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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hinterradnabe für ein Fahrrad, ein hinteres Laufrad für ein Fahrrad sowie ein Fahrrad.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Um dem Benutzer eines Fahrrads, insbesondere eines Mountainbikes oder eines Rennrads, unterschiedliche Übersetzungen für unterschiedliche Geschwindigkeiten und unterschiedliche Straßen- bzw. Wegeprofile zur Verfügung zu stellen, werden Kettenschaltungen verwendet, bei denen an der Hinterradnabe mehrere unterschiedlich große Ritzel vorgesehen sind. Diese Ritzelpakete, auch als Zahnkranz bezeichnet, sind mittels eines Freilaufs mit der Nabe, d. h. dem Nabenkörper, verbunden. Der Freilauf sorgt dafür, dass bei einer Vorwärtsbewegung der Pedale mittels der Kette die Antriebskraft auf das Hinterrad übertragen wird und dass bei einer entgegengesetzten Bewegungsrichtung, d. h. bei einem Rückwärtstreten bzw. einem Stillstand der Tretkurbel und gleichzeitigem Vorwärtsrollen des Fahrrads, der Zahnkranz vom Nabenkörper entkoppelt wird. Insbesondere im Bereich des ambitionierten Mountainbikings und auch des professionellen Bergradsports sind die Kraft übertragenden Komponenten großen Kräften und extremen Belastungen ausgesetzt, während das Fahrrad gleichzeitig möglichst leicht sein muss. Die Anforderungen an das Gewicht sind dabei so hoch, dass bereits eine Reduzierung um wenige Gramm als Erfolg gilt. Aus der
DE 10 2007 030 190 A1 ist eine Hinterradnabe bekannt, bei der eine Freilaufeinrichtung zwei Zahnscheiben mit Stirnverzahnung aufweist, die beide schwimmend gelagert sind und jeweils durch eine Feder gegeneinander gedrückt werden, wobei die Stirnverzahnungen so ausgebildet sind, dass das mittels der Kette auf den Zahnkranz aufgebrachte Drehmoment übertragen wird, während sich die Zahnscheiben in der entgegengesetzten Drehrichtung entgegen der Federkraft in axialer Richtung voneinander weg verschieben, so dass ein Freilauf gewährleistet ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Nabe immer noch ein recht hohes Gewicht aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es besteht ein Bedarf, eine Hinterradnabe zur Verfügung zu stellen, die bei einem weiter reduzierten Gewicht dennoch eine zuverlässige Kraftübertragung erlaubt.
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Gemäß einem grundsätzlichen Aspekt der Erfindung ist eine Hinterradnabe für ein Fahrrad vorgesehen, mit einem Nabenkörper, einem Achskörper, einer ersten Lagervorrichtung, einem Freilaufkörper zur Aufnahme wenigstens eines Zahnrads, einer zweiten Lagervorrichtung und einer Freilaufeinrichtung. Die erste Lagervorrichtung ist derart zwischen dem Achskörper und dem Nabenkörper angeordnet, dass der Nabenkörper in Relation zum Achskörper um eine Drehachse drehbar gehalten ist. Die zweite Lagervorrichtung ist derart zwischen dem Achskörper und dem Freilaufkörper angeordnet, dass der Freilaufkörper in Relation zum Achskörper um die Drehachse drehbar gehalten ist. Die Freilaufeinrichtung ist zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabenkörper angeordnet und bewirkt in einer ersten Drehrichtung um die Drehachse eine Kopplung zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabenkörper. In einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, ist der Freilaufkörper gegenüber dem Nabenkörper frei drehbar. Die Freilaufeinrichtung weist eine erste und eine zweite Stirnverzahnung auf, die einander zugewandt sind und von denen die eine in Bezug zum Nabenkörper und die andere in Bezug zum Freilaufkörper drehstarr ausgebildet ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Lagervorrichtung ein erstes und ein zweites Nabenlager auf. Jedes Nabenlager ist axial in einer ersten Halterichtung in Bezug zur Nabenachse und in einer zweiten Halterichtung, die der ersten Halterichtung entgegengesetzt ist, in Bezug zum Nabenkörper einseitig gehalten, wobei die erste Halterichtung des zweiten Nabenlagers entgegengesetzt zur ersten Halterichtung des ersten Nabenlagers verläuft.
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Die Nabenlager sind also bezogen auf die Nabenachse jeweils nur einseitig in axialer Richtung gehalten. Das Gleiche trifft auf die Halterung bezüglich des Nabenkörpers zu, wo die Nabenlager ebenfalls nur einseitig in axialer Richtung gehalten sind.
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Dadurch lassen sich beispielsweise zusätzliche Anschläge und damit zusätzliches Material einsparen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Lagervorrichtung ein erstes und ein zweites Freilauflager auf, wobei jedes Freilauflager axial in einer ersten Halterichtung in Bezug zur Nabenachse und in einer zweiten Halterichtung, die der ersten Halterichtung entgegengesetzt ist, in Bezug zum Nabenkörper einseitig gehalten, wobei die erste Halterichtung des zweiten Freilauflagers entgegengesetzt zur Halterichtung des ersten Freilauflagers verläuft.
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Mit anderen Worten, das erste und das zweite Freilauflager sind in Bezug zur Nabenachse in zueinander entgegengesetzten Richtungen gehalten, und das erste und das zweite Freilauflager sind in Bezug zum Freilaufkörper ebenfalls in zueinander entgegengesetzten Richtungen gehalten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Lager, d. h. Nabenlager und Freilauflager, mit einem zur Nabenachse hin innenliegenden Bereich in der einen axialen Richtung und mit dem äußeren, zum Naben- bzw. Freilaufkörper hin außenliegenden Bereich in der anderen axialen Richtung gehalten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Nabenkörper als axiale Anschläge für das erste und das zweite Nabenlager innenliegend einen ersten und einen zweiten Absatz auf. Der Freilaufkörper weist als axiale Anschläge für das erste und das zweite Freilauflager einen ersten und einen zweiten Absatz auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Nabenkörper für das erste und das zweite Nabenlager eine erste und eine zweite Lageraufnahme auf, die jeweils zur Aufnahme des Nabenlagers ausgebildet sind. Die erste und die zweite Lageraufnahme sind jeweils als ein sich axial erstreckender zylindrischer Hohlraum ausgebildet, der auf der einen Stirnseite über die gesamte Querschnittsfläche offen ist zum Einsetzen des Lagers und auf der anderen Seite mit einem Absatz als axialer Anschlag für dessen Lager begrenzt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Freilaufkörper für das erste und das zweite Freilauflager eine erste und eine zweite Lageraufnahme auf, die jeweils zur Aufnahme des Freilauflagers ausgebildet sind. Die erste und die zweite Lageraufnahme sind jeweils als ein sich axial erstreckender zylindrischer Hohlraum ausgebildet, der auf der einen Stirnseite über die gesamte Querschnittsfläche offen ist zum Einsetzen des Lagers und auf der anderen Seite mit einem Absatz als axialer Anschlag für das Lager begrenzt ist.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist eine erste Endkappe als axialer Anschlag für das eine der beiden Nabenlager vorgesehen, und ein zweiter Endkörper als axialer Anschlag für das eine de beiden Freilauflager, wobei eine Hülse zwischen dem ersten Freilauflager und dem zweiten Nabenlager vorgesehen ist als axialer Anschlag für das zweite Freilauflager und das zweite Nabenlager.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Endkappen jeweils auf die Enden der Nabenachse aufgesetzt und liegen an ihrer Innenseite an dem stirnseitigen Ende der Nabenachse an.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Endkappen auf den Achskörper verlier- bzw. verrutschsicher aufgebracht. Dadurch ist es möglich, ein Hinterrad auszubauen, ohne dass eine Gefahr besteht, dass die einzelnen Komponenten von der Achse abrutschen. Beispielsweise sind die Endkappen mit einem derartigen lichten Innendurchmesser ausgebildet, dass sie gegen einen Widerstand auf den Achskörper aufgeschoben werden. Das Lösen kann dann beispielsweise mit einem Durchschlag erfolgen, so dass die Endkappen z. B. mittels leichter Hammerschläge von der Achse geschoben werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Endkappen austauschbar und zur Verwendung mit einer Schnellspannvorrichtung ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Endkappen austauschbar und zur Verwendung mit einem Steckachsensystem ausgebildet, wobei die Endkappen einen stirnseitigen Anschlag aufweisen zum Anliegen an der Innenseiten der Ausfallenden. Die Endkappen weisen eine lichte Öffnung auf, durch die eine Steckachse geführt werden kann, die an einem Ende einen Anschlag aufweist, zum Anliegen an der Außenseite des einen Ausfallendes, und ein Außengewinde zum Einschrauben in ein Innengewinde an dem anderen Ausfallende.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Lagervorrichtung ein erstes und ein zweites Nabenlager auf. Das erste und das zweite Nabenlager weisen jeweils zwei Lagereinheiten auf. Der Nabenkörper für das erste und das zweite Nabenlager weist eine erste und eine zweite Lageraufnahme auf, die jeweils zur Aufnahme der zwei Lagereinheiten ausgebildet sind, wobei pro Nabenlager eine der zwei Lagereinheiten gegen eine Distanzeinheit austauschbar ist.
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Die Ausbildung mit zwei Lagereinheiten bedeutet bereits einen Gewichtseinsparung, da bei gleicher Belastbarkeit beide Lager zusammen ein geringeres Gesamtgewicht haben. Die Möglichkeit eine der Lagereinheiten gegen einen Distanzring auszutauschen, bedeutet eine weitere Möglichkeit zur Gewichtreduzieren, wenn auch bei geringerer Belastbarkeit (siehe weiter unten).
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Vorzugsweise ist jeweils die zur Nabenmitte hin liegende Lagereinheit austauschbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die zwei Lagereinheiten baugleich.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Stirnverzahnung auf einem zweiten Scheibenkörper ausgebildet, der in eine Aufnahmeöffnung des Nabenkörpers eingeschraubt ist, wobei die Einschraubrichtung der Kopplungsrichtung entspricht.
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Die drehstarre Verbindung erfolgt dabei ab dem Moment, in welchem der Scheibenkörper vollständig, d. h. bis zu einem Anschlag, eingeschraubt ist.
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Um den Scheibenkörper beispielsweise zum Ersatz wieder entfernen zu können, kann der Scheibenkörper Ansatzstellen zum Ansetzen eines Werkzeugs aufweisen, um den Scheibenkörper aus der Aufnahme herauszuschrauben.
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Durch das Einschrauben wir eine zuverlässige Kraftübertragung gewährleistet. Gleichzeitig kann der Scheibenkörper möglichst dünn, d. h. leicht ausgeführt werden, da die Kraftübertragung spielfrei erfolgt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Nabenlager, das zum Freilaufmechanismus hin orientiert ist, in den Nabenkörper eingesetzt.
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Dadurch lässt sich das Nabenlager möglichst weit zum Achsenende hin anordnen, was eine Verbesserung der Hebelverhältnisse bedeutet, was wiederum eine geringere Biegebelastung des Achskörpers bewirkt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der zweite Scheibenkörper alternativ auch dauerhaft mit dem Nabenkörper verbunden sein, zum Beispiel durch Einpressen in eine Aufnahmeöffnung oder durch Verschweißen oder Verkleben mit dem Nabenkörper. Beispielsweise können auch Einpressen und Verschweißen oder Kleben kombiniert zur Anwendung kommen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die zweite Stirnverzahnung direkt an dem Nabenkörper ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die erste Stirnverzahnung auf einem ersten Scheibenkörper ausgebildet, der in Bezug zur Drehachse schwimmend gehalten ist und durch eine Vorspanneinrichtung in Richtung der zweiten Stirnverzahnung gedrängt wird.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Vorspanneinrichtung wenigstens drei Federn auf, die sich an dem Freilaufkörper abstützen und den ersten Scheibenkörper in Richtung der zweiten Stirnverzahnung drücken.
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Durch die drei Federn, die den Scheibenkörper jeweils punktförmig mit einer Vorspannkraft beaufschlagen, wird der Scheibenkörper, und damit die erste Stirnverzahnung, gleichmäßig gegen die zweite Stirnverzahnung gedrückt. Die drei Federn wirken dabei dem Kippen des Scheibenkörpers entgegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen, um die Achse herum ausgebildeten Spiralfedern, drücken die drei Federn auf den gesamten Scheibenkörper, während die erwähnten Spiralfedern hinsichtlich Kippen bei gleicher Vorspankraft weicher sind. Dadurch lässt sich der erfindungsgemäße Scheibenkörper schmaler herstellen, d. h. leichter ausbilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Federn an dem ersten Scheibenkörper verliersicher gehalten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Federn als Kegelfedern ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung stützen sich die Federn an einem Vorsprung des Freilaufkörpers ab, der innerhalb der Aufnahme des Nabenkörpers ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Vorsprung durch einen eingesetzten Scheibenring gebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Vorspanneinrichtung alternativ als elastischer Ring ausgebildet, der in der Aufnahme des Freilaufkörpers zwischen einem Anschlag und dem ersten Scheibenkörper angeordnet ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Lagervorrichtung ein erstes und ein zweites Nabenlager auf, die jeweils an einem der beiden stirnseitigen Bereichen des Nabenkörpers angeordnet sind. Das Nabenlager, das zum Freilaufkörper hin orientiert ist, weist einen inneren Laufring und einen äußeren Laufring auf und die zweite Stirnverzahnung ist einstückig mit dem äußeren Laufring ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung liegt der innere Laufring an der Nabenachse an, und der äußere Laufring ist drehstarr mit dem Nabenkörper verbunden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die zweite Stirnverzahnung wenigstens in Vorspannrichtung unbeweglich gehalten.
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Dadurch, dass nur eine der beiden Stirnverzahnungen schwimmend gelagert ist, lässt sich ein Freilaufmechanismus zur Verfügung stellen, der sowohl hinsichtlich des Bauraumbedarfs als auch hinsichtlich des Gewichts weiter reduziert ist. Außerdem wird eine zuverlässigere Kraftübertragung gewährleistet; mit anderen Worten, die Bauteile lassen sich bei gleicher Kraftübertragung zusätzlich reduzieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Nabenachse als Hohlkörperachse mit einem durchgehenden Hohlraum ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Nabenachse eine durchgehende zylindrische Mantelfläche auf. Beispielsweise weist die Nabenachse eine über die gesamte Länge konstante Wandungsstärke auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Freilaufkörper zur Aufnahme eines Zahnkranzes mit mehreren Zahnkränzen ausgebildet. Die Zahnräder werden, wie bereits erwähnt, auch als Ritzel bezeichnet und ein Zahnkranz als Ritzelpaket oder auch als Kassettenzahnkranz.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weisen die Stirnverzahnungen ein Sägezahnprofil auf, das sich abwechselnd aus flach schräg verlaufenden Zahnflanken und im Wesentlichen parallel zur Nabenachse steil verlaufenden Zahnflanken zusammensetzt. Bei einer Drehbewegung des Freikörpers in Relation zum Nabenkörper in der Kopplungsrichtung liegen die steil verlaufenden Zahnflanken der beiden Stirnverzahnungen aneinander an und gewährleisten durch diese Kopplung eine gute Kraftübertragung. Vorzugsweise verlaufen die steilen Zahnflanken jeweils in einer Ebene parallel zur Nabenachse. Bei einer Drehbewegung des Freilaufkörpers in Relation zum Nabenkörper in der anderen Richtung gleiten die schräg verlaufenden Zahnflanken aneinander entlang und bewegen dabei die Stirnverzahnungen in axialer Richtung so weit voneinander weg, dass die beiden Stirnverzahnungen aneinander vorbei gedreht werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die steilen Zahnflanken der Stirnverzahnungen mit einem Hinterschnitt ausgebildet, so dass sich die beiden Verzahnungen bei Kraftübertragung zusammenziehen. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei einer Verrastung über die halbe Tiefe eine sichere Kraftübertragung möglich ist, da sich die beiden Verzahnungen durch Aufbringen der Kraft zusammenziehen, um eine vollständige Verrastung sicherzustellen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Stirnverzahnung auf einem zweiten Scheibenkörper ausgebildet, der am Nabenkörper unbeweglich gehalten ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der zweite Scheibenkörper in eine Aufnahmeöffnung des Nabenkörpers eingesetzt sein und weist wenigstens einen Vorsprung auf, der derart in eine Ausnehmung des Nabenkörpers eingreift, dass der zweite Scheibenkörper drehstarr mit dem Nabenkörper verbunden ist.
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Der in die Ausnehmung eingreifende Vorsprung, bei dem es sich beispielsweise um eine in Umfangsrichtung gleichmäßig ausgebildete Verzahnung handeln kann, gewährleistet eine zuverlässige Kraftübertragung.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste Scheibenkörper in einer sich in axialer Richtung erstreckenden Aufnahmeöffnung des Freilaufkörpers eingesetzt, wobei der erste Scheibenkörper derart mit Vorsprüngen in sich axial erstreckende Ausnehmungen des Freilaufkörpers eingreift, dass der erste Scheibenkörper drehstarr mit dem Freilaufkörper verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der erste Scheibenkörper eine Vielzahl von radialen Vorsprüngen auf, und die Ausnehmungen des Freilaufkörpers sind als eine zu den radialen Vorsprüngen passende Rillenstruktur ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Aufnahmeöffnung des Freilaufkörpers in axialer Richtung breiter als die axiale Breite des ersten Scheibenkörpers.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der erste Scheibenkörper in axialer Richtung eine Breite auf, die größer ist als eine Breite des zweiten Scheibenkörpers.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Aufnahmeöffnung des Freilaufkörpers in axialer Richtung eine größere Breite auf als die Aufnahmeöffnung des Nabenkörpers.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die erste und die zweite Lageraufnahme im Nabenkörper jeweils als ein sich axial erstreckender zylindrischer Hohlraum ausgebildet, der auf der einen Stirnseite über den gesamten Querschnitt offen ist, zum Einsetzen der Lager, und auf der anderen Seite durch einen Absatz als der axiale Anschlag für die Lager begrenzt ist. Die zweite Lageraufnahme ist im zweiten stirnseitigen Bereich des Nabenkörpers angeordnet. Die Aufnahmeöffnung im Nabenkörper zur Aufnahme des zweiten Scheibenkörpers geht dabei in die zweite Lageraufnahme über, wobei das zweite Nabenlager über die Aufnahmeöffnung in die Lageraufnahme einsetzbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Außendurchmesser des zweiten Nabenlagers kleiner als der minimale Außendurchmesser des zweiten Scheibenkörpers, d. h. der Außendurchmesser des zweiten Nabenlagers ist kleiner als die lichte Weite der Aufnahmeöffnung im Nabenkörper.
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Erfindungsgemäß ist auch ein Laufrad für ein Fahrrad vorgesehen mit einer Felge, einer Nabe und einem Speichenkörper, wobei der Speichenkörper die Felge mit der Nabe verbindet. Die Nabe ist als Hinterradnabe nach einer der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet.
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Der Begriff Speichenkörper bezieht sich sowohl auf die Ausbildung von mehreren, sich teilweise überkreuzenden Speichen, die lediglich auf Zug belastet werden können. Der Begriff Speichenkörper bezieht sich aber auch auf solche Ausführungsformen, bei denen zwischen der Felge und der Nabe nur wenige, beispielsweise drei oder fünf Verbindungen vorgesehen sind, die auch auf Druck belastet werden können. Der Begriff Felge bezieht sich auf denjenigen umlaufenden Bereich, auf dem der Mantel bzw. der Schlauch angebracht werden.
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Die Erfindung umfasst auch ein Fahrrad mit einem Rahmen, einem vorderen Laufrad und einem hinteren Laufrad, wobei das hintere Laufrad als Laufrad nach dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgebildet ist.
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Die einzelnen Merkmale und Aspekte können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass insbesondere die in den Ansprüchen beschriebenen Ausführungsformen einzeln oder auch zu mehreren miteinander kombiniert werden können, insbesondere auch diejenigen der unabhängigen Ansprüche.
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Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die Bezugnahme auf die hiernach beschriebenen Ausführungsformen erläutert und verdeutlicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend wird die Erfindung zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Fahrrad in einer Seitenansicht;
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hinterradnabe gemäß der Erfindung entlang der Drehachse;
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3 eine Explosionsdarstellung der Hinterradnabe nach 2 in einer Draufsicht;
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4 eine perspektivische Darstellung der Explosionsdarstellung nach 3;
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5 eine weitere Explosionsdarstellung aus einer anderen Blickrichtung;
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6 einen vergrößerten Ausschnitt der Schnittdarstellung nach 2;
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7 eine erste Ausführungsform einer Freilaufeinrichtung mit einer Stirnverzahnung;
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8 eine Freilaufeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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9 ein Ausführungsbeispiel einer Vorspanneinrichtung;
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10 eine weitere Ausführungsform für eine Freilaufeinrichtung;
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11 eine weitere Ausführungsform für eine Freilaufeinrichtung;
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12 einen Schnitt durch eine Freilaufeinrichtung nach 9;
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13 eine weitere Ausführungsform einer Freilaufeinrichtung;
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14 eine weitere Ausführungsform einer Freilaufeinrichtung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
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15 einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Freilaufeinrichtung;
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16 einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Freilaufeinrichtung;
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17 eine weitere Ausführungsform eines Nabenlagers;
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18 eine weitere Ausführungsform eines Nabenlagers und einer Stirnverzahnung; und
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19 eine weitere Ausführungsform eines Nabenlagers und einer Stirnverzahnung.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNGEN BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGEN
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In 1 ist ein Fahrrad 500 gezeigt mit einem Rahmen 510, der aus verschiedenen Rohren zusammengesetzt ist und eine Gabel 512 zur Aufnahme eines vorderen Laufrads 514 aufweist. Außerdem verfügt das Fahrrad über einen Lenker 516 sowie einen Sattel 518, wobei auf die üblicherweise verwendeten Haltevorrichtungen wie Sattelstütze und Lenkerrohr sowie auch auf Schalt- und Bremseinrichtungen nicht näher eingegangen werden soll. Außerdem ist ein Tretlager 520 angedeutet. An einem hinteren Ausfallende 522 ist eine Aufnahme für ein hinteres Laufrad 524 vorgesehen. Das hintere Laufrad 524 verfügt über eine Felge 526, auf der eine Bereifung in Form eines Mantels 528 montiert ist. Die Felge 526 ist mittels eines Speichenkörpers 530 mit einer Hinterradnabe 532 verbunden. Die Hinterradnabe weist einen Zahnkranz 534 auf, der mittels einer Kette 536 mit dem Tretlager verbunden und über die Tretbewegung angetrieben wird. Der Zahnkranz 534 weist mehrere Ritzel auf, wobei die Kette 536 mittels eines Schaltwerks 538 auf unterschiedlichen Ritzeln positioniert werden kann. Die Nabe 532 weist einen Freilaufmechanismus und Lagervorrichtungen auf, die anhand der folgenden Figurenbeschreibungen näher erläutert werden.
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In 2 ist in einer Schnittdarstellung eine Nabe 10 gezeigt, die der Nabe 532 aus 1 entspricht. Die Hinterradnabe 10 weist einen Nabenkörper 12, einen Achskörper 14, eine erste Lagervorrichtung 16, einen Freilaufkörper 18 zur Aufnahme wenigstens eines Zahnrads, beispielsweise des Zahnkranzes 534 aus 1, eine zweite Lagervorrichtung 20 und eine Freilaufeinrichtung 22 auf.
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Die erste Lagervorrichtung 16 ist derart zwischen dem Achskörper 14 und dem Nabenkörper 12 angeordnet, dass der Nabenkörper in Relation zum Achskörper um eine Drehachse 24 drehbar gehalten ist. Der Nabenkörper 12 ist also mittels der ersten Lagervorrichtung 16 an dem Achskörper 14 drehbar gelagert.
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Die Freilaufeinrichtung 22 ist zwischen dem Freilaufkörper 18 und dem Nabenkörper 12 angeordnet und bewirkt in einer ersten Drehrichtung 26 (in 4 durch einen ersten Pfeil P1 angedeutet) um die Drehachse 24 eine Kopplung zwischen dem Freilaufkörper 18 und dem Nabenkörper 12. Weiter ist der Freilaufkörper 18 in einer zweiten Drehrichtung 28 (in 4 dargestellt durch einen zweiten Pfeil P2) gegenüber dem Nabenkörper 12 frei drehbar.
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Dadurch lässt sich mittels eines Zahnkranzes, beispielsweise der Zahnkranz 534 aus 1, durch eine vorwärts gerichtete Tretbewegung eine Kraft auf das Laufrad anbringen und das Fahrrad somit antreiben. In der entgegengesetzten Richtung, d. h. bei einer rückwärts gerichteten Tretbewegung, lässt sich der Zahnkranz gegenüber dem Laufrad frei bewegen. Dadurch ist es auch möglich, dass das Fahrrad vorwärts rollt, ohne dass damit eine Drehbewegung des Laufrads über den Zahnkranz und damit mich auf die Kette auf das Tretlager übertragen wird, was eine Kurbelbewegung der Tretkurbeln und der daran angeordneten Pedale bewirken würde.
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In 3 ist zum besseren Verständnis die Hinterradnabe 10 aus 2 in einer Explosionszeichnung in einer Draufsicht gezeigt, aus der die einzelnen Komponenten besser ablesbar sind. Auf einige der Komponenten wird im weiteren Verlauf eingegangen, wobei die Bezugszeichen bereits in 3 verwendet werden.
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In 4 ist eine Explosionsdarstellung in einer perspektivischen Ansicht gezeigt.
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Die Freilaufeinrichtung 22 weist eine erste Stirnverzahnung 30 und eine zweite Stirnverzahnung 32 auf, die einander zugewandt sind und von denen die eine in Bezug zum Nabenkörper 12 und die andere in Bezug zum Freilaufkörper 18 drehstarr ausgebildet ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die erste Stirnverzahnung 30 auf einem ersten Scheibenkörper 34 ausgebildet, der in Bezug zur Drehachse 24 schwimmend gehalten ist und durch eine Vorspanneinrichtung 36 in Richtung der zweiten Stirnverzahnung 32 gedrängt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die zweite Stirnverzahnung 32 im eingebauten Zustand, d. h. in der fertig montierten Hinterradnabe 10, wenigstens in Vorspannrichtung unbeweglich gehalten. Die zweite Stirnverzahnung 32 ist also im Gegensatz zur ersten Stirnverzahnung 30 nicht schwimmend gehalten in Bezug zur Drehachse.
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Gemäß einer nicht gezeigten Ausführungsvariante ist auch die zweite Stirnverzahnung auf einem Scheibenkörper ausgebildet und in Bezug zur Drehachse schwimmend gehalten und wird durch eine Vorspanneinrichtung in Richtung der ersten Stirnverzahnung gedrängt.
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Die Stirnverzahnungen 30, 32 weisen ein Sägezahnprofil 38 auf, das aus abwechselnd angeordneten flach schräg verlaufenden ersten Zahnflanken 40 und parallel zur Nabenachse 24 steil verlaufenden zweiten Zahnflanken 42 zusammengesetzt ist, was anhand der 7 besser erkennbar ist. Bei einer Drehbewegung des Freilaufkörpers 18 in Relation zum Nabenkörper 12 in der Kopplungsrichtung, d. h. der ersten Drehrichtung 26, liegen die steil verlaufenden zweiten Zahnflanken 42 der beiden Stirnverzahnungen 30, 32 aneinander an und gewährleisten durch diese Kopplung eine zuverlässige Kraftübertragung auch für hohe Drehmomente.
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Bei einer Drehbewegung des Freilaufkörpers 18 in Relation zum Nabenkörper 12 in der anderen Richtung, d. h. in der zweiten Drehrichtung 28, gleiten die schräg verlaufenden ersten Zahnflanken 40 aneinander entlang und bewegen die Stirnverzahnungen 30, 32 in axialer Richtung, d. h. in Richtung parallel der Drehachse 24, so weit voneinander weg, dass die beiden Stirnverzahnungen 30, 32 aneinander vorbeigedreht werden können, da sich die Zahnflanken nicht mehr in Eingriff miteinander befinden.
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Da gemäß einem Ausführungsbeispiel die zweite Stirnverzahnung in Vorspannrichtung unbeweglich gehalten ist, erfolgt ein axialer Versatz bzw. ein axiales Verschieben nur durch die erste Stirnverzahnung 30 auf dem ersten Scheibenkörper 34. Die Vorspannrichtung verläuft parallel zur Drehachse 24 und ist in 4 nach links oben gerichtet. Mit anderen Worten, die Vorspanneinrichtung 36, die in 4 nicht dargestellt ist, drückt den ersten Scheibenkörper 34 bei Betrachtung der 4 im Querformat nach schräg links oben parallel zur Drehachse 24 gegen die zweite Stirnverzahnung 32, die in Bezug zur Drehachse 24 durch ein Widerlager gehalten ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 4 gezeigt ist, ist die zweite Stirnverzahnung 32 auf einem zweiten Scheibenkörper 44 ausgebildet, der am Nabenkörper in Richtung der Vorspanneinrichtung unbeweglich gehalten ist.
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Beispielsweise ist der zweite Scheibenkörper 44 in einer Aufnahmeöffnung 46 des Nabenkörpers 12 eingesetzt und weist wenigstens einen Vorsprung auf, der derart in eine Ausnehmung des Nabenkörpers eingreift, dass der zweite Scheibenkörper 44 drehstarr mit dem Nabenkörper verbunden ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der wenigstens eine Vorsprung als eine Vielzahl von gleichmäßig ausgebildeten radialen Vorsprüngen in Form einer radialen Zahnstruktur 48 ausgebildet und die Ausnehmung des Nabenkörpers ist als eine zu den radialen Zahnstrukturvorsprüngen 48 passende Rillenstruktur 50 ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Vorsprünge regelmäßig ausgebildet, wobei jedoch auch vorgesehen sein kann, dass die radialen Vorsprünge ungleichmäßig ausgebildet sind und in eine dazu passende ungleichmäßige Rillenstruktur eingreifen, so dass der zweite Scheibenkörper stets dieselbe Drehwinkellage in Bezug zur Nabe einnehmen muss.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 14 dargestellt ist, ist der zweite Scheibenkörper, mit dem Bezugszeichen 144, in eine Aufnahmeöffnung 146 des Nabenkörpers 12 eingeschraubt, wobei die Einschraubrichtung der Kopplungsrichtung entspricht. Dazu weist der zweite Scheibenkörper 144 auf der radialen Umfangsfläche wenigstens teilweise ein radiales Außengewinde 147a auf und die Aufnahmeöffnung 146 auf der inneren radialen Wandungsfläche ein dazu passendes Innengewinde 147b. Bei Aufbringen einer Kraft auf den Zahnkranz und einer Kopplung über die Freilaufeinrichtung 22, d. h. die Stirnverzahnungen, wird der zweite Scheibenkörper 48 derart in die Aufnahmeöffnung 146 eingedreht, dass bei vollständigem Eindrehen, d. h. beim Anliegen an einem dafür vorgesehenen Absatz, eine weitere Drehung ausgeschlossen ist und eine zuverlässige Kraftübertragung erfolgen kann.
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Der zweite Scheibenkörper 34 weist wenigstens zwei Ansatzstellen auf zum Ansetzen eines Werkzeugs, um den zweiten Scheibenkörper aus der Aufnahmeöffnung 146 herausschrauben zu können (in 14 nicht zu sehen).
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 15 dargestellt ist, dort im Schnitt gezeigt, ist eine zweite Stirnverzahnung 232 auf einem zweiten Scheibenkörper 244 angeordnet, der mit dem Nabenkörper 212 dauerhaft verbunden ist, zum Beispiel durch Einpressen in eine Aufnahmeöffnung 246 und Verschweißen oder Verkleben mit dem Nabenkörper 212, was durch ein Schweißnahtsymbol 247 in 15 angedeutet ist. Das Einpressen kann auch ohne Verschweißen oder Verkleben angewendet werden. Ebenso kann der Scheibenkörper 244 mit dem Nabenkörper auch nur verschweißt oder verklebt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 16 angedeutet ist, ist eine zweite Stirnverzahnung, in 16 mit dem Bezugszeichen 332 bezeichnet, direkt an dem Nabenkörper 312 ausgebildet, beispielsweise aus einem Stück gefräst oder anderweitig gefertigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der erste Scheibenkörper 34 in einer sich in axialer Richtung erstreckenden Aufnahmeöffnung 52 des Freilaufkörpers 18 eingesetzt, was in 5 zu sehen ist, in der eine Explosionszeichnung aus einem anderen Blickwinkel gezeigt ist. Dabei greift der erste Scheibenkörper 34 derart mit Vorsprüngen 54 in sich axial erstreckende Ausnehmungen 56 des Freilaufkörpers 18 ein, dass der erste Scheibenkörper 34 drehstarr mit dem Freilaufkörper 18 verbunden ist. Die Vorsprünge 54 sind als gleichmäßig ausgebildete radiale Verzahnungen ausgebildet, und die Ausnehmungen 56 des Freilaufkörpers 18 sind als eine zu den radialen Vorsprüngen passende Rillenstruktur ausgebildet. Die Vorsprünge 54 und die Ausnehmungen 56 können auch ungleichmäßig ausgebildet sein, um beispielsweise eine bestimmte Drehwinkellage des ersten Scheibenkörpers in Bezug zum Freilaufkörper 18 zu gewährleisten.
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Um ein axiales Bewegungsspiel des ersten Scheibenkörpers 34 sicherzustellen, d. h. um die schwimmende Lagerung in Bezug zur Drehachse 24 zu gewährleisten, ist die Aufnahmeöffnung 52 des Freilaufkörpers 18 in axialer Richtung, d. h. in Richtung parallel zur Drehachse 24 breiter als eine axiale Breite B1 des ersten Scheibenkörpers 34.
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Wie aus 5 ersichtlich, kann der erste Scheibenkörper 34 in axialer Richtung eine axiale Breite 131, aufweisen, die größer ist als eine axiale Breite B2 des zweiten Scheibenkörpers 44. Dies ist dadurch bedingt, dass der zweite Scheibenkörper 44 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nicht schwimmend gehalten ist und die radial angeordnete außen liegende Zahnstruktur nur eine Kraftübertragung in einer festgelegten Position gewährleisten muss, währenddessen die schwimmend gelagerte erste Stirnverzahnung 30 stets auch ein gewisses Verkippen des ersten Scheibenkörpers 34 bedeutet. Dadurch, dass der zweite Scheibenkörper 44 als nicht schwimmend ausgebildet ist, sondern fest in der Vorspannrichtung unbeweglich gehalten ist, kann es bei dem zweiten Scheibenkörper 44 zu keiner Verkippung kommen, und somit lässt sich der zweite Scheibenkörper 44 mit einer verringerten Breite ausführen, was gleichzeitig eine Gewichtsreduzierung bedeutet. Die Aufnahmeöffnung 52 des Freilaufkörpers weist daher in axialer Richtung eine größere Breite auf als die Aufnahmeöffnung des Nabenkörpers (in 5 ist letztere nicht zu sehen).
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die erste Lagervorrichtung 16 ein erstes Nabenlager 58 und ein zweites Nabenlager 60 auf, wobei auf die nähere Ausführung der beiden Nabenlager noch eingegangen wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen das erste Nabenlager 58 und das zweite Nabenlager 60 jeweils zwei Lagereinheiten 62a, 62b auf, und der Nabenkörper 12 weist für das erste und das zweite Nabenlager 58, 60 eine erste Lageraufnahme 64 und eine zweite Lageraufnahme 66 auf, die jeweils zur Aufnahme der zwei Lagereinheiten 62a, 62b ausgebildet sind. Die zwei Lagereinheiten 62a, 62b sind vorzugsweise baugleich.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist pro Nabenlager eine der zwei Lagereinheiten gegen einen Distanzeinsatz 63 (in 17 gezeigt) austauschbar. Um ein möglichst günstiges Hebelverhältnis, bezogen auf die Krafteinleitung in den Achskörper 12, zu gewährleisten, ist jeweils die zur Nabenmitte bin liegende Lagereinheit austauschbar.
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Damit kann ein Laufrad zur Verfügung gestellt werden, bei dem die Lager an unterschiedliche Einsatzzwecke angepasst werden können.
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Bereits mit der erfindungsgemäßen Ausbildung von zwei Lagereinheiten pro Nabenlager ist eine deutliche Gewichtsreduzierung möglich, da die beiden Lagereinheiten wesentlich kleiner und damit leichter ausgebildet werden können, bei gleicher Belastbarkeit im Vergleich zu den bisher üblichen einfachen Lagereinheiten. Damit lassen sich Hinterradnaben insbesondere für Laufräder zur Verfügung stellen, die im Mountainbike-Bereich auch für die extrem harten Bedingungen von Downhill-Abfahrten eingesetzt werden können.
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Durch die Austauschbarkeit gegen den Distanzeinsatz 63 kann das Laufrad im Gewicht weiter reduziert werden, wenn das Laufrad bzw. die Nabenlager nicht einer so hohen Belastbarkeit ausgesetzt sind. Beispielsweise können leichtere Fahrer eine der Lagereinheiten pro Nabenlager gegen den Distanzeinsatz austauschen, da bereits eine Lagereinheit für das geringere Körpergewicht ausreicht.
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Ebenso ist es möglich, dass normalgewichtige Fahrer für einen reinen Straßeneinsatz oder einem Fahren auf recht ebenem Untergrund eine Lagereinheit ausbauen, um die Nabe im Gewicht weiter reduzieren zu können.
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Um dem Bedarf nach weiteren Gewichtsreduzierungsmöglichkeiten gerecht zu werden, wird außerdem den sehr ambitionierten Mountainbike-Fahrern die Möglichkeit gegeben, auch für höhere Belastungen nur eine Lagereinheit zu verwenden, wobei dann jedoch ein stärkerer Verschleiß zu erwarten ist.
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Beispielsweise lässt sich durchaus ein Rennen mit nur einer Lagereinheit bestreiten, wobei dann das eigentlich zu stark belastete Lager nach dem Rennen ersetzt wird.
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Wie aus 2 und auch 6 zu erkennen ist, ist die erste und die zweite Lageraufnahme im Nabenkörper 12 jeweils als ein sich axial erstreckender zylindrischer Hohlraum 66 ausgebildet, der auf der einen Stirnseite über die gesamte Querschnittsfläche offen ist zum Einsetzen der Lager, d. h. in 6 im Querformat des Blattes auf der rechten Seite offen ist. Auf der anderen Seite ist der zylindrische Hohlraum mit einem Absatz 70 als axialer Anschlag für die Lager begrenzt.
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Diese Ausführungsmerkmale sind für die beiden Nabenlager, d. h. auf beiden Seiten der Nabe, ähnlich ausgeführt, wobei auf die Darstellung des gegenüberliegenden Lagers in 6 verzichtet wird.
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Mit Bezug auf 2 weist der Nabenkörper 12 einen ersten stirnseitigen Bereich 70 und einen zweiten stirnseitigen Bereich 42 auf, wobei der zweite stirnseitige Bereich zum Freilaufkörper 18 hin orientiert ist. Der Freilaufkörper 18 weist einen ersten stirnseitigen Bereich 74 und einen zweiten stirnseitigen Bereich 76 auf, wobei der zweite stirnseitige Bereich 76 zum Freilaufkörper 18 hin orientiert ist.
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Die zweite Lagervorrichtung 20 weist ein erstes Freilauflager 78 und ein zweites Freilauflager 80 auf, wobei das erste Freilauflager im Bereich des ersten stirnseitigen Bereichs 74 angeordnet ist und das zweite Freilauflager 80 im Bereich des zweiten stirnseitigen Bereichs 76.
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Das erste Nabenlager 64 ist im ersten stirnseitigen Bereich 70 des Nabenkörpers 12 angeordnet und das zweite Nabenlager 64 im Bereich des zweiten stirnseitigen Bereichs 72 des Nabenkörpers 12.
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Der Achskörper 14 weist eine erste Endkappe 82 und eine zweite Endkappe 84 auf, wobei die zweite Endkappe auf der Seite des Freilaufmechanismus, d. h. der Zahnkranzseite, angeordnet ist und die erste Endkappe am gegenüberliegenden anderen Ende der Achse.
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Die erste Endkappe 82 dient als erster axialer Anschlag 86 für das erste Nabenlager 58, und die zweite Endkappe 84 dient als zweiter axialer Anschlag 88 für das erste Freilauflager 78. In der anderen Richtung ist für das erste Nabenlager 58 an dem Nabenkörper ein erster axialer Nabenanschlag 90 vorgesehen.
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Für das erste Freilauflager 78 ist an dem Freilaufkörper 18 ein erster axialer Freilaufanschlag 91 vorgesehen, der das Freilauflager in Ergänzung zur zweiten Endkappe 84 in der anderen Richtung hält. Für das zweite Freilauflager 80 ist an dem Freilaufkörper 18 ein zweiter axialer Freilaufanschlag 92 vorgesehen, der in der entgegengesetzten Richtung des ersten axialen Freilaufanschlags 91 an dem Freilaufkörper 18 wirkt. Das zweite Freilauflager 80 wird in der zum zweiten Freilaufanschlag 92 entgegengesetzten Richtung am innenliegenden Bereich, d. h. im Bereich des Achskörpers 14 durch eine Hülse 94 gehalten, die zwischen dem zweiten Freilauflager 80 und dem zweiten Nabenlager 60 vorgesehen ist, wobei die Hülse 94 für beide Lager, d. h. das zweite Freilauflager und das zweite Nabenlager, als axialer Anschlag in entgegengesetzten Richtungen wirkt, d. h. die Hülse 94 bildet einen ersten Hülsenanschlag 96 für das zweite Freilauflager und einen zweiten Hülsenanschlag 98 als axialer Anschlag für das zweite Nabenlager 60. In der anderen Richtung wird das zweite Nabenlager 60 durch einen zweiten Nabenanschlag 100 gehalten, der an dem Nabenkörper 12 ausgebildet ist.
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Diese Konstruktion erlaubt es, die beiden Nabenlager für den Zusammenbau der Hinterradnabe auf den Achskörper 14 aufzuschieben, da dieser mit einer durchgehenden Mantelfläche, d. h. keinerlei Absätze aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Endkappen auf die Enden der Nabenachse aufgesetzt und liegen an ihrer Innenseite 99 an dem stirnseitigen Ende der Nabenachse an.
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Die Halterung der Lagerung in axialer Richtung erfolgt also über die erste Endkappe 82, die den ersten axialen Anschlag 86 bildet über das erste Nabenlager 58, das auf der anderen Seite durch den am Nabenkörper 12 als Absatz ausgebildeten dritten Anschlag gehalten wird. Über den Nabenkörper erfolgt eine Weiterleitung der Haltekraft an den achten axialen Anschlag 100, der das zweite Nabenlager 60 auf der einen Seite hält, wobei das zweite Nabenlager auf der gegenüberliegenden Seite durch den siebten axialen Anschlag 98, der an der Hülse 94 ausgebildet ist, gehalten wird. Die Hülse 94 überträgt die Haltekraft an den sechsten axialen Anschlag 96, der das zweite Freilauflager 80 an der einen Seite hält, wobei das zweite Freilauflager 80 an der gegenüberliegenden Seite von dem fünften axialen Anschlag, der als innen liegender Absatz an dem Freilaufkörper 18 ausgebildet ist, gehalten wird. Der Freilaufkörper 18 überträgt bzw. leitet die Haltekraft weiter an den vierten axialen Anschlag 90, der das erste Freilauflager 78 auf der einen Seite hält. Auf der anderen Seite wird das erste Freilauflager 78 von dem zweiten axialen Anschlag 88 gehalten, der von der zweiten Endkappe 84 gebildet wird.
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Da beide Endkappen an ihren Innenseiten 99 jeweils an den stirnseitigen Enden der Achse aufliegen, erfordert diese schwimmende Halterung bezüglich des Achskörpers selber eine hohe Präzision bzw. sehr geringe Toleranz bei der Herstellung der einzelnen Komponenten. Eine entsprechend genaue Fertigung vorausgesetzt, ist somit ein spielfreies Halten der einzelnen Komponenten möglich, oder mit anderen Worten, die Lager werden mit einer exakt definierten Haltekraft in axialer Richtung gehalten.
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Die Möglichkeit, Toleranzen aufzunehmen, ist nicht vorhanden. Ungenauigkeiten bei der Fertigung können damit bereits bei der Montage entdeckt werden, da es beim Aufsetzen der Endkappen entweder zu einem leicht detektierbaren Spiel kommt, wenn eine oder mehrere der Komponenten ein zu geringes Längenmaß bezüglich der Drehachse 24 aufweisen; oder es kommt zu einem schwergängigen Drehen des Nabenkörpers um den Achskörper, wenn eine oder mehrere Komponenten ein zu großes Längenmaß bezüglich der Drehachse 24 aufweisen, da die Lager innen und außen jeweils nur in einer, d. h. in entgegengesetzter Richtung gehalten sind. Wenn beispielsweise die Absätze an dem Nabenkörper zu weit auseinander liegen, würden die beiden Nabenlager axial verspannt werden, da der innere Laufring nach der Mitte hin und der äußere Laufring nach außen hin vorgespannt wären, was insbesondere bei einem Rillenkugellager zu einem spürbar größeren Reibungswiderstand führt.
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Ungenauigkeiten bei der Herstellung und bei dem Zusammenbau können damit an der fertig montierten Nabe leicht detektiert werden, so dass bereits im Werk eine Aussortierung stattfinden kann. Bei bisher üblichen Konstruktionen, bei denen sich die Ungenauigkeiten nicht so leicht detektieren lassen, kommt es aufgrund der Verspannkräfte in den Nabenlagern zu einem stärkeren Verschleiß im Laufe der Zeit, was dann zu einem frühzeitigen Ausfall der Hinterradnabe führen kann.
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In 2 ist angedeutet, dass die Endkappen zur Verwendung mit einer Schnellspannvorrichtung ausgebildet sind, was jedoch nicht näher dargestellt ist.
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Da die Endkappen erfindungsgemäß austauschbar sind, lässt sich die erfindungsgemäße Hinterradnabe 10 auch für ein Steckachsensystem verwenden, was in 2 mit gestrichelten Endkappen angedeutet ist, siehe auch 6. Dazu weisen die Endkappen einen stirnseitigen Anschlag auf zum Anliegen an der Innenseiten der Ausfallenden. Die Endkappen weisen außerdem eine lichte Öffnung auf, durch die eine Steckachse geführt werden kann, die an einem Ende einen Anschlag aufweist, zum Anliegen an der Außenseite des einen Ausfallendes, und ein Außengewinde zum Einschrauben in ein Innengewinde an dem anderen Ausfallende, was jedoch ebenfalls nicht näher dargestellt ist.
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In 7 sind die beiden Stirnverzahnungen 30, 32 gezeigt, die an dem ersten Scheibenkörper 34, in 7 rechts, und an dem zweiten Scheibenkörper 44, in 7 links, ausgebildet sind. Der zweite Scheibenkörper 44 ist, wie bereits erwähnt, am Nabenkörper 12 unbeweglich gehalten, während der erste Scheibenkörper 34 an dem Freilaufkörper 18 schwimmend gehalten ist, so dass sich der erste Scheibenkörper 34 auf den zweiten Scheibenkörper 44 zu- und von diesem wegbewegen kann.
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In 8 ist eine erste Ausführungsform des ersten Scheibenkörpers 34 gezeigt, einmal von der einen und einmal von der anderen Seite. Die an der einen Seite vorgesehene stirnseitige Verzahnung dient dem Eingriff mit dem zweiten Scheibenkörper 44. Die radial umlaufend angeordneten Vorsprünge dienen dem Eingriff in axial verlaufende Rillen an dem Freilaufkörper, die bereits in Zusammenhang mit 4 und 5 erwähnt wurden. In der rechten Bildhälfte ist der erste Scheibenkörper 34 von der Rückseite aus gezeigt. Der Scheibenkörper 34 weist dabei eine Vielzahl von als Sacklochbohrung ausgebildeten Aufnahmen 106 auf. In diese Lochbohrung 106 können mehrere Federn 108 eingesteckt werden, die den ersten Freilaufkörper als Vorspanneinrichtung 36 in Richtung der zweiten Stirnverzahnung des zweiten Scheibenkörpers 44 drängen. Durch mehrere, insbesondere mindestens drei, angeordnete Federn wird auf den ersten Scheibenkörper 34 in axialer Richtung ein gleichmäßiger Druck ausgeübt, der einem Kippen des Scheibenkörpers entgegenwirkt. Die Federn 108 können derart in die Lochbohrung 106 eingeschoben sein, dass sie verliersicher an dem ersten Scheibenkörper 34 gehalten sind, um bei einem Auseinanderbauen, zum Beispiel zu Wartungszwecken, nicht abhanden zu kommen.
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Beispielsweise können die Federn 108 als Kegelfedern ausgebildet sein, um beim Zusammendrücken möglichst wenig Raum in Anspruch zu nehmen.
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An ihrem gegenüberliegenden Ende stützen sich die Federn an einem Vorsprung des Freilaufkörpers 18 ab, der jedoch nicht gezeigt ist.
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Alternativ zur Ausbildung mit Federn kann auch ein elastischer Ring 109 vorgesehen sein, der in der Aufnahme des Freilaufkörpers zwischen einem Anschlag und dem ersten Scheibenkörper angeordnet ist und somit als Vorspannrichtung wirkt (siehe 9).
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Zur weiteren Gewichtsreduzierung ist in 11 eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der der zweite Scheibenkörper 44 mit einer verringerten Querschnittsfläche ausgebildet ist. Wie in 12 im Querschnitt zu sehen ist, ist der Bereich hinter der Stirnverzahnung mit einer Abschrägung 110 ausgebildet. Das weggenommene Material, d. h. die Materialreduzierung ist mit einer gestrichelten Linie 111 angedeutet. Die Stirnverzahnung selbst sowie auch die umlaufende Radialverzahnung sind dahingehend unverändert beibehalten. Diese Abschrägung hat neben der Gewichtsersparnis auch noch einen weiteren Vorteil, der ebenfalls in 12 zu erkennen ist. Schematisch angedeutet ist eine der beiden Lagereinheiten 62a des zweiten Nabenlagers 60. Die Lagereinheit weist einen inneren Laufring 112 und einen äußeren Laufring 114 auf, wobei zwischen den beiden Laufringen ein Wälzkörper 116 angedeutet ist. Das Lager kann als Rillenkugellager ausgebildet sein, so dass es sich bei dem Wälzkörper 116 um Kugelelemente handelt, die in nicht dargestellten Rillen des äußeren und inneren Laufrings gehalten sind.
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Da der äußere Laufring 114 in Bezug zu dem Nabenkörper 12 unbeweglich ist, d. h., er dreht sich mit dem Nabenkörper mit, was ebenso auch für den zweiten Scheibenkörper 44 gilt, der ja mit den äußeren radialen Vorsprüngen in die Rillenstruktur des Nabenkörpers eingreift, können die beiden Teile, d. h. der äußere Laufring 114 und der zweite Scheibenkörper 44 aneinander anliegen im Bereich der Stirnfläche des äußeren Laufrings.
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Da sich der innere Laufring mit der Nabenachse dreht, und damit auch in Relation zu dem zweiten Scheibenkörper 44, muss zwischen der Stirnseite des inneren Laufrings 112 und dem zweiten Scheibenkörper 44 ein Mindestabstand vorhanden sein. Da der zweite Scheibenkörper 44 mit der Abschrägung 110 ausgebildet ist, ist dieser Abstand in ausreichendem Maße gewährleistet, wobei dies bei der eckigen Querschnittsform, die mit der Strichelung 111 angedeutet ist, nicht der Fall wäre. Für einen komplett ausgeprägten Querschnitt im Sinne der Strichelung 111 ohne Abschrägung 110 müssten die beiden Bauteile, d. h. das Lager und der zweite Scheibenkörper, mit einer Distanz zueinander angeordnet werden.
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In 13 ist eine weitere Ausführungsform des zweiten Scheibenkörpers 44 gezeigt, bei der anstelle der Abschrägung ein L-förmiger Querschnitt mit einer noch weiteren Querschnittsreduzierung 118 vorgesehen ist.
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In 10 ist eine weitere Ausführungsform des ersten Scheibenkörpers 34 gezeigt, bei der ebenfalls ein L-förmiger Querschnitt des Scheibenkörpers mit entsprechenden Ausnehmungen 120 vorgesehen ist, wobei an wenigstens drei Stellen ein Vollquerschnitt vorgesehen ist, um in diesem Bereich die bereits im Zusammenhang mit 8 erwähnten Lochbohrungen 106 vornehmen zu können.
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In 18 ist eine Ausführungsform eines zweiten Nabenlagers 160 gezeigt, das einen inneren Laufring 122 und einen äußeren Laufring 124 aufweist, zwischen denen ein Wälzelement 126 vorgesehen ist, wobei es sich vorzugsweise um ein Rollenkugellager handelt, so dass der Wälzkörper 126 ein Kugelelement ist, das zwischen den beiden Laufringen gehalten ist, wobei die Laufringe als nicht dargestellte Rillenstrukturen ausgebildet sind, um den Wälzkörper 126 in axialer Richtung zu halten. Der äußere Laufring 124 ist mit der zweiten Stirnverzahnung 32 einstückig ausgebildet, d. h., der Laufring 124 weist einen L-förmigen Querschnitt auf, so dass die Stirnverzahnung 32 an dem stirnseitigen, in axialer Richtung weisenden Bereich ausgebildete werden kann. An seiner äußeren Umfangfläche ist der Laufring 124 mit den bereits erwähnten Vorsprüngen ausgebildet, die in Ausnehmungen des Nabenkörpers eingreifen, um eine Drehbewegung auf den Nabenkörper übertragen zu können.
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Neben der weiteren Gewichtsreduzierung und dem vereinfachten Montagevorgang lässt sich insbesondere der Bauraum verringern und dadurch das zweite Nabenlager möglichst weit zum Freilaufkörper hin anordnen. Dadurch ergeben sich günstigere Hebelverhältnisse.
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In 19 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein zweiter Scheibenkörper 344 mit Stirnverzahnung 32 in eine Aufnahmeöffnung 346 des Nabenkörpers 12 eingeschraubt ist, wozu der Scheibenkörper 344 ein Außengewinde 347a und die Aufnahmeöffnung ein Innengewinde 47b aufweisen, das mit einem Anschlag 345 ausgebildet ist. Um das Lager der Nabe möglichst weit zum Achsenende anzuordnen, d. h. um die Kraft in den Achskörper 14 möglichst nahe an dessen Auflager in den (nicht gezeigten) Rahmenelementen zu ermöglichen, weist der zweite Scheibenkörper 344 eine Aufnahme 348 als Sitz für ein Nabenlager 349 auf. Wenn der Innendurchmesser der Aufnahme 348 entsprechend gleich einer Aufnahme 350 des Nabenkörpers ausgebildet ist, kann auch eine zweite Lagereinheit, in 19 nur in der unteren Hälfte der Zeichnung gestrichelt dargestellt, angeordnet werden.
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Die gezeigte Ausführungsform eignet sich daneben auch für die Aufnahme von zwei Lagereinheiten in der Aufnahme 348 des zweiten Scheibenkörpers 344, wenn die Aufnahme entsprechend tief ausgebildet wird.
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An seinem inneren Ende kann der zweite Scheibenkörper 344 mit einer gestrichelt angedeuteten Abschrägung ausgebildet 351 sein, um nicht an dem inneren Laufring des Nabenlagers anzuliegen.
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Die in den einzelnen Figuren beschriebenen Ausführungsvarianten können in unterschiedlicher Art und Weise kombiniert werden, wobei Wirkungen erzielt werden können, die über das bloße Addieren der jeweiligen Einzelwirkungen hinausgehen. Insbesondere die Anspruchsmerkmale der unabhängigen Ansprüche können miteinander kombiniert werden.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auch auf folgende Hinterradnaben, wobei sich der Anmelder ausdrücklich vorbehält, Ansprüche auf diese Merkmale zu richten, einzeln oder in Kombination mit einem oder mehreren der genannten Ausführungsbeispiele:
Gemäß einer Ausführung ist eine Hinterradnabe für ein Fahrrad vorgesehen, mit einem Nabenkörper, einem Achskörper, einer ersten Lagervorrichtung zwischen dem Achskörper und dem Nabenkörper, wobei der Nabenkörper in Relation zum Achskörper um eine Drehachse drehbar gehalten ist, einem Freilaufkörper zur Aufnahme wenigstens eines Zahnrads, einer zweiten Lagervorrichtung zwischen dem Achskörper und dem Freilaufkörper, wobei der Freilaufkörper in Relation zum Achskörper um die Drehachse drehbar gehalten ist, und einer Freilaufeinrichtung zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabenkörper, die in einer ersten Drehrichtung um die Drehachse eine Kopplung zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabenkörper bewirkt und der Freilaufkörper in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, gegenüber dem Nabenkörper frei drehbar ist. Die Freilaufeinrichtung weist eine erste und eine zweite Stirnverzahnung auf, die einander zugewandt sind und axial beweglich zueinander gehalten sind und von denen die eine in Bezug zum Nabenkörper und die andere in Bezug zum Freilaufkörper drehstarr ausgebildet ist. Die erste Stirnverzahnung ist auf einem ersten Scheibenkörper ausgebildet, der in Bezug zur Drehachse schwimmend gehalten ist und durch eine Vorspanneinrichtung in Richtung der zweiten Stirnverzahnung gedrängt wird, und die zweite Stirnverzahnung ist wenigstens in Vorspannrichtung unbeweglich gehalten. Die zweite Stirnverzahnung ist auf einem zweiten Scheibenkörper ausgebildet, der in eine Aufnahmeöffnung des Nabenkörpers eingeschraubt ist, wobei die Einschraubrichtung der Kopplungsrichtung entspricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführung ist eine Hinterradnabe für ein Fahrrad vorgesehen, mit einem Nabenkörper, einem Achskörper, einer ersten Lagervorrichtung zwischen dem Achskörper und dem Nabenkörper, wobei der Nabenkörper in Relation zum Achskörper um eine Drehachse drehbar gehalten ist, einem Freilaufkörper zur Aufnahme wenigstens eines Zahnrads, einer zweiten Lagervorrichtung zwischen dem Achskörper und dem Freilaufkörper, wobei der Freilaufkörper in Relation zum Achskörper um die Drehachse drehbar gehalten ist, und einer Freilaufeinrichtung zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabenkörper, die in einer ersten Drehrichtung um die Drehachse eine Kopplung zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabenkörper bewirkt und der Freilaufkörper in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, gegenüber dem Nabenkörper frei drehbar ist. Die Freilaufeinrichtung weist eine erste und eine zweite Stirnverzahnung auf, die einander zugewandt sind und axial beweglich zueinander gehalten sind und von denen die eine in Bezug zum Nabenkörper und die andere in Bezug zum Freilaufkörper drehstarr ausgebildet ist. Die erste Stirnverzahnung ist auf einem ersten Scheibenkörper ausgebildet, der in Bezug zur Drehachse schwimmend gehalten ist und durch eine Vorspanneinrichtung in Richtung der zweiten Stirnverzahnung gedrängt wird, wobei die Vorspanneinrichtung wenigstens drei Federn aufweist, die sich an dem Freilaufkörper abstützen und den ersten Scheibenkörper in Richtung der zweiten Stirnverzahnung drücken.
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Gemäß einer weiteren Ausführung ist eine Hinterradnabe für ein Fahrrad vorgesehen, mit einem Nabenkörper, einem Achskörper, einer ersten Lagervorrichtung zwischen dem Achskörper und dem Nabenkörper, wobei der Nabenkörper in Relation zum Achskörper um eine Drehachse drehbar gehalten ist, einem Freilaufkörper zur Aufnahme wenigstens eines Zahnrads, einer zweiten Lagervorrichtung zwischen dem Achskörper und dem Freilaufkörper, wobei der Freilaufkörper in Relation zum Achskörper um die Drehachse drehbar gehalten ist, und einer Freilaufeinrichtung zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabenkörper, die in einer ersten Drehrichtung um die Drehachse eine Kopplung zwischen dem Freilaufkörper und dem Nabenkörper bewirkt und der Freilaufkörper in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, gegenüber dem Nabenkörper frei drehbar ist. Die Freilaufeinrichtung weist eine erste und eine zweite Stirnverzahnung auf, die einander zugewandt sind und axial beweglich zueinander gehalten sind und von denen die eine in Bezug zum Nabenkörper und die andere in Bezug zum Freilaufkörper drehstarr ausgebildet ist. Die erste Lagervorrichtung weist ein erstes und ein zweites Nabenlager auf, die jeweils an einem der beiden stirnseitigen Bereichen des Nabenkörpers angeordnet sind, wobei das Nabenlager, das zum Freilaufkörper hin orientiert ist, einen inneren Laufring und einen äußeren Laufring aufweist und die zweite Stirnverzahnung einstückig mit dem äußeren Laufring ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007030190 A1 [0002]
