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Derzeit
sind verschiede Ausführungsformen für Achsbaugruppen
für Fahrradnaben
bekannt. Es kann zwischen zwei Hauptgruppen unterschieden werden,
die sich durch ihre Befestigung unterscheiden.
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Zum
einen gibt es Systeme, mit durch eine hohle Achse geführten Spannelementen,
häufig
sind dies sogenannte Schnellspanner. Die Achse wird hierbei durch
eine Druckkraft beansprucht und gegen die Aufnahme am Rahmen gepresst
und so gegen ein Verrutschen gesichert. Günstig sind bei dieser Bauform
die Vorspannung der Achse mit Druckkräften und die Durchführung des
Spannelementes, wodurch Befestigungsgewinde in der eigentlichen
Achse nicht notwendig sind.
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Zum
zweiten gibt es Systeme, bei denen die Achse Befestigungsgewinde
aufweist, die von den Spannelementen genutzt werden um die Kräfte zur Lagesicherung
der Nabe in der Rahmenaufnahme aufzubringen. Die Gewinde können hierbei
als Außen-
oder Innengewinde gefertigt werden. Entsprechend sind die Spannelemente
als Muttern bzw. als Schrauben auszuführen.
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Bei
beiden Systemen ist es häufig
so, dass die Rahmenaufnahme nicht direkt gegen die Achse gepresst
wird um die kraftschlüssige
Lagesicherung zu erreichen, sondern gegen auf der Achse montierte Formteile,
die entweder aufgesteckt oder aufgeschraubt sein können. Handelt
es sich um aufgeschraubte Formteile, so können diese gegebenenfalls die
ganze Spannkraft oder einen Teil der Spannkraft über einen relativ kurzen Lastweg
in die Achse einleiten. Im mittleren Bereich der Achse ergibt sich hierdurch
ggf. eine verringerte Beanspruchung. Handelt es sich um aufgesteckte
Formteile, so ist der Lastweg in den bekannten Fällen länger. Die Spannkraft wird über die
Schraube oder Mutter aufgebracht und verläuft durch die Rahmenaufnahme,
das auf die Achse aufgesteckte Formteil, den Lagerinnenring bis zur
Schulter der Lagerstelle auf der Achse und von dort wieder zum Achsende
und zum Spannelement zurück.
Gegebenenfalls können
sich zwischen dem aufgesteckten Formteil und der Lagerschulter der
Lagerstelle auf der Achse noch weitere Lagerinnenringe und Distanzstücke befinden.
Dies ist häufig
auf der Antriebsseite der Fall, wodurch die Lagerschulter dann sehr
mittig auf der Achse liegt, wo eine hohe Beanspruchung auftritt.
Da die Kerbe an der Lagerschulter eine Schwachstelle auf Grund der
Kerbwirkung darstellt, ist ein Lastweg, der diese Schwachstelle
beinhaltet ungünstig.
Unabhängig
von der Ausführung
als aufgestecktes oder aufgeschraubtes Formelement bietet die dargestellte
Ausführung
den Vorteil der axial spielfreien und verschiebegesicherten Befestigung
der Lagerinnenringe. Nachteil der Variante mit aufgeschraubten Formelementen
ist die Tatsache, dass beim Anziehen dieser eine Zugspannung in
weiten Teilen der Achse induziert wird. Darüber hinaus ergibt sich für die Gewindegänge der
aufgeschraubten Formelemente auf der Achse die Gefahr, dass diese
durch die Spannkraft abgeschert werden. Dies erfordert den Einsatz
hochfester Werkstoffe, eine ausreichende Gewindelänge und
lässt Aluminiumlegierungen
als Werkstoff häufig
ausscheiden. Nachteil der Variante mit aufgesteckten Formelementen
ist die Tatsache, dass Zugspannungen in großen Teilen der Achse induziert
werden, die in Summe der Spannkraft der Befestigungselemente entsprechen.
Darüber
hinaus werden die Lagerringe und eventuelle Zwischenstücke sowie
die aufgesteckten Formelemente durch die Spannkraft der Befestigungselemente
beansprucht. Dies kann auf Grund der kleinen Kontaktflächen zu
plastischen Verformungen führen,
sofern der Werkstoff nicht besonders fest ist; Aluminium fällt deshalb
häufig
hierfür aus.
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Der
in Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt der Wunsch zugrunde
eine einfache, leichte und spannungsoptimierte Achsbaugruppe zu realisieren,
die die Nachteile oben angegebener Ausführungen ganz oder weitgehend
vermeidet.
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Dieses
Problem wird mit dem in Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmal gelöst.
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Mit
der Erfindung wird erreicht, dass die Achse beim Festspannen in
der Rahmenaufnahme nur sehr geringfügig mit Zugspannungen beaufschlagt wird.
Durch die aufgesteckten Formelemente wird ein einfacher und kostengünstiger
Aufbau realisiert, bei dem die Gefahr des Abscherens von Gewindegängen nicht
besteht.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Schutzanspruch 1 ist
in Schutzanspruch 2 angegeben, der der zusätzliche Wunsch nach einer spielfreien
axialen Sicherung der Lagerinnenringe inne wohnt.
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Dieses
Problem wird mit dem in Schutzanspruch 1 und 2 aufgeführten Merkmalen
gelöst.
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Mit
Hilfe des elastischen Elementes wird die spielfreie axiale Sicherung
der Lagerinnenringe realisiert. Die ausgeprägte Nachgiebigkeit des elastischen
Elementes bewirkt, dass keine großen axialen Kräfte auf
die Stirnflächen
der Lagerinnenringe, die Schultern der Lagerstellen der Achse und
Zwischenelemente wirken, so dass diese aus Werkstoffen geringerer
Festigkeit und somit ggf. aus Aluminium gefertigt werden können.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Schutzanspruch 1 und
2 ist in Schutzanspruch 3 angegeben, der der zusätzliche Wunsch nach einer Funktionsintegration
der axialen Sicherung der Lagerinnenringe in das aufgesteckte Formelement
innewohnt.
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Dieses
Problem wird mit dem in Schutzanspruch 1, 2 und 3 aufgeführten Merkmalen
gelöst.
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Das
elastische Element wird hier in das aufgesteckte Formelement integriert.
Dies kann beispielsweise durch eine gezielte Querschnittsverminderung
in einem Teilbereich oder sonstige geometrische Variationen (z.
B. Schlitze, Wellungen, Wölbungen)
erreicht werden.
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Drei
Ausführungsbeispiele
(I, II, III) der Erfindung werden anhand der 1–3 erläutert.
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Es
zeigen:
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1 (Ausführungsbeispiel
I) eine Hinterradnabe für
ein Fahrrad im Schnitt. Die Hinterradnabe verfügt über einen Nabenkörper (7)
mit Speichenlöchern.
In den Nabenkörper
(7) sind die beiden Rillenkugellager (5) und (8)
eingesetzt. Der Außenring des
Lagers (5) auf der Seite des Bremsflansches ist mit einem
Sicherungsring (4) gegen übermäßiges axiales Verschieben gesichert.
Die Nabe verfügt über einen
Freilaufmechanismus (9) mit einer Verzahnung (19).
Der Freilaufkörper
(10) verfügt über ein
integriertes Ritzel und eine aufgesetzte Dichtung (21). Der
Freilaufkörper
(10) ist auf zwei Rillenkugellagern (13, 14)
gelagert, die mit einem Sicherungsring (11) gegen übermäßiges axiales
Verrutschen gesichert sind. Die Nabe verfügt über eine Achse (6)
mit Innengewinde, die mit Schrauben (1) und Unterlegscheiben
(2) gegen die Aufnahme des Rahmens (22, 23) und
die aufgesteckten Endkappen (3, 12) verspannt wird.
Dabei wird die Spannkraft durch das Schraubengewinde auf die Achse übertragen
und die Achsenden werden in Richtung der Rahmenaufnahme gezogen.
Dies führt
zur Übertragung
der Spannkraft auf die stirnseitigen Endflächen der Achse (6)
und zum Übergang
auf die jeweiligen Endkappen (12, 3). Die Endkappen
(3, 12) übertragen
die Spannkraft auf die Rahmenaufnahmen (22, 23).
Von außen
wirkt die Spannkraft über
die Schrauben (1) und die Unterlegscheiben (2)
auf die Rahmenaufnahmen (22, 23). Im mittleren
Bereich der Achse wirken folglich keine Zugkräfte die durch die Spannkraft
induziert sind. Die Wälzlager
(5, 8, 13, 14) sind axial geringfügig auf
der Achse (6) verschiebbar, da zwischen Lagerinnenring (15)
und Endkappe (3) ein geringer Luftspalt existiert, ebenso
existiert ein Luftspalt zwischen Innenring (17) und Endkappe
(12). Dies ist aus Gründen
endlicher Fertigungsgenauigkeit nicht anders machbar, da bei einer
Wahl der Toleranzen, die ein Verschwinden des Luftspaltes zulässt, wesentliche
Spannkräfte über die Endkappen
(12, 3) in die Lagerinnenringe (17, 18, 15) eingeleitet
würden,
woraus eine ungünstigere
Belastung der Achse resultieren würde und das Ziel der Erfindung
nicht erreicht würde.
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2 (Ausführungsbeispiel
II) eine Hinterradnabe für
ein Fahrrad im Schnitt. Die Hinterradnabe verfügt über einen Nabenkörper (7)
mit Speichenlöchern.
In den Nabenkörper
(7) sind die beiden Rillenkugellager (5) und (8)
eingesetzt. Der Außenring des
Lagers (5) auf der Seite des Bremsflansches ist mit einem
Sicherungsring (4) gegen übermäßiges axiales Verschieben gesichert.
Die Nabe verfügt über einen
Freilaufmechanismus (9) mit einer Verzahnung (19).
Der Freilaufkörper
(10) verfügt über ein
integriertes Ritzel und eine aufgesetzte Dichtung (21). Der
Freilaufkörper
(10) ist auf zwei Rillenkugellagern (13, 14)
gelagert, die mit einem Sicherungsring (11) gegen übermäßiges axiales
Verrutschen gesichert sind. Die Nabe verfügt über eine Achse (6)
mit Innengewinde, die mit Schrauben (1) und Unterlegscheiben
(2) gegen die Aufnahme des Rahmens (22, 23) und
die Endkappen (3, 12) verspannt wird. Dabei wird
die Spannkraft durch das Schraubengewinde auf die Achse übertragen
und die Achsenden werden in Richtung der Rahmenaufnahme gezogen.
Dies führt
zur Übertragung
des größten Teiles
der Spannkraft auf die stirnseitigen Endflächen der Achse (6) und
zum Übergang
auf die jeweiligen Endkappen (12, 3). Ein kleiner
Teilbetrag der Spannkraft wird über
die elastischen Elemente (24, 25) auf die Lagerinnenringe übertragen.
Der von den elastischen Elementen (24, 25) übertragene
Anteil der Vorspannkraft ist sehr gering, da diese sehr nachgiebig
sind. Die Endkappen (3, 12) übertragen die Spannkraft auf die
Rahmenaufnahmen (22, 23). Von außen wirkt
die Spannkraft über
die Schrauben (1) und die Unterlegscheiben (2)
auf die Rahmenaufnahmen (22, 23). Im mittleren
Bereich der Achse wirken folglich nahezu keine Zugkräfte die
durch die Spannkraft induziert sind. Die Wälzlager (5, 8, 13, 14)
sind axial auf der Achse (6) spielfrei, da zwischen Lagerinnenring
(15) und Endkappe (3) kein Luftspalt existiert,
ebenso existiert kein Luftspalt zwischen Innenring (17)
und Endkappe (12).
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3 (Ausführungsbeispiel
III) eine Hinterradnabe für
ein Fahrrad im Schnitt. Die Hinterradnabe verfügt über einen Nabenkörper (7)
mit Speichenlöchern.
In den Nabenkörper
(7) sind die beiden Rillenkugellager (5) und (8)
eingesetzt. Der Außenring des
Lagers (5) auf der Seite des Bremsflansches ist mit einem
Sicherungsring (4) gegen übermäßiges axiales Verschieben gesichert.
Die Nabe verfügt über einen
Freilaufmechanismus (9) mit einer Verzahnung (19).
Der Freilaufkörper
(10) verfügt über ein
integriertes Ritzel und eine aufgesetzte Dichtung (21). Der
Freilaufkörper
(10) ist auf zwei Rillenkugellagern (13, 14)
gelagert, die mit einem Sicherungsring (11) gegen übermäßiges axiales
Verrutschen gesichert sind. Die Nabe verfügt über eine Achse (6)
mit Innengewinde, die mit Schrauben (1) und Unterlegscheiben
(2) gegen die Aufnahme des Rahmens (22, 23) und
die Endkappen (3, 12) verspannt wird. Dabei wird
die Spannkraft durch das Schraubengewinde auf die Achse übertragen
und die Achsenden werden in Richtung der Rahmenaufnahme gezogen.
Dies führt
zur Übertragung
des größten Teiles
der Spannkraft auf die stirnseitigen Endflächen der Achse (6) und
zum Übergang
auf die jeweiligen Endkappen (12, 3). Ein kleiner
Teilbetrag der Spannkraft wird über
aufgesteckten Endkappen (3, 12) auf die Lagerinnenringe übertragen.
Der von den aufgesteckten Endkappen (3, 12) übertragene
Anteil der Vorspannkraft ist sehr gering, da diese sehr nachgiebig
sind. Um diese Nachgiebigkeit zu erreichen wurden die Endkappen
geometrisch speziell geformt. Hier ist eine Variante mit deutlich
reduzierter Wandstärke
im Übergangsbereich
hin zu den Innenringen der Lager (15, 17) ausgeführt. Die
Endkappen (3, 12) übertragen die Spannkraft auf
die Rahmenaufnahmen (22, 23). Von außen wirkt
die Spannkraft über
die Schrauben (1) und die Unterlegscheiben (2)
auf die Rahmenaufnahmen (22, 23). Im mittleren
Bereich der Achse wirken folglich nahezu keine Zugkräfte die durch
die Spannkraft induziert sind. Die Wälzlager (5, 8, 13, 14)
sind axial auf der Achse (6) spielfrei, da zwischen Lagerinnenring
(15) und Endkappe (3) kein Luftspalt existiert,
ebenso existiert kein Luftspalt zwischen Innenring (17)
und Endkappe (12).