Versteifungseinrichtung zur Versteifung eines Fahrradrahmens und Fahrradrahmen mit Versteifungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Versteifungseinrichtung zur Versteifung eines Elektrofahrrad-Fahrradrahmens im Bereich eines einen Energiespeicher aufnehmenden Ausschnitts und betrifft einen Fahrradrahmen mit einer derartigen Versteifungseinrichtung.

Bei Elektrofahrrädern wird der elektrische Energiespeicher anstatt, wie bisher üblich, auf ein Rahmenrohr aufgesetzt, immer häufiger in ein Fahrradrahmen-Rohr integriert. Den damit verbundenen optischen Vorteil stehen ein erhöhter Fertigungs- und damit verbundener Kostenaufwand sowie besondere Anforderungen hinsichtlich einer ausreichenden Rohrsteifigkeit in diesem Bereich entgegen. Der erhöhte Aufwand hinsichtlich einer ausreichenden Rahmensteifigkeit resultiert daraus, dass zur Integration der Versorgungseinheit in das Rahmenrohr ein Bereich des Rahmenrohrs mit einem strukturschwächenden Ausschnitt versehen werden muss, der eine Öffnung bildet, durch die der elektrische Energiespeicher, beispielsweise zum Aufladen, aus dem Rahmenrohr entnommen bzw. in das Rahmenrohr wieder eingesetzt werden kann. Aus DE 10 2017 200 829 Al ist es bekannt, zur Fierstellung der erforderlichen Rahmensteifigkeit das Fahrradrahmen-Rohr wenigstens im Bereich des Öffnungs-Ausschnitts mit einzelnen Versteifungsrippen, Versteifungsstegen und dergleichen zu versehen, die mit der betreffenden Rohrwand beispielsweise stoffschlüssig verschweißt werden. Flierdurch sind die Fierstellungskosten erheblich. Der erhöhte Fertigungsaufwand resultiert unter anderem auch aus einer schlechten Zugänglichkeit des Einbauraums innerhalb des Rahmenrohrs, so dass die Fertigungsschritte kompliziert und zeitaufwändig durchgeführt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfachte und preiswerte Versteifung eines Fahrradrahmen-Rohrs bzw. einen derartig versteiften Fahrradrahmen zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Versteifungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit einem Fahrradrahmen gemäß Anspruch 8 mit einer Versteifungseinrichtung gemäß Anspruch 1.

Die erfindungsgemäße Versteifungseinrichtung ist ein eigenständig vorproduziertes modulares Bauelement, das in ein Rohr eines Fahrradrahmens einbaubar ist. Die Versteifungseinrichtung weist ein sich in dem Rohr axial erstreckendes erstes lineares Versteifungselement und/oder in einem bestimmten Winkel dazu mindestens ein sich ebenfalls in dem Rohr axial erstreckendes zweites lineares Versteifungselement auf. Die erfindungsgemäße Versteifungseinrichtung wird separat vom Fahrradrahmen gefertigt und lässt sich anschließend in verschiedene Rahmenformen montieren. Durch die winklige Anordnung des ersten und zweiten Versteifungselements lässt sich eine ausreichende Versteifung der Versteigungseinrichtung und somit des Fahrradrahmens wenigstens im Bereich eines Öffnungs-Ausschnitts, der im Fahrradrahmen-Rohr zur Montage eines Energiespeichers vorgesehenen ist, realisieren. Die Versteifungseinrichtung kann die Länge des Ausschnitts aufweisen oder länger als der Ausschnitt sein. Die Länge der Versteifungseinrichtung kann auch der Länge des gesamten betreffenden Fahrradrahmen-Rohrs entsprechen. Unter einem ersten bzw. zweiten Versteifungselement ist vorliegend ein mehr oder weniger flächiges bzw. stegartiges Element zu verstehen, das jedoch nicht grundsätzlich eben ausgebildet ist, sondern auch leicht gewölbt und/oder im Querschnitt keilförmig ausgebildet sein kann. Das erste und das zweite Versteifungselement stehen in einem von beiden eingeschlossenen Winkel von mindestens 45° zueinander, so dass auf diese Weise das Flächenträgheitsmoment des Versteifungselements bezüglich einer Längsbiegung, Querbiegung und/oder Torsion insbesondere im in den Fahrradrahmen-Rohr eingebauten Zustand und in Zusammenwirkung mit dem Fahrradrahmen-Rohr hoch ist. Das zweite Versteifungselement ragt bevorzugt mindestens um 5 mm, besonders bevorzugt um mindestens 8 mm von dem ersten Versteifungselement ab.

Besonders bevorzugt ist die gesamte Versteifungseinrichtung aus einem geeigneten Metall bestehend und vollständig einstückig ausgebildet, also auch frei von Verschweißungen.

Unter der axialen Richtung ist vorliegend stets, bei in das Fahrradrahmen-Rohr eingebauter Versteifungseinrichtung, die Längsrichtung des betreffenden Fahrradrahmen-Rohrs zu verstehen. Die Versteifungseinrichtung ist in axialer Richtung linear langgestreckt ausgebildet.

Das erste Versteifungselement, beispielsweise die Grundplatte des langgestreckten Versteifungselements, kann mehrere Durchbrüche und/oder Ausnehmungen aufweisen. Die Durchbrüche können geschlossen umlaufende Ränder aufweisen, wohingegen die Ränder der Ausnehmungen in die beiden einander gegenüberliegenden Seitenränder des ersten Versteifungselements übergehen. Die Durchbrüche und Ausnehmungen dienen zum einen der Gewichtsersparnis und zum anderen ermöglichen sie es, dass bei der Fahrradrahmen-Montage unterhalb bzw. distal des ersten Versteifungselements hantiert werden kann, um beispielsweise ein oder mehrere Kabel unter dem Versteifungselement bzw. zwischen dem Versteifungselement und der angrenzenden Rohrwand hindurchzuziehen. Zur leichten Herstellbarkeit können die Durchbrüche rechteckförmig, wabenförmig oder rautenähnlich ausgebildet sein, wobei die rautenähnlichen Durchbrüche vier geradlinig verlaufende Ränder aufweisen, wobei die einander gegenüberliegenden Ränder parallel verlaufen und zwischen zwei geradlinig verlaufenden Rändern bogenförmige Ränder angeordnet sind. Die Ausnehmungen können V-förmig ausgebildet sein.

Damit die Versteifungseinrichtung trotz der Durchbrüche und/oder Ausnehmungen eine hohe Steifigkeit aufweist, können die Durchbrüche und die Ausnehmungen in axialer Längsrichtung des ersten Versteifungselements versetzt zueinander angeordnet sein.

Das erste Versteifungselement kann eine mit den Durchbrüchen versehene Grundplatte aufweisen, an die sich mit einem ersten Neigungswinkel schräg zur Grundplatte verlaufende Übergangsbereiche anschließen, die in Randabschnitte übergehen, die einen zweiten Neigungswinkel, der geringer als der erste Neigungswinkel ist, aufweisen. Somit erhält das erste Versteifungselement einen wannenähnlichen Querschnitt, der ein Aufnahmebett für einen Energiespeicher bildet.

Mehrere zweite Versteifungselemente können im Rohr als axial beabstandete hintereinander angeordnete Leisten ausgestaltet sein. Somit kann auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise die Steifigkeit der Versteifungseinrichtung erhöht werden. Aus demselben Grund können die mehreren im Rohr axial beabstandeten hintereinander angeordneten Leisten nebeneinander verlaufende Leistenreihen bilden. Die nebeneinander verlaufenden Leistenreihen können vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sein.

In einer sehr einfachen Ausführungsform kann die Versteifungseinrichtung ein mehrere Löcher aufweisendes Metallblech sein.

Um eine hohe Steifigkeit zu erreichen, kann die Versteifungseinrichtung aus einem Metallwerkstoff gefertigt sein. Ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist empfehlenswert, wenn außer der hohen Steifigkeit auch ein geringes Gewicht für die Versteifungseinrichtung gefordert ist. Ein glasfaserverstärkter Kunststoff kann bei geringeren Anforderungen an die ausreichende Steifigkeit gewählt werden.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Fahrradrahmen für ein Elektrofahrrad, der in einem Unterrohr oder in einem Sattelrohr eine Versteifungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist. Die Versteifungseinrichtung ist im Wesentlichen über ihre gesamte Länge mit der angrenzenden Rohrwand verbunden, jedoch nicht notwendigerweise über die gesamte axiale Länge ununterbrochen mit der Rohrwand verbunden. Vorzugsweise ist die Versteifungseinrichtung in mindestens zwei axialen und zueinander parallelen Spuren mit der angrenzenden Rohrwand verbunden. Hierdurch wird der betreffende Rohrabschnitt insbesondere auch in Bezug auf Torsion versteift.

Die Versteifungseinrichtung ist vorzugsweise im Wesentlichen kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Rohrwand des betreffenden Fahrradrahmen-Rohrs verbunden, beispielsweise durch eine Vielzahl punktueller Schraubverbindungen. Die Versteifungseinrichtung kann zusätzlich bzw. ergänzend auch noch stoffschlüssig mit der Rohrwand verbunden sein, beispielsweise durch punktuelle Verschweißung. Der Formschluss bzw. Kraftschluss zwischen dem Fahrradrahmen-Rohr und der Versteifungseinrichtung vermeidet vollständig oder verringert erheblich den Aufwand für die mechanische Verbindung der Versteifungseinrichtung mit der angrenzenden Rohrwand.

Im Unterrohr oder im Sattelrohr können zwei gegenüberliegende Sockel vorgesehen sein. Unter „gegenüberliegend" ist vorliegend zu verstehen, dass die beiden Sockel beispielsweise spiegelsymmetrisch zu einer axialen Vertikalebene einander gegenüberliegen. Die Sockel können stegartig ausgebildet sein und von der Rohrwand mit einer radialen Komponente in den Rohr-Innenraum hineinragen.

Die Sockel bzw. Sockelstege können sich über einen Teil oder die gesamte Länge des betreffenden Sattelrohrs oder Unterrohrs erstrecken. Die beiden Sockel versteifen das Unterrohr oder Sattelrohr zusätzlich, und nehmen besonders bevorzugt die Versteifungseinrichtung formschlüssig auf und/oder dienen als Vollmaterial für Bohrungen oder Gewindebohrungen, in die korrespondierende Bolzen oder Gewindeschrauben zur Fixierung der Versteifungsvorrichtung eingesteckt bzw. eingeschraubt sind.

In die Sockel können Bohrungen und/oder axial verlaufende Nuten eingearbeitet sein. Die Bohrungen können mit einem Gewinde versehen sein, so dass Schrauben zur Befestigung der Versteifungseinrichtung im Unterrohr oder im Sattelrohr in die Bohrungen eingeschraubt werden können. Die Bohrungen, die Durchgangsbohrungen sein können, können nach dem Einschraubvorgang von außen verschlossen werden, beispielsweise mit einem Kitt. In die Nuten können gewindeschneidende Schrauben eingedreht werden, sodass die separate Herstellung eines Innengewindes entfallen kann. Im Unterrohr oder im Sattelrohr können Längslöcher vorgesehen sein, um die Versteifungseinrichtung mit dem Unterrohr oder dem Sattelrohr vorzugsweise von außen zu verschweißen. Das Unterrohr oder das Sattelrohr kann ein Strangpressprofil sein, das für alle Rahmenformen verwendbar ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindungen anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein Elektrofahrrad mit einer ersten Ausführungsform eines Fahrradrahmens;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf eine zweite Ausführungsform des Fahrradrahmens;

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf den Fahrradrahmen der Fig. 2 mit einer erfindungsgemäßen Versteifungseinrichtung; Fig. 4 eine perspektivische Vorderansicht auf die Versteifungseinrichtung der Figur 3;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Versteifungseinrichtung der Figuren 3 und 4;

Fig. 6 eine perspektivische Seitenansicht auf die Versteifungseinrichtung der Figuren 3-5;

Fig. 7 eine Vorderansicht auf die Versteifungseinrichtung der Figuren 3-6; Fig. 8 eine perspektivische Vorderansicht bzw. eines perspektivischen Querschnitts einer ersten Ausführungsform eines Rohres des Fahrradrahmens der Figuren 1-3; Fig. 9 eine perspektivische Ansicht auf die mit einem Ausschnitt versehene erste Ausführungsform des Rohres der Fig. 8 und die Versteifungseinrichtung vor einer Montage;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht auf eine zweite Ausführungsform eines Rohres des Fahrradrahmens der Figuren 1-3 und die

Versteifungseinrichtung vor einer Montage; und

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht auf das Rohr und die

Versteifungseinrichtung der Fig. 10 nach der Montage.

Fig. 1 zeigt ein Elektrofahrrad 10 mit einem Elektromotor 11', der hinter einer Abdeckung 11 montiert ist. Das Elektrofahrrad 10 weist einen Fahrradrahmen 12 mit einem Oberrohr 13, einem Unterrohr 14, einem Sattelrohr 15 und einem Steuerrohr 16 auf.

Unterhalb des Unterrohrs 14 bzw. von unten aus in dem Unterrohr 14 zugänglich ist ein elektrischer Energiespeicher 17 angeordnet. Der Energiespeicher 17, der vorzugsweise ein aufladbarer Akku ist, versorgt den Elektromotor 11' während des Fährbetriebs mit elektrischer Energie.

Der Energiespeicher 17 ist lösbar im Fahrradrahmen 12 montiert. Er kann deshalb im Bedarfsfall, beispielsweise zum Aufladen, zum Schutz vor Diebstahl, zu Wartungszwecken oder zum Austausch bei Verschleiß vom Fahrradrahmen 12 entnommen und später wieder daran angebracht werden. Fign. 2 und 3 zeigen einen Fahrradrahmen 20 mit einem Unterrohr 21, in welches ein Ausschnitt 22 zur Aufnahme des hier nicht näher dargestellten elektrischen Energiespeichers vorgesehen ist. Ferner weist der Fahrradrahmen 20 ein Oberrohr 23, ein Sattelrohr 24 und ein Steuerrohr 25 auf. Im Unterrohr 21 ist eine Versteifungseinrichtung 40 montiert (siehe Fign. 3 bis 7).

Die Versteifungseinrichtung 40 weist ein sich im Unterrohr 21 axial erstreckendes erstes Versteifungselement 41 und im rechten Winkel dazu zwei sich ebenfalls im Unterrohr 21 axial erstreckende zweite Versteifungselemente 42 und 43 auf. Das erste Versteifungselement 41 ist mit mehreren Durchbrüchen 44 und Ausnehmungen 45 und 46 versehen. Die Durchbrüche 44 und die Ausnehmungen 45 und 46 ermöglichen es, unterhalb der Versteifungseinrichtung 40 ein oder mehrere Kabel hindurch zu ziehen. Ferner dienen die Durchbrüche 44 und die Ausnehmungen 45 und 46 der Gewichtsersparnis.

Die Durchbrüche 44 weisen geschlossen umlaufende Ränder auf. Die Durchbrüche 44 weisen vier geradlinig verlaufende Ränder auf, wobei die einander gegenüberliegenden Ränder parallel zueinander verlaufen. Zwischen zwei geradlinig verlaufenden Rändern befinden sich bogenförmige Ränder. Somit weisen die Durchbrüche 44 eine rautenähnliche Form auf. Die Ausnehmungen 45 und 46 sind V-förmig ausgestaltet. Ihre Ränder gehen in die beiden einander gegenüberliegenden Seitenränder des ersten Versteifungselements 41 über, so dass die Ausnehmungen 45 und 46 die Seitenränder unterbrechen. Die Durchbrüche 44 und die Ausnehmungen 45 und 46 sind in axialer Längsrichtung des Versteifungselements 40 versetzt zueinander angeordnet, wodurch eine möglichst hohe Steifigkeit erreicht wird. Das erste Versteifungselement 41 weist eine Grundplatte 70 auf, an welche sich einen ersten Neigungswinkel aufweisende schräg verlaufende Übergangsbereiche 71 und 72 anschließen (siehe Fig. 7). Die Übergangsbereiche 71 und 72 gehen in Randabschnitte 73 und 74 über, die einen zweiten Neigungswinkel aufweisen, der geringer als der erste Neigungswinkel ist. Folglich weist das erste Versteifungselement 41 einen wannenähnlichen Querschnitt auf, der ein Aufnahmebett für den Energiespeicher bildet. Den Randabschnitten 73 und 74 folgen weitere aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit weiteren Bezugszeichen versehene Randabschnitte (siehe Fig. 5).

Zwei zweite Versteifungselemente 42 und weitere zweite Versteifungselemente 60 sind jeweils als Leisten ausgebildet, die axial beabstandet hintereinander angeordnet sind (siehe Fig. 6). Die Versteifungselemente 42 und 60 befinden sich unterhalb der Ausnehmungen 46, so dass die Versteifungselemente 42 und 60 die Steifigkeit der Versteifungseinrichtung erhöhen (siehe Fign. 5 und 6). Die Versteifungselemente 42 und 60 bilden eine erste Leistenreihe. Auf der gegenüberliegenden Seite befinden sich hier nicht erkennbar ebenfalls mehrere axial beabstandet hintereinander angeordnete zweite Versteifungselemente, die unterhalb der Ausnehmungen 45 platziert sind und somit eine zweite Leistenreihe, die parallel zu der ersten Leistenreihe verläuft, bilden.

Fig. 8 zeigt ein Rohr 80, welches vorzugsweise ein Unterrohr oder ein Sattelrohr sein kann und zur Aufnahme der Versteifungseinrichtung 40 vorgesehen ist. In dem Rohr 80 ist ein eine axial verlaufende Nut 81 aufweisender erster Sockel 82 angeordnet. Spiegelsymmetrisch gegenüber davon befindet sich ein zweiter Sockel 83, in den ein Gewinde aufweisende Bohrungen 84 eingebracht sind. Auf die Sockel 82 und 83 kann bei der Montage die Versteifungseinrichtung 40 aufgelegt werden. Die Versteifungseinrichtung 40 kann mit dem Rohr 80 verschraubt werden. Zu diesem Zweck können in die Nut 81 gewindeschneidende Schrauben eingeschraubt werden. Die Bohrungen 84 können jeweils ein Innengewinde aufweisen, in welche Schrauben zur Befestigung der Versteifungseinrichtung 40 mit dem Rohr 80 eingeschraubt werden können. Die unterschiedlichen Sockel 82 und 83 in dem Rohr 80 dienen in Fig. 8 der Illustration der beiden Verschraubungsalternativen. Üblicherweise weist das Rohr 80 zwei Sockel 82 mit der Nut 81 oder zwei Sockel 83 mit den Bohrungen 84 auf.

Vor dem Einbringen der Versteifungseinrichtung 40 in das Rohr 80 wird das Rohr 80 mit einem Ausschnitt 90 versehen. Anschließend wird die Versteifungseinrichtung 40 in Richtung eines Pfeiles 91 in das Rohr 80 eingesetzt (siehe Fig. 9). Die Versteifungseinrichtung 40 wird mit dem Rohr 80 verschraubt, wenn die Versteifungseinrichtung 40 aus einem kohlenstofffaserverstärkten oder glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist. Sie ist aber auch möglich, wenn die Versteifungseinrichtung 40 aus einem Metallwerkstoff gefertigt ist. Wenn die Versteifungseinrichtung 40 aus dem Metallwerkstoff gefertigt ist, kann sie alternativ zur Verschraubung mit einem Rohr 100 verschweißt werden (siehe Fign. 10 und 11). Zu diesem Zweck befinden sich in dem Rohr 100 Längslöcher 110, durch welche die Randabschnitte 73 und 74 und die übrigen Randabschnitte mit dem Rohr 100 verschweißt werden können. Vor dem Verschweißen kann die Versteifungseinrichtung 40 axial in Richtung eines Pfeiles 101 in das Rohr 100 eingeführt (siehe Fig. 10) und anschließend von außen mit dem Rohr verschweißt werden. Damit sich das Rohr 100 beim Verschweißen nicht verziehen kann, wird es erst nach dem Schweißvorgang mit einem Ausschnitt 111 versehen. Alternativ zu diesem Fertigungsablauf kann das Rohr 100 aber auch zuerst mit dem Ausschnitt 111 versehen werden, dann in das Rohr 100 eingeführt und anschließend mit dem Rohr 100 von innen oder von außen verschweißt werden.

Nachdem die Versteifungseinrichtung 40 mit dem Rohr 100 verschweißt worden ist, wird das Rohr 100, welches ein Strangpressprofil ist, in den Fahrradrahmen eingeschweißt.

Bezugszeichen

10 Elektrofahrrad 11 Abdeckung 11' Elektromotor

12 Fahrradrahmen

13 Oberrohr

14 Unterrohr 15 Sattelrohr

16 Steuerrohr

17 Energiespeicher

20 Fahrradrahmen 21 Unterrohr

22 Ausschnitt

23 Oberrohr

24 Sattelrohr

25 Steuerrohr

40 Versteifungseinrichtung

41 Versteifungselement

42 Versteifungselement

43 Versteifungselement 44 Durchbruch

45 Ausnehmung

46 Ausnehmung

60 Versteifungselement

70 Grundplatte 71 Übergangsbereich

72 Übergangsbereich

73 Randabschnitt

74 Randabschnitt

80 Rohr

81 Nut

82 Sockel

83 Sockel 84 Bohrung

90 Ausschnitt

91 Pfeil 100 Rohr 101 Pfeil

110 Längsloch

111 Ausschnitt