DE602004008604T2

DE602004008604T2 - Fahrrad

Info

Publication number: DE602004008604T2
Application number: DE602004008604T
Authority: DE
Inventors: Richard Thorpe
Original assignee: Karbon Kinetics Ltd
Current assignee: Karbon Kinetics Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2024-03-06
Also published as: US7708297B2; ATE371577T1; JP4777236B2; GB0307429D0; DE602004008604D1; CN100491188C; EP1842769A3; GB2400084A; EP1618034B1; US20110084544A1; WO2004087493A1; JP2006521964A; DK1618034T3; CN1795122A; US8540322B2; US20070035106A1; EP1842769A2; EP1618034A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fahrräder und insbesondere auf Fahrräder mit einem in der Nabe des angetriebenen Rades befindlichen Planetengetriebe.
In der Nabe montierte Getriebe sind in der Fahrradtechnik allgemein üblich und basieren normalerweise auf dem bekannten Prinzip des Planetengetriebes. Derzeit sind Naben mit Planetengetriebe für Fahrräder mit zwei, drei, vier, fünf, sieben, acht und sogar vierzehn Übersetzungsverhältnissen erhältlich.
Bei einem herkömmlichen in der Nabe montierten Dreiganggetriebe ist eine zentrale Welle vorgesehen, die an ihren beiden Enden am Fahrradrahmen befestigt werden kann. Ein Sonnenrad ist nicht drehbar an der Welle montiert und greift in die Planetenräder ein, die in einem von der Welle drehbar getragenen Planetenträger gelagert sind. Ein Antriebskettenrad zum Eingriff in die Fahrradkette dreht sich koaxial zur Welle.
Ein Hohlrad greift in die Planetenräder ein und kann derart bewegt werden, dass es entweder in das Antriebskettenrad oder in das äußere Gehäuse der Nabe, an der die Radspeichen befestigt sind, eingreift und sich mit diesem dreht. Der Planetenträger kann ebenfalls derart bewegt werden, dass er entweder in das Antriebskettenrad oder die Nabe eingreift und sich mit diesem bzw. dieser dreht.
Im niedrigen Gang drehen sich das Antriebskettenrad und das Hohlrad gemeinsam, und der Planetenträger dreht sich derart mit der Nabe, dass sich das Rad langsamer dreht als das Antriebskettenrad.
Im mittleren Gang greift das Antriebskettenrad in das Hohlrad ein, und die Nabe greift ebenfalls derart in das Hohlrad ein, das sich das Rad mit derselben Geschwindigkeit dreht wie das Antriebskettenrad.
Im hohen Gang greift das Antriebskettenrad in den Planetenträger und das Hohlrad in die Nabe ein, so dass sich das Rad schneller dreht als das Antriebskettenrad.
Abgesehen von den Überlegungen, dass das Laufrad des Fahrrades am äußeren Gehäuse des Getriebes montiert ist und dass die zentrale Welle trotz der Drehung bezüglich des Fahrradrahmens in Position gehalten werden muss, um das Drehmoment vom Antriebskettenrad auf das äußere Gehäuse des Getriebes und somit auf das Rad zu übertragen, befasst sich die vorliegende Erfindung nicht mit der Funktionsweise im Inneren des Nabengetriebes.
Der Hauptvorteil einer Nabe mit Planetengetriebe liegt darin, dass die Planetenräder kompakt innerhalb des äußeren Nabengehäuses eingeschlossen sind. Weil die Planetenräder auf diese Weise vor Wasser und Schmutz geschützt sind, erfordern Naben mit Planetengetriebe nur einen geringen Wartungsaufwand.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zum Umschalten in einen anderen Gang kein am Hinterrad vorgesehener Kettenschaltungsmechanismus erforderlich ist. Dadurch wird der Fahrradkettenantrieb vereinfacht, da sich die Kettenbahn, wenn der Fahrer in einen anderen Gang schaltet, bezüglich des Fahrradrahmens nicht bewegt, wie dies bei herkömmlichen Kettenschaltungen mit mehreren Kettenrädern der Fall ist. Da die Kettenbahn dabei festgelegt ist, kann ein Kettenschutz am Fahrrad angebracht werden, um auch den Kettenantrieb des Fahrrades gegen Schmutz zu schützen. Außerdem schützt dieser Kettenschutz das Bein bzw. die Kleidung des Fahrers vor Verschmutzung durch Kettenfett.
Der derzeitige Stand der Technik bei Naben mit Planetengetriebe weist jedoch einige Nachteile auf. Weil Naben mit Planetengetriebe normalerweise so konstruiert sind, dass sie eine lange zentrale Welle aufweisen, deren Enden derart ausgelegt sind, dass sie an beiden Seiten des Hinterrades am Fahrradrahmen gelagert sind, muss für einen Reifenwechsel, zum Beispiel bei einem Loch im Reifen, das gesamte Hinterrad – einschließlich der Nabe mit dem Planetengetriebe – aus dem Fahrradrahmen ausgebaut werden, um den platten Reifen zu reparieren. Dies kann sehr zeitaufwändig sein.
Ist das Fahrrad mit einem Schutz des hinteren Kettenantriebs ausgestattet, dauert der Ausbau des Hinterrades noch länger. Zunächst muss der Kettenschutz abmontiert werden und sodann müssen die Wellenmuttern der Nabe mit Planetengetriebe gelöst werden. Danach kann die Fahrradkette abgenommen und schließlich die Nabe, einschließlich des Hinterrades, ausgebaut und sodann der Reifen repariert werden.
Ein weiterer Nachteil der gegenwärtigen Naben mit Planetengetriebe besteht darin, dass dasselbe zeitaufwändige Verfahren durchzuführen ist, wenn das Hinterrad für einen Transport des Fahrrades in einem Auto oder zur Aufbewahrung des Fahrrades auf begrenztem Raum ausgebaut werden muss.
Bei einem als „Entertainment Vehicle" (Spaß-Fahrzeug) bezeichneten und im Jahr 2000 von der Sony Corporation in Japan ausgestellten Fahrrad wurde eine Nabe mit Planetengetriebe verwendet, die mit einem einzigen hinteren Arm, der nur auf einer Seite des Hinterrades verlief, an einem Fahrradrahmen gelagert war. Eine derartige Lagerung ermöglicht den Ausbau des Reifens, ohne dass die Nabe mit Planetengetriebe oder das Rad aus dem Fahrradrahmen ausgebaut werden muss. Das „Entertainment Vehicle" weist zur Erzielung der erforderlichen Steifigkeit und Festigkeit einen starren hinteren Arm sowie einen völlig freiliegenden Hinterrad-Kettenantrieb auf, der ein Antriebskettenrad, das mit den am Fahrradrahmen montierten Pedalen verbunden ist, ein angetriebenes Kettenrad an der Hinterradnabe und eine die Kettenräder verbindende Antriebskette umfasst.
In Dokument DE 19840576 ist ein Antriebsbauteil für ein Fahrrad nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben, bei dem das Hinterrad mit einem in der Nabe angeordneten Planetengetriebe versehen, das Hinterrad nur an einer Seite gelagert und der Antriebsstrang von den Pedalen bis zum Hinterrad umschlossen ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Fahrrades mit einem nur an einer Seite am Fahrradrahmen gelagerten Hinterrad und einem Nabengetriebe, wobei das Hinterrad derart an dem Nabengetriebe gelagert ist, dass es ausgebaut werden kann, ohne das Getriebe aus dem Fahrrad auszubauen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Fahrrad nach Anspruch 1 bereit.
Das endlose Spannelement ist vorzugsweise eine Kette, und bei dem treibenden und dem angetriebenen Rad handelt es sich um Kettenräder. Alternativ kann das endlose Spannelement ein Zahnriemen oder ein einfacher Riemen sein und können das treibende und das angetriebene Rad entsprechende Riemenscheiben sein.
Der hintere Arm kann ein an seinem vorderen Ende am Fahrradrahmen befestigter Ausleger sein, oder der hintere Arm kann durch eine Strebe versteift sein, die von einer Stelle an oder nahe seinem hinteren Ende zu dem Rahmen verläuft.
Der Fahrradrahmen kann eine Hinterradaufhängung aufweisen, wobei das vordere Ende des hinteren Arms unter Bildung eines Schwenkarms am Fahrradrahmen angelenkt und das Rad am hinteren Ende des Schwenkarms gelagert ist. In diesem Fall ist eine Feder-Dämpfer-Anordnung vorgesehen, die zwischen dem Schwenkarm und dem Rahmen wirkt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt einen Rahmen für ein Fahrrad nach Anspruch 12 bereit.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Rahmen einen einzigen hinteren Arm, an dessen hinterem Ende das Hinterrad gelagert werden kann, wobei das Rad an einer Seite des hinteren Arms angeordnet ist. Alternativ kann der hintere Arm durch eine Strebe versteift sein, die von einer Stelle an oder nahe seinem hinteren Ende zu dem Rahmen verläuft.
Ein dritter Aspekt der Erfindung stellt einen hinteren Arm für einen Fahrradrahmen nach Anspruch 19 bereit.
Das treibende Rad kann an einer Pedalachse montiert sein, die in im hinteren Arm befindlichen Lagern gelagert ist.
Bei einer Ausführungsform weist der hintere Arm ein Paar konkaver Halbschalen mit inneren Rippen auf, die zwischen mit den Rippen und der jeweiligen Halbschale einstückig ausgebildeten inneren Zapfen verlaufen. Die Zapfen 115 einer Halbschale sind vorzugsweise mit Gewindesackbohrungen versehen, während die Zapfen der anderen Halbschale mit Durchgangsbohrungen zur Aufnahme von die Halbschalen aneinander befestigenden Gewindebolzen ausgebildet sind. Die Rippen und Zapfen können bezüglich der innerhalb des hinteren Arms laufenden Endloskette derart angeordnet sein, dass die Gesamtgröße des hinteren Arms möglichst gering ist. Alle oder einige Zapfen können innerhalb eines von der Endloskette begrenzten Bereichs angeordnet sein.
Ein weiterer (nicht in den Ansprüchen erwähnter) Aspekt stellt eine Nabe für ein Fahrradlaufrad bereit, die ein allgemein zylindrisches Gehäuse für ein Planetengetriebe umfasst, wobei das Gehäuse zur Aufnahme eines außenseitigen Lagers an einer axialen Zwischenstelle des Gehäuse zum Lagern der Nabe am Fahrradrahmen vorgesehen ist, und die Nabe außerdem lösbare Montageelemente umfasst, die mit an einem Laufrad ausgebildeten Montageeinrichtungen zusammenwirken. Bei dem Laufrad kann es sich um ein herkömmliches Speichenrad oder ein Gussrad handeln.
Ein weiterer (nicht in den Ansprüchen erwähnter) Aspekt stellt ein in einer Nabe montierbares Planetengetriebe für ein Fahrrad bereit, das eine zentrale, an einem Ende an einem Fahrradrahmen befestigbare Welle und ein achssymmetrisches äußeres Gehäuse, das an seiner axialen Zwischenstelle eine umlaufende Lagerfläche aufweist, die mit einem Traglager zum Lagern des Getriebes an einem Fahrradrahmen in Eingriff gebracht werden kann, sowie Einrichtungen zum lösbaren Befestigen eines Laufrades am Getriebegehäuse umfasst. Anstelle einer einzigen Lagerfläche kann ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten Lagerflächen vorgesehen sein.
Das Getriebe ist vorzugsweise mit Einrichtungen zum Befestigen des Laufrades am Getriebegehäuse an seinem axialen Ende versehen, das von dem einen Ende weiter entfernt ist. Die Lagerfläche ist am besten im Wesentlichen zentral und in axialer Richtung bezüglich des montierten Laufrades angeordnet.
Das äußere Nabengehäuse besteht, ähnlich wie derzeit erhältliche äußere Gehäuse von Naben mit Planetengetriebe, vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium. Bei dem drehbaren Lager kann es sich um ein Kugel-, Rollen- oder Kegelrollenlager handeln. Die Einrichtungen zum Befestigen des Laufrades können ein Schraubengewinde oder Befestigungselemente aufweisen, die mit den Montageelementen einer entsprechenden Nabe eines Laufrades zusammenwirken.
Nachstehend sind beispielhafte Ausführungsfarmen der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Fahrrades mit starrem Rahmen mit dem Nabengetriebe.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vollgefederten Fahrrades mit dem Nabengetriebe.
3 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht des hinteren Arms und des Nabengetriebes.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gehäuses und des Traglagers des in 3 gezeigten Nabengetriebes.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Nabengetriebes, Traglagers, Antriebskettenrades und Gehäuses.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Nabengetriebe-Gehäuses in einer alternativen Anordnung zum Befestigen eines Laufrades.
7 zeigt eine ähnliche Ansicht wie 6 für eine zweite alternative Befestigungsanordnung.
8 zeigt eine ähnliche Ansicht wie 6 und 7 für eine dritte Befestigungsanordnung.
9 und 10 zeigen einen Querschnitt bzw. eine perspektivische Ansicht einer vierten Befestigungsanordnung für ein Laufrad.
11 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines hinteren Arms für ein Fahrrad, von der rechten Fahrradseite aus gesehen, nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
12 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des in 11 gezeigten hinteren Arms, von der linken Fahrradseite aus gesehen.
13 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht des in 11 und 12 gezeigten hinteren Arms, von der rechten Fahrradseite aus gesehen.
1 zeigt ein Fahrrad 1 mit einem starren Rahmen, dessen Vorderrad 2 und Hinterrad 3 an dem Rahmen 4 nur an einer Seite ihrer jeweiligen Achsen gelagert sind.
Der Fahrradrahmen 4 weist ein starres unteres Rohr 5 auf, an dessen ungefährer Mitte die Pedale 6 montiert sind. Das vordere Ende des unteren Rohres 5 umfasst ein Lenkrohr 7, an dem die Vorderradgabelbaugruppe 8 und die Lenkstangengriffe 9 und die Lenkstange 10 derart gelagert sind, dass sie als Einheit gedreht werden können.
Von der ungefähren Mitte des unteren Rohres 5 verläuft die Sattelstange 11, an deren oberem Ende der Sattel 12 montiert ist, nach oben.
Der Teil des unteren Rohres 5, der von den Pedalen 6 aus nach hinten verläuft, bildet einen hinteren Arm 13, an dessen einer Seite das Hinterrad 3 gelagert ist. Der Rahmen 4 ist so angeordnet, dass die Mittelebene des Hinterrades 3 mit dem Lenkrohr 7 und der Mitte des Sattels 12 in einer Ebene liegt. Um diese geometrische Anordnung zu erzielen, kann der hintere Arm 13 zum vorderen Teil des unteren Rohres 5 hin seitlich versetzt sein.
Um die Belastung am vorderen Ende des hinteren Arms 13 zu verringern, kann eine optionale Verstärkungsstrebe 4a vom hinteren Arm 13 zur Sattelstange 11 verlaufen.
2 zeigt eine ähnliche Ansicht wie 1 für ein Fahrrad mit Hinterradaufhängung. Bei dieser Ausführungsform ist der hintere Arm 13 an seinem vorderen Ende an dem unteren Rohr 5 des Rahmens 4 angelenkt. Zwischen dem hinteren Arm 13 und dem unteren Teil der Sattelstange 11 verläuft eine Feder-Dämpfer-Anordnung 14. Ansonsten ist der Rahmen 4 vergleichbar mit dem anhand von 1 beschriebenen Rahmen.
Das Hinterrad 3 ist bei beiden Anordnungen in 1 und 2 am hinteren Arm 13 auf ähnliche Weise gelagert. 3 zeigt in einer perspektivischen Teilschnittansicht des hinteren Arms 13 und des Hinterrades 3 die Anordnung des in der Nabe montierten Getriebes.
Aus 3 ist ersichtlich, dass der hintere Arm 13 rohrförmig ist und die Pedale 6 an einer Pedalwelle montiert sind, die in im hinteren Arm 13 befindlichen Lagern gelagert ist. Ein treibendes Kettenrad ist derart an der Pedalwelle gelagert, dass diese sich mit den Pedalen dreht, und eine Kette 15 läuft um dieses treibende Kettenrad und um ein angetriebenes Kettenrad 16, das mit einem in einer Nabe montierten Getriebe 17 verbunden ist.
Wie in 3 gezeigt, ist der hintere Arm 13 rohrförmig und weist einen inneren Hohlraum auf. Die Kette 15 ist innerhalb des Hohlraums eingeschlossen und somit vor Schmutz und Feuchtigkeit geschützt. Gleichermaßen wird der Kontakt des Fahrradfahrers mit Kettenfett verhindert. Der rohrförmige hintere Arm 13 kann, wie in 1 gezeigt, fest am Fahrradrahmen montiert oder, wie in 2 gezeigt, drehbar angelenkt sein, um eine Federung des Hinterrades zu bewirken. In letzterem Fall kann die Schwenkachse zwischen dem hinteren Arm 13 und dem Fahrradrahmen 5 mit der Drehachse der Pedale 6 übereinstimmen oder versetzt zu dieser angeordnet sein. In letzterem Fall können die Pedale 6 am hinteren Arm 13 oder am Rahmen 5 montiert sein, wenn innerhalb des Hohlraums genügend Raum für die relative Bewegung des treibenden Kettenrades und des hinteren Arms vorhanden ist.
Wie bereits erwähnt, ist die Funktionsweise im Inneren des in der Nabe montierten Getriebes insofern für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung, als die Anzahl der vom Getriebe vorgesehenen Übersetzungsverhältnisse und die Mechanik der Gangwahl vollkommen dem Stand der Technik entsprechen können. Das Nabengetriebe 17 weist eine zentrale Welle 18 und ein äußeres Gehäuse 19 auf. Bei diesem Beispiel umfasst das äußere Gehäuse 19 ein Paar von im Abstand zueinander angeordneten äußeren Flanschen 20 und 21 zur Aufnahme von Speichen 22, die die Nabe mit der Felge 23 des Hinterrades 3 verbinden. Das äußere Gehäuse 19 weist einen die Kraftübertragungskomponenten des Getriebes umgebenden inneren zylindrischen Mantel 24 und einen äußeren Mantel 25 auf, an dem die Flansche 20 und 21 angebracht sind. In einem ringförmigen Raum 26 zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel 24 und 25 ist ein Lager 27 vorgesehen, das vorzugsweise zentriert zwischen den Flanschen 20 und 21 in Richtung der Radachse 28 angeordnet ist.
Der hintere Arm 13 weist eine seitliche rohrförmige Verlängerung 29 auf, die an ihrem Ende zur Aufnahme des Lagers 27, welches sie eng umschließt, offen ist. Auf diese Weise ist das Hinterrad 3 mittels des Lagers 27, das das äußere Gehäuse 19 des Nabengetriebes 17 trägt, an dem Arm 13 gelagert. Der Arm 13 ist mit einer Bohrung versehen, durch die die zentrale Welle 18 des Nabengetriebes 17 verlaufen kann, wobei die zentrale Welle 18 mittels einer Knebelmutter 30 am hinteren Arm 13 befestigt. Die Knebelmutter 30 kann zum Feststellen der zentralen Welle 18 in Bezug auf den hinteren Arm 13 dienen; alternativ kann die zentrale Welle 18 einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Welle 18 in einer entsprechenden Öffnung im hinteren Arm 13 aufgenommen wird, um eine Drehung der Welle 18 um die Hinterradachse 28 bezüglich des hinteren Arms 13 zu verhindern.
4 zeigt in vergrößertem Maßstab das äußere Gehäuse 19 und das Lager 27 der Anordnung in 3. Die Übersetzungskomponenten des Nabengetriebes und der hintere Arm 13 sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit weggelassen. 5 zeigt eine ähnliche Ansicht wie 4 für die Übersetzungskomponenten des Nabengetriebes 17 in schematischer Form, das angetriebene Kettenrad 16 und die zentrale Welle 18. Das Lager 27 ist auf dem inneren Mantel 24 des äußeren Gehäuses 19 des Nabengetriebes 17 angeordnet. Wie aus 5 klar ersichtlich, ist die zentrale Welle 18 derart mit einer Abflachung 18a ausgebildet, dass die zentrale Welle einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird die zentrale Welle 18 in einer „D"-förmigen Öffnung im hinteren Arm 13 aufgenommen, um jede Drehung der zentralen Welle 18 um die Hinterradachse 28 bezüglich des hinteren Arms 13 zu verhindern.
Dadurch ist sichergestellt, dass das Sonnenrad des in der Nabe montierten Planetengetriebes festgestellt bleibt und dass das Drehmoment über das Getriebe vom Antriebskettenrad 16 auf das äußere Gehäuse 19 übertragen wird. Auf der Welle 18 können zwei oder mehrere Abflachungen 18a ausgebildet sein, oder die Welle kann einen polygonalen Querschnitt aufweisen. Die Öffnung im hinteren Arm 13 muss derart geformt sein, dass sie die Welle 18 aufnimmt, aber ein Drehen der Welle in der Öffnung verhindert.
Das Lager 27 ist vorzugsweise so angeordnet, dass das drehbare Lager 27 in der Mittelebene des Hinterrades 3 liegt. Bei dieser bevorzugten Anordnung werden die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 28 des Hinterrades 3 wirkenden Kräfte über das äußere Nabengehäuse 19 und das drehbare Lager 27 auf den hinteren Arm 13 des Fahrradrahmens 4 übertragen, wodurch die auf die zentrale Welle 18 wirkenden Biegemomentkräfte erheblich verringert oder vollständig aufgehoben werden.
Es ist jedoch vorgesehen, dass das Lager 27 außenseitig an der seitlichen Verlängerung 29 des hinteren Arms 13 angebracht werden kann, wobei das Lager den äußeren Mantel 25 des Nabengehäuses 19 unmittelbar trägt, das an die radial verlaufende äußere Wand des ringförmigen Hohlraums 26 anstößt. Außerdem können zwei oder mehrere Lager 27 entweder in der Verlängerung 29 zur Aufnahme der Außenfläche des inneren Mantels 24 oder außerhalb der Verlängerung 29 zur Aufnahme der Innenfläche des äußeren Mantels 25 montiert werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel sind die Flansche 20 und 21 und der äußere Mantel 25 als Bestandteile des äußeren Gehäuses 19 des Nabengetriebes 17 einstückig ausgebildet. Während der Reifen vom Hinterrad 3 abgenommen werden kann, ohne das Hinterrad 3 vom hinteren Arm 13 demontieren zu müssen, erfordert das Demontieren des Hinterrades vom hinteren Arm 13 den Ausbau des Getriebes 17 und das Trennen der Kette 15 vom angetriebenen Kettenrad 16. Im Folgenden sind Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die ein einfaches Demontieren des Hinterrades 3 vom Fahrradrahmen erlauben, ohne das Nabengetriebe 17 oder dessen Verbindung zur Kette 15 zu beeinträchtigen.
6 bis 10 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen das äußere Gehäuse 19 des Nabengetriebes 17 mit einer Montageanordnung versehen ist, an der das Laufrad lösbar befestigt werden kann.
6 zeigt eine erste alternative Anordnung zum Befestigen eines Fahrradlaufrades am Nabengetriebe. Das äußere Nabengehäuse 19 mit drehbarem Lager 27 weist an seinem freien Ende einen Gewindeabschnitt 31 auf. Der Gewindeabschnitt 31 wirkt mit einer entsprechenden Gewindebohrung 32 in einem Fahrradlaufrad 33 zusammen. Diese alternative Vorrichtung zum Befestigen eines Fahrradlaufrades erlaubt das Demontieren des Laufrades durch Abdrehen des mit dem entsprechenden Gewinde versehenen Laufrades 33 vom äußeren Nabengehäuse 19. An dem Gewindeabschnitt 31 kann eine Sperrvorrichtung wie zum Beispiel eine (nicht gezeigte) Sicherungsmutter oder ein axial verlaufender Sperrbolzen, wie in 8 gezeigt, vorgesehen sein, um das Laufrad gegen unbeabsichtigtes Lösen zu sichern.
7 zeigt eine zweite alternative Anordnung zum Befestigen des Fahrradlaufrades am Nabengetriebe. Das äußere Nabengehäuse 19 mit drehbarem Lager 27 weist an seinem freien Ende einen kegelförmigen Abschnitt 34 sowie vom Ende des kegelförmigen Abschnitts 34 aus axial verlaufende Mitnehmerstifte 35 auf. Der kegelförmige Abschnitt 34 wirkt mit einer passenden Kegelbohrung 36 in einem Fahrradlaufrad 37 zusammen. In dem Fahrradlaufrad 37 sind Aufnahmebohrungen 38 zur Aufnahme der Mitnehmerstifte 35 vorgesehen, wenn die Kegelbohrung 36 über dem kegelförmigen Abschnitt 34 des äußeren Gehäuses 19 des Nabengetriebes 17 platziert wird. Die Mitnehmerstifte 35 verhindern, dass sich das Fahrradlaufrad 37 unabhängig vom äußeren Nabengehäuse 19 dreht. Eine Haltevorrichtung wie etwa der in 8 gezeigte axial verlaufende Sperrbolzen kann vorgesehen sein, um das Laufrad auf dem kegelförmigen Abschnitt 34 zu halten. Alternativ können die Stifte 35 ein Gewinde zur Aufnahme von Gewindemuttern aufweisen, um das Laufrad auf diese Weise zu befestigen.
8 zeigt eine dritte alternative Anordnung, bei der das äußere Nabengehäuse 19 mit drehbarem Lager 27 an seinem freien Ende einen Keilnabenabschnitt 38 aufweist. Der Keilnabenabschnitt 38 wirkt mit einer passenden Keilbohrung 39 im Fahrradlaufrad 40 zusammen. Der Keilnabenabschnitt 38 wirkt mit der Keilbohrung 39 zusammen, um zu verhindern, dass sich das Fahrradlaufrad 40 unabhängig vom äußeren Nabengehäuse 19 dreht. Zur Befestigung des Laufrades am Nabengehäuse kann eine Sperrvorrichtung wie zum Beispiel ein axial verlaufender Gewindebolzen 41 vorgesehen sein, der durch eine Durchsteckbohrung 42 im Laufrad 40 in eine Gewindebohrung 43 im Nabengehäuse 19 gedreht wird. Der Gewindebolzen 41 kann einen manuell drehbaren Flügelkopf 44 aufweisen, oder es kann sich um einen mit einem Werkzeug anzuziehenden Bolzen wie zum Beispiel einen Sechskant-, Schlitz- oder Innensechskantbolzen handeln.
9 und 10 zeigen einen Querschnitt bzw. eine perspektivische Ansicht einer vierten alternativen Anordnung zum Befestigen eines Fahrradlaufrades am Nabengetriebe. Bei der gezeigten Anordnung ist das äußere Gehäuse 19 des Nabengetriebes 17 an seinem freien Ende mit einem vorstehenden zylindrischen Abschnitt 44 ausgebildet, der eine äußere Umfangsnut 45 aufweist. Das Fahrradlaufrad 46 ist mit einer mittigen Bohrung 47 versehen, die genau in die Außenfläche des zylindrischen Abschnitts 44 der Nabe eingreift. Neben der Bohrung 47 ist das Laufrad 46 mit drei Gewindebohrungen 48 versehen, durch die Gewindebolzen 49 verlaufen. Die Gewindebolzen 49 weisen an einem Ende einen vergrößerten Kopf 50 auf, an dem ein Betätigungshebel 51 angebracht ist. Das dem Kopf 50 gegenüberliegende Ende des Bolzens 49 ragt über die Gewindebohrung 48 hinaus.
Die Betätigungshebel 51 weisen an einem Ende einen Griffabschnitt 52 sowie neben dem Kopf 50 des Bolzens 49 einen Einrücknocken 53 auf.
Zum Montieren des Laufrades am Nabengetriebe wird das Laufrad so gehalten, dass der vorstehende zylindrische Abschnitt 44 in die Bohrung 47 des Laufrades 46 passt. Das Laufrad wird sodann derart am äußeren Gehäuse 19 ausgerichtet, dass die vorstehenden Enden der Bolzen 49 in die Durchstecköffnungen 54 in einem Flansch 55 passen, der um die Unterseite des vorstehenden zylindrischen Abschnitts 44 des äußeren Gehäuses 19 des Getriebes verläuft. Sodann werden die Betätigungshebel 51 mittels der Griffabschnitte 52 so gedreht, dass die Einrücknocken 53 der Hebel 51 in die Umfangsnut 45 eingreifen. Wenn die Hebel 51 mit den in die Nut 45 eingreifenden Einrücknocken 53 gedreht werden, wird das Laufrad 46 durch den Eingriff zwischen den Gewindebolzen und den Gewindebohrungen 48 auf dem Flansch 55 festgeklemmt, während die Bolzen 49 aus den Gewindebohrungen 48 herausgedreht werden, wobei die Einrücknocken 53 die Wand der Nut 45 berühren.
Zusätzlich zu den in den Abbildungen gezeigten Montageanordnungen sind auch andere Anordnungen zum lösbaren Befestigen eines Laufrades an dem vom hinteren Arm 13 entfernten Ende des äußeren Gehäuses 19 des Nabengetriebes möglich und gelten als im Umfang der vorliegenden Anmeldung enthalten.
11 bis 13 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform für die Konstruktion des hinteren Arms. Aus diesen Abbildungen ist ersichtlich, dass der hintere Arm 13 aus einem Paar von konkaven Halbschalen 13a und 13b gebildet ist. Die Halbschalen 13a und 13b weisen innere Rippen 113 und 114 auf, die zwischen mit den Rippen 113 und 114 und den jeweiligen Halbschalen 13a und 13b einstöckig ausgebildeten Zapfen 115 und 116 verlaufen. Die Zapfen 115 der Halbschale 13b sind mit Gewindesackbohrungen 117 versehen, während die Zapfen 116 der Halbschale 13a mit Durchgangsbohrungen 118 ausgebildet sind. Die Gewindebolzen 119 werden durch die Bohrungen 118 in die Gewindesackbohrungen 117 gesteckt und festgedreht, um die Halbschalen 13a und 13b aneinander zu befestigen. Die Rippen 113 der Halbschale 13a weisen Aussparungen wie bei 113a auf, um Platz zur Aufnahme der Bauteile im Inneren des hinteren Arms zu schaffen.
Die Halbschale 13b ist an ihrem vorderen Ende mit einem zylindrischen Ansatz 120 ausgebildet, der ein Lager zur Lagerung einer Pedalachse 121 an der Halbschale 13b umschließt. Die Halbschale 13a weist an ihrem vorderen Ende eine Öffnung 122 auf, damit die Pedalachse 121 hindurchgesteckt und die Kurbel 123 an der rechten Fahrradseite auf das freiliegende Ende der Achse 121 aufgesteckt werden kann. Die Kurbel 124 an der linken Fahrradseite ist an dem vorstehenden Ende der Achse 121 am freien Ende des Ansatzes 120 montiert. Der in 11 und 12 gezeigte hintere Arm ist für ein Fahrrad mit Hinterradaufhängung konzipiert, wobei der hintere Arm in um den Ansatz 120 und koaxial zur Pedalachse 121 vorgesehenen (nicht gezeigten) Lagern am Fahrradrahmen gelagert ist.
In etwa auf halber Länge der Halbschale 13b ist eine Aufhängungsbefestigungsvorrichtung 13d angeordnet, an deren einem Ende eine Feder-Dämpfer- Anordnung 14 angebracht werden kann. Das andere Ende der Feder-Dämpfer-Anordnung 14 ist, wie in 2 gezeigt, am Fahrradrahmen befestigt.
Am hinteren Ende der Halbschale 13b verläuft ein zweiter rohrförmiger Ansatz 129 parallel zu dem Ansatz 120. Der Ansatz 129 entspricht in seiner Funktion der seitlichen rohrförmigen Verlängerung 29, wie in 3 gezeigt, und ist an seinem freien Ende zur umschließenden Aufnahme eines am Gehäuse eines Nabengetriebes 130 montierten Lagers 127 offen. Das Hinterrad 3 ist mit dem Lager 127, das das äußere Gehäuse 131 des Nabengetriebes 130 trägt, am hinteren Arm 13 gelagert. Die Halbschale 13a ist mit einer Bohrung 132 versehen, durch die eine zentrale Welle 133 des Nabengetriebes 130 verlaufen kann, wobei die zentrale Welle 133 an der Halbschale 13a mittels einer Büchse 134 befestigt ist, die in ein Ende der Welle 133 mit „D"-förmigem Querschnitt eingreift und die Welle gegen eine Drehung bezüglich des hinteren Arms mit Hilfe einer an der Büchse 134 vorgesehenen Nase 135 feststellt, die in einen Schlitz 136 in der Halbschale 13b eingreift. Alternativ kann die Welle 133 einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen, der in eine entsprechende Öffnung 132 in der Halbschale 13a passt, um eine Drehung der Welle 133 in Bezug auf den hinteren Arm 13 zu verhindern.
Die mit den Bolzen 119 aneinander befestigten Halbschalen 13a und 13b bilden einen im Wesentlichen geschlossenen Hohlraum zur Aufnahme eines auf der Pedalachse 121 gelagerten treibenden Kettenrades 137, eines angetriebenen Kettenrades 138 koaxial zur Welle 133 und einer Endloskette 139 zum Übertragen des Antriebs vom Kettenrad 137 auf das Kettenrad 138. Die Endloskette umfasst ein oberes Kettentrumm 140 und ein unteres Kettentrumm 141, wobei an dem unteren Trumm 141 ein an einem Schwenkarm 143 gelagertes Spannrad 142 angreift und der Schwenkarm 143 so vorgespannt ist, dass er das Spannrad gegen das obere Trumm 140 drückt. Das Vorspannen des Schwenkarms dient dem Zweck, die richtige Spannung der Kette 139 sicherzustellen und Schwankungen in der Kettenlänge auszugleichen, da der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Pedalachse 121 und der Welle 133 nicht variabel ist. Andere Kettenspannanordnungen können ebenfalls benutzt werden, zum Beispiel ein Paar Spannräder, die an einander gegenüberliegenden Seiten des unteren Trumms 141 angreifen und in entgegengesetzte Richtungen drücken.
Um den hinteren Arm 13 in der kleinstmöglichen Gesamtgröße bereitzustellen, sind die Rippen 113 und 114 und die Zapfen 115 und 116 so angeordnet, dass der Bereich des hinteren Arms 13 oberhalb des oberen Kettentrumms 140 keine Zapfen 115 und 116 aufweist. Am besten ist ein Bereich, der durch die vertikalen Ebenen AA und SS begrenzt ist, in denen die Achsen der Pedalachse 121 bzw. der Welle 133 liegen, und der sich oberhalb der gemeinsamen Tangente TT an den Kettenrädern 138 und 139 befindet, frei von Rippen 113 und 114 und Zapfen 115 und 116. Der fertig montierte hintere Arm ist so aufgebaut, dass die von dem Laufrad, der Aufhängung und den Pedalen verursachten Belastungen überwiegend von den Rippen 113 und 114 übertragen werden, die innerhalb des Hohlraums im hinteren Arm eine kastenähnliche Struktur bilden. Der Umriss des hinteren Arms ist glatt und weist keine unregelmäßigen Ausstülpungen für die Anordnung von Befestigungsschrauben auf, mit denen die Halbschalen aneinander befestigt sind. Sind alle Rippen und Zapfen innerhalb eines Bereichs angeordnet, der durch die beiden gemeinsamen Tangenten an den Kettenrädern 138 und 139 begrenzt ist, lässt sich erfolgreich ein hinterer Arm mit kleinerem Umriss erzielen. Aufgrund der durch das Spannrad 142 eingestülpten Form der Endloskette liegen die Zapfen 115 und 116 bei einer derartigen Ausführungsform eventuell nicht alle innerhalb des Bereichs der Endlosketten.
Als Alternative zu dem Ansatz 120 und der Aufhängungsbefestigungsvorrichtung 13d kann das vordere Ende der Halbschale 13b auch andere Anordnungen für eine starre Befestigung des hinteren Arms 13 am Fahrradrahmen aufweisen, wie in 1 gezeigt.
Die Halbschalen sind vorzugsweise aus Metallen oder Metalllegierungen gebildet und werden am besten durch Formverfahren wie zum Beispiel Gießen oder Druckgießen hergestellt. Alternativ können die Halbschalen aus Metallen und/oder Kunststoffen oder Verbundmaterialien hergestellt werden.

Claims

Fahrrad (1) mit einem Vorderrad (2) und einem Hinterrad (3), die in einem Rahmen (4) gelagert sind, wobei das Hinterrad (3) ein in der Nabe montiertes Planetengetriebe (17) mit einem äußeren Gehäuse (19), einer Welle (18) und einem angetriebenen Rad (16) aufweist, und wobei das Hinterrad (3) nur an einer Radseite an dem Rahmen (4) mittels eines hinteren Arms (13) gelagert ist, der im wesentlichen rohrförmig ist und einen inneren Hohlraum zur Aufnahme eines treibenden Rades, des angetriebenen Rades (16) und eines endlosen Spannelements (15) zur Übertragung von Antriebskraft von dem treibenden Rad auf das angetriebene Rad (16) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Arm an seinem hinteren Ende mit einem quer verlaufenden Montageteil (29) zur Aufnahme eines Lagers (27) versehen ist, das außenseitig um das Gehäuse (19) des Getriebes an einer Axialen Zwischenstelle des Gehäuses montiert ist.
Fahrrad nach Anspruch 1, wobei das endlose Spannelement (15) eine Kette ist und das treibende und das angetriebene Rad Kettenräder sind.
Fahrrad nach Anspruch 1, wobei das endlose Spannelement (15) ein Zahnriemen oder ein einfacher Riemen ist und das treibende und das angetrieben Rad Riemenscheiben sind.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spannelement (15) ein oberes Trumm (140) und ein unteres Trumm (141) aufweist, wobei an dem unteren Trumm ein an einem Schwenkarm gelagertes Spannrad (142) angreift und der Schwenkarm so vorgespannt ist, daß er das Spannrad gegen das obere Trumm (140) drückt.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der hintere Arm (13) ein mit seinem vorderen Ende am Fahrradrahmen (4) befestigter Ausleger ist.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der hintere Arm (13) durch eine Strebe versteift ist, die von einer Stelle an oder nahe seinem hinteren Ende zu dem Rahmen verläuft.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der hintere Arm (13) mit seinem vorderen Ende unter Bildung eines Schwenkarms am Fahrradrahmen (4) angelenkt ist, das Rad am hinteren Ende des Schwenkarms gelagert ist und zwischen dem Schwenkarm und dem Rahmen eine Feder-Dämpfer-Anordnung (14) wirkt.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der hintere Arm ein Paar von konkaven Halbschalen (13a, 13b) mit entsprechenden inneren Rippen (113) aufweist, die zwischen mit den Rippen und der jeweiligen Halbschale einstückig ausgebildeten paarweisen inneren Zapfen (115) verlaufen.
Fahrrad nach Anspruch 8, wobei die Zapfen einer Halbschale (13a, 13b) mit Gewindesackbohrungen und die Zapfen der anderen Halbschale mit Durchgangsbohrungen zur Aufnahme von die Halbschalen aneinander befestigenden Gewindebolzen versehen sind.
Fahrrad nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Rippen und Zapfen bezüglich des endlosen Spannelements (15) so angeordnet sind, daß sich mindestens einer der Zapfen innerhalb eines von dem Spannelement (15) begrenzten Bereichs befindet.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Spannelement (15) ein oberes Trumm und ein unteres Trumm aufweist und die Rippen und Zapfen bezüglich des endlosen Spannelements so angeordnet sind, daß sich sämtliche Zapfen unterhalb des oberen Trumms (140) des Spannelements befinden.
Fahrradrahmen (4), an dem ein Hinterrad (3) mit einem Nabengetriebe (17), das ein äußeres Gehäuse (19), eine Welle (18) und ein angetriebenes Rad aufweist, so lagerbar ist, daß eine Seite des Rades (3) nicht von Rahmenelementen überdeckt ist, wobei der Rahmen (4) einen hinteren Arm (13) aufweist, der im wesentlichen rohrförmig ist und einen inneren Hohlraum zur Aufnahme eines treibenden Rades, des angetriebenen Rades (16) und eines endlosen Spannelements (15) zur Übertragung von Antriebskraft von dem treibenden Rad auf das angetriebene Rad bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Arm an seinem hinteren Ende mit einem quer verlaufenden Montageteil (29) zur Aufnahme eines Lagers (27) versehen ist, das außenseitig um das Gehäuse (19) des Getriebes an einer Axialen Zwischenstelle des Gehäuses montiert ist.
Fahrradrahmen nach Anspruch 12, wobei der hintere Arm (13) mit seinem vorderen Ende am übrigen Teil des Fahrradrahmens unter Bildung eines Schwenkarms angelenkt ist und zwischen dem Schwenkarm und dem Rahmen eine Feder-Dämpfer-Anordnung (14) wirkt.
Fahrradrahmen nach Anspruch 12, wobei der hintere Arm (13) ein mit seinem vorderen Ende am Fahrradrahmen befestigter Ausleger ist.
Fahrradrahmen nach Anspruch 12, wobei der hintere Arm durch eine Strebe (4a) versteift ist, die von einer Stelle an oder nahe seinem hinteren Ende zu dem Rahmen verläuft.
Fahrradrahmen nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der hintere Arm mit seinem vorderen Ende unter Bildung eines Schwenkarms am Fahrradrahmen angelenkt ist, das Rad am hinteren Ende des Schwenkarms gelagert ist und zwischen dem Schwenkarm und dem Rahmen eine Feder-Dämpfer-Anordnung (14) wirkt.
Fahrradrahmen nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der hintere Arm ein Paar von konkaven Halbschalen (13a, 13b) mit entsprechenden inneren Rippen aufweist, die zwischen mit den Rippen und der jeweiligen Halbschale einstückig ausgebildeten paarweisen inneren Zapfen verlaufen.
Fahrradrahmen nach Anspruch 17, wobei die Zapfen einer Halbschale (13a, 13b) mit Gewindesackbohrungen und die Zapfen der anderen Halbschale mit Durchgangsbohrungen zur Aufnahme von die Halbschalen aneinander befestigenden Gewindebolzen versehen sind.
Hinterer Arm (13) für einen Fahrradrahmen (4), an dem ein Hinterrad (3) mit einem Nabengetriebe (17), das ein äußeres Gehäuse (19), eine Welle (18) und ein angetriebenes Rad (16) aufweist, so lagerbar ist, daß eine Seite des Rades nicht von Rahmenelementen überdeckt ist, wobei der hintere Arm (13) im wesentlichen rohrförmig ist und einen inneren Hohlraum zur Aufnahme eines treibenden Rades, des angetriebenen Rades (16) und eines endlosen Spannelements (15) bildet, das zur Übertragung von Antriebskraft von dem treibenden Rad auf das angetriebene Rad längs einer geschlossenen Bahn verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Arm an seinem hinteren Ende mit einem quer verlaufenden Montageteil (29) zur Aufnahme eines Lagers (27) versehen ist, das außenseitig um das Gehäuse (19) des Nabengetriebes an einer Axialen Zwischenstelle des Gehäuses montiert ist.
Hinterer Arm (13) nach Anspruch 19 mit einer an seinem vorderen Ende vorgesehenen Montageeinrichtung zur schwenkbaren Montage des hinteren Arms am übrigen Teil des Fahrradrahmens unter Bildung eines Schwenkarms und einer an einer Zwischenstelle seiner Länge vorgesehenen Befestigungseinrichtung zur Befestigung einer zwischen dem Schwenkarm und dem Rahmen wirkenden Feder-Dämpfer-Anordnung (14).
Hinterer Arm nach Anspruch 19 oder 20, wobei der hintere Arm ein Paar von konkaven Halbschalen (13a, 13b) mit entsprechenden inneren Rippen aufweist, die zwischen mit den Rippen und der jeweiligen Halbschale einstückig ausgebildeten paarweisen inneren Zapfen verlaufen.
Hinterer Arm nach Anspruch 21, wobei die Zapfen einer Halbschale mit Gewindesackbohrungen und die Zapfen der anderen Halbschale mit Durchgangsbohrungen zur Aufnahme von die Halbschalen (13a, 13b) aneinander befestigenden Gewindebolzen versehen sind.
Hinterer Arm nach Anspruch 21 oder 22, wobei die Rippen und Zapfen so angeordnet sind, daß sie eine Bahn für ein Spannelement (15) bilden, das in dem hinteren Arm so aufnehmbar ist, daß sich einige der Zapfen innerhalb eines von der Bahn begrenzten Bereichs befinden.