DE19513764A1 - Schnellwechselachse für Radnabenlagerung einspuriger Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnellwechselachse, insbesondere für Radnabenlagerung von Rädern und Radschwingen einspuriger Fahrzeuge, wie Fahrräder, Motorräder, oder deren Beiwagen. Sie ist prinzipiell für die hochbelastbare Achsbefestigung bestimmt und besonders für die Radnabenlagerung in Teleskopgabeln Radlenkern und Rahmenauslegern, bzw. -Schwingen geeignet, die, zum Beispiel für den Radwechsel, ohne Werkzeug gelöst bzw. montiert werden kann.

Im Spannungsfeld des Umgangs mit maßefreien Größen allgenwärtiger Information, bei unaufhaltsamer Reduktion der Körperlichkeit der Mehrzahl unter Verkleidungen unsichtbar gewordenen mechanischen Konstruktionen einerseits, und dem Hang zur naturnahen Freizeitbetätigung andererseits, hat die postindustrielle Gesellschaft neben den sportlichen Varianten des eigentlichen Radfahrens, auch die Ästhetik des Designs und den konstruktionsbedingten Komfort des Fahrrades neu entdeckt.

Auf diesem Hintergrund kommt der perfekten Funktion und harmonischen Gestaltung jeder einzelnen Baugruppe des Sportgerätes Fahrrad, besonders der hochbelasteten, mit einem Handgriff für die schnelle und leichte Montage herausnehmbaren Achse, entsprechende Bedeutung zu.

Bei näherer Untersuchung der Einsatzbedingungen solcher Achsen stellt sich heraus, daß Fahrräder für sportliche Betätigung allgemein, und Achsen gefederter Radgabeln und -Schwingen im besonderen, zusätzliche Biege- und Scherkräfte aufnehmen müssen, die sich gerade an den Achsbefestigungsstellen, zum Beispiel am Vorderrad durch das federungsbedingte Einzelspiel jedes Feder­ beines, besonders bei der Teleskopgabel ergeben.

In Umkehrung der Ursachenfolge kommt dem feststehenden Lagerinnenteil der Radnabe und/oder der hindurchführenden Radnabenachse am Ende eines doppelarmigen gabelartigen Radlenkers eben auch die unersätzliche Stabilisierungsfunktion einer, die sonst freien Gabelenden fest miteinander verbindenden, Querstrebe zu.

Einleuchtend ist, daß diese gestiegene Lastübertragung an den Achsbefestigungspunkten bei deren Gestaltung im Widerspruch zur schnellen und leichtgängigen Montage/Demontage der Radachse stehen kann, wie die bislang bekannten Achslagerungslösungen dieser Art zeigen.

Als sicherheitsmäßig zweifelhaft, und bedienungsunfreundlich, erweist sich hier die traditionelle Aufnahme der Achsenden in U-förmigen offenen Ausnehmungen der Gabelenden, deren unpräzise, nicht richtig vollzogene formschlüssige radiale Umgreifung und Führung der Achsenden durch sehr hohe achsiale Klemmkräfte von Schraubmuttern an den Achsenden ergänzt werden muß, wodurch weder präzise Positionierung und zuverlässige Befestigung, noch leichte Montage der Radnabenachse gegeben sind.

Eine bedeutend bessere Lasteinleitung ergibt sich, wenn die Gabel- Rahmen- oder Schwingenenden des Fahrzeugs jeweils in einen voll ausgebildeten Achshalter übergehen , der zur Achsaufnahme eine präzise querliegende rohrartige Zylinderbohrung aufweist. Die Achse wird von der Zylinderbohrung des Achshalters einer Seite, durch den feststehenden Lagerinnenteil der auf ihm drehbar gelagerten Radnabe hindurch, in die Zylinderbohrung zur Achsaufnahme der anderen Seite der Gabel oder Schwinge, hindurchgesteckt. Sie weist in der Regel an einem Ende einen angeformten Anschlagkopf mit planer Zwischenringauflagefläche, und auf der gegenüberliegenden Seite ein Schraubgewinde mit Mutter auf, durch die die beiden Achshalter gegen den feststehenden Lagerinnenteil der Radnabe gepreßt werden. Die Schraubverbindung wird dabei nur durch die spannkraftbedingte Reibung gegen Aufdrehen gesichert. Ist die Passung zwischen Achse und Zylinderbohrung präzise, ergeben sich Schwierigkeiten beim Einschieben der Achse in die zweite Zylinderbohrung, wenn z. B. das einzelgefederte Federbein, bzw. seine Achshalterbohrung, mit der anderen nicht koaxial fluchtet, beim Einstecken der Achse etwas nachgibt, und sie durch Verschränkung blockiert. Ist die Achse durch Drehbewegung und Klopfen schließlich eingeführt, läßt sie sich nun leichter drehen, was bei dem anderseitigen Festschrauben zeitraubende Mitdreheffekte verursacht und den Montagekomfort mindert. Wird die Passung für Leichtgängigkeit mit mehr Spiel versehen, leidet die formschlüssige Lasteinleitung der Lagerung, die dann wie im vorgenannten Beispiel, zunehmend auf die achsialen Schließkräfte übertragen wird und über deren Grenzen zu unerwünschen Relativbewegungen und Materialabtragungen der Führungsflächen und entsprechenden Sicherheitsrisiken führt.

Dies vermeidet eine weitere bekannte Ausführung der Achsaufnahme, deren Zylinderbohrungen jeweils durch einen durchgehenden einseitigen Längsschlitz aufgeschlitzt und mittels integrierten Querschrauben wie eine Manchette um die eingeführte Achse zusam­ mengezogen werden können. Nachteilig sind der Fertigungs- als auch Montageaufwand, Gewichtszunahme und Gestaltungsprobleme.

Aufgabe der Erfindung ist, die obengenannten Nachteile zu vermeiden und eine konstruktive Lösung der Achse anzubieten, die eine

• - optimale Lastübertragung und Sicherheit
• - komfortable und schnelle Handhabung
• - Herstellung mit geringem Aufwand und
• - perfekte Gestaltung sowohl der Achse als auch des Achshalters für alle Einsatzvarianten gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, ausgehend von einer Achse der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß die Schnellwechselachse mindestens einseitig in einen mit ihr einstückig verbundenen koaxialen Kegelstumpf mit außenliegendem Kegelboden übergeht, dessen Kegelfläche in einer entsprechenden kegelförmigen Bohrung des Achshalters passend einsitzt und diesen, sowie den gegenüberliegenden Achshalter, durch ein am entgegengesetzten Ende der Schnellwechselachse angebrachtes Schraubgewinde, das in die entsprechende Gewindebohrung des gegenüberliegenden Achshalters eingeschraubt ist, mit dem zwischen den Achshaltern auf die Schnellwechselachse aufgesteckten festen Lagerinnenteil der Radnabe, form- und kraftschlüssig verbindet.

Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, daß eine definierte formschlüssige Lagerung und kraftschlüssige Klemmung der Achse am Achshalter anstatt von zwei geometrisch lastbedingt nicht zufriedenstellend definierten einzelnen Konstruktionselementen, wie zylindrische Lagerung und Klemmeinrichtung, vorteilhaft durch einen Kegelsitzkopf an mindestens einem Achsende in Verbindung mit einer über die Achse wirkenden Zugkraft, hergestellt werden kann. Da ein auf dem entgegengesetzen Achsende angebrachtes nichtrechteckiges Schraubgewinde mit normtypischen Flankenwinkel, wie z. B. ein metrisches, bei Fest­ drehung sowohl eine Achsialkraft, als auch eine weitgehend koaxiale Zentrierung herstellt, ergibt diese Kombination eine kaum zu überbietende Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe.

Als Vorteilhaft erweist sich die im Hauptanspruch definierte erfindungsgemäße Anordnung, bei der die mit einem Kegelstumpfkopf versehene Schnellwechselachse durch die Kegelbohrung des Achshalters und das feststehende Lagerinnenteil der Radnabe hindurchgesteckt wird und mit dem am anderen Achsende angebrachten Schraubgewinde in die entsprechende Gewindebohrung des Achshalters der gegenüberliegenden Seite bin zum Anschlag des Kegelstupfkopfes hineingeschraubt wird. Zu diesem Zweck kann der Kegelstupfkopf z. B. mit einer Sechskantvertiefung für Imbusschlüssel, oder für die komfortable Schnellmontage einem festen oder beweglichen Drehhebel ausgestattet sein.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Einbeziehung der selbsthemmungsnahen und zugleich spielfreien Kegellagerung, die über ein die Materialkombination berücksichtigendes Schlankheitsverhältnis neben einer unübertrefflich spielfreien und robusten Lagerung zusätzlich für die Sicherung gegen Drehlockerung der Schraubverbindung des Achsendes sorgt.

Gleichzeitig übernimmt diese wiederum die Aufgabe, den Kegelsitz bei Gegendrehung für die Demontage schlagartig zu lockern. Die Schnellwechselachse kann also mittels des Drehhebels nach einmaliger Kraftanwendung leicht herausgeschraubt und klemmfrei herausgezogen, wie auch durch das Hindurchstecken durch die vergrößerte Kegelbohrung klemmfrei bis zur Gewindemündung hineingeführt, dann über das Gewinde eingezogen, und bei endfestem Anziehen über den Kegelsitz gegen Lösung der Schraubverbindung gesichert werden.

Vorteilhaft ist auch der Kraftlinienverlauf zwischen Achse und dem einstückig mit der Achse verbundenen bzw. hergestellten Kegelstumpf, dessen fließender Übergang in die Achse eine entsprechend geringe Kerb- und Bruchempfindlichkeit aufweist, auch wenn diese als gewichtsmindernde Hohlachse ausgeführt wird.

Die Bezeichnung und Funktion der Schnellwechselachse ergibt sich also einerseits durch die erfindungsgemäße vorteilhafte Kombination genannter Eigenschaften der beschriebenen Befestigungselemente, andererseits auch durch die Zusammenwirkung mit dem an ihr befestigten erfindungsgemäßen Drehhebel, der die Montage beschleunigt und erleichtert.

Dieser soll optimalerweise nicht überstehend, jedoch griffbereit, gut in der Hand liegend und ausreichend belastbar, möglichen Vorsprüngen der Gabelenden ausweichend, gegen unerwünschtes Spiel, Klappern und loses Herumschwenken nach dem Einschrauben der Achse gesichert, leicht, fest, windschnittig, und als einer der erwiesenen Blickfänge des Kultobjektes Sportgerät, zugleich in ansprechender, sicherheitsbewußter Gestaltung rationell herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird dieser mit der Erfindungsaufgabe einheitliche Eigenschaftskomplex durch die besonders vorteilhafte, im Unteranspruch 6 definierte schwenkbare gelenkige Lagerung des Drehhebels an der nach außen weisenden Basis des Kegelstupfes der Schnellwechselachse gelöst.

Hierzu sind Drehhebel mit querliegendem geschlitztem Achskopf und der Kegelstupf der Schnellwechselachse zu einer gelenkartigen Lagerung mit quer zur Radrotationsachse hindurchführendem Hebelbolzen schwenkbar so zusammengefügt, daß der Drehhebel einen Schwenkbereich von mehr als 180 Grad quer zur Radachse aufweist und im angezogenen Achszustand immer auf der abgerundeten Mündungskante der im Achshalter angebrachten Kegelbohrung schleifend so mitgeklemmt wird, daß das Gelenkspiel des Drehhebels durch die auf ihn wirkende Klemmkraft aufgehoben und der Drehhebel in jeder beliebigen Schwenklage zuverlässig fixiert und gegen Lockerung und Klappern gesichert ist. Durch diese Anordnung wird gleichzeitig erreicht, daß die Schwenkebene des Drehhebels senkrecht zur Anzugsdrehmomentebene liegt und der vorzugsweise länglich strömungsgünstige Hebelquerschnitt daher sowohl kraftrichtungs-, als auch strömungsmäßig gleichlaufend optimal angeordnet werden kann. Eine letzte technologie- und gestaltungsmäßige Steigerung erfährt diese Lösung schließlich auch durch die platz- und gewichtparende Teilversenkung des Gelenkkopfes in der Mündungsöffnung der Kegelbohrung. Dadurch wird nicht nur das bislang verletzungskritische Achsende gestutzt, sondern auch durch den organischen und gestaltungsmäßig optimalen halbkugeligen Drehverschluß im wahren Sinne abgerundet.

Die erfindungsgemäße Schnellwechselachse setzt sich somit aus einer verformend (Schmieden, Ziehen, Fließpressen) und/oder spanend hergestellten (Hohl-) Achse, und vorzugsweise aus dem Strangpressprofil abgeschnittenen oder z. B. ebenfalls formend einzeln hergestellten Drehhebel zusammen. Sie eignet sich sowohl für Vorder- als Hinter-, angetriebene wie antriebslose Räder ebenso, wie für die Lagerung von Bauteilen mit Dreh- bzw. Schwenkbewegungen. Gemessen an ihren vielseitigen und sicheren Wirkungen, übertrifft sie alle vergleichbaren Lösungern durch einfachen Aufbau und die optimalen Gestaltungsmöglichkeiten.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die montierte Schnellwechselachse im Teilquerschnitt;

Fig. 2 die um 90 Grad verdrehte Anordnung des Drehhebels;

Fig. 3 die räumliche Darstellung des zerlegten Drehhebels.

Fig. 1 zeigt die nach dem Durchstecken festgezogene Schnellwechselachse 4 mit angewinkeltem Drehhebel 14. Durch die gegebene Zugkraft des in die Gewindebohrung 11 eingeschraubten Schraubgewindes 10 der Schnellwechselachse 4 wird der Kegelstupf 7 der Schnellwechselachse 4 in die kegelförmige Bohrung 9 des gegenüberliegenden Achshaters 5 eingezogen und preßt dadurch die beiden Achshalter form- und kraftschlüssig gegen das feststehende Lagerinnenteil 2, bestehend aus Distanzrohr und Lagerinnenkränzen, auf dem die Radnabe 1 drehbar gelagert ist. Auf beiden Achsenden kommt es hierbei zu einer vollkommenen form- und kraftschlüssigen Verbindung der Achse mit den achsführenden Teilen 6 des Fahrzeuges und gleichzeitig auch mit dem feststehenden Teil der Radnabe 1 zu einer sehr stabilen und hochbelastbaren Funktionseinheit.

In dem Achshalter 5 mit Gewindebohrung 11 ist auf einer Schnittseite des Achshalters 5 schematisch die in der Kegelbohrung für Gewindemutter 13 passend einsitzende kegelstumpfförmige Gewindemutter 12 mit nach außen weisendem Kegelboden des Unteranspruchs (4.) in montiertem Zustand dargestellt. Vorteilhafterweise wird diese Kegellagerung mit höherem Kegel-Schlankheitsgrad versehen.

Fig. 2 zeigt im um 90 Grad verdrehten Achshalter 5 im Teilschnitt die Seitenansicht des angeschwenkten Drehhebels 14, der mit dem, Hebelbolzen 1, 6 an der Basis 8 des Kelstupfes 7 schwenkbar so gelagert ist, daß er mit seinen annähernd halbkugeligen Stirnflächen 17 des geschlitzen Achskopfes 15 an der entsprechend hohlhalbkugelig abgerundeten Mündungskante 18 der Kegelförmigen Borung 9 schleifend bei Anzug so mitgeklemmt wird, daß er trotz einer gewährleisteten Möglichkeit der Schwenkbewegung spielfrei und sicher arretiert ist, und vor der Lockerung der Achse nur min erhöhtem Klemm-Reibwiderstand, nach der Lockerung dem Schnellwechselachse 4 frei geschwenkt werden kann.

Fig. 3 zeigt diesen Drehhebel demontiert, von der Basis 8 des Kegelstupmfes 7 gelöst. Gleichzeitig lassen alle 3 Zeichnungen erkennen, wie der Drehhebel 14 nach dem Festdrehen federnd geklemmt wird und zeigen auch die vorteilhafte Orientierung des länglichen Hebelquerschnittes einerseits in gegebener Lastrichtung bei Lösen und Anziehen des Drehhebels 14, andererseits zeigt Fig. 1 die strömungsgünstige Schmalseite des Hebels 14, dargestellt bei Fahrwind in frontaler Sichtrichtung, sowie die verletzungssichere Gestaltung in allen angewinkelten Hebellagen.

Claims (8)

1. Schnellwechselachse insbesondere für Radnabenlagerung einspuriger Fahrzeuge, bestehend aus einer Radnabe, die um ihr feststehendes Lagerinnenteil drehbar gelagert ist, durch dessen mittige Achsbohrung die Schnellwechselachse passend hindurchgesteckt, mit ihrem überstehenden Achsbefestigungsenden in den Achshaltern am radführenden oder achsführenden Teil des Fahrzeugs befestigt wird dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellwechselachse (4) mindestens einseitig in einen mit ihr einstückig verbundenen koaxialen Kegelstumpf (7) mit außenliegender Basis (8) übergeht, der in einer entsprechenden kegelförmigen Bohrung (9) des Achshalters (5) passend einsitzt und diesen, sowie den gegenüberliegenden Achshalter (5), durch ein am entgegengesetzten Ende der Schnellwechselachse (4) angebrachtes Schraubgewinde (10), das in die entsprechende Gewindebohrung (11) des gegenüberliegenden Achshalters (5) eingeschraubt ist, mit dem zwischen den Achshaltern (5) auf die Schellwechselachse (4) aufgesteckten feststehenden Lagerinnenteil (2) der Radnabe (1), form- und kraftschlüssig verbindet.

2. Schnellwechselachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstupf (7) am Achsende durch einen analog angebrachten im wesentlichen elliptischen Rotationskörperstumpf ersetzt wird.

3. Schnellwechselachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Achsende ein kugeliger Rotationskörper angebracht ist.

4. Schnellwechselachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewindeende der Schnellwechselachse (4) in eine kegelstumpfförmige Gewindemutter (12) mit koaxialer Gewindebohrung (11) eingeschraubt ist, die mit dem Kegelboden zum äußeren Achsende weisend, in einer entsprechenden Kegelbohrung (13) des betreffenden Achshalters (5) passend einsitzt.

5. Schnellwechselachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der kegelstupfförmigen Gewindemutter (13) und/oder dem am anderen Achsende angebrachten Kegelstumpf oder Rotationskörper nach den Ansprüchen 2 und 3, an einer hierfür vorgesehenen nach außen weisenden Verlängerung des Rotationskörpers, ein Drehhebel (14) angebracht ist.

6. Schnellwechselachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehhebel (14) mit einem zylindrischen Achskopf (15) um eine radiale, die Kegelachse senkrecht schneidende Achse an der Basis (8) des Kegelstumpfes (7) an diesem außen schwenkbar gelagert ist, wobei der zylindrische Achskopf (15) des Drehhebels (14) bei fest eingeschraubter Schnellwechselachse (4) mit seinen hierfür abgerundeten oder geschrägten Stirnflächen (17) auf der hierfür geschrägten oder abgerundeten auswärtsliegenden Mündungskante (18) der im Achshalter (5) angebrachten Kegelbohrung (9) schleifend aufliegt und die Längsachse des annähernd länglichen Hebelquerschnitts deckungsgleich zur Achse des Hebelbolzens (16) angeordnet ist.

7. Schnellwechselachse nach den Ansprüchen 1-3 und 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellwechselachse (4) aus zwei Halbachsen besteht wobei jedes in das feststehende Lagerinnenteil der Radnabe führende Achsende der Halbachsen ein Gewinde aufweist, die wie Schraube und Gewindebohrung miteinander verschraubt sind.

8. Schnellwechselachse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Achsende der Halbachsen mit einem Schraubende nicht miteinander, sondern in entsprechende Gewindebohrungen des feststehenden Lagerinnenteils der Radnabe eingeschraubt sind.