DE102012016949A1

DE102012016949A1 - Nabe für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102012016949A1
Application number: DE102012016949.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Walthert; Stefan Spahr
Original assignee: DT Swiss AG
Current assignee: DT Swiss AG
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2014-05-15
Also published as: EP2703679B1; US20140060992A1; EP2703679A1; US9212708B2

Abstract

Nabe für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge mit einer Nabenachse, einem Nabenkörper, einer rotierbaren Antriebseinrichtung und einer Freilaufeinrichtung. Die Freilaufeinrichtung weist eine erste und eine zweite miteinander zusammenwirkende Eingriffskomponente mit jeweils wenigstens einer Axialverzahnung auf. Die Freilaufeinrichtung wird über eine magnetische Vorbelastungseinrichtung in eine Eingriffsstellung vorbelastet. Eine erste Magneteinrichtung belastet die erste Eingriffskomponente und eine zweite Magneteinrichtung belastet die zweite Eingriffskomponente in die Eingriffsstellung vor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nabe für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge und insbesondere für Zweiräder. Eine solche Nabe umfasst eine feststehende Nabenachse, einen relativ dazu drehbaren Nabenkörper, eine rotierbare Antriebseinrichtung und einen Zahnscheibenfreilauf. Die Antriebsanrichtung kann beispielsweise als Rotor ausgeführt sein, an dem wenigstens ein Ritzel oder aber ein Ritzelsatz montiert werden kann, um das Antriebsdrehmoment über die Antriebseinrichtung auf den Nabenkörper zu übertragen. Gegebenenfalls kann die Antriebseinrichtung auch einstückig mit einem Ritzel oder einem Ritzelsatz ausgeführt sein.
Mit der EP 2 422 996 A1 ist eine Hinterradnabe für ein Fahrrad bekannt geworden, bei welcher ein Freilauf zwischen dem Rotor und dem Nabengehäuse vorgesehen ist. Der Freilauf umfasst eine Axialverzahnung an dem Rotor und eine axial bewegliche und drehfest in dem Nabengehäuse aufgenommene Zahnscheibe mit einer Axialverzahnung, welche durch zwei ringförmige Permanentmagnete in Eingriffsstellung mit der Axialverzahnung an dem Rotor vorbelastet wird. Gemäß der EP 2 422 996 A1 ist ein Vorteil einer solchen Konstruktion die Wartungsfreiheit. Unabhängig von mechanischen Eigenschaften wird durch die magnetische Vorbelastungseinrichtung jederzeit eine reproduzierbare Kraft auf die bewegliche Zahnscheibe ausgeübt. Ein prinzipieller Nachteil der der EP 2 422 996 A1 ist allerdings, dass die Stärke des magnetischen Feldes und somit die Kraft auf die bewegliche Zahnscheibe mit dem Abstand der beiden Permanentmagneten abnimmt. In der Freilaufstellung sind die beiden Permanentmagnete besonders nah zueinander angeordnet, sodass eine relativ große Kraft die Zahnscheibe in die Eingriffsstellung drückt. Das führt zu einem schnellen Ansprechverhalten, hat aber auch den Nachteil, dass eine erhöhte Reibung im Freilaufzustand auftritt. Außerdem entsteht noch einer erhöhte Geräuschbildung, wenn die Axialverzahnungen im Freilaufzustand aufeinander gleiten. Im Eingriffszustand ist die wirkende Vorbelastungskraft hingegen erheblich geringer, da der Abstand der beiden Permanentmagneten erheblich größer ist. Das kann nachteilig für die Reaktionsfähigkeit des Freilaufes in oder nahe dem Eingriffszustand sein, insbesondere dann, wenn sich die Axialverzahnung der Zahnscheibe gerade noch nicht im Eingriff mit der Axialverzahnung an dem Rotor befindet.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nabe für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge wie beispielsweise Zweiräder und Fahrräder zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Freilaufeinrichtung über eine magnetische Vorbelastungseinrichtung verfügt und wobei die Freilaufeinrichtung günstigere Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weiter Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Eine erfindungsgemäße Nabe ist für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge und insbesondere Zweiräder oder Fahrräder vorgesehen und verfügt über eine Nabenachse, einen Nabenkörper, eine rotierbare Antriebseinrichtung und eine Freilaufeinrichtung. Die Freilaufeinrichtung weist eine erste Eingriffskomponente und eine zweite Eingriffskomponente auf, die miteinander zusammenwirken. Beide Eingriffskomponenten weisen jeweils wenigstens eine Axialverzahnung auf. Die Freilaufeinrichtung und insbesondere die Eingriffskomponenten werden über eine magnetische Vorbelastungseinrichtung in eine Eingriffsstellung vorbelastet. Dabei ist eine erste Magneteinrichtung vorgesehen, die die erste Eingriffkomponente in die Eingriffsstellung vorbelastet und es ist eine zweite Magneteinrichtung vorgesehen, die die zweite Eingriffskomponente in die Eingriffsstellung vorbelastet.
Die erfindungsgemäße Nabe hat viele Vorteile. Die erfindungsgemäße Nabe ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb. Dadurch, dass die beiden Eingriffskomponenten durch jeweils wenigstens eine Magneteinrichtung in die Eingriffsstellung vorbelastet und aufeinander zu gedrückt werden, können deutlich günstigere mechanische und auch akustische Eigenschaften erzielt werden. Der Hub, um die Freilaufeinrichtung aus einer Eingriffsstellung in eine Freilaufstellung zu überführen, kann grundsätzlich so groß oder auch größer gewählt werden, wie es im Stand der Technik der Fall ist. Im Unterschied zum Stand der Technik teilt sich bei der erfindungsgemäßen Nabe der zu überwindende Hub aber auf die zwei Magneteinrichtungen auf, sodass der zu überwindende Abstandsunterschied bei einer Magneteinrichtung nur etwa halb so groß wie im Stand der Technik ist.
Das wiederum führt dazu, dass die Kraftunterschiede der Vorbelastungseinrichtung zwischen der Eingriffsstellung und der Freilaufstellung erheblich geringer sind. Dadurch kann einerseits in der Freilaufstellung eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit ermöglicht werden, während in der Eingriffsstellung eine immer noch ausreichend hohe Anpresskraft aufgebracht wird, die zu einem entsprechend guten Ansprechverhalten der erfindungsgemäßen Nabe führt.
Es kann dabei sogar die insgesamt wirkende Anpresskraft der Vorbelastungseinrichtung in der Eingriffsstellung größer als im angeführten Stand gewählt werden, während in der Freilaufstellung die insgesamt wirkende Anpresskraft kleiner oder gleich der Anpresskraft der bekannten Nabe ist. Im Stand der Technik muss die Anpresskraft der magnetischen Vorspanneinrichtung in der Freilaufstellung so groß gewählt werden, dass auch in der oder nahe der Eingriffsstellung noch eine genügend große Anpresskraft bzw. Vorspannkraft wirkt. Bei der vorliegenden Erfindung können die Vorspannkräfte in der Eingriffsstellung und der Freilaufstellung besser abgestimmt werden, sodass in allen Fällen und Stellungen der Eingriffskomponenten geeignetere oder auch bessere Bedingungen vorliegen.
Obwohl eine magnetische Vorbelastungseinrichtung zum Vorbelasten der Freilaufeinrichtung in die Eingriffsstellung eingesetzt wird, können sowohl in der Freilaufstellung als auch in der Eingriffsstellung günstige und besser anpassbare Eigenschaften eingestellt werden.
Möglich und bevorzugt ist es auch, dass wenigstens eine Eingriffskomponente an sich wenigstens teilweise magnetisch ist, sodass die Eingriffskomponente wenigstens teilweise durch die erste oder zweite Magneteinrichtung gebildet wird. Dann ist nur eine separate Magneteinrichtung für wenigstens eine Eingriffskomponente nötig.
Ein erheblicher Vorteil von magnetischen Vorbelastungseinrichtungen ist, dass weniger Verschleiß auftritt. Auch die bewegte Masse kann reduziert werden, wodurch eine bessere Dynamik entsteht.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst wenigstens eine Magneteinrichtung zwei sich abstoßende Magnetkomponenten. Möglich und bevorzugt ist es auch, dass sowohl die erste Magneteinrichtung als auch die zweite Magneteinrichtung jeweils zwei sich abstoßende Magnetkomponenten umfassen. Durch solche Magneteinrichtungen kann ein einfacher Aufbau und eine zuverlässige Funktion gewährleistet werden. Da im Betrieb der Abstand zwischen den sich abstoßende Magnetkomponenten einer Magneteinrichtung sich vorzugsweise nur um den halben insgesamt vorliegenden Hub ändert, bleiben die sich abstoßen Magnetkräfte vergleichbarer, als wenn sich der Abstand zwischen zwei sich abstoßenden Magnetkomponenten nochmals verdoppeln würde. Die sich abstoßenden Magnetkräfte nehmen nicht-linear mit dem Abstand ab. Der genaue Verlauf hängt von der Geometrie und den eingesetzten Materialien auch der weiteren Teile ab. Der Verlauf kann in manchen Fällen von einer Funktion abhängen, bei der der Abstand etwa quadratisch eingeht. Bei einer solchen Funktion muss bei einer Verdopplung des Abstandes die vierfache Grundkraft zur Verfügung gestellt werden. Deshalb bleibt die wirksame Kraft konstanter, wenn ein nicht so großer Hub überwunden werden muss. Der Unterschied zwischen einer axialen Kraft im Freilaufbetrieb zu einer axialen Kraft bzw. Grundkraft im Eingriffszustand ist geringer – dies erlaubt eine geringere Kraft und somit weniger Reibung und einen besseren und zuverlässigeren Eingriff im Eingriffszustand.
Vorzugsweise umfasst wenigstens eine Magnetkomponente einen Magnetring oder dergleichen. Ein solcher Magnetring besteht wenigstens teilweise aus einem Permanentmagneten oder umfasst wenigstens einen solchen. Ein umlaufender Magnetring bietet den Vorteil, dass unabhängig von der Winkelstellung der Eingriffskomponenten der Freilaufeinrichtung zueinander das Magnetfeld des Magnetringes an jeder Winkelposition wirkt.
Möglich ist es aber beispielsweise, dass eine Magnetkomponente einen Magnetring umfasst und dass eine andere Magnetkomponente einzelne Permanentmagnete oder dergleichen aufweist, die auf dem Umfang angeordnet oder verteilt sind. Auch bei einer solchen asymmetrischen Lösung kann die wirkende Kraft unabhängig von der Winkelstellung sein, da der gegenüberliegende Magnetring ein über den Umfangswinkel konstantes Magnetfeld erzeugt.
Vorzugsweise weist wenigstens eine Magnetkomponente wenigstens eine daran angeordnete Magneteinheit auf. Es ist möglich, dass wenigstens eine Magneteinheit an oder in wenigstens einer Eingriffskomponente direkt aufgenommen ist. Beispielsweise kann wenigstens eine Magneteinheit in eine Bohrung oder Öffnung in der Eingriffskomponente eingesetzt werden.
In vorteilhaften Weiterbildungen weist wenigstens eine Magnetkomponente wenigstens eine Trägereinheit und wenigstens eine daran aufgenommene Magneteinheit auf. Es ist bevorzugt, dass an einer Trägereinheit eine Mehrzahl von Magneteinheiten angeordnet und/oder aufgenommen werden kann. Besonders bevorzugt werden in eine Trägereinheit zwei oder mehr Magneteinheiten eingesetzt. Jede einzelne Magneteinheit kann aus einem oder mehreren Einzelmagneten bestehen.
In bevorzugten Weiterbildungen weist die Trägereinheit eine Vielzahl von Aufnahmen auf, an denen eine Mehrzahl von Magneteinheiten aufnehmbar ist. Die Vielzahl der Aufnahmen kann der Mehrzahl der Magneteinheiten entsprechen. Dann ist an jeder Aufnahme eine Magneteinheit aufgenommen. Es ist aber auch möglich, dass die Anzahl der Aufnahmen größer ist als die Anzahl der Magneteinheiten. Dann ist es beispielsweise möglich, dass an jeder zweiten oder dritten Aufnahme eine Magneteinheit angeordnet ist, während die eine oder die beiden Aufnahmen dazwischen nicht mit einer Magneteinheit bestückt sind.
Besonders bevorzugt ist wenigstens eine Anzahl von Magneteinheiten veränderbar, um beispielsweise die wirksame Kraft anzupassen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine besonders flexible Einstellung des wirkenden Magnetfeldes und damit der wirkenden Vorbelastungskraft. Je nach gewünschter Feldstärke und je nach gewünschtem Anpressdruck kann eine entsprechende Anzahl von Magneteinheiten in den entsprechenden Aufnahmen positioniert werden. Eine solche Einstellung bzw. Justage der wirkenden Vorbelastungskraft kann sogar in einer Pause während einer Tour oder im Trainingslager erfolgen, in dem beispielsweise eine gewünschte Anzahl von Magneteinheiten aus den Aufnahmen entnommen wird oder darin eingesetzt wird. Die Nabe ist insbesondere werkzeuglos und vorzugsweise von Hand zerlegbar.
Eine unterschiedliche Anzahl an Magneteinheiten und/oder Magneteinrichtungen mit unterschiedlich starken Magneteinheiten bietet auch den Vorteil, dass je nach Anwendungsbereich unterschiedliche Bedingungen eingestellt oder vorgegeben werden können. So werden bei einem Mountainbike für einen schnellen Eingriff oft viele Zähne auf einer Zahnscheibe als Eingriffskomponente vorgesehen. Dann kann ein relativ starkes Magnetfeld mit gegebenenfalls vielen und/oder starken Magneteinheiten bevorzugt sein. Bei einem Rennrad hingegen werden oftmals Zahnscheiben als Eingriffskomponenten mit einer geringen Zähnezahl (z. B. 36 statt 72 und somit halb so viel) eingesetzt, die im Freilaufzustand weniger Reibung verursachen. Dort können nun weniger und/oder schwächere Magneteinheiten eingesetzt werden. Durch diese Weiterbildung der Erfindung kann ein unterschiedlich starkes Magnetfeld mit vernünftigem Aufwand realisiert werden.
Besonders bevorzugt ist die oder wenigstens eine Trägereinheit axial benachbart zu wenigstens einer Axialverzahnung angeordnet. Insbesondere sind die Magneteinheiten oder ist der Magnetring möglichst nahe an der Axialverzahnung vorgesehen, um eine effektive Kraftübertragung zu gewährleisten. In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Trägereinheit oder wenigstens eine Trägerreinheit aus einem leichten Material wie einem Leichtmetall, einem Kunststoff oder sogar einem leichten Kunststoff, einem Verbundwerkstoff oder aus einem Naturstoff besteht. Dadurch kann das Gewicht der Nabe unter Umständen erheblich reduziert werden, ohne die Funktion zu beeinträchtigen.
Eine Trägereinheit kann beispielsweise als Trägerkäfig ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Möglich ist auch die Ausbildung als Magnetkäfig, an dem eine, zwei oder mehr Magneteinheiten angeordnet und/oder aufgenommen und/oder befestigt werden können.
Vorteilhafterweise weisen im Wesentlichen alle Magneteinheiten einer Magnetkomponente eine gleiche Ausrichtung der Magnetpole auf. Das bedeutet insbesondere, dass die Magneteinheiten einer Magnetkomponente vorzugsweise wenigstens teilweise parallel zueinander ausgerichtet sind, sodass die Nordpole der Magneteinheiten benachbart zueinander angeordnet sind, sowie es auch die Südpole der Magneteinheiten sind.
In allen Ausgestaltungen ist vorzugsweise wenigstens eine Eingriffskomponente als Zahnscheibe ausgeführt oder umfasst eine solche Zahnscheibe. Dann ist vorzugsweise an der Zahnscheibe wenigstens eine Magnetkomponente angeordnet. Die Zahnscheibe weist eine Axialverzahnung auf, die in der Eingriffsstellung in die andere Axialverzahnung eingreift.
In vorteilhaften Ausgestaltungen weist die Zahnscheibe einen umlaufenden Querschnitt auf, der im Wesentlichen L-förmig ausgebildet ist. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine insgesamt leichte Nabe. Außerdem bietet sich der Vorteil, dass innerhalb der Zahnscheibe eine Magnetkomponente angeordnet werden kann, wodurch Bauraum eingespart werden kann. Möglich ist auch ein U-förmiger Querschnitt mit radial nach innen geöffnetem oder axial nach außen geöffnetem U, welches axial in entgegengesetzter Richtung zu der Axial- oder Stirnverzahnung ausgerichtet ist.
In allen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind vorzugsweise zwei Zahnscheiben als Eingriffskomponenten vorgesehen. Dabei sind beide Zahnscheiben insbesondere schwimmend an der Nabe aufgenommen. Vorzugsweise ist jede Zahnscheibe drehfest und axial verschiebbar aufgenommen. Dabei ist die eine Zahnscheibe drehfest und axial verschiebbar in dem Nabenkörper angeordnet, während die andere Zahnscheibe drehfest und axial verschiebbar in oder an der Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Eine schwimmende Lagerung beider Zahnscheiben ermöglicht eine besonders flexible Anpassung der Lage der Zahnscheibe an eine jeweils aktuell vorliegende Situation. Dadurch kann jede Zahnscheibe sich winkelmäßig ausrichten. Zwei schwimmend aufgenommene Zahnscheiben tragen zur Erhöhung der Betriebssicherheit und erhöhen die Zuverlässigkeit.
Wenigstens eine Zahnscheibe kann in einem Haltering aufgenommen sein, der beispielsweise drehfest an dem Nabenkörper angeordnet ist. Möglich ist es auch, dass ein in seinen Abmessungen angepasster Haltering zur Aufnahme einer Zahnscheibe dient, wobei der Haltering an der Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Ein Haltering kann ein Außengewinde aufweisen, um den Haltering in den Nabenkörper bzw. die Antriebseinrichtung einzuschrauben. Dann ist der Haltering als Gewindering ausgeführt. Der Haltering weist eine Innenkontur auf, die an eine Außenkontur der Zahnscheibe angepasst ist, um eine Zahnscheibe drehfest und axial verschiebbar aufzunehmen.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Magneteinheit wenigstens teilweise in einer Aufnahme der Zahnscheibe angeordnet. Die Zahnscheibe kann dazu Ausnehmungen, Öffnungen oder Bohrungen aufweisen.
Die Magnetkomponenten einer Magneteinrichtung sind vorzugsweise so zueinander angeordnet, dass die Nordpole oder auch die Südpole benachbarter Magnetkomponenten einer Magneteinrichtung an der zueinander zugewandten Seite jeweils den gleichen Pol aufweisen. Dadurch wirkt die Magneteinrichtung als Vorbelastungseinheit, welche die beiden Magnetkomponente auseinander drückt. Da beide Magneteinrichtungen zu dem erforderlichen Hub beitragen, muss jede Magneteinrichtung nur etwa den halben insgesamt erforderlichen Hub zur Verfügung stellen.
Es ist möglich und bevorzugt, dass wenigstens eine Distanzhülse vorgesehen ist. Wenigstens eine Distanzhülse kann auch zur Aufnahme und Positionierung einer Magnetkomponente dienen.
Vorzugsweise ist wenigstens ein magnetischer Isolator vorgesehen. Auch der Einsatz magnetischer Leiter zur gezielten Formung des wirkenden Magnetfeldes ist bevorzugt. Solche magnetischen Isolatoren und/oder Leiter können zur effektiven Formung des Magnetfeldes sehr vorteilhaft sein.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Zähne der Axialverzahnungen eine solche Zahnform mit einer insbesondere negativen Zahnflanke aufweisen, sodass sich die Zahnscheiben bei beginnendem Eingriff auch wenigstens teilweise von selbst zusammenziehen.
Vorzugsweise ist es möglich, dass wenigstens eine Eingriffskomponente als Magneteinrichtung ausgebildet ist oder dass wenigstens eine Magneteinrichtung als Eingriffskomponente ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Nabe;
2 das Detail Z aus 1 in vergrößerter Darstellung;
3 den Schnitt B-B aus 1;
4 eine Explosionsdarstellung der Mehrzahl der Teile der erfindungsgemäßen Nabe;
5 die Zahnscheiben der Freilaufeinrichtung in einer ersten Ausführungsform in vergrößerter Darstellung;
6 eine Zahnscheibe einer anderen Ausführungsform;
7 eine schematische Seitenansicht einer Trägereinheit; und
8 eine stark schematische Darstellung der Pole einer Magneteinrichtung.
1 zeigt eine Nabe 1, die als Hinterradnabe ausgeführt ist und für den Einsatz an wenigstens teilweise muskelbetriebenen Fahrzeugen und insbesondere Zweirädern wie Fahrrädern geeignet ist.
Die Nabe verfügt über eine feststehende Achse 2. Der Nabenkörper 3 ist über Lager 32 gegenüber der feststehenden Achse 2 drehbar aufgenommen. An dem Nabenkörper 3 sind Speichenflansche 33 zur Befestigung von Speichen vorgesehen.
Die Antriebseinrichtung 4 ist hier als Rotor ausgeführt. An der Antriebseinrichtung kann ein Ritzel oder aber ein Ritzelsatz angeordnet werden, um die Antriebskraft auf die Nabe zu übertragen. Die Antriebseinrichtung 4 könnte aber auch einstückig mit einem Ritzel oder einem Ritzelsatz ausgebildet sein. Zur Lagerung der Antriebseinrichtung 4 gegenüber der feststehenden Achse 2 sind Lager 38 vorgesehen.
Zwischen der Antriebseinrichtung 4 und dem Nabenkörper 3 ist eine Freilaufeinrichtung 5 vorgesehen, die eine Relativbewegung des Nabengehäuses zu der Antriebseinrichtung 4 erlaubt.
Die Freilaufeinrichtung 5 umfasst hier eine erste Eingriffskomponente 6 und eine zweite Eingriffskomponente 7. Dabei sind beide Eingriffskomponenten 6 und 7 als Zahnscheiben 20 und 21 ausgebildet. Die als Zahnscheibe 20 ausgebildete Eingriffskomponente 6 ist drehfest aber axial verschiebbar in dem Gewindering 34 aufgenommen. Der Nabenkörper 3 besteht vorzugsweise aus einem Leichtmetall und kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Der in dem Nabengehäuse befestigte Gewindering 34 kann auch aus einem Leichtmetall wie Aluminium bestehen und eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Der Gewindering 34 kann auch aus einem festeren Material wie z. B. Stahl bestehen.
Die oder wenigstens eine Zahnscheibe 20, 21 kann wenigstens teilweise aus einem magnetischen Material bestehen. Wenigstens teilweise kann die Zahnscheibe aus NiCr21Mo bestehen oder dieses Material umfassen. Möglich ist auch ein anderes magnetisches Material, welches z. B. mit einer Härtung versehen oder hartbeschichtet wird.
Die Freilaufeinrichtung 5 mit den Eingriffskomponenten 6 und 7 wird durch eine magnetische Vorbelastungseinrichtung 10 in die Eingriffsstellung 11 vorbelastet, die in 1 dargestellt ist.
An den Enden der feststehenden Achse 2 sind Adapterringe 30 und 31 als Endstücke vorgesehen. Die Endstücke 30 und 31 verfügen über Dichtungen 41 und 42, um das Innere der Nabe 1 vor Staub, Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen.
Beim Einbau werden die Adapterringe 30 und 31 in die Ausfallenden beispielsweise eines Fahrrades eingeführt. Im Anschluss wird die Nabe an den Endstücken 30 und 31 mit einem Schnellspanner zwischen den Ausfallenden geklemmt. Der Kraftfluss erstreckt sich dabei von dem Adapterring 30 über die innere Lagerschale des Lagers 32 und wird über den Absatz 39 an der feststehenden Achse 2 durch die Achse 2 bis zum Absatz 40 übertragen. Dort wird die Kraft über den Innenring des Lagers 32 weiter auf die Distanzhülse 36 übertragen. Von der Distanzhülse 36 wird die Kraft über den Innenring des Lagers 38 auf die Distanzhülse 37 übertragen. Von dort wird die Kraft über den Innenring des Lagers 38 auf den Adapterring 31 und schließlich auf das andere Ausfallende übertragen. Dadurch ergibt sich eine definierte und kraftschlüssige Aufnahme der Nabe an den Ausfallenden eines Fahrrads.
2 zeigt das Detail Z aus 1 in einer vergrößerten Darstellung. Auf der feststehenden Achse 2 ist das Lager 32 zur Lagerung des Nabenkörpers 3 vorgesehen. In den Nabenkörper 3 ist der Gewindering 34 eingeschraubt. Zwischen dem Nabenkörper 3 und der Antriebseinrichtung 4 ist die Freilaufeinrichtung 5 mit den Eingriffskomponenten 6 und 7 vorgesehen. Eine Dichteinrichtung 35 zwischen dem Nabenkörper 3 und der Antriebseinrichtung 4 schützt das Innere der Nabe 1 vor Staub und Schmutz.
Die beiden als Zahnscheiben 20 und 21 ausgeführten Eingriffskomponenten 6 und 7 weisen hier im Querschnitt eine etwa L-förmige Struktur auf, sodass im Inneren der Zahnscheiben 20, 21 weitere Komponenten angeordnet werden können.
In der Zahnscheibe 20 ist die Magnetkomponente 14 angeordnet, die hier eine Trägereinheit 15 mit darin vorgesehenen Aufnahmen 19 umfasst. Seitlich ist axial weiter außen die Magnetkomponente 13 vorgesehen, die hier als Magnetscheibe 17 ausgebildet ist und sich um die feststehende Achse und die darauf angeordnete Distanzhülse 36 herum erstreckt. Die Distanzhülse 36 kann auch zur definierten Positionierung der Magnetkomponente 13 dienen. Dadurch werden reproduzierbare Verhältnisse hergestellt.
Die Magneteinrichtung 22 umfasst die hier auch als Magnetscheibe 27 ausgebildete Magnetkomponente 23 und die im Inneren der Zahnscheibe 21 aufgenommene Magnetkomponente 24. Hier ist im Inneren der Zahnscheibe 21 sowie auch im Inneren der Zahnscheibe 20 jeweils eine Trägereinheit 15, 25 vorgesehen, die eine Vielzahl an Öffnungen oder Bohrungen aufweist. Die Magnetkomponenten 13 und 23 können auch eine axiale Begrenzung des Hubes der Magneteinrichtungen 12 und 22 bewirken.
Jede Magneteinrichtung 12, 22 muss nur etwa die Hälfte des gesamten Hubes zur Verfügung stellen, sodass sich die Abstände zwischen den Magnetkomponenten 13 und 14 bzw. 23 und 24 im Betrieb im Betrieb nur um den halben Hub ändern. Dadurch können die wirkenden Magnetkräfte relativ gleich gelassen werden, was zu einem homogenen Ansprechverhalten führt.
3 zeigt den Querschnitt B-B aus 1. Der äußerste Kreis zeigt den Speichenflansch 33 der Nabe 1. Radial nach innen hin erstreckt sich der Nabenkörper 3, in den ein Gewindering 34 als Haltering eingeschraubt ist.
Im Inneren der Zahnscheibe 20 wiederum ist eine Trägereinheit 15 vorgesehen, die über eine Vielzahl von Aufnahmen 19 verfügt. In einigen oder allen der Aufnahmen 19 kann eine Magneteinheit 18 vorgesehen sein. Über die Anzahl der Magneteinheiten 18 kann die Stärke des Magnetfeldes variiert werden.
4 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung der Nabe 1. Im oberen Teil ist die gesamte Nabe und im unteren Teil der Bereich des Freilaufes vergrößert dargestellt. An den beiden Enden sind die Endstücke 30 und 31 mit den Dichtungen 41 und 42 zu erkennen. An das Endstück 30 schließt sich das Lager 32 zur Lagerung der Achse 2 an. Die Achse 2 weist Absätze 39 und 40 auf, um die auftretenden Kräfte weiter zu leiten. Rechts neben dem Nabenkörper 3 ist das Lager 32 abgebildet. Daran schließt sich die Magnetkomponente 13 an, die hier als Magnetscheibe 17 ausgeführt ist. Der Gewindering 34 ist im montierten Zustand in den Nabenkörper 3 eingeschraubt. Die Dichtung 35 dient zur Abdichtung zwischen Nabenkörper 3 und Antriebseinheit 4. Die Distanzhülse 36 sichert die Magnetscheibe 17 in axialer Richtung. Die Magnetkomponente 14 bildet zusammen mit der Magnetkomponente 13 die erste Magneteinrichtung 12. Die zweite Magneteinrichtung 22 wird durch die Magnetkomponenten 23 und 24 gebildet.
Bei der Montage wird die Trägereinheit 15 mit den darin aufgenommenen Magneteinheiten 18 in das Innere der Zahnscheibe 20 eingesetzt.
5 zeigt in einer vergrößerten Darstellung die Zahnscheiben 20 und 21. Dabei weist die Zahnscheibe 20 in dem Aufnahmeraum 19 eine Trägereinheit 15 auf, die über eine Vielzahl von Aufnahmen 19 zur Aufnahme von Magneteinheiten 18 dient. Bei der Zahnscheibe 21 kann in analogerweise eine Trägereinheit 25 aufgenommen sein, die über Aufnahmen 29 verfügt, in die Magneteinheiten 28 eingesetzt werden können. Die Zahnscheiben verfügen über radial Verzahnungen 43 auf dem äußeren Umfang.
6 zeigt eine andere Ausgestaltung von Zahnscheiben 20, 21, wobei hier in die Aufnahme 19 keine Trägereinheit 15 eingesetzt wird, sondern ein Magnetring 16 bzw. 26 als Magnetkomponente 14 bzw. 24. Ein grundsätzlicher Vorteil bei dem Einsatz von zwei schwimmend gelagerten Zahnscheiben ist, dass der Eingriff besser ist, als wenn sich nur ein Teil bzw. eine Zahnscheibe bewegt.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Trägereinheit 15 mit daran vorgesehenen Aufnahmen 19. In der schematischen Darstellung gemäß 7 ist jede zweite Aufnahme mit einer Magneteinheit 18 versehen, die hier schraffiert dargestellt sind. Durch eine Anpassung der Anzahl der Magneteinheiten 18 kann grundsätzlich eine beliebige Kraft als Vorbelastungskraft der Eingriffskomponenten 6 und 7 aufeinander zu vorgegeben und eingestellt werden.
8 zeigt in einer schematischen Darstellung die Magneteinrichtung 12 mit den Magnetkomponenten 23 und 24. In der hier dargestellten Variante liegen die Südpole S „+” benachbart zueinander und stoßen sich voneinander ab. Da zwei Magneteinrichtungen vorgesehen sind, muss jede nur einen geringen Hub zur Verfügung stellen, was Kräftevariationen im Betrieb erheblich reduziert und eine bessere und gezieltere Einstellung der Kräfte ermöglicht.
In allen Fällen sind die beiden Axialverzahnungen 8, 9 relativ zueinander axial beweglich angeordnet. Die Axialverzahnung 8 ist integral an der Zahnscheibe 20 als Eingriffskomponente 7 vorgesehen und die Axialverzahnung 9 ist integraler Bestandteil der Zahnscheibe 21 als Eingriffskomponente 7.
Die erfindungsgemäße Nabe 1 erlaubt eine optimale Anpassung der Eigenschaften des Freilaufs an die vorliegenden Bedingungen. Über eine angepasste Anzahl an Magneteinheiten 18, 28 und/oder Magnetkomponenten 13, 14 und/oder Materialien kann eine optimale Anpresskraft und auch eine günstige Verteilung der Anpresskraft erzielt werden. Der Aufwand dafür ist gering. So kann der Freilauf an den Typ des Fahrrads und auch an das aktuelle Fahrrad angepasst werden. Auch eine Anpassung an die vorgesehenen Streckenbedingungen ist auf einfache Art und Weise möglich. Die im Freilaufzustand wirkende Reibung kann verringert werden, sodass die Geräusche und der Verschleiß reduziert werden können. Insgesamt stellt die erfindungsgemäße Nabe eine vorteilhafte Ausgestaltung zur Verfügung, bei der durch den Einsatz von zwei Magneteinrichtungen eine homogenere Kraftverteilung ermöglicht wird, dadurch kann die wirkende Eingriffskraft sowohl in der Eingriffsstellung als auch in der Freilaufstellung genauer auf die gewünschten Ergebnisse eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Nabe
2: Nabenachse
3: Nabenkörper
4: Antriebseinrichtung
5: Freilaufeinrichtung
6: Eingriffskomponente
7: Eingriffskomponente
8: Axialverzahnung
9: Axialverzahnung
10: Vorbelastungseinrichtung
11: Eingriffsstellung
12: erste Magneteinrichtung
13: Magnetkomponente
14: Magnetkomponente
15: Trägereinheit
16: Magnetring
17: Magnetscheibe
18: Magneteinheit
19: Aufnahme
20: Zahnscheibe
21: Zahnscheibe
22: zweite Magneteinrichtung
23: Magnetkomponente
24: Magnetkomponente
25: Trägereinheit
26: Magnetring
27: Magnetscheibe
28: Magneteinheit
29: Aufnahme
30: Adapterring
31: Adapterring
32: Lager
33: Speichenflansch
34: Gewindering
35: Dichteinrichtung
36: Distanzhülse
37: Distanzhülse
38: Lager
39: Absatz
40: Absatz
41: Dichtung
42: Dichtung
43: Außenverzahnung
S: Südpol
N: Nordpol

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2422996 A1 [0002]

Claims

Nabe (1) für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge und insbesondere Zweiräder mit einer Nabenachse (2), einem Nabenkörper (3), einer rotierbaren Antriebseinrichtung (4) und mit einer Freilaufeinrichtung (5), wobei die Freilaufeinrichtung (5) eine erste und eine zweite miteinander zusammenwirkende Eingriffskomponente (6, 7) mit jeweils wenigstens einer Axialverzahnung (8, 9) aufweist, wobei die Freilaufeinrichtung (5) über eine magnetische Vorbelastungseinrichtung (10) in eine Eingriffsstellung (11) vorbelastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Magneteinrichtung (12) die erste Eingriffskomponente (6) und eine zweite Magneteinrichtung (22) die zweite Eingriffskomponente (7) in die Eingriffsstellung (11) vorbelasten.
Nabe (1) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Magneteinrichtung (12, 22) zwei sich abstoßende Magnetkomponenten (13, 14, 23, 24) umfasst.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Magnetkomponente (14, 24) einen Magnetring (16, 26) umfasst.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Magnetkomponente (14, 24) wenigstens eine daran angeordnete Magneteinheit (18, 28) aufweist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Magnetkomponente (14, 24) wenigstens eine Trägereinheit (15, 25) und eine Mehrzahl daran angeordneter Magneteinheiten (18, 28) aufweist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägereinheit (15, 25) eine Vielzahl von Aufnahmen (19, 29) aufweist, an denen eine Mehrzahl von Magneteinheiten (18, 28) aufgenommen ist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl von Magneteinheiten veränderbar ist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägereinheit (15, 25) axial benachbart zu der Axialverzahnung (8, 9) angeordnet ist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägereinheit (15, 25) aus einem leichten Material wie einem Leichtmetall oder einem leichten Kunststoff oder Naturstoff besteht.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Wesentlichen alle Magneteinheiten (18, 28) einer Magnetkomponente (14, 24) eine gleiche Polausrichtung aufweisen.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Eingriffskomponente (6, 7) eine Zahnscheibe (20, 21) umfasst, an der eine Magnetkomponente (14, 24) angeordnet ist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zahnscheibe (20, 21) einen umlaufenden und im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt aufweist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Zahnscheiben (20, 21) als Eingriffskomponenten (6, 7) vorgesehen und beide schwimmend aufgenommen sind.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Zahnscheibe (20) der beiden Zahnscheiben drehfest und axial beweglich in dem Nabenkörper (3) und die andere Zahnscheibe (21) drehfest und axial beweglich an der Antriebseinrichtung (4) angeordnet ist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Zahnscheibe (20, 21) in einem Haltering (34) aufgenommen ist, der drehfest an dem Nabenkörper (3) angeordnet ist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Magneteinheit (18, 28) wenigstens teilweise in einer Aufnahme (19) der Zahnscheibe (20, 21) angeordnet ist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Distanzhülse vorgesehen ist.
Nabe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Eingriffskomponente (6, 7) als Magneteinrichtung (12, 22) ausgebildet ist.