Welche verschiedenen Freilaufmechanismen wurden entwickelt und / oder hergestellt? (muss nicht unbedingt gemacht worden sein!)

Ein guter Beitrag enthält:

• Eine Beschreibung des Entwurfs, idealerweise mit Bildern oder technischen Zeichnungen
• Firmen, die das Design verwendet haben oder die es erstellt haben
• Vorteile und Nachteile
• Originaldesign / inkrementelle Verbesserungen, die aufgetreten sind

Bisher bekannte Designs (die mit einem Beitrag verknüpft sind):

• Standard-Sperrklinke und Ratsche (und Varianten)
• Sternratsche (DT Swiss / Chris King)
• Klemmkupplung (Onyx)
• Rollenlagerkupplung (True Precision Stealth, Shimano Silent)
• 'Cam plate design' (American Classic) möglicherweise eine Kombination aus Sperrklinke / Ratsche und Sternratsche.

Ich werde versuchen, Entwürfe auszufüllen, von denen ich weiß, aber ich kann gerne eine Antwort posten, wenn ich das noch nicht getan habe. Sie können auch gerne eine Antwort für ein Design posten, das hier nicht aufgeführt ist! Und liefern Sie zusätzliche Informationen für bereits veröffentlichte Designs!

Standardausführung mit Sperrklinke und Ratsche

Diese Konstruktion ist bei Fahrradfreiläufern bei weitem die häufigste und daher die kostengünstigste.

Mechanismus

In seiner einfachsten Form besteht dieses Design aus einer gezahnten Oberfläche und einer Sperrklinke (einem Hebel, der an der gezahnten Oberfläche angreift und nur eine Bewegung in eine Richtung zulässt).

Bei einem Fahrrad ist diese Konstruktion normalerweise umgekehrt, die Sperrklinken befinden sich am Freilaufkörper und greifen in eine gezahnte Oberfläche an der Innenwand der Nabe ein.

Eine grundlegende Animation des Mechanismus in Aktion finden Sie hier . Bei dieser Konstruktion müssen die Sperrklinken mit einer gewissen Spannung beaufschlagt werden, um sie ständig nach außen in den Körper der Nabe zu drücken. (Dies ist auch der Grund für das Summen oder Klicken bei dieser Konstruktion, da die Sperrklinken über die Zähne auf der Ratschenoberfläche gedrückt werden.) Dies wird normalerweise durch Blattfedern, kleine Schraubenfedern und / oder einen Metallring erreicht.

Dieses Design verwendet Blattfedern

Sprungfedern

technische Zeichnung eines Mechanismus unter Verwendung eines Metallrings

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• Allgemein und preiswert
• Servicefreundlich

Nachteile

• Geringeres Maß an (schnellerem) Engagement, das durch körperliche Einschränkungen begrenzt ist. Ein geringerer Eingriffsgrad erfordert kleinere Kontaktflächen der Zähne und Klinken, die schwächer werden / sich schneller abnutzen können. (siehe unten für einige clevere Workarounds)
• Anfällig für Ausfälle durch abschwächende Federn oder Fettverdickung mit Kälte / Alter ("nichts passiert, wenn ich in die Pedale tritt")
• In der einfachsten Ausführung ein relativ hohes Maß an (langsamem) Engagement
• Zum Tragen anfällig, da Zähne und Klinken ständig in Kontakt sind

Variationen

Viele Konstruktionen verwenden mehr als einen Eingriffszahn pro Klinke, wodurch kleinere Zähne und mehr Eingriffspunkte (geringerer Eingriffsgrad) möglich sind. Diese kleinen Zähne sind anfälliger für Verschleiß. Halo Supadrive verwendet 120 Eingriffspunkte für 3-Grad-Eingriff

Halo Supadrive mit 120 Eingriffspunkten

Das Double Time-Design von SRAM verwendet vier Sperrklinken in entgegengesetzten Paaren. Die Paare sind geringfügig versetzt, sodass immer nur ein Paar einrastet. Bei einem 7-Grad-Eingriff weist die 26-Zahn-Ratsche jedoch 52 Eingriffspunkte auf.

American Classic Cam Plate Design

Der vollständige Name lautet "Six Pawl Cam Actuated Engagement System". Diese Konstruktion ist eine der komplizierteren, bietet jedoch laut American Classic einen stärkeren Freilauf mit relativ geringem Widerstand und bewirkt, dass alle 6 Doppelzahnklinken gleichzeitig mit hoher Präzision einrasten.

Mechanismus

Der Eingriff dieses Mechanismus besteht aus mehreren Teilen, die in der Reihenfolge der Betätigung von der Kette / dem Zahnrad aufgelistet sind:

• Drahtfeder im Freilaufkörper greift in die ..
• Nockenscheibe in der Nabe, die in die ..
• Sperrklinken im Nabenkörper, die den Freilauf am Nabenkörper arretieren

Die Drahtfeder liegt auf der Nabenseite des Freilaufkörpers in einer umlaufenden Spur auf:

Dieser Draht bewegt sich entlang der Zähne der Kurvenscheibe als Radfreilauf. Wenn die Pedale mit Strom versorgt werden, erzwingt dieser Draht eine Bewegung der Kurvenscheibe im Uhrzeigersinn

gezeigt mit einer entfernten Sperrklinke und Sperrklinken in eingerückter Position

Diese Bewegung im Uhrzeigersinn zwingt die Sperrklinken, sich nach innen zu bewegen und in den Freilaufkörper einzugreifen, wodurch ein Eingriff geschaffen wird.

Dieses Video unten zeigt die Wirkung der Kurvenscheibe, der Schraubendreher wirkt als Drahtfeder. Dies ist ein weiteres hilfreiches Video, in dem Designer Bill Shook den Mechanismus erklärt. Bei ~ 0: 33 sehen Sie den gesamten Mechanismus im Cutaway.

Sobald sich der Freilauf langsamer als das Rad bewegt, bewegt der Freilaufkörper selbst die Sperrklinken zurück in ihren eingefahrenen Zustand sowie die Nockenscheibe.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• Niedriger Widerstand, die einzigen Dinge, die in Kontakt sind, sind die Nockenplatte und die Drahtfeder
• Da dies die einzigen Teile sind, die in ständigem Kontakt stehen, sind die Ersatzteile minimal
• Robust, da die Kontaktflächen relativ groß sind
• Feuerzeug? besonders für seine Stärke. Ein Teil der Konstruktionsziele bestand darin, den Freilaufkörper / die Kontaktfläche und die Sperrklinken aus Aluminium herzustellen, obwohl ich hier keine Nummern habe

Nachteile

• Unabhängig davon, ob dies mit den Produktionskosten zusammenhängt oder nicht, sind diese nur auf Am Classic-Rädern erhältlich und diese Räder sind im Allgemeinen teuer. Daher ist die Anschaffung eines Radsatzes mit dieser Konstruktion teuer.
• Relativ geringer Eingriff - 24 Punkte bedeuten 360/24 = 15 Grad Eingriff

Sternratsche und Variationen

Dieses Design in seiner einfachsten Form wird von DT Swiss verwendet. Diese Konstruktion enthält leicht austauschbare Ratschenplatten, die den zusätzlichen Vorteil bieten, dass jedes Drehmoment von einem Eingriffspunkt übertragen wird. Eine kompliziertere Variante wird in Chris King-Hubs verwendet.

Mechanismus - DT Swiss

1. Endstück 2. Lager 3. Gewindering 4. Achse 5. Kegelfeder 6. Sternratsche 7. Rotorkörper

Das DT Swiss-System besteht aus zwei gegenüberliegenden Ratschenplatten, die sich im Nabenkörper und im Freilauf befinden. Diese werden durch ein Paar konischer Federn gegeneinander gehalten. Wenn der Fahrer in die Pedale tritt, greifen die Zähne ein, wenn die Freilaufratschenplatte über die Keile entlang ihres Umfangs gedreht wird. Dies überträgt Kraft auf die Ratschenplatte in der Nabe und diese überträgt wiederum Kraft auf die Nabe über die Keile entlang ihres Umfangs.

Es gibt eine sehr einfache Animation hier , das zeigt die Wirkung der Sperrplatten.

Aufrüstung und Wartung

Einer der größten Vorteile dieses Systems ist die einfache Aufrüstung, der Austausch oder die Wartung der Ratschenplatten. Dies ist eigentlich eine werkzeuglose Reparatur! Zu den grundlegendsten DT Swiss-Naben gehört eine 18-Tonnen-Ratschenplatte mit 20-Grad-Eingriff. Dies kann auf eine 36t (10deg) oder sogar eine 54t Platte (6,67deg) aufgerüstet werden. Dies kann durchgeführt werden, um DT-Räder am unteren Ende abzusenken, so dass es möglich ist, ein billigeres Rad zu nehmen und auf Wunsch einen viel höheren Eingriff zu erzielen. Dies ermöglicht auch das Ersetzen aller Kontaktflächen (abgesehen von den Keilen in der Nabe, bei denen es unwahrscheinlich ist, dass sie sich abnutzen oder abstreifen), um die Lebensdauer der Naben zu verlängern.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• Alle Kontaktpunkte übertragen immer Drehmoment
• Servicefreundlich und Verschleißteile einfach austauschbar

Nachteile

• Hoher Kontakt führt zu höherem Verschleiß zwischen den Kontaktflächen
• Die Platten werden durch eine Feder zusammengeschoben, nicht durch das Drehmoment des Fahrers, sodass sie mit größerer Wahrscheinlichkeit überspringen, wenn mehr Drehmoment aufgebracht wird (im Gegensatz zu Am Classic und Chris King), obwohl ich persönlich noch nie davon gehört habe.
• Relativ geringer Eingriff für viele Räder

Variationen - Chris King

Dies ist wieder eine der komplizierteren Konstruktionen des Freilaufmechanismus. Im Kern handelt es sich um ein Sternratschensystem. Es gibt ein paar wesentliche Unterschiede:

• Beide Ratschen befinden sich in der Nabe, so dass sie größer sind
• Die Antriebsplatte (diejenige, die auf den Freilaufkörper abgestimmt ist) ist die am weitesten davon entfernte
• Die Antriebsplatte ist gefedert, während die andere im Freilaufkörper befestigt ist
• der "Ringantrieb" -Mechanismus, der die beiden Platten unter Drehmoment zusammenpresst

1. Feder 2. Antriebsplatte 3. Fixierte Platte

links: Antriebsplatte, rechts: feste Platte

Was dies wirklich auszeichnet, ist der Ringantriebsmechanismus. Dies geschieht über schraubenförmige Nuten am Freilaufkörper, die in die Mitnehmerscheibe eingreifen. Wenn ein Drehmoment auf den Freilauf ausgeübt wird, werden die beiden Platten zusammengedrückt. Wenn mehr Drehmoment aufgebracht wird, werden die Platten stärker zusammengedrückt, wodurch ein Verrutschen oder Überspringen effektiv vermieden wird.

Antriebsring oben mit schraubenförmigen Nuten dargestellt

Viele Leute würden wahrscheinlich sagen, dass Chris King-Naben zu viel des Guten sind - sie sind extrem gut verarbeitet und verwenden viele Lager, die zu ihrer Langlebigkeit beitragen sollten (und die Kopfschmerzen Ihres Mechanikers). Bei 72 Eingriffspunkten (5 Grad) können sie ungefähr so ​​schnell einrasten wie jede andere Nabe da draußen. Da die Platten durch das Drehmoment des Fahrers zusammengedrückt werden, kann die Feder schwächer sein, was weniger Widerstand / Verschleiß verursacht und die Zähne können kleiner sein, ohne dass sie sich ablösen (schnellerer Eingriff). Das Kosten-Nutzen-Verhältnis ist für viele Menschen schwer zu rechtfertigen, aber wenn Sie sich wohl fühlen, wenn Sie eine gut ausgebaute Nabe an Ihrem Fahrrad haben, ist es schwer, es besser zu machen als Chris King.

Klemmkupplung

Die Freilaufkupplung existiert seit einiger Zeit in industriellen Anwendungen: Sie wird in Motorrädern, Hubschraubern, Flugzeugen, Kraftfahrzeuggetrieben und anderen verwendet. Soweit ich weiß, ist Onyx das einzige Unternehmen, das es an Fahrradnaben anbietet. Klemmkupplungen bieten einen geringen Rollwiderstand und ein praktisch sofortiges Einrücken. Sie sind auch zuverlässig und langlebig, was jedoch auf Kosten von Gewicht und Kosten gehen kann.

Mechanismus

Auf den ersten Blick kann eine Klemmkörperkupplung einem Patronenlager sehr ähnlich sehen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass anstelle von runden Kugellagern nockenförmige Vorsprünge zwischen den Laufringen vorhanden sind, die eine Bewegung in die eine und eine Bindung in die andere Richtung ermöglichen. Diese werden von einer Metallklammer in konstanter Spannung gehalten.

Da dieser Kupplungstyp viele industrielle Anwendungen hat, gibt es eine gute Anzahl hilfreicher Videos, die erklären, wie er funktioniert, wie dieser und dieser (überspringen auf 37 Sekunden, um das Marketing zu überspringen).

Onyx integriert dieses Design auf relativ einfache Weise. Die Nocken ruhen zwischen dem Nabengehäuse und einer bearbeiteten Oberfläche, die sich vom Freilaufkörper in die Nabe erstreckt.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• 0 Grad Engagement (sofort)
• hohe Drehmomente aushalten können
• Niedrigste Reibung eines Freilaufsystems (laut Onyx und einer Studie der Duke University)
• sehr wartungsarm

Nachteile

• wie immer kosten
• Gewicht - da die Kontaktflächen aus Gründen der Haltbarkeit aus Stahl sein müssen. Kürzlich sind sie zu einem zweiteiligen Freilaufkörper mit einem Aluminium-Zahnradträger übergegangen, um das Gewicht zu reduzieren (siehe Abbildung oben).