DE4326748A1

DE4326748A1 - Bicycle hub generator machine

Info

Publication number: DE4326748A1
Application number: DE19934326748
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Ing Kempf; Albrecht Dr Ing Chmura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: DE4326748C2

Abstract

The bicycle hub generator machine is intended to be capable of being manufactured using hubs and wheel axles which are of commercially available design and with components of a conventional standard dynamo which function as a winding, field distributor and pole wheel and have gearing which can be switched on and off in an uncomplicated way which is free of mechanical jolts while the vehicle is being ridden when the electrical operating unit is not in use. The bicycle hub generator machine consists of a hub (1) and of a wheel axle (2) on which an electrical and a mechanical assembly are located in the interior of the hub. The mechanical assembly is a four-stage planetary gear system with a high transmission ratio. It has three gear inputs and one gear output. The drive is thus provided at three points. When the electrical operating units on the bicycle are not in use the gearing can be switched on and off in an uncomplicated way without mechanical jolts while the vehicle is being ridden. The bicycle hub generator machine serves to obtain mechanical energy from the overall movement energy of the front wheel hub of a bicycle and to convert it into electrical energy to operate all the electrical operating units. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrrad-Naben-Generatormaschine zur Entnahme mechanischer Energie aus der Gesamtbewegungsenergie der Fahrrad-Vorderradnabe eines Fahrrades und zu deren Wandlung in elektrische Energie zum Betrieb aller elektrischen Funktions einheiten am Fahrrad.The invention relates to a bicycle hub generator machine for Extraction of mechanical energy from the total kinetic energy the bicycle front wheel hub of a bicycle and for its conversion in electrical energy to operate all electrical functions units on the bike.

Zur mechanisch-elektrischen Energieumwandlung für den Betrieb elektrischer Funktionseinheiten am Fahrrad sind vom Fahrradrei fen über ein Reibrad angetriebene Dynamos sowie verschiedene Ausführungen von sogenannten Fahrrad-Naben-Generatoren bekannt. So beinhaltet die Lösung DE-OS 32 41 909 einen innerhalb der Nabe des Vorderrades eines Zweirades zum Betrieb der Beleuchtung an geordneten Stromerzeuger. Eine im Längsquerschnitt etwas höhere als längere Nabe beinhaltet ein dreistufiges Zahnradumlaufge triebe, welches zentrisch um eine mehrfach im Querschnitt abge setzte durchgängige Radachse angeordnet ist, ferner einen in Achsrichtung sehr kurzen, aber im Durchmesser relativ großen Permanentmagnetpole tragenden Rotor und einen, diesem in seinen Ausmaßen angepaßten, achsfesten Stator, der eine nicht näher beschriebene Wicklung trägt. Die beiden Wicklungsenden sind mit der Radachse und damit elektrisch leitend mit der metallischen Rahmenkonstruktion des Fahrrades bzw. mit einem elektrisch iso lierten Draht verbunden, welcher seitlich durch eine Bohrung innerhalb der Radachse nach außen geführt wird.For mechanical-electrical energy conversion for operation electrical functional units on the bike are from the cycle shop open dynamos driven by a friction wheel as well as various Designs of so-called bicycle hub generators are known. The solution DE-OS 32 41 909 includes one within the hub the front wheel of a two-wheeler to operate the lighting orderly power generator. A slightly higher one in the longitudinal cross section as a longer hub includes a three-stage gear wheel drives, which are centered around a cross section several times set continuous wheel axis is arranged, also one in Axis direction very short, but relatively large in diameter Permanent magnet poles and a rotor, this in his Dimensionally adapted, axially fixed stator, the one not closer described winding carries. The two winding ends are with the wheel axle and thus electrically conductive with the metallic Frame construction of the bike or with an electrically iso wire, which is connected laterally through a hole is guided to the outside within the wheel axle.

Das Zahnradumlaufgetriebe erhält seinen Antrieb in der ersten Stufe von einem mit der Nabe umlaufenden innenverzahnten Zahn rad, welches fast Nabeninnendurchmesser hat.The epicyclic gearbox receives its drive in the first Step from an internally toothed tooth rotating with the hub wheel, which has almost the inner diameter of the hub.

Die beiden ersten Getriebestufen tragen zwei je mit einer Hilfswelle an deren Enden drehfest miteinander verbundene gleichgroße Zahnräder, deren Durchmesser etwa ein Drittel vom Nabendurchmesser beträgt. Die Hilfswelle wird jeweils zwischen beiden Zahnrädern vermittels einer Bohrung innerhalb einer achsfest eingefügten Radscheibe getragen. Beide auf gemeinsa mer Hilfswelle befestigte Zahnräder befinden sich in der ersten Getriebsstufe mit dem erwähnten innenverzahnten Zahnrad bzw. mit einem auf der Radachse sich drehenden Zahnrad, welches seinerseits drehfest mit einem maximal großen weiteren innen verzahnten Zahnrad verbunden ist, im Eingriff. Letzteres dreht sich gemäß dem Übersetzungsverhältnis der ersten Getriebestufe schneller als die Nabe, aber in entgegengesetzter Drehrichtung. Es ist zugleich Antrieb der gleichartig aufgebauten zweiten Getriebestufe. Die dritte Getriebestufe unterscheidet sich hinsichtlich der eingefügten achsfesten Radscheibe von den vorherigen, indem statt dieser eine wiederum mit der Nabe fest verbundene Radscheibe umläuft, die auf einer nur einseitig herausragenden, mit ihr fest verbundenen, aber um die Hälfte verkürzten Hilfsachse nur noch ein einziges, diese Getriebe stufe antreibendes, Zahnrad trägt. Dieses kämmt zugleich mit dem maximal großen innenverzahnten Zahnrad der zweiten Getrie bestufe und mit einem auf der Radachse sich drehenden Zahnrad. Letzteres unterscheidet sich von den auf der Radachse sich drehenden Zahnrädern der beiden vorherigen Getriebestufen da durch, daß es statt mit einem maximal großen innenverzahnten Zahnrad mit dem Rotor des Dynamos verbunden ist. Diese bereits bekannte Lösung ist mehrfach mängelbehaftet. So sind alle ver wendeten Bauteile speziell für vorgesehenen Einsatzzweck kon struiert und deshalb, verglichen mit der Vielfalt bereits im Fachhandel vorhandener Bauteile, wie Radnaben, Radachsen und Dynamos, Sonderanfertigungen. Demzufolge liegt der Preis be trächtlich über dem handelsüblicher Bauteile.The first two gear stages each carry two with one Auxiliary shaft connected at its ends in a rotationally fixed manner gears of the same size, the diameter of which is about a third of Hub diameter is. The auxiliary shaft is between each two gears by means of a bore within one wheel disc inserted axially fixed. Both in common Gears attached to the auxiliary shaft are located in the first Gear stage with the internally toothed gear or with a gear wheel rotating on the wheel axle, which in turn non-rotatable with a maximum large inside toothed gear is connected, in engagement. The latter turns according to the gear ratio of the first gear stage faster than the hub, but in the opposite direction. At the same time, it drives the second, which is constructed in the same way Gear stage. The third gear stage differs with regard to the inserted wheel disc from the previous one, instead of this one in turn with the hub firmly connected wheel disc revolves on one side only outstanding, firmly attached to it, but by half shortened auxiliary axis only one, this gearbox stage driving gear carries. This combs at the same time the maximum internal gear of the second gear stage and with a gear rotating on the wheel axis. The latter differs from that on the wheel axle rotating gears of the two previous gear stages there through that instead of having a maximally large internal gear Gear is connected to the rotor of the dynamo. This already Known solution is defective several times. So everyone is ver components used specifically for the intended purpose structured and therefore, compared to the diversity already in the Specialist trade of existing components such as wheel hubs, wheel axles and Dynamos, custom-made. As a result, the price is right pregnant over the commercially available components.

Wenn schon auf Spezialteile nicht verzichtet werden kann, dann sollte der Wiederholgrad gleichartiger Bauteile für ein Er zeugnis möglichst groß sein. Diese bereits bekannte Lösung weist nämlich mindestens drei unterschiedliche innenverzahnte Zahnräder, drei in ihren äußeren Abmaßen und Bohrungen ver schiedene auf der Radachse sich drehende Zahnräder und min destens, wenn man von deren achssymmetrischer Anordnung im Getriebe absieht, zwei typverschiedene Hilfswellen bzw. -achsen auf.If special parts cannot be dispensed with, then the degree of repetition of similar components for an Er certificate should be as large as possible. This already known solution namely has at least three different internally toothed Gears, three in their outer dimensions and holes ver different gears rotating on the wheel axis and min at least if one of their axisymmetric arrangement in Gearbox has two auxiliary shafts and axles of different types on.

Die konzipierte Formgebung der Radnabe ist darüber hinaus be züglich ihres Durchmessers ungewöhnlich und dürfte wegen damit verbundener Forderung nach vom Üblichen abweichender Speichen länge ebenfalls kostentreibende Wirkung haben. Hinsichtlich der Getriebefunktion ist weiterhin zu bemängeln, daß der Stromerzeuger bei Nichtgebrauch der Beleuchtung am Fahrrad nicht mechanisch abschaltbar ist und seine Bremswir kung auf den Fahrradvortrieb durchweg beibehält. Fernerhin nachteilig ist, infolge der unzweckmäßigen Getriebe konstruktion, die notwendige Inkaufnahme einer gegenüber in beiden vorgeschalteten Getriebestufen schon gewonnenen Getrie beübersetzung technisch nicht ausgeschöpften möglichen Getrie beübersetzung in der dritten Getriebestufe, weil deren Rad scheibe nicht mit der Achse feststeht, sondern zusammen mit der Nabe und dem innenverzahnten Zahnrad der zweiten Getrie bestufe in gleicher Richtung umläuft. Das bedingt letztlich zum Ausgleich einer geringeren Rotordrehzahl ein stärkeres permanentes Magnetfeld, d. h. mehr Eisen im Rotor oder mehr sogenanntes Windungskupfer in der Wicklung des Stators. Ziel der Erfindung ist eine Fahrrad-Naben-Generatormaschine, die eine effektivere mechanisch-elektrische Energieumwandlung zur Verbesserung des funktionellen und verkehrssicheren Be triebes eines Fahrrades leistet, deren Montage unkompliziert und ihr praktischer Einsatz servicefreundlich und wartungsarm ist.The conceived shape of the wheel hub is also be unusual in terms of their diameter and is likely because of it connected demand for spokes deviating from the usual length also have a cost-driving effect. With regard to the gearbox function, it is still to be criticized that the generator on the lighting when not in use Bicycle cannot be switched off mechanically and its braking effect maintenance on the bicycle jacking consistently. Another disadvantage is due to the inappropriate gear construction, the necessary acceptance of one in gearbox already won in the two upstream gear stages translation of technically not exhausted possible transmission Gear ratio in the third gear stage because its wheel disc is not fixed with the axis, but together with the hub and the internal gear of the second gear stage revolves in the same direction. Ultimately, that means a stronger one to compensate for a lower rotor speed permanent magnetic field, d. H. more iron in the rotor or more so-called winding copper in the winding of the stator. The aim of the invention is a bicycle hub generator machine, which is a more effective mechanical-electrical energy conversion to improve the functional and traffic safe Be drives a bicycle, its assembly is uncomplicated and their practical use is easy to service and requires little maintenance is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrrad-Naben- Generatormaschine zu entwickeln, unter Verwendung von in der Bauform handelsüblichen Nabe und Radachse mit für einen her kömmlichen Standard-Dynamo als Wicklung, Feldverteiler- und Polrad fungierenden Bauteilen und mit einem bei Nichtgebrauch der elektrischen Funktionseinheiten am Fahrrad während der Fahrt unkompliziert mechanisch stoßfrei an- bzw. abschaltbaren Zahnradgetriebe, welches aus einem mit hohem Wiederholgrad an zufertigenden Getriebeelementesortiment ausschließlich steck bar und einfach aufgebaut werden kann.The invention has for its object a bicycle hub To develop generator machine using in the Design commercially available hub and wheel axle with for one conventional standard dynamo as winding, field distributor and Components acting as a magnet wheel and with one when not in use of the electrical functional units on the bike during the The ride can be easily switched on and off mechanically Gear transmission, which consists of a high degree of repetition range of gear elements to be manufactured is only pluggable bar and easy to set up.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Hin terrad-Nabe vermittels dazugehöriger Hinterradspeichen im Vor derrad eingespeicht wird. Die Radachse ist von einem Ende her mit einer über das Gewinde einer Seite reichenden Nut für die Herausführung einer mit einer Wicklung verbundenen elektrisch isolierten Leitung versehen.According to the invention the object is achieved in that a Hin terrad hub by means of associated rear wheel spokes in the front the wheel is spoked. The wheel axis is from one end with a groove over the thread of one side for the Leading out an electrically connected to a winding insulated cable.

Die ursprünglich zu einem Dynamo gehörenden Baueinheiten Wick lung und Feldverteiler sind auf das Radachsgewinde aufge schraubt und durch einen an derselben Radachsseite ebenfalls aufgeschraubten Nabendeckel, der auf dieser Seite kugelgela gert eine Nabe trägt, verdrehfest gekontert. Der zweite Wick lungsanschluß ist innerhalb der Baueinheiten Wicklung und Feld verteiler mit Metall und darüber zugleich mit dem metallischen Fahrradrahmen verbunden. Ein Polrad ist nach entsprechender Aufbohrung auf Raddurchmesser mit einer hinreichend langen me tallischen Hülse, die sich auf der Radachse frei dreht, ver klebt. Diese Hülse stützt das Polrad, nachdem es mit ihr ver bunden und von der anderen Radachsseite her auf die Radachse aufgesteckt worden ist, gegen die Wicklung in geringer Distanz vermittels Distanzscheibe ab und schafft auf entgegengesetzter Seite eine feste Verbindung mit einem das Polrad antreibenden Zahnrad. Die aus Wicklung, Feldverteiler und Polrad mit Hülse und antreibendem Zahnrad bestehende und auf der Radachse ange ordneten Bauteile bilden die elektrische Baugruppe der Fahrrad- Naben-Generatormaschine. Sie wird von einem vierstufigen Zahn radumlaufgetriebe angetrieben. Das Zahnradumlaufgetriebe be steht je Getriebestufe aus einem unmittelbar auf der Radachse sich drehenden Zahnrad, welches auf der Seite, der elektrischen Baugruppe zu, mit einer Radscheibe, materialmäßig in einem Stück, verbunden ist. Diese Radscheibe trägt, wiederum nach der der elektrischen Baugruppe zugekehrten Seite hin, an zwei ein ander sich in gewissem Abstand radial gegenüberliegenden, in Preßpassung in sie eingefügte Zahnradachsen je ein drehbar ge lagertes Zahnrad. Jedes dieser Zahnräder kämmt in radialer Richtung zur inneren Nabenperipherie hin mit einem die Innen fläche der Nabe über die Länge der Getriebestufen zwei bis vier bedeckenden und mit der Nabe in Preßpassung verbundenen innen verzahnten Zahnkranz. Zum Antrieb des mit der Radscheibe zent risch und im selben Materialstück verbundenen Zahnrades sind an der Radscheibe auf Zahnradachsen umlaufenden Zahnrädern der vor geschalteten Getriebestufe vorgesehen. Nur die vierte Getriebe stufe besteht ausnahmsweise aus einem auf der Radachse sich drehenden Zahnrad, welches, statt mit einer weiteren Radschei be, mit der Hülse des Polrades verbunden ist. Zum Antrieb der ersten Getriebestufe dient ein einzelnes Zahnrad, welches aber allein die zweite Getriebestufe antreibt, dabei jedoch nicht in den mit der Nabe sich bewegenden innenverzahnten Zahnkranz eingreift. Dieser Antrieb erfolgt im Einschaltfall der Fahrrad- Naben-Generatormaschine mit der Drehzahl Null und besteht im Festhalten der ersten Getriebestufe. Das einzelne Zahnrad ist auf einer Welle befestigt, die durch eine Bohrung im benach barten Nabendeckel hindurch nach außen geführt und dort mit einem sogenannten Bremsrad drehfest verbunden ist, an welchem eine bowdenzugbetätigte feststellbare Reibungsbremse angreift. Die einzelnen Getriebestufen sind gegeneinander durch sehr dünne hochverschleißfeste steife Kunststoffoliescheiben abge teilt. Dazu müssen diese zentrisch eine so große runde Öffnung besitzen, damit sie je über das auf der Radachse sich drehende Zahnrad hinweg bis an die glatte Seite der mit ihm verbundenen Radscheibe geschoben werden können. Dadurch sollen Zahnradkol lisionen benachbarter Getriebestufen bzw. metallische Reibung zwischen ihnen und mit dem Polrad vermieden, notwendige Di stanzen gesichert und geringviskoses Getriebefett innerhalb der einzelnen Getriebestufen etwas abgeschottet werden. Die elektrische Baugruppe bedarf gegenüber Getriebefett keines Schutzes. Nach Bedarf sind auf den Zahnradachsen zwischen Zahnrad und Radscheibe oder zwischen den Getriebestufen auf der Radachse weitere aus Metall oder Kunststoff bestehende Distanzscheiben eingefügt. Die auf den Zahnradachsen mit den Radscheiben umlaufenden Zahnräder sind aus Gründen zu kompen sierender Unwucht während des Betriebes bezüglich der Radachse paarig und einander gegenüberliegend angeordnet.The Wick units originally belonging to a dynamo tion and field distributor are mounted on the wheel axle thread screws and through one on the same wheel axle side as well screwed on hub cap, the ball gela on this side gert carries a hub, locked against rotation. The second wick The connection is within the winding and field units distributor with metal and above it with the metallic one Bicycle frame connected. A magnet wheel is according to the corresponding Drilling to wheel diameter with a sufficiently long me metallic sleeve, which rotates freely on the wheel axis, ver sticks. This sleeve supports the magnet wheel after ver ver with it tied and from the other side of the wheel axle to the wheel axle has been attached, against the winding at a short distance by means of spacer and creates on opposite Side a firm connection with one driving the magnet wheel Gear. The winding, field distributor and magnet wheel with sleeve and driving gear existing and on the wheel axle ordered components form the electrical assembly of the bicycle Hub generator machine. It is made up of a four-stage tooth epicyclic gear driven. The epicyclic gearbox be stands for each gear stage directly on the wheel axle rotating gear, which on the side, the electrical Assembly to, with a wheel disc, materially in one Piece, is connected. This wheel disc carries, again after the side facing the electrical assembly, one at two other radially opposite each other at a certain distance, in Press fit into them inserted gear axles each rotatable stored gear. Each of these gears meshes radially Direction to the inner periphery of the hub with one the inner area of the hub along the length of the gear stages two to four covering and connected to the hub in an interference fit toothed ring gear. To drive the center with the wheel disc Gear and connected in the same piece of material are on the wheel disc on gear wheels revolving around the gear wheels switched gear stage provided. Only the fourth gear exceptionally consists of one on the wheel axle itself rotating gear, which, instead of with another wheel disc be connected to the sleeve of the magnet wheel. To drive the the first gear stage is a single gear, but which drives the second gear stage alone, but not in the internally toothed ring gear that moves with the hub intervenes. This drive occurs when the bicycle Hub generator machine with zero speed and consists in Maintaining the first gear stage. The single gear is attached to a shaft through a hole in the neighboring beard hub cover led outwards and there with a so-called brake wheel is rotatably connected, on which a Bowden cable operated lockable friction brake attacks. The individual gear stages are very different from each other thin, highly wear-resistant, stiff plastic sheeting Splits. To do this, these must have such a large round opening centrally have, so that they ever over the rotating on the wheel axis Gear away to the smooth side of the one connected to it Wheel disc can be pushed. This should gear cog lisions of adjacent gear stages or metallic friction avoided between them and with the magnet wheel, necessary Di punched secure and low-viscosity gear grease inside of the individual gear stages are somewhat isolated. The no electrical assembly is required compared to gear grease Protection. If necessary, are on the gear axles between Gear and wheel disc or between the gear stages the wheel axle further made of metal or plastic Spacers inserted. The ones on the gear axles with the Gear wheels rotating around the wheel discs must be compensated for imbalance during operation with respect to the wheel axis arranged in pairs and opposite each other.

Embodiment

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.The invention will be based on an embodiment are explained.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Fahrrad-Naben-Generator maschine Fig. 1 shows the bicycle hub generator machine according to the invention

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsvariante, die Fahr rad-Naben-Generatormaschine vermittels einer Brems einrichtung mechanisch an- bzw. abzuschalten. Fig. 2 shows a possible embodiment, the driving wheel hub generator machine by means of a braking device on or off mechanically.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Fahrrad-Naben-Genera tormaschine aus Nabe 1, Radachse 2, Nabendeckel 3, 4 und Konter mutter 5. Die Nabendeckel 3 und 4 sind drehfest mit der Rad achse 2 verschraubt und tragen auf Kugellagern 6 die Nabe 1. Die Fahrrad-Naben-Generatormaschine wird durch eine elektri sche und eine mechanische Baugruppe gebildet. Zu ersterer ge hören die Bauteile Wicklung 7 mit einer in der Radachse 2 ein gefrästen Nut 8 nach außen verlegten elektrisch isolierten Leitung 9, Feldverteiler 10 und Polrad 11. Wicklung 7 und Feld verteiler 10 bilden zusammen eine konstruktive Einheit, sind, ohne selbst ein Innengewinde zu haben, dank ihrer zentrisch hinreichend engen runden Öffnung auf das Radachsgewinde durch Schraubung aufgezwängt und vermittels zweier am rückwärtigen Wicklungsträger einander gegenüber der Radachsdurchführung an geordneten Arretieransätze 12 formschlüssig mit Nabendeckel 3 gegen eine sonst mögliche Verdrehung auf der Radachse 2 ge sichert. Das aus ferrokeramischen Material bestehenden Polrad 11 ist zentrisch mit einer sich um die Radachse 2 drehenden metallischen Hülse 13 verklebt. Die mechanische Baugruppe wird aus drei gleichartigen Radscheiben 14.1, 14.2 und 14.3, aus der das Polrad 11 tragenden, bereits erwähnten, Hülse 13 gebildet, ferner aus drei gleichartigen Zahnrädern 15.1, 15.2 und 15.3, die je zusammen mit einer der Radscheiben 14.1 bis 14.3 mate rialmäßig aus einem Stück gefertigt wurden und deshalb fest mit diesen verbunden sind. Die Hülse 13 fungiert gewisserma ßen am Ort einer vierten Radscheibe und ist, wie diese, mit einem ebenso großen Zahnrad 15.4 in gleicher Weise verbunden. Darüber hinaus gehören zur mechanischen Baugruppe paarig ein ander radial gegenüberliegend angeordnete sechs einander gleichartige Zahnräder 16.21 bis 16.42, die sich auf zugehö rigen, in die genannten Radscheiben 14.1 bis 14.3 per Preß passung gefügten Zahnradachsen 17.21 bis 17.42 drehen und zu sammen mit an den sie tragenden Radscheiben 14.1 bis 14.3 um die Radachse 2 umlaufen. Jedes der Zahnräder 16.21 bis 16.42 steht einerseits mit einem ebenfalls in Presspassung mit dem Nabeninnern fest verbundenen innenverzahnten Zahnkranz 18, an dererseits, zur Radachse 2 hin, mit einem der Zahnräder 15.2 bis 15.4 gleichzeitig im Eingriff, jedoch so, daß die Zahnrä der 15.2 bis 15.4 jeweils mit einem an ein und derselben Rad scheibe 14.1 bis 14.3 umlaufenden Zahnradpaar 16.21 bis 16.42 kämmen. Ebenfalls zur mechanischen Baugruppe gehörig sind Zahnradkollisionen oder metallische Reibung verhindernde zwi schen den Getriebestufen vorgesehene dünne steife Kunststoff folienscheiben 19, die vermöge ihrer großen zentrischen Öff nung während der Getriebemontage über die Radachse 2 und über jedes der Zahnräder 15.1 bis 15.4 hinweg bis an die zugehörige Radscheibe 14.1 bis 14.3 bzw. bis an das Polrad 11 geschoben werden. Diese Kunststoffolienscheiben 19 haben außerdem die Aufgabe, in die mechanische Baugruppe eingebrachtes geringvis koses Getriebefett innerhalb des Bereiches der einzelnen Ge triebestufen zu halten. Zur mechanischen An- bzw. Abschaltung der Fahrrad-Naben-Generatormaschine dienen ein Bremszahnrad 16.1, welches vermittels einer Hilfswelle 20 durch den Naben deckel 4 hindurch drehfest mit einem aus Fig. 2 erkennbaren Bremsrad 21 verbunden ist, welches entlang seines Umfanges zwecks Erhöhung des Reibungsbeiwertes gegenüber Stahl mit ei ner Gummischicht belegt ist und wie aus Fig. 1 ersichtlich diverse Distanzscheiben 22 auf den Zahnradachsen 17.21 bis 17.42, auf der Hilfswelle 20 bzw. zwischen den Getriebestufen, an deren Begrenzungen zum Nabendeckel 4 und zum Polrad 11 hin, auf der Radachse 2 eingefügt sind. Hinter dem angedeuteten Teil einer linken Vorderrad-Radgabel 23 und hinter einer eben falls in ihrem Umriß angedeuteten an der Vorderrad-Radgabel 23 befestigten ebenen Montageplatte 24, zeigt Fig. 2 eine Aus führungsvariante einer Bremseinrichtung zur mechanischen An bzw. Abschaltung der Fahrrad-Naben-Generatormaschine.As can be seen from Fig. 1, the bicycle hub generator machine consists of hub 1 , wheel axle 2 , hub cover 3 , 4 and lock nut 5 . The hub caps 3 and 4 are rotatably screwed to the wheel axle 2 and carry the hub 1 on ball bearings 6 . The bicycle hub generator machine is formed by an electrical and a mechanical assembly. For the first ge, the components winding 7 with a milled groove 8 in the wheel axle 2 to the outside are electrically insulated line 9 , field distributor 10 and pole wheel 11 . Winding 7 and field distributor 10 together form a constructive unit, are, without having an internal thread, imposed by screwing thanks to their centrically sufficiently narrow round opening on the wheel axle thread, and by means of two on the rear winding carrier opposite one another with respect to the wheel axle bushing on ordered locking lugs 12 Hub cover 3 secures against an otherwise possible rotation on the wheel axle 2 ge. The magnet wheel 11 made of ferro-ceramic material is glued centrally to a metallic sleeve 13 rotating about the wheel axis 2 . The mechanical assembly is formed from three identical wheel disks 14.1 , 14.2 and 14.3 , from which the magnet wheel 11 , already mentioned, carries sleeve 13 , and from three similar gear wheels 15.1 , 15.2 and 15.3 , each mate with one of the wheel disks 14.1 to 14.3 were made in one piece and are therefore firmly connected to them. The sleeve 13 acts as it were at the location of a fourth wheel disc and, like this one, is connected to an equally large gear 15.4 in the same way. In addition, the mechanical assembly in pairs another radially opposite six mutually identical gears 16.21 to 16.42 , which rotate on zugehö rigen, in the mentioned wheel disks 14.1 to 14.3 by press fit joined gear axles 17.21 to 17.42 and together with the bearing them Rotate wheel disks 14.1 to 14.3 around wheel axis 2 . Each of the gears 16.21 to 16.42 is on the one hand with an internally toothed ring gear 18 that is also firmly connected to the inside of the hub, on the other hand, towards the wheel axis 2 , with one of the gears 15.2 to 15.4 simultaneously in engagement, but in such a way that the gears of 15.2 to 15.4 Comb each with a pair of gears 16.21 to 16.42 rotating on the same wheel 14.1 to 14.3 . Also part of the mechanical assembly are gear collisions or metallic friction-preventing thin rigid plastic sheeting 19 provided between the gear stages, which by virtue of their large central opening during gear assembly over the wheel axis 2 and over each of the gears 15.1 to 15.4 to the associated wheel disc 14.1 to 14.3 or pushed up to the magnet wheel 11 . These plastic washers 19 also have the task of keeping low-viscosity gear grease introduced into the mechanical assembly within the range of the individual gear stages. For the mechanical switching on and off of the bicycle hub generator machine serve a brake gear 16.1 , which is connected by means of an auxiliary shaft 20 through the hub cover 4 rotatably with a recognizable from Fig. 2 brake wheel 21 , which along its circumference for the purpose of increasing the coefficient of friction compared to steel with egg ner rubber layer and as shown in Fig. 1, various spacers 22 on the gear axles 17.21 to 17.42 , on the auxiliary shaft 20 or between the gear stages, at the limits of the hub cover 4 and the pole wheel 11 , on the wheel axle 2 are inserted. Behind the indicated part of a left front wheel fork 23 and behind a flat mounting plate 24 , if indicated in its outline, attached to the front wheel fork 23 , FIG. 2 shows an embodiment variant of a braking device for mechanically switching the bicycle hub on and off. Generator machine.

Die Montageplatte 24 trägt auf der zum Nabendeckel 4 hinge wandten Seite in Schweißverbindung einen Stift 25 und eine Bowdenzughalterung 26. Auf dem Stift 25 ist an seinem einen Ende ein Bremshebel 27 drehbar gelagert, der an seinem andern Ende durch einen am Fahrradlenker feststellbaren Bowdenzug 28 vom Bremsrad 21 abgehoben bzw. in dieser Position gehalten wird, andernfalls von der Rückholfeder 29, die zwischen Brems hebel 27 und Montageplatte 24 mit Vorspannung eingehängt ist, das Bremsrad 21 kraftschlüssig festbremsend, wieder aufgelegt werden kann.The mounting plate 24 carries a pin 25 and a Bowden cable holder 26 in welded connection on the side facing the hub cover 4 . On the pin 25 , a brake lever 27 is rotatably supported at one end, which is lifted at its other end by a Bowden cable 28 which can be ascertained on the bicycle handlebar from the brake wheel 21 or is held in this position, otherwise by the return spring 29 which is located between the brake lever 27 and mounting plate 24 is pre-tensioned, the brake wheel 21 non-positively braking, can be replaced.

Funktionell arbeitet die Fahrrad-Naben-Generatormaschine wäh rend der Benutzung des Fahrrades so, daß im Anschaltfall das Bremsrad 21 und mit ihm auch Bremszahnrad 16.1 festgebremst ist, während sich die Nabe 1 vorwärts, d. h. mit ihrem sich oberhalb der Radachse 2 befindenden Teil in die Zeichenebene der Fig. 1 hinein, bewegt. In der ersten Getriebestufe hält Bremszahnrad 16.1 Zahnrad 15.1 zusammen mit Radscheibe 14.1 fest, demzufolge in der zweiten Getriebestufe die Zahnräder 16.21 und 16.22, angetrieben vom innenverzahnten Zahnkranz 18, sich selbst vorwärts drehen, die Radscheibe 14.2 am Zahnrad 15.2 dagegen rückwärts dreht. Radscheibe 14.2 erreicht dabei eine Drehzahl, welche um die mit dem Übersetzungsverhältnis, gebildet aus Zähneanzahl des innenverzahnten Zahnkranzes 18 und derjenigen des Zahnrades 15.2, multiplizierten Drehzahl der Nabe 1 größer ist.Functionally, the bicycle hub generator machine works while using the bicycle so that when it is switched on the brake wheel 21 and with it brake gear 16.1 is braked while the hub 1 is moving forward, ie with its part above the wheel axis 2 into the Drawing plane of Fig. 1, moved. In the first gear stage, the brake gear 16.1 holds the gear 15.1 together with the wheel disc 14.1 , consequently in the second gear stage the gears 16.21 and 16.22 , driven by the internally toothed ring gear 18 , rotate themselves forwards, while the wheel disc 14.2 on the gear 15.2 rotates backwards. The wheel disc 14.2 reaches a speed which is greater by the speed of the hub 1 multiplied by the gear ratio, formed from the number of teeth of the internally toothed ring gear 18 and that of the gear 15.2 .

Durch sinngemäßes sequentielles Vorgehen und Superposition der zugehörigen Bewegungsabläufe ist, ausgehend von der zwei ten Getriebestufe, schließlich das Übersetzungsverhältnis bis einschließlich vierter Getriebestufe bzw. dasjenige zwischen der Drehzahl des Polrades 11 und der der Nabe 1, zu ermitteln. Es ist zu beachten, daß die erste Getriebestufe nur eine Schaltfunktion versieht und formal bei einem Übersetzungsver hältnis der Größe Null auch die Drehzahl Null an die nächste Getriebestufe übergibt.By analogous sequential procedure and superposition of the associated motion sequences, starting from the two-th gear stage, the transmission ratio up to and including the fourth gear stage or that between the speed of the pole wheel 11 and that of the hub 1 is to be determined. It should be noted that the first gear stage provides only one switching function and formally transfers the speed zero to the next gear stage with a zero ratio ratio.

Bei Nichtgebrauch der elektrischen Funktionseinheiten am Fahr rad kann durch unkomplizierte Freigabe des Bremsrades 21 und damit auch des Bremszahnrades 16.1, sich die Radscheibe 14.1 frei auf der Radachse 2 drehen.When the electrical functional units on the driving wheel are not in use, the wheel disk 14.1 can rotate freely on the wheel axle 2 by uncomplicated release of the brake wheel 21 and thus also the brake gear 16.1 .

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch mehrere Vor teile aus. Ein wesentlicher Vorteil der Fahrrad-Naben-Genera tormaschine besteht darin, daß der Dynamo selbst und seine elektrische Kontaktierung verderblichen Witterungseinflüssen nicht mehr ausgesetzt sind, ein mit Wirkungseinbuße verbundenem Schlupf am Reifen nicht mehr auftritt und dadurch dem Radfahrer nicht mehr so spürbar große Vortriebskräfte ab verlangt werden. Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht eine wirtschaftliche Massenfertigung, weil in hohem Maße entweder sich bereits in Massenproduktion befindliche handelsübliche Bauteile vorgesehen sind oder, die mechanische Baugruppe be treffend, möglichst viele einander gleichartige Teile kon struktiv verwendet werden können. Das vierstufige Zahnradum laufgetriebe kommt mit nur einem innenverzahnten Zahnkranz aus, ist unkompliziert, ohne Verwendung von Schrauben und Si cherungsringen allein durch Zusammenstecken der Zahnräder mon tierbar, dadurch servicefreundlich und wartungsarm. Die An-oder Abschaltung des Zahnradumlaufgetriebes ist sowohl während der Fahrt als auch im Stillstand vom Lenker aus bequem möglich und erfolgt zahnradschonend stoßfrei.The solution according to the invention is characterized by several advantages hand out. A major advantage of the bicycle hub genera goal machine is that the dynamo itself and its electrical contact with perishable weather conditions are no longer exposed, one with reduced effectiveness associated slip on the tire no longer occurs and as a result from the cyclist no longer noticeably large propulsive forces be requested. The proposed invention enables one economical mass production because to a large extent either commercially available ones already in mass production Components are provided or be the mechanical assembly apt, as many similar parts as possible can be used structurally. The four-stage gear wheel running gear comes with only one internally toothed ring gear is uncomplicated, without the use of screws and Si circlips only by plugging the gears together mon animal friendly, therefore easy to service and low maintenance. The to or Shutdown of the epicyclic gearbox is both during the Driving and at a standstill conveniently possible from the handlebars is bumpless to protect the gear.

Die Fahrrad-Naben-Generatormaschine trägt damit im Vergleich zu Erzeugnissen, die diesbezüglich den derzeitigen Stand der Technik repräsentieren, Relationen zwischen Technik, Wirt schaftlichkeit und Sicherheit, insbesondere Verkehrssicher heit, maximal Rechnung. The bicycle hub generator machine bears in comparison on products which, in this regard, reflect the current status of Represent technology, relations between technology, host Efficiency and safety, especially road safety maximum invoice.

BezugszeichenlisteReference list

1 Nabe
2 Radachse
3, 4 Nabendeckel
5 Kontermutter
6 Kugellager
7 Wicklung
8 Nut
9 elektrisch isolierte Leitung
10 Feldverteiler
11 Polrad
12 Arretieransätze
13 metallische Hülse
14.1, 14.2, 14.3 Radscheiben
15.1, 15.2, 15.3, 15.4 Zahnräder
16.1 Bremszahnrad
16.21, 16.22, 16.31, 16.32, 16.41, 16.42 Zahnräder
17.21, 17.22, 17.31, 17.32, 17.41, 17.42 Zahnradachsen
18 innenverzahnter Zahnkranz
19 steife Kunststoffolienscheibe
20 Hilfswelle
21 Bremsrad
22 Distanzscheiben
23 linke Vorderrad-Radgabel
24 Montageplatte
25 Stift
26 Bowdenzughalterung
27 Bremshebel
28 Bowdenzug
29 Rückholfeder 1 hub
2 wheel axle
3, 4 hub caps
5 lock nut
6 ball bearings
7 winding
8 groove
9 electrically insulated cable
10 field distributors
11 pole wheel
12 locking lugs
13 metallic sleeve
14.1 , 14.2 , 14.3 wheel disks
15.1 , 15.2 , 15.3 , 15.4 gears
16.1 Brake gear
16.21 , 16.22 , 16.31 , 16.32 , 16.41 , 16.42 gears
17.21 , 17.22 , 17.31 , 17.32 , 17.41 , 17.42 gear axles
18 internally toothed ring gear
19 rigid plastic sheeting
20 auxiliary shaft
21 brake wheel
22 spacers
23 left front wheel fork
24 mounting plate
25 pen
26 Bowden cable holder
27 brake lever
28 Bowden cable
29 return spring

Claims

Bicycle hub generator machine, consisting of a hub that is rotatably supported by two hub caps on ball bearings and a wheel axle on which there is an electrical and a mechanical assembly inside the hub, the latter of which is located on the outside via a lockable Bowden cable from the bicycle The handlebars can be switched on and off is characterized in that the mechanical assembly is a four-stage gear wheel gear with high ratio and with a single internally toothed ring gear ( 18 ), which is firmly connected to the rotating hub ( 1 ), several times in the sense of a renewed Ge drive input in the second and in each further gear stage is repeatedly coupled, while on the output side ver by means of a gear ( 15.4 ) connected to the central sleeve ( 13 ) on the magnet wheel ( 11 ) of the electrical assembly, the drive is realized and the mechanical assembly consists of three another similar gear-wheel disc combinations ( 15.1 / 14.1; 15.2 / 14.2; 15.3 / 14.3 ), which are connected to each other in a piece of material, consists of a pair of similar gearwheel axes ( 17.21 / 17.22; 17.31 / 17.32; 17.41 / 17.42 ) and symmetrical to the center of the wheel disc on its diameter, towards the side facing away from the gearwheel These each have a gear wheel ( 16.21 / 16.22 ; 16.31 / 16.32 ; 16.41 / 16.42 ), i.e. a total of six identical gears on six identical gear axles, each with the internally toothed ring gear ( 18 ) on the one hand and with one each on each wheel disc be ( 14.1 ; 14.2 ; 14.3 ) located or finally with the sleeve ( 13 ) connected to the gear ( 15.4 ) on the other hand in a grip and the capacity of another, the six gears ( 16.21 to 16.42 ) also of the same type, so-called brake gear ( 16.1 ), via the first gear stage as a result of its bearing and with a brake wheel ( 21 ) outside the hub ( 1 ) through the hub cover ( 4 ) rotatably connected Auxiliary shaft ( 20 ) is arranged in a bumpless manner and thus at the same time decouples the mechanical and electrical assembly of the bicycle hub generator from the drive through the hub ( 1 ).