DE10023856A1 - Naben-Gangschaltung für pedalbetriebene Fahrzeuge - Google Patents

Abstract

Bei einer Naben-Gangschaltung für pedalbetriebene Fahrzeuge, mit wenigstens einem Gang für die Vorwärtsfahrt und mit einer Bremse, die durch die Drehrichtungsumkehr der Pedale betätigbar ist, wobei sich von der Nabe eine Bremsmomentenstütze zum Fahrzeugrahmen erstreckt, und mit einem Freilauf, der die Vorwärts-Drehrichtung der Nabe bei stillstehenden Pedalen ermöglicht, schlägt die Erfindung vor, daß die Bremsmomentenstütze über eine Freilaufeinrichtung an den Rahmen anschließt, wobei die Freilaufeinrichtung in der Drehrichtung sperrt, die der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges entspricht und wobei zur Bewegung der Freilaufeinrichtung in ihrer der Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges entsprechenden Drehrichtung mehr Energie erforderlich ist als zur Bewegung der Bremsen-Bauteile.

Description

Die Erfindung betrifft eine Naben-Gangschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Nabenschaltungen sind beispielsweise als 3-, 5- oder 7-Gang-Schaltungen handelsüblich und beispielsweise für Fahr­ räder vorgesehen. Sie werden jedoch auch in Behindertenfahr­ zeugen (= "Reha-Fahrzeugen") eingesetzt oder auch in Kinder­ fahrzeugen wie Tretautos oder sogenannten Go-Karts.

Für den Bereich der Fahrzeuge mit mehr als zwei Rädern ist die Möglichkeit, rückwärts zu fahren, häufig wünschenswert. Insbe­ sondere im Bereich der Reha-Fahrzeuge sind aufgrund einge­ schränkter Feinmotorik der Fahrer die Freiräume für den Lenk­ einschlag häufig bewußt stark eingeschränkt, so daß sich zwangsläufig ein sehr großer Wendekreis des Fahrzeuges er­ gibt. Oft ist es den Fahrern aufgrund einer Behinderung unmög­ lich, das Fahrzeug anzuheben und umzusetzen, wenn das Fahrzeug in einer Richtung weiterbewegt werden soll, die nicht mit dem vorgegebenen kleinen Lenkeinschlag erreichbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nabe mit Freilauf dahingehend zu verbessern, daß diese um die Möglichkeit der Rückwärtsfahrt erweitert wird.

Erfindungsgemäß wird also zumindest ein Vorwärtsgang und zumindest ein Rückwärtsgang ermöglicht, so daß aus einer Na­ be mit Freilauf, die bislang üblicherweise nicht als Schaltnabe angesprochen wird, erfindungsgemäß eine Nabengangschal­ tung wird, da die Nabe nun einen Vorwärtsgang und einen Rückwärtsgang aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Naben-Gangschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, die Rückwärts­ fahrt dadurch zu ermöglichen, daß die bislang übliche starre Drehmomentenabstützung der Nabe durch ein Element mit einer Freilauffunktion ersetzt wird. Hierdurch ergibt sich folgendes Verhalten der Naben-Gangschaltung:

Bei der Vorwärtsfahrt dreht sich die Nabe in einer Richtung, die der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges entspricht. Falls es sich um eine Schaltnabe mit mehreren Gängen handelt, kann diese Drehgeschwindigkeit der Nabe in Abhängigkeit von der einge­ stellten Getriebeübersetzung der Schaltnabe unterschiedlich sein von der Drehgeschwindigkeit eines Antriebsritzels, welches über eine Kette oder andere Kraftübertragungsmittel mit den Pedalen verbunden ist.

Beim Bremsen bewegt sich das Antriebsritzel rückwärts, da die Bremse als sogenannte Rücktrittsbremse ausgestaltet ist und durch entsprechende Rückwärtsbewegung der Pedale betätigt wird. Das Fahrzeug befindet sich jedoch zunächst noch in Fahrt, so daß sich die Nabe nach wie vor in der Vorwärtsfahrtrichtung dreht. Durch Betätigung der Bremse werden üblicherweise Bremsbacken an eine Bremstrommel gedrückt. Diese Brems­ backen sind nicht mit einer Rückholfeder od. dgl. versehen, so daß sie im Anschluß an die Betätigung der Bremse nach wie vor in ihrer Bremsstellung verbleiben. Erst durch eine erneute Pe­ dalbewegung in Vorwärtsfahrtrichtung wird die Bremse gelöst.

Während des Bremsvorganges, also während mittels der Pedale die Bremsbacken unter Kraftaufwand gegen die Bremstrommel gedrückt werden, stützt die Bremsmomentenstütze die Kräfte am Rahmen ab, so daß eine Überlastung von beispielsweise Spei­ chen, die in dem betreffenden Fahrzeugrad vorgesehen sind, vermieden werden kann. Die Bremsmomentenstütze ist übli­ cherweise mit einem Bremskonus verbunden, wobei dieser Bremskonus zum Spreizen der Bremsbacken dient.

Üblicherweise ist die Bremsmomentenstütze in beiden Drehrich­ tungen der Nabe starr. Erfindungsgemäß ist jedoch ein Bauele­ ment mit einer Freilauffunktion vorgesehen. Die Abstützung der Momente beim Bremsen funktioniert dabei nach wie vor, für den Fahrer ohne wahrnehmbare Veränderung.

Nachdem das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist, kann auf­ grund der Freilauffunktion des erfindungsgemäß vorgesehenen Bauteiles jedoch die Nabe entsprechend der Rückwärts- Fahrtrichtung des Fahrzeuges gedreht werden. Dabei befindet sich die Bremse nach wie vor in ihrer Bremsstellung, d. h. die Bremsbacken liegen der Bremstrommel an. Der beispielsweise vorhandene, oben erwähnte Konus, der die Bremsbacken spreizt, dreht sich gemeinsam mit der Bremstrommel mit und nutzt dabei die Freilauffunktion des erfindungsgemäß vorgese­ henen Freilaufbauteiles.

Das Fahrzeug läßt sich daher erfindungsgemäß wie folgt bewe­ gen:

Gebremst wird zunächst mit der Rückwärtsbremse der Nabe. Die Bremspedale werden hierzu rückwärts zum normalen Fahrantrieb des Fahrzeuges bewegt. Nachdem das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist, werden die Pedale weiterhin in Rückwärtsfahrtrichtung des Fahrzeuges belastet. Entgegen dem Bremsvorgang, bei dem die Pedalen zwar belastet werden, aber sich üblicherweise nicht oder nur um ein sehr geringes Maß drehen, können nun, ab dem Fahrzeugstillstand, die Pedale rückwärts gedreht werden und dabei bewegt sich das Fahrzeug ebenfalls rückwärts.

Die Rückwärtsfahrt kann entweder durch Vorwärtsbetätigung der Pedale abgebremst werden oder durch eine ohnehin an den Fahrzeugen vorgesehene zweite Bremse, die üblicherweise handbetätigt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand der Unteransprüche ersichtlich:

So kann vorzugsweise die Freilaufeinrichtung als Freilaufritzel ausgestaltet sein. Hierdurch können großserienmäßig herge­ stellte, handelsübliche und preisgünstige Bauteile Verwendung finden. Die Abstützung gegenüber dem Fahrzeugrahmen kann auf einfache und preisgünstige Weise dadurch ermöglicht wer­ den, daß Vorsprünge am Fahrzeugrahmen vorgesehen sind, die sich in die Zahnzwischenräume des Freilaufritzels erstrecken. Dies kann auf einfache und preisgünstige Weise mit Standard­ bauteilen, beispielsweise durch Schrauben ermöglicht werden, also durch weitere preisgünstige und standardisierte Bauteile, die an den Fahrzeugrahmen angeschraubt werden können oder durch Bolzen, die an den Fahrzeugrahmen angeschweißt werden.

Um eine individuelle Anpassung des Freilaufritzels an die je­ weils verwendete Nabe zu vermeiden, kann vorteilhaft ein Adap­ ter vorgesehen sein, so daß das Freilaufritzel technisch unver­ ändert bleiben kann und lediglich durch den entsprechenden Adapter an die Nabe angepaßt wird, um eine Kraftübertragung von der Nabe, insbesondere von der Bremsmechanik der Nabe zum Freilaufritzel zu ermöglichen.

Ein handelsübliches Freilaufritzel kann ein etwa ringförmiges Gehäuse aufweisen, in dem die Freilaufeinrichtung angeordnet ist, so daß in dem zentralen Hohlraum, der von dem ringförmi­ gen Gehäuse umgeben ist, ausreichend Platz zur Aufnahme des Adapters vorhanden ist. Auf diese Weise können die baulichen Abmessungen klein gehalten werden. Dies wiederum ermöglicht es, das Freilaufritzel anstelle einer serienmäßigen Bremsmo­ mentenstütze an der im übrigen unveränderten Nabe anzuord­ nen, so daß der konstruktive Aufwand für die Umrüstung mini­ miert ist und eine kompakte Einrichtung geschaffen wird, bei welcher das Achsende, welches üblicherweise aus der Nabe herausragt, eine ausreichende Länge zur problemlosen Mon­ tage der Nabe aufweist.

Das Lager, mit dem das Freilaufritzel auf dem Achsende gela­ gert ist, kann dabei vorteilhaft in einem ebenfalls vorgesehenen zentralen Hohlraum des Adapters angeordnet sein, so daß die erwähnte vorteilhafte kompakte Ausgestaltung der Baugruppe, um welche die serienmäßige Nabe ersetzt werden kann, hier­ durch unterstützt wird.

Um die Bremsfunktion sicherzustellen, muß die Beweglichkeit der Bremsbacken leichter sein als die Beweglichkeit der Frei­ laufeinrichtung, da anderenfalls die Bremsbacken entgegen der Fahrtrichtung in der immer noch in Vorwärtsfahrt befindlichen Bremstrommel rotiert werden könnten, ohne gespreizt zu wer­ den, demzufolge ohne Bremswirkung. Diese Kräfteverhältnisse sind üblicherweise bei den handelsüblichen Mehrgang-Schaft­ naben gegeben, so daß es keiner zusätzlichen Einrichtungen bedarf. Aus Sicherheitsgründen kann aber zusätzlich eine Frik­ tionsbremse vorgesehen sein, die an dem Freilaufritzel anliegt. Das Freilaufritzel kann unter den handelsüblichen Bauelemen­ ten nach seiner Schwer- bzw. Leichtgängigkeit ausgesucht wer­ den, so daß derartige Friktionsbremsen überflüssig sind. Es kann durch ein entsprechend zähes Schmiermittel innerhalb des Freilaufritzels ebenfalls sichergestellt sein, daß das Freilaufritzel schwergängiger ist im Verhältnis zur Bremsbetätigung. Eine von außen an dem Freilaufritzel anliegende Friktionsbremse stellt jedoch die vorteilhafte und preisgünstige Möglichkeit dar, ein Freilaufritzel schwergängiger zu machen: Einerseits ermöglicht die von außen anliegende Friktionsbremse eine optische Funk­ tionskontrolle und zudem kann im Gegensatz zum Austausch, beispielsweise der Schmiermittelfüllung des Freilaufritzels, diese Friktionsbremse schnell und preisgünstig nachgerüstet werden, ohne die Mechanik des Freilaufritzels öffnen zu müssen.

Auf besonders einfache und kostengünstige Weise kann eine derartige Friktionsbremse durch einen dementsprechend gebo­ genen Drahtbügel ausgestaltet sein.

Vorteilhaft kann die erfindungsgemäß als Schaltnabe bezeichne­ te Nabe, die ohnehin einen Vorwärtsgang und einen Rückwärts­ gang aufweist, mehrere Vorwärtsgänge aufweisen. Die Grund­ übersetzung zwischen Pedalen und Nabe kann so gewählt sein, daß für übliche Vorwärtsfahrt höhere Gänge gewählt werden, für die Rückwärtsfahrt kann dann das Übersetzungsverhältnis zu einem niedrigen Gang gewechselt werden, so daß eine beson­ ders langsame und dementsprechend sichere Rückwärtsfahrt möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung im folgenden näher erläutert.

Darin ist mit 1 allgemein eine handelsübliche Mehrgang- Schaltnabe bezeichnet, die eine integrierte Bremse aufweist, die als sogenannte "Rücktrittbremse" bezeichnet wird. Ein An­ triebsritzel ist mit dem Gehäuse der Nabe 1 verbunden, jedoch in der Zeichnung aus Übersichtlichkeitsgründen nicht darge­ stellt.

Aus dem Gehäuse der Nabe 1 ragt eine Mehrfach-Außen­ verzahnung 2 hervor, die mit der Bremseinrichtung verbunden ist. Die Mehrfach-Außenverzahnung 2 wird im Serien-Aus­ lieferungszustand der Nabe 1 von einer hebelförmigen Brems­ momentenstütze umgriffen, die eine entsprechende Innenver­ zahnung aufweist. Diese hebelförmige Bremsmomentenstütze ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel entfernt worden. Stattdessen kann auf die Mehrfach-Außenverzahnung 2 ein Adapter 3 aufgesteckt werden, der eine zur Außenverzahnung 2 korrespondierende Innenverzahnung 4 aufweist.

Der Adapter 3 ist mit einem Außengewinde 5 versehen, so daß ein handelsübliches Freilaufritzel 6 mit seinem Innengewinde auf den Adapter 3 aufgeschraubt werden kann. Ein Druck- oder Axiallager 7 kann in einen zentralen Hohlraum des Adapters 3 aufgenommen werden, so daß eine insgesamt sehr schmal bau­ ende Baugruppe aus Adapter 3, Axiallager 7 und Freilaufritzel 6 geschaffen wird, die auf die Nabe 1 aufgesteckt werden kann. Dabei baut diese Baugruppe so schmal, daß ein Achsende 8, welches aus der Nabe 1 ragt, noch genügend Überstand auf­ weist, um eine Montage der um die Baugruppe erweiterten Nabe 1 innerhalb eines lediglich angedeutet dargestellten Rahmens 9 zu ermöglichen.

Insgesamt stellen die in der Zeichnung dargestellten Bauteile eine Naben-Gangschaltung dar, die über mehrere Vorwärts- und dementsprechend viele Rückwärtsgänge verfügt. Das Freilauf­ ritzel 6 erfüllt seine Funktion als Bremsmomentenstütze da­ durch, daß es mittels Schrauben 10 am Rahmen 9 drehfest an­ geordnet ist. Demgegenüber können sich die radial inneren Bauteile 11 frei drehen. Die Schwergängigkeit des Freilaufritzels 6 kann durch einen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht darge­ stellten Bremskörper verändert werden. Hierzu kann beispiels­ weise ein gebogen geformter Draht vorgesehen sein, der bei­ spielsweise an den Zähnen des Ritzels 6 oder an den Schrau­ ben 10 festgelegt wird und der mit einem gebogenen Abschnitt den radial inneren Bauteilen 11 anliegt und so als Friktions­ bremse die Schwergängigkeit des Freilaufritzels 6 erhöht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Eingriff in das Innere der Nabe 1 nicht nötig. Die Nabe 1 muß lediglich dadurch verändert werden, daß die Bremsmomentenstütze entfernt wird, bevor die um das Freilaufritzel 6 vorgesehenen Bauteile an der Nabe 1 als Ersatz für die serienmäßige Bremsmomentenstütze angeordnet werden.

Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann je nach Konstruktion der Nabe ein Eingriff in das Innere der Nabe vorgesehen sein, um zu ermöglichen, daß sich die Bremsbacken bzw. der zu deren Betätigung vorgesehene Bremskonus gegen­ über der Bremstrommel bzw. dem Nabengehäuse so verdrehen lassen kann, daß eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges möglich ist. Nach einer derartigen Veränderung kann die Bremsmomen­ tenabstützung mit eingebauter Freilaufeinrichtung an eine derart vorbereitete Nabe angeschlossen werden, so daß sich dann die Rückfahrfunktion für diese Nabe ergibt.

Claims (10)

1. Naben-Gangschaltung für pedalbetriebene Fahrzeuge,
mit wenigstens einem Gang für die Vorwärtsfahrt,
und mit einer Bremse, die durch die Drehrichtungsumkehr der Pedale betätigbar ist,
wobei sich von der Nabe eine Bremsmomentenstütze zum Fahrzeugrahmen erstreckt,
und mit einem Freilauf, der die Vorwärts-Drehrichtung der Nabe bei stillstehenden Pedalen ermöglicht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bremsmomentenstütze über eine Freilaufeinrichtung an den Rahmen (9) anschließt, wobei die Freilaufeinrichtung in der Drehrichtung sperrt, die der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges entspricht,
und wobei zur Bewegung der Freilaufeinrichtung in ihrer der Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges entsprechenden Drehrichtung mehr Energie erforderlich ist als zur Bewe­ gung der Bremsen-Bauteile.

2. Naben-Gangschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Freilaufeinrichtung als Freilaufritzel (6) ausgestaltet ist.

3. Naben-Gangschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremsmomentenstütze einen oder meh­ rere Vorsprünge aufweist, die sich vom Fahrzeugrahmen (9) zwischen die Zähne des Freilaufritzels (6) erstrecken.

4. Naben-Gangschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Adapter (3), der einerseits eine Anschlußflä­ che - wie eine Innenverzahnung (4) - aufweist, welche mit einer Anschlußfläche - wie eine Außenverzahnung (2) - zusammenwirkt, welche an der Nabe (1) vorgesehen ist, wobei der Adapter (2) andererseits mit dem Freilaufritzel (6) in zumindest einer Drehrichtung drehfest verbunden ist.

5. Naben-Gangschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Freilaufritzel (6) einen zentralen Hohl­ raum aufweist, in welchem der Adapter (3) angeordnet ist.

6. Naben-Gangschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Lager, welches in dem Freilaufritzel (6) ange­ ordnet ist und als Axiallager (7) auf einem Achsende (8) einer aus der Nabe (1) ragenden Achse montierbar ist.

7. Naben-Gangschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (3) einen zentra­ len Hohlraum aufweist, wobei das Lager in dem Adapter (3) angeordnet ist.

8. Naben-Gangschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Friktionsbremse, die die Beweglichkeit des Freilaufritzels (6) erschwert.

9. Naben-Gangschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Friktionsbremse als Drahtbügel ausge­ staltet ist, welcher von außen an dem Freilaufritzel (6) an­ liegt.

10. Naben-Gangschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltnabe (1) mehr als einen Vorwärtsgang aufweist.