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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Lagerbaugruppe für Fahrradteile.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Fahrradlagerbaugruppe,
deren innere und äußere Elemente
durch eine Rollbearbeitung anstelle einer spanenden Bearbeitung
ausgebildet sind.
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2. Hintergrundinformationen
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Fahrradfahren
wird gerade zunehmend populär,
und zwar sowohl als Form der Erholung als auch als Transportmittel.
Außerdem
hat sich Fahrradfahren zu einem sehr populären Wettkampfsport entwickelt,
und zwar sowohl für
Amateure als auch für
professionelle Fahrer. Unabhängig
davon, ob das Fahrrad für
Erholungs-, Transport- oder Wettkampfzwecke verwendet wird, führt die
Fahrradindustrie laufend eine Verbesserung der verschiedenen Bauteile
von diesem durch. Auch verbessern die Fahrradhersteller laufend
die zur Herstellung der verschiedenen Bauelemente verwendeten Fertigungsverfahren,
um die Kosten zu verringern. Ein spezielles Bauelement von Fahrrädern, das
in den vergangenen Jahren umfassend neugestaltet wurde, ist die Lagerbaugruppe,
die verwendet wird, um das Tretlager und die vordere und hintere
Nabe auszubilden.
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Das
Tretlager weist ein am Rahmen des Fahrrades befestigtes Gehäuse und
eine Achse auf, die innerhalb eines Abschnittes des Fahrradrahmens drehbar
montiert ist. Die Lager sind zwischen das äußere rohrförmige Element und die Achse
eingebaut, derart, dass das äußere rohrförmige Element
frei um die Achse rotiert. Pedale sind mit den Enden der Achse durch
ein Paar von Kurbeln verbunden. Beispiele für Tretlager des Standes der
Technik sind im U.S.-Patent Nr. 4,150,859 von Segawa, dem U.S.-Patent
Nr. 3,579,782 von Hallerback und der deutschen Patentanmeldung Nr.
9014394.9 von SKF offenbart.
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In ähnlicher
Weise weisen die vorderen und hinteren Naben eines Fahrrades eine
Nabenachse oder -welle auf, die im Inneren eines äußeren rohrförmigen Elementes
oder Gehäuses
drehbar angebracht ist. Im Fall einer Nabe ist die Nabenachse oder -welle
fest mit dem Fahrradrahmen verbunden, und das äußere rohrförmige Element oder Gehäuse ist mit
den Speichen des Fahrradlaufrades fest verbunden, derart, dass sich
das Fahrradlaufrad um die Achse der Nabenachse oder -welle dreht.
Lager sind zwischen dem äußeren rohrförmigen Element
und der Nabenachse oder -welle derart montiert, dass sich das äußere rohrförmige Element
frei um die Nabenachse oder -welle dreht.
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Die äußeren rohrförmigen Elemente
und die Achsen wurden typischerweise mittels teurer spanender Bearbeitungsvorgänge hergestellt.
Insbesondere ist es wichtig, dass die Lagereingriffsflächen des äußeren rohrförmigen Elementes
und der Achse glatt sind und keine Unregelmäßigkeiten aufweisen, so dass
die Achse und das äußere rohrförmige Element relativ
zueinander mittels der Kugellager oder der Lagerelemente gleichmäßig rotieren.
Typischerweise werden durch diese spanenden Bearbeitungsvorgänge kleine
Mikrorillen erzeugt, welche die Relativdrehbewegung zwischen der
Achse und dem äußeren rohrförmigen Element
nachteilig beeinflussen.
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In
Anbetracht des zuvor Gesagten besteht ein Bedarf nach einer Fahrradlagerbaugruppe,
welche die Probleme von Vorrichtungen des Standes der Technik überwindet
und welche relativ einfach herzustellen und zu montieren ist. Die
Erfindung zielt auf diesen Mangel des Standes der Technik sowie
weitere Mängel
ab, wie für
Fachleute aus dieser Beschreibung klar hervorgeht.
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INHALT DER
ERFINDUNG
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Der
erste Aspekt der Erfindung betrifft eine Fahrradlagerbaugruppe gemäß Anspruch
1. Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung
einer Fahrradlagerbaugruppe gemäß Anspruch
14.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
stellen eine Fahrradlagerbaugruppe bereit, die ein längliches
inneres Element, ein rohrförmiges äußeres Element und
eine Mehrzahl von ersten Lagerelementen beinhaltet. Das längliche
innere Element weist ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine
sich zwischen diesen erstreckende Außenfläche auf, wobei mindestens eine
erste ringförmige
Nut in der Außenfläche des
länglichen
inneren Elementes ausgebildet ist. Das rohrförmige äußere Element weist ein erstes
offenes Ende, ein zweites offenes Ende und innere und äußere Flächen auf,
die sich zwischen den ersten und zweiten offenen Enden des rohrförmigen äußeren Elementes
erstrecken. Die Innenfläche
des rohrförmigen äußeren Elementes
wurde umgeformt, um eine zweite ringförmige Nut in der Innenfläche des rohrförmigen äußeren Elementes
und eine erste ringförmige
Ausbauchung in der Außenfläche durch
Ausbildung der zweiten ringförmigen
Nut auszubilden. Die ersten Lagerelemente befinden sich zwischen der
ersten ringförmigen
Nut des länglichen
inneren Elementes und der zweiten ringförmigen Nut des rohrförmigen äußeren Elementes.
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Die
Fahrradlagerbaugruppe gemäß der Erfindung
beinhaltet auch vorzugsweise eine dritte ringförmige Nut, die in der Außenfläche des
länglichen
inneren Elementes ausgebildet ist. Das rohrförmige äußere Element wurde weiter umgeformt,
um eine vierte ringförmige
Nut in der Innenfläche
des rohrförmigen äußeren Elementes
und eine zweite ringförmige
Ausbauchung in der Außenfläche des
rohrförmigen äußeren Elementes
auszubilden, die durch die Ausbildung der dritten ringförmigen Nut
ausgebildet ist. Eine Mehrzahl von zweiten Lagerelementen befindet
sich zwischen der dritten ringförmigen
Nut des länglichen
inneren Elementes und der vierten ringförmigen Nut des rohrförmigen äußeren Elementes.
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Die
zuvor erwähnten
Ziele können
auch dadurch erreicht werden, dass ein Verfahren zur Ausbildung
einer Fahrradlagerbaugruppe bereitgestellt wird, welches folgende
Schritte beinhaltet: Ausbilden eines länglichen inneren Elementes,
das ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine sich zwischen diesen
erstreckende Außenfläche aufweist;
Ausbilden einer ersten ringförmigen
Nut in der Außenfläche des inneren
Elementes; Ausbilden eines rohrförmigen äußeren Elementes,
das ein erstes offenes Ende, ein zweites offenes Ende und Innen-
und Außenflächen aufweist,
die sich zwischen den ersten und zweiten offenen Enden des rohrförmigen äußeren Elementes erstrecken;
Umformen der Innenfläche
des rohrförmigen äußeren Elementes
durch eine Rollbearbeitung, um eine zweite ringförmige Nut in der Innenfläche des
rohrförmigen äußeren Elementes
auszubilden und eine erste ringförmige
Ausbauchung in der Außenfläche des
rohrförmigen äußeren Elementes durch
Ausbildung der zweiten ringförmigen
Nut auszubilden; und Einsetzen einer Mehrzahl von ersten Lagerelementen,
die sich zwischen der ersten ringförmigen Nut des länglichen
inneren Elementes und der zweiten ringförmigen Nut des rohrförmigen äußeren Elementes
befinden.
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Das
Verfahren zur Ausbildung einer Fahrradlagerbaugruppe gemäß der Erfindung
beinhaltet vorzugsweise folgende Schritte: Ausbilden einer dritten ringförmigen Nut
in der Außenfläche des
länglichen inneren
Elementes; Umformen der Innenfläche
des rohrförmigen äußeren Elementes
durch eine Rollbearbeitung, um eine vierte ringförmige Nut in der Innenfläche des
rohrförmigen äußeren Elementes
und eine zweite ringförmige
Ausbauchung in der Außenfläche des
rohrförmigen äußeren Elementes
durch Ausbildung der vierten ringförmigen Nut auszubilden; und
Einsetzen einer Mehrzahl von zweiten Lagerelementen zwischen die
dritte ringförmige
Nut des länglichen
inneren Elementes und die vierte ringförmige Nut des ringförmigen äußeren Elementes.
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Weitere
Ziele, Vorteile und besondere Merkmale der Erfindung gehen aus der
folgenden detaillierten Beschreibung klar hervor, die in Verbindung mit
den anliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offenbart.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend
sei Bezug genommen auf die anliegenden Zeichnungen, welche einen
Teil dieser ursprünglichen
Offenbarung bilden. In diesen sind:
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1 eine
Seitenansicht eines Fahrrades mit in diesem montierten Lagerbaugruppen
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
partieller Längsquerschnitt
eines Tretlagergehäuses
des Fahrradrahmens und einer ersten Lagerbaugruppe, welche das Tretlager
des in 1 dargestellten Fahrrades bildet;
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3 eine
Seitenansicht der Kurbelachse oder des inneren Elementes für die erste
Lagerbaugruppe, die das Tretlager des in 1 dargestellten Fahrrades
bildet;
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4 ein
partieller Längsquerschnitt
des äußeren rohrförmigen Elementes
oder Gehäuses
für die
erste Lagerbaugruppe, welche das Tretlager des in 1 dargestellten
Fahrrades bildet;
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5 ein
partieller Linksquerschnitt des äußeren rohrförmigen Elementes
oder Gehäuses
für die
erste Lagerbaugruppe vor dessen Umformung;
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6 ein
partieller schematischer Längsquerschnitt
eines Paares von Formwerkzeugen, wobei die Umformung der Kurbelachse
oder des inneren Elementes der ersten Lagerbaugruppe durch Kaltwalzen
erfolgt;
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7 ein
partieller schematischer Längsquerschnitt
eines Paares von Formwerkzeugen, wobei die Umformung des äußeren rohrförmigen Elements
der ersten Lagerbaugruppe durch Kaltwalzen erfolgt;
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8 eine
partielle schematische Stirnseitenansicht des äußeren rohrförmigen Elementes für die erste
Lagerbaugruppe, dessen Umformung durch Kaltwalzen erfolgt; und
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9 ein
partieller Längsquerschnitt
einer zweiten Lagerbaugruppe, welche die vordere Nabe des in 1 dargestellten
Fahrrades bildet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zu
Anfang Bezug nehmend auf 1 ist ein Fahrrad 10 dargestellt,
an dem Fahrradlagerbaugruppen 12, 14 und 16 gemäß der Erfindung
angebracht sind. Das Fahrrad 10 beinhaltet im Wesentlichen
einen Fahrradrahmen 20, an den vordere und hintere Laufräder 22 drehbar
angebracht sind, und einen Antriebsstrang 23. Fahrräder wie
beispielsweise das Fahrrad 10 sind auf dem Technikgebiet
allgemein bekannt, und daher wird das Fahrrad 10 und seine verschiedenen
Bauelemente hier nicht detailliert erläutert oder dargestellt. Für Fachleute
ist es offensichtlich, dass es sich beim Fahrrad 10 um
einen beliebigen Typ von Fahrrad, z. B. ein Mountainbike, ein Trekkingrad
oder ein Rennrad handeln kann.
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Die
Fahrradlagerbaugruppe 12 ist als Tretlager dargestellt,
das mit dem Tretlagergehäuse 24 des Fahrradrahmens 20 verbunden
ist. Die Fahrradlagerbaugruppe 12 lagert ein Paar von Kurbeln 26 für eine Rotation
relativ zum Rahmen 20. Die Fahrradlagerbaugruppe 14 ist
als vordere Nabe dargestellt, welche eines der Laufräder 22 am
Fahrradrahmen 20 drehbar lagert. Die Fahrradlagerbaugruppe 16 ist
als hintere Nabe oder Freilauf dargestellt, welche/welcher das andere
der Laufräder 22 am
Fahrradrahmen 20 lagert.
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Nachfolgend
Bezug nehmend auf 2 bildet eine Lagerbaugruppe 12 das
Tretlager des Fahrrades 10 für ein drehbares Verbinden der
Kurbeln 26 mit dem Fahrradrahmen 20. Insbesondere
ist die Lagerbaugruppe 12 mit dem Tretlagergehäuse 24 des Fahrradrahmens 20 verbunden,
und Kurbeln 26 sind mit den Enden der Lagerbaugruppe 12 mittels
Befestigungsbolzen 28 (von denen lediglich einer in 1 dargestellt
ist) nicht drehbar verbunden. Die Lagerbaugruppe 12 beinhaltet
im Wesentlichen ein längliches
inneres Element oder eine Kurbelachse 30, ein rohrförmiges äußeres Element
oder Gehäuse 32, zwei
Sätze von
Lagerelementen 34a und 34b, ein Paar von Rückhalteeinrichtungen
oder Käfigen 36a und 36b,
ein Paar von Dichtungen 38a und 38b und ein Paar
von Adaptern 40a und 40b.
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Die
Kurbelachse 30 ist ausgelegt, um sich im äußeren rohrförmigen Element 32 mittels
Lagerelementen 34a und 34b zu drehen. Demgemäß fungiert die
Kurbelachse 30 als innerer Laufring, der mit den Kurbeln
fest verbunden ist, hingegen fungiert das äußere rohrförmige Element 32 als äußerer Laufring, der
mit dem Tretlagergehäuse 24 des
Fahrradrahmens 20 fest verbunden ist. Die Lagerelemente 34a und 34b sind
vorzugsweise Stahlkugeln, wobei sich in jedem Satz von Lagerelementen 34a und 34b sieben
Stahlkugeln befinden. Selbstverständlich geht für Fachleute
aus dieser Beschreibung klar hervor, dass eine geringere oder größere Anzahl
von Stahlkugeln in jedem Satz von Lagerelementen 34a und 34b verwendet
werden können.
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Nachfolgend
Bezug nehmend auf 3 ist die Kurbelachse 30 ein
längliches
Element, das ein erstes Ende 46a, ein zweites Ende 46b und
eine Außenfläche 48 aufweist,
die sich zwischen einem ersten Ende 44a und einem zweiten
Ende 46b erstreckt. Die ersten und zweiten Enden 46a bzw. 46b weisen sich
in axialer Richtung erstreckende Gewindebohrungen 50a und 50b auf,
welche einen der Befestigungsbolzen 28 einschraubbar aufnehmen,
um eine der Kurbeln 26 an dieser fest anzubringen. Die
Außenfläche 48 entlang
der ersten und zweiten Enden 46a und 46b der Kurbelachse 30 weist
einen nicht-kreisförmigen
Querschnitt zur nicht-drehbaren Aufnahme von einer der Kurbeln 26 auf.
Beispielsweise kann die Außenfläche 48 entlang
der ersten und zweiten Enden 46a und 46b eine
Mehrzahl von auf dieser ausgebildeten ebenen Flächen aufweisen. Alternativ
können
Verzahnungen an den ersten und zweiten Enden 46a und 46b der
Kurbelachse 30 ausgebildet sein. Die Verzahnungen werden
durch integrales Ausbilden von acht Vorsprüngen von winkligem Querschnitt
an in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Positionen der ersten
und zweiten Enden 46a und 46b erzielt. Vorzugsweise
verjüngen sich
die ersten und zweiten Enden 46a und 46b nach außen zu den
freien Enden der Kurbelachse 30 hin. In jedem Fall können die
Kurbeln 26 Gegenstücke
bildende Innenbohrungen aufweisen, um die ersten und zweiten Enden 46a und 46b der
Kurbelachse 30 nicht-drehbar zu verbinden.
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Die
Kurbelachse 30 weist einen Mittelabschnitt 52 auf,
der sich zwischen den ersten und zweiten Enden 46a und 46b befindet.
Der Mittelabschnitt 52 weist ein Paar von ringförmigen erhabenen Abschnitten
mit darin ausgebildeten ersten und zweiten ringförmigen Nuten 54a und 54b auf,
welche die Lagerelemente 34a und 34b aufnehmen.
Auch sind ein Paar von Laufringen 56a und 56b auf
der Seite der Nuten 54a und 54b ausgebildet, um
in diesen die Lagerelemente 34a bzw. 34b zurückzuhalten.
Wie später
noch detaillierter erläutert
wird, sind die ringförmigen
Nuten 54a und 54b sowie der verbleibende Abschnitt
der Außenfläche 48 des
Mittelabschnittes 52 durch einen Kaltrollvorgang der Kurbelachse 30 zwischen
einem Paar von Formwerkzeugen 90 und 91 ausgebildet.
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Die
Nuten 54a und 54b der Kurbelachse 30 sind
Nuten von kreisförmigem
Querschnitt, um die Stahlkugeln oder Lagerelemente 34a und 34b zu
lagern. Der Durchmesser der Nuten 54a und 54b der Kurbelachse 30 ist
im Wesentlichen gleich groß wie der
Durchmesser der Stahlkugeln oder der Lagerelemente 34a und 34b oder
geringfügig
größer als
der Durchmesser der Stahlkugeln oder Lagerelemente 34a und 34b.
Demgemäß können die
Lagerelemente 34a und 34b frei rotieren und sich
um den Umfang der ringförmigen
Nuten 54a und 54b bewegen.
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Nachfolgend
Bezug nehmend auf 4 ist ein partieller Längsquerschnitt
des rohrförmigen äußeren Elementes
oder Gehäuses 32 für die erste
Lagerbaugruppe 12 dargestellt. Das rohrförmige äußere Element 32 weist
ein erstes offenes Ende 58a, ein zweites offenes Ende 58b,
eine Innenfläche 60 und eine
Außenfläche 62 auf.
Die Innen- und Außenflächen 60 und 62 erstrecken
sich zwischen den ersten und zweiten offenen Enden 58a und 58b des
rohrförmigen äußeren Elementes 32.
Vorzugsweise ist das rohrförmige äußere Element 32 aus
einem herkömmlichen
Metallmaterial aufgebaut. Das rohrförmige äußere Element 32 ist
zu Anfang eine rohrförmige
oder zylindrische Hülse 32a,
wie aus 5 zu ersehen. Die Hülse 32a wird
kaltgerollt, wie später
noch erläutert
wird, um das Profil des rohrförmigen äußeren Elementes 32 auszubilden,
wie es in 4 dargestellt ist.
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Insbesondere
ist die Innenfläche 60 so
konturiert, dass ein Paar von zylindrischen Endabschnitten 64a, 64b und
drei mittlere zylindrische Abschnitte 65, 66 und 67 gebildet
werden. Die zylindrischen Endabschnitte 64a und 64b sind
im Wesentlichen identisch zueinander, jedoch sind sie zueinander
spiegelbildlich. Jeder der zylindrischen Endabschnitte 64a und 64b weist
eine in diesem ausgebildete ringförmige Nut 68a und 68b auf,
um mit Lagerelementen 34a und 34b in Eingriff
zu kommen. Vorzugsweise sind die Nuten 68a und 68b Nuten
von kreisförmigem Querschnitt,
um die Lagerelemente 34a und 34b zu lagern. Der
Durchmesser der gekrümmten
Flächen, welche
die Nuten 68a und 68b bilden, ist vorzugsweise
identisch zum Durchmesser der Stahlkugeln oder Lagerelemente 34a und 34b,
oder geringfügig
größer als
der Durchmesser der Stahlkugeln der Lagerelemente 34a und 34b.
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Weiterhin
Bezug nehmend auf 4 weist die Außenfläche 62 des
rohrförmigen äußeren Elementes 32 ein
Paar von zylindrischen Endabschnitten 74a, 74b und
drei zylindrische mittlere Abschnitte 75, 76 und 77 auf.
Die zylindrischen Endabschnitte 74a und 74b weisen
ringförmige
Ausbauchungen 78a bzw. 78b auf, die sich gegenüberliegend
den ringförmigen
Nuten 68a und 68b befinden. In ähnlicher
Weise sind die zylindrischen mittleren Abschnitte 75–77 der
Außenfläche 62 gegenüberliegend
der mittleren zylindrischen Flächen 65–67 der
Innenfläche 60.
Mit anderen Worten erfolgt, wenn ein Umformen der Muffe 32a (5)
durchgeführt
wird, um das äußere rohrförmige Element 32 zu
erzeugen (4), ein Umformen der Außenfläche 62,
damit diese der Umformung der Innenfläche 60 entspricht.
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Nachfolgend
Bezug nehmend auf 2 sind die Rückhalteeinrichtungen 36a und 36b im
Wesentlichen ringförmige
Elemente, die vorzugsweise aus einem Kunstharz wie beispielsweise
dem Kunstharz Duran(TM) aufgebaut sind.
Die Rückhalteeinrichtungen 36a und 36b sind
relativ herkömmliche
Elemente, die in diesem Technikgebiet allgemein bekannt sind. Daher
werden die Rückhalteeinrichtungen 36a und 36b hier
nicht detailliert erläutert
oder dargestellt. Im Wesentlichen sind die Rückhalteeinrichtungen 36a und 36b aus
einem ringförmigen
Abschnitt und mit sieben sich in axialer Richtung erstreckenden Flanschen
oder Abstandhaltern aus gebildet, die in Umfangsrichtung um den Ringabschnitt
herum mit Abstand angeordnet sind, um Stahlkugeln oder Lagerelemente 34a und 34b dazwischen
aufzunehmen. Die Rückhalteeinrichtungen 36a und 36b dienen
dazu, einen konstanten Abstand zwischen den Stahlkugeln oder den
Lagerelementen 34a und 34b aufrechtzuerhalten,
wobei die Abstände
zwischen den Flanschen den Durchmesser der Lagerelemente geringfügig überschreiten,
um deren Rotation Rechnung zu tragen.
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Erneut
Bezug nehmend auf 2 sind die Dichtungselemente 38a und 38b vorzugsweise
ringförmige
Elemente, die aus einem federnden und/oder elastischen Material
aufgebaut sind, wie beispielsweise herkömmliche Gummidichtungen. Die
Dichtungselemente 38a und 38b sind ringförmig, derart, dass
der Innendurchmesser der Dichtung geringfügig kleiner ist als die Kurbelachse 30.
Somit sind die Dichtungselemente 38a und 38b ausgelegt,
um sich um die Außenfläche 48 der
Kurbelachse 30 herum zu verformen, um eine Abdichtung zu
erzeugen, die ein Eindringen von Verunreinigungen zwischen deren Grenzfläche verhindert.
Die Außendurchmesser
der Dichtungselemente 38a und 38b sind vorzugsweise geringfügig größer als
die zylindrischen Endabschnitte 64a und 64b der
Innenfläche 60,
derart, dass die Dichtungselemente 38a und 38b geringfügig nach
innen verformt werden, wenn sie mit der Innenfläche 60 des rohrförmigen äußeren Elementes 32 in
Eingriff kommen. Somit wird verhindert, dass Verunreinigungen zwischen
die Grenzfläche
der Innenfläche 60 und
der Außenfläche der
Dichtungselemente 38a und 38b eindringen.
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Erste
und zweite Adapterelemente 40a und 40b sind geringfügig unterschiedlich
zueinander. Jedoch sind diese Unterschiede in Bezug zur Erfindung unwesentlich.
Demgemäß werden
gleiche Bezugszeichen verwendet, um entsprechende Teile der ersten
und zweiten Adapter 40a und 40b zu bezeichnen. Im
Wesentlichen sind die Adapter 40a und 40b rohrförmige Elemente,
welche Außengewinde 80a und 80b,
einen außenliegenden
Flansch 82a und 82b, einen innenliegenden Flansch 84a und 84b und
eine Mehrzahl von Vorsprüngen 86a und 86b aufweisen.
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Die
Außengewinde 80a und 80b sind
ausgelegt, um mit den Innengewinden des Tretlagergehäuses des
Fahrradrahmens 20 in Eingriff zu kommen, um die Lagerbaugruppe 12 an
diesem fest anzubringen. Wenn die Adapter 40a und 40b in
das Tretlagergehäuse
des Fahrradrahmens 20 eingeschraubt sind, kommen die außenliegenden
Flansche 82a und 82b mit dem Tretlagergehäuse 24 des
Fahrradrahmens 20 in Eingriff, hingegen kommen die innenliegenden
Flansche 84a und 82b mit den ersten und zweiten
Enden 58a und 58b des rohrförmigen äußeren Elementes 32 in
Eingriff. In dieser Position wird eine Axialbewegung der Lagerbaugruppe 12 relativ zum
Tretlagergehäuse
des Rahmens 20 verhindert. Außerdem wird auch eine Längsbewegung
des rohrförmigen äußeren Elementes 32 verhindert.
Insbesondere ist das rohrförmige äußere Element 32 sandwichartig
zwischen den ersten und zweiten Adaptern 40a und 40b angeordnet,
um jegliche Axialbewegung relativ zum Tretlagergehäuse 24 oder
der Kurbelachse 30 zu verhindern. Vorsprünge 86a und 86b sind sich
in radialer Richtung erstreckende Flansche, die mit gleichen Abständen um
den Umfang der Innenfläche
der Adapter 40a und 40b herum angeordnet sind.
Die Vorsprünge 86a und 86b sind
ausgelegt, um mit einem Schraubenschlüssel bei in Umfangsrichtung
mit Abstand zueinander angeordneten Positionen in Eingriff zu kommen,
um den Adapter 40a und 40b in das Tretlagergehäuse des
Fahrradrahmens 20 einzuschrauben.
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Nachfolgend
Bezug nehmend auf 6 wird das Verfahren zur Fertigung
der Kurbelachse 30 beschrieben. Als Erstes wird die Kurbelachse 30 dadurch
gefertigt, dass die Gesamtform der Achse derart gegossen wird, das
sie im Wesentlichen die Gesamtform des Endproduktes hat. Als Nächstes wird die
unbearbeitete Achse spanend bearbeitet, um die Gewindebohrungen 50 an
jedem der Enden der Achse auszubilden, sowie jegliche vom Gussvorgang herrührende Unregelmäßigkeiten
zu entfernen. Dann wird die spanend bearbeitete Achse zwischen einem Paar
von Formwerkzeugen 90 und 91 platziert, um die
Nuten 54a und 54b und die Laufringe 56a und 56b in
der Außenfläche 48 auszubilden,
wie schematisch in 6 dargestellt.
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Das
erste Formwerkzeug 90 ist ein zylindrisches Formwerkzeug
mit einem Paar von ringförmigen
Ausbauchungen 92a und 92b von kreisförmigem Querschnitt.
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Diese
Ausbauchungen 92a und 92b sind ausgelegt, um die
Nuten 54a und 54b auszubilden. Das zweite Formwerkzeug 91 kann
entweder ein stationäres
Formwerkzeug oder ein rotierendes Formwerkzeug sein. Das zweite
Formwerkzeug 91 weist ein Paar von Vertiefungen 93a und 93b auf,
die dem Ort der Nuten 54a und 54b und der Laufringe 56a und 56b entsprechen,
die gerade auf der Außenfläche 48 der
Kurbelachse 30 erzeugt werden. Das rotierende Formwerkzeug 90 wird
bewegt, um die ringförmigen
Ausbauchungen 92a und 92b gegen die Außenfläche 48 der
Kurbelachse 30 zu drücken,
um mit der Ausbildung der Nuten 54a und 54b zu
beginnen. Die Rotation des Formwerkzeugs 90 bewirkt, dass
die Kurbelachse 30 mit diesem rotiert. Das Formwerkzeug 90 wird
langsam relativ zum Formwerkzeug 91 bewegt, derart, dass
mit jeder Rotation der Kurbelachse 30 und des Formwerkzeugs 90 die Nuten 54a und 54b allmählich tiefer
und tiefer werden. Mit anderen Worten erfolgt, während sich das Formwerkzeug 90 und/oder 91 drehen,
ebenfalls ein Rotieren der Kurbelachse 30, um die Nuten 54a und 54b auszubilden.
Die Achse 30 und das Formwerkzeug 90 werden ununterbrochen
rotiert, bis die gewünschte
Tiefe und Form der Nut 54a und 54b erzielt sind.
Auf jeder Seite der Nuten 54a und 54b befinden sich
Kugellaufringe 56a und 56b, die ebenfalls erzeugt
werden. Die Vertiefungen 93a und 93b des zweiten
Formwerkzeugs 91 sind so geformt, dass sie ermöglichen,
dass eine umformende Ausbildung der Laufringe 56a und 56b in
die Vertiefungen 93a und 93b des Formwerkzeugs 91 hinein
erfolgt. Sobald die endgültige
Form ausgebildet ist, kann die Kurbelachse 30 mit üblichen
Wärmebehandlungsverfahren
behandelt werden, um die gewünschte
Härte zu
erzielen.
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Demgemäß erzeugt
diese Prozedur eine sehr feine Oberfläche innerhalb der Nuten 54a und 54b.
Tatsächlich
wird bei dieser Operation ein Poliereffekt entlang der Nuten 54a und 54b durchgeführt. Auch
erfolgt während
der Ausbildung der Nuten 54a und 54b gleichzeitig
auch ein Ausbilden der Kugellaufringe 56a und 56b.
Dies macht die Teilungsabstände,
die Parallelität
und die Konzentrizität
der Nuten 54a und 54b und der Kugellaufringe 56a und 56b sehr
stabil.
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Nachfolgend
Bezug nehmend auf die 4, 5, 6, 7 und 8 wird
das Verfahren zur Herstellung des rohrförmigen äußeren Elementes 32 beschrieben.
Das rohrförmige äußere Element 32 wird
ebenfalls mittels einer Kaltrollbearbeitung ausgebildet. Als Erstes
wird das rohrförmige äußere Element 32 dadurch
gefertigt, dass eine Hülse 32a gegossen
wird, wie in 5 dargestellt. Als Nächstes wird
die unbearbeitete Hülse 32 spanend
bearbeitet, um jegliche Unregelmäßigkeiten
zu entfernen und jegliche auf dieser benötigte Formationen zu erzeugen.
Dann wird die spanend bearbeitete Hülse 32a kaltgerollt,
um ihre endgültige
Form auszubilden, wie in 4 dargestellt. Insbesondere
wird, wie in 7 dargestellt, die spanend bearbeitete
Hülse 32a in eine
Aufspannbaugruppe 94 eingesetzt, um umgeformt zu werden.
die Aufspannbaugruppe 94 weist eine rohrförmige Bohrung
auf, die mindestens drei zylindrische Abschnitte aufweist, um der
endgültigen Form
des rohrförmigen äußeren Elementes 32 Rechnung
zu tragen. Nun wird ein spezielles Formwerkzeug 96 in die
innenliegende Bohrung der Hülse 32a eingeführt. Dieses
spezielle Formwerkzeug 96 beinhaltet drei Walzen 97 und
eine konisch zulaufende Aufweitungseinrichtung 98. Die
Außenflächen der drei
Walzen 97 entsprechen dem endgültigen Profil der Innenfläche 60 des
rohrförmigen
Außenelementes 32.
Die konisch zulaufende Aufweitungseinrichtung 98 befindet
sich in der Mitte zwischen den drei Walzen 97. Die Walzen
sind im Abstand von ca. 180° voneinander
entfernt um die Achse der Aufweitungseinrichtung 98 herum
angeordnet. Die Aufweitungseinrichtung 98 wird rotiert,
was wiederum bewirkt, dass sich die drei Walzen 97 um ihre
Achsen drehen, sowie auch dass diese umlaufen oder um die Mittelachse
der Aufweitungseinrichtung 98 rotieren. Zu Anfang kommen
die Walzen 97 lediglich mit der zylindrischen Oberfläche der
Hülse 32a in
Kontakt, derart, dass durch die erste Rotation lediglich die Innenfläche der
Hülse 32a umgeformt
wird. Die Aufweitungseinrichtung 98 wird langsam in axialer
Richtung bewegt, so dass sie bewirkt, dass sich die Walzen 97 in radialer
Richtung nach außen
bewegen, um mit der Ausbildung der Innenfläche 60 des rohrförmigen äußeren Elementes 32 zu
beginnen. Die Aufweitungseinrichtung 98 wird sehr langsam
und schrittweise bewegt, derart, dass die Innenfläche 60 nach
und nach mit jeder Rotation der Walzen 97 um den Innendurchmesser
der Innenfläche 60 des
rohrförmigen äußeren Elementes 32 ausgebildet
wird. Sobald die endgültige
Form ausgebildet ist, kann das rohrförmige äußere Element 32 mit üblichen
Wärmebehandlungsverfahren
behandelt werden, um die gewünschte
Härte zu
erzielen.
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Demgemäß erzeugt
diese Prozedur eine sehr feine Oberfläche innerhalb der Nuten 68a und 68b.
Tatsächlich
führt diese
Operation einen Poliereffekt entlang der Nuten 98a und 98 durch.
Dies macht die Teilungsabstände,
die Parallelität
und die Konzentrizität
der Nuten 68a und 68b sehr stabil.
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Sobald
die Kurbelachse 50 und das rohrförmige äußere Element 32 gemäß der Erfindung
erzeugt sind, wird die Kurbelachse 30 in die Bohrung des
rohrförmigen äußeren Elementes 32 eingeführt, so
dass sie sich zwischen der Außenfläche 48 der Achse 30 und
der Innenfläche 60 des
rohrförmigen äußeren Elementes 32 befindet.
Insbesondere werden die Lagerelemente 34a und 34b als
Erstes innerhalb der Nuten 54a und 54b und der
Nuten 68a und 68b auf der einen Seite der Achse 30 und
auf der einen Seite der Innenfläche 60 des
rohrförmigen äußeren Elementes 32 positioniert.
Dann werden die Lagerelemente 34a und 34b entlang
der Nuten 54a und 54b der Kurbelachse 30 herum
bewegt, so dass sie in im Wesentlichen gleichen Abstand voneinander
in den Nuten 54a und 54b sowie 68a und 68b angeordnet
sind.
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Nun
werden die Rückhalteeinrichtungen 36a und 36b durch
die offenen Enden 58a und 58b des rohrförmigen äußeren Elementes 32 und über die
Enden 50a und 50b der Kurbelachse 30 eingeführt, um die
Lagerelemente 34a und 34b in ihren korrekten Positionen
zu halten. Sobald sich die Rückhalteelemente
an ihrem Platz befinden, werden die Dichtungselemente 38a und 38b über die
Enden 50a und 50b der Kurbelachse 30 und
durch die offenen Enden 58a und 58b des äußeren rohrförmigen Elementes 32 hindurch
eingeführt.
Dies führt
dazu, dass sich die Außenflächen der
Dichtungselemente 38a und 38b gegen die zylindrischen
Endabschnitte 34a und 34b der Innenfläche 60 des
rohrförmigen äußeren Elementes 32 verformen.
Die Innenflächen
der Dichtungselemente 38a und 38b werden ebenfalls
gegen die Außenfläche 48 der
Kurbelachse 30 verformt.
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Schließlich werden,
wenn die Kurbelachse 3 und das rohrförmige äußere Element 32 im
Tretlagergehäuse 24 des
Fahrradrahmens 20 positioniert sind, das Paar von Adaptern 40a und 40b in
das Tretlagergehäuse 24 des
Fahrradrahmens 20 einge schraubt, um die Lagerbaugruppe 12 am
Fahrradrahmen 20 fest anzubringen. Damit ist der Einbau
der Lagerbaugruppe 12 abgeschlossen. Selbstverständlich können nun
die Kurbeln 26 auf der Kurbelachse 30 mittels
der Befestigungsbolzen 42 in herkömmlicher Weise montiert werden.
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Nachfolgend
Bezug nehmend auf 9 ist ein partieller Querschnitt
der zweiten Lagerbaugruppe 14 gemäß der Erfindung dargestellt.
Diese zweite Lagerbaugruppe 14 ist in im Wesentlichen derselben Weise
wie die erste Lagerbaugruppe 12 der 1–8 aufgebaut,
wie zuvor erläutert,
abgesehen davon, dass die zweite Lagerbaugruppe 14 eine Fahrradnabe
ist. In Anbetracht der Ähnlichkeiten
zwischen der zweiten Lagerbaugruppe 14 und der ersten Lagerbaugruppe 12 wird
die zweite Lagerbaugruppe 14 hier nicht detailliert erläutert oder
dargestellt. Vielmehr hat die Beschreibung der Teile der ersten
Lagerbaugruppe 12, die den Teilen der zweiten Lagerbaugruppe 14 ähnlich sind,
auch für
die Teile der zweiten Lagerbaugruppe 14 Gültigkeit.
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Die
Lagerbaugruppe 14 bildet die vordere Nabe des vorderen
Fahrradlaufrades 22, welche das vordere Fahrradlaufrad 22 mit
dem Fahrradrahmen 20 drehbar verbindet. Die Lagerbaugruppe 24 beinhaltet
im Wesentlichen ein längliches
inneres Element oder Nabenachse 130, ein rohrförmiges äußeres Element
oder Nabengehäuse 132,
zwei Sätze von
Lagerelementen 134a und 134b, ein Paar von Rückhalteeinrichtungen
oder Käfige 136a und 136b, ein
Paar von Dichtungselementen 138a und 138b und
ein Paar von Nabenflanschen 140a und 140b.
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Die
Nabenachse 130 ist ausgelegt, um sich im Inneren des rohrförmigen äußeren Elementes 132 mittels
der Lagerelemente 134a und 134b zu drehen. Demgemäß fungiert
die Nabenachse 130 als innerer Laufring, der mit dem Rahmen 20 fest
verbunden ist, hingegen fungiert das rohrförmige äußere Element 132 als äußerer Laufring,
der am Laufrad 22 fest angebracht ist. Die Lagerelemente 134a und 134b sind vorzugsweise
Stahlkugeln, wobei sich in jedem Satz von Lagerelementen 134a und 134b sieben
Stahlkugeln befinden. Selbstverständlich geht für Fachleute aus
dieser Beschreibung klar hervor, dass eine geringere oder größere Anzahl
von Stahlkugeln in jedem Satz von Lagerelementen 134a und 134b verwendet werden
können.
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Die
Nabenachse 130 ist ein längliches Element, das ein erstes
Ende 146a, ein zweites Ende 146b und eine Außenfläche 148 aufweist,
die sich zwischen einem ersten Ende 144a und einem zweiten
Ende 146b erstreckt. Die ersten und zweiten Enden 146a und 146b sind
mit einem Gewinde versehen, um Nabenbefestigungseinrichtungen 128a und 128b einschraubbar
aufzunehmen, um das Laufrad 22 am Fahrradrahmen 20 fest
anzubringen. Zwar sind die Nabenbefestigungseinrichtungen 128a und 128b als
Nabenmuttern dargestellt, jedoch geht für Fachleute aus dieser Beschreibung
klar hervor, dass es sich bei den Nabenbefestigungseinrichtungen
um einen Schnellspannhebel und eine Schnellspannmutter handeln kann.
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Die
Nabenachse 130 weist einen Mittelabschnitt 152 auf,
der sich zwischen den ersten und zweiten Enden 146a und 146b befindet.
Der Mittelabschnitt 152 weist ein Paar von ringförmigen erhabenen
Abschnitten mit darin ausgebildeten ersten und zweiten ringförmigen Nuten 154a und 154b auf,
welche die Lagerelemente 134a und 134b aufnehmen. Auch
sind ein Paar von Laufringen 156a und 156b auf
der Seite der Nuten 154a und 154b ausgebildet, um
in diesen die Lagerelemente 134a bzw. 134b zurückzuhalten.
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Die
Nuten 154a und 154b der Nabenachse 130 sind
Nuten von kreisförmigem
Querschnitt, um die Stahlkugeln oder Lagerelemente 134a und 134b zu
lagern. Der Durchmesser der Nuten 154a und 154b ist
im Wesentlichen gleich groß wie
der Durchmesser der Stahlkugeln oder der Lagerelemente 134a und 134b oder
geringfügig
größer als
der Durchmesser der Stahlkugeln oder Lagerelemente 134a und 134b.
Demgemäß können die
Lagerelemente 134a und 134b frei rotieren und
sich um den Umfang der ringförmigen
Nuten 154a und 154b bewegen.
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Das
rohrförmige äußere Element 132 weist ein
erstes offenes Ende 158a, ein zweites offenes Ende 158b,
eine Innenfläche 160 und
eine Außenfläche 162 auf.
Die Innen- und Außenflächen 160 und 162 erstrecken
sich zwischen den ersten und zweiten offenen Enden 158a und 158b des
rohrförmigen äußeren Elementes 132.
Vorzugsweise ist das rohrförmige äußere Element 132 aus
einem herkömmlichen Metallmaterial
aufgebaut. Das rohrförmige äußere Element 132 ist
zu Anfang eine rohrförmige
oder zylindrische Hülse 132a.
Die Hülse
wird kaltgerollt, um das Profil des rohrförmigen äußeren Elementes 132 auszubilden,
wie dies in 9 dargestellt ist.
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Insbesondere
ist die Innenfläche 160 so
konturiert, dass ein Paar von in dieser ausgebildeten ringförmigen Nuten 168a und 168b gebildet
wird, um mit Lagerelementen 134a und 134b in Eingriff
zu kommen. Vorzugsweise sind die Nuten 168a und 168b Nuten
von kreisförmigem
Querschnitt, um die Lagerelemente 134a und 134b zu
lagern. Der Durchmesser der gekrümmten
Flächen,
welche die Nuten 168a und 168b bilden, ist vorzugsweise
identisch zum Durchmesser der Stahlkugeln oder Lagerelemente 134a und 134b,
oder geringfügig
größer als der
Durchmesser der Stahlkugeln der Lagerelemente 134a und 134b.
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Die
Außenfläche 162 des
rohrförmigen äußeren Elementes 132 weist
ein Paar von ringförmigen
Ausbauchungen 178a bzw. 178b auf, die sich gegenüberliegend
den ringförmigen
Nuten 168a und 168b befinden. Mit anderen Worten
erfolgt, wenn ein Umformen der Muffe durchgeführt wird, um das äußere rohrförmige Element 132 zu
erzeugen, ein Umformen der Außenfläche 162,
damit diese der Umformung der Innenfläche 160 entspricht.
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Die
Rückhalteeinrichtungen 136a und 136b sind
im Wesentlichen ringförmige
Elemente, die vorzugsweise aus einem Kunstharz wie beispielsweise dem
Kunstharz Duran aufgebaut sind. Die Rückhalteeinrichtungen 136a und 136b sind
relativ herkömmliche
Elemente, die in diesem Technikgebiet allgemein bekannt sind. Daher
werden die Rückhalteeinrichtungen 136a und 136b hier
nicht detailliert erläutert
oder dargestellt. Im Wesentlichen sind die Rückhalteeinrichtungen 136a und 136b aus
einem ringförmigen
Abschnitt und mit sieben sich in axialer Richtung erstreckenden
Flanschen oder Abstandhaltern ausgebildet, die in Umfangsrichtung
um den Ringabschnitt herum mit Abstand angeordnet sind, um Stahlkugeln
oder Lager elemente 134a und 134b dazwischen aufzunehmen.
Die Rückhalteeinrichtungen 136a und 136b dienen
dazu, einen konstanten Abstand zwischen den Stahlkugeln oder den
Lagerelementen 134a und 134b aufrechtzuerhalten,
wobei die Abstände
zwischen den Flanschen den Durchmesser der Lagerelemente geringfügig überschreiten,
um deren Rotation Rechnung zu tragen.
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Die
Dichtungselemente 138a und 138b sind vorzugsweise
ringförmige
Elemente, die aus einem federnden und/oder elastischen Material
aufgebaut sind, wie beispielsweise herkömmliche Gummidichtungen. Die
Dichtungselemente 138a und 138b sind ringförmig, derart,
dass der Innendurchmesser der Dichtung geringfügig kleiner ist als die Nabenachse 130.
Somit sind die Dichtungselemente 138a und 138b ausgelegt,
um sich um die Außenfläche 148 der Nabenachse 130 herum
zu verformen, um eine Abdichtung zu erzeugen, die ein Eindringen
von Verunreinigungen zwischen deren Grenzfläche verhindert. Die Außendurchmesser
der Dichtungselemente 138a und 138b sind vorzugsweise
geringfügig
größer als
die zylindrischen Endabschnitte 164a und 164b der
Innenfläche 160,
derart, dass die Dichtungselemente 138a und 138b geringfügig nach
innen verformt werden, wenn sie mit der Innenfläche 160 des rohrförmigen äußeren Elementes 132 in
Eingriff kommen. Somit wird verhindert, dass Verunreinigungen zwischen
die Grenzfläche
der Innenfläche 160 und der
Außenfläche der
Dichtungselemente 138a und 138b eindringen.
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Die
Nabenflansche 140a und 140b können sich geringfügig voneinander
unterscheiden. Jedoch sind diese Unterschiede in Bezug zur Erfindung
unwesentlich. Demgemäß werden
gleiche Bezugszeichen verwendet, um entsprechende Teile der ersten und
zweiten Nabenflansche 140a und 140b zu bezeichnen.
Im Wesentlichen sind die Nabenflansche 140 und 140b rohrförmige Elemente,
die am rohrförmigen äußeren Element 130 reibmäßig befestigt sind.
Die Nabenflansche 140a und 140b weisen äußere Flansche 182a und 182b sowie
innere Flansche 184a bzw. 184b auf. Die äußeren Flansche 182a und 182b weisen
eine Mehrzahl von Löchern
auf, um Speichen oder dergleichen mit diesen zu verbinden. Die inneren
Flansche 184a und 184b kommen gegen die Enden
des rohrförmigen äußeren Elementes 132 zur
Anlage.
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Nachfolgend
Bezug nehmend auf eine dritte Lagerbaugruppe 16 ist ein
Hinterrad 22 mittels der dritten Lagerbaugruppe 16 drehbar
am Rahmen 20 angebracht. Die dritte Lagerbaugruppe 16 ist
im Wesentlichen identisch zur zweiten Lagerbaugruppe 14, abgesehen
davon, dass die dritte Lagerbaugruppe 16 eine hintere oder
Freilaufnabe ist. Demgemäß versteht
es sich für
Fachleute, dass der Aufbau und das Verfahren zur Herstellung der
ersten Lagerbaugruppe 12 und der zweiten Lagerbaugruppe 14 ebenfalls
für den
Aufbau und das Verfahren zur Herstellung der dritten Lagerbaugruppe 16 Gültigkeit
hat. Somit wird die dritte Lagerbaugruppe 16 hier nicht detailliert
erläutert
oder dargestellt.
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Es
wurden hier zwar einige spezielle Ausführungsformen ausgewählt, um
diese Erfindung zu erläutern,
jedoch geht für
Fachleute aus dieser Beschreibung klar hervor, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen in diesen vorgenommen werden können, ohne
vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den anliegenden
Ansprüchen definiert
ist. Außerdem
dient die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung lediglich zu Darstellungszwecken und nicht dem Zweck
einer Einschränkung
der Erfindung, die durch die anliegenden Ansprüche und deren Äquivalente
definiert ist.