Titel: | Neuere Maschinen für Herstellung der Theile für Fahrräder. |
Fundstelle: | Band 298, Jahrgang 1895, S. 100 |
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Neuere Maschinen für Herstellung der Theile für
Fahrräder.
Mit Abbildungen.
Neuere Maschinen für Herstellung der Theile für
Fahrräder.
Bezugnehmend auf die 1895 296 * 101, 134 und 154
veröffentlichte Abhandlung über Fahrräder soll in Folgendem der Bau und die
Herstellung einzelner Theile des Fahrrades und der hierzu dienenden Arbeitsmaschinen
besprochen werden.
Bis zum Jahre 1866 war Paris für die Fabrikation von Fahrrädern fast allein
maassgebend, seitdem hat sich diese Industrie in England eingebürgert und sich dort
gewaltig entwickelt, so dass im Hauptproductionsgebiet, in der Stadt Coventry, in
neuerer Zeit (1894) jährlich an 300000 Stück Fahrräder erzeugt werden. Eine einzige
Firma, die Premier Cycle Company, hat während 11
Monaten (1893/94) über 20000 Stück fertiggestellt und verkauft.
Dieser riesige Aufschwung ist der Vervollkommnung des Sicherheitszweirades (Rovers)
durch Drahtspeichen, Gummireifen, Kugellager zu verdanken.
Die Priorität dieser Verbesserungen, nämlich der Ersatz der alten hölzernen, mit
Eisenreifen besetzten Räder durch Radfelgen aus Hohlstahlblech mit eingelegten
Gummiringen und Drahtspeichen wird nach Engineering,
1895 Bd. 59 * S. 361, dem verstorbenen E. A. Cowper
zugesprochen, der, von Freunden berathen, die Patentunkosten wegen dieser als
unbedeutend angesehenen und doch später so bedeutungsvoll gewordenen Erfindung nicht
wagen wollte. Uebrigens sind auch die von der Firma Starley
und Suttow in Coventry 1885 eingeführten niederen Zweiräder mit vorderem
Lenkrad und hinterem Triebrad bei zwischenliegender Kurbel und Kettenradumsetzung
bereits vom Turnlehrer Trefz in Stuttgart 1869 zur
Ausführung gebracht, während die Pariser Räder von Michaux (1869) zwei gleich grosse Räder besassen, von denen aber das
vordere Trieb- und Steuerrad zugleich war.
In den letzten Jahrzehnten hat auch die deutsche Fahrradindustrie einen
beachtenswerthen Aufschwung genommen und sich einen hervorragenden Rang im Weltmarkt
errungen.
Herstellung der Rahmengestelle.
In neuerer Zeit findet der sogen. Humber Rahmen (Fig. 8 bis 10, 296 104) für das niedere Zweirad (Rover) fast allgemein Eingang. Seine
Grundform ist ein Paralleltrapez mit zwei angeschlossenen Gabeldreiecken für das
hintere Triebrad, dessen Glieder aus Mannesmann'schen
Stahlröhren bestehen, die mittels Knie- und Rohrglieder in den Knotenpunkten ihre
Verbindung erhalten.
Im vorderen kurzen Parallelglied ist die Vorderradlenkgabel gelagert, durch das
mittlere Parallelglied ist die Sitz- oder Sattelstange geschoben, während im unteren
mittleren Knotenpunkt die Kurbelwelle läuft. Bei Rennmaschinen liegt das obere
Brustrohr fast wagerecht, wodurch eine grössere Steifigkeit des Rahmengestelles
erreicht wird.
Zu diesen Rahmengliedern werden, wie erwähnt, Stahlröhren, seltener Rundstäbe
verwendet.
Textabbildung Bd. 298, S. 101
Fig. 1.Helicalrohr.
Sehr bemerkenswerth sind die von der Premier Cycle
Company in Coventry aus 0,21 bis 0,44 mm starkem Stahlband gewundenen
Röhren von 9,5 bis 35 mm Durchmesser, die sogen. helical tubes (Fig. 1).
Nach Engineering, 1895 Bd. 59 * S. 362, werden die genau
gewalzten Stahlbänder auf die ermittelte Länge abgeschnitten, die Enden abgeschrägt
und über einen genau cylindrischen Stahldorn mittels einer Walzmaschine
gewunden. Diese Maschine besteht aus drei wagerecht liegenden Walzen, deren Achsen
ein Dreieck bilden und von denen die obere stellbar ist. Nach dem Aufrollen wird der
Dorn entfernt und an jedem Ende ein Schlussring aufgeschoben, in den das gewundene
lose Bandrohr mittels Kegelpfropfen geklemmt wird.
Die Stärke der Windung erfolgt in dem Maasse, dass im mittleren Theil der Rohrlänge
zwei, gegen die Enden zu drei Blechlagen auf einander zu liegen kommen. Hierauf wird
zwischen die losen Windungen feines körniges Hartloth eingeführt und das Rohr in
einem Gasofen bis zum Schmelzpunkt des Hartlothes erhitzt, worauf Arbeiter das
heisse Rohr an den Enden anfassen, strecken und dabei derart drehen, dass es die
vorgeschriebene Länge und Windungen erhält. Hierdurch wird das Loth, vorausgesetzt
dass es gleichmässig im Fluss ist, sich auch gleichartig zwischen die Lagen
vertheilen. Nachher werden die Schlussringe und Pfropfen herausgeschlagen und die
Rohrenden mit einer Zirkelsäge auf genaues Maass abgeschnitten.
Obwohl die ungeschweissten, also die gezogenen Mannesmann-Stahlrohre ein besseres
Aussehen besitzen als diese gewundenen Rohre, so erreichen die glatten, gezogenen
Rohre kaum die Hälfte der Biegungsfestigkeit, welche jene aus Stahlband gewundenen
erreichen. Der Grund hierfür liegt darin, dass die gezogenen Rohre naturgemäss aus
milderem Stahl herstellbar sind, und ferner darin, dass die gewundenen Rohre weit
gleichmässiger in der Wandstärke ausfallen und nur vollkommen tadelloses
Stahlbandmaterial in Verwendung kommt.
Nach Prüfungsversuchen von David Kirkaldy stellte sich
die Tragkraft eines gelötheten Bandrohres von 24,6 mm äusserem Durchmesser und 0,547
k Gewicht für das laufende Meter und eines gleich schweren 25,4 mm starken gezogenen
Stahlrohres zu 5850 k bezieh. 3781 k, entsprechend einer Zugfestigkeit von 84,8 k/qmm bezieh. 55,3
k/qmm.
Wichtiger als die Zug- ist bei Rahmengliedern die Biegungsfestigkeit. Wie
vorauszusehen, waren die Dehnungen beim Bandrohr im Vergleich zum gezogenen Rohr 1,5
Proc. zu 18,7 Proc. für Versuchslängen von 254 mm, ebenso die Contraction 3,4 Proc.
zu 37,7 Proc.
Auf Böckchen von 381 mm Schneidenabstand wurden wieder zwei Prüfstäbe wagerecht
aufgelegt und in der Mitte belastet. Bei Stahlbandrohren von 24,6 mm äusserem
Durchmesser und 0,510 k Gewicht für das laufende Meter erfolgten bei den folgenden
Belastungen in Kilo die entsprechenden Durchbiegungen in Millimeter.
45,0 k
0,762 mm
90,0 k
1,473 mm
157,5 k
2,540 mm
225,0 k
3,810 mm
337,5 k
Federgrenze bezieh. Streckgrenze
409,0 k
11,176 mm
424,0 k
geknickt,
während bei dem zwar etwas leichteren gezogenen Stahlrohr von
0,5 k für das laufende Meter die entsprechenden Verhältnisse wie folgt sich
gestalteten:
45,0 k
0,635 mm
90,0 k
1,016 mm
126,0 k
Federgrenze bezieh. Streckgrenze
157,5 k
8,47 mm
162,0 k
geknickt und verbogen.
Aehnlich stellten sich die äussersten Belastungsgrenzen zweier Prüfstäbe von
a) 25,4 mm Durchmesser
b) Nr. 17
Blechbandrohr
B. W. G. gezogen
und
0,619
bezieh.
0,667 k/m
503,1
„
248,4 k
Bandrohr
Mannesmann-Rohr
woraus ohne weiteres das harte Stahlbandrohr als doppelt so
fest wie das gezogene Stahlrohr angenommen werden kann.
Ausser der Lenkstange und der Gabel für das vordere Steuerrad, welches
Vollquerschnitt besitzt, werden sämmtliche Rahmentheile bei der Premier Cycle Company aus Stahlbandrohr gemacht.
Besonders wichtig sind überdies die Verbindungstheile, Naben, T- und
Winkelrohranschlüsse, welche, früher aus schmiedbarem Guss, später aus weichem
Façonstahl erzeugt, neuerdings aus Stahlblechen in Formen gepresst werden.
Textabbildung Bd. 298, S. 102
Rahmentheile der Premier Cycle Company.
In Fig. 2 und 3 sind solche Theile
vorgeführt, während in Fig.
4 der Anschluss eines gezogenen Rahmenstabes an die Nabe gezeigt ist, wie
ihn die Humber-Räder besitzen, wobei ein Versteifungsstutzen eingeschoben und
eingelöthet ist, welcher schnabelartig endet, wodurch das strenge Passen erleichtert
wird.
Uebrigens werden bei dem Humber-Rahmengestelle in dem Beeston-Werk alle Rohrstutzen genau nach Lehre ausgebohrt und die
Rohrstäbe streng eingepasst.
Für den Zusammenbau des Rahmenwerkes werden. nach The
Engineer, 1895 Bd. 79 * S. 53, Richtplatten verwendet, an denen in
passenden Lagern Lehrzapfen eingesetzt werden, die genau in der Lage und Abmessung
der Lenkstange, dem Sattelbolzen und der Kurbelwelle entsprechen. Nun wird vorerst
in die Kurbelnabe das Führungsrohr für die Sattelstange eingerichtet; indem durch
ein Lagerauge die derselben entsprechende Lehrstange eingeführt ist, kann durch ein
zweites Paar Lageraugen die Lehrstange eingelegt werden, welche zur Steuergabel
passt. Auf diese Weise werden die Rahmenglieder um genau parallel und winkelrecht
stehende Lehrbolzen sehr rasch eingebaut. Nach erfolgtem Einbau wird sofort mit der
Hartlöthung begonnen, wozu zwei Bunsen-Brenner in Anwendung kommen.
Ist nach Entnahme von der Richtplatte der Rahmen im spannungsfreien Zustande als
richtig befunden, so wird die Oberfläche desselben abgerichtet und der
Vollendungsarbeit unterworfen, wozu das Abspachteln und das Abschleifen, sowie das
wiederholte Einbrennen mit Emaillelack gehören.
Der Bau und die Herstellung der Naben.
Am einfachsten ist die Vorder- oder Steuerradnabe ausgebildet. Durch den Anschluss
des Kettenrades wird die Triebradnabe schon umständlicher. Besondere Sorgfalt
beansprucht der Bau der Kurbelnabe, weil an derselben nicht nur der Rahmen seine
Hauptstütze findet, sondern auch die heftige und rauhe Angriffsweise der
menschlichen Triebkraft grosse Ansprüche an die Festigkeit dieses Theiles stellt.
Besonders wichtig ist die Abminderung der Lagerreibung, da nur dadurch ein
hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann. Beachtenswerth bleibt hierbei der Umstand,
dass für die Leistungsfähigkeit einer Fahrradmaschine das Eigengewicht derselben
einen bedeutenderen Einfluss besitzt als die Lastvergrösserung, so dass ein Kilo
Maschinenmehrgewicht nachtheiliger wirkt als das gleiche Kilo des Fahrers. Es sind
daher auch alle Fahrradfabrikanten bestrebt, an ihren Maschinen das mindeste
Eigengewicht zu erzielen, was nur bei Verwendung der tragkräftigsten Materialien
möglich wird. So werden bei den Musterfahrrädern die Naben aus dem besten gepressten
Gusstahl, die Rahmen aus den leichtesten Stahlröhren, die Radspeichen aus bestem
hartgezogenen Stahldraht (Pianofortesaite), die Felgen aus Stahlblech oder Holz, die
Kurbeln aus bestem milden Stahl herzustellen sein, während die Kettenräder aus
schmiedbarem Stahlguss mit gefrästen Zähnen erzeugt werden. Trotz der Leichtigkeit
der Einzeltheile und des geringen Gesammtgewichts der Maschine blieb immer noch die
von der Belastung abhängige Lagerreibung zu überwinden.
Textabbildung Bd. 298, S. 102
Naben der Premier Cycle Company.
Am vollkommensten wird dieser Reibungswiderstand durch Kugellagerung herabgemindert,
wodurch allerdings die Theilzahl der Maschine, abgesehen von der Kugelmenge, durch
die Gegendruck- und Abschlussringe ganz beträchtlich vermehrt wird, was den
Grundsätzen des Maschinenbaues widerspricht, ein Grundsatz, nach dem die Stückzahl
der einzelnen Glieder einer Maschine auf das geringste mögliche Maass beschränkt
werden soll. Nichtsdestoweniger ist in diesem Fall das bessere Ergebniss erzielt
worden.
Die Naben der Premier Cycle Company-Fahrräder.
In Fig. 5 bis 10 sind nach Engineering, 1895 Bd. 59 *S. 364 und 429, die
Kurbeltriebwerknabe, die Triebradnabe und die Vorderrad- oder Steuerradnabe mit
ihren Einzelheiten im Bau vorgeführt. Bezugnehmend auf den bereits erwähnten
Rahmenbau ist in der unteren Nabe des Rahmengestelles A
(Fig. 5) eine Büchse
D mit aufgeschraubten Druckringen B eingeschoben, welche Kugelbahnen mit kegelförmiger
Lauffläche bilden. Gegen die Kugelkreise sind die Winkelringe E und F gestellt, die auf
der Kurbelachse sitzen. Der durch Mutter und Gegenmutter H und I anstellbare Winkelring F bestimmt den Abstand gegen den Winkelring E, welcher sich an den Bund der Kurbelachse stützt, an
dem der fünfarmige Radstern mit einer Nabenschlusscheibe (Fig. 5) angenietet wird,
während auf die Endzapfen der Kurbelachse die Kurbeln befestigt werden. Dadurch,
dass durch die äussere Nabenhülse (Fig. 7) mittels zweier
Schrauben eine Klemmwirkung auf die Druckringe des inneren Lagerrohres ausgeübt
wird, werden diese Theile ohne weiteres festgehalten, so dass nach erfolgter Lösung
dieser Schrauben die innere Hauptbüchse (Fig. 6) mit der ganzen
Kurbelachse behufs Untersuchung aus der Nabe herausgezogen werden kann.
Eine ähnliche Kugelführung zeigt die Hinterradnabe Fig. 8, nur dass hierbei
der Mittelzapfen a mit den stellbaren Druckringen b in den Gabeltheilen des Rahmens festgehalten wird und
die Radnabe c sammt dem kleinen Kettenrade d, auf den Kugeln sich stützend, vollständig frei über
den Mittelzapfen a geht.
Bei diesen Naben ist das kleine Kettenrad auf die Nabe angeschlossen und nicht
angearbeitet wie bei den Humber-Rädern.
In Fig. 9 ist eine auf
den Einspanndorn geschlagene Nabe für das vordere Lenkrad gezeigt, über welche der
Mitnehmer Fig. 10
gespannt ist.
Die Arbeitsgliederung ist bis ins Kleinste durchgeführt, was bei einer solchen
Massenherstellung nicht anders zu erwarten ist. So erfordert die Bearbeitung einer
Kurbel 16, des Kurbellagergehäuses 13, der Hinterradnabe 36 Arbeitsvorgänge. Dass
trotzdem die Bearbeitungen durch Anwendung von Formstühlen rascher durchgeführt,
auch der gleichzeitige Angriff verschiedener Werkzeuge auf dasselbe Werkstück
versucht wird, um die Herstellung noch weiter zu verbilligen, ist
selbstverständlich. Eine weitere zum Ziel führende Richtung ist die Verwendung
vollkommen selbsthätig wirkender Sondermaschinen für streng gegliederte
Bearbeitungen.
Noch zu bemerken ist, dass bei der Triebradnabe für Tangentialspeichen (Fig. 8) die in die Nabe
eingedrückten Kugelringbahnen mittels Winkelringe herausgezogen werden, die in ihrer
Nabenbohrung Gewinde erhalten, in welchen ein Hilfszapfen (punktirt) eingeschraubt
werden kann, mit welchem das Herausschlagen dadurch ermöglicht wird, dass diese
Winkelringe die Kugeldruckringe etwas übergreifen, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich
ist.
Beeston-Humber's Kurbeltriebwerk.
Nach The Engineer, 1895 Bd. 79 * S. 53, besteht dieses
Kurbeltriebwerk (Fig.
11 bis 13)
aus der Nabenhülse a mit vier Ansatzstutzen für die
Rahmenglieder und zwei kleineren Ansatzwarzen für die Sicherungsschräubchen (Fig. 13). Das Material
dieser Nabenhülse a, schmiedbarer Guss, wird an allen
Stellen der Bearbeitung unterworfen. Zum Ausdrehen der Hauptbohrung, sowie zum
Ausbohren der Rahmenstutzen kommt ein dreifaches Bohrwerk (Fig. 14) mit kreisenden
Spindeln für die Werkstücke und geradgeführte Bohrwerkzeuge in Anwendung, während
die äussere Form auf gewöhnlichen Drehbänken, Rundhobel- und Fräsemaschinen,
sowie durch Nachfeilen fertig gestellt wird.
Textabbildung Bd. 298, S. 103
Beeston-Humber's Kurbeltriebwerk.
Vor dem Einschneiden des doppelseitigen Deckelgewindes wird ein Segment ausgefräst
(Fig. 13) und dafür
ein Stahlplättchen von entsprechender Form in die entstandene Aushöhlung
eingelöthet, worauf das Gewindeschneiden vorgenommen werden kann.
Nach Fertigstellung des Muttergewindes wird das Stahlplättchen losgelöthet und
mittels einer Stellschraube e gegen den eingeschraubten
Deckelring b gepresst, so dass es als Sicherung
wirkt.
Textabbildung Bd. 298, S. 103
Kugelschleifmaschine.
Diese stählernen Deckelringe b bilden an der inneren
gehärteten Seite die Kugelbahn, und es müssen die Abstände gegen die ebenfalls
gehärteten Bunde der stählernen Kurbelachse c um 1/10 mm genau
stellbar sein. Da diese gehärteten Kugelbahnen nicht nur eine genaue Kreisform,
sondern auch eine genaue achsenrichtige, d. i. centrale Lage zu einander erhalten
müssen, ist die völlige Gleichheit der Kugeln der Grösse und Form nach wohl
Hauptbedingung für die gute Wirksamkeit dieser Kugellagerung. Es müssen nicht nur
die Bunde der Kurbelachse nach dem Härten auf Schleifmaschinen (Fig. 15) nach den
Körnerspitzen rund und richtig gestellt, sondern auch die Deckelringe auf
Hohlschleifmaschinen ähnlicher Bauart genau geschliffen werden. Zudem müssen diese
Deckelringe b in axialer Richtung auch die vorerwähnte
feine Nachstellung erhalten, was durch die Bremsklötzchen (Fig. 13) in sicherer
Weise zu erreichen ist.
Hauptbedingung aber für die Richtigkeit der Lagerung ist, dass die Nabenbohrung nach
dem Einlöthen der Rahmenglieder geradachsig und kreisrund bleibt.
Textabbildung Bd. 298, S. 104
Fig. 16.Fräsmaschine.
Auf diese aus mildem Stahl gefertigte Achse werden die Kurbeln d und f angesteckt und
durch seitliche Querstifte g verkuppelt, welche mit
ihrer Fläche in eine Aussparung der Achse passen. Sämmtliche Bohrungen, Flächen und
Querstifte sind nach Grösse und Abstand genau gleich und nach Lehrmaassen gefertigt,
so dass jeder Stift genau in jede beliebige Kurbelnabe passt.
Diese Kurbeln werden in Gesenken mittels Fallhammer aus Low-Moore-Eisen geschmiedet
und auf Fräsmaschinen (Fig. 16) mit
Copirvorrichtungen fertiggestellt. Wie es aus dem Schaubilde ersichtlich ist, sind
die Pedale in Längsschlitzen des Kurbelauges verstellbar.
Textabbildung Bd. 298, S. 104
Fig. 17.Bearbeitung der Kugeln.
An eine der Kurbelnaben ist nun das aus einer Mischung von Stahlbrocken und alten
Feilenstücken gegossene Kettenrad h angeschlossen.
Diese erprobte Mischung soll einen Guss von grosser Zähigkeit und bedeutender
Widerstandsfähigkeit der gehärteten Radzähne ergeben. Aus dem Glühofen werden die
Abgüsse in Formen unter einer Druckwasserpresse gepresst, um so eine möglichst
genaue Speichenform zu erhalten, und nachdem die abgepressten Stücke in einem
Temperofen von inneren Spannungen befreit sind, werden dieselben erst der
Bearbeitung unterworfen. Hierzu dient die in Fig. 17
vorgeführte Sonderdrehbank mit cylindrischem Stahlhaltergehäuse für drei oder mehr
Drehwerkzeuge und central durchgehender Bohrstange, welche vom Reitstock aus
vorgetrieben wird.
Sämmtliche Dreh- und Bohrarbeiten einer Seite werden gleichzeitig ausgeführt, wobei
ein an der Planscheibe angesetztes Becherschöpfwerk das Kühlwasser aus dem Troge
hebt.
Textabbildung Bd. 298, S. 104
Fig. 18.Drehbank für Fahrradtheile.
Auf einer gewöhnlichen Universalfräsmaschine mit Rädertheilwerk werden nun acht Stück
solcher Räder auf einem Dorn zwischen starken Deckplatten gespannt und die
Zahnlücken nach genauer Theilung ausgefräst. Alsdann werden die einseitig
abgedrehten, mit gefrästen Zähnen versehenen Kettenräder g mit der Kurbelnabe f durch Nieten und
Hartloth verbunden und in dieser Verbindung fertig gedreht.
Zum Drehen der Radnaben, Büchsen und der verschiedenen Zapfen werden eine grosse Zahl
mit Hilfsvorrichtungen für bestimmte Zwecke ausgerüstete kleinere Drehbänke (Fig. 18) gebraucht, während zum Fräsen der an einer
Rosette der Triebradnabe befindlichen Kettenzähne Hobeltischfräsmaschinen mit
stehender Spindel und Rädertheilwerk in Verwendung kommen.
(Schluss folgt.)