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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Fahrradkurbelspindeln und insbesondere auf eine hohle Kurbelspindel
für ein
Fahrrad.
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Ein Fahrrad ist mit Kurbelspindeln,
Nabenspindeln und anderen Spindeln ausgestattet. Idealerweise sollten
diese Spindeln ein Minimalgewicht aufweisen, da die Antriebskraft
durch menschliche Kraftanstrengung bereitgestellt wird. Eine bekannte
Technik zur Gewichtsverminderung liegt darin, hohle Kurbelspindeln
anstelle von festen zu verwenden (z. B. Japanische offengelegte
Gebrauchsmusteranmeldung 52-60058). Bei einer Kurbelspindel werden konstante
Drehbeanspruchung und andere Belastungen angewandt, da die Kurbel
die Trittkraft des linken Pedals aufnimmt, diese Kraft als Torsionsdrehkraft einfängt und
diese Drehkraft als Antriebskraft über das vordere Kettenrad auf
die Kette überträgt. Dies trifft
insbesondere auf keillose Kurbelarten zu, bei denen die zwei Enden
der Spindel einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, um die Kurbelarme
an der Spindel nicht drehbar zu fixieren. Wird eine hohle Kurbelspindel
angenommen, vermindert das Vergrößern des
Innendurchmessers des hohlen Abschnitts leider die Wanddicke des
entsprechenden Teilstücks der
Spindel. Dies vermindert wiederum die Festigkeit der Spindel. Um
eine ausreichende Gewichtsverminderung bereitzustellen, während die
Festigkeit erhalten wird, ist es wünschenswert, den Außendurchmesser
der Spindel zu vergrößern. Zusätzlich sollte die
Innenbohrung einer hohlen Kurbelspindel aufgrund der durch die Bohrwerkzeuge
auferlegten Begrenzungen maximiert werden.
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Dokument US-A-4 093 325 offenbart
eine hohle Kurbelspindeleinheit für Fahrräder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Der Anmelden hat bereits eine Struktur
vorgeschlagen, bei der die Kurbelspindel und die linke und rechte
Kurbel durch auf der äußeren Umfangsfläche der
Kurbelspindel gebildete Verzahnungen verbunden sind, um die Festigkeit
der Verbindungsstellen zu verbessern. Diese Struktur wird in der
Japanischen Patentanmeldung 8-46657 offenbart. Die Haltefestigkeit
der Kurbelbefestigungen der hohlen Kurbelspindel kann durch Vergrößern des
Durchmessers dieser Halterungen verbessert werden.
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Leider sind die Bohrungsdurchmesser
der unteren Träger
zum Stützen
der Kurbelspindeln standardisiert. Da eine Kurbelspindel durch Rollenemente
in der Innenbohrung des unteren Trägers gestützt wird, werden Zwischenräume für die Rollenelemente und
für die
ortsfeste Pfanne und die Einstellpfanne, die die Rollenelemente
stützen,
benötigt.
Somit kann der Durchmesser des mittleren Abschnitts der hohlen Kurbelspindeln,
die im unteren Träger
gestützt
werden, nicht beliebig vergrößert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine hohle Kurbelspindeleinheit für Fahrräder gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung stellen eine leichte und vereinheitlichte hohle Kurbelspindeleinheit
für ein
Fahrrad bereit, die den hohlen Abschnitt maximiert, während die Festigkeit
und die Fähigkeit,
Kurbelarme fest an der Spindel zu befestigen, erhalten bleiben.
Der Aufbau der Spindel macht es ebenfalls möglich, die Schritte beim Zusammenbau
des Fahrrads zu vereinfachen.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
umfasst eine hohle Kurbelspindeleinheit für Fahrräder eine Kurbelspindel mit
einer äußeren Umfangsfläche, die
ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen hohlen zentralen Abschnitt
festlegt. Eine Vielzahl von ersten Verzahnungen ist auf dem ersten
Ende der Kurbelspindel gebildet und eine Vielzahl von zweiten Verzahnungen
ist auf dem zweiten Ende der Kurbelspindel gebildet. Eine erste
Führungsfläche mit
einem ersten Führungsflächendurchmesser
ist auf der äußeren Umfangsfläche kontinuierlich
mit der Vielzahl von ersten Verzahnungen und von dieser nach innen
gebildet und eine zweite Führungsfläche mit
einem zweiten Führungsflächendurchmesser
ist auf der äußeren Umfangsfläche kontinuierlich
mit der Vielzahl von zweiten Verzahnungen und von dieser nach innen
gebildet. Eine erste Laufrille ist auf der äußeren Umfangsfläche in der
Nähe des
ersten Endes der Kurbelspindel gebildet, wobei eine unterste Fläche der
ersten Laufrille einen ersten Laufrillendurchmesser aufweist. Gleichermaßen ist eine
zweite Laufrille auf der äußeren Umfangsfläche in der
Nähe des
zweiten Endes der Kurbelspindel gebildet, wobei eine unterste Fläche der
zweiten Laufrille einen zweiten Laufrillendurchmesser aufweist.
Ein Durchmesser des zentralen Abschnitts zwischen der ersten Laufrille
und der zweiten Laufrille ist geringer als der erste Führungsflächendurchmesser
und der zweiten Führungsflächendurchmesser.
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In einer spezifischeren Ausführungsform
erstreckt sich der hohle zentrale Abschnitt unter die zweite Laufrille.
Die zweite Laufrille weist einen Vorsprung auf, der sich in den
hohlen zentralen Abschnitt erstreckt, und der zweite Laufrillendurchmesser
ist geringer als der erste Laufrillendurchmesser. Eine Vielzahl
von ersten Rollenelementen mit einem ersten Rollenelementdurchmesser
ist in der ersten Laufrille angeordnet und eine Vielzahl von zweiten Rollenelementen
mit einem zweiten Rollenelementdurchmesser ist in der zweiten Laufrille
angeordnet. Der erste Rollenelementdurchmesser gleicht dem zweiten
Rollenelementdurchmesser. Eine Ummantelung umgibt die Kurbelspindel,
wobei die Ummantelung eine dritte Laufrille zum Eingreifen in die
Vielzahl von ersten Rollenelementen und eine vierte Laufrille zum
Eingreifen in die Vielzahl von zweiten Rollenelementen umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine teilweise Ouerschnittsansicht einer Achsenanordnung, die eine
bestimmte Ausführungsform
einer hohlen Kurbelspindeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
einschließt;
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2(a) und 2(b) sind eine detaillierte
und eine Seitenansicht jeweils eines Endes der in 1 gezeigten Achse;
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3(a) und 3(b) sind eine Vorder- und
eine Querschnittsansicht jeweils eines in 1 gezeigten rechten Seitenlagerkäfigs; und
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4(a)–4(d) sind eine Vorder-, Hinter-,
Seiten- und Querschnittsansicht jeweils einer bestimmten Ausführungsform
des in 1 gezeigten linken Seitenlagerkäfigs.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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9 ist
eine teilweise Gluerschnittsansicht einer Achsenanordnung, die eine
bestimmte Ausführungsform
einer hohlen Kurbelspindeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
einschließt.
Wie in 1 gezeigt, ist
eine hohle Kurbelspindel 2 im Zentrum einer unteren Trägeranordnung
des Fahrrads angeordnet. Ein Durchgangsloch 3 ist im Zentrum
der Kurbelspindel 2 gebildet und ein Innengewinde 4 ist
auf der inneren Umfangsfläche
an den zwei Enden des Durchgangslochs 3 gebildet. Das Innengewinde 4 ist entworfen,
um Fixierbolzen (nicht gezeigt) zum Fixieren der Kurbelspindel 2 und
der Kurbeln (nicht gezeigt) gewindeartig unterzubringen.
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Verzahnungen 6 sind an den
zwei Enden der Kurbelspindel 2 gebildet, wie in 2(a) und 2(b) detaillierter gezeigt wird. Die
Verzahnungen 6 werden erzielt, indem acht Vorsprünge 7 von
eckigem Querschnitt an winkeltreuen Positionen in äußeren Umfangslagen
an den zwei Enden der Kurbelspindel 2 integral gebildet
werden. Sich verjüngende
Abschnitte 10 sind auf dem äußeren Umfang nahe den zwei Enden
der Kurbelspindel 2 gebildet. Die sich verjüngenden
Abschnitte 10 können
auch als Führungsteile bezeichnet
werden, da sie an die sich verjüngenden Löcher der
Kurbeln angefügt
sind und während
des Fixierens der Kurbel an der Kurbelspindel 2 als Führungen
fungieren. Den Verzahnungen 6 entsprechende Kurbelverzahnungen
(nicht gezeigt) sind in den Kurbellöchern der Kurbelspindel gebildet.
Die in der Kurbelspindel 2 gebildeten Kurbelverzahnungen und
Verzahnungen 6 greifen ineinander ein und gleichzeitig
kommen die sich verjüngenden
Abschnitte 10 der Kurbelspindel 2 mit der sich
verjüngenden Innenbohrung,
die mit den Kurbelverzahnungen koaxial gebildet ist, in Kontakt,
wodurch eine sich verjüngende
Verbindung bereitgestellt wird. Infolgedessen sind die Kurbelspindel 2 und
die Kurbeln durch die kombinierte, verzahnte und sich verjüngende Verbindung
fest und konzentrisch aneinandergefügt.
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Eine erste Laufrille 12 ist
auf der äußeren Umfangsfläche der
Kurbelspindel 2 integral gebildet. Bei dieser Ausführungsform
ist die erste Laufrille 12 eine Rille von kreisförmigem Querschnitt
zum Stützen
von sieben Stahlkugeln 11. Der Durchmesser des unteren
Abschnitts der ersten Laufrille 12 ist mit D1 bezeichnet.
Eine zweite Laufrille 13 ist auf der äußeren Umfangsfläche der
Kurbelspindel 2 bei einem axialen Abstand von der ersten
Laufrille 12 zum Stützen
von Stahlkugeln 24 integral gebildet. Ein nach innen gerichteter
Vorsprung 5 von kreisförmigem
Querschnitt ist unter der zweiten Laufrille 13 gebildet.
Der Durchmesser des unteren Abschnitts der zweiten Laufrille 13 ist
mit D2 bezeichnet. Der Durchmesser D1 des unteren Abschnitts der
ersten Laufrille 12 und der Durchmesser D2 des unteren
Abschnitts der zweiten Laufrille 13 genügen dem Verhältnis D1 > D2. Infolgedessen
wird die Wanddicke S im Mittelabschnitt der Kurbelspindel 2 in
der der zweiten Laufrille 13 entsprechenden Position vermindert,
wenn der Vorsprung 5 im Falle eines geraden Durchgangslochs 3 fehlt.
Folglich ist der Vorsprung 5 in einer Weise geformt, dass
er sich in das Durchgangsloch 3 erstreckt, wobei die erforderliche
Wanddicke erhalten wird.
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Der Mittelabschnitt 14 der
Kurbelspindel 2 (d. h. der Abschnitt zwischen der ersten
Laufrille 12 und der zweiten Laufrille 13) weist
einen Außendurchmesser
d1 auf und die größten sich
verjüngenden Abschnitte 10 weisen
einen Durchmesser d2 auf. Die zwei Durchmesser genügen normalerweise
dem Verhältnis
d2 > d1. Natürlich ist
der Wert von d1 begrenzt, da die Spindel 2 in die Innenbohrung
eines standardisierten unteren Trägers eingeführt werden muss.
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3(a) und 3(b) sind Diagramme, die
einen ersten Käfig 20 für die Stahlkugeln 11 abbilden,
wobei 3(a) eine Vorderansicht
und 3(b) eine Querschnittsansicht
der 3(a) entlang der
Linie IIIb-IIIb ist. Der erste Käfig 20 dient
dazu, konstante Intervalle zwischen den Stahlkugeln 11 eines
Wälzlagers
zu erhalten. Der erste Käfig 20 ist
ringförmig
geformt und aus dem Kunstharz Duran hergestellt. Sieben Kugel haltende
Einheiten 22 sind an winkeltreuen Positionen in einem ringförmigen Körper 21 gebildet.
Die Kugel haltenden Einheiten 22 weisen Teilöffnungen 23 auf
und sind um eine Linie h orthogonal zur Zentrumslinie O des Körpers 21 zentriert.
Die Größe der Kugel
haltenden Öffnungen 23 übertrifft etwas
den Durchmesser der Stahlkugeln 11, um ihre Drehung zu
ermöglichen.
Die sieben Stahlkugeln 11 werden in die sieben entsprechenden
Kugel haltenden Einheiten 22 eingeführt und durch diese gehalten.
Der Innendurchmesser d3 des ersten Käfigs 20 übertrifft
den Durchmesser D1 der ersten Laufrille 12 und ist größer als
der Durchmesser d2 der größten sich
verjüngenden
Abschnitte 10. Der Grund dafür ist, dass der erste Käfig 20 während des
Zusammenbaus nicht auf einen Endabschnitt der Kurbelspindel 2 gepasst
werden kann, wenn die sich verjüngenden Abschnitte 10 breit
sind. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der erste Käfig 20,
da er aus einem Kunstharz hergestellt ist, etwas innerhalb seiner Elastizitätsgrenzen
gedehnt werden kann und die Beziehung zwischen den Durchmessern
der Spindel und des Käfigs
deshalb ermöglicht,
dass die Abmessungen innerhalb dieses Toleranzbereichs variiert werden
können.
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4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) sind
eine Vorder-, Hinter-, Seiten- und Querschnittsansicht, die jeweils
einen zweiten Käfig 25 für die Stahlkugeln 24 abbilden.
Der zweite Käfig 25 dient
dazu, ein konstantes Intervall zwischen den Stahlkugeln 24 des Wälzlagers
zu erhalten. Der zweite Käfig 25 ist
ringförmig
geformt und aus dem Kunstharz Duran hergestellt. Sieben Kugel haltende
Einheiten 27 sind an winkeltreuen Positionen in einem ringförmigen Körper 26 gebildet.
Die Kugel haltenden Einheiten 27 weisen Teilöffnungen 28 auf
und sind um eine Linie h orthogonal zur Zentrumslinie O des Körpers 26 zentriert.
Die Größe der Kugel
haltenden Öffnungen 28 übertrifft
etwas den Durchmesser der Stahlkugeln 24, um ihre Drehung
zu ermöglichen.
Die sieben Stahlkugeln 24 werden in die sieben entsprechenden
Kugel haltenden Einheiten 27 eingeführt und durch diese gehalten.
Sieben Schlitze 29 sind an winkeltreuen Positionen auf
den Rückflächen der
sieben Kugel haltenden Öffnungen 28 axial
angeordnet, um eine Gesamtwellenform des zweiten Käfigs 25 zu
bilden. Daher ermöglicht
die Bildung der Schlitze 29 dem zweiten Käfig 25,
sich in Umfangsrichtung zu erstrecken und zu einem größeren Durchmesser
gebildet zu werden.
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Der Innendurchmesser d4 des zweiten
Käfigs 25 übertrifft
gewöhnlich
den Durchmesser D2 der zweiten Laufrille 13, ist aber mindestens
geringer als der Durchmesser d2 entsprechend einer Kurbelspindel 2 mit
den größten sich
verjüngenden
Abschnitten 10. Da der Durchmesser D2 der zweiten Laufrille 13 geringer
ist als der Durchmesser D1 der ersten Laufrille 12, sind
der Innendurchmesser d4 und der Außendurchmesser des zweiten
Käfigs 25 geringer
als der Innendurchmesser d3 und der Außendurchmesser des ersten Käfigs 20.
Deshalb sind die Schlitze 29 unter Berücksichtigung der Tatsache gebildet, dass
der zweite Käfig 25 gewöhnlich nicht
auf die sich verjüngenden
Abschnitte 10 der Kurbelspindel 2 gepasst werden
kann, selbst wenn dieser Käfig
innerhalb seiner Elastizitätsgrenzen
etwas gedehnt wird. Die Bildung der Schlitze 29 ermöglicht dem
zweiten Käfig 25,
sich in Umfangsrichtung zu erstrecken und zu einem großen Durchmesser
gebildet zu werden. Ein einzelner Schlitz 29 genügt, doch
weist die Bereitstellung einer Vielzahl von Schlitzen 29 den
Vorteil auf, dass das Ausdehnungsverhältnis erhöht werden und die Anpassbarkeit
an eine Vielfalt von Außendurchmessern
der Spindel sichergestellt werden kann.
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Ein auf Urethanharz hergestellter
ringförmiger
Abstandshalter 30 ist in dem der ersten Laufrille 12 gegenüberliegenden
Endabschnitt um die Kurbelsspindel 2 geschlungen. Das Material
des Abstandshalters 30 ist nicht auf Urethanharz begrenzt und
kann ein beliebiges anderes elastisches Material sein. Ein Dichtschutz 31,
der aus Duracon besteht und in seinem Querschnitt eine F-Form aufweist,
ist um die Außenseite
des Abstandshalters 30 geschlungen. Gleichermaßen ist
ein aus Urethanharz hergestellter ringförmiger Abstandshalter 46 in
dem der zweiten Laufrille
13 gegenüberliegenden Endabschnitt um
die Kurbelspindel 2 geschlungen und ein Dichtschutz 47,
der aus Duracon besteht und in seinem Gluerschnitt eine F-Form aufweist,
ist um die Außenseite
des Abstandshalters 46 geschlungen. Eine dem Dichtschutz 31 gegenüberliegende
Gummidichtung 32 ist entlang der inneren Umfangsfläche 36 der
Innenbohrung einer Ummantelung 35 eingepresst und eine
dem Dichtschutz 47 gegenüberliegende Gummidichtung 48 ist
entlang der inneren Umfangsfläche 36 der
Innenbohrung der Ummantelung 35 eingepresst.
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Die Ummantelung 35 ist um
die Außenseite zwischen
den ersten Rollenelementen 11 und den zweiten Rollenelementen 24 angeordnet.
Die Ummantelung 35 beinhaltet einen Abschnitt mit großem Durchmesser 37 und
einen Abschnit mit kleinem Durchmesser 38, und zwischen
dem Abschnitt mit großem
Durchmesser 37 und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 38 ist
eine schiefe Ebene 39 gebildet. Eine dritte Laufrille 41 zum
rollbaren Unterbringen der Stahlkugeln 11 und eine vierte
Laufrille 42 zum rollbaren Unterbringen der Stahlkugeln 24 sind in
der Umfangsfläche
der Innenbohrung der Ummantelung 35 gebildet.
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Ein Flansch 43 ist an einem
Ende der Ummantelung 35 integral gebildet und ein Außengewinde 44 ist
entlang des Außenumfangs
auf der Innenseite des Flansches 43 gebildet. Wenn das
Außengewinde 44 der
Ummantelung 35 in das Innengewinde, das in der Innenbohrung
des unteren Trägers 45 des Fahrrads
gebildet ist, geschraubt wird, wird der Flansch 43 gegen
dessen Endfläche
gedrückt
und an dem unteren Träger 45 fixiert.
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Ein annähernd kreisförmiges Passstück 50 ist
um die Außenseite
auf das andere Ende der Ummantelung 35 gepasst. Das Passstück 50 ist
eine Mutter zum Fixieren der hohlen Kurbelspindeleinheit 1 für Fahrräder an dem
unteren Träger 45.
Ein Außengewinde 51 ist
um die Außenseite
des Passstücks 50 gebildet.
Eine Rille ist in der inneren Umfangsfläche der Innenbohrung des Außengewindes 51 gebildet
und ein Duracon-Ring 54 ist starr in diese Rille eingeführt. Die
innere Umfangsfläche
des Rings 54 befindet sich mit der äußeren Umfangsfläche der Ummantelung 35 in
Kontakt, wodurch die Ummantelung 35 in dem unteren Träger 45 starr
positioniert wird. Ein Vorsprung 52, der entworfen ist,
um durch ein Spannstück
an winkeltreuen Positionen in Eingriff zu gelangen, ist um die Außenseite
des Flansches des Passtsücks 50 gebildet,
und ein Vorsprung 53, der entworfen ist, um durch ein Spannstück an winkeltreuen
Positionen in Eingriff zu gelangen, ist um die Innenseite des Flansches
gebildet. Wenn das Außengewinde 51 des
Passstücks 50 mit
Hilfe eines Spannstücks
(nicht gezeigt) in das Innengewinde, das in der Innenbohrung des
unteren Trägers 45 des Fahrrads
gebildet ist, geschraubt wird, wird der Flansch gegen dessen Endfläche gedrückt und
die hohle Kurbelspindeleinheit 1 wird an dem unteren Träger 45 fixiert.
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Der untere Träger 45 eines Fahrrads
wird an der hohlen Kurbelspindeleinheit 1 auf folgende
Weise befestigt. Die hohle Kurbelspindeleinheit 1 wird
in die Innenbohrung des unteren Trägers 45 eingeführt, wobei
das Passstück 50 entfernt
wird. Wenn das Außengewinde 44 der
Ummantelung 35 mit Hilfe eines Spannstücks (nicht gezeigt) in das
Innengewinde, das in dessen Innenbohrung gebildet ist, geschraubt wird,
wird der Flansch 43 gegen dessen Endfläche gedrückt und an dem unteren Träger 45 fixiert.
Wenn das Außengewinde 51 des
Passstücks 50 mit
Hilfe eines Spannstücks
(nicht gezeigt) in das Innengewinde, das in der Innenbohrung des
unteren Trägers 45 des
Fahrrads gebildet ist, geschraubt wird, wird der Flansch gegen dessen
Endfläche
gedrückt
und die hohle Kurbelspindeleinheit 1 wird an dem unteren Träger 45 fest
fixiert.
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Während
Obengenanntes eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist, können weitere Modifikationen angebracht
werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zum Beispiel können
die Größe, Form,
Lage oder Ausrichtung der verschiedenen Komponenten nach Wunsch
geändert
werden. Die Funktionen eines Elements können von zweien ausgeübt werden
und umgekehrt. Obwohl die zur oben beschriebenen Ausführungsform
gehörenden Stahlkugeln 11 und 24 die
gleichen Durchmesser aufwiesen, ist es auch möglich, dass diese Durchmesser unterschiedlich
sind. Zusätzlich
bezog sich die oben beschriebene Ausführungsform auf einen Vorsprung 5,
der sich in das Durchgangsloch 3 der Kurbelspindel 2 erstreckte,
doch diese Anforderung ist nicht immer notwendig, und es kann auch
ein geradliniges Durchgangsloch verwendet werden, solange sich keine
Probleme bezüglich
der Festigkeit ergeben. Daher sollte der Bereich der Erfindung durch
die offenbarten spezifischen Strukturen nicht begrenzt werden. Der
wahre Bereich der Erfindung sollte vielmehr durch die nachfolgenden
Ansprüche
bestimmt werden.