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Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Planetengetriebe für eine Fahrradnabenschaltung. Genauer bezieht sich die Erfindung auf ein Planetengetriebe, welches ein gestuftes Planetenrad aufweist.
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Fahrradfahren wird mehr und mehr eine populäre Form der Erholung wie auch Transportmittel. Darüber hinaus ist Fahrradfahren ein sehr populärer Wettkampfsport für Amateure und Profis gleichermaßen geworden. Unerheblich ob das Fahrrad zur Erholung, zum Transport oder zum Wettkampf eingesetzt wird, verbessert die Fahrradindustrie beständig die verschiedenen Komponenten des Fahrrads.
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Ein Planetengetriebe für eine Fahrradantriebsnabe ist aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift
DE 601 19 808 T2 bekannt, die ein gestuftes Planetenrad offenbart, welches einen ersten Zahnradbereich mit einem ersten Außendurchmesser und einen zweiten Zahnbereich mit einem zweiten Außendurchmesser aufweist, wobei der zweite Außendurchmesser des zweiten Zahnbereichs dabei größer ist als der erste Außendurchmesser des ersten Zahnbereichs. Die ersten und zweiten Zahnbereiche des gestuften Planetenrades sind als Geradverzahnungen ausgebildet.
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Eine Schrägverzahnung offenbart die japanische Patentanmeldung
JP H05-60 204 A , dabei wird ein Stufenzwischengetriebe offenbart, das eine Vielzahl von ersten Schrägverzahnungen mit einem ersten Außendurchmesser und eine Vielzahl von zweiten Schrägverzahnungen mit einem zweiten Außendurchmesser aufweist. Der zweite Außendurchmesser der zweiten Schrägverzahnung ist dabei größer als der erste Außendurchmesser der ersten Schrägverzahnung, wobei die Schrägungswinkel der beiden Schrägverzahnungen unterschiedlich ausgebildet sind.
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Der bekannte Stand der Technik offenbart jedoch keine Dimensionierung der Zahnräder in einem gestuften Planetengetriebe, bei dem die ersten und zweiten Schrägungswinkel so gewählt sind, dass sich für ein gegebenes Maß an Umdrehung des gestuften Planetenrades entsprechende Wanderpunkte an den ersten und zweiten Schrägverzahnungen um dasselbe axiale Maß in Bezug auf die Rotationsachse des gestuften Planetenrades bewegen.
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Die Herstellung von gestuften Planetenrädern, nach dem Stand der Technik, mit unterschiedlichen Schrägverzahnungen ist daher mit vielen Fertigungsschritten und somit mit sehr hohen Fertigungskosten verbunden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Planetengetriebe mit einem gestuften Planetenrad bereit zu stellen, welches kostengünstig mit weniger Fertigungsschritten herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Planetengetriebe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch eine Fahrradnabenschaltung gemäß Anspruch 8.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. In Anbetracht des Standes der Technik wird ein Planetengetriebe für eine Fahrradnabenschaltung bzw. interne Fahrradnabenübersetzung bereit gestellt, mit zumindest einem gestuften Planetenrad, welches eine Vielzahl von einer ersten Schrägverzahnung mit einem ersten Außendurchmesser und einer Vielzahl von einer zweiten Schrägverzahnung aufweist, mit einem zweiten Außendurchmesser der größer ist als der erste Außendurchmesser. Die erste Schrägverzahnung hat einen ersten Schrägungswinkel und die zweite Schrägverzahnung hat einen zweiten Schrägungswinkel. Die ersten und zweiten Schrägungswinkel sind so angewinkelt, dass sich für ein gegebenes Maß an Umdrehung des gestuften Planetenrades entsprechende bzw. korrespondierende Wanderpunkte an den ersten und zweiten Schrägverzahnungen um das selbe axiale Maß im Bezug auf die Rotationsachse des gestuften Planetenrades bewegen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun wird Bezug auf die beigefügten Figuren genommen:
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1 ist eine Seitenansicht eine Fahrrades, welches mit einer Nabenschaltung ausgestattet ist, welche ein Planetengetriebe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform hat;
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2 ist eine Schnittdarstellung der Nabenschaltung des Fahrrads, welche das Planetengetriebe mit einem gestuften Planetenrad in Übereinstimmung mit der Ausführungsform zeigt;
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3 ist eine Seitenansicht des gestuften Planetenrades, welches von der Nabenschaltung und dem Planetengetriebe entfernt dargestellt ist, wobei die Figur eine Vielzahl von einer erste Schrägverzahnung und eine Vielzahl von einer zweite Schrägverzahnung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform zeigt;
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4 ist eine perspektivische Ansicht des gestuften Planetenrades, welches von der Nabenschaltung und dem Planetengetriebe entfernt dargestellt ist, in Übereinstimmung mit der Ausführungsform;
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5 ist eine Schnittdarstellung eines Abschnitts des gestuften Planetenrad entlang der Linie 5-5 in 3 in Übereinstimmung mit der Ausführungsform;
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6 ist eine Seitenansicht und eine Schnittdarstellung bzw. ein Halbschnitt eines Abschnitts des gestuften Planetenrades entlang der Linie 6-6 in 3 in Übereinstimmung mit der Ausführungsform;
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7 ist eine Seitenansicht einer stationären Welle der Nabenschaltung, welche ein Sonnenrad aufweist, welches mit den ersten Schrägzähnen des gestuften Planetenrades kämmt bzw. zusammen passt, in Übereinstimmung mit der Ausführungsform;
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8 ist eine perspektivische Ansicht eines Hohlrades bzw. Ringrades des Planetengetriebes der Nabenschaltung, welche innere Schrägzähne bzw. eine Innenschrägverzahnung zeigt, die mit der zweiten Schrägverzahnung des gestuften Planetenrades kämmt bzw. zusammen passt, in Übereinstimmung mit der Ausführungsform;
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9 ist eine Endaufsicht des gestuften Planetenrades, welche zwei Wanderpunkte zeigt, einen Wanderpunkt auf der ersten Schrägverzahnung und einen Wanderpunkt auf der zweiten Schrägverzahnung, wobei die Wanderpunkte zusammen auf einer Ebene liegen, welche sich durch die Rotationsachse des gestuften Planetenrades erstreckt; und
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10 eine weitere Seitenansicht des gestuften Planetenrades ähnlich 3 ist, welche Bewegung der Wanderpunkte relativ zu der ersten Schrägverzahnung, der zweiten Schrägverzahnung und der Rotationsachse in Übereinstimmung mit der Ausführungsform zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Anfänglich wird Bezug auf 1 genommen, in der ein Fahrrad 10 dargestellt ist, welches eine Nabenschaltung 12 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform hat.
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Wie zu sehen in 2 weist die Nabenschaltung 12 ein Planetengetriebe 14 mit einem gestuften Planetenrad 16 auf, welches nachfolgend genauer beschrieben werden wird.
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Wiederrum Bezug nehmend auf 1 weist das Fahrrad 10 unter anderem einen Rahmen 20, eine Kurbelanordnung 22, eine Kette 24, ein Hinterrad 26 und die Nabenschaltung 12 auf. Wenn die Kurbelanordnung 22 durch einen Radfahrer (nicht gezeigt) gedreht wird, wird das durch die Drehung der Kurbelanordnung 22 entstehende Drehmoment über die Kette 24 auf Elemente der Nabenschaltung 12 und durch die Nabenschaltung 12 auf das Hinterrad 26 übertragen. Der Rahmen 20, die Kurbelanordnung 22, die Kette 24 und das Hinterrad 26 sind alles konventionelle und bekannte Komponenten. Da diese konventionellen Komponenten wohlbekannt sind, wird hier auf eine Beschreibung der Kürze wegen verzichtet.
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Wie am Besten in 2 zu sehen, weist die Nabenschaltung 12 unter anderem eine stationäre Achse 30, einen Kettenring 32, ein Einleitungselement 34, einen ersten Klinkenmechanismus 36, eine Schaltsektion 38, das Planetengetriebe 14, eine Einweg- oder Rutschkupplung 40, ein zweites Planetengetriebe 42, einen zweiten Klinkenmechanismus 44 und ein Nabengehäuse 46. Die stationäre Achse 30 weist ein stationäres Sonnenrad 50 (gezeigt in 2 und 7) auf. Der Kettenring 32 greift in die Kette 24 ein und überträgt Drehmoment von der Kette 24 auf das Einleitungselement 34 auf eine konventionelle Art und Weise.
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Der erste Klinkenmechanismus 36 ist an Abschnitten des Einleitungselements 34 angeordnet und dient als eine Einweg- oder Rutschkupplung, welche selektiv Drehmoment auf das Planetengetriebe 14 überträgt.
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Die Schaltsektion
38 ist ein konventioneller Schaltmechanismus, welcher auf die gleiche Art und Weise funktioniert wie entweder in
US 5 928 103 A und/oder in
US 6 607 464 B1 offenbart. Die Schaltsektion
38 bringt gewisse Elemente in der Nabenschaltung
12 in Eingriff und außer Eingriff, um einen Drehmomentübertragungspfad aus einer Vielzahl von Drehmomentübertragungspfaden aus zu wählen. Insbesondere überträgt das Einleitungselement
34 wenn es gedreht wird, Drehmoment entweder auf den ersten Klinkenmechanismus
36 oder direkt auf einen Abschnitt des Planetengetriebes
14 auf eine konventionelle Art und Weise. Nachdem die Betätigung der Schaltsektion
38 auf die verschiedenen Drehmomentübertragungspfade der Nabenschaltung konventionell sind, wird auf eine weiter gehende Beschreibung der Kürze wegen verzichtet.
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Das Planetengetriebe 14 weist ein Hohlrad bzw. Ringrad 54 auf, welches ein erstes Ende 56 (8), das Innenzähne bzw. eine Innenverzahnung 58 (2) hat, diese greifen in den ersten Klinkenmechanismus 36 ein, und ein zweites Ende 60 umfasst, welches schräge Innenzähne bzw. eine Innenschrägverzahnung 62 aufweist, wie am Besten in 8 zu sehen. Das Planetengetriebe weist weiterhin eine Vielzahl von gestuften Planetenrädern 16 auf, welche nachfolgend genauer beschrieben werden. Aus den Figuren und der Beschreibung soll ersichtlich werden, dass die Anzahl der gestuften Planetenrädern 16, welche das Planetengetriebe 14 aufweist, von verschiedenen Konstruktionskriterien, wie zum Beispiel der Anzahl der Drehmomentübertragungspfade und der angestrebten Drehmomentübertragungskapazität der Nabenschaltung, abhängig ist. Zum Beispiel kann ein manuell (von einem Fahrradfahrer) angetriebenes Fahrrad 2, 3 oder vier der gestuften Planetenräder 16 aufweisen. Wenn das Fahrrad für ein Kind oder einen kleinen Erwachsenen konstruiert ist, kann die Anzahl der gestuften Planetenräder 16 klein sein. Jedoch kann die Anzahl der gestuften Planetenräder erhöht werden, wenn das Fahrrad einen Elektromotor aufweist und für eine Betätigung durch einen großen Erwachsenen ausgelegt wird.
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Das zweite Planetengetriebe 42 ist ein konventionelles Planetengetriebe, daher wird auf eine eingehendere Beschreibung der Kürze wegen verzichtet.
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Der zweite Klinkenmechanismus 44 überträgt Drehmoment von dem zweiten Planetengetriebe 42 auf das Nabengehäuse 46 auf eine konventionelle Art und Weise, in Abhängigkeit davon, welcher Drehmomentübertragungspfad durch die Schaltsektion 38 in Eingriff gebracht worden ist.
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Eine Beschreibung des gestuften Planetenrades 16 wird nun unter spezifischer Bezugnahme auf die 3 bis 6, 9 und 10 gegeben
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Das gestufte Planetenrad 16 weist eine Vielzahl von ersten Schrägzähnen bzw. eine erste Schrägverzahnung 70 und eine Vielzahl von zweiten Schrägzähnen bzw. eine zweite Schrägverzahnung 72 auf. Die erste Schrägverzahnung 70 ist dazu vorgesehen und angeordnet mit dem Sonnerad 50 zu kämmen bzw. in Eingriff zu gelangen. Die zweite Schrägverzahnung 72 ist dazu vorgesehen und angeordnet mit der Innenschrägverzahnung bzw. den inneren Schrägzähnen 62 des Hohlrades bzw. Ringrades 54 in Eingriff zu gelangen bzw. zu kämmen.
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Wie am Besten in 3 zu sehen hat die erste Schrägverzahnung 70 einen Außendurchmesser D1 und die zweite Schrägverzahnung 72 hat einen zweiten Außendurchmesser D2, welcher größer ist, als der erste Außendurchmesser D1. In der dargestellten Ausführungsform hat die erste Schrägverzahnung 70 vierzehn (14) Zähne und die zweite Schrägverzahnung 72 weist zwanzig (20) Zähne auf.
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Die erste Schrägverzahnung 70 hat einen ersten Schrägungswinkel α1 und die zweite Schrägverzahnung 72 hat einen zweiten Schrägungswinkel α2, wie zu sehen in 3. in der dargestellten Ausführungsform ist der erste Schrägungswinkel α1 gleich 20 Grad und der zweite Schrägungswinkel α2 gleich 30,2315 Grad.
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Wie zu sehen in 7 ist die Schrägverzahnung des Sonnenrades 50 ebenfalls mit dem ersten Schrägungswinkel α1 ausgeformt. Wie zu sehen in 8 ist die Innenschrägverzahnung 62 des Hohlrades 54 mit dem zweiten Schrägungswinkel α2 ausgeformt.
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Jeder der Zähne der ersten Schrägverzahnung 70 hat ein Axialende 74, aufweisend eine angefaste Kante. Die angefasten Kanten der Axialenden 74 sind winkelig von einer Linie beabstandet, welche normal bzw. senkrecht bezüglich der Rotationsachse A des gestuften Planetenrades 16 ist, wie zu sehen in 4. Genauer sind die Axialenden 74 der ersten Schrägverzahnung 70 von der Linie, welche normal bezüglich der Rotationsachse A ist, um einen Winkel α3 beabstandet.
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Ähnlich hat jeder der Zähne der zweiten Schrägverzahnung 72 ein Axialende 76 mit einer angefasten Kante. Die angefasten Kanten der Axialenden 76 sind ebenso winkelig von einer Linie beabstandet, welche normal bzw. senkrecht bezüglich der Rotationsachse A des gestuften Planetenrades 16 ist, wie zu sehen in 4. Genauer sind die Axialenden 76 der zweiten Schrägverzahnung 72 von der Linie, welche normal bezüglich der Rotationsachse A ist, um einen Winkel α4 beabstandet.
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Aus der Beschreibung und den Figuren, welche hier gegeben werden, soll ersichtlich werden, dass der erste Schrägungswinkel α1 und der zweite Schrägungswinkel α2 ein beliebiger Winkel aus einem Intervall von Winkeln sein können, in welchem der erste Schrägungswinkel α1 zwischen 15 und 30 Grad ist. Der zweite Schrägungswinkel α2 wird anhand von im Folgenden genauer beschriebenen Kriterien festgelegt bzw. ausgewählt.
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Insbesondere sind der erste Schrägungswinkel α1 und der zweite Schrägungswinkel α2 wie sie in 3 gezeigt sind, so angewinkelt bzw. ausgewählt, dass für ein gegebenes Maß an Umdrehung bzw. Rotation des gestuften Planetenrades 16, ein Paar von korrespondierenden Wanderpunkten P1 und P2 (9 und 10) auf der ersten Schrägverzahnung 70 und auf der zweiten Schrägverzahnung 72 sich um den gleichen Axialbetrag bzw. das gleiche axiale Maß β im Bezug auf die Rotationsachse A bewegen.
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Um den Zusammenhang zwischen dem ersten Schrägungswinkel α1 und dem zweiten Schrägungswinkel α2 besser zu verstehen, wird die nachfolgende Erklärung gegeben. Eine stationäre Ebene dargestellt durch die Linie L1 in 9 durchtritt die Rotationsachse A und tritt ebenso durch den Wanderpunkt P1 auf der ersten Schrägverzahnung 70 und durch den Wanderpunkt P2 auf der zweiten Schrägverzahnung 72. Die Wanderpunkte P1 und P2 sind Schnittpunkte zwischen der ersten Schrägverzahnung 70 und der zweiten Schrägverzahnung 72 und der stationären Ebene, welche durch die Linie L1 dargestellt wird.
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Daher bewegen sich die Wanderpunkte P1 und P2 entlang der entsprechenden Zähne der ersten Schrägverzahnung 70 und der zweiten Schrägverzahnung 72, wenn sich das gestufte Planetenrad 16 dreht und bewegen sich gegebenenfalls von Zahn zu Zahn.
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Wie in 10 angegeben bewegen sich die Wanderpunkte P1 und P2 (die Schnittpunkte mit der Ebene L1) beide die gleiche Distanz β zu den Zielen P1' und P2' entlang der jeweiligen ersten Schrägverzahnung 70 und zweiten Schrägverzahnung 72, wenn sich das gestufte Planetenrad 16 um zum Beispiel einen kleinen Winkel α5 dreht. Mit anderen Worten bewegen sich die Schnittpunkte oder auch Wanderpunkte P1 und P2 beide die gleiche Distanz β in axialer Richtung, wenn sich das gestufte Planetenrad 16 um eine spezifische Winkeldistanz, wie zum Beispiel den Winkel α5 dreht.
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Genauer ist die Distanz zwischen dem Wanderpunkt P1 und dem Ziel P1' gleich der Distanz β für die Winkeldistanz α5. Zudem ist die Distanz zwischen dem Wanderpunkt P2 und dem Ziel P2' ebenso gleich der Distanz β für die Winkeldistanz α5.
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Daher ist für das gestufte Planetenrad 16 der Zusammenhang zwischen dem ersten Schrägungswinkel α1 und dem zweiten Schrägungswinkel α2, den korrespondierenden Durchmessern D1 und D2 und der Zähneanzahl von der ersten und zweiten Schrägverzahnung 70 und 72 so festgelegt, dass sich das Paar von korrespondierenden Wanderpunkten P1 und P2 auf der ersten Schrägverzahnung 70 und der zweiten Schrägverzahnung 72 die gleiche Axialdistanz bzw. axiales Maß β in Bezug auf die Rotationsachse A bewegen.
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Bezüglich des Verstehens des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind der Begriff ”umfassend” und seine Ableitungen, wie diese hierin verwendet werden, als offene Begriffe zu verstehen, die das Vorhandensein der genannten Merkmale, Elemente, Komponenten, Gruppen, Ganzzahlen und/oder Schritte spezifizieren, das Vorhandensein anderer nicht genannter Merkmale, Elemente, Komponenten, Gruppen, Ganzzahlen und/oder Schritte aber nicht ausschließen. Das vorstehend Genannte gilt auch für Wörter mit ähnlichen Bedeutungen, wie beispielsweise die Begriffe ”aufweisen”, ”mit” und deren Ableitungen. Ferner können die Begriffe ”Teil”, ”Sektion”, ”Abschnitt”, ”Glied” oder ”Element”, wenn in der Einzahl verwendet, die Pluralbedeutung eines einzelnen Teils oder einer Vielzahl von Teilen haben. Wie hierin verwendet, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben, beziehen sich die folgenden Richtungsbegriffe ”vorwärts”, ”rückwärts, oben, abwärts, vertikal, horizontal, unten und quer” sowie jedwede ähnlichen Richtungsbegriffe auf die Richtungen eines Fahrrads, das mit der Planetengetriebe für eine Fahrradnabenschaltung ausgestattet ist. Folglich sollten diese Begriffe, wie diese verwendet werden, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben, relativ zu einem Fahrrad, das mit dem vorliegenden Planetengetriebe für eine Fahrradnabenschaltung ausgestattet ist, interpretiert werden, wenn dieses in der normalen Fahrposition verwendet wird. Schließlich bedeuten die Ausmaßbegriffe, wie beispielsweise ”im Wesentlichen”, ”um” und ”ungefähr”, wie hierin verwendet, einen vernünftigen Abweichungsbetrag des modifizierten Begriffs, so dass das Endresultat nicht signifikant verändert wird.
