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Die
Erfindung betrifft eine Mehrgangnabe für ein Fahrrad, umfassend eine
Nabenhülse,
ein mindestens ein Planetengetriebe umfassendes Getriebe, eine mit
einem Rahmen eines Fahrrades drehfest verbundene Nabenachse, einen
endseitig angeordneten Antreiber, einen abtriebseitigen Klinkenträger sowie
Freilaufeinrichtungen zur Koppelung des Antreibers mit dem abtriebseitigen
Klinkenträger über Elemente
des Getriebes in einer Antriebsdrehrichtung, schließlich umfassend
eine mit dem abtriebseitigen Klinkenträger gekoppelte Rücktritt-Bremseinrichtung.
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Aus
der
DE 196 17 732
A1 ist eine Friktionseinrichtung zur Steuerung einer Klemmrollenkupplung
für eine
Antriebseinrichtung oder für
eine Rücktritt-Bremseinrichtung
bei Fahrradnaben bekannt geworden, die ein Antriebsglied mit einem Steigflächenprofil,
mindestens eine Rolle, einen Käfigring
mit Käfigarmen
sowie ein Abtriebsglied umfasst. Um die Bremseinrichtung durch Rückwärtstreten
zu aktivieren, ist eine Haltekraft über eine Friktionsfeder auf
einer Nabenachse erforderlich, die üblicherweise durch eine Schlingfeder
hergestellt wird. Um aber in Antriebsdrehrichtung die durch eine
solche Friktionsfeder auftretenden Verluste zu minimieren, wird
zwischen einem Käfigring
und der Friktionsfeder, die als Schlingfeder mit einem Haken ausgerüstet ist,
ein Freilauf eingeführt,
der aus einem ersten Rastelement und einem zweiten Rastelement besteht,
wobei das erste Rastelement mit Mitnehmern drehfest mit Käfigarmen
an dem Käfigring
angeordnet ist und wohingegen das zweite Rastelement mit dem Haken
der Friktionsfeder drehfest verbunden ist. Die Rastelemente bilden
einen Freilauf in Antriebsdrehrichtung durch die Anpresskraft einer
Feder, welche gegen diese Antriebsdrehrichtung durch Zähne im zweiten
Rastelement und Rastfenster im ersten Rastelement eine Verrasterung
bewirkt. Der Vorteil einer sol chen Friktionseinrichtung liegt in
der nahezu völligen
Freiheit von Reibung in der Antriebsdrehrichtung, was sich als Wirkungsgradverbesserung
für den
Fahrradbenutzer auswirkt.
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Als
Weiterentwicklung dieser aufwändigen über Klemmrollen
betätigten
Rücktritt-Bremseinrichtung
wird vorgeschlagen, eine solche über
ein zweites Hohlrad zu steuern, welches das gesamte Getriebe umschließt und die
Rücktritt-Bremseinrichtung
mit dem Antreiber in Verbindung bringen kann. Grundlage hierfür ist eine
Mehrgangnabe mit einem endseitigen Klinkenträger und einem abtriebseitigen
Klinkenträger,
die miteinander über
drei Planetengetriebe zusammengeschaltet werden können, wobei
durch eine geeignete Klinkensteuerung eine Vielzahl von Übersetzungsstufen
erzeugt werden.
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Das
zweite Hohlrad erstreckt sich innerhalb der Nabenhülse vom
Antreiber, mit dem es über
mindestens eine erste Bremsklinke und mindestens eine Antriebsklinke
verbunden ist, bis zu einem Führungsring
in der Rücktritt-Bremseinrichtung
und bietet sich somit als direkten Übertragungspfad für das Bremsmoment
vom Antreiber bis zur Nabenhülse
an. Das Bremsmoment, das der Fahrradfahrer durch rückwärtstreten
der Pedale über
eine Kette mit einer Übersetzung
von etwa 1:3 in den Antreiber einleitet, wird über die erste Bremsklinke in
eine Innenverzahnung des zweiten Hohlrades eingeleitet und über mindestens
eine zweite Bremsklinke an den abtriebseitigen Klinkenträger weitergegeben,
der einen Bund mit Steigfeldern aufweist, auf dem Klemmrollen angeordnet
sind, die zueinander durch den Führungsring
in ihrem Abstand definiert sind und beim Bremsvorgang durch seine
Relativdrehung zum Bund auf den Steigfeldern abrollen und eine radial
weiter außen
liegende Position einnehmen, in der sie den Bremsmantel aufspreizen,
wodurch sich zwischen diesem und einer Bremshülse in der Nabenhülse ein Reibschluss
als Gegenreaktion zum Bremsmoment aufbaut, der die Nabenhülse je nach
Höhe des
eingeleiteten Bremsmoments mehr oder weniger stark abbremst, wobei
die Bremshülse
mit der Nabenhülse drehfest
verbunden ist. Der Führungsring
weist eine Friktion gegenüber
dem Bremsmantel auf, der durch einen Hebelkonus mit der Nabenachse
drehfest verbunden ist, wobei der Führungsring beim Rückwärtsdrehen
des Bundes zurück
bleibt und die Klemmrollen auf den Steigfeldern aufsteigen lässt.
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Die
Steuerung der ersten Bremsklinke erfolgt im Einzelnen folgendermaßen: Der
endseitige Klinkenträger
ist über
ein Drehspiel mit dem Antreiber verbunden, welches durchfahren wird,
wenn der Fahrradfahrer den Bremsvorgang durch die Betätigung der
Pedale entgegen der Antriebsdrehrichtung einleitet. In diesem Fall
bleibt der endseitige Klinkenträger
solange in Ruhe, bis das Drehspiel durchfahren ist.
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Mit
dem endseitigen Klinkenträger
ist eine Steuerhülse
drehfest verbunden, was bedeutet, dass auch sie gegenüber dem
nach rückwärts drehenden Antreiber
gemeinsam mit dem endseitigen Klinkenträger um den Betrag des Drehspiels
zurückbleibt. Der
Antreiber weist an seinem Außendurchmesser einen
Satz Antriebsklinken auf, die ständig
mit einer Verzahnung in dem zweiten Hohlrad in Eingriff stehen.
Außerdem
sind auf dem gleichen Außendurchmesser
die ersten Bremsklinken angeordnet, die gegen die Antriebsdrehrichtung
gerichtet sind und während
des Fahrbetriebs außer
Eingriff gehalten werden müssen.
Hierzu dient mindestens ein Bügel
an der Steuerhülse,
der jeweils eine Lücke
zwischen den Klinkensätzen
durchragt, die ersten Bremsklinken beim Antrieb überdeckt und so deren Eingriff
in die Verzahnung des zweiten Hohlrades verhindert. Wird der Antreiber
bei der Einleitung des Bremsvorganges gegenüber dem endseitigen Klinkenträger und
der Steuerhülse
um den Betrag des Drehspiels gegen die Antriebsdrehrichtung verdreht,
so verharrt der Bügel
der Steuerhülse
in seiner Position und die ersten Bremsklinken schieben sich unter
ihm hervor, greifen in die Verzahnung des zweiten Hohlrades ein und
koppeln es mit dem nach rückwärts drehenden Antreiber.
Die Antriebsklinken bleiben hierbei zwar im Eingriff, werden aber
beim Rückwärtsdrehen
des Antreibers überfahren.
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Der
Antreiber weist vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Lücken auf,
durch die sich die beiden Bügel
an der Steuerhülse
erstrecken, um die auf dem Antreiber aus Gründen des Gleichgewichts der
Kräfte
sich gegenüberliegenden
ersten Bremsklinken ein- und auszusteuern.
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Die
Steuerung der zweiten Bremsklinken erfolgt im Einzelnen folgendermaßen: Der
abtriebseitige Klinkenträger
weist drei Antriebsklinken auf, nämlich mindestens eine erste
für die
Verbindung des zweiten Hohlrades mit dem abtriebseitigen Klinkenträger, mindestens
eine zweite Antriebsklinke für
die Verbindung des ersten Hohlrades mit dem abtriebseitigen Klinkenträger und
mindestens eine dritte Antriebsklinke für die Verbindung eines Sonnenradträgers mit
dem abtriebseitigen Klinkenträger.
Die zweiten Bremsklinken sind im Umfangsbereich der ersten Antriebsklinke
unter einer Verzahnung am zweiten Hohlrad angeordnet und können die
eingeleiteten Bremsmomente, die gegen die Antriebsdrehrichtung gerichtet
sind, an den abtriebseitigen Klinkenträger weiterleiten, an welchem
der Bund mit Steigfeldern angeordnet ist. Um aber die zweiten Bremsklinken – sie liegen
sich vorzugsweise auf dem Umfang des abtriebseitigen Klinkenträgers gegenüber – zu aktivieren,
müssen
alle für
den Antrieb auf dem abtriebseitigen Klinkenträger angeordneten Antriebsklinken außer Eingriff
gebracht werden. Hierzu dient eine Fensterhülse, die zwischen den Verzahnungen
und den Antriebsklinken angeordnet ist und mit dem zweiten Hohlrad
durch eine Friktion verbunden ist. Wird also der Bremsvorgang eingeleitet,
so verdreht das zweite Hohlrad über
die Friktion die Fensterhülse
und alle Antriebsklinken werden von der Fensterhülse überdeckt und außer Eingriff
gebracht. Über
die bisher in der Antriebsposition durch die Fensterhülse abgedeckten
zweiten Bremsklinken wird nun ein Fenster in der Fensterhülse geschoben,
wodurch sie in die Verzahnung des zweiten Hohlrades einrasten und
den abtriebseitigen Klinkenträger
nach rückwärts antreiben
können.
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Auf
den vorerwähnten
Steigfeldern sind Klemmrollen angeordnet, die durch einen Führungsring
in an sich bekannter Weise gegen einander auf Distanz gehalten werden.
Die Steigfelder sind am Umfang des Bundes derart geneigt, dass die
durch den Führungsring
in ihrer Lage festgehaltenen Klemmrollen nach radial außen wandern,
wenn der abtriebseitige Klinkenträger gegen die Antriebsdrehrichtung
verdreht wird. Sie spreizen einen Bremsmantel auf, der drehfest über einem
Hebelkonus mit dem Rahmen des Fahrrades verbunden ist und eine im
Fahrbetrieb drehende Bremshülse
abbremst. Diese Bremshülse
ist drehfest mit der Nabenhülse
verbunden und leitet somit die Bremswirkung an das Hinterrad des
Fahrrades weiter. Der Führungsring
ist über
eine Friktion mit dem Bremsmantel verbunden, wodurch er immer gegenüber den
Drehbewegungen des Bundes zurückbleibt.
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Es
wird eine zweite Version einer Steuerung der Fensterhülse vorgeschlagen,
in der diese vom zweiten Hohlrad über einen Bremsfreilauf und
einen Bremsring gesteuert wird. Die Fensterhülse ist mit dem Bremsring drehfest
verbunden, wodurch sie beim Bremsvorgang vom zweiten Hohlrad über den ständig im
Eingriff befindlichen Bremsfreilauf nach rückwärts angetrieben wird. Die für den Antrieb
auf dem abtriebseitigen Klinkenträger angeordneten Antriebsklinken,
die durch Fenster in der Fensterhülse sowohl mit dem zweiten
Hohlrad, als auch mit dem ersten Hohlrad und dem Sonnenradträger in Eingriff sind,
werden durch Wegdrehen der Fenster in der Fensterhülse außer Eingriff
gebracht und der Bremsring kann den abtriebseitigen Klinkenträger nach rückwärts antreiben.
Zwischen dem abtriebseitigen Klinkenträger und dem Bremsring ist eine
zweite Kupplung mit Drehspiel angeordnet, welches beim Wegdrehen
der Fenster von den Antriebsklinken durchfahren wird, um dann beim
weiteren Rückwärtsdrehen
die Rücktritt-Bremseinrichtung
in der bereits beschriebenen Weise in Tätigkeit zu setzen.
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Die
Umkehrung der Betätigung
der Pedale in die Antriebsdrehrichtung bewirkt, dass eine Drehfeder
oder eine Friktion zwischen dem zweiten Hohlrad und der Fensterhülse diese
in der Antriebsdrehrichtung mitnimmt, wodurch die Fenster sich wieder über die
Antriebsklinken schieben und sie aktivieren. Von Vorteil ist die
Anordnung der Drehfeder in einem Distanzring, der drehfest mit dem
zweiten Hohlrad verbunden ist und die Montage erleichtert.
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Die
Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Mehrgangnabe mit
einer Mehrzahl an Planetengetrieben durch eine extern angeordnete Schalteinrichtung über eine
Mehrzahl von Freilaufeinrichtungen zu steuern, die miteinander sowohl
für den
Antrieb, als auch für
die Betätigung
einer Rücktritt-Bremseinrichtung
koppelbar sind.
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Die
Lösung
der Aufgabe ist jeweils in den kennzeichnenden Teilen des Hauptanspruches
1 und des nebengeordneten Anspruches 15 beschrieben. Ausgestaltungen
sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Anhand
mehrerer Zeichnungen ist eine Mehrgangnabe mit drei freilaufgesteuerten
Planetengetrieben und einer Rücktritt-Bremseinrichtung
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Mehrgangnabe mit einem Antreiber, einer Steuerhülse, einem endseitigen Klinkenträger und
einem abtriebseitigen Klinkenträger
und einer Rücktritt-Bremseinrichtung
mit einem Bund, einem Führungsring
und Klemmrollen innerhalb eines Bremsmantels im Teilschnitt;
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2 die
Anordnung des Antreibers mit einer Lücke und einem darin angeordneten
Bügel an der
Steuerhülse
zur Steuerung einer Bremsklinke in perspektivischer Darstellung;
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3 den
Antreiber mit Ausnehmungen und die Steuerhülse mit Mitnahmen in perspektivischer Darstellung;
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4 den
Bund mit Steigfeldern und Klemmrollen sowie eine Fensterhülse über den
Antriebsklinken am abtriebseitigen Klinkenträger;
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5 eine
Steuerung der Fensterhülse über einen
Bremsring und einen Bremsfreilauf zwischen dem Bremsring und dem
zweiten Hohlrad.
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Gemäß 1 besteht
die vorgeschlagene Mehrgangnabe aus einer Nabenachse 1,
einem Antreiber 2 als Antrieb, einer Nabenhülse 3 als
Abtrieb und einem Getriebe im Innern der Nabenhülse 3. Das Getriebe
besteht im wesentlichen aus dem Antreiber 2 mit einer Antriebsklinke 4 und
einer Bremsklinke 5, die beide auf ein zweites Hohlrad 6 wirken,
aus einem endseitigen Klinkenträger 7 mit
einer ersten Antriebsklinke 8, die auf die Verzahnung eines
ersten Hohlrades 9 wirkt und mit einer zweiten Antriebsklinke 10,
die auf die Verzahnung einer Mitnehmerhülse 11 wirkt, die
mit einem Sonnenradträger 12 drehfest verbunden
ist.
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Wie 2 zeigt,
ist innerhalb des Antreibers 2 eine Steuerhülse 13 angeordnet,
die einen nach radial außen
weisenden Bügel 14 aufweist,
der eine Lücke 15 im
Antreiber 2 durchragt und gegen eine Antriebsdrehrichtung 16 gerichtet
ist und im Antriebsfall die Bremsklinke 5 außer Eingriff
hält.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass die Steuerhülse 13 eine
Mitnahme 17 aufweist, die sie mit dem endseitigen Klinkenträger 7 über einen
Bolzen 18 verbindet, wobei der Bolzen 18 mit seinem
Ende in eine Ausnehmung 19 eingreift, die am Antreiber 2 angeordnet
ist und diesem gegenüber
der Steuerhülse 13 ein
Drehspiel verleiht, wenn der Antreiber 2 die Antriebsdrehrichtung 16 wechselt.
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Das
Getriebe weist ferner drei Planetengetriebe auf, nämlich ein
erstes Planetengetriebe 20, ein zweites Planetengetriebe 21 und
ein drittes Planetengetriebe 22, über welche der endseitige Klinkenträger 7 mit
einem abtriebseitigen Klinkenträger 23 unter
Bildung von unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen
gekoppelt werden kann. So ist das zweite Hohlrad 6 mit
dem abtriebseitigen Klinkenträger 23 über eine
Antriebsklinke 24 und eine zweite Bremsklinke 25 verbindbar;
das erste Hohlrad 9 lässt
sich mit dem abtriebseitigen Klinkenträger 23 über eine
Antriebsklinke 26 und der Sonnenradträger 12 mit dem abtriebseitigen
Klinkenträger 23 über eine Antriebsklinke 27 verbinden.
Der abtriebseitige Klinkenträger 23 weist,
wie aus 4 ersichtlich, einen Bund 28 mit
Steigfeldern 29 auf, auf denen Klemmrollen 30 abrollen,
die von einem Führungsring 31 so geführt sind,
dass auf jedem Steigfeld 29 eine Klemmrolle 30 abrollen
kann. Zwischen dem Führungsring 31 und
einem mit der Nabenachse 1 drehfest verbundenen Bremsmantel 32 ist
eine Friktion 33 angeordnet, die bewirkt, dass der Führungsring 31 beim
Rückwärtsdrehen
des abtriebseitigen Klinkenträgers 23 die
Klemmrollen 30 gegenüber
diesem festhält,
während
die Steigfelder sich unter ihnen verschieben und sie so nach radial
außen
verlagern, wodurch der Bremsmantel 32 gegen eine mit der
Nabenhülse 3 drehfest
verbundene Bremshülse 34 aufgespreizt
wird.
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Gemäß 4 werden
die Antriebsklinken 24, 26, 27 von einer
Fensterhülse 35 dadurch
freigegeben, dass sich – wie
in der gezeichneten Darstellung dargestellt – jeweils ein Fenster über die
entsprechenden Antriebsklinken 24, 26, 27 geschoben hat.
Die Antriebsklinken 24, 26, 27 können jetzt
in die für
sie vorgesehenen Verzahnungen eingreifen. Die Fensterhülse 35 überdeckt
aber auch die zweite Bremsklinke 25, die mit der Verzahnung
des zweiten Hohlrades 6 in Verbindung treten kann, wenn
die Fensterhülse 35 beim
Bremsvorgang gegen die Antriebsdrehrichtung 16 verdreht
wird. Hierbei kommt ein Fenster 36 über der zweiten Bremsklinke 25 zu liegen
und ihr Kontakt zur Verzahnung des zweiten Hohlrades 6 wird
hergestellt, wäh rend
die Antriebsklinken 24, 26, 27 durch
die Fensterhülse 35 außer Eingriff
gebracht werden.
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Aus
der 5 geht schließlich
hervor, wie bei einer alternativen Version einer Steuerung der Rücktritt-Bremseinrichtung
die Fensterhülse 35 vom zweiten
Hohlrad 6 über
einen Bremsfreilauf 44 und einen Bremsring 43 gesteuert
wird. Der mit dem zweiten Hohlrad 6 verbundene Bremsfreilauf 44 wirkt mit
einer Innenverzahnung des Bremsringes 43 entgegen der Antriebsdrehrichtung 16 zusammen
und dreht die mit dem Bremsring 43 drehfest verbundene Fensterhülse 35 nach
rückwärts, wodurch
die Antriebsklinken 24, 26, 27 ausgesteuert
werden und der abtriebseitige Klinkenträger 23 von einer zweiten Kupplung 40 mit
Drehspiel nach rückwärts mitgenommen
wird. Der am abtriebseitigen Klinkenträger 23 angeformte
Bund 28 mit seinen Steigfeldern 29 bringt jetzt
die Klemmrollen 30 in die Bremsposition unter den Bremsmantel 32.
Das zweite Hohlrad 6 ist mit der Fensterhülse 35 über eine
Friktion 42 verbunden, die für die Rückstellung der Fensterhülse 35 nach
vollendetem Bremsvorgang sorgt. Die Aufgabe der Friktion 42 kann
auch von einer Drehfeder wahrgenommen werden, die vorzugsweise zwischen
der Fensterhülse 35 und
dem abtriebseitigen Klinkenträger 23 angeordnet
ist.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt in der kostengünstigen Anordnung der Steuerhülse 13 mit
Bügeln 14 zum
Aussteuern der Bremsklinken 5 auf dem Antreiber 2 während des
Antriebs sowie einer Fensterhülse 35 zum
Aussteuern dreier Antriebsklinken 24, 26, 27 auf
dem abtriebseitigen Klinkenträger 23 zur Einleitung
des Bremsvorganges an einer ausschließlich klinkengesteuerten Mehrgangnabe.
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- 1
- Nabenachse
- 2
- Antreiber
- 3
- Nabenhülse
- 4
- Antriebsklinke
- 5
- Erste
Bremsklinke
- 6
- Zweites
Hohlrad
- 7
- Endseitiger
Klinkenträger
- 8
- Erste
Antriebsklinke
- 9
- Erstes
Hohlrad
- 10
- Zweite
Antriebsklinke
- 11
- Mitnehmerhülse
- 12
- Sonnenradträger
- 13
- Steuerhülse
- 14
- Bügel
- 15
- Lücke
- 16
- Antriebsdrehrichtung
- 17
- Mitnahme
- 18
- Bolzen
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Erstes
Planetengetriebe
- 21
- Zweites
Planetengetriebe
- 22
- Drittes
Planetengetriebe
- 23
- Abtriebseitiger
Klinkenträger
- 24
- Antriebsklinke
- 25
- Zweite
Bremsklinke
- 26
- Antriebsklinke
- 27
- Antriebsklinke
- 28
- Bund
- 29
- Steigfeld
- 30
- Klemmrolle
- 31
- Führungsring
- 32
- Bremsmantel
- 33
- Friktion
- 34
- Bremshülse
- 35
- Fensterhülse
- 36
- Fenster
- 37
- Antriebsklinke
- 38
- Friktion
- 39
- Erste
Kupplung mit Drehspiel
- 40
- Zweite
Kupplung mit Drehspiel
- 41
- Distanzring
- 42
- Friktion
- 43
- Bremsring
- 44
- Bremsfreilauf