelements zwischen zwei axial zueinander beabstandet angeordneten Nabenflanschen;
15b eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, einschließlich zweier Nabenflansche, jeder mit einem integralen Flanschdistanzelement;
16 eine Teilquerschnittsansicht entlang einer axialen Ebene einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die ein Verfahren zum Spannen von Speichen mit fester Länge beschreibt;
17a eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche eine Speiche in verschiedenen Stufen der Montage am Nabenflansch zeigt, einschließlich einer axialen Montagerichtung;
17b eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche eine Speiche in verschiedenen Stufen des Zusammensetzens mit dem Nabenflansch zeigt, einschließlich einer radialen Montagerichtung;
17c eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, einschließlich eines Klemmglieds zum Einklemmen der Speiche;
18a eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche eine Speiche in verschiedenen Stufen der Montage am Nabenflansch zeigt, einschließlich einer angepassten Gewindeanordnung zwischen der Speiche und dem Nabenflansch;
18b eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche eine Speiche vor der Montage am Nabenflansch zeigt, einschließlich angepasster konfigurierter Oberflächen zwischen der Speiche und dem offenen Loch des Nabenflansches;
19 eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche eine Speiche vor der Montage mit dem Nabenflansch zeigt, einschließlich eines flexiblen Zahns zum Eingriff in das Loch des Nabenflansches;
20 eine perspektivische Explosionsansicht der Nabengehäuseanordnung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, einschließlich eines konfigurierten Lochs zur Verformung der Speiche und eines Klemmglieds zum Einklemmen der Speiche;
21a eine Teilquerschnittsansicht des Nabenflansches ist, gezeigt in axialer Draufsicht, die eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht, welche eine zylindrische kapselnde Verbindung zwischen dem Nabenflansch und der (den) Speiche(n) umfasst;
21b eine teilweise perspektivische Explosionsansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche die Montage der Speiche(n) vor ihrer gekapselten Verbindung in einem offenen Loch im Nabenflansch schematisch veranschaulicht und eine Öffnung in der (den) Speiche(n) umfasst, welche die Achsbohrung umgibt;
21c eine teilweise perspektivische Explosionsansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche die Montage der Speiche(n) vor ihrer gekapselten Verbindung mit dem Nabenflansch schematisch veranschaulicht und ein Loch im Nabenflansch zur Aufnahme der Speiche und eine Abdeckung zum Umschließen des Lochs umfasst;
22a eine Teilquerschnittsansicht des Nabenflansches in axialer Draufsicht ist, welche die Montage der Speiche am Nabenflansch durch örtliches Schmelzen des Nabenflanschmaterials schematisch veranschaulicht;
22b eine Teilquerschnittsansicht des Nabenflansches in axialer Draufsicht ist, welche die Montage der Speiche am Nabenflansch durch örtliches Schmelzen des Nabenflanschmaterials schematisch veranschaulicht, einschließlich einer Zwischenverbindungseinlage;
22c eine teilweise axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Veranschaulichung ist, wobei der Nabenflansch als Teilquerschnitt gezeigt ist, um ein Nabenflanschloch in Explosionsansicht erkennen zu lassen, wobei die Speichen vor der Schweißverbindung mit dem Loch gezeigt sind; und
22d eine teilweise axiale Draufsicht des Nabenbereichs einer Ausführungsform von 22c ist, in der eine Schweißverbindung zwischen der Speiche und dem Nabenflansch gezeigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 beschreibt die Grundkonfiguration eines Fahrzeugrads, insbesondere eines Fahrradrads 1, sowie die in dieser Offenbarung verwendeten Richtungskonventionen. Das Nabengehäuse 14 ist um die Achse 9 drehbar und umfasst mindestens zwei axial zueinander beabstandet angeordnete Nabenflansche oder äußere Flansche 16, von denen jeder ein Mittel zur Verbindung mit den Speichen 2 umfasst. Der Nabenflansch 16 kann mit dem Nabengehäuse 14 zusammenhängend oder separat ausgebildet und an dem Körper des Nabengehäuses 14 angebracht sein. Die Speichen sind an dem Nabenflansch 16 an ihrem ersten Ende 4 befestigt und verlaufen so, dass sie sich an ihrem zweiten Ende 6 mit dem Radkranz 8 verbinden. Der Reifen 10 ist an der äußeren Peripherie des Radkranzes 8 angebracht. Die axiale Richtung 92 ist jede Richtung parallel zur Mittelachse der Achse 9. Die radiale Richtung 93 ist eine Richtung im Allgemeinen senkrecht zu der axialen Richtung 92. Die tangentiale Richtung 94 ist eine Richtung innerhalb der Ebene des Radkranzes 8 und senkrecht zu der radialen Richtung 93. Die Umfangsrichtung 95 ist ein zylindrischer Vektor, der die Achse der axialen Richtung 92 in einem gegebenen Radius umgibt. Während es am üblichsten ist, dass sich das Nabengehäuse 14 um eine feste Achse 9 dreht, gibt es einige Fälle, in denen es wünschenswert ist, der Achse 9 eine Drehung zusammen mit dem Rad 1 zu ermöglichen, wie es zum Beispiel der Fall ist, wenn das Rad 1 von der Achse 9 angetrieben wird.
2a, 2b und 2c beschreiben den Stand der Technik von herkömmlichen Fahrradrädern, mit denen die meisten Radfahrer vertraut sind. Die Auslegung des dem Stand der Technik entsprechenden Rads 1 umfasst einen Radkranz 8, ein Nabengehäuse 14 und eine Mehrzahl von Speichen 2. Das Nabengehäuse 14 ist um die Achse 9 drehbar und umfasst ein Paar axial zueinander beabstandet angeordneter Nabenflansche 16. Das Rad wird montiert, indem zuerst jede einzelne Speiche 2 durch ein axiales Loch 17 in dem Nabenflansch 16 eingedreht wird, bis die j-Biegung 19 in dem Loch 17 eingehakt ist. Anschließend wird die Speiche 2 geschwenkt, um in einer im Allgemeinen radialen Richtung zu dem Radkranz 8 hin zu verlaufen. Der vergrößerte Abschnitt 34 oder „Kopf" der Speiche 2 verhindert, dass die Speiche 2 durch das Loch 17 in dem Nabenflansch 16 gezogen wird. Somit ist die Kontaktfläche zwischen der Speiche 2 und dem Loch 17 relativ klein und auf den Bereich des Nabenflansches 16 an der Kante des Lochs 17 begrenzt, die den Kopf 34 berührt, sowie auf eine winzige Kante, welche die Innenseite der j-Biegung 19 berührt. Es ist zu beachten, dass eine derartig kleine Kontaktfläche zu außergewöhnlich hohen Kontaktbeanspruchungen im Material des Nabenflansches 16 führt. Häufig tritt auch bei Verwendung von teuren hochfesten Aluminiumlegierungen als Material für den Nabenflansch 16 eine wesentliche Verformung des Lochs 17 durch die Speiche 2 an diesen Kontaktstellen auf. Das zweite Ende 6 jeder Speiche 2 wird dann mittels Speichennippel 21 an dem Radkranz 8 befestigt. Ein Festziehen des Gewindeeingriffs zwischen dem Speichennippel 21 und der Speiche 2 dient dazu, die Länge der Speiche 2 effektiv zu kürzen. Mit Festziehen der Nippel 21 werden also die Speichen 2 straff nach oben gezogen, und in der Speiche 2 wird ein Vorspanngrad erzeugt. Durch selektives Anpassen dieses Gewindeeingriffs kann die Speichenvorspannung so angepasst werden, dass sie den Radkranz 8 schlagfrei ausrichtet. Die Speichenvorspannung trifft auf Widerstand durch den Umfangsdruck des Radkranzes 8, und durch dieses Kräftegleichgewicht wird dem Fahrradrad 1 wirksame strukturelle Integrität verliehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbindungsanordnung zwischen den Speichen 2 und der Nabe 14 und/oder dem Radkranz 8. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung die Verbindung zwischen dem Nabenflansch 16 und/oder dem Radkranz 8 und einer Speiche 2 oder Mehrzahl von Speichen 2, wobei die Speiche 2 ein vorgeformtes Konstruktionselement ist. Diese Verbindung der Speiche 2 umfasst eine Bohrung oder ein Loch in dem Nabenflansch 16 oder Radkranz 8 zur Aufnahme der Speiche. Mit Einführen der Speiche 2 in das Loch werden die Wände des Lochs verformt, um der Oberfläche der Speiche so zu entsprechen, dass die Speiche innerhalb der Bohrung fest in Eingriff gebracht wird und eine feste Verbindung dazwischen herstellt. Alternativ kann das Loch des Nabenflansches ausgelegt sein, um die Speiche bei Montage von der Speiche und dem Nabenflansch zu verformen, um eine feste Verbindung dazwischen herzustellen. Eine weitere alternative Anordnung betrifft speziell die Verwendung von polymerem Material, welches das Loch umgibt und das weder eine Verformung des Lochs noch der Speiche erfordert. Stattdessen umfassen die Speiche und das Loch jeweils angepasste konfigurierte Oberflächen, so dass die konfigurierte Oberfläche der Speiche mit der konfigurierten Oberfläche des Lochs in Eingriff gebracht wird, um eine feste Verbindung dazwischen herzustellen.
3 beschreibt eine grundlegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht. Das Rad 1 umfasst Speichen 2, die an ihren zweiten Enden 6 mit dem Radkranz 13 mittels Gewindeeinfassungen 22 verbunden sind. Gewindeeinfassungen 22 nehmen den Kopf 34 der Speiche 2 in Eingriff, um eine Anpassung der Länge der Speiche 2 zuzulassen, um eine geeignete Spannung der Speiche 2 zu ermöglichen und um außerdem eine lösbare Verbindung zwischen Speiche 2 und Radkranz 8 zu erlauben. Diese Verbindungsanordnung ist in 10a–b ausführlicher beschrieben. Der Reifen 10 ist auf übliche Weise am Radkranz 8 befestigt, und das Nabengehäuse 14 ist um die Achse 9 mittels der Lager 11 drehbar, einschließlich eines äußeren Laufrings 30, der in der Lagerbohrung 7 des Nabenflansches 16 sitzt. An ihrem inneren Ende sind die Speichen 2 in blinde Löcher 20 des Nabenflansches 16 eingedreht, um eine feste Verankerung in einer in 4a–c beschriebenen Anordnung zu ermöglichen. Im Sinne der Verwendung der üblichen Terminologie wird der Terminus „Nabenflansch" verwendet, um einen Bereich des Nabengehäuses 14 zu beschreiben, mit dem die Speichen 2 verbunden sind. Zwar kann die Oberfläche des Nabenflansches im Vergleich zu anderen Oberflächen des Nabengehäuses 14 erhöht und flanschartig sein, dies ist für die vorliegende Erfindung jedoch kein Erfordernis, und der Nabenflansch 16 kann tatsächlich bündig mit anderen Nabengehäuseoberflächen abschließen oder gegenüber diesen vertieft sein.
Am einfachsten ist es, die einzelnen Nabenflansche 16 separat zu formen oder zu fertigen und diese Nabenflansche 16 anschließend zusammen mit anderen Bauteilen wie erforderlich zu montieren, um ein vollständiges Nabengehäuse 14 zu bilden. Diese Anordnung des Nabengehäuses 14 kann dauerhaft sein oder lösbar, um ein Abmontieren des Nabenflansches 16 von dem Nabengehäuse 14 zur Instandsetzung vor Ort zu ermöglichen. Es wird jedoch auch davon ausgegangen, dass das Nabengehäuse 14, einschließlich einer Mehrzahl von Nabenflanschen 16, als eine Einheit geformt oder ausgebildet sein kann.
Wie dem Fachmann hinreichend bekannt ist, kann ein Rad 1 eine Zugspeichenkonstruktion sein, bei der die zentrale Nabe in Spannung an den Speichen von dem unmittelbar darüber befindlichen Radkranzabschnitt hängt, oder es kann eine Druckspeichenkonstruktion sein, wobei die Nabe durch Zusammendrücken der unmittelbar unter ihr befindlichen Speiche gestützt wird. Da die vorliegende Erfindung Fahrradräder betrifft und da das Zugspeichenrad im Allgemeinen eine wirkungsvollere Struktur ist, beziehen sich die meisten hier gegebenen Erläuterungen auf eine Zugspeichenradkonstruktion. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die meisten, wenn nicht sogar alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch auf eine Druckspeichenradkonstruktion angewandt werden können. Bei einem Zugspeichenrad umfasst das Rad vorzugsweise mindestens zwei Nabenflansche, die axial zueinander beabstandet auf jeder Seite des Radkranzes oder, genauer ausgedrückt, der Speichenverbindungspunkte am Radkranz, angeordnet sind. Die an gegenüber liegenden Nabenflanschen befestigten Speichen konvergieren somit in ihrem Verlauf zum Radkranz hin, wie in 2b veranschaulicht. Darüber hinaus wird ein Speichenzugrad üblicherweise während der Montage vorgespannt, um eine vorgespannte Struktur mit ausgeglichener Speichenspannung zu erzeugen, die eine Verteilung der Achslasten über mehrere, wenn nicht sogar alle Speichen des Rads erlaubt. Diese Fähigkeit zur Aufteilung der Beanspruchungen auf seine Speichen trägt dazu bei, dass das Zugspeichenrad eine derartig hochwirksame Struktur ist.
4a–c beschreiben das Verfahren, nach dem die Speichen 2 von 3 an dem Nabenflansch 16 befestigt werden. Der Nabenflansch 16 umfasst mindestens ein blindes Loch 20, das an einem Ende 46 offen ist und entlang seiner zylindrischen Seitenwände und seines geschlossenen Endes 47 geschlossen ist. Das hier gezeigte Loch 20 ist ein gerades in Längsrichtung verlaufendes Loch 20 mit einer Längsachse 35. Obwohl hier nur ein Loch 20 detailliert gezeigt ist, umfasst der Nabenflansch 16 von 4a–c vorzugsweise mehrere derartige Löcher 20, in die jeweils eine entsprechende Speiche 2 einzuführen ist. Die Speiche 2 umfasst einen konfigurierten Abschnitt 36 in Form eines Gewindeabschnitts 64, so dass der Spitzendurchmesser des Gewindeabschnitts 64 größer ist als der entsprechende Durchmesser der zylindrischen Seitenwand des Lochs 20. 4a zeigt die Speiche 2 vor Einsetzen in das Loch 20. Während der Gewindeabschnitt 64 der Speiche 2 in das offene Ende 46 von Loch 20 eingeführt wird, wird die Speiche 2 wie durch Pfeil 26 angegeben so verdreht, dass der Gewindeabschnitt 64 in das Loch 20 eingedreht wird, wie in 4b beschrieben. Während der Gewindeabschnitt 64 in das Loch 20 eingedreht wird, werden die zylindrischen Seitenwände des Lochs 20 in einem dem Fachmann hinreichend bekannten Gewindeschneid- oder Selbstschneide-Vorgang mindestens teilweise verformt, um der Kontur des Gewindeabschnitts 64 der Speiche 2 zu entsprechen. Obwohl es nicht erforderlich sein mag, die Speiche 2 über die gesamte Tiefe des Lochs 20 einzudrehen, ist es üblicherweise wünschenswert, den Gewindeabschnitt 64 bis zur Berührung mit dem geschlossenen Ende 47 heranzuführen, um bei Montage einen Abschluss mit einheitlicher Tiefe zu erreichen, wie in 4c gezeigt. Somit ist nun ein Eingriffsabschnitt 18 der Speiche 2 geschaffen, der die Tiefe des Eingriffs zwischen dem Gewindeabschnitt 64 und dem Loch 20 umfasst. Die Speiche 2 kann nun von ihrem Eingriffsabschnitt 18 mit dem Loch hin zu ihrer Verbindung an dem Radkranz 13 verlaufen.
Bei einer derartigen Anordnung ist der Nabenflansch 16 vorzugsweise aus einem weicheren Material, wie beispielsweise glasgefülltem Nylon, und die Speiche 2 aus einem härteren Material, wie beispielsweise Edelstahl, gefertigt. Es ist außerdem vorgesehen, dass der Nabenflansch 16 aus einer Vielfalt von Materialien gefertigt sein kann, einschließlich Leichtmetalle wie Aluminium oder Magnesium. Das Hauptkriterium ist, dass das Material der Speiche 2 härter sein muss als das Material des Nabenflansches 16, damit das Loch 20 von der Speiche 2 verformt werden kann. Das Material des Nabenflansches 16, welches das Loch 20 umgibt, wird somit entweder durch plastische oder durch elastische Verformung verformt oder, was am wahrscheinlichsten ist, durch eine Kombination dieser beiden Vorgänge. Insbesondere bei Polymeren wird das Material des Flansches 16, welches das Loch 20 umgibt, sowohl einer plastischen als auch einer elastischen Verformung unterzogen. Die plastische Verformung führt zu dem angepassten Eingriff zwischen dem Loch 20 und dem Gewindeabschnitt 64 der Speiche, während die elastische Verformung ebenfalls zu einem zusätzlichen Einspannvorgang zwischen dem Loch 20 und der Speiche 2 führt, um ein Ausdrehen zu verhindern. Obwohl die Plastizität der meisten Materialien bei höheren Temperaturen etwas zunimmt, erfordert die vorliegende Erfindung kein Erweichen oder Schmelzen des Materials, welches das Loch 20 umgibt, um diese Verformung zu erreichen. Wie hier gezeigt, weist das Material, welches das Loch 20 umgibt, „Kaltfluss" auf, wo es sich verformt, um sich, mindestens teilweise, an die Kontur der Speiche 2 anzupassen, während dieses Material seinen festen Zustand bewahrt. Verschiedene polymere Materialien aus der Familie der kristallinen und teilkristallinen Thermoplaste sind für diese Anwendungsart besonders gut geeignet, da sie im Allgemeinen eine inhärente Lubrizität aufweisen, die das verformende Einführen der Speiche unterstützt.
Somit ist also ersichtlich, dass dieser Selbstschneide-Eingriff zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 eine feste Verbindung zwischen den beiden bietet, um Speichenzugkräften 5 sowie jeglicher Relativbewegung standzuhalten. Der Gewindeeingriff zwischen der Speiche 2 und den Seitenwänden des Lochs 20 stellt einen ununterbrochenen spiralförmigen Eingriff dar, der über mindestens einen Abschnitt der Länge des Eingriffsbereichs 18 der Speiche 2 auftritt, um diese Speichenzugkräfte 5 über eine große Fläche des Materials des Nabenflansches 16 zu verteilen und dadurch die damit zusammenhängende Kontaktbeanspruchung im Vergleich zu der in 2a–c beschriebenen Anordnung nach dem Stand der Technik wesentlich zu reduzieren. Anders ausgedrückt, ist der hier beschriebene Eingriff ein Eingriff in Längsrichtung, der entlang der Längsachse der Speiche 2 wirkt. Dieser Eingriff Längsrichtung verteilt die Speichenzuglasten und die damit zusammenhängenden Beanspruchungen über eine Länge, statt diese Lasten auf eine kleine Kontaktstelle zu konzentrieren, wie es bei Radanordnungen nach dem Stand der Technik der Fall ist. Es kann gesagt werden, dass ein Eingriff in Längsrichtung mindestens zwei Eingriffsstellen umfasst, die in entlang der Längsachse der Speiche zueinander beabstandet angeordnet sind. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass die Länge eines derartigen Eingriffs größer ist als die Querschnittsdicke der Speiche, um einen wirksamen Eingriff zu erzeugen. Eine Vergrößerung der Eingriffslänge führt naheliegenderweise auch zu einer Erhöhung der Belastbarkeit der Verbindung.
Ebenfalls zu beachten ist, dass diese Gewindeverbindung eine lösbare Verbindung zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 ermöglicht. Dies ist wünschenswert, da es üblicherweise vorzuziehen ist, dass die Speiche 2 vor Ort ausgewechselt werden kann. Wenn die Speiche 2 das erste Mal in ein glattes Loch 20 eingedreht wird, werden in dem Loch 20 Gewinde geformt, indem ein Gegengewinde plastisch geformt wird. Der elastische Abschnitt dieser Verformung springt jedoch bei Ausdrehen der Speiche 2 wieder zurück. Bei einer anschließenden erneuten Montage wird das Loch 20 zur Anpassung an die Speiche 2 wiederum elastisch verformt.
Weiterhin ist zu beachten, dass das Loch 20 und die Speiche 2 so aneinander ausgerichtet sind, dass die Speiche direkt von dem Loch 20 zu ihrem Verbindungspunkt am Radkranz (nicht gezeigt) hin verläuft. Während hier die axiale Draufsicht gezeigt ist, ist es wünschenswert, dass das Loch sich auch mit einer axialen Ausrichtungskomponente erstreckt, um die Speiche in gerader Ausrichtung in ihrem Verlauf zum Radkranz hin zu führen. Eine derartige axiale Lochausrichtung ist in 16 veranschaulicht.
Die 5a–b zeigen ein alternatives Verfahren zur Montage der Speiche 2 am Nabenflansch 16. Wie in 5a gezeigt, umfasst Speiche 2 abgeschrägte Kanten 37, die einen konfigurierten Abschnitt 36 bilden. Die Spitzen der abgeschrägten Kanten 37 besitzen eine größere Abmessung als die entsprechenden Abmessungen der Seitenwände von Loch 20. Somit wird zwischen dem Loch 20 und dem konfigurierten Ende 36 ein Presssitz erzeugt. Wie in 5b gezeigt, wird die Speiche 2 anschließend einfach in Längsrichtung entlang der Achse der Speiche in das Loch geschoben, wie durch Pfeil 27 angegeben. Die Wände des Lochs 20 werden dann verformt, um dem konfigurierten Abschnitt 36 zu entsprechen. Wie gezeigt, erlauben die abgeschrägten Kanten 37 ein leichtes Einführen der Speiche 2 in das Loch 20 in Richtung von Pfeil 27, widerstehen jedoch in einem „weihnachtsbaumartigen" Eingriff einem Herausziehen. Naheliegenderweise ist der Widerstand gegen ein Herausziehen eine besonders wichtige Voraussetzung für Zugspeichenräder. Während derartige abgeschrägte Kanten 37 ein wünschenswertes Profil für konfigurierten Abschnitt 36 sind, können andere Profile in einer derartigen Anordnung verwendet werden, wobei die Einführung der Speiche 2 in Längsrichtung erfolgt. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass der konfigurierte Abschnitt 36 eine Art von Längsrille oder nicht kreisförmige Geometrie aufweist, so dass die Speiche 2 nach dem Einführen einem Verdrehen standhält. Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Kombination der Ausführungsform von 4a–c und 5a–b verwendet werden kann, wobei das Gewindeprofil des Gewindeabschnitts ein abgeschrägtes Profil sein kann, um ein gerades Einführen der Speiche 2 in Längsrichtung sowie das ausdrehbare Entfernen aus dem Loch 20 zu ermöglichen.
Ein genaues Betrachten des gerändelten Abschnitts 36 von 5a–b lässt erkennen, dass die abgeschrägten Kanten 37 tatsächlich eine Reihe von Ringwulsten sind. Die Verformung des Lochs 20 ist somit eine ringförmige Verformung um die Seitenwände des Lochs 20 herum, und das Ergebnis ist eine Reihe von diskreten in Längsrichtung zueinander beabstandet angeordneten Verformungseingriffsstellen, die den ringförmigen Spitzen der abgeschrägten Kanten 37 entsprechen. Eine einzige derartige Verformungseingriffsstelle bietet eine sehr kleine Beanspruchungsverteilungsfläche, was zu hohen Kontaktbeanspruchungen zwischen den verbundenen Elementen führt, wohingegen zwei oder mehr in Längsrichtung zueinander beabstandet angeordneten Verformungseingriffsstellen diese Kontaktbeanspruchung wesentlich reduzieren. Bei einem gegebenen Material des Nabenflansches 16 und einem gegebenen Speichenquerschnitt kann die Kontaktbeanspruchung reduziert und der Widerstand gegen Herausziehen der Speiche erhöht werden, indem die Anzahl oder Länge dieser Verformungseingriffsstellen und/oder die Tiefe ihres Verformungseingriffs vergrößert wird. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass die Länge der Verformung, die durch in Längsrichtung beabstandete Eingriffsstelle eingeschlossen ist, größer ist als die Querschnittsdicke der Speiche 2. Durch diese Reduzierung der Kontaktbeanspruchung wird die Anwendung weicherer und schwächerer Materialien des Nabenflansches 16, wie zum Beispiel polymerer Materialien, in einer derartigen Nabenflanschanwendung ermöglicht. Im Gegensatz zu den meisten Metallen weisen polymere Materialien bei Einwirkung von erhöhten Beanspruchungsgraden einen relativ starken Kaltfluss auf. Dieser Längsreingriff reduziert somit diese Beanspruchung und ist besonders geeignet für Nabenflansche mit Polymerkonstruktion. Bislang wurde ein Speicheneingriff in Längsrichtung bei einer Polymernabenflanschauslegung noch nicht angewandt, und polymere Materialien wurden noch nie erfolgreich auf Nabenflanschanwendungen, insbesondere in einer Zugspeichenradanordnung, angewandt.
6a–c zeigen die Speiche 2 von 5a–b ohne eine konfigurierte Oberfläche. Diese Ausführungsform weist lediglich einen glatten Presssitz-Eingriff zwischen der Speiche 2 und dem Loch 20 auf. Wie in 6a gezeigt, besitzt der Durchmesser des Endes der Speiche 2 vor Speicheneinführung eine größere Querschnittsabmessung als die entsprechende Abmessung von Loch 20. 6b zeigt die teilweise in Loch 20 in Richtung von Pfeil 27 eingeführte Speiche, wobei sich das Loch 20 erweitert, um sich an die überbemessene Speiche 2 anzupassen. 6c zeigt die Speiche 2 vollständig in Loch 20 eingeführt. Zwar kann diese Anordnung aufgrund ihrer fehlenden mechanischen Verrastung weniger wirksam im Hinblick auf ein Herausziehen der Speiche 2 sein, aber der Reibungseingriff aufgrund der elastischen Verformung des Materials des Nabenflansches 16 kann in einigen Anordnungen, vor allem bei Druckspeichenrädern, einen geeigneten Widerstand gegen ein Herausziehen von Speiche 2 bieten. Eine Längsverformung wird dennoch erreicht, da die Seitenwände des Lochs 20 die Speiche entlang der Länge des Eingriffsbereichs 18 greifen.
7a–d beschreiben eine Vielzahl von Anordnungen von Nabenflansch 16, die ein durchgehendes Loch 31 mit zwei offenen Enden 46a und 46b umfassen, im Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsformen, die blinde Löcher aufweisen. 7a zeigt ein durchgehendes Loch 31, bei dem sich zwei Speichen 2 ein gemeinsames Loch 31 teilen. Wie hier gezeigt, wird eine Speiche 2 durch das offene Ende 46a von Loch 31 am Nabenflansch 16 angebracht, während eine zweite Speiche 2 durch das gegenüber liegende offene Ende 46b angebracht wird. Das hier gezeigte Loch 31 ist gerade, was am einfachsten zu produzieren ist; es ist jedoch auch vorgesehen, dass Löcher alternativ gekrümmt ausgebildet sein können oder in Form von geraden Segmenten in einer „V"-Konfiguration, die sich in der Mitte treffen.
7b zeigt einen Nabenflansch 16 mit zwei parallelen durchgehenden Löchern 31, wobei ein durchgehendes Loch 31 radial außerhalb des anderen angeordnet ist. Diese Art der Anordnung des durchgehenden Lochs 31 ist relativ einfach durch Bohren oder Formen zu produzieren. Jedes durchgehende Loch 31 umfasst eine darin in Eingriff stehende Speiche 2. Es ist außerdem vorgesehen, dass zwei Löcher axial zueinander beabstandet angeordnet sein können, wodurch eine axial versetzte Konfiguration der durchgehenden Löcher 31 erzeugt wird, die insbesondere von Nutzen ist beim Vorsehen des erforderlichen Zwischenraums zwischen Speichenspannlängen, wenn die Spannlängen der Speichen 2 sich außerhalb des Nabenflansches 16 kreuzen.
7c zeigt eine Ausführungsform, die etwas umfasst, das als „Doppelspeiche" bezeichnet werden kann, wobei die Speiche 2 zwei strukturelle Abschnitte 3a und 3b umfasst, wobei sich jede Spannlänge zwischen dem Nabenflansch 16 und dem Radkranz 8 erstreckt. Diese beiden strukturellen Abschnitte 3a und 3b können entweder zusammenhängend ausgebildet oder im Bereich des Nabenflansches 16 miteinander verbunden sein. Wie hier gezeigt, umfasst Speiche 2 eine erhöhte schraubenförmige Rändelung, die einen am Mittelpunkt der Speiche 2 angeordneten Gewindeabschnitt 64 bildet. Ein derartiger erhöhter Gewindeabschnitt 64 ist leicht in einem dem Fachmann hinreichend bekannten Gewindewalzprozess zu produzieren. Speiche 2 wird durch offenes Ende 46b von durchgehendem Loch 31 bis zu dem Punkt eingeführt, an dem struktureller Abschnitt 3b durch offenes Ende 46a verläuft und das Führungsende von Gewindeabschnitt gegen offenes Ende 46b positioniert wird. Ein Verdrehen der Speiche 2 bringt den Gewindeabschnitt 64 weiter in Eingriff mit dem Loch 31, ähnlich, wie in 4a–c beschrieben. Somit steht die Doppelspeiche 2 nun fest in Eingriff mit dem Loch 31 des Nabenflansches 16, wobei die strukturellen Abschnitte 3a und 3b von dort aus in entgegengesetzte Richtung verlaufen, um an ihren äußeren Enden 6 mit dem Radkranz (nicht gezeigt) verbunden zu werden. Eine derartige Doppelspeichenanordnung hat viele Vorteile. Eine ununterbrochene Speiche 2 ist leichter und kostengünstiger zu produzieren als zwei einzelne Speichen. Außerdem werden in einer Zugspeichenanordnung, bei der die Speichenzugkräfte 5 wie gezeigt in entgegengesetzte Richtung wirken, die Speichenzugkräfte 5 direkt von einem strukturellen Abschnitt 3a auf den anderen strukturellen Abschnitt 3b übertragen, wobei nur ein sehr geringer Anteil dieser Speichenzugkraft 5 durch den Nabenflansch 16 übertragen wird. Bei geringerer Beanspruchung durch Speichenzugkräfte 5 kann der Nabenflansch 16 mit weniger Material produziert werden, wodurch Kosten und Gewicht eingespart werden.
7d beschreibt eine Anordnung, bei der zwei Speichen 200a und 200b so in ein durchgehendes Loch 31 eingeführt werden, dass die beiden Speichen einander überlappen und berühren. Speichen 200a und 200b weisen eine im Allgemeinen flache Konstruktion mit einem rechteckigen Querschnitt auf und umfassen, wie gezeigt, an zwei einander gegenüber liegenden Kanten abgeschrägte Kanten 29a und 29b. Speiche 200a wird zuerst in offenes Ende 46b von Loch 31 eingeführt und dort positioniert. Wenn Speiche 200b in offenes Ende 46a eingeführt wird, nehmen abgeschrägte Kanten 29a von Speiche 200a abgeschrägte Kanten 29a von Speiche 200b in Eingriff, und abgeschrägte Kanten 29b beider Speichen nehmen die entsprechenden Seitenwände von Loch 31 in Eingriff und verformen diese, wie gezeigt. Die abgeschrägten Kanten 29b wirken als Widerhaken, welche die Seitenwände von Loch 31 fester greifen, wenn versucht wird, die Speiche in einer Richtung entgegengesetzt zur Einsetzrichtung herauszuziehen. Somit nehmen Speichen 200a und 200b jeweils ihre entsprechenden Abschnitte von durchgehendem Loch 31 und auch einander in Eingriff. Durch Verrastung der beiden Speichen 200a und 200b werden Speichenzugkräfte direkt zwischen den beiden Speichen übertragen, was zu einer reduzierten Beanspruchung an der Schnittstelle mit dem Nabenflansch 16 führt.
Die in 7d gezeigte Kategorie von flachen Speichen umfasst Speichen, die eine Querschnittsbreite aufweisen, die größer ist als ihre Dicke. Es ist zu beachten, dass es im Fall der Verwendung von flachen Speichen für eine erhöhte aerodynamische Wirksamkeit in Drehrichtung des Rads wünschenswert ist, den Speichenquerschnitt so auszurichten, dass sich die Breite in tangentialer Richtung erstreckt.
Im Gegensatz zu den vorangehenden Figuren zeigt 8a Löcher 20, die nicht an der Spannlänge von Speiche 2 zwischen dem Nabenflansch 16 und dem Radkranz 8 ausgerichtet sind. Die Speiche 2 muss nun, wie gezeigt, einen gebogenen Bereich 12 außerhalb des Eingriffsbereichs 18 umfassen, um die Speichenspannlänge in Richtung ihres Befestigungspunktes am Radkranz (nicht gezeigt) umzulenken. Zwar ist dies eine weniger wünschenswerte Anordnung, da die Biegung einen Biegepunkt und einen Bereich mit höherer Beanspruchung der Speiche einführt, die axiale Ausrichtung der Löcher 20 erleichtert jedoch deren Formung in einer Form. Der Nabenflansch 16 dieser Figur kann in einer einfachen Formkonfiguration für geraden Zug (straight-pull mold configuration) geformt werden, da alle Löcher 20, wie hier gezeigt, parallel verlaufen. Für den Fall, dass der Nabenflansch nicht geformt wird, sondern vorgefertigt ist, können die Löcher 20 nun in einer einzelnen festen Konfiguration mittels üblicher Werkzeugmaschinen gebohrt werden. Ebenfalls gezeigt sind Achse 9 und Lager 11. Der Nabenflansch 16 umfasst außerdem ein Verstärkungselement oder eine Führungsgeometrie 81 zur Berührung und Stützung des gebogenen Bereichs 12 der Speiche 2, um jede Durchbiegung aufgrund von Speichenzugkräften 5 zu reduzieren. Diese Figur zeigt außerdem einen Verstärkungsring 84, der so angeordnet ist, dass er den äußeren Umfang des Nabenflansches 16 umgibt und den Nabenflansch 16 im Widerstand gegen die durch die Speichenzugkräfte 5 aufgebrachte radiale Beanspruchung unterstützt. Der Verstärkungsring 84 kann auch so positioniert sein, dass er die Speiche 2 berührt und stützt. Wie hier gezeigt, ist vorgesehen, dass der Verstärkungsring 84 auch als ein Flanschdistanzelement dient, um zwei gegenüber liegende Nabenflansche auf ähnliche Weise miteinander zu verbinden, wie Nabenflanschdistanzelement 190 von 15a. Außerdem ist zu beachten, dass der Verstärkungsring 84, statt, wie hier gezeigt, die äußere Oberfläche des Nabenflansches zu umgeben, alternativ auch verdeckt innerhalb des Materials des Nabenflansches 16 angeordnet sein kann. Es ist zu beachten, dass ein derartiges entweder außen oder verdeckt angeordnetes Verstärkungselement in viele der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung integriert werden kann.
8b beschreibt eine Ausführungsform, die überwiegend die gleichen Bauteile aufweist wie 8a; diese Ausführungsform umfasst jedoch eine ringförmige Führungswulst 79, welche die Speichen 2 wie gezeigt umgibt und mit dem Nabenflansch 16 in Eingriff steht. Der Führungsring 79 ist vorzugsweise aus einem härteren und steiferen Material geformt als das Material des Nabenflansches 16 und dient dazu, direkt gegen die Speichen 2 an einer Stelle auf der Innenseite des gebogenen Bereichs 12 wie gezeigt zu wirken, wodurch er dazu dient, die Speichen an Ort und Stelle zu halten und jegliche Verzerrung oder Durchbiegung aufgrund radialer Speichenzugkräfte 5 zu minimieren. Somit kann der Führungsring 79 als eine Stützkonstruktion für die Speiche 2 angesehen werden, wobei der Nabenflansch 16 hauptsächlich als Speichenverankerungsglied dient.
8c beschreibt eine Ausführungsform, bei der zwei Speichen 200a und 200b ein gemeinsames Loch 20 in Eingriff nehmen. Zwei Speichen 200a und 200b umfassen Kantenrändelungen 29 zum Eingriff in ein einzelnes Loch 20 des Nabenflansches 16. Speichen 200a und 200b umfassen außerdem Durchgangsloch 42 zur Anpassung an das Kreuzzapfen-Loch 43 von Nabenflansch 16. Bei zwangsweisem Einführen von Speichen 200a und 200b in Loch 20 bieten Kantenrändelungen 29 somit einen Verformungseingriff in die Seiten von Loch 20. Die Seitenwände von Loch 20 dienen dazu, die Speiche 2 über zwei gegenüber liegende Oberflächen der Speiche hinweg wie gezeigt zu greifen und in Eingriff zu nehmen. Bei Einführen richten sich durchgehende Öffnungen 42 an Kreuzzapfen-Löchern 43 aus. Daraufhin wird Kreuzzapfen 45 durch Kreuzzapfen-Loch 43 geführt, um durchgehende Öffnung 42 in Eingriff zu nehmen, was dazu dient, die Verbindung zwischen Speichen 200a und 200b und Nabenflansch 16 weiter zu verstärken. Kreuzzapfen 45 bietet somit einen zweiten mechanischen Eingriff zur Verankerung der Speichen.
9a–b beschreiben eine Ausführungsform, bei der ein Zwischennabenflansch 74 verwendet wird, um ein Speichenverbindungsglied 83 zu verstärken und anzuordnen. 9a ist eine Explosionsansicht vor der Montage und zeigt Speichen 2 ausgerichtet zum Eingriff in Loch 31 von Verbindungsglied 83, das eine Mehrzahl von radialen durchgehenden Löchern 31 umfasst, wobei Speichen 2 darin auf eine zuvor beschriebene Art und Weise in Eingriff zu bringen und anzuordnen sind. Nabengehäuse 14 umfasst einen Zwischennabenflansch 74 mit Schlitzen 38 und Ringnut 41. Das Verbindungsglied 83 wird, wie in 9b gezeigt, in den Zwischennabenflansch 74 eingeführt, wobei Schlitze 38 Zwischenraum zum Hindurchverlaufen von Speichen 2 bieten. Sprengring 40 wird in Ringnut 41 eingeführt, um das Verbindungsglied 83 im Zwischennabenflansch 74 zu halten. Der Zwischennabenflansch 74 dient dazu, das Verbindungsglied 83 zu umgeben und zu verstärken, um den radialen Lasten durch die Speichenzugkräfte 5 (nicht gezeigt) standzuhalten. Außerdem gezeigt ist Lagerbohrung 7 von Verbindungsglied 83 zur Montage von Lager und Achse, wie zuvor beschrieben. Es ist zu beachten, dass es zahlreiche alternative Anordnungen gibt, durch die eine Variante des Zwischennabenflansches mit dem Verbindungsglied 83 verbunden wird. Zu beachten ist, dass Schlitze 38 Zwischenraum bieten, damit sich der Zwischennabenflansch 74 über das Verbindungsglied 83 erstrecken kann, um dieses in seiner Anordnung zu halten und es zu verstärken. In alternativen Auslegungen können entweder die erweiterten Abschnitte des Zwischennabenflansches 74 und der Schlitze 38 beseitigt oder Schlitze 38 durch Durchgangslöcher ersetzt sein.
Das Verbindungsglied 83 muss kein ununterbrochenes ringförmiges Element sein, das die Achse 9 wie in 9a–b beschrieben umgibt. Wie in 9c gezeigt, können Speichen 2 mit einem Verbindungsglied 89 in Eingriff stehen, das als ein Befestigungselement zur Verbindung von zwei Speichen 2 miteinander und anschließend mit einem Zwischennabenflansch 74 dient. Zwei Speichen 2 umfassen Gewindeabschnitte 64, die in Löchern 85 von Verbindungsglied 89 in einem Verformungseingriff auf die zuvor beschriebene Art und Weise befestigt werden. Das Verbindungsglied 89 wird an dem Zwischennabenflansch 74 befestigt, wobei die äußere Oberfläche des Verbindungsglieds 89 positioniert ist, um die Tasche 87 in dem Zwischennabenflansch 74 in Eingriff zu nehmen. Tasche 87 umfasst Erweiterungen 88, um einen überhängenden Rückhalt zu bieten, um Speichen 2 so in Eingriff zu nehmen, dass das Verbindungsglied 89 nach endgültiger Montage nicht in der Lage ist, versehentlich aus der Tasche 87 herauszurutschen. Das Verbindungsglied 89 dient somit dazu, mindestens zwei Speichen 2 miteinander zu verbinden und Eingriffsgeometrie zur Verbindung mit dem Zwischennabenflansch 74 zu bieten.
Während sich die meisten bisher beschriebenen Ausführungsformen auf die Eingriffsverbindung zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 konzentriert haben, können alle diese Verbindungsanordnungen auch auf die Verbindung zwischen der Speiche 2 und dem Radkranz 13 angewandt werden. Ein Beispiel für eine derartige Radkranzverbindungsanordnung ist in 10a–b beschrieben, welche die Ausführung von 3 detaillierter darstellen. Diese Anordnung verwendet eine Speicheneinfassung 22, die als Zwischenverbindungsglied zwischen der Speiche 2 und dem Radkranz 13 dient. 10a zeigt die vormontierten Teile mit der Speiche 2, einschließlich Speichenkopf 34, die durch die Gewindeeinfassung 22 geführt wird. Radkranz 13 umfasst eine Einfassungserweiterung 24 und eine Durchgangsbohrung 44, deren Durchmesser im Vergleich zum Spitzendurchmesser des Gewindeabschnitts 56 von Gewindeeinfassung 22 unterbemessen ist. Zur Befestigung der Speiche 2 am Radkranz 13 wird die Gewindeeinfassung 22 in Bohrung 44 in einem Selbstschneide- oder Gewindeschneid-Vorgang ähnlich dem in 4a–c beschriebenen Vorgang eingedreht. Gewindeeinfassung 22 umfasst eine Mittelbohrung 32, durch welche die Speiche 2 verläuft. Während die Gewindeeinfassung 22 wie in 10b gezeigt in Bohrung 44 eingedreht wird, wirkt der Kopf 34 von Speiche 2 gegen die Kante der Mittelbohrung 32, und die Speiche 2 wird in Richtung von Pfeil 39 gezogen. Ein weiteres Festziehen von Gewindeeinfassung 22 dient zum Vorspannen von Speiche 2, wodurch die Zugspeichenradanordnung erzeugt wird. Der Radkranz 13 kann aus verstärktem Polymer oder Leichtmetall, beispielsweise Aluminium, gebildet sein, wobei die Gewindeeinfassung aus härterem Material, beispielsweise Aluminium oder Edelstahl, gefertigt sein kann, um die gewindebildende Verformung der Seitenwände von Bohrung 44 zu ermöglichen.
11 beschreibt eine Ausführungsform, bei welcher der Nabenflansch 16 mindestens einen offenen Bereich 152 umfasst. Wie gezeigt, ist zwischen den Eingriffsabschnitten 18 von zwei Speichen 2 ein offener Bereich 152 oder eine durchgehende Öffnung vorhanden. Dies ermöglicht es, das Material von Nabenflansch 16 zu reduzieren, wodurch das Gewicht auf einem Minimum gehalten und dem Nabenflansch 16 eine perforierte leichte Erscheinung verliehen wird. Außerdem wird so ermöglicht, dass sich das Material von Nabenflansch 16 für eine vergrößerte Eingriffsoberfläche über eine größere Länge von Speiche 2 erstreckt. Während hier zwar eine durchgehende Öffnung 152 gezeigt ist, ist auch vorgesehen, dass eine geschlossene Aussparung oder Vertiefung in diesem Bereich einem ähnlichen Zweck dienen kann. Es ist auch zu beachten, dass in dieser Figur nicht das kreisförmige Profil herkömmlicher Nabenflansche, sondern der äußere Umfang 153 des hier gezeigten Nabenflansches in Anpassung an die Speichen 2 profiliert und um die Speichen 2 herum aufgebaut ist, um der Verbindung und der Eingriffslänge eine größere Festigkeit zu verleihen. Umgekehrt weist der Umfang von Nabenflansch 16 im Bereich zwischen den Verbindungspunkten eine Aussparung auf, um Material und Gewicht einzusparen. Auf ähnliche Weise kann auch die lokal angeordnete Verstärkung der Verbindung zwischen dem Flansch und der Speiche durch Erhöhen der Dicke des Nabenflansches 16 in dem die Speiche 2 umgebenden Bereich erreicht werden. Da der Nabenflansch 16 nun geformt statt maschinell bearbeitet werden kann, ist es möglich, den Nabenflansch 16 mit zahlreichen verschiedenen unregelmäßigen Konturauslegungen zu versehen, um die Materialverwendung zu optimieren und die Ästhetik zu verbessern. Während diese Variationen der Geometrie von Nabenflansch 16 die Kosten und das Gewicht des Material von Nabenflansch 16 senken, ist dadurch auch eine konsistentere Dicke des Materials von Nabenflansch 16 möglich, das die Löcher umgibt, um so die Formung zu unterstützen und eine einheitliche Schrumpfung des Nabenflansches 16 zu bieten.
12 beschreibt eine Ausführungsform, bei der ein Zwischenverbindungsglied 166 verwendet wird, um die Speichen 2 mit dem Nabenflansch 16 zu verbinden. Das Zwischenverbindungsglied 166 erfüllt somit eine ähnliche Funktion wie die Gewindeeinfassung 22 von 10a und 10b. Das Zwischenverbindungslied 166 umfasst einen Schaft 164, der Kantenrändelungen 29 umfasst. Schaft 164 wird zuerst in Loch 20 in Richtung von Pfeil 27 eingeführt, was auf eine zuvor beschriebene Art und Weise einen verformten Eingriffsbereich 167 ergibt. Jedes Zwischenverbindungsglied 166 umfasst zwei Löcher 168, jedes zur Befestigung einer passenden Speiche 2. In dieser Figur sind die Speichen 2 in der in 2a–c beschriebenen herkömmlichen „J"-Biegungskonfiguration gezeigt und durch Löcher 168 des Zwischenverbindungsglieds 166 in der herkömmlichen Art und Weise befestigt. Da das Zwischenverbindungsglied 166 aus härterem Material besteht als der Nabenflansch 16, kann es in der Lage sein, eine derartige Speichenverbindung zu stützen. Wie hier gezeigt, kann an einem einzelnen Zwischenverbindungsglied 166 eine Mehrzahl von Speichen 2 befestigt sein.
13a zeigt ein radiales Speicheneinführungsmuster, bei dem die Speichen 2 von dem Nabenflansch 16 radial nach außen zum Radkranz (nicht gezeigt) verlaufen. Diese Art der Speicheneinführung führt im Gegensatz zu einer schrägen Speicheneinführung zu außergewöhnlich hoher radialer Beanspruchung und Ausdehnung des Nabenflansches 16 aufgrund von Speichenzugkräften 5. In diesem Fall besteht im Eingriffsbereich 18 keine Speichenkreuzung, und im Vergleich zu 14a–b ist zwischen benachbarten Speichen 2 ein relativ großer Zwischenraum 170 des Materials von Nabenflansch 16 vorhanden. Insbesondere bei polymerem Material von Nabenflansch 16 kann dieser Zwischenraum 170 zwischen Speichen 2 zu verstärktem Materialkaltfluss und elastischer Verformung führen. Selbst wenn die Beanspruchungen im Material von Nabenflansch 16 gering genug sind, um den Nabenflansch 16 nicht bleibend zu verformen, können die Speichenlasten dazu führen, dass sich der Nabenflansch 16 in seiner Größe und das Bohrloch 7 in seinem Durchmesser vergrößert. Dies sind unerwünschte Merkmale, und es ist erforderlich, dass ein Nabenflansch 16 dieser Art aus einem Material mit größerer Steifigkeit gefertigt und/oder dass eine größere Flanschquerschnittsabmessung verwendet wird. Das Ergebnis sind im Vergleich zu der Ausführungsform von 14a–b erhöhtes Gewicht und erhöhte Kosten.
13b zeigt den Kreuzungsbereich 172 von zwei der Speichen 2 des Nabenflansches 16. Diese beiden Speichen 2 verlaufen in ihren gekapselten Bereichen 18 so, dass sie einander in sehr geringem Abstand kreuzen, wobei der dazwischen befindliche Zwischenraum des Materials des Nabenflansches 16 relativ klein ist im Vergleich zu Zwischenraum 170 von 13a. Die Menge des Materials von Nabenflansch 16 zwischen benachbarten Speichen 2 wird auf den axialen Mindestzwischenraum an der Kreuzung 172 reduziert. Zwar ist dies eine Verbesserung gegenüber der Ausführungsform von 13a, jedoch führt diese Anordnung mit einem spitzen Winkel 176 zwischen den beiden einander kreuzenden Speichen 2 (gemessen von der Achse nach außen) dennoch zu einer radial nach außen wirkenden resultierenden Kraft 174, die aufgrund von Speichenzugspannungen 5 auf den Nabenflansch 16 aufgebracht wird. Diese radiale resultierende Kraft 174 erzeugt im Material von Nabenflansch 16 Umfangsspannung und radiale Beanspruchung. Mit Vergrößerung des Winkels 176 zwischen den beiden Speichen 2 wird die sich ergebende radiale resultierende Kraft 174 reduziert, ebenso wie die damit zusammenhängende Umfangsspannung in dem Nabenflansch 16. Es ist zu beachten, dass der Eingriffsbereich 18 der Speiche 2 das Material von Nabenflansch 16 entlang der Länge des gerändelten Bereichs 36 der Speiche 2 greift.
Mit Annäherung von Winkel 176 an 180... ziehen die Speichenzugkräfte 5 in genau entgegengesetzte Richtung, und daher nähert sich die radiale resultierende Kraft 174 Null. 13c zeigt den Winkel 176 auf über 180... (gemessen von der Achse nach außen) vergrößert, was nun dazu dient, eine kleine radial nach innen wirkende resultierende Kraft 178 aufzubringen. Wie in 13c gezeigt, bieten aufgrund von Speichenzugkräften 5 drei derartige Speichenpaare jeweils eine radial nach innen wirkende Kraft 178. Das Ergebnis sind drei gleich beabstandete radiale resultierende Kräfte 178, die zusammen eine radial nach innen wirkende Drucklast auf den Nabenflansch 16 aufbringen. Während zwar die meisten polymeren Nabenflanschmaterialien dieser Last wahrscheinlich standhalten werden, sollte jedoch beachtet werden, dass ein Lager 11 mit einem äußeren Laufring 30 aus Hartstahl in der Mitte des Nabenflansches 16 von den Speichen 2 aus nach innen angeordnet ist. Zusätzlich zu tragenden Funktionen stützt der äußere Laufring 30 aus Stahl den Nabenflansch 16 auch, um den durch die Speichen 2 aufgebrachten radialen Lasten 178 standzuhalten und ein Verformen des Nabenflansches 16 zu verhindern. Es ist ersichtlich, dass diese radialen Kräfte 178 dazu führen, dass die Lagerbohrung 7 von Nabenflansch 16 schrumpft und den äußeren Laufring 30 greift und so einen festen Sitz zwischen den beiden Teilen erzeugt.
Während 13a einen radial verlaufenden Eingriffsbereich 18 zeigt, muss der Nabenflansch 16 eine relativ große radiale Breite aufweisen, damit die Länge des Eingriffs 186 ausreicht, um eine feste Verbindung zu erzielen. Dies lässt sich oft zwar leicht erreichen, häufig ist jedoch die Verwendung einer schrägen oder tangentialen Speicheneinführungsanordnung, wie in 13b–c gezeigt, vorzuziehen, bei welcher der Eingriffsbereich 18 der Speiche 2 innerhalb des Nabenflansches 16 in einer im Allgemeinen tangentialen Ausrichtung verläuft, die zu der axialen Mittellinie des Rads versetzt ist, wodurch ein kompakterer Nabenflansch 16 möglich ist. Um dies zu erreichen ist vorzuziehen, dass die Speiche in ihrem Eingriff innerhalb des Nabenflansches bis zu einem Punkt über eine gedachte radiale Linie 180 hinaus verläuft, die sich vom Mittelpunkt des Nabenflansches 16 aus senkrecht zu der Speiche erstreckt, wie in 13d gezeigt. Diese Tiefe des Eingriffs bei schräger Einführung bietet eine feste Verbindung zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 und führt außerdem zu geringem Abstand zu oder Überlappung mit anderen Speichen (nicht gezeigt), die innerhalb desselben Nabenflansches 16 verankert sind. Somit ist es bei den hier beschriebenen Ausführungsformen vorteilhaft, eine Tiefe des Eingriffs in Längsrichtung mindestens bis zu dieser gedachten radialen Linie 180 vorzusehen. Abmessung 181 zeigt, dass bei schräger Speicheneinführung die Längsachse 184 der Spannlänge von Speiche 2 zu der Mittelachse 183 der Achse versetzt ist. Außerdem ist zu beachten, dass das Loch 20 eine Längsachse umfasst, die mit der Längsachse 184 der Spannlänge von Speiche 2 kollinear ist.
Es ist zu beachten, dass viele der hier beschriebenen Ausführungsformen insbesondere Anordnungen betreffen, in denen das Nabenflanschmaterial im Allgemeinen schwächer und weniger steif ist als das entsprechende Speichenmaterial. Um in derartigen Fällen eine feste Verbindung zu erzeugen und die Kontaktbeanspruchung zwischen der Speiche und dem Nabenflansch zu reduzieren, muss eine sinnvolle Länge der Eingriffsschnittstelle zwischen dem Flansch (und/oder Radkranz) und der Speiche vorhanden sein. Während zahlreiche metallische Gussmaterialien zur Anwendung auf die vorliegende Erfindung vorgesehen sind, betrifft diese Erfindung vor allem polymere Formstoffe, die im Allgemeinen leichter und wirtschaftlicher zu erzeugen und zu formen sind. Da das Nabenflanschmaterial wahrscheinlich schwächer und flexibler ist als das Speichenmaterial, ist es wünschenswert, ihre Verbindungsanordnung so zu konfigurieren, dass die Speiche(n) verwendet wird (werden), um das Flanschmaterial zu verstärken oder die Spannungen innerhalb des Flanschmaterials anderweitig zu reduzieren.
Indem die Speichen 2 innerhalb des Nabenflansches 16 so angeordnet werden, dass sie einander überlappen oder anderweitig geringen Abstand zu anderen Speichen einhalten, wird die Spannlänge von schwächerem Nabenflanschmaterial zwischen den gekapselten Bereichen 18 dieser Speichen reduziert. Dies dient dazu, die Verbindung zwischen diesen Speichen zu versteifen, da die kurze Spannlänge von flexiblem Material von Nabenflansch 16 eine geringere Gesamtdehnung aufweist als eine längere Spannweite. Darüber hinaus wird das Material des verbindenden Nabenflansches 16 bei Annäherung der Speichen aneinander einer höheren Scherbeanspruchung und einer geringeren Zugspannung ausgesetzt. Dies trägt auch zur Festigkeit der Verbindung zwischen den Speichen bei. Mit einer reduzierten Spannlänge von Nabenflanschmaterial zwischen damit verbundenen Speichen 2 werden Speichenzugkräfte 5 somit direkter von einer Speiche 2 auf ihren Nachbarn übertragen. Dadurch werden gewöhnlich die Beanspruchungen im Material von Nabenflansch 16 außerhalb des Bereichs der reduzierten Spannlänge reduziert. Die Geometrie des Nabenflansches 16 kann nun optimiert werden, um im Bereich, der diese Überlappung umgibt, höhere Festigkeit und Steifigkeit zu bieten.
Bei einem Eingriffsbereich in Längsrichtung, wie zuvor beschrieben, kann die Speiche dazu dienen, das Nabenflanschmaterial entlang der Länge dieses Eingriffsbereichs zu stützen und zu verstärken. Wenn eine gegebene Speiche zwei oder mehr Speichen innerhalb des Materials von Nabenflansch 16 kreuzt, dient die Speiche weiterhin als verstärkende Brücke zur Verstärkung des Materials von Nabenflansch 16 zwischen diesen beiden anderen gekreuzten Speichen. Dies ist gut ersichtlich aus 14b, wo eine Speiche 144 Rändelung zum Greifen des Materials von Nabenflansch 16 entlang der Länge ihres Eingriffsbereichs 18 aufweist und, wie gezeigt, so angeordnet ist, dass sie drei andere Speichen 146, 148 und 160 innerhalb des Materials von Nabenflansch 16 kreuzt. 14b ist ein Detail, das nur die Speichen 144, 146 und 148 von 14a zeigt, um die Lage der Kreuzungsstellen dieser einzelnen ausgewählten Speiche 144 besser zu veranschaulichen. Es ist somit ersichtlich, dass Speiche 144 Speiche 146 in Kreuzungsbereich 154 und außerdem Speiche 148 in Kreuzungsbereich 156 und außerdem Speiche 160 in Kreuzungsbereich 162 kreuzt. In 14a ist eine Reihe von zwölf Speichen gezeigt, die jeweils so verlaufen, dass sie mit drei benachbarten Speichen überlappen, um einen vollen Umfang von Brückenspeichen innerhalb des Nabenflansches 16 zu erzeugen. Auf diese Art dient der Eingriffsbereich 18 der Speiche 2 dazu, den Nabenflansch 16 zu verstärken, ähnlich wie Bewehrungsstäbe dazu dienen, Gussbeton zu verstärken. Die gekapselten Bereiche dieser Speichen bieten somit eine radiale Verstärkung und Umfangsverstärkung des Nabenflansches 16 und übertragen Speichenzugkräfte 5 direkter auf benachbarte Speichen, wodurch ein geringerer Anteil der damit zusammenhängenden Beanspruchung auf das schwächere Material von Nabenflansch 16 übertragen wird.
Es ist zu beachten, dass radial im Uhrzeigersinn verlaufende schräge Speichen 146, 148 und 160, wie in 14b beschrieben, axial versetzt sind zu radial entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufender Speiche 144. Dies ist notwendig, um Kreuzungsbereiche 154, 156 und 162 zu ermöglichen. Somit ist aus 14a ersichtlich, dass bei Nabenflansch 16 alle radial im Uhrzeigersinn verlaufenden schrägen Speichen sowie deren entsprechende Löcher axial versetzt sind zu allen radial entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufenden schrägen Speichen. Dies ermöglicht die zuvor genannten Kreuzungsbereiche und bietet außerdem eine axial versetzte Speichenausrichtung, so dass die freiliegenden Speichenspannlängen dieser schrägen Speichen einander ohne Störung wie gezeigt kreuzen können. Es ist auch zu beachten, dass zwei einander kreuzende Speichen so angeordnet sein können, dass sie einander an ihrer Kreuzungsstelle schneiden. Dies minimiert die Versetzung zwischen Speichen.
Wie zuvor erwähnt sind für ein Zugspeichenrad mindestens zwei axial zueinander beabstandet angeordnete Nabenflansche 16 erforderlich. Wenn die Löcher des Nabenflansches 16 in einer Form mit Kernstiften geformt würden, wären daher zwei Reihen beweglicher Kernstifte erforderlich, um eine vollständige Nabe mit beiden Nabenflanschen 16 zu formen. Eine derartige Formanordnung ist möglich, jedoch bedeutend komplexer und teurer als das Formen jeweils nur eines einzelnen Nabenflansches. Daher ist es vorteilhaft, jeden Nabenflansch 16 separat zu formen und anschließend die beiden Nabenflansche 16 nach dem Formen miteinander zu verbinden, um ein vollständiges Nabengehäuse 14 zu bilden. Ein weiterer Vorteil eines derartigen verbundenen Anordnungssystems von Nabenflansch 16 besteht darin, dass die Nabenflanschabschnitte unterschiedlicher Konfiguration nun kombiniert werden können, um zahlreiche verschiedene vollständige Einheiten von Nabengehäuse 14 zu bilden. Anders ausgedrückt, kann ein vorderes Nabengehäuse aus zwei vorderen Nabenflanschen gebildet werden, ein hinteres Nabengehäuse kann aus einen vorderen Nabenflansch und einem hinteren Nabenflansch gebildet werden, ein Scheibenbremsen-Nabenflansch kann ersetzt werden, um einen scheibenbremsenkompatiblen Nabenflansch zu bilden usw. So kann eine Familie von sechs Nabenflanschkombinationen aus einer Auswahl von nur drei einzelnen Nabenflanschbauteilen gebildet werden. Das Ergebnis ist ein hohes Maß an Anpassbarkeit bei einer minimalen Menge an Formwerkzeugen und Bauteilinventar.
Wenn davon ausgegangen wird, dass das vollständige Nabengehäuse 14 zwei axial zueinander beabstandet angeordnete Nabenflansche mit einem Distanzelement zur axialen Trennung der Nabenflansche umfasst, stellen die Nabenflansche und das (die) Distanzelement(e) das drehbare Nabengehäuse 14 dar. 15a beschreibt eine Ausführungsform, die ein separates zylindrisches Nabenflansch-Distanzelement 190 umfasst, um die beiden äußeren Nabenflansche 16a und 16b in ihrem gewünschten Abstandsmaß axial zueinander zu beabstanden. In 15a umfassen die Nabenflansche 16a und 16b jeweils eine Einfassung 192, die wie gezeigt axial verläuft. Die äußere Oberfläche 194 der Einfassung 192 jedes Nabenflansches wird in die innere Oberfläche 196 der jeweiligen Enden des Flanschdistanzelements 190 eingeführt. Dieser Muffenverbindung wird in dem Zwischenraum zwischen den Oberflächen 194 und 196 Klebstoff hinzugefügt, um die Bauteile fest miteinander zu verbinden. Anstelle von oder zusätzlich zu dem Klebstoff können auch andere Verbindungsverfahren angewandt werden, zum Beispiel Schnappsitze, Presssitze, Befestigungselemente usw. Darüber hinaus können bei Nichtvorhandensein eines Befestigungssystems die Speichenzugkräfte genutzt werden, um die Nabenflansche 16a und 16b axial zueinander hin zu zwingen, um das Distanzelement 190 einzuklemmen und zu halten. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Distanzelement 190 als Einzelbauteil in den Nabenflansch 16a integriert sein kann. Dann wäre nur eine Verbindung zwischen Nabenflansch 16b und Distanzelement 190 erforderlich.
15b beschreibt eine Ausführungsform, bei der die Nabenflansche 16a und 16b jeweils Speichen 2, Lagerbohrung 7 und ein axial verlaufendes Nabenflansch-Distanzelement 198a und 198b umfassen. Diese Nabenflansch-Distanzelemente 198a und 198b werden dann miteinander verbunden, um die Flansche 16a und 16b in ihrer ordnungsgemäß beabstandeten Ausrichtung festzustellen. Wie in dieser Figur gezeigt, weist die Verbindungsfläche 203 beider Flansch-Distanzelemente 198a und 198b zusammenpassende Stifte 204 und Buchsen 206 auf, welche die Flansche 16a und 16b verkeilen, um eine unabhängige Drehung zu vermeiden und die Speichen 2 so auszurichten, dass sie direkt zu ihrer Verbindung am Radkranz (nicht gezeigt) verlaufen. Schrauben 208 werden durch die gegenüber liegende Seite der Buchsen 206 des Nabenflansch-Distanzelements 198b geführt und in die Mitte ihrer Gegenstifte 204 von Nabenflansch-Distanzelement 198a eingedreht, um die Anordnung dann festzustellen. Diese beiden Flansche 16a und 16b sind hier als identisch geformte Bauteile gezeigt, die Rücken an Rücken aneinander montiert sind. Natürlich ist dieses Verfahren der Schraubverbindung nur ein repräsentatives Beispiel für zahlreiche dem Fachmann bekannte Verbindungsverfahren.
In 2a ist gezeigt, dass die Zugspannung auf die Speichen 2 von Rad 1 aufgebracht werden kann, indem die Gewindespeichennippel 21 manipuliert werden, um die Länge der Speichen 2 anzupassen. Da die Länge der Speiche 2 zwischen ihren Ankerpunkten am Radkranz 8 und am Nabenflansch 16 reduziert ist, wird auf die Speichen eine Vorspannung aufgebracht. Dieses Verfahren des Aufbringens von Speichenzugspannung ist dem Fachmann hinreichend bekannt, wobei die Gewindespeichen-Nippelanpassung entweder an der Verbindung mit Radkranz 8 erfolgt, wie hier gezeigt, oder an der Verbindung mit Nabenflansch 16. Bei der vorliegenden Erfindung ist dies das bevorzugte Verfahren der Aufbringung von Speichenvorspannung.
Als eine Alternative zur Anpassung der Speichenlänge zum Erreichen der Spannung von Speiche 2 kann eine Speiche 2 mit fester Länge verwendet werden, wobei die Speiche 2 an jedem Ende befestigt ist und während der Montage des Rads 1 in Zugspannung vorgedehnt wird. Ein Verfahren zur Aufbringung der Zugspannung von Speiche 2 auf eine Anordnung von Rad 1 mit Speichen 2 mit fester Länge ist in 16 veranschaulicht, in der Nabenflansche 16a und 16b separat ausgebildet sind. Vor dem Vorspannen werden Speichen 2 an ihren äußeren Enden 6 am Radkranz 13 und an ihren inneren Enden an ihren entsprechenden Nabenflanschen 16a und 16b befestigt. Nabenflansche 16a und 16b werden in Richtung der Pfeile 199 axial auseinander gedrängt, um die Zugspannung auf Speichen 2 zu verteilen. Nabenflansch-Distanzelement 202 wird daraufhin zwischen den beiden Nabenflanschen 16a und 16b in der Richtung 201 eingefügt, um Nabenflansche 16a und 16b in ihrer auseinander gedrängten Position festzustellen. Wenn die Auseinanderdrängungskraft gelockert wird, wirken die Nabenflansche gegen das Nabenflansch-Distanzelement 202 und stellen die Speichen 2 in einem vorgespannten Zustand fest. Es ist zu beachten, dass Speiche 2 in diesem Beispiel einen Eingriffsbereich 18a zur Verbindung mit dem Radkranz 8 und an ihrem gegenüber liegenden Ende einen Eingriffsbereich 18b zur Verbindung mit den Nabenflanschen 16a und 16b aufweist.
Ein weiteres Verfahren zum Vorspannen von Speichen mit fester Länge kann das Vordehnen der Speichen 2 in einer Klammer vor der Montage umfassen. Mindestens ein Ende der Speiche bleibt vor der Montage unverbunden und frei. Während des Montageprozesses wird (werden) das (die) freie(n) Ende(n) der Speichen noch im vorgedehnten Zustand mit seinem (ihrem) entsprechenden äußeren Radkranz oder Nabenflansch 16 verbunden und verankert. Nach der Montage wird die Klammer entfernt und die Speichen 2 bleiben vorgespannt.
Die Ausführungsformen von 17a–c verwenden zur Aufnahme der Speichen offene Löcher 33 im Nabenflansch 16. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, die alle geschlossene Seiten und mindestens ein offenes Ende 46 aufweisen, ist ein offenes Loch 33 entlang mindestens eines Abschnitts seiner Seite offen. Obwohl die Speiche 2 dennoch durch das Ende eines offenen Lochs 33 in einer Richtung parallel zu der Längsachse des Lochs eingeführt werden kann, erlaubt die Anordnung mit offenem Loch auch, dass die Speiche 2 alternativ durch die offene Seite des offenen Lochs 33 eingeführt werden kann.
17a zeigt einen Nabenflansch 16 mit einem offenen Loch 33 mit einem offenen Ende 46 und einem geschlossenen Ende 47. Speiche 200 umfasst Kantenrändelungen 29 entlang zweier ihrer Kanten. Die Breite 48 von Speiche 200 ist etwas größer als die Breite 50 des Lochs, so dass bei Montage der Speiche 200 im Loch 33 in Richtung von Pfeil 227 die Kantenrändelungen die entsprechenden Gegenseiten des Lochs 33 verformen. Die Kantenrändelungen 29 nehmen dadurch die Seiten von Loch 33 in Eingriff, um die Speiche 200 fest am Nabenflansch 16 zu verankern, um den im Allgemeinen radialen Speichenzugkräften standzuhalten. Es ist zu beachten, dass in dieser Figur die Speiche 200 am Nabenflansch 16 in einer im Allgemeinen axialen Richtung montiert ist. Außerdem ist zu beachten, dass Loch 33 kein gerades Loch ist, sondern stattdessen einen gekrümmten Abschnitt 52 zur Aufnahme eines entsprechenden gekrümmten Abschnitts 53 von Speiche 200 umfasst.
17b zeigt eine Doppelspeiche 2 mit zwei strukturellen Abschnitten 3a und 3b, einschließlich eines dazwischen befindlichen konfigurierten Abschnitts 36. Nabenflansch 16 umfasst offenes Loch 33 mit zwei offenen Enden 46. Speiche 2 wird in Loch 33 in der im Allgemeinen radialen Richtung von Pfeil 227 eingeführt, was zu einem Verformungseingriff aufgrund des Presssitzes zwischen dem gerändelten Bereich 36 der Speiche und der Gegenbreite entlang der Seitenwände des Lochs 33 führt. Es ist zu beachten, dass in dieser Figur die Anordnungsrichtung eine im Allgemeinen radiale Richtung ist. Die Speichenzugkräfte 5 dienen dazu, den gerändelten Abschnitt 36 in einer radialen Richtung tiefer in das Loch 33 zu treiben, wodurch dessen Verformungseingriff mit dem Loch 33 weiter verstärkt und ein Eingriff entlang aller Seiten von Loch 33 erreicht wird. Ein Stahllager 11, wie in 17b gezeigt, umfasst einen äußeren Laufring 30, der in Lagerbohrung 7 eingeführt wird. Dieser äußere Laufring 30 kann auch dazu dienen, dem Nabenflansch 16 eine radiale Druckverstärkung zu bieten, um jeglicher durch Speichenzuglasten 5 bewirkter Durchbiegung standzuhalten.
17c beschreibt eine Ausführungsform, die ein Klemmglied 96 zum Einklemmen und Einspannen der Speiche 2 zwischen dem Nabenflansch 16 und dem Klemmglied 96 umfasst. Nabenflansch 16 umfasst offene Löcher 33 zur Ineingriffnahme von konfigurierten Abschnitten 36 von Speichen 2. Klemmglied 96 umfasst offene Löcher 98, die so ausgerichtet sind, dass sie Löchern 33 des Nabenflansches 16 gegenüber liegen. Bei der Montage werden Speichen 2 zuerst so positioniert, dass gerändelte Abschnitte 36 in ihre entsprechenden Löcher 33 eingeschoben sind. Klemmglied 96 wird dann so montiert, dass es die gerändelten Abschnitte 36 von Speichen 2 axial einklemmt, wobei die gerändelten Abschnitte ebenfalls in ihre entsprechenden Löcher 98 eingeschoben sind. Schraube 97 wird durch Durchgangsloch 100 geführt und in Nabenflansch 16 eingedreht. Wenn die Schraube 97 in Nabenflansch 16 festgezogen wird, wobei ihr Schraubenkopf gegen das Klemmglied 96 gepresst wird, wird das Klemmglied axial in Richtung des Nabenflansches getrieben, um die gerändelten Abschnitte 36 von Speichen 2 einzuklemmen. Die gerändelten Abschnitte 36 werden dann zwischen Löcher 98 und 33 gepresst, wobei sie Löcher 98 und 33 prägen und verformen, um sie an gerändelte Abschnitte 36 anzupassen. Somit wird eine feste Verformungseingriffsverbindung zwischen dem Nabenflansch 16 und der Speiche 2 erreicht.
Wie zuvor erwähnt, ist es wünschenswert, den Nabenflansch 16 aus polymerem Material in einem Spritzgussprozess zu formen. Es ist auch vorzuziehen, die Löcher des Nabenflansches 16 zu formen, indem sie während des Formungsprozesses mit Formkernen ausgebildet oder nach dem Formen in einem maschinellen Bearbeitungsvorgang gebohrt werden. Beide Prozesse ergeben jeweils ein Loch mit glatten Seitenwänden. Da die Speiche die glatten Seitenwände des Nabenflanschlochs in Eingriff nimmt, ist eine Art von Verformungseingriff wünschenswert, um den mechanischen Verrastungseingriff zu erzeugen, um eine feste Verankerung der Speiche 2 innerhalb des Lochs zu erreichen. Bei einem polymeren Nabenflansch ist, wie zuvor beschrieben, eine Verbindung in Längsrichtung Voraussetzung. Es gibt jedoch alternative Lochkonfigurationen, die es ermöglichen, dass das Loch eine konfigurierte Oberfläche als Gegenstück zu einer konfigurierten Oberfläche der Speiche umfasst, um eine Verbindung in Längsrichtung zur festen Verankerung zwischen der Speiche und dem polymeren Nabenflansch zu erzeugen.
18a zeigt eine Anordnung ähnlich der in 4a–c beschriebenen. In dieser Figur umfasst jedoch das blinde Loch 210 ein geschnittenes Innengewinde 212 als Gegenstück zu Gewindeabschnitt 64 von Speiche 2. Obwohl es möglich ist, Innengewinde 212 in einem Formungsvorgang durch Verwendung von „abwickelnden" Kernen (unthreading cores) zu erzeugen, führt dies zu einer komplexen und teuren Form. Häufig ist es wünschenswerter, das Innengewinde 212 in einem sekundären Vorgang zu schneiden. Die Speiche 2 wird daraufhin mit dem Nabenflansch 16 durch Eindrehen des Gewindeabschnitts 64 in Richtung von Pfeil 26 in Innengewinde 212 verbunden, wodurch ein Eingriff in Längsrichtung zwischen der Speiche 2 und dem Loch 210 zur festen Verbindung dazwischen erzeugt wird. Durch diese Anordnung wird die Verformung von Loch 210 durch Speiche 2 reduziert oder sogar eliminiert.
18b beschreibt eine Ausführungsform ähnlich der von 17a. In dieser Figur umfasst jedoch ein polymerer Nabenflansch 16 ein offenes Loch 220 mit konfigurierten Oberflächen 222 an seinen Seitenwänden. Speiche 2 umfasst konfigurierte Oberflächen 29, die angepasst sind, um das Gegenstück zu konfigurierten Oberflächen 222 zu bilden. Die Speiche 2 wird dann mit dem Nabenflansch 16 durch Montage der Speiche 2 an dem Loch 220 in einer im Allgemeinen axialen Richtung verbunden, wie durch Pfeil 227 angegeben, so dass konfigurierte Oberflächen 29 mit konfigurierten Oberflächen 222 zusammenpassen und diese in Eingriff nehmen, wodurch eine feste Verbindung dazwischen erzeugt wird, um Speichenzugkräften standzuhalten. Im Vergleich zu 17a, die auf Verformung des Lochs 33 beruht, ist die konfigurierte Oberfläche 222 von Loch 220 in 18b genauer an die konfigurierte Oberfläche 29 von Speiche 2 angepasst, und die Verformung von Loch 220 wird reduziert oder sogar eliminiert.
19 beschreibt eine Ausführungsform, in der ein Abschnitt der Speiche 206 bei Einführen in Loch 20 verformt wird. Nabenflansch 16 umfasst blindes Loch 20 mit Fenstern 230, die sich axial zwischen der äußeren Oberfläche des Nabenflansches 16 und der Seitenwand von Loch 20 wie gezeigt erstrecken. Speiche 206 umfasst zwei Zähne 228. Mit Einführen von Speiche 206 in Loch 20 biegen sich die Zähne 228 passiv, um sich zu verformen und zurückzuziehen, um bündig mit der Oberfläche der Speiche 206 abzuschließen, damit ermöglicht wird, dass die Speiche 206 in Loch 20 gleitet. Bei vollständig in Loch 20 eingeführter Speiche 206 werden die Spitzen 232 der Zähne 228 an den ihnen entsprechenden Kanten 234 von Fenstern 230 ausgerichtet, wodurch ermöglicht wird, dass die Zähne 228 in ihre ausgedehnte Position in ihren Fenstern zurückschnappen. Die Spitzen 232 von Zähnen 228 werden dadurch in Eingriff gebracht mit den Kanten 234 von Fenstern 230, und die Speiche 206 wird dadurch am Nabenflansch 16 verankert, um Widerstand gegen ein Herausziehen von Speiche 206 zu bieten. So kann also davon ausgegangen werden, dass die Zähne 228 zum Erreichen des Eingriffs einer temporären elastischen Verformung unterzogen werden.
Es ist außerdem vorgesehen, dass der flexible Zahn alternativ innerhalb des Lochs integriert sein kann, während das Gegenfenster stattdessen in der Speiche ausgebildet ist. Bei Montage der Speiche am Loch würde der Zahn des Lochs dann das Fenster der Speiche in Eingriff nehmen, um Widerstand gegen ein Herausziehen der Speiche zu bieten.
20 beschreibt eine Ausführungsform ähnlich der von 17c, bei der Nabenflansch 16 ein offenes Loch 133 umfasst. Klemmglied 96 umfasst offene Löcher 135 und dient dazu, die Speiche 2 zwischen dem Nabenflansch 16 und dem Klemmglied 96 einzuklemmen und einzuspannen. Im Gegensatz zu 17a weist die Oberfläche von sowohl Löchern 133 als auch Löchern 135 eine konfigurierte innere Oberfläche in Form von erhöhten Rippen 136 auf. Speiche 2 weist ein glattes Ende 4 auf und besteht im Allgemeinen aus weicherem Material als das Material von sowohl dem Nabenflansch 16 als auch dem Klemmglied 96. Ein Material, das für Speichen dieser Ausführungsform in Frage kommt, ist eine Verbundspeiche 2, geformt aus Polymerharz mit in Längsrichtung verlaufender Chemiefaserverstärkung. Klemmglied 96 umfasst offene Löcher 135, die so ausgerichtet sind, dass sie Löchern 133 des Nabenflansches 16 direkt gegenüber liegen. Bei der Montage werden die Speichen 2 zuerst so positioniert, dass gerändelte Enden 4 in ihre entsprechenden Löcher 133 eingeschoben sind. Klemmglied 96 wird dann so montiert, dass es die Enden 4 von Speichen 2 axial einklemmt, welche ebenfalls in ihre entsprechenden Löcher 135 eingeschoben sind. Schraube 97 wird durch Durchgangsloch 100 geführt und in den Nabenflansch 16 eingedreht. Wenn die Schraube 97 in Nabenflansch 16 festgezogen wird, wobei ihr Schraubenkopf gegen das Klemmglied 96 gepresst wird, wird das Klemmglied 96 axial in Richtung des Nabenflansches 16 getrieben, so dass die erhöhten Rippen 136 von Löchern 133 und 135 die Enden 4 der Speichen 2 prägen und verformen, um sie an erhöhte Rippen 136 anzupassen. Somit wird eine feste Verformungseingriffsverbindung zwischen dem Nabenflansch 16 und der Speiche 2 erreicht.
Eine weitere Reihe von Ausführungsformen beruht auf einem Nabenflansch 16, einschließlich eines Lochs 128 zur Aufnahme der Speiche 2. Loch 128 umfasst verflüssigtes Kapselungsmaterial 130, so dass das verflüssigte Kapselungsmaterial 130 an das Loch 128 angepasst wird. Wenn die Speiche 2 in das verflüssigte Kapselungsmaterial 130 eingeführt wird (oder umgekehrt), wird das verflüssigte Kapselungsmaterial 130 verformt, um den Eingriffsbereich 18 der Speiche 2 zu umfließen. Wird das Kapselungsmaterial 130 anschließend erhärtet, verbindet sich das Kapselungsmaterial 130 sowohl mit dem Loch 128 als auch der Speiche 2. Somit wird die Speiche 2 an dem Nabenflansch 16 mittels des erhärteten Kapselungsmaterials verankert. Es kann somit davon ausgegangen werden, dass das verflüssigte Kapselungsmaterial 130 ein leicht anpassbarer Bereich des Nabenflansches 16 ist. 21a–c beschreiben eine Reihe von Ausführungsformen, die ein temporär erweichtes oder verflüssigtes Kapselungsmaterial 130 verwenden.
Eine derartige Anordnung ist gut aus 21a ersichtlich, in welcher der Nabenflansch 16 durchgehende Löcher 128 umfasst, durch welche die Speichen 2 montiert werden. Wenn die Speiche 2 in Richtung von Pfeil 107 montiert und innerhalb des Lochs 128 angeordnet ist, wird verflüssigtes Kapselungsmaterial 130 so eingeleitet, dass der Zwischenraum zwischen der Speiche 2 und dem Loch 128 umflossen und gefüllt wird. Wenn das Kapselungsmaterial 130 erhärtet, wird die Speiche 2 fest innerhalb des Lochs 128 des Nabenflansches 16 verankert. Um eine mechanische Verrastung mit dem Kapselungsmaterial 110 zu bieten, umfasst die innere Oberfläche des Lochs 128 weiterhin einen Rändelungs- oder Gewindeabschnitt 126, und die äußere Oberfläche der Speiche 2 umfasst einen Gewindebereich 64, der einen konfigurierten Abschnitt 36 bildet. Es ist zu beachten, dass der Gewindeabschnitt 126 des Lochs 128 und der Rändelungsabschnitt 36 der Speiche 2 einen Zwischenraum aufweisen und nicht notwendigerweise ineinander greifen, sondern dass sie stattdessen mittels des sich anpassenden Kapselungsmaterials 130 aneinander gekoppelt sind. Die Speiche 2 in dieser Figur ist eine Doppelspeiche, die strukturelle Abschnitte 3a und 3b umfasst und so ausgerichtet ist, dass sie einen geraden Verlauf durch den Kapselungsabschnitt 18 aufweist und an beiden Enden nach außen zum Radkranz 8 (nicht gezeigt) hin verläuft. Diese Speichenausrichtung mit „geradem Durchlauf" eliminiert die Möglichkeit für jegliche Verzerrung der Speiche 2 innerhalb des Kapselungsbereichs 18.
Multifilamentspeichen sind Speichen, die aus einem Bündel paralleler Filamente oder Fasern konstruiert sind, die im Allgemeinen entlang der Länge der Speiche verlaufen. Inzwischen sind viele Hochleistungsfasern erhältlich, die sehr hohe Zugfestigkeits- und Steifigkeitseigenschaften aufweisen, wodurch sie ideal sind für eine Anwendung bei Speichen von Fahrzeugrädern. Diese Fasern sind üblicherweise in Bündeln oder Garnen erhältlich und können durch ein Matrixharz imprägniert werden, welches diese Fasern kapselt und bindet. Zum Produzieren einer Speiche können diese Garne zu einem größeren Bündel kombiniert werden oder durch eine beliebige Anzahl von Prozessen, einschließlich Flechten, Verweben oder Stricken, miteinander vermischt werden. Da jedes Multifilamentbündel oder -garn tausende von Fasern enthalten kann, von denen jede ihre eigene äußere Oberfläche aufweist, ist es möglich, eine hochwirksame Verankerungsverbindung zu erzeugen mittels Anhaften des verflüssigten Kapselungsmaterials 110 von Nabenflansch 16 an den einzelnen Fasern durch umfließende Kapselung. Um die einzelnen Fasern wirksam zu kapseln, ist es oft wünschenswert, die Fasern auszubreiten und ihre äußeren Oberflächen dem Kapselungsmaterial auszusetzen.
21b beschreibt eine Ausführungsform, bei welcher der Nabenflansch 16 ein darin ausgebildetes axial verlaufendes offenes Rundloch 132 umfasst zur Aufnahme der Speichen 2'. Loch 132 ist ein durchgehendes Loch mit einer Mehrzahl von darin in Eingriff stehenden Speichen 2'. Die Speichen 2' bestehen aus einer Multifilamentkonstruktion, und das Faserbündel ist im Bereich des Lochs 132 in zwei kleinere Bündel 124 aufgeteilt, wodurch eine Öffnung 125 erzeugt wird, welche die Lagerbohrung umgibt. Die Speiche 2' ist innerhalb des Lochs 132 so angeordnet, dass die kleineren Bündel 124 die Einfassung 123 überspannen, welche von dem Innendurchmesser von Loch 132 gebildet wird. In dieser Figur ist die Einfassung 123 im Allgemeinen konzentrisch mit der Lagerbohrung 7 des Nabengehäuses 14. Der Außendurchmesser des axialen Lochs 132 umfasst Öffnungen 127, um der Speiche 2' zu erlauben, in ihrem Verlauf zum Radkranz 8 durch den Nabenflansch 16 zu verlaufen und diesen zu verlassen. Loch 132 kann als ein gemeinsames Loch zur Ineingriffnahme mehrerer Speichen 2' angesehen werden. Bei der gewünschten Anzahl von innerhalb des Lochs 132 angebrachten Speichen 2' wird verflüssigtes Kapselungsmaterial 130 eingeleitet, um das Loch 132 zu füllen und die Speichen 2' zu kapseln. Wenn das Kapselungsmaterial 130 erhärtet, werden die Speichen 2' somit von dem Kapselungsmaterial 130 in Eingriff genommen und haften an diesem, und das Kapselungsmaterial wird von dem Loch 132 in Eingriff genommen und haftet an diesem, wodurch die Speiche 2' unlösbar mit dem Nabenflansch 16 verbunden wird. Nabenflansch 16 umfasst Lagerbohrung 7.
Eine Ausführungsform, bei der einzelne Taschen oder offene Löcher 128 innerhalb des Nabenflansches 16 geformt werden, ist in 21c beschrieben. Diese Löcher 128 sind jeweils so geformt, dass sie das verbreiterte Ende 54 einer Speiche 2' mit Multifilamentkonstruktion aufnehmen. Wenn das verbreiterte Ende 54 der Speiche 2 innerhalb des Lochs 128 platziert ist, wird verflüssigtes Kapselungsmaterial 130 eingeleitet, um das Loch 128 zu füllen, um die einzelnen Filamente zu kapseln. Wenn das Kapselungsmaterial 130 erhärtet, ist somit innerhalb des Lochs 128 ein festes Stück Kapselungsmaterial 130 zum Umfassen der Speichenenden 54 gegossen, die nun fest am Nabenflansch 16 verankert sind. Das Loch 128 kann so ausgelegt sein, dass seine Form und Kontur ein erhärtetes Stück Kapselungsmaterial 130 erzeugen, das für größeren Widerstand gegen Herausziehen von Speiche 2' mechanisch innerhalb des Lochs 128 selbst verrastet ist. Die in 21c gezeigten Löcher 128 weisen zum Beispiel eine konische Hinterschneidung auf, so dass sich das Stück Kapselungsmaterial 130 bei Aufbringung von Speichenzugspannung in dem Loch 128 verkeilt. Während des Gussprozesses kann eine Speichenabdeckung 122 über den Löchern 128 des Nabenflansches 16 platziert werden, um die Löcher 128 vollständiger zu umschließen und eine komplettere Umfassung zu erzeugen, um das Kapselungsmaterial 130 innerhalb des Lochs 128 zu halten. Wenn die Speichenabdeckung 122 am Nabenflansch 16 befestigt ist, kann sie weiterhin dazu dienen, die Öffnung 129 von Loch 128 zu blockieren, was dazu dient, das Kapselungsmaterial 130 und die zugehörige Speiche 2' innerhalb des Lochs 128 zu halten. Diese Ausführungsform ist nur ein repräsentatives Beispiel für zahlreiche möglichen Konfigurationen, bei denen Speichen 2' mit einem einzelnen Nabenflansch 16 durch einen Kapselungsprozess verbunden werden. Anstelle der Befestigung der Speiche 2' am Loch 128 in einer axialen Richtung kann die Speiche 2' zum Beispiel am Loch 128 durch eine Öffnung befestigt werden, die sich in einer im Allgemeinen radialen Richtung erstreckt. In diesem Fall würde der Nabenflansch 16 eine Reihe von radial verlaufenden Löchern 128 umfassen, und die Speiche 2' würde innerhalb des Lochs durch eine sich radial erstreckende Öffnung angebracht werden, während ein verflüssigtes Kapselungsmaterial 130 in das Loch 128 eingeleitet wird, um die Speiche 2' bei Erhärtung zu erfassen.
Während viele der vorangehenden Figuren Ausführungsformen beschrieben haben, bei denen der gesamte Nabenflansch 16 so geformt oder gegossen wird, dass er die Speiche 2 umgibt, ist es auch möglich, einen lokalen Bereich des Materials von Nabenflansch 16 zu erweichen, welcher die Speiche 2 direkt umgibt. Bei anschließender Aushärtung wird die Speiche 2 von dem Material von Nabenflansch 16 erfasst. Ein hinreichend bekannter Prozess zum Erreichen eines derartigen lokalen Schmelzens ist bekannt als Ultraschallschweißen oder Ultraschalleinsetzen, wobei mechanische Energie auf das Material von Nabenflansch 16 mittels des zu kapselnden Bauteils übertragen wird. Die mechanische Energie erzeugt an der Schnittstelle, an der sich die beiden Teile berühren, Wärme, wodurch ein das gekapselte Bauteil direkt umgebender Bereich geschmolzen oder erweicht wird. Das erweichte Material ist bedeutend leichter durch die Speiche anpassbar. Ultraschallschweißen ist besonders dafür geeignet, thermoplastische Polymere zu schmelzen, obwohl der Prozess auch auf Metalle angewandt wurde. Andere Verfahren, unter anderem beispielsweise Rotationsschweißen und Vibrationsschweißen, Widerstandsschweißen, sind praktikable Prozesse, die ebenfalls auf mechanischer oder elektrischer Energie zur Erzeugung einer lokalen Schmelzung und Verbindung beruhen. Während die Anwendung von mechanischer Energie besonders geeignet ist, um die lokale Schmelzung zu erzeugen, die für die beschriebene Montage erforderlich ist, ist auch vorgesehen, dass das Material von Nabenflansch 16 durch die direkte Anwendung von Wärme oder Energie aus einer fokussierten Quelle, wie einem Laser- oder Elektronenstrahl, geschmolzen werden kann.
Ein Beispiel für die Übertragung von mechanischer Energie durch eine Speiche 2 zur Erzeugung einer lokalen Schmelzung in dem angrenzenden Material von Nabenflansch 16 ist in 22a beschrieben, in der Nabenflansch 16 Löcher 102 zur Aufnahme von Speichen 2 umfasst. Der Speiche 2 wird mechanische Energie zugeführt, vorzugsweise in Form von Ultraschallvibration, so dass, wenn die Speiche 2 in Kontakt mit dem Nabenflansch 16 gebracht wird, die mechanische Energie Wärme erzeugt, um das Material von Nabenflansch 16 lokal zu erweichen. Die Speiche 2 umfasst einen konfigurierten Abschnitt 36, um abgeschrägte Kanten 37 in dem Bereich zu umfassen, der mit dem Loch 102 in Eingriff gebracht wird. Um die Menge des Materials zu minimieren, das verdrängt werden muss, ist vorzuziehen, dass der Nabenflansch 16 blinde Löcher 102 zur Aufnahme der Speiche 2 umfasst. Das Loch 102 sollte einen kleineren Durchmesser aufweisen als der konfigurierte Abschnitt 36 der Speiche 2, so dass die beiden Oberflächen einander berühren, was ein Schmelzen des die Speiche 2 umgebenden Nabenflanschmaterials 16 bewirkt, während die Speiche 2 in das Loch 102 getrieben wird. Während das Nabenflanschmaterial 16 schmilzt, verformt es sich und folgt in seinem Fluss der Kontur des konfigurierten Abschnitts 36, wodurch bei Auskühlen und Erhärten des erweichten Materials eine mechanische Verrastungsverbindung zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 erzeugt wird. Dieser Verbindungsprozess kann wie gezeigt reproduziert werden, um eine direkte Kapselungsverbindung zwischen einem einzelnen Nabenflansch 16 und einer Mehrzahl von Speichen 2 zu erzeugen.
Außerdem ist vorgesehen, dass mechanische Energie zuerst durch den Nabenflansch 16 gerichtet werden kann, um ein Erweichen des Materials von Nabenflansch 16 zu bewirken. Zum Beispiel kann alternativ ein stromführender Ultraschallschweißarm angeordnet werden, um gegen den Nabenflansch 16 zu wirken, wobei er den Nabenflansch 16 in Kontakt mit der Speiche 2 treibt, das Material von Nabenflansch 16 schmilzt und einen Kapselungseingriff mit der Speiche 2 erzeugt.
Während die Zuführung mechanischer Energie wirkungsvoll für die Verbindung der Speiche 2 mit dem Nabenflansch 16 ist, kann der Nabenflansch 16 auch lokal durch die direkte Anwendung von thermischer Energie oder Wärme geschmolzen werden. Ein derartiges Verbindungsverfahren umfasst das Erwärmen der Speiche 2 vor der Montage. Während die erwärmte Speiche 2 in Kontakt mit dem Nabenflansch 16 gebracht wird, wird Wärme auf den Nabenflansch 16 übertragen, was ein lokales Schmelzen oder Erweichen des Materials von Nabenflansch 16 bewirkt. Das erweichte Material von Nabenflansch 16 passt sich an, um das Ende der Speiche 2 so zu kapseln, dass bei Auskühlen und Erhärten eine feste Verbindung zwischen den beiden Bauteilen erreicht wird.
Während die Verwendung eines vorgeformten Lochs 102 vorzuziehen ist, sollte weiterhin beachtet werden, dass ein derartiges Loch 102 keine absolute Voraussetzung zum Erreichen des oben beschriebenen Verformungseingriffs ist. Es ist vorgesehen, dass die Speiche 2 verwendet werden kann, um die Oberfläche des Nabenflansches 16 zu durchbohren, um das Loch 102 zu formen. Somit kann die Speiche 2 verwendet werden, um die Oberfläche des Nabenflansches 16 bei Kontakt zu erweichen. Ein weiteres Zwingen der Speiche weiter unter die Oberfläche formt gleichzeitig Loch 102 und führt zu einem Verformungseingriff zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16.
22b beschreibt eine Ausführungsform, bei der einzelne Einsätze 104 mit dem Nabenflansch 16 mittels mechanischer Energie auf ähnliche Art verbunden werden, wie in 22a beschrieben. Der Einsatz 104 umfasst somit vorzugsweise einen konfigurierten Abschnitt 36, und der Nabenflansch 16 umfasst vorzugsweise Löcher 102 zur Aufnahme des Einsatzes 104. Während der Einsatz 104 in Kontakt mit dem Loch 102 im Nabenflansch 16 gebracht wird, wird durch den Einsatz 104 mittels eines Ultraschallschweißarms 105 mechanische Energie auf das Material von Nabenflansch 16 übertragen. Die mechanische Energie bewirkt ein lokales Schmelzen des Materials von Nabenflansch 16, wodurch ermöglicht wird, dass der Einsatz 104 in das Loch 102 des Materials von Nabenflansch 16 passt. Eine anschließende Wiedererhärtung des erweichten Materials führt zu einer festen Verbindung zwischen dem Einsatz 104 und dem Nabenflansch 16. Die Speiche 2 kann dann an dem Einsatz 104 befestigt werden, um eine feste Verbindung mit dem Nabenflansch 16 zu erzeugen. Der Einsatz 104 dient somit als ein Zwischenverbindungsglied, ähnlich wie die Gewindeeinfassung 22 von 10a–b. In 22b ist die Speiche 2, wie gezeigt, ein- und ausdrehbar an dem Einsatz 104 befestigt.
22c und 22d beschreiben eine Anordnung, bei der das Material von Speiche 2 mit dem Material von Nabenflansch 16 verschweißt oder verschmolzen wird. In dieser Figur ist Speiche 2 vorzugsweise aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz konstruiert, wie beispielsweise einem Nylonharz, das mit Aramid-Längsfasern verstärkt ist. 22c zeigt die Anordnung vor Einführung der Speiche 2 in Loch 102. Nabenflansch 16 umfasst Loch 102, das in seiner Abmessung im Vergleich zu dem Gegenbereich der Speiche 2 unterbemessen ist. Auf ähnliche Weise wie in 22a beschrieben, wird auf die Speiche 2 mechanische Energie übertragen, so dass, während Speiche 2 in Loch 102 in Richtung von Pfeil 27 eingeführt wird, mechanische Energie die Erzeugung von Wärme an der Schnittstelle zwischen Nabenflansch 16 und Speiche 2 veranlasst. Diese Wärme bewirkt ein Schmelzen und Verformen von sowohl der Speiche 2 als auch des umgebenden Materials von Nabenflansch 16, was zu einer Schweißschnittstelle 150 führt, wobei das Material von Nabenflansch 16 mit dem Material von Speiche 2 verschweißt und verschmolzen wird. Bei Auskühlen und Erhärten der Schweißschnittstelle 150 wird eine feste Verbindung zwischen der Speiche 2 und dem Nabenflansch 16 erreicht. Wie zuvor erwähnt, ist Ultraschallvibration das Verfahren, das für die Zufuhr der mechanischen Energie zur Erzeugung der erforderlichen Wärme bevorzugt angewandt wird. Alternativ können Rotationsschweißverfahren angewandt werden, wenn die Speiche 2 einen runden Querschnitt aufweist und um ihre Längsachse gedreht wird, was an der Schweißschnittstelle 150 zu einer Reibschweißung führt. Für den Fall, dass die Speiche 2 und der Nabenflansch aus elektrisch leitenden Materialien geformt sind, wie beispielsweise Metall, können anstelle des zuvor beschriebenen Ultraschallschweißens Widerstandsschweißverfahren angewandt werden. Diese Schweißverfahren sind dem Fachmann hinreichend bekannt.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Fahrzeugrad bereit, das kostengünstig zu produzieren ist, sich gut für Massenfertigungsverfahren eignet, ein geringes Gewicht aufweist und robust und zuverlässig ist. Weiterhin reduziert die vorliegende Erfindung Bauteilkosten durch die Verwendung von kostengünstigeren Materialien und durch Verwendung von netzförmigen Nabenformungsvorgängen, um Abfall und Fertigungsaufwand zu reduzieren. Des Weiteren reduziert die vorliegende Erfindung das Radgewicht durch Ermöglichung der Verwendung von leichten Nabenmaterialien, einschließlich verstärkter Polymere, indem eine größere Freiheit hinsichtlich der Details und der Geometrie des Nabenflansches zugelassen wird, um die Auslegung zu optimieren, und indem eine Hybridnabenflanschkonstruktion ermöglicht wird, bei der nur wo nötig hochfeste Materialien verwendet werden. Weiterhin erhöht die vorliegende Erfindung die Festigkeit und Zuverlässigkeit des Rads durch Reduzierung von Spannungen in Bauteilen und Verbindungen, durch Eliminierung jeglicher Zwischenräume oder Relativbewegung zwischen der Nabe und den Speichen, durch Eliminierung jeglicher ungestützter Biegungen in den Speichen.
Zwar umfasst meine vorstehende Beschreibung viele Spezifitäten; diese sollten jedoch nicht als Beschränkung des Umfangs der Erfindung ausgelegt werden, welcher durch die Ansprüche definiert ist. Zeichnungen Fig. 1, 2a–c

Prior Art Stand der Technik

Fig. 21c

Encapsulating Material Kapselungsmaterial

Fig. 22a

Mechanical Energy Mechanische Energie

Claims

Ein Rad mit einem peripheren Radkranz (8, 13), einer zentralen Radnabe (14) mit einem äußeren Flansch (16) und einer Mehrzahl von Speichen (2), die zwischen dem Radkranz und der Nabe verlaufen, wobei jede der Speichen einen ersten Abschnitt (6) aufweist, der mit dem Radkranz verbunden ist, und einen dem ersten Abschnitt gegenüber angeordneten zweiten Abschnitt (4), der mit der Nabe verbunden ist, wobei der äußere Flansch (16) oder der Radkranz (13) mindestens ein Loch aufweist, das zur Aufnahme des ersten oder zweiten Abschnitts mindestens einer Speiche (2) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das mindestens eine Loch (20, 31, 33) kleiner ist als die darin einzuführende(n) entsprechende(n) Speiche oder Speichen, (b) mindestens ein Abschnitt der Seitenwände des Lochs aus einem ersten Material besteht oder dieses aufweist, (c) der erste und/oder zweite Abschnitt der entsprechenden Speiche oder Speichen aus einem zweiten Material besteht oder eine Oberfläche eines zweiten Materials aufweist, (d) die entsprechende(n) Speiche oder Speichen durch Einführung in das entsprechende Loch mit dem äußeren Flansch oder dem Radkranz verbunden oder an diesem befestigt werden, wobei entweder mindestens ein Abschnitt des Lochs durch die entsprechende(n) Speiche oder Speichen verformt wird oder die entsprechende(n) Speiche oder Speichen durch das Loch verformt wird (werden), wodurch ein Verformungseingriff in einem Verformungseingriffsbereich erzeugt wird, wobei der Verformungseingriff zu einer festen Verrastung der entsprechenden Speiche oder Speichen in dem äußeren Flansch und/oder dem Radkranz führt und eine Verbindung schafft, die einer Relativbewegung zwischen dem Loch und der (den) entsprechenden Speiche oder Speichen standhält.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch vor dem Einführen der Speiche oder Speichen ausgeführt wird, vorzugsweise umfassend eine Mehrzahl von Löchern zur Verbindung mit einer Mehrzahl von Speichen mittels des Verformungseingriff.
Das Rad nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verformungseingriff ein formschlüssiger Eingriff ist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei entweder das erste Material oder das zweite Material weicher ist als das andere, wobei das weichere Material durch das andere Material in dem Verformungseingriffsbereich verformt wird, wobei die Verformung vorzugsweise in mindestens einer Seitenwand des Lochs in dem Verformungseingriffsbereich auftritt, wobei vorzugsweise ein Kontakt zwischen der Speiche und dem Loch um den vollen Querschnittsumfang der Speiche herum hergestellt wird.
Das Rad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Ende der Speiche (3: 2) eine feste Verbindung aufweist und das gegenüber liegende Ende (6) der Speiche Mittel zur Einstellung (22) ihrer effektiven Spannlänge aufweist, wodurch die Zugspannung der Speiche eingestellt werden kann, wobei das Rad vorzugsweise ein Zugspeichenrad ist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch gekennzeichnet ist durch einen der folgenden Aspekte: (a) zwei Enden mit Längsseitenwänden, die zwischen den beiden Enden verlaufen, wobei die Seitenwände des Lochs gerade sind, oder (b) mindestens ein offenes Ende und geschlossene Längsseiten, wobei das Loch den Querschnitt der Speiche in dem Verformungseingriffsbereich umgibt und umschließt, oder (c) ein blindes Loch (20), das ein offenes Ende (46), geschlossene Längsseiten und eine geschlossene Unterseite (47) aufweist, oder (d) ein durchgehendes Loch (31), das zwei offene Enden und geschlossene Längsseiten aufweist, oder (e) das Aufweisen zweier Enden mit Seitenwänden, die zwischen den beiden Enden verlaufen, wobei der Verformungseingriffsbereich in mindestens einem Abschnitt der Seitenwände auftritt, oder (f) das Loch ist ein in Längsrichtung verlaufendes Loch mit einer Querschnittsabmessung, und die Speiche weist eine Querschnittsabmessung innerhalb des Verformungseingriffsbereichs auf, die der Querschnittsabmessung des Lochs entspricht, wobei die Querschnittsabmessung der Speiche größer ist als die zugehörige Querschnittsabmessung des Lochs, wodurch ein Presssitz zwischen der Speiche und dem Loch erzeugt wird.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch ein offenes Loch ist (17a: 33; 17b: 33; 17c: 33; 20: 133) mit einem offenen Bereich entlang mindestens eines Abschnitts der Seite des Lochs und mindestens einem offenen Ende, wobei das Loch den Querschnitt der Speiche in mindestens einem Abschnitt des Eingriffsbereichs vorzugsweise nur teilweise umgibt, wobei das Loch vorzugsweise entlang seiner Längsachse gekrümmt ist und der Eingriffsbereich ein gekrümmter Eingriffsbereich ist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche eine Längsachse in dem Eingriffsbereich umfasst und das Loch ein gerades Loch mit einer Längsachse ist (4a: 35), wobei die Längsachse der Speiche kollinear zu der Längsachse des Lochs ist, wobei die Speiche vorzugsweise einen im Allgemeinen geraden Speichenspannlängenabschnitt aufweist, der zwischen dem äußeren Flansch und dem Radkranz verläuft, wobei die Längsachse des Speichenspannlängenabschnitts im Allgemeinen kollinear zu der Längsachse des Lochs ausgerichtet ist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche in einem Bereich (12 in 8a) außerhalb des Eingriffsbereichs gebogen ist, um die Spannlänge der Speiche so zu führen, dass sie sich in Richtung ihres gegenüber liegenden Verbindungspunktes erstreckt, wobei sich die Längsachse des Lochs vorzugsweise in einer im Allgemeinen axialen Ausrichtung befindet.
Das Rad nach Anspruch 8, aufweisend einen Speichenführungsabschnitt (81 in 8a) des Radkranzes und/oder des äußeren Flansches, angeordnet außerhalb des Lochs, wobei der Führungsabschnitt zum Stützen der Speiche in dem gebogenen Bereich dient, vorzugsweise aufweisend ein ringförmiges Stützelement (79 in 8b), das die Achse umgibt, wobei das ringförmige Stützelement den Führungsabschnitt umfasst.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch ein gerades Loch mit einer radial verlaufenden Längsachse ist oder einer Achse (35 in 4a), die schräg und zu der Achsenmitte radial versetzt verläuft, wobei der äußere Flansch vorzugsweise eine Mehrzahl der Löcher aufweist, wobei mindestens zwei der Löcher zueinander axial versetzt sind.
Das Rad nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen der folgenden Aspekte: (a) das Loch ist ein durchgehendes Loch (7a; 31) mit zwei offenen Enden (46a, 46b), und mindestens zwei Speichen (2) stehen mit dem Loch in Eingriff, wobei eine erste Speiche durch ein erstes der offenen Enden verläuft und eine zweite Speiche durch ein zweites der offenen Enden verläuft, oder (b) das Aufweisen mindestens zweier Löcher (7b, 7d), wobei die Längsachse des ersten Lochs im Allgemeinen parallel zu der Längsachse des zweiten Lochs verläuft und das erste Loch zu dem zweiten Loch versetzt angeordnet und entweder radial oder axial zu diesem beabstandet ist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche eine Doppelspeiche ist (2 in 17b und 7c), die ein durchgehendes Element mit zwei Konstruktionsspannlängen (3a, 3b) zwischen dem Radkranz und der Nabe darstellt, aufweisend einen gemeinsamen Abschnitt (64, 36), der mit dem Loch mittels des Eingriffsbereichs in Eingriff steht.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche gekennzeichnet ist durch einen der folgenden Aspekte: (a) ein Längselement, aufweisend einen kreisförmigen Querschnitt innerhalb des Eingriffsbereichs, oder (b) eine nicht kreisförmige Querschnittsgeometrie innerhalb des Eingriffsbereichs, die zur Begrenzung der Verdrehung der Speiche um die Längsachse des Lochs dient, wobei die nicht kreisförmige Geometrie vorzugsweise ein im Allgemeinen flacher Querschnitt ist mit einer Breite, die größer als seine Dicke ist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche (7d; 200a, 200b) einen Speichenspannlängenabschnitt aufweist, der zwischen dem äußeren Flansch und dem Radkranz verläuft, wobei der Speichenspannlängenabschnitt einen im Allgemeinen flachen Querschnitt aufweist mit einer Breite, die größer als seine Dicke ist, wobei die Breite im Allgemeinen tangential ausgerichtet ist für einen in Richtung der Raddrehung verringerten aerodynamischen Widerstand.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei der äußere Flansch mindestens einen ersten und einen zweiten Eingriffsbereich aufweist, wobei jeder Eingriffsbereich separaten Speichen zugeordnet ist, wobei der erste Eingriffsbereich ein in Längsrichtung verlaufender Eingriffsbereich ist, aufweisend einen Abschnitt desselben mit geringem Abstand (172 in 13b und 13c) zu einem Abschnitt des zweiten Eingriffsbereichs und verringerter Materialdicke des äußeren Flansches, wobei die Speichen einander vorzugsweise in dem Bereich mit geringem Abstand berühren, wobei mindestens eines der Löcher ein gerades Loch mit einer schräg verlaufenden Längsachse ist.
Das Rad nach Anspruch 18, aufweisend den Abschnitt mit geringem Abstand, der einen in der axialen Draufsicht erkennbaren Überlappungsbereich aufweist, wobei dieser Überlappungsbereich vorzugsweise einen von dem Überlappungsbereich radial nach außen zu messenden Überlappungswinkel (176 in 13b und 13c) aufweist, wobei der Überlappungswinkel vorzugsweise kleiner als 180 Grad ist, wobei der Überlappungswinkel vorzugsweise größer als oder gleich 180 Grad ist.
Das Rad nach Anspruch 19, wobei der in Längsrichtung verlaufende Eingriffsbereich der ersten Speiche mindestens zwei Überlappungsbereiche aufweist (154, 156 in 14b), zugeordnet zu dem in Längsrichtung verlaufenden Eingriffsbereich mindestens einer anderen der Speichen, wobei der in Längsrichtung verlaufende Eingriffsbereich der ersten Speiche (144 in 14b) als verstärkende Spannlänge zur Überbrückung der beiden Überlappungsbereiche dient, und vorzugsweise aufweisend mindestens zwei der verstärkenden Spannlängen, wobei die verstärkenden Spannlängen mittels mindestens zweier Überlappungsbereiche miteinander verbunden sind, um einen vollen Umfang der verstärkenden Spannlängen zur Verstärkung einer Umfangsfestigkeit des äußeren Flansches um dessen Achse zu erreichen.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei der äußere Flansch eine Mehrzahl von radial im Uhrzeigersinn ausgehenden schräg verlaufenden Speichen hält (148, 160 in 14a) sowie eine Mehrzahl von radial entgegen dem Uhrzeigersinn ausgehenden schräg verlaufenden Speichen (144 in 14b), wobei mindestens eine der im Uhrzeigersinn ausgehenden Speichen zu mindestens einer entgegen dem Uhrzeigersinn ausgehenden Speiche axial versetzt ist.
Das Rad nach Anspruch 22, wobei der Verformungseingriffsbereich eine Längsachse aufweist (35 in 4a), wobei das Loch gegen die Speiche gepresst oder die Speiche gegen das Loch gepresst wird, wobei das Pressen in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse erfolgt, um eine Einspannung zwischen den Speichen und dem Loch zu erzeugen.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei mehr als eine der Speichen (2) innerhalb eines einzelnen Lochs in Eingriff stehen (7a; 31), vorzugsweise aufweisend eine erste Speiche (200a) und eine zweite Speiche (200b), die innerhalb eines gemeinsamen Lochs (29a, 29b) in Eingriff stehen, wobei die erste Speiche mit der zweiten Speiche in Eingriff steht.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche in dem Eingriffsbereich eine konfigurierte Oberfläche aufweist und das Loch sich bei Einführen mindestens teilweise an die konfigurierte Oberfläche anpasst, wobei entweder (a) die konfigurierte Oberfläche spiralförmige Gewinde aufweist (64 in 4a), um die Verformung des Lochs zu erzeugen, und der Eingriff ein Gewindeeingriff ist, wobei die Speiche vorzugsweise ein- und ausdrehbar in dem Loch montiert ist, oder (b) die konfigurierte Oberfläche ringförmige Rippen zur Erzeugung der Verformung des Lochs aufweist, oder (c) die konfigurierte Oberfläche mindestens eine abgeschrägte Kante (37 in 5a; 29b in 7d) zur Schaffung der Verformung des Lochs aufweist, wobei die Kante in eine Richtung abgeschrägt ist, um eine rampenförmige Oberfläche für einen verringerten Kraftaufwand bei der Speicheneinführung zu schaffen, sowie eine scharfe Kante für einen erhöhten Kraftaufwand bei Herausziehen der Speiche, oder (d) die konfigurierte Oberfläche sowohl spiralförmige Gewinde als auch eine abgeschrägte Kante aufweist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch in dem Eingriffsbereich eine konfigurierte Oberfläche aufweist und sich die Speiche bei Verbindung mindestens teilweise an die konfigurierte Oberfläche des Lochs anpasst.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch ein offenes Loch (33) mit mindestens einer offenen Seite ist, wobei die Speiche in dem Loch in einer im Allgemeinen axialen Richtung (227 in 17a) im Allgemeinen senkrecht zu der Achse des Lochs montiert ist oder die Speiche in das Loch in einer im Allgemeinen radialen Richtung (227 in 17b) eingeführt ist.
Das Rad nach Anspruch 1, aufweisend ein zusätzliches Eingriffsglied (45), wobei das Eingriffsglied vorzugsweise sowohl mit der Speiche als auch mit entweder dem Radkranz oder dem äußeren Flansch in Eingriff steht, wobei das Eingriffsglied als sekundäres Befestigungsmittel zur Verstärkung der festen Verbindung dient.
Das Rad nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen der folgenden Aspekte: (1) die Speiche erlaubt eine spätere Entnahme aus dem Loch und/oder ein Wiedereinsetzen ohne Beschädigung des äußeren Flansches, oder (2) nach der Verbindung ist die Speiche dauerhaft in dem Loch befestigt, so dass eine Entnahme möglicherweise mindestens entweder die Speiche oder den äußeren Flansch bzw. den Radkranz beschädigt.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch ein durchgehendes Loch mit zwei offenen Enden ist (46a, 46b in 7c) und die Speiche eine Doppelspeiche ist, die ein durchgehendes Element mit zwei Konstruktionsspannlängen (3a, 3b) zwischen dem Radkranz und dem äußeren Flansch darstellt, aufweisend einen gemeinsamen Abschnitt, der mittels des Verformungseingriffs in Eingriff mit dem Loch steht, mit einer ersten Konstruktionsspannlänge, die durch ein erstes offenes Ende verläuft und einer zweiten Konstruktionsspannlänge, die durch ein zweites offenes Ende verläuft.
Das Rad nach Anspruch 1, aufweisend eine in Längsrichtung verlaufende Verbindungsschnittstelle zwischen dem zweiten Abschnitt mindestens einer der Speichen und dem äußeren Flansch, wobei in einer Draufsicht der zweite Abschnitt der Speiche innerhalb des Lochs über eine gedachte Linie hinaus (180 in 13d) radial zu einer axialen Mittelbohrung der zentralen Nabe und senkrecht zu einer Längsachse der Speiche verläuft, wobei der Eingriffsbereich vorzugsweise ein in Längsrichtung verlaufender Eingriffsbereich ist, der über eine gedachte Linie hinaus radial zu der axialen Mittelbohrung der zentralen Nabe und senkrecht zu der Längsachse der Speiche verläuft.
Das Rad nach Anspruch 1, aufweisend einen konfigurierten Abschnitt von mindestens entweder dem Loch oder der Speiche mit einer zurückziehbaren Eingriffsoberfläche (232 in 19), die sich während des Verbindens passiv verformen und zurückziehen und nach Herstellung der Verbindung wieder ausdehnen kann, um mit einer Gegenoberfläche von entweder dem Loch oder der Speiche eine Verrastung für eine fest montierte Verbindung zwischen der Speiche und dem Loch zu erzeugen.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei der Verformungseingriff einen Kaltfluss darstellt, wobei mindestens entweder die Speiche oder das Loch dem Verformungseingriff ohne wesentliches Erweichen aufgrund der Anwendung von Wärme unterzogen wird.
Das Rad nach Anspruch 1, aufweisend ein offenes Loch (33 in 17c; 133 in 20) und ein Klemmglied (96), wobei dieses die Speiche in engen Kontakt mit dem offenen Loch zwingt, um den Verformungseingriff zwischen dem äußeren Flansch und der Speiche zu erzeugen, wobei vorzugsweise mindestens entweder das Klemmglied oder der äußere Flansch das Loch aufweist und das Loch und/oder die Speiche eine konfigurierte Oberfläche (36) in dem Eingriffsbereich aufweist, so dass sich die Speiche und/oder das Loch an die konfigurierte Oberfläche anpasst, was zu einer festen Verbindung zwischen der Speiche und dem Loch führt.
Das Rad nach Anspruch 1, aufweisend ein Verbindungsglied (83, 89 in 9a–9c) mit mindestens einem Loch, wobei mindestens zwei der Speichen (2) mit dem Verbindungsglied in dem Verformungseingriffsbereich in Eingriff stehen, wobei das Verbindungsglied mit entweder dem Radkranz oder dem äußeren Flansch (74) verbunden ist, wobei das Verbindungsglied vorzugsweise ein ringförmiges Element (83) mit einer zentralen Öffnung ist, die die Mittelachse umgibt.
Das Rad nach Anspruch 1, aufweisend ein Zwischenverbindungsglied (166 in 12; 104 in 22b; 22 in 10a), wobei mindestens eine der Speichen (2) mit dem Zwischenverbindungsglied verbunden ist, wobei das Zwischenverbindungsglied mit dem Loch (20, 44) mittels des Verformungseingriffsbereichs in Eingriff steht, wobei vorzugsweise mindestens zwei der Speichen mit einem einzigen Zwischenverbindungsglied (166) verbunden sind oder das Zwischenverbindungsglied vorzugsweise eine Einfassung (22, 104) ist, die die Speiche umgibt.
Das Rad nach Anspruch 1, aufweisend mindestens ein mit dem Radkranz und/oder dem äußeren Flansch verbundenes Verstärkungselement (8a, 8b; 81, 84), wobei das Verstärkungselement zur Verstärkung von mindestens entweder dem Radkranz oder dem äußeren Flansch (16) dient, um Spannung und Durchbiegung, die im Zusammenhang mit Speichenzugkräften (5) auftreten, standzuhalten, wobei das Verstärkungselement vorzugsweise mit dem äußeren Flansch (16) verbunden ist und ein durchgehendes ringförmiges Element ist, das eine zentrale Öffnung aufweist, welche die Achse (9) umgibt, wobei das Verstärkungselement vorzugsweise eine Verstärkung des Radkranzes und/oder des äußeren Flansches gegen radiale Spannungen und Umfangsspannungen bietet, wobei die Speiche vorzugsweise so positioniert ist, dass sie sich in Kontakt mit dem Verstärkungselement befindet.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Material des Lochs ein polymeres Material ist, das vorzugsweise Verstärkungsfasern aufweist, wobei das polymere Material vorzugsweise ein thermoplastisches Material ist, vorzugsweise ein warm ausgehärtetes polymeres Material.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei der äußere Flansch (16) eine erhöhte und/oder vertiefte äußere Geometrie aufweist, um die Abmessung des äußeren Flansches zur Stützung der Speiche (2) in dem Verformungseingriffsbereich lokal zu vergrößern, vorzugsweise eine vergrößerte Tiefe des Eingriffsbereichs mit der Speiche bietend und/oder aufweisend eine durchgehende Öffnung (152 in 11) innerhalb des äußeren Flansches, wobei der äußere Flansch so verläuft, dass er die durchgehende Öffnung umgibt.
Das Rad nach Anspruch 1, aufweisend ein Nabengehäuse (14 in 15a und 15b), wobei das Nabengehäuse mindestens zwei axial getrennte äußere Flansche (16a, 16b) aufweist, die jeweils mit einem zweiten Abschnitt einer Speiche (2) verbunden sind, und aufweisend einen dazwischen liegenden Distanzabschnitt (190, 198a, 198b), wobei die mindestens zwei äußeren Flansche und der Distanzabschnitt vorzugsweise als eine einzige zusammenhängende Einheit ausgebildet sind.
Das Rad nach Anspruch 37, wobei das Nabengehäuse (14) einen ersten und einen zweiten äußeren Flansch (16a, 16b) aufweist, wobei der erste äußere Flansch mit dem zweiten äußeren Flansch an einer Verbindungsschnittstelle verbunden ist, vorzugsweise aufweisend ein Distanzelement (190), das den ersten äußeren Flansch und den zweiten äußeren Flansch axial voneinander trennt, wobei der erste äußere Flansch mit dem Distanzelement an einer ersten Verbindungsschnittstelle verbunden ist und der zweite äußere Flansch mit dem Distanzelement an einer zweiten Verbindungsschnittstelle verbunden ist, wobei mindestens entweder der erste äußere Flansch oder der zweite äußere Flansch vorzugsweise einen integralen Distanzabschnitt (198a, 198b) aufweist, um den ersten äußeren Flansch von dem zweiten äußeren Flansch axial zu trennen, wobei mindestens einer der äußeren Flansche mit dem Distanzabschnitt an einer Verbindungsschnittstelle verbunden ist.
Das Rad nach Anspruch 38, wobei die Verbindungsschnittstelle eine drehbar verkeilte Verbindungsschnittstelle ist, so dass die äußeren Flansche (16a, 16b) verrastet sind, um die Winkelausrichtung zwischen ihnen aufrechtzuerhalten, wobei die Verbindungsschnittstelle vorzugsweise abmontierbar ist und vorzugsweise Mittel zur Befestigung des ersten äußeren Flansches an dem zweiten äußeren Flansch aufweist.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch (20) und/oder die Speiche (2) Seitenwandoberflächen aufweisen, wobei der verrastete Eingriff zwischen der Speiche und der Seitenwandoberfläche des Lochs auftritt, wobei der Eingriff vorzugsweise ein Eingriff in Längsrichtung über einen Längsabstand entlang der Seitenwandoberflächen ist, wobei der Längsabstand vorzugsweise mindestens das Zweifache der Querschnittsabmessung der Speiche in dem Eingriffsbereich beträgt.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch (20) mittels des Pressens der Speiche (2) gegen die Nabe und/oder den Radkranz durchbohrt wird, wobei die Nabe und/oder der Radkranz vorzugsweise zur Erleichterung der Durchbohrung erwärmt werden.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei das Loch (22a–22d) und/oder vorzugsweise die Speiche (2) in dem Eingriffsbereich zur Erleichterung der gewünschten Verformung erwärmt wird.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Verformung eine Schmelzverformung ist, wobei die Oberfläche der Speiche (2 in 22c und 22d) mit der Oberfläche des Lochs entlang mindestens eines Abschnitts der Schnittstelle zwischen der Speiche und dem Loch verschmolzen wird, wobei die Schmelzverformung vorzugsweise eine geschweißte Verformung ist (150 in 22d), wobei das Material des Lochs mit dem Material der Speiche vermischt wird.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei die Speiche (2) oder das Loch (20) in dem Eingriffsbereich einen Unterschnitt aufweist, wobei das jeweilige Gegenstück, die Speiche oder das Loch, mindestens teilweise in Eingriff mit dem Unterschnitt steht, um Widerstand gegen Trennkräfte zwischen der Speiche und dem Loch zu bieten.
Das Rad nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt des Materials des Lochs einen erweichten, anpassbaren Zustand aufweist, um den Verformungseingriff zu erleichtern und einen anschließenden ausgehärteten Zustand, wobei der erweichte Zustand in einem lokalen Bereich auftritt, der an den Verformungseingriffsbereich angrenzt und diesen umfasst, so dass bei Einführen der Speiche in das Loch während des erweichten Zustands das erweichte Material verformt wird, um sich in dem Verformungseingriffsbereich an die Speiche anzupassen, wobei die Aushärtung des Materials den gewünschten verrasteten Eingriff zwischen dem Loch und der Speiche erzeugt, vorzugsweise aufweisend einen Presssitz zwischen dem Loch und der Speiche, wobei der erweichte Zustand vorzugsweise durch Anwendung von mechanischer Energie und/oder thermischer Energie und/oder durch chemisches Erweichen erreicht wird.
Das Rad nach Anspruch 8, wobei das Loch einen mindestens teilweise geschlossenen Endabschnitt aufweist (47 in 4a) und wobei die Speiche an einem Ende mit der Speiche innerhalb des Lochs endet, wobei der Speichenendabschnitt in Kontakt mit dem Endabschnitt des Lochs steht.