DE10148807A1

DE10148807A1 - Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung

Info

Publication number: DE10148807A1
Application number: DE2001148807
Authority: DE
Inventors: Andreas Neuer
Original assignee: SRAM Deutschland GmbH
Current assignee: SRAM Deutschland GmbH
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2003-04-10

Abstract

Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung mit einer Nabenhülse, einer feststehenden Nabenachse, einem gelagerten Antreiber, einem Planetenradgetriebe mit Hohlrad, Planetenrädern, Planetenradträger und einem Schaltelement, das beim Schaltvorgang in den Berggang ein Kupplungsstück über eine Feder verschiebt oder, wenn das Kupplungsstück unter Last steht, einen Servomechanismus aktiviert, der die Verschiebung des Kupplungsstückes in Richtung Planetenradträger unterstützt. Die Servomechanik wird von einem Verschiebeabschnitt und einem Stützabschnitt gebildet und dreht sich stets mit der Antreiberdrehzahl. Wenn der axial fixierte Stützabschnitt vom Schaltelement am Drehen gehindert wird, fährt der in Vorwärtsrichtung drehende Verschiebeabschnitt über Sägezahnschrägen in Richtung Planetenradträger aus, bis die maximale Länge des Servomechanismus erreicht ist. Beim Rücktrittbremsvorgang oder beim Zurückschieben des Rades fährt der Servomechanismus automatisch zurück und das Schaltelement wird aus dem Eingriffsbereich der Servoeinheit ausgesteuert. Der Bremsvorgang erfolgt mit diesem Schaltkonzept stets in der gleichen Übersetzungsstufe. Beim Schalten in den Direktengang werden Kupplungsklauen automatisch außer Eingriff gebracht und beim Schalten in den Schnellgang werden über Schaltelement und Schalthülse die Hohlradklinken leichtgängig eingesteuert. In den anderen Schaltvorgängen werden die Schaltkomponenten ausschließlich über vorgespannte Federn bzw. mit ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lastschaltbare Getriebenabe mit gesteuerter Klauenkupplung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Lastschaltbare Getriebe verfügen über Einrichtungen, die es ermöglichen, Getriebeelemente die gerade im Kraftfluß stehen, mit geringer Schaltkraft auszusteuern und andere Getriebeelemente einzusteuern. Dieses Aus- und Einsteuern von Getriebeelementen, wie Hohlrad, Planetenradträger, Antreiber und Kupplungskomponenten erfolgt über steuerbare Klinken oder mittels ebenfalls gesteuerten, axial verschiebbaren Klauenkupplungen. Hierbei hat die Kupplungseinrichtung die Aufgabe, eine wahlweise Verbindung des Antreibers mit dem Hohlrad oder dem Planetenradträger herzustellen.

Aus der DE 21 59 770 ist eine Dreigang-Rücktrittbremsnabe mit einem durch Klauenkupplungen schaltbaren Planetengetriebe bekannt. Eine erste Klauenkupplung ist zwischen dem axial verschiebbar geführten Hohlrad des Planetengetriebes und einem Klinkengesperre vorgesehen. Über ein axial verschiebbares Klauenkupplungsteil wird der Antreiber dieser Dreigangnabe, von einem in der Achse verschiebbaren Schaltelement, wahlweise mit dem Hohlrad oder dem Planetenradträger gekoppelt. Der Abtrieb vom Planetengetriebe auf die Nabenhülse erfolgt entsprechend des eingelegten Ganges über eine erste oder zweite Sperrklinkenkupplung. Die erste Sperrklinkenkupplung besteht aus einem frei drehbar gelagerten Klinkenträger, dessen Klinken ständig im Eingriff mit der Klinkenverzahnung der Nabenhülse stehen. Die zweite Sperrklinkenkupplung wird durch den Bremskonus gebildet, der in den Taschen an seinem Umfang die Sperrklinken trägt.

Bei Mehrgangnaben der vorstehend erläuterten Konstruktion müssen die Klauen der Klauenkupplungen bei anliegendem Drehmoment gegen die Reibungskräfte an den Klauenkupplungselementen verschoben werden. Deshalb müssen bei dieser und weiteren Getriebevarianten, wie z. B. in den Patentschriften EP 0 180 076 und DE 27 05 52 offenbart, drehmomentübertragende Kupplungsteile unter Last axial verschoben werden. Dies erfordert hohe Schaltkräfte zudem wird das Schalten unter Last beeinträchtigt.

Zur Reduzierung der Schaltkräfte, die zur Verschiebung der unter Last stehenden Kupplungsteile erforderlich sind, werden entsprechende Servomechanismen eingesetzt. In der EP 0 803 430 wird eine Getriebenabe mit einem bzw. zwei Servomechanismen gezeigt. Hier wird die Drehkraft der zu schaltenden Klauenkupplungen genutzt, um eine axiale Verschiebung der unter Last stehenden Kupplungsteile auszuführen. Im wesentlichen erfolgt die Umwandlung der Drehbewegung in eine axiale Verschiebebewegung durch das Zusammenwirken des drehfesten Schaltelementes mit einer schiefen Ebene am drehenden Kupplungsteil.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung zu entwickeln, die obengenannte Mängel behebt. Es sollen die Schaltkräfte zum Ausrücken der mit einem Drehmoment beaufschlagten Klauenkupplungen reduziert werden.

Im einzelnen soll mit einfachen Bauteilen die Kopplung zwischen Antreiber und Hohlrad erfolgen. Zum Erzielen gleichbleibender Bremsleistung soll der Bremsvorgang stets in der gleichen Übersetzungsstufe, z. B. dem Berggang oder dem Direktengang erfolgen. Einem Verspannen des Getriebes beim Rückwärtsschieben des Rades ist entgegenzuwirken. Können Schaltvorgänge, z. B. im Stillstand nicht sofort ausgeführt werden, so soll der Schaltwunsch bzw. die Schaltarbeit gespeichert und dann bei günstigeren Betriebsverhältnissen umgesetzt werden.

Eine Lösungsmöglichkeit ist im Kennzeichen des Hauptanspruches angegeben. Weitere Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Kupplungseinrichtung zwischen Antreiber und Hohlrad führt eine Folgeoperation in Abhängigkeit der Kupplungsstellung der Kupplungseinrichtung zwischen Antreiber und Planetenträger aus. Die Kupplungseinrichtung zwischen Antreiber und Hohlrad wird zwangsweise ausgerückt und bleibt dann inaktiv, nachdem ein Drehmoment vom Antreiber zum Planetenradträger übertragen wird. Sie wird wieder eingeschaltet, nachdem die Drehkopplung zwischen Antreiber und Planetenradträger gelöst wurde.

Damit ist es nicht mehr erforderlich, dass die eventuell mit einem Drehmoment beaufschlagte Klauenkupplung zwischen Antreiber und Hohlrad, gegen die Reibungskräfte in den Klauenelementen, mit manuell aufzubringender Schaltkraft, gelöst werden muß.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen lastschaltbaren Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung ist die axial verschiebbare Klauenkupplung zwischen Antreiber und Hohlrad, die nur im Schaltzustand "ein" zwischen Freilauf und Mitnahme selbständig umschaltet aber im Schaltzustand "aus" vollkommen ausgeschaltet ist, wobei sich das Kupplungselement auch nicht in Eingriffsbereitschaft befindet. Dadurch wird vermieden, dass es beim Rückwärtschieben des Rades eventuell zur Verspannung des Planetengetriebes kommen kann. Die Klauen dieser Kupplung sind mit Übertragungs- und Abweisflächen ausgestattet, die zum einen die sichere Momentenübertragung gewährleisten und zum anderen die Kupplungshälften trennen, wenn sich das Hohlrad schneller dreht als der Antreiber. Somit wird diese Kupplung stets automatisch getrennt, wenn die Klauenkupplung zwischen Antreiber und Planetenradträger eingerückt wird.

Ein weiteres Merkmal dieses Schaltungskonzeptes ist die servounterstützte axiale Entkopplung der Klauenkupplung zwischen Antreiber und Planetenradträger, wenn diese gerade unter Last steht. Hierzu wird eine Servomechanik, die sich mit der verschiebbaren Kupplungshälfte mitdreht, in der entsprechenden Schaltstellung vom Schaltelement festgehalten. Die Servomechanik wird von einem Stützabschnitt und einem Verschiebeabschnitt gebildet. Der Stützabschnitt dient als axiales Widerlager und verschiebt, wenn er vom Schaltelement festgehalten wird, den anliegenden Verschiebeabschnitt über eine schiefe Ebene, in Form eines Sägezahnes oder einer Schraubenlinie, axial in Richtung Planetenradträger. Damit es hierbei nicht zu Überlastungen der Servomechanik kommt, ist die axiale Fixierung des Stützabschnittes an der Nabenachse mit einer vorgespannten Überlastfeder ausgestattet.

Des weiteren ist vorgesehen, dass beim Einleiten des Rücktrittbremsvorganges die Kopplung zwischen Antreiber und Hohlrad automatisch unterbrochen wird, wodurch stets über den Planetenradträger und damit immer in der selben Übersetzungsstufe gebremst wird. Durch die Rückdrehbewegung beim Rücktrittbremsvorgang wird im Berggang das Kupplungselement durch die Abweisflächen zwangsweise ausgesteuert und das Kupplungsstück zur Verbindung von Antreiber und Planetenradträger eingesteuert. Über die Rückwärtsdrehung des Antreibers bzw. des Kupplungsstückes wird auch die eventuell ausgefahrene Servomechanik zurückgesetzt und das Schaltelement aus dem Eingriffsbereich der Servoeinheit über Schrägen ausgesteuert.

Das Getriebekonzept, mit den Klauenkupplungen zwischen Antreiber und Hohlrad bzw. Antreiber und Planetenradträger wird anhand von schematisierten Nabengetriebe-Darstellungen gezeigt. Diese erfinderische Getriebevariante ist aber auch ganz allgemein dort anwendbar, wo Klauenkupplungseinrichtungen zwischen einem Getriebepfad mit größerem Übersetzungsverhältnis auf einem Getriebepfad mit kleineren Übersetzungsverhältnis, umgeschaltet wird. Dies ist in der betrachteten Ausführungsform dann der Fall, wenn der Kraftfluß über den Planetenträger läuft und anschließend über das Hohlrad geleitet werden soll.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Anhand von 3 Figuren werden Ausführungsbeispiele zur weiteren Erläuterung der Erfindungsmerkmale gezeigt:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer lastschaltbaren Dreigangnabe sowie den Kraftfluß im eingelegten Berggang;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer lastschaltbaren Dreigangnabe sowie den Kraftfluß im eingelegten Direktengang;

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer lastschaltbaren Dreigangnabe sowie den Kraftfluß im eingelegten Schnellgang;

In Fig. 1 wird die schematische Darstellung des erfinderischen, lastschaltbaren Nabengetriebes gezeigt, wobei sich die steuerbaren Klauenkupplungen in der Berggangstellung befinden.

Diese Schaltnabe verfügt über einen Berggang mit einer Untersetzung, einen direkten Gang mit gleicher Antreiber- und Nabenhülsendrehzahl und einen Schnellgang mit einer entsprechenden Übersetzung. Als zentrales Bauteil wird die Nabenachse 1 beidseitig am Fahrradrahmen befestigt. Die Nabenhülse 2 stützt sich mittels Wälzlager auf einem festen Lagerschild 3 und dem ebenfalls gelagerten Antreiber 4 ab. Zwischen Antreiber 4 und Nabenhülse 2 befindet sich ein Planetenradgetriebe bestehend aus einem achsfesten Sonnenrad 5, einem Planetenradträger 6, Planetenrädern 7 und einem Hohlrad 8. Die verschiedenen Gangstufen werden mittels ein- und aussteuerbaren Klauenkupplungen und Klinken von einem federgekoppelten Schaltelement 9 durch die hohle Nabenachse 1 umgeschaltet. Der von einem Ritzel 16 angetriebene Antreiber 4 verfügt über fingerartige Mitnahmesegmente 10, in die das Kupplungsstück 11 und das Kupplungselement 12 drehfest jedoch verschiebbar eingreifen. Das Kupplungsstück 11 ist mit zwei klauenbestückten Kränzen ausgestattet. Die Antriebsklauen 13 stehen permanent im Eingriff mit den entsprechenden Klauen an den Mitnahmesegmenten 10. Die Abtriebsklauen 14 greifen bei entsprechender Stellung des Kupplungsstückes 11 in die Planetenträgerklauen 15 am Planetenradträger 6 ein. Das vom Ritzel 16 eingeleitete Antriebsmoment kann so vom Antreiber 4 über das Kupplungsstück 11 zum Planetenradträger 6 und von dort über die Planetenträgerklinken 17 auf die Übertragungskontur 18 an der Nabenhülse 2 übertragen werden. Das Kupplungsstück 11 ist drehfest mit einer Servomechanik 19 verbunden, wodurch der Auskoppelvorgang der eventuell unter Last stehenden Abtriebsklauen 14 und Planetenträgerklauen 15 erleichtert wird. Die Servomechanik 19 besteht aus zwei axial gegeneinander verschiebbaren Abschnitten, einem Stützabschnitt 20 und einem Verschiebeabschnitt 21, der drehfest mit dem Kupplungsstück 11 verbunden ist. Der Stützabschnitt 20 sitzt drehbar auf der Nabenachse 1 und kann sich auf dieser axial abstützen. Der Stützabschnitt 20 und der Verschiebeabschnitt 21 verfügen über mehrere aufeinander abgestimmte, in axialer Richtung verlaufende Verschiebeelemente 22, die ineinander greifen und sich mit der Antreiberdrehzahl drehen. Zwischen Kupplungsstück 11 und Sonnenrad 5 ist eine Vorspannfeder 23 angeordnet, damit das Kupplungsstück 11 mit seinen Klauen in die entsprechenden Klauen am Antreiber 4 und Planetenradträger 6 eingreift. Hierdurch wird automatisch eine sichere Momentenübertragung vom Antreiber zum Planetenradträger gewährleistet, wenn nicht gerade eine andere Gangstellung eingestellt ist. Dies erfolgt, wie in dieser Figur gezeigt, wenn das Schaltelement 9 über die Verschiebefeder 24 das Kupplungsstück 11 in Richtung Planetenrad 7 verschiebt. Gelingt es nicht, die unter Last stehenden Klauen über die Verschiebefeder 24 zu verschieben bzw. zu trennen, so wird die Verschiebefeder 24 komprimiert und das Schaltelement 9 rückt in die Arretierkontur 25 des Stützabschnittes 20 ein. Der Stützabschnitt 20 wird am Weiterdrehen gehindert. Hierdurch entsteht eine Relativverdrehung zwischen den Verschiebeelementen 22, was zwingend zu einer Verlängerung der Servomechanik 19 und zum Auskuppeln der Abtriebsklauen 14 und der Planetenträgerklauen 15 führt. Der Stützabschnitt 20 stützt sich dabei an der Nabenachse 1 ab. Um eventuelle axiale Überbelastungen der Servomechanik 19 aufzufangen und einer großen Verschleißbeanspruchung der im Eingriff befindlichen Klauen vorzubeugen, ist zwischen Stützabschnitt 20 und Abstützmittel 26 eine Überlastfeder 27 vorgesehen.

Wenn sich das Kupplungsstück 11 in Richtung Planetenrad 7 verschiebt, wird auch automatisch das Kupplungselement 12 über die Druckfeder 28 verschoben und rückt mit seinen Kupplungsklauen 29 in die Hohlradklauen 30 ein. Findet sich nicht sofort eine Lücke für die Kupplungsklauen 29, so wird die Schaltenergie in der Druckfeder 28 zwischengespeichert bis sich eine günstigere Einrücksituation ergibt.

In Fig. 1 befindet sich das Schaltelement 9 in der ersten Schaltstellung, der Berggang ist eingelegt. Der Kraftfluß wird über das Ritzel 16 eingeleitet und läuft vom Antreiber 4 zum Kupplungselement 12, dann über das Hohlrad 8 und die Planetenräder 7 zum Planetenradträger 6. Vom Planetenradträger leiten die Planetenträgerklinken 18 den Kraftfluß schließlich zur Nabenhülse 2 weiter. In dieser Schaltstellung befinden sich die Hohlradklinken 31 nicht im Eingriff an der Mitnahmekontur 32 der Nabenhülse 2, sondern werden von der Schalthülse 33 in der ausgerückten Stellung gehalten.

Beim Rücktrittbremsvorgang wird das Ritzel 16 und ebenso der Antreiber 4 sowie das Kupplungselement 12 in die andere Richtung gedreht, dabei treffen die Rückseiten der Kupplungsklauen 29 und der Hohlradklauen 30 aufeinander. Die Rückseiten der Klauen sind mit Schrägflächen versehen, so dass sich die Klauen axial auseinander drücken und die Kupplung zwangsweise automatisch öffnet. Über die Druckfeder 28 wird nun das ebenfalls rückwärts drehende Kupplungsstück 11 verschoben und der Antreiber 4 mit dem Planetenradträger 6 gekoppelt. Die Verschiebeelemente 22 sind so gestaltet, dass sie sich beim Zurückdrehen des Kopplungsstückes aufeinander zu bewegen und damit die Servomechanik 19 verkürzen. Auch die Arretierkontur 25 ist mit Schrägflächen ausgestattet, damit beim Rückwärtsdrehen des Stützabschnittes 20 das Schaltelement 9 außer Eingriff gebracht wird und Kupplungsstück 11 sowie die Servomechanik 19 ungehindert rückwärts drehen können. Beim Rückwärtsdrehen des Planetenradträgers 6 wird nun der Bremskonus 34 über das Bewegungsgewinde 35 axial verschoben und dadurch der Bremsmantel 36 gegen den Bremsring der Nabenhülse 2 gepreßt. Der Bremsvorgang erfolgt stets über Antreiber 4, Kupplungsstück 11 und Planetenradträger 6, die Planetenträgerklinken 17 werden hierbei von der Übertragungskontur 18 der Nabenhülse 2 überholt.

Neben eines sicher und stets in der gleichen Übersetzung ablaufenden Bremsvorganges wird natürlich auch ein unbehindertes Zurückdrehen des Antriebsrades gefordert. Dreht sich die Nabenhülse 2 rückwärts, so wird über die Planetenträgerklinken 17 der Planetenträger 6, die Planetenräder 7 und das Hohlrad 8 ebenfalls rückwärts gedreht. Die Hohlradklauen 30 greifen in die Kupplungsklauen 29 am Kupplungselement 12 und drehen somit das Kupplungselement 12 und den Antreiber 4 mit dem Ritzel 16 rückwärts. Da die Antriebsklauen 13 am Kupplungsstück 11 permanent in die Mitnahmesegmente 10 des Antreibers 4 eingreifen wird auch das Kupplungsstück 11 und die Servomechanik 19 rückwärts gedreht. Dabei fahren die Verschiebeelemente 22 zusammen und verkürzen somit die Länge der Servomechanik 19. Die Schrägen an der Arretierkontur 25 bringen durch die Rückwärtsdrehung der Servomechanik 19 das Schaltelement 9 gegen die Kraft der Schaltfeder 37 außer Eingriff, wodurch letztendlich ein ungehindertes Zurückdrehen der Nabenhülse bzw. des Antriebsrades ermöglicht wird.

Zum Schalten vom Berggang in die zweite Gangstellung dem Direktengang, wird das Schaltelement 9 in Richtung Ritzel 16 geschoben, hierzu wird nur die Schaltfeder 37 entlastet und mittels der Vorspannfeder 23 und der Verschiebefeder 24 wird das Schaltelement 9 verschoben. Dabei rückt das Kupplungsstück 11 mit den Abtriebsklauen 14 in die Planetenträgerklauen 15 ein. Durch die Koppelung von Antreiber 4 und Planetenradträger 6 ergibt sich am Hohlrad 8 eine höhere Drehzahl als am Antreiber 4 bzw. Schaltelement 30. Es entsteht eine Relativbewegung zwischen den Hohlradklauen 30 und den Kupplungsklauen 29, wobei die Schrägflächen dieser Klauen aneinander gepreßt werden und eine zwangsweise Entkopplung von Hohlrad 8 und Kupplungselement 12 erfolgt.

In Fig. 2 befindet sich das lastschaltbare Nabengetriebe in der zweiten Gangstellung, dem Direktengang. Der Kraftfluß läuft hierbei vom Ritzel 16 zum Antreiber 4 und über das Kupplungsstück 11 zum Planetenradträger 6. Die Planetenträgerklinken 17leiten dann den Kraftfluß über die Übertragungskontur 18 in die Nabenhülse 2 ein. In dieser Gangstellung sind die Planetenräder 7 nicht an der Übersetzung beteiligt, die Nabenhülse 2 dreht somit im Direktengang mit der gleichen Drehzahl wie das Ritzel 16. In dieser Schaltstellung befinden sich die Hohlradklinken 31 nicht im Eingriff an der Mitnahmekontur 32 der Nabenhülse 2, sondern werden von der Schalthülse 33 in der ausgerückten Stellung gehalten.

Beim Rücktrittbremsvorgang wird das Ritzel 16 und ebenso der Antreiber 4 sowie das Kupplungsstück 11 und der Planetenradträger 6 in die andere Richtung gedreht. Beim Rückwärtsdrehen des Planetenradträgers 6 wird nun der Bremskonus 34 über das Bewegungsgewinde 35 axial verschoben und dadurch der Bremsmantel 36 gegen den Bremsring der Nabenhülse 2 gepreßt. Der Bremsvorgang erfolgt über Antreiber 4, Kupplungsstück 11 und Planetenradträger 6, die Planetenträgerklinken 17 werden hierbei von der Übertragungskontur 18 der Nabenhülse 2 überholt.

Beim Zurückdrehen des Antriebsrades übertragen die Planetenträgerklinken 17 diese Drehbewegung von der Nabenhülse 2 auf den Planetenradträger 6. Da der Planetenradträger 6 über das Kupplungsstück 11 mit dem Antreiber 4 verbunden ist, wird somit auch der Antreiber 4 und das Ritzel 16 rückwärts gedreht. Die anderen Getriebekomponenten wie das Kupplungselement 12, die Hohlradklinken 31, die Servomechanik 19 und das Schaltelement 9 sind nicht in Funktion und werden somit nicht bzw. nur indirekt von der Rückwärtsdrehbewegung des Antriebsrades tangiert. Aus dieser Schaltstellung heraus kann sowohl in den Berggang als auch in den Schnellgang geschaltet werden. Beim Zurückschalten von Direktengang in den Berggang wird das Schaltelement 9 über die Schaltfeder 37 in Richtung Sonnenrad 5 verschoben. Dabei wird die Verschiebefeder 24 komprimiert und verschiebt das Kupplungsstück 11 und damit auch das Kupplungselement 12 bis die Kupplungsklauen 29 in die Hohlradklauen 30 eingreifen. Läßt sich das unter Last stehende Kupplungsstück 11 nicht leichtgängig verschieben, so wird die Verschiebefeder 24 weiter zusammengedrückt, bis das Schaltelement 9 in die Arretierkontur 25 am Stützabschnitt 20 der Servomechanik 19 eingreift. Hierdurch wird der Stützabschnitt 20, das mit der Drehzahl des Kupplungsstückes 11 bzw. Antreiberdrehzahl dreht, am Weiterdrehen gehindert wird. Es entsteht zwischen Stützabschnitt 20 und Verschiebeabschnitt 21 eine Relativbewegung, die dafür sorgt, dass die Verschiebeelemente 22 die Servomechanik 19 auseinander drücken und das Kupplungsstück 11 in Richtung Sonnenrad 5 verschieben. Die Bewegung des Kupplungsstückes 11 wird mittels der Druckfeder 28 auf das Kupplungselement 12 übertragen, dabei kommen die Kupplungsklauen 29 mit den Hohlradklauen 30 in Eingriff und übertragen so den Kraftfluß in der Berggangstellung vom Antreiber zum Hohlrad.

Beim Hochschalten vom Direktengang in den Schnellgang wird das Schaltelement 9 in Richtung Ritzel 16 geschoben, hierzu wird die Schaltfeder 37 weiter entlastet und mittels der Verschiebefeder 24 wird das Schaltelement 9 gegen die Schalthülse 33 verschoben. Die Schalthülse 33 wird somit in Richtung Ritzel 16 bewegt und komprimiert die Schalthülsenfeder 38, dabei werden die Hohlradklinken 31 freigegeben und greifen in die Mitnahmekontur 32 am Hohlrad 8 ein. Da sich das Hohlrad 8 stets schneller dreht als der Planetenradträger 6, dreht sich nun in der Schnellgangstellung auch die, über die Hohlradklinken 31 bzw. über das Hohlrad 8 angetriebene Nabenhülse 2 schneller als die Planetenträgerklinken 17, die somit von der Übertragungskontur 18 überholt werden.

In Fig. 3 befindet sich das lastschaltbare Nabengetriebe in der dritten Gangstellung, dem Schnellgang. Der Kraftfluß läuft hierbei vom Ritzel 16 zum Antreiber 4 und über das Kupplungsstück 11 zum Planetenradträger 6. Die Planetenräder 7 treiben das Hohlrad 8 an, dabei übertragen die Hohlradklinken 31 den Kraftfluß über die Mitnahmekontur 32 auf die Nabenhülse 2. In dieser Gangstellung ist das Kupplungselement 12 nicht an der Übersetzung beteiligt. Die Planetenträgerklinken 17 werden von der schneller drehenden Übertragungskontur 18 der Nabenhülse 2 überholt.

Beim Rücktrittbremsvorgang wird das Ritzel 16 und ebenso der Antreiber 4 sowie das Kupplungsstück 11 und der Planetenradträger 6 in die andere Richtung gedreht. Beim Rückwärtsdrehen des Planetenradträgers 6 wird nun der Bremskonus 34 über das Bewegungsgewinde 35 axial verschoben und dadurch der Bremsmantel 36 gegen den Bremsring der Nabenhülse 2 gepreßt. Der Bremsvorgang erfolgt über Antreiber 4, Kupplungsstück 11 und Planetenradträger 6, die Planetenträgerklinken 17 und die Hohlradklinken 31 werden hierbei von der Mitnahmekontur 32 bzw. der Übertragungskontur 18 der Nabenhülse 2 überholt.

Beim Zurückdrehen des Antriebsrades übertragen entweder die Hohlradklinken 31 diese Drehbewegung von der Nabenhülse 2 über das Hohlrad 8 und die Planetenräder 7 auf den Planetenradträger 6 oder die Planetenträgerklinken 17 die Bewegung direkt auf den Planetenträger 6. Da der Planetenradträger 6 über das Kupplungsstück 11 mit dem Antreiber 4 verbunden ist, wird somit auch der Antreiber 4 und das Ritzel 16 rückwärts gedreht. Das Kupplungselement 12 und die Servomechanik 19 sind nicht in Funktionsstellung, drehen aber mit Antreiberdrehzahl und Drehrichtung mit.

Zum Schalten vom Schnellgang in die zweite Gangstellung dem Direktengang, wird das Schaltelement 9 über die Schaltfeder 37 in Richtung Sonnenrad 5 geschoben. Hierbei wird die Schalthülse 33 freigegeben und von der Schalthülsenfeder 38 gegen die Hohlradklinken 31 verschoben. Die Hohlradklinken 31 werden mittels geeigneter Angriffsflächen an der Schalthülse 33 aus der Mitnahmekontur 32 der Nabenhülse 2 heraus geschwenkt. Der Kraftfluß läuft nunmehr vom Ritzel 16 über Antreiber 4, Kupplungsstück 11, Planetenradträger 6 und die Planetenträgerklinken 17 zur Nabenhülse 2.

Dieses lastschaltbare Getriebekonzept zeichnet sich gegenüber herkömmlichen klauengeschalteten Varianten aufgrund der Servomechanik 19 und der entsprechenden Formgebung der Kupplungsklauen 29 und der Schalthülse 33 durch sein besonders schnelles, sicheres und leichtgängiges Schaltverhalten aus. Bezugszeichenliste 1 Nabenachse
2 Nabenhülse
3 Lagerschild
4 Antreiber
5 Sonnenrad
6 Planetenradträger
7 Planetenrad
8 Hohlrad
9 Schaltelement
10 Mitnahmesegment
11 Kupplungsstück
12 Kupplungselement
13 Antriebsklauen
14 Abtriebsklauen
15 Planetenträgerklauen
16 Ritzel
17 Planetenträgerklinke
18 Übertragungskontur
19 Servomechanik
20 Stützabschnitt
21 Verschiebeabschnitt
22 Verschiebeelement
23 Vorspannfeder
24 Verschiebefeder
25 Arretierkontur
26 Abstützmittel
27 Überlastfeder
28 Druckfeder
29 Kupplungsklauen
30 Hohlradklauen
31 Hohlradklinken
32 Mitnahmekontur
33 Schalthülse
34 Bremskonus
35 Bewegungsgewinde
36 Bremsmantel
37 Schaltfeder
38 Schalthülsenfeder

Claims

1. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung, insbesondere für Fahrräder, bestehend aus einer Nabenhülse 2, einer feststehenden Nabenachse 1, einem Schaltelement 9, einem Antreiber 4, einem Planetenradgetriebe mit Planetenradträger 6, Planetenrädern 7 und Hohlrad 8 sowie verschiebbare Klauenkupplungen, die zwischen Antreiber 4 und Planetenradträger 6 bzw. Antreiber 4 und Hohlrad 8 angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schaltvorgang in einen niedrigeren Gang das Auskuppeln eines unter Last stehenden axial verschiebbaren Kupplungsstückes 11 durch Schaltunterstützungsmittel erfolgt und dass beim Schaltvorgang in einen höheren Gang das Auskuppeln eines axial verschiebbaren Kupplungselementes 12 aus dem niedrigen Gangpfad selbständig und zwangsweise durch überholende Kupplungsteile erfolgt.

2. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskuppelvorgang, mindestens einer unter Last stehenden Klauenkupplung, mit Hilfe von Schaltunterstützungsmitteln insbesondere einer Servomechanik 19 oder aber mittels Abweisflächen an den Klauen erfolgt, hierbei wird die zwangsweise Trennung der im Eingriff befindlichen Kupplungsteile durch Veränderung der Drehzahl oder Drehrichtung eingeleitet.

3. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenkupplung zwischen Antreiber 4 und Planetenradträger 6 aus mehreren am Planetenradträger 6 angeordneten Planetenträgerklauen 15 und einem ebenfalls mit Klauen ausgestatteten, axial verschiebbaren Kupplungsstück 11 besteht, das unter Last von einer axial wirkenden Servomechanik 19, die sich an der Nabenachse 1 abstützt und am Kupplungsstück 11 angreift, ausgesteuert wird.

4. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung der Servomechanik 19 an der Nabenachse 1 elastisch, z. B. mittels einer axial wirkenden Überlastfeder 27 erfolgt, so dass eine Überlastsicherung der Servomechanik 19 gewährleistet wird.

5. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Servomechanik 19 direkt oder indirekt vom Antreiber 4 angetrieben wird und aus zwei axial gegeneinander verschiebbaren Abschnitten, dem Stützabschnitt 20 und dem Verschiebeabschnitt 21 besteht, wobei sich der Stützabschnitt 20 um die Nabenachse 1 dreht und axial abstützt und dass zum Aktivieren der Servomechanik 19 der Stützabschnitt 20 vom eingreifenden Schaltelement 9 am Weiterdrehen gehindert wird.

6. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Servomechanik 19 funktionell zwischen Nabenachse 1 und einem drehenden Getriebeteil insbesondere Antreiber 4 oder Planetenradträger 6 angeordnet ist.

7. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Servomechanik 19 funktionell zwischen unterschiedlich drehenden Getriebeteilen, insbesondere zwischen Antreiber 4 und Hohlrad 8 angeordnet ist.

8. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützabschnitt 20 und der Verschiebeabschnitt 21 über mehrere aufeinander abgestimmte, in axialer Richtung verlaufende Verschiebeelemente 22 verfügt, die bei unterschiedlicher Drehzahl der Abschnitte eine Längenänderung der Servomechanik 19 und damit eine Verschiebung des Kupplungsstückes 11 auch unter Last und gegen eine Vorspannfeder 23 bewirkt.

9. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Verschiebeelemente 22 und die Arretierkontur 25 des Schaltelementes 9 am Stützabschnitt 20 so gestaltet ist, dass beim Vorwärtsdrehen des Antreibers 4 die Servomechanik 19 auseinander und bei einer Rückwärtsdrehung stets zusammen fährt und zudem die Haltefunktion des angefederten Schaltelementes 9 am Stützabschnitt 20 aufgehoben wird.

10. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schaltelement 9 und dem Kupplungsstück 11 eine Verschiebefeder 24 angeordnet ist, um auch den Schaltvorgang bei stehendem Antreiber 4 einleiten zu können.

11. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung, insbesondere für Fahrräder, bestehend aus einer Nabenhülse 2, einer feststehenden Nabenachse 1, einem Schaltelement 9, einem Antreiber 4, einem Planetenradgetriebe mit Planetenradträger 6, Planetenrädern 7 und Hohlrad 8 sowie verschiebbare Klauenkupplungen, die zwischen Antreiber 4 und Planetenradträger 6 bzw. Antreiber 4 und Hohlrad 8 angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einkuppelvorgang in einen höheren Gang die Klauenkupplungsverbindung des niedrigeren Gangpfades, zwangsweise und unabhängig vom Einkuppelvorgang, durch überholende Kupplungsteile ausgesteuert wird.

12. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kupplungselement 12 drehfest mit dem Antreiber 4 verbunden ist und mit einer Federvorspannung in die Hohlradklauen 30 eingreift und aus dem Bereich der Klauen herausfährt bzw. herausgedrückt wird, wenn das Hohlrad 8 schneller dreht als der Antreiber 4 oder wenn der Antreiber 4 z. B. beim Rücktrittbremsvorgang rückwärts gedreht wird.

13. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement 12 als Freilauf wirkt, drehfest mit dem Antreiber 4 verbunden ist und angefedert ist oder aus federndem Material besteht.

14. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen am Kupplungsstück 11 stets drehfest aber axial verschiebbar mit dem Antreiber 4 verbunden sind und dass das Kupplungselement 12 zwischen Antreiber 4 und Hohlrad 8 mit dem Kupplungsstück 11 axial verschoben werden kann.

15. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kupplungsstück 11 und Kupplungselement 12 ein Federelement, insbesondere eine Druckfeder 28 angeordnet ist, um die Schaltenergie zu speichern wenn gerade keine Schaltbereitschaft zwischen Kupplungselement 12 und Hohlrad 8 vorliegt.

16. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kupplungselement 12 nach dem Gangwechsel in einen höheren Gangpfad stets außerhalb des Eingriffsbereiches der Hohlradklauen 30 befindet und nur durch eine entsprechende Schaltbewegung des Schaltelementes 9 bzw. über Schaltunterstützungsmittel wieder in Eingriff gebracht wird.

17. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 16 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsklauen 29 in die Hohlradklauen 30 eingreifen können und dass die Hohlradklauen 30 und oder die Kupplungsklauen 29 mit Abweisflächen versehen sind, um das Kupplungselement 12 auszusteuern bzw. axial zu verschieben, wenn das Hohlrad 8 schneller dreht als der Antreiber 4 oder wenn der Antreiber 4 z. B. beim Rücktrittbremsvorgang rückwärts gedreht wird.

18. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlradklinken 31, die das Hohlrad 8 und die Nabenhülse 2 verbinden, von einer Schalthülse 33, die vom Schaltelement 9 durch den Antreiber 4 hindurch betätigbar ist, aus- bzw. eingesteuert werden können und dass sich die Schalthülse 33 über die Schalthülsenfeder 38 axial am Antreiber 4 abstützt und gemeinsam mit dem Antreiber 4 dreht.

19. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Antreiber 4 über im wesentlichen axial verlaufende fingerartige Ausnehmungen verfügt, die eine Betätigung, insbesondere eine axiale Verschiebung des Kupplungselementes 12 und der Schalthülse 33 ermöglichen.

20. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangwahl über ein- bzw. ausgerückte Klauenkupplungen erfolgt und die Momentenübertragung zur Nabenhülse 2 mittels Klinken erfolgt, die im inaktiven Zustand entweder überholt werden oder gerade ausgesteuert sind.

21. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangwahl über ein- bzw. ausgerückte Klauenkupplungen erfolgt, wobei der Kraftfluß im Berggang, vom Antreiber 4 über das Kupplungselement 12 auf das Hohlrad 8 und von dort über Planetenräder 7 auf den Planetenradträger 6 und weiter über Planetenträgerklinken 17 zur Nabenhülse 2 geleitet wird, hierbei sind die Hohlradklinken 31 und das Kupplungsstück 11 im ausgesteuerten Zustand.

22. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangwahl über ein- bzw. ausgerückte Klauenkupplungen erfolgt, wobei der Kraftfluß im Direktengang, vom Antreiber 4 über das Kupplungsstück 11 zum Planetenradträger 6 und über die Planetenträgerklinken 17 zur Nabenhülse 2 geleitet wird, hierbei sind die Hohlradklinken 31 und das Kupplungselement 12 außer Eingriff.

23. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangwahl über ein- bzw. ausgerückte Klauenkupplungen erfolgt, wobei der Kraftfluß im Schnellgang, vom Antreiber 4 über das Kupplungsstück 11 zum Planetenradträger 6 und von dort über die Planetenräder 7 auf das Hohlrad 8 und weiter über die Hohlradklinken 31 zur Nabenhülse 2 weitergeleitet wird, hierbei werden die Planetenträgerklinken 17 überholt und das Kupplungselement 12 befindet sich außer Eingriff.

24. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücktrittbremsvorgang stets in der gleichen Übersetzung erfolgt und durch eine Rückwärtsdrehung des Antreibers 4 ins Getriebe eingeleitet und über das Kupplungsstück 11 zum Planetenradträger 6 geleitet und dann in eine Bremsbewegung umgeformt wird, hierbei werden die Klinken, soweit sie nicht bereits ausgesteuert sind, überholt und das Kupplungselement 12 befindet sich außer Eingriff.

25. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Rücktrittbremsvorgang im Berggang das im Eingriff befindliche Kupplungselement 12 durch die Rückwärtsdrehung des Antreibers 4 von den entsprechenden Abweisflächen an den Kupplungsklauen 29 bzw. Hohlradklauen 30 abgewiesen bzw. ausgekoppelt wird und dass durch die axiale Verschiebung des Kupplungselementes 12 auch das Kupplungsstück 11 verschoben bzw. in die Planetenradträgerklauen eingekuppelt wird.

26. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass beim Rücktrittbremsvorgang im Berggang, durch die Rückwärtsdrehung des Antreibers 4, auch die Servomechanik 19 über das Kupplungsstück 11 gedreht wird und somit auf seine kürzeste Länge zurückfährt.

27. Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung nach den Ansprüchen 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass beim Rücktrittbremsvorgang oder beim Zurückschieben des Rades im Berggang, durch die Rückwärtsdrehung des Kupplungsstückes 11 die Servomechanik 19 auf seine kürzeste Länge zurückfährt und das Schaltelement 9, mittels in Zurückdrehrichtung wirksam werdender Schrägen der Arretierkontur 25 am Stützabschnitt 20, außer Eingriff gebracht wird.

Anspruch 28 Lastschaltbare Mehrgangnabe mit gesteuerter Klauenkupplung, insbesondere für Fahrräder, bestehend aus einer Nabenhülse 2, einer feststehenden Nabenachse 1, einem Schaltelement 9, einem Antreiber 4, einem Planetenradgetriebe mit Planetenradträger 6, Planetenrädern 7 und Hohlrad 8 sowie verschiebbare Klauenkupplungen, die zwischen Antreiber 4 und Planetenradträger 6 bzw. Antreiber 4 und Hohlrad 8 angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schaltvorgang in einen höheren Gang das Auskuppeln eines axial verschiebbaren Kupplungselementes 12 aus dem niedrigen Gangpfad selbständig und zwangsweise durch überholende Kupplungsteile erfolgt.