DE19621121A1 - Fahrrad-Hinterrad - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrrad-Hinterrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Im spezielleren bezieht sie sich auf Hinterräder insbesondere für Rennräder. Zur Erzielung der besten Leistung während eines Rennens muß ein Rad verschiedenen Anforderungen genügen. Erstens muß es sehr gute aerodynamische Eigenschaften aufweisen. Bei den herkömmlichen Hinterrädern ist die Radnabe an ihren Enden mit radialen Flanschen versehen, die axiale Bohrungen für das Eingreifen der Endbereiche der Radspeichen aufweisen, die in ellbogenartiger Weise abgebogen sind und abwechselnd auf den beiden Seiten des radialen Flansches angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung ragt jede Speiche von dem Flansch weg, wodurch Luftwirbel entstehen, die die aerodynamische Leistung des Rads reduzieren.

Eine weitere Notwendigkeit besteht in der Gewährleistung einer hohen Steifigkeit des Rads in Querrichtung, um zu vermeiden, daß ein Teil der auf die Pedalen wirkenden Kraft in einer Verformung des Rads verschwendet wird, bevor letzteres zur Ausführung einer Vorwärtsbewegung veranlaßt wird. Die unter jeglichen Rennbedingungen auf die Pedalen wirkende Kraft wird abwechselnd auf das rechte und das linke Pedal übertragen. Während der Pedalenbewegung wird daher ein Biegemoment in einer zu der Längsachse des Fahrrads quer verlaufenden Richtung abwechselnd auf der rechten und der linken Seite erzeugt. Die Ausübung dieses Biegemoments führt jedes Mal zu einer Querverformung des Rads, die in der vorstehend erörterten Weise eine Energieverschwendung und somit eine kürzere Vorwärtsbewegung verursacht. Ferner hat man festgestellt, daß aufgrund der Konfiguration des menschlichen Körpers der größere Schub bzw. Druck auf die Pedale während eines anfänglichen Rotationswinkels von 15° bis 20° ausgehend von der obersten Pedalenposition erzielt wird. Eine Querverformung des Rads beinhaltet somit eine Verschwendung von Schubkraft gerade während des wirksamsten Teils der Pedalenbewegung.

Um die Querflexibilität des Rads, d. h. die Möglichkeit, daß die Radfelge als Ergebnis einer Verformung der Speichen und der Felge in Querrichtung in bezug auf die Nabe verlagert wird, so weit wie möglicht zu reduzieren, ist es wünschenswert, daß die Neigung der Speichen der mit dem betreffenden Ende der Nabe verbundenen Speichenreihe in bezug auf eine zu der Nabenachse orthogonale Ebene jeweils so groß wie möglich ist. Bei herkömmlichen Rädern ist diese Neigung an dem den Zahnscheiben bzw. Kettenrädern benachbarten Ende der Nabe jedoch durch die störende Beeinflussung zwischen den ellbogenartigen abgebogenen Endbereichen der Speichen und der in unmittelbarer Nähe angeordneten Zahnscheibe begrenzt. Wie bereits erläutert wurde, greifen bei diesen herkömmlichen Rädern die ellbogenartigen Bereiche in die Löcher des radialen Flansches abwechselnd auf der einen Seite und der anderen Seite ein. Die ellbogenartigen Bereiche, die in die Bohrungen des radialen Flansches von außen her eingreifen, befinden sich somit näher bei den Zahnscheiben und besitzen daher eine Neigung, die durch die Notwendigkeit begrenzt ist, eine störende Beeinträchtigung hinsichtlich der Zahnscheiben zu verhindern. Als Ergebnis hiervon wird die Neigung der Speichen, deren Endbereiche in die Bohrungen des radialen Flansches von innen her eingreifen, noch weiter begrenzt. Die Querflexibilität des Rades ist daher relativ hoch.

Schließlich besteht die Notwendigkeit der Schaffung von Rädern, die leicht sind. Es ist ja bekannt, daß die Räder aufgrund ihrer Rotationsbewegung und Vorwärtsbewegung die zum Bewegen des Fahrrads erforderliche Energie um das doppelte ihres Gewichts beeinträchtigen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Fahrrad-Hinterrads, bei dem sich alle der vorstehend genannten Erfordernisse gleichzeitig in zufriedenstellenderer Weise erfüllen lassen.

Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß durch Schaffung eines Fahrrad-Hinterrads mit einer Nabe und zwei Reihen von Speichen zum Verbinden der Enden der Nabe mit der Radfelge, wobei das Rad sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß beide Enden der Nabe ohne radialen Flansch zur Verbindung mit den Speichen ausgebildet sind, daß die Nabe an jedem ihrer Enden eine frontale bzw. axial nach außen gerichtete ringförmige Fläche mit einer Anzahl frontaler Hohlräume aufweist, die über die gesamte radiale Erstreckung der frontalen ringförmigen Fläche vorgesehen sind, und daß jede Speiche einen mit der Nabe verbundenen, nicht ellbogenartig abgebogenen, geraden Endbereich aufweist, der in einem jeweiligen Hohlraum der frontalen Hohlräume aufgenommen ist und einen vergrößerten Kopf aufweist, der an einer Innenfläche am jeweiligen Ende der Nabe anliegt.

Bei dem Rad gemäß der vorliegenden Erfindung sind somit alle der mit jedem Ende der Nabe verbundenen Speichen in derselben Ebene angeordnet, und sie besitzen keine ellbogenartigen Bereiche, die zur Entstehung von Luftwirbeln mit einem nachteiligen Einfluß auf die aerodynamischen Eigenschaften des Rads führen können. Die aerodynamische Leistung wird durch die Eliminierung der herkömmlichen radialen Flansche an beiden Enden der Nabe weiter gesteigert. Die Nabe besitzt somit einen Frontalquerschnitt, der in seinen Abmessungen reduziert ist und günstiger für die Luftströmung ist.

Durch die Anordnung der Speichen in derselben Ebene läßt sich die Neigung derselben ferner mit einem zufriedenstellenden Wert für alle Radspeichen wählen, wodurch die Quersteifigkeit des Rads gegenüber den herkömmlichen Lösungen stark gesteigert wird. Die Erhöhung der Steifigkeit kann die Größenordnung von 43% erreichen.

Schließlich wird das Rad durch die Eliminierung der radialen Flansche viel leichter.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind an jedem Ende der Nabe nur sechs Speichen vorgesehen. Diese Anordnung mit einer reduzierten Anzahl von Speichen gegenüber der herkömmlichen Lösung mit 16 Speichen führt zu einer Reduzierung des aerodynamischen Luftwiderstands um 0,5% bei einer Geschwindigkeit von 40 km/h.

Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Hohlräume an demjenigen Ende der Nabe, das den Zahnscheiben für den Eingriff mit der Fahrradkette zugewandt ist, in einer in bezug auf die Radialrichtung geneigten Richtung, so daß die Speichen derart angeordnet sind, daß sie einander zweierweise kreuzen, um dadurch die durch die belastete Zahnscheibe übertragene Torsionswirkung aufzunehmen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ist ein Kraftverteilungselement zwischen dem Kopf jeder Speiche und der jeweiligen Anlagefläche der Nabe angeordnet.

Im Fall des Endes der Nabe, das von den Zahnscheiben weiter entfernt ist, kann dieses Kraftverteilungselement zum Beispiel durch eine gekrümmt bzw. gewölbt ausgebildete Platte mit einer zentralen abgeschrägten Öffnung zum Haltern des Speichenkopfes ausgebildet sein. Im Fall des den Zahnscheiben zugewandten Endes der Nabe dagegen handelt es sich bei diesem Kraftverteilungselement um einen halbzylindrischen Körper, der in einem vergrößerten Ende des jeweiligen Hohlraums aufgenommen ist und eine zentrale abgeschrägte Öffnung für das Angreifen des Speichenkopfes aufweist.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal ist die Nabe mit einer axialen Festhalteeinrichtung versehen, die dazu ausgelegt ist, ein Herausbewegen des Endbereichs jeder Speiche axial aus dem jeweiligen frontalen Hohlraum der Nabe heraus zu verhindern. An dem von den Zahnscheiben weiter entfernten Ende der Nabe, wo sich die Speichen in bezug auf die Nabenachse radial erstrecken, kann die axiale Festhalteeinrichtung zum Beispiel in Form einer ringförmigen Kante vorliegen, die von der radial inneren Fläche der Nabe radial nach innen ragt, um dadurch eine ringförmige Anschlagfläche bzw. Anlagefläche für den vergrößerten Kopf der Speiche oder für das dem Speichenkopf zugeordnete Kraftverteilungselement zu bilden. Diese Anlagekante stellt keine Behinderung bei der Anbringung der Speichen an der Nabe dar, da der vergrößerte Kopf jeder Speiche in den jeweiligen Hohlraum von der Innenseite der Nabe her unter Ausführung einer radialen Bewegung eingeführt werden kann, durch die das durch die Anschlagkante gebildete Hindernis überwunden wird, wobei diese radiale Bewegung möglich ist, da die Speichen in radialen Richtungen in bezug auf die Nabenachse angeordnet sind. An dem näher bei den Zahnscheiben befindlichen Nabenende, wo die Speichen zum Beispiel in zweierweise gekreuzter Weise in Richtungen angeordnet sind, die zu einem mit der Nabe koaxialen, theoretischen Zylinder tangential sind, muß der vergrößerte Kopf jeder Speiche mit dem zugeordneten Kraftverteilungselement in den zugeordneten Hohlraum der Nabe mit einer lediglich eine axiale Komponente aufweisenden Bewegung eingeführt werden, so daß eine Anlagekante der vorstehend genannten Art die Anbringung der Speiche behindern würde. In diesem Fall ist gemäß der Erfindung daher vorgesehen, daß die axiale Festhalteeinrichtung zum Beispiel in Form eines Federrings vorliegt, der an der Nabe, zum Beispiel an der radial äußeren Fläche der Nabe, angebracht ist, so daß er mit demjenigen Teil des Endbereichs der Speiche zusammenwirkt, der von der Nabe nach außen ragt, um dadurch eine Bewegung dieses Bereichs aus dem jeweiligen Hohlraum heraus zu verhindern.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine fragmentarische Schnittansicht der Nabe eines erfindungsgemäßen Rads;

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Ansicht eines Details der Fig. 1;

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Ansicht eines weiteren Details der Fig. 1;

Fig. 4 eine Frontansicht des rechten Endes der Nabe der Fig. 1;

Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Perspektivansicht eines Details der Fig. 3;

Fig. 6 eine Frontansicht des Details der Fig. 5;

Fig. 7 eine im Schnitt dargestellte Ansicht entlang der Linie VII-VII der Fig. 6;

Fig. 8 eine Perspektivansicht des einen Endes der Nabe der Fig. 1;

Fig. 9 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Perspektivansicht eines Details der Fig. 2;

Fig. 10 eine Schnittansicht des Details der Fig. 9;

Fig. 11 eine im Schnitt dargestellte Ansicht entlang der Linie XI-XI der Fig. 10;

Fig. 12 eine Darstellung einer Variante der Fig. 1; und

Fig. 13 eine Darstellung einer Variante der Fig. 8.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, bezeichnet das Bezugszeichen 1 im allgemeinen eine Nabe eines Fahrrad-Hinterrads, deren Enden mittels zwei Reihen von Speichen 2, 3 mit der Radfelge (nicht gezeigt) verbunden sind.

In Übereinstimmung mit der herkömmlichen Technik ist die Nabe 1 mittels Lagern 4, 5 auf einer Achse 6 drehbar angebracht, die an dem Fahrradrahmen anzubringen ist und in herkömmlicher Weise eine Freilaufeinheit 7 trägt, die mit Zahnscheiben bzw. Ritzeln 8 versehen ist, die für den selektiven Eingriff mit der Fahrradkette dienen.

Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, sind an beiden Enden der Nabe 1 keine radialen Flansche vorhanden, sondern es sind zwei ringförmige, im wesentlichen axial verlaufende Endbereiche 9, 10 vorgesehen, die frontale bzw. axial nach außen gerichtete, ringförmige Flächen 11, 12 besitzen.

Ferner sind in der dargestellten Weise die beiden Reihen der Speichen 2, 3 mit geraden Endbereichen 2a, 3a ausgebildet, die nicht nach Art eines Ellbogens abgebogen sind.

Wie aus Fig. 8 deutlich zu sehen ist, besitzt die ringförmige frontale Fläche 12 eine Anzahl von Hohlräumen 13, die über die gesamte radiale Abmessung der ringförmigen Fläche 12 vorgesehen sind. Diese Hohlräume nehmen den jeweiligen Endbereich 3a der Speiche 3 auf (siehe auch Fig. 4), der in einem vergrößerten Kopf 3b endet. Der Kopf 3b liegt an der Innenfläche des axial verlaufenden Endbereichs 10 an, wobei dazwischen ein Kraftverteilungselement 14 angeordnet ist, das einen halbzylindrischen Körper (Fig. 5 bis 7) aufweist, der in einem vergrößerten Bereich 13a (Fig. 8) mit halbkreisförmigem Querschnitt jedes Hohlraums 13 aufgenommen ist. Wie in Fig. 4 deutlich zu erkennen ist, erstrecken sich bei dem dargestellten Beispiel die Hohlräume 13 in einer in bezug auf die Radialrichtung geneigten Richtung, so daß die Speichen 3, wobei es sich bei dem dargestellten Beispiel um insgesamt sechs handelt, derart angeordnet sind, daß sie einander zweierweise kreuzen. Der halbzylindrische Körper 14 besitzt eine zentrale Öffnung 14a für die Passage des jeweiligen Endbereichs 3a, wobei eine abgeschrägte Fläche 14b für die Anlage des Kopfes 3b vorgesehen ist. Die Öffnung 14a besitzt zwei Hohlräume 14c für den Durchtritt der Speiche, wobei die Öffnung einen abgeflachten aerodynamischen Querschnitt entlang ihres Hauptbereichs besitzt.

An dem gegenüberliegenden Ende besitzt die Nabe 1 in ähnlicher Weise eine Anzahl von Hohlräumen 15, die ausgehend von der ringförmigen Endfläche 11 ausgebildet sind und über die gesamte radiale Abmessung dieser Fläche vorgesehen sind. In diesem Fall sind die Hohlräume 11 radial gerichtet, da die Speichen 2 einander nicht kreuzen. Jeder Endbereich 2a einer Speiche 2 ist in einem jeweiligen Hohlraum 15 aufgenommen, wobei ihr am Ende befindlicher Kopf 2b an der Innenfläche des axialen Flansches 9 unter Zwischenordnung eines Kraftverteilungselements 16 (Fig. 9 bis 11) anliegt, das gekrümmt bzw. gewölbt, z. B. nach Art eines einfach gekrümmten Dachziegels, ausgebildet ist, wobei eine zentrale Öffnung 16a in eine abgeschrägte Fläche 16b mündet und wobei zwei Aussparungen 16c vorgesehen sind, die der Form des Speichenquerschnitts entsprechen.

Wie in der Zeichnung zu sehen ist, sind alle Speichen 2, 3 mit der Nabe ohne Notwendigkeit der Ausbildung ellbogenartig gebogener Enden verbunden. Alle Speichen 3 sind in derselben Ebene und mit der maximalen Neigung angeordnet, die im Hinblick auf die Notwendigkeit der Vermeidung einer störenden Beeinträchtigung gegenüber den Zahnscheiben 8 ermöglicht ist. Auf diese Weise erzielt man ein Rad mit hoher aerodynamischer Leistung und Steifigkeit in Querrichtung. Ferner ist das Gewicht des Rades stark vermindert, da die radialen Endflansche der Nabe eliminiert sind, die bei den herkömmlichen Lösungen verwendet werden. Die Ausbildung der Hohlräume 13, 15 gestattet eine einfache Montage des Rades, und die Anordnung der Kraftverteilungselemente 14, 16 stellt hohe Festigkeitseigenschaften sowie ein hohes Ausmaß an Zuverlässigkeit sicher. An der Frontalfläche 11 der Nabe ist ein Abdeckring 17 angebracht, der mit einem Rand auf - einen entsprechenden Rand 11a der Frontalfläche 11 gepaßt ist.

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine Variante der Erfindung, bei der axiale Festhalteeinrichtungen vorgesehen sind, um eine Bewegung der Endbereiche der Speichen axial aus ihren jeweiligen Hohlräumen heraus zu verhindern. In diesem Fall besitzt das von den Zahnscheiben 8 abgelegene Ende der Nabe einen Anschlagrand bzw. Anlagerand 50, der von der Innenfläche des ringförmigen Flansches 9 radial nach innen ragt, um eine Anlagefläche für das Kraftverteilungselement 16 zu bilden, das dem vergrößerten Kopf 2b des Endbereichs 2a jeder Speiche 2 zugeordnet ist. Selbst wenn das Kraftverteilungselement 16 nicht vorgesehen wäre, könnte der Rand 50 zum direkten Zusammenwirken mit dem vergrößerten Kopf 2b vorgesehen sein. Der Rand 50 stellt kein Hindernis für die Montage der Speichen an der Nabe dar, da die Speichen 2 in bezug auf die Nabenachse 1a alle entlang radialer Richtungen ausgerichtet sind, so daß jeder vergrößerte Kopf 2b dadurch in den jeweiligen Hohlraum 15 eingeführt wird, daß man die Speiche von innen her mit einer Bewegung in Radialrichtung durch den Hohlraum hindurchführt.

An dem näher bei den Zahnscheiben 8 gelegenen Ende der Nabe sind die Speichen 3 entlang von relativ zu der Radialrichtung geneigten Richtungen angeordnet, so daß eine Anlageeinrichtung nach Art des Anlagerands 50 die korrekte Anbringung der Speichen behindern würde. Die Anlageeinrichtung ist daher vorzugsweise in Form eines Federrings 51 (Fig. 12) ausgebildet, der in eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 52 eingesetzt ist, die an der Außenfläche der Nabe 1 ausgebildet ist.

Aufgrund der geschilderten Merkmale ist die Anbringung der Speichen an der Nabe stabil und sicher, während die Vorteile der in den Fig. 1 bis 11 gezeigten Lösungen aufrechterhalten werden.

Claims (10)

1. Fahrrad-Hinterrad mit einer Nabe (1) und zwei Reihen von Speichen (2, 3) zum Verbinden der Enden der Nabe (1) mit der Radfelge, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der Nabe (1) ohne radialen Flansch zur Verbindung mit den Speichen (2, 3) ausgebildet sind, daß die Nabe (1) an jedem ihrer Enden eine frontale ringförmige Fläche (11, 12) mit einer Anzahl frontaler Hohlräume (13, 15) aufweist, die über die gesamte radiale Erstreckung der frontalen ringförmigen Fläche (11, 12) vorgesehen sind, und daß jede Speiche (2, 3) einen mit der Nabe (1) verbundenen, nicht ellbogenartig gebogenen, geraden Endbereich (2a, 3a) aufweist, der in einem jeweiligen Hohlraum der frontalen Hohlräume (13, 15) aufgenommen ist und einen vergrößerten Kopf (2b, 3b) aufweist, der an einer Innenwand am jeweiligen Ende der Nabe (1) anliegt.

2. Hinterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an demjenigen Ende der Nabe (1), das Zahnscheiben (8) für den Eingriff mit einer Fahrradkette zugewandt ist, die Hohlräume (13) sich entlang von in bezug auf die Radialrichtung geneigten Richtungen erstrecken und die Speichen derart angeordnet sind, daß sie einander zweierweise kreuzen.

3. Hinterrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Ende der Nabe (1) zugeordneten Speichen (2, 3) in der selben Ebene angeordnet sind.

4. Hinterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf (2b, 3b) jeder Speiche (2, 3) und der jeweiligen Anlagefläche der Nabe (1) ein Kraftverteilungselement (14, 16) angeordnet ist.

5. Hinterrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Kraftverteilungselement um eine Platte (16) mit einer zentralen abgeschrägten Öffnung (16a) zum Haltern des Kopfes (2b) der Speiche (2) handelt.

6. Hinterrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftverteilungselement (14) einen halbzylindrischen Körper aufweist, der in einem vergrößerten Endbereich (13a) mit halbkreisförmigem Querschnitt des jeweiligen Hohlraums (13) aufgenommen ist, wobei der halbzylindrische Körper (14) eine sich verjüngende zentrale Öffnung (14a) für den Eingriff mit dem Kopf (3b) der Speiche (3) aufweist.

7. Hinterrad nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (1) mit einer axialen Festhalteeinrichtung versehen ist, die eine Bewegung des Endbereichs (2a, 3a) jeder Speiche (2, 3) axial aus dem jeweiligen frontalen Hohlraum (13, 15) heraus verhindert.

8. Hinterrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Festhalteeinrichtung durch einen ringförmigen Rand (50) gebildet ist, der von einer radialen Innenfläche der Nabe (1) an dem einen Ende derselben radial nach innen ragt.

9. Hinterrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Festhalteeinrichtung durch einen Federring (51) gebildet ist, der auf der Nabe (1) derart angebracht ist, daß er mit dem aus der Nabe (1) herausragenden Teil des Endbereichs (3a) jeder Speiche (3) zusammenwirkt.

10. Hinterrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (51) in einer in der Außenfläche der Nabe (1) gebildeten Nut (52) angebracht ist.