Die Erfindung betrifft eine Nabenlichtmaschine zur Montage in einer Nabe eines Laufrades eines Fahrrades, die zwei zum Befestigen von Speichen für die Felgen- halterung dienende Nabenflansche aufweist und drehbar auf eine Achse des Laufrades montiert ist, bei der mittels eines Getriebes ein Rotor/Stator- -Induktionssystem zur Stromerzeugung angetrieben und der erzeugte Strom über einen Stromabnahmekontakt abgeführt wird, wobei der Rotor ein Zahnritzel trägt, das mit dem Getriebe in Wirkverbindung steht, das durch Federdruck mittels einer Kupplung mit einer Kupplungsscheibe in Wirkverbindung bringbar ist, die synchron zum Nabenkörper rotiert.

Eine derartige Nabenlichtmaschine ist durch die DE 91 10 953 Ul bekannt. Bei dieser Ausbildung ist der Magnetrotor von einer festen Spulenanordnung umgeben. Eine weitere gattungsgemäße Nabenlichtmaschine ist durch die DE 33 22 038 AI bekannt, bei der ein am Magnetrotor ausgebildetes Ritzel durch den Druck einer Feder mit ^" einem Stirnrad¬ getriebe in Wirkverbindung gebracht werden kann. Dieses Getriebe ist jedoch nur einstufig ausgebildet, so daß bei dieser Nabenlichtmaschine der Rotor- trotz eines nicht geringem Nabendurchmessers - nur etwa das 4-fache der Laufraddrehzahl erreichen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Nabenlicht aschinen so zu verbessern, daß bei vereinfachter Bauweise ohne Vergrößerung der Baulänge mehr Raum für die Unterbringung des Rotor/Stator-Induktionssystems erzielt wird, wobei durch das Getriebe zuverlässig eine langsame Drehzahl in eine schnelle Drehzahl übersetzt werden kann und

einen mechanische Beschädigung des Getriebes durch einen Überlastungsschutz verhindert werden soll.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteil¬ hafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Ziel der Erfindung ist es, für die Stromerzeugung ein Rotor/Stator-Induktionssystem zu verwenden, wie es von konventionellen Fahrrad-Lichtmaschinen bekannt ist. Das setzt voraus, daß der Rotor mit einer vergleichbaren Drehzahl umläuft, die bei ausgeführten und am Markt erhältlichen Systemen bezogen auf ein 28-Zoll-Laufrad mindestens das 19-fache der Laufrad¬ drehzahl beträgt.

Nach der Erfindung wird die Betriebssicherheit erhöht, weil die Position des Rotor/Stator-Induktionssystems relativ zur Achse im ein- und ausgeschalteten Zustand konstant und eine Verschiebung nicht mehr erforderlich ist. Für die Ein/Aus-Schaltung der integrierten Schaltkupplung müssen nur wenige Teile bewegt werden. Im ausgeschalteten Zustand werden alle Getriebeteile relativ zur Achse stillgesetzt, was zur Schonung des als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebes und zu einem optimalen Nabenleichtlauf führt. Im eingeschalteten Zustand besteht für das Getriebe ein Überlastungsschutz. Getriebeüberlastung kann im beschleunigten oder verzögerten Betrieb bei abrupten Drehzahländerungen auftreten. Um dann das Getriebe vor Überlastung zu schützen, ist die Schließkraft der Kupplung so dimensioniert, daß nur eine definierte, nicht zur Getriebeüberlastung führende maximale Leistung übertragen werden kann. Da weder für die Ein/Aus-Schaltung noch für die Stromabnahme der Raum der Achse einbezogen ist, läßt sich die Achse als

Hohlachse ausführen, die geeignet ist, eine bekannte Schnellspannvorrichtung aufzunehmen. Alternativ ist die Nabenfixierung in der Gabel auch durch Schrauben möglich, für die ein Aufnahmegewinde vorgesehen ist. Für die Stromabnahme ist ein spezieller Stecker vorge¬ sehen, bei dem eine häufige Montage und Demontage nicht zu verminderter Betriebssicherheit führt und der die Möglichkeit bietet, alle elektrischen Leiter zu einem kompakten Kabel zusammenzufassen, das gut gegen Beschädigungen zu schützen ist und auch einen Drehzahli puls der Nabe für eine Tachoanzeige enthalten kann.

Durch die Verkürzung des Hohlzylinders und die Nutzung eines größeren Durchmessers steht für das Rotor/Stator-Induktionssystem mehr Platz zur Verfügung, wodurch bei gleicher Magnetstärke die Induktion einer größeren Menge elektrischer Energie möglich ist.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in den

Zeichnungen jeweils in einer Seitenansicht im Schnitt dargestellten Nabenlichtmaschine näher erläutert, die mögliche Ausführungsformen erfindungsgemäßer Nabenlichtmaschinen schematisch darstellen. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Nabenlichtmaschine.

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Naben¬ lichtmaschine mit einem verbesserten Leichtlauf bei ausgeschaltetem Zustand,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Naben- lichtmaschine.

Die Nabenlichtmaschine 50 weist einen Nabenkörper 1 auf, in dem mittels Lagerkörpern 32 eine Achse 3 durch an den Randseiten des Nabenkörpers 1 angeordnete Lager 2 gelagert ist. Die Lager 2 sind als Rillenkugellager ausgebildet. An dem einen Endabschnitt der Nabenlichtmaschine ist ein Stromabnahmekontakt 18 vorgesehen. An dem anderen Endabschnitt der Nabenlichtmaschine befindet sich ein Stellhebel 29 zur Betätigung einer Kupplung 9 zur Inbetriebnahme der Nabenlichtmaschine.

Die Lager 2 sind mittels einer Distanzbuchse 70 in dem Nabenkörper 1 voneinander distanziert, wobei der eine Endabschnitt der Distanzbuchse 70 als Kupplungsscheibe 10 ausgebildet ist und an dem äußeren Käfigring eines der Lager 2 anliegt. Die Kupplung 9 übergreift einen Endabschnitt eines Hohlzylinders 6, der auf einem weiteren Lager 8 gelagert ist und eine Innenverzahnung 27 aufweist, die mit allen Getriebestufen des Getrie- bes 21 in Wirkeingriff ist. Zwischen dem einen Endab¬ schnitt des Hohlzylinders 6 und der Kupplung 9 ist eine Feder 7 angeordnet, mittels derer die Kupplung 9 an die Kupplungsscheibe 10 gedrückt werden kann. Die Kupplung 9 ist in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem Ende des Hohlzylinders 6 verbunden, damit das erforderliche Drehmoment von der Kupplungsscheibe 10 über die Kupplung 9 auf den Hohlzylinder 6 übertragen werden kann. Mittels eines mit dem Stellhebel 29 ver¬ bundenen als Stift 41 ausgebildeten Stellglieds kann die Kupplung 9 außer Wirkeingriff von der Kupplungs¬ scheibe 10 gebracht werden.

Die Ritzelscheibe 26 der ersten Stirnradstufe 23 des

Getriebes 21 ist fest mit der Achse 3 verbunden. Sie trägt ein Ritzel 12, das bewirkt, daß der

Planetenträger 11 der zweiten Getriebestufe, die als

Planetengetriebe 22 ausgebildet ist, mit erhöhter Drehzahl in Gegenrichtung zum Hohlzylinder 6 angetrieben wird. Der Planetenträger 11 der zweiten Getriebestufe trägt ein weiteres Ritzel 12, das hier als Planetenrad wirkt und treibt ein Sonnenrad 13 der dritten Getriebestufe - wieder als Planetengetriebe - an. Das Sonnenrad 13 ist mit dem Rotor 68 verbunden. Der Rotor 68 ist mittels eines Lagers 69 auf der Achse 3 gelagert. Beispielhaft ist hier der Rotor 68 als Magnetrotor dargestellt, der in einem Weicheisenmantel den Magnetrotor 15 trägt und um eine feste Spulenanordnung 16 rotiert.

Das Lager 8 hat für den Hohlzylinder 6 eine reine Führungsaufgabe. Kraftschluß ist nicht erforderlich. Im ausgekuppelten Zustand stehen der Hohlzylinder 6 und der Magnetrotor 15 relativ zur Achse 3 still. Im eingekuppelten Zustand läuft der Hohlzylinder 6 dann mit der Drehzahl des Nabenkörpers 1. Das erreichbare Übersetzungsverhältnis wird bei gleichen Verzahnungs- verhältnissen gegenüber der in DE 91 10 953 Ul beschriebenen Nabenlichtmaschine um eins verringert. Die relativ langsamen Planetenträger 11 der zweiten Getriebestufe und dritten Getriebestufe können mit Gleitlagern auf einer gehärteten und geschliffenen Laufbuchse 71 laufen, die ihrerseits fest auf die Achse 3 aufgepreßt ist. Diese Laufbuchse 71 bewirkt auch einen definierten Abstand des Lagers 8 vom Lager 69. Zweckmäßig ist es, die Lager 8, 69 als Rillenkugellager auszubilden.

Im eingeschalteten Zustand, d. h. , wenn elektrischer Strom erzeugt werden soll, läuft der Hohlzylinder 6 synchron zum Nabenkörper 1. Wird die Ritzelscheibe 26 auf der Achse 3 festgehalten, so läuft der Magnetrotor 15 mit ca. der 20-fachen Nabendrehzahl in Gegenrichtung. Für diesen Zustand wäre es möglich, den

Hohlzylinder 6 fest mit dem Nabenkörper 1 zu verbinden, was zu einer noch steiferen und einfacheren Bauform führen würde.

Im ausgeschaltetem Zustand soll die Nabe den Leichtlauf von anderen hochwertigen Vorderrad-Naben erreichen. Das ist nur möglich, wenn das Rotor/Stator-Induktionssystem 19 dann keinen Strom erzeugt und das Getriebe 21 keine Leerlaufleistung aufnimmt. Dieser Zustand kann erreicht werden, wenn die Verbindung der Ritzelscheibe 26 der ersten Stirnradstufe 23 des Getriebes 21 von der Achse 3 gelöst wird. Sitzen das Rotor/Stator-Induktionssystem 19 mit dem Getriebe 21 auf einer gemeinsamen, drehbar auf der Achse 3 angeordneten Hülse, so würde diese Hülse im ausgeschalteten Zustand synchron zum Naben¬ körper 1 umlaufen und die oben beschriebenen Bedingungen wären idealtypisch erreicht. Allerdings wäre in diesem Fall die Stromabnahme aus der Induktionsspule über Schleifringe zu realisieren und außerdem würde sich eine gewisse Lagerreibung der Hülse auf der Achse 3 ergeben.

Ferner ist es von Vorteil, die erforderlichen Schaltkräfte der Ein/Aus-Schaltung zu vermindern, die über den Stift 41 übertragen werden. Das wird erreicht durch Einsatz einer fest vorgespannten Rutschkupplung, die als Überlastungsschutz nur ein maximales und definiertes Drehmoment übertragen kann und getrennt ist von der Kupplung 9, bei der z. B. zur Ein/Aus-Schaltung eine sägezahnförmige Verzahnung über den Stift 41 in Eingriff gebracht werden kann. Es gibt eine sehr große Vielfalt von Möglichkeiten, eine Rutschkupplung zu plazieren. Es lassen sich hierbei vier Gruppen unterscheiden: Entweder wird die Rutsch¬ kupplung am Hohlzylinder 6 integriert, dann rotiert sie im eingeschalteten Betriebszustand und steht im

ausgeschalteten. Oder die Rutschkupplung wird im Nabenkörper 1 angeordnet, was hier einzubringende Nuten erfordert, mit dem Nachteil, daß Feuchtigkeit einfacher ins Nabeninnere gelangen kann. Hier rotiert die Rutschkupplung immer während der Fahrt. Die dritte grundsätzliche Möglichkeit ist, die Rutschkupplung an der Ritzelscheibe 26 zu positionieren. Hier rotiert sie im ausgeschalteten Zustand und steht im einge¬ schalteten. Eine weitere vierte Möglichkeit der Anordnung einer Rutschkupplung ist in der in Fig. 2 dargestellten Nabenlichtmaschine 51 vorgesehen.

Die Rustschkupplung 33 ist im Lagerkörper 32a integriert. Die Kupplungsscheibe 10 liegt zwischen gegen Verdrehen gesicherten Kupplungsbelägen 34, die mit Hilfe einer Tellerfeder 35 definiert zusammenge¬ drückt werden. Bei Überschreiten eines definierten Drehmomentes rutscht die Kupplungsscheibe 10 durch. An dem Innendurchmesser der Kupplungsscheibe 10 sind Lappen vorgesehen, die formschlüssig in Längsnuten eines Stellrings 36 eingreifen. Der Stellring 36 ist buchsenförmig ausgebildet und auf der Achse 3 angeordnet und wird mittels einer Druckfeder 37 gegen den Stift 41 gedrückt. Die Ritzelscheibe 26 weist an ihrem Innendurchmesser eine Verzahnung 38 auf, die mit einer Verzahnung 39 des Stellrings 36 in Eingriff gebracht werden kann. Hierdurch wird die Ritzelscheibe 26 relativ zur Achse 3 festgehalten, so daß die Stromerzeugung aufgenommen werden kann.

Die Spulenanordnung 16 ist über ein nicht magnetisches

Klemmstück 40, das buchsenförmig ausgebildet und auf der Achse 3 angeordnet ist, fest auf den Lagerkörper

32b aufgeschraubt Hierdurch besteht die Möglickeit einer festen Steckverbindung für die Stromabnahme. Das

Lager 2 des Lagerkörpers 32b ist an seinem Außenring als Loslager gestaltet. Das andere Lager 2 des Lager-

körpers 32a ist dagegen als Festlager angeordnet. Der Magnetrotor 15 ist über zwei durch eine Feder 17 vor¬ gespannte Axiallager 20 geführt, die außerhalb des Induktionsbereiches des Magnetrotors 15 liegen, um elektrische Verluste zu vermeiden. Durch diese Feder- verspannung wird auch für die Lager 2 eine Spielfrei¬ heit erreicht. Die Ritzelscheibe 26 überträgt keine Leistung mehr, wenn die Kurvenscheibe den Stift 41 freigibt und die Druckfeder 37 den Stellring 36 nach rechts auf der Verzahnung drückt. Da die Spulenanord¬ nung 16 relativ zur Achse 3 steht, wird auch der Magnetrotor 15 im ausgeschalteten Zustand relativ zur Achse 3 zur Ruhe kommen, so daß keine Feldlinien mehr geschnitten werden. Da der Hohlzylinder 6 mit der Drehzahl des Nabenkörpers 1 rotiert, ergibt sich, daß die Ritzelscheibe 26 nicht ganz mit Nabendrehzahl rotiert, sondern bei ca. 20 Nabenumdrehungen um eine Umdrehung zurückbleibt. Die Zahnräder des Getriebes 21 bewegen sich also im Leerlauf und ohne Leistungsauf- nähme ganz langsam, was zu einer vernachlässigbar geringen Verlustleistung führt. Wenn der Stift 41 in seiner rechten Endlage ist, ist die Druckfeder 37 vollkommen entspannt, die Verzahnung außer Eingriff und die Ritzelscheibe 26 vollkommen frei.

Die Laufbuchse 71 ist über ein Linksgewinde auf die

Achse 3 aufgeschraubt. Damit wird sichergestellt, daß sich die Laufbuchse 71 während des Betriebes nicht lockert. Die Lagerung der Planetenträger 11 auf der Laufbuchse 71 erfolgt aus Sicherheitsgründen.

Die Achse 3 ist in den Lagerkörper 32a mit Linksgewinde und in den Lagerkörper 32b mit Rechtsge¬ winde eingeschraubt. Die Lagerkörper 32a, 32b haben an ihren Innenbohrungen 24 Ausnehmungen 25 für Innensechskantschlüssel, mit denen die Nabe sehr einfach geöffnet werden kann.

Die Magnete 28 an der linken Stirnseite des Nabenkör¬ pers 1 dienen als Impulsgeber für die Drehzahl, d. h. für die Fahrgeschwindigkeit. Das führt zu einem besonders kurzen Leitungsdraht in der Steckerscheibe 30, von wo über einen serienmäßigen Westernstecker Strom und Signale abgenommen werden. Der Westernstecker ist so ausgelegt, daß auch ein häufiges Öffnen und Schließen nicht zur

Funktionsbeeinträchtigungen führt.

Der Nabenkörper 1 ist im Bereich des Magnetrotors 15 hinterdreht, um einen maximal großen Magnetrotor 15 verwenden zu können und trotzdem einen ausreichenden Spalt 31 sicherzustellen.

Fig. 3 zeigt eine Nabenlichtmaschine 52 mit einem als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebe 21, das sich für die verschiedensten Einsatzbereiche eignet, bei denen eine Umwandlung einer langsamen Drehzahl in eine schnelle Drehzahl mit einem integriertem Schutz gegen Überlastung gewünscht wird.

Die Achse 3 der Radnabe ist in bekannter Weise mittels als Rillenkugellagern ausgebildeten Lagern 2 in dem Nabenkörper 1 gelagert. Die Lager 2 sind in der Ebene des Anschlusses der nicht näher dargestellten Speichen an den Nabenkörper 1 angeordnet. Das an den dem Stell¬ hebel 29 für die Betätigung der noch zu beschreibenden Kupplung abgewandten Endabschnitt des Nabengehäuses 1 befindliche Lager 2 ist auf einer Steckermutter 4 angeordnet, die mittels Nadelrollen 62 auf der Achse 3 abgestützt ist. Eine weitere Nadelrolle 63 ist im Bereich des Stromabnehmers vorgesehen. Das Lager 2 ist mittels eines Steckerarmes 49 auf der Steckermutter 4 gehalten. Eine auf der Achse 3 verschraubbare Abschlußmutter 61 hält den Steckerarm 49 unter

Zwischenlage einer Isolierscheibe 60 in seiner Position. An dem Steckerarm 49 ist ferner der äußere Stromabnehmer ausgebildet. Gehäuseinnenseitig ist im Bereich der Nadelrolle 63 eine Zehnerdiode 77 vorge- sehen.

Die Steckermutter 4 liegt an einer Isolierscheibe 66 an, die auf der Spulenbuchse 64 angeordnet ist und an dem Spulengehäuse anliegt. Neben der Spulenbuchse 64 befindet sich eine Druckbuchse 65, an der zwei Polfin¬ ger 67 des Spulengehäuses anliegen. Die Induktions¬ spule 58, die außen von den Polfingern 67 umfaßt wird, umgibt einen Eisenkern 59 der auf der Spulenbuchse 64 und der Druckbuchse 65 angeordnet ist. Die Druckbuchse 65 ist einseitig an einem Absatz der Achse 3 unter Zwischenlage einer Paßscheibe 76 abgestützt.

Während Eisenkern 59 und Induktionsspule 58 fest auf der Spulenbuchse 64 und der Druckbuchse 65 und damit auf der Achse 3 sitzen, ist der Magnetrotor 15 drehbar auf der Achse 3 gelagert. Hierzu sind in einer Nut der Achse 3 Kugeln 78 gelagert, die von einem Rotorring 42 umgeben sind. Der Rotorring 42 ist fest mit dem im Querschnitt allgemein U-förmigen Magnetrotor 15 ver- bunden, der die Induktionsspule 58 übergreift. Der Rotorring 42 ist einseitig auf einem Ritzelring 33 abgestützt, der das Rotorritzel 55 des Planeten¬ getriebes trägt. Die als Ritzel 56 ausgebildeten Planetenräder sind mit einem äußeren Hohlrad 75 mit Innenverzahnung in Eingriff, das in dem Nabenkörper 1 fest angeordnet ist.

Das dem Magnetrotor 15 abgewandte Ritzel 56 ist auf einer Ritzelscheibe 26 gelagert, die drehbar auf der Achse 3 gelagert ist. Hierzu ist auf der Achse 3 ein buchsenförmiges Druckstück 54 vorgesehen, auf dessen äußerer Umfangsflache in einer umlaufenden Nut Kugeln

78 angeordnet sind. Das Druckstück 54 mit Ritzel¬ scheibe 26 stützt sich über eine Tellerfeder 35 und eine Paßscheibe 76 an dem ersten Planetenträger 11 ab. An der anderen Seite des Druckstückes 54 ist eine wei- tere Paßscheibe 72 vorgesehen.

Die Tellerfeder 35 drückt die Ritzelscheibe 26 gegen einen Kupplungsring 74, der auf einer Kupplungsmutter 5 angeordnet ist. Durch Betätigung eines Stellhebels 29 wird eine Stellmutter 73 auf einem Gewinde gedreht und verschiebt über einen Stellring 45 Stifte 41 als Stellstifte, die an der Paßscheibe 72 anliegen und die Ritzelscheibe 26 außer Eingriff mit dem Kupplungsring 74 bringen.

Das im Bereich des Stellhebels 29 angeordnete Lager 2 befindet sich auf einem buchsenartigen Abschnitt der Kupplungsmutter 5 und ist auf dieser mit einem Seeger-Ring 48 und am Nabengehäuse 1 mittels zweier Sprengringe 46 gehalten. An dem Seeger-Ring 48 liegt die Stellscheibe 44 an. Die Stellmutter 73 und der Stellhebel 29 sind mittels einer auf die Achse 3 auf¬ geschraubten Abschlußmutter 61 befestigt.

Bei dem beschriebenen Planetengetriebe wird der gewünschte Überlastungsschutz dadurch erreicht, daß das Hohlrad 75 fest mit dem Nabenkörper 1 verbunden ist und die Ritzelscheibe 26 durch die axiale Bewegung gegen einen zur Achse 3 auf der Kupplungsmutter 5 auf- gebrachten Kupplungsring 74 durch Tellerfedern 35 über ein Druckstück 54 gepreßt und hierdurch relativ zur Achse 3 festgehalten wird. Der Magnetrotor 15 weist bei der dargestellten dreistufigen Getriebeausführung in allen Stufen gleiche Hohl- und Sonnenraddurch esser auf und wird auf eine in Gegenrichtung wirkende,

bezogen auf den Nabenkörper 1 i-fache Drehzahl gebracht, wobei gilt

Die Leistungsaufnahme des Planetengetriebes wird begrenzt durch die in der Kupplung wirkenden Reibungs- kräfte. Werden die durch Reibungsbeiwerte des Kupplungsringes 74 seines Gegenstückes, der Ritzel¬ scheibe 26, und der Kräfte der Tellerfedern 35 aufge¬ brachten Reibungskräfte überschritten, rutscht die Kupplung durch und schützt somit das Planetengetriebe vor höherer Belastung.

Wird die Kupplung durch Verschieben des Druckstückes 54 gegen die Kraft der Tellerfedern 35 gelöst, so rotiert die Ritzelscheibe 26 bei i-Umdrehungen des Nabenkörpers 1 um i - 1 Umdrehungen praktisch ohne Leistungsaufnahme in Richtung des Nabenkörpers 1, wenn angenommen wird, daß das Rotorritzel 55 als Sonnenrad relativ zur Achse 3 stillsteht. Rotiert bei abgeschalteter Lichtmaschine der Magnetrotor 15 synchron zum Nabenkörper 1, sind alle die Planetenräder darstellenden Ritzel 56 und die Ritzel¬ scheibe 26 als Steg relativ zum Nabenkörper 1 in Ruhe und die Leistungsaufnahme des Planetengetriebes « ist auf die Leerlaufleistung der auf der Achse 3 laufenden Getriebelager begrenzt, also praktisch null.