TW201808676A - 特別是用於自行車的輪轂 - Google Patents

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Abstract

用於自行車之輪轂包含：一輪轂殼體，其藉由設置在該輪轂殼體之相對端區域上的二滾子軸承相對於一輪轂軸旋轉地支持；一轉子，其藉由二滾子軸承相對於該輪轂軸旋轉地支持；及一飛輪裝置，其具有二互動飛輪組件，即，一輪轂側飛輪組件及一轉子側飛輪組件。該等二飛輪組件各包含軸向接合元件且它們可朝軸向在一飛輪位置與一互相嚙合之接合位置間相對移動。該轉子在該飛輪位置及該接合位置中都設置在相同軸向位置中。一驅動轉距可在該接合位置中傳送。該輪轂側飛輪組件具有一內中央收容空間，且一軸承座形成在該內中央收容空間且一滾子軸承被收容在該軸承座上以便旋轉地支持該輪轂殼體。該輪轂側飛輪組件包含由該軸向本體段向外突出之一附件及向內突出之一環狀凸緣，且該等接合元件形成在該環狀凸緣之軸向外側表面上，並且一擋件形成在該附件之軸向內側表面上並在安裝時抵靠該輪轂殼體之一徑向肩部。

Description

特別是用於自行車的輪轂
本發明係有關於用於至少部份人力車輛且特別是自行車的輪轂，該輪轂包含一輪轂殼體，該輪轂殼體藉由設置在該輪轂殼體之相對端區域上的二滾子軸承相對於一輪轂軸旋轉地支持。該輪轂包含用於不可旋轉地配置至少一鏈輪之一轉子，該轉子藉由至少二轉子軸承相對於該輪轂軸旋轉地支持。一飛輪裝置設置在該轉子與該輪轂殼體之間。
除了在自行車中以外，該輪轂亦可使用在例如具有一電動輔助驅動器之其他部份人力車輛及二輪車輛中。該輪轂特別使用在運動自行車中。
習知技術已揭露包含一飛輪之各種輪轂，使得該踏板曲柄例如在騎下坡時不會保持旋轉。這飛輪亦容許該輪轂殼體及該轉子在向後踩踏時反轉。
習知技術已揭露具有棘輪飛輪之輪轂，其中該等掣子在一飛輪位置與一接合位置之間徑向地樞轉。這些輪轂具有不同數目之棘輪掣子且意圖具有對稱地分布在圓周上之四棘輪掣子。當力傳送時，該等棘輪掣子接合在該轉子中之一齒。在重新踩踏傳送旋轉力之前，該等數目比較少之棘輪掣子產生比較大角度之旋轉。
GB 668,943已揭露一種用於自行車的飛輪輪轂，其具有螺入該輪轂殼體中之一貝殼形部件，且該貝殼形部件之內側表面形成該滾珠軸承之球的滾道，同時一向外徑向延伸壁上形成有一軸向齒，且該軸向齒與一軸向齒一起在該轉子形成一軸向飛輪。由於軸向齒之較多數目齒，當重新踩踏時重新接合較快。這系統之缺點係當該輪轂轉換至該飛輪狀態及該接合狀態時該轉子朝軸向位移。若現今使用該等系統，這可能會產生一齒輪換擋。此外，髒污及水分可能會進入該飛輪，因此妨礙功能或甚至使功能完全喪失，這對騎車者是危險的。
DE 94 19 357 U1已揭露具有一有齒圓盤飛輪的一輪轂，該有齒圓盤飛輪可靠地且非常快速地由該轉子傳送驅動力至該輪轂殼體，而當使用者未致動該等踏板時摩擦損失非常低。一有齒圓盤飛輪具有許多優點且容許該飛輪特別快地反應。在這飛輪中，一對有齒圓盤傳送該轉子之向前旋轉力，而在反向踩踏時該齒軸向地分離。該習知輪轂本身令人滿意地作用且使用在運動領域中且亦使用於職業自行車運動中。但是，缺點是例如在騎上坡時作用在該輪轂之高負載會在該輪轂中產生彎矩並使該有齒圓盤稍微傾斜，因此在受到較大力之齒上產生較多磨損使得耐用性有限且該等有齒圓盤需要提早更換以避免故障。
DE 10 2010 033 268 A1揭露一輪轂，其中二具端齒組件形成一軸向飛輪。在該等輪轂殼體端之多對相鄰輪轂軸承作為相對於該輪轂軸之支持件。缺點是相鄰輪轂軸承需要大空間。此外，該輪轂軸沒有任何徑向肩部使得它無法用於軸向地支持該等輪轂組件。因此，為軸向地支持該輪轂，該軸向力在一側由一滾子軸承傳送進入該輪轂殼體且在另一側它透過設置在該輪轂軸上之套筒元件外傳通過一滾子軸承。在一簡化圖中所示之另一實施例中，一或二輪轂軸承被收納在該具端齒組件內，且在一簡化圖中所示之又一實施例中，該軸向飛輪之一端齒一體地形成在該輪轂軸承之外軸承環上以便在只使用一輪轂軸承時可節省軸向安裝空間。但是，缺點是該等軸向力必須再徑向地傳送通過該軸承進入該輪轂殼體。一飛輪必須組配成用於高達等於或大於400Nm之旋轉力。這表示在操作過程中螺入該輪轂殼體中之該端齒組件不斷更進一步被推入該輪轂殼體中並加壓該輪轂殼體。這些高負載會導致輪轂殼體破裂或該壁厚度需要補強，但是補強會增加重量。
此外，已揭露了具有有齒圓盤飛輪之輪轂，其設有具有一軸向齒之一飛輪，其中一軸向齒固定地整合在該轉子中且一有齒圓盤藉由一或多數彈簧不可旋轉地且可軸向位移地收納在該輪轂殼體中並且在朝向該轉子中之該齒的方向上被軸向地偏壓。相反地，已揭露一輪轂，其包括一有齒圓盤飛輪且具有固定地整合在該輪轂殼體中之一有齒圓盤並且其中另一有齒圓盤被一彈簧朝該輪轂殼體之方向偏壓。此外，由於在某些齒受到較高負載且較快磨損之運動或職業自行車運動中的高負載，只為其中一有齒圓盤提供軸向移動性的這兩種輪轂具有缺點，因此該等有齒圓盤、該轉子或甚至該輪轂殼體最好依據一般標準提早更換以避免故障。
一可行替代方式係藉由使用較硬且因此較重材料或藉由使用較大壁厚度，獲得具有一有齒圓盤飛輪之一輪轂的一整體較硬構態，但這會增加重量。但是，由於在運動及職業自行車運動中考慮各及每一克重量，這並不能提供所需之解決方法。
EP 1 121 255 B1已揭露一輕量輪轂，其具有一有齒圓盤飛輪且展現可靠功能，其中該等有齒圓盤之齒受到更均勻之應力。這輪轂使用一對有齒圓盤，該對有齒圓盤可軸向移動且由外側被一彈簧軸向地相向推動。該等二有齒圓盤因此被浮動地支持且例如在該輪轂彎曲或賦予其他種類之應力的情形中它們會展現較佳之相互定位以提供在該等有齒圓盤上之更均勻磨損及一特別可靠操作。但是，仍需要一更硬之輪轂。
鑒於習知技術之背景，因此本發明之目的係提供輕量或更輕量且或許構態更硬之一輪轂。
這目的係藉由一種具有請求項1之特徵的輪轂來達成。本發明之較佳特定實施例係該等依附項之標的物。本發明之其他優點及特徵可由該一般性說明及該等示範實施例之說明了解。
依據本發明之一輪轂係用於至少部份人力車輛且特別是自行車並且包含一輪轂殼體，該輪轂殼體藉由設置在該輪轂殼體之相對端區域上的二滾子軸承相對於且特別在一輪轂軸上旋轉地支持。該輪轂包含一轉子，該轉子被至少二轉子軸承相對於且特別在該輪轂軸上旋轉地支持且特佳地設置成在操作時固定或軸向地固定在該軸向上以便不可旋轉地設置至少一鏈輪。具有二互動飛輪組件之一飛輪裝置包含，即，一輪轂側飛輪組件及一轉子側飛輪組件。該等二飛輪組件各包含多個軸向接合元件且它們可朝該軸向至少在一飛輪位置與一互相嚙合之接合位置間相對移動，其中該轉子(及亦特別是該輪轂殼體)在該飛輪位置中及該接合位置中都設置在相同軸向位置中。在該接合位置中，一驅動矩可由該轉子傳送至該輪轂殼體。在該飛輪位置中，該轉子及該輪轂殼體互相解耦。這表示在該飛輪位置中沒有旋轉力或一不足旋轉力在該輪轂殼體與該轉子間傳送。
該輪轂側飛輪組件具有具一內與中央收容空間之一軸向本體段、形成在該內與中央收容空間之一軸承座及在該軸承座被收容在內與中央收容空間中之一滾子軸承以便旋轉地支持該輪轂殼體。該輪轂側飛輪組件更包含由該軸向本體段向外突出之一附件及向內突出之一環狀凸緣。該等接合元件形成在該環狀凸緣之軸向外側表面上(相對於該輪轂)且一擋件形成在該附件之軸向內側表面上並在安裝時抵靠該輪轂殼體之一徑向肩部。
依據本發明之輪轂具有許多優點。依據本發明之輪轂可特別具有一更硬架構。用於支持該輪轂殼體之滾子軸承的橫軸向距離可比過去大很多。這亦可大幅改善一裝配之車輪的橫向勁度。一明顯優點係該輪轂側飛輪組件包含當依需要組裝時抵靠該輪轂殼體之一徑向肩部的向外突出的一或至少一附件。即使當該輪轂側飛輪組件螺入時，這亦在該輪轂殼體中產生一足夠穩定之支持。這構態可靠地防止該輪轂側飛輪組件在操作時更進一步進入該輪轂殼體中。
該等軸向接合元件特別軸向地突出及/或在該軸向上作用。
因為當該飛輪組件至少部份地由(至少)一/一個較強且因此較重材料製成時，一輪轂殼體希望包含如輕金屬或纖維複合材之一輕量材料或數個輕量材料的一或多個組件，所以該輪轂側飛輪組件特別是一分開部件且未與該輪轂殼體一體地形成。例如，鋼係一適合用於該飛輪組件之材料。
該輪轂側飛輪組件形成具有界定地容納一滾子軸承以便旋轉地支持該輪轂殼體之一軸承座的事實容許該等軸承之橫向距離增加數毫米來相對於該輪轂軸支持該輪轂殼體。這可使該輪轂之剛性大幅增加。在踩踏時作用之任一彎矩大幅地減少。因為該滾子軸承被收納在該輪轂側飛輪組件徑向內部，所以在用於傳送該驅動矩之施力表面與該軸承位置間的橫軸向距離比在習知技術中短很多。該距離甚至可減半。此外，該輪轂殼體之滾子軸承的橫軸向距離明顯地增加。用於相對於該輪轂軸支持該輪轂殼體之滾子軸承可稱為輪轂殼體軸承。同時，在操作時界定地抵靠在該輪轂殼體中之一肩部的在該輪轂側飛輪組件之向外突出附件可提供一特別穩定及可靠之輪轂。
另一個優點是在該等二轉子軸承間之距離亦可加大以便獲得更大剛性。亦非常有利的是該輪轂之架構更簡單。該輪轂軸不需要加厚以增加剛性。
同時，本發明容許進一步具有更高剛性之明顯更輕量的整體輪轂架構。藉由該輪轂側飛輪組件之一更輕量架構可獲得一重量好處。藉由使該輪轂殼體或輪轂套筒形成為具有較薄壁可獲得另一重量好處。習知技術讓該輪轂殼體可環繞該滾子軸承及與其相鄰地收納在該輪轂殼體中之有齒圓盤。但是，必須保持該輪轂殼體之一最小壁厚度以確保所需穩定性。在習知技術中，這產生相較於本發明在一明顯較大軸向區域上具有一大很多之壁厚度。因此，本發明具有較高剛性及一較低重量。此外，所需部件數目較少以便簡化架構與組裝及維護。另外，該徑向向外突出附件將在該輪轂殼體中之輪轂側飛輪組件的接觸壓力分散在一較大直徑上且因此獲得一較小表面壓力。該徑向向外突出附件防止該輪轂側飛輪組件在它具有外螺紋且螺入該輪轂殼體時更深地進入該輪轂殼體中。
藉由本發明可減少軸向安裝空間。該輪轂殼體及該轉子可具有比EP 1 121 255 B1之習知技術的情形寬的軸向支持。
在本發明中，該輪轂側飛輪組件具有一內與中央收容空間，且該內與中央收容空間具有一軸承座及收容在該軸承座之一滾子軸承以便旋轉地支持該輪轂殼體並加固該輪轂。本發明容許增加該輪轂殼體之該等滾子軸承的一軸向距離。該輪轂殼體整體可以一明顯較寬基礎被支持以便因此大幅增加一裝配之車輪的橫向勁度。
在一較佳特定實施例中，該等二飛輪組件被至少一偏壓裝置朝該接合位置偏壓。該等飛輪組件宜各包含形成在前面且在該接合位置互相嚙合之多個接合元件。依此方式，在該接合位置中，該等接合元件朝該驅動方向由該轉子傳送旋轉移動至該輪轂殼體。在該飛輪位置中，該等飛輪組件可相對旋轉且因此該輪轂殼體亦可相對該轉子旋轉。
在所有構態中，該等飛輪組件宜各包含一軸向齒。該飛輪裝置特別形成為一有齒圓盤飛輪。此外，該等接合元件宜由多個軸向齒提供，且該等軸向齒特別被至少一彈簧或多數彈簧或彈簧元件偏壓至該接合位置。在各飛輪組件上之接合元件的數目係特別在16與80之間且特別在18與72之間。這容許非常快速之回應。
較佳地，該轉子側飛輪組件不可旋轉地且可軸向移動地收納在該轉子上且該輪轂側飛輪組件不可旋轉地且特別亦軸向固定地與該輪轂殼體耦合。該轉子側飛輪組件特別形成為或包含一有齒圓盤且其前方具有一軸向齒。
在較佳特定實施例及構態中，該輪轂側飛輪組件之軸向本體段或該軸向本體段之至少一部份係管狀結構且可稱為一管狀本體段。在較佳構態中，該軸向或管狀本體段具有一圓形外橫截面。此外，該圓形外橫截面特別具有一外螺紋，藉此當組裝時該軸向(管狀)本體段宜螺入該輪轂殼體之一內螺紋。另外，該軸向(管狀)本體段軸向固定地且不可旋轉地與該輪轂殼體連接。該管狀本體段宜形成為大致圓柱形。
在較佳實施例中，該軸向本體段係組配成使得具有該向外突出附件及該向內突出環狀凸緣之該軸向本體段具有一(一至少大致)T形橫截面。亦可想到一S或Z形橫截面。在一T形橫截面之情形中，該「T」之橫桿及因此該環狀凸緣及該附件宜軸向向外地設置，同時該等軸向或管狀本體段進一步向內延伸進入該輪轂殼體或進入該輪轂。這構態及這例如T形橫截面可提供一緊密結構及在負載下之高穩定性。該環狀凸緣之該軸向外側表面(相對於該輪轂)裝設有該等接合元件。該等附件之該軸向內側表面(相對於該輪轂)提供(在組裝狀態下)抵靠在該輪轂殼體中之徑向肩部的一擋件。這在該輪轂殼體中提供一較大體積之材料以便可靠地傳送作用在該輪轂殼體上之力並提供一輕量但穩定之輪轂。
或者，該軸向或管狀本體段之外橫截面可為或較佳為非圓形。該軸向本體段可例如具有一多邊形外橫截面。此外，該軸向本體段之(非圓形)外橫截面係特別適合該輪轂殼體之配合非圓形內橫截面。或者，可為齒狀結構(外及內齒)，其中該軸向本體段宜軸向地固定在該輪轂殼體上。該軸向位置可依據該輪轂殼體軸承之內環軸向界定定位在該輪轂側飛輪組件上或中來決定。
或者，該軸向或管狀本體段之外橫截面可為圓形或非圓形且藉由一外圓周形式夾具未與該輪轂殼體不可旋轉地耦合。或者，例如，可設置耦合銷或耦合螺絲以便不可旋轉地且亦選擇地軸向固定地連接該輪轂側飛輪組件與該輪轂殼體。
該軸承座宜形成在該軸向及/或管狀本體段上且特別在其徑向內部。
在徑向截面中，該輪轂側飛輪組件之橫截面宜為大致L形，其中該「L」之其中一腿形成該軸向或管狀本體段且該L之另一腿朝徑向延伸並配置有該等接合元件。該橫截面特佳地為「T」形，其中該環狀凸緣及該附件軸向地重疊或至少大致設置在相同軸向位置中。
較佳地，該輪轂側飛輪組件收納該滾子軸承之軸向寬度的2/3以上。特別地，該滾子軸承之一大部份或最大部份界定地收納在該輪轂側飛輪組件之軸承座上。較佳地，該輪轂側飛輪組件收納該滾子軸承之軸向寬度之50%以上且特佳是75%以上。在較佳構態中，該輪轂側飛輪組件收納該滾子軸承之軸向寬度的大約80%與90%之間或80%與99.5%之間且特別是90%與99.5%之間。較佳地，在該軸向本體段之軸向向內前面與該輪轂殼體之間有一淨距(在軸向上)。該淨距在該軸向本體段之軸向向內前面與該輪轂殼體之間產生一游隙且它特別大於0.02mm且它宜在0.03mm與1.5mm之間，特別是在0.05mm與0.6mm之間並且宜在0.08mm與0.35mm之間。在較佳構態中，該淨距係在收納在該輪轂側飛輪組件上之該滾子軸承之軸向長度的0.5%與5%之間。該淨距延伸至由該徑向向外突出附件界定之軸向本體段的一軸向位置並防止該軸向本體段更進一步螺入。該輪轂側飛輪組件之徑向向外突出附件特別徑向向外地突出超過該軸向本體段且當安裝時它抵靠在該輪轂殼體之徑向肩部上。這可軸向界定地定位該輪轂側飛輪組件。該向外突出附件可形成為一單一附件或數個附件(對稱地)設置成分布在圓周上。或者，該附件可形成為特別由該軸向本體段之軸向向外端徑向向外地延伸的一圓周凸緣。
該輪轂側飛輪組件包含一環狀凸緣，其前面(徑向向外地)設有該等接合元件。該環狀凸緣在該軸向本體段之軸向向外端上特別徑向向內地延伸。此外，該環狀凸緣如上所述地形成該T或一L之該向內突出徑向腿。
較佳地，一徑向軸承肩部形成在該輪轂殼體中用於界定地軸向對齊收納在該輪轂側飛輪組件中之滾子軸承。該滾子軸承係特別在該輪轂殼體中之該徑向軸承肩部與該環狀凸緣間的一軸向界定位置中。較佳地，一界定游隙設置在一軸向側且該滾子軸承在另一軸向側設置成沒有游隙。因此可防止一不利之過度界定。較佳地，一自由距離形成在收納在該輪轂側飛輪組件中之滾子軸承與該環狀凸緣之軸向內側表面間。該自由距離提供軸向游隙。該自由距離特別大於0.02mm或0.05mm。該自由距離宜大於0.1mm或大於0.2mm且最多可大於0.5mm或1mm。該自由距離特別設置在該環狀凸緣之軸向內側表面與該輪轂殼體之該飛輪側滾子軸承的外環間。在一較佳構態中，該自由距離係在0.02mm與0.35mm之間。
該輪轂殼體之該飛輪側滾子軸承的外環特別藉由其軸向進一步向內端抵靠該輪轂殼體中之徑向軸承肩部以便界定地對齊該滾子軸承。特佳地，一淨距(在軸向上)存在該軸向本體段之軸向向內前面與該輪轂殼體間，且一自由距離形成在收納於該輪轂側飛輪組件中之滾子軸承與該環狀凸緣之軸向內側表面間。較佳地，該淨距與該自由距離大致相同。由於組件部件之存在公差及製造與安裝公差，該淨距及該自由距離可不同。該淨距及該自由距離各防止在該安裝之輪轂中的過度界定。
在有利構態中，該偏壓裝置收納在該轉子側飛輪組件中。該偏壓裝置係特別大致完全地且特佳地完全地收納在該轉子側飛輪組件內部。這對於該軸向安裝空間提供非常大之好處，因為該轉子側飛輪組件未或只非常少地朝軸向延伸以便減少軸向安裝空間。這可進一步增加輪轂剛性。
該轉子側飛輪組件特別包含一特別圓柱形引導段，該引導段具有與在該轉子中之一配合非圓形內輪廓嚙合的一非圓形外輪廓以使該轉子側飛輪組件可相對於該轉子軸向移動及提供在該轉子與該轉子側飛輪組件間之不可旋轉耦合。
在較佳構態中，該轉子側飛輪組件之前面端形成為一墊圈且該等接合元件設置在該墊圈上(在該前面)。
較佳地，具有該引導段及設置在該前面端之墊圈的轉子側飛輪組件在徑向上具有一大致L形之橫截面。一軸向對齊腿由該引導段形成。一徑向對齊腿由該前面墊圈形成。
較佳地，該偏壓裝置朝該輪轂側飛輪組件之方向推動具有該等接合元件之前面墊圈。此外，該偏壓裝置宜抵靠該墊圈之內側。
該墊圈及該(圓柱形)引導段宜大致形成該轉子側飛輪組件。該引導段及該墊圈特佳地的是一體地製成。
特佳地，該偏壓裝置被軸向向外地(緊接地)支持抵靠一轉子軸承以便旋轉地支持該轉子。此外，該偏壓裝置特佳的是被直接地且緊接地支持在該轉子軸承之一外軸承環上。
在所有構態中，用於支持該輪轂殼體之軸承及用於支持該轉子之軸承宜形成為滾子軸承且特別是形成為深槽滾珠軸承，該深槽滾珠軸承包含一外軸承環(亦稱為外環)、一內軸承環(亦稱為內環)及在其間之特別設置在一滾動構件籠中之多個滾動構件。
例如，若一圓盤設置在一轉子軸承與該偏壓裝置之間，則該偏壓裝置可被間接地支持在該轉子軸承上。至少藉由形成為一圓柱形螺旋彈簧之偏壓裝置，將該偏壓裝置緊接地支持在該轉子軸承上可產生一特別節省空間架構。在其他構態中，亦可使用被支持在該轉子軸承外側之多數單一彈簧或其他組件。
較佳地，一密封裝置設置在該轉子與該輪轂殼體之間。該密封裝置特別包含至少轉向一次之一非接觸迷宮式間隙。此外，該密封裝置宜包含特別在該迷宮式間隙下游之至少一接觸密封唇部。該密封裝置特別儘可能廣泛地且特別可能最廣泛地防止水及灰塵進入該飛輪裝置。該密封唇部宜設置成比該迷宮式間隙更徑向地向內。
在所有構態中，特佳的是該轉子且較佳的是該輪轂可設置成用於大體上或完全無工具拆卸。該輪轂殼體宜被插入，該限制擋件特別被插上(插入或最好推上)且該輪轂宜(選擇地由該輪轂側飛輪組件分開)設置成用於完全無工具拆卸。該輪轂側飛輪組件可類似地設置成用於完全無工具拆卸。這有助於組裝及拆印且因此亦有助於維護或修理。
當組合時，該輪轂之一夾持力宜透過該輪轂殼體之滾子軸承的內環及該等轉子軸承之內環來支持。特別地，至少一套筒本體各設置成用於在該輪轂殼體之飛輪側滾子軸承與該飛輪側轉子軸承之間及在該等二轉子軸承之間形狀配合地傳送該夾持力。依此方式可提供一形狀配合且特別穩定之輪轂。
較佳地，二且特別正好二徑向凸起形成在該輪轂軸上。該等二徑向凸起宜形成在該等滾子軸承之區域中以便支持該輪轂殼體。較佳地，該等徑向凸起在該軸向向內面顯現該壁厚度之(連續或逐漸或無段或階段的)增加且一肩部各形成在該軸向向外側上。這些肩部可作為該等滾子軸承之內軸承環的擋件以便支持該輪轂殼體。或者，如一圓盤或一套筒之一分隔件可插在該擋件與該滾子軸承之間。在所有這些構態中，力可傳送通過該輪轂軸及如圓盤、套筒本體之分隔件及該等滾子軸承之內軸承環。
特佳地，該輪轂軸形成為圓柱形且，除了該等滾子軸承抵靠以便支持該輪轂殼體之徑向凸起以外，它具有一大致固定直徑及一大致固定壁厚度，其中該直徑及該壁厚度變化小於25%且宜小於15%。該輪轂軸之內部構態特佳地為圓柱形。
較佳地，設置在該輪轂殼體之相對端區域上的該等滾子軸承藉由其各內環軸向向內地抵靠該輪轂軸之徑向凸起。該輪轂軸因此可用於形狀配合地傳送力。
特佳地，該等滾子軸承及/或該等轉子軸承中之至少一軸承形成為一深槽滾珠軸承且特別形成為一市售及/或標準深槽滾珠軸承。該等滾子軸承及/或該等轉子軸承中之至少一軸承宜具有直接附接在該滾子軸承上且防止水及/或灰塵進入該滾子軸承內部之一滾動構件籠及/或軸承密封件。
在所有構態中，該輪轂宜設計成供一貫通軸使用。較佳地，該輪轂包含一貫通軸。
最好提供被推至該軸或輪轂軸上或插入該輪轂軸中之多個限制擋件。可提供多個可互換限制擋件，且一組限制擋件組配成可收納一貫通軸而另一組限制擋件設置成可收納例如一快拆。後者之限制擋件組具有多個軸向向外圓柱形肩部，該等軸向向外圓柱形肩部係組配成被收容在一車架之勾爪中且其外徑宜比在該輪轂軸之一中心區域中的該輪轂軸之一內徑小。當用兩組限制擋件傳送該輪轂時，使用者可選擇與該貫通軸或與一快拆一起使用它們。亦可進行後來之改裝。
所有構態可具有二個以上滾子軸承以便支持該輪轂殼體。此外，最少(至少)一滾子軸承設置在該等二端區域之各端區域上。亦可類似地使用二個以上之轉子軸承。
本發明之其他優點及特徵可由以下參照添附圖式說明之示範實施例了解。
圖1與2分別顯示裝設有依據本發明之一輪轂1的一登山自行車或比賽用自行車100。該登山自行車或比賽用自行車100具有一前輪101及一後輪102。依據本發明之輪轂1係與該後輪102一起使用。該等二車輪101、102具有輪輻109及一輪緣110。亦可設置習知夾鉗煞車或如碟煞之其他煞車。
一自行車100包含一車架103、一手把106、一座墊107、一前叉或懸吊前叉104且在登山自行車之情形中，可設置一後輪緩衝器105。具有踏板之一踏板曲柄112係用以驅動。或者，該踏板曲柄112及/或該等車輪可具有一電動輔助驅動器。該等車輪之輪轂1可藉由一貫通軸25或一快拆49附接在該車架上。
圖3顯示插入依據圖1與2之自行車後輪102中的輪轂1的截面圖。
依據本發明之輪轂1包含一輪轂殼體2，該輪轂殼體2被該等滾子軸承24或14旋轉地支持在該等軸向端區域3與4中而可相對於且在此緊接地在一輪轂軸5上旋轉。這表示該等滾子軸承14、24各直接設置在該輪轂軸5上。
該輪轂更包含一轉子8，以便在該轉子8上設置至少一鏈輪。特別地，可推上及附接或配置一鏈輪組。一飛輪裝置9設置在該轉子8與該輪轂殼體2之間，且包含輪轂側飛輪組件10及轉子側飛輪組件20。為防止水及灰塵進入該輪轂1之內部且特別是水及灰塵進入該飛輪裝置9，一密封裝置38形成在該轉子8與該輪轂殼體2之間且包含一迷宮狀密封間隙及一下游唇部密封，該下游唇部密封接觸該轉子且可靠地防止灰塵及水進入該飛輪。
限制擋件39與40被推至該輪轂軸之兩端上且當裝設之車輪未被夾持在該車架中時被O環48固定在該輪轂軸上。該等限制擋件39與40各具有防止灰塵及水進入該輪轂1之兩端的一密封凸緣46或47。這轉子側限制擋件40具有一徑向密封凸緣47，而另一限制擋件39具有由一對徑向密封凸緣構成之一雙凸緣46，且一軸向距離及自由距離形成在該對徑向密封凸緣之間。
用於旋轉地支持該輪轂殼體2之滾子軸承14、24靠抵在該輪轂軸5之凸起43、44中的徑向肩部上。該等凸起43與44各軸向地設置在該等軸承14、24之內部。
在該輪轂1之所有構態中，該等凸起43、44宜具有該輪轂軸5之一稍大徑向壁厚度。特別地，在這區域中之徑向壁厚度係在其他區域中之徑向壁厚度的大約1.5倍與3倍之間。除了該等凸起43、44以外，該輪轂軸5之構態為大致圓柱形且具有宜小於25%且特別是小於15%或小於10%或小於5%或小於2%之壁厚度差。較佳地，該輪轂軸(包括凸起)之最大外徑對該輪轂軸之最小內徑的關係小於2.0且特別是小於1.75並且最好小於1.6。較佳地，該輪轂軸之最大外徑對該輪轂軸之最小內徑的關係大於1.25且特別是大於1.4。
該轉子8被一對轉子軸承6與7旋轉地(且緊接地)支持在該輪轂軸5上。
該滾子軸承14在該輪轂側飛輪組件10內部被收納在一軸承座12上之一界定位置中的一中央收容空間11中。這可減少大量軸向安裝空間使得該輪轂之穩定性及剛性可增加。此外，該輪轂1之總重量大幅減少。由於在該輪轂殼體2之轉子側端區域4中的壁厚度可減少，各飛輪組件之重量及該輪轂殼體之重量可減少。
圖4顯示圖3之放大圖，且該飛輪裝置9再次顯示在該接合位置31，其中特別設計為該輪轂側飛輪組件10及該轉子側飛輪組件20之軸向齒的該等接合元件33(請參見圖5)互相不可旋轉地接合。該等接合元件33係組配成使得(請參見例如圖5)在朝該驅動方向之一旋轉方向的一旋轉力可靠地傳送至該輪轂殼體2，同時朝一相反旋轉方向該轉子側飛輪組件20對抗該偏壓裝置32之偏壓力被軸向向外地推動直到該等接合元件33分離為止以使該轉子可相對於該輪轂殼體旋轉。該轉子側飛輪組件20具有一引導段23，且該引導段23具有一非圓形外輪廓21。該非圓形外輪廓21與在該轉子8中之一配合非圓形內輪廓37嚙合且可與該軸向30平行地在該轉子8中軸向地位移。
這飛輪組件10具有大致T形構態之一徑向橫截面，其中一軸向本體段13具有一外螺紋15，該外螺紋15螺入該輪轂殼體中之一內螺紋34使得該飛輪組件10被軸向地固定且(在該驅動方向上)與該輪轂殼體2不可旋轉地連接。
一圓柱形軸承座12徑向地形成在該軸向本體段之內部且其中收納該轉子側滾子軸承14以便旋轉地支持該輪轂殼體2。當安裝該滾子軸承14時，它朝該軸向被形狀配合地收納且其內環在該凸起44與該套筒本體41之間。
該力配合係朝該軸向30由該限制擋件40透過該轉子軸承7之內環、該套筒本體42、該轉子軸承6之內環、該套筒本體41、該滾子軸承14之內環進行且它接著透過該徑向凸起44被導入該輪轂軸5並且它由此透過該徑向凸起43傳送至該滾子軸承24之內環，而該夾持力由此最後透過該限制擋件39分散。
在安裝狀態中，向外突出且圓周地形成的該輪轂側飛輪組件10之附件17抵靠在該輪轂殼體2內之一徑向肩部35。該輪轂側飛輪組件10之位置係由在該輪轂殼體中之徑向肩部35界定。
用於支持該輪轂殼體之滾子軸承14被收納在該中央收容空間11中之軸承座12上且位於藉由該輪轂側飛輪組件10之環狀凸緣18的內表面19及該徑向軸承肩部36在該軸向上且在該輪轂殼體2中界定的一位置。當該滾子軸承14無游隙地抵靠在該輪轂殼體2中之徑向軸承肩部36時，在該環狀凸緣18之內表面19與該滾子軸承14之外環50間宜具有一小軸向游隙。
該滾子軸承14宜具有用於密封該滾子軸承之一密封單元57。類似地，另一滾子軸承24及該等轉子軸承6與7宜各在兩側具有用於密封之該等密封單元57。
該轉子側飛輪組件20在其前面22包含一墊圈28，且該等接合元件33形成在該墊圈28上。該墊圈28特別與該轉子側飛輪組件20之一圓柱形引導段23一體地形成。在該轉子側飛輪組件20之內部，特別形成為一螺旋彈簧之該偏壓裝置32宜壓抵該前面內表面29使得該飛輪組件20被偏壓在該接合位置31中。該螺旋彈簧32被支持在最好在該轉子軸承6之外環上的另一端。這可產生一最小軸向安裝空間，藉此可顯著地增加該輪轂之整體剛性。
如圖3所示，在用於旋轉地支持該輪轂殼體之該等滾子軸承14與24間產生明顯比習知技術大的一軸向距離26。這可大幅增加該輪轂之剛性及穩定性。大幅增加該軸向距離26數毫米可免除該等飛輪組件10與20之一雙端、浮動支持同時提供該輪轂更高剛性。特別形成為有齒圓盤之飛輪組件10、20具有均勻磨損且具有一安全功能。此外，該輪轂之重量可明顯地降低。相較於習知技術，在用於支持該輪轂殼體之該等滾子軸承的內環間的軸向距離26可增加大於5或甚至6mm。在該等轉子軸承間之軸向距離27可類似地增加大於1mm使得該輪轂1在負載下之穩定性增加且可大幅增加橫向勁度。
圖5與6以立體圖及截面圖顯示該輪轂側飛輪組件10。可了解的是該輪轂側飛輪組件可有一緊密架構。該環狀附件17可將該輪轂側飛輪組件10界定地軸向定位在該輪轂殼體2中。該等接合元件33形成在該環狀凸緣18之前面22上的該軸向外側表面18b上，且該環狀凸緣18特別由該軸向且在此係管狀本體段13徑向向內地延伸。
在徑向橫截面中可看到該大致T形結構45，其中該軸承座12徑向向內地形成且其中該滾子軸承14顯示一界定收納。
該滾子軸承14具有一軸向寬度16且在該軸向本體段13中被支持在該軸承座12上並且在該長度18a上通過其軸向寬度之大部份，在此係在80%與90%之間。該滾子軸承14稍微軸向向內地突出之事實可進一步確保一準確界定之軸向配置。因此可避免一軸向過度界定。
該滾子軸承14具有一外環50及一內環52，且在該外環50與該內環52間該等滾動構件53設置在引導槽56中。密封單元57在二軸向上密封該滾子軸承14。
為了更清楚顯示，在圖5之底部中未顯示該滾子軸承14。當安裝該滾子軸承14時，它被螺入該輪轂殼體中之飛輪組件10軸向地固定在該輪轂殼體中。
圖7顯示依據本發明之輪轂1之主要部件的圖。在左邊顯示在該滾子軸承24安裝於或插入該輪轂殼體2中後可被推至該輪轂軸5上的限制擋件39。該輪轂軸5具有凸起43與44。在該輪轂殼體2之轉子側，該滾子軸承14被收納在該輪轂側飛輪組件10之軸承座12上且與該飛輪組件10一起被螺入該輪轂殼體2。然後，插入該密封裝置38且推上該套筒本體41。
該套筒本體42位於其間之該等轉子軸承6與7被插入該轉子8中。該偏壓裝置32及該轉子側飛輪組件20被插入該轉子8中且該轉子8被推至該輪轂軸5上。最後推上該限制擋件40。
圖8至10顯示一稍微修改之示範實施例。符號是相同的，因此除了少數不同部件以外，可同樣地參照前述示範實施例之說明且它再用於說明這示範實施例。以下將說明與先前示範實施例不同之實質差異及實質部件。
圖8顯示該完成輪轂之截面圖，圖9顯示該輪轂側飛輪組件10之立體圖且圖10顯示圖9之截面圖。
與前述示範實施例不同，這輪轂1未設置徑向圓周輪輻凸緣，但該輪轂1裝設有用於安裝所謂「直拉(straight pull)」輪輻之收納部。該輪轂殼體則可因此組配成收納例如，直線、非彎曲輪輻(「直拉輪輻」)。但是，依據圖8之輪轂1可如依據圖3之輪轂1地裝設有習知及圓周輪輻凸緣等。
與依據圖3之輪轂1的另一差異係圖8與圖10都特別具有一可辨識之自由距離16a。該自由距離16a提供足夠之軸向游隙。收納在該飛輪組件10中之滾子軸承14抵靠在該軸向向內端14a上且具有在該輪轂殼體2中之徑向軸承肩部36上的外軸承環或外環50以便界定地對齊該滾子軸承14。
該滾子軸承14之軸向向外端14b具有該自由距離16a或該游隙或在它本身與該環狀凸緣18之軸向內側表面18c間的間隙。該自由距離16a特別大於0.01mm且它宜大於0.1mm，特別是大約0.2mm。依據圖3之示範實施例亦包含在圖之比例中無法辨識的一(較窄)自由距離16a。
圖10顯示形成在該附件17之軸向內側表面17c上的擋件17d。在安裝狀態中，該擋件17d抵靠在該輪轂殼體中之徑向軸承肩部36。該擋件17d與該徑向軸承肩部36一起防止該輪轂側飛輪組件更進一步螺入該輪轂殼體2。在缺少該邊界之情形下，作用在該軸向齒上的任何旋轉力在一段時間後產生更進一步之螺入。因此，缺少該擋件17d，該輪轂殼體會膨脹且甚至破裂，因為該飛輪係形成為用於傳送至多等於或大於400Nm之旋轉力。
另一作用係由於形成在該軸向本體段之軸向向內前面與該輪轂殼體間且在此係在大約0.08mm與0.35mm間之淨距13b產生。這是為確保該軸向本體段13螺入該輪轂殼體最多到該擋件17d且此時它被支持在該輪轂殼體上。
該輪轂1之拆卸及維護因此簡單且可在任何時間手動地進行以便在例如越野地形中使用後或在一長時間公路騎乘後清潔該輪轂。這可確保一永遠可靠之功能。
該輪轂可增加橫向勁度，可增加彎曲勁度，且可更安全地操作。同時重量可減少，這在運動之領域中及供職業使用時特別重要。
另一優點係該輪轂殼體之較小橫截面，因此空氣動力學上較佳。部件之量較小，使維修、組裝及分解更容易。製造該輪轂亦更容易。
在所有構態中，宜在該等滾子軸承中使用經研磨內軸承環。亦可使用一經研磨外環以獲得非常低摩擦值。
1‧‧‧輪轂
2‧‧‧輪轂殼體
3,4‧‧‧軸向端區域
5‧‧‧輪轂軸
6,7‧‧‧轉子軸承
8‧‧‧轉子
9‧‧‧飛輪裝置
10‧‧‧輪轂側飛輪組件
11‧‧‧中央收容空間
12‧‧‧軸承座
13‧‧‧軸向本體段；管狀本體段
13b‧‧‧淨距
14,24‧‧‧滾子軸承
14a‧‧‧軸向向內端
14b‧‧‧軸向向外端
15‧‧‧外螺紋
16‧‧‧軸向寬度
16a‧‧‧自由距離
17‧‧‧附件
17c,18c‧‧‧軸向內側表面
17d‧‧‧擋件
18‧‧‧環狀凸緣
18a‧‧‧長度
18b‧‧‧軸向外側表面
19‧‧‧內表面
20‧‧‧轉子側飛輪組件
21‧‧‧非圓形外輪廓
22‧‧‧前面
23‧‧‧圓柱形引導段
25‧‧‧貫通軸
26,27‧‧‧軸向距離
28‧‧‧墊圈
29‧‧‧前面內表面
30‧‧‧軸向
31‧‧‧接合位置
32‧‧‧偏壓裝置；螺旋彈簧
33‧‧‧接合元件
34‧‧‧內螺紋
35‧‧‧徑向肩部
36‧‧‧徑向軸承肩部
37‧‧‧非圓形內輪廓
38‧‧‧密封裝置
39,40‧‧‧限制擋件
41,42‧‧‧套筒本體
43,44‧‧‧凸起
45‧‧‧大致T形結構
46,47‧‧‧密封凸緣
48‧‧‧O環
49‧‧‧快拆
50‧‧‧外環
52‧‧‧內環
53‧‧‧滾動構件
56‧‧‧引導槽
57‧‧‧密封單元
100‧‧‧自行車
101‧‧‧前輪
102‧‧‧後輪
103‧‧‧車架
104‧‧‧前叉或懸吊前叉
105‧‧‧後輪緩衝器
106‧‧‧手把
107‧‧‧座墊
109‧‧‧輪輻
110‧‧‧輪緣
112‧‧‧踏板曲柄
在該等圖中： 圖1顯示一登山自行車之示意圖； 圖2顯示一比賽用自行車之示意圖； 圖3顯示依據本發明之一輪轂的截面圖； 圖4顯示圖3中之截面的放大圖； 圖5顯示該輪轂側飛輪組件之立體圖； 圖6顯示依據圖5之輪轂側飛輪組件的截面圖； 圖7顯示依據圖3之輪轂的分解圖； 圖8顯示依據本發明之另一輪轂的截面圖； 圖9顯示依據圖8之輪轂的輪轂側飛輪組件的立體圖；及 圖10顯示依據圖9之輪轂側飛輪組件的截面圖。
1‧‧‧輪轂
2‧‧‧輪轂殼體
3,4‧‧‧軸向端區域
5‧‧‧輪轂軸
6,7‧‧‧轉子軸承
8‧‧‧轉子
9‧‧‧飛輪裝置
10‧‧‧輪轂側飛輪組件
11‧‧‧中央收容空間
12‧‧‧軸承座
13b‧‧‧淨距
14,24‧‧‧滾子軸承
16a‧‧‧自由距離
20‧‧‧轉子側飛輪組件
26‧‧‧軸向距離
30‧‧‧軸向
31‧‧‧接合位置
39,40‧‧‧限制擋件
43,44‧‧‧凸起
46,47‧‧‧密封凸緣

Claims (23)

  1. 一種用於至少部份人力車輛且特別是自行車之輪轂，其包含：一輪轂殼體，其相對於一輪轂軸而被設置在該輪轂殼體之相對端區域上的二滾子軸承旋轉地支持；一轉子，其相對於該輪轂軸而被至少二轉子軸承旋轉地支持；及一飛輪裝置，其具有二互動飛輪組件，即，一輪轂側飛輪組件及一轉子側飛輪組件， 其中該等二飛輪組件各包含多個軸向接合元件且可在軸向上至少在一飛輪位置與一互相嚙合之接合位置間彼此相對移動，其中在該接合位置中可傳送一驅動矩且其中在該飛輪位置中該轉子及該輪轂殼體互相解耦，其中在該飛輪位置中及該接合位置中該轉子都設置在相同軸向位置中， 其中該輪轂側飛輪組件具有具一內中央收容空間之一軸向本體段、形成在該內中央收容空間處之一軸承座、及被收容在該軸承座處之一滾子軸承，以便旋轉地支持該輪轂殼體， 其特徵在於： 該輪轂側飛輪組件包含由該軸向本體段向外突出之一附件及向內突出之一環狀凸緣；且該等接合元件係組構在該環狀凸緣之軸向外側表面上，且一擋件形成在該附件之軸向內側表面上並在安裝時抵靠該輪轂殼體之一徑向肩部。
  2. 如請求項1之輪轂，其中該等二飛輪組件透過至少一偏壓裝置被偏壓至該接合位置，且其中該等接合元件係各自組構在該前面上。
  3. 如請求項1或2之輪轂，其中該轉子側飛輪組件不可旋轉地且可軸向移動地收容在該轉子中，且其中該輪轂側飛輪組件不可旋轉地且軸向固定地與該輪轂殼體耦合。
  4. 如請求項1至3中任一項之輪轂，其中具有該向外突出之附件及該向內突出之環狀凸緣的該軸向本體段具有一T、S或Z形橫截面。
  5. 如請求項1至4中任一項之輪轂，其中該輪轂側飛輪組件之軸向本體段係組構為管狀。
  6. 如請求項1至5中任一項之輪轂，其中該軸向本體段包含一圓形外橫截面，該形圓外橫截面具有在安裝狀態時螺入該輪轂殼體之一內螺紋的一外螺紋。
  7. 如請求項1至6中任一項之輪轂，其中該輪轂側飛輪組件收納該滾子軸承之軸向寬度的2/3以上。
  8. 如請求項1至7中任一項之輪轂，其中一徑向軸承肩部形成在該輪轂殼體中，以供界定地軸向對齊該輪轂側飛輪組件中所收納的該滾子軸承。
  9. 如請求項1至8中任一項之輪轂，其中一自由距離係組構在該輪轂側飛輪組件中所收納之該滾子軸承、與該環狀凸緣之該軸向內側表面之間，及/或其中一淨距係組構在該軸向本體段之一內軸向前面、與該輪轂殼體之間。
  10. 如請求項1至9中任一項之輪轂，其中該偏壓裝置被收納在該轉子側飛輪組件中。
  11. 如請求項1至10中任一項之輪轂，其中該轉子側飛輪組件包含一引導段，該引導段具有一非圓形外輪廓而其與該轉子中的一配合之非圓形內輪廓嚙合，以使該轉子側飛輪組件可相對於該轉子軸向移動及提供在該轉子與該轉子側飛輪組件間之不可旋轉耦合。
  12. 如請求項1至11中任一項之輪轂，其中該轉子側飛輪組件之該前面端形成為一墊圈且該等接合元件形成在該墊圈上。
  13. 如請求項1至12中任一項之輪轂，其中該偏壓裝置朝該輪轂側飛輪組件之方向推動具有該等接合元件之該前面墊圈。
  14. 如請求項1至13中任一項之輪轂，其中該偏壓裝置被軸向向外地支持在一轉子軸承上以便旋轉地支持該轉子。
  15. 如請求項1至14中任一項之輪轂，其中該偏壓裝置係組構為一圓柱形螺旋彈簧。
  16. 如請求項1至15中任一項之輪轂，其中具有一非接觸迷宮式間隙及一接觸密封唇部之一密封裝置係設置在該轉子與該輪轂殼體之間，且其中該密封裝置防止水及灰塵進入該飛輪裝置。
  17. 如請求項1至16中任一項之輪轂，其中該轉子可無工具地拆卸，該輪轂殼體被插入，該等限制擋件被插上且由該輪轂側飛輪組件分開之該輪轂係設置成用於無工具拆卸。
  18. 如請求項1至17中任一項之輪轂，其中在安裝狀態中，該輪轂之一夾持力透過該輪轂殼體之該等滾子軸承之內環及該等轉子軸承之內環來支持。
  19. 如請求項1至18中任一項之輪轂，其中至少一套筒本體各設置成用於在該輪轂殼體之該飛輪側滾子軸承與該飛輪側轉子軸承之間、及在該等二轉子軸承之間，形狀配合地(form-fit)傳送該夾持力。
  20. 如請求項1至19中任一項之輪轂，其中設置在該輪轂殼體之該等相對端區域上的該等滾子軸承藉由其內環各自軸向向內地抵靠該輪轂軸之徑向凸起。
  21. 如請求項1至20中任一項之輪轂，其中該等滾子軸承及轉子軸承中之至少一軸承係組構為一深槽滾珠軸承且包含一滾動構件籠並具有多個軸承密封件。
  22. 如請求項1至21中任一項之輪轂，更包含一貫通軸。
  23. 如請求項1至22中任一項之輪轂，其中多個限制擋件設置成被收容在一車架之勾爪中且其外徑比該輪轂軸之一內徑小。
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