DE19915436C2 - Antriebsnabe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsnabe mit einer Achse, welche die Durchstecköffnung eines Nabenkörpers sowie eines benachbart zum Nabenkörper angeordneten und wenigstens ein Ritzel, eine Riemenscheibe oder ein Antriebselement tragenden Freilaufs oder Drehrichtungsgesperres durchsetzt, wobei die zumindest im Bereich ihrer einander zugewandten Stirnseiten jeweils auf dem Außenring eines Wälzlagers sitzenden Nabenkörper und Freilauf oder Drehrichtungsgesperre unabhängig voneinander verdrehbar auf der Achse gelagert sind. Eine solche Antriebsnabe ist beispielsweise aus der EP 0 277 576 A2 bekannt.

Derartige Antriebsnaben werden beispielsweise bei Fahrrädern als Hinterradnabe eingesetzt. Solche Hinterradnaben weisen regelmäßig einen Nabenkörper, in dem die Speichen eingefädelt sind, einen als Drehrichtungsgesperre wirkenden Freilauf, der die Antriebsrit­ zel trägt und eine den Nabenkörper sowie den Freilauf durchsetzende Achse auf, mittels der die gesamte Nabe im Hinterbau des Fahr­ radrahmens befestigt wird.

Dabei werden im wesentlichen zwei Naben-Systeme voneinander unterschieden: Während bei einem ersten Nabensystem der Nabenkörper und der Freilauf fest miteinander verschraubt sind, werden der Nabenkörper sowie der Freilauf bei dem anderen zweiten Nabensystem zwar getrennt voneinander, aber benachbart zueinander auf der Hinterradachse aufgereiht.

Um das Gewicht des Fahrrades zu reduzieren und um dazu die einzelnen Fahrradkomponenten möglichst leicht ausgestalten zu können, setzt man zunehmend leichte Metalle oder sogar faserhaltige Kunststoffe, wie beispielsweise Carbon, Kevlar oder Glasfaser, ein. Insbesondere solche faserhaltigen Kunststoffe sind zwar sehr leicht, weisen jedoch nur eine geringe Verbindungssteifigkeit und Scherfestigkeit auf.

Während bei dem in der Herstellung sehr aufwendigen ersten Nabensystem der Nabenkörper und der damit verschraubte Freilauf einen vergleichsweise langen Rohrkörper bilden, der die Radachse zusätzlich verstärkt, besteht bei dem demgegenüber wesentlich einfacher herzustellenden zweiten Nabensystem ein Problem darin, daß sich die Scher- und Knickkräfte in der zwischen Nabenkörper und Freilauf liegenden Trennebene schlagartig erhöhen. Das kann bei den zur Herstellung der Achse bevorzugten leichten Metall- und Kunststoffmaterialien zu einem Achsbruch in diesem Bereich führen.

Die daher als erforderlich angesehene Versteifung der Radachse bei dem zweiten Nabensystem wurde bislang durch eine Erhöhung von Durchmesser und Wandstärke der als Radachse dienenden Hohlachse erreicht. Während eine Erhöhung der Wandstärke gravierende Gewichtsnachteile mit sich bringt, kann der Achsdurchmesser wegen des nur begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraumes nicht beliebig erhöht werden.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Antriebsnabe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die auch bei Verwendung besonders leichter und entsprechend scherempfindlicher Achsmaterialien die gestellten Anforderungen bezüglich einer Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Erhöhung der Sicherheit und Festigkeit erfüllt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser scheinbar widersprüchlichen Aufgabenstellung besteht darin, daß der Nabenkörper und der Freilauf oder das Drehrichtungsgesperre im Bereich ihrer einander zugewandten Stirnseiten auf einem gemeinsamen mehrreihigen Wälzlager gelagert sind, dessen Wälzkörper-Reihen auf einem gemeinsamen Innenring umlaufen und von denen wenigstens eine Wälzkörper-Reihe einen dem Nabenkörper zugeordneten ersten Außenring und zumindest eine andere Wälzkörper-Reihe einen für den Freilauf oder das Drehrichtungs­ gesperre vorgesehenen zweiten Außenring trägt, wobei die Achse aus einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.

Die erfindungsgemäße Antriebsnabe weist zur Lagerung des Nabenkörpers sowie des benachbart dazu auf der Achse angeordneten Drehrichtungs­ gesperres ein gemeinsames mehrreihiges Wälzlager auf, dessen Wälzkörper-Reihen auf einem gemeinsamen Lager-Innenring umlaufen. Dieser Innenring verstärkt die eventuell aus einem scher­ empfindlichen Achsmaterial bestehende Radachse in dem ansonsten problematischen Bereich, dort wo der Nabenkörper und der Freilauf sowie deren Lagerungen aneinanderstoßen. Da der Innenring uner­ wünscht hohen Scherkräften in diesem Bereich entgegenwirkt, kann hier ein Achsbruch nahezu ausgeschlossen werden.

Dabei trägt von den Wälzkörper-Reihen des erfindungsgemäß verwendeten Wälzlagers wenigstens eine Wälzkörper-Reihe einen dem Nabenkörper zugeordneten ersten Lager-Außenring, während zumindest eine andere Wälzkörper-Reihe für einen dem Drehrichtungsgesperre zugeordneten zweiten Lager-Außenring vorgesehen ist. Die Achse der erfindungs­ gemäßen Antriebsnabe ist aus einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoffmaterial und damit aus einem besonders leichten Achsmaterial hergestellt. Dabei erfüllt die erfindungsgemäße Antriebsnabe trotz ihres vergleichsweise geringen Herstellungsauf­ wandes auch höchste Ansprüche an Festigkeit und Sicherheit, ohne daß die Erhöhung der Wandstärke bzw. des Achs-Außendurchmessers erforderlich wäre. Der Lager-Innenring kann nach Bedarf auch derart verlängert werden, daß er zumindest auf einer Seite, vorzugsweise auf beiden Seiten des Wälzlagers in axialer Richtung über die Außenringe vorsteht.

Die hohe Achssteifigkeit der erfindungsgemäßen Antriebsnabe wird noch zusätzlich erhöht, wenn die Achse als Hohlachse ausgebildet ist, die ein Schnellspanner durchsetzt.

Um das erfindungsgemäß verwendete mehrreihige Wälzlager auch unmittelbar auf die Radachse aufschieben zu können, ohne daß weitere metallische Lagerflächen auf der Achse erforderlich wären, ist es vorteilhaft, wenn die Achse aus einem faserhaltigen Kunststoffmaterial, etwa aus Kevlar, Glasfaser oder vorzugsweise aus Carbon, hergestellt ist.

Der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Antriebsnabe erforderliche Aufwand läßt sich noch zusätzlich reduzieren, wenn die Achse als einstückiges Kunststoffteil mit einem vorzugsweise gleichmäßigen Querschnitt hergestellt ist.

Möglich ist es, daß das Wälzlager zumindest eine Wälzkörper-Reihe mit kugelförmigen Wälzkörpern und/oder wenigstens eine Wälzkörper- Reihe mit rollen- oder nadelförmigen Wälzkörpern hat. Somit kann das erfindungsgemäß verwendete Wälzlager zur Kostenreduzierung ausschließlich kugelförmige oder rollen- bzw. nadelförmige Wälz­ körper oder eine Kombination aus reihenweise kugelförmigen und rollen- bzw. nadelförmigen Wälzkörpern haben.

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, daß die beiden Außenringe des Wälzlagers denselben Außendurchmesser haben. Nach einer anderen Ausführungsform, die dem reduzierten Bauraum im Bereich des Drehrichtungsgesperres Rechnung trägt, ist vorgesehen, daß die beiden Außenringe des Wälzlagers unterschiedliche Außendurchmesser haben und daß vorzugsweise der dem Freilauf oder Drehrichtungs­ gesperre zugeordnete Außenring den kleineren Außendurchmesser aufweist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend noch näher erläutert.

In der Zeichnung 1 ist eine Antriebsnabe 1 dargestellt, die als Hinterradnabe für ein Fahrrad dient. Die Antriebsnabe 1 hat einen Nabenkörper 2, in dessen flanschartigen Radialausformungen 3 Speichenlöcher 4 zum Einfädeln der Speichen vorgesehen sind. Die Antriebsnabe 1 weist darüber hinaus einen als Drehrichtungsgesperre dienenden Freilauf 5 auf, der hier nur schematisch dargestellt ist und einen hier nicht weiter sichtbaren Zahnkranz trägt.

Der Nabenkörper 2 sowie der benachbart dazu angeordnete, ebenfalls hülsenförmige Freilauf 5 weisen Durchstecköffnungen 6, 7 auf, die eine Achse 8 durchsetzt. Der Nabenkörper 2 sowie das Drehrichtungs­ gesperre sind unabhängig voneinander verdrehbar auf der Achse 8 gelagert. Während der Nabenkörper 2 und das Drehrichtungsgesperre an ihren aneinander abgewandten Stirnseiten dazu auf Kugellagern 9 sitzen, ist diesen Bauteilen (Nabenkörper 2 und Freilauf 5) im Bereich ihrer einander zugewandten Stirnseiten ein gemeinsames mehrreihiges Wälzlager 10 zugeordnet.

Um die als Hohlachse ausgebildete und beispielsweise aus einem aluminium- oder faserhaltigen Kunststoffrohr hergestellte Achse gegen unerwünscht hohe Scherkräfte zu sichern, laufen die Wälzkörper- Reihen 11, 12 des zweireihigen Wälzlagers 10 auf einem gemeinsamen Innenring 13 um. Während die eine Wälzkörper-Reihe 11 einen dem Nabenkörper 2 zugeordneten ersten Lager-Außenring 14 trägt, ist die andere Wälzkörper-Reihe 12 einem für den Freilauf 5 vorgesehenen zweiten Lager-Außenring 15 zugeordnet.

Die Achsfestigkeit der Antriebsnabe 1 wird noch dadurch erhöht, daß die Hohlachse 8 beidseits mittels einem sie durchsetzenden Schnellspanner eingespannt ist.

Das Wälzlager 10 hat hier Wälzkörper-Reihen 11, 12 deren Wälzkörper 16 kugelförmig ausgebildet sind. Um dem vergleichsweise geringen Bauraum im Bereich des Drehrichtungsgesperres Rechnung zu tragen, weist der Außenring 15 im Vergleich zum Außenring 14 einen kleineren Außendurchmesser auf.

Die Achse 8 der Antriebsnabe 1 kann als einstückiges Achsrohr mit gleichbleibendem Querschnitt aus einem besonders leichten, gegebenenfalls auch scherempfindlichen Aluminium oder faserhaltigen Kunststoffmaterial, insbesondere aus Carbon, hergestellt sein. Da die Achse nur im Bereich der kritischen Stelle zwischen Nabenkörper 2 und Drehrichtungsgesperre (Freilauf 5) durch den Innenring 13 des Wälzlagers 10 verstärkt wird, genügt die mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbare Antriebsnabe 1 auch hohen Anforderungen am eine Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger erhöhter Festigkeit und Stabilität.

Claims (7)

1. Antriebsnabe (1) mit einer Achse (8), welche die Durchstecköff­ nung (6, 7) eines Nabenkörpers (2) sowie eines benachbart zum Nabenkörper (2) angeordneten und wenigstens ein Ritzel, eine Riemenscheibe oder ein Antriebselement tragenden Freilaufs (5) oder Drehrichtungsgesperres durchsetzt, wobei die zumindest im Bereich ihrer einander zugewandten Stirnseiten jeweils auf dem Außenring (14, 15) eines Wälzlagers sitzenden Nabenkörper (2) und Freilauf (5) oder Drehrichtungsgesperre unabhängig voneinander verdrehbar auf der Achse (8) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenkörper (2) und der Freilauf (5) oder das Drehrichtungsgesperre im Bereich ihrer einander zugewandten Stirnseiten auf einem gemeinsamen mehrreihigen Wälzlager (10) gelagert sind, dessen Wälzkörper-Reihen (11, 12) auf einem gemeinsamen Innenring (13) umlaufen und von denen wenigstens eine Wälzkörper-Reihe (11) einen dem Nabenkörper (2) zugeordneten ersten Außenring (14) und zumindest eine andere Wälzkörper-Reihe (12) einen für den Freilauf (5) oder das Drehrichtungsgesperre vorgesehenen zweiten Außenring (15) trägt, wobei die Achse (8) aus einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.

2. Antriebsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (8) als Hohlachse ausgebildet ist, die ein Schnell­ spanner durchsetzt.

3. Antriebsnabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (8) aus einem faserhaltigen Kunststoffmaterial hergestellt ist.

4. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (8) als einstückiges Kunststoff­ teil mit einem vorzugsweise gleichmäßigen Querschnitt hergestellt ist.

5. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (10) zumindest eine Wälzkörper-Reihe (11, 12) mit kugelförmigen Wälzkörpern (16) und/oder wenigstens eine Wälzkörper-Reihe mit rollen- oder nadelförmigen Wälzkörpern hat.

6. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenringe (14, 15) des Wälzlagers (10) denselben Außendurchmesser haben.

7. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenringe (14, 15) des Wälzlagers (10) unterschiedliche Außendurchmesser haben und daß vorzugsweise der dem Freilauf (5) oder Drehrichtungs­ gesperre zugeordnete Außenring (15) den kleineren Außendurch­ messer aufweist.