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Übersetzungsnabe für Fährräder, 1Vlötörräder u. dgl. mit zwei durch
Rücktrittschaltung wechselweise einschaltbaren Übersetzungen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Übersetzungsnabe für Fahrräder, Motorräder u. dgl. mit zwei durch
Rücktrittschaltung wechselweise einschaltbaren übersetzungen mit oder ohne Rücktrittbremse,
wobei die Schaltung durch einen Mechanismus erfolgt, der durch Sperrklinken betätigt
wird.
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Bei einer bekannten Zweigangnabe wird die Schaltung der Gänge über
ein Steuernocken- und Steuerexzentersystem, das auf eine Sperrklinkengruppe einwirkt,
ausgeführt. Nachteilig ist, daß neben den üblichen Getriebeteilen bei dieser Konstruktion
zusätzliche Steuer-, Nocken- und Exzenterscheiben sowie Druckfedern und Reibscheiben
benötigt werden, die den Bauaufwand beträchtlich erhöhen.
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Bei einer anderen bekannten Konstruktion bestellt der Schaltmechanismus
aus drei nebeneinanderliegenden Klinkensystemen. Bei dieser Ausführung wird für
jeden Gang ein besonderes Klinkensystem benötigt. Die Schaltung erfolgt über eine
Steuerbüchse und zusätzliche Steuerteile und Federn. Dadurch wird diese Ausführung
kompliziert und teuer: Andern Konstruktionen arbeiten mit zwei Antriebskonen, von
denen einer auf einem Flachgewinde des Hohlrades und einer auf einem Flachgewinde
des Planetenradträgers verschiebbar angeordnet ist, wobei der Konus auf dem Hohlrad
durch einen Schaltmechanismus je nach Schaltstellung entweder am Eingriff in die
Nabenhülse gehindert oder zum Eingriff gebracht wird. Ist der Konus des schnellen
Ganges im Eingriff, schleift der andere, da ex sich wegen der Getriebeübersetzung
langsamer dreht, äü der N.abenhülse. Dabei unterliegen die Konusflächen einem unnötigen
Verschleiß, was ein erheblicher Nachteil ist. Der Aufbau dieser Ausführung ist verhältnismäßig
kompliziert. Es werden zwei Konen mit Flachgewinde, zwei große Getriebeteile mit
Flachgewinde und ein zusätzlicher Sperrmechanismus sowie Friktions- und Klemmfedern
benötigt. Soweit dabei das Flachgewinde zur Schaltung benutzt wird, bestimmt die
Gangzahl dieses Gewindes den Verdrehungswinkel - also Schaltwinkel - am Zahnkranz,
der wegen der beschränkten Gangzahl entsprechend groß wird.
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Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Konstruktionen
vermieden. Die Erfindung besteht darin, daß in dem Hohlrad des Umlaufgetriebes oder
einem mit dem Hohlrad verbundenen Teil eine Verzahnung für Antrieb und Steuerung
angeordnet ist, in die auf einem Sperrklinkenträger gelagerte Sperrklinken eingreifen,
neben denen weitere Sperrklinken mit entgegengesetzter Sperrichtung ebenfalls auf
dem Sperrklinkenträger angeordnet und im Eingriff mit einer entsprechenden Gesperreverzahnung
sind, wobei die letztgenannten Sperrklinken axial in die Verzahnung hineinragen
und durch diese wahlweise durch Rückwärtsdrehen des Hohlrades oder des mit ihm verbundenen
Teiles ein-oder ausgeschaltet werden, wodurch die Gangschaltung erfolgt. Die erfindungsgemäße
Übersetzungsnabe stellt gegenüber den bekannten Ausführungen eine bedeutend einfachere
Lösung dar. Es werden weniger und leichter herstellbare Teile benötigt und vor allem
nur Teile, die bei einer Mehrgängübersetzungsnabe söwiesö erforderlich sind. Der
Schaltmechanismus besteht im wesentlichen nur aus einer Verzahnung für Antrieb und
Steuerung, die sich im Hohlrad oder in einem mit dem Hohlrad verbundenen Teil befindet,
sowie aus einem Sperrklinkenträger mit zwei Sperrklinkengruppen. Die Schaltung erfolgt
beim Rückwärtsdrehen durch die Relativbewegung zwischen dem Hohlrad und dem langsamer
drehenden. oder stehenden Sperrklinkenträger. Je nach Schaltstellung wird die zum
Antrieb verwendete Sperrklinkengruppe ein- oder ausgeschaltet.
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Das Schaltsystem läßt sich sowohl bei Naben mit einem direkten und
einem übersetzten Gang und auch bei Naben mit einem direkten und einem untersetzten
Gang anwenden.
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In den Fig. 1 bis 13 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen halben. Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zweigangnabe
mit Rücktrittbremse, mit zwei Abtriebsorganen und Rücktrittschaltung mit einem direkten
und einem ins Schnelle übersetzten Gang. Die dargestellte Schaltstellung entspricht
der des direkten Ganges. Die Schaltung erfolgt beim
Rückwärtsdrehen
durch- - die Relativbewegung zwischen dem drehenden Hohlrad und einem stehenden
Sperrklinkenträger.
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Fig. 2 zeigt einen halben Längsschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte
Nabe, jedoch in der Schaltstellung des ins Schnelle übersetzten Ganges.
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Fig. 3 zeigt einen halben Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Zweigangnabe ohne Rücktrittbremse. Der Aufbau und die Schaltung entsprechen der
Fig. 1. An Stelle einer Rücktrittbremse ist eine Durchschaltsperre vorgesehen.
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Fig. 4 zeigt einen halben Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zweigangnabe
mit Rücktrittbremse mit zwei Abtriebsorganen und Rücktrittschaltung mit einem direkten
und einem ins Langsame untersetzten Gang. Die dargestellte Schaltstellung ist die
des untersetzten Ganges. Die Schaltung erfolgt beim Rückwärtsdrehen durch die Relativbewegung
zwischen dem drehenden Hohlrad und einem stehenden Sperrklinkenträger.
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Fig. 5 zeigt einen halben Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zweigangnabe
mit Rücktrittbremse mit zwei Abtriebsorganen und Rücktrittschaltung mit einem direkten
und einem ins Schnelle übersetzten Gang. Die dargestellte Schaltstellung entspricht
der des übersetzten Ganges. Die Schaltung erfolgt beim Rückwärtsdrehen durch die
Relativbewegung zwischen dem übersetzt drehenden Hohlrad und dem mit dem Antreiber
1:1 drehenden Sperrkhnkenträger.
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Fig. 6 zeigt einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie A -B
der Fig. 1.
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Fig. 7 zeigt einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie C-D der Fig.
2.
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Fig. 8 zeigt einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie E-F der Fig.
1. Dargestellt ist die Antriebsstellung im direkten Gang.
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Fig. 9 zeigt einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie G -H
der Fig. 2. Dargestellt ist die Antriebsstellung des ins Schnelle übersetzten Ganges.
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Fig. 10 zeigt eine günstige Ausführungsform der Verzahnung für Antrieb
und Steuerung in vergrößertem Maßstab. Gleichzeitig zeigt die Fig. 10 den Eingriff
der Sperrklinken 17 in die Verzahnung des Hohlrades im direkten Gang.
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Fig. 11 zeigt den Eingriff der Sperrklinken 17 in übersetztem bzw.
untersetztem Gang in einer Darstellung entsprechend Fig. 10.
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Fig. 12 zeigt im vergrößerten Maßstab die von der Verzahnung für Antrieb
und Steuerung freigegebene Sperrklinke 16, die in dieser Stellung in die Gesperreverzahnung
des Gesperreringes eingreifen kann (übersetzter bzw. untersetzter Gang).
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Fig. 13 zeigt die von der Verzahnung für Antrieb und Steuerung außer
Eingriff mit der Gesperreverzahnung gebrachte Sperrklinke 16.
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Der Aufbau der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Naben ist folgender:
Auf einer Achse 1 sind die Konen 2 und 3 befestigt. Der Planetenradträger 4 ist
als Antreiber ausgebildet und auf den Kugellagern 5 und 6 und die Nabenhülsen 7
auf den Kugellagern 6 und 8 gelagert. Auf der Achse 1 ist drehbar ein innerer Antreiber
9 angeordnet, der über eine Steckkupplung 10 mit dem Planetenradträger 4 verbunden
ist. Im Planetenradträger 4 sind auf Bolzen 11 die Planetenräder 12 gelagert. Sie
stehen mit dem Sonnenrad 13, das fest auf der Achse 1 sitzt, und dem Hohlrad 14
stets im Eingriff. Auf dem inneren Antreiber 9 ist ein Sperrklinkenträger 15 drehbar
gelagert. Auf ihm sind die Sperrklinken 16 und 17 und die Friktionsfeder 18 angeordnet.
über die Verzahnung 19 für Antrieb und Steuerung, die am Hohlrad 14 angeordnet ist,
werden die Sperrklinken 17 und damit der Sperrklinkenträger 15 angetrieben.
Gleichzeitig steuert die Verzahnung 19 für Antrieb und Steuerung die Sperrklinken
16 und bringt sie entweder mit dem Gesperrering 20 und dessen Gesperreverzahnung
36 in Eingriff (Fig. 2) oder außer Eingriff (Fig.1), wodurch die beiden Gänge geschaltet
werden. Der Gesperrering 20 ist über eine Totgangkupplung 21 mit der Nabenhülse
7 verbunden. Auf dem inneren Antreiber 9 sitzt neben dem Sperrklinkenträger 15 entweder
bei einer Nabe mit Rücktrittbremse ein Bremskonus 22, der mit einer Friktionsfeder
23 in. einen Bremsmantel 24 od. dgl. eingreift (Fig. 1 und 2), oder bei einer Nabe
ohne Rücktrittbremse eine Durchschaltsperre 25 (Fig. 3), die mit ihrer Friktionsfeder
23 z. B. in einen Schlitz eines Konus 26 eingreift. Auf dem Bremskonus 22 oder auf
der Durchschaltsperre 25 sind die Sperrklinken 27 angeordnet, die in die Klinkenverzahnung
28 der Nabenhülse 7 eingreifen. Auf die Durahschaltsperre 25 kann verzichtet werden,
wenn eine Fixierung der Gänge beim Rückwärtsschalten nicht gewünscht ist. In diesem
Falle können die Sperrklinken 27 direkt auf dem inneren Antreiber 9 angeordnet sein.
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Fig. 4 unterscheidet sich im Aufbau gegenüber den Fig. 1 und 2 nur
dadurch, daß nicht der Planetenradträger 4, sondern das Hohlrad 14 als Antreiber
ausgebildet ist und vom Zahnkranz 29 angetrieben wird. Dadurch ist die Verzahnung
19 für Antrieb und Steuerung nicht im Hohlrad 14 angeordnet, sondern in einem zusätzlichen
Steuerring 30, der mit dem Hohlrad 14 über eine beliebige Kupplung 31 verbunden
ist.
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Fig. 5 stellt einen Sonderfall dar, der am Ende der Funktionsbeschreibung
erwähnt wird.
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Die Funktion der in. den Ausführungsbeispielen dargestellten Naben
ergibt sich aus dem Folgenden: Fig. 1, 3 und 6 zeigen eine erfindungsgemäße Zweigangnabe
in der Stellung des direkten Ganges. über einen Zahnkranz 29 wird der Antreiber,
der als Planetenradträger 4 ausgebildet ist, angetrieben. Der Planetenradträger
4 ist über eine beliebige Steckkupplung 10 mit einem inneren Antreiber 9 verbunden
und treibt diesen und damit den mit ihm verbundenen Bremskonus 22 (Fig. 1) oder
die mit ihm verbundene Durchschaltsperre 25 (Fig. 3) und damit über die Sperrklinken
27 und die Klinkenverzahnung 28 die Nabenhülse 7 an. Die Verbindung zwischen dem
inneren Antreiber 9 und dem Bremskonus 22 bzw. der Durchschaltsperre 25 erfolgt
in allen Figuren durch ein Gewinde 32. An Stelle des Gewindes können alle geeigneten
Mittel verwendet werden, durch die die zum Bremsen oder Sperren notwendige axiale
oder radiale Bewegung erreicht wird. Am bekanntesten hierfür sind Steigzähne und
Klemmrollen oder Klemmkugeln. Beim Bremsen ist der Kraftfluß der gleiche wie im
direkten Gang. Der Bremskonus 22 ist durch eine Friktionsfeder 23 an einer Verdrehung,
die vom drehenden inneren Antreiber 9 veranlaßt wird, gehindert. Durch das Gewinde
32 wird der stehende Bremskonus 22 auf den Bremsmantel 24 hin bewegt, spreizt diesen
dabei gegen die Bremsbohrung der Nabenhülse 7 und bremst sie ab. An
Stelle
einer Mantelbremse können alle geeigneten Bremssysteme angewendet werden. Da eine
Rücktrittsahaltung in der Nabe eingebaut ist, erfolgt beim Bremsen eine Gangumschaltung.
Dabei sind zwei Möglichkeiten gegeben. Entweder kann die Schaltung so gelegt werden,
daß vor dem Bremsen der nächste Gang geschaltet wird oder daß kurz vor dem Beginn
der Bremswirkung wieder der ursprünglich im Antrieb vorhanden gewesene Gang eingeschaltet
ist. Dies kann durch entsprechende axiale Nut zwischen den Bremselementen bzw. durch
Wahl des Verdrehungswinkels zum Schalten bzw. Bremsen ermöglicht werden. Im Freilauf
bleibt die ganze Einrichtung der Nabe stehen. Die Nabenhülse 7 rollt auf den Kugellagern
6 und 8 ab. Die Sperrklinken 16 und 27 werden überholt.
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Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Zweigangnabe in der Stellung
des übersetzten Ganges. Über den Zahnkranz 29 wird der Planetenradträger 4 angetrieben.
Dabei rollen die Planetenräder 12 auf dem Sonnenrad 13 .ab und erteilen dem Hohlrad
14 eine Drehung ins Schnelle. Am Hohlrad 14 ist eine Verzahnung 19 für Antrieb und
Steuerung angeordnet, in die die Sperrklinken 17 eingreifen und dem Sperrklinkenträger
15 in beiden Gängen eine Drehung ins Schnelle erteilen.
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Die Schalt- und Bewegungsfolge der Verzahnung 19 für Antrieb und Steuerung
und der Sperrklinken 16 und 17 geht am besten aus den Fig. 6 bis 13 hervor und ist
folgende: Im direkten Gang (Fig. 6, 10 und 13) werden die Sperrklinken 17 von den
Anschlagflächen 34 der Verzahnung 19 für Antrieb und Steuerung angetrieben (Fig.
10). Eine beliebige Feder 40 drückt dabei die Sperrklinken 17 gegen die Schaltschrägen
35. Die Sperrklinken 16 (Fig. 13) werden in dieser Gangstellung durch die Schaltschrägen
35 in einer Stellung gehalten, die ein Eingreifen in die Gesperreverzahnung 36 des
Gesperreringes 20 verhindert. Beim Rüekwärtsdrehen in Schaltrichtung verdreht sich
die Verzahnung 19 für Antrieb und Steuerung gegenüber den durch die Friktionsfeder
18 mit dem stehenden Konus 22 oder der Durchschaltsperre 25 gehaltenen Sperrklinkenträger
15. Dabei gleiten die Sperrklinken 16 und 17 auf den Schaltschrägen 35, bis sie
in die Taschen 37 gelangen und durch die Bremse oder die Durchsehaltsperre ein weiteres
Verdrehen verhindert wird. Diese Stellung entspricht dem übersetzten Gang (Fig.
7, 11 und 12). Beim Verdrehen des Hohlrades 14 in Antriebsrichtung kommt jetzt die
durch die Druckfeder 40 nach außen gedrückte Sperrklinke 17 gegen die Anlagefläche
33 zu liegen (Fig. 11) und überträgt die Umfangskraft auf den Sperrklinkenträger
15. Die seitlich versetzten Sperrklinken 16 werden vom Sperrklinkenträger 15 angetrieben
und können in dieser Stellung in die Gesperreverzahnung 36 des Gesperreringes 20
eingreifen und diesen antreiben (Fig. 13). Beim erneuten Zurückschalten in den direkten
Gang durch Zurückdrehen des Antreibers gleiten die Sperrklinken 17 mit ihrem Rücken
über die Schaltschrägen 41, bis sie über die Anlagefläche 34 in den Steuerzylinder
35 geführt werden. Die Sperrklinken 16 werden bei diesem Schaltvorgang mit ihren
Spitzen durch die Schaltschräge 41 nach unten gedrückt und in die Schaltschräge
35 geführt. Der direkte Gang ist wieder eingeschaltet. Ein Durchschalten wird wiederum
durch die Bremse oder die Durchschaltsperre verhindert. Beim Antrieb kommen die
Sperrklinken 17 (Fig.10) und die Sperrklinken 16 (Fig. 13) wieder in ihre Ausgangsstellung.
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Die Schaltschräge 41 wird zweckmäßig nicht als Gerade, sondern als
Bogen ausgeführt, um zum Ausschalten der Klinken 16 annähernd einen gleichmäßigen
Schaltwinkel t3 zu erhalten (Fig. 12).
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Im Ausführungsbeispiel ist der Sperrklinkenträger 15 so gestaltet,
daß die Sperrklinken 16 und 17 etwa um 90° verdreht angeordnet sind. Durch diese
Anordnung und durch die Zahl der Zähne für Antrieb bzw. Steuerung ergibt sich, _daß
zur Stellung der Sperrklinken 17 nach Fig. 10 die Stellung der Sperrklinken 16 nach
Fig. 13 sowie zu Fig. 11 die Fig. 12 gehört. Dies ist nicht unbedingt erforderlich.
Es könnte eine Nabe .ausgeführt werden, bei der z. B. zu der Stellung nach Fig.
10 die Stellung nach Fig. 12 gehört. Die dargestellte Ausführung hat jedoch den
Vorteil, daß in dem Gang, bei dem über die Verzahnung 19 für Antrieb und Steuerung
die Kraft übertragen wird, die Sperrklinken 17 am starken Zahn mit der Anlagefläche
33 und in dem Gang, bei dem keine Kraft übertragen wird, am schwachen Zahn mit der
Anlagefläche 34 zu liegen kommen. Die Anzahl der Schalt- bzw. Antriebszähne im Hohlrad
kann beliebig sein, sie muß jedoch durch die Anzahl der verwendeten Klinken ohne
Rest teilbar sein, z. B. bei zwei Klinken zwölf, zehn, acht, sechs Zähne, bei drei
Klinken zwölf, neun, sechs Zähne. Der Gesperrering 20 ist über eine Totgangkupplung
21 (Fig. 1, 8 und 9) mit der Nabenhiilse 7 verbunden. Zweckmäßig wird für die Totgangkupplung
21 die Klinkenverzahnung 28 der Nabenhülse 7 verwendet und die Gegenverzahnung so
gewählt, daß ein Verdrehungswinkel a entsteht (s. Fig. 8).
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Die Totgangkupplung hat die Aufgabe, beim Rückwärtsschieben eines
abgebremsten Rades ein Blockieren der Nabe zu verhindern. Im Leerlauf bzw. beim
Bremsen bleibt die Inneneinrichtung der Nabe stehen bzw. wird nach rückwärts bewegt,
während die Nabenhülse noch auf den Kugellagern 6 und 8 in Antriebsrichtung läuft.
Dabei kommt die Totgangkupplung 2I_ in die Stellung, die in der Fig. 8 dargestellt
ist. Beim Rückwärtsschieben wird dieser Totgangwinkel a wieder verringert. Kurz
vor dem Ende des Totganges kommen die Klinken 27 mit der Verzahnung 28 in Eingriff,
wodurch die Bremse gelöst und ein Blockieren der Nabe vermieden wird.
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Fig. 4 zeigt eine Zweigangnabe mit einem untersetzten und einem direkten
Gang in der Stellung des direkten Ganges. Über einen Zahnkranz 29 wird ein als Antreiber
ausgebildetes Hohlrad 14 angetrieben, welches die Bewegung über eine beliebige Kupplung
31 auf einen Steuerring 30 überträgt, in dem die Verzahnung 19 für Antrieb und Steuerung
angeordnet ist. Die Umschaltung erfolgt wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Im direkten Gang geht der Kraftfluß vom Steuerring 30 auf die Sperrklinken 17, den
Sperrklinkenträger 15, die Sperrklinken 16 und den Gesperrering 20 und von dort
über die Totgangkupplung 21 auf die Nabenhülse 7. Im untersetzten Gang wird vom
Hohlrad 14 über die Planetenräder 12 der Planetenradträger 4, ins Langsame untersetzt,
angetrieben. Diese Drehbewegang wird über eine beliebige Steckkupplung 10 auf den
inneren Antreiber 9 und von diesem über den Bremskonus 22 bzw. über eine Durchschaltsperre
25 und die Sperrklinken 27 auf die Nabenhülse 7 übertragen.
Fig.
5 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Nabe, bei der die zum Schalten notwendige Relativbewegung
nicht zwischen einem drehenden und einem stehenden Nabenteil, sondern zwischen zwei
in gleicher Richtung mit verschiedener Drehzahl drehenden Teilen entsteht. Von einem
Zahnkranz 29 wird ein Antreiber 38 angetrieben, der über eine beliebige Steckkupplung
10 mit dem Planetenradträger 4 verbunden ist und diesen antreibt. Über die Planetenräder
12, die auf dem Sonnenrad 13 abrollen, wird dem Hohlrad 14 eine Drehung ins Schnelle
erteilt. Der Sperrklinkenträger 15 sitzt auf dem Antreiber 38 und ist über eine
Friktionsfeder 18 mit dem Antreiber 38 verbunden. Beim Rückwärtstreten zum Schalten
kann sich durch diese Friktionsfeder der Sperrklinkenträger 15 nicht schneller drehen
als der Antreiber 38. Durch die Getriebeübersetzung entsteht zwischen der Verzahnung
19 für Antrieb und Steuerung und dem Sperrklinkenträger 15 die zum Schalten erforderliche
Relativbewegung. Der Schaltvorgang selbst entspricht auch bei diesem Ausführungsbeispiel
dem der beschriebenen Konstruktionen.
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Der Kraftfluß im direkten Gang geht vom Zahnkranz 29 und vom Antreiber
38 auf den Planetenradträger 4 und über den Bremskonus 22 und die Sperrklinken 27
auf die Nabenhülse 7. Im übersetzten Gang geht der Kraftfluß vom Zahnkranz 29, dem
Antreiber 38 und dem Planetenradträger 4 über die Planetenräder 12 auf das ins Schnelle
übersetzte Hohlrad 14. Von diesem wird die Drehbewegung über die Klinken 17 auf
den Sperrklinkenträger 15 und die Sperrklinken 16 auf den Gesperrering 20 übertragen.
Der Gesperrering 20 ist durch eine Totgangkupplung 42 über eine Lagerschale 39 mit
der Nabenhülse 7 verbunden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele,
sondern es sind innerhalb des Erfindungsgedankens viele konstruktive Kombinationen
und Abwandlungen möglich.