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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Nabenkörper für Fahrrad-Speichenlaufräder mit
einem Nabenkörperrumpf
und separaten, getrennt ausgeführten
Nabenflanschen gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bekanntermaßen werden
zur Herstellung von Fahrrad-Speichenlaufrädern einteilige
Nabenkörper
verwendet, deren Flansche zur Aufnahme der Speichen nabenachsparallele
Bohrungen aufweisen, in die die Speichen mit ihrem abgewinkelten
Kopf eingehängt
werden. Diese Verbindungsart ermöglicht durch
ihre Freiheitsgrade eine flexible Positionierung der Speiche in
einem großen
Raumwinkelbereich. Das selbsttätige
genaue Ausrichten der Speiche erfolgt durch ihre Vorspannung. Die
Nabenkörper
bestehen in der Regel aus Aluminium und werden durch Gesenkschmieden
und/oder Drehbearbeitung hergestellt.
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In
jüngerer
Zeit finden aus Gründen
der Aerodynamik zunehmend Speichenlaufräder mit stark reduzierter Speichenanzahl
Verwendung. Durch die damit einhergehende hohe Belastung der Speichen wird
eine besonders belastbare Verbindungstechnik zwischen Speiche und
Nabenkörper
notwendig. Die Druckschrift
DE
4415505 A1 lehrt z. B. eine solche Verbindungstechnik.
Hierbei besitzen die Speichen ein nabenseitiges Gewinde und werden
mittels einer Gewindehülse
mit dem Nabenkörper
verbunden. Dies macht es notwendig, in den Nabenkörper Gewindebohrungen
einzubringen, die mit der Längsachse
der Speiche exakt fluchten, da die Speiche nach dem Einschrauben,
anders als bei der klassischen Befestigung, keinen Freiheitsgrad
mehr besitzt, um sich auszurichten. Gemäß der Geometrie eines Speichenrades,
insbesondere derjenigen, die dem Antrieb dienen, d. h. Drehmoment
zwischen Nabenkörper
und Felge mit sich gegenläufig
kreuzenden Speichen übertragen,
können
diese Bohrungen eine sehr komplizierte räumliche Anordnung annehmen,
so dass zur Fertigung 5-achsige Bearbeitungsmaschinen benötigt werden.
Dasselbe gilt für
räumlich
definiert angeordnete Speichenaufnahmen, die der Speiche noch einen
geringen Spielraum zur Ausrichtung lassen.
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Des
Weiteren bringt die Reduzierung der Speichenanzahl die Notwendigkeit,
die Nabenflansche, über
die Drehmoment übertragen
wird, mit großer
radialer Ausdehnung auszulegen, um durch bessere Hebelverhältnisse
die Kräfte
auf die drehmomentübertragenden
Speichen zu reduzieren. Da große
Nabenflansche erhebliche Gewichtsnachteile mit sich bringen, ist
eine Gewichtsreduzierung mittels Durchbrüchen und Ausschneidungen notwendig.
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Die
Forderung nach hoher Dauerfestigkeit bei geringstem Gewicht von
aerodynamischen Speichenlaufrädern
mit reduzierter Speichenanzahl macht es erforderlich, auf die verschiedenen
Einsatzzwecke abgestimmte Konstruktionen zu verwenden. Bei herkömmlichen
Speichenradkonstruktionen ist es möglich, verschiedene Speichenzahlen
des Laufrades durch einfache Anpassung der Anzahl der axialen Bohrungen
im runden Nabenflansch zu realisieren. Durch die Freiheitsgrade
der Speichen-Nabe-Verbindung können
durch andere Winkelstellungen der Speichen mit demselben Nabenkörper verschiedene
Laufradkonstruktionen gefertigt werden. Bei den oben beschriebenen
Konstruktionen, bei denen die Speichenaufnahme innerhalb geringer
Toleranzen mit der Speiche fluchten muss, müssen jeweils verschiedene Nabenkörper mit
unterschiedlichen Flanschgeometrien vorgesehen werden. Dies führt zu einem
weiteren unerwünschten
Anstieg des Fertigungsaufwandes.
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Die
modernen hochbelastbaren Speichen-Nabe-Verbindungen stellen höhere Anforderungen
an die Fertigungsgenauigkeit der Speichenaufnahme am Nabenkörper und
demzufolge auch an den Grad der Unversehrtheit dieser Konstruktionsteile
bei Speichenbrüchen
nach Überbelastungen.
Die in der
DE 4415505
A1 dargestellte technische Lösung sieht zum Beispiel vor,
dass im Falle von Speichenbrüchen
die eventuell in der Gewindehülse
im Nabenkörper
verbliebenen Speichenfragmente mittels herausschrauben der Gewindehülse aus
dem Nabenkörper
entfernt werden können.
Die Erfahrung zeigt jedoch, dass es vorkommen kann, dass durch extreme
Krafteinwirkungen durch Fremdkörper
wie Antriebsketten oder Baumäste,
die im Betrieb in die Speichen geraten, eine Gewindehülse so beschädigt wird,
dass sie nicht mehr aus dem Nabenkörper entfernt werden kann.
In diesen Fällen
muss der komplette Nabenkörper
ersetzt werden, was hohe Reparaturkosten nach sich zieht.
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Um
diese Nachteile zu vermeiden, hat man Naben mehrteilig ausgelegt,
so dass Nabenkörper und
Nabenflansche getrennt gefertigt werden können. Ein Problem hierbei ist
die Verbindung zwischen den Flanschen und dem Nabenkörper. Hier
müssen große Drehmomente
und seitliche Kräfte übertragen werden,
gleichzeitig muss der Forderung nach geringem Gewicht und einfacher
Herstellung entsprochen werden.
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Sehr
einfache Verbindungsvarianten wie z. B. Aufpressen, wie es die
DE 197 24 327 A1 lehrt, können bei
der geforderten Leichtigkeit und Filigranheit der Teile keinesfalls
die auftretenden Kräfte übertragen
und sind zudem nicht demontierbar. Das Aufpressen erfordert zudem
sehr genau gearbeitete Passungen, die hohe Produktionskosten bedeuten. Dasselbe
gilt für
die ebenfalls in der
DE
197 24 327 A1 gelehrten Verbindungstechnik des Eingießens.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
202 16 826 U1 ist eine weitere Verbindungsvariante bekannt,
bei der ein ringförmiger
Montagesitz auf einen rohrförmigen
Nabenkörper
gestülpt
wird. Auch diese Verbindung führt
nicht zu einer demontierbaren, kraftübertragenden Verbindung zwischen
dem Montagesitz und dem Nabenkörper.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine verbesserte Konstruktion
des Nabenkörpers
bei Fahrrad-Speichenlaufrädern, die über eine hochbelastbare
Speiche-Nabe-Verbindung
verfügen, welche
eine relativ genaue Ausrichtung der Speichenaufnahme zur Speiche
erfordert, eine Reduzierung des Aufwandes bei der Herstellung der
Nabenkörper
bei gleichzeitiger Steigerung der Flexibilität, sowie eine deutliche Verbesserung
der Reparaturfreundlichkeit zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Nabenkörper
für Fahrrad-Speichenlaufräder mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach
ist ein mehrteiliger Nabenkörper
vorgesehen, bei dem beide Nabenflansche getrennt vom Nabenkörperrumpf
ausgeführt
sind, wobei die Verbindung zwischen Nabenkörperrumpf und Flansch als Gewindeverbindung
lösbar
ist. Das Gewinde des drehmomentübertragenden
Nabenflansches weist hierbei einen Drehsinn auf, der bei Wirkung
des Drehmomentes zu einem weiteren Aufschrauben auf den Nabenkörperrumpf
gegen einen Anschlag führt.
Der gegenseitige, nicht drehmomentübertragende Flansch ist über ein
Kegelgewinde mit dem Nabenkörperrumpf
verbunden. Mittels eines geeigneten Kegelwinkels kann eine spielfreie
radiale Kraftübertragung
erreicht werden mit der gleichzeitigen Möglichkeit, den nicht drehmomentübertragenden
Flansch bezüglich
der Drehwinkelposition auf den nicht verdrehbaren drehmomentübertragenden Nabenflansch
auszurichten.
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Die
Erfindung sieht somit vor, dass die Nabenflansche und der Nabenkörperrumpf
unabhängig voneinander
gefertigt werden können
und anschließend
miteinander verbunden werden. Insbesondere die Speichenaufnahmen
der Nabenflansche können vor
der Montage von Nabenkörperrumpf
und Flansch gefertigt werden. Die Trennung des Nabenkörpers in Flansch
und Nabenkörperrumpf
ist dabei so ausgelegt, dass der Nabenkörperrumpf eine möglichst
geringe radiale Ausdehnung, die Nabenflansche eine möglichst
geringe axiale Ausdehnung aufweisen, was eine Material und Kosten
sparende Fertigung beider Komponenten erlaubt.
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Es
ist eine Verbindung zwischen Flansch und Nabenkörperrumpf vorgesehen, die es
bei der Montage erlaubt, den Nabenflansch und den Nabenkörperrumpf
oder beide Nabenflansche in geringem Maße gegeneinander zu verdrehen,
so dass beide Flansche zueinander ausgerichtet werden können.
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Es
ist ein Nabenkörper
vorgesehen, der ein Drehmoment zwischen dem Nabenkörper und
der Felge übertragen
kann, wobei eine der beiden Flansch/Nabenkörperrumpf-Verbindungen eine
Möglichkeit
zur Drehmomentübertragung
besitzt.
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Weiterhin
ist eine Verbindung zwischen Flansch und Nabenkörperrumpf vorgesehen, die es bei
einem komplett montierten Speichenlaufrad ermöglicht, einen Nabenflansch,
dessen Speichenaufnahmen durch Überbelastung
beschädigt
worden sind, auszutauschen, ohne Austausch des Nabenkörperrumpfes.
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Die
Nabenflansche sind jeweils mit Speichenaufnahmen versehen, die keine
oder eine nur geringe Ausrichtung einer Speiche zulassen. Sofern die
Speichenaufnahmen keine Ausrichtung einer Speiche zulassen, so fluchten
sie im Wesentlichen exakt mit einer aufgenommenen Speiche. Es ist
jedoch durchaus möglich,
dass die Speichenaufnahmen eine geringe Ausrichtung einer Speiche
zulassen, und zwar bevorzugt in einem Maße, dass sie mit einer aufgenommenen
Speiche innerhalb eines Raumwinkels von maximal 10° fluchten.
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Die
erfindungsgemäße Lösung vermindert den
fertigungstechnischen Aufwand bei der Herstellung von Nabenkörpern für Fahrradlaufräder mit hochbelastbarer
Speiche-Nabe-Verbindung,
die eine relativ genaue Ausrichtung der Speichenaufnahme zur Speiche
erfordert, in mehrfacher Weise. Sowohl Nabenkörperrumpf als auch Nabenflansch
können mit
geringem Material- und Kostenaufwand gefertigt werden. Während der
Nabenkörperrumpf
mit geringer radialer Ausdehnung leicht durch Drehen zu fertigen
ist, sind die radial ausgedehnten, flächigen, relativ dünnwandigen
Nabenflansche bevorzugt als Schmiedeteil oder aus einem Strangpressprofil
zu realisieren, wobei komplexe Flanschgeometrien mit vielfältigen Konturen
und Durchbrüchen
ohne Probleme berücksichtigt
werden können.
Die Einbringung geometrisch exakt definierter Speichenaufnahmen, wie
z. B. Gewindebohrungen, gestaltet sich am einzelnen Flansch erheblich
einfacher, da hierbei zwei lineare Achsen und eine Drehachse zur
Werkstückbewegung
bei der Bearbeitung ausreichen.
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Der
modulare Aufbau des Nabenkörpers
erlaubt in sehr flexibler Weise die Herstellung von Nabenkörpern verschiedener
Gestalt durch die Möglichkeit,
einen standardisierten Nabenkörperrumpf
mit verschiedenartigen Flanschen zu kombinieren. Dies trägt zur weiteren
Minderung des Fertigungsaufwandes bei.
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Ein
weiterer mit der Erfindung verbundener Vorteil besteht in der leichten
Austauschbarkeit der Nabenflansche. Kommt es zu nicht reparablen
Beschädigungen
der Speichenaufnahmen des Nabenflansches oder des Nabenflansches
selbst, ist durch Austauschen des beschädigten Nabenflansches ohne
Austausch des Nabenkörperrumpfes
eine relativ einfache und damit kostengünstige Reparatur möglich.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines mehrteiligen Nabenkörpers und
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2 eine
Frontalansicht eines Nabenflansches für drehmomentübertragende
Speichenlaufräder.
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Die 1 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
eines mehrteiligen Nabenkörpers 1,
der aus einem Nabenkörperrumpf 2,
einem drehmomentübertragenden
Flansch 3 und einem nicht drehmomentübertragenden Nabenflansch 4 besteht.
Der drehmomentübertragende
Flansch 3 ist mittels eines Gewindes 5 mit Gewindeanschlag 6 mit dem
Nabenkörperrumpf 2 verbunden.
Der nicht drehmomentübertragende
Flansch 4 ist durch ein Kegelgewinde 7 mit dem
Nabenkörperrumpf 2 verschraubt. In
die Nabenflansche 3, 4 sind Gewindebohrungen 8 zur
Befestigung der Speichen eingebracht.
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Eine
unterschiedliche Ausgestaltung der beiden Flansche 3, 4 in
der 1 ergibt sich aus dem Umstand, dass der eine Flansch 3 drehmomentübertragend
und der andere Flansch 4 nicht drehmomentübertragend
ist. Beim nicht drehmomentübertragenden
Flansch 4 sind die Gewindebohrungen 8 im Wesentlichen
in radialer Richtung in dem Flansch 4 ausgebildet. Beim
drehmomentübertragenden
Flansch 3 sind die Gewindebohrungen dagegen, wie auch aus der 2 ersichtlich
ist, näherungsweise
in tangentialer Richtung im Nabenflansch 3 ausgebildet.
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Die
Länge des
Nabenkörperrumpfes 2 beträgt bevorzugt
zwischen 50 und 85 mm, besonders bevorzugt zwischen 60 und 75 mm.
Der Durchmesser des Nabenkörperrumpfes 2 beträgt bevorzugt zwischen
20 und 30 mm, besonders bevorzugt zwischen 22 und 27 mm. Die axiale
Ausdehnung (Dicke) der beiden Nabenflansche 3, 4 beträgt radial
innen bevorzugt weniger als 10 mm, radial außen bevorzugt weniger als 7
mm. Der Durchmesser des drehmomentübertragenden Flansches 3 beträgt bevorzugt
zwischen 60 und 85 mm, besonders bevorzugt zwischen 70 und 75 mm.
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In
der 1 ist schematisch ein Kugellager 12 des
Nabenkörperrumpfes 2 dargestellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass weitere typische Elemente eines
Nabenkörperrumpfes,
wie beispielsweise ein der Kraftübertragung
dienendes Zahnrad aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt sind. Solche weiteren Elemente sind dem Fachmann
wohl bekannt.
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Die 2 zeigt
eine Frontalansicht eines drehmomentübertragenden Nabenflansches 3 mit komplexer
Außenkontur
und mehreren Durchbrüchen 10.
An den Enden der Flanscharme 11 des Nabenflansches 3 sitzen
Gewindebohrungen 8 zur Befestigung der Speichen.
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Wie
bereits erwähnt,
sind die Gewindebohrungen 8 an den Enden der Flanscharme 11 näherungsweise
tangential ausgebildet. Dabei wird darauf hingewiesen, dass ein
Flanscharm 11 jeweils mehrere Gewindebohrungen 8 aufweisen
kann: insbesondere weist ein Flanscharm 11 in der Regel
zusätzlich zu
der in der 2 dargestellten Gewindebohrung eine
dazu symmetrisch an dem entsprechenden Flanscharm 11 angeordnete
Gewindebohrung auf.
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Der
Nabenflansch 3 weist an seiner zentralen Aussparung ein
Innengewinde 9 auf, das auf das Außengewinde 5 des Nabenkörperrumpfes 2 aufgeschraubt
wird, bis es den Gewindeanschlag 6 erreicht.
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Die
Anzahl der Flanscharme 11 und deren Ausgestaltung sowie
die Ausgestaltung der Durchbrüche 10 sind
lediglich beispielhaft zu verstehen.