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Die Erfindung betrifft eine Hinterradnabe, insbesondere für Fahrräder. Hinterradnaben für Fahrräder ermöglichen im sportlichen und semiprofessionellen, sowie dem professionellen Bereich des Radsports dem Benutzer in der Regel unterschiedlichste Übersetzungen. Meist werden dazu Kettenschaltungen eingesetzt, wobei an der Hinterradnabe eine Vielzahl von Ritzeln angeordnet wird, um die unterschiedlichen Übersetzungen zu ermöglichen. Zur Gewährleistung eines optimalen Fahrstils, z.B. auf steilen Bergabfahrten, ist ein Freilauf vorgesehen, durch den es dem Fahrer ermöglicht wird, das Fahrrad ohne Tretbewegung laufen zu lassen.
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Im Bereich des hochqualitativen Radsports spielt die Belastbarkeit und das Gewicht eine entscheidende Rolle. Die Benutzer legen Wert auf hochwertige und einfach zu wartende Komponenten, bei denen jedes Gramm Gewicht zählt.
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Aus der
DE 10 2004 004 961 A1 ist eine Hinterradnabe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und eine Hinterrad mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 26 bekannt geworden.
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Im Stand der Technik sind Hinterradnaben mit unterschiedlichen Freiläufen bekannt geworden. So ist aus der
DE 198 56 627 A1 z.B. eine Hinterradnabe mit einem Klinkenfreilauf bekannt geworden, bei der das Antriebsmoment über Sperrklinken von dem Rotor auf das Nabengehäuse übertragen wird. Ein Nachteil solcher Naben ist, dass bei der Montage die Freilaufklinken einzelnen eingesetzt werden müssen, wodurch bei regelmäßiger und z.B. täglicher Wartung nach z.B. Downhill-Fahrten ein Zusatzaufwand entsteht. Außerdem sind solche Naben relativ schwer.
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Einfacher in der Montage und bei der Wartung ist demgegenüber eine Hinterradnabe, wie sie z.B. aus der
DE 198 47 673 A1 bekannt geworden ist, bei der die Drehmomentübertragung über zwei Zahnscheiben erfolgt, die an den aneinanderliegenden Seitenflächen über axiale und ineinander greifende Verzahnungen verfügen. In Antriebsrichtung wird das aufgebrachte Drehmoment zuverlässig übertragen, während die Zahnscheiben sich bei der umgekehrten Drehrichtung axial auseinanderschieben und so einen Freilauf ermöglichen.
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Ein Freilauf muss für hohe Drehmomentbelastungen von bis zu 400 Nm und mehr ausgelegt sein, um die auftretenden Belastungen sicher zu übertragen. Das ist ein Drehmoment, wie es z.B. im Automobilbereich nicht bei den üblichen Familienkraftfahrzeugen auftritt, sondern erst bei z.B. Sport- und Rennwagen. Um die derart hohen Belastungen zuverlässig übertragen zu können, sind die Zahnscheiben des Freilaufs bei der bekannten Nabe aus Vollmaterial massiv ausgeführt. Nachteilig daran ist das relativ hohe Gewicht der Zahnscheiben, das zu einem erheblichen Teil zu dem Gesamtgewicht der Nabe beiträgt.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hinterradnabe zur Verfügung zu stellen, welche ein geringes Gewicht mit einer einfachen Wartbarkeit verbindet, ohne dass Einbußen der Haltbarkeit entstehen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hinterradnabe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Hinterrad ist Gegenstand des Anspruchs 26. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Hinterradnabe ist insbesondere für den Einsatz bei Fahrrädern vorgesehen und umfasst eine Nabenachse und ein im wesentlichen konzentrisch zu dieser Nabenachse angeordnetes Nabengehäuse. Wenigstens zwei Lagereinrichtungen sind vorgesehen, welche im wesentlichen zwischen der Nabenachse und dem Nabengehäuse angeordnet sind, so dass das Nabengehäuse drehbar in bezug auf die Nabenachse gelagert ist. Es ist ein in bezug auf die Nabenachse drehbar gelagerter Rotor vorgesehen, welcher derart gestaltet ist, dass an dem Rotor wenigstens ein Zahnrad bzw. Ritzel anzuordnen ist. Eine Freilaufeinrichtung, welche zwischen dem Rotor und dem Nabengehäuse angeordnet ist und welche zwei Zahnscheibeneinrichtungen aufweist, deren Zahnflächen durch eine Vorspanneinrichtung aufeinander gedrückt werden, ist vorgesehen, um das Antriebsmoment von dem Rotor auf das Nabengehäuse zu übertragen. Die zwei Zahnscheibeneinrichtungen sind dabei um die Nabenachse herum angeordnet und sind im bestimmungsgemäßen Zusammenbau der Nabe wenigstens im Ruhezustand quer zu der Längsrichtung der Nabenachse angeordnet. Dabei umfasst wenigstens eine Zahnscheibeneinrichtung eine Zahnscheibe, welche ein Durchgangsloch und eine Radialwandung und eine Axialwandung mit einer Axialverzahnung aufweist. Dabei weist das Durchgangsloch an der Axialwandung einen kleineren inneren lichten Durchmesser auf, als eine innere freie Abmessung und insbesondere als ein innerer freier Durchmesser im Bereich der Radialwandung, so dass an der Zahnscheibeneinrichtung um die Nabenachse herum zwischen dem inneren lichten Durchmesser der Axialwandung und der inneren freien Abmessung der Radialwandung ein Aufnahmeraum gebildet wird.
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Das erfindungsgemäße Hinterrad ist mit der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Hinterradnabe ausgerüstet. Weiterhin umfasst das Hinterrad eine Felge und Verbindungselemente zwischen der Felge und der Hinterradnabe.
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Die erfindungsgemäße Hinterradnabe und das erfindungsgemäße Hinterrad weisen viele Vorteile auf. Gegenüber herkömmlichen Hinterradnaben mit Sperrklinken-Freiläufen weist die erfindungsgemäße Hinterradnabe einen erheblichen Vorteil bei der Wartbarkeit auf, da die Nabe zu Wartungszwecken einfach demontiert, gesäubert und anschließend wieder montiert werden kann.
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Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Hinterradnabe mit einem Zahnscheibenfreilauf weist die erfindungsgemäße Hinterradnabe u.a. den Vorteil auf, dass der Aufnahmeraum an der Zahnscheibe mit einem leichteren Material gefüllt werden kann als das Material der Zahnscheibe, bzw., dass der Aufnahmeraum auch mit einer solchen Konstruktion und mit einem solchen Material aufgefüllt werden kann, dass eine Schallanpassung und/oder eine Schallreduktion bei Betrieb des Freilaufs ermöglicht wird. Gleichzeitig kann das Gewicht erheblich reduziert werden. Dadurch, dass das Gewicht der Zahnscheiben reduziert werden kann, steigt die Reaktionsgeschwindigkeit des Freilaufs nochmals an.
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Die Zahnscheibe der Zahnscheibeneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insgesamt ringartig oder scheibenartig ausgebildet und weist eine insgesamt axiale Breite und einen radialen Außendurchmesser auf. Die Zahnscheiben sind insbesondere im wesentlichen konzentrisch zu der Nabenachse ausgerichtet, so dass die axialen Zahnflächen quer und insbesondere im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse bzw. der Symmetrieachse der Nabenachse ausgerichtet sind.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hinterradnabe wird wenigstens eine Zahnscheibeneinrichtung und/oder wenigstens eine Zahnscheibe schwimmend gehalten, so dass eine Verkippung in bezug auf die Ebene quer zu der Längsrichtung der Nabenachse möglich ist. Vorzugsweise werden beide Zahnscheibeneinrichtungen schwimmend gehalten, so dass bei einer Verkippung einer oder beider Zahnscheiben eine zuverlässige Drehmomentübertragung von dem Rotor auf das Nabengehäuse sichergestellt wird.
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In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird in dem Aufnahmeraum wenigstens ein Aufnahmering aufgenommen. Vorzugsweise wird in jedem Aufnahmeraum jeder Zahnscheibeneinrichtung wenigstens ein Aufnahmering aufgenommen. Dabei besteht der Aufnahmering vorzugsweise wenigstens teilweise auf einem Material, welches einer Gruppe von Materialien entnommen ist, welche Leichtmetalle, Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe und dergleichen mehr umfasst. Besonders bevorzugt werden leichte Materialen eingesetzt, wodurch eine Gewichtseinsparung der Nabe insgesamt erzielbar ist.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dient der Aufnahmering zu einer Schwingungsdämpfung der Zahnscheibeneinrichtung bzw. des Zahnscheibenfreilaufs. Dabei ist es möglich, Schwingungen bestimmter Frequenz und/oder Amplitude in einem verstärkten Ausmaße zu dämpfen. Dabei kann die Resonanzfrequenz auf die im Betrieb vorherrschenden Bedingungen abgestimmt werden, um die Sicherheit des Betriebs zu erhöhen, in dem z.B. die Resonanzfrequenz gedämpft wird, um ein Aufschaukeln der Schwingungsamplitude zu verhindern.
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Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum und/oder der Aufnahmering deshalb derart strukuriert und beschaffen, dass eine Resonanzanpassung bewirkbar ist. Die Resonanzanpassung kann dabei sowohl über die äußere Gestaltung und die Materialauswahl eines Aufnahmerings erfolgen als auch über die äußere Form des Aufnahmeraums erfolgen, so dass eine Resonanzanpassung auch bei einem leeren Aufnahmeraum möglich und bevorzugt ist. Wird kein Aufnahmering eingesetzt, kann insgesamt eine besonders große Gewichtseinsparung erzielt werden. Das trägt zu einem angenehmen Fahrverhalten bei.
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Eine Resonanzanpassung kann auch zur gezielten akustischen Beeinflussung eingesetzt werden, um z.B. ein für den Fahrer angenehmes Geräusch beim Betrieb zu ermöglichen, während unangenehme Frequenzen stärker gedämpft werden. Das trägt zu einem angenehmen Fahrverhalten bei.
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Ein ganz erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Hinterradnabe ist auch, dass die durch den Aufnahmeraum insgesamt leichtere Zahnscheibeneinrichtung nicht nur das Gesamtgewicht der Nabe verringert, sondern auch, dass die dynamischen Eigenschaften des Freilaufs nochmals verbessert werden. Da durch das geringere Gewicht des bewegten Teils der Zahnscheibeneinrichtung die dynamischen Eigenschaften bei gleicher Vorspannkraft verbessert werden, da die Beschleunigung der Zahnscheibeneinrichtung aufgrund des geringeren Gewichts erheblich verbessert wird. Dadurch wird ein noch sicherer und zuverlässiger Betrieb der erfindungsgemäßen Hinterradnabe sichergestellt. Der Freilauf reagiert erheblich schneller als im Stand der Technik.
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Wenigstens eine Zahnscheibeneinrichtung weist ein U-förmiges Querschnittprofil auf, wobei die Schenkel des U-förmigen Querschnittprofils radial nach innen zeigen. Die Ausgestaltung ist dabei insbesondere derart, dass die Zahnscheibeneinrichtung und insbesondere die Zahnscheibe in einer Ebene quer und insbesondere senkrecht zur Zahnscheibe ein U-förmiges Querschnittsprofil aufweisen.
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Der Aufbau der Zahnscheibeneinrichtung ist dann in axialer Richtung wie folgt: An eine erste axiale Ringscheibe mit kleinerem Innendurchmesser, die auch die Axialwandung mit der Axialverzahnung bildet, schließt sich ein Zylinder oder dgl. mit größerem Innendurchmesser an, der die Radialwandung bildet, an den sich wiederum eine zweite axiale Ringscheibe mit kleinerem Innendurchmesser anschließt. Die Innendurchmesser der ersten und der zweiten axialen Ringscheibe bzw. der Axialwandung sind dabei vorzugsweise ähnlich groß uns insbesondere gleich groß. An einer der beiden axialen Ringscheiben ist die Axialverzahnung vorgesehen, deren Zähne sich insbesondere über den Umfang sägezahnartig von der axialen Fläche weg erstrecken. Durch die Sägezahnform wird sichergestellt, das die Axialverzahnung in einer Drehrichtung das aufgebrachte Drehmoment zuverlässig auf die gegenüberliegende Zahnscheibe überträgt, während in der anderen Drehrichtung die Freilauffunktion erfüllt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Zahnscheibeneinrichtung und insbesondere die Zahnscheibe wenigstens eine Axialscheibe und eine separate Ringhülse. Die Verbindung zwischen der Axialscheibe und der Ringhülse kann über ein Gewinde erfolgen oder es können axiale Stifte vorgesehen sein, die in entsprechende Bohrungen der Axialscheibe und/oder der Ringhülse eingreifen, um eine verdrehsichere Verbindung zwischen der Axialscheibe und der Ringhülse zu gewährleisten. Insbesondere ist es auch möglich, dass zwei Axialscheiben eingesetzt werden, zwischen denen eine Ringhülse vorgesehen ist. In einem solchen Fall weist die Zahnscheibe bzw. die Zahnscheibeneinrichtung den zuvor beschriebenen U-förmig Querschnitt auf. Auf einer der Axialscheiben ist dann die Axialverzahnung vorgesehen, mit der das Drehmoment übertragen wird, während auf die andere Axialscheibe die Vorspanneinrichtung einwirkt, um die Zahnscheibeneinrichtungen des Freilaufs aufeinander vorzubelasten und um die beiden Zahnscheiben in Eingriffsstellung zu bringen.
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Es ist auch möglich, eine Zahnscheibe nur mit einer Ringhülse und mit einer Axialscheibe auszustatten, wobei dann auf der einen axialen Seite der Axialscheibe die Axialverzahnung zur Drehmomentübertragung vorgesehen ist, während auf die andere Seite der Axialscheibe die Vorbelastungseinrichtung einwirkt, um beide Zahnscheiben in Eingriff miteinander vorzubelasten.
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In allen Fällen kann die Zahnscheibe aus einem oder mehreren Teilen bestehen.
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In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung weist jede Zahnscheibeneinrichtung ein radial angeordnetes Außenprofil auf, wobei das Außenprofil der einen Zahnscheibenrichtung mit einem Innenprofil einer Gewindehülse zusammenwirkt, welche in das Nabengehäuse eingeschraubt ist. Das Außenprofil der anderen Zahnscheibeneinrichtung wirkt mit einem Innenprofil in dem Rotor zusammen, um das aufgebrachte Antriebsdrehmoment zu übertragen. Die Ausgestaltung ist dabei derart, dass ein axiales Verschieben wenigstens einer und insbesondere beider Zahnscheiben möglich ist, während eine Drehmomentübertragung zwischen der einen Zahnscheibeneinrichtung und dem Nabengehäuse und zwischen der anderen Zahnscheibeneinrichtung und dem Rotor möglich ist. Das Außenprofil kann als Außenverzahnung ausgeführt sein.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Nabenachse hohl ausgebildet und weist einen größeren Innendurchmesser auf als der Außendurchmesser der Nabe an der Stelle, die dafür vorgesehen ist, in ein Ausfallende eines Fahrradrahmens eingeschoben zu werden. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht ein geringes Gesamtgewicht der Nabe während gleichzeitig eine hohe Festigkeit erzielt wird.
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Vorzugsweise ist an wenigstens einem Ende der Nabenachse ein separater Adapterring vorgesehen, der einen Durchmesserabschnitt umfasst, der dafür vorgesehen ist, in ein Ausfallende eines Fahrradrahmens eingeschoben zu werden, um die Nabe in dem Fahrradrahmen zu halten, so dass der Adapterring als tragendes Element ausgeführt ist. In dieser Ausgestaltung dient der Adapterring auch als Endanschlag.
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Vorteilhafterweise umfasst der Adapterring einen Flansch und insbesondere einen Doppelflansch, welche zusammen mit dem Nabengehäuse eine berührungslose Dichtung des Nabengehäuses bewirkt. Der Flansch bzw. die beiden Flansche des Doppelflansches sind dabei insbesondere ringartig ausgebildet und erstrecken sich radial soweit nach außen, dass nur ein dünner Spalt zwischen dem feststehenden Adapterring und dem sich im Betrieb drehenden Nabengehäuse verbleibt. Bei Einsatz eines Doppelflansches liegt vorzugsweise an jeden Flansch des Doppelflansches ein schmaler Dichtspalt vor, während zwischen den beiden Flanschen ein Expansionsraum besteht.
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Damit Feuchtigkeit oder Schmutz von außen in das Nabeninnere eindringen kann, muss die Feuchtigkeit zunächst den äußeren schmalen Dichtspalt passieren. Dabei wird die Geschwindigkeit des eintretenden Mediums durch den Expansionsraum zwischen den beiden Flanschen des Doppelflansches stark reduziert, so dass das eintretende Medium sich nur noch mit erheblich reduzierter Geschwindigkeit auf den zweiten Dichtspalt an dem zweiten Flansch des Doppelflansches zu bewegt, so dass das Eintreten von Feuchtigkeit oder von Schmutz über die beiden Flansche des Doppelflansches zuverlässig vermieden werden kann.
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Sollte dennoch einmal Feuchtigkeit nach innen gelangen, so wird sich niederschlagende Feuchtigkeit beim Betrieb der Nabe radial nach außen niederschlagen und kann so durch den Dichtspalt wieder nach außen gelangen.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Rotor radial nach außen stehende Mitnehmereinrichtungen auf, die zur drehfesten Befestigung von Zahnrädern bzw. Ritzeln auf dem Rotor dienen. Dabei weist wenigstens eine Mitnehmereinrichtung und insbesondere weisen im wesentlichen alle Mitnehmereinrichtungen auf dem Rotor jeweils wenigstens eine Längskerbe auf. Dadurch kann das Gesamtgewicht des Rotors und somit der Nabe verringert werden.
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Vorteilhafterweise ist zwischen dem Rotor und dem Nabengehäuse eine Labyrinthdichtung vorgesehen, welche einen radial nach außen liegenden Dichtspalt aufweist, an den sich radial nach innen ein Expansionsraum anschließt, an den sich wiederum nach innen zur Nabe hin ein zweiter Dichtspalt anschließt. Auch bei dieser Ausgestaltung wird eine zuverlässige Dichtwirkung erzielt. Die Strömungsgeschwindigkeit der durch den ersten Dichtspalt durchtretenden Feuchtigkeit wird im Expansionsraum stark reduziert, so dass selbst bei Säuberung eines mit einer erfindungsgemäßen Hinterradnabe ausgerüsteten Fahrrads mit einem Hochdruckreiniger die Dichtungen zuverlässig das Nabeninnere schützen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung wird der zweite Dichtspalt durch einen konischen Wandungsabschnitt des Rotors begrenzt, wobei der Durchmesser des konischen Wandungsabschnitts in Richtung auf das Nabengehäuse hin zunimmt. Dadurch wird eine besonders sichere Funktionsweise der Labyrinthdichtung sichergestellt. Sollte beispielsweise bei einem stehenden Fahrrad Wasser von oben durch den ersten Dichtspalt hindurch gelangen, wird bei der beschriebenen Ausgestaltung mit einem konischen Wandungsabschnitt des Rotors die Feuchtigkeit von dem Nabeninneren weg zu der umlaufenden Ringnut am Anfang des konischen Wandungsabschnitts geführt. Dort sammelt sich die Feuchtigkeit und fließt durch die Schwerkraft bedingt nach unten, von wo aus sie durch den ersten Dichtspalt nach außen wieder heraustritt.
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Im Stand der Technik wurde hingegen eine Labyrinthdichtung eingesetzt, bei der der zweite Dichtspalt durch einen zylindrischen Wandungsabschnitt des Rotors begrenzt wurde. Dadurch kann ein Ableiten von durch den ersten Dichtspalt durchgetretener Flüssigkeit nicht sichergestellt werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Dichtspalts zwischen Rotor und Nabengehäuse ergibt sich eine erheblich verbesserte Dichtwirkung. Die Anmelderin behält sich vor, für diese Ausgestaltung separaten Schutz zu beantragen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hinterradnabe ist das Nabengehäuse mit wenigstens einem und insbesondere mit zwei Nabenflanschen zur Befestigung von Speichen ausgestattet. Die Nabenflansche erstrecken sich insbesondere im wesentlichen radial von dem Nabengehäuse aus nach außen. Das radial äußere Ende des Nabenflansches weist dabei eine im Querschnitt konkave Gestalt auf. Durch eine solche Ausgestaltung wird an den seitlichen Rändern des Nabenflansches mehr Material zur Verfügung gestellt als bei konventionellen Nabenflanschen mit einem konvexen Querschnitt am radial äußeren Ende. Das gegenüber dem Stand der Technik zusätzliche Material bewirkt eine höhere Belastbarkeit, da bei einer solchen Ausgestaltung dort im Vergleich zum Stand der Technik mehr Material vorliegt, wo die Belastung am höchsten ist, während in der Mitte des Flansches Material und somit Gewicht eingespart werden kann.
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Falls die erfindungsgemäße Nabe mit einem oder zwei Adapterringen bzw. Endanschlägen ausgerüstet ist, ist es bevorzugt, dass im Inneren des Adapterringes ein umlaufender Dichtring, wie insbesondere ein O-Ring, vorgesehen ist, der den Adapterring zuverlässig auf der Nabenachse hält, während er gleichzeitig das Eintreten von Schmutz und Feuchtigkeit in das Nabeninnere verhindert. Dadurch wird es auch ermöglicht, die Nabe insgesamt ohne Werkzeug per Hand zu zerlegen.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, das nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert wird.
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In den Figuren zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Hinterradnabe,
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2 eine perspektivische Explosionszeichnung der Nabe nach 1,
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3 eine Aufsicht auf eine Zahnscheibe der Hinterradnabe nach 1,
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4 eine Seitenansicht der Zahnscheibe nach 3,
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5 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der Zahnscheibe nach 3,
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6 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Zahnscheibe nach 3,
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7 einen schematischen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Zahnscheibe nach 3,
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8 einen schematischen Querschnitt einer vierten Ausführungsform der Zahnscheibe nach 3, und
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9 einen Detail der Labyrinthdichtung zwischen dem Rotor und dem Nabengehäuse der Nabe nach 1.
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Mit Bezug auf die beiliegenden Figuren wird nun ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hinterradnabe 1 erläutert.
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Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Hinterradnabe 1 eines Hinterrades weist eine feststehende Nabenachse 2 auf. Das Nabengehäuse 3 ist über Lager 4 drehbar gegenüber der Nabenachse 2 gelagert.
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Zwischen dem Rotor 5, der zur Aufnahme eines Ritzelpaketes dient und dem Nabengehäuse 3 ist ein Freilauf 6 angeordnet, der hier zwei Zahnscheiben 7 als Zahnscheibeneinrichtungen umfasst. Auf der Außenseite des Rotors 5 sind Mitnehmer 34 vorgesehen, die auf der äußeren Oberfläche Längskerben parallel zur Längsrichtung 10 bzw. zur Symmetrieachse der Nabe aufweisen. Durch die Längskerben (vgl. 2) kann das Gewicht des Rotors und damit der gesamten Nabe reduziert werden, was das ohnehin schon relativ geringe Gewicht der Nabe verringert.
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Das Nabengehäuse 3 weist hier im Ausführungsbeispiel zwei radial angeordnete Flansche 3a und 3b auf, an denen Bohrungen 3c vorgesehen sind, die zur Aufnahme von Speichen dienen, um die Nabe 1 mit einer Felge zu verbinden.
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Die radial äußeren Enden der Flansche 3a und 3b sind in der axialen Richtung konvex gestaltet, so das an den axial äußeren Seiten der Nabenflansche das Material höher steht als im zentralen Bereich des jeweiligen Nabenflansches. Dadurch ist an den besonders belasteten Stellen viel Material vorhanden, während an den gering belasteten radial äußeren Enden der Flansche 3a und 3b eine konvexe Kontur 3d bzw. ein konvexer Querschnitt vorliegt, so dass dort Material eingespart und insgesamt eine Gewichtsersparnis erzielt wird.
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Die Nabenachse 2 ist hohl gestaltet. Der lichte Innendurchmesser 26 ist dabei größer als der Außendurchmesser 27 der Nabe 1, der in einem Ausfallende eines Fahrrades aufgenommen wird. Hier umfasst die Nabe an den Enden 28 und 29 jeweils Adapterringe bzw. Endanschläge 30 bzw. 31, die beim Zusammenbau der Nabe 1 auf die Nabenachse 2 aufgesteckt werden. An den Endanschlägen 30 und 31 sind an den axial außenliegenden Enden Aufnahmeabschnitte vorgesehen, die von den Ausfallenden aufgenommen werden. Der Durchmesser 27 der Aufnahmeabschnitte ist geringer als der Innendurchmesser 26 der hohlen Nabenachse 2.
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Beide Endanschläge weisen im Inneren O-Ringe auf, mit denen die Endanschläge auf der Nabenachse geklemmt werden. Die Nabe insgesamt kann per Hand manuell ohne Einsatz von Werkzeug montiert und wieder demontiert werden. Dadurch wird eine einfache Wartbarkeit ermöglicht, da die Nabe einfach per Hand zerlegt werden kann.
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Der in der Orientierung nach 1 links angeordnete Endanschlag 30 verfügt auf der Nabenseite über einen radialen Doppelflansch 32, der zwei ringförmige Flansche 32a und 32b umfasst. Zwischen den beiden Flanschen ist ein Expansionsraum 33 vorgesehen, der sich ringförmig um die Nabenachse herum erstreckt. Wenn Feuchtigkeit oder Schmutz auf den äußeren Flansch 32a auftrifft und durch den Spalt durchtritt, wird die Strömungsgeschwindigkeit in dem Expansionsraum 33 enorm reduziert, da sich die Strömung auffächert und verbreitert. Dadurch wird im Wesentlichen zuverlässig verhindert, dass Feuchtigkeit weiter eindringt und bis zu dem zweiten Spalt an dem zweiten Flansch 32b gelangt oder sogar den zweiten Spalt an dem zweiten Flansch 32b passiert. Beim Fahren wird eingedrungene Feuchtigkeit radial nach außen bewegt. Im Stand sammelt sich das Kondensat durch die Schwerkraft bedingt unten und läuft dann ab, so dass ein zuverlässiger Schutz vorliegt.
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Die Labyrinthdichtung 36 auf der anderen Seite zwischen dem Rotor und dem Nabengehäuse 3 ist im Detail in 9 dargestellt. Ein erster Dichtspalt 37 ist radial außen angeordnet. Beim Fahren wird durch die Fliehkraft bedingt eingetretenes Wasser radial nach außen bewegt. Falls beim Reinigen mit z.B. einem Hochdruckreiniger dennoch einmal Wasser durch den ersten Dichtspalt 37 eintreten sollte, wird die Strömungsgeschwindigkeit in dem Expansionsraum 38 erheblich reduziert. An den Expansionsraum 38 schließt sich ein zweiter Dichtspalt 39 an. Der Dichtspalt 39 wird von einem sich konisch erstreckenden Wandungsabschnitt 40 begrenzt, dessen Durchmesser in Richtung auf das Nabengehäuse 3 bzw. dessen Mitte zunimmt. Dadurch wird eine erheblich verbesserte Dichtwirkung erzielt, da eintretende Feuchtigkeit durch die Fliehkraft bedingt nach außen gelenkt wird. Im Stillstand sammelt sich kondensierendes Wasser am radial inneren Ende des konischen Wandungsabschnitts 40 und kann von da nach außen abtropfen.
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Falls dennoch einmal Feuchtigkeit den zweiten Dichtspalt passieren sollte, ist noch eine Elastomerdichtung 41 nachgeschaltet, deren Dichtwirkung durch Druck von außen verstärkt wird.
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Eine perspektivische Explosionsansicht zeigt 2. Wie erkennbar, kann die gesamte Nabe ohne Werkzeug von Hand montiert werden. Die Federn 9a und 9b der Vorspanneinrichtungen belasten die Zahnscheiben 7 der Freilaufeinrichtung 6 aufeinander vor.
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In 3 ist eine Zahnscheibe 7 in einer Aufsicht dargestellt, während in 4 eine Seitenansicht abgebildet ist. Die 5 bis 8 zeigen unterschiedliche Querschnittsansichten möglicher Ausführungsformen der Zahnscheibeneinrichtungen bzw. Zahnscheiben 7.
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Die Zahnscheiben 7 verfügen über ein zentrales Durchgangsloch 11. Auf der Axialwandung 13 ist eine Zahnfläche 8 mit einer Axialverzahnung 14 vorgesehen. Die Axialverzahnungen 14 von zwei Zahnscheiben 7 wirken zusammen, um in einer Drehrichtung das Antriebsmoment zu übertragen, während in der anderen Drehrichtung die Freilauffunktion erfüllt wird. Dabei verschieben sich eine oder beide Zahnscheiben 7 axial nach außen, so dass die Zahnflächen 8 aneinander vorbeigleiten.
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Auf der jeweiligen Außenwandung der Radialwandungen 12 ist eine Außenverzahnung 24 vorgesehen, die mit einer Innenverzahnung einer Gewindehülse 25 bzw. mit einer Innenverzahnung des Rotors 5 zusammenwirkt. Dabei ist jeweils eine axiale Verschiebbarkeit möglich, während die Zahnscheiben jeweils verdrehsicher aufgenommen sind.
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Die in 7 dargestellte Zahnscheibe 7 ist mehrteilig ausgeführt und umfasst eine Axialscheibe 22 mit der Axialwandung 13 und der Axialverzahnung 14, sowie eine Ringhülse 23, an welcher die Radialwandung 12 vorgesehen ist und eine Scheibe 44. Die Teile 22 und 23 sind miteinander drehfest verbunden. Sie können auch einteilig ausgestaltet sein, wie es in 8 dargestellt ist. Bei den Ausgestaltungen nach 7 und 8 kann jeweils eine zusätzliche Scheibe 44 vorgesehen sein, auf die dann die Federn 9a und 9b der Vorspanneinrichtung einwirken.
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Die Zahnscheibe 7 hat insgesamt einen etwa U-förmigen Querschnitt, wobei sich die Schenkel 20 und 21 des „U“ radial nach innen hin erstrecken.
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In allen Fällen weist die Axialwandung 13 jeweils einen inneren lichten Durchmesser 15 und eine innere freie Abmessung 16 auf, die größer ist als der innere lichte Durchmesser 15. Dadurch entsteht in allen Ausführungsbeispielen ein Aufnahmeraum 17 an einer bzw. beiden Zahnscheiben, der radial nach innen durch den inneren lichten Durchmesser 15 und radial nach außen durch die innere freie Abmessung 16 begrenzt wird.
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Die innere freie Abmessung 16 ist dabei insbesondere der innere freie Durchmesser im Bereich der Radialwandung 12.
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In dem Aufnahmeraum 17 kann ein Aufnahmering angeordnet werden, der unterschiedliche Formen aufweist und aus unterschiedlichen Materialien bestehen kann. Beispielsweise kann ein Ring 18 mit etwa rechteckigem Querschnitt vorgesehen sein, wie er in 5 in der linken Hälfte abgebildet ist. Es ist auch möglich, einen profilierten Aufnahmering 18a vorzusehen, der z.B. nutfömige Ausnehmungen aufweist oder einen kammartigen Querschnitt aufweist.
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Das Material des Aufnahmerings ist insbesondere ein leichtes Material, z.B. Leichtmetall. Durch den Ring 18 wird insbesondere eine Schalldämpfung bestimmter Frequenzen bewirkt, so dass eine Schallanpassung möglich ist. Vorzugsweise wird die Nabe auch nach akustischen Gesichtspunkten ausgelegt.
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Bevorzugt ist auch ein Ring aus einem Schaumstoff oder dergleichen. Ein besonders geringes Gewicht wird erzielt, wenn ein luftgefüllter Ring oder gar kein Ring verwendet wird.
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Insgesamt wird mit der Erfindung das ohnehin schon geringe Gesamtgewicht der Nabe noch um weitere 10% verringert, während gleichzeitig die Funktionssicherheit und Haltbarkeit nicht verringert werden. Gleichzeitig kann das akustische Verhalten an die Wünsche der Kunden angepasst werden.
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Ein weiterer Vorteil ist die höhere Reaktionsgeschwindigkeit, da die Zahnscheiben ein erheblich geringeres Gewicht aufweisen und deshalb bei gleichbleibenden Federkräften der Federn 9a und 9b der Vorspanneinrichtung 9 erheblich schneller beschleunigt werden.