CZ309350B6 - Odpružený náboj kola - Google Patents

Abstract

Odpružený náboj kola obsahuje alespoň jeden, společně s nábojem kola rotující pružící element (3), který je umístěn v prostoru mezi na ložiscích (5) rotačně uloženou středovou hřídelí (1) náboje kola a vnějším pláštěm (2) náboje, a který je z boků zakrytý kluzáky (4). Pozice kluzáků (4) je zajištěna pojistnými maticemi (6) a středová hřídel (1) náboje kola má v sobě z obou stran otvory pro nalisování ložisek (5).

Description

Odpružený náboj kola

Oblast techniky

Technické řešení se týká odpruženého náboje kola, zejména použitelného pro snížení intenzity vibrací, které vznikají při jízdě kolových dopravních a manipulačních prostředků a mají negativní vliv na zdraví uživatele a bezpečnost jízdy. Odpružený náboj kola je vhodný k použití zejména pro kola invalidního vozíku, vozidla poháněná lidskou silou, ale i pro další kolové dopravní a manipulační prostředky, kde je výhodné redukovat vibrace vznikající při jízdě za použití lehkého, cenově výhodného a univerzálně použitelného řešení.

Dosavadní stav techniky

Odpružení u kolových dopravních a manipulačních prostředků obecně slouží ke zmenšení přenosu kmitavých pohybů (vibrací) od kol vozidla na jeho rám, respektive jeho uživatele. Zajišťuje tak komfort jízdy a snižuje tělesnou únavu uživatele, který se na/v takovém vozidle pohybuje. Odpružení také zvyšuje životnost rámu (snižuje silové namáhání rámu) a zlepšuje jízdní vlastnosti vozidla tím, že při jízdě po nerovném povrchu, zajišťuje styk pneumatiky s terénem. To je nezbytné pro přenos podélných (hnacích a brzdných) a bočních sil a z toho plynoucí stabilitu jízdy.

V současnosti používané systémy odpružení kolových dopravních a manipulačních prostředků se většinou skládají ze základního rámu vozidla, ke kterému je pohyblivě uchycena náprava nesoucí kolo. Mezi nápravou a rámem je pak vhodně umístěna vinutá nebo pneumatická pružina a hydraulický tlumič. Často se v mechanismu odpružení objevují ještě další členy, které se do něj přidávají z důvodu nutnosti realizovat specifickou funkčnost odpružení (například potřeba tvarování charakteristiky odpružení během propružení). Tyto systémy jsou značně složité, vyžadují konkrétní konstrukční řešení pro danou aplikaci a nejsou tudíž univerzálně použitelné. Z podstaty těchto systémů plyne i jejich relativně vysoká hmotnost, náročnost výroby a cena.

U kolových dopravních a manipulačních prostředků, u kterých je v soustavě uživatel-vozidlo hmotnost uživatele dominantní, se často objevují systémy odpružení umožňující změnu tuhosti pružiny a to z důvodu přizpůsobení odpružení konkrétní hmotnostní kategorii uživatele. Takovéto systémy se používají například u jízdní celoodpružených kol a dalších vozidel poháněných lidskou silou. Nejčasněji je změna tuhosti realizována změnou tlaku v modulu pneumatické pružiny, kdy zvýšením tlaku dojde ke zvýšení tuhosti a tím i přizpůsobení se odpružení těžšímu jezdci. U systémů, kde je použita vinutá kovová pružina, lze změnu tuhosti odpružení dosáhnout pouze složitou výměnou samotné pružiny.

Výše popsané konvenční systémy odpružení tvoří svou konstrukcí také značné neodpružené hmoty (neodpružené hmoty jsou tvořeny částmi podvozku, které při pružení kmitají společně školy - např.: náprava, brzdy atd.). Čím vyšší neodpružené hmoty jsou, tím více je negativně ovlivněna jízdní dynamika kolových dopravních a manipulačních prostředků. Snahou konstruktérů je tyto hmoty minimalizovat pro dosažení co nejlepších jízdních vlastností.

Eliminace neodpružených hmot, snížení konstrukční složitosti systémů odpružení a potřeba univerzální použitelnosti vedla v historii k celé řadě řešení, která mají jeden společný rys. Tím je integrace mechanismu odpružení do samotného kola vozidla.

Systém odpružení, který se v minulosti objevil na jízdních kolech, je známý z patentu DE 3222262 AI. Jedná se o systém odpružení realizovaný v náboji kola. Odpružení funguje za použití pružícího elementu umístěného ve vedení v centrální hřídeli, vůči které se při propružení pohybuje osa kola, která je v tomto pružícím elementu uložena. Pružící element, vedení a osa kola jsou umístěny v centrální hřídeli, ke které jsou, na její vnější obvodové ploše, připojena ložiska.

- 1 CZ 309350 B6

Okolo ložisek pak rotuje vnější část náboje se zbytkem kola. Toto řešení má možnou nevýhodu v tom, že staticky uložený pružící element, který se společně s vnější částí náboje a zbytkem kola neotáčí, je zatěžován pouze v jednom směru, což vede k rychlému opotřebení a vzniku vůlí. Tato nevýhoda má, speciálně pro použití na invalidním vozíku, ještě jeden rozměr. A sice nemožnost absorbovat nárazy přicházející z více směrů. Z podstaty technického řešení je náboj schopen propružit pouze v jednom směru. Pro zajištění správné funkce náboje musí být navíc zachyceny klopné momenty, což vyžaduje, pro uchycení kola k rámu vozidla, použití speciálně tvarované vidlice.

Další systém odpružení, který je součástí kola je známý z patentu US 9539876 B2. Pro odpružení jsou použity teleskopické pružící a tlumicí jednotky. Ty jsou umístěny ne-radiálně a rovnoměrně kolem středu kola, ke kterému jsou uchyceny. Dále jsou uchyceny k ráfku kola. Možnou nevýhodou tohoto řešení je, speciálně pro využití na invalidním vozíku, vysoká hmotnost, technická složitost a z toho plynoucí vysoká prodejní cena. Pro použití na invalidním vozíku navíc nelze jednoduše, samotným uživatelem, změnit dle potřeby tuhost odpružení. Dále tím, že je použit konečný počet tlumicích a pružících jednotek (v komerčním produktu, který vychází z tohoto patentu, jsou to 3 jednotky), dochází při otáčení kola vlivem vektorového rozkladu působících sil, ke změně charakteristiky odpružení. Navíc zde existuje možná nevýhoda v podobě nízkého počtu tlumicích a pružících jednotek, které spojují náboj a ráfek kola a tvoří tak nosnou strukturu celého kola. Pokud vlivem přetížení dojde k destrukci jedné ze tří jednotek, může tím být významně ohrožena stabilita celé konstrukce kola.

Známé je také řešení z patentu GB 2188596 A. Zde je pružícího efektu dosaženo použitím konečného počtu sestav pružných drátů, které jsou umístěny mezi nábojem a ráfkem. Možnou nevýhodou tohoto řešení je vysoká hmotnost a nemožnost nastavení tuhosti odpružení. Další možnou nevýhodou je nedostatečná boční tuhost celého kola a riziko poškození při vyšším zatížení.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny odpruženým nábojem kola obsahujícím alespoň jeden, společně s nábojem kola rotující pružící element, který je umístěn v prostoru mezi rotačně uloženou středovou hřídelí náboje kola a vnějším pláštěm náboje a který je z boků zakrytý kluzáky, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že náboj kola v sobě zároveň integruje systém odpružení, který odpruží radiální nárazy přicházející z jakéhokoli směru.

Odpružený náboj kola je ve výhodném provedení tvořen rotačně uloženou středovou hřídelí náboje kola, která se otáčí kolem staticky uložené osy, za kterou je odpružený náboj kola s výhodou bez nutnosti použití dalších adaptérů a speciálních vidlic spojen s rámem kolových dopravních a manipulačních prostředků.

Na středovou hřídel náboje kola je s výhodou nasazen alespoň jeden nebo více pružících elementů. Pružící element má v sobě otvor, jehož plocha je vhodně uzpůsobena pro kontakt s vnější obvodovou plochou středové hřídele náboje kola. Plocha otvoru v pružícím elementu může být negativem tvaru vnější obvodové plochy středové hřídele náboje kola. Různým tvarováním pružného elementu jsou s výhodou docíleny rozdílné pružící charakteristiky odpruženého náboje kola.

Pružící element je s výhodou vyroben z alespoň jednoho druhu elastomeru.

Na vnější obvodovou plochu pružícího elementu je s výhodou nasazen vnější plášť náboje, který při propružení odpruženého náboje kola koná relativní pohyb vůči středové hřídeli náboje kola a stlačuje pružící element. Tím je vytvořena pružná vazba mezi středovou hřídelí náboje kola, resp. rámem kolových dopravních a manipulačních prostředků a vnějším pláštěm náboje, resp. kolem. Pokud je odpružený náboj kola, respektive s ním spojené kolo nezatížené vnějšími silami, zajišťuje

-2CZ 309350 B6 pružící element vzájemnou centrickou pozici středové hřídele náboje kola a vnějšího pláště náboje.

Vnější obvodová plocha vnějšího pláště náboje je ve výhodném provedení tvarována přímo pro usazení pneumatiky neboje vnější obvodová plocha vnějšího pláště náboje tvarována pro použití drátového výpletu pro napojení na ráfek pro pneumatiku s libovolným průměrem a počtem drátů. Ve výhodném provedení může být vnější obvodová plocha vnějšího pláště náboje také tvarována pro uchycení obecné nosné struktury nahrazující drátový výplet a sloužící ke spojení odpruženého náboje kola s jeho ráfkem. Obecnou nosnou strukturou je myšleno objemové těleso, které má podobu alespoň jednoho nosníku spojujícího náboj s ráfkem. Ve výhodném provedení je vnější plášť náboje součástí struktury celého kola. Tím je myšleno, že vnější plášť náboje, ráfek a nosníky spojující vnější plášť náboje s ráfkem jsou vyrobeny jako jeden prvek (například vstřikováním do formy). S výhodou se tak odpružený náboj kola použije pro konstrukci libovolně velkého kola, a to s minimálním nárůstem celkové hmotnosti.

Vnitřní obvodová plocha vnějšího pláště náboje je svým tvarem vhodně uzpůsobena pro kontakt s vnější obvodovou plochou pružícího elementu. Vnitřní obvodová plocha vnějšího pláště náboje může být negativem tvaru vnější obvodové plochy pružícího elementu.

Pro zachycení bočních sil, které vznikají při jízdě zatáčkou nebo jízdou ve svahu (traverzování), je ve výhodném provedení na středové hřídeli náboje kola umístěna dvojice kluzáků, které svými bočními plochami dosedají na boční plochy vnějšího pláště náboje a vzájemně se po sobě, během propružení, smýkají. Kluzáky a vnější plášť náboje jsou s výhodou vyrobeny z materiálů, které vzájemně vykazují minimální součinitel tření.

Ve výhodném provedení odpruženého náboje je alespoň jeden kluzák monolitickou součástí středové hřídele náboje kola.

Kluzáky jsou ve výhodném provedení zajištěny proti změně požadované axiální pozice vůči středové hřídeli náboje kola. Kluzáky rovněž s výhodou zakrývají prostor uvnitř vnějšího pláště náboje, kde je umístěn pružící element a tím ho chrání před nečistotami. Pro demontáž odpruženého náboje a následnou záměnu pružících elementů - s cílem změnit celkovou tuhost odpruženého náboje, lze s výhodou použít pouze jeden nástroj.

Pro snadnou změnu tuhosti odpružení, lze s výhodou změnit počet pružících elementů nebo lze také s výhodou použít pružící element s odlišnou materiálovou tuhostí nebo tvarem. Odpružený náboj kola se tak velmi jednoduše přizpůsobí konkrétní hmotnostní kategorii uživatele.

Výhodami výše popsaného řešení je, především při použití na invalidním vozíku, nízká hmotnost srovnatelná s běžným neodpruženým nábojem, minimální nároky na údržbu a možnost připojení k jakémukoli invalidnímu vozíku pomocí rychločepu (bez nutnosti konstrukčních úprav vozíku). Při použití odpruženého náboje kola na dalších kolových dopravních a manipulačních prostředcích je nízká hmotnost odpruženého náboje kola výhodou ve smyslu, že zásadně nenavyšuje neodpružené hmoty kolových dopravních a manipulačních prostředků ani celkovou hmotnost vozidla.

Výhodná je rovněž možnost snadného nastavení odpruženého náboje kola z pohledu tuhosti tak, aby vyhovovala potřebám komfortního odpružení pro konkrétní hmotnostní kategorii uživatele. Tato změna lze provádět velmi jednoduše a rychle samotným uživatelem zcela libovolně dle jeho aktuálních potřeb - například při změně tělesné hmotnosti nebo jízdě s nákladem. Změnou tuhosti je zajištěno optimální naladění odpružení pro dosažení maximálního komfortu jízdy.

Podstatnou výhodou je také, oproti známým řešením, značná jednoduchost konstrukčního řešení odpruženého náboje kola, který obsahuje minimum součástí. To má pozitivní vliv na nízkou cenu, náročnost výroby, a navíc uživatel jednoduše zvládne svépomocí vyměnit jakoukoli součást odpruženého náboje kola bez potřeby návštěvy specializovaného servisu.

-3 CZ 309350 B6

Výhodné je především celkové konstrukční řešení, kdy kromě samotné osy, rotují vázaně všechny součásti odpruženého náboje kola. Především se jedná o středovou hřídel náboje kola s nasazeným pružícím elementem, vnějším pláštěm náboje a kluzáky. Společnou vázanou rotací je s výhodou zajištěn neustálý relativní pohyb kluzáků a vnějšího pláště náboje vůči sobě. To má za přínos velkou citlivost při propružení v okamžiku, kdy kolo s odpruženým nábojem kola najede na nerovnost, a to v jakémkoli směru. Rotující pružící element má rovněž zásadní výhodu v tom, že v průběhu otáčky kolem středové osy dochází k jeho rovnoměrnému radiálnímu stlačování. Pružící element tak není v průběhu pružení jednostranně cyklicky zatěžován, což by vedlo ke vzniku vůlí, které by se dalším používáním zvětšovaly. Pružící element je zatěžován rovnoměrně v celém svém objemu a tato výhoda má pozitivní vliv na vysokou životnost odpruženého náboje kola bez nutnosti servisního zásahu.

Klíčovou výhodou, speciálně pro použití odpruženého náboje kola pro kolo invalidního vozíku je fakt, že kolo obsahující odpružený náboj kola dle tohoto technického řešení dokáže absorbovat nárazy, které přicházejí z jakéhokoli radiálního směru. Prakticky, při pohybu na invalidním vozíku, dochází k těmto stavům - svislé vibrace vznikající přejezdem nerovností, nárazy zepředu při nájezdu na příčný práh (typicky obrubník) a nárazy zezadu při tažení vozíku asistentem (typicky vytahování vozíku s invalidou další osobou na obrubník).

Výhodou je rovněž možnost zapletení odpruženého náboje kola do kola standardním drátovým výpletem s vysokým počtem drátů (standardní výplet se skládá z 32 nebo 36 drátů). Při přetížení kola, kdy může dojít k destrukci drátuje kolo stále bezpečné, protože zbylé dráty zajistí vzájemnou stabilitu náboje a ráfku.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude podrobněji popsáno na příkladném řešení s pomocí přiložených výkresů, ve kterých je na obr. la znázorněn řez příkladným odpruženým nábojem kola, jehož vnější obvodová plocha vnějšího pláště náboje je uzpůsobena pro přímé nasazení pneumatiky nebo obruče a na obr. 1b boční pohled na příkladný odpružený náboj kola; a dále na obr. 2 je znázorněn celkový pohled na odpružený náboj kola, jehož vnější obvodová plocha vnějšího pláště náboje je uzpůsobena pro uchycení drátů spojujících odpružený náboj kola s ráfkem s pneumatikou.

Příklady uskutečnění vynálezu

Odpružený náboj kola sestávající se z pružícího elementu 3, který je umístěn v prostoru mezi rotačně uloženou středovou hřídelí 1 náboje kola a vnějším pláštěm 2 náboje a který je z boků zakrytý kluzáky 4. Kluzáky 4 v sobě mají otvor se závitem, pomocí kterého jsou usazeny do správné pozice vůči středové hřídeli 1 náboje kola. Nastavená pozice kluzáků 4 je zajištěna pojistnými maticemi 6. Středová hřídel 1 náboje kola má v sobě z obou stran otvory pro nalisování ložisek 5. Ložiska 5 mezi sebou mají umístěnou rozpěmou trubičku 7 pro snížení namáhání ložisek během provozu odpruženého náboje kola. Rozpěmá trubička 7 se použije pouze v případě, že je odpružený náboj kola spojen s rámem kolového dopravního a manipulačního prostředku pomocí šroubu. Vnitřními kroužky ložisek 5 je vsunut rychločep nebo šroub (není zobrazen), kterým se odpružený náboj kola, respektive kolo, které ho obsahuje, s výhodou, bez potřeby použití dalších adaptérů, přichytí k rámu kolového dopravního a manipulačního prostředku. Vnější obvodová plocha vněj šího pláště 2 náboj e j e tvarována pro umístění otvorů 8 pro uchycení drátového výpletu.

Průmyslová využitelnost

Odpružený náboj kola podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění zejména jako součást

-4CZ 309350 B6 kola invalidních vozíků, kočárků, dětských odrážedel a koloběžek, ručních vozíků pro přepravu nákladu, sportovních dostihových a závodních vozíků, jízdních kol a podobně.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Odpružený náboj kola, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden, společně s nábojem kola rotující pružící element (3), který je umístěn v prostoru mezi na ložiscích (5) rotačně uloženou středovou hřídelí (1) náboje kola a vnějším pláštěm (2) náboje, a který je z boků zakrytý kluzáky (4).
2. 2. Odpružený náboj kola podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružící element (3) je vyroben z alespoň jednoho druhu elastomeru.
3. 3. Odpružený náboj kola podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že alespoň jeden pružící element (3) je nasazen na středovou hřídel (1) náboje kola.
4. 4. Odpružený náboj kola podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vnější plášť (2) náboje je nasazen na vnější obvodovou plochu pružícího elementu (3).
5. 5. Odpružený náboj kola podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vnější obvodová plocha vněj šího pláště (2) náboj e j e tvarována přímo pro usazení pneumatiky nebo obruče.
6. 6. Odpružený náboj kola podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnější obvodová plocha vnějšího pláště (2) náboje je tvarována pro napojení na ráfek s pneumatikou za použití drátového výpletu s libovolnou délkou a počtem drátů, které jsou umístěny do otvorů (8) pro uchycení drátového výpletu vytvořených ve vnějším plášti (2) náboje.
7. 7. Odpružený náboj kola podle nároku 6, vyznačující se tím, že otvory (8) pro uchycení drátového výpletu jsou vzhledem k ose otáčení odpruženého náboje kola ve vnějším plášti (2) náboje vytvořeny axiálně, radiálně nebo tangenciálně.
8. 8. Odpružený náboj kola podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnější obvodová plocha vnějšího pláště (2) náboje je tvarována pro napojení na ráfek s pneumatikou za použití alespoň jednoho nosníku.
9. 9. Odpružený náboj kola podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnější plášť (2) náboje je součástí monolitické struktury ráfku a alespoň jednoho nosníku spojujícího ráfek s vnějším pláštěm (2) náboje.
10. 10. Odpružený náboj kola podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že kluzáky (4) jsou připojeny ke středové hřídeli (1) náboje kola a jsou vůči ní zajištěny proti axiálnímu posuvu pojistnými maticemi (6).
11. 11. Odpružený náboj kola podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že alespoň jeden kluzák (4) je monolitickou součástí středové hřídele (1) náboje kola.