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Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe
für ein
Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, sowie ein ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe
umfassendes Fahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik ist eine
Vielzahl von Einrichtungen für
Fahrräder
bekannt, um ein Übersetzungs-
bzw. Untersetzungsverhältnis
zwischen einer über
Pedale angetriebenen Antriebswelle und einem Antriebsrad zu variieren.
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So offenbart die
DE 34 40 071 A1 eine Mehrgangnabe
für Fahrräder oder
dergleichen, mit Gangumschaltung für mehr als drei Gänge. Die
Steuerung des Nabengetriebes erfolgt koaxial durch eine Nabenachse,
indem ein einziger, in der Nabenachse geführter Schaltkopf betätigt wird.
Durch die Ausgestaltung des Getriebes wird erreicht, daß die Schaltung
von lediglich einer Seite der Nabenachse her, mit einem einzigen
Schaltelement in Form einer Zugstange, die mit einer Schaltzugkette
verbunden ist, erfolgt. Dieses Schaltorgan ermöglicht es einem Fahrer des
Fahrrads, das Übersetzungsverhältnis zwischen
einem mit der Nabe verbundenen Zahnkranz und einer Nabenhülse des
Antriebsrads zu variieren.
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Ferner offenbart die
DE 196 18 636 A1 eine Mehrgangnabe
mit Rücktrittbremse
für Fahrräder. Die
Mehrgangnabe umfaßt
ein Planetengetriebe, wobei die Schaltung der Getriebeteile so gestaltet
ist, daß bei
Betätigung
der Rücktrittbremse,
durch gegensinniges Drehen eines Antreibers, immer eine Bremsverstärkung der
Rücktrittbremseinrichtung über das
Planetengetriebe erzielt wird. Die Schaltung der Mehrgangnabe erfolgt
durch einen in der Nabenachse verschiebbaren Schubklotz, manuell
von außerhalb
der Mehrgangnabe.
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Auch sind aus dem Stand der Technik Schaltgetriebe
für Fahrräder bekannt,
bei denen das Getriebe innerhalb einer Tretlagermuffe aufgenommen
wird und durch einen Benutzer des Fahrrades das Übersetzungsverhältnis zwischen
einer Drehung einer Tretwelle und der Drehung eines Kettenrades manuell
veränderbar
ist. So offenbaren die
DE
822 350 C und die
DE
643 849 C jeweils ein Geschwindigkeitswechselgetriebe für Fahrräder bzw.
eine Vorrichtung zum Ändern
des Übersetzungsverhältnisses zwischen
einer Tretkurbel und dem angetriebenen Rad eines Fahrrades. Dabei
ist jeweils ein innerhalb des Gehäuses des Fahrrades angeordnetes
Planetengetriebe vorgesehen. Über
eine manuelle Schaltvorrichtung wird jeweils erreicht, daß das Getriebe entweder
gesperrt wird, wodurch eine Drehung der Tretwelle bzw. Tretkurbel
direkt auf ein Kettenrad übertragen
wird, oder eine Drehung der Tretwelle bzw. Tretkurbel unter- oder übersetzt
in eine Drehung des Kettenrades umgewandelt wird.
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Ein Tretkurbelantrieb für Fahrräder, Motorfahrräder und
dergleichen ist ferner aus der
DE
848 016 C bekannt. Bei diesem Tretkurbelantrieb ist ebenfalls
innerhalb eines Gehäuses
ein Planetengetriebe angeordnet. Mittels einer Klinke können verschiedene
Zahnkränze
relativ zum Gehäuse
festgesetzt werden. Bei einer Drehung einer Achse des Tretlagers
wird eine Bewegung von mit der Achse verbundenen Planetenräder in der
Art erzeugt, daß die
Planetenräder
jeweils mit dem festen Zahnkranz kämmen und dadurch eine Drehung
eines mit einem Kettenrad verbundenen Mittelrads, das ebenfalls
mit den Planetenrändern
kämmt,
hervorgerufen wird.
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Darüber hinaus sind Kettenantriebe
für Fahrräder bekannt,
bei denen das Antriebsrad und/oder die Antriebswelle des Tretlagers
mit einer Vielzahl von Kettenritzeln unterschiedlichen Durchmessers verbunden
ist bzw. sind. Durch einen Kettenumwerfer kann eine Antriebskette
jeweils mit einem unterschiedlichen Kettenritzel verbunden und somit
das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Antriebswelle und dem Antriebsrad des Fahrrads variiert werden.
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Nachteilig bei diesen Einrichtungen
ist jedoch, daß der
Fahrer des Fahrrads jeweils manuell das Übersetzungs- bzw. Untersetzungsverhältnis der jeweiligen
Fahrsituation, insbesondere einer Steigung bzw. einem Gefälle der
Fahrstrecke und/oder den Windverhältnissen, anpassen muß. Ferner
weisen diese Einrichtungen den Nachteil auf, daß ein Ausbau des Antriebsrads,
insbesondere zum Zwecke des Austauschs bzw. der Reparatur eines
Fahrradschlauchs bzw. -laufflächenmantels,
erschwert wird.
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Zur Überwindung dieser Nachteile
wurden im Stand der Technik verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen.
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So offenbart die
DE 94 21 604 U1 eine stufenlose
und drehzahlabhängige
Automatiknabengangschaltung für
Fahrzeuge, insbesondere für Fahrräder. Die
Automatiknabengangschaltung umfaßt ein stufenlos verstellbares,
mechanisches Getriebe und ein aus zwei Hülsen bestehendes Steuerteil.
In Abhängigkeit
von der Drehzahl der Nabe wird das Steuerteil mittels Fliehgewichten
derart betätigt, daß bei Abweichungen
von einer Soll-Drehzahl die Übersetzung bzw.
Untersetzung des Getriebes verändert
wird. Nachteilig bei dieser Nabengangschaltung ist jedoch, daß sie konstruktiv
sehr aufwendig und damit störanfällig ist.
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Die Umschaltung zwischen verschiedenen Getriebeübersetzungsstufen
mit Hilfe von Fliehkraftgewichten ist ebenfalls aus der
DE 19 00 118 U bekannt.
Bei der dort offenbarten Mehrgangübersetzungsnabe mit automatisch
betätigter
Gangschaltung erfolgt der Antrieb einer Nabenhülse wahlweise über eine
direkte Verbindung zu einem Nabenzahnkranz
5 oder unter
Zwischenschaltung eines Planetengetriebes. Die Umschaltung zwischen
diesen beiden Antriebsweisen erfolgt in Abhängigkeit von der Position eines
innerhalb der Nabe angeordneten Fliehkraftgewichts.
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Ferner offenbart die WO 95/12517
A1 ein Fahrrad, bei welchem sowohl in einer Tretlagermuffe als auch
einer Nabe ein Getriebe zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
zwischen der Drehung einer Kurbel und eines Zahnkranzes bzw. der Drehung
eines Zahnkranzes und einer Hinterradnabe verändert wird. Mittels jeweils
in den Zahnkränzen angeordneten
Fliekraftgewichten wird dabei erreicht, daß in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der
Zahnkränze
die Getriebe jeweils gesperrt werden, also eine direkte Übertragung
einer Drehbewegung von einer Tretkurbel auf den Zahnkranz bzw. von
dem Zahnkranz auf die Nabe erfolgt, oder eine unter- oder übersetzte Übertragung
der Drehbewegung stattfindet. Somit sind auch die Getriebe dieses Fahrrades
konstruktiv aufwendig und störanfällig.
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Des Weiteren offenbart die
DE 198 48 052 A1 einen
Kettenantrieb für
ein Fahrrad. Es wird vorgeschlagen, daß in Abhängigkeit von einem über einen
Drehzahlaufnehmer gemessenen Wert, der die Drehzahl eines der Räder des
Fahrrades aufnimmt, ein Schaltwerk zum Umwerfen einer Kette auf
verschiedene Kettenritzel mit unterschiedlichen Durchmessern automatisch
gesteuert wird. Das Schaltwerk umfaßt einen Stellmotor sowie einen
Positionsmelder zum Erfassen der Position des Umwerfers. Ferner umfaßt der Kettenantrieb
eine mit dem Stellmotor und dem Positionsmelder verbundene elektronische Steuerung.
Nachteilig bei diesem Kettenantrieb ist jedoch, daß zusätzliche
Anbauten an dem Fahrrad notwendig sind, die insbesondere mit elektrischer
Energie versorgt werden müssen.
Ferner muß eine
Verkabelung zwischen der Steuerung und dem Schaltwerk vorgenommen
werden. Somit führt
dieser Kettenantrieb zu erhöhten
Produktionskosten und ist aufgrund der Verwendung eines Kettenumwerfers
störanfällig für äußere Umwelteinflüsse, wie
Verschmutzung oder dergleichen.
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Die
DE 198 39 886 A1 offenbart ein weiteres Automatikgetriebe
für Fahrräder. Um
das Übersetzungsverhältnis zwischen
einer Antriebswelle und einem Antriebsrad des Fahrrades zu variieren,
ist vorgesehen, daß auf
einer Scheibe mehrere Zahnrad- bzw. Keilriemensegmente angeordnet
sind, die Eingriffe für
eine Antriebskette bilden. Der Abstand der Zahnradsegmente von einer
Drehachse der Scheibe wird dabei in Abhängigkeit von der Fußtretkraft
verändert,
so daß der
auf die Kette wirkende effektive Durchmesser variiert wird. Dieses
Getriebe ist jedoch konstruktiv sehr aufwendig und für äußere Umwelteinflüsse, wie
Verschmutzung und dergleichen, sehr anfällig.
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Schließlich offenbart die
JP 10194186 A ein gattungsgemäßes Schaltgetriebe
für ein
motorunterstütztes
Fahrrad. Mittels der Ausgangssignale eines Drehmomentsensors und
eines automatischen Geschwindigkeitswechselgetriebes werden die
Drehmomentsignale eines elektrischen Antriebssystems sowie eines
manuell betriebenen Antriebssystems zum Antrieb des Fahrrades kombiniert.
Nachteilig bei diesem Fahrrad ist jedoch, daß die Elemente mit elektrischer
Energie versorgt werden müssen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist daher, das gattungsgemäße Schaltgetriebe
derart weiterzuentwickeln, daß die
Nachteile des Stands der Technik überwunden werden. Insbesondere
soll ein konstruktiv einfaches Schaltgetriebe, das im Wesentlichen
unanfällig
für äußere Umwelteinflüsse ist
und das Übersetzungs-
bzw. Untersetzungsverhältnis zwischen
einer Antriebswelle und einem Antriebsrad eines Fahrrades automatisch
den Streckenbedingungen, wie Steigungen, Gefälle und/oder Wind, anpaßt, geliefert
werden.
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Die das Schaltgetriebe betreffende
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Unteransprüche 2 bis 35 betreffen vorteilhafte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes.
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Ferner wird mit der Erfindung ein
Fahrzeug umfassend ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe gemäß Patentanspruch
36 beansprucht.
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Die Unteransprüche 37 bis 40 betreffen vorteilhafte
Ausführungsformen
dieses Fahrzeugs.
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Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis
zugrunde, daß ein
Schaltgetriebe zur Veränderung
des Über-
bzw. Untersetzungsverhältnisses
zwischen einer Antriebswelle und einem Antriebsrad beispielsweise
eines Fahrrads derart ausgestaltet werden kann, daß ein Fahrer
keine manuellen Schaltvorgänge
vornehmen muß,
um stets mit einem angenehmen Übersetzungsverhältnis und
einer idealen Tretfrequenz das Fahrrad antreiben zu können. Durch
Anordnung des Schaltgetriebes zwischen der, insbesondere über Pedale
angetriebenen, Antriebswelle und einem ersten Übertragungselement zur Übertragung
der Drehung der Antriebswelle auf eine Kette oder dergleichen wird
erreicht, daß das Schaltgetriebe
im Wesentlichen in einer Tretlagermuffe angeordnet werden kann und
somit von äußeren Umwelteinflüssen geschützt ist.
Dabei umfaßt das
Schaltgetriebe ein mit dem ersten Übertragungselement verbundenes
Antriebsglied, das über
eine Verzahnung mit zumindest einem in einem Planetenzahnradkäfig gelagerten
Planetenrad in Wirkverbindung steht. Ferner ist vorgesehen, daß die Antriebswelle
mit einer Schalttrommel zur Drehmitnahme fest verbunden ist. Die
Schalttrommel und der Planetenzahnradkäfig stehen über eine Mitnahmevorrichtung in
Wirkverbindung. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann auch aufgrund
eines über
die Antriebswelle auf die Schalttrommel übertragenen Drehmoments ein
Mitnehmer der Mitnahmevorrichtung in axialer Richtung der Antriebswelle
und des Planetenradkäfigs
gegen eine Federkraft bewegen. Dazu kann insbesondere vorgesehen
sein, daß der Mitnehmer
in gewissen Grenzen verdrehbar mit der Schalttrommel verbunden ist.
Diese axiale Bewegung des Mitnehmers wird auf einen Keil, der unverdrehbar
relativ zur Tretlagermuffe, jedoch in axialer Richtung der Antriebswelle
verschiebbar angeordnet ist, übertragen.
Durch diese Bewegung des Keils wird jeweils ein Sonnenrad relativ
zur Tretlagermuffe festgestellt, über das das Planetenrad bei
Drehung des Planetenzahnradkäfigs
kämmt.
Aufgrund des unterschiedlichen Durchmessers der Sonnenräder ergibt sich
ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis zwischen
der Antriebswelle und dem ersten Übertragungselement in Abhängigkeit
von der Stellung des Keils und somit in Abhängigkeit von dem zwischen dem
ersten Übertragungselement
und der Antriebswelle wirkenden Drehmoment. Ein derartiger Aufbau des
Schaltgetriebes wird insbesondere dadurch erreicht, daß der Keil
in einer Arretiervorrichtung, die ortsfest relativ zur Tretlagermuffe
befestigt ist, geführt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beispielhaft an einer schematischen Zeichnung im Einzelnen
erläutert
sind.
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Dabei zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht auf eine in einer Tretlagermuffe eines Fahrrads
eingebaute erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes;
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2 eine
Schnittansicht des Schaltgetriebes der 1;
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3 eine
perspektivische Seitenansicht auf das Schaltgetriebe der 1 und 2 nach Entfernung von Pedalen;
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4 eine
perspektivische Seitenansicht des Schaltgetriebes der 2 nach Entfernung eines
Außengehäuses;
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5 eine
perspektivische Seitenansicht des Schaltgetriebes der 3 nach Entfernung eines
Antriebsglieds;
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6 eine
perspektivische Seitenansicht auf das Schaltgetriebe der 4 aus einer anderen Perspektive;
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7a eine
Schnittansicht ähnlich
der 2 einer zweiten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes;
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7b eine
perspektivische Seitenansicht ähnlich 6 des Schaltgetriebes der 7a;
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8 eine
perspektivische Seitenansicht des Schaltgetriebes der 1 bis 6 nach Entfernung eines Mitnehmers;
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9 eine
perspektivische Seitenansicht des Schaltgetriebes der 8 nach Entfernung eines
ersten Rückstellelements
sowie einer Schalttrommel;
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10 eine
perspektivische Seitenansicht des Schaltgetriebes der 9, ohne Darstellung eines
Planetenzahnradkäfigs;
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11 eine
perspektivische Seitenansicht auf eine Arretiervorrichtung des Schaltgetriebes
der 10;
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12a eine
weitere Schnittansicht der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes
in einer ersten Schaltposition;
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12b eine
Schnittansicht der Mitnahmevorrichtung des Schaltgetriebes der 12a in einer zweiten Schaltposition;
und
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12c eine
Schnittansicht der Mitnahmevorrichtung der 12b in einer dritten Schaltposition.
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1 stellt
eine Seitenansicht auf einen Ausschnitt eines Fahrradrahmens mit
einer Tretlagermuffe 1 dar, in der ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe
integriert ist. Die Tretlagermuffe 1 bildet ein Außengehäuse 2 des
Schaltgetriebes und ist mit Rahmenrohren 3, 5,
die nur teilweise dargestellt sind, verbunden. Durch die Tretlagermuffe 1 verläuft eine Antriebswelle 7,
die beidseitig mit Pedalarmen 9, an denen Pedale 11 drehbar
befestigt sind, verbunden ist. Eine Drehung der Antriebswelle 7 wird über das Schaltgetriebe
auf ein Übertragungselement
in Form eines ersten Zahnrads 13 und mittels Zähnen 14 auf eine
nicht dargestellte Kette übertragen.
Die Tretlagermuffe 1 ist auf der dem Zahnrad 13 gegenüberliegenden
Seite mittels eines Deckels 15 verschlossen.
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In 2 ist
eine Schnittansicht durch die Tretlagermuffe 1 der 1 dargestellt. Innerhalb
des Außengehäuses 2 ist
das erfindungsgemäße Schaltgetriebe 17 angeordnet.
Die einzelnen Elemente des Schaltgetriebes 17 werden nun
im Folgenden mit zusätzlicher
Bezugnahme auf die 3 bis 6 und 8 bis 11 beschrieben.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich,
weist die Antriebswelle 7 eine Verzahnung 19 zur
Befestigung der Pedalarme 9 auf. Die Befestigung der Pedalarme 9 kann
jedoch auf jede, aus dem Stand der Technik bekannte Befestigungsart
an der Antriebswelle 7 erfolgen. Nach Entfernung der Pedalarme 9 sowie
eines nicht dargestellten Deckels, der über eine Gewinde 21 mit
einem Antriebsglied, nämlich
in Form eines innerhalb des Außengehäuses 2, insbesondere
mittels in den 1 und 2 nicht dargestellten Lagern,
drehbar gelagerten Übertragungsrohres 23 befestigt
ist, kann das Zahnrad 13 entfernt werden. Das Zahnrad 13 ist über eine
Verzahnung 25 drehmitnahmesicher mit dem Übertragungsrohr 23 verbunden.
In 4 ist das Schaltgetriebe 17 nach Entfernung
der Pedalarme 9 sowie des Zahnrads 13 und Entfernung
aus dem Außengehäuse 2 dargestellt.
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Wie insbesondere aus 4 ersichtlich, ist die Antriebswelle 7 drehbar
in einer Hülse 27 gelagert.
Die Hülse 27 weist
eine Verzahnung 29 auf, die sicherstellt, daß die Hülse 27 im
in 2 dargestellten,
eingebauten Zustand des Schaltgetriebes 17 über den
Deckel 15 ortsfest relativ zum Außengehäuse 2 gehalten wird.
Wie 4 weiter zu entnehmen ist,
weist das Übertragungsrohr 23 eine
Innenverzahnung 31 auf. Ferner umfaßt das Schaltgetriebe 17 dreistufige
Planetenräder 33 mit
den Stufen 33a, 33b, 33c. Die Innenverzahnung 31 des Übertragungsrohrs 23 steht
in Eingriff mit einer Außenverzahnung 35 der
mittleren Stufe 33b der Planetenräder 33. Die Planetenräder 33 sind
auf Wellen 37 drehbar innerhalb eines Planetenzahnradkäfigs 39 befestigt.
Wie später
erläutert,
sind auf der Hülse 27 drei
Sonnenräder 43, 45, 47 angeordnet.
Wie aus 4 ersichtlich,
weist das Sonnenrad 43 Nuten 49 auf, die, wie
später
erläutert,
zur Feststellung des Sonnenrads 43 relativ zur Hülse 27 und
somit zum Außengehäuse 2 dienen.
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In den 5 und 6 ist das Schaltgetriebe 17 der 4 in Seitenansicht aus zwei
verschiedenen Perspektiven dargestellt, nachdem das Übertragungsrohr 23 entfernt
worden ist. Wie aus den 5 und 6 ersichtlich, umfaßt der Planetenzahnradkäfig 39 eine
Buchse 51, die eine Innenverzahnung 53 aufweist.
Das Schaltgetriebe 17 umfaßt ferner einen Mitnehmer 55,
der, wie aus den 2 und 11 ersichtlich, eine Außenverzahnung 57 aufweist,
die Eingriff in die Innenverzahnung 53 der Buchse 51 findet.
Somit wird der Mitnehmer 55 drehmitnahmesicher mit der Buchse 51 und
damit dem Planetenzahnradkäfig 39 verbunden,
ist jedoch in axialer Richtung entlang der Antriebswelle 7 relativ
zu der Buchse 51 bewegbar. Wie aus den 5 und 6 ersichtlich,
weist der Mitnehmer 55 Nuten 59 auf, die eine
Steigung entlang der Umfangsfläche
des Mitnehmers 55 und Einrastkerben 61 aufweisen.
Wie insbesondere aus den 2 und 6 ersichtlich, ist mit der
Antriebswelle 7, insbesondere über die Verzahnung 19,
eine Schalttrommel 63 drehmitnahmesicher verbunden. Die
Schalttrommel 63 weist Paßstifte 65 auf, die
Eingriff in die Nuten 59 des Mitnehmers 55 finden.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich,
ist zwischen dem Mitnehmer 55 und der Schalttrommel 63 ein Rückstellelement
in Form einer Spiralfeder 67 angeordnet. Die Spiralfeder 67 stützt sich
einerseits an den Paßstiften 65 und
andererseits an einer über eine
Sicherungsfeder 69 mit der Schalttrommel 63 verbundenen
Scheibe 71 ab.
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In den 7a und 7b ist eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes 17' innerhalb einer
Tretlagermuffe 1' dargestellt.
Mit dem Schaltgetriebe 17 der 1 bis 6 und 8 bis 11 identische Bauelemente des Schaltgetriebes 17' der 7a und 7b tragen die gleichen Bezugszeichen.
Im Wesentlichen unterscheidet sich das Schaltgetriebe 1T von
dem Schaltgetriebe 17 dadurch, daß die Spiralfeder 67 sich über die
Scheibe 71 nicht an der relativ zum Mitnehmer 55 feststehenden
Sicherungsfeder 69, sondern an einer Buchse 73 abstützt. Die
Buchse 73 ist über
ein Gewinde 75 in den Mitnehmer 55 einschraubbar.
Durch Verdrehung der Buchse 73 relativ zum Mitnehmer 55 läßt sich
somit von außen
die Vorspannung der Spiralfeder 67 einstellen. Wie später erläutert, läßt sich
damit die Schaltcharakteristik des Schaltgetriebes 17' einstellen.
Ferner ist in 7a ein
Deckel 76 dargestellt, der über ein Gewinde in das Übertragungsrohr 23 einschraubbar
ist, um das Außengehäuse 2 auf
der den Zahnrad 13 zugewandten Seite zu verschließen. Darüber hinaus
sind in der 7a Lager 77a, 77b, insbesondere
in Form von Kugellagern, eingezeichnet, wobei das Lager 77a zur
Lagerung der Antriebswelle 7 in der Hülse 27 dient und das
Lager 77b zur Lagerung des Übertragungsrohrs 23 in
dem Außengehäuse 2 dient.
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In 8 ist
das Schaltgetriebe 17 in Seitenansicht dargestellt, nachdem
der Mitnehmer 55 entfernt worden ist, so daß die Spiralfeder 67 und
die Schalttrommel 63 sichtbar werden. Es ist jedoch zu verstehen,
daß sich
der Aufbau des Schaltgetriebes 17, wie er in den folgenden
Figuren beschrieben wird, nicht von demjenigen des Schaltgetriebes 17' unterscheidet.
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In 9 ist
das Schaltgetriebe 17 der 8 dargestellt,
nachdem die Spiralfeder 67 und die Schalttrommel 63 entfernt
worden sind. Wie aus 9 ersichtlich,
weist die Hülse 27 Nuten 77 auf,
in denen gleitbar Keile 79 angeordnet sind. Die Hülse 27 ist
ferner von einem Ring 81 umgeben, wobei bei Verschiebung
des Rings 81 in axialer Richtung der Hülse 27 die Keile 79 in
der Nut 77 verschoben werden. In 10 ist eine Seitenansicht eines Teils
der Arretiervorrichtung des Schaltgetriebes 17 der 9 dargestellt, die den Mitnehmer 55,
die Schalttrommel 63, die Spiralfeder 67, die
Hülse 27 und
die Keile 79 umfaßt.
In 10 ist der Planetenzahnradkäfig 39 weggedacht,
wobei nur das Sonnenrad 43 dargestellt ist. Wie aus den 2 und 10 ersichtlich, ist zwischen der Schalttrommel 63 und
dem Ring 81 ein Rückstellelement
in Form einer Spiralfeder 83 angeordnet. Das Rückstellelement 83 bewirkt,
daß die Keile 79 über den
Ring 81 in der 2 nach
links gedrückt
werden. Wie insbesondere aus den 10 und 11 (11 zeigt das Schaltgetriebe 17 ausgehend
von 8, wobei der Planetenzahnradkäfig und
ein Sonnenrad entfernt sind und lediglich ein Planetenrad 33 teilweise
dargestellt ist) ersichtlich, weisen die Keile 79 Zähne 85 auf,
die über
den Umfang der Hülse 27 herausragen.
Durch Verschiebung der Keile 79 in den Nuten 77 gelangt
jeweils ein Zahn 85 der Keile 79 in Eingriff mit
einem der Sonnenräder 43, 45, 47.
In 10 ist beispielsweise
die Position eines exemplarischen Keils 79 dargestellt,
durch welchen das Sonnenrad 43 relativ zur Hülse 27 dadurch
festgestellt wird, daß der
Zahn 85 des Keils 79 Eingriff in die Nut 49 des
Sonnenrads 43 findet. Auf der dem Ring 81 gegenüberliegenden
Seite des Sonnenrads 43 ist ein Rückstellelement 87 angeordnet,
das eine Bewegung der Sonnenräder 43, 45, 47 relativ
zur Hülse 27 und
zueinander in axialer Richtung in geringem Umfang ermöglicht,
um eine ungehinderte Drehung der Sonnenräder 43, 45, 47 relativ
zueinander zu ermöglichen.
Eine derartige Bewegung ist insbesondere wichtig für ein weiches
Schalten des Schaltgetriebes.
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Im Folgenden wird nunmehr die Funktionsweise
des Schaltgetriebes 17 anhand der 2 sowie 12a bis 12c beschrieben.
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Bei einer Drehung der Antriebswelle 7 über die
Pedalarme 9 kommt es zu einer Drehmitnahme des Planetenzahnradkäfigs 39 über eine
Mitnahmevorrichtung umfassend die Schalttrommel 63, die Paßstifte 65 sowie
den Mitnehmer 55. Aufgrund der Verbindung des Mitnehmers 55 über die
Außenverzahnung 57 mit
der Innenverzahnung 53 der Buchse 51 des Planetenzahnradkäfigs 39 kommt
es zu einer Drehung des Planetenzahnradkäfigs 39. Bei der in 2 dargestellten Position
der Keile 79 ist das Sonnenrad 47 über die
Keile 79 relativ zur Hülse 27 festgelegt.
Da, wie zuvor beschrieben, die Hülse 27 über den
Deckel 15 mit dem Außengehäuse 2 verbunden ist,
bleibt das Sonnenrad 47 ortsfest relativ zum Außengehäuse 2 stehen.
Damit kommt es bei einer Drehung des Planetenzahnradkäfigs 39 dazu,
daß die Planetenräder
33 mittels
der Stufe 33c über
das Sonnenrad 47 kämmen.
Aufgrund der Verbindung des Übertragungsrohrs 23 mit
der Stufe 33b der Planetenräder 33 kommt es aufgrund
der Kämmbewegung der
Planetenräder 33 zu
einer Drehung des Übertragungsrohrs 23 innerhalb
des Außengehäuses 2.
Dies bewirkt eine Drehung des Zahnrads 13 und eine Übertragung
dieser Drehbewegung über
Zähne 14 auf
eine nicht dargestellte Kette. Somit läßt sich der Drehmomentfluß des Schaltgetriebes 17 derart
zusammenfassen, daß bei
Drehung der Antriebswelle 7 die Drehbewegung über die
Schalttrommel 63 und den Mitnehmer 55 an den Planetenzahnradkäfig 39 weitergegeben
wird und durch Kämmen
der Planetenräder 33 über eines
der Sonnenräder 43, 45, 47 das
Drehmoment auf das Übertragungsrohr 23 und somit
auf das Zahnrad 13 übertragen
wird.
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Im Folgenden wird nunmehr anhand
der 12a bis 12c das automatische Schalten
des Schaltgetriebes 17 beschrieben. Wie zuvor beschrieben,
sind die Schalttrommel 63 und der Mitnehmer 55 über Paßstifte 65,
die in Nuten 59 des Mitnehmers 55 aufgenommen
werden, miteinander verbunden. Eine Drehung der Schalttrommel 63 würde, wenn
die Spiralfeder 67 nicht vorhanden wäre, dazu führen, daß der Mitnehmer 55 sich
aufgrund des an dem Zahnrad 13 anliegenden Gegenmoments,
das über
das Übertragungsrohr 23 und
die Planetenräder 33 an
den Planetenzahnradkäfig 39 weitergegeben
wird, zunächst
nicht drehen würde
und die Paßstifte 65 in den
Nuten 59 bei einer Drehung der Schalttrommel 63 bis
zum Ende der Nuten 59 wandern würden, wodurch eine axiale Bewegung
des Mitnehmers 55 hervorgerufen würde, da die Schalttrommel 63 mit
der Antriebswelle 7 verbunden ist. Die Spiralfeder 67 verhindert
jedoch bis zu einer gewissen Differenz zwischen dem über die
Schalttrommel 63 übertragenen Drehmoment
und dem über
das Zahnrad 13 in das Schaltgetriebe 17 einwirkenden
Gegenmoment, eine relative Verdrehung der Schalttrommel 63 und
des Mitnehmers 55 zueinander. Übersteigt die Differenz dieser
Momente einen gewissen Wert, so kommt es zu einer relativen Drehung
der Schalttrommel 63 zum Mitnehmer 55, so daß die in 12b dargestellte Position
erreicht wird. Aufgrund dieser relativen Drehung wandern die Paßstifte 65 in
den Nuten 59 und bewirken, daß der Mitnehmer 55 axial
relativ zur Längsachse
der Antriebswelle 7 verschoben wird. Somit wandert der
Mitnehmer 55 in der Buchse 51 des Planetenzahnradkäfigs 39 in 12b nach links. Eine derartige
Bewegung des Mitnehmers 55 erlaubt es jedoch den Keilen 79,
sich ebenfalls in den 12a und 12b nach links zu bewegen.
Eine derartige Verschiebung der Keile 79 relativ zu der
Hülse 27 bewirkt,
daß nun
nicht mehr das Sonnenrad 47, sondern das Sonnenrad 45 relativ
zur Hülse 27 und
somit zum Außengehäuse 2 des
Schaltgetriebes 17 festgestellt wird. In dieser Position
der Keile 79 können
sich dagegen die Sonnenräder 43 und 47 relativ zum
Außengehäuse 2 drehen.
Eine derartige Bewegung ist insbesondere deshalb notwendig, weil
die Sonnenräder 43 und 47 ständig im
Eingriff mit den Stufen 33a bzw. 33c der Planetenräder 33 stehen. Bei
Feststellung des Sonnenrads 45 relativ zum Außengehäuse 2 kämmen nunmehr
die Planetenräder 33 über das
Sonnenrad 45 bei einer Drehung des Planetenzahnradkäfigs 39.
Somit verändert
sich das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Antriebswelle 7 und dem Zahnrad 13. Steigt
die Momentendifferenz zwischen der Schalttrommel 63 und
dem Mitnehmer 55 weiter an, weil beispielsweise die Pedalkraft
weiter erhöht
wird oder das Fahrrad eine Steigung herauffährt, so kommt es dazu, daß die Paßstifte 65 in den
Nuten 59 weiter wandern, wodurch es zu einer weiteren relativen
Drehung des Mitnehmers 55 zur Schalttrommel 63 und
somit zu einer Bewegung des Mitnehmers 55 in 12a und 12b nach links kommt. In der in 12c dargestellten Position
finden die Zähne 85 der
Keile 79 Eingriff in die Nuten 49 des Sonnenrads 43.
Somit wird das Sonnenrad 43 relativ zum Außengehäuse 2 des
Schaltgetriebes 17 festgestellt und kämmen die Planetenräder 33 bei
der Drehung des Planetenzahnradkäfigs 39 mittels
der Stufe 33a über
das Sonnenrad 43. Die Drehung der Planetenräder 33 wird über die
Stufe 33b dann auf das Übertragungsrohr 23 und
somit auf das Zahnrad 13 übertragen.
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Um ein weiches Umschalten des Schaltgetriebes 17 sowie
ein Verkannten desselben zu verhindern, sind die Keile 79 jedoch
nicht direkt mit dem Mitnehmer 55 verbunden. Eine Bewegung
der Keile 79 erfolgt im Wesentlichen aufgrund der Federkraft 83,
die auf den Ring 81 wirkt. Bei einer Bewegung des Mitnehmers 55 in
den 12a bis 12c nach links werden somit
die Keile 79 zunächst
für eine
Bewegung ebenfalls nach links freigegeben. Aufgrund des Eingriffs
der Sonnenräder 43, 45, 47 in
die unterschiedlichen Stufen 33a, 33b, 33c der
Planetenräder 33 weisen
die Sonnenräder 43, 45, 47 jedoch
grundsätzlich
eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit auf. Somit ist nicht sichergestellt,
daß die
Keile 79 sofort Eingriff in Nuten des Sonnenrads 45 finden
können,
wenn die Keile 79 aus der in 12a dargestellten Position
nach links über
das Federelement 83 verschoben werden. Erst wenn die Zähne 85 mit
derartigen Nuten des Sonnenrads 45 fluchten, bewegen sich
die Keile 79 weiter nach links, um in Eingriff in die Nuten
des Sonnenrads 45 zu gelangen. Umgekehrt erfolgt eine Bewegung
der Keile 79 aus der in 12c dargestellten
Position erst dann, wenn die Zähne 85 aus
einem Eingriff mit dem Sonnenrad 43 in Eingriff mit geeigneten
Nuten des Sonnenrads 45 gelangen können. In dieser Bewegungsrichtung
der Keile 79 erfolgt die Bewegung zusammen mit dem Mitnehmer 55 gegen
die Rückstellkraft
der Spiralfeder 83 aufgrund der Rückstellkraft der Spiralfeder 67. Somit
sollte die Rückstellkraft
der Spiralfeder 67 größer als
die der Spiralfeder 83 sein.
-
Die in der vorstehenden Beschreibung,
in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der
Erfindung können
sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
-
- 1,
1'
- Tretlagermuffe
- 2
- Außengehäuse
- 3
- Rahmenrohr
- 5
- Rahmenrohr
- 7
- Antriebswelle
- 9
- Pedalarm
- 11
- Pedal
- 13
- Zahnrad
- 14
- Zahn
- 15
- Deckel
- 17,
17'
- Schaltgetriebe
- 19
- Verzahnung
- 21
- Gewinde
- 23
- Übertragungsrohr
- 25
- Verzahnung
- 27
- Hülse
- 29
- Verzahnung
- 31
- Innenverzahnung
- 33
- Planetenrad
- 33a
- Stufe
- 33b
- Stufe
- 33c
- Stufe
- 35
- Außenverzahnung
- 37
- Welle
- 39
- Planetenzahnradkäfig
- 43
- Sonnenrad
- 45
- Sonnenrad
- 47
- Sonnenrad
- 49
- Nut
- 51
- Buchse
- 53
- Innenverzahnung
- 55
- Mitnehmer
- 57
- Außenverzahnung
- 59
- Nut
- 61
- Einrastkerbe
- 63
- Schalttrommel
- 65
- Passstift
- 67
- Spiralfeder
- 69
- Sicherungsfeder
- 71
- Scheibe
- 73
- Buchse
- 75
- Gewinde
- 76
- Deckel
- 77
- Nut
- 77a
- Lager
- 77b
- Lager
- 79
- Keil
- 81
- Ring
- 83
- Spiralfeder
- 85
- Zähne