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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Fahrradnabe und insbesondere auf eine Fahrradnabe,
die speziell für
die Verwendung in rauhen Umgebungen unter schwierigen Bedingungen
geeignet ist.
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Eine Fahrradnabe, wie etwa eine Vorderradnabe,
muss in der Lage sein, statischen und dynamischen Belastungen Stand
zu halten und den Rädern gleichzeitig
eine reibungslose und leichte Drehung zu ermöglichen. Einige Fahrräder, die
grobem und schnellem Manövrieren
ausgesetzt sind, wie etwa Mountainbikes, sind in der Vordergabel
mit Stoßdämpfern ausgestattet.
Stoßdämpfer dienen
dazu, den Aufschlag, der über
die Räder
von der Streckenoberfläche
auf den Fahrradkörper übertragen wird,
wenn das Fahrrad fährt,
zu dämpfen
sowie den Streckenkontakt mit den Rädern zu erhöhen, die Lenkbetätigung zu
verbessern und dergleichen. Naben benötigen im Allgemeinen eine hohe
Steifheit, doch mit Stoßdämpfern versehene
Vordergabelnaben benötigen
sogar noch mehr Steifheit, da mangelnde Steifheit zu Kontrollverlust
beim Lenken führt.
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Vorderradnaben, die vor allem beim Oft-Road-Fahren
verwendet werden, unterliegen aufgrund des Eindringens von Schmutz,
Sand und anderen Fremdkörpern
in die Gleitteile starker Abnutzung. Aus diesem Grund sind Vorderradnaben,
die abgedichtete, mit Außenringen,
Innenringen und rollenden Teilen ausgestattete Lager einschließen, weit
verbreitet. Bei herkömmlichen
Naben bleiben jedoch Schmutz, Sand und andere Fremdkörper zwischen dem
Innenring und der Nabenachse hängen,
wenn die Naben im Freien gewechselt werden, da die Nabenachse direkt
in den Innenring des Lagers eingeführt wird. Die Gegenwart von
Fremdkörpern
führt im Innenring
des Lagers und in der Nabenachse zu Abnutzung und beeinträchtigt so
die in der Nabe erforderliche präzise
Ausrichtung. Infolgedessen verliert die Nabe ihre gewünschte Steifheit
und die Lebensdauer der Nabe verkürzt sich.
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Beispiele von Nabenanordnungen sind
in FR2340830, was die im Oberbegriff von Anspruch 1 erwähnten Merkmale
beinhaltet, und in der Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung 2-155803,
gezeigt. Die Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung
2-155803 offenbart eine Motorradhinterradvorrichtung, die auf dem
Außenumfang
einer Achsenwelle mit einem mittleren Abstandshalter versehen ist,
um eine Lageveränderung der
Nabenteile zu verhindern. Der Innenring der Lager dieser Motorradhinterradvorrichtung
wird durch die Achsenwelle nicht beschädigt, da die Achsenwelle von
dem Innenring der Lager über
den mittleren Abstandshalter gestützt wird. Dieses Design ermöglicht jedoch
Fremdkörpern,
direkt von außen
leicht in die Lager einzudringen. Falls dieses Design unter harten
Bedingungen verwendet wird, so wie die, denen Moutainbikes ausgesetzt
sind, dringen Fremdkörper
in die Lager ein. Eine Lösung
für das
Problem von in die Lager eindringenden Fremdkörpern wird in
DE 9207715.30 vorgeschlagen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Fahrradnabe gemäß Anspruch
1, die Abnutzung auf den Innenlagerringen und auch das Eindringen von
Schmutz, Sand und anderen Fremdkörpern
in die Lager verhindert. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Fahrradnabe eine Nabenachse, einen Abstandshalter,
der über
einem Außenumfang
der Nabenachse angeordnet ist, ein Nabengehäuse und ein Lager, das zwischen
dem Abstandshalter und dem Nabengehäuse angeordnet ist, um das
Nabengehäuse
auf der Nabenachse drehbar zu stützen.
Das Lager ist derart, dass es einen Innenring, einen Außenring
und eine Vielzahl von rollenden Teilen, die zwischen dem Innenring und
dem Außenring
angeordnet sind, umfasst. Durch Stützen des Lagers mit einem Abstandshalter
anstelle des Stützens
direkt auf der Achse wird Abnutzung auf dem Innenlagerring beseitigt.
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Um das Eindringen von Schmutz, Sand
und anderen Fremdkörpern
in die Lager zu verhindern, ist zwischen dem Abstandshalter und
dem Nabengehäuse
seitlich auswärts
des Lagers eine Dichtung angeordnet. Bei einer spezifischeren Ausführungsform ist
ein Sperrabstandshalter über
einem Außenumfang
der Nabenachse angeordnet und zwischen der Nabenachse und dem Nabengehäuse positioniert.
In diesem Fall ist zwischen dem Sperrabstandshalter und dem Nabengehäuse seitlich
auswärts
des Lagers eine Dichtung angeordnet. Falls erwünscht kann der Sperrabstandshalter
einen Flansch umfassen, der innerhalb des Nabengehäuses angeordnet
ist, so dass die Dichtung zwischen dem Flansch und dem Lager angeordnet
ist. Die Dichtung kann eine erste Zunge zum Berühren eines Nabengehäuseteils
und eine zweite Zunge zum Berühren
des Sperrabstandshalters umfassen. Umfasst der Sperrabstandshalter
eine an den Flansch anliegende Außenumfangsfläche, dann
kann die zweite Zunge radial auswärts der Außenumfangsfläche angeordnet
werden. Die sich daraus ergebende Struktur bildet eine Labyrinthdichtung,
die wirksam verhindert, dass Fremdstoffe in die Lager gelangen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht von oben eines erfindungsgemäßen Fahrradnabensystems;
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2 ist
eine vordere Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Fahrradnabensystems;
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3 ist
eine seitliche Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Nabenachsenstützträgers;
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4 ist
eine detaillierte Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Abdichtungsvorrichtung; und
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5 ist
eine detaillierte Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
der in 1 gezeigten Abdichtungsvorrichtung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie in 1–3 gezeigt, weist eine Nabenachse 1 ein
hohles Inneres und eine zylindrische Form auf. Ein Kopfteil 2 ist
auf der Fläche
eines Endes der Nabenachse 1 gebildet und eine Seitenfläche 3,
die einen Nabenachsenstützträger 10 berührt, ist auf
dem Außenumfang
des Kopfteils 2 gebildet. Die Seitenfläche 3 stoppt den Druck
in Schubrichtung über
den Nabenachsenstützträger 10.
Ein Schraubenschlüsselloch 4,
das sich in Richtung der mittleren Linie der Nabenachse 1 erstreckt,
ist in der Mitte des Kopfteils 2 gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist
die Querschnittsform des Schraubenschlüssellochs 4 ein Sechseck,
um einen sechseckigen Schraubenschlüssel, der die Nabenachse 1 dreht, aufzunehmen.
Ein Außengewinde 5 ist
auf dem Außenumfang
am anderen Ende der Nabenachse 1 gebildet.
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Die zwei Enden der Nabenachse 1 werden durch
die Nabenachsenstützträger 10 und 10' festgehalten.
Der Nabenachsenstützträger 10 ist
mit dem unteren Ende einer Vordergabel 11 verbunden und an
dieser befestigt, und kann deshalb als Kopplung zum Befestigen der
Nabenachse 1 an einem Fahrradrahmen bezeichnet werden.
Wie in 3 gezeigt, beinhaltet
der Nabenachsenstützträger 10 eine Nabenbefestigung 12 und
eine Gabelbefestigung 13. In der Nabenachsenbefestigung 12 ist
ein Schlitz 14 gebildet, so dass der Schlitz der Nabenachsenbefestigung 12 die
Form eines geteilten Ringes verleiht. Ein Innengewinde 16 ist
auf einem Innenloch in der Nabenbefestigung 12 gebildet,
aber auf dem anderen Nabenachsenstützträger 10' befindet sich kein Innengewinde 16.
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Ein Bolzeneinführungsloch 18 ist
auf dem freien Ende 17 der Nabenachsenbefestigung 12 gebildet
und ein Schraubenloch 19, das koaxial zu dem Bolzeneinführungsloch 18 liegt,
ist so gebildet, dass der Schlitz 14 dazwischenliegt. Die
Nabenachsenbefestigung 12 wird durch das Einschrauben eines
Fixierbolzens 20 in das Schraubenloch 19 verformt,
so dass das freie Ende 17 die Breite des Schlitzes 14 verringert
und die Nabenachse 1 fest an der Nabenachsenbefestigung 12 befestigt.
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In der Vordergabelbefestigung 13 ist
ein Vordergabelbefestigungsloch 21 zum Einführen des
unteren Endes der Vordergabel 11 gebildet. Der Zweck des
Vordergabelbefestigungslochs 21 ist es, als ein Einführungsteil
zu dienen und das untere Ende der Vordergabel 11 zu fixieren.
Dieser Befestigungsvorgang wird durch das Auftragen eines Klebstoffs
und darauffolgendes Presspassen erreicht. An den oberen Enden der
Vordergabel 11 sind Stoßdämpfer (nicht dargestellt) bereitgestellt.
Die Stoßdämpfer werden
nicht im Detail beschrieben, da sie nicht Hauptpunkt der vorliegenden
Erfindung sind. Der andere Nabenachsenstützträger 10' ist symmetrisch zum Nabenachsenstützträger 10 angelegt,
und seine Konfiguration ist, mit Ausnahme des Innengewindes 16,
identisch. Deshalb wird eine Beschreibung des Trägers 10' unterlassen.
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Die Konfiguration einer Dichtung,
die das Eindringen von Fremdkörpern in
das Lager 30 verhindert und die das Nabengehäuse 60 auf
der Nabenachse 1 drehbar stützt, wird unten mit Bezug auf 4 beschrieben. Ferner wird
sich die Beschreibung auf nur eines der Lager beschränken, da
die Konfiguration der Vorderradnabe symmetrisch ist. Wie in 4 gezeigt, ist ein zylindrischer
Abstandshalter 25 auf dem Außenumfang der Nabenachse 1 angeordnet.
Flansche 26 sind auf beiden Enden des Außenumfangs
des Abstandshalters 25 gebildet, um einen Innenring 31 des
Lagers 30 zu halten. Der Innenring 31 des Lagers 30 ist
um den Außenumfang 27 außerhalb
des Flansches 26 pressgepasst. Eine O-Ringrille 28,
die, im Querschnitt betrachet, eine halbkreisförmige Bogenform aufweist, ist
auf beiden Enden des Abstandshalters 25 gebildet.
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Ein Sperrabstandshalter 37 ist
an einer Position auf einem Außenumfang 29 an
jedem Ende des Abstandshalters 25 bereitgestellt. Eine
Endfläche 38 des
Sperrabstandshalters 37 berührt die Seitenfläche des
Innenrings 31. Eine konkave Rille 40 ist auf einer
Innenumfangsfläche 39 des
Sperrrabstandshalters 37 gebildet. Beim Zusammenbau wird
zuerst ein O-Ring 36 in
die konkave Rille 40 eingeführt und darin positioniert,
und dann wird die Innenfläche 39 des
Sperrabstandshalters 37 um den Außenumfang 29 des Abstandshalters 25 geschoben,
bis der O-Ring 36 in die O-Ringrille 28 einrastet.
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Ein Flansch 41 ist auf dem
Außenumfang
an einem Ende des Sperrabstandshalters 37 gebildet. Ein
schmaler Spalt 62 ist zwischen dem Flansch 41 und
einer Innenumfangsfläche
eines Nabengehäuses 60 gebildet,
wodurch die Luftdurchgänge
verengt werden und eine Art Labyrinth gebildet wird. Eine konkave
Dichtungsrille 42 ist auf dem Außenumfang nahe einer Endfläche 38 des
Sperrabstandshalters 37 gebildet. Ein rechteckiger Abschnitt 46 einer Öldichtung 43 wird
so in die konkave Dichtungsrille 42 eingeführt, dass
ein kleiner Zwischenraum zwischen ihnen bestehen bleibt. Der rechteckige
Abschnitt 46 der Öldichtung 43 und
die konkave Dichtungsrille 42 bilden eine zusätzliche
Labyrinthdichtung.
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Ein Ring 64 wird fest in
eine Innenumfangsfläche 63 des
Nabengehäuses 60 eingeführt und
die Außenumfangsfläche eines
ersten Zungenteils 44 der Öldichtung 43 wird
mit der Innenumfangsfläche des
Rings 64 in enger Berührung
gehalten. Der Ring 64 ist nicht immer notwendig und ist
ein Teil, das zum Einstellen von Abmessungen bereitgestellt wird.
Daher ist es erlaubt, die Außenumfangsfläche des
ersten Zungenteils 44 mit dem Innenloch 63 des
Nabengehäuses 60 direkt
in Berührung
zu bringen. Wenn das Fahrrad fährt
und das Nabengehäuse 60 sich
zu drehen beginnt, steht das erste Zungenteil 44 der Öldichtung 43 mit
der Innenumfangsfläche
des Rings 64 in Berührung,
so dass sich die Öldichtung 43 ebenfalls
dreht.
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Ein zweites Zungenteil 45 der Öldichtung 43 berührt leicht
eine Außenumfangsfläche 47 des Sperrabstandshalters 37.
Deshalb wird die Außenumfangsfläche 47 des
Sperrabstandshalters 37 der Abnutzung durch das zweite
Zungenteil 45, das die Umfangsfläche 47 des Sperrabstandshalters 37 berührt, ausgesetzt.
Bei diesem Beispiel ist nur der Sperrabstandshalter 37 aus
einer Titanlegierung, einem relativ harten Material, hergestellt,
während
die anderen Teile aus Aluminiumlegierungen hergestellt sind.
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Ein Außenring 33 des Lagers 30 ist
in ein Innenloch 65 des Nabengehäuses 60 pressgepasst und
darin befestigt. Stahlkugeln 32, die rollende Teile sind,
sind zwischen dem Innenring 31 und einem Außenring 33 positioniert,
und die Stahlkugeln 32 rollen auf der Fläche mit
Laufring-Rille.
Die Stahlkugeln 32 sind so positioniert, dass die Abstände zwischen
den Kugeln gleich sind und sie durch einen Halter 34 festgehalten
werden.
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Beide Endflächen des Halters 34 sind
mit Lagerabdeckungen 35 abgedeckt, so dass keine Fremdkörper eindringen
können.
Das Design und die Funktion des Lagers 30 sind gut bekannt.
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Flansche 66 sind auf beiden
Enden des Nabengehäuses 60 gebildet
und Speichenlöcher 67 sind
in gleichen Winkeln entlang dem Außenumfang der Flansche 66 gebildet.
Ein Ende einer Fahrradspeiche wird in jedes Speichenloch 67 eingeführt und darin
befestigt. Eine ringförmige
Kappe 50 wird in eine Innenfläche des Nabengehäuses 60 eingeführt und
darin befestigt, um den Zwischenraum zwischen dem Nabengehäuse 60 und
dem Sperrabstandshalter 37 auszufüllen und so das Eindringen
von Fremdkörpern
in das Lager 30 zu verhindern.
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Eine konkave Rille 51 ist
in dem Außenumfang
der Kappe 50 zum Einführen
eines O-Rings 52 gebildet, und eine V-Rille 68 ist
auf der Innenumfangsfläche 61 des
Nabengehäuses 60 gebildet. Wird
die Kappe 50 entlang der Innenumfangsfläche 61 des Nabengehäuses 60 eingeführt, nachdem
der O-Ring 52 um die Kappe 50 geglitten worden
ist, verformt sich der O-Ring 52 und schnappt dann in die V-Rille 68 ein,
wodurch die Kappe 50 an dem Nabengehäuse 60 befestigt wird.
Ein Spalt 54 bildet sich zwischen einer Innenfläche 53 der
Kappe 50 und der Außenumfangsfläche des
Sperrabstandshalters 37, wenn sich die Kappe 50 in
einer befestigten Position befindet. Der Spalt 54 ist sehr
schmal, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass Fremdkörper eindringen, sehr
gering ist.
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Die folgenden Schritte werden unternommen,
um die Vorderradnabe von der Vordergabel 11 zu entfernen.
Zuerst wird der Fixierbolzen 20 gelockert. Ein Schraubenschlüssel wird
in das Schraubenschlüsselloch 4 der
Nabenachse 1 eingeführt
und gedreht, was dazu führt,
dass das Außengewinde 5 der
Nabenachse 1 den Eingriff mit dem Innengewinde 16 des
Nabenachsenstützträgers 10 löst. Die
Nabenachse 1 wird dann vom Abstandshalter 25 entfernt.
Das Rad, das als integrale Einheit mit der Vorderradnabe gebildet
ist, kann auch von den Nabenachsenstützträgern 10 und 10' entfernt werden,
da das Nabengehäuse 60,
der Abstandshalter 25, das Lager 30, der Sperrabstandshalter 37 und
die Kappe 50 als integrale Einheit hergestellt sind.
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Um die Vorderradnabe an den Nabenachsenstützträgern 10 und 10' anzubringen,
sollten die oben beschriebenen Schritte rückwärts durchgeführt werden.
Falls ein Schraubenschlüssel
in das Schraubenschlüsselloch 4 der
Nabenachse 1 eingeführt
und gedreht wird, lässt
sich das Außengewinde 5 der
Nabenachse 1 in das Innengewinde 16 des Nabenachsenstützträgers 10 einschrauben.
Die Seitenfläche 3 des
Kopfteils 2 der Nabenachse 1 schiebt die Nabenachsenbefestigung 12 und
die Nabenachsenbefestigung 12 schiebt den Sperrabstandshalter 37.
Wenn so geschoben, schiebt der Sperrabstandshalter 37 den
Innenring 31 des Lagers 30 gegen den Flansch 26 des
Abstandshalters 25. Gleichermaßen schiebt der Nabenachsenstützträger 10' auf der gegenüberliegenden
Seite den Sperrabstandshalter 37', den Innenring 31' des Lagers 30' und den Flansch 26' des Abstandshalters 25 zusammen,
die sich alle auf der gegenüberliegenden
Seite befinden, so dass die Vorderradnabe an den Nabenachsenstützträgern 10 und 10' befestigt wird.
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Wie oben angeführt, ist der Spalt 54 zwischen
der Innenfläche 53 der
Kappe 50 und der Außenumfangsfläche des
Sperrabstandshalters 37 sehr schmal, so dass die Wahrscheinlichkeit
des Eindringens von Fremdkörpern
gering ist. Sollten jedoch Fremdkörper eindringen, werden sie
am Eindringen in den schmalen Spalt 62 zwischen dem Innenloch 61 und
dem Nabengehäuse 60 gehindert.
Wenn das Fahrrad fährt
und das Nabengehäuse 60 sich
zu drehen beginnt, berührt
das erste Zungenteil 44 der Öldichtung 43 die Innenumfangsfläche des
Rings 64, wodurch auch die Öldichtung 43 gedreht
wird. Das erste Zungenteil 44 dehnt sich, aufgrund der
Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der Öldichtung 43 erzeugt
wird, radial nach außen,
wodurch der Dichtungseffekt zwischen dem Zungenteil und der Innenumfangsfläche des
Rings 64 weiter verstärkt
wird. Das zweite Zungenteil 45 dehnt sich, aufgrund der Zentrifugalkraft,
radial auswärts,
und trennt sich von der Außenumfangsfläche 47 des
Sperrabstandshalters 37 oder das Berührungsgebiet wird geschwächt. Dies
beeinträchtigt
etwas den Dichtungseffekt, aber der rechteckige Abschnitt 46 der Öldichtung 43 ist
in die konkave Rille 42 eingeführt worden, wodurch aufgrund
des Labyrinths ein Dichtungseffekt gewährt wird, der das Eindringen
von Fremdkörpern
wirksam verhindert.
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5 ist
eine detaillierte Gluerschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
der in 1 gezeigten Abdichtungsvorrichtung.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Innenring 31 des Lagers 30 um den Außenumfang 71 eines
Sperrabstandshalters 70 gepasst. Ein O-Ring 72 ist
zwischen dem Sperrabstandshalter 70 und der Außenumfangsfläche der Nabenachse 1 positioniert.
Wie aus dieser Ausführungsform
ersichtlich ist, können
die Vorteile der vorliegenden Erfindung sogar ohne Einführen des
Innenrings 31 des Lagers 30 in den Abstandshalter 25 erzielt
werden.
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Die Nabenachse 1 der oben
beschriebenen Ausführungsformen
wird mittels Gewinden an dem Nabenachsenstützträger 10 befestigt.
Die Art und Weise der Befestigung der Nabenachse 1 ist
jedoch nicht auf eine solche Struktur beschränkt und im Allgemeinen bekannte
Befestigungsmechanismen, wie etwa Muttern und Schnellauslösungsmechanismen, können ebenfalls
verwendet werden. Außerdem
können,
obwohl das Schraubenschlüsselloch 4 bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
von sechseckiger Form war, auch ein quadratisches Loch, ein sechseckiger
Bolzenkopf und andere solche Formen verwendet werden.
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Daher sollte der Bereich der Erfindung
nicht durch die offenbarten spezifischen Strukturen begrenzt werden.
Der wahre Bereich der Erfindung sollte vielmehr durch die nachfolgenden
Ansprüche
bestimmt werden. Obwohl in den Ansprüchen Kennzeichnungssymbole
verwendet werden, um die Bezugnahme auf die Figuren zu erleichtern,
liegt es selbstverständlich
nicht in der Absicht, die vorliegende Erfindung auf die in den beiliegenden
Figuren dargestellten Ausführungen
durch ein solches Kennzeichnen zu begrenzen.