DE1040922B - Zweiganggetriebe, insbesondere fuer Fahrraeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mit Freilauf und Bremse versehenes Zweiganggetriebe, welches vor allem für Fahrräder vorgesehen ist und sich von großer auf kleine Übersetzung, und umgekehrt, ohne sonstige Hilfsmittel allein durch eineBewegung derTretpedale umschalten läßt.

Bei den bisher bekannten Zweiganggetrieben für Fahrräder, bei denen eine fest mit dem Pedal verbundene Schraubenhülse auf eine Schraubspindel aufgesetzt ist, um diese in Drehbewegung zu versetzen, und bei denen die Kraftübertragung zur Radnabe über eine innerhalb der Radnabe befestigte getriebene Kupplungshälfte erfolgt, welche entweder mit einer mit der Schraubspindel verbundenen ersten treibenden Kupplungshälfte oder mit einer auf die Schraubhülse aufgesetzten zweiten treibenden Kupplungshälfte zusammenarbeitet, erfolgte die Umschaltung von einem Gang auf den anderen durch eine Rücktrittbewegung der Pedale. Diesen vorgenannten bekannten Zweiganggetrieben, von denen die vorliegende Erfindung ausgeht, haftet vor allem der Nachteil an, daß sie nicht mit einer Rücktrittbremse versehen werden können, da die Rücktrittbewegungen bereits zur Auslösung der Schaltbewegungen benötigt werden.

Um den vorgenannten Nachteil auszuschalten und ein verbessertes Zweiganggetriebe zu schaffen, bei dem der Fahrer wahlweise den einen oder anderen Gang schalten kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Kuppeln der treibenden Kupplungshälfte mit der getriebenen Kupplungshälfte durch die dem Krafteinleitungselement bei einer Bewegung aus seiner Ruhestellung heraus erteilte Anfangsbeschleunigung auszulösen, wobei die Auswahl der einen oder anderen treibenden Kupplungshälfte von der Größe der Anfangsbeschleunigung und der im Augenblick vorhandenen Drehzahl der getriebenen Kupplungshälfte abhängt.

Durch die vorgenannte Maßnahme kann der Fahrer in einfachster Weise nur dadurch, daß er einen Augenblick seine Pedalbewegungen einstellt, eine Gangschaltung auslösen, wobei die Auswahl des Ganges allein dadurch erfolgt, daß er bei Wiederaufnahme der Pedalbewegung entweder schnell oder langsam antritt.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, das Zweiganggetriebe so auszubilden, daß unabhängig von dem im Augenblick geschalteten Gang die Übertragung der Bremskräfte von dem Pedal zur Rücktrittbremse über die dem niederen Gang zugeordneten Getriebeteile erfolgt, so daß mit geringeren Betätigungskräften große Bremskräfte ausgelöst werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Zweiganggetriebe,
insbesondere für Fahrräder

Anmelder:

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. August 1954

Edwin Elliott Hood, Elmira, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit auf Normal- oder Schnellgang eingestelltem Getriebe.

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht mit eingeschaltetem kleinen oder Berggang und

Fig. 3 eine geschnittene Teilansicht in vergrößertem Maßstab bei angezogener Bremse.

Bei dem zur Erläuterung der Erfindung ausgewählten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Kraftübertragung normalerweise unmittelbar vom treibenden Kettenrad zur Radnabe erfolgt, während das kleine Übersetzungsverhältnis als Untersetzung oder Berggang gedacht ist. Eine solche Anordnung kann natürlich sinngemäß auch umgekehrt angeordnet werden, so daß die aus Bequemlichkeit in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke »große Übersetzung« und »kleine Übersetzung« nicht ganz zutreffend sind, da bei dem gewählten Beispiel die große Übersetzung bzw. der Schnellgang ein direkter Antrieb ist.

Die in der Fig. 1 dargestellte Achse 1 dient dazu, unbeweglich in einen Fahrzeugrahmen, beispielsweise einen Fahrradrahmen, eingesetzt und mit den Schraubenmuttern 2 und 3 gesichert zu werden. Ein stationärer Spreizkonus 4 für die Bremse ist auf die Achse 1 aufgeschraubt und wird mit einer Gegenmutter 5 in seiner Lage gesichert. Die Gegenmutter 5 dient auch dazu, auf dem stationären Spreiskonus 4 einen Haltearm 6 zu befestigen, welcher auf einen von der Kreisform abweichenden Vorsprung 7 des Spreizkonusses 4 aufgesetzt ist und eine Klammer 8 aufweist, mit der

£99 657,42

der Halteann 6 am Fahrzeugrahmen befestigt werden kann.

Ein beweglicher Spreizkonus 9 ist längs verschieblich auf die Achse 1 aufgesetzt und mittels rechteckiger Führungsflächen 11 verdrehungssicher mit dem stationären Spreizkonus 4 verbunden. Am Außenumfang zwischen den beiden Spreiskonussen 4 und 9 sind bodenförmige Bremsbacken 12 angeordnet, die radial nach außen bewegt werden, wenn sich der bewegliche Spreizkonus 9 auf den stationären Spreizkonus 4 zu bewegt.

Zwischen einem inneren Lagerring 13, der auf die Achse 1 aufgeschraubt ist, und einem äußeren drehbar angeordneten Lagerring 14 ist ein Kugellager 15 vorgesehen. Zwischen dem inneren Lagerring 13 und dem beweglichen Spreizkonus 9 ist auf der Achse eine hohle Schraubspindel 16 drehbar gelagert. Auf dieser Schraubspindel 16 ist mit Hilfe eines Kugellagers 18 das Krafteinleitungselement 17 drehbar gelagert. Das Nabengehäuse 19 ist an seinen beiden Enden mit Kugellagern 21 bzw. 22 drehbar auf dem stationären Spreizkonus 4 bzw. dem Krafteinleitungselement 17 gelagert. Das Nabengehäuse 19 weist eine zylindrische Innenfläche 23 auf, welche als Bremsfläche für die Bremsbacken 24 dient. Des weiteren ist innerhalb des Nabengehäuses 19 die angetriebene Kupplungshälfte 24 mit einem Schraubgewinde unbeweglich befestigt.

Der innere Lagerring 13 weist neben dem Kugellager 15 eine Verzahnung auf, die als Sonnenrad 25 eines Planetengetriebes dient. Das Krafteinleitungselement 17 ist an seiner Innenseite mit einer weiteren Verzahnung versehen, welche ein äußeres Zentralrad 26 bildet. Eine Mehrzahl von Planetenrädern 27, die sowohl mit dem Sonnenrad 25 als auch dem äußeren Zentralrad 26 kämmen, sind drehbar auf Lagerbolzen 28 angeordnet, welche in Bohrungen des äußeren Lagerringes 14 geführt und fest in einem Planetenradträger 29 eingesetzt sind, welcher mit der hohlen Schraubspindel 16 verbunden ist. Eine erste treibende Kupplungshälfte 31 für die geringere Übersetzung oder den Berggang ist auf das Gewinde der Schraubspindel 16 aufgeschraubt und mit einem konischen Abschnitt 32 versehen, welcher mit Reibungseingriff an der entsprechend konisch ausgebildeten *5 Innenfläche 33 der angetriebenen Kupplungshälfte 24 angreifen kann, wenn die Schraubspindel 16 in Vorwärtsrichtung verdreht wird. Die Kupplungshälfte 31 ist des weiteren mit Zähnen 34 versehen, die in die Lücken einer ähnlichen Zahnanordnung 35 am bewegliehen Spreizkonus 9 angreifen können, wenn die Schraubspindel 16 in rückwärtiger Richtung verdreht wird. Um eine Ouerbewegung der treibenden Kupplungshälfte 31 beim \^rerdrelien der Schraubspindel 16 zu bewirken, ist eine ringförmige Reibungsfeder 36 vorgesehen, deren nach außen umgebogenen Enden in den Schlitz eines Ringes 37 eingreifen, welcher unbeweglich auf dem beweglichen Spreizkonus 9 befestigt ist.

Auf dem einen Ende des Krafteinleitungselementes 17 ist ein Kettenrad 38 befestigt, \vährend dessen anderes Ende einen verminderten Durchmesser aufweist und als Schraubhülse 39 ausgebildet ist und eine als Mutter ausgebildete zweite treibende Kupplungshälfte 41 für den Schnellgang trägt. Vorzugsweise hat dieses Gewinde eine wesentlich größere Gewindeteilung als das Gewinde der Schraubspindel 16. Die treibende Kupplungshälfte 41 ist mit Zähnen 42 versehen, welche in die Lücken einer entsprechenden Zahnanordnung 43 der angetriebenen :■■> Kupplungshälfte 24 eingreifen können, wenn das Krafteinleitungelement 17 in Vorwärtsrichtung verdreht wird. Um die Ouerbewegung dieser Kupplungshälften sicherzustellen, ist eine ringförmige Reibungsfeder 44 fest an der treibenden Kupplungshälfte 41 befestigt und mit vorspringenden Armen versehen, die sich mit leichter Reibung an die Innenwand des Nabengehäuses 19 anlegen.

Es ist noch zu erwähnen, daß, die beiden treibenden Kupplungshälften 31, 41 sich bei ihrem Ineingriffkommen mit dem angetriebenen Kupplungsteil 24 in entgegengesetzter Richtung bewegen müssen, die Gewindegänge auf der hohlen Schraubspindel 16 und der Schraubhülse 39 entgegengesetzt gerichtet sind. Entsprechend der in Fig. 1 mit einem Pfeil eingezeichneten Vorwärtsrichtung ist die Schraubspindel 16 mit einem Rechtsgewinde und die Schraubhülse 39 mit einem Linksgewinde versehen.

Damit der Fahrer wahlweise die dem Schnellgang entsprechende treibende Kupplungshälfte 41 oder die dem Berggang entsprechende treibende Kupplungshälfte 31 mit der getriebenen Kupplungshälfte 24 durch eine entsprechende Betätigung des Krafteinleitungselementes 17 in Eingriff bringen und die andere treibende Kupplungshälfte am Eingriff hindern kann, bis es zu einem späteren Zeitpunkt erwünscht ist, das Antriebsübersetzungsverhältnis zu ändern, ist in einem radialen Kanal 46 der Schraubhülse 39 eine bewegliche Klinke in Form einer Kugel angeordnet (Fig. 3). Auf der Schraubspindel 16 ist des weiteren eine Hülse 47 gelagert, welche mit Hilfe einer Feder 48 in Richtung auf die der geringeren Übersetzung zugeordnete treibende Kupplungshälfte 31 gedrückt wird. Die Hülse 47 ist mit einem Nockenring 49 versehen, welcher so ausgebildet ist, daß er an der Kugel 45 angreifen und sie nach außen drükken kann, wenn die treibende Kupplungshälfte 31 für die geringere Übersetzung in Eingriff mit der getriebenen Kupplungshälfte 24 gebracht wird. Die durch die Feder 48 hervorgerufene Bewegung der Hülse 47 wird vorzugsweise mit einer Widerlagescheibe 50 begrenzt, welche neben dem Nockenring 49 auf die Hülse 47 aufgesetzt ist und von einer Gegenbohrung der angetriebenen Kupplungshälfte 24 aufgenommen werden kann. Im Innern dier treibenden Kupplungshälfte 41 für die große Übersetzung ist eine nach innen gerichtete Ringnocke51 angeordnet, die in ähnlicher Weise die Kugel 45 beaufschlagen und radial nach innen bewegen kann, wenn die treibende Kupplungshälfte 41 für die höhere Übersetzung mit der angetriebenen Kupplungshälfte 24 in Eingriff kommt. Es ist hieraus ersichtlich, daß, wenn eine der treibenden Kupplungshälften betätigt ist, die andere treibende Kupplungshälfte außer Eingriff von der angetriebenen Kupplungshälfte gehalten wird infolge der Einwirkung der Nockenringe 49, 51 auf die Kugel 45. Zweckmäßigerweise kann eine Mehrzahl von Klinken 45 verwendet werden, die dann vorzugsweise gleichmäßig um die Achse des Krafteinleitungselementes anzuordnen sind.

Unter der Annahme, daß sich die Getriebeteile, wie in Fig. 1 dargestellt, im Schnellgang befinden, ergibt sich beim Betrieb, daß die treibende Kupplungshälfte 41 des Schnellganges mit der getriebenen Kupplungshälfte 24 im Eingriff steht, während die treibende Kupplungshälfte 31 des Bergganges durch das Anliegen des Nockenringes 49 der Hülse 47 an der Kugel 45 außer Eingriff gehalten wird. Wenn der Fahrer während der Fahrt einen Gangwechsel auf den Berggang vornehmen möchte, genügt es, wenn er

einen Augenblick die Pedale nicht betätigt, wodurch dann die Drehung des Krafteinleitungselementes 17 unterbrochen wird und sich der Nabenkörper 19 im Freilauf weiter in Vorwärtsrichtung dreht. Aus dieser Relativbewegung resultiert dann, daß die treibende Kupplungshälfte 41 für den Schnellgang, wie in Fig. 2 dargestellt, infolge des über die ringförmige Reibungsfeder 44 übertragenen Drehmomentes nach links bewegt wird. Wenn der Fahrer danach nun das Krafteinleitungselement 17 wieder in Vorwärtsrichtung be- ίο wegt, verschiebt sich die treibende Kupplungshälfte 31 des Bergganges infolge der Einwirkung der stationären Reibungsfeder 36 durch die Drehbewegung der Schraubspindel 16 nach links und kommt in Eingriff mit der getriebenen Kupplungshälfte 24. Die vorerwähnte Querbewegung wird durch die Kugel 45 zugelassen, da sie in diesem Zeitpunkt von ihrem Widerlager frei gekommen ist und durch die Ringnocke49 der Hülse 47 radial nach außen bewegt werden kann, weil ja die treibende Kupplungshälfte41 des Schnellganges aus dem Weg der Kugel 45 geräumt wurde und dort durch das Überlaufen des Nabengehäuses 19 gehalten wird, solange die Berggangkupplungshälfte 31 ihre Querbewegung ausführt. Anschließend wird dann das Nabengehäuse mit verminderter Drehzahl über das Planetengetriebe 26, 27, 25 die Schraubspindel 16 und die Kupplungshälfte 31 angetrieben.

Wenn der Fahrer die Absicht hat, vom Berggang zum direkten oder Schnellgang zurückzuschalten, unterbricht er abermals die Drehbewegung des Krafteinleitungselementes 17 und verdreht dieses vorzugsweise noch in geringem Maße in entgegengesetzter Richtung, um damit die treibende Kupplungshälfte 31 des Bergganges weitmöglichst nach rechts zu bewegen. Eine Wiederaufnahme der Pedalbewegung des Fahrers hat dann zur Folge, daß die treibende Kupplungshälfte 41 für den Schnellgang mit der getriebenen Kupplungshälfte 24 in Eingriff kommt. Dieser Vorgang findet statt, bevor die Berggangskupplungshälfte in ihre Arbeitsstellung gelangen kann, da das Krafteinleitungselement und die Schraubhülse 39 sich schneller, drehen als die Schraubspindel 16 und, wie vorstehend erwähnt, eine größere Gewindeteilung aufweisen.

Es ist auch noch zu erwähnen, daß das Drehzahlverhältnis zwischen dem Nabenkörper und dem Krafteinleitungselement für die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses einen maßgeblichen Einfluß hat. Aus diesem Grunde wird der Wechsel vom Berggang zum Schnellgang normalerweise ziemlich plötzlich vorgenommen, um die entgegengesetzt gerichtete Einwirkung der Rotation des Nabenkörpers zu vermindern. Andererseits erfolgt der Wechsel vom Schnellgang zum Berggang mit etwas größerer Verzögerung, damit die Drehung der Nabe sicherstellen kann, daß die treibende Kupplungshälfte 41 des Schnellganges in ihrer Leerlaufstellung gehalten wird.

Bei der Bremsung hat eine Verdrehung des Krafteinleitungselementes 17 entgegengesetzt zur Vorwärtsrichtung zur Folge, daß die treibende Kupplungshälfte 31 des Bergganges nach rechts verschoben wird und den beweglichen Spreizkonus 19 durch die Schraubenwirkung gegen den unbeweglichen Spreizkonus 4 drückt, wodurch dann die Bremsbacken 12 auseinandergeführt und gegen die Innenfläche 23 des Nabenkörpers 19 gedrückt werden und hierdurch die Fahrtgeschwindigkeit vermindern. Es ist auch noch zu erwähnen, daß beim Bremsen die Kraft zum Andrücken der Bremsbacken stets über das Planetenuntersetzungsgetriebe übertragen wird, wodurch der mechanische Vorteil des Getriebes dazu ausgenutzt wird, die vom Fahrer auszuübende Betätigungskraft der Bremse zu vermindern.

Obwohl lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen dargestellt und beschrieben wurde, lassen sich zahlreiche Abänderungen bezüglich der Anordnung der einzelnen Teile vornehmen, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu überschreiten.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit Freilauf und Bremse versehenes Zweiganggetriebe, insbesondere für Fahrräder, bei dem eine fest mit dem Krafteinleitungselement verbundene Schraubhülse auf eine Schraubspindel aufgesetzt ist, um diese in Drehbewegung zu versetzen, wobei die Kraftübertragung zur Radnabe über eine innerhalb der Radnabe befestigte getriebene Kupplungshälfte erfolgt, welche entweder mit einer ersten treibenden Kupplungshälfte, die auf die Schraubspindel aufgeschraubt ist, oder mit einer zweiten treibenden Kupplungsliälfte, die auf die Schraubhülse aufgeschraubt ist, zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Kuppeln der treibenden Kupplungshälften (31, 41) mit der getriebenen Kupplungshälfte (24) durch die dem Krafteinleitungselement bei einer Bewegung aus seiner Ruhestellung heraus erteilte Anfangsbeschleunigung ausgelöst wird, wobei die Auswahl der einen oder anderen treibenden Kupp lungshälfte von der Größe der Anfangsbeschkunigung und der im Augenblick vorhandenen Drehzahl der getriebenen Kupplungshälfte (24) abhängt.

2. Zweiganggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung zum wahlweisen Ineingriffbringen der treibenden Kupplungshälften (31, 41) aus einer ersten schwachen Reibungsverbindung (36) zwischen der ersten treibenden Kupplungshälfte (31) und der Achse (1) und einer zweiten schwachen Reibungsverbindung (44) zwischen der zweiten treibenden Kupplungshälfte (41) und der Nabe (19) besteht.

3. Zweiganggetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung zum wahlweisen Ineingriffbringen der treibenden Kupplungshälften (31, 41) mit einer doppeltwirkenden Verriegelung (45) versehen ist, die jeweils durch das Einrücken der einen treibenden Kupplungshälfte betätigt wird und dadurch das Ineingriffbringen der anderen treibenden Kupplungshälfte verhindert.

4. Zweiganggetriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (45) in einer radial gerichteten Bohrung (46) der Schraubhülse (39) freibeweglich gelagert ist und die eine Betätigungsvorrichtung aus einer Hülse (47) mit einem Nockenring (49) besteht, der auf der Schraubspindel (16) in Längsrichtung verschieblich gelagert ist und durch die erste antreibende Kupplungshälfte (31) beaufschlagt und so verschoben werden kann, daß die Klinke (45) sich verstellt und ein Ineingriffbringen der zweiten antreibenden Kupplungshälfte (41) mit der angetriebenen Kupplungshälfte (24) verhindert, wenn die erste antreibende Kupplungshälfte eingerückt ist.

5. Zweiganggetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite antreibende Kupplungshälfte (41) mit einer zweiten Betätigungsvorrichtung (51) für die Verriegelungsklinke (45) versehen ist, die beim Eingreifen der zweiten trei-

benden Kupplungshälfte (41) in die angetriebene Kupplungshälfte (24) mittels einer Nockenfläche die Yerriegelungsklinke (45) so verschiebt, daß die an der ersten antreibenden Kupplungshälfte (31) angreifende Hülse (47) festgehalten wird und ■e:re Verschiebung der ersten antreibenden Kupp-

lungshälfte (31; in Richtung auf die angetriebene Kupplungshälfte (24) verhindert.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 810 708, 109 866; französische Patentschrift Nr. 998 290.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen