DE102012016608A1

DE102012016608A1 - Antriebsnabe

Info

Publication number: DE102012016608A1
Application number: DE102012016608A
Authority: DE
Inventors: Stefan Spahr; Martin Walthert
Original assignee: DT Swiss AG
Current assignee: DT Swiss AG
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-02-28
Also published as: US20130225343A1; US9182016B2

Abstract

Antriebsnabe für Zweiräder mit einem Nabengehäuse und mit einer feststehenden Achse und mit einem Ritzelträger, an dem eine Mehrzahl an Ritzeln vorgesehen ist. Dabei ist der Ritzelträger über wenigstens ein Lager auf der Achse drehbar gelagert. Der Ritzelträger umfasst eine umfänglich geschlossene Hülseneinrichtung, an der radial nach außen wenigstens ein Ritzel angeordnet ist und an der radial innen zwei axial voneinander beabstandete Lager vorgesehen sind, um über die Lager den Ritzelträger auf der Achse drehbar zu lagern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsnabe für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge und insbesondere Zweiräder mit einer Achse und mit einem drehbar darum vorgesehenen Nabengehäuse und mit einem Ritzelträger, um die Antriebskraft auf die Antriebsnabe zu übertragen.
Im Stand der Technik sind verschiedene Antriebsnaben für muskelbetriebene Fahrzeuge wie z. B. Fahrräder bekannt geworden. Fahrräder im sportlichen und professionellen Bereich weisen meist eine Gangschaltung auf. Neben Getriebenaben werden insbesondere Kettenschaltungen eingesetzt, bei denen ein Ritzelpaket mit mehreren Antriebsritzeln vorgesehen ist, dem die Ritzel wahlweise beschaltet werden können, um das Übersetzungsverhältnis wunschgemäß zu verändern. Kettenschaltungen sind vorteilhaft, denn sie haben eine hohe Effizienz und sind einfach wartbar, da die einzelnen Ritzel und die Kette von außen zugänglich sind.
Heutzutage werden meist sogenannte Kassettennaben eingesetzt, bei denen ein Rotor drehbar gegenüber der Nabenachse aufgenommen ist und der eine unrunde Außenkontur aufweist. Auf die unrunde Außenkontur wird ein Ritzelpaket mit einer unrunden Innenkontur aufgeschoben, sodass das Ritzelpaket mit den verschiedenen Ritzeln drehfest an dem Rotor aufgenommen ist. Das Ritzelpaket besteht aus einem Ritzelträger und den darauf angeordneten Ritzeln.
Solche bekannten Antriebsnaben funktionieren zuverlässig und erlauben den einfachen und schnellen Austausch der Ritzelpakete, da der Ritzelträger mit allen Ritzeln einfach austauschbar vorgesehen ist. Da die einzelnen Ritzel Verschleiß unterliegen, wird so ein effektiver Austausch einzelner oder aller Ritzel ermöglicht.
Nachteilig an solchen bekannten Naben ist aber der hohe Raumbedarf. Der Rotor der Antriebsnabe muss einen gewissen Außendurchmesser aufweisen, um die Lager zur Lagerung des Rotors aufnehmen zu können. Dadurch werden wiederum ein gewisser Mindestdurchmesser und ein nicht unerhebliches Gewicht bedingt. Der Innendurchmesser der Naben ist aber gegeben, da die Achse mit den üblichen Standards kompatibel sein muss. Beispielsweise weisen Steckachsen einen Durchmesser von 12 mm auf.
Mit der DE 10 2009 006 101 A1 ist eine Nabenanordnung mit einem Nabengehäuse, einer feststehenden Achse und einem drehbar gegenüber der feststehenden Achse angeordneten konischen Ritzelsatz bekannt geworden. An dem äußeren Ende des Ritzelsatzes ist ein Lager vorgesehen, mit dem sich der Ritzelsatz auf der feststehenden Achse abstützt. An dem anderen Ende umgibt der Ritzelsatz radial das Nabengehäuse. Zur Erleichterung der Rotation kann außen auf dem Nabengehäuse eine Buchse vorgesehen sein, die als Gleitbuchse dient und die Reibung zwischen dem Ritzelsatz und dem Nabengehäuse verringert. Grundsätzlich kann mit dieser Nabenanordnung ein leichtes Gewicht erzielt werden. Nachteilig ist allerdings, dass der Ritzelsatz, der doch die gesamte Antriebsenergie auf das Nabengehäuse übertragen muss, nur über ein einziges Lager abgestützt wird. Die an dem anderen Ende vorgesehene Buchse ist den Umwelteinflüssen vollständig ausgesetzt und bildet eine mögliche Schwachstelle. Zwar könnte man anstelle der Buchse ein Wälzlager vorsehen, aber das würde das bei dem großen Durchmesser das Gewicht erheblich vergrößern und müsste auch vor Staub und Feuchtigkeit geschützt werden.
Vor dem beschriebenen Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsnabe zur Verfügung zu stellen, welche einfach aufgebaut ist und ein geringeres Gewicht bei zuverlässiger Funktionalität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsnabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Eine erfindungsgemäße Antriebsnabe ist für den Einsatz an wenigstens teilweise muskelbetriebenen Fahrzeugen und insbesondere Zweirädern vorgesehen. Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Antriebsnabe an Fahrrädern oder elektrounterstützten Fahrräder eingesetzt. Die erfindungsgemäße Antriebsnabe umfasst ein Nabengehäuse, welches drehbar gegenüber einer feststehenden Achse vorgesehen ist. Weiterhin ist wenigstens ein Ritzelträger vorgesehen. Der Ritzelträger ist drehbar gegenüber der feststehenden Achse angeordnet. An dem Ritzelträger ist eine Mehrzahl an Ritzeln vorgesehen. Der Ritzelträger umfasst eine umfänglich geschlossene Hülseneinrichtung, an der außen wenigstens ein Ritzel angeordnet ist und an der radial innen zwei axial voneinander beabstandete Lager vorgesehen sind, um den Ritzelträger auf der feststehenden Achse drehbar abzustützen.
Die erfindungsgemäße Antriebsnabe hat erhebliche Vorteile, da sie einen einfachen Aufbau mit einer hohen Funktionalität verbindet. Dadurch, dass der Ritzelträger über zwei axial beabstandete Lager direkt auf der Achse drehbar gelagert ist, kann ein erheblicher Anteil des Gewichtes eingespart werden. Ein separater Rotor ist nicht nötig. Außerdem wird der Aufbau einfacher, während gleichzeitig eine sichere Funktion gewährleistet wird. Durch die umfänglich geschlossene Hülseneinrichtung werden die Lager vor Staub und Feuchtigkeit geschützt, sodass ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb möglich ist.
Die Abstützung der Hülseneinrichtung und somit des Ritzelträgers erfolgt dabei nur gegenüber der Achse. Ein Gleitlager an dem Nabengehäuse ist nicht nötig.
Der Ritzelträger der vorliegenden Erfindung kombiniert auf einfache und dauerhaft zuverlässige Art und Weise den bisher eingesetzten Rotor und den darauf vorgesehen Ritzelträger in insbesondere einem Bauteil. Dadurch kann die Konstruktion vereinfacht werden, da der Ritzelträger direkt über Lager auf der Achse gelagert wird. Im Unterschied zum angeführten Stand der Technik werden die Lager des Ritzelträgers vor Umwelteinflüssen geschützt innerhalb der Hülseneinrichtung angeordnet. Die Lager des Ritzelträgers können durch ihren axialen Abstand Biegemomente auf die Achse ableiten. Eine Lagerung gegenüber der Nabenhülse oder dem Nabengehäuse ist nicht nötig. Die Hülseneinrichtung weist eine umfänglich geschlossene Axialhülse auf, an der ein kegelstumpfförmiger Ritzelhalter angeordnet ist. Der kegelstumpfförmige Ritzelhalter kann einstückig mit der Axialhülse oder als separates Teil ausgebildet sein, welches mit der Axialhülse verbunden ist.
Ein Ende des kegelstumpfförmigen Ritzelhalters wird vorzugsweise an einem Ende der Hülseneinrichtung abgestützt oder davon gebildet. Vorzugsweise wird das andere Ende des kegelstumpfförmigen Ritzelhalters über Stege oder eine umlaufende Stützwand an der Hülseneinrichtung abgestützt. Dabei kann der kegelstumpfförmige Ritzelhalter von einem Ende der Hülseneinrichtung gebildet werden.
In allen Ausgestaltungen ist des bevorzugt, dass die Hülseneinrichtung axial in das Nabengehäuse eintaucht.
Vorzugsweise ist die Hülseneinrichtung über wenigstens eine Dichteinrichtung abgedichtet, um das Eindringen von Staub und/oder Feuchtigkeit in das Innere der Hülseneinrichtung weitgehend oder auch weitestgehend zu vermeiden. Dadurch werden die innerhalb der Hülseneinrichtung aufgenommenen Lager noch besser vor Umwelteinflüssen geschützt.
Auch das Innere des Nabengehäuses ist insbesondere mit wenigstens einer Dichteinrichtung abgedichtet, um das Eindringen von Staub und/oder Feuchtigkeit in das Innere weitgehend oder auch weitestgehend zu verhindern.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Dichteinrichtung als eine berührungslose Dichtung in Form von z. B. einer Spaltdichtung und/oder wenigstens als eine Labyrinthdichtung ausgebildet. Möglich und bevorzugt ist auch wenigstens eine berührende Dichteinrichtung, wie z. B. wenigstens eine Elastomerdichtung.
Vorzugsweise ist zwischen dem Nabengehäuse und der Hülseneinrichtung wenigstens eine Dichteinrichtung vorgesehen. Eine Abdichtung zwischen dem Nabengehäuse und der Hülseneinrichtung dichtet automatisch auch das Innere der Hülseneinrichtung und das Innere des Nabengehäuses ab.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Dichteinrichtung vorgesehen, welche die Hülseneinrichtung an der Achse axial nach außen abdichtet. Eine solche Dichteinrichtung kann z. B. an einem Adapterring oder Achsadapter vorgesehen sein, mit dem die Nabe an einem Rahmen aufnehmbar ist. Ein solcher Adapterring kann auf die Achse aufsteckbar sein. Möglich ist es auch, dass der Adapterring in die Achse eingeführt wird.
In bevorzugten Weiterbildungen umfasst der Ritzelträger wenigstens ein Ritzel und insbesondere eine Mehrzahl an Ritzeln.
Wenigstens ein Ritzel wird vorzugsweise einteilig mit dem Ritzelträger ausgebildet. Insbesondere ist wenigstens ein Ritzel einstückig mit dem Ritzelträger vorgesehen. Das bedeutet, dass der Rotor eingespart werden kann und dass der Ritzelträger mit den daran angeordneten Ritzeln hier als eine gemeinsame Komponente ausgebildet ist.
Dadurch kann ein erheblicher Gewichtsanteil eingespart werden. Außerdem wird der Aufbau einfach. In einem konkreten Beispiel wurde das Gesamtgewicht von Nabe, Ritzelträger und Ritzeln um mehr als 5% reduziert.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Ritzeln einteilig mit dem Ritzelträger ausgebildet. Besonders bevorzugt ist aber ein Ritzel austauschbar an dem Ritzelträger angeordnet. Insbesondere können auch zwei, drei oder mehrere Ritzel einzeln oder gemeinsam an dem Ritzelträger austauschbar vorgesehen sein.
Besonders bevorzugt ist wenigstens das Ritzel mit der geringsten Zähnezahl austauschbar an dem Ritzelträger angeordnet. Das ermöglicht den Austausch des Ritzels, das gewöhnlicherweise dem größten Verschleiß unterliegt. Das Ritzel mit der geringsten Zähnezahl wird im täglichen Betrieb häufig genutzt und weist aufgrund der geringsten Zähnezahl den pro Zahn höchsten Verschleiß auf. Wenn dieses Ritzel oder mehrere Ritzel mit geringen Zähnezahlen austauschbar vorgesehen sind, kann so eine hohe Standzeit des gesamten Ritzelträgers ermöglicht werden. Die fest an dem Ritzelträger ausgebildeten Ritzel werden so ausgewählt, dass sie einem geringeren Verschleiß unterliegen, sodass eine etwa gleichzeitige Abnutzung dieser Ritzel auftritt.
Durch die integral mit dem Ritzelträger gebildeten Ritzel und die zusätzlich austauschbar an dem Ritzelträger vorgesehenen Ritzel wird eine hohe Standzeit des Bauteils gewährleistet, da die am meisten beanspruchten Ritzel austauschbar vorgesehen sein können.
Vorzugsweise besteht der Ritzelträger aus einem Metall und insbesondere einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung. Zusätzlich können die einteilig damit ausgebildeten Ritzel eine Beschichtung aus einem Hartmaterial wie einem Hartmetall oder einer Keramik oder dergleichen aufweisen, um deren Standzeit zu erhöhen. Die austauschbar vorgesehenen Ritzel können ebenfalls aus einem Metall und insbesondere einem Leichtmetall bestehen; können aber auch aus einem Hartmetall oder Stahl bestehen und/oder eine solche Beschichtung aufweisen. Es sind auch Verbundwerkstoffe und insbesondere Faserverbundwerkstoffe möglich.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen ist ein Freilauf vorgesehen, der wenigstens eine Freilaufkomponente mit einer Axialverzahnung umfasst.
Besonders bevorzugt ist an dem Ritzelträger und insbesondere an der Hülseneinrichtung eine der wenigstens einen Axialverzahnungen vorgesehen, sodass eine Freilaufkomponente an dem Ritzelträger oder durch den Ritzelträger bzw. durch die Hülseneinrichtung selbst gebildet ist.
Eine solche Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da sie einen kompakten und funktionellen Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebsnabe erlaubt.
Es ist möglich, dass an dem Ritzelträger eine separate Zahnscheibe mit der Axialverzahnung vorgesehen ist. Insbesondere besteht die Zahnscheibe dann aus Metall und insbesondere Stahl oder dergleichen oder ist mit einem Hartmaterial beschichtet.
Der Freilauf umfasst vorzugsweise eine zweite Zahnscheibe, die insbesondere an dem Nabengehäuse vorgesehen oder aufgenommen ist.
Wenigstens eine Zahnscheibe ist vorzugsweise schwimmend gelagert, sodass sie wenigstens kleine Winkeldifferenzen ausgleichen kann.
Möglich ist es auch, dass beide Zahnscheiben schwimmend gelagert sind. Dazu ist dann an dem Ritzelträger und insbesondere an der Hülseneinrichtung eine separate Zahnscheibe mit einer Axialverzahnung vorgesehen, die mit der an dem Nabengehäuse aufgenommenen oder vorgesehenen Zahnscheibe zusammenwirkt, um das Antriebsdrehmoment auf das Nabengehäuse zu übertragen.
Wenn der Fahrer nicht tritt oder beispielsweise rückwärts tritt, werden die beiden Zahnscheiben oder Axialverzahnungen axial auseinander gedrückt, sodass die Freilauffunktion in Kraft tritt.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist wenigstens ein Ritzel eine Ritzelzahl von sieben bis zehn und insbesondere von sieben bis neun auf. Dadurch, dass der Ritzelträger direkt über Lager auf der Achse gelagert wird, ergibt sich auch noch der Vorteil, dass der Außendurchmesser des kleinsten Ritzels verkleinert werden kann. Dadurch kann die Zähnezahl verringert werden. Im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem das Ritzelpaket auf den Rotor aufgeschoben werden muss, kann hier der Ritzelträger an der Stelle des kleinsten Ritzels einen erheblich kleineren Außendurchmesser aufweisen, sodass eine geringere Zähnezahl des kleinsten Ritzels möglich ist. Dadurch wird nochmals Gewicht eingespart. Außerdem ist es möglich, die Zähnezahl des Kettenblattes zu verringern, um das gleiche bisherige Übersetzungsverhältnis zu erhalten. Dadurch kann der Außendurchmesser des Kettenblattes vorn beim Tretlager reduziert werden, wodurch sich eine noch weitere Gewichtseinsparung ergibt.
In bevorzugten Ausgestaltungen kann der Ritzelträger eine als der Axialhülse ausgebildete Hülseneinrichtung und einen kegelstumpfförmigen Ritzelhalter aufweisen. Die Axialhülse und der kegelstumpfförmige Ritzelhalter können einstückig vorgesehen sein.
In einer anderen Ausgestaltung umfasst eine Antriebsnabe für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge und insbesondere Zweiräder ein Nabengehäuse und eine Achse und einen Ritzelträger. Dabei ist der Ritzelträger mit wenigstens einem Ritzel einstückig mit dem Rotor ausgebildet.
Dadurch wird ein separates Bauteil eingespart, wodurch eine sichere Funktion bei geringerem Aufwand ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist der Ritzelträger gegen ein Rotor austauschbar, an welchem eine Zahnkranzkassette mit mehreren Ritzeln angeordnet und insbesondere verdrehsicher befestigt werden kann. Insbesondere können handelsübliche und/oder standardisierte und/oder konventionelle Zahnkranzkassetten an einem solchen Rotor angeordnet werden. Das ist ein weiterer erheblicher Vorteil der Erfindung. Die Abmessungen sind so gewählt, dass bei Bedarf ein Rotor mit einer Standard-Zahnkranzkassette anstelle des Ritzelträgers angeordnet werden kann. Außerdem werden für unterschiedliche Naben nur wenige Komponenten zur Bevorratung benötigt.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die mit Bezug auf die beiliegenden Figuren im Folgenden erläutert werden.
Darin zeigen:
1 ein erstes Fahrrad mit einer erfindungsgemäßen Antriebsnabe in einer Seitenansicht;
2 ein Mountainbike mit einer erfindungsgemäßen Antriebsnabe in einer Seitenansicht;
3 eine erste erfindungsgemäße Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß 1 oder 2;
4 eine zweite erfindungsgemäße Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß 1 oder 2;
5 einen ersten Antriebsträger im Schnitt;
6 den Antriebsträger aus 5 in einer perspektivisch geschnittenen Darstellung;
7 den Antriebsträger nach 5 in einer anderen perspektivisch geschnittenen Darstellung;
8 einen weiteren Antriebsträger im Schnitt;
9 noch einen Antriebsträger im Schnitt;
10 einen vierten Antriebsträger im Schnitt;
11 einen fünften Antriebsträger im Schnitt;
12 einen sechsten Antriebsträger im Schnitt.
In 1 ist ein als Zweirad 50 und insbesondere als Rennrad ausgeführtes Fahrzeug 70 in einer schematischen Seitenansicht abgebildet. Das Fahrrad 50 ist wenigstens teilweise muskelbetrieben und kann über einen elektrischen Hilfsantrieb verfügen.
Das Rennrad ist in einer stark schematischen Seitenansicht abgebildet und weist ein Vorderrad 51 und ein Hinterrad 52 und einen Rahmen 53 auf. Ein Lenker 56 dient zur Steuerung und kann unterschiedlich ausgebildet sein.
Unterhalb des Sattels 57 kann eine Batterie 58 vorgesehen, die insbesondere bei elektrounterstützten Zweirädern Anwendung findet. Grundsätzlich kann eine solche Batterie 58 auch an anderen Stellen am Rahmen angebracht sein oder in den Rahmen integriert oder sonst wo untergebracht sein.
Bei dem Fahrrad gemäß 1 kann der Reifen 60 als schlauchloser Reifen ausgeführt und beispielsweise auf die Felge 61 aufgeklebt sein. Bei dem Vorderrad 51 und dem Hinterrad 52 ist die Felge 61 jeweils über Speichen 27 mit der Nabe verbunden.
Das Hinterrad 52 verfügt über eine erfindungsgemäße Antriebsnabe 1 als Hinterradnabe 3, während das Vorderrad mit einer Vorderradnabe 4 verfügt.
In 2 ist ein Mountainbike-Fahrrad 50 in einer stark schematisierten Seitenansicht abgebildet, welches über ein Vorderrad 51 und ein Hinterrad 52, einen Rahmen 53, eine gefederte Vordergabel 54 und einen Hinterraddämpfer 54 verfügt. In diesem Ausführungsbeispiel sind Scheibenbremsen vorgesehen. An dem Hinterrad 52 ist eine erfindungsgemäße Antriebsnabe 3 als Hinterradnabe und an dem Vorderrad 51 ist eine Vorderradnabe 4 vorgesehen.
3 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsnabe 1 für ein Fahrrad 50 gemäß 1 oder 2.
Die erfindungsgemäße Antriebsnabe 1 verfügt über eine hier hohl ausgebildete feststehende Nabenachse 3 und ein hier einteilig ausgebildetes Nabengehäuse 2 zur Befestigung der Speichen. Das Nabengehäuse 2 verfügt hier über zwei Nabenflansche 21 und 22 zur Befestigung der Speichen. In anderen Ausgestaltungen kann das Nabengehäuse 2 auch mehrteilig ausgebildet sein und beispielsweise über eine Nabenhülse und daran befestigte separate Nabenflansche 21 und 22 verfügen. Die Nabenflansche 21 und 22 können auch für den Einsatz von Straight-Pull-Speichen ausgebildet sein.
Das Nabengehäuse 2 ist über zwei hier identische Lager 25 drehbar gegenüber der Nabenachse 3 gelagert.
Der Ritzelträger 4 wird durch eine auf ihrer Länge vollumfänglich geschlossene Hülseneinrichtung 40 und einen hohlen kegelstumpfförmigen Ritzelhalter 17 gebildet. Die Axialhülse 16 ist umfänglich geschlossen, sodass Umwelteinflüsse nur an den Enden der Axialhülse 16 in das Innere gelangen können. Schon dadurch werden die Lager 5 und 6 weitgehend geschützt aufgenommen. Zusätzlich sind zur Abdichtung noch Dichteinrichtungen vorgesehen.
Ein Freilauf 9 mit zwei Freilaufkomponenten 10 und 11 ist vorgesehen, um in Antriebsrichtung Antriebskraft von einem der Ritzel 7, 8 über den Ritzelträger 4 auf das Nabengehäuse 2 zu übertragen. Wenn der Benutzer nicht tritt oder aber rückwärts tritt, wird die Koppelung des Ritzelträgers 4 an das Nabengehäuse 2 aufgehoben und der Freilauf wird in die Freilaufstellung überführt.
Der Freilauf 9 umfasst hier die Zahnscheiben 14 und 15, die über Axialverzahnungen 12 und 13 verfügen. Die Zahnscheibe 14 ist axial verschiebbar und drehfest in dem Nabengehäuse 2 aufgenommen, während die Zahnscheibe 15 hier axial verschiebbar und drehfest in der Hülseneinrichtung 40 des Ritzelträgers 4 aufgenommen ist. Die beiden Zahnscheiben 14 und 15 werden durch als Spiralfedern ausgeführte Vorbelastungseinrichtungen jeweils axial aufeinander in die in 3 dargestellte Eingriffstellung vorbelastet. Radial nach außen ist eine Dichtungseinrichtung 33 vorgesehen, die eine Labyrinthdichtung mit einer Dichtlippe 36 und/oder eine berührende Elastomerdichtung umfassen kann, um den Freilauf und das Innere der Antriebsnabe 1 vor dem Eintritt von Feuchtigkeit und/oder Schmutz zu schützen.
Der Ritzelträger ist hier im Wesentlichen einstückig gearbeitet und umfasst eine Hülseneinrichtung 40 mit einer Axialhülse 16 und einen hohlen kegelstumpfförmigen Ritzelhalter 17, an dem hier sieben Ritzel 7 ausgebildet sind, während drei weitere Ritzel 8 an einer austauschbaren Ritzelbaugruppe 18 vorgesehen sind. Die Ritzelbaugruppe 18 wird über Schrauben 19 auf der inneren Hohlseite des kegelstumpfförmigen Ritzelhalters befestigt. Zur Befestigung können zwei, drei oder mehr auf dem Umfang regelmäßig oder unregelmäßig verteilte Schrauben 19 vorgesehen sein.
Die Zahnscheibe 14 verfügt ebenso wie die Zahnscheibe 15 hier über eine unrunde Außenkontur, die beispielsweise in Form einer Radialverzahnung ausgeführt ist. Die Radialverzahnung der Zahnscheibe 14 wird in einer entsprechenden radial inneren Verzahnung des Gewinderings 34 drehfest und axial verschieblich geführt. Der Gewindering 34 kann anstelle eines Außengewindes auch über eine unrunde Außenkontur verfügen, die in einer entsprechend unrunden Innenkontur des Nabengehäuses drehfest eingeführt wird. Eine axiale Befestigung kann über ein separates Bauteil erfolgen. Der Gewindering 34 besteht vorzugsweise aus einem festen Material und insbesondere Stahl und kann bei Bedarf oder Verschleiß ausgetauscht werden.
Die Zahnscheibe 15 ist mit ihrer unrunden Außenkontur in Form einer Radialverzahnung in einer entsprechenden radial inneren Verzahnung der Hülseneinrichtung 40 ebenfalls drehfest und axial verschieblich geführt. Dazu kann in der Hülseneinrichtung 40 ein Gewindering analog dem Gewindering 34 vorgesehen sein. Die Hülseneinrichtung 40 kann auch über eine unrunde Innenkontur zur drehfesten und axial verschieblich Aufnahme der Zahnscheibe 15 verfügen.
Die Antriebsnabe 1 gemäß 3 verfügt über zwei Achsadapter bzw. Adapterringe 23 und 24 an jeweils einem Ende der Antriebsnabe. Die Adapterringe 23 und 24 fixieren jeweils in axialer Richtung die Nabe und halten den Ritzelträger 4 auf der Nabe.
Jeder Adapterring verfügt über eine Dichteinrichtung, um das Innere der Nabe vor Staub, Schmutz und/oder Feuchtigkeit zu schützen.
Der Adapterring 24 weist eine Dichteinrichtung 35 mit einem Dichtflansch 37 auf, der sich von dem Adapterring 24 radial nach außen erstreckt. Der übrig bleibende Spalt zwischen dem Dichtflansch 37 des Adapterrings 24 und dem zylindrischen Innenraum der Axialhülse 16 der Hülseneinrichtung 40 ist so klein, dass der Zutritt von Schmutz oder dergleichen weitgehend verhindert wird. Dadurch wird das benachbarte Lager 6 innerhalb der Hülseneinrichtung 40 zuverlässig vor Umwelteinflüssen geschützt.
Die Hülseneinrichtung 40 erstreckt sich mit einem Ende 41 in eine Ausnehmung des Nabengehäuses 2 hinein.
An dem Adapterring 23 ist ebenfalls eine Dichteinrichtung vorgesehen. Die Dichteinrichtung 38 umfasst zwei axial voneinander beabstandete Dichtflansche, die eine Art Labyrinthdichtung bildet. Die Dichteinrichtung 38 schützt das Innere des Nabengehäuses 2 vor Schmutz und Staub.
Zwischen dem Nabengehäuse 2 und dem Ritzelträger 4 ist eine Dichteinrichtung 33 vorgesehen, die eine berührende und/oder eine berührungslose Dichtung umfassen kann. Beispielsweise ist eine Dichtlippe 36 vorgesehen. Die insbesondere aus einem festen Material bestehende Dichtlippe 36 erzeugt zusammen mit dem Nabengehäuse 2 einen dünnen Dichtspalt.
Durch die Dichteinrichtung 33 wird das Innere der Hülseneinrichtung 40 vor Umwelteinflüssen geschützt. Die Lager 5 und 6 des Ritzelträgers 4 und auch der Freilauf 9 werden weitestgehend vor Schmutz, Staub und Feuchtigkeit geschützt. Dadurch kann ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet werden. Ein erheblicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass der Ritzelträger 4 direkt über die Lager 5 und 6 auf der Achse 3 gelagert wird, und dass kein separates Bauteil dazwischen erforderlich ist, um die einzelnen Ritzel 7, 8 anzuordnen. Dadurch kann ein erheblicher Anteil an Gewicht eingespart werden, während gleichzeitig ein sehr kompakter Aufbau und dennoch zuverlässiger Betrieb möglich ist.
Während die Ritzel 7 mit den größeren Zähnezahlen hier einteilig mit dem Ritzelträger 4 ausgebildet sind, ist die Ritzelbaugruppe 18 mit den hier drei Ritzeln 8 als gemeinsame Baugruppe insgesamt austauschbar an dem Ritzelträger vorgesehen. Die drei Ritzel 8 unterliegen dem höchsten Verschleiß, da sie die geringste Zähnezahl aufweisen. Die Ritzel 8 können einzeln oder insgesamt als Ritzelbaugruppe 18 bei Bedarf ausgetauscht werden. Die größeren Ritzel 7 unterliegen alle etwa einem vergleichbaren Verschleiß, der geringer ist als der Verschleiß der Ritzel 8. Dadurch wird insgesamt eine lange Standzeit erlaubt.
4 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsnabe 1, die wiederum über eine Hohlachse 3 und ein Nabengehäuse 2 verfügt. Ein Freilauf 9 mit Freilaufkomponenten 10 und 11 ist vorgesehen, wobei die Freilaufkomponenten 10 und 11 Zahnscheiben 14 und 15 umfassen.
Der Ritzelträger 4 verfügt wieder über eine Mehrzahl an Ritzeln 7, 8. Insgesamt sind wiederum zehn Ritzel vorgesehen, von denen die drei kleinsten Ritzel 8 an einer gemeinsamen Ritzelbaugruppe 18 angeordnet sind. Die Ritzelbaugruppe 18 ist austauschbar angeordnet. Hier ist die Ritzelbaugruppe 18 auf das Ende des Ritzelträgers 4 aufgeschraubt. Es ist auch möglich, dass die Ritzelbaugruppe 18 aufgeschoben ist und durch einen separaten Fixierring 26 fixiert wird, der beispielsweise in das innere Ende des Ritzelträgers 4 eingeschraubt wird.
Wie auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 Stege 20 vorgesehen, die in radialer oder wenigstens teilweise radialer Art sich nach außen erstrecken, um den Ritzträger 4 zu verstärken bzw. um die Ritzel 7, 8 zu von innen zu stützen.
5 zeigt einen Ritzelträger im Schnitt. Der insgesamt einstückig gefertigte Ritzelträger 4 verfügt hier wiederum über insgesamt zehn Ritzel 7, die in dieser Ausgestaltung alle einteilig mit dem Ritzelträger 4 gefertigt sind. Radiale Verstärkungsstege 20 sind vorgesehen, um die Axialhülse 16 mit dem kegelstumpfförmigen und hohlen Ritzelhalter 17 zu verbinden. Im Inneren der Axialhülse 16 sind Lagersitze 29 und 30 zur Aufnahme der Lager 5 und 6 vorgesehen. Die Lagersitze verfügen über axiale Anschläge, um die Lager 5 und 6 in axialer Richtung zu fixieren.
An einem Ende ist eine Zahnscheibenaufnahme 28 vorgesehen. Die Zahnscheibenaufnahme 28 verfügt über eine unrunde Innenkontur, die hier als Innenverzahnung aufgeführt ist und die zur festen aber axial verschieblichen Aufnahme einer Zahnscheibe dient.
Die drehfest mit dem Ritzelträger 4 verbundene Zahnscheibe 15 dient als Freilaufkomponente 11 und wird mit der Freilaufkomponente 10 beispielsweise der Antriebsnabe 1 aus 4 zusammen.
6 und 7 zeigen geschnittene perspektivische Ansichten von beiden Seiten des Ritzelträgers 4, wobei deutlich wird, dass die Stege 20 neben einer radialen auch eine Umfangskomponente aufweisen.
8 zeigt einen weiteren Querschnitt eines Ritzelträgers 4, der hier für eine Baugruppe von elf Ritzeln 7 ausgebildet ist, die in diesem Ausführungsbeispiel alle einteilig mit dem Ritzelträger 4 ausgebildet sind. Im Inneren des Ritzelträgers 4 sind wiederum Lagersitze 29 und 30 und eine Zahnscheibenaufnahme 28 vorgesehen. Ein solcher Ritzelträger 4 wird einstückig mit den Ritzeln 7 gebildet und ermöglicht ein besonders geringes Gewicht. Die Standzeit kann durch eine Beschichtung der einzelnen Ritzel 7 erhöht werden.
9 zeigt einen Querschnitt durch einen Ritzelträger 4, bei dem hier nur das kleinste Ritzel 8 austauschbar vorgesehen ist. Das Ritzel 8 kann auf dem Ritzelträger 4 aufgeschraubt oder aufgeschoben sein oder sonst wie damit befestigt werden.
Eine Dichtung 33 in Form einer Labyrinthdichtung und/oder einer Elastomerdichtung kann zur Abdichtung des Inneren der Antriebsnabe und insbesondere des Freilaufes 9 einer Antriebsnabe 1 vorgesehen sein.
Der in 10 dargestellte Querschnitt eines Ritzelträgers 4 verfügt wiederum über eine Axialhülse 16, die einstückig mit einem hohlen kegelstumpfförmigen Ritzelhalter 17 ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung sind zwei Ritzel 8 als Teil einer Ritzelbaugruppe 18 austauschbar an den Ritzelträger 4 vorgesehen. Dadurch können die Ritzel 8 mit dem höchsten Verschleiß einfach ausgetauscht werden. Die Ritzelbaugruppe 18 kann hier beispielsweise auch auf den Ritzelträger 4 aufgeschraubt werden.
11 zeigt einen Querschnitt eines Ritzelträgers 4, bei dem eine sehr geringe Abstufung der einzelnen Ritzel 7 zueinander vorliegt. Beispielsweise können alle benachbarten Ritzel jeweils nur eine Zähnedifferenz von eins oder zwei zueinander aufweisen. Ein solcher Ritzelträger eignet sich beispielsweise für ein Rennrad gemäß 1, während Ritzelträger mit Ritzeln größerer Zähnezahlabstände sich besser für Mountainbikes oder dergleichen eignen.
12 zeigt einen Querschnitt durch einen Ritzelträger 4, bei dem die Zahnscheibe 15 integraler Bestandteil des Ritzelträgers 4 ist. Die Zahnscheibe 15 ist als Freilaufkomponente 11 einteilig mit dem Ritzelträger 4 ausgeführt und verfügt über eine axiale Verzahnung 13, die in Zusammenwirkung der Axialverzahnung 12 einer Zahnscheibe 14 in dem Nabengehäuse zuverlässig die Freilauffunktion bewirkt. An dem Ritzelträger können alle oder nur einzelne Ritzel fest integriert sein. Möglich und bevorzugt ist es auch, dass ein oder mehrere Ritzel einzelnen oder als Ritzelbaugruppe separat austauschbar vorgesehen sind, so wie es in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen erläutert wurde.
Insgesamt stellt die Erfindung eine vorteilhafte Antriebsnabe zur Verfügung, die einen besonders einfachen Aufbau und eine erhebliche Gewichtsersparnis ermöglicht. In einem konkreten Beispiel wurde bei einem Gesamtgewicht der Antriebsnabe und des Ritzelpaketes von etwa 500 g eine Gewichtsersparnis von zwischen etwa 20 g und 200 g erzielt. Die mögliche Gewichtsersparnis ist stark abhängig vom Gewicht des zu ersetzenden Ritzelpakets. Typischerweise ist eine Gewichtsreduktion zwischen 30 g und 100 g erzielbar. Bei einem Gesamtgewicht eines Mountainbikes von etwa 8 kg spielen 0,1 kg eine erhebliche Rolle, insbesondere wenn man bedenkt, dass bei den einzelnen Bauteilen Anstrengungen getroffen werden, um jedes einzelne Gramm an Gewicht zu reduzieren.
Durch den kleineren Grunddurchmesser können kleinere Ritzel vorgesehen werden, sodass als kleinstes Ritzel Zähnezahlen von sieben bis neun Zähne möglich sind. Bei konventionellen Naben mit einem Rotor ist die kleinste Zähnezahl derzeit elf Zähne. Um das gleiche Übersetzungsverhältnis zu erhalten, kann deshalb das Kettenblatt vorn auch kleiner werden, sodass noch mehr Gewicht eingespart werden kann.
Außerdem kann der Nabenflansch 22 auf der Seite des Ritzelträgers 4 erheblich weiter um bis zu 2 mm oder mehr axial nach außen geschoben werden, sodass die Seitensteifigkeit des Laufrades positiv beeinflusst wird.
Während vorzugsweise eine Mehrzahl der Ritzel einteilig und insbesondere einstückig mit dem Ritzelträger 4 ausgebildet werden, können bestimmte Ritzel separat austauschbar vorgesehen sein. Solche Ritzel können aus einem widerstandsfähigeren Material gefertigt werden.
In allen Ausgestaltungen ist es vorzugsweise möglich, dass der Ritzelträger 4 gegen einen konventionellen Rotor ausgetauscht wird. Der Rotor kann mit unterschiedlichen Zahnkranzkassetten ausgerüstet werden. Dadurch wird die Nabe noch flexibler einsetzbar.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsnabe
2: Nabengehäuse
3: Nabenachse
4: Ritzelträger
5: Lager
6: Lager
7: Ritzel
8: Ritzel
9: Freilauf
10: Freilaufkomponente
11: Freilaufkomponente
12: Axialverzahnung
13: Axialverzahnung
14: Zahnscheibe
15: Zahnscheibe
16: Axialhülse
17: kegelstumpfförmiger Ritzelhalter
18: Ritzelbaugruppe
19: Schraube
20: Steg
21: Nabenflansch
22: Nabenflansch
23: Adapterring
24: Adapterring
25: Lager
26: Fixierring
27: Scheibenbremsenaufnahme
28: Zahnscheibenaufnahme
29: Lagersitz
30: Lagersitz
31: Doppelflanschdichtung
32: Nabenbauteil, Gewindering
33: Dichteinrichtung
34: Gewindering
35: Dichteinrichtung
36: Dichtlippe
37: Dichtflansch
38: Dichteinrichtung
40: Hülseneinrichtung
41: Ende
50: Fahrrad
51: Vorderrad
52: Hinterrad
53: Rahmen
54: Gabel
55: Hinterraddämpfer
56: Lenker
57: Sattel
58: Batterie
59: Speiche
60: Reifen
61: Felge
100: Fahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009006101 A1 [0006]

Claims

Antriebsnabe (1) für wenigstens teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge (100) und insbesondere Zweiräder (50) mit einem Nabengehäuse (2) und mit einer feststehenden Achse (3) und einem drehbar gegenüber der feststehenden Achse (3) angeordneten Ritzelträger (4), an dem eine Mehrzahl an Ritzeln (7, 8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ritzelträger (4) eine umfänglich geschlossene Hülseneinrichtung (40) umfasst, an der radial nach außen wenigstens ein Ritzel (7, 8) angeordnet ist und an der radial innen zwei axial voneinander beabstandete Lager (5, 6) vorgesehen sind, um den Ritzelträger (4) auf der Achse (3) drehbar abzustützen.
Antriebsnabe (1) nach Anspruch 1, wobei der Ritzelträger (4) die Hülseneinrichtung (40) mit einer umfänglich geschlossenen Axialhülse (16) und einen kegelstumpfförmigen Ritzelhalter (17) umfasst.
Antriebsnabe (1) nach Anspruch 2, wobei ein Ende des kegelstumpfförmigen Ritzelhalters (17) an einem Ende der Hülseneinrichtung (40) vorgesehen ist und das andere Ende des kegelstumpfförmigen Ritzelhalters (17) über Stege (20) an der Hülseneinrichtung (40) abgestützt wird.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülseneinrichtung (40) in das Nabengehäuse eintaucht.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülseneinrichtung über wenigstens eine Dichteinrichtung (33, 35) abgedichtet ist, um das Eindringen von Staub und/oder Feuchtigkeit in das Innere der Hülseneinrichtung (40) zu vermeiden.
Antriebsnabe (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwischen dem Nabengehäuse und der Hülseneinrichtung (40) eine Dichteinrichtung (33) vorgesehen ist.
Antriebsnabe (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dichteinrichtung (37) vorgesehen ist, welche die Hülseneinrichtung (40) an der Achse (3) axial nach außen abdichtet.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Ritzeln (7) einteilig mit dem Ritzelträger (4) ausgebildet ist und/oder wobei wenigstens ein Ritzel (8) austauschbar an dem Ritzelträger (4) angeordnet ist.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Freilauf (9) vorgesehen ist, der wenigstens eine Freilaufkomponente (10, 11) mit einer Axialverzahnung (12, 13) umfasst.
Antriebsnabe (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ritzelträger (4) eine der wenigstens einen Axialverzahnung (13) aufweist.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden beiden Ansprüche, wobei an der Hülseneinrichtung (40) eine separate Zahnscheibe (15) mit der Axialverzahnung (13) vorgesehen ist, welche insbesondere aus Stahl besteht oder mit einem Hartmaterial beschichtet ist.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Ritzel (8) eine Ritzelzahl von 7 bis 10 und insbesondere von 7 bis 9 aufweist.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ritzelträger aus Leichtmetall besteht.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Ritzel (7, 8) aus Leichtmetall und/oder wobei wenigstens ein Ritzel (7, 8) aus Stahl besteht und/oder wobei wenigstens ein Ritzel (7, 8) eine Hartbeschichtung aufweist.
Antriebsnabe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ritzelträger einstückig mit der Hülseneinrichtung (40) gebildet ist.