DE102009013577A1

DE102009013577A1 - Kettenschaltung mit Freilauf

Info

Publication number: DE102009013577A1
Application number: DE102009013577A
Authority: DE
Inventors: Georg Denhoefer
Original assignee: Denhofer Georg Dr
Current assignee: Denhofer Georg Dr
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2029-03-20
Also published as: DE102009013577B4

Abstract

Die Erfindung schafft eine Freilaufnabe für eine Kettenschaltung, bei der der Eingriff der Klinken (60; 160) in die Zähne (36; 136) des Freilaufs durch eine vom Fahrer betätigte Aufhebevorrichtung (12; 120, 14; 140, 18; 180, 28; 128, 25; 125) auch während des Standes oder langsamer Fahrt des Fahrrades aufgehoben werden kann. Somit ist ein Schaltvorgang in einen niedrigen Gang auch unter diesen Umständen möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Freilaufnabe für ein Fahrrad mit einem ritzeltragenden Zylinder, der gegenüber einem radverbundenen Zylinder auf gleicher Achse frei drehbar gelagert ist, und mit einem Ratschensystem zwischen ritzeltragendem und radverbundenem Zylinder, das die Drehung Ritzel gegen Rad bei einer Relativ-Winkelgeschwindigkeit zwischen ritzeltragendem und radverbundenem Zylinder in Rückwärtsrichtung freigibt und in Vorwärtsrichtung sperrt.
Eine solche Kettenschaltung ist allgemein bekannt, vgl. z. B. Winkler/Rauch, Fahrradtechnik, 9. Auflage, 1996, S. 261 ff., aber auch EP 0 777 060 A1 ( WO 96 26 370 ), EP 0 787 922 A2 oder EP 1 881 221 A2 , um nur einige zu nennen. Die EP 0 787 922 kann hier als Beispiel einer Freilaufnabe dienen, bei der die Klinken der Ratsche im ritzeltragenden Zylinder aufgenommen sind, während die EP 1 881 221 als Beispiel einer Nabe dienen kann, bei der die Klinken im radverbundenem Zylinder aufgenommen sind.
Die EP 1 881 221 zeigt eine Freilaufnabe, bei der – im Gegensatz zu üblichen Freilaufnaben – die Klinken bei einer Rückwärtsbewegung, also Entsperrung der Ratsche, sämtlich in ihre Aufnahmen zurückgedrängt werden und somit das übliche Klackern von Freilaufnaben vermindert wird. Bei einer Belastung des ritzeltragenden Zylinders wird diese Zurückdrängung automatisch aufgehoben.
Die bekannten Kettenschaltungen haben also einen Freilauf in Rückwärtsrichtung (Ritzel gegen Rad) und eine sofort und automatisch einsetzende Sperre in Vorwärtsrichtung. Bei Verwendung einer Kettenschaltung kann nur bei (vorwärts) drehendem Rad ein Gangwechsel erfolgen. Bei einem plötzlich notwendigen Abbremsen aus schneller Geschwindigkeit ist der anschließend notwendige Übergang von der vorher gewählten schnellen Übersetzung auf eine langsamere Übersetzung zur Erhöhung des Drehmomentes am Rad nur schwierig auszuführen, bei stehendem Rad überhaupt nicht.
Die Erfindung soll hier Abhilfe schaffen.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine vom Fahrer von außen direkt oder indirekt betätigte Aufhebevorrichtung, die die Sperre des Ratschensystems unabhängig von der relativen Winkelgeschwindigkeit der ritzel- und radverbundenen Zylinder während der Betätigung aufhebt.
Die Sperre kann also, bevorzugt vom Fahrer, manuell kurzzeitig für Schaltvorgänge ausgeschaltet werden.
Insbesondere mit den nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen solcher Aufhebevorrichtungen ist es also möglich, kurzzeitig die vorwärts wirkende Ratschensperre aufzuheben, um den Schaltvorgang auch bei langsam drehendem oder stehendem Rad ausführen zu können. Dann kann die Fahrt aus langsamer Geschwindigkeit oder dem Stand mit einer niedrigen Untersetzung ohne Mühe fortgesetzt werden.
Die technische Ausführung nimmt dabei auf die Beschreibung in den o. g. Patentschriften Bezug, kann aber auch auf ähnlich wirkende Freilaufausführungen, z. B. ein Klemmrollensystem, mit kleinen Anpassungen übertragen werden.
Bevorzugt drückt die Aufhebevorrichtung die Ratschenklinken in ihre eingeklappte, von den Ratschenzähnen getrennte Position und hält sie dort während der externen Betätigung der Aufhebevorrichtung fest, damit die Ritzel frei gegenüber dem Rad durchdrehen können.
Bevorzugt ist die Aufhebevorrichtung eine Kombination aus axial verschiebbaren Zylindern, Schlittert, Federn und anderen Übertragungselementen, die bei drehendem und stehendem Rad durch Einwirkung von außerhalb der Radnabe so bewegt werden können, dass die Ratschenklinken nicht in ihnen gegenüberliegende Ratschenzähne eingreifen können, und die bei fehlender externer Einwirkung durch Rückstellfedern wieder in ihre Ausgangsposition zurückgeführt werden.
Bevorzugt ist, ein in der Radachse verschieblicher Stab vorgesehen, mit dem mindestens ein vom Stab radial durch eine Ausnehmung in der Achse abragender Steg verbunden ist, der über mindestens einen axial auf der Radachse verschieblichen Übertragungszylinder auf radial zur Radachse hin abragende, durch radial durch den radverbundenen Zylinder durchgehende, achsparallele Schlitze durchgreifende Schlittenstege von mehreren auf dem radverbundenen Zylinder axial verschieblichen Schlitten einwirkt, die ihrerseits durch ringförmig geschlossene oder sektoral offene, ggf. der Position der Klinken zugeordnete, Beaufschlagungselemente auf die Klinken einwirken.
Der Übertragungszylinder bildet also ein radial geschlossenes Übertragungselement zwischen achsverbundenem Steg und den sich in variablen Winkelstellungen befindlichen Schlitten, die ihrerseits entweder direkt auf die positionsmäßig mit ihnen verbundenen Klinken wirken können oder wiederum über einen geschlossenen Ring auf die positionsmäßig von ihnen entkoppelten Klinken. Durch diese Gestaltung können die Betätigungskräfte von außerhalb der Radnabe auf die Ratschenklinken übertragen werden unabhängig von den Drehungen von Rad und Ritzel.
Bevorzugt erfolgt bei einer Ausführungsform, bei der die Klinken im radverbundenen Zylinder gelagert sind, das Festhalten oder Drücken der Ratschenklinken in ihre(r) eingeklappte(n) Position durch Beaufschlagungselemente in Form von abgewinkelten Nasen an Schlitten, die auf der Außenseite des radverbundenen Zylinders in den Ausfräsungen des radverbundenen Zylinders für die Ratschenklinken geführt werden und axial verschiebbar sind. Dadurch läßt sich die Erfindung auf eine ohnehin oft vorhandene Gestaltung verwenden.
Besonders bevorzugt kann in dieser Ausführungsform, bei der die Klinken im radverbundenen Zylinder gelagert sind, das Drücken oder Festhalten der Ratschenklinken durch einen wie in EP 1 881 221 positionierten und geformten, zur reibungsbewirkten Rückstellung eingebauten Niederhaltering (in EP 1 881 221 „member 56”, dort zur Reduzierung des Ratschengeräusches) erfolgen, der über eine, in Bezug zur Raddrehung tangential Kraft ausübende Schräge an den Nasen der Schlitten, auf eine parallel dazu laufende Schräge am Niederhaltering um seine Achse gedreht wird.
Somit wird aus der axialen Bewegung der Schlitten eine drehende des an sich bekannten Ringes. Die Schlittennase wirkt also als Keil zwischen der nach innen ragenden Fortsetzung des Ringes und dem Anschlag, an dem die Fortsetzung des Ringes anschlägt, wenn die Klinken freigegeben werden. Es kann also – im Gegensatz zum Stand der Technik – die Freigabe der Klinken auch beim Vorwärtstreten verhindert werden.
Bevorzugt werden bei einer Gestaltung der Freilaufnabe, bei der die Klinken im ritzeltragenden Zylinder gelagert sind, die Schlitten durch parallel zur Radachse verlaufende Ausfräsungen im radverbundenen Zylinder und/oder Kugellagerrahmen geführt und weisen als gemeinsames Beaufschlagungselement einen Zylindertopf auf, dessen Ringkörper zur Aufhebung der Vorwärtssperre axial über die Klinken geschoben wird und der an seinem von den Klinken abgewandten Ende eine zur Achse senkrechte Bodenplatte mit mittigem Ringloch, aufweist, dessen Rand in Nuten am Ende der Schlitten greift. Die Bodenplatte ist dabei bevorzugt gegen die Schlitten drehbar, wird aber von ihnen axial geführt. Durch diesen Aufbau können alle Ratschenklauen gleichzeitig, und unabhängig von der Drehung zwischen Rad und Ritzel in die eingeklappte Position gebracht werden.
Bevorzugt drängt eine in die Aufhebevorrichtung eingebaute Rückstellfeder, die sich gegen radfeste Seiten abstützt, Teile der Aufhebevorrichtung in die Ausgangsposition, wenn die externe Betätigung aufgehoben wird.
Bevorzugt weist die Aufhebevorrichtung eine Rückholfeder auf, die sich gegen die Achse abstützt und die den Übertragungszylinder ohne externe Betätigung so in Stellung hält, dass die Reibung zwischen Schlittennasen und Übertragungszylinder für diesen Fall minimiert wird.
Bevorzugt ist im Verlauf der Aufhebevorrichtung eine Druckfeder zwischen Steg und Betätigungszylinder eingebaut, deren Federstärke so gewählt ist, daß bei externer Betätigung des Stabes keine Verschiebung der Schlitten erfolgt in dem Fall, daß die Ratschenklinken in eingerastetem und belastetem Eingriff mit den Ratschenzähnen stehen.
In einem solchen Fall wird die Druckfeder zusammengedrückt und die Einrichtungselemente Stab und Steg stoßen an einen Anschlag der Achsenöffnung, ohne daß die Klinken aus ihrer eingerasteten Position gedrückt werden, wodurch ein „Durchfallen” der Pedale verhindert wird.
Besonders bevorzugt weisen die Beaufschlagungselemente in axialer Richtung Schrägen auf, die mit an den Klinken ausgebildeten Aufnahmeflächen korrespondieren, auf die sie aufgeschoben werden und dadurch die Klinken niederdrücken und niedergedrückt halten, solange die externe Einwirkung erfolgt.
Durch die Schrägen kann die axiale Bewegung der Schlitten in eine radiale der Klinken umgesetzt werden.
Bevorzugt werden die Schlitten durch sie umgebende Ringe gleitend auf der Oberfläche der radverbundenen Zylinder in der Position gehalten, bei der eine minimale Reibung in der für sie vorgesehenen Führung erzielt wird.
Bevorzugt wird für den Fall, daß die Schlitten durch Ausfräsungen im inneren Kugellagerrahmen des Kugellagers zwischen radverbundenem und ritzeltragendem Zylinder geführt werden, der Kugellagerrahmen durch geeignete Befestigungselemente zwischen dem Kugellagerahmen und dem radverbundenem Zylinder gegen Drehung zwischen Kugellagerrahmen und radverbundenem Zylinder fixiert.
Damit wird eine Verklemmung in der axialen Schlittenführung verhindert.
Besonders bevorzugt weist die Freilaufnabe, in einer Alternative zur schaltungsabhängigen manuellen Auslösung durch den Fahrer, eine Hebelkombination mit einer, auf der einen Seite der Hebelkombination die Hebel auseinanderdrückenden Feder auf, welche Hebelkombination auf der Seite der Feder in den Seilzug zur Schaltschwinge der Kettenschaltung zwischengeschaltet ist und, auf der anderen Seite an der Radachse befestigt, ziehend oder drückend auf den Stab in der Radachse wirkt und dadurch bei Schaltung auf ein größeres Ritzel die Ratschenklinken niederdrückt.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, auf die wegen ihrer großen Klarheit und Übersichtlichkeit hinsichtlich der Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird, anhand bevorzugter Ausführungsformen noch näher erläutert.
Es zeigen:
1 Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufnabe im Schnitt in einer Ansicht in Fahrtrichtung.
2 Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufnabe im Schnitt in einer Seitenansicht mit Blick auf die Ritzelseite.
3 Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufnabe im Schnitt in einer Ansicht in Fahrtrichtung.
4 Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufnabe im Schnitt in einer Seitenansicht mit Blick auf die Ritzelseite.
5 Eine Hebelanordnung, die die Freigabe bzw. Sperrung des Ratschensystems bei der ersten Ausführungsform steuert.
6 Eine Hebelanordnung, die die Freigabe bzw. Sperrung des Ratschensystems bei der zweiten Ausführungsform steuert.
Bei einem Fahrrad mit Freilauf wird die Sperre des Ritzel-Tragezylinders 30; 130 gegenüber dem radverbundenen Zylinder 20; 120 in Antriebsrichtung durch beweglichen Klinken 60; 160 erzeugt, die durch Federkraft 64; 164 in starre Zähne 36; 136 einrasten (ausgeklappte Position). Die Klinken 60; 160 befinden sich je nach Ausführungsform entweder im radverbundenen Zylinder 20 (hierzu s. erste Ausführungsform) oder im Ritzel-Tragezylinder 130 (hierzu s. zweite Ausführungsform), die starren Zähne 36; 136 jeweils im anderen Zylinder 30; 120. Die Sperre wird in Rückwärtsrichtung aufgehoben, indem die Zähne die beweglichen klinken über ihre flach abfallenden Seiten in eine Ausfräsung im Ritzel-Tragezylinder oder im radverbundenen Zylinder drücken (eingeklappte Position).
Die technische Ausführung bezieht sich auf die Beschreibung in den eingangs genannten Patenschriften, kann aber auch auf ähnlich wirkende Freilauf-Ausführungen mit kleinen Anpassungen übertragen werden
In 1 ist schematisch in Fahrtrichtung des Fahrrades im Schnitt eine Fahrradnabe 1 mit Freilauf gezeigt, bei der die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zum Lösen der Sperre eingebaut ist. Die rahmenfeste Achse 10 weist eine zur Ritzelseite (nach außen, rechts in 1) weisende zylindrische Bohrung (11) (s. 2) auf, durch die sich ein achsparalleler Stab 12 erstreckt, der in einen Steg 14 eingeschraubt ist und diesen 14 bei Betätigung des Stabes 12 in Richtung Radmitte (M) nach innen beaufschlagt. Der Steg 14 ragt radial durch eine Ausnehmung 15 aus der Achse 10 und beaufschlagt einerseits zwei Federn 16 bzw. 17. Andererseits beaufschlagt er über die Feder 16 einen Betätigungszylinder 18, der die Achse 10 umschließt und auf ihr axial verschieblich ist. In den Betätigungszylinder 18 ist ein Rückholzylinder 19 eingeschraubt, der beim Rückziehen des Stabes 12 bei Entspannung der Feder 17 die Zylinder 19 und damit 18 nach außen verschiebt und, wie noch geschildert werden wird, vom Schlitten 26 trennt. Um die Achse 10 läuft ein durch Kugellager 21 um die Achse 10 frei drehbarer, radverbundener Zylinder 20, der drehfest mit dem Radrahmen (nicht gezeigt) des Hinterrades des Fahrrades verbunden ist. Im Zylinder 20 befinden sich Aufnahmen (Ausfräsungen) 23 (s. 2) für die Klinken 60, die durch Federn 64 aus den Aufnahmen 23 um eine Schwenkachse 62 (s. 2) in Richtung der Ratschenzähne 36 am Ritzeltragezylinder 30 gedrängt werden.
Auf dem radverbundenen Zylinder 20 sind Schlitten 26 axial verschieblich und werden radial durch einen Ring 29 fixiert. Die Schlitten 26 sind nach Anzahl und Winkelanordnung um die Achse den Ratschenklinken 60 zugeordnet und an ihrer unteren Seite der Form der Ausnehmungen 23 angepaßt, so daß sie in den Ausnehmungen 23 axial leicht verschieblich sind. Eine Nase 27 ragt jeweils von den Schlitten 26 durch Ausfräsungen 22 im äußeren Ende des radverbundenen Zylinders 20 so weit in den Raum zwischen radverbundenem Zylinder 20 und Radachse 10, daß sie (27) dort mit dem Zylinder 18 in Eingriff gelangen können, wenn dieser längs der Achse 10 zur Achsmitte verschoben wird. Eine sich am radverbundenen Zylinder 20 abstützende Rückstellfeder 50 drängt den Schlitten 26 in axialer Richtung gegen einen Anschlag nach außen.
Der Schlitten 26 weist wiederum eine im Bereich der Klinken 60 axial zur Radmitte M gerichtete Nase 28 auf, die eine zur Achsmitte nach außen gerichtete Schräge 25 aufweist. Die Schräge 25 korrespondiert zu einer Schräge 65 der Klinke 60. Vermittels ihrer Schräge 25 kann die Nase 28 des Schlittens 26 auf die Schräge 65 der Klinke 60 auflaufen und damit die Klinke 60 aus der Eingriffsposition zum Ratschenzahn 36 in die Aufnahme 23 gegen die Kraft der Feder 64 drängen.
Wird die Schräge 25 um 90° gedreht und die Nase so positioniert, dass sie als Keil zwischen der in EP 1 881 221 , auf die hier ausdrücklich Bezug als Offenbarung genommen wird, genannten, nach innen ragenden Fortsetzung des Ringes (dort: „member 65”) (hier nicht dargestellt) und dem Anschlag am radverbundenen Zylinder wirkt, an dem die Fortsetzung anschlägt, bewegt sie den Ring („member 65”) so, dass durch ihn die Klinken niedergedrückt werden.
Die Ratschenzähne 36 sitzen in dieser Ausführungsform in der inneren Zylinderoberfläche des Ritzel-Tragezylinders 30, der durch Kugellager 31, 31' gegenüber dem ersten, radverbundenen Zylinder 20 und damit dem Radrahmen frei drehbar ist.
Falls von dem Stab 12 keine Kraft ausgeübt wird, kann die Rückstellfeder 50 die Schlitten 26 an den Nasen 27 nach außen drücken. Zur Trennung von Schlitten 26 und Betätigungszylinder 18 dient die Trennfeder 17, die den Stab 14 und mit Hilfe des Mitnahmezylinders 19 den Zylinder 18 zur Radaußenseite schiebt, sodass ohne Betätigung des Stabes 14 beim Umlauf des Rades und damit des radverbundenen Zylinders 20 eine Reibung zwischen Nase 27 und Betätigungszylinder 18 vermieden wird.
Die (die Achse umgebende Ring-)Feder 16 hat eine Stärke, die größer als die der Rückstellfeder 50, aber etwas geringer ist als der Widerstand, der sich beim Auflaufen der Schräge 25 der achsparallelen Schlittennase 28 auf die Schräge 65 der Klinke 60 dann ergibt, wenn die Klinke 60 durch Treten der Pedale, mit den Ratschenzähnen 36 verklemmt ist. Wenn in einem solchen Zustand der Stab 12 betätigt wird, schiebt er den Steg 14 gegen die Federkraft der Feder 16 vor. Ist diese schwächer als die durch den Zylinder 18 vermittelte Gegenkraft, so drückt sich die Feder 16 ganz zusammen. Dann schlägt der untere Teil des Steges 14 aber gegen einen durch das Ende der Ausnehmung 15 gebildeten Anschlag 13 der Achse 10 an ohne dass der Schlitten 26 durch den Stab 12 verschoben werden kann. Dadurch wird eine Freigabe der Sperre und ein „Durchfallen” der Pedale verhindert.
In 2 ist schematisch ein Querschnitt durch die Einrichtung der 1 gezeigt. In 2 entspricht eine Drehung im Uhrzeigersinn einer „Vorwärtsbewegung” des ritzeltragenden Zylinders 30. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen, oben erläuterten Teile. Aus 2 wird die Aufnahme der Klinken 60 in den Ausnehmungen 23 des radverbundenen Zylinders 20 besser erkennbar. Die obere Klinke ist im herausgedrückten Zustand erkennbar und ihre Kante ist im Eingriff mit einem der Ratschenzähne 36. Die seitliche Auflaufschräge 65 ist ebenfalls zu sehen.
3 und 4 sind den 1 und 2 entsprechende Zeichnungen für die zweite Ausführungsform, wo die Klinken 160 im Ritzeltragezylinder 136 gelagert sind. Die starren Ratschenzähne 136 befinden sich dementsprechend im radverbundenen Zylinder 120. Die den der 1 bis 2 entsprechenden Bezugszeichen werden in 3 und 4 um 100 erhöht verwendet.
In 3 ist schematisch in Fahrtrichtung des Fahrrades der Schnitt einer Fahrradnabe 101 mit Freilauf gezeigt, bei der die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zum Aufheben der Ratschensperre eingebaut ist. Die rahmenfeste Achse 110 weist eine zur Ritzelseite (nach außen, rechts in 3) weisende zylindrische Bohrung 111 auf, durch die sich ein achsparalleler Stab 112 erstreckt, der in einen Steg 114 eingeschraubt ist und der diesen (114) bei Betätigung des Stabes 112 durch den Fahrer in Richtung Radaußenseite (nach rechts in 3) zieht. Der Steg 114 ragt radial durch eine Ausnehmung 115 aus der Achse 110 und wirkt einerseits gegen die Rückstellfeder 117, die sich auf ihrer zweiten Seite gegen die Schlitzwand 113 abstützt. Andererseits beaufschlagt er gegen die Rückstellfeder 117 einen Betätigungszylinder 118, der die Achse 110 umschließt und auf ihr axial verschieblich ist.
Um die Achse 110 läuft ein durch Kugellager 121 um die Achse 110 frei drehbarer erster Zylinder 120, der radverbundene Zylinder, der seinerseits drehfest mit dem Radrahmen (nicht gezeigt) des Hinterrades des Fahrrades verbunden ist. Im Zylinder 120 befinden sich an der Innenseite die Ratschenzähne 136.
Auf dem radverbundenen Zylinder 120 sind n Schlitten 126 in Ausfräsungen im radverbundenen Zylinder 120 und/oder dem radinneren Kugellagerrahmen parallel zur Radachse verschiebbar und radial durch einen Ring 129 fixiert. Die n Schlitten 126 sind um den radverbundenen Zylinder 120 verteilt. Eine Nase 127 ragt jeweils von den Schlitten 126 durch Ausfräsungen 122 im radverbundenen Zylinder 120 so weit in den Raum zwischen radverbundenem Zylinder 120 und Radachse 110, daß sie dort über die Feder 116 mit dem Zylinder 118 in Eingriff gelangen können, wenn dieser zur Radaußenseite (rechts) verschoben wird. Eine sich am radverbundenen Zylinder 120 abstützende Ringrückstellfeder 150 drückt den Schlitten 126 in axialer Richtung zur Radmitte bis zum Anschlag an der Innenseite des radverbundenen Zylinders.
Die Schlitten erfassen an ihrem radinneren Ende gemeinsam einen zur Achse 110 senkrechten Ring 124, der mit dem Schlitten 126 axial beweglich ist. Am äußeren Rand geht der Ring in einen parallel zur Radachse abgewinkelten Zylinder 128 über. Diese umlaufende, axial zur Radaußenseite gerichtete Nase 128 weist eine zur Achsmitte nach innen gerichtete Schräge 125 auf. Die Schräge korrespondiert zu einer Schräge 165 der Klinke 160. Vermittels dieser Schräge 125 kann der Ring 124 auf die Schräge 165 der Klinke 160 auflaufen und damit die Klinke 160 aus der Eingriffsposition zum Ratschenzahn 136 in die Aufnahme 123 gegen die Kraft der Feder 164 drängen.
Falls von dem Stab 112 keine Kraft ausgeübt wird, kann die Rückstellfeder 150 den Schlitten 126 nach innen drücken (links in 3), wodurch der Ring 124 außer Eingriff mit den Klinken 160 kommt. Wenn von dem Stab 112 keine Kraft ausgeübt wird, kann auch die Feder 117 den Steg 114 vom Betätigungszylinder 118 trennen und somit für die Teile 114, 118, 116 und 127 einen reibungsarmen Zustand schaffen.
Die (die Achse 110 umgebende Ring-)Feder 116 hat eine Stärke, die größer ist als die der Rückstellfeder 150, aberetwas geringer ist als der Widerstand, der sich beim Auflaufen der Schräge 125 der achsparallelen Ringnase 128 auf die Schräge 165 der Klinke 160 dann ergibt, wenn die Klinke 160, z. B. durch Treten der Pedale, mit den Ratschenzähnen 136 verklemmt ist. Wenn in einem solchen Zustand der Stab 112 betätigt wird, schiebt er den Steg 114 und damit den Betätigungszylinder 118 gegen die Federkraft der Feder 116 vor. Ist diese schwächer als die von den Nasen 127 ausgeübte Gegenkraft, so drückt sich die Feder 116 zusammen bis der Steg 114 gegen den durch die komprimierte Feder 117 gebildeten Anschlag stöst, sodass der Schlitten 126 in diesem Fall durch den Stab 112 nicht verschoben werden kann. Dadurch wird beim Vorwärtstreten in die Pedale der Eingriff in die Ratschensperre verhindert und somit ein „Durchfallen” der Pedale.
In 4 ist schematisch ein Querschnitt durch die Einrichtung der 3 (in unterschiedlichen Schnittebenen) gezeigt. In 4 entspricht eine Drehung im Uhrzeigersinn einer „Vorwärtsbewegung” des ritzeltragenden Zylinders 130. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen, oben erläuterten Teile. Aus 4 wird die Aufnahme der Klinken 160 in den Ausnehmungen 123 des ritzeltragenden Zylinders 130 besser erkennbar. Die obere Klinke ist im herausgedrückten Zustand erkennbar und ihre Kante ist im Eingriff mit einem der Ratschenzähne 136.
Es gilt also für beide Ausführungsformen (5 für Ausführungsform 1 und 6 für Ausführungsform 2):
Die Aufhebung der Vorwärtssperre zwischen ritzeltragendem und radverbundenem Zylinder wird durch also Drücken oder Ziehen des Stabes 12 bzw. 112 längs der Nebenachse ausgelöst. Das Drücken oder Ziehen des Stabes kann über einen Seilzug, der zum Lenkrad und einem Drehgriff oder Hebel am Lenkrad führt, betätigt werden.
In einer Ergänzung von eigenständiger erfinderischer Bedeutung kann das Drücken oder Ziehen des Stabes durch durch einen Schaltvorgang an der Schaltschwinge der Ritzelschaltung betätigt werden. Bei Einrichtung der Feder an der Blattschaltschwinge so, daß die Schaltschwinge gegen den Federdruck zum kleinen Blatt hin bewegt wird, kann die Vorrichtung an der Blattschaltung analog zur Vorrichtung an der Ritzelschaltung eingesetzt werden.
Wie in 5 bzw. 6 erläutert, kann die Bewegung des Stabes 12 bzw. 112 wie folgt bewirkt werden:
In den Seilzug 80, 85; 180, 185 zur Schaltschwinge der Kettenschaltung wird eine Hebelkombination (5 bzw. 6) eingebracht. Dazu wird der Mantel 80; 180 des Seilzuges aufgetrennt und die so gebildeten Mantelenden sind jeweils mit dem einen Ende 71, 72; 172, 172 der Hebelarme verbunden. D. h. die Hebelarme der Hebelkombination sind jeweils an den Mantelenden des Seilzuges befestigt, welche von einer Druckfeder 90; 190 auf dieser Seite der Hebelarme auseinandergehalten werden. Die Hebel sind über einen gemeinsamen Drehpunkt 73; 173 drehbar.
In der 1. Ausführungsform (5) ist die Hebelform so ausgebildet, daß ein Zusammenziehen auf der Federseite ein Zusammendrücken auf der gegenüberliegenden Seite bewirkt.
In der 2. Ausführungsform (6) ist die Hebelform so ausgebildet, daß ein Zusammenziehen auf der Federseite ein Auseinanderdrücken auf der gegenüberliegenden Seite bewirkt.
Die zwischengeschaltete Feder ist stärker als die Feder in der Schaltschwinge. Auf der zweiten Seite der Hebelkombination ist der Hebelarm 75; 175 direkt an der Achse 10, 110 befestigt. Der zweite Hebelarm 76; 176 wirkt ziehend oder drückend auf den Stab 12; 112.
Sobald der Radfahrer an der Lenkstange auf ein Ritzel mit größerem Durchmesser schaltet, also den Seilzug zur Schaltschwinge spannt, um die Schaltschwinge in Richtung der größeren Ritzel zu bewegen die aber durch die Kette bei fehlender Raddrehung blockiert wird, wird die Feder zusammengedrückt und die Hebel auf der anderen Seite der Hebelzange zusammengedrückt (5) bzw. auseinandergezogen (6), wodurch dann über den Stab 12 bzw. 112 die Ratschenklinken in der eingeklappten Position die Ritzeldrehung nach vorwärts gegenüber dem Hinterrad frei geben, bis die Schaltschwinge und die Kette das vorgegebene Ritzel erreicht haben. Da dann die Spannung im Seilzug zur Schaltschwinge nachlässt, entspannt sich die zwischengeschaltete Feder 90; 190, sodass der Stab 12 bzw. 112 sich in die Ruhestellung bewegen kann und die Blockade der Ratschenklinken aufgehoben wird.

: für die erste Ausführungsform
10: Nabenachse
11: Bohrung in der Nabenachse
12: Stab in der Bohrung
13: Anschlag für Feder
14: Steg
15: Ausfräsung in der Nabenachse für Stegverschiebung
16: Ringfeder
17: Ringfeder
18: Betätigungszylinder
19: Rückholzylinder
20: radverbundener Zylinder
21: Kugellager
22: Ausfräsung im radverbundenen Zylinder für Schlittenstege
23: Ausfräsung für Klinken
25: Auflauffläche an den Schlittennasen
26: Schlittenhaupteil
27: radial gerichtete Schlittenstege
28: Auflaufnase der Schlitten
29: umlaufender Ring
30: Ritzeltragezylinder
31, 31': Kugellager
36: Ratschenzahn
50: Rückstellfeder für Schlitten
60: Klinke
65: Auflauffläche an den Klinken
71: Hebelende
72: Hebelende
73: Drehpunkt
75: Hebelende
76: Hebelende
80: Seilzugmantel zur Schaltschwinge
85: Seilzugseele zur Schaltschwinge
90: Druckfeder
: Die gegenüber den obigen Bezugszeichen um Hundert erhöhten Bezugszeichen bezeichnen analoge Teile mit gleicher Bezeichnung in der zweiten Ausführungsform.
: Hinzukommen:
124: Verbindungsring des Zylinders 128 zu den Schlitten
128: Zylinder mit Auflaufnase
140: Kugellagerrahmen
141: axiale Ausfräsungen im Kugellagerrahmen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0777060 A1 [0002]
- WO 9626370 [0002]
- EP 0787922 A2 [0002]
- EP 1881221 A2 [0002]
- EP 0787922 [0002]
- EP 1881221 [0002, 0003, 0015, 0015, 0041]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Winkler/Rauch, Fahrradtechnik, 9. Auflage, 1996, S. 261 ff. [0002]

Claims

Freilaufnabe für Kettenschaltung für ein Fahrrad, mit einem ritzeltragenden Zylinder (30; 130), der gegenüber einem radverbundenen Zylinder (20; 120) auf gleicher Achse (10; 110) frei drehbar gelagert ist, und mit einem Ratschensystem (36, 60; 136, 160) zwischen ritzeltragendem (30; 130) und radverbundenem (20; 120) Zylinder, das die Drehung Ritzel gegen Rad bei einer Relativ-Winkelgeschwindigkeit zwischen ritzeltragendem (30; 130) und radverbundenem (20; 120) Zylinder in Rückwärtsrichtung freigibt und in Vorwärtsrichtung sperrt, gekennzeichnet durch eine vom Fahrer von außen direkt oder indirekt betätigte Aufhebevorrichtung (12; 120, 14; 140, 18; 180, 28; 128, 25; 125) die die Sperre des Ratschensystems (36; 136, 60; 160) unabhängig von der relativen Winkelgeschwindigkeit der ritzel- (30; 130) und radverbundenen (20; 120) Zylinder während der Betätigung aufhebt.
Freilaufnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhebevorrichtung (12; 120, 14; 140, 18; 180, 28; 128, 25; 125) die Ratschenklinken (60; 160) in ihre eingeklappte, von den Ratschenzähnen 36; 136) getrennte Position drückt und sie dort während der externen Betätigung der Aufhebevorrichtung festhält.
Freilaufnabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhebevorrichtung (12; 120, 14; 140, 18; 180, 28; 128, 25; 125) eine Kombination aus axial verschiebbaren Zylindern, Schlitten, Federn und anderen Übertragungselementen aufweist, die bei drehendem und stehendem Rad durch Einwirkung von außerhalb der Radnabe so bewegt werden können, dass die Ratschenklinken (60; 160) nicht in ihnen gegenüberliegende Ratschenzähne (36; 136) eingreifen können, und die bei fehlender externer Einwirkung durch Rückstellfedern (50; 150) wieder in ihre Ausgangsposition zurückgeführt werden.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhebevorrichtung (12; 120, 14; 140, 18; 180, 28; 128, 25; 125) einen in der Radachse (10; 110) verschieblichen Stab (12; 112) aufweist, mit dem mindestens ein vom Stab (12; 112) radial durch eine Ausnehmung (15; 115) in der Achse abragender Steg (14; 114) verbunden ist, der über mindestens einen axial auf der Radachse verschieblichen Übertragungszylinder (18, 19; 118) auf radial zur Radachse (10; 110) hin abragende, durch radial durch den radverbundenen Zylinder durchgehende, achsparallele Schlitze durchgreifende, Schlittenstege (27; 127) von mehreren auf dem radverbundenen Zylinder (20; 120) axial verschiebliche Schlitten (26; 126) einwirkt, die ihrerseits durch ringförmig geschlossene (124; 128) oder sektoral offene (26, 28) ggf. der Position der Klinken (60) zugeordnete, Beaufschlagungselemente (128; 125; 28; 25) auf die Klinken (60; 160) einwirken.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausführungsform, bei der die Klinken (60) im radverbundenen Zylinder (20) gelagert sind, das Drücken oder Drücken der Ratschenklinken (60) in ihre(r) eingeklappte(n) Position durch Beaufschlagungselemente in Form von abgewinkelten Nasen (28) an Schlitten (26), die auf der Außenseite des radverbundenen Zylinders (20) in den Ausfräsungen (23) des radverbundenen Zylinders (20) für die Ratschenklinken (60) geführt werden und axial verschiebbar sind.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausführungsform, bei der die Klinken (60) im radverbundenen Zylinder (20) gelagert sind, das Drücken oder Festhalten der Ratschenklinken durch einen wie in EP 1 881 221 positionierten und geformten, Niederhaltering erfolgen, der über eine, in Bezug zur Raddrehung tangential Kraft ausübende Schräge an den Nasen der Schlitten, auf eine parallel dazu laufende Schräge am Niederhaltering um seine Achse gedreht wird.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Gestaltung der Freilaufnabe, bei der die Klinken (160) im ritzeltragenden Zylinder (130) gelagert sind, die Schlitten (126) durch parallel zur Radachse (110) verlaufende Ausfräsungen (141) im radverbundenen Zylinder 120) und/oder Kugellagerrahmen (140) geführt werden und als gemeinsames Beaufschlagungselement einen Zylindertopf (124; 128) aufweisen, dessen Ringkörper (128) zur Aufhebung der Vorwärtssperre axial über die Klinken (160) geschoben wird und der an seinem von den Klinken (160) abgewandten Ende eine zur Achse senkrechte Bodenplatte (124) mit mittigem Ringloch aufweist, dessen Rand in Nuten am Ende der Schlitten (126) greift.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine in die Aufhebevorrichtung (12; 120, 14; 140, 18; 180, 28; 128, 25; 125) eingebaute Rückstellfeder (50; 150), die sich gegen radfeste Seiten (20; 120) abstützt, Teile der Aufhebevorrichtung in die Ausgangsposition drängt, wenn die externe Betätigung aufgehoben wird.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhebevorrichtung (12; 120, 14; 140, 18; 180, 28; 128, 25; 125) eine Rückholfeder (17; 117) aufweist, die sich gegen die Achse (10; 110) abstützt und die den Übertragungszylinder (18, 19; 118) ohne externe Betätigung so in Stellung hält, dass die Reibung zwischen Schlittennasen (27; 127) und Übertragungszylinder für diesen Fall minimiert wird.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf der Aufhebevorrichtung (12; 120, 14; 140, 18; 180, 28; 128, 25; 125) eine Druckfeder (16; 116) zwischen Steg (14; 127) und Betätigungszylinder (18, 19; 118) eingebaut ist, deren Federstärke so gewählt ist, daß bei externer Betätigung des Stabes (12; 112) keine Verschiebung der Schlitten (26; 126) erfolgt in dem Fall, daß die Ratschenklinken (60; 160) in eingerastetem und belastetem Eingriff mit den Ratschenzähnen (36; 136) stehen.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagungselemente (28; 128) in axialer Richtung Schrägen (25; 125) aufweisen, die mit an den Klinken (60; 160) ausgebildeten Aufnahmeflächen korrespondieren (65; 165), auf die sie aufgeschoben werden und dadurch die Klinken (60; 160) niederdrücken und niedergedrückt halten, solange die externe Einwirkung erfolgt.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitten durch sie umgebende Ringe (29; 129) gleitend auf der Oberfläche der radverbundenen Zylinder (20; 120) in der Position gehalten werden, bei der eine minimale Reibung in der für sie vorgesehenen Führung (23; 141) erzielt wird.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die Schlitten (126) durch Ausfräsungen (141) im inneren Kugellagerrahmen (140) des Kugellagers (131) zwischen radverbundenem (120) und ritzeltragendem (130) Zylinder geführt werden, der Kugellagerrahmen (140) durch geeignete Befestigungselemente zwischen dem Kugellagerahmen (140) und dem radverbundenem Zylinder (120) gegen Drehung zwischen Kugellagerrahmen (140) und radverbundenem Zylinder (120) fixiert ist.
Freilaufnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie, in einer Alternative zur schaltungsabhängigen manuellen Auslösung durch den Fahrer, eine Hebelkombination (71, 72, 73, 75, 76; 171, 172, 173, 175, 176) mit einer, auf der einen Seite der Hebelkombination die Hebel auseinanderdrückenden Feder (90; 190) aufweist, welche Hebelkombination auf der Seite der Feder (90; 190) in den Seilzug (80, 180; 85; 185), zur Schaltschwinge der Kettenschaltung zwischengeschaltet ist und, auf der anderen Seite an der Radachse befestigt (75; 175), ziehend oder drückend auf den Stab (12 112) in der Radachse (10; 110) wirkt und dadurch bei Schaltung auf ein größeres Ritzel die Ratschenklinken (60; 160) niederdrückt.