-
Der Gegenstand des Patentes ist eine Mehrfach-Ritzelanordnung am Hinterrad eines Fahrrades, die auf einem Freilaufkörper an der Hinterradnabe des Fahrrades angeordnet ist. Der Freilaufkörper ist durch einen Antreiber einer Kassettennabe oder durch einen Außenring eines an der Nabenhülse anschraubbaren Freewheels gebildet. Er ist drehbar gegenüber der Nabenachse abgestützt und weist eine Drehkopplung gegenüber einer Nabenhülse in Vorwärtsdrehrichtung auf und ist in Rückwärtsdrehrichtung gegenüber der Nabenhülse frei drehbar. Ritzel am Hinterrad sind neben einer Rollenkette und einem Tretlager Hauptbestandteile des Antriebsstranges von modernen Mountain-Bikes und Rennrädern. Mittlerweile werden bis zu elf Ritzeln in einer Mehrfach-Ritzelanordnung bereitgestellt.
-
Die Ritzel gehören zu den hoch belasteten Komponenten und sind Verschleißteile. Die Zähne an ihrer äußeren Peripherie sind für den Eingriff einer Rollenkette ausgelegt. Konventionelle Ritzel weisen an ihrer Innenkontur ein Mitnahmeprofil auf, an dem eine Mitnahmeverbindung zu einem Antreiber einer Kassettennabe oder zum Außenring eines Freewheels besteht. Die Zuordnung von benachbarten Ritzeln zueinander in Umfangsrichtung ist beim Vorgang des Umlegens der Kette von einem Ritzel zum benachbarten Ritzel von entscheidender Bedeutung. Sie ergibt sich durch den Eingriff der Mitnahmeprofile der Ritzel an entsprechenden Gegenprofilen am Antreiber bzw. am Außenring des Freewheels.
-
Dem Bedürfnis nach immer leichteren, aber dennoch stabilen und verschleißfesten Mehrfachritzelanordnungen folgend, sind einstückige, aus einem verschleißfesten Material wie Stahl bestehende Mehrfachritzel mit einer konischen Tragstruktur eingeführt worden, bei denen nur an wenigen, in axialer Richtung beabstandeten Positionen sowohl eine Drehkopplung hin zur Nabenhülse, als auch eine radiale Abstützung gegenüber der Nabenachse vorhanden ist. Wie in der
EP 2 165 927 gezeigt, wird ein durchmessergrößtes Ritzel gleichzeitig als ein sich radial abstützendes Abschlussteil verwendet, das mit der konischen Tragstruktur an deren durchmessergrößeren Ende gekoppelt ist. Das Abschlussteil muss radial wirkende Abstützkräfte und Kräfte in einer Richtung parallel zur Nabenachse bei seinem Anliegen an einem axialen Anschlag aufnehmen. Aus Gewichts- und Stabilitätsgründen bietet sich an, Aluminium als Material zu verwenden, allerdings mit Nachteilen beim Eingriff von Gliedern einer Rollenkette, bei dem die Rollen der Rollenkette in Kontakt stehen mit den Lastflanken an den Ritzelzähnen und Druckkräfte übertragen.
-
Infolge der geringeren Härte des Aluminium-Materials ergibt sich eine geringere Belastbarkeit durch Druckkräfte auf die Bauteiloberfläche. Dieser Aspekt wirkt sich vor allem dort aus, wo die Druckkräfte aufnehmenden Kontaktflächen in ihrer räumlichen Ausdehnung noch verkleinert werden, wie das bei verschiedenen Arten von Schalthilfen zum Unterstützen der Schaltfunktion entlang des Verlaufs der von einem Ritzel zum benachbarten Ritzel in sogenannten Schaltgassen der Fall ist. Eine Schaltgasse schafft Raum für die sich von einem Ritzel vom Nachbarritzel ablaufende Rollenkette, wie das sowohl für das Umlegen der Kette vom kleineren zum benachbarten größeren, als auch vom größeren zum benachbarten kleineren Ritzel erforderlich ist. Es entfallen dabei Anteile von Flächen, die für den Eingriff und den Kontakt zwischen einer Rolle der Antriebs-Rollenkette und der Last übertragenden Flanke an einem Zahn bei der Realisierung der Antriebsfunktion durch die Rollenkette der Fall ist.
-
Es stellt sich nachteilig ein größerer Verschleiß an den geschwächten Zähnen ein, der bei der Verwendung von Ritzeln zum Beispiel aus Aluminium zu schnell einen Grenzwert übersteigt, über dem ein ordnungsgemäßer Betrieb des Ritzels nicht mehr gewährleistet ist. In der Patentanmeldung
DE 10 2011 013 695 wird vorgeschlagen, Schaltgassen entfallen zu lassen und abzuwandeln, um die Zähne aus Aluminium nicht zu stark zu schwächen. Damit sind Nachteile beim Gangumschalten verbunden.
-
In der
EP 1 972 541 wird eine Abschluss-Stützscheibe aus einem leichten Aluminium-Material gezeigt. Damit wird wieder dem Erfordernis nach einem geringen Gewicht entsprochen, wobei eine ausreichende Steifigkeit beim Angreifen von Kräften an den Zähnen am durchmessergrößten Ritzel sowie bei einer Vorspannung in der konischen Tragstruktur in axialer Richtung und dem Anliegen an einem axialen Anschlag besteht. Da die dem größten Ritzel entsprechende Verzahnung integraler Bestandteil der konischen Tragstruktur ist und wie diese aus einem härteren Material besteht, wie zum Beispiel üblicherweise Stahl, ist diese Verzahnung hinreichend verschleißfest für den Eingriff der Rollenkette an den Zähnen.
-
Es hat sich im praktischen Betrieb aber gezeigt, dass die zahnartig ineinandergreifenden Mitnahme-Elemente am Außenumfang der Abschluss-Stützscheibe und am Innenumfang der konischen Tragstruktur dazu neigen, in axialer Richtig relativ zueinander zu wandern, verbunden mit den Effekten von Verschleiß und nachlassender Passungsgüte. Zu diesem Effekt trägt bei, dass sich in den spanend durch Fräsen herzustellenden Mitnahme-Elementen am Innenumfang der konischen Tragstruktur ein Übergangsradius an der Innenkante infolge der zwangsläufig vorhandenen Werkzeugradien ergibt. Weiterhin ist für das Einpressen der Abschluss-Stützscheibe in die konische Tragstruktur nur bedingt ein Übermaß möglich. Ein Übermaß führt zu einem radialen Aufweiten der konischen Tragstruktur an ihrem durchmessergroßen Ende, verbunden mit einem Neigen der Zähne in Richtung der kleineren Ritzel. Da sich die Zähne beim Eingriff der Kette unter der Wirkung von Kettenzugskräften ebenfalls in die Richtung hin zu den kleineren Ritzeln neigen, ist dieser Effekt störend für das sichere Zusammenwirken von Rollenkette und Ritzelanordnung.
-
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen für die Ausbildung einer Kopplungs-Struktur zwischen Abschlussteil und konischer Tragstruktur, die gut montierbar ist, mit einfach und kostengünstig herstellbaren Bestandteilen. Dabei müssen die Erfordernisse der radialen Abstützung der konischen Tragstruktur der Vorspannung der Mehrfach-Ritzelanordnung gegenüber einem axialen Anschlag und auch des Eingriffs der Rollenkette an den Ritzelzähnen erfüllt werden.
-
Dazu sind zwischen der Abschluss-Stützscheibe und der konischen Tragstruktur Mitnahmeelemente einer Koppelstelle bereitzustellen, die die beschriebenen Nachteile nicht aufweisen.
-
Zum Lösen dieser Aufgabenstellung werden am Außenumfang der Abschluss-Stützscheibe Axialnuten vorgesehen, in die Stege an der konischen Tragstruktur eingreifen, die vorgesehen sind zwischen den benachbarten Zahnreihen, die zwei benachbarten größten Ritzeln einer konventionellen Mehrfachritzelanordnung entsprechen. Durch ein Übermaß zwischen den ineinander eingreifenden Mitnahmeelementen an beiden zu montierenden Teilen kann ermöglicht werden, eine Sicherheit gegen axiales Lösen zu erzielen. Außerdem ergibt sich dadurch eine Vorspannung im Abschlussring unter der durchmessergrößten Zahnreihe, die als radiale Abstützung für die Zähne der durchmessergrößten Zahnreihe in Erscheinung tritt.
-
Die bevorzugte Ausführungsform von erfindungsgemäßen Mitnahmeelementen einer Koppelstelle zwischen der Abschluss-Stützscheibe und der konischen Tragstruktur einer Mehrfach-Ritzelanordnung wird im Folgenden beschrieben.
-
1 zeigt ein Abschlussteil an einer Mehrfach-Ritzelanordnung aus dem Stand der Technik.
-
In 2 ist eine erfindungsgemäße Abschluss-Stützscheibe gezeigt in montiertem Zustand an einer konischen Tragstruktur einer Mehrfach-Ritzelanordnung.
-
Die 3 zeigt die konische Tragstruktur einer Mehrfach-Ritzelanordnung nach 2.
-
In 4 ist ein Detail der Koppelstelle zwischen Abschluss-Stützscheibe und konischer Tragstruktur einer Mehrfach-Ritzelanordnung nach 3 gezeigt.
-
Die 5 ist eine Ansicht einer Abschluss-Stützscheibe nach 3 gezeigt, parallel zur Nabenachse in Richtung zum kleineren Ritzel betrachtet.
-
In 6 ist eine perspektivische Ansicht der Abschluss-Stützscheibe gezeigt, von der Seite der kleineren Ritzel aus betrachtet.
-
In der 1 ist eine bekannte Mehrfach-Ritzelanordnung an einer Fahrrad-Hinterradnabe in einer Explosionsdarstellung zu erkennen, die im Wesentlichen aus einer konischen Tragstruktur 2 sowie einem Abschlussteil 1 besteht. Die Zähne 9 für den Eingriff einer nicht dargestellten Rollenkette sind einstückig an der äußeren Peripherie der konischen Tragstruktur 2 ausgebildet, wobei die Zähne 9 an einer axialen Position jeweils ein Ritzel bilden und wobei weiterhin mehrere Ritzel einer konventionellen Ritzelanordnung aus gestanzten Ritzelscheiben entsprechen. Die Ritzel weisen unterschiedliche Zähnezahlen und dementsprechend unterschiedliche Durchmesser auf. Die konische Tragstruktur 2 besteht aus einer Folge sich miteinander abwechselnden rohrförmigen Abschnitte R1, R2, R3 ... und scheibenförmigen Abschnitten S1, S2, S3 .... An der axialen Position des durchmessergrößten Ritzels sind an der inneren Peripherie der konischen Tragstruktur 2 Ausnehmungen 10 radial innerhalb von den Zähnen 9 vorgesehen. In Umfangsrichtung beidseitig der Ausnehmungen 10 sind Mitnahmeschrägen 11 angeordnet. Sind die konische Tragstruktur 2 und das Abschlussteil 1 am Antreiber 4 montiert, befindet sich der Antreiber 4 in der Montageöffnung 8 am Abschlussteil 1 sowie in einer weiteren Öffnung am durchmesserkleineren Ende der konischen Tragstruktur 2. Dann stellen Antreiber-Rippen 5 und Mitnahmezähne 6 am Abschlussteil 1 die drehfeste Verbindung zwischen Antreiber 4 und Abschlussteil her. Eine weitere drehfeste Verbindung besteht zwischen den Vorsprüngen 12 an der Außenperipherie des Abschlussteils 1 einerseits und zwischen den Ausnehmungen 10 und den Mitnahmeschrägen 11 an der inneren Peripherie am durchmessergrößeren Ende der konischen Tragstruktur 2 andererseits. Zur Vermeidung von Spiel haben die Vorsprünge 12 am Abschlussteil 1 ein Übermaß gegenüber den Ausnehmungen 10, und das Abschlussteil 1 muss in die konische Tragstruktur 2 eingepresst werden. Dabei entstehen radiale Kontaktkräfte, die die konische Tragstruktur an ihrem durchmessergroßen Ende radial aufweiten und die Zähne 9 in nachteiliger Weise hin zu den kleineren Ritzelzahnreihen neigen können.
-
Damit die konische Tragstruktur 2 in ihrer axialen Position auf dem Antreiber 4 gesichert wird, drückt eine nicht dargestellte, mit dem axialen Ende des Antreibers 4 verschraubte Fixierschraube oder Fixiermutter die konische Tragstruktur 2 sowie das Abschlussteil 1 gegen einen nicht dargestellten axialen Anschlag am Antreiber 4. Dabei können noch weitere, nicht dargestellte Einzelritzel einbezogen und am Antreiber 4 montiert sein.
-
In 3 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung einer konischen Tragstruktur 2 gezeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Abschluss-Stützscheibe 20 gemäß 5 montiert wird. In 2 ist zu erkennen, wie die konische Tragstruktur 2 und die Abschluss-Stützscheibe 20 miteinander montiert sind. Die Abschluss-Stützscheibe 20 weist eine zentral angeordnete Montageöffnung 8 mit nach radial innen vorstehenden Mitnahmezähnen 6 auf, die für eine Drehkopplung mit dem Antreiber 4 vorgesehen sind. Eine radial innere Reihe von inneren Durchbrüchen 26 und eine radial äußere Reihe von äußeren Durchbrüchen 25 dienen der Gewichtsersparnis, wobei Stäbe 29 als Verbindungselemente entstehen.
-
Die 4 zeigt eine Detailansicht der Kopplung zwischen konischer Tragstruktur 2 und Abschluss-Stützscheibe 20, in Richtung parallel zur Nabenachse 13 von der Seite des größten Ritzels aus betrachtet. Dabei greifen Koppelstege 28 der konischen Tragstruktur 2 ein in Axialnuten 27 an der äußeren Peripherie der Abschluss-Stützscheibe 20. Die Koppelstege 28 entstehen infolge der Anordnung von Öffnungen 24 an der konischen Tragstruktur 2, wobei diese Koppelstege 28 ausgehen von den Zähnen des zweitgrößten Ritzels, in axialer Richtung benachbart zu dem größten Ritzel an der axialen Position der Abschluss-Stützscheibe 20.
-
Durch ein Übermaß an dieser Koppelstelle ist bei der Montage notwendig, die Koppelstege 28 an der konischen Tragstruktur 2 in die Axialnuten 27 der Abschluss-Stützscheibe 20 einzupressen. Damit ergibt sich eine fest miteinander verbundene Einheit, die nach dem Einpressen der Abschluss-Stützscheibe 20 in die konische Tragstruktur 2 auf den Antreiber 4 in axialer Richtung aufgeschoben werden kann, wobei der Antreiber 4 dann durch die Montageöffnung 8 in der Abschluss-Stützscheibe 20 sowie durch eine Öffnung im durchmesserkleineren Ende der konischen Tragstruktur 2 hindurchragt.
-
In einer anderen möglichen Ausführungsform der Abschluss-Stützscheibe ist diese einstückig mit dem Antreiber 4 ausgebildet. Damit wird die Stabilität verbessert und es wird eine Gewichtsreduzierung möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abschlussteil
- 2
- Konische Tragstruktur
- 3
- Hinterradnabe
- 4
- Antreiber
- 5
- Antreiber-Rippe
- 6
- Mitnahmezahn
- 7
- Mitnahmering
- 8
- Montageöffnung
- 9
- Zahn
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Mitnahmeschräge
- 12
- Vorsprung
- 13
- Nabenachse
- 20
- Abschluss-Stützscheibe
- 22
- Wulst
- 23
- Steg
- 24
- Öffnung
- 25
- äußerer Durchbruch
- 26
- innerer Durchbruch
- 27
- Axialnut
- 28
- Koppelsteg
- 29
- Stab
- S1, S2, S3 ...
- scheibenförmige Abschnitte
- R1, R2, R3 ...
- rohrförmige Abschnitte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2165927 [0003]
- DE 102011013695 [0005]
- EP 1972541 [0006]