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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die provisorische
US-Anmeldung Nummer 62/60 4,653 , eingereicht am 14. Juli 2017, welche die oben beanspruchte Prioritätsanmeldung ist, wird in diese Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen.
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1 zeigt einen kerbverzahnten Ratschenring 11 mit einer Vielzahl an radial nach innen gerichteten Ratschenzähnen, von denen ein Beispiel der Zahn 14 darstellt, und von denen jeder einen zugehörigen Ratschenzahnfuß 12 und einen zugehörigen, radial nach außen gerichteten Keilzahn 13 aufweist. Der Fuß 12 ist der tiefste Punkt zwischen zwei benachbarten Ratschenzähnen. Der Ratschenzahn 14, der Fuß 12 und der Keilzahn 13 sind zueinander benachbart in 1 dargestellt und es gibt eine Vielzahl an derart zugehörigen benachbarten Ratschenzähnen 14, Zahnfüßen 12 und Keilzähnen 13, die sich gleichmäßig beabstandet, um den Ring 11 herum erstrecken.
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Jeder der Keilzähne 13 ist derart auf dem Ring 11 angeordnet, dass er den Ring 11 dort verstärkt, wo ein zugehöriger Ratschenzahnfuß 12 ausgebildet ist. Jeder Keilzahn 13 ragt radial, nach außen gerichtet, von einer peripheren Kante des Rings 11, radial gegenüberliegend dem zugehörigen, radial nach innen gerichteten, Ratschenzahnfuß 14 weg und erstreckt sich vorzugsweise über eine Umfangsoberfläche des Rings 11, die in radialer Richtung am dünnsten gegenüber einem Fuß 12 angeordnet ist.
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Ohne die Keilzähne 13 würde der Ratschenzahnfuß 11 dünne Punkte an dem Ratschenzahnfuß 12 aufweisen, die bislang einen geschwächten Punkt für den Ring 11 darstellen würden. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Keilzähne 13 entlang der Umfangslänge des dünnsten Bereichs des Rings 11, um den Ring 11 ausschließlich an dem Fuß 12 zu verstärken. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich jeder der Keilzähne 13 umlaufend unterhalb des dünnsten Bereichs des Rings 11 und entlang des Anteils des Rings 11, der wegen der Präsenz der benachbarten Ratschenzähne 14 dicker wird. In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Keilzähne 13 umlaufend um den Ring 11, unterhalb des dünnsten Ringbereichs, bis hin zu etwa 10 % der Länge eines jeden direkt benachbarten Ratschenzahns 14. In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Keilzähne 13 umlaufend um den Ring herum, unterhalb des dünnsten Ringbereichs bis hin zu etwa 20 % der Länge eines jeden direkt benachbarten Ratschenzahns 14.
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Jeder Keilzahn 13 kann eine radiale Dicke aufweisen, die ähnlich der Höhe eines jeden Ratschenzahns 14 ist, wobei die radiale Dicke von der Basis eines jeden Keilzahns 13 zu dem radial äußersten Punkt des Keilzahns 13 gemessen wird. Jeder Keilzahn kann radial dünner oder dicker als der Ratschenzahn 14 sein. Jeder Keilzahn 13 hat einen Flächenwinkel 15 (siehe 1) 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 Flächenwinkel 15 ruft für einen vorgegebenen Eintrag an Drehmoment keine so große radiale Kraft hervor, wie eine konventionelle 30 oder 60° Gewindeform, sondern der Winkel 15 resultiert in einer niedrigen radialen Kraft, die zwischen dem Ring 11 und der Nabe oder dem Antriebskörper 31 (siehe 3) erzeugt wird. Jeder Keilzahn 13, der vorzugsweise parallel zu der Achse des Rings 11 ausgerichtet ist, ruft keine axiale Kraft durch einen Eintrag an Drehmoment durch den Fahrer auf die Nabe oder den Antriebskörper 31 hervor. Die Kräfte, sowohl axial, als auch radial für einen vorgegebenen Eintrag an Drehmoment auf das Aluminiumgehäuse 31 in 3, sind geringer als bei einem Ring mit einer konventionellen Gewindeform.
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Bezugnehmend auf die 3 und 4 kann die relative Länge in Umfangsrichtung von jedem Keilzahn 33 auf dem Ratschenring 41 viel kleiner sein, als die Länge in Umfangsrichtung des Gegenzahns 35 des Gegenkörpers, beispielsweise des Gehäusekörpers 31, der sich radial in den Ring 41 hinein erstreckt. Da der Gegenkörper, der Nabenkörper 31 oder Gehäusekörper, aus weicherem, aber leichterem Material gemacht ist, kann der Gegenzahn 35 gefestigt werden, indem er dicker (in Umfangsrichtung länger) ausgebildet ist. Die Sperrklinke 36 ist in einem vorgesehenen Eingriff in 3 mit einem Ratschenzahn 34 des Ratschenrings 41 gezeigt.
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Jede der axial ausgerichteten Keilzahnnuten 43, die auf dem Nabenkörper 31 zwischen den Gegenzähnen 3 ausgebildet sind, empfangen einen zugehörigen Keilzahn 33 des Ratschenrings 41, wenn der Ratschenring 41, wie in 3 gezeigt, in dem Nabenkörper 31 befestigt wird. Die Keilnuten 43 sind Aussparungen, die radial nach außen gerichtet in dem Nabenkörper 31 ausgebildet sind und eine Größe aufweisen, die ausreicht, um die Keilzähne 33 mit einem Reibschluss aufzunehmen, sodass sich während normalem Gebrauch der Ratschenring 41 nicht in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung bewegt.
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2 zeigt eine alternative Struktur, die das gleiche Konzept einer Verstärkung des Ratschenzahnrings 21 umfasst, jedoch radial umgedreht ist, sodass ein radial nach innen gerichteter Keilzahn 23 gegenüber einem radial nach außen gerichteten Ratschenzahnfuß 22 angeordnet ist. 5 zeigt einen ähnlichen Ratschenring 111 in Kombination mit einem Nabenkörper 131, einer Sperrklinke 136 (und einer dazu gehörigen Feder 137). Der Keilzahn 133 zeigt radial nach innen, um den Ring 111 an dem Zahnfuß 112 zu verstärken. Damit sind die Ausführungsformen der 2 und 5 radial umgedreht verglichen mit den Ausführungsformen der 1 und 3, wobei die Ratschenzähne 24 auf der Außenseite des Rings 21 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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6155394 B1 [0002]
- US 62604653 [0006]
