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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrradnabe, welche sich längs einer eine axiale Richtung definierenden Nabendrehachse erstreckt, mit einer sich längs der Nabendrehachse erstreckenden Innenstruktur und mit einer Außenstruktur, welche mittels einer Drehlageranordnung relativ zur Innenstruktur um die Nabendrehachse drehbar an der Innenstruktur gelagert ist, wobei die Außenstruktur in einem axialen Endbereich aufweist:
- – eine Einspeichungsformation, welche zur zugfesten Anbringung von Radspeichen ausgebildet ist und welche an einem radial weiter von der Nabendrehachse entfernt gelegenen Einspeichungsaxialabschnitt der Außenstruktur vorgesehen ist, und
- – eine radial näher an der Nabendrehachse gelegene, axial auskragende Schulterformation zur Abstützung der Außenstruktur an einem Außenstruktur-Stützbauteil der Drehlageranordnung,
wobei ein axialer Endbereich der Außenstruktur radial außen die Schulterformation unter Bildung eines Radialspalts zwischen Außenstruktur und Schulterformation umgibt, welcher Radialspalt durch eine in radialer Richtung verlaufende, die Außenstruktur und die Schulterformation miteinander verbindende Verbindungsstruktur überbrückt ist.
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Eine derartige gattungsgemäße Fahrradnabe ist beispielsweise bekannt aus der
US 6,409,278 B1 , insbesondere aus deren
3 und
10. Die Schulterformation kragt dabei in längs der Nabendrehachse an einem axialen Endbereich der Außenstruktur in dieselbe axiale Richtung aus wie die Einspeichungsformation, nämlich in Richtung von dem jeweils anderen axialen Endbereich der Außenstruktur weg.
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Bei dieser bekannten Fahrradnabe, die einen gängigen Typ von Fahrradnaben darstellt, kommt es zu einer unvorteilhaften Wechselwirkung zwischen einer unvermeidlichen Zug- bzw. Biegebelastung des Einspeichungsaxialabschnitts aufgrund der daran zugfest verankerten Radspeichen und der mit dem Einspeichungsaxialabschnitt über die Verbindungsstruktur körperlich gekoppelten Schulterformation.
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Die Radspeichen verbinden den Einspeichungsaxialabschnitt einer Fahrradnabe mit der die Fahrradnabe möglichst konzentrisch umgebenden Radfelge. Die Radspeichen können dabei – wie etwa bei Vorderradnaben – nur in radialer Richtung verlaufen oder bezüglich einer von der Nabendrehachse ausgehenden radialen Richtung nur geringfügig geneigt sein, oder die Radspeichen können – wie etwa bei Hinterradnaben – von der idealen radialen Richtung relativ stark abweichen, um möglichst effektiv Drehmoment von der Nabe zur Felge übertragen zu können.
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Unabhängig von der tatsächlichen Neigung der Radspeichen bezüglich der idealen radialen Richtung üben die Radspeichen stets eine radiale Zugbelastung auf ihren Verankerungsort an der Einspeichungsformation aus. Die Folge ist, dass die Einspeichungsformation aufgrund ihrer materialimmanenten Elastizität unter der Wirkung der radialen Zugbelastung durch die Radspeichen bezogen auf den unbelasteten Zustand der Einspeichungsformation aufgeweitet wird. Diese Aufweitung wird durch die Verbindungsstruktur auf die Schulterformation übertragen, die aufgrund ihrer Auskrag-Richtung vom jeweils anderen axialen Endbereich der Fahrradnabe weg ebenfalls aufgeweitet wird. Durch diese Aufweitung der Schulterformation kann der Sitz des Außenstruktur-Stützbauteils der Drehlageranordnung, also in der Regel des Außenrings eines Wälzlagers, an der Außenstruktur und damit dessen Abstützung beeinträchtigt werden, was die Gebrauchsfähigkeit einer Fahrradnabe unerwünschterweise herabsetzen und/oder die Lebensdauer einer Fahrradnabe unerwünschterweise verkürzen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine gattungsgemäße Fahrradnabe derart weiterzubilden, dass ihre Gebrauchsfähigkeit oder/und ihre Lebensdauer unter der für eine Fahrradnabe typischen Belastung gerade durch die Einspeichung nicht oder zumindest weniger als im Stand der Technik beeinträchtigt werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Fahrradnabe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schulterformation des einen axialen Endbereichs der Außenstruktur von der Verbindungsstruktur in axialer Richtung zum entgegengesetzten axialen Endbereich hin vorsteht.
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Somit kragt die Schulterformation, verglichen mit dem gattungsgemäßen Stand der Technik, ausgehend von der Verbindungsstruktur in genau entgegengesetzter axialer Richtung aus. Dadurch werden die zwischen der Einspeichungsformation, als Ort der Lasteinleitung, und der Schulterformation wirkenden Hebelverhältnisse entscheidend verändert. Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Einspeichungsformation, der Verbindungsstruktur und der Schulterformation kann erreicht werden, dass die Schulterformation sich im Bereich der aufgrund des Speichenzugs zu erwartenden unvermeidlichen Verformungen der Einspeichungsformation wenigstens einen neutralen, sich also im Wesentlichen nicht oder nur in vernachlässigbarem Umfang verformenden Axialabschnitt aufweist. In diesem neutralen Axialabschnitt kann vorteilhafterweise das Außenstruktur-Stützbauteil der Drehlageranordnung, also wiederum in der Regel ein Außenring eines Wälzlagers, angeordnet werden. Der von den Radspeichen auf die Außenstruktur ausgeübte radiale Zug hat dann auf jenen Teil der Schulterformation, an dem sich das Außenstruktur-Stützbauteil der Drehlagerung abstützt, keinen oder lediglich einen vernachlässigbaren Einfluss.
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Ebenfalls kann mit der Hebelwirkung durch Einstellung entsprechender Hebelverhältnisse, also durch entsprechende konstruktive Ausgestaltung von Einspeichungsformation, Verbindungsstruktur und Schulterformation, sogar bewirkt werden, dass sich die Schulterformation unter dem Einfluss des Speichenzugs auf die Einspeichungsformation längs ihres Umfangs um die Nabendrehachse verjüngt, sodass der Sitz des Außenstruktur-Stützbauteils an der Außenstruktur sogar mit höherer Verbindungsfestigkeit bereitgestellt werden kann als bisher im Stand der Technik.
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Zur Aussteifung der Schulterformation kann diese an ihrem der Verbindungsstruktur fernliegenden Längsende einen nach radial innen weisenden Absatz aufweisen, an dem axial auch das Außenstruktur-Stützbauteil axial anliegen kann.
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Grundsätzlich kann die Verbindungsstruktur eine beliebige Gestalt aufweisen, um den Radialspalt zwischen dem Einspeichungsaxialabschnitt und der Schulterformation zu überbrücken. Die Verbindungsstruktur kann bezüglich einer zur Nabendrehachse orthogonalen Bezugsebene geneigt bzw. konisch ausgebildet sein. Die Verbindungsstruktur kann zur Gewichtseinsparung in Umfangsrichtung Unterbrechungen aufweisen, also selbst wieder eine speichenartige Struktur aufweisen. Aus Gründen einer möglichst homogenen Kraft- und Spannungsverteilung bei gleichzeitig geringem Gesamtgewicht ist die Verbindungsstruktur bevorzugt eine um die Nabendrehachse umlaufende Scheibenformation. Da der Radialspalt zwischen Einspeichungsaxialabschnitt und Schulterformation eine erwünschte Elastizität der Schulterformation bereitzustellen hilft, kann sich die bevorzugt scheibenartig ausgebildete Verbindungsstruktur mit ihrer Scheibenfläche überwiegend oder ausschließlich in radialer Richtung erstrecken. Hierdurch kann die Verbindungsstruktur kurz und somit mit einer gewissen Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit um eine zur Nabendrehachse orthogonale Biegeachse, ausgebildet werden.
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Dabei kann ein vorteilhaft großer axialer Abstand zwischen Drehlagern der Drehlageranordnung und damit eine vorteilhaft hohe Lagersteifigkeit erreicht werden, wenn eine in axialer Richtung vom entgegengesetzten axialen Endbereich der Fahrradnabe weg weisende Außenfläche der Verbindungsstruktur einen Teil einer Stirnfläche der Außenstruktur bildet.
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Um eine ausreichende Lagerabstützung des Außenstruktur-Stützbauteils der Drehlagerung bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn sich der Radialspalt zwischen dem Einspeichungsaxialabschnitt und der Schulterformation in axialer Richtung wenigstens über den Bereich der Axialerstreckung des Außenstruktur-Stützbauteils erstreckt. Die axiale Länge des Radialspalts, der schließlich durch die axial von der Verbindungsstruktur auskragende Schulterformation und den sie außen umgebenden Axialabschnitt der Außenstruktur gebildet ist, ist ein Maß für die elastische Verformbarkeit des Widerlagers für das Außenstruktur-Stützbauteil eines Drehlagers der Drehlageranordnung. Darüber hinaus bestimmt die axiale Länge des Radialspalts und damit die axiale auskragende Länge der Schulterformation maßgeblich die Hebelwirkung, die die zugbelastete Einspeichungsformation auf die Schulterformation hat. Daher kann es gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft sein, wenn sich der Radialspalt über den Bereich der gesamten Axialerstreckung eines das Außenstruktur-Stützbauteil aufweisenden und dem einen axialen Endbereich der Außenstruktur zugeordneten Drehlagers der Drehlageranordnung erstreckt. Dabei kann die Schulterformation sogar axial länger ausgebildet sein als die axiale Abmessung des dem axialen Endbereich der Außenstruktur zugeordneten Drehlagers, das an ihr abgestützt ist. Daher kann sich die Schulterformation zur Ausnutzung der sich durch ihre auskragende Konstruktion ergebenden Elastizität besonders bevorzugt in axialer Richtung vom entgegengesetzten axialen Endbereich weg über den Bereich der Axialerstreckung des dem einen Endbereich zugeordneten Drehlagers hinaus erstrecken. In diesem Falle erstreckt sich also ein Axialabschnitt der Schulterformation zwischen der Verbindungsstruktur und dem an der Schulterformation abgestützten Drehlager.
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Da jede Fahrradkomponente bewegte Masse ist, ist die Reduzierung von Masse bzw. Gewicht des Fahrrads und seiner Komponenten stets wünschenswert. Da die Außenstruktur die Innenstruktur radial außen umgibt, weist die Außenstruktur vorteilhafterweise einen rohrförmigen Abschnitt auf. Dieser erstreckt sich von dem Einspeichungsaxialabschnitt in Richtung zum entgegengesetzten Endbereich der Außenstruktur hin. Zur Reduzierung von Gewicht und Masse der hier diskutierten Fahrradnabe kann dabei vorgesehen sein, dass die Materialstärke des rohrförmigen Abschnitts in einem zwischen der Einspeichungsformation und dem entgegengesetzten Endbereich gelegenen Abschnitt der Außenstruktur an einem axial weiter von der Einspeichungsformation entfernten Ort kleiner ist als in einem axial näher bei der Einspeichungsformation gelegenen Ort. Dies entspricht außerdem einer belastungsgerechten Bemessung der Materialstärke, da die größten auf die Außenstruktur einwirkenden Belastungen im Bereich der Einspeichungsformation auftreten, wo die Radspeichen verankert sind.
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Grundsätzlich kann die Materialstärke in axialer Richtung von der Einspeichungsformation des einen axialen Endbereichs der Fahrradnabe zum entgegengesetzten axialen Endbereich hin in Stufen kleiner werden, wenngleich dies aufgrund der mit Stufen üblicherweise verbundenen Kerbwirkung und deren nachteiliger Auswirkung auf die Bauteilbelastung nicht bevorzugt ist. Daher nimmt die Materialstärke wenigstens in einem Axialabschnitt der Außenstruktur in axialer Richtung von der Einspeichungsformation weg kontinuierlich ab. Vorzugsweise nimmt die Materialstärke der Außenstruktur von der Einspeichungsformation bis zur Axialmitte der Außenstruktur kontinuierlich ab.
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Beispielsweise kann die Schulterformation, welche einen zylindrischen Axialabschnitt aufweisen kann, mit einer Materialdicke von etwa 1 bis 1,5 mm ausgebildet sein, um die gewünschte Elastizität bereitzustellen. Vorteilhafterweise ist der zylindrische Axialabschnitt der Schulterformation mit einer konstanten Materialdicke sowohl in Umfangsrichtung wie auch in axialer Richtung ausgebildet. Die Abstützung des Außenstruktur-Stützbauteils der Drehlageranordnung erfolgt dann vorzugsweise auch in diesem zylindrischen Axialabschnitt der Schulterformation.
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Die lichte radiale Weite des Radialspalts zwischen Schulterformation und Innenseite des Einspeichungsaxialabschnitts kann dann 2 bis 4 mm betragen.
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Die Außenstruktur kann im Bereich der Einspeichungsformation dicker als die Schulterformation ausgebildet sein, um die von den Radspeichen ausgehende radiale Zugbelastung aufnehmen zu können. Im Bereich der Speichenverankerung kann die Einspeichungsformation eine Materialdicke von etwa dem 3- bis 5-fachen der Materialdicke der Schulterformation aufweisen – stets bezogen auf den oben genannten zylindrischen Axialabschnitt der Schulterformation. Im Bereich der axialen Längsmitte der Außenstruktur kann diese sogar dünner als der zylindrische Axialabschnitt der Schulterformation sein, zumindest braucht diese dort nicht dicker zu sein. So kann im Bereich der axialen Längsmitte der Fahrradnabe die Außenstruktur eine Materialdicke von 1 mm oder weniger aufweisen.
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In Versuchen hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, einen das Außenstruktur-Stützbauteil der Drehlageranordnung, also in der Regel einen Außenring eines Wälzlagers, unmittelbar abstützenden Abschnitt der Schulterformation mit einer ähnlichen Steifigkeit auszurüsten, wie sie auch das Außenstruktur-Stützbauteil zeigt. Dabei ist vor allem eine Steifigkeit gegenüber einer Durchmesseränderung bei einer lokal auftretenden, radial auf die Schulterformation bzw. auf das Außenstruktur-Stützbauteil einwirkenden Last von Interesse. Zum Vergleich der Steifigkeit von Schulterformation einerseits und Außenstruktur-Stützbauteil andererseits sind selbstverständlich Schulterformation und Außenstruktur-Stützbauteil nach Art, Betrag und Richtung der gleichen äußeren Belastung auszusetzen, um die durch sie hervorgerufenen Verformungen zu vergleichen.
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Die oben angegebenen Materialstärken gelten für eine aus Aluminium ausgebildete Außenstruktur, wobei bevorzugt Al7075 T6 als Legierung verwendet werden kann.
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Die Außenstruktur kann aus mehreren Teilen gebaut sein oder kann einstückig ausgebildet sein. Aus Gründen erhöhter Festigkeit und möglichst geringen Gewichts ist die einstückige Ausbildung der Außenstruktur bevorzugt. Eine einstückige Außenstruktur kann durch spanende Bearbeitung eines rohrförmigen einstückigen Rohlings erzeugt werden. Unter Umständen ist zur Erzeugung des oben genannten Radialspalts zwischen Schulterformation und Innenseite des Einspeichungsaxialabschnitts ein schlanker Einstechmeißel notwendig. Grundsätzlich steht einer Fertigung eines einstückigen Außenstrukturbauteils der vorliegend diskutierten Fahrradnabe nichts im Wege.
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Fertigungstechnisch einfach und daher vorteilhaft kann eine zur Nabendrehachse hinweisende Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts der Außenstruktur zylindrisch ausgebildet sein, wobei dann die Nabendrehachse die Zylinderachse des rohrförmigen Abschnitts bildet. Auf diese Art und Weise kann die Innenfläche der Außenstruktur im Wesentlichen parallel zur Außenfläche der Innenstruktur, also etwa der Nabenachse, angeordnet sein, die in der Regel über weite Axialerstreckungsbereiche zylindrisch ausgebildet ist.
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Zur Unterscheidung ist die virtuelle Achse der erfindungsgemäßen Fahrradnabe als "Nabendrehachse" bezeichnet. Dabei handelt es sich also lediglich um ein mathematisch-technisches theoretisches Gebilde, während die Innenstruktur in ihrer Eigenschaft als mechanische körperliche Achse zur drehbaren Befestigung eines Rades auch als "Nabenachse" bezeichnet ist.
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Zur einfachen, schnellen, aber auch sicheren Verankerung von Speichen an der Einspeichungsformation kann letztgenannte in Umfangsrichtung um die Nabendrehachse mit Abstand voneinander angeordnete Speichenaufnahmelöcher aufweisen, welche zur Durchsetzung durch eine Speiche ausgebildet sind. Die Speichenaufnahmelöcher können an radial von dem rohrförmigen Abschnitt der Außenstruktur auskragenden Vorsprüngen ausgebildet sein, was den Vorteil hat, dass die rohrförmige Außenstruktur durch die Speichenverankerung weitestgehend ungestört bleiben kann.
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Eine in radialer Richtung wenig ausladende Fahrradnabe kann jedoch dadurch erhalten werden, dass die Speichenaufnahmelöcher den rohrförmigen Abschnitt der Außenstruktur radial durchsetzen. "Radial durchsetzen" soll dabei übrigens nicht als strenge Richtungsangabe verstanden werden, sondern soll lediglich anzeigen, dass ein Loch von der radial inneren Seite der Außenstruktur bis zur radial äußeren Seite der Außenstruktur reicht.
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Wie oben bereits dargelegt wurde, gestattet die erfindungsgemäße Konstruktion der Fahrradnabe mit der im Wesentlichen in radialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsstruktur und mit einer von dieser axial zum entgegengesetzten axialen Endbereich der Fahrradnabe hin auskragenden Schulterformation einen großen axialen Abstand von mehreren die Drehlageranordnung bildenden Drehlagern. Die Schulterformation kann sogar unmittelbar am axialen Längsende der Außenstruktur der Fahrradnabe beginnend zum jeweils entgegengesetzten axialen Endbereich hin auskragen. Zur erleichterten Befestigung von Radspeichen am Einspeichungsabschnitt, insbesondere dann, wenn die Speichenaufnahmelöcher den rohrförmigen Abschnitt der Außenstruktur radial durchsetzen, kann auch die Schulterformation von Speichenaufnahmelöchern durchsetzt sein.
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In diesem Fall ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn, wie oben bereits dargelegt wurde, der das Außenstruktur-Stützbauteil abstützende Axialabschnitt der Schulterformation axial von der Verbindungsstruktur entfernt gelegen ist, sodass in dem axialen Abstandsbereich zwischen Verbindungsstruktur und Außenstruktur-Stützbauteil Raum für die Ausbildung von Speichenaufnahmelöchern auch in der Schulterformation vorgesehen ist.
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Zur weiteren Gewichtseinsparung kann an der Fahrradnabe Material dort weggenommen sein, wo es aus Festigkeitsgründen nicht gebraucht wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung zwischen zwei Speichenaufnahmelöchern die Materialstärke der Außenstruktur geringer ist als im Bereich der Speichenaufnahmelöcher. Dies kann sowohl die Ausgestaltung der Fahrradnabe mit von der Außenstruktur radial auskragenden Vorsprüngen, in denen die Speichenaufnahmelöcher ausgebildet sind, betreffen, wie die Ausgestaltung der Fahrradnabe mit den rohrförmigen Abschnitt der Außenstruktur radial durchsetzenden Speichenaufnahmelöchern.
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Weiter kann Gewicht der Fahrradnabe dadurch verringert werden, dass die Stirnfläche der Außenstruktur in Umfangsrichtung zwischen zwei Speichenaufnahmelöchern je eine Ausnehmung aufweist. Die Ausnehmung kann beispielsweise als axiale muldenartige Vertiefung ausgebildet sein.
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Insbesondere dann, wenn der rohrförmige Abschnitt der Außenstruktur, genauer: des Einspeichungsaxialabschnitts, oder/und wenn die Schulterformation radial von Speichenaufnahmelöchern durchsetzt ist, ist es vorteilhaft, in dem Radialspalt zwischen dem Einspeichungsaxialabschnitt und der Schulterformation eine Dichtungsanordnung vorzusehen, um den mit Speichenaufnahmelöchern durchsetzten Abschnitt der Außenstruktur von einem axial benachbarten Abschnitt, insbesondere von einem näher bei der Axialmitte der Fahrradnabe gelegenen Innenbereich der Fahrradnabe, dichtend zu trennen. In einfacher und daher vorteilhafter Weise kann in den Radialspalt zwischen Einspeichungsaxialabschnitt und Schulterformation ein O-Ring als Dichtungsanordnung eingelegt sein. Alternativ oder zusätzlich kann daran gedacht sein, den Radialspalt wenigstens teilweise mit Dichtungsmasse zu füllen, etwa mit pastöser Silikon- oder Acryl-Dichtmasse, die dann im Radialspalt ausgehärtet.
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Die vorliegend diskutierte Fahrradnabe kann weitere Funktionselemente tragen. Hierzu kann der Einspeichungsaxialabschnitt eine Anbringungsformation zur Anordnung eines weiteren Funktionsbauteils aufweisen. Als Funktionsbauteile sind beispielsweise Bremsscheiben denkbar, falls eine Bremskrafteinleitung in den Felgenbereich eines die erfindungsgemäße Fahrradnabe tragenden Rades nicht erwünscht ist. Ebenso kann die vorliegend diskutierte Fahrradnabe eine Hinterrad-Fahrradnabe sein, sodass die Anbringungsformation zur Anbringung einer Ritzelaufnahme ausgebildet sein kann, an welcher eine Ritzelkassette montierbar ist. Als weiteres Funktionsbauteil ist ein Drehbewegungs-Erfassungsmuster vorstellbar, welches zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des jeweiligen Fahrrads dient. Damit die Anbringungsformation und das daran montierte Funktionsbauteil für mit dem Funktionsbauteil zusammenwirkende Komponenten auch während einer Rollbewegung des mit der vorliegend diskutierten Fahrradnabe ausgerüsteten Rades zugänglich sind, ist die axial näher an der Anbringungsformation gelegene Einspeichungsformation bevorzugt axial zwischen der Anbringungsformation und einer am entgegengesetzten Endbereich der Außenstruktur vorgesehenen weiteren Einspeichungsformation gelegen.
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Falls eine Anbringungsformation als Teil des Einspeichungsaxialabschnitts an der Außenstruktur vorgesehen ist, kann zur Bereitstellung der oben bereits beschriebenen erwünschten Elastizität der Schulterformation gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass sich die Axialerstreckungsbereiche der Anbringungsformation und der Schulterformation überlappen. Wiederum ist es für die Erzielung eines möglichst großen axialen Lagerabstands zwischen Drehlagern der Drehlageranordnung vorteilhaft, wenn sich die Anbringungsformation und die Schulterformation ausgehend von einer Stirnseite der Außenstruktur zum entgegengesetzten Endbereich der Außenstruktur hin erstrecken.
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Grundsätzlich ist denkbar, dass nur ein axialer Endbereich einer Fahrradnabe in der oben beschriebenen Weise ausgestaltet ist. Vorteilhaft sind jedoch beide axiale Endbereiche entsprechend der obigen Beschreibung ausgestaltet. Falls die erfindungsgemäße Fahrradnabe als Vorderradnabe eingesetzt wird, ist die Fahrradnabe vorzugsweise spiegelsymmetrisch bezüglich einer zur Nabendrehachse orthogonalen Spiegelsymmetrieebene ausgebildet.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 eine Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrradnabe,
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2 eine perspektivische Längsschnittansicht durch die Außenstruktur der Ausführungsform von 1,
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3 eine perspektivische Ansicht einer Außenstruktur einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrradnabe
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4 eine Längsschnittansicht durch die Außenstruktur der zweiten Ausführungsform von 3.
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In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrradnabe allgemein mit 10 bezeichnet. Diese Fahrradnabe 10 umfasst eine Außenstruktur 12 und eine üblicherweise als "Nabenachse" bezeichnete Innenstruktur 14. An ihren beiden axialen Längsenden weist die Fahrradnabe 10 je eine Endkappe 16 auf, mit welcher die Fahrradnabe 10 an einem in den Figuren nicht dargestellten Fahrradrahmen anordenbar ist. Üblicherweise ist die Fahrradnabe 10 im fertig am Fahrradrahmen angeordneten Zustand mittels den Endkappen 16 derart am Fahrradrahmen festgelegt, dass die Endkappen 16 und die Innenstruktur 14 relativ zum Fahrradrahmen unbeweglich sind, während die Außenstruktur 12 relativ zur Innenstruktur (und damit auch relativ zu den Endkappen 16 und zum nicht dargestellten Fahrradrahmen) um die Nabendrehachse NDA drehbar ist.
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Die Relativverdrehbarkeit der Außenstruktur 12 relativ zur Innenstruktur 14 wird durch eine Drehlageranordnung bewirkt, welche in dem dargestellten Beispiel – wie auch sonst üblich – zwei Wälzlager 18 und 20 umfasst. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei den Wälzlagern 18 und 20 um Kugellager 18 und 20.
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Die Fahrradnabe 10 der ersten Ausführungsform ist bevorzugt bezüglich einer zur Nabendrehachse NDA orthogonalen Symmetrieebene SE spiegelsymmetrisch aufgebaut, sodass auf einer Seite der Symmetrieebene SE in 1 vorgesehene Bezugszeichen auch spiegelbildlich für die jeweils andere Seite der Symmetrieebene SE gelten. Zur besseren Übersichtlichkeit werden Bezugszeichen in 1 auf beiden Seiten der Symmetrieebene SE verteilt angegeben, um den in der Figur vorhandenen Raum für die Unterbringung von Bezugszeichen möglichst gleichmäßig zu nutzen, um die größtmögliche Lesbarkeit der Figur zu erhalten.
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Ein Innenring der Wälzlager 18 und 20 ist auf einem entsprechenden zylindrischen Widerlager der Innenstruktur 14 angeordnet. Der Außenring der Wälzlager 18 und 20 ist jeweils an einer Schulterformation 24 der Außenstruktur 12 abgestützt. Die Außenringe der Wälzlager 18 und 20 (nur der Außenring 22 des Wälzlagers 18 ist in 1 mit einem Bezugszeichen versehen) bilden somit Außenstruktur-Stützbauteile der Drehlageranordnung im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Sofern nachfolgend die Fahrradnabe 10 nur anhand ihres in 1 linken axialen Längsendes beschrieben wird, gilt die abgegebene Beschreibung aufgrund der oben definierten Symmetriebedingung spiegelbildlich auch für das in 1 rechte axiale Längsende der Fahrradnabe 10.
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Der Innenring des Wälzlagers 18 ist zwischen einem umlaufenden Radialabsatz 19 der Innenstruktur 14 und der Endkappe 16 axial festgelegt.
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An ihren axialen Längsendbereichen weist die Außenstruktur 12 eine Einspeichungsformation 28 auf, welche als Teil des radial weiter außen gelegenen Einspeichungsaxialabschnitts EA von der radial weiter innen gelegenen Schulterformation 24 durch einen Radialspalt 30 getrennt ist.
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Der Radialspalt 30 zwischen dem Einspeichungsaxialabschnitt EA und der Schulterformation 24 ist durch eine Verbindungsstruktur 26 überbrückt, die im Wesentlichen in radialer Richtung verläuft und im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel scheibenförmig ausgebildet ist. Die Verbindungsstruktur 26 bildet im vorliegenden Beispiel sogar eine axial endseitige Stirnseite 31 der Außenstruktur 12.
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Axial an den Einspeichungsaxialabschnitt EA angrenzend weist die Außenstruktur 12 einen rohrförmigen Abschnitt R auf.
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Die Einspeichungsformation 28 ist zur formschlüssigen zugfesten Anbringung von nicht dargestellten Radspeichen mit Speichenaufnahmelöchern 32 und 34 ausgebildet. Die Speichenaufnahmelöcher 34, die auch die Schulterformation 24 durchsetzen können, weisen dabei einen größeren Durchmesser auf als die radial weiter außen gelegenen Speichenaufnahmelöcher 32, sodass die Speichenaufnahmelöcher 34 einen Speichenkopf aufnehmen können, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als das radial weiter außen gelegene Speichenaufnahmeloch 32. Der Speichenkopf, der in das Speichenaufnahmeloch 34 passt, passt nicht durch das Speichenaufnahmeloch 32, sodass die Radspeichen radial innen mit dem Speichenkopf formschlüssig an den Speichenaufnahmelöchern 32 und 34 radial zugfest verankert werden können. Die Speichenaufnahmelöcher 32 und 34 bilden einen radial zusammenhängenden, gestuften Durchgang.
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Im Gegensatz zu Fahrradnaben des Standes der Technik kragt im vorliegenden Beispiel die Schulterformation 24 von der Verbindungsstruktur 26 nach axial innen, also in Richtung zur Symmetrieebene SE bzw. in Richtung zum entgegengesetzten axialen Längsende der Fahrradnabe 10 hin aus. Durch diese Auskragrichtung werden im Zusammenwirken mit der von den Radspeichen auf die Außenstruktur 12 ausgeübten Zuglast vorteilhafte Hebelwirkungen erzielt.
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Im Beispiel von 1 erstreckt sich die Schulterformation 24 in axialer Richtung über die gesamte axiale Erstreckungslänge des Wälzlagers 18, wobei zur Erzielung besonders vorteilhafter Hebelverhältnisse zwischen dem axialen Erstreckungsbereich des Wälzlagers 18 und der Verbindungsstruktur 26 ein Abschnitt 24a der Schulterformation 24 verläuft, welcher ebenfalls von dem Einspeichungsaxialabschnitt EA durch den Radialspalt 30 getrennt ist.
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Durch die Radspeichen kommt es im Einspeichungsaxialabschnitt EA längs des gesamten Umfangs um die Nabendrehachse NDA zu einer Zugbelastung in Richtung von der Nabendrehachse weg, was im Einspeichungsaxialabschnitt EA eine den Außendurchmesser der Außenstruktur 12 im Einspeichungsaxialabschnitt EA vergrößernde Biegebelastung bewirkt.
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Bei der Konstruktion der Schulterformation 24 gemäß der vorliegenden Erfindung können die Hebelverhältnisse zwischen Einspeichungsaxialabschnitt EA, Verbindungsstruktur 26 und dem tatsächlich der Abstützung des Außenrings 22 des Drehlagers 18 dienenden Axialabschnitt 24b der Schulterformation 24 derart eingestellt werden, dass die speicheninduzierte Zugbelastung des Einspeichungsaxialabschnitts EA keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Durchmesser des abstützenden Axialabschnitts der Schulterformation 24 aufweist oder die Zugbelastung des Einspeichungsaxialabschnitts EA sogar tendenziell eher zu einer Verringerung des Durchmessers der Schulterformation 24 im relevanten, den Außenring 22 des Wälzlagers 18 abstützenden Abschnitt 24b führt, was den Sitz des Wälzlagers 18 an der Außenformation 24 noch erhöht.
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Zur Aussteifung der Schulterformation 24 kann diese an ihrem der Verbindungsstruktur 26 fernliegenden Längsende einen nach radial innen weisenden Absatz 36 aufweisen, an dem axial auch der Außenring 22 des Wälzlagers 18 anliegen kann.
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Um zu verhindern, dass durch die Speichenaufnahmelöcher 32 und 34 Feuchtigkeit ins Innere der Fahrradnabe 10 eindringen kann, kann im Radialspalt 30 eine Dichtungsanordnung 38 vorgesehen sein, im vorliegenden Beispiel etwa ein O-Ring.
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Zur Gewichtseinsparung kann an der Außenstruktur 12 Material dort abgenommen sein, wo es nicht gebraucht wird. Dies kann Bereiche in Umfangsrichtung zwischen zwei Speichenaufnahmelöchern 32 bzw. 34 betreffen. Dies kann außerdem eine belastungsgerechte Gestaltung der Außenstruktur betreffen, die in Abschnitten, wo größere Kräfte auftreten, also etwa im Bereich der Speichenaufnahmelöcher 32 und 34, radial dicker ausgebildet sein kann als in nahe der Axialmitte gelegenen Bereichen der Außenstruktur 12. Vorzugsweise nimmt die Dicke der Außenstruktur 12 von der Einspeichungsformation 28 zur Axialmitte der Fahrradnabe 10 hin kontinuierlich ab.
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In der Stirnseite 31, also in der Verbindungsstruktur 26, können in Umfangsrichtung zwischen zwei Speichenaufnahmelöchern 32 bzw. 34 gelegene Materialausnehmungsbereiche 40 vorgesehen sein. Im Einspeichungsaxialabschnitt EA können weitere Materialausnehmungsbereiche 42 in Umfangsrichtung zwischen zwei Speichenaufnahmelöchern 32 und 34 vorgesehen sein (siehe auch 2).
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Bevorzugt ist die Innenwandung 44 der Außenstruktur 12 zylindrisch ausgebildet mit der Nabendrehachse NDA als der Zylinderachse.
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In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrradnabe 110 dargestellt. Genauer zeigen die 3 und 4 lediglich die Außenstruktur 112 der Fahrradnabe 110. Die Innenstruktur und die Endkappen können identisch zur ersten Ausführungsform ausgestaltet sein.
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Nachfolgend wird die zweite Ausführungsform lediglich insoweit beschrieben werden, wie sie sich von der ersten Ausführungsform in den 1 und 2 unterscheidet, auf deren Beschreibung ansonsten auch zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform ausdrücklich verwiesen wird.
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Gleiche und funktionsgleiche Bauteile bzw. Bauteilabschnitte wie in der ersten Ausführungsform sind in den 3 und 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch erhöht um die Zahl 100.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist die zweite Ausführungsform der 3 und 4 für eine Anbringung von Radspeichen mit größerem Neigungswinkel bezüglich der von der Nabendrehachse NDA ausgehenden radialen Richtung als bei der ersten Ausführungsform ausgebildet, wie dies etwa bei drehmomentübertragenden Fahrradnaben am hinteren Laufrad der Fall sein kann. Hierzu sind die Einspeichungsformationen 128 als radiale Vorsprünge 150 ausgebildet.
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Während bei der ersten Ausführungsform die Außenstruktur 12 einschließlich der Schulterformation 24 von Speichenaufnahmelöchern 32 bzw. 34 durchsetzt sein kann, sind an der zweiten Ausführungsform lediglich die radialen Vorsprünge 150 von Speichenaufnahmelöchern 132 und 134 durchsetzt. Die Innenstruktur der Fahrradnabe 110 ist durch die Speichenaufnahmelöcher nicht erreichbar. Das Verankerungsprinzip der einzelnen Radspeichen mit einem Speichenkopf, welcher zwar in die durchmessergrößere Ausnehmung 134 passt, jedoch nicht durch die durchmesserkleinere Ausnehmung 132 passt, ist in der zweiten Ausführungsform das gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform weist die Fahrradnabe 110 der zweiten Ausführungsform an ihrem in 4 linken axialen Endbereich eine Anbringungsformation 152 auf. Diese ist Teil des in 4 linken Einspeichungsaxialabschnitts EA.
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Die Anbringungsformation 152 kann mehrere radiale Vorsprünge 154 aufweisen, welche vorzugsweise in Umfangsrichtung äquidistant um die Nabendrehachse NDA herum angeordnet sind. Wie in 3 gezeigt ist, können die einzelnen Vorsprünge 154 Befestigungslöcher aufweisen, um an der Anbringungsformation 152 ein Funktionsbauteil zu montieren. Das Funktionsbauteil kann beispielsweise eine Bremsscheibe sein oder kann eine Umfangsskalierung zur Drehzahlerfassung der Fahrradnabe 110 sein oder die Anbringungsformation 152 kann der Befestigung einer Ritzelkassette dienen.
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Die Anbringungsformation 152 erstreckt sich in axialer Richtung ausgehend von der Stirnseite 131 der Außenstruktur 112, zu deren Bildung auch die Verbindungsstruktur 126 beiträgt. Die Anbringungsformation 152 umgibt die Schulterformation 124 radial außen.
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In beiden Ausführungsformen umgibt der Einspeichungsaxialabschnitt EA die Schulterformation 24 bzw. 124 und ist von dieser radial durch den Radialspalt 30 bzw. 130 getrennt. In der ersten Ausführungsform überlappen sich die axialen Erstreckungsbereiche der Einspeichungsformation 28 und der Schulterformation 24 axial. In der zweiten Ausführungsform überlappen sich die axialen Erstreckungsbereiche der Anbringungsformation 152 und der Schulterformation 124 axial.
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An einer Fahrradnabe kann abweichend von den dargestellten Ausführungsformen auch nur ein axialer Längsendbereich erfindungsgemäß ausgebildet sein. Dies kann etwa dann der Fall sein, wenn an einem axialen Längsendbereich der Fahrradnabe kein Raum für eine nach axial innen auskragende Schulterformation vorhanden ist, etwa weil eine an der Fahrradnabe anzuordnende Ritzelkassette die Ausbildung einer nach axial innen auskragenden Schulterformation nicht ermöglicht.
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Vorzugsweise ist für die Schulterformation 24 und 124 eine Materialstärke gewählt, welche zu einer Steifigkeit des Bauteilabschnitts führt, die in der gleichen Größenordnung liegt wie die artgleiche Steifigkeit des jeweils an der Schulterformation 24 bzw. 124 abgestützten Außenrings des jeweiligen Drehlagers. Dabei ist vor allem die Steifigkeit des Bauteilabschnitts gegen eine Durchmesseränderung bei radialer Belastung längs des Umlaufs um die Nabendrehachse NDA von Interesse.
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Im Falle von Außenstrukturen 12 bzw. 112 aus Aluminium, bevorzugt aus Al7075 T6, kann die Schulterformation je nach Legierung und auskragender Länge eine Materialstärke von 1 mm bis 2 mm, vorzugsweise von 1 mm bis 1,5 mm, aufweisen. Der Radialspalt 30 bzw. 130, welcher die Schulterformation 24 bzw. 124 umgibt, misst vorzugsweise zwischen 2 bis 6 mm, besonders bevorzugt zwischen 2 bis 4 mm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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