CZ35095U1 - Upínací prvek - Google Patents

Description

Samostatný náboj kola nebo souhrnný upínací mechanismus složený z náboje a hřídelového pouzdra je hlavní součástí všech kol mající za úkol zabezpečit rotační pohyb kola při současném pevném upnutí náboje v nosiči nebo rámu. Z tohoto hlediska se obecně náboj kola skládá z pevné části a z rotující části, které jsou navzájem spojeny v rozebíratelný nebo nerozebíratelný celek.

Dvěma základními typy jsou náboje s rotujícím pouzdrem a náboj s pevným pouzdrem, tzv. náboj s bočním vedením. Typickým nábojem s rotujícím pouzdrem je náboj pro bicykly, motocykly, vozíky nebo kočárky. Zde je hřídel upnutá do rámu nebo vidlice, a zároveň je hřídel osazena ložisky, po kterých se odvaluje vnější rotující pouzdro, tvořící část pevného nebo děleného ráfku. Typickým nábojem s pevným pouzdrem je náboj kola u automobilů, kde je konec nápravy tvořen pevným pouzdrem, v němž je osazen rotující hřídel osazený diskem nebo bubnem, na který se montuje disk kola.

Důležitým aspektem v konstrukci nábojů kol je také systém upínání tohoto náboje, mající vliv na rychlost a jednoduchost výměny nebo prostého sejmutí kola z náboje nebo z rámu.

Z dokumentu CZ 97773 je znám systém pro rychloupínání náboje kola, vhodný především pro jízdní kola. Systém je založený na principu jednostranného pákového kotvení pomocí upínací páky. V základní klidové poloze upínací páky je kolík nebo unašeč v záběru v průběžné drážce a otáčením upínací páky je možno sevřít nebo uvolnit rameno vidlice mezi koncovou maticí a vymezovací maticí. Upnutí je tak rychlé, nevyžaduje další nářadí, neboť funkci maticového klíče zastává samotná upínací páka. Pevnost svorného systému je vysoká, založená na systému klasického šroubového závitu a odolná proti samovolnému uvolnění. Pohyb svorné páky je ve směru a proti směru rotace kola. Nevýhodou tohoto řešení je, že i přes přítomnost krátké páky může být potřebná síla pro její dotažení nad síly např. slabších jedinců, protože tak či tak jde o dotahování matice na závitu a délka páky není nikterak velká, neboť i v této velikosti výrazně bočně vyčnívá nad boční profd kola.

Z dokumentu CZ 104534 je znám další systém rychloupínání náboje kola. Dokument popisuje systém pro rychloupínání náboje kola na vidlici jízdního kola. Pouzdro náboje, které je běžně známého uspořádání je nasazené na hřídelíku s rozpěrkou, a to pomocí kuželových ložisek zajištěných proti uvolnění podložkami a pojistnými maticemi. Na jednom konci mechanismu je našroubovaná upevňovací matice a na druhém svírací mechanismus složený z hlavy a páky. Náboj se nasazuje koncovkami kola mezi pojistné matice a hlavu a upevňovací matici. Upevňovací matice nastaví svírací sílu, zatímco hlava s pákou provede pevné sevření obou koncovek. Otáčení svírací páky je kolmé na směr rotace náboje. Nevýhodou je nutnost přesného natočení šroubovice čepu tak, aby páka po dotažení přesně doléhala k vidlici, což se nemusí povést vždy napoprvé. Nevhodně dotažená páka může tvořit boční výstup mimo profil kola, čímž by mohlo dojít o náhodné zavadění o např. porost a uvolnění náboje ze sevření. Navíc i přes přítomnost krátké páky může být potřebná síla pro její efektivní dotažení nad síly např. slabších jedinců.

- 1 CZ 35095 UI

Obdobný mechanismus sevření je popsán v dokumentu DE 19513764, kde je jedna strana vnitřního čepu opatřena závitem pro našroubování do vidlice se závitem a druhá strana je opatřena kuželem který se pákovým mechanismem zatlačuje do kuželového otvoru druhé strany vidlice. Nevýhody jsou obdobné jako u předchozího řešení, tedy nutnost přesného natočení čepu v protilehlém závitu tak, aby po dotažení přiléhala páka přesně k vidlici.

Druhý typ řešení náboje kola, tedy náboj kola s pevným pouzdrem neboli s bočním vedením, je popsán v dokumentu CZ 46919, kde je nosným prvkem průběžný hřídel. Na hřídel je nasazena a bočním šroubem upevněna stacionární část náboje kola s ložiskovou dráhou. Po ložiskové dráze, které se pohybuje boční unašeč tvořící středový rotační prvek náboje kola. Nevýhodou tohoto řešení je nutnost relativně pomalého demontování šroubu, a nutnost použití nářadí, tj. klíče.

Dokument US 5957544 popisuje mechanismus snímatelného kotvení náboje kola s bočním vedením. Toto užití je vhodné např. pro kočárky, vozíky a další technická zařízení, kde osa je uložena tak, že kolo je nasazeno s nábojem na jeho konci, přičemž osazení hřídele není součástí tohoto náboje. Tento mechanismus umožňuje snadné a rychlé nasazování a snímání kola i s nábojem z hřídele. Nevýhodou je ale malá pevnost spojení, díky čemuž není tento náboj vhodný pro nesení větší zátěže v řádu nad 20 kg a také pro případné užití motorových pohonů. Především použitá zajišťovací tělíska nejsou dostatečně odolná proti deformaci a vylomení především při působení větších bočních sil. Díky tomu by při zatížení vozíku váhou člověka hrozila, v krizových situacích, deformace zajišťovacích tělísek kol během jízdy.

Cílem tohoto technické řešení je navrhnout konstrukci upínacího prvku umožňující jednoduchou a rychlou montáž prvku na hřídel a jednoduché sejmutí kola s nábojem z hřídele, a to bez potřeby větší fyzické síly, zručnosti nebo nářadí. Technické řešení musí splňovat vysokou bezpečnost osazení tak, aby nehrozilo jeho uvolnění z osazení. Dále musí technické řešení poskytovat i možnost použití v případě montáže elektrických pohonů.

Podstata technického řešení

Nedostatky v současnosti známých technických řešení překonává navrhovaný upínací prvek kombinující náboj kola a jemu uzpůsobené hřídelové pouzdro, umožňující jednoduchou montáž náboje kola na hřídel s hřídelovým pouzdrem. Sejmutí náboje kola je jednoduché a není potřeba ani větší fýzické síly, ani zručnosti, natož dalších přípravků nebo nářadí. Upínací prvek splňuje vysokou bezpečnost osazení tak, že nehrozí uvolnění náboje kola z osazení. Dále upínací prvek skýtá i možnost použití v případě montáže elektrických pohonů kol.

Upínací prvek pro rychlé upnutí náboje kola na hřídel sestává z náboje kola, který je osazen v ráfku nebo disku kola a z hřídelového pouzdra, které je osazeno na hřídel. Pro realizaci osazení a vzájemného spojení pouzdra a náboje je hřídelové pouzdro opatřeno aretační drážkou a náboj kola je opatřen alespoň dvěma západkami. Západky jsou klopně uspořádány v těle náboje a toto uspořádání jim umožňuje klopný pohyb mezi jejich dvěma krajními polohami. Náboj kola je dále opatřen ovládacím mechanismem pro ovládání pohybu západek mezi krajními polohami. Mechanismus pohybu západek spočívá v tom, že každá západka v poloze pro upnutí náboje zapadá svým aretačním zubem do aretační drážky hřídelového pouzdra a v poloze pro uvolnění náboje je aretační zub západky z aretační drážky vysunut.

Ve výhodném provedení je každá západka vytvořena ve tvaru písmene „L“ se dvěma rameny. Kotvící rameno je zakončeno na svém volném konci aretačním zubem. Ovládací rameno, jehož volný konec směřuje do středu náboje kola, zabírá s ovládacím mechanismem. V místě styku kotvícího ramena a ovládacího ramena je západka klopně uložena v půlkruhové drážce vytvořené v těle náboje kola.

-2 CZ 35095 UI

V jiném výhodném provedení má každá západka v místě styku kotvícího ramena a ovládacího ramena vytvořen půlkruhový výstupek. Tento výstupek je komplementární s půlkruhovou drážkou a západka je tímto výstupkem v půlkruhové drážce uložena.

V dalším výhodném provedení zahrnuje ovládací mechanismus axiálně posuvný dřík uspořádaný v kruhovém otvoru těla náboje. Poloha dříku odpovídá uložení v ose náboje kola. Tento dřík je na svém jednom konci opatřen kruhovou vodící drážkou, do které zapadají konce ovládacích ramen západek. Na svém druhém konci je dřík opatřen průchozím otvorem.

V následujícím výhodném provedení ovládací mechanismus dále zahrnuje páku a táhlo páky. Předmětné táhlo páky je jedním svým koncem otočně uloženo v těle náboje kola. Svým druhým koncem je táhlo páky pomocí spojovacího čepu otočně spojeno s pákou. Táhlo páky je uspořádáno tak, že vždy alespoň jedna jeho část prochází průchozím otvorem posuvného dříku.

V jiném výhodném provedení má páka tvar písmena „L“ s jedním kratším a jedním delším ramenem. Kratší rameno páky je otočně prostřednictvím spojovacího čepu spojeno s táhlem a jeho volný konec je opatřen zaoblením. Toto zaoblení se suvně pohybuje po kluzné ploše, která je vytvořena v těle náboje.

V dalším výhodném provedení jsou společné dosedací plochy náboje kola a hřídelového pouzdra tvarovány do kužele, čímž je docíleno rychlého a přesného ustavení náboje na hřídelové pouzdro.

Hlavní výhodou tohoto technického řešení je, že implementací hřídelového pouzdra, jako jedné části upínacího prvku na hřídel kočárku nebo vozíku a náboje na ráfek nebo disk kola je získáno zařízení umožňující jednoduché a rychlé sejmutí kola s nábojem z hřídele. To vše bez potřeby větší fýzické síly, zručnosti, dalšího nářadí nebo speciálních přípravků. Technické řešení zároveň splňuje vysokou bezpečnost osazení a nehrozí tak samovolné uvolnění náboje z pouzdra. Technické řešení poskytuje i dostatečnou nosnost upínacího prvku a současně vyhovuje použití na manuálně poháněné kočárky a vozíky, ale i ty s elektrickým pohonem.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresů, které znázorňují:

Obr. 1 boční řez upínacím prvkem v rozevřeném stavu oddělení náboje kola od hřídelového pouzdra;

Obr. 2 boční řez upínacím prvkem v sevřeném stavu spojení náboje kola s hřídelovým pouzdrem;

Obr. 3 perspektivní pohled na upínací prvek v sevřeném stavu;

Obr. 4 perspektivní pohled na upínací prvek v sevřeném stavu bez těla náboje kola;

Obr. 5 čelní pohled na osazení náboje kola do kola;

Obr. 6 perspektivní pohled na upínací prvek kola v rozevřeném stavu bez těla náboje kola po oddělení náboje kola od hřídelového pouzdra;

Obr. 7 perspektivní pohled na upínací prvek kola v rozevřeném stavu s tělem náboje kola po oddělení náboje kola od hřídelového pouzdra;

-3 CZ 35095 UI

Příklady uskutečnění technického řešení

Upínací přípravek 1 je podle obrázků 1, 2, 3 a 7 tvořen dvěma základními částmi, tedy nábojem 3 kola 19 a hřídelovým pouzdrem 2. V kombinaci tyto dvě části umožňují jednoduchou montáž náboje 3 kola 19 na hřídel opatřenou předmětným hřídelovým pouzdrem 2. Konstrukčním materiálem náboje 3 a hřídelového pouzdra 2 může být kov s výhodou lehčený, jako je hliník, ale i jiné kovy, plast nebo kombinace kovů a plastů nebo několika kovů.

Podle obr. 5 je náboj 3 kola 19 středově osazen a pevně fixován v ráfku nebo disku kola 19. Podle některých příkladů uskutečnění technického řešení, může být kotvení náboje 3 provedeno pomocí kolového výpletu, zalitím do jednotného prvku tvořeného ráfkem, nábojem 3 a spojovacími paprsky, nebo jiným odborníkovi dobře známým způsobem usazování nábojů 3 do kol 19. Podle obr. 3 náboj 3 má válcové tělo 17 s bočním přesahem tvořeným vystupující pákou 11.

Podle obr. 6 a 7 je hřídelové pouzdro 2 opatřené dutinou, kterou se hřídelové pouzdro 2 kotví na hřídel. Pro realizaci vzájemného spojení hřídelového pouzdra 2 a náboje 3 je podle obr. 1, 2, 4, 6 a 7 hřídelové pouzdro 2 opatřeno aretační drážkou 4 a podle obr. 1, 2, 4 a 6 je náboj 3 kola 19 opatřen alespoň dvěma západkami 5. Podle obr. 1 a 2 jsou západky 5 klopně uspořádány v těle 17 náboje 3. Toto uspořádání umožňuje západkám 5 klopný pohyb mezi jejich dvěma krajními polohami. Náboj 3 kola 19 je dále podle obr. 1 a 3 opatřen ovládacím mechanismem 10 pro ovládání pohybu západek 5 mezi krajními polohami. Mechanismus pohybu západek 5 spočívá v tom, že každá západka 5 v poloze pro upnutí náboje 3 zapadá svým aretačním zubem 18 do aretační drážky 4 hřídelového pouzdra 2 a v poloze pro uvolnění náboje 3 je aretační zub 18 západky 5 z aretační drážky 4 vysunut. Aretační drážka 4 je z důvodu nutnosti umožnit spojení při jakékoli pozici natočení kola 19 vytvořena jako kruhová drážka po celém obvodu hřídelového pouzdra 2 a vnitřní profil aretační drážky 4 odpovídá profilu aretačního zubu 18.

Podle obr. 1, 2 a 6 je každá západka 5 vytvořena ve tvaru písmene „L“ se dvěma rameny 20, 21. Kotvící rameno 20 je zakončeno na svém volném konci aretačním zubem 18. Ovládací rameno 21. jehož volný konec směřuje do středu náboje 3 kola 19, zabírá s ovládacím mechanismem 10. V místě styku kotvícího ramena 20 a ovládacího ramena 21 je západka 5 klopně uložena v půlkruhové drážce 6 vytvořené v těle 17 náboje 3 kola 19. V tomto příkladu uskutečnění technického řešení je na západce 5 v místě styku kotvícího ramena 20 a ovládacího ramena 21 vytvořen půlkruhový výstupek 13. Tento půlkruhový výstupek 13 je komplementární s půlkruhovou drážkou 6 a západka 5 je tímto půlkruhovým výstupkem 13 v půlkruhové drážce 6 uložena.

Ovládací mechanismus 10 zahrnuje axiálně posuvný dřík 7 uspořádaný v kruhovém otvoru těla 17 náboje 3. Poloha posuvného dříku 7 odpovídá uložení v ose náboje 3 kola 19. Tento posuvný dřík 7 je na svém jednom konci opatřen kruhovou vodící drážkou 8, do které zapadají konce ovládacích ramen 21 západek 5. Na svém druhém konci je posuvný dřík 7 opatřen průchozím otvorem 9. Podle jednoho příkladu uskutečnění technického řešení je posuvný dřík 7 ve tvaru válce a vodící drážka 8 je vytvořena jako mezera ohraničená dvojicí obvodových prstenců ve spodní části posuvného dříku 7. Podle tohoto příkladu uskutečnění technického řešení je průchozí otvor 9 oválného tvaru a je uspořádán v horní části posuvného dříku 7. Tento tvar umožňuje pohybujícímu se táhlu 12 pohyb ve dvouosém systému ve vertikální rovině průmětu os x a y ortogonálního souřadnicového systému.

Podle stejného příkladu uskutečnění technického řešení vyobrazeného na obr. 1 a 2, je ovládací mechanismus 10 dále tvořen pákou 11 a táhlem 12. Předmětné táhlo 12 je jedním svým koncem otočně uloženo v těle 17 náboje 3 kola 19. Svým druhým koncem je táhlo 12 pomocí spojovacího čepu 14 otočně spojeno s pákou 11. Táhlo 12 je uspořádáno tak, že vždy alespoň jedna jeho část prochází průchozím otvorem 9 posuvného dříku 7.

-4 CZ 35095 UI

Podle stejného příkladu uskutečnění technického řešení vyobrazeného na obr. 1 a 2, je páka 11 vytvořena ve tvar písmena „L“ s jedním kratším a jedním delším ramenem. Kratší rameno páky 11 je otočně prostřednictvím spojovacího čepu 14 spojeno s táhlem 12 a jeho volný konec je opatřen zaoblením 16. Toto zaoblení 16 se suvně pohybuje po kluzné ploše 15, která je vytvořena v těle 17 náboje 3, jako vybrání.

Z mechanického hlediska tvoří západka 5 v řezu profil poloviční kotvy, kde hákové zakončení je nahrazeno aretačním zubem 18. Při použití alespoň dvou západek 5, umístěných samostatně nebo v nezobrazeném příkladu provedení ve tvaru spojeného věnce po obvodu aretační drážky 4, dochází při zvednutí posuvného dříku 7 k posunutí ovládacího ramena 21 vzhůru a vyklopení západky 5 kotvícím ramenem 20 s aretačním zubem 18 z těla 17 náboje 3 a západky 5 tak získají funkci čelisťových svorek svírajících mezi sebe hřídelové pouzdro 2.

Posuvný pohyb posuvného dříku 7 je zajištěn sklápěním páky 11. Páka 11 svým sklápěním vyvolá posuvný pohyb táhla 12 ve směru kolmém k ose kola 19 a současně zvedací pohyb ve směru osy kola 19. Tím, že táhlo 12 prochází průchozím otvorem 9 posuvného dříku 7, pak jeho zvedání provádí současně zvedání celého posuvného dříku 7.

Aby nedošlo k samovolnému uvolnění západek 5 ze sevření, je páka 11 ve své spodní krajní sklopené poloze kotvena v těle 17 náboje 3 kola 19. Uvolnění sevření a sejmutí náboje 3 z hřídelového pouzdra 2 se provádí opačným pohybem páky 11 do její horní krajní polohy.

Kotvení hřídelového pouzdra 2 na hřídel může být provedeno rozebíratelným nebo nerozebíratelným způsobem, pomocí šroubů, pomocí příslušného svorného tvar hřídele a vnitřní dutiny hřídelového pouzdra 2, lepením nebo jiným odborníkovi známým způsobem pevného spojování kruhových součástí.

Podle jednoho příkladu uskutečnění technického řešení vyobrazeného na obr. 1 a 2 je základní sesazení náboje 3 kola 19 a hřídelového pouzdra 2 zajištěno do sebe zapadajícím kuželovým tvarem dosedacích ploch těchto prvků, tedy kuželovým povrchem náboje 3 a kuželovou dutinou hřídelového pouzdra 2. V tomto příkladu uskutečnění technického řešení tvoří západky 5 a aretační drážka 4 pouze zádržný mechanismus zabezpečující spojení náboje 3 a hřídelového pouzdra 2.

Tělo 17 náboje 3 kola 19 a hřídelové pouzdro 2 mohou podle dalších nezobrazených příkladů uskutečnění technického řešení obsahovat různá funkční vybrání, mající za cíl snížení hmoty, a tím i váhy nebo z ní plynoucí odstředivé síly u rotujícího upínacího prvku 1 při dodržení pevnostních a bezpečnostních parametrů technického řešení.

Průmyslová využitelnost

Upínací prvek kola určený pro rychlé upnutí náboje kola na hřídel nebo osu kola najde průmyslové využití především u konstrukce nemotorových a nízkorychlostních motorových vozíků, kočárků a ostatní podobné transportní a přepravní techniky.

Claims (7)

1. Upínací prvek (1) pro rychlé upnutí náboje (3) kola (19) na hřídel pomocí hřídelového pouzdra (2), vyznačující se tím, že hřídelové pouzdro (2) je opatřeno aretační drážkou (4) a náboj (3) kola (19) je opatřen alespoň dvěma západkami (5) klopně uspořádanými v těle (17) náboje (3) s možností pohybu západek (5) mezi dvěma krajními polohami, a dále je náboj (3) kola (19) opatřen ovládacím mechanismem (10) pro ovládání pohybu západek (5) mezi těmito krajními polohami, přičemž každá západka (5) v poloze pro upnutí náboje (3) zapadá svým aretačním zubem (18) do aretační drážky (4) hřídelového pouzdra (2) a v poloze pro uvolnění náboje (3) je aretační zub (18) západky (5) z aretační drážky (4) vysunut.

2. Upínací prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá západka (5) je vytvořena ve tvaru písmene „L“, a sestává z kotvícího ramena (20) s aretačním zubem (18) a z ovládacího ramena (21), jehož volný konec směřuje do středu náboje (3) kola (19) a zabírá s ovládacím mechanismem (10), přičemž v místě styku kotvícího ramena (20) a ovládacího ramena (21) je západka (5) klopně uložena v půlkruhové drážce (6).

3. Upínací prvek podle nároku 2, vyznačující se tím, že každá západka (5) má v místě styku kotvícího ramena (20) a ovládacího ramena (21) vytvořen půlkruhový výstupek (13), komplementárně zapadající do půlkruhové drážky (6) v těle (17) náboje (3).

4. Upínací prvek podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že ovládací mechanismus (10) zahrnuje axiálně posuvný dřík (7), tento dřík (7) je uspořádaný v kruhovém otvoru těla (17) náboje (3) v ose náboje (3) kola (19), a dále je tento dřík (7) na svém jednom konci opatřen kruhovou vodící drážkou (8), do které zapadají konce ovládacích ramen (21) západek (5) a na svém druhém konci je dřík (7) opatřen průchozím otvorem (9).

5. Upínací prvek podle nároku 4, vyznačující se tím, že ovládací mechanismus (10) dále zahrnuje páku (11) a táhlo (12) páky (11), kdy táhlo (12) páky (11) je jedním svým koncem otočně uloženo v těle (17) náboje (3) a druhým svým koncem je táhlo (12) páky (11) pomocí spojovacího čepu (14) otočně spojeno s pákou (11), přičemž táhlo (12) páky (11) prochází průchozím otvorem (9) posuvného dříku (7).

6. Upínací prvek podle nároku 5, vyznačující se tím, že páka (11) má tvar písmena „L“, přičemž kratší rameno páky (11) je otočně prostřednictvím spojovacího čepu (14) spojeno s táhlem (12), a volný konec kratšího ramena páky (11) je opatřen zaoblením (16) suvně se pohybujícím po kluzné ploše (15) vytvořené v těle (17) náboje (3).

7. Upínací prvek podle některého z nároků nároku 1 až 6, vyznačující se tím, že povrch náboje (3) a dutina hřídelového pouzdra (2) jsou v místě vzájemného kontaktu uspořádány jako do sebe zapadající kuželové plochy pro rychlejší a přesnější sesazení těchto prvků.