Zusatzpatent zum Hauptpatent. Nr. 255799. Mehrstufiges Übersetzungsgetriebe. Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft eine Ausbildung des mehrstufigen Übersetzungsgetriebes nach Patentansprueli des Hauptpatentes als dreistufiges Fahrrad nabengetriebe, bei dem ausser der Nabenaehse und den von aussen in die Nabenhülse hinein ragenden Absehlussdeckeln und dem vom Ket tenrad mitgenommenen Antriebskopf sieh in nerhalb der Nabenhülse befinden:
a) eine zwi schen den Abschlussdeekeln liegende Klinken verzahnung, die mit. der Nabenhülse verbun den ist und die zur Übertragung der mittleren Drehgeschwindigkeit auf die Nabenhülse dient; ferner, und zwar von der Kettenrad- seite aus gesehen, im Sinne des Kraftflusses in der nachstehenden Reihenfolge angeordnet:
b) ein vom Antriebskopf mitgenommener Kä fig, der einerseits dazu dient, um die ihm durch den Antriebskopf erteilte 'Winkel geschwindigkeit auf die Nabenhülse zu über tragen und damit den direkten kleinen Gang herzustellen, und der anderseits als Planeten käfig eines Planetengetriebes dient, durch das seine ihm vom Antriebskopf erteilte Drehbewe gung ins Schnelle übersetzt und auf den nach folgend unter c) genannten Käfig übertragen wird;
c) die in einem gemeinsamen Käfig un tergebrachten, gemeinsame Teile aufweisenden treibenden Kupplungshälften zweier Über lastungs- und Freilaufkupplungen, von denen Elemente, die zu der einen der beiden treiben den Kupplungshälften gehören, die unter a) genannte Klinkenverzahnung mitnehmen kön nen, um den mittleren Gang herzustellen, wäh- rend Kupplungselemente, die zu der andern der beiden treibenden Kupplungshälften ge hören, ihre Drehbewegung auf die nachfol gend unter d) genannte Klinkenverzahnung übertragen können;
d) ein Käfig, der einer seits eine Klinkenverzahnung enthält, durch die auf ihn die 'V\'inkelgescliwindigkeit des unter c) genannten Kupplungskäfigs übertra gen werden kann und der anderseits als Pla netenkäfig eines Planetengetriebes dient, durch das die Drehbewegung des Kupplungs käfigs ins Schnelle übersetzt und auf die Na benhülse übertragen wird, wodurch der grosse Gang entsteht.
Nachfolgend wird an Hand der Zeich nung ein Ausführungsbeispiel der Getriebe nabe nebst. Detailvarianten erläutert: Fig. 1 stellt einen Längsschnitt der Nabe nach Linie C-D in Fig. ? dar, welche ihrer seits einen Querschnitt nach Linie A-B in Fig. 1 zeigt. In Fig. 1 ist der Mechanismus der Cberlastungs- und Freilaufkupphingen weg gelassen, dagegen in Fig. \? sichtbar.
Äusserlich sieht die gezeichnete Nabe den bekannten, nicht selbstschaltenden Getriebe naben sehr ähnlich. Man erkennt die Naben hülse 4, an deren beiden Enden die unter an derem als Kugellagerschalen ausgebildeten Abschlussdeekel 2 und 28 in die Hülse ein geschraubt sind, ferner den ebenfalls zum Teil zu Kugellagersehalen ausgebildeten Antriebs kopf 29, auf dem das Kettenrad 15 aufge schraubt ist und der vom Kettenrad angetrie ben wird.
Ausserdem sieht man die beiden Konusse 1 und 30, die üblichen Scheiben, Mut- tern usw. zur Einstellung der Konusse und zu deren Sicherung gegen Verdrehiulg, und die Klemmuttern und andern Teile zum Anschluss der Nabe an das Fahrradgestell.
Der innere Aufbau gestaltet sich in folgen der MTeise Anschliessend an den Antriebskopf 29 ent hält die Getriebenabe einen Käfig 11. Beide vorgenannten separaten Teile sind so ausgebil det, dass dieser Käfig von dem Antriebskopf stets mitgenommen wird. Zugleich ist. es zweck mässig und so auch in Fig.1 dargestellt, dass diesen Teilen eine Form gegeben wird, die es erlaubt, nach Demontage des Konus 30 den Antriebskopf 29 mitsamt dem auf ihm auf geschraubten Kettenrad seitlich herauszuzie hen. Gemäss Fig. 1 ist zu diesem Zweck der Antriebskopf mit Fingern 16 versehen, die in entsprechend gestaltete Aussparungen des Käfigs 11 eingreifen.
An Stelle der Ausspa rungen können auch Klauen o. a. treten.
Dieser Käfig 11 ist nach Fig.1 an zwei Stellen auf der Nabenachse 31 drehbar ge lagert. Zu diesem Zweck und um am später erwähnten, an der Achse ausgebildeten Zahn rad 24 vorbeizukommen, ist die Achse mit einem Bund 21 versehen. Doch kann dieser Käfig auch in anderer Weise gelagert sein, sich zum Beispiel gegen die Nabenhülse stüt zen oder auf Kugel- oder Nadellager montiert. sein.
Nach der Fig.1 ist der Käfig 11 als ein teiliger Drehkörper dargestellt, der mit ring förmigen Aussparungen versehen ist. In einer dieser AussparLmgen liegt schwenkbar ge lagert auf einer Achse 13 und mit einer ent sprechenden, in Fig.1 dargestellten Klinken feder versehen, wenigstens eine Freilaufklinke 12, die so geformt und angeordnet ist, dass sie die dem Käfig 11 erteilte Drehbewegung mit Hilfe einer Klinkenverzahnung 27 auf den in die Nabenhülse (mit Rechtsgewinde) einge schraubten Abschlussdeckel 28 und somit auf die Hülse selbst übertragen kann.
Auf diese Weise kann der Nabenhülse die Winkel geschwindigkeit des Kettenrades erteilt wer den, womit der kleine Gang zustande kommt. Die Bewegungsmöglichkeit der Klinkenachse 13 in axialer Richtung wird, bei entsprechen der Bemessung ihrer Länge, durch benaeh- barte Teile begrenzt.
Gleichzeitig dient der Käfig 11 als Pla netenträger eines Planetengetriebes, durch das die Drehbewegung des Antriebskopfes 29 ins Schnelle übersetzt und auf das nächste Ele ment dieser Getriebenabe, nämlich auf den Kupplungskäfig 8 und die in ihm angeordne- ten Teile der Überlastungs- und Freilauf- kupplungen des mittleren und des grossen Ganges, übertragen wird. Dieses Planeten getriebe wird durch das mit der Nabenaehse verbundene Sonnenrad 24, den Planeten rädern 26 und die von diese Räder aussen um schliessende Innenverzahnung 10 gebildet.
Das Sonnenrad kann mit der Nabenachse ein ein ziges Stück bilden, wie 24 in Fig. 1, oder als getrenntes Stück auf der Achse aufgeschraubt oder aufgenietet sein, wie 48 in Fig. 6, oder in anderer Weise befestigt. sein. Desgleichen kann die Innenverzahnung 10 in den Kupp lungskäfig 8, wie in Fig.1 dargestellt, einge stossen werden oder als gesondertes Zahnrad mit dem Kupplungskäfig verbunden sein. Die Planetenräder 26 sind drehbar auf Achsen 2:5 gelagert, deren Länge ebenfalls so bemessen wird, dass sie gegen seitliches Herausfallen durch die benachbarten Teile gesichert wer den.
Mit Hilfe dieses Planetengetriebes wird dem Kupplungskäfig 8 die Winkelgesehwin- digkeit erteilt, die der des mittleren Ganges entspricht.
Dieser Kupplungskäfig 8 ist nach Fi\;.l ebenfalls durch einen Drelikörper gebildet, der so weit schlitzartig ausgespart. ist, dass er in einer bestimmten Seitenansicht als U-ähnlieher Körper erscheint, gebildet durch zwei Wan gen und einen verbindenden Fuss (siehe auch Fig.2). Beide \Tangen enthalten Bohrungen, mit denen der Kupplungskäfig auf der Naben achse gelagert ist, zum Teil auf dem schon er wähnten Bund 21., zum Teil auf einem zweiten Bund 20. Auch bei diesem Käfig kann die Lagerung anders erfolgen, z.
B. unter Zuhilfe nahme von Kugeln oder Nadeln oder Buchsen, oder dadurch, dass er sich gegen andere Teile als die Nabenachse stützt. (Dieses ist zum Bei spiel der Fall in einer Konstruktionsvariante, die in Fig.6 dargestellt. ist, wo der Kupp lungskäfig 51 sieh gegen den Käfig 49 stützt.) Zwischen den beiden Wangen des Kupp lungskäfigs 8 befinden sich die treibenden Teile der zu Beginn dieser Beschreibung ge nannten überlastungs- und Freilaufkupplun- gen, die als zwei Klinkenkupplungen ausgebil det sind.
Mit einer dieser beiden Kupplungen kann die Winkelgeschwindigkeit des Kupp lungskäfigs 8, wie später eingehender erläu tert, wird, auf den Ring 23, der eine Klinken verzahnung 22 hat, übertragen und damit. auf die Nabenhülse 4 weitergeleitet werden. Auf diese Weise entsteht der mittlere Gang.
(Die ser Ring 23 ist in die Nabenhülse einge schraubt und durch ein Distanzrohr 9 fixiert; er kann aber auch in anderer Weise mit der Nabenhülse verbunden sein oder mit ihr ein einziges Stück bilden.) Mit der andern dieser beiden Kupplungen kann die Drehbewegung des Kupplungskäfigs 8 auf die Klinkenverzah nung 6 des als Planetenträger eines zweiten Planetengetriebes ausgebildeten Käfigs 5 über tragen werden, um nach erfolgter nochmaliger Übersetzung ins Schnelle den grossen Gang zu bilden.
Die Planetenräder 19 dieses zweiten Planetengetriebes sitzen drehbar auf den Ach sen 18 und kämmen einerseits mit dem Son nenrad 17, das ähnlich dem Sonnenrad 24 gc- staltet sein kann, anderseits mit der Innen verzahnung 3, mit der der Abschlussdeckel 2 versehen ist. Da dieser (mit Linksgewinde) in die Nabenhülse eingeschraubt ist., kann auf diesem Wege der Nabenhülse die Winkel geschwindigkeit des grosses Ganges erteilt werden.
Nach Fig.1 ist der Planetenkäfig 5 zum Teil auf dem Kupplungskäfig 8 und zum Teil auf der Nabenaelise 31 drehbar gelagert. Auch bei diesem Käfig sind indessen andere Lager möglichkeiten, wie sie schon obenstehend er wähnt wurden, möglich.
In axialer Richtung stützen sich die ge nannten drei Käfige 11, 8 und 5 mit, dem er forderlichen seitlichen Spiel gegeneinander und gegen die Abschlussdeckel 28 und 2. In Fig. 2 ist der Aufbau der beiden zum Teil gemeinsame Teile enthaltenden Klinken kupplungen des mittleren und des grossen Ganges zu ersehen: Von den beiden Wangen des Kupplungs- käfigs 8 wird eine Achse 7 im Drehsinn des Kupplungskäfigs mitgenommen. Auf dieser Achse sitzt schwenkbar ein Hebel 37, der so breit ist wie der Zwischenraum zwischen den beiden Wangen des Kupplungskäfigs, bis auf das erforderliche seitliche Spiel.
Dieser Hebel 37 bildet einen Teil einer Federw aage. Mit einem Ende stützt er sich auf eine genügend starb bemessene Druckfeder 41, die vorgespannt ist. und bestrebt ist, ihn nach aussen zu drücken. Sie wird aber über eine vorgesehene Betriebs stellung hinaus daran durch einen begrenzen den Anschlag gehindert.. Nach Fig. 2 ist dieser begrenzende Anschlag durch einen mit Kopf versehenen Gewindestift 42 gebildet, der in den Federteller 40 eingeschraubt ist, wobei die ser seinerseits in dem die Wangen verbinden den Fuss des Kupplungskäfigs 8 durch Gewinde befestigt ist. Mit Hilfe des Gewindestiftes 42 kann die gewünschte Betriebsstellung des Waagenhebels 37 eingestellt werden.
Nach er folgter Einstellung wird dieser Stift durch einen in den Schlitz seines Kopfes eingelegten Sicherungsbügel 44, dessen Enden von den Wangen des Kupplungskäfigs 8 gehalten wer den, gegen Verdrehung gesichert. Der Feder teller 40 dient dazu, die Vorspannung der Druckfeder 41 zu regulieren. Er ist mit einem Schlitz 39 versehen oder sonstwie so gestaltet, dass er von aussen her durch eine in der Na benhülse vorgesehene Öffnung 38 mit. Hilfe eines Schraubenziehers oder eines Schlüssels gedreht werden kann.
Da aber durch die Ver stellung des Federtellers 40 die Lage des in ihm eingeschraubten hubbegrenzenden Ge windestiftes 42 in der Regel nicht wird ver ändert werden sollen, gibt man dein Innen gewinde und dem Aussengewinde des Feder tellers die gleiche Cranghöhe.
Zwischen seiner Schwenkachse 7 und dein der Druckfeder 41 ausgesetzten Ende trägt der Waagenhebel 37 rechts und links von einem mit diesem verbundenen oder ein Stück bildenden Mittelsteg 32 (siehe auch Fig.3), je einen Klinkenträger 52 bzw. 34. Diese Klin kenträger stützen sich mit ihrem Fuss und Rücken gegen den Waagenhebel 37 und kön nen nur nach vorn, das heisst in Fig. 2 gegen den Uhrzeigersinn, um ihre aus zwei Teilen 54 und 36 bestehende Achse, die durch eine Öff nung im Steg 32 geht, schwenken.
In jedem dieser beiden Klinkenträger ist bajonettartig eingeführt und schwenkbar angeordnet eine Klinke 53 bzw. 35 untergebracht.. Jede dieser beiden Klinken steht unter Wirkung einer eigenen Klinkenfeder (vgl. 33 in Fig. 2).
Wird nun der Kupplungskäfig 8 in Fig. 2 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so nimmt in der dort dargestellten Lage zum Beispiel die Klinke 35 die am grossen Gang beteiligte Klin kenverzahnung 6 mit, ist aber gleichzeitig auch bemüht., den Waagenhebel 37 gegen den Druck der Druckfeder 41 nach innen herabzu drücken. Doch gelingt ihr dieses erst, wenn das Drehmoment, das sie auf die Klinkenver zahnung übertragen soll, genügend gross ge worden ist.
Dann aber schlägt die Klinke aus ihrer in Fig. 2 dargestellten leistungsübertra genden Arbeitsstelhing über eine Scheitel punktlage, bei der der Waagenhebel am tief sten heruntergedrückt. ist, in die sinngemäss entgegengesetzte Stellung aus, das heisst so, dass sie nicht mehr wie in Fig. 2 nach links oben, sondern nach rechts oben weist. In die ser Stellung kann sie das in Richtung gegen den Uhrzeigersinn wirkende Drehmoment nicht mehr auf die Klinkenverzahnung weiter leiten, sondern gleitet an der Klinkenverzah nung vorbei. Damit ist der grosse Gang unter brochen, und der nächstfolgende mittlere Gang kann die Leistungsübertragung über nehmen.
In dieser eben beschriebenen Stellung der Überlasturigsstelhing - verbleibt die Klinke 35 mindestens so lange, bis die ihr zu geordnete Klinkenverzahnung relativ zu ihr gegen den Uhrzeigersinn in Fig. 2 wieder voraneilt. Dieses tritt zum Beispiel dann ein, wenn bei weiterrollendem Fahrrad mit dem Pedalieren unterbrochen. wird.
Wird die Klinke in diesem Moment in ihrer über- lastungsstellung durch den Druelz: einer Feder oder eines Hebels oder in anderer Weise gegen die entgegen dem Uhrzeigersinn voraneilende Klinkenverzahnung gedriiekt, so nimmt die Klinkenverzahnung die Klinke mit und schiebt sie vor sich hin, wodurch die Klinke ihrezi Klinkenträger 34 um seine Drehachse 36, uni Bild 2 ebenfalls gegen den Uhrzeigersinn, kippt.
Der Klinkenträger, der sieh sonst. in seiner Arbeitsstellung mit. seinem Rüchen gegen den Waagenhebel 37 stützt, führt also relativ zum Waagenhebel eine kleine Schwen- kung nach vorn aus, und zwar so weit, bis die Klinke nunmehr in umgekehrter Richtung aus ihrer Überlastungsstellung über ihre Scheitel punktlage wieder in ihre Arbeitsstellung ge mäss Fig. 2 zurückkehrt.
Damit die Klinke aus ihrer Überlastun@;-s- stellung in ihre Arbeitsstellung zurückkehren kann, ist es, wie gesagt, erforderlich, dass sie entweder durch die Wirkung einer Feder oder eines Hebels gegen ihre Klinkenverzahnung- gedrückt wird. Praktischeiweise wird man der Klinke des mittleren Gan--es und ihrer Klin kenfeder so eine Gestalt ;
eben, dass die Klinke sowohl in ihrer Arbeitsstellun -, wie auch in ihrer Überlastungsstellung gegen die Klinken verzahnung gedriiekt wird. Dann gelangt die Klinke jeweils selbsttätig in ihre Arbeitsstel lung zurück, sobald das Pedalieren für einen Augenblick unterbrochen wird. Beim grosses? Gang ist solch eine selbsttätige Rückführung der Klinke in ihre Arbeitsstellung aber mei stens nicht erwünscht.
Deshalb wird man es praktischerweise so einrichten, dass die Klinke des grossen Ganges in ihrer Überlastungsstel- lung, z. B. durch den Druclz der Klinkenfeder, daran gehindert wird, mit ihrer Klinkenver- zahnung in Berührung zu kommen, solange dieses nicht durch einen Willensakt des Z'elo- fahrers herbeigeführt wird. Als solch ein Wil lensakt kann das Rückwärtspe < lalieren dienen.
In diesem Falle lässt sieb zum Beispiel ein in Figuren nicht, dargestellter Hebel vorsehen, der an einem Ende schwenkbar an einer Wange des Kupplungskäfigs 8 befestigt ist und dessen anderes Ende so gestaltet ist, dass es die Klinke des grossen Ganges in ihrer Über- lastungsstellung fassen und gegen die Klin kenverzahnung drücken kann.
Dieser Rück führungshebel müsste ausserdem mit Hilfe einer an ihm angebrachten Feder oder in an derer Weise so mit einer Nut oder einem An schlag o. a. auf der feststehenden Nabenachse kämmen, dass das entsprechende Hebelende beim Rückwärtspedalieren und damit, bewirk ter Rückwärtsdrehung des Kupplungskäfigs gegen das freie Ende der Klinke in deren Überlastungsstellung in Richtung Klinkenver zahnung ausschlägt und umgekehrt beim Vor- wärtspedalieren in entgegengesetzter Richtung fortgezogen wird.
Um die oben genannten Elemente der Über- lastungs- und Freilaufkuppiungen wirtschaft lich zu erzeugen, ist es zweckmässig, sie so weit als möglich aus Profilmaterial herzustellen. Für den Waagenhebel mit seinem Mittelsteg wäre dann eine zweiteilige Bauart. zu wählen, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, wo in dem von einer entsprechenden Profil stange geschnittenen eigentlichen Hebel 3 7 der zum Beispiel aus Blech gestanzte Steg 3\? (Fig.3) eingelötet oder eingeschweisst oder eingenietet ist.
Den Klinkenträgern 52 und 34 gibt man zweckmässigerweise eine Form ähnlich der in den Fig. 2, 3 und 4 (Fig. 4 stellt einen Schnitt durch die Mitte des linken Klinkenträgers 52 in Fig.3 dar). Die Besonderheit dieses eben falls aus profiliertem Material hergestellten Teils besteht in den nach der Klinkenfeder seite hin vorgezogenen Wangen. Diese dienen dazu, ein seitliches Abgleiten der zwischen diesen Wangen liegenden Klinkenfeder 33 zu verhindern.
Auch die Klinken 35 und 53 werden vor teilhafterweise aus profiliertem Material her gestellt, z. B. in einer Profilform ähnlich der in Fig. 5 (die solch eine Klinke von zwei Sei ten zeigt). Die in Fig.5 dargestellte Klinke hat zwei Zapfen zur Lagerung in den Wangen des Klinkenträgers (Fig. 3).
Diese Zapfen werden im Falle der Fig. 5 dadurch erzeugt, dass zu beiden Seiten eines aus einer entspre- ehenden Profilstange geschnittenen Stückes so viel Material weggenommen wird, da.ss das übrigbleibende Material der Zapfen im Quer schnitt zwar nicht eine vollständige Kreisflä che bildet, sich aber vom Kreis der Klinken trägerbohrung umschliessen lässt.
In Fig. 3 ist als Beispiel eine zweckmässige Lösung für die gegenseitige Anordnung von Waagenliebel und Klinkenträgern dargestellt. Die Klinkenträger stehen auf dem Waagen hebel zu beiden Seiten des als Scheidewand dienenden Steges 32. In einer Öffnung dieses Steges liegt das Achsenstück 54, das links und rechts abgesetzt ist, damit es nicht in den einen oder andern Klinkenträger hineingleiten kann. Dieses Stück ist so kurz bemessen, dass es nur wenig in die Klinkenträger hineinragt und zwischen den Wangen jedes Klinkenträ gers Platz für die Klinkenfeder 33 lässt.
Durch eine Bohrung dieses Achsenstückes ist der Aehsenstift 36 durchgesteckt, der bis in die andere Wange jedes Klinkenträgers hinein ragt. Seitlich wird dieser Achsstift durch die Wangen des Kupplungskäfigs 8 gehalten.
Wie bereits früher erwähnt, wird bei ein tretender Überlastung durch den Druck, der auf der leistungsübertragenden Klinke des mittleren bzw. des grossen Ganges lastet, der Waagenliebel 37 gegen den Druck der Druck feder 41 nach innen gedrückt. In dem Mo ment, in dem die Klinke in ihre LTberlastungs- stellung hinüberschwenkt, sehnellt der Waa- genhebel unter dem Einfluss der Druckfeder wieder zurück, und zwar so weit, als ihm die ses der Kopf des hubbegrenzenden Stiftes 42 oder ein sonstiger Anschlag erlaubt.
Um den hierbei auftretenden Rückschlag abzuschwä- ehen, ist es zweckmässig, zwischen dem Waa- genhebel und dem Anschlag der Hubbegren zung ein elastisches Pufferelement, z. B. eine elastische Scheibe 43, anzuordnen.
Es kann Fälle geben, wo der Radfahrer es wünscht., das selbsttätige Umschalten vom gro ssen auf den mittleren bzw. vom mittleren auf den kleinen Gang, das beim Erreichen der vorgesehenen Überlastungsgrenze eintritt, zu unterbinden. Um dieses erreichen zu können, ist eine Sperrvorrichtung vorzusehen, durch die dem Waagenhebel die Möglichkeit genom men werden kann, unter dem Druck der lei- stungsübertragenden Klinke so weit nach in nen auszuweichen, dass die Klinke in ihre Überlastungsstellung übergehen, das heisst entkuppeln kann.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel solch einer Sperr vorrichtung. Der Gedanke besteht darin, in den Raum zwischen den beiden Wangen des Kupplungskäfigs 51, zwischen den Waageei hebel und die Nabenachse 50, einen Ring 46 hineinzuschieben, so dass dem Waagenhebel der Platz genommen wird, den er nötig hat, um dem Klinkendruck genügend nachzugeben. Dieser Ring ist nach Fig. 6 von einer nach links und nach rechts beweglichen Stange 45 gesteuert.
Diese Stange liegt in einer Bohrung der Nabenachse 50 und ist mit dem Sperring 76 durch einen Stift 47 verbunden. Die Steuer stange 45 kann so lang bemessen sein, dass sie mit ihren beiden Enden aus der Nabenachse 50 herausragt und auf diese Weise voll Hand oder mit einem Drahtzug oder mit andern äussern Steuerorganen in die Sperrstellung und zurück gebracht werden kann. In diesem Falle lässt sich in der Aussparung der Naben achse 50, die für die Schiebebewegung des Stiftes 47 vorzusehen ist, eine zum Beispiel ge wellte, in LängsrichtLtng der Aussparung ver laufende Feder hineinlegen, die den Stift in seinen beiden Aussenlagen festhält.
Auch kann eine einseitige Steuerung der Steuerstange 45 vorgesehen werden. In diesem Falle wäre zum Beispiel eine Druckfeder vorzusehen, die unter dem Einfluss der Kraft, die auf die Stange von aussen einwirkt und sie in die eine Posi tion bringt, gespannt wird, so dass beim Nach lassen dieser Kraft die Stange von dieser Fe der wieder in ihre ursprüngliche andere Posi tion zurückgebracht wird.
Additional patent to the main patent. No. 255799. Multi-stage transmission gear. The invention described below relates to a design of the multi-stage transmission according to patent claims of the main patent as a three-stage bicycle hub gear, in which apart from the hub axle and the end caps protruding from the outside into the hub sleeve and the drive head carried along by the chain wheel are located inside the hub sleeve:
a) a pawl toothing lying between the cover plates, which with. the hub shell is verbun and which serves to transmit the mean rotational speed to the hub shell; furthermore, viewed from the sprocket side, arranged in the following order in terms of the power flow:
b) a cage entrained by the drive head, which serves on the one hand to carry the 'angular speed given to it by the drive head on the hub sleeve and thus establish the direct low gear, and on the other hand serves as a planetary cage of a planetary gear through which his rotational movement given to him by the drive head is translated into high speed and transferred to the cage mentioned under c) below;
c) the driving coupling halves of two over-load and overrunning clutches, which are housed in a common cage and have common parts, of which elements belonging to one of the two driving the coupling halves can take the ratchet teeth mentioned under a) with them to the middle one Establish gear while coupling elements belonging to the other of the two driving coupling halves can transmit their rotary motion to the ratchet teeth mentioned below under d);
d) a cage which on the one hand contains a ratchet toothing through which the 'V \' angular speed of the coupling cage mentioned under c) can be transmitted to it and which on the other hand serves as a planet cage of a planetary gear through which the rotary movement of the coupling cage is Quickly translated and transferred to the hub sleeve, creating the large gear.
An embodiment of the gear hub is shown below with reference to the drawing. Detailed variants explained: Fig. 1 shows a longitudinal section of the hub along line C-D in Fig. which in turn shows a cross section along line A-B in FIG. In Fig. 1 the mechanism of the overload and overrunning clutch rings is omitted, but in Fig. \? visible.
Externally, the hub shown looks very similar to the known, non-self-shifting gear hubs. You can see the hub sleeve 4, at the two ends of which the end caps 2 and 28, which are designed as ball bearing shells, are screwed into the sleeve, and also the drive head 29, which is also partially designed to form ball bearing shells, on which the sprocket 15 is screwed and which is driven by the sprocket.
You can also see the two cones 1 and 30, the usual washers, nuts, etc. for setting the cones and securing them against twisting, and the clamping nuts and other parts for connecting the hub to the bicycle frame.
The internal structure is designed in the following way. Subsequent to the drive head 29, the gear hub holds a cage 11. Both of the aforementioned separate parts are designed so that this cage is always carried along by the drive head. At the same time is. it is expedient, and also shown in FIG. 1, that these parts are given a shape that allows the drive head 29, together with the chain wheel screwed onto it, to be pulled out laterally after the cone 30 has been removed. According to FIG. 1, the drive head is provided with fingers 16 for this purpose which engage in correspondingly shaped recesses in the cage 11.
Instead of the recesses, claws or similar can also be used. to step.
This cage 11 is rotatably superimposed ge at two points on the hub axle 31 according to FIG. For this purpose and to get past the later-mentioned gear 24 formed on the axis, the axis is provided with a collar 21. But this cage can also be stored in another way, for example, support against the hub sleeve or mounted on ball or needle bearings. his.
According to Figure 1, the cage 11 is shown as a part rotating body, which is provided with ring-shaped recesses. In one of these recesses, at least one freewheel pawl 12, which is shaped and arranged in such a way that the rotary movement imparted to the cage 11 is pivoted on an axle 13 and provided with a corresponding pawl spring shown in FIG Ratchet teeth 27 on the end cover 28 screwed into the hub sleeve (with a right-hand thread) and thus on the sleeve itself.
In this way, the hub shell can be given the angular speed of the sprocket, which brings about the low gear. The possibility of movement of the pawl axis 13 in the axial direction is limited by parts that are close to it, if the dimensioning of its length corresponds.
At the same time, the cage 11 serves as a planet carrier of a planetary gear, through which the rotary movement of the drive head 29 is translated into high speed and to the next element of this gear hub, namely the clutch cage 8 and the parts of the overload and freewheel clutches arranged in it the middle and the large aisle. This planetary gear is formed by the sun gear 24 connected to the hub axle, the planet gears 26 and the internal gearing 10 closing around these gears.
The sun gear can form a single piece with the hub axle, such as 24 in FIG. 1, or be screwed or riveted onto the axle as a separate piece, as 48 in FIG. 6, or fastened in some other way. his. Likewise, the internal toothing 10 can be pushed into the coupling cage 8, as shown in Figure 1, or be connected as a separate gear to the coupling cage. The planet gears 26 are rotatably mounted on axes 2: 5, the length of which is also dimensioned in such a way that they are secured against falling out sideways by the neighboring parts.
With the help of this planetary gear, the clutch cage 8 is given the angular speed that corresponds to that of the middle gear.
According to FIG. 1, this coupling cage 8 is likewise formed by a twist body which is cut out like a slot. is that it appears in a certain side view as a U-like body, formed by two cheeks and a connecting foot (see also Fig. 2). Both \ Tangen contain bores with which the coupling cage is mounted on the hub axis, partly on the collar 21 already mentioned, partly on a second collar 20. This cage can also be stored differently, e.g.
B. with the aid of balls or needles or bushings, or by the fact that it is supported against parts other than the hub axle. (This is the case, for example, in a design variant shown in FIG. 6, where the coupling cage 51 is supported against the cage 49.) Between the two cheeks of the coupling cage 8 are the driving parts of the beginning Overload and overrunning clutches mentioned in this description, which are designed as two ratchet clutches.
With one of these two clutches, the angular speed of the hitch cage 8, as explained in more detail later, is transferred to the ring 23, which has a ratchet toothing 22, and thus. be passed on to the hub shell 4. This is how the middle gear is created.
(The ring 23 is screwed into the hub shell and fixed by a spacer tube 9; it can, however, also be connected to the hub shell in some other way or form a single piece with it.) With the other of these two couplings, the rotary movement of the coupling cage 8 on the ratchet toothing 6 of the cage 5, which is designed as a planet carrier of a second planetary gear, is carried over to quickly form the high gear after repeated translation.
The planet gears 19 of this second planetary gear are rotatably seated on the axles 18 and mesh on the one hand with the sun gear 17, which can be designed similar to the sun gear 24, on the other hand with the internal toothing 3 with which the cover 2 is provided. Since this is screwed into the hub shell (with a left-hand thread), the angular speed of the large gear can be given in this way to the hub shell.
According to FIG. 1, the planetary cage 5 is rotatably mounted partly on the coupling cage 8 and partly on the hub aisle 31. With this cage, however, other storage options, as mentioned above, are possible.
In the axial direction, the ge called three cages 11, 8 and 5 are supported with which he necessary lateral play against each other and against the cover 28 and 2. In Fig. 2, the structure of the two partly common parts containing clutches of the middle and of the large corridor: an axis 7 is carried along by the two cheeks of the coupling cage 8 in the direction of rotation of the coupling cage. A lever 37 is pivotably seated on this axis and is as wide as the space between the two cheeks of the coupling cage, except for the required lateral play.
This lever 37 forms part of a spring balance. At one end it is supported on a compression spring 41, which is sufficiently dimensioned and pretensioned. and strives to push it outwards. But it is prevented by a limit the stop beyond a designated operating position .. According to Fig. 2, this limiting stop is formed by a headed threaded pin 42 which is screwed into the spring plate 40, the water in turn in which the Cheeks connect the foot of the coupling cage 8 is attached by thread. The desired operating position of the balance lever 37 can be set with the aid of the threaded pin 42.
After the setting he followed, this pin is secured against rotation by an inserted into the slot of his head securing bracket 44, the ends of which are held by the cheeks of the coupling cage 8. The spring plate 40 is used to regulate the bias of the compression spring 41. It is provided with a slot 39 or otherwise designed in such a way that it is connected from the outside through an opening 38 provided in the hub. Can be turned with the help of a screwdriver or a wrench.
But since the position of the screwed in it stroke limiting Ge threaded pin 42 is usually not to be changed by the adjustment of the spring plate 40, you give your internal thread and the external thread of the spring plate the same height.
Between its pivot axis 7 and the end exposed to the compression spring 41, the balance lever 37 carries to the right and left of a central web 32 connected to this or a piece forming a central web 32 (see also FIG. 3), a pawl carrier 52 and 34, respectively with their feet and back against the balance lever 37 and can only forward, that is, in Fig. 2 counterclockwise, about their axis consisting of two parts 54 and 36, which goes through an opening in the web 32, pivot.
A pawl 53 or 35 is accommodated in each of these two pawl carriers in the manner of a bayonet and arranged pivotably. Each of these two pawls is under the action of its own pawl spring (cf. 33 in FIG. 2).
If now the coupling cage 8 in Fig. 2 is rotated counterclockwise, so takes in the position shown there, for example, the pawl 35 kenverzaäne 6 involved in the major gear Klin, but at the same time also tries., The balance lever 37 against the pressure of Compression spring 41 to press down inward. But it only succeeds in doing this when the torque that it is supposed to transmit to the ratchet teeth has been sufficiently high.
But then the pawl strikes from its power transmission lowing Arbeitsstelhing shown in Fig. 2 over an apex point position in which the balance lever is most deeply pressed down. is, in the analogously opposite position, that is, so that it no longer points to the top left as in FIG. 2, but to the top right. In this position it can no longer pass the counterclockwise torque to the ratchet teeth, but slides past the ratchet teeth. The high gear is then interrupted and the next following middle gear can take over the power transmission.
In this position of the Überlasturigsstelhing just described - the pawl 35 remains at least until the pawl toothing assigned to it moves forward again in a counterclockwise direction in FIG. 2 relative to it. This occurs, for example, if pedaling is interrupted while the bike continues to roll. becomes.
If the pawl is pushed in its overload position at this moment by the pressure: a spring or a lever or in some other way against the pawl toothing advancing counterclockwise, the pawl toothing takes the pawl with it and pushes it in front of it, whereby the pawl Their pawl carrier 34 tilts about its axis of rotation 36, also counterclockwise in Figure 2.
The pawl carrier, he would otherwise see in his working position. its backbone against the balance lever 37, so it performs a small pivot forward relative to the balance lever until the pawl is now in the opposite direction from its overload position via its apex position back into its working position according to FIG returns.
In order for the pawl to be able to return to its working position from its overloaded position, it is necessary, as said, that it is pressed against its pawl teeth either by the action of a spring or a lever. In practice, the latch of the middle gear and its latch spring become such a shape;
just that the pawl is pressed against the pawl toothing both in its working position and in its overload position. Then the pawl automatically returns to its working position as soon as pedaling is interrupted for a moment. With the big one? Gear such an automatic return of the pawl to its working position is mostly not desirable.
Therefore, it will be set up in such a way that the latch of the large passage in its overload position, e.g. B. by the pressure of the pawl spring, is prevented from coming into contact with its pawl teeth, as long as this is not brought about by an act of will of the Z'elo driver. Backward skating can serve as such an act of will.
In this case, for example, a lever (not shown in the figures) can be provided which is pivotably attached at one end to a cheek of the coupling cage 8 and the other end of which is designed so that it grips the pawl of the large gear in its overload position and can press against the ratchet teeth.
This feedback lever would also have to with the help of a spring attached to it or in some other way so with a groove or a stop o. A. Comb on the fixed hub axle so that the corresponding end of the lever when pedaling backwards and thus, causes reverse rotation of the coupling cage against the free end of the pawl in its overload position in the direction of the pawl toothing and vice versa is pulled away in the opposite direction when pedaling forward.
In order to produce the above-mentioned elements of the overload and freewheel clutches economically, it is advisable to manufacture them as far as possible from profile material. A two-part design would then be used for the balance lever with its center bar. to choose, as shown for example in Fig. 2, where in the rod cut from a corresponding profile rod actual lever 3 7 of the web 3 \? (Fig. 3) is soldered or welded in or riveted.
The pawl carriers 52 and 34 are expediently given a shape similar to that in FIGS. 2, 3 and 4 (FIG. 4 shows a section through the center of the left pawl carrier 52 in FIG. 3). The peculiarity of this part, which is also made of profiled material, consists in the cheeks that are pulled forward towards the latch spring side. These serve to prevent the pawl spring 33 lying between these cheeks from sliding off to the side.
The pawls 35 and 53 are made before geous enough of profiled material ago, for. B. in a profile shape similar to that in Fig. 5 (which shows such a pawl of two Be th). The latch shown in Figure 5 has two pins for mounting in the cheeks of the latch carrier (Fig. 3).
In the case of FIG. 5, these pins are produced by removing so much material from both sides of a piece cut from a corresponding profile rod that the remaining material of the pins does not form a complete circular area in cross section, but can be enclosed by the circle of the pawl carrier bore.
In Fig. 3, an expedient solution for the mutual arrangement of scales love and latch carriers is shown as an example. The pawl carriers are on the balance lever on both sides of the web 32 serving as a partition. In an opening of this web is the axle piece 54, which is offset to the left and right so that it cannot slide into one or the other pawl carrier. This piece is so short that it projects only a little into the pawl carrier and leaves space for the pawl spring 33 between the cheeks of each Klinkenträ gers.
The axle pin 36 is inserted through a hole in this axle piece and protrudes into the other cheek of each pawl carrier. This axle pin is held laterally by the cheeks of the coupling cage 8.
As already mentioned earlier, when there is an overload due to the pressure on the power-transmitting pawl of the middle or large gear, the scales love 37 is pressed against the pressure of the pressure spring 41 inward. At the moment in which the pawl swings over into its overload position, the balance lever pulls back under the influence of the compression spring, to the extent that the head of the stroke-limiting pin 42 or another stop allows it.
In order to attenuate the kickback that occurs here, it is advisable to place an elastic buffer element between the balance lever and the stop of the stroke limiter, e.g. B. an elastic disc 43 to be arranged.
There may be cases where the cyclist wishes to prevent the automatic shift from high to medium or from medium to low gear, which occurs when the intended overload limit is reached. In order to be able to achieve this, a locking device is to be provided, by means of which the balance lever can be deprived of the possibility of dodging so far inwards under the pressure of the power-transmitting pawl that the pawl can go into its overload position, that is, it can uncouple.
Fig. 6 shows an example of such a locking device. The idea is to push a ring 46 into the space between the two cheeks of the coupling cage 51, between the balance lever and the hub axle 50, so that the balance lever is taken away from the space it needs to give way to the latch pressure. According to FIG. 6, this ring is controlled by a rod 45 movable to the left and to the right.
This rod lies in a bore in the hub axle 50 and is connected to the locking ring 76 by a pin 47. The control rod 45 can be so long that it protrudes with its two ends from the hub axle 50 and in this way can be brought into the locked position and back fully by hand or with a wire pull or other external control elements. In this case, in the recess of the hub axle 50, which is to be provided for the sliding movement of the pin 47, a, for example, corrugated spring running in the longitudinal direction of the recess, which holds the pin in its two outer positions.
One-sided control of the control rod 45 can also be provided. In this case, for example, a compression spring would have to be provided, which is tensioned under the influence of the force that acts on the rod from the outside and brings it into one position, so that when this force is released, the rod from this spring again is returned to its original other position.