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Die Erfindung betrifft eine Freilaufnabe mit einer Nabenachse, einem im wesentlichen konzentrisch zu der Nabenachse angeordneten Nabengehäuse, einem in Bezug auf die Nabenachse drehbar gelagerten Antriebskörper, der einen ersten Teil mit einer Zahnkranzaufnahme zum Aufnehmen wenigstens eines Zahnkranzes aufweist, einer Antriebslagervorrichtung, die zwischen dem Antriebskörper und der Nabenachse zur drehbaren Lagerung des Antriebskörpers in Bezug auf die Nabenachse angeordnet ist, und einer zwischen dem Nabengehäuse und dem Antriebskörper angeordneten Freilaufeinrichtung, welche den Antriebskörper in einer Drehrichtung von einer Drehbewegung des Nabengehäuses entkoppelt.
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Freilaufnaben, insbesondere Hinterradnaben für Fahrräder, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Eine solche Nabe weist in der Regel ein Nabengehäuse auf, in dem eine Nabenachse angeordnet ist. An einer Seite des Nabengehäuses befindet sich ein Ritzelträger, der zur Aufnahme eines Zahnkranzes bzw. Ritzels zur Kraftübertragung vorgesehen ist. Über eine Freilaufeinrichtung ist der Ritzelträger mit dem Nabengehäuse so gekoppelt, dass in eine Drehbewegung eine Kraft zum Drehen des Hinterrades aufgebracht werden kann, während in eine andere Drehrichtung der Ritzelträger von dem Nabengehäuse entkoppelt werden kann, so dass sich das Hinterrad drehen kann, ohne dass sich der Zahnkranz drehen muss.
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Aus der
DE 10 2004 004 106 A1 ist beispielsweise eine Freilaufnabe für Fahrräder bekannt, bei der der Ritzelträger bzw. hier Rotor genannt, aus wenigstens einem ersten und wenigstens einem zweiten Bauteil zusammengesetzt ist.
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Aus der
DE 10 2007 030 190 A1 ist des weiteren eine Hinterradnabe bekannt, die zwischen Rotor und Nabengehäuse eine Freilaufeinrichtung aufweist, welche zwei Zahnscheibeneinrichtungen hat, deren Zahnflächen durch eine Vorspanneinrichtung aufeinandergedrückt werden, um das Antriebsmoment von dem Rotor auf das Nabengehäuse zu übertragen.
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Aus der
DE 94 19 357.6 U1 ist ebenfalls eine Freilaufnabe für Zweiräder bekannt, bei der ein lösbares Sicherungsmittel vorgesehen ist, mit dem der Rotor gegen den Nabenkörper drängbar ist, wobei bei gelöstem Sicherungsmittel der Rotor im wesentlichen ohne Kraftaufwand in axiale Richtung vom Nabenkörper weg abziehbar ist.
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Des weiteren ist aus der
DE 33 02 267 A1 eine Nabe für Fahrräder bekannt, bei der die Achse besonders biegesteif ausgebildet ist, und bei der Ausführung für hintere Laufräder zusätzlich die Nabenhülse besonders biege- und verdrehsteif ausgeführt ist.
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Aus der
DE 10 2010 033 268 A1 ist eine Hinterradnabe für Fahrräder bekannt, die eine Stirnradverzahnung zwischen Nabengehäuse und Rotor hat.
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Aus der
DE 198 47 673 A1 ist schließlich ebenfalls eine Nabe für Fahrräder bekannt, bei der die Freilaufeinrichtung zwei Zahnscheiben aufweist, deren Zahnflächen durch eine Vorspanneinrichtung aneinandergedrückt werden. Die Zahnscheiben ist im wesentlichen konzentrisch zur Nabenachse in Ebenen angeordnet, die senkrecht zu der Nabenachse ausgerichtet sind.
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Aus der
DD 346080 A1 ist im übrigen eine Hinterradnabe für Fahrräder ohne Freilauf bekannt, bei der die Nabe aus zwei Teilen zusammengesteckt wird, so dass sich eine Nabe mit besonders wenig Material herstellen lässt.
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Schließlich ist auch aus der
EP 1 447 241 B1 eine Hinterradnabe für Fahrräder bekannt, bei der ein Abdeckelement an dem Antriebskörper montiert ist, um die radial nach außen weisende Fläche des Antriebskörpers mit einem Endrand zu überlagern.
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Derartige Freilauf-Hinterradnaben sind so ausgebildet, dass zwischen dem Nabengehäuse und der Nabenachse, die fest mit dem Fahrrad verbunden wird, jeweils eine erste Lagervorrichtung zur drehbaren Lagerung des Nabengehäuses in Bezug auf die Nabenachse vorgesehen ist, während der Rotor bzw. Antriebskörper, auf dem der Zahnkranz angeordnet wird, ebenfalls mittels einer Lagervorrichtung in Bezug auf die Lagerachse drehbar angeordnet wird. Um an den Stirnseiten des Nabengehäuses sowie des Antriebskörpers, an der in der Regel der Freilauf vorgesehen ist, ebenfalls eine relative Drehbewegung zu ermöglichen, ist auch hier meist eine Lagerung vorgesehen.
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Wird nun die Hinterradnabe über ihren Zahnkranz und den Antriebskörper drehbar angetrieben, so bewirkt dies, dass sowohl die Lagervorrichtung zwischen Nabengehäuse und Nabenachse als auch die Lagervorrichtung zwischen Antriebskörper und Nabengehäuse beansprucht wird. Rollt hingegen die Hinterradnabe ohne Drehung des Antriebskörpers, so sind in diesem Fall die Lagervorrichtung zwischen Nabengehäuse und Nabenachse als auch die Lagervorrichtung zwischen Antriebskörper und Nabengehäuse betroffen. Geht man davon aus, dass jede Lagervorrichtung mindestens zwei Lager aufweist, so sind beim drehbaren Antreiben der Hinterradachse durch den Zahnkranz mindestens vier Lager von der Drehbewegung betroffen, was zu einem hohen Reibungswiderstand führt. Gerade bei Fahrrädern im Hochleistungssport ist es jedoch höchst wünschenswert, dass so wenig Reibungsverluste wie möglich entstehen, wenn das Fahrrad durch reine Muskelkraft angetrieben wird.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Freilaufnabe anzugeben, bei der Reibungsverluste aufgrund der in der Nabe enthaltenen Lagerungen so gering wie möglich gehalten werden können.
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Die Aufgabe wird mit der Freilaufnabe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1.
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Demnach wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass sich der Antriebskörper mit einem zweiten Teil in das Nabengehäuse erstreckt und dass eine Nabengehäuse-Lagervorrichtung in dem Nabengehäuse vorgesehen ist, die zwischen dem zweiten Teil des Antriebskörpers, der sich in das Nabengehäuse erstreckt, und einer Innenseite des Nabengehäuses zur drehbaren Lagerung des Antriebskörpers in Bezug auf das Nabengehäuse angeordnet ist.
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Der zweite Teil des Antriebskörpers sollte sich dabei mindestens über die axiale Mitte des Nabengehäuses hinaus in Richtung, weg von dem ersten Teil erstrecken. Axial im Sinne der vorliegenden Erfindung meint immer in Bezug auf die Nabenachse.
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Hierdurch wird erreicht, dass nur noch zwischen der Nabenachse und dem Antriebskörper eine Lagervorrichtung und zwischen dem Antriebskörper und dem Nabengehäuse eine Lagervorrichtung vorgesehen ist, was den vorteilhaften technischen Effekt bewirkt, dass je nach Benutzungsart der Nabe nur eine der beiden Lagervorrichtungen Reibungsverluste erzeugt, da die andere nicht beansprucht wird. Wird beispielsweise über den Zahnkranz auf den Antriebskörper eine Kraft aufgebracht, um das Hinterrad der Freilaufnabe drehbar anzutreiben, so wird lediglich die Antriebslagervorrichtung zwischen dem Antriebskörper und der Nabenachse beansprucht, während die Nabengehäuse-Lagervorrichtung aufgrund einer fehlenden relativen Drehbewegung zwischen Antriebskörper und Nabengehäuse unbeansprucht verbleibt. Es entsteht somit lediglich an der Antriebslagervorrichtung ein Reibungsverlust. Dreht sich hingegen das Hinterrad und führt der Antriebskörper keine Drehbewegung aus, so wird in Bezug auf die Nabenachse von dem Antriebskörper keine Relativdrehbewegung durchgeführt, was dazu führt, dass die Antriebslagervorrichtung nicht beansprucht wird. Aufgrund der Tatsache jedoch, dass sich das Hinterrad dreht und somit auch das Nabengehäuse eine Drehbewegung vollzieht, entsteht eine Relativdrehbewegung zwischen Antriebskörper und Nabengehäuse, so dass lediglich die Nabengehäuse-Lagervorrichtung beansprucht wird und hier Reibungsverluste entstehen.
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Weisen die Lagervorrichtungen jeweils zwei beabstandet zueinander angeordnete Lager auf, so bedeutet dies, dass bei Kraftbeanspruchung durch den Zahnkranz oder bei Stillstand des Zahnkranzes im Freilauf jeweils nur zwei der vier Lager beansprucht werden. Die durch die Lager entstehenden Reibungsverluste können somit bei den am häufigsten auftretenden Benutzungsarten der Hinterradnabe nahezu halbiert werden.
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Hierdurch wird es möglich, dass auf eine Lagervorrichtung zwischen Nabengehäuse und der Nabenachse zur drehbaren Lagerung des Nabengehäuses auf der Nabenachse verzichtet werden kann, was eine Reduzierung der benötigten Lager bedeutet. Vorteilhafterweise werden maximal vier Lager benötigt, und zwar jeweils zwei Lager für die Antriebslagervorrichtung und zwei Lager für die Nabengehäuse-Lagervorrichtung. Die aus dem Stand der Technik bekannte komplizierte Lagerung des Antriebskörpers an den Stirnseiten des Nabengehäuses entfällt somit ersatzlos. Zwischen Nabenachse und Nabengehäuse ist somit keine Lagervorrichtung vorgesehen, die direkt mit der Nabenachse und dem Nabengehäuse in Eingriff steht.
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Dabei sind der erste Teil und der zweite Teil integraler Bestandteil des Antriebskörpers. Vorzugsweise ist der Antriebskörper einstückig (integral), d.h. fügestellenfrei ausgebildet, wobei der erste Teil und der zweite Teil den Antriebskörper bilden. Der zweite Teil des Antriebskörpers erstreckt sich zur drehbaren Lagerung des Nabengehäuses in dieses hinein. Das Nabengehäuse wird somit auf dem zweiten Teil des Antriebskörpers zur drehbaren Lagerung abgestützt.
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Vorteilhafterweise erstreckt sich der zweite Teil des Antriebskörpers vollständig durch das Nabengehäuse hindurch bis zu der dem Zahnkranz gegenüberliegenden Seite des Nabengehäuses, wodurch sich das Nabengehäuse vollständig auf den gesamten zweiten Teil des Antriebskörpers abstützen kann. Dies hat den Vorteil, dass die Nabenachse kleiner dimensioniert werden kann, da ein Großteil der Lasten über den Antriebskörper abgeführt werden und der Antriebskörper sich dicht an dem Ende der Nabenachse über seine Lager abstützt. Hierdurch kann einem Durchbiegen der Nabenachse entgegengewirkt werden. Der Antriebskörper mit seinem ersten und seinem zweiten Teil ist selbst in Art einer Hohlwelle ausgeführt und kann so die entstehenden Beanspruchungen besser abfedern, so dass auch hier Material aufgrund von Leichtbauweise eingespart werden kann.
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Darüber hinaus kann auf die Verwendung von teuren Materialien, wie beispielsweise Titan, verzichtet werden.
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Vorteilhafterweise ist die Antriebslagervorrichtung zwischen einer Innenseite des hohlwelligen Antriebskörpers und der Nabenachse zur drehbaren Lagerung des Antriebskörpers in Bezug auf die Nabenachse angeordnet, vorzugsweise derart, dass die Lagervorrichtung an den jeweils beiden Enden der Nabenachse dicht an dem Einspannbereich, wo die Nabenachse mit dem Fahrzeug fest verbunden wird, abgestützt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebslagervorrichtung ein erstes und ein zweites Antriebslager auf, wobei das erste Antriebslager zwischen dem ersten Teil des Antriebskörpers und der Nabenachse und das zweite Antriebslager zwischen dem zweiten Teil des Antriebskörpers und der Nabenachse angeordnet ist. Hierdurch wird eine bestmögliche abstützende Lagerung des Antriebskörpers auf der Nabenachse erreicht, was zu einer besseren Kraftverteilung führt.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Nabengehäuse-Lagervorrichtung ebenfalls ein erstes und ein zweites Nabengehäuselager auf, wobei die Freilaufeinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Nabengehäuselager angeordnet ist. Vorzugsweise wird das erste Nabengehäuselager in einem Randbereich des Nabengehäuses und das zweite Nabengehäuselager an der gegenüberliegenden zweiten Seite des Nabengehäuses angeordnet, wodurch eine bestmögliche abstützende Lagerung des Nabengehäuses auf dem zweiten Teil des Antriebskörpers erreicht wird.
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Wird nun die Freilaufeinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Nabengehäuselager angeordnet, in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform axial mittig des Nabengehäuses, so kann bei einer Kraftübertragung auf den Zahnkranz eine bestmögliche Kraftübertragung auf das Hinterrad erreicht werden, da durch die mittige Anordnung der Freilaufeinrichtung, welche die Kraft von dem Antriebskörper auf das Nabengehäuse und somit auf das Hinterrad überträgt, das Hinterrad weitestgehend von durch den Antrieb bedingten Querkräften freigestellt wird. Denn fluchtet die Freilaufeinrichtung, an der die Kraft von dem Antriebskörper auf das Nabengehäuse übertragen wird, mit der Lauffläche des an dem Nabengehäuse angeordneten Rades, so entstehen keine durch den Antrieb bedingten Querkräfte, wie dies bei Freilaufeinrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt ist, die zwischen einer Nabengehäuseseite und dem Ritzelträger vorgesehen sind. Erst mit Hilfe der erfindungsgemäßen Freilaufnabe, bei der der Antriebskörper in dem Nabengehäuse geführt wird, kann die Freilaufeinrichtung energetisch optimal mittig angeordnet werden.
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Vorteilhafterweise ist die Nabengehäuse-Lagervorrichtung mit ihren ersten und zweiten Nabengehäuselagern axial zwischen dem ersten Antriebslager und dem zweiten Antriebslager der Antriebslagervorrichtung angeordnet, so dass sich das Nabengehäuse über die Nabengehäuse-Lagervorrichtung vollständig auf dem zweiten Teil des Antriebskörpers lagernd abstützt, während der Antriebskörper mit seinem ersten und zweiten Teil auf der Nabenachse mittels der Antriebslagervorrichtung abgestützt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigt:
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1 – schematische Darstellung eines Schnittes durch die erfindungsgemäße Freilaufnabe.
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1 zeigt die Freilaufnabe 1 mit einer Nabenachse 2, einem Antriebskörper 3 sowie einem Nabengehäuse 4. Das Nabengehäuse 4 ist im wesentlichen konzentrisch zu der Nabenachse 2 angeordnet. Der Antriebskörper 3 ist ebenfalls im wesentlichen konzentrisch zu der Nabenachse 2 in Form einer Hohlwelle angeordnet.
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Der Antriebskörper 3 weist einen ersten Teil 3a auf, der eine Zahnkranzaufnahme 5 an seinem äußeren Umfang hat, um einen nicht dargestellten Zahnkranz mit dem Antriebskörper in Eingriff zu bringen. Ein an diesen ersten Teil 3a des Antriebskörpers 3 angrenzenden zweiten Teil 3b erstreckt sich nun axial durch das Nabengehäuse 4 hindurch, wobei der Antriebskörper 3 aus dem ersten Teil 3a und dem zweiten Teil 3b gebildet wird.
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Der als Hohlwelle ausgeführte Antriebskörper 3 weist an seinen beiden Enden eine Antriebslagervorrichtung 6 auf, die zwischen einer Innenseite des Antriebskörpers 3 und der Nabenachse 2 zur drehbaren Lagerung des Antriebskörpers 3 in Bezug auf die Nabenachse 2 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel der 1 weist die Antriebslagervorrichtung 6 ein erstes Antriebslager 6a und ein zweites Antriebslager 6b auf, wobei das erste Antriebslager 6a zwischen dem ersten Teil 3a des Antriebskörpers 3 und der Nabenachse 2 und das zweite Antriebslager 6b zwischen dem zweiten Teil 3b des Antriebskörpers 3 und der Nabenachse 2 angeordnet ist.
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In axialer Richtung zwischen dem ersten Antriebslager 6a und dem zweiten Antriebslager 6b ist das Nabengehäuse 4 angeordnet, das eine Nabengehäuse-Lagervorrichtung 7 aufweist, die zwischen dem zweiten Teil 3b des Antriebskörpers 3 und einer Innenseite des Nabengehäuses 4 zur drehbaren Lagerung des Antriebskörpers 3 in Bezug auf das Nabengehäuse 4 vorgesehen ist. Die Nabengehäuse-Lagervorrichtung 7 weist ein erstes Nabengehäuselager 7a auf, das an einem axialen ersten Ende des Nabengehäuses 4 angeordnet ist, an dem sich der Zahnkranz befindet, und ein zweites Nabengehäuselager 7b, das an dem axial gegenüberliegenden Ende, an dem das erste Nabengehäuselager 7a vorgesehen ist, angeordnet wird.
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Axial mittig zu dem ersten Nabengehäuselager 7a und dem zweiten Nabengehäuselager 7b der Nabengehäuse-Lagervorrichtung 7 ist die Freilaufeinrichtung 8 angeordnet, die bevorzugt als Klinkenfreilauf ausgebildet sein kann. Die Freilaufeinrichtung 8 ist dabei zwischen dem Nabengehäuse 4 und dem zweiten Teil 3b des Antriebskörpers 3 so angeordnet, dass der Antriebskörper 3 in eine Drehrichtung von einer Drehbewegung des Nabengehäuses 4 entkoppelt werden kann. In die entgegengesetzte Drehbewegung allerdings überträgt die Freilaufeinrichtung 4 die auf den Antriebskörper 3 einwirkende Drehkraft auf das Nabengehäuse 4, um so das an dem Nabengehäuse 4 angeordneten Rad drehbar anzutreiben.
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Dreht sich nun das Rad und somit das Nabengehäuse 4, während der Antriebskörper 3 nicht angetrieben wird und somit keine Drehbewegung vollzieht, so wird die Antriebslagervorrichtung 6 nicht durch eine entsprechende Drehbewegung beansprucht, wodurch hier keinerlei Reibungsverluste entstehen. Lediglich die Nabengehäuse-Lagervorrichtung 7 zwischen Antriebskörper 3 und Nabengehäuse 4 wird mechanisch beansprucht, wodurch lediglich hier Reibungsverluste entstehen.
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Wird der Antriebskörper 3 hingegen durch Kraftbeaufschlagung drehbar angetrieben, um so das Rad drehbar anzutreiben, so vollzieht der Antriebskörper 3 gegenüber der Nabenachse 2 eine Drehbewegung, während der Antriebskörper 3 gegenüber dem sich ebenfalls drehenden Nabengehäuse 4 keine Drehbewegung vollzieht, so dass die Nabengehäuse-Lagervorrichtung 7 in diesem Falle mechanisch nicht beansprucht wird. In diesem Fall wird lediglich die Antriebslagervorrichtung 6 mechanisch beansprucht, wodurch lediglich hier Reibungsverluste entstehen.
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In diesen beiden am häufigsten auftretenden Benutzungsfällen einer Hinterradnabe wird somit die durch die Lager entstehenden Reibungsverluste nahezu halbiert, da immer nur zwei von vier möglichen Lagern mechanisch durch eine Drehbewegung beansprucht werden.
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Darüber hinaus kann die Freilaufeinrichtung vorteilhafterweise mittig in dem Nabengehäuse 4 angeordnet werden, was eine besonders energetisch günstige Kraftübertragung auf das Rad bewirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freilaufnabe
- 2
- Nabenachse
- 3
- Antriebskörper
- 3a
- erster Teil des Antriebskörpers
- 3b
- zweiter Teil des Antriebskörpers
- 4
- Nabengehäuse
- 5
- Zahnkranzaufnahme
- 6
- Antriebslagervorrichtung
- 6a
- erstes Antriebslager
- 6b
- zweites Antriebslager
- 7
- Nabengehäuse-Lagervorrichtung
- 7a
- erstes Nabengehäuselager
- 7b
- zweites Nabengehäuselager
- 8
- Freilaufeinrichtung
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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 102004004106 A1 [0003]
- DE 102007030190 A1 [0004]
- DE 9419357 U1 [0005]
- DE 3302267 A1 [0006]
- DE 102010033268 A1 [0007]
- DE 19847673 A1 [0008]
- DD 346080 A1 [0009]
- EP 1447241 B1 [0010]
