DE102015017272B3

DE102015017272B3 - Fahrradnabe

Info

Publication number: DE102015017272B3
Application number: DE102015017272.7A
Authority: DE
Inventors: Kazuki Koshiyama
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: CN104786733B; DE102015100785A1; TW201808677A; US9199509B2; TW201529362A; TWI614150B; CN104786733A; TWI667153B; US20150202919A1

Abstract

Eine Fahrradnabe hat im Wesentlichen eine Nabenwelle, ein Nabengehäuse, einen Zahnradlagerkörper, ein erstes Sperrelement und ein zweites Sperrelement. Das Nabengehäuse ist auf einer Nabenwelle drehbar um eine Drehachse montiert. Der Zahnradlagerkörper ist auf der Nabenwelle drehbar montiert, um sich um die Drehachse zu drehen. Der Zahnradlagerkörper hat eine äußere Umfangsfläche mit einer ersten schraubenförmigen Verzahnung. Das erste Sperrelement hat zumindest einen ersten Sperrzahn und eine zweite schraubenförmige Keilverzahnung, die mit der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung zusammenpasst. Das zweite Sperrelement hat zumindest einen zweiten Sperrzahn, der mit dem zumindest einem ersten Sperrzahn zusammenpasst und einen Nabengehäuseeingriffsbereich, der in das Nabengehäuse eingreift. Die äußere Umfangsfläche des Zahnradlagerkörpers hat einen Führungsbereich, der, während des Leerlaufs, das erste Sperrelement in Richtung des Nabengehäuses führt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Fahrradnabe. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Fahrradnabe, die während des Fahrens im Leerlauf leiser im Vergleich zu einer üblichen Fahrradnabe ist.
HINTERGRUNDINFORMATIONEN
Im Allgemeinen haben Fahrradräder eine Nabe, eine Mehrzahl von Speichen und eine ringförmige Felge. Die Nabe hat eine Nabenwelle, die nicht drehbar an einem Rahmen des Fahrrads montiert ist. Die Nabe hat ein Nabengehäuse, das koaxial mit der Nabenwelle gekoppelt ist, so dass das Nabengehäuse in Bezug auf die Nabenwelle radial nach außen angeordnet ist. Die Lager sind ausgebildet und angebracht, das Nabengehäuse derart zu lagern, so dass sich das Nabengehäuse frei um die Nabenwelle drehen kann.
In einigen Fahrrädern, die verschiedene Geschwindigkeiten haben, ist ein Rad des Fahrrads, typischerweise das Hinterrad, mit einem Fahrradfreilauf vorgesehen, der auf einer Nabe des Rads angebracht ist. Der Fahrradfreilauf hat normalerweise eine Ein-Wege-Kupplungsfunktion, wobei sie Drehmomente nur in eine Richtung überträgt. Somit werden Freiläufe dazu benutzt, dass sich das Fahrrad ohne jede Drehung der Pedale frei fortbewegen kann (d. h. während des Fahrens im Leerlauf). Während des Fahrens im Leerlauf wird der Fahrradfreilauf in einem Freilaufzustand angesehen, in welchem sich das Fahrradrad frei drehen kann, während die Zahnräder feststehend bleiben. Ein Beispiel einer Fahrradnabe, die einen Freilauf hat, ist in US 5 964 332 Aoffenbart. In diesem Patent ist ein Fahrradfreilauf vorgeschlagen, der ein Paar eingreifende Stirnzahnräder mit gezahnter Oberfläche hat, um die Drehmomentübertragung oder den Leerlauf zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Allgemeinen richtet sich die folgende Offenbarung auf verschiedene Merkmale einer Fahrradnabe. In einem Merkmal ist eine Fahrradnabe vorgesehen, in welcher Sperrgeräusche und ein Sperrzahnabrieb während des Fahrens im Leerlauf in Bezug auf eine gewöhnliche Fahrradnabe, die einen gewöhnlichen Fahrradfreilauf hat, reduziert werden können.
Angesichts des Stands der bekannten Technologie und nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Fahrradnabe vorgesehen, die im Wesentlichen eine Nabenwelle, ein Nabengehäuse, einen Zahnradlagerkörper, ein erstes Sperrelement und ein zweites Sperrelement umfasst. Die Nabenwelle legt eine Drehachse fest. Das Nabengehäuse ist zum Drehen um die Drehachse an der Nabenwelle montiert. Der Zahnradlagerkörper ist zum Drehen um die Drehachse drehbar an der Nabenwelle montiert. Der Zahnradlagerkörper hat eine äußere Umfangsfläche mit einer ersten schraubenförmigen Keilverzahnung. Das erste Sperrelement hat zumindest einen ersten Sperrzahn und eine zweite schraubenförmige Keilverzahnung, die mit der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung zusammenpasst. Das zweite Sperrelement hat zumindest einen zweiten Sperrzahn, der mit dem zumindest einen ersten Sperrzahn zusammenpasst und einen Nabengehäuseeingriffsbereich, der mit dem Nabengehäuse in Eingriff steht. Die äußere Umfangsfläche des Zahnradlagerkörpers hat einen Führungsbereich, der ausgebildet ist, das erste Sperrelement beim Fahren im Leerlauf (in Richtung) auf das Nabengehäuse zuzuführen.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach dem ersten Aspekt derart ausgebildet, dass der zumindest eine erste Sperrzahn auf einer axial zugewandten Fläche des ersten Sperrelements angeordnet ist und der zumindest eine zweite Sperrzahn auf einer axial zugewandten Fläche des zweiten Sperrelements angeordnet ist, die der axial zugewandten Fläche des ersten Sperrelements zugewandt ist.
Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach dem ersten oder zweiten Aspekt derart ausgebildet, dass das erste Sperrelement beweglich in einer axialen Richtung in Bezug auf den Zahnradlagerkörper über die zweite schraubenförmige Keilverzahnung montiert ist, die in die erste schraubenförmige Keilverzahnung greift, während es von einer ersten von dem Zahnradlagerkörper angelegten Schubkraft angetrieben ist.
Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis dritten Aspekts derart ausgebildet, dass der zumindest eine zweite Sperrzahn mit dem zumindest einen ersten Sperrzahn zum Übertragen eines Drehmoments von dem Zahnradlagerkörper an das Nabengehäuse zusammenpasst.
Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis vierten Aspekts derart ausgebildet, dass der Führungsbereich ausgebildet ist, einen verzahnten Eingriff zwischen dem zumindest einen ersten Sperrzahn und dem zumindest einen zweiten Sperrzahn während des Fahrens im Leerlauf zu lösen.
Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis fünften Aspekts derart ausgebildet, dass sich der Führungsbereich zumindest in einer Umfangsrichtung in Bezug auf den Zahnradlagerkörper erstreckt.
Nach einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis sechsten Aspekts derart ausgebildet, dass das zweite Sperrelement ein Drehmoment, das von dem ersten Sperrelement ausgeübt wird, über den Nabengehäuseeingriffsbereich an das Nabengehäuse überträgt.
Nach einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis siebten Aspekt derart ausgebildet, dass eines der Elemente Nabengehäuseeingriffsbereich und Nabengehäuse zumindest einen sich radial erstreckenden Vorsprung beinhaltet und das entsprechend andere Element zumindest eine Aussparung beinhaltet, die mit dem zumindest einen Vorsprung in Eingriff steht.
Nach einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrradnabe nach einem des ersten bis achten Aspekts ferner ein Vorspannelement, das zwischen dem Nabengehäuse und dem ersten Sperrelement angeordnet ist, wobei das Vorspannelement das erste Sperrelement in einer Axialrichtung in Richtung des zweiten Sperrelements vorspannt.
Nach einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach dem neunten Aspekt derart ausgebildet, dass das Vorspannelement ausgebildet ist, sich mit dem Nabengehäuse zu drehen, und das erste Sperrelement den Führungsbereich kontaktiert und sich von dem zweiten Sperrelement durch eine zweite Schubkraft löst, die von einem Reibmoment zwischen dem Vorspannelement und dem ersten Sperrelement während des Fahrens im Leerlauf verursacht wird.
Nach einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrradnabe nach einem des ersten bis zehnten Aspekts ferner ein Abdeckelement, das einen ringförmigen Spalt zwischen dem Zahnradlagerkörper und dem Nabengehäuse abdeckt.
Nach einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrradnabe nach einem des ersten bis elften Aspekts ferner zumindest eine Lageranordnung, die den Zahnradlagerkörper drehbar auf der Nabenwelle lagert.
Nach einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrradnabe nach einem des ersten bis zwölften Aspekts ferner zumindest eine Lageranordnung, die das Nabengehäuse drehbar auf der Nabenwelle lagert.
Nach einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis dreizehnten Aspekts derart ausgebildet, dass der zumindest eine Sperrzahn eine Mehrzahl von ersten Sperrzähnen beinhaltet, und der zumindest eine zweite Sperrzahn eine Mehrzahl von zweiten Sperrzähnen beinhaltet.
Nach einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis vierzehnten Aspekts derart ausgebildet, dass der Zahnradlagerkörper eine Mehrzahl von zusätzlichen schraubenförmigen Keilverzahnungen auf der äußeren Umfangsfläche beinhaltet und das erste Sperrelement eine Mehrzahl von zusätzlichen schraubenförmigen Keilverzahnungen beinhaltet, die in verzahntem Eingriff mit den zusätzlichen schraubenförmigen Keilverzahnungen des Zahnradlagerkörpers sind.
Nach einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis fünfzehnten Aspekts derart ausgebildet, dass das erste und zweite Sperrelement ringförmige Elemente sind.
Nach einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis sechzehnten Aspekts derart ausgebildet, dass der Zahnradlagerkörper eine Begrenzung beinhaltet, die das zweite Sperrelement derart begrenzt, dass eine axiale Bewegung des zweiten Sperrelements weg von dem Nabengehäuse eingeschränkt wird und dass das erste Sperrelement auf einer axialen Seite des zweiten Sperrelements angeordnet ist, die der Begrenzung des Zahnradlagerkörpers entgegengesetzt ist.
Nach einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrradnabe nach einem des ersten bis siebzehnten Aspekts ferner ein Vorspannelement, das zwischen dem Nabengehäuse und dem ersten Sperrelement angeordnet ist. Das Vorspannelement spannt das erste Sperrelement in einer Axialrichtung in Richtung des zweiten Sperrelements vor.
Nach einem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Fahrradnabe nach einem des ersten bis achtzehnten Aspekts derart ausgebildet, dass das Nabengehäuse einen Innenraum beinhaltet. Die äußere Umfangsfläche des Zahnradlagerkörpers lagert das erste und das zweite Sperrelement. Jedes der Elemente Sperrlagerkörper, Vorspannelement und erstes und zweites Sperrelement sind zumindest teilweise in dem Innenraum des Nabengehäuses angeordnet.
Nach einem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrradnabe nach dem neunzehnten Aspekt ferner ein Abdeckelement, das den Innenraum zwischen dem Zahnradlagerkörper und dem Nabengehäuse abdeckt.
Außerdem werden andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der offenbarten Fahrradnabe dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibungen offensichtlich werden, welche in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen eine Ausführungsform der Fahrradnabe offenbart.
Figurenliste
Es wird nun Bezug genommen auf die angehängten Zeichnungen, die einen Teil dieser ursprünglichen Offenbarung bilden:

1 ist eine perspektivische Ansicht einer hinteren Fahrradnabe nach einer gezeigten Ausführungsform;
2 ist eine halbe Querschnittsansicht der in 1 gezeigten hinteren Fahrradnabe;
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Endbereichs der Fahrradnabe, die einen Fahrradfreilauf hat;
4 ist eine vergrößerte halbe Querschnittsansicht des Endbereichs der hinteren Fahrradnabe der gezeigten Ausführungsform;
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Endbereichs der hinteren Fahrradnabe der gezeigten Ausführungsform;
6 ist eine weitere perspektivische Explosionsansicht des Endbereichs der hinteren Fahrradnabe der gezeigten Ausführungsform;
7 ist eine Seitenexplosionsansicht des Endbereichs der hinteren Fahrradnabe der gezeigten Ausführungsform;
8 ist eine Seitenansicht eines Bereichs des Zahnradlagerkörpers der hinteren Fahrradnabe der gezeigten Ausführungsform;
9 ist eine axiale Endansicht des Zahnradlagerkörpers des ersten Sperrelements und des zweiten Sperrelements der hinteren Fahrradnabe der gezeigten Ausführungsform;
10 ist eine axiale Endansicht des Zahnradlagerkörpers der hinteren Fahrradnabe der gezeigten Ausführungsform; und
11 ist eine axiale Endansicht des ersten Sperrelements der hinteren Fahrradnabe der gezeigten Ausführungsform.

GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nun ausgewählte Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt. Für den Fachmann im Gebiet Fahrräder wird es aus dieser Offenbarung offensichtlich sein, dass die folgenden Beschreibungen der Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung vorgesehen sind und nicht zum Zweck der Begrenzung der Erfindung, wie sie von den angehängten Ansprüchen und ihren Äquivalenten festgelegt sind.
In Bezug auf 1 ist zunächst eine hintere Fahrradnabe 10 gezeigt, die mit einem Fahrradfreilauf 12 nach einer ersten Ausführungsform ausgestattet ist. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Fahrradnabe 10 im Wesentlichen eine Nabenwelle 14 und ein Nabengehäuse 16. Hierbei ist die Nabenwelle 14 ein übliches Element, das einen Wellenbereich 14a mit einer ersten auf ein erstes Gewindeende der Nabenwelle 14 geschraubte erste Endkappe 14b, und einer zweiten auf ein zweites Gewindeende der Nabenwelle 14 geschraubte zweite Endkappe 14c hat. Die Nabenwelle 14 legt eine Drehachse A fest. Das Nabengehäuse 16 ist drehbar auf der Nabenwelle 14 montiert, um sich um die Drehachse A zu drehen. Das Nabengehäuse 16 hat einen röhrenförmigen Mittelkörper 16a und ein Paar Speichenbefestigungsflansche 16b und 16c, die sich in radialer Richtung von dem röhrenförmigen Mittelkörper 16a nach außen erstrecken.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist eine Rahmenbefestigungsvorrichtung 18 vorgesehen, um die Fahrradnabe 10 auf eine übliche Weise an einem Fahrradrahmen (nicht gezeigt) zu befestigen. In der ersten gezeigten Ausführungsform beinhaltet die Rahmenbefestigungsvorrichtung 18 einen Spanner oder eine Spindel 20, der einen Exzenterhebelmechanismus 22 an einem Ende der Spindel 20 und eine Endkappe 24 auf das andere Ende der Spindel 20 geschraubt hat. Somit kann die Fahrradnabe 10 auf einem hinteren Abschnitt eines Fahrradrahmens eines Fahrrads montiert werden.
Wie in 2 gezeigt, ist zumindest eine Lageranordnung vorgesehen, um das Nabengehäuse 16 auf der Nabenwelle 14 drehbar zu lagern. In der gezeigten Ausführungsform ist das Nabengehäuse 16 drehbar auf der Nabenwelle 14 durch ein Paar Lageranordnungen 26 montiert. Die Lageranordnungen 26 sind übliche Teile, die im Feld Fahrräder gut bekannt sind, und somit werden die Lageranordnungen 26 hier nicht weiter diskutiert oder im Detail gezeigt. Außerdem können andere Lageranordnungen, wie gebraucht und/oder gewünscht, benutzt werden.
In Bezug auf die 3 bis 7 umfasst die Fahrradnabe 10 jetzt ferner einen Zahnradlagerkörper 30, ein erstes Sperrelement 31 und ein zweites Sperrelement 32. Wie in 4 gezeigt, ist zumindest eine Lageranordnung 28 vorgesehen, um den Zahnradlagerkörper 30 drehbar auf der Nabenwelle 14 zu lagern. In der ersten gezeigten Ausführungsform ist der Zahnradlagerkörper 30 drehbar durch ein Paar von Lageranordnungen 28 auf der Nabenwelle 14 montiert. Der Zahnradlagerkörper 30 und das erste und zweite Sperrelement 31 und 32 bilden den Fahrradfreilauf 12. Der Fahrradfreilauf 12 ist ausgebildet, mehrere Zahnräder S auf eine übliche Weise aufzunehmen. Fahren im Leerlauf oder Freilauf tritt auf, wenn der Zahnradlagerkörper 30 aufhört, sich zu drehen oder sich in eine nicht antreibende Drehrichtung bewegt (z.B. gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse A, von der Freilaufseite der Fahrradnabe 10 aus gesehen), während sich das Nabengehäuse 16 in einer Drehrichtung in Fahrtrichtung dreht (z.B. im Uhrzeigersinn um die Drehachse A, von der Freilaufseite der Fahrradnabe 10 aus gesehen).
Wie in den 4 bis 6 zu sehen, ist ein Vorspannelement 34 zwischen dem Nabengehäuse 16 und dem ersten Sperrelement 31 angeordnet. Das Vorspannelement 34 spannt das erste Sperrelement 31 in einer axialen Richtung D1 in Richtung des zweiten Sperrelements 32 vor. Das Vorspannelement 34 ist in der gezeigten Ausführungsform z.B. eine Kompressionsfeder. Vorzugsweise ist das Vorspannelement 34 ausgebildet, sich mit dem Nabengehäuse 16 zu drehen. Wie später erklärt, wird das erste Sperrelement 31 während des Fahrens im Leerlauf in einer axialen Richtung D2 in Richtung des Nabengehäuses 16 bewegt, wenn der Zahnradlagerkörper 30 aufhört, sich zu drehen oder sich in einer nicht antreibenden Drehrichtung, in Bezug auf das Nabengehäuse 16 bewegt.
Vorzugsweise beinhaltet das Nabengehäuse 16 einen Innenraum 35. Jedes der Elemente Sperrlagerkörper 30, Vorspannelement 34 und erstes und zweites Sperrelement 31 und 32 sind zumindest teilweise in dem Innenraum 35 des Nabengehäuses 16 angeordnet. Ein Abdeckelement 36 ist vorgesehen, den Innenraum 35 zwischen dem Zahnradlagerkörper 30 und dem Nabengehäuse 16 abzudecken. Das Abdeckelement 36 deckt auch einen ringförmigen Spalt zwischen dem Zahnradlagerkörper 30 und dem Nabengehäuse 16 ab.
Der Zahnradlagerkörper 30 stellt ein Treibelement dar, das eine ringförmige Form hat. Der Zahnradlagerkörper 30 ist drehbar an/auf der Nabenwelle 14 montiert, um sich um die Drehachse A zu drehen. Der Zahnradlagerkörper 30 hat eine äußere Umfangsfläche 38 mit mehreren sich axial erstreckenden Keilverzahnungen 40, um auf übliche Weise nicht drehbar in die Fahrradzahnräder S einzugreifen. Die Keilverzahnungen 40 sind parallel zueinander und erstrecken sich parallel zu der Drehachse A. Die Fahrradzahnräder S werden durch eine übliche Mutter (nicht gezeigt), die in den Zahnradlagerkörper 30 schraubbar ist, auf dem Zahnradlagerkörper 30 gehalten. Der Zahnradlagerkörper 30 hat eine äußere Umfangsfläche 42 mit einer ersten schraubenförmigen Keilverzahnung 44, die schraubenförmig in Bezug auf die Drehachse A angeordnet ist. Die erste schraubenförmige Keilverzahnung 44 hat eine erste Fläche 44a, die sich schraubenförmig in Bezug auf die Drehachse A erstreckt.
Die äußere Umfangsfläche 42 des Zahnradlagerkörpers 30 hat auch einen Führungsbereich 46, der ausgebildet ist, das erste Sperrelement 31 (in Richtung) auf das Nabengehäuse 16 während des Fahrens im Leerlauf (auch genannt Freilauf) zu führen. Der Führungsbereich 46 erstreckt sich zumindest in einer Umfangsrichtung in Bezug auf den Zahnradlagerkörper 30. Der Führungsbereich 46 hat eine zweite Fläche 46a, die sich schraubenförmig in Bezug auf die Drehachse A erstreckt, aber einen flacheren Winkel hat als die erste Fläche 44a. Somit ist die zweite Fläche 46a angeordnet, einen stumpfen Winkel mit der ersten Fläche 44a festzulegen. Der Führungsbereich 46 ist integral mit der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung 44 gezeigt, so dass die zweite Fläche 46a mit der ersten Fläche 44a zusammenhängt (bzw. angrenzt). Allerdings muss der Führungsbereich 46 nicht Teil der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung 44 sein. Mit anderen Worten kann der Führungsbereich 46 von der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung 44 beabstandet sein, so dass ein kleiner Spalt zwischen der ersten und der zweiten Fläche 44a und 46a vorgesehen ist, so dass die zweite Fläche 46a nicht Teil der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung 44 ist.
Der Zahnradlagerkörper 30 beinhaltet eine Mehrzahl von zusätzlichen schraubenförmigen Keilverzahnungen 48 auf der äußeren Umfangsseite 42. Die äußere Umfangsseite 42 des Zahnradlagerkörpers 30 lagert das erste und das zweite Sperrelement 31 und 32. Der Zahnradlagerkörper 30 beinhaltet eine Begrenzung 50, die das zweite Sperrelement 32 begrenzt, um axiales Bewegen des zweiten Sperrelements 32 weg vom Nabengehäuse 16 zu begrenzen. Das erste Sperrelement 31 ist auf einer axialen Seite des zweiten Sperrelements 32 angeordnet, die der Begrenzung 50 des Zahnradlagerkörpers 30 gegenüberliegt.
Das erste Sperrelement 31 ist ein ringförmiges Element, das konzentrisch um die Nabenwelle 14 angeordnet ist. Das erste Sperrelement 31 hat zumindest einen ersten Sperrzahn 52 und eine zweite schraubenförmige Keilverzahnung 54. Der zumindest eine erste Sperrzahn 52 ist auf einer axial zugewandten Fläche des ersten Sperrelements 31 angeordnet. Vorzugsweise beinhaltet der zumindest eine erste Sperrzahn 52, wie in der gezeigten Ausführungsform, eine Mehrzahl von ersten Sperrzähnen 52. Die zweite schraubenförmige Keilverzahnung 54 passt mit der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung 44 zusammen. Vorzugsweise beinhaltet das erste Sperrelement 31, wie in der gezeigten Ausführungsform, eine Mehrzahl von zusätzlichen schraubenförmigen Keilverzahnung 58, die passend in Eingriff mit der weiteren schraubenförmigen Keilverzahnung 48 des Zahnradlagerkörpers 30 sind. Das erste Sperrelement 31 ist bewegbar in einer axialen Richtung D1 in Bezug auf den Zahnradlagerkörper 30 über die zweite schraubenförmige Keilverzahnung 54 montiert, die in Eingriff mit der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung 44 ist, während es von einer ersten von dem Zahnradlagerkörper 30 in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Drehachse A, wie gezeigt, entlang der Freilaufseite der Fahrradnabe 10 angelegten Schubkraft angetrieben wird.
Das zweite Sperrelement 32 ist ein ringförmiges Element, das konzentrisch um die Nabenwelle 14 angeordnet ist. Das zweite Sperrelement 32 ist zwischen der Begrenzung 50 des Zahnradlagerkörpers 30 und dem ersten Sperrelement 31 eingelegt. Das zweite Sperrelement 32 ist auch angeordnet, in die radiale Richtung zu gleiten, wenn eine Schubkraft von dem Zahnradlagerkörper 30 nicht zum Nabengehäuse 16 übertragen wird. Das zweite Sperrelement 32 ist auch angeordnet, in die axiale Richtung zu gleiten, um einen unvollständigen Eingriff mit dem Zahnradlagerkörper 30 und dem ersten Sperrelement 31 zu verhindern.
Das zweite Sperrelement 32 hat zumindest einen zweiten Sperrzahn 62, der mit dem zumindest einen ersten Sperrzahn 52 zusammenpasst. Der zumindest eine zweite Sperrzahn 62 ist auf einer axial zugewandten Fläche des zweiten Sperrelements 32 angeordnet, das der axial zugewandten Fläche des ersten Sperrelements 31 zugewandt ist. Der zumindest eine zweite Sperrzahn 62 passt mit dem zumindest einen ersten Sperrzahn 52 zusammen, um ein Drehmoment von dem Zahnradlagerkörper 30 zu dem Nabengehäuse 16 zu übertragen. In anderen Worten überträgt das zweite Sperrelement 32 das Drehmoment zu dem Nabengehäuse 16, das von dem ersten Sperrelement 31 über den Nabengehäuseeingriffsbereich 64 angelegt ist. Vorzugsweise beinhaltet der zumindest eine zweite Sperrzahn 62, wie in der gezeigten Ausführungsform, mehrere zweite Sperrzähne 62, die mit den ersten Sperrzähnen 52 zusammenpassen. Wie in 9 zu sehen, sind die ersten Sperrzähne 52 und die zweiten Sperrzähne 62 derart dimensioniert, dass ein umlaufendes Spiel P dazwischen vorgesehen ist. Auf diese Weise kann sich das erste Sperrelement 31 in Bezug auf das Nabengehäuse 16 und das zweite Sperrelement 32 drehen, so dass sich das erste Sperrelement 31 axial zwischen einer Eingriffsposition und einer Lösungsposition bewegen kann. In der Eingriffsposition passt der zweite Sperrzahn 62 mit dem ersten Sperrzahn 52 zusammen. In der Lösungsposition berühren sich der zweite Sperrzahn 62 und der erste Sperrzahn 52 nicht.
Das zweite Sperrelement 52 hat auch einen Nabengehäuseeingriffsbereich 64, der mit dem Nabengehäuse 16 in Eingriff ist. Vorzugsweise beinhaltet eines der Elemente Nabengehäuseeingriffsbereiche 64 und Nabengehäuse 16, wie in der gezeigten Ausführungsform, zumindest einen Vorsprung, der sich radial erstreckt und das andere der Elemente Nabengehäuseeingriffsbereich 64 und Nabengehäuses 16 beinhaltet zumindest eine Aussparung, die mit dem zumindest einen Vorsprung in Eingriff ist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Nabengehäuseeingriffsbereich 64 durch eine Mehrzahl von Vorsprüngen festgelegt und das Nabengehäuse 16 beinhaltet eine Mehrzahl von Aussparungen 16d. Auf diese Weise dreht sich das zweite Sperrelement 32 mit dem Nabengehäuse 16, aber kann auch axial in Bezug auf das Nabengehäuse 16 entlang der Drehachse A gleiten. Das erste Sperrelement 31 ist zwischen der Begrenzung 50 des Nabengehäuses 16 und dem zweiten Sperrelement 32 eingeschoben (bzw. eingeklemmt).
In der gezeigten Ausführungsform hat das Vorspannelement 34 einen ersten Drehschutzverbindungsbereich 34a (kann auch als Anti-Drehschutzverbindungsbereich bezeichnet werden), zum Beispiel einen Vorsprung, und das Nabengehäuse 16 hat einen zweiten Drehschutzverbindungsbereich 16e (kann auch als Anti-Drehschutzverbindungsbereich bezeichnet werden), zum Beispiel eine Aussparung. Der erste Drehschutzverbindungsbereich 34a des Vorspannelements 34 ist in dem zweiten Drehschutzverbindungsbereich 16e des Nabengehäuses 16 angeordnet, so dass sich das Vorspannelement 34 mit dem Nabengehäuse 16 dreht. Mit dem Zahnradlagerkörper 30 in einer Ruheposition, (d. h. kein Drehmoment ist daran angelegt), behält das Vorspannelement 34 den ersten Sperrzahn 52 des ersten Sperrelements 31 in treibenden Eingriff mit dem zweiten Sperrzahn 62 des zweiten Sperrelements 32. Wenn ein Leerlaufdrehmoment an dem Zahnradlagerkörper 30 angelegt ist, dreht sich das erste Sperrelement 31 ein kleines Stück in eine umlaufende Richtung und gleitet entlang der zweiten Fläche 46a des Führungsbereichs 46 auf Grund des Reibungsdrehmoments zwischen dem Vorspannelement 34 und dem ersten Sperrelement 31, so dass sich die ersten Sperrzähne 52 von den zweiten Sperrzähnen 62 lösen. Während des Leerlaufs gleitet das erste Sperrelement 31 konstant zwischen dem Vorspannelement 34 und der gezahnten Fläche des zweiten Sperrelements 32. Somit bewegt sich während des Leerlaufs (d.h. Freilauf) das erste Sperrelement 31 im Wesentlichen in die axiale Richtung D2 in Richtung auf das Nabengehäuse 16 von der Antriebs- oder Ruheposition.
Der Führungsbereich 46 ist insbesondere derart ausgebildet, so dass während des Fahrens im Leerlauf ein Eingriff zwischen dem zumindest einen ersten Sperrzahn 52 und dem zumindest einen zweiten Sperrzahn 62 gelöst ist. Das erste Sperrelement 31 kontaktiert den Führungsbereich 46 und löst sich von dem zweiten Sperrelement 32 durch eine zweite Schubkraft, die von einem Reibmoment zwischen dem Vorspannelement 34 und dem ersten Sperrelement 31 während des Fahrens im Leerlauf bewirkt wird. Die erste schraubförmige Keilverzahnung 54 des ersten Sperrelements 31 grenzt durch das Gleitmoment an die zweite Fläche 46a der zweiten schraubenförmigen Keilverzahnung 46 des Zahnradlagerkörpers 30. Dann tritt eine Leerlaufschubkraft auf, so dass sich das erste Sperrelement 31 gegen die Kraft des Vorspannelements 34 bewegt. Als Ergebnis kontaktieren sich die ersten Sperrzähne 52 des ersten Sperrelements 31 nicht mit den zweiten Sperrzähnen 62 des zweiten Sperrelements 32 während des Fahrens im Leerlauf.
Allerdings gleitet die zweite schraubenförmige Keilverzahnung 54 des ersten Sperrelements 31 axial entlang der ersten Fläche 44a der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung 44 auf der äußeren Umfangsfläche 42 des Zahnradlagerkörpers 30 in der axialen Richtung D1 der Fahrradnabe 10 während des Fahrens, wenn der Fahrradlagerkörper 30 in Fahrtrichtung gedreht wird. Das erste Sperrelement 30 ist durch das Vorspannelement 34 in der axialen Richtung D1 der Fahrradnabe 10 in Richtung des zweiten Sperrelements 32 vorgespannt. Wenn das Antriebsmoment an den Zahnradlagerkörper 30 angelegt ist, greifen die ersten Sperrzähne 52 des ersten Sperrelements 31 und die zweiten Sperrzähne 62 des zweiten Sperrelements 32 ineinander, so dass sich das Nabengehäuse mit dem Zahnradlager 30 dreht. Somit wird der Eingriff zwischen dem Sperrelement 31 und dem zweiten Sperrelement 32 stärker, wenn das Antriebsdrehmoment steigt.
Im Verständnis des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „umfassend“ und seine Ableitungen, wie hier benutzt, dazu bestimmt offene Begriffe zu sein, die das Vorhandensein der genannten Merkmale, Elemente, Komponenten, Zahlen und /oder Schritte spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein von anderen nicht gezeigten Merkmalen, Elementen, Komponenten, Gruppen, Zahlen und / oder Schritten ausschließen. Dieses Konzept findet auch bei Worten anklang, die eine ähnliche Bedeutung haben, wie die Begriffe „beinhalten“ „haben“ und ihre Ableitungen. Außerdem können die Begriffe „Teil“, „Abschnitt“, „Bereich“ „Element“, oder „Bestandteil“ außer es wird anders angegeben, die doppelte Bedeutung eines einzelnen Teils oder einer Mehrzahl von Teilen sein, wenn sie im Singular benutzt werden.
Wie bisher benutzt beziehen sich die folgenden Richtungsbegriffe „Rahmen zugewandte Seite“, „Rahmen nicht zugewandte Seite“, „vorwärts“, „rückwärts“ „vorne“, „hinten“ „oben“ „unten“ „darüber“ „darunter“ „nach oben“ „nach unten“, „oben“, „unten“, „weiter“, „vertikal“, „horizontal“, „senkrecht“ und „quer“ sowie jeder andere ähnliche Richtungsbegriff auf die Richtungen eines Fahrrads in einer aufrechten fahrenden Position und ausgestattet mit der Fahrradnabe. Dem entsprechend sollen diese Richtungsbegriffe wie sie benutzt werden die Fahrradnabe zu beschreiben, in Bezug auf ein Fahrrad in einer aufrechten fahrenden Position auf einer horizontalen Oberfläche, das mit der Fahrradnabe ausgestattet ist, interpretiert werden. Die Begriffe „links“, und „rechts“ werden benutzt „rechts“ anzuzeigen, einen Bezug auf die rechte Seite von hinten auf das Fahrrad gesehen, genommen wird, und „links“, einen Bezug auf die linke Seite von hinten auf das Fahrrad genommen wird.
Es ist auch verständlich, dass obwohl die Begriffe „Erster“, und „Zweiter“, hier benutzt werden verschiedene Komponenten zu beschreiben, sollen diese Komponenten nicht durch diese Begriffe begrenzt werden. Diese Begriffe werden nur benutzt um die Komponenten voneinander zu unterscheiden. Somit könnte zum Beispiel eine oben beschriebene erste Komponente als eine zweite Komponente bezeichnet werden und vice versa, ohne von der Lehre der abweichenden Erfindung abzuweichen. Der Begriff „befestigt“ oder „befestigen“ wie bisher genutzt umfasst Konfigurationen in welchen ein Element direkt mit einem anderen Element durch das Anbringen des Elements an dem anderen Element befestigt wird; Konfigurationen in welchen das Element indirekt mit dem anderen Element durch Anbringen des Elements an ein Zwischenelement / Zwischenelemente, die wiederrum an dem anderen Element befestigt sind; Und Konfigurationen in welchen ein Element integral mit dem anderen Element, d.h. ein Element ist im Wesentlichen Teil des anderen Elements. Ihre Definition findet auch Anwendung bei Worten mit ähnlicher Bedeutung, z.B. „angeschlossen“, „verbunden“ „gekoppelt“, „montiert“, „zusammengefügt“, „fixiert“ und ihre Ableitungen. Letztlich bedeuten Gradbegriffe wie, „im Wesentlichen“, „ungefähr“, und „etwa“ wie sie oben benutzt werden eine angemessene Menge an Abweichung von dem modifizierten Begriff, sodass das Endergebnis sich nicht im Wesentlichen ändert.
Während nur ausgewählte Ausführungsformen ausgewählt wurden, um die vorliegende Erfindung zu zeigen, ist es aus dieser Offenlegung für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Verifikationen gemacht werden können ohne von dem Kern der Erfindung wie in den angehängten Ansprüchen festgelegt, abzuweichen, z. B sofern nicht besonders anders angegeben, kann die Größe, Form, Ort oder Ausrichtung der verschiedenen Komponenten wie gebraucht und /oder gewünscht geändert werden, solang die Änderungen im Wesentlichen nicht ihre bestimmte Funktion beeinträchtigen. Sofern nicht speziell anders angegeben, können Komponenten die direkt verbunden gezeigt oder einander kontaktieren, Mittel Strukturen haben, die zwischen Ihnen angeordnet sind, solange die Änderungen im Wesentlichen nicht ihre bestimmte Funktionen beeinträchtigen. Die Funktionen eines Elements können von zweien ausgeführt werden, und vice versa sofern nicht speziell anders angegeben. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform können in anderen Ausführungsformen übernommen werden. Es ist nicht nötig, dass alle Vorteile in einer bestimmten Ausdrucksform zur gleichen Zeit vorliegen. Jedes Merkmal, dass einzigartig in Bezug auf den Stand der Technik ist, alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen, soll als eine separate Beschreibung der weiteren Erfindungen des Antragsstellers angesehen werden, einschließlich der Aufbau und /oder funktionale Konzepte, die durch solche Merkmale verkörpert werden. Somit sind die vorhergehenden Beschreibungen der Ausführungsformen entsprechend der vorliegenden Erfindung, nur zur Veranschaulichung vorgesehen, und haben nicht die Aufgabe die Erfindung wie sie durch die nachstehenden Ansprüche und ihre Äquivalenten festgelegt sind, zu limitieren.

Claims

Fahrradnabe (10) umfassend: eine Nabenwelle (14), die eine Drehachse (A) festlegt; ein zum Drehen um die Drehachse (A) drehbar an der Nabenwelle (14) montiertes Nabengehäuse (16); ein zum Drehen um die Drehachse (A) drehbar an der Nabenwelle (14) montierter Zahnradlagerkörper (30), wobei der Zahnradlagerköper (30) eine äußere Umfangsfläche (42) mit einer ersten schraubenförmigen Keilverzahnung (44) hat; ein erstes Sperrelement (31), das zumindest einen ersten Sperrzahn (52) und eine zweite schraubenförmige Keilverzahnung (54) hat, die mit der ersten schraubenförmigen Keilverzahnung (44) zusammenpasst; ein zweites Sperrelement (32), das zumindest einen zweiten Sperrzahn (62), der mit dem zumindest einen ersten Sperrzahn (52) zusammenpasst und einen Nabengehäuseeingriffsbereich (64) hat, der mit dem Nabengehäuse (16) in Eingriff ist; wobei die äußere Umfangsfläche (42) des Zahnradlagerkörpers (30) einen Führungsbereich (46) hat, der ausgebildet ist, das erste Sperrelement (31) beim Fahren im Leerlauf auf das Nabengehäuse (16) zuzuführen.
Fahrradnabe (10) nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine erste Sperrzahn (52) auf einer axial zugewandten Fläche des ersten Sperrelements (31) angeordnet ist und der zumindest eine zweite Sperrzahn (62) auf einer axial zugewandten Fläche des zweiten Sperrelements (32) angeordnet ist, die der axial zugewandten Fläche des ersten Sperrelements (31) zugewandt ist.
Fahrradnabe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Sperrelement (31) beweglich in einer axialen Richtung in Bezug auf den Zahnradlagerkörper (30) über die zweite schraubenförmige Keilverzahnung (54) montiert ist, die in die erste schraubenförmige Keilverzahnung (44) greift, während es von einer ersten von dem Zahnradlagerkörper (30) angelegten Schubkraft angetrieben ist.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zumindest eine zweite Sperrzahn (62) mit dem zumindest einen ersten Sperrzahn (52) zum Übertragen eines Drehmoments von dem Zahnradlagerkörper (30) zu dem Nabengehäuse (16) zusammenpasst.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Führungsbereich (46) ausgebildet ist, einen verzahnten Eingriff zwischen dem zumindest einen ersten Sperrzahn (52) und dem zumindest einen zweiten Sperrzahn (62) während des Fahrens im Freilauf zu lösen.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich der Führungsbereich (46) zumindest in einer Umfangsrichtung in Bezug auf den Zahnradlagerkörper (30) erstreckt.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite Sperrelement (32) ein Drehmoment, das von dem ersten Sperrelement (31) ausgeübt wird, über den Nabengehäuseeingriffsbereich (64) zu dem Nabengehäuse (16) überträgt.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eines der Elemente Nabengehäuseeingriffsbereich (64) und Nabengehäuse (16) zumindest einen sich radial erstreckenden Vorsprung beinhaltet, und das entsprechend andere Element zumindest eine Aussparung beinhaltet, die mit dem zumindest einen Vorsprung in Eingriff ist.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: ein Vorspannelement (34), das zwischen dem Nabengehäuse (16) und dem ersten Sperrelement (31) angeordnet ist, wobei das Vorspannelement (34) das erste Sperrelement (31) in einer Axialrichtung in Richtung des zweiten Sperrelements (32) vorspannt.
Fahrradnabe (10) nach Anspruch 9, wobei das Vorspannelement (34) ausgebildet ist, sich mit dem Nabengehäuse (16) zu drehen, und das erste Sperrelement (31) den Führungsbereich (46) kontaktiert und sich von dem zweiten Sperrelement (32) durch eine zweite Schubkraft löst, die von einem Reibmoment zwischen dem Vorspannelement (34) und dem ersten Sperrelement (31) während des Fahrens im Freilauf verursacht wird.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: ein Abdeckelement (36), das einen ringförmigen Spalt zwischen dem Zahnradlagerkörper (30) und dem Nabengehäuse (16) abdeckt.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: zumindest eine Lageranordnung (26), die den Zahnradlagerkörper (30) drehbar auf der Nabenwelle (14) lagert.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend: zumindest eine Lageranordnung (26), die das Nabengehäuse (16) drehbar auf der Nabenwelle (14) lagert.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der zumindest eine erste Sperrzahn (52) eine Mehrzahl von ersten Sperrzähnen beinhaltet, und der zumindest eine zweite Sperrzahn (62) eine Mehrzahl von zweiten Sperrzähnen beinhaltet.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Zahnradlagerkörper (30) eine Mehrzahl von zusätzlichen schraubenförmigen Keilverzahnungen (58) auf der äußeren Umfangsfläche (42) beinhaltet und das erste Sperrelement (31) eine Mehrzahl von zusätzlichen schraubenförmigen Keilverzahnungen (58) beinhaltet, die in verzahntem Eingriff mit den zusätzlichen schraubenförmigen Keilverzahnungen (58) des Zahnradlagerkörpers (30) sind.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das erste (31) und zweite Sperrelement (32) ringförmige Elemente sind.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Zahnradlagerkörper (30) eine Begrenzung (50) beinhaltet, die das zweite Sperrelement (32) derart begrenzt, dass eine axiale Bewegung des zweiten Sperrelements (32) weg von dem Nabengehäuse (16) eingeschränkt wird, das erste Sperrelement (31) auf einer axialen Seite des zweiten Sperrelements (32) angeordnet ist, die der Begrenzung (50) des Zahnradlagerkörpers (30) entgegengesetzt ist.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner umfassend: ein Vorspannelement (34), das zwischen dem Nabengehäuse (16) und dem ersten Sperrelement (31) angeordnet ist, wobei das Vorspannelement (34) das erste Sperrelement (31) in einer Axialrichtung in Richtung des zweiten Sperrelements (32) vorspannt.
Fahrradnabe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Nabengehäuse (16) einen Innenraum (35) beinhaltet, die äußere Umfangsfläche (42) des Zahnradlagerkörpers (30) das erste (31) und das zweite Sperrelement (32) lagert, und jedes der Elemente Sperrlagerkörper, Vorspannelement (34) und erstes (31) und zweites Sperrelement (32) zumindest teilweise in dem Innenraum (35) des Nabengehäuses (16) angeordnet sind.
Fahrradnabe (10) nach Anspruch 19, ferner umfassend ein Abdeckelement (36), das den Innenraum (35) zwischen dem Zahnradlagerkörper (30) und dem Nabengehäuse (16) abdeckt.