DE102004004961B4

DE102004004961B4 - Fahrradnabe

Info

Publication number: DE102004004961B4
Application number: DE200410004961
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Smolik
Original assignee: Canyon Bicycles GmbH
Current assignee: DT Swiss AG
Priority date: 2004-01-31
Filing date: 2004-01-31
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-02-01
Also published as: DE102004004961A1

Abstract

Fahrradnabe mit
einer Nabenachse (16),
einem die Nabenachse (16) umgebenden Nabengehäuse (10),
zwei zwischen der Nabenachse (16) und dem Nabengehäuse (10) angeordneten Nabenlagern (18, 20),
einem mindestens ein Zahnrad tragenden Freilaufkörper (26),
zwei zwischen der Nabenachse (16) und dem Feilaufkörper (26) angeordneten Freilauflagern (28) und
einer zwischen dem Nabengehäuse (10) und dem Freilaufkörper (26) angeordneten Freilaufeinrichtung (36),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nabenachse (16) im Bereich (48) des freilaufseitigen Nabenlagers (20) verdickt ist und
zwischen den Nabenlagern (18, 20) eine Versteifungshülse (22) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrradnabe, die insbesondere für Rennräder und Mountainbikes geeignet ist und hohen Belastungen ausgesetzt werden kann.
Die Hinterradnabe eines Fahrrades weist eine Nabenachse auf. Die Nabenachse ist von einem Nabengehäuse und von einem, üblicherweise mehrere Zahnräder tragenden, Freilaufkörper umgeben. Hierbei ist das Nabengehäuse über zwei Nabenlager und der Freilaufkörper über zwei Freilauflager gegenüber der Nabenachse drehbar gelagert. Mit dem Nabengehäuse sind üblicherweise die Speichen des Rades verbunden. Zwischen dem Nabengehäuse und dem Freilaufkörper ist eine Freilaufeinrichtung angeordnet. Die Freilaufeinrichtung weist üblicherweise zwei Freilaufscheiben mit einer stirnseitigen Verzahnung auf.
Bei hohen Belastungen, d. h. insbesondere hohen auf die Nabenachse wirkenden Kräften, biegt sich die Nabenachse durch. Hierdurch sind die beiden Stirnseiten der Freilaufscheiben nicht mehr exakt parallel zueinander ausgerichtet. Da hierdurch nicht mehr sämtliche Zähne der Axialverzahnung in Eingriff sind, bzw. nicht mehr vollständig in Eingriff sind, kann ein Durchrutschen der Freilaufscheiben auftreten. Dies führt zu Beschädigungen der Zahnspitzen und somit zur Funktionsuntüchtigkeit des Freilaufes.

Um die Gefahr des Durchrutschens und Beschädigen des Freilaufes zu verringern, ist es aus WO 00/21762 bekannt, beide Freilaufscheiben jeweils mit einer Axialkräfte aufbringenden Feder zu koppeln, so dass die beiden verzahnten Stirnseiten der Freilaufscheiben aneinander gedrückt werden. Hierdurch kann die elastische Verbiegung der Nabenachse und die damit verbundene Taumelstellung der Freilaufscheiben jedoch nur geringfügig verbessert werden.

Aus DE 90 10 055 ist eine Fahrradnabe bekannt, bei der das freilaufseitige Nabenlager als Nadellager und das andere Nabenlager als Kugellager ausgebildet ist. Die Nabenachse ist kegelstumpfförmig ausgebildet, so dass sich die Dicke der Nabenachse ausgehend von dem Kugellager in Richtung des Nadellagers vergrößert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrradnabe zu schaffen, bei der die Gefahr des Durchrutschens in der Freilaufeinrichtung verringert ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1.

Die erfindungsgemäße Fahrradnabe weist eine Nabenachse auf, die von einem Nabengehäuse umgeben ist. Das Nabengehäuse ist von zwei oder mehr Nabenlagern getragen und somit gegenüber der Nabenachse drehbar. Des weiteren ist die Nabenachse von einem, mindestens ein, üblicherweise mehrere Zahnräder tragenden Freilaufkörper umgeben. Der Feilaufkörper ist von mindestens zwei Freilauflagern getragen und somit ebenfalls gegenüber der Nabenachse drehbar. Zwischen dem Nabengehäuse und dem Freilaufkörper ist eine Freilaufeinrichtung angeordnet. Durch die Freilaufeinrichtung ist einerseits eine Kraftübertragung zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabengehäuse und andererseits ein Freilauf möglich. Um ein Durchrutschen der Freilaufeinrichtung zu vermeiden, ist die erfindungsgemäße Nabenachse im Bereich des freilaufseitigen Nabenlagers verdickt. Die vorzugsweise hohle Nabenachse weist somit im Bereich des freilaufseitigen Nabenlagers eine größere Wandstärke auf. Hierdurch kann eine höhere Steifigkeit der Nabenachse erzielt werden, da im Bereich des freilaufseitigen Nabenlagers die größten Kräfte auftreten. Durch die entsprechende Verdickung der Nabenachse in diesem Bereich ist die Steifigkeit der Nabenachse erhöht, bzw. das Durchbiegen auch bei auftretenden hohen Belastungen verringert. Dies führt dazu, dass die vorzugsweise in der Freilaufeinrichtung vorgesehene Freilaufscheiben nicht taumeln und die Freilaufscheiben auch bei großen Belastungen parallel zu einander ausgerichtet bleiben. Es wurde festgestellt, dass bereits durch eine relativ geringe Verdickung der Nabenachse im Bereich des freilaufseitigen Nabenlagers die Steifigkeit der Nabenachse so sehr erhöht werden kann, dass sich die Nabenachse nur geringfügig verformt und somit die Gefahr des Durchrutschens erheblich verringert ist.

Erfindungsgemäß ist zwischen den beiden Nabenlagern eine Versteifungshülle vorzusehen, die die Nabenachse umgibt. Hierdurch kann die Gefahr eines zu starken Verbiegens der Nabenachse und damit ein Durchrutschen der Freilaufeinrichtung weiter verringert werden. Hierbei liegt die Versteifungshülse vorzugsweise an den inneren Lagerschalen an, wobei die inneren Lagerschalen an der Nabenachse drehfest gehalten sind. Eine weitere Verbesserung der Steifigkeit kann dadurch erzielt werden, dass mit Hilfe der Versteifungshülse eine Vorspannung auf die Lager aufgebracht wird. Dies kann dadurch erzielt werden, dass das zur Fixierung der Fahrradnabe in den Ausfallenden der Hinterradstreben vorgesehene Endstück auf die innere Lagerschale des vom Freilauf abgewandten Nabenlagers drückt und die so aufgebrachten Vorspannkräfte durch die Versteifungshülse auf die innere Lagerschale des freilaufseitigen Nabenlagers übertragen werden. Die Vorspannung kann durch das Vorsehen von Schnellspannachsen weiter erhöht werden.

Der Verdickungsbereich erstreckt sich vorzugsweise mindestens über die gesamte Breite des freilaufseitigen Nabenlagers, so dass die gesamte Anlagefläche dieses Nabenlagers im Verdickungsbereich der Nabenachse angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Verdickungsbereich breiter als die Auflagefläche des Nabenlagers. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass der Verdickungsbereich mindestens doppelt so breit wie die Anlagefläche des Nabenlagers ist. Hierdurch kann die Steifigkeit der Nabenachse weiter verbessert und somit die Gefahr des Durchrutschens weiter verringert werden.

Bei einer vorzugsweise hohlen Nabenachse ist die Wandstärke im Verdickungsbereich mindestens 2,5 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm. Des weiteren ist es bevorzugt, den Außendurchmesser der Nabenachse gegenüber herkömmlichen Nabenachsen zu vergrößern, so dass die erfindungsgemäße Nabenachse einen Außendurchmesser von mindestens 16 mm, vorzugsweise mindestens 17 mm hat. Hierdurch kann die Steifigkeit der Nabenachse erheblich verbessert werden.

Ferner ist die Nabenachse auch in den übrigen Bereichen dicker ausgestaltet als herkömmliche Nabenachsen, so dass die Nabenachse über die gesamte Länge mindestens eine Wandstärke von 2 mm, vorzugsweise von mindestens 2,5 mm aufweist. Die Nabenachse weist somit auch neben dem Verdickungsbereich eine erhöhte Wandstärke auf. Vorzugsweise ist die Wahl der Wandstärke über die Längsrichtung der Nabenachse an den auftretenden Kraftverlauf angepasst. Die Nabenachse weist somit in Bereichen, in denen höhere Kräfte auftreten können eine größere Wandstärke auf. In anderen Bereichen ist die Wandstärke nicht unnötig dick, da dies zu einer Gewichtserhöhung der Fahrradnabe führen würde. Dies ist insbesondere bei Rennrädern unerwünscht.

Vorzugsweise ist das freilaufseitige Nabenlager gegenüber herkömmlichen Naben näher an der Freilaufeinrichtung angeordnet. Dies liegt im Wesentlichen darin begründet, dass die Freilaufscheibe in der Nabe keine axialen Bewegungen ausführen muss und ihre planparalelle Ausrichtung durch die Anlage an das Nabenlager bzw. ein zwischen der Freilaufscheibe und dem Nabenlager vorgesehenes Zwischenelement gewährleistet ist. Hierdurch kann die Freilaufscheibe erheblich schmaler ausgestaltet werden, ohne dass die Gefahr einer Verkantung besteht.

Besonders bevorzugt ist eine Kombination der vorstehend beschriebenen Maßnahmen, durch die sodann eine bis zu acht mal höhere Achsensteifigkeit als bei herkömmlichen Nabenachsen erzielt werden kann.

Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Fahrradnabe kann dadurch erzielt werden, dass zumindest eine der beiden Freilaufscheiben an ihrer Mantelfläche eine Kerbverzahnung aufweist. Vorzugsweise weisen beide Freilaufscheiben eine derartige Kerbverzahnung an der Mantelfläche auf. Durch die Verzahnung an der Mantelfläche wird eine Kraftübertragung zwischen der Freilaufscheibe und dem Nabengehäuse bzw. dem Freilaufkörper realisiert, wobei die Freilaufscheibe axial verschiebbar bleibt. Durch das Vorsehen einer Kerbverzahnung mit mehr als 60 Zähnen kann die Flächenpressung, beispielsweise gegenüber einem üblicherweise verwendeten Zahnwellenprofil mit 28 Zähnen, auf ca. 50 N/mm² reduziert werden. Hierdurch ist es möglich, das Nabengehäuse und/oder den Freilaufkörper aus Aluminium auszubilden, wobei das Nabengehäuse und/oder der Freilaufkörper im Bereich der Kraftübertragung nicht durch einen Stahlring oder dgl. verstärkt werden muss. Dies ist aufgrund der erheblich geringeren Flächenpressung möglich. Hierdurch ist es möglich, das Gewicht der Fahrradnabe zu reduzieren.

Eine weitere Gewichtsreduzierung kann dadurch erreicht werden, dass die Nabenlager und/oder die Freilauflager als Dünnringkugellager ausgebildet sind. Dies ist nur aufgrund der hohen Achssteifigkeit möglich, da Dünnringkugellager bei auftretenden Verbiegungen der Achse äußerst empfindlich sind. Durch das Verwenden von Dünnringkugellagern ist eine weitere Gewichtsersparnis möglich.

Das Gewicht des Freilaufkörpers kann verringert werden, indem eine Hülse zwischen den Freilauflagern angeordnet wird. Die Hülse ist hierbei zwischen den beiden äußeren Lagerschalen der Freilauflager angeordnet und weist vorzugsweise Magnesium oder Faserverstärkten Kunststoff auf.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Fahrradnabe,
2 eine schematische Draufsicht einer Freilaufscheibe und
3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2.
Die Fahrradnabe weist ein Nabengehäuse 10 auf. Mit zwei Flanschen 12, 14 des Nabengehäuses 10 sind die Speichen der Hinterradnabe verbunden. Innerhalb des Nabengehäuses 10 ist eine Nabenachse 16 angeordnet. An einer Außenseite der Nabenachse sind zwei vorzugsweise als Dünnringkugellager ausgebildete Nabenlager 18, 20 insbesondere durch Aufpressen mit der Nabenachse verbunden. Hierbei liegen die inneren Lagerschalen an der Außenseite der hohlen Nabenachse 16 an. Die äußeren Lagerschalen der Nabenlager 18, 20 sind vorzugsweise ebenfalls durch eine Presspassung mit dem Nabengehäuse 10 verbunden. Zwischen den beiden Nabenlagern 18, 20 ist eine Versteifungshülse 22 vorgesehen, die an den beiden inneren Lagerschalen der Nabenlager 18, 20 anliegt. Bei dem Einbau des Hinterrades durch Einschrauben eines Endstückes 24 in die Nabe wird durch das Endstück 24 Kraft auf die innere Lagerschale des Nabenlagers 18, von diesem auf die Versteifungshülse 22 und von dieser auf die innere Lagerschale des Nabenlagers 20 ausgeübt. Hierdurch erfolgt ein Vorspannen der Nabenlager 18, 20.
Ferner ist die Nabenachse 16 von einem Freilaufkörper 26, der üblicherweise mehrere Zahnräder trägt, umgeben. Der Freilaufkörper ist mittels zweier Freilauflager 28 drehbar auf der Nabenachse 10 gelagert. Hierbei sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden äußeren Lagerschalen der Freilauflager 28 über eine Magnesiumhülse 30 miteinander verbunden, wobei die Freilauflager 28 als Dünnringkugellager ausgebildet sind. Sowohl durch Vorsehen der Hülse 30 als auch durch die Ausbildung der Lager 28 als Dünnringkugellager kann das Gewicht der Fahrradnabe reduziert werden.
Des weiteren ist vorzugsweise zur Versteifung der Nabenachse 16 eine weitere Hülse 32 vorgesehen, die sich an den beiden inneren Lagerschalen der Freilauflager 28 abstützt. Beim Einschrauben des Endstückes 34 erfolgt somit ebenfalls eine Kraftübertragung auf den inneren Lagerring des ersten Freilauflagers 28, von diesem auf die Hülse 32 und von dieser sodann auf die innere Lagerschale des zweiten, innenliegenden Freilauflagers 28.
Zwischen dem Nabengehäuse 10 und dem Freilaufkörper 26 ist eine Freilaufeinrichtung 36 vorgesehen. Diese weist zwei Freilaufscheiben 38, 40 auf. Die Freilaufscheibe 38 ist in dem Nabengehäuse 10 angeordnet und mit diesem über ein Kerbwellenprofil drehfest verbunden. Auf Grund der Ausgestaltung des Nabengehäuses ist eine axiale Verschiebung der Feilaufscheibe 38 in 1 nach links nicht möglich. Die Freilaufscheibe 38 muss jedoch nicht in dem Nabengehäuse 10 axial fixiert sein. Die Freilaufscheibe 40 ist innerhalb des Freilaufkörpers 26 angeordnet und mit diesem ebenfalls über ein Kerbwellenprofil 42 (2) verbunden. Die Freilaufscheibe 40 ist axial verschiebbar und wird über eine Feder 44 in Richtung der Freilaufscheibe 38 gedrückt, so dass durch die an den Stirnseiten der beiden Freilaufscheiben 38, 40 vorgesehen axiale Verzahnung 46 (3) eine Kraftübertragung über die beiden Freilaufscheiben 38, 40 möglich ist. Bei der Verzahnung 46 handelt es sich um eine Sägezähne aufweisende Verzahnung, so dass ein Freilauf möglich ist, wenn keine Kraftübertragung erfolgt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Steifigkeit der Nabenachse 60 ist eine einzige Feder 44 ausreichend. Es ist nicht erforderlich, die zweite Freilaufscheibe 38 ebenfalls durch eine Feder in axialer Richtung zu belasten, um ein Durchrutschen der Freilaufscheiben zu vermeiden.
Zur Erhöhung der Steifigkeit der Nabenachse 16 ist diese in einem Bereich 48 des freilaufseitigen Nabenlagers 20 verdickt. Insbesondere erfolgt die Verdickung auf beiden Seiten einer Anlagefläche 50 des Nabenlagers 20. Vorzugsweise nimmt die Wandstärke der Nabenachse 16, ausgehend von einer Schulter 52, an der das Lager 20 anliegt, in Richtung der Freilaufeinrichtung 36 stetig ab. Die Abnahme erfolgt vorzugsweise bis zu dem inneren Freilauflager 28 stetig, so dass ein harmonischer Kraftfluss innerhalb der Nabenachse möglich ist.

Claims

Fahrradnabe mit einer Nabenachse (16), einem die Nabenachse (16) umgebenden Nabengehäuse (10), zwei zwischen der Nabenachse (16) und dem Nabengehäuse (10) angeordneten Nabenlagern (18, 20), einem mindestens ein Zahnrad tragenden Freilaufkörper (26), zwei zwischen der Nabenachse (16) und dem Feilaufkörper (26) angeordneten Freilauflagern (28) und einer zwischen dem Nabengehäuse (10) und dem Freilaufkörper (26) angeordneten Freilaufeinrichtung (36), dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenachse (16) im Bereich (48) des freilaufseitigen Nabenlagers (20) verdickt ist und zwischen den Nabenlagern (18, 20) eine Versteifungshülse (22) vorgesehen ist.
Fahrradnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdickungsbereich (48) mindestens die Anlagefläche (50) des Nabenlagers (20) umfasst.
Fahrradnabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke im Verdickungsbereich (48) mindestens 2,5 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm beträgt.
Fahrradnabe nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenachse (16) einen Außendurchmesser von mindestens 16 mm, vorzugsweise von mindestens 17 mm hat.
Fahrradnabe nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenachse (16) über die gesamte Länge eine Wandstärke von mindestens 2 mm, vorzugsweise mindestens 2,5 mm hat.
Fahrradnabe nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das freilaufseitige Nabenlager (20) in dem Bereich der Fluchtlinie unter der Nabenflanschkante angeordnet ist.
Fahrradnabe nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung (36) eine drehfest mit dem Nabengehäuse (10) und eine drehfest mit dem Freilaufkörper (26) verbundene Freilaufscheibe (38, 40) aufweist, wobei zumindest eine der beiden Freilaufscheiben (38, 40) an der Mantelfläche eine Kerbverzahnung (42) aufweist.
Fahrradnabe nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenlager (18, 20) Dünnringkugellager sind.
Fahrradnabe nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Freilauflagern (28) eine Hülse (30) angeordnet ist.