DE60025798T2

DE60025798T2 - Fahrradnabe

Info

Publication number: DE60025798T2
Application number: DE60025798T
Authority: DE
Inventors: Minoru Toyoura-gun Itou
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2020-12-09
Also published as: EP1122094B1; CN1312179A; JP2001213104A; CN1217807C; EP1122094A2; JP3477134B2; EP1122094A3; US6559564B1; TW453955B; DE60025798D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Radnaben für Fahrräder, und insbesondere eine Radnabe, die in der Lage ist, sowohl einen Generatormechanismus als auch einen Bremskraftjustiermechanismus aufzunehmen.
Eine herkömmliche Fahrradnabe weist auf: eine Nabenachse, die lösbar und nicht-drehbar in einer Fahrradgabel (Rahmen) befestigt ist, ein rohrförmiges Nabengehäuse (Außenhülle), das an der Nabenachse drehbar befestigt ist, und Lager zum drehbaren Lagern des Nabengehäuses auf der Nabenachse. Ein Paar von außenliegenden Nabenflanschen sind an den zwei Enden des Nabengehäuses ausgebildet, um ein Befestigen von Radspeichen an der Nabenachse zu ermöglichen.
Es ist bekannt, Generatormechanismen im Inneren derartiger Nabengehäuse vorzusehen, um die Rotationsenergie des Nabengehäuses in elektrische Leistung für Beleuchtungszwecke umzuwandeln. Ein Einbauen derartiger Generatormechanismen in das Nabengehäuse sorgt für einen größeren Generatorwirkungsgrad und verringert Radrotationsverluste im Vergleich zu Generatoren, die mit der Fahrradfelge in Kontakt sind, um die Rotationsenergie der Radfelge in elektrische Energie umzuwandeln. Es ist ebenfalls bekannt, eine Bremse an der Nabe zu montieren, um die Rotation des Nabengehäuses relativ zur Nabenachse einzuschränken. Bei einigen derartigen Systemen kann das Innere des Nabengehäuses einen Antiblockier-Bremsmechanismus (Bremskraftjustiermechanismus) aufnehmen, der in der Lage ist, die Dämpfungskraft der Bremse anzupassen. Der Bremskraftjustiermechanismus kann eine Kupplung verwenden, so dass, wenn eine beträchtliche Bremsdämpfungskraft aufgebracht wird, ein Schlupf in der Kupplung bewirkt wird, um das Ausüben einer übermäßigen Dämpfungskraft auf das Rad zu verhindern. Somit kann ein Blockieren des Rades dadurch verhindert werden, dass der Bremskraftjustiermechanismus eingestellt wird, um die Eigenschaften des Fahrrades anzupassen.
Bei bekannten Systemen enthält das Nabengehäuse entweder einen Generatormechanismus oder einen Bremskraftjustiermechanismus, jedoch nicht beides. Es wäre sehr günstig, derartige Stromerzeugungs- und Bremskraftjustierfunktionen in einem einzigen Fahrradlaufrad zu kombinieren. Jedoch haben Versuche, ein einziges Laufrad mit diesen beiden Funktionen auszustatten, zur Verwendung von zwei Fahrradnaben geführt, von denen jede mit einer der zuvor beschriebenen Funktionen versehen ist und derart konfiguriert ist, dass ein Paar von linken und rechten Nabenflanschen, die an den beiden Enden des Nabengehäuses vorgesehen sind, an Radspeichen in der oben beschriebenen Weise befestigt sind. Aus diesem Grund macht es eine Verwendung von einer der Naben als Fahrradnabe unmöglich, die andere Fahrradnabe zu befestigen, und es bleibt keine andere Wahl, als entweder die Generatorfunktion oder die Bremskraftjustierfunktion auszuwählen.
Ein weiteres günstiges Merkmal wäre ein Fahrradrahmen mit einer Bremse zur Begrenzung der Relativdrehung von Nabengehäuse und Nabenachse einer Fahrradnabe, wenn dieses Nabengehäuse einen Generatormechanismus enthält. Eine Struktur, bei der das Nabengehäuse und die Strukturelemente, welche die Bremse bilden, direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, wird üblicherweise für das Montieren der Bremse verwendet, und wenn in dieser Weise ein Ineinandergreifmechanismus verwendet wird, müssen geeignete Materialien und Härtungsbehandlungen für das gesamte Nabengehäuse gewählt werden, was zu höheren Herstellungskosten führt.
Eine Fahrradnabe gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 13 ist von JP 10001081 bekannt.
INHALT DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Fahrradnabe gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Fahrradnabe gemäß Anspruch 13 bereitgestellt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung stellt eine Fahrradnabe bereit, bei der sowohl ein Generatormechanismus als auch ein Bremskraftjustiermechanismus im Inneren des Nabengehäuses angeordnet sind, und eine Fahrradnabe eine Nabenachse und ein Nabengehäuse, das ein erstes rohrförmiges Element, an dem ein erster Nabenflansch befestigt ist, und ein separates zweites rohrförmiges Element aufweist, an dem ein zweiter Nabenflansch befestigt ist. Lager sind zwischen dem Nabengehäuse und der Nabenachse angeordnet, um das erste rohrförmige Element und das zweite rohrförmige Element relativ zur Nabenachse drehbar zu lagern. Ein Generatormechanismus ist im ersten rohrförmigen Element untergebracht und ist ausgebildet, um durch Drehung des ersten rohrförmigen Elementes relativ zur Nabenachse Elektrizität zu erzeugen, und ein Bremskraftjustiermechanismus ist im zweiten rohrförmigen Element untergebracht und ist ausgebildet, um eine maximale Dämpfungskraft einer Bremse zu begrenzen. Bei einer spezielleren Ausführungsform beinhaltet der Generatormechanismus einen innenliegenden Stator, der an der Nabenachse zurückgehalten ist, und einen außenliegenden Rotor, der reagierend auf eine Rotation des ersten rohrförmigen Elementes rotiert. Weiter beinhaltet der Bremskraftjustiermechanismus ein Bremskraftaufnahmeelement, das relativ zur Nabenachse drehbar montiert ist, um eine Bremskraft von einem Bremsmechanismus aufzunehmen, und eine Reibungskupplungseinrichtung, welche eine Reibungsverbindung zwischen dem zweiten rohrförmigen Element und dem Bremskraftaufnahmeelement bildet. Falls gewünscht, kann die Reibungskupplungseinrichtung ein erstes Reibungselement beinhaltet, das relativ zum Bremskraftaufnahmeelement nicht-drehbar verbunden ist, ein zweites Reibungselement, das relativ zum zweiten rohrförmigen Element in zugewandter Anordnung zum ersten Reibungselement nicht-drehbar verbunden ist, und einen Vorspannmechanismus, welcher das erste Reibungselement und das zweite Reibungselement zueinander vorspannt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung stellt eine Fahrradnabe bereit, welche eine Nabenachse und ein Nabengehäuse beinhaltet, das ein erstes rohrförmiges Element mit daran befestigtem ersten Nabenflansch, ein separates zweites rohrförmiges Element mit daran befestigtem zweiten Nabenflansch und ein Bremskopplungselement aufweist, welches das zweite rohrförmige Element mit einer Bremsvorrichtung verbindet. Bei dieser Ausführungsform ist das zweite rohrförmige Element härter als das erste rohrförmige Element. Lager sind zwischen dem Nabengehäuse und der Nabenachse angeordnet, um das erste rohrförmige Element und das zweite rohrförmige Element relativ zur Nabenachse drehbar zu lagern, und ein Generatormechanismus ist im ersten rohrförmigen Element untergebracht und ist ausgebildet, um durch Rotation des ersten rohrförmigen Elementes relativ zur Nabenachse Elektrizität zu erzeugen. Falls gewünscht, kann ein Bremskraftjustiermechanismus, der ausgebildet ist, um eine maximale Dämpfungskraft einer Bremse zu begrenzen, im zweiten rohrförmigen Element untergebracht sein. Die Struktur des Generatormechanismus oder des Bremskraftjustiermechanismus kann ähnlich den zuvor beschriebenen entsprechenden Mechanismen sein, oder sie kann in Abhängigkeit von der Anwendung unterschiedlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades, das eine spezielle Ausführungsform einer Nabenachse gemäß der Erfindung beinhaltet;
2 ist eine partielle Querschnittsansicht von hinten einer speziellen Ausführungsform einer Fahrradnabe und einer Rollenbremse gemäß der Erfindung;
3 ist ein partieller Querschnitt der in 2 dargestellten Fahrradnabe;
4 ist eine rechte Seitenansicht der in 3 dargestellten Fahrradnabe;
5 ist ein fragmentarischer expandierter Querschnitt der in 3 dargestellten Fahrradnabe;
6 ist eine linke Seitenansicht der in 2 dargestellten Rollenbremse; und
7 ist ein fragmentarischer expandierter Querschnitt der Rollenbremse und des in 2 dargestellten Bremskraftjustiermechanismus.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades 101, das eine spezielle Ausführungsform einer vorderen Fahrradnabe 1 gemäß der Erfindung beinhaltet. Das Fahrrad 101 weist einen Rahmen 102 auf, der eine Vorderradgabel 98, einen Lenker 104, eine Antriebseinheit 105 (bestehend aus Kette, Pedalen und dergleichen), ein Vorderrad 106 mit Speichen 99 und ein Hinterrad 107 beinhaltet. Wie in 1 und 2 dargestellt, ist die vordere Nabe 1 an der Vorderradgabel 98 und am Vorderrad 106 des Fahrrades 101 befestigt. Insbesondere ist die vordere Nabe 1 an der Vorderradgabel 98 auf der rechten und linken Seite der Nabenachse 10 befestigt, und Speichen 99 sind an den zwei Nabenflanschen 11a und 12a befestigt. Die zwei Enden der Nabenachse 10 sind durch Einstellmuttern 2 oder Exzenterhebel 3 an den Endabschnitten der Vorderradgabel 98 befestigt. Die dargestellte Achse 0-0 ist die Drehachse des Vorderrades 106 des Fahrrades.
Die vordere Nabe 1 weist die Nabenachse 10, ein erstes rohrförmiges Element 11, ein zweites rohrförmiges Element 12, zwei Lager 13 und 14, einen Dynamo (Generatormechanismus) 30 und eine Bremsmoduliereinrichtung (Bremskraftjustiermechanismus) 40 auf. Eine Rollenbremse 80 ist mit der linken Seite des zweiten rohrförmigen Elementes 12 verbunden, um eine Bremskraft auf das erste rohrförmige Element 11 und das zweite rohrförmige Element 12 aufzubringen. Der Dynamo 30 ermöglicht, dass erzeugte elektrische Energie dem Vorderlicht, Rücklicht und dergleichen zugeführt wird. Die Bremsmoduliereinrichtung 40 absorbiert überschüssige von der Rollenbremse 80 erzeugte Bremskraft (Rotationsdämpfungskraft), wodurch eine Antiblockierfunktion für das Vorderrad 106 bewerkstelligt wird. Durch den Dynamo 30 erzeugte elektrische Energie kann aus einem in den 3 und 4 dargestellten Anschlussstück 39 gezogen werden.
Das erste rohrförmige Element 11 dient als Umhüllung für den Dynamo 30. Bei dieser Ausführungsform ist das erste rohrförmige Element 11 aus einer Aluminium-Druckgusslegierung Typ 5 (ADC5) ausgebildet. Wie speziell in 5 dargestellt, weist das erste rohrförmige Element 11 einen ersten ringförmigen Nabenflansch 11a, ein erstes zylindrisches Bauelement 11b, ein ringförmiges geneigtes Bauelement 11c und ein ein Passstück bildendes rohrförmiges Element 11d auf. Der erste Nabenflansch 11a ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen versehen, die dem Durchmesser der Speichen 99 entsprechen, und die Öffnungen sind in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet. Wie in 2 dargestellt, sind die Speichen in diesen Öffnungen derart befestigt, dass die inneren Enden der Speichen auf der rechten Seite angeordnet sind. Wie in 5 dargestellt, ist das erste zylindrische Bauelement 11b ein zylindrischer Abschnitt, der sich vom Innenumfangsende des ersten Nabenflansches 11a zur linken Seite erstreckt. Eine Kappe 36 des Dynamos 30 ist an der Innenumfangsfläche des ersten zylindrischen Bauelementes 11b montiert. Das ringförmige geneigte Bauelement 11c erstreckt sich vom linken Ende des ersten zylindrischen Bauelementes 11b in radialer Richtung nach innen, und das zylindrische rohrförmige Passelement 11d erstreckt sich vom Innenumfangsende des ringförmigen geneigten Bauelementes 11c nach links.
Das zweite rohrförmige Element 12 dient als Umhüllung für die Bremsmoduliereinrichtung 40. Bei dieser Ausführungsform ist das zweite rohrförmige Element 12 aus einer Aluminiumlegierung geschmiedet, und es ist wärmebehandelt auf eine Härte von HRB55 oder mehr. Als Ergebnis ist das zweite rohrförmige Element 12 härter als das erste rohrförmige Element 11. Wie in 5 dargestellt, weist das zweite rohrförmige Element 12 einen zweiten ringförmigen Nabenflansch 12a, ein zweites zylindrisches Bauelement 12b, das sich vom Innenumfangsende des zweiten Nabenflansches 12a nach rechts erstreckt, und ein zylindrisches rohrförmiges Passstück 12c auf, das sich vom zweiten zylindrischen Bauelement 12b nach rechts erstreckt. Die rohrförmigen Elemente 11 und 12 sind zueinander drehfest gemacht, und zwar dadurch, dass die Innenumfangsfläche des rohrförmigen Passstückes 12 in Eingriff mit der Außenumfangsfläche des rohrförmigen Passstückes 11d des ersten rohrförmigen Elementes 11 gebracht wird. Der Außenumfangsabschnitt des zweiten Na benflansches 12a ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen versehen, die dem Durchmesser der Speichen 99 entsprechen, wobei die Öffnungen in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Speichen 99 sind in diesen Öffnungen derart befestigt, dass die inneren Enden der Speichen auf der linken Seite angeordnet sind, wie in 2 dargestellt.
Verzahnungen oder Keilprofile 12d, welche mit einer Mehrzahl von Gegenstücke bildenden Keilprofilen auf der nabenseitigen Reibplatte 43 der Bremsmoduliereinrichtung 40 in Eingriff sind, sind auf der Innenumfangsfläche des zweiten zylindrischen Bauelementes 12b vorgesehen. Der Durchmesser des zweiten zylindrischen Bauelementes 12b des zweiten rohrförmigen Elementes 12 ist geringer als der Durchmesser des ersten zylindrischen Bauelementes 11b des ersten rohrförmigen Elementes 11, da diese Anordnung zur Unterbringung der Bremsmoduliereinrichtung 40 ausreichend ist. Das erste rohrförmige Element 11 und das zweite rohrförmige Element 12 bilden die Außenhülle der vorderen Nabe 1.
Das Lager 13 weist eine Mehrzahl von Kugeln 13a, einen Kugellaufring 13b zum Lagern dieser Kugeln 13a und eine Schale 13c auf. Der Kugellaufring 13b ist an der Nabenachse 10 befestigt, und die Schale 13c ist am Innenumfangsabschnitt der Kappe 36 des Dynamos 30 befestigt. Das Lager 13 ist derart konfiguriert, dass die Kappe 36 des Dynamos 30 und das an der Kappe 36 befestigte erste rohrförmige Element 11 drehbar an der Nabenachse 10 gelagert sind. In ähnlicher Weise weist das Lager 14 eine Mehrzahl von Kugeln 14a, einen Kugellaufring 14b zum Lagern dieser Kugeln 14a und eine ringförmige Schale 41 der Bremsenmodulationseinrichtung 40 auf. Der Kugellaufring 14b ist an der Nabenachse 10 befestigt, und das Lager 14 lagert die ringförmige Schale 41 und das zweite rohrförmige Element 12 auf der Nabenachse 10 drehbar.
Der Dynamo 10 weist einen innenliegenden Stator und einen außenliegenden Rotor auf. Der innenliegende Stator beinhaltet hauptsächlich zwei Statorjoche 31 und 32, einen Spulenkörper 34 mit einer gewickelten Spule 33, und ein rohrförmiges Kernjoch 35, das an der Nabenachse 10 befestigt ist. In zusammenmontiertem Zu stand bilden die Statorjoche 31 und 32, der Spulenkörper 34 und das rohrförmige Kernjoch 35 einen eine Einheit bildenden innenliegenden Stator.
Die Statorjoche 31 und 32 bestehen aus scheibenförmigen Abschnitten und Klauen. Vierzehn Klauen sind in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet, und diese Klauen erstrecken sich entlang der Achse 0-0 von den Außenumfangskanten der scheibenförmigen Abschnitte der Statorjoche 31 und 32. In montiertem Zustand sind die Klauen der zwei Statorjoche 31 und 32 mit regelmäßigen Abständen angeordnet und sind zueinander in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung ausgerichtet. Permanentmagneten 37 sind jeder Klaue zugewandt an radial außenliegenden Positionen in Bezug auf die Klauen positioniert. Außerdem weisen die Scheibenabschnitte der Statorjoche 31 und 32 runde Löcher zur Aufnahme der Nabenachse 10 und Schlitze auf, die sich von den runden Löchern aus in radialer Richtung nach außen erstrecken.
Der Spulenkörper 34 ist ein aus Harz bestehendes ringförmiges Element. Nuten zum Aufwickeln und Tragen der Spule 33 sind auf dessen Außenumfangsabschnitt ausgebildet, und gestufte Kerben für ein Zusammenpassen mit dem rohrförmigen Kernjoch 35 sind in dessen Innenumfangsabschnitt ausgebildet.
Das rohrförmige Kernjoch 35, das aus zwölf parallel zur Richtung der O-O-Achse übereinander angeordneten Teilstück-Baugruppen besteht, ist an der Innenseite des Spulenkörper 34 in Eingriff mit den Kerben im Innenumfangsabschnitt des Spulenkörpers 34 montiert. Jede der Teilstück-Baugruppen, welche das ringförmige Kernjoch 35 bilden, wird durch Zusammenfügen von vier als rechteckige Bahnen geformten separaten Stücken erzielt. Wenn die zwölf Teilstück-Baugruppen in die Kerben im Innenumfangsabschnitt des Spulenkörpers 34 eingesteckt werden, bilden diese Teilstück-Baugruppen das rohrförmige Kernjoch 35. Dieses Kernjoch weist einen Innenraum von quadratischem Querschnitt auf und erlaubt, dass die Nabenachse durch dessen Mittelpunkt hindurch verlaufen kann.
Der außenliegende Rotor ist durch das zuvor erwähnte erste rohrförmige Element 11 und die Kappe 36 gebildet, und die entstehende Baugruppe ist durch das Lager 13 auf der Nabenachse 10 drehbar gelagert. Die Kappe 36 ist mit einem Permanentmagneten 37 versehen, der aus vier Magnetstücken besteht, die in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung unterteilt sind. Der Permanentmagnet 37 ist derart magnetisiert, dass seine N-Pole und S-Pole in regelmäßigen Abständen abwechselnd angeordnet sind, und jeder der entstehenden 28 Pole liegt gegenüber einer Klaue der Starterjoche 31 und 32.
Die Bremsmoduliereinrichtung 40, bei der es sich um einen im Inneren des zweiten zylindrischen Bauelementes 12b des zweiten rohrförmigen Elementes 12 angeordneten Mechanismus handelt, beinhaltet die ringförmige Schale (bremsenseitiges Element) 41, drei bremsenseitige Reibungsplatten (erste Reibungselemente) 42, drei nabenseitige Reibungsplatten (zweite Reibungselemente) 43, eine tellerförmige Federscheibe 44 und eine Mutter 45.
Die ringförmige Schale 41 ist aus Kohlenstoffstahl ausgebildet, der einsatzgehärtet, abgeschreckt und angelassen wurde, und weist in der Hauptsache ein kreisförmiges Scheibenbauelement 41a, einen linken Vorsprung (Kugellaufring) 41b und ein innenliegendes rohrförmiges Bauelement 41c auf. Der Außenumfangsabschnitt des kreisförmigen Scheibenbauelementes 41a passt in die am linken Innenumfangsende des zweiten rohrförmigen Abschnittes 12 vorgesehene ringförmige Kerbe. Der linke Vorsprung 41b ist ein zylindrischer Abschnitt, der sich vom kreisförmigen Scheibenbauelement 41a nach links erstreckt, und der Außenumfangsabschnitt an dessen Ende ist mit einem 18 Zähne aufweisenden verzahnten Abschnitt 41d versehen. Das innenliegende rohrförmige Bauelement 41c ist ein rohrförmiges Bauelement, das sich vom Innenumfangsende des kreisförmigen Scheibenbauelementes 41a nach rechts erstreckt, und dessen Außenumfangsabschnitt ist mit drei Kerben 41e versehen.
Die drei bremsenseitigen Reibungsplatten 42 sind Scheiben mit drei am Innenumfang befindlichen Vorsprüngen, die in die drei Kerben 41e der ringförmigen Schale 41 eingesetzt sind. Diese bremsenseitigen Reibungsplatten 42 sind zwischen den drei nabenseitigen Reibungsplatten 43 und zwischen der tellerförmigen Federscheibe 44 und den nabenseitigen Reibungsplatten 43 auf der rechten Seite angeordnet. Die Außenumfangsabschnitte der drei nabenseitigen Reibungsplatten 43 sind mit einer Mehrzahl von Zähnen versehen, welche mit den Verzahnungen 12d am Innenumfangsabschnitt des zweiten rohrförmigen Elementes 12 in Eingriff kommen. Diese nabenseitigen Reibungsplatten 43 sind zwischen den drei bremsenseitigen Reibungsplatten 42 und zwischen dem kreisförmigen Scheibenbauelement 41a der ringförmigen Schale 41 und den am weitesten links befindlichen bremsenseitigen Reibungsplatten 42 angeordnet. Die tellerförmige Federscheibe 44 drückt die Reibungsplatten 42 und 43 zum kreisförmigen Scheibenbauelement 41a der ringförmigen Schale 41, und zwar in einem Zustand, bei dem deren rechte Seite gegen die Mutter 45 gedrückt wird, die Reibungsplatten 42 und 43 sich gegenseitig halten, und ein Drehmoment über diese übertragen wird. Die Mutter 45 ist durch Aufschrauben auf das Vorderende (rechtes Ende) des innenliegenden rohrförmigen Bauelementes 41c der ringförmigen Schale 41 befestigt.
Wie in den 6 und 7 dargestellt, weist die Rollenbremse 80 ein Gehäuse 81, ein Schwenkelement 82, eine ringförmige Kurvenscheibe 83, eine Mehrzahl von Rollen 84, Bremsbacken 85, eine Bremstrommel 86 und einen Kühlsteg 87 auf. Die Rollenbremse 80 ist auf der Nabenachse 10 derart montiert, dass der Endabschnitt der Bremstrommel 86 in Verzahnungseingriff mit dem verzahnten Abschnitt 41d der ringförmigen Schale 41 der Bremsmodulatoreinrichtung 40 ist, und das Befestigungsbauelement 81 des Gehäuses 81 ist an der Vorderradgabel 98 befestigt. Beim Einbau der Rollenbremse 80 wird die Kabelhülle des Bremskabels 109 (siehe 1) an der Hüllenhalteeinrichtung 81b des Gehäuses 81 befestigt, und die Kabelseele wird mit der am Schwenkelement 82 vorgesehenen Verbindungseinrichtung 82a verbunden.
Das Schwenkelement 82 ist relativ zum Gehäuse 81 schwenkbar gelagert und schwenkt relativ zum Gehäuse 81, wenn die Kabelseele des Bremskabels 109 eingezogen oder nachgelassen wird. Die ringförmige Kurvenscheibe 83, die mit dem Schwenkelement 82 verbunden ist, dreht sich um einen vorgeschriebenen Winkel gemäß der Schwenkbewegung des Schwenkelementes 82. Die Rollen 84 sind an der Außenumfangsfläche der ringförmigen Kurvenscheibe 83 angeordnet, und sie bewegen sich in radialer Richtung gemäß der Rotation der ringförmigen Kurvenscheibe 83. Andererseits sind die Rollen 84 in einem Rollengehäuse untergebracht, um jegliche Positionsverschiebung in Umfangsrichtung zu verhindern.
Eine Mehrzahl von Bremsbacken 85 erstrecken sich in Umfangsrichtung um die Rollen 84 herum, und diese Backen werden in radialer Richtung nach außen gedrückt oder nach innen zurückgezogen, in Übereinstimmung mit der Radialbewegung der Rollen 84. Ein Rotieren der Bremsbacken 85 in Umfangsrichtung wird verhindert. Der Außenumfangsabschnitt der Bremstrommel 86 ist um die Außenseite der Bremsbacken 85 herum angeordnet, und der Innenumfangsabschnitt der Bremstrommel 86 ist mit Zähnen versehen, welche mit dem verzahnten Abschnitt 41d der ringförmigen Schale 41 der Bremsmoduliereinrichtung 41 in Eingriff sind. Die Bremstrommel 86 kann sich relativ zum Gehäuse 81 drehen.
Der Kühlsteg 87 ist ein großer ringförmiger Steg, der sich in Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Bremstrommel 86 befindet und der sich von dieser aus zu seinem Außenumfang steil nach außen erstreckt. Der Kühlsteg 87 hat die Funktion, ein Überhitzen der Bremstrommel 86 oder der im Gehäuse 81 befindlichen Bauelemente zu verhindern, wodurch ermöglicht wird, dass das im Inneren des Gehäuses 81 befindliche Fett in stabiler Weise für einen langen Zeitraum leistungsfähig bleibt und ein Festfressen der Bremse während langer Abfahrten verhindert wird.
Die Funktionsweise des Dynamos 30 wird nachfolgend beschrieben. Wenn die Speichen sich relativ zur Vorderradgabel 98 eines fahrenden Fahrrades 101 bewegen, rotiert der außenliegende Rotor, der am ersten rohrförmigen Element 11 befestigt ist, relativ zum innenliegenden Stator. Der Permanentmagnet 37 dreht sich bei diesem Vorgang und bewegt sich dabei an der Außenseite der Klauen der Starterjoche 31 und 32 vorbei. Die einzelnen Klauen der Starterjoche 31 und 32 werden dadurch derart beeinflusst, dass, wenn die eine Klaue einen N-Pol-Magnetfluss vom Permanentmagneten 37 erhält, eine andere Klaue einen S-Pol-Magnetfluss empfängt, und wenn die eine Klaue einen S-Pol-Magnetfluss vom Permanentmagneten 37 empfängt, empfängt die andere Klaue einen N-Pol-Magnetfluss. Mit anderen Worten werden, dadurch, dass der Permanentmagnet 37 rotiert wird und an den einzelnen Klauen der Starterjoche 31 und 32 vorbeibewegt wird, zwei wiederholende Zustände erzeugt: ein erster Zustand, bei dem das Starterjoch 31 ein N-Pol ist und das Starterjoch 32 ein S-Pol ist, und ein zweiter Zustand, bei dem das Starterjoch 31 ein S-Pol ist und das Starterjoch 32 in N-Pol ist. Auf diese Weise wird ein abwechselnder Magnetfluss in Richtung der Achse O-O im rohrförmigen Kernjoch 35 erzeugt, welcher die zwei Joche 31 und 32 miteinander magnetisch verbindet, wodurch ein Strom in der Spule 33 induziert wird.
Die Funktionsweise der Rollenbremse 80 und der Bremsmoduliereinrichtung 40 in der vorderen Nabe 1 wird nachfolgend beschrieben. Das Schwenkelement 82 der Rollenbremse 80 wird geschwenkt, wenn der Fahrer durch Betätigen der Bremse die Kabelseele des Bremskabels 109 einzieht. Dies bewirkt, dass sich die ringförmige Kurvenscheibe 83 dreht und sich die Rollen 84 in radialer Richtung nach außen bewegen. Wenn dies passiert, werden die Bremsbacken 85 nach außen gedrückt und drücken gegen die Bremstrommel 86. Die Rotation der Bremstrommel 86 wird dadurch gehemmt.
Die Rotationsdämpfungskraft (Bremskraft), die durch die Bremstrommel 86 ausgeübt wird, wird über die verzahnten Abschnitte 41d auf die ringförmige Schale 41 und auf die Bremsmoduliereinrichtung 40 übertragen. Wenn die Rotation der ringförmigen Schale 41 gedämpft wird, wird die gedämpfte Rotation über die bremsenseitigen Reibungsplatten 82 und die nabenseitigen Reibungsplatten 83 auf das zweite rohrförmige Element 12 übertragen. Wenn dies passiert, wirkt eine Rotationsdämpfungskraft auch auf das erste rohrförmige Element 11, und die Rotation des Vorderrades 106, das an den Nabenflanschen 11a und 12a mit Hilfe der Speichen 99 befestigt ist, wird gebremst.
Wenn der Fahrer eine harte Notbremsung durchführt, werden die Bremsbacken 85 und die Bremstrommel 86 mit beträchtlicher Kraft gegeneinander gedrückt, und die durch die Bremstrommel 86 auf die ringförmige Schale 41 ausgeübte Rotationsdämpfungskraft erreicht ein Maximum. Wenn jedoch eine übermäßig große Rotationsdämpfungskraft auf die ringförmige Schalte 41 aufgebracht wird, erfolgt bei den bremsenseitigen Reibungsplatten 42 und den nabenseitigen Reibungsplatten 43 ein Schlupf relativ zueinander, und die Rotationsdämpfungskraft wird auf das zweite rohrförmige Element 12 in teilweise absorbierter Form übertragen. Demzufolge wird verhindert, dass die auf das Vorderrad 106 aufgebrachte Rotationsdämpfkraft in Niveau erreicht, bei dem das Vorderrad 106 blockiert wird, und es wird verhindert, dass das Vorderrad 106 auf der Straßenoberfläche schlittert.
Wie zuvor erwähnt, ist eine herkömmliche Fahrradnabe derart konfiguriert, dass ein Dynamo oder eine Bremsmoduliereinrichtung im Inneren eines rohrförmigen Nabengehäuses (Außenhülle) angeordnet ist, die mit einem Paar von Nabenflanschen an ihren beiden Enden versehen ist, und somit wird durch das Montieren von einem von diesen eine Montage des jeweils anderen unmöglich gemacht. Im Gegensatz dazu ist die vordere Nabe 1 der vorliegenden Ausführungsform derart konfiguriert, dass das rohrförmige Element 11 oder 12, das einen Dynamo 30 oder eine Bremsmoduliereinrichtung 40 enthält, mit Hilfe eines einzigen Nabenflansches 11a oder 12a an den Speichen 99 befestigt wird, deren innere Enden auf der linken oder der rechten Seite angeordnet sind. Es ist daher möglich, ein einzelnes Fahrradlaufrad (Vorderrad 106), das an einem einzigen Typ von Laufradspeiche befestigt ist, sowohl mit dem Dynamo 30 als auch der Bremsmoduliereinrichtung 40 zu versehen.
Bei der vorderen Nabe 1 der vorliegenden Ausführungsform besteht das erste rohrförmige Element 11 aus einer Aluminium-Druckgusslegierung Typ 5 (ADC5), und das zweite rohrförmige Element 12 ist aus einer Aluminiumlegierung geschmiedet. Außerdem ist lediglich das zweite rohrförmige Element 12 wärmebehandelt, und die Härte des zweiten rohrförmigen Elementes 12 ist auf HRB55 oder mehr eingestellt. Mit anderen Worten ist das zweite rohrförmige Element 12 härter als das erste rohrförmige Element 11. Ein derartiger Lösungsansatz verringert die Kosten des ersten rohrförmigen Elementes 11 und führt zu einer minimalen Kostensteigerung des zweiten rohrförmigen Elementes 12, das mit Verzahnungen 12d zum Übertragen der Rotationsdämpfungskraft von der Rollenbremse 80 über die Bremsmoduliereinrichtung 40 versehen ist. Die Gesamtherstellungskosten können daher dadurch verringert werden, dass die Außenhülle der vorderen Nabe in ein erstes rohrförmiges Element 11, das sich näher beim Dynamo 30 befindet, und ein zweites rohrförmiges Element 12 unterteilt wird, das sich näher bei der Bremsmoduliereinrichtung 40 befindet, und man Materialien mit passenden Eigenschaften für die zwei Elemente auswählt.
Bei dieser Anordnung weicht man von der scheinbar offensichtlichen Bedingung ab, dass die zwei rohrförmigen Elemente, welche die Außenhülle bilden, aus einem gemeinsamen Material hergestellt sein müssen. Stattdessen werden unterschiedliche Materialien für das erste und das zweite rohrförmige Element ausgewählt, wodurch es möglich wird, die Kosten des ersten rohrförmigen Elementes zu verringern, hingegen wird das zweite rohrförmige Element (das vergleichsweise hohe Härte und Festigkeit haben muss, um in der Lage zu sein, die Rotationsdämpfungskraft von der Bremse auf das Fahrradlaufrad zu übertragen) aus einem Material aufgebaut, das die notwendigen Anforderungen erfüllt.
Insbesondere wird bei dieser Anordnung die Rotationsdämpfungskraft, die durch die Bremse auf das Fahrradlaufrad ausgeübt wird, vom bremsenseitigen Element über die ersten und zweiten Reibungselemente auf das zweite rohrförmige Element übertragen. Aus diesem Grund muss das zweite rohrförmige Element ausreichende Härte haben, um mit dem zweiten Reibungselement in Eingriff zu kommen und die Rotationsdämpfungskraft zu übertragen. Das erste rohrförmige Element ist andererseits hauptsächlich zur Aufnahme von Stromerzeugungselementen ausgelegt und braucht nicht so hart wie das zweite rohrförmige Element zu sein, welches die Rotationsdämpfungskraft von der Bremse mittels eines Verzahnungseingriffes überträgt. In Anbetracht dessen wird es dem zweiten rohrförmigen Element ermöglicht, seine Funktion zu erfüllen, und das erste rohrförmige Element wird weniger teuer gemacht, und zwar als Ergebnis der Tatsache, dass die Härte des Materials für das zweite rohrförmige Element größer als die Härte des Materials für das erste rohrförmige Element gemäß der Erfindung festgelegt wird.
Außerdem weicht man bei dieser Anordnung von der scheinbar offensichtlichen Bedingung ab, dass die zwei rohrförmigen Elemente, welche die Außenhülle bilden, übereinstimmende Durchmesser haben müssen. Stattdessen werden unterschiedliche Durchmesser für das erste und das zweite rohrförmige Element ausgewählt, wodurch es möglich wird, den Durchmesser für das erste rohrförmige Element auf ein zur Unterbringung des Generatormechanismus geeignetes Niveau festzulegen und den Durchmesser des zweiten rohrförmigen Elementes auf ein Niveau festzulegen, das zur Unterbringung des Bremskraftjustiermechanismus geeignet ist.
Auch wenn im Vorhergehenden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, können weitere Modifikationen verwendet werden, ohne von dem erfinderischen Gedanken und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wurde bei der vorhergehenden Ausführungsform die Erfindung auf eine vordere Nabe 1 angewandt, um ein Vorderrad 106 zu lagern, jedoch kann die Erfindung auch auf eine Fahrradnabe angewandt werden, welche ein Hinterrad 107 trägt. Der Passungsabschnitt (der den Verzahnungen 41d entsprechende Abschnitt) der Bremsmoduliereinrichtung 40 kann modifiziert werden, um zu ermöglichen, dass verschiedene Bremsen (beispielsweise solche, die in den japanischen Industriestandards (JIS) D_9414 definiert sind) für Dämpfungsnabenbauelemente montiert werden können. Eine weitere Option besteht darin, die Nabe sowohl mit einer Stromerzeugungsfunktion als auch mit einer Bremskraftjustierfunktion auszurüsten, und die Nabe an einer Vorderradgabel 98 und Speichen 99 eines Fahrradlaufrades (Vorderrad 106) in gleicher Weise wie in der Vergangenheit zu befestigen. Zusätzlich zu der Reibungsbremsmoduliereinrichtung 40, die bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, kann eine Bremsmoduliereinrichtung vom Eingreiftyp verwendet werden. Eine derartige Bremsmoduliereinrichtung vom Eingreiftyp weist eine Kupplung vom Eingreiftyp und eine Feder auf, die ausgelegt ist, um die Kupplung in Eingriff zu bringen und zu spannen, und um das Drehmoment einzustellen, bei dem die Kupplung außer Eingriff gebracht wird.

Claims

Fahrradnabe, umfassend: eine Nabenachse (10); ein Nabengehäuse; Lager (13, 14), welche zwischen dem Nabengehäuse und der Nabenachse (10) angeordnet sind, um das Nabengehäuse in Bezug zur Nabenachse (10) zu lagern; und einen Generatormechanismus (30), der vom Nabengehäuse umhaust und so gestaltet ist, dass er durch Drehung des Nabengehäuses relativ zur Nabenachse (10) Elektrizität erzeugt; dadurch gekennzeichnet, dass das Nabengehäuse umfasst: ein erstes rohrförmiges Teil (11), welches einen ersten daran befestigten Nabenflansch (11a) aufweist; und ein separates zweites rohrförmiges Teil (12), welches einen zweiten daran befestigten Nabenflansch (12a) aufweist; wobei der Generatormechanismus (30) von einem ersten rohrförmigen Teil (11) umhaust ist, und die Fahrradnabe weiterhin einen Bremskraftjustiermechanismus (40) umfasst, der von dem zweiten rohrförmigen Teil (12) umhaust und so gestaltet ist, dass er eine maximale Dämpfungskraft einer Bremse (80) begrenzt.
Fahrradnabe nach Anspruch 1, bei welcher der Generatormechanismus (30) umfasst: einen innenseitigen Stator, der an der Nabenachse (10) gehalten ist, und einen außenseitigen Rotor, der sich in Reaktion auf die Drehung des ersten rohrförmigen Teiles (11) dreht; und bei welcher der Bremskraftjustiermechanismus (40) umfasst: ein Bremskraftaufnahmeteil, das in Bezug zur Nabenachse (10) drehbar befestigt ist, um eine Bremskraft von einem Bremsmechanismus (80) aufzunehmen; und eine Reibkupplung zur Bildung einer Reibungsverbindung zwischen dem zweiten rohrförmigen Teil (12) und dem Bremskraftaufnahmeteil.
Fahrradnabe nach Anspruch 2, bei welcher ein Material, welches das zweite rohrförmige Teil (12) bildet, härter ist als ein Material, welches das erste rohrförmige Teil (11) bildet, und bei welchem die Reibkupplung umfasst: ein erstes Reibteil (42), welches in Bezug zum Bremskraftaufnahmeteil nicht drehbar gekoppelt ist; und ein zweites Reibteil (43), welches in Bezug zum zweiten rohrförmigen Teil (12) nicht drehbar und in gegenüberliegender Anordnung zum ersten Reibteil (42) gekoppelt ist.
Fahrradnabe nach Anspruch 3, bei welcher mindesten eines von dem ersten Reibteil (42) und dem zweiten Reibteil (43) in Bezug zum entsprechenden Bremskraftaufnahmeteil und zweiten rohrförmigen Teil (12) axial bewegbar ist; und bei welcher die Reibkupplung weiterhin einen Vorspannungsmechanismus (44) umfasst, um das erste Reibteil (42) und das zweite Reibteil (43) zueinander vorzuspannen.
Fahrradnabe nach einem jeden der Ansprüche 2 bis 4, bei welchen das Bremskraftaufnahmeteil einen gezahnten Bereich (41d) aufweist, um das Bremskraftaufnahmeteil mit dem Bremsmechanismus (80) zu koppeln.
Fahrradnabe nach einem jeden der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher der Bremsmechanismus (80) mit dem Bremskraftaufnahmeteil gekoppelt ist.
Fahrradnabe nach Anspruch 6, bei welcher der Bremsmechanismus (80) eine Bremstrommel (86) umfasst, die nicht drehbar mit dem Bremskraftaufnahmeteil gekoppelt ist.
Fahrradnabe nach Anspruch 7, bei welchem der Bremsmechanismus (80) weiterhin umfasst: eine Bremsbacke (85), die radial einwärts der Bremstrommel (86) angeordnet ist, zwecks Reibkontakt mit der Bremstrommel (86); einen Nocken (83), der in Bezug zur Nabenachse (10) drehbar radial einwärts der Bremsbacke (85) befestigt ist; und eine Mehrzahl von Rollen (84), die zwischen einer radialen Außenfläche des Nockens (83) und einer radialen Innenfläche der Bremsbacke (85) zwecks Bewegung der Bremsbacke (85) zur Bremstrommel (86) in Reaktion auf die Drehung des Nockens (83) angeordnet ist.
Fahrradnabe nach einem jeden der Ansprüche 2 bis 8, bei welcher die Lager umfassen: ein erstes Lager (14) zur drehbaren Lagerung des ersten rohrförmigen Teiles (11) in Bezug zur Nabenachse (10); und ein zweites Lager (13), welches zwischen dem Bremskraftaufnahmeteil und der Nabenachse (10) angeordnet ist, um das zweite rohrförmige Teil (12) in Bezug zur Nabenachse (10) drehbar zu lagern.
Fahrradnabe nach einem jeden der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das erste rohrförmige Teil (11) einen anderen Außendurchmesser aufweist, als das zweite rohrförmige Teil (12).
Fahrradnabe nach einem jeden der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das erste rohrförmige Teil (11) am Ort des Generatormechanismus (30) einen anderen Außendurchmesser aufweist als das zweite rohrförmige Teil (12) am Ort des Bremskraftjustiermechanismus (40).
Fahrradnabe nach einem jeden der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das erste rohrförmige Teil (11) aus einem Material gebildet ist, dass sich vom Material unterscheidet, aus welchem das zweite rohrförmige Teil (12) gebildet ist.
Fahrradnabe, umfassend: eine Nabenachse (10); ein Nabengehäuse; Lager, welche zwischen dem Nabengehäuse und der Nabenachse (10) angeordnet sind, um das Nabengehäuse in Bezug zur Nabenachse (10) drehbar zu lagern; und einen Generatormechanismus (30), welcher vom Nabengehäuse umhaust und so gestaltet ist, dass er durch Drehung des Nabengehäuses in Bezug zur Nabenachse (10) Elektrizität erzeugt; dadurch gekennzeichnet, dass das Nabengehäuse umfasst: ein erstes rohrförmiges Teil (11), welches einen ersten daran befestigten Nabenflansch (11a) aufweist; und ein separates zweites rohrförmiges Teil (12), welches einen zweiten daran befestigten Nabenflansch (12a) aufweist; wobei das zweite rohrförmige Teil (12) härter ist als das erste rohrförmige Teil (11); und der Generatormechanismus (30) vom ersten rohrförmigen Teil (11) umhaust ist; und das Nabengehäuse weiterhin ein Bremskupplungsteil umfasst, welches von dem zweiten rohrförmigen Teil (12) umhaust und so gestaltet ist, dass es das zweite rohrförmige Teil (12) mit der Bremsvorrichtung (80) koppelt.
Fahrradnabe nach Anspruch 13, welche weiterhin einen Bremskraftjustiermechanismus (40) umfasst, der von dem zweiten rohrförmigen Teil (12) umhaust und so gestaltet ist, dass er eine maximale Dämpfungskraft einer Bremse (80) begrenzt.
Fahrradnabe nach Anspruch 14, bei welcher der Generatormechanismus (30) umfasst: einen innenseitigen Stator, der an der Nabenachse (10) gehalten ist; und einen außenseitigen Rotor, welcher sich in Reaktion auf die Drehung des ersten rohrförmigen Teiles (11) dreht; und bei welcher der Bremskraftjustiermechanismus (40) umfasst: ein Bremskraftaufnahmeteil, welches das Bremskupplungsteil enthält, das drehbar in Bezug zur Nabenachse (10) befestigt ist, um eine Bremskraft vom Bremsmechanismus (80) aufzunehmen; und eine Reibkupplung zur Bildung einer Reibverbindung zwischen dem zweiten rohrförmigen Teil (12) und dem Bremskraftaufnahmeteil.
Fahrradnabe nach Anspruch 15, bei welcher die Reibkupplung umfasst: ein erstes Reibteil (42), welches in Bezug zum Bremskraftaufnahmeteil nicht drehbar gekoppelt ist; und ein zweites Reibteil (43), welches in Bezug zum zweiten rohrförmigen Teil (12) nicht drehbar und in gegenüberliegender Anordnung zum ersten Reibteil (42) gekoppelt ist.
Fahrradnabe nach Anspruch 16, bei welcher mindesten eines von dem ersten Reibteil (42) und dem zweiten Reibteil (43) in Bezug zum zugehörigen Bremskraftaufnahmeteil und zum zweiten rohrförmigen Teil (12) axial beweglich ist; und bei welchem die Reibkupplung weiterhin einen Vorspannungsmechanismus (44) umfasst, um das erste Reibteil (42) und das zweite Reibteil (43) zueinander vorzuspannen.
Fahrradnabe nach einem jeden der Ansprüche 15 bis 17, bei welcher das Bremskraftaufnahmeteil einen gezahnten Bereich (41d) zur Kopplung des Bremskraftaufnahmeteiles mit dem Bremsmechanismus (80) umfasst.
Fahrradnabe nach einem jeden der Ansprüche 15 bis 18, welche weiterhin einen Bremsmechanismus (80) umfasst, der mit dem Bremskraftaufnahmeteil gekoppelt ist.
Fahrradnabe nach einem jeden der Ansprüche 15 bis 19, bei welcher der Bremsmechanismus (80) eine Bremstrommel (86) umfasst, die nicht drehbar mit dem Bremskraftaufnahmeteil gekoppelt ist.
Fahrradnabe nach Anspruch 20, bei welcher der Bremsmechanismus (80) weiterhin umfasst: eine Bremsbacke (85) die radial einwärts der Bremstrommel (86) zwecks Reibkontakt mit der Bremstrommel (86) angeordnet ist; einen Nocken (83), der in Bezug zur Nabenachse (10) drehbar radial einwärts der Bremsbacke (85) befestigt ist; und eine Mehrzahl von Rollen (84), die zwischen einer radialen Außenfläche des Nockens (83) und einer radialen Innenfläche der Bremsbacke (85) zwecks Bewegung der Bremsbacke (85) zur Bremstrommel (86) in Reaktion auf die Drehung des Nockens (83) angeordnet ist.
Fahrradnabe nach einem jeden der Ansprüche 15 bis 21, bei welcher die Lager umfassen: ein erstes Lager (14) zur drehbaren Lagerung des ersten rohrförmigen Teiles (11) in Bezug zur Nabenachse (10); und ein zweites Lager (13), welches zwischen dem Bremskraftaufnahmeteil und der Nabenachse (10) angeordnet ist, um das zweite rohrförmige Teil (12) in Bezug zur Nabenachse (10) drehbar zu lagern.