DE10218664A1 - Freilaufnabe - Google Patents

Abstract

Bei einer Freilaufnabe, mit oder ohne Nabengetriebe, besteht das Klinkengesperre (4) aus einem Klinkenträger (5), der mit dem Kettenradträger (3) drehfest verbunden ist, mehreren Sperrklinken (6), die in Klinkentaschen (15) schwenkbar gelagert sind und einem Schraubenfederring (9), der zum einen die Sperrklinken (6) axial auf dem Klinkenträger (5) fixiert und in Richtung Sperrverzahnung (7) vorspannt. Der Schraubenfederring (9) ist ein geschlossener Ring und in allen Richtungen sehr elastisch. Er sorgt auch bei kleinen Federkräften für eine gleichmäßige Verteilung der radial wirkenden Federkraft, auch bei einer Vielzahl von Sperrklinken (6). Der innere Durchmesser einer Ringdichtung (10) ist so gewählt, dass bei der Montage des Klinkengesperres (4) die Sperrklinken (6) soweit zusammengedrückt werden, dass sie sich leicht in die Sperrverzahnung (7) einfädeln lassen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Freilaufnabe für Fahrräder, bestehend aus einer Nabenhülse, einer Nabenachse, mehreren Wälzlagern und einem Kettenradträger. Zwischen Nabenhülse und Kettenradträger befindet sich eine Mitnahmevorrichtung mit Freilauffunktion. Die Mitnahme erfolgt über federvorgespannte Sperrklinken, die in einem Klinkenträger geführt sind und entweder in der Antriebsphase in eine gegenüberliegende Verzahnung eingreifen, oder in der Freilaufphase von den Zähnen überholt werden.
• In der DE 32 04 685 A1 ist eine Freilaufnabe mit Sperrklinken veröffentlicht. Die Sperrklinken sind in Taschen an der Nabenhülse angeordnet und radial nach innen ausgerichtet. Sie werden von einem offenen Sprengring bzw. Drahtring nach innen vorgespannt und greifen in eine entsprechende Sperrkontur in Form von axial verlaufenden Mitnehmernuten am Kettenradträger ein. Die Mitnehmernuten dienen auch als Verdrehsicherung der aufschiebbaren Zahnkränze. Neben dem Vorteil der Einsparung einer zusätzlichen Kontur zur Arretierung der Sperrklinken, beinhaltet eine solche Anordnung einen relativ großen Totgang von einem Zahn zum anderen, da die vorgegebenen Mitnehmernuten in größeren Winkelabständen angeordnet sind als die Sperrverzahnung eines speziellen Klinkengesperres. Weiterhin werden große Kräfte zur Bewegung der Sperrklinken gegen die Vorspannkraft des Drahtringes benötigt. Diese Ausführung führt dazu, dass meist nur eine geringe Anzahl von Sperrklinken eingesetzt wird. Die Sperrklinken und die Ausnehmungen erfordern daher eine besonders hohe Festigkeit und sind in der Regel aus hochfestem Stahl gefertigt.
• Eine weitere Freilaufnabe mit einem Klinkengesperre zeigt die EP 0 777 060 A1. Hierbei sind die Sperrklinken radial nach außen gerichtet und greifen in eine Sperrkontur in der Nabenhülse ein. Die Sperrklinken sitzen in Taschen am Kettenradträger und werden von einem offenen Drahtring nach außen vorgespannt. Diese kostengünstige Art der Klinkenvorspannung mit einem offenen Federdrahtring scheint den Anforderungen in der Freilaufnabe nicht voll zu entsprechen, so dass als verbesserte Ausführung jede Klinke mit einer eigenen Schenkelfeder ausgestattet ist.
• Dieses Einzelfederkonzept ist wegen der vielen Federn entsprechend aufwendig und nicht gerade montagefreundlich.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das mittels einer Feder vorgespannte Klinkengesperre einer Freilaufnabe, der eingangs genannten Art, so zu gestalten, dass die Sperrklinken gleichmäßig angefedert sind und ihre Bewegung geringe Kräfte erfordert und zudem besonders einfach zu montieren sind.
• Dieses Problem bzw. die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen und dem nachfolgendem Ausführungsbeispiel beschrieben. Im wesentlichen wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zum einen ein sehr elastisches Federelement in Form eines Schraubenfederringes oder eines Elastomer- bzw. Gummiringes zur Vorspannung der Sperrklinken eingesetzt wird und zum anderen eine Dichtung an der Nabe so geschickt angeordnet wird, dass sie bei der Montage des Klinkengesperres in der Nabe als Montagehilfe fungiert.
• In dieser Ausführung benötigt die erfindungsgemäße Freilaufnabe nur einen sehr leichten und einfach zu montierenden Schraubenfederring, der die einzelnen Sperrklinken mit einer gleichmäßigen Federkraft beaufschlagt bzw. in Richtung Sperrkontur vorspannt. Ein solches Klinkengesperre eignet sich sowohl zur direkten Momentenübertragung vom Kettenradträger zur Nabenhülse, als auch zur indirekten Momentenübertragung in einer Getriebenabe mit Planetengetriebe. Dabei kann das Klinkengesperre im Drehmomentenpfad zwischen Kettenradträger bzw. Antreiber und Planetenradträger oder anderen Komponenten bis schließlich hin zur Nabenhülse angeordnet sein.
• Des weiteren ist zur Abdichtung der Nabe bzw. des Klinkengesperres zwischen Nabenflansch und Kettenradträger eine Dichtung vorgesehen, deren innerer Durchmesser an der Dichtlippe kleiner ist als der innere Durchmesser der benachbarten Sperrverzahnung und größer als der Außendurchmesser der Sperrklinken im angelegten bzw. eingefahrenen Zustand. Beim Montieren des Kettenradträgers inklusive vormontierter Sperrklinkeneinheit an die Nabe, werden die ausgefahrenen Sperrklinken durch die elastische Dichtung soweit gegen die Vorspannkraft des Schraubenfederringes zusammengedrückt, dass ein unbehindertes Einfädeln der Sperrklinken in die Sperrverzahnung erfolgen kann. Die erfindungsgemäße Freilaufnabe ist somit besonders einfach montierbar und zudem kostengünstig herzustellen. Weiterhin läßt sich durch den Einsatz eines sehr weichen Schraubenfederringes oder Elastomer- bzw. Gummiringes aus geeignetem Werkstoff, im Vergleich zu den bisher verwendeten Sperrklinkenfedern, der Freilauf mit besonders geringen Kräften bewegen. Diese geringe Sperrklinkenvorspannkraft und die gleichmäßige Anfederung der Sperrklinken ermöglicht den Einsatzes einer größeren Anzahl von z. B. sechs Sperrklinken. Bei einer direkten Drehmomentenübertragung vom Kettenradträger auf die Nabenhülse oder bei einer indirekten Drehmomentübertragung vom Kettenradträger über ein Getriebe, vorzugsweise Planetenradgetriebe, zur Nabenhülse werden die auftretenden Kräfte auf eine große Anzahl von Sperrklinken und entsprechenden Sperrzähnen, vorzugsweise Sägezähne verteilt. Hierdurch können die Sperrklinken, der Klinkenträger und die Sperrverzahnung aus einem leichten Material, mit einer im Vergleich zu Stahl relativ geringen Festigkeit, wie beispielsweise Aluminium, Titan oder Magnesium bzw. deren Legierungen oder aus geeignetem Kunststoff gefertigt werden.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen die Sperrklinken mit ungleichmäßigen Winkeln am Umfang des Klinkenträgers anzuordnen. Hierdurch soll erreicht werden, dass sich stets eine Sperrklinke in unmittelbarer Nähe einer offenen Zahnkontur der Sperrverzahnung befindet und sofort bei Relativbewegung von Klinkenträger und Sperrverzahnung in Eingriff gelangt.
• Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips wird eine Ausführung als Freilaufnabe ohne Nabengetriebe anhand von 3 Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben.
• Es zeigen:
• Fig. 1 einen Teilschnitt durch die erfindungsgemäße Freilaufnabe
• Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Freilaufnabe mit dem Klinkengesperre
• Fig. 3 eine 3-D Darstellung des Kettenradträgers mit montierten Sperrklinken
• Fig. 1 zeigt eine Freilaufnabe für ein Fahrrad mit einer Achse 1, einer Nabenhülse 2, einem Kettenradträger 3 und einem Klinkengesperre 4. Das Klinkengesperre 4 besteht aus einem Klinkenträger 5 zur Aufnahme der sechs angefederten Sperrklinken 6 sowie einer entsprechenden Sperrverzahnung 7. Der Kettenradträger 3 besitzt eine zur formschlüssigen Mitnahme der Kettenräder gestaltete Außenkontur und ist auf der einen Seite mittels eines Wälzlagers auf der Achse 1 gelagert. Der Klinkenträger 5 ist drehfest mit dem Kettenradträger 3 verschraubt und übernimmt im Bereich der Sperrklinken 6 die zweite Lagerabstützung des Kettenradträgers 3. Die Sperrverzahnung 7 besteht aus einer Vielzahl von Sägezähnen und ist fest mit der Nabenhülse 2 verbunden. Sie ist im Bereich des Speichenflansches 8 bzw. unter dem Speichenflansch 8 am Ende der Nabenhülse 2 angeordnet und wird von einer Ringdichtung 10 gegen Verschmutzung geschützt. Die sechs Sperrklinken 6 sind schwenkbar im Klinkenträger 5 eingebettet. Die Vielzahl der Sperrklinken 6 ermöglicht eine geringe Bauteilebelastung der Sperrklinken 6, der Klinkenträger 5 sowie der Sperrverzahnung 7 an der Nabenhülse 2. Hierdurch kann für das gesamte Klinkengesperre 4 ein leichterer, weniger belastbarer Werkstoff mit einer deutlich geringeren Belastbarkeit als Stahl zum Einsatz kommen. Die Sperrklinken 6 sind zur Reduzierung des Leertrittwinkels mit unterschiedlichen Winkeln am Umfang des Klinkenträgers 5 angeordnet. Somit sind die Sperrklinken 6 gegenüber der Sperrverzahnung 7 gut verteilt, so dass bei einer Relativbewegung zwischen Klinkenträger 5 und Sperrverzahnung 7, die einer offenen Zahnkontur am nächsten gegenüberstehende Sperrklinke 6 sofort oder nach einer geringen Bewegung in die Sperrverzahnung 7 eingreift. Diese Sperrklinken 6 werden von einem Schraubenfederring 9 nach außen in Richtung Sperrverzahnung 7 vorgespannt und wirken drehrichtungsabhängig. In der Antriebsdrehrichtung nehmen die Sperrklinken 6 die Sperrverzahnung 7 und damit die Nabenhülse 2 mit, während sie in der Freilaufrichtung von den Zähnen der Sperrverzahnung 7 überholt werden und dabei gegen die Federvorspannung nach innen ausweichen können. Der Schraubenfederring 9 ist ein geschlossener Federring und im Gegensatz zu einem üblicherweise verwendeten Feder- oder Drahtring nicht biegesteif sondern in allen Richtungen elastisch und radial aufweitbar. Der Schraubenfederring 9 wird im wesentlichen auf Zug beansprucht. Er spannt sich somit tangential von Sperrklinke 6 zu Sperrlinke 6 und gewährleistet dadurch auch bei kleinen Vorspannkräften eine sichere Funktion und eine gleichmäßige Federkraftverteilung. Alternativ zum Schraubenfederring 9 kann auch ein gummielastischer Ring mit entsprechend geeigneten Materialeigenschaften wie Abriebfestigkeit, Alterungs- und Einsatzbetändigkeit die Funktion des Schraubenfederringes 9 übernehmen.
• Neben der Sperrverzahnung 7 ist am Ende der Nabenhülse 2 eine Ringdichtung 10 mit einer elastischen Dichtlippe 11 angeordnet. Diese Dichtlippe 11 dichtet das Klinkengesperre 4 bzw. die Nabe durch Anlage an einem entsprechenden Anlagering 12 auf dem Kettenradträger 3 ab. Der Innendurchmesser der elastischen Dichtlippe 11 ist kleiner als der Innendurchmesser der Sperrverzahnung 7, jedoch größer als der Außendurchmesser der angelegten Sperrklinken 6. Beim Zusammenschieben und leichten Drehen der vormontierten Kettenradträgereinheit in die Nabenhülse 2 werden die ausgefahrenen Sperrklinken 6 durch die Dichtlippe 11 auf einen kleinen Außendurchmesser zusammengedrückt, damit sie leicht in die Sperrverzahnung 7 eingefädelt werden können. Wenn die Sperrklinken 6 den Engpaß an der Dichtlippe 11 passiert haben, werden sie vom Schraubenfederring 9 wieder in Richtung Sperrverzahnung 7 ausgerichtet. Die geschickte Durchmesserabstimmung der Ringdichtung 10 vereinfacht und beschleunigt die Montage der Freilaufnabe wesentlich.
• Fig. 2 zeigt eine Explosionszeichnung der Freilaufnabe mit dem Klinkengesperre 4. Am Klinkenträger 5 ist ein Außengewinde 13 vorgesehen, mit dem der Klinkenträger 5 in den Kettenradträger 3 eingeschraubt wird. Die Sperrklinken 6 haben eine Aufnahmenut 14 zur Aufnahme des Schraubenfederringes 9 und werden von Klinkentaschen 15 aufgenommen. Die Sperrklinken 6 übertragen die Antriebskraft vom Klinkenträger 5 auf die Sägezähne 16 der Sperrverzahnung 7 und damit auf die Nabenhülse 2. Die Sperrverzahnung 7 ist im Bereich des Speichenflansches 8 drehfest mit der Nabenhülse 2 verbunden.
• Fig. 3 zeigt den Kettenradträger 3 mit der Mitnahmekontur 16 für die Kettenräder sowie die auf dem Klinkenträger 5 montierten Sperrklinken 6. Der Schraubenfederring 9 wird in die Aufnahmenut 14 der Sperrklinken 6 und des Klinkenträgers 5 eingelegt. Er fixiert zum einen die Sperrklinken 6 axial und sorgt zum anderen für deren Federvorspannung. Zur Erleichterung der Montage verfügt der Klinkenträger 5 am Außendurchmesser über eine Anfasung 18. Der Anlagering 12 ist axial auf dem Kettenradträger 3 fixiert und mit einer glatten Anlauffläche für die Dichtlippe ausgestattet. Der Anlagering 12 verhindert, dass beim Aufschieben der Kettenräder Schmutz unter die Dichtlippe in das Klinkengesperre bzw. ins Innere die Nabenhülse gelangt. Bezugszeichenliste 1 Achse
  2 Nabenhülse
  3 Kettenradträger
  4 Klinkengesperre
  5 Klinkenträger
  6 Sperrklinken
  7 Sperrverzahnung
  8 Speichenflansch
  9 Schraubenfederring
  10 Ringdichtung
  11 Dichtlippe
  12 Anlagering
  13 Außengewinde
  14 Aufnahmenut
  15 Klinkentasche
  16 Sägezahn
  17 Mitnahmekontur
  18 Anfasung
  

Claims (10)

1. Freilaufnabe mit einer Nabenachse 1, einer Nabenhülse 2, einem Antreiber bzw. Kettenradträger 3 und einem Klinkengesperre 4 mit Antriebs- und Freilauffunktion zur direkten oder indirekten Übertragung des Antriebsmomentes über mindestens einen Drehmomentenpfad vom Antreiber zur Nabenhülse 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Klinkengesperre 4 aus einem Klinkenträger 5, mehreren Sperrklinken 6, einer Sperrverzahnung 7 sowie einem allseitig elastischen, in radialer Richtung aufweitbaren geschlossenen Ring, vorzugsweise einem Schraubenfederring 9, besteht.

2. Freilaufnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der Bauteilebelastung mehr als zwei Sperrklinken 6 eingesetzt werden, wodurch für das Klinkengesperre ein weniger belastbarer, leichterer Werkstoff als Stahl, z. B. Titan, Magnesium, Aluminium oder Kunststoff bzw. Legierungen davon zur Herstellung der Sperrklinken 6 und oder der Klinkenträger 5 und oder der Sperrverzahnung 7, verwendet werden kann.

3. Freilaufnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung des Leertrittwinkels mehr als zwei Sperrklinken 6 verwendet werden, die mit ungleichmäßigen Winkeln am Umfang des Klinkenträgers 5 angeordnet sind.

4. Freilaufnabe nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkenträger 5 drehfest mit dem Antreiber bzw. Kettenradträger 3 verbunden ist und dass die Sperrklinken 6 von einem Schraubenfederring 9 nach außen vorgespannt werden.

5. Freilaufnabe nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkenträger 5 mit dem Antreiber bzw. Kettenradträger ein gemeinsames Bauteil bildet und dass die Sperrklinken 6 von einem Schraubenfederring 9 nach außen vorgespannt werden.

6. Freilaufnabe nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkenträger 5 koaxial zentriert, vorzugsweise unter den Sperrklinken 6, mit einem Wälzlager gelagert ist.

7. Freilaufnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrverzahnung 7 in der Nabenhülse 2, unter dem Speichenflansch 8 angeordnet ist und entweder aus dem Nabenhülsenwerkstoff oder aus einem anderen Werkstoff besteht, aber mit der Nabenhülse 2 ein gemeinsames Bauteil bildet.

8. Freilaufnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klinkengesperre 4 nach außen hin von einer ringförmigen Dichtung 10 abgedichtet wird, die sich an der Nabenhülse 2 abstützt und mit einer elastischen Dichtlippe 11 am Kettenradträger 3 anliegt.

9. Freilaufnabe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Ringdichtung 10 bzw. der Dichtlippe 11, kleiner als der Außendurchmesser der ausgefahrenen Sperrklinken 6 und größer als der Außendurchmesser der eingefahrenen Sperrklinken 6 ist.

10. Freilaufnabe nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vereinfachung der Montage die federvorgespannten Sperrklinken 6 beim Einfädeln in die Sperrverzahnung 7 von der elastischen Dichtlippe 11 zusammengedrückt werden.