DE102018116514A1 - Ratschenzahnring-Drehmomentübertragung durch gerade Keilzähne - Google Patents
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Abstract
Ein Ratschenring weist Ratschenzähne mit einem Ratschenzahnfuß auf, wo der Keilzahn angeordnet ist, um einen dünnen Punkt in dem Ring an dem Zahnfuß zu verhindern. In dem die Anzahl an Keilzähnen auf der Peripherie des Ratschenrings die gleiche ist, wie die Anzahl an Ratschenzähnen, und durch Positionierung der Keilzähne gegenüber des Ratschenzahnfußes, wird der für gewöhnlich auftretende dünne Punkt in dem Ring vermieden. Der Ratschenring ist in einem Nabenkörper befestigt und die Keilzähne übertragen Drehmoment von dem Ratschenring zu dem Nabenkörper. Der gerade Keilzahn auf der Peripherie des Rings haben einen steilen Rampenwinkel, um die Multiplikation der erzeugten radialen Kraft zu verhindern, die auf das Gehäuse exzessiv ausgeübt wird, wenn Drehmoment aufgewendet ist. Die Ratschenzähne und die Keilzähne können gleichzeitig geformt werden, was die Herstellungskosten verringert.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Diese vorliegende Erfindung bezieht sich prinzipiell auf Fahrradantriebsnaben mit einer Ratsche und Sperrklinke, Einwege-Kupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung leichtgewichtige Fahrradnaben, in welchen der Körper der Nabe aus leichterem, weicherem Material gebildet sein kann, als das Material des Ratschenrings und der Sperrklinke.
- In konventionellen Naben mit einem derartigen Design überträgt die Sperrklinke Drehmoment an den Ratschenring und der Ring überträgt Drehmoment auf den Nabenkörper, um Drehmoment auf das Antriebsrad zu übertragen. Das US-Patent
US 6,155,394 B1 von Shook ist ein Beispiel aus dem Stand der Technik und wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen. Der aktuelle Trend im Nabendesign geht dahin, zunächst einen Ratschenring zu formen, der Ratschenzähne aufweist. Der Ring ist mit einem Gewinde versehen, sodass er in das komplementäre Gewinde an einem Nabenkörper oder einem Antriebskörper eingeschraubt werden kann. Das aufgebrachte Antriebsdrehmoment zieht während des normalen Gebrauchs des Fahrrads den Ratschenring in dem Nabenkörper oder Antriebskörper fest. - Ein Problem mit dem Design ist, dass das Gewinde auf dem Ratschenring sehr grob und die Nabe oder der Antriebskörper ziemlich dick sein muss, um zu verhindern, dass sich das Gewinde abstreift, wenn ein hohes Drehmoment durch den Radfahrer aufgewendet wird. Dicke ist in einer Nabe oder einem Antriebskörper unerwünscht, da vorrangig das Gewicht der Fahrradnabe niedrig und die Festigkeit hoch gehalten werden soll. Wenn jedoch der Ratschenring dünn und folglich der Nabenkörper, der für gewöhnlich aus Aluminium gebildet ist, ebenfalls dünn ist, dann bewirkt der Druck, der durch das Gewinde generiert wird, eine Expansion des Gehäuses und die Gewindespitzen können überdrehen. Außerdem, wenn das Gehäuse expandiert, bietet es keine Stütze mehr für den Ring und der Druck, von der sich in Eingriff befindenden Sperrklinke, wird den Ring an dem Zahnfuß biegen, der dünn ausgebildet ist und damit den Schwachpunkt des Rings darstellt. Daher besteht das Bedürfnis, die Schwachstellen, die in einer konventionellen Nabe vorliegen, zu verringern, ohne dass Gewicht wesentlich zu erhöhen.
- KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft die soeben beschriebenen Probleme, in dem ein Ratschenring gebildet wird, der eine Vielzahl von axialen Keilen anstelle von Gewinden aufweist, um eine Rotation, relativ zwischen dem Ratschenring und der Nabe oder dem Antriebskörper, zu unterbinden. Die geraden Keile mit einem kleinen Steigungswinkel rufen keine axiale Kraft hervor wie ein Gewinde. Weil der Keilflächenwinkel eher wie ein Sägezahngewinde (mit einem Winkel von etwa 10°, wobei er aber auch zwischen 1 und 20° sein kann) als ein konventionelles 60°-Gewinde ist, ruft die Keilfläche nicht so viel radiale Kraft für ein gegebenes, durch den Radfahrer hervorgerufenes Drehmoment, hervor. Des Weiteren ist der dünne Punkt an jedem Ratschenzahnfuß verstärkt durch den Keilzahn, der bestmöglich strategisch angeordnet ist, um den schwächsten Bereich des Ratschenrings zu stärken. Vorzugsweise sind die Keilzähne genau oder direkt gegenüber von den Ratschen-Zahnfüßen, um den gesamten Umfang des Ratschenrings herum, angeordnet.
- Figurenliste
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1 stellt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines kerbverzahnten Ratschenrings mit innenliegenden Ratschenzähnen und außenliegenden Keilzähnen dar. -
2 stellt eine Seitenansicht eines kerbverzahnten Ratschenrings mit außenliegenden Ratschenzähnen und innenliegenden Keilzähnen dar. -
3 stellt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Baugruppe eines Ratschenrings dar, die radial nach innen gerichtete Ratschenzähne und radial nach außen gerichtete Keilzähne, in Kombination mit einer Sperrklinke, einer Feder und einem Trägerkörper und einem Nabenkörper, aufweist. -
4 stellt eine perspektivische Explosionsansicht eines Ratschenrings und einer Nabe dar. -
5 stellt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Baugruppe eines Ratschenrings dar, die radial nach außen gerichtete Ratschenzähne und radial nach innen gerichtete Keilzähne, in Kombination mit einer Sperrklinke, einer Feder, einem Trägerkörper und einem Nabenkörper, aufweist. - Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt ist, wird aus Gründen der Klarheit auf eine spezifische Terminologie zurückgegriffen. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf den so ausgewählten spezifischen Begriff beschränkt ist, und es versteht sich, dass jeder spezifische Begriff alle technischen Äquivalente umfasst, die auf ähnliche Weise arbeiten, um einen ähnlichen Zweck zu erfüllen. Beispielsweise sind das Wort verbunden oder dazu ähnliche Begriffe öfters verwendet. Sie sind nicht auf eine direkte Verbindung beschränkt, sondern schließen Verbindungen durch andere Elemente mit ein, sofern diese Verbindungen durch einen Fachmann als äquivalent angesehen werden.
- AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die provisorische
US-Anmeldung Nummer 62/60 4,653 -
1 zeigt einen kerbverzahnten Ratschenring11 mit einer Vielzahl an radial nach innen gerichteten Ratschenzähnen, von denen ein Beispiel der Zahn14 darstellt, und von denen jeder einen zugehörigen Ratschenzahnfuß12 und einen zugehörigen, radial nach außen gerichteten Keilzahn13 aufweist. Der Fuß12 ist der tiefste Punkt zwischen zwei benachbarten Ratschenzähnen. Der Ratschenzahn14 , der Fuß12 und der Keilzahn13 sind zueinander benachbart in1 dargestellt und es gibt eine Vielzahl an derart zugehörigen benachbarten Ratschenzähnen14 , Zahnfüßen12 und Keilzähnen13 , die sich gleichmäßig beabstandet, um den Ring11 herum erstrecken. - Jeder der Keilzähne
13 ist derart auf dem Ring11 angeordnet, dass er den Ring11 dort verstärkt, wo ein zugehöriger Ratschenzahnfuß12 ausgebildet ist. Jeder Keilzahn13 ragt radial, nach außen gerichtet, von einer peripheren Kante des Rings11 , radial gegenüberliegend dem zugehörigen, radial nach innen gerichteten, Ratschenzahnfuß14 weg und erstreckt sich vorzugsweise über eine Umfangsoberfläche des Rings11 , die in radialer Richtung am dünnsten gegenüber einem Fuß12 angeordnet ist. - Ohne die Keilzähne
13 würde der Ratschenzahnfuß11 dünne Punkte an dem Ratschenzahnfuß12 aufweisen, die bislang einen geschwächten Punkt für den Ring11 darstellen würden. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Keilzähne13 entlang der Umfangslänge des dünnsten Bereichs des Rings11 , um den Ring11 ausschließlich an dem Fuß12 zu verstärken. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich jeder der Keilzähne13 umlaufend unterhalb des dünnsten Bereichs des Rings11 und entlang des Anteils des Rings11 , der wegen der Präsenz der benachbarten Ratschenzähne14 dicker wird. In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Keilzähne13 umlaufend um den Ring11 , unterhalb des dünnsten Ringbereichs, bis hin zu etwa 10 % der Länge eines jeden direkt benachbarten Ratschenzahns14 . In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Keilzähne13 umlaufend um den Ring herum, unterhalb des dünnsten Ringbereichs bis hin zu etwa 20 % der Länge eines jeden direkt benachbarten Ratschenzahns14 . - Jeder Keilzahn
13 kann eine radiale Dicke aufweisen, die ähnlich der Höhe eines jeden Ratschenzahns14 ist, wobei die radiale Dicke von der Basis eines jeden Keilzahns13 zu dem radial äußersten Punkt des Keilzahns13 gemessen wird. Jeder Keilzahn kann radial dünner oder dicker als der Ratschenzahn14 sein. Jeder Keilzahn13 hat einen Flächenwinkel15 (siehe1 ) der kleiner ist, verglichen mit einer konventionellen Gewindeform, die einen Winkel aufweist, der 60° einschließt. Der Flächenwinkel kann zwischen 1 und 20° betragen und ist vorzugsweise etwa 10°. Dieser Flächenwinkel15 ruft für einen vorgegebenen Eintrag an Drehmoment keine so große radiale Kraft hervor, wie eine konventionelle 30 oder 60° Gewindeform, sondern der Winkel15 resultiert in einer niedrigen radialen Kraft, die zwischen dem Ring11 und der Nabe oder dem Antriebskörper31 (siehe3 ) erzeugt wird. Jeder Keilzahn13 , der vorzugsweise parallel zu der Achse des Rings11 ausgerichtet ist, ruft keine axiale Kraft durch einen Eintrag an Drehmoment durch den Fahrer auf die Nabe oder den Antriebskörper31 hervor. Die Kräfte, sowohl axial, als auch radial für einen vorgegebenen Eintrag an Drehmoment auf das Aluminiumgehäuse31 in3 , sind geringer als bei einem Ring mit einer konventionellen Gewindeform. - Bezugnehmend auf die
3 und4 kann die relative Länge in Umfangsrichtung von jedem Keilzahn33 auf dem Ratschenring41 viel kleiner sein, als die Länge in Umfangsrichtung des Gegenzahns35 des Gegenkörpers, beispielsweise des Gehäusekörpers31 , der sich radial in den Ring41 hinein erstreckt. Da der Gegenkörper, der Nabenkörper31 oder Gehäusekörper, aus weicherem, aber leichterem Material gemacht ist, kann der Gegenzahn35 gefestigt werden, indem er dicker (in Umfangsrichtung länger) ausgebildet ist. Die Sperrklinke36 ist in einem vorgesehenen Eingriff in3 mit einem Ratschenzahn34 des Ratschenrings41 gezeigt. - Jede der axial ausgerichteten Keilzahnnuten
43 , die auf dem Nabenkörper31 zwischen den Gegenzähnen3 ausgebildet sind, empfangen einen zugehörigen Keilzahn33 des Ratschenrings41 , wenn der Ratschenring41 , wie in3 gezeigt, in dem Nabenkörper31 befestigt wird. Die Keilnuten43 sind Aussparungen, die radial nach außen gerichtet in dem Nabenkörper31 ausgebildet sind und eine Größe aufweisen, die ausreicht, um die Keilzähne33 mit einem Reibschluss aufzunehmen, sodass sich während normalem Gebrauch der Ratschenring41 nicht in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung bewegt. -
2 zeigt eine alternative Struktur, die das gleiche Konzept einer Verstärkung des Ratschenzahnrings21 umfasst, jedoch radial umgedreht ist, sodass ein radial nach innen gerichteter Keilzahn23 gegenüber einem radial nach außen gerichteten Ratschenzahnfuß22 angeordnet ist.5 zeigt einen ähnlichen Ratschenring111 in Kombination mit einem Nabenkörper131 , einer Sperrklinke136 (und einer dazu gehörigen Feder137 ). Der Keilzahn133 zeigt radial nach innen, um den Ring111 an dem Zahnfuß112 zu verstärken. Damit sind die Ausführungsformen der2 und5 radial umgedreht verglichen mit den Ausführungsformen der1 und3 , wobei die Ratschenzähne24 auf der Außenseite des Rings21 nach außen gerichtet sind. Es ist offensichtlich, dass ein durchschnittlicher Fachmann verstehen wird, dass die Sperrklinken, Naben und anderen Strukturen entsprechend in der Position modifiziert werden müssen, und der Fachmann wird wissen, wie die hierin beschriebenen Ausführungsformen weiter modifiziert werden können, um das Konzept an verschiedene Konfigurationen anzupassen. - Diese detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen dient hauptsächlich als Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und soll nicht die einzige Form darstellen, in der die vorliegende Erfindung konstruiert oder verwendet werden kann. Die Beschreibung legt die Designs, Funktionen, Mittel und Verfahren zum Implementieren der Erfindung in Verbindung mit den dargestellten Ausführungsformen dar. Es versteht sich jedoch, dass die gleichen oder äquivalente Funktionen und Merkmale durch verschiedene Ausführungsformen erreicht werden können, die ebenfalls im Schutzumfang der Erfindung enthalten sein sollen und dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung oder dem Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- US 6155394 B1 [0002]
- US 62604653 [0006]
Claims (12)
- Ein Ratschenring mit Ratschenzähnen, welche Zahnfüße aufweisen, und einem geraden axialen Keil, der quer zum Ring angeordnet ist, um jeden Zahnfußbereich zu verstärken.
- Ratschenring nach
Anspruch 1 , wobei der Ratschenring Keilzähne mit einem flachen Flächenwinkel von etwa 1° bis etwa 20° aufweist. - Ratschenring nach
Anspruch 1 , wobei die axialen Keilzähne in etwa einer Hälfte der Länge einer Vielzahl an Gegenzähnen eines Körpers in Umfangsrichtung entsprechen, in oder auf welchen der Ratschenring passt. - Ein Nabenkörper, angeordnet mit einem Ratschenring, der eine Vielzahl an radial nach innen gerichteten Ratschenzähnen und Zahnfüßen, die zwischen jedem Paar direkt benachbart angeordneter Ratschenzähne ausgebildet sind, aufweist, wobei die Anordnung aufweist: (a) eine Vielzahl im Wesentlichen axial ausgerichteter Keilzähne, die radial nach außen gerichtet von einer peripheren Oberfläche des Ratschenrings wegragen, wobei jeder der besagten Keilzähne umlaufend mit einem zugehörigen Zahnfuß ausgerichtet ist; (b) eine Vielzahl im Wesentlichen axial ausgerichteter Keilnuten, die sich radial nach außen gerichtet in den Nabenkörper erstrecken, um Gegenzähne zu definieren, wobei jeder der Keilzähne in eine der zugehörigen Keilnuten einführbar ist.
- Anordnung nach
Anspruch 4 , wobei die Keilzähne einen Flächenwinkel von etwa 1° bis etwa 20° aufweisen. - Anordnung nach
Anspruch 4 , wobei die axialen Keilzähne in etwa die Hälfte der Länge der Gegenzähne in Umfangsrichtung aufweisen. - Ein Nabenkörper, angeordnet mit einem Ratschenring, der eine Vielzahl an radial nach außen gerichteten Ratschenzähnen und Zahnfüßen, die zwischen jedem Paar direkt benachbart angeordneter Ratschenzähne ausgebildet sind, aufweist, wobei die Anordnung aufweist: (a) eine Vielzahl im Wesentlichen axial ausgerichteter Keilzähne, die radial nach innen gerichtet von einer peripheren Oberfläche des Ratschenrings wegragen, wobei jeder der besagten Keilzähne umlaufend mit einem zugehörigen Zahnfuß ausgerichtet ist; (b) eine Vielzahl im Wesentlichen axial ausgerichteter Keilnuten, die sich radial nach innen gerichtet in einen Gegenkörper erstrecken, um Gegenzähne zu definieren, wobei jeder der Keilzähne in eine der zugehörigen Keilnuten einführbar ist.
- Anordnung nach
Anspruch 7 , wobei die Keilzähne einen Flächenwinkel von etwa 1° bis etwa 20° aufweisen. - Anordnung nach
Anspruch 7 , wobei die axialen Keilzähne in etwa die Hälfte der Länge in Umfangsrichtung der Gegenzähne aufweisen. - Ratschenring, aufweisend Ratschenzähne mit Zahnfüßen und einer Vielzahl an im Wesentlichen axial ausgerichteter Keilzähne, die radial nach außen gerichtet von einer peripheren Oberfläche des Ratschenrings wegragen, wobei jeder der besagten Keilzähne umlaufend mit einem zugehörigen Zahnfuß ausgerichtet ist, um jeden Zahnfußbereich zu verstärken.
- Ratschenring nach
Anspruch 10 , ferner aufweisend Keilzähne mit einem Flächenwinkel von etwa 1° bis etwa 20°. - Ratschenring nach
Anspruch 10 , wobei die axialen Keilzähne in etwa einer Hälfte der Länge in Umfangsrichtung einer Vielzahl an Gegenzähnen eines Gehäuses entsprechen, in welches der Ring passt.
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