DE2426167A1

DE2426167A1 - Freilauf-bremsnabe

Info

Publication number: DE2426167A1
Application number: DE19742426167
Authority: DE
Inventors: Kimihiro Tsuchiye
Original assignee: Shimano Industrial Co Ltd
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1973-05-31
Filing date: 1974-05-29
Publication date: 1975-01-02
Also published as: DE2426167B2; DE2426167C3; US3927743A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 9A9R1R7

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45 Z H Z O I Q /

23 097

Anwaltsakte 25 097 29. Mai 1974

Shimano Industrial Company Limited Sakai-shi, Osaka Prefecture /Japan

Freilauf-Bremsnabe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilauf-Bremsnabe, welche durch Bückwärtstreten der Pedale eines Fahrrades abbremsbar ist.

Bekannte Freilauf-Bremsnaben haben gewöhnlich einen Antriebskonus, welcher beim Treten der Fahrradpedale in Vorwärtsrichtung ein Antriebsteil mit einem an einer Nabenhülse befestigten Antriebsübertragungsteil in Eingriff bringt, um dabei die Antriebsdrehkraft vom An-

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Φ (0811) 98 82 72 8 München 80, MauerkircherstraBe 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

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triebsteil auf die Fabenhülse zu übertragen. Beim Rückwärtstreten der Pedale bewegt sich, der Antriebskonus axial entlang einer Hauptwelle, um dabei wenigstens einen Bremsschuh in Anlage an eine Innenfläche der Nabenhülse zu belasten.

Beim Vorwärtstreten der Pedale dreht sich der Antriebskonus also gemeinsam mit dem Antriebsteil, während er beim Rückwärtstreten der Pedale zum Stillstand kommt und sich stattdessen in Axialrichtung verschiebt. Bekannte Freilauf-Bremsnaben haben den JNaehteil, daß die Bewegungsänderung des Antriebskonus nur zögernd vonstatten geht, so daß eine schnelle Betätigung der Bremse sowie ein schnelles Aufheben der Bremswirkung nicht möglich ist.

Will man durch Rückwärtstreten der Pedale und damit durch Rückwärtsdrehen des Antriebsteils die Bremse eines Fahrrades betätigen, so dreht sich der Antriebskonus bei einer bekannten Freilauf-Bremsnabe zunächst gemeinsam mit dem Antriebsteil rückwärts, nimmt also seine Axialbewegung nicht sofort auf. Trotz schneller Betätigung der Bremse kommt es dabei zu einem verzögerten Einsetzen der Bremswirkung.

Werden die Pedale nach Beendigung des Bremsvorgangs weiter rückwärts getreten, so bleibt der Antriebskonus derart in reibungsschlüssiger Anlage an dem oder den Bremsschuhen, daß diese nicht sofort von einem Bremskonus freigegeben v/erden sondern in Anlage daran bleiben, so daß also die Bremswirkung bestehen bleibt und die Fahrt

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des Fahrrades weiter "verlangsamt wird.

Die Erfindung beseitigt die angeführten Mängel und schafft eine Freilauf-Bremsnabe, deren Bremse sich schnell und sicher zur Wirkung bringen und nach Beendigung des Bremsvorgangs durch Aufheben der Rückwärtsbelastung der Pedale schnell wieder lösen läßt, so daß ein längeres Anhalten einer restlichen Bremswirkung sicher vermieden ist. Die erfindungsgemäße Freilauf-Bremsnabe hat eine lange Betriebslebensdauer, welche auch beim Rückwärtstreten der Pedale um einen größeren Drehwinkel bzw. mit einer das notwendige Ausmaß übersteigenden Kraft nicht beschädigt wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Fahrrad-Freilaufbremsnabe liegt darin, daß ihre Wirkung durch die bei der Drehung der Nabenhülse in Anlage an den Bremsschuhen während des Bremsens an der Innenfläche der Habenhülse entstehende Hitze in keiner Weise beeinträchtigt wird. Die erfindungsgemäße Freilaufbremsnabe hat einen einfachen Aufbau und ist ohne Schwierigkeit gegen eine vorhandene Nabe auswechselbar. Sie ist darüber hinaus kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar.

Gemäß der Erfindung ist bei einer Freilaufbremsnabe zwischen einem Bremskonus und einem Antriebskonus eine Kupplungsfeder angeordnet, welche beim Rückwärtsdrehen eines Antriebsteils, also beim Bremsen, einen bestimmten Drehwiderstand auf den Antriebskonus ausübt, so daß dieser sich bei einer Umkehr des Drehsinns des Antriebsteils

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sofort in axialer Richtung zu "bewegen beginnt und damit ein schnelles Einsetzen der Bremswirkung herbeiführt. Die als Schraubenfeder ausgebildete Kupplungsfeder wird bei der Axialbewegung des Antriebskonus in Bremsrichtung zusammengedrückt. Die dabei gespeicherte Kraft führt bei Aufhebung der Rückwärtsbelastung der Pedale zu einem schnellen Lösen der Bremse, d.h. zur Beendigung der Bremswirkung.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer erfindungsgemäßen Freilaufbremsnabe im normalen Fahrtzustand beim Vorwärtstreten der Fahrradpedale,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht der gleichen Nabe beim Rückwärtstreten der Pedale und

Fig. 3 und 4 vergrößerte längsschnittansichten von fesenfc-λ:.. > . liehen Teilen anderer Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 erkennt man eine Nabenhülse 1 mit zwei von Bohrungen zum Anbringen von Speichen durchsetzten Stegkränzen. 1a, 1b. Die Nabenhülse 1 hat eine zylindrische Innenfläche und enthält etwa in der Mitte ein Antriebsübertmgungsteil 3 mit einer abgeschrägten Innenfläche.

Eine sich mittig durch die Nabenhüle 1 hindurch erstrekkende Nabenwelle 4 ist feststehend an (nicht gezeigten)

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Bahmenteilen eines Fahrrades befestigbar. Auf der Welle ist mittels eines Kugellagers 5 ei& vorwärts und rückwärts frei drehbares Antriebsteil 6 gelagert. Am anderen Ende trägt die Welle 4- einen feststehenden Hebel- oder Bremskonus 7 mit einer konischen Außenfläche 7a- Die Nabenhülse 1 ist mittels Kugellagern 8 und 9 frei drehbar auf dem Antriebsteil 6 bzw. auf dem Hebelkonus 7 und damit auf der Welle 4- gelagert.

Auf einem axial aus dem einen Ende der Nabenhülse 1 hervorstehenden Endstück des Antriebsteils 6 ist ein Kettenrad 10 starr befestigt. Ein sich in die Nabenhülse 1 hinein erstreckendes Stück des Antriebsteils 6 hat an der Außenseite einen Gewinde- oder Schneckengang.

Mit dem rechtsgängigen Schneckengang des Antriebsteils befindet sich ein Antriebs- und Bremskonus 11 in Gewindeeingriff. Der Konus 11 ist bei Vorwärtsdrehung des Antriebsteils zum Übertragen von dessen Drehung auf die Nabenhülse 1 an deren konischer Innenfläche 3 in Anlage bringbar. Bei Rückwärtsdrehung des Antriebsteils 6 wird der Konus 11 von der konischen Fläche 3 abgehoben und verschiebt dabei einen Bremsmantel 12 in Axialrichtung der Welle 4, um diesen dabei zum Abbremsen der Drehung der Nabenhülse auseinanderzuspreizen.

Der Antriebs- und Bremskonus 11 befindet sich mit einem rechtsgängigen Gewindegang an seiner Innenseite in Eingriff mit dem Gewindegang des Antriebsteils und hat an der Außenseite eine mit der konischen Innenfläche 3 der

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Nabenhülse 1 zusammenwirkende Antriebskonusfläche 11a sowie eine mit einer konischen Innenfläche des Bremsmantels 12 zusammenwirkende Bremskonusfläche 11b. Der Bremsmantel 12 ist in bekannter Weise aus einer Anzahl von Zylindersegmenten zusammengesetzt, welche mit an ihren Außenseiten gebildeten Bremsflächen an eine Innenfläche der Nabenhülse 1 anlegbar sind und an den beiden Enden jeweils eine konisch abgeschrägte Innenfläche 12a, 12b aufweisen. Der gegenüber dem Hebelkonus 7 unverdrehbar angeordnete Bremsmantel 12 ist in der Mitte der Außenfläche von einer Ringfeder 15 umgeben, welche die einzelnen Segmente des Mantels einwärts belastet.

Zwischen dem Hebelkonus 7 und dem Antriebs- und Bremskonus 11 ist eine als Schraubenfeder ausgeführte Kupplungsfeder 14 in die Nabenhülse 1 eingesetzt. Bei einer durch Eückwärtstreten der Pedale bewirkten Rückwärtsdrehung des Antriebsteils 6 zum Abbremsen der Drehung übt die Kupplungsfeder 14· einen Drehwiderstand auf den Antriebs- und Bremskonus 11 aus, so daß dieser sich nicht gemeinsam mit dem Antriebsteil 6 rückwärts dreht sondern sich sofort auf dem Gewindegang in Axialrichtung bewegt. Die Kupplungsfeder 14 wird unter dem Einfluß der vom Antriebsteil 6 übertragenen Antriebskraft expandiert und komprimiert. Bei der Vorwärtsdrehung des Antriebsteils befindet sich die Kupplungsfeder in leichter Anlage am Antriebs- und Bremskonus und kann sich zusammen mit diesem drehen, ohne einen nennenswerten Drehwiderstand auszuüben. Bei Rückwärtsdrehung des Antriebsteils 6 übt

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die Feder 1*1 hingegen einen beträchtlichen Drehwiderstand aus, um den Konus 11 festzuhalten, d.h. ihn an gemeinsamer Drehung mit dem Antriebsteil 6 zu hindern, so daß er sich sofort in Axialrichtung der Nabe zu bewegen beginnt.

Die Windungen der Kupplungsfeder 14 verlaufen dem rechtsgängigen Gewindegang des Antriebs- und Bremskonus 11 entgegengesetzt, sind also linksgängig, und haben einen Außendurchmesser, welcher im wesentlichen gleich dem Inndurchmesser des Konus 11 oder etwas größer als dieser ist. Das eine Ende der Kupplungsfeder Ik ist unter Vorspannung in die zylindrische Bohrung des Antriebs- und Bremskonus 11 eingesetzt, während das andere Ende der Feder unter Vorspannung in eine zylindrische Bohrung des Hebelkonus 7 eingesetzt ist, wodurch die Feder Ik innerhalb der Nabenhülse festgehalten ist.

Bevorzugt 1st das andere Ende der Kupplungsfeder außer, wie oben erwähnt, an dem Nebelkonus 7, an der Nabenwelle k befestigt. Dabei ist in einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Innendurchmesser des Hebelkonus 7 etwa gleich dem Außendurchmesser der Kupplungsfeder Ik oder etwas größer als dieser, so daß sie von dem Antriebsund Bremskonus freikommt, wenn sie sich zusammenzieht, d.i. bei Vorwärtsdrehung des Antriebsteils 6.

Das eine Ende der Kupplungsfeder Ik befindet sich in Anlage an einer geriffelten Innenfläche lic des Antriebs-

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und Bremskonus 11 und das andere Ende der- Jeder stützt sich, am Boden der zylindrischen Bohrung.des Hebelkpnus at>, so daß die Feder bei einer Axialbewegung des Antriebsund Bremskonus 11 in Bremsrichtung komprimiert wird.

Bei der Vorwärtsdrehung des Antriebsteils 6 wird dessen Drehung auf den Antriebs- und Bremskonus 11 übertragen. Dessen Drehung bewirkt dann das Zusammenziehen der'in seine zylindrische Bohrung eingesetzten Kupplungsfeder 14, so daß diese sich nur noch in leichter Anlage an der Innenfläche des Konus 11 befindet und keinen nennenswerten Drehwiderstand auf ihn ausübt. Der Konus 11 kann sich also im wesentlichen frei drehen und die Drehung des Antriebsteils 6 auf die Habenhülse 1 übertragen. Die Feder 14 befindet sich dabei mit ihrem Umfang gerade noch so stark in Anlage an der Innenfläche des Konus 11, daß sie dadurch im zusammengezogenen Zustand gehalten ist, ohne jedoch die Drehung des Konus wesentlich zu behindern. Bei einer auf den Antriebs- und Bremskonus 11 übertragenen Rückwärtsdrehung des Antriebsteils 6 kann sich die Kupplungsfeder 14- wieder aufweiten und gleitet dadurch nicht langer auf der Innenfläche des Konus, ist nun also bewegungsübertragend mit diesem verbunden. Da nun der Antriebs- und Bremskonus 11 durch den Drehwiderstand der Feder 14 festgehalten ist, findet eine Relativdrehung zwischen dem Antriebsteil 6 und dem "onus 11 statt, so daß dieser sich nur noch in Axialrichtung bewegen kann. Dabei wird die Feder 14 komprimiert und der Bremsmantel 12 auseinandergespreizt, so daß er in

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Anlage an der Innenfläche der Nabenhülse 1 kommt und deren Drehung abbremst.

Sobald dann die über die Pedale ausgeübte Rückwärtsbelastung des Antriebsteils 6 aufhört, wird die bewegungsübertragende Verbindung zwischen der Feder 14 und dem Antriebsund Bremskonus 11 gelöst und die bei der axialen Bewegung des Konus 11 komprimierte Feder 14 drückt den Konus in entgegengesetzter Axialrichtung zurück, so daß sich der Bremsmantel 12 wieder zusammenziehen kann und die Bremswirkung dadurch aufhört.

Somit bewirkt also die Rückstellkraft der Feder 14, daß der Konus 11 den Bremsmantel 12 schnell freigibt und wieder in Anlage an der Konusfläche 3 cLer Nabenhülse 1 kommt.

Während die Kupplungsfeder 14 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit einem Ende'in der zylindrischen Bohrung des Antriebs- und Bremskonus 11 sitzt und mit dem anderen Ende in die zylindrische Bohrung des Hebelkonus 7 eingesetzt bzw. an diesem befestigt ist, zeigt Fig. 3 eine Ausführungsform, in welcher das letztere Ende der Feder 14 die Nabenwelle 4 eng umschlingt.

In dieser Ausführungsform ist der Außendurchmesser der Welle 4 etwas größer als der Innendurchmesser des in Fig. 3 linksseitigen Endstücks der Kupplungsfeder 14.

Die von Antriebsteil 6 auf den Antriebs- und Bremskonus 11 übertragene Vorwärtsdrehung hat wie bei der ersten Aus-

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führungsform ein Zusammenziehen der Kupplungsfeder 14 zur Folge, so daß sich der Konus 11 nahezu ungehindert zusammen mit dem Antriebsteil 6 drehen kann, während sich das linksseitige Endstück der Feder 14 fest um die Welle 4 zusammenzieht. Dadurch ist also die Feder auf der Welle 4 festgehalten und kann sich nicht zusammen mit dem Antriebs- und Bremskonus 11 drehen, solange dieser den Antrieb vom Antriebsteil 6 auf die Habenhülse 1 überträgt. Wird dann der Antriebs- und Bremskonus 11 über das Antriebsteil 6 in Rückwärtsdrehung versetzt, so weitet sich die Feder 14 wieder auf, so daß sie nun nicht mehr auf der Innenfläche des Konus gleitet sondern bewegungsubertragend mit dieser verbunden ist, während sich die Umschlingung der Welle 4 etwas lockert. Da der Innendurchmesser der Feder 14 an deren linksseitigem Ende etwas kleiner als der Außendurchmesser der Welle ist, die Feder also die Welle mit einer gewissen Vorspannung umschlingt, bleibt sie also bis zu einem Drehmoment von vorbestimmter Größe kraftschlüssig mit der Welle verbunden und übt daher einen Drehwiderstand auf den Antriebs- und Bremskonus 11 aus.

Aufgrund dieses Drehwiderstandes kommt es zu einer Relativdrehung zwischen dem Antriebsteil 6 und dem Konus und damit zu einer Axialverschiebung des letzteren. Dabei wird die Feder 14 komprimiert und der Bremsmantel 12 auseinandergespreizt, so daß er mit seiner Umfangsflache in Anlage an der Innenfläche der Habenhülse 1 kommt und deren Drehung abbremst.

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Übersteigt das ausgeübte Rückwärtsdrehmoment jedoch den genannten vorbestimmten Wert, so wird die Feder 14 noch weiter aufgeweitet und kommt dabei einerseits in noch festere Anlage am Antriebs- und Bremskonus, während sich andererseits die Umschlingung der Welle 4 lockert, so daß sich die Feder gleitend auf der Welle dreht. Selbst bei Ausübung eines übermäßig großen Rückwärtsdrehmoments kann also die Feder 14 nicht beschädigt werden, da sie sich dann zusammen mit dem Antriebs- und Bremskonus 11 dreht.

In der' vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Kupplungsfeder 14 vorzugsweise so ausgebildet, daß die die Welle 14 umschlingenden Windungen des linksseitigen Endstücks nahe beieinanderliegen.

Während das Endstück der Kupplungsfeder 14 die Welle 4 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform unmittelbar umschlingt, kann in einer Abwandlung eine Buchse auf die Welle aufgesetzt sein, an welcher das betreffende Endstück der Feder angreift. In noch einer anderen Abwandlung hat der Hebelkonus eine zylindrische Bohrung mit kleinerem Durchmesser, in welche die Feder mit ihrem Endstück eingesetzt ist.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungen ist jeweils das eine Ende der Feder 14 in den Hebelkonus 7 eingesetzt und/oder auf die Welle 4 aufgeschoben und das andere Ende in einer Bohrung des Antriebs- und Bremskonus 11 gehalten. Demgegenüber weist der Antriebs- und Bremskonus 11 in der

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in Pig. 4 gezeigten Ausführungsform einen damit einstückigen zylindrischen Ansatz 110 mit verringertem Durchmesser auf. Die Kupplungsfeder 14 ist hier mit einem Endstück auf den zylindrischen Ansatz 110 aufgeschoben und sitzt mit dem anderen Endstück in der zylindrischen Bohrung des Hebelkonus 7· Der Außendurchmesser der Feder 14 ist dabei gleich dem Innendurchmesser der zylindrischen Bohrung des Hebelkonus 7 oder etwas größer als dieser, und ihr Innendurchmesser ist gleich dem Außendurchmesser des zylindrischen Ansatzes 110 oder etwas kleiner als dieser.

Somit schafft die Erfindung also eine Fahrrad-Freilauf-Bremsnabe mit einer zwischen dem Hebelkonus und dem Antriebs- und Bremskonus eingesetzten Kupplungsfeder, welche bei einer durch Rückwärtstreten der Pedale bewirkten Rückwärtsdrehung eines Antriebsteils einen vorbestimmten Drehwiderstand auf den Antriebs- und Bremskonus ausübt, so daß dieser zum schnellen und sicheren Einleiten eines Bremsvorgangs axial verschoben wird, und welche bei Aufhebung der Rückwärtsbelastung der Pedale ein sofortiges Aufhören der Bremswirkung herbeiführt.

Wie man aus vorstehender Beschreibung erkennt, übt die Kupplungsfeder der erfindungsgemäßen Bremsnabe beim Vorwärtstreten der Pedale kaum einen Drehwiderstand auf den Antriebs- und Bremskonus aus, so daß sich das Fahrrad leicht fortbewegen läßt. Werden die Pedale zum

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Betätigen der Bremse rückwärts getreten, so übt die Feder einen starken Drehwiderstand auf den Antriebs- und Bremskonus aus, so daß sieh dieser sofort in Axialrichtung verschiebt und eine schnelle Betätigung der Bremse einleitet. Bei Aufhebung der Rückwärtsbelastung der Pedale wird der Konus schnell in entgegengesetzter Axialrichtung zurückbewegt, so daß die Bremswirkung schnell und sicher aufgehoben wird.

"Übersteigt das über die Pedale ausgeübte Rückwärtsdrehmoment eine vorbestimmte, für die Betätigung der Bremse ausreichende Größe, so kann das eine Ende der Feder durchrutschen und sich in der Richtung des übermäßigen Drehmoments mitdrehen. Sie wird also durch ihre Aufweitung nicht mit den beiden Enden im Antriebs- und Bremskonus und im Hebelkonus festgehalten und kann daher auch bei Ausübung übermäßig großer Betätigungskräfte nicht beschädigt werden. Die beim Bremsen durch die reibschlüssige Anlage des Bremsmantels bzw. der Bremsschuhe an der Innenfläche der Nabenhülse entstehende Reibungswärme kann zwar zu einem Aufweiten der Feder führen, wobei sie dann ö^e<3-^ocn auf dem Antriebs- und Bremskonus und/ oder gegenüber dem Hebelkonus und der Welle durchzurutschen beginnt. Eine derartige durch Heißlaufen bewirkte Aufweitung der Feder kann also ebenfalls nicht zu einer Beschädigung derselben führen.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern erstreckt sich

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auf verschiedene Änderungen und Abwandlungen derselben.

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Claims

Ansprüche :

1· j Fahrrad-Freilaufbremsnabe mit einem Kupplungskonus, uelcher zum Bremsen durch Rückuärtsdrehung eines Antriebsteils zum Anlegen v/on Bremsschuhen an die Nabenhülse axial zur Nabenachse bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß beim Rückuärtsdrehen des Antriebsteils (6) der Kupplungskonus (11) gegen ein Rückuärtsdrehen mit uorbestimmter Kraft abgebremst ist.
2. Bremsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kupplungskonus (11) eine Feder (14) beim Voruärtsdrehen des Antriebsteils (6) gleitend und durch Rückuärtsdrehen des Antriebsteils (6) reibschlüssig angreift.
3. Bremsnabe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) eine geuundene Feder, insbesondere eine Schraubenfeder, ist, uelche durch Rückuärtsdrehen des Antriebsteils (6) zur Erzeugung des Reibschlusses unter Aufueitung oder Zusammenziehen uerdrehbar ist_o

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4. Bremsnabe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungskonus (11) mittels der Feder (14) axial rückstellbar ist.
5. Bremsnabe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gewundene Feder (14) an einem feststehenden Nabenteil (Bremskonus 7, Nabenachse 4) beim Voruärtsdrehen des Antriebsteils (6) kraftschlüssig angreift und daß der Kraftschluß durch Verdrehen der Feder unter dem Angriff des Kupplungskonus (11) beim Rückuärtsdrehen des Antriebsteils (6) lösbar ist,
6. Bremsnabe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gewundene Feder (14) mit ihrem dem Kupplungskonus (11) zugewendeten Ende in eine zylindrische Bohrung des Kupplungskonus eingreift, deren Durchmesser gleich oder etuas kleiner als der Außendurchmesser des Federendes ist, und daß die Feder mit ihrem anderen Ende wenigstens beim l/orwärtsdrehen des Antriebsteils (6) festgehalten ist.
7. Bremsnabe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gewundene Feder (14) mit ihrem dem Kupplungskonus (11) zugewendeten Ende einen am

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Kupplungskonus ausgebildeten Zylinderansatz (11 θ) umgreift, dessen AuQendurchmesser etuas größer als der Innendurchmesser des Federendes ist, und daß die Feder mit ihrem anderen Ende wenigstens beim Uoruärtsdrehen des Antriebsteils (6) festgehalten ist·

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