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Übersetzungsgetriebe, insbesondere für Nabendynamomaschinen
Die Erfindung hat ein Übersetzungsgetriebe, insbesondere für Nabendynamomaschinen, zum Gegenstand, das mit mehreren zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil ein geschalteten, nach Art von Axialdruckkugellagern gebildeten Getriebestufen ausgestattet ist, deren axialer Reibungsdruck in Abhängigkeit vom Widerstandsmoment des getriebenen Teiles durch eine die Getriebeteile unter axialem Druck setzende Schraubverbindung aufgebracht wird. Bei diesen bekannten Übersetzungsgetrieben stützen sich die Teile der Schraubverbindung zum Teil an den Getriebelagern bzw. an dem Getriebegehäuse ab, wodurch unnötige Reibungsverluste entstehen und der Bau von besonderen Achsdrucklagern erforderlich wird.
Diesen bekannten Getrieben gegenüber liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die Getriebestu'fen zu einer druckschlüssigen Einheit zusammenzuschliessen, die frei von axialen Lagerdrücken mit geringstem Reibungsverlust umläuft.
Dieser Gedanke wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die in Abhängigkeit vom getriebenen Teil, z. B. dem Dynamoanker, gestellten, ineinandergreifenden Gewindeträger der Schraubverbindung an den Getriebegliedern der ersten und letzten Getriebestufe in einander entgegengesetzten Druckrichtungen angreifen und ihre Spanndrücke auf die Getriebeglieder aller dazwischenliegenden Getriebestufen im einander entgegenwirkenden Sinne übertragen, derart, dass alle Getriebeglieder zusammen mit den beiden Gewindeträgern eine in sich geschlossene Einheit bilden, die frei von axialen Lagerdrücken umläuft.
Eine derartige Anordnung der beiden Gewindeträger der Schraubverbindung ist insbesondere bei jenen Getrieben von Vorteil, bei denen es sich um die Erzielung hoher Geschwindigkeiten bei geringen Drehmomenten handelt und bei denen das Übersetzungsverhältnis gleich bleibt, obgleich das Drehmoment des treibenden Teiles starken Schwankungen unterworfen ist, wie dies insbesondere bei Nabendynamomaschinen der Fahrräder zutrifft. An Stelle eines Schraubengewindes können auch schraubenförmig verlaufende Druckflächen an den Kugellagerkäfigen vorgesehen sein, welche die axiale Druckbeaufschlagung der Kugeln in einander entgegengesetzten Richtungen bewirken. Derartige Kugelkäfige werden von dem Aussen-oder Innenring der im Übersetzungs- sinne vorne liegenden Getriebestufe oder von dem Ein-und Ausschaltorgan des Getriebes getragen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann den beiden Gewindeträgern der Schraubverbindung eine Feder zugeordnet sein, welche mit den Getriebegliedern in kraftschlüssiger Verbindung steht und sie in ihrer Wirkung unterstützt. Diese Feder hat den Zweck, den toten Gang der beiden Gewindeträger auszuschalten und die Getriebeglieder aller Getriebestufen in steter Druckfühlung zu halten.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in zwei beispielsweisen Ausführungsformen im Längsschnitt durch die Radnabe schematisch dargestellt. Die Fig. 3 zeigt einen Wälzkörperkranz mit dem Führungskäfig in schematischer Darstellung.
Das in der Fig. 1 der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiel eines Übersetzungsgetriebes besteht aus zwei Getriebestufen, deren Wälzkörperkränze um eine feststehende Achse 1 umlaufen und durch die Nabe 2 eines Antriebsrades 2a angetrieben werden. In der Nabe 2 sitzt eine Hülse 3 fest, die mit den äusseren Laufflächen 4 und 5 für die Wälzkörperkränze 6 und 7 ausgestattet ist. Die innere Lauffläche 8 für den Wälzkörperkranz 6 der ersten Getriebestufe ist an einem Laufring 9 vorgesehen, der gleichzeitig auch als Käfig 10 für die Wälzkörper 7 der zweiten Getriebestufe ausgebildet ist. Diese Getriebestufe besitzt einen die Lauffläche 11 für die Wälzkörper 7 aufweisenden Laufring 12, der mit einem Gewinde 13 auf eine dem getriebenen Teil 14 als Nabe dienende Lagerhülse 15 aufgeschraubt ist.
Die Lagerhülse 15 trägt an ihrem einen Ende noch den inneren Laufring 16 eines Kugellagers 17, an dem sich der Innenring 9 der ersten Getriebestufe abstützt. Die Wälzkörperlager 6, 7 beider Getriebestufen sind als Axialdrucklager ausgebildet und demgemäss mit schräggestellten, gegeneinander gerichteten Laufflächen versehen. Die schrägen Laufflächen 4 und 8 des einen Wälzlagers 6 und die Laufflächen 5, 11 des anderen Wälzlagers 7, die den ersteren entgegengesetzt geneigt sind, werden durch die miteinander verschraubten Teile 12 und 13 gegen die Wälzkörperkränze 6 und 7 unter Druck gesetzt. Der verschraubbare Laufring 12 kann gegebenenfalls unter den Druck einer sich am getriebenen Teil 14 abstützende Feder gesetzt
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werden, wodurch ein gewisser Anfangsanpress- druck in den Getriebestufen aufrechterhalten wird.
Der Wälzkörperkäfig 18 der ersten Ge- triebestufe ist auf der feststehenden Achse 1 befestigt und durch einen Keil gegen Drehung ge- sichert, wogegen der äussere Laufring 3 beider
Getriebestufen durch die Nabe 2 des Antriebs- rades 2 a in Drehung versetzt wird. Der Lauf- ring 3 überträgt seine Drehbewegung mittels der Wälzkörper 6 in beschleunigtem Sinne auf den inneren Laufring 9 des Wälzkörperlagers, der seinerseits diese Drehbewegung dem Wälzkörperkranz 7 der zweiten Getriebestufe mittels des
Käfigs 10 mitteilt. Die dadurch umlaufenden
Wälzkugeln 7 erhalten nun durch das Abrollen an der im entgegengesetzten Sinne umlaufenden
Lauffläche 5 eine erhöhte Umlaufgeschwindigkeit und treiben dadurch den Innenring 12 samt dem getriebenen Teil 14, z.
B. ein Zahnrad, im Ge- samtübersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes an. Der getriebene Teil 14 bringt nun ein gewisses Widerstandsmoment auf, das sich in einer dem Drehsinn des Innenringes 12 der jeweils letzten Getriebestufe entgegengesetzten Richtung auswirkt. Der Verlauf und der Grad der Steigung des Gewindes ist nun so gewählt, dass der getriebene Teil 14 infolge seines Widerstandsmomentes bei Beginn der Drehung des Getriebes den Innenring 12 der letzten Getriebestufe gegen seinen Wälzkörperkranz 7 schraubt.
Da sich diese Schraubbewegung gleichzeitig jedoch in entgegengesetzter Richtung auch auf den mit der Lagerhülse 15 in axialer Richtung druckschlüssig verbundenen Innenring 9 der ersten Getriebestufe überträgt, werden die Laufflächen beider Getriebestufen im Ausmasse des gegebenen Widerstandsmomentes des getriebenen Teiles und der Antriebskraft des treibenden Teiles an die Wälzkörperkränze 6, 7 angepresst. Auf diese Weise wird ein einwandfreier, den gegebenen Übersetzungsverhältnissen entsprechender Reibungsdruck in den einzelnen Getriebestufen erzielt, der vollständig unabhängig vom Belastungsdruck der Radachse aufgebracht wird.
Die Anwendungsmöglichkeiten der in axialer Richtung druckübertragenden schiefen Rollbahn für die Wälzkörper sind mannigfaltig. Ein Ausführungsbeispiel eines mit drei Getriebestufen ausgestatteten Übersetzungsgetriebes für Nabendynamomaschinen ist in Fig. 2 der Zeichnung in Längsschnitt veranschaulicht.
In der Radnabe 2 sitzt die in diesem Falle drei Laufflächen 4, 5 und 19 aufweisende Hülse 3 fest.
Die Wälzkörperkränze 6 und 7 werden durch die Innenringe 9 und 12 unter Druck gesetzt, die miteinander durch das Gewinde 13 und die Lagerhülse 15 in druckschlüssiger Verbindung stehen.
Der Käfig 18 des Wälzkörperkranzes 6 ist auf dem einen (1 b) von den beiden die Radachse bildenden Achsstummeln 1 a, 1 b mittels eines Kugelkranzes 20 frei drehbar gelagert und als Innenring 21 für einen als erste Getriebestufe dienenden Wälzkörperkranz 22 ausgebildet. In diesen Wälzkörperkranz greift ein Käfigring 23 ein, der auf dem Radachsenstummel 1 b lose drehbar sitzt und in besonders vorteilhafter Weise durch eine mit einem Schalthebel 24 versehene, am Achsstummel 1 b sitzende Schraubenmutter 25 festklemmbar ist. Dieser Käfigring 23 besitzt, wie die Fig. 3 der Zeichnung zeigt, für jede Kugel bzw. für jeden Wälzkörper des Wälzkörperkranzes 22 einen im Winkel zur Drehrichtung gestellten Führungszahn 26.
Damit in diesem Falle keine axial einseitige Belastung des Getriebes eintritt, sind die Führungszähne 26 des Käfigringes 23, wie die Fig. 3 der Zeichnung zeigt, abwechselnd nach rechts und nach links gerichtet, so dass der Käfigring 23 eine Anzahl von Kugeln von rechts und eine gleich grosse Anzahl Kugeln von links druckbeaufschlagt, wenn er auf dem Radachsenstummel 1 b mittels des Schalthebels 24 festgeklemmt wird. Es werden hiemit die durch den äusseren Laufring 3 in Drehung versetzten Wälzkörper 22 in der ersten Getriebestufe infolge der schrägen Käfigzähne 26 in axialer Richtung gegen die Laufflächen gedrückt und so unter dem erforderlichen Reibungsdruck im Umlauf gebracht. Der sich ergebende beschleunigte Umlauf des inneren Laufringes 21 wird mittels des Käfigs 18 auf die zweite Getriebestufe übertragen.
Die Übertragung der Drehbewegung von der zweiten auf die dritte Getriebestufe und von dieser schliesslich auf den getriebenen Teil 14, den Dynamoanker, erfolgt in der bereits beim ersten Ausführungsbeispiel erläuterten Weise.
Die Ausschaltung des Getriebes, d. h. das Still- setzen des Dynamoankers, erfolgt durch Lüften der Schraube 24, 25, so dass der Käfigring 23 frei umlaufen kann.
Da für eine grosse Übersetzung möglichst kleine Innenlaufringe notwendig sind, sind anstatt der Achse Achsstummeln vorgesehen, die mit einer Stahlseele verbunden werden.
Die Radnabe 2 stützt sich auf der Dynamoseite mittels eines Kugellagers 28 am zweiten Achsstummel 1 a ab. Beide in der Radgabel zu befestigende Achsstummeln 1 a und 1 b sind durch eine z. B. aus einem Stahldraht bestehende Seele 29 miteinander verbunden, die die zentrische Bohrung der beiden Achsstummeln durchsetzt und an beiden Enden durch einen Kopf 30 und eine Mutter 31 gesichert ist.
Es ist auch ohne weiteres möglich, zwischen den in Fig. 1 dargestellten beiden Getriebestufen eine oder mehrere, gemäss der ersten Getriebestufe der zweiten Ausführungsform ausgebildete Getriebestufen einzuschalten. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die axiale Druckbeaufschlagung der Wälzkörper nur einseitig aufzubringen, damit sich der in axialer Richtung wirkende Druck auch auf die nächsten Getriebestufen fortpflanzen kann.
Der Käfigring besitzt zu diesem Zweck Zähne mit nur nach einer Richtung schräg zur Drehrichtung verlaufenden Druckflächen, die die Wälzkörper unter einseitigem axialen Druck in ihre Laufflächen drücken.
Es kann auch der Käfig für einen Wälzkörperkranz aus zwei schraubengangförmig ineinander-
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greifenden Ringen gebildet sein, von denen der eine die schraubengangförmigen oder keilförmigen Druckflächen besitzt, der andere hingegen die Wälzkörper mit Spiel umgibt und mit dem einen Laufring der vorgeschalteten Getriebestufe zwangläufig verbunden ist. Durch Relativerdrehung der beiden Ringe wird der erforderliche Reibungsdruck im Ausmass des gegebenen Übersetzungsverhältnisses aufgebracht.
Der grosse Vorzug dieses Übersetzungsgetriebes liegt nicht zuletzt im einfachen, sich insbesondere für die Serienfabrikation eignenden Aufbau, in der Ausschaltung aller empfindlicher Teile und in der denkbar einfachen Ein-und Ausschaltung.
Das Übersetzungsgetriebe kann nicht nur für Nabendynamomaschinen Anwendung finden, sondern überall dort mit Vorteil eingebaut werden, wo es sich um die Erzielung hoher Geschwindigkeiten bei niedrigen Drehmomenten handelt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Übersetzungsgetriebe, insbesondere für Nabendynamomaschinen, mit mehreren zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil eingeschalteten, nach Art von Axialdruckkugellagern gebildeten Getriebestufen, deren axialer Reibungsdruck in Abhängigkeit vom Widerstandsmoment des getriebenen Teiles durch eine die Getriebeteile unter axialem Druck setzende Schraubverbindung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in Abhängigkeit vom getriebenen Teil,
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der Schraubverbindung an den Getriebegliedern der ersten und letzten Getriebestufe in einander entgegengesetzten Druckrichtungen angreifen und ihre Spanndrücke auf die Getriebeglieder aller dazwischenliegenden Getriebestufen im einander entgegenwirkenden Sinne übertragen, derart, dass alle Getriebeglieder zusammen mit den beiden Gewindeträgern eine in sich kraftschlüssige Einheit bilden,
die frei von axialen Lagerdrücken umläuft.
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Transmission gears, in particular for hub dynamo machines
The invention relates to a transmission gear, in particular for hub dynamo machines, which is equipped with several gear stages connected between the driving and the driven part, formed in the manner of thrust ball bearings, the axial friction pressure of which depends on the resistance torque of the driven part through a gear unit below axial pressure setting screw connection is applied. In these known transmission gears, the parts of the screw connection are partially supported on the gearbox bearings or on the gearbox housing, which results in unnecessary friction losses and the construction of special axle thrust bearings is required.
In contrast to these known transmissions, the invention is based on the idea of connecting the transmission stages together to form a pressure-locking unit which revolves free of axial bearing pressures with the least amount of friction loss.
This idea is achieved according to the invention in that the depending on the driven part, z. B. the dynamo armature, provided, interlocking threaded carrier of the screw connection on the gear members of the first and last gear stage attack in opposite pressure directions and transmit their clamping pressures to the gear members of all intermediate gear stages in a counteracting sense, so that all gear members together with the two thread carriers one Form a self-contained unit that rotates free of axial bearing pressures.
Such an arrangement of the two threaded supports of the screw connection is particularly advantageous in those gearboxes that aim to achieve high speeds with low torques and in which the transmission ratio remains the same, although the torque of the driving part is subject to strong fluctuations, such as this applies in particular to hub dynamo machines for bicycles. Instead of a screw thread, screw-shaped pressure surfaces can also be provided on the ball bearing cages, which cause the balls to be axially pressurized in opposite directions. Ball cages of this type are carried by the outer or inner ring of the gear stage which is at the front in the translation sense or by the on and off switch of the gear.
In a further embodiment of the invention, the two threaded supports of the screw connection can be assigned a spring which is in a force-locking connection with the gear members and supports them in their effect. The purpose of this spring is to switch off the dead gear of the two thread carriers and to keep the transmission links of all transmission stages in constant pressure sensing.
In the drawing, the subject matter of the invention is shown schematically in two exemplary embodiments in a longitudinal section through the wheel hub. Fig. 3 shows a rolling element ring with the guide cage in a schematic representation.
The embodiment of a transmission gear illustrated in FIG. 1 of the drawing consists of two gear stages, the rolling element rings of which rotate around a stationary axis 1 and are driven by the hub 2 of a drive wheel 2a. A sleeve 3 is firmly seated in the hub 2 and is equipped with the outer running surfaces 4 and 5 for the roller rims 6 and 7. The inner running surface 8 for the rolling element ring 6 of the first gear stage is provided on a race 9, which is also designed as a cage 10 for the rolling elements 7 of the second gear stage. This gear stage has a running surface 11 for the rolling elements 7 having a running ring 12 which is screwed with a thread 13 onto a bearing sleeve 15 serving as a hub for the driven part 14.
The bearing sleeve 15 also carries at one end the inner race 16 of a ball bearing 17, on which the inner ring 9 of the first gear stage is supported. The rolling element bearings 6, 7 of both gear stages are designed as axial thrust bearings and accordingly are provided with inclined, mutually directed running surfaces. The inclined running surfaces 4 and 8 of the one rolling bearing 6 and the running surfaces 5, 11 of the other rolling bearing 7, which are inclined opposite to the former, are pressurized against the rolling element rims 6 and 7 by the parts 12 and 13 screwed together. The screwable race 12 can optionally be placed under the pressure of a spring supported on the driven part 14
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as a result of which a certain initial contact pressure is maintained in the gear stages.
The rolling element cage 18 of the first gear stage is fastened on the stationary axle 1 and secured against rotation by a wedge, whereas the outer race 3 of both
Gear stages is set in rotation by the hub 2 of the drive wheel 2 a. The race 3 transmits its rotary motion by means of the rolling elements 6 in an accelerated sense to the inner race 9 of the rolling element bearing, which in turn transmits this rotary motion to the rolling element ring 7 of the second gear stage by means of the
Cage 10 notifies. The thereby circulating
Rolling balls 7 are now obtained by rolling on the rotating in the opposite sense
Running surface 5 an increased rotational speed and thereby drive the inner ring 12 together with the driven part 14, for.
B. a gear in the overall gear ratio of the transmission. The driven part 14 now applies a certain moment of resistance, which acts in a direction opposite to the direction of rotation of the inner ring 12 of the respective last gear stage. The course and the degree of the pitch of the thread is now selected so that the driven part 14 screws the inner ring 12 of the last gear stage against its rolling element ring 7 due to its moment of resistance when the gear unit starts to rotate.
Since this screwing movement is simultaneously transmitted in the opposite direction to the inner ring 9 of the first gear stage, which is connected to the bearing sleeve 15 in a pressure-locking manner in the axial direction, the running surfaces of both gear stages are applied to the rolling element rings to the extent of the given moment of resistance of the driven part and the driving force of the driving part 6, 7 pressed on. In this way, a perfect friction pressure corresponding to the given transmission ratios is achieved in the individual gear stages, which is applied completely independently of the load pressure of the wheel axle.
The possible applications of the inclined roller path for the rolling elements, which transfer pressure in the axial direction, are manifold. An exemplary embodiment of a transmission gear for hub dynamo machines equipped with three gear stages is illustrated in longitudinal section in FIG. 2 of the drawing.
The sleeve 3, which in this case has three running surfaces 4, 5 and 19, is firmly seated in the wheel hub 2.
The roller rings 6 and 7 are put under pressure by the inner rings 9 and 12, which are in pressure-locking connection with one another through the thread 13 and the bearing sleeve 15.
The cage 18 of the rolling element ring 6 is freely rotatably mounted on one (1 b) of the two stub axles 1 a, 1 b forming the wheel axle by means of a ball ring 20 and is designed as an inner ring 21 for a rolling element ring 22 serving as the first gear stage. A cage ring 23 engages in this rolling element ring, which sits loosely rotatably on the wheel axle stub 1b and can be clamped in a particularly advantageous manner by a screw nut 25 provided with a shift lever 24 and seated on the axle stub 1b. This cage ring 23 has, as FIG. 3 of the drawing shows, for each ball or for each rolling element of the rolling element ring 22 a guide tooth 26 which is set at an angle to the direction of rotation.
So that in this case there is no axially one-sided load on the transmission, the guide teeth 26 of the cage ring 23, as shown in FIG. 3 of the drawing, are directed alternately to the right and to the left, so that the cage ring 23 has a number of balls from the right and one the same number of balls is pressurized from the left when it is clamped on the wheel axle stub 1 b by means of the shift lever 24. The rolling elements 22 set in rotation by the outer race 3 are hereby pressed in the first gear stage due to the inclined cage teeth 26 in the axial direction against the running surfaces and thus circulated under the required frictional pressure. The resulting accelerated rotation of the inner race 21 is transmitted to the second gear stage by means of the cage 18.
The transmission of the rotary movement from the second to the third gear stage and from this finally to the driven part 14, the dynamo armature, takes place in the manner already explained in the first embodiment.
The disengagement of the transmission, i.e. H. the dynamo armature is stopped by releasing the screw 24, 25 so that the cage ring 23 can rotate freely.
Since the smallest possible inner races are necessary for a large gear ratio, stub axles are provided instead of the axle, which are connected to a steel core.
The wheel hub 2 is supported on the dynamo side by means of a ball bearing 28 on the second stub axle 1 a. Both stub axles 1 a and 1 b to be fastened in the wheel fork are supported by a z. B. consisting of a steel wire core 29 connected to each other, which penetrates the central bore of the two stub axles and is secured at both ends by a head 30 and a nut 31.
It is also easily possible to switch on one or more gear stages designed according to the first gear stage of the second embodiment between the two gear stages shown in FIG. 1. In this case it is advantageous to apply the axial pressure to the rolling elements only on one side so that the pressure acting in the axial direction can also be propagated to the next gear stages.
For this purpose, the cage ring has teeth with pressure surfaces which run obliquely to the direction of rotation in only one direction and which press the rolling elements into their running surfaces under unilateral axial pressure.
The cage for a rolling element ring can also consist of two helically interlocking
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gripping rings, of which one has the helical or wedge-shaped pressure surfaces, the other, however, surrounds the rolling elements with play and is inevitably connected to the one race of the upstream gear stage. By relative rotation of the two rings, the required frictional pressure is applied to the extent of the given transmission ratio.
The great advantage of this transmission gear lies not least in the simple structure, which is particularly suitable for series production, in the deactivation of all sensitive parts and in the extremely simple activation and deactivation.
The transmission gear can not only be used for hub dynamo machines, but can also be advantageously installed wherever it is a question of achieving high speeds at low torques.
PATENT CLAIMS:
1. Transmission gear, in particular for hub dynamo machines, with several gear stages formed in the manner of axial pressure ball bearings, connected between the driving and the driven part, the axial frictional pressure of which is applied as a function of the resistance torque of the driven part by a screw connection that puts the gear parts under axial pressure, characterized that depending on the driven part,
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engage the screw connection on the gear members of the first and last gear stage in opposite pressure directions and transfer their clamping pressures to the gear members of all intermediate gear stages in a mutually opposing sense, so that all gear members together with the two threaded carriers form a self-locking unit,
which rotates free of axial bearing pressures.