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Mehrgangübersetzungsnabe mit in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit automatisch betätigter Gangschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrgangübersetzungsnabe mit in Abhängigkeit von der Fahrge- schwindigkeit automatisch betätigter Gangschaltung, bei der innerhalb der Nabenhülse ein Mehrgang- übersetzungsgetriebe angeordnet ist. Eine solche Mehrgangübersetzungsnabe weist gegenüber den üblichen durch Hand- bzw. Rücktrittschaltung betätigten Mehrgangübersetzungsnaben wesentliche Vorteile auf. An den Fahrer werden keine besonderen Anforderungen im Hinblick auf die Einschaltung der richtigen Gangstufe gestellt, und die optimale Gangstufe wird für jede Fahrgeschwindigkeit automatisch eingeschaltet.
Gegenüber den bekannten, durch die Grösse des übertragenen Drehmomentes automatisch geschalteten
Mehrgangübersetzungsnaben ist es ein wesentlicher Vorteil der Naben mit fahrgeschwindigkeitsabhängiger Übersetzungsänderung, dass die Regelgrösse sich nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich ändert. Das übertragene Drehmoment ändert sich im Gegensatz zur Fahrgeschwindigkeit bei Fahrradantrieben sprunghaft je nach der Kraftanstrengung des Fahrers und ist daher als Regelgrösse für die Übersetzungsänderung ungeeignet.
Eine wesentliche Schwierigkeit besteht bei den fahrgeschwindigkeitsabhängig geschalteten Mehrgangübersetzungsnaben darin, dass im Bereich normaler Fahrrad- und Mopedgeschwindigkeiten die der Fahrgeschwindigkeit proportionale Drehzahl der Nabenhülse auch bei Verwendung grosser Fliehgewichte nicht zur Erzeugung ausreichender Schaltkräfte für die Übersetzungsänderung ausreicht.
Zur Vermeidung dieser bei bekannten Mehrganggetriebenaben mit geschwindigkeitsabhängiger Schal- tung auftretenden Schwierigkeiten wird erfindungsgemäss ein neues Lösungsprinzip angewandt, welches darin besteht, dass in Abhängigkeit von der Drehzahl der Nabenhülse über Fliehgewichte lediglich der Schaltbeginn gesteuert wird, wozu eine geringe Steuerkraft erforderlich ist ; dagegen wird die eigentliche Schaltkraft von der umlaufenden Nabenhülse mittels einer Mitnahmekupplung hergeleitet.
Dieses neue Lösungsprinzip kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass zwischen einem beim Fahren umlaufenden Nabenteil und einem die Schaltvorgänge ausführenden Schaltglied eine ausschaltbare Kupplung vorgesehen ist und dass eine auf diese Kupplung einwirkende Fliehgewichtssteuerung vorgesehen ist, welche bei Erreichen bestimmter Drehzahlwerte die Kupplung schliesst, somit den umlaufenden Nabenteil mit dem Schaltglied verbindet und letzteres dadurch in die jeweils nächste Schaltstellung bringt.
Wenn das Umschalten von einem Gang zum andern unabhängig von der Schaltrichtung bei der gleichen Drehzahl erfolgt, so besteht die Gefahr, dass bei langsamem Durchgang durch den kritischen Drehzahlwert Pendelungen von einer Gangstufe zur andern eintreten. Dies wird erfindungsgemäss dadurch verhindert, dass die Fliehkraftsteuerung in der Weise ausgebildet ist, dass sie je nach Schaltrichtung bei verschiedenen Drehzahlwerten das Schaltglied mit dem umlaufenden Nabenteil kuppelt.
Die Kupplung zwischen dem umlaufenden Nabenteil und dem Schaltglied kann beispielsweise von einem Sperrklinkenfreilauf gebildet sein. Im Falle der Verwendung eines Sperrklinkenfreilaufes als Kupplung bietet sich für die Fliehkraftsteuerung eine Ausführung an, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fliehkraftsteuerung eine durch Fliehkraft verschiebbare Steuerschablone mit Aussparungen umfasst, durch welche die Sperrklinke zum Eingriff mit der Sperrklinkenverzahnung kommt.
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Die Steuerschablone kann als eine Steuerbüchse mit in Umfangsrichtung verlaufenden und mit seitlicher Versetzung aneinander anschliessenden Aussparungen ausgebildet sein, wobei die Länge der Aussparungen in Umfangsrichtung dem Weg des Schaltgliedes von einer Schaltstellung zur nächsten entspricht.
Bei einer Zweiganggetriebenabe sieht man zwei Aussparungen vor, von denen sich jede über annähernd den halben Umfang der Schaltbüchse erstreckt.
Als Fliehgewichte weist die Fliehkraftsteuerung nach einer bevorzugten Ausführungsform Kugeln auf, welche durch einen der umlaufenden Nabenteile mitgenommen werden und in eine in radialer Richtung nach aussen konvergierende Ringkammer eingeschlossen sind, deren eine an die Kugeln anliegende axiale Begrenzungswand gegen Federkraft in axialer Richtung verschiebbar ist und auf die Kupplung zwischen dem umlaufenden Nabenteil und dem Schaltglied einwirkt.
Die Federkraft, welche auf die axial verschiebbare Begrenzungswand der Kammer einwirkt, wird vorzugsweise verstellbar gemacht : Diese Federkraft bestimmt die Rückstellkraft, welche auf die Fliehkraftkörper einwirkt und ist somit verantwortlich für die Verschiebung der Steuerschablone in Abhängigkeit von der Drehzahl. Durch Einstellung der Federkraft kann somit bestimmt werden, bei welchen Drehzahlen die Schaltvorgänge ausgelöst werden sollen.
Das Schaltglied kann etwa ein um die Nabenachse verdrehbarer Schaltring sein, welcher über Schaltkurven, Nocken, Schaltzähne od. dgl. an axial verschiebbaren Getriebeteilen angreift.
Die Figuren erläutern die Erfindung. Es stellen dar : Fig. l einen halben Längsschnitt durch eine er-
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3Abwicklung der Steuerbüchse gemäss Fig. 1, Fig. 4 eine Abwicklung des mit Schaltkurve versehenen Schaltglieds.
Die in den Fig. l und 2 dargestellte Zweiganggetriebenabe umfasst eine Nabenachse l. Auf dieser Nabenachse 1 befinden sich Lagerringkörper 20 und 40. Auf dem Lagerringkörper 40 ist mittels eines Kugellagers 41 ein Antreiber 3 gelagert ; eine Nabenhülse 2 ist mittels Kugellagern einerseits auf dem Antreiber 3, anderseits auf dem Lagerringkörper 20 gelagert.
Der Antreiber trägt ein Kettenrad 43. Ausserdem ist der Antreiber 3 als Planetenträger eines innerhalb der Nabenhülse 2 untergebrachten Planetengetriebes ausgebildet : Zu diesem Zweck sitzen in dem Antreiber Planetenradlagerzapfen 4, auf denen Planetenräder 5 gelagert sind. Die Planetenräder 5 stehen im Eingriff mit einem auf der Nabenachse befestigten oder aus der Nabenachse herausgearbeiteten Sonnenrad 29 sowie einem die Planetenräder umgebenden Hohlrad 6. Durch eine Kupplungshülse 7 mitAussen- verzahnung steht der Antreiber und Planetenradträger 3 in Verbindung mit einem Sperrklinkenträger 12, dessen Sperrklinken nicht eingezeichnet sind ; diese nicht eingezeichneten Sperrklinken sind bestimmt zum Eingriff mit einer Sperrklinkenverzahnung 22 an der Nabenhülse 2.
Der Sperrklinkenträger 12 ist einerseits durch die Kupplungshülse 7 getragen und anderseits auf einem Schiebeglied 13 gelagert. Auf dem Sperrklinkenträger 12 ist ein weiterer Sperrklinkenträger drehbar gelagert, dessen nicht eingezeichnete Sperrklinken ebenfalls zum Eingriff mit der Sperrklinkenverzahnung 22 bestimmt sind. Der Sperrklinkenträger 10 weist stirnseitig Klauen 9 auf, die zum Eingriff mit gegenüberliegenden Klauen 8 des Hohlrades 6 bestimmt sind. Eine zwischen das Hohlrad 6 und den Sperrklinkenträger 10 eingespannte Schraubendruckfeder 30 sucht die Klauen 8 und 9 des Hohlrades 6 bzw. des Sperrklinkenträgers 10 ausser Eingriff zu halten.
Es sind zwei Schaltstellungen möglich : In der ersten eingezeichneten Schaltstellung verläuft der Antriebsmomentenfluss vom Kettenrad 43 über den Antreiber 3, die Kupplungsliülse 7, den Sperrklinkenträger 13 und dessen nicht eingezeichnete Sperrklinken nach der Sperrklinkenverzahnung 22. Der weitere Sperrklinkenträger 10 läuft infolge des zwischen seinen Sperrklinken und der Sperrklinkenverzahnung 22 bestehenden Reibungsschlusses frei mit der Nabenhülse 2. Diese Schaltstellung entspricht dem direkten Gang.
In einer weiteren Schaltstellung, deren Herbeiführung noch zu beschreiben sein wird, sind die Klauen 9 des Sperrklinkenträgers 10 in Eingriff mit den Klauen 8 des Hohlrades 6. Der Sperrklinkenträger 10 wird deshalb mit der ins Schnelle übersetzten Drehzahl des Hohlrades 6 angetrieben und diese ins Schnelle übersetzte Drehzahl wird vermittels der nicht eingezeichneten Sperrklinken des Sperrklinkenträgers 10 auf die Sperrklinkenverzahnung 22 der Nabenhülse übertragen. Die mit der nicht übersetzten Drehzahl des Antreibers umlaufenden Sperrklinken des Sperrklinkenträgers 12 werden dabei von der Nabenhülse überholt. Diese Schaltstellung entspricht dem Schnellgang.
Die nun folgende Beschreibung befasst sich mit der fliehkraftgesteuerten automatischen Umschaltung vom Direktgang auf den Schnellgang und zurück und den zu dieser Umschaltung verwendeten Teilen :
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Auf der Nabenachse 1 ist verdrehbar ein Schaltring 15 gelagert, der mit einer Schaltkurve 27 versehen ist (s. insbesondere Fig. 4). Die Schaltkurve 27 befindet sich im Eingriff mit einem Schubklotz 14, der im Schlitz der Nabenachse verschiebbar geführt ist ; je nachdem, welche Winkellage der Schaltring 15 gegenüber der Nabenacbse einnimmi, befindet sich eine erhabene Mulde 28 der Schaltkurve 27 in Eingriff mit dem Schubklotz 13 oder eine Senke der Schaltkurve, wie sie in Fig. 4 ganz oben und ganz unten zu erkennen ist.
Die erstere Stellung des Schaltringes 15 entspricht der in Fig. l gezeichneten Schaltstellung des direkten Ganges, die letztere Stellung des Schaltringes entspricht der nicht eingezeichneten Schaltstellung des Schnellganges. Die Mulde 28 verhindert unbeabsichtigtes Umschalten vom Schnellgang
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ring 15 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine Sperrklinke 16 gelagert. Diese Sperrklinke 16 ist zum Eingriff mit einer Sperrklinkenverzahnung 18 eines an der Nabenhülseninnenseite befestigten Verzahnungsringes 26 bestimmt, Wenn die Sperrklinke 16 in Eingriff kommt mit der Sperrklinkenverzahnung 18, so wird der die
Sperrklinke 16 tragende Schaltring 15 von der Nabenhülse 2 mitgenommen. Diese Mitnahme soll nun aber nur dann erfolgen, wenn von einer Schaltstellung auf die nächste umgeschaltet wird.
Zu diesem Zweck ist eine Fliehkraftsteuerung vorgesehen, welche die Sperrklinke 16 normalerweise ausser Eingriff mit der
Sperrklinkenverzahnung 18 hält und nur beim Durchgarg bestimmter Drehiahlwerte den Eingriff der Sperr- . klinke 16 in die Sperrklinkenverzahnung 18 zulässt.
Die Fliehkraftsteuerung umfasst eine Steuerbüchse 17 mit Aussparungen 24 und 25. Die Steuerbüchse 17 ist an einem Ringblech 42 befestigt, welches auf dem Lagerringkörper 20 durch Vorsprünge 19 unver- drehbar, aber axial verschiebbar gelagert ist. Zusammen mit einer weiteren, an der Innenseite der Nabenhülse 2 befestigten Ringschale 21 bildet das Ringblech 17 eine in radialer Richtung nach aussen konvergierende Ringkammer, welche als Fliehgewichte Kugeln 32 aufnimmt.
In der Ringschale 21 sind Ausnehmungen vorgesehen, welche die Fliehgewichte 32 aufnehmen und beim Lauf der Nabenhülse 2 mitnehmen. Eine Schraubendruckfeder 23 sucht das Ringblech 17 in der Fig. 1 nach links zu verschieben und damit die Fliehgewichte 32 in ihrer radial innersten Lage zu halten. Im Stillstand und beim langsamenAnfahren befinden sich die Fliehgewichtskörper 32 auch in ihrer radial innersten Lage. Die Steuerbüchse 17 trennt dabei die Sperrklinke 16 von der Sperrklinkenverzahnung 18. Mit zunehmender Drehzahl wandern die Fliehgewichte entgegen der Wirkung der Schraubendruckfeder 23 mehr und mehr'in radialer Richtung nach aussen und verschieben damit auch die Steuerbüchse 17. Im Zuge dieser Verschiebung der Steuerbüchse 17 in der Fig. 1 nach rechts gelangt schliesslich bei einer gewissen kritischen Drehzahl die Aussparung 24 zur Deckung mit der Sperrklinke 16.
Die Sperrklinke 16 tritt infolgedessen in Eingriff mit der Sperrklinkenverzahnung 18, und der Schaltring 5 wird mitgenommen, solange bis das Ende der Aussparung 24 die Sperrklinke 16 ausser Eingriff mit der Sperrklinkenverzahnung 18 bringt. Der Verdrehungswinkel des Schaltringes 5 entspricht somit der Länge der Aussparung e4 in Umfangsrichtung.
Diese Länge der Aussparung 24 in Umfangsrichtung ist so gewählt, dass der Verdrehungswinkel des Schaltringes dem Winkelabstand zwischen der erhabenen Mulde 28 der Schaltkurve und der Senke der Schaltkurve entspricht. Wenn die Drehzahl sich über den kritischen Wert hinaus erhöht, so wandert in der Fig. 1 die Steuerbüchse 17 weiter nach rechts, wobei die Sperrklinke 16 ausser Eingriff mit der Sperrklinkenverzahnung 18 bleibt. Wenn die Drehzahl wieder abnimmt, so wandert die Steuerbüchse 17 in Fig. 1 wieder nach links, solange, bis die Aussparung 25 zur Deckung mit der Sperrklinke 16 gelangt, die infolge der vorangegangenen Verdrehung des Schaltringes nunmehr mit der Winkelstellung der Sperrklinke 16 zusammenfällt.
Es tritt nun wieder die Sperrklinke 16 in Eingriff mit der Sperrklinkenverzahnung 18, und es tritt eine erneute Verdrehung des Schaltringes 15 ein, deren Ausmass wieder bestimmt ist durch die Länge der Aussparung 25 in Umfangsrichtung. Im gezeichneten Ausfuhrungsbeispiel sind die Längen der Aussparungen 24,25 in Umfangsrichtung gleich gross. Nach dieser erneuten Verdrehung des Schaltringes 15 in Umfangsrichtung ist der in Fig. 1 dargestellte Ausgangszustand wieder hergestellt, d. h. das Getriebe ist wieder auf den direkten Gang eingestellt.
Die für die Schaltung massgebenden Steuerkanten 31 bzw. 33 der Aussparungen 24 und 25 bestimmen durch ihre Lage in bezug auf die Ausgangsposition der Steuerbüchse 17 den Umschaltpunkt vom Direktgang zum Schnellgang und umgekehrt ; zwischen der Drehzahl und der Steuerbüchsenstellung besteht ein Zusammenhang, der etwa einer quadratischen Funktion entspricht. Die Aussparungen 24 und 25 und damit die Steuerkanten 31 und 33 der Steuerbüchse 17 sind in Längsrichtung der Nabe gegeneinander versetzt, wodurch erreicht wird, dass der Schaltpunkt beim Aufwärtsschalten nicht mit dem Schaltpunkt beim Abwärtsschalten zusammenfällt. Dadurch werden Pendelungen von einer Schaltstellung zur andern sicher vermieden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Mehrgangübersetzungsnabe.
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