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Halbautomatischer Zweigang-Zahnradantrieb, insbesondere für Fahrräder
Die Erfindung bezieht sich auf einen halbautomatischen Zweigang-Zahnradantrieb,
insbesondere für Fahrräder, mit einer auf einer festen Achse gelagerten und eine
schnellaufende Gewindewelle drehbar tragenden, langsamlaufenden Gewindewelle, wobei
die Wellen mit verschiedenen Geschwindigkeiten von einem gemeinsamen Antriebsglied
gedreht werden, und einer auf der schnellaufenden Gewindewelle und auf einem auf
der Achse befestigten Glied drehbar angeordneten Nabe, worin ein auf der langsamlaufenden
Welle angeschraubtes langsamlaufendes Kupplungsglied und ein auf der schnellaufenden
Gewindewelle angeschraubtes schnelllaufendes Kupplungsglied mit der Nabe in Eingriff
kommen und diese entsprechend der Vorwärtsdrehung der langsamlaufenden und schnellaufenden
Gewindewellen drehen, und ein Abstütz- und Schaltglied mit Vorsprüngen, die mit
Vorsprüngen an dem schnellaufenden Kupplungsglied kuppelbar sind, einen Eingriff
des schnellaufenden Kupplungsgliedes mit der Nabe bei eingerückten Vorsprüngen verhindert.
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Bei bekannten Anordnungen ist das Abstütz- und Schaltglied durch Reibeinwirkung
mit dem schnelllaufenden Kupplungsglied gekoppelt und besitzt eine Zahngesperreverbindung
mit der schnellaufenden Gewindewelle, welche Sperrzähne an dem Schaltglied und Abstützungen
an der schnellaufenden Gewindewelle aufweist. Bei diesen Konstruktionen müssen die
Abstützungen auf der schnellaufenden Gewindewelle so angeordnet sein, daß die Sperrzähne
des Schaltgliedes in diesen Abstützungen verankert sind, wenn die Vorsprünge auf
dem Schaltglied und auf dem schnellaufenden Kupplungsteil miteinander im Eingriff
stehen. Wenn die Vorsprünge ausgebildet worden sind und das Schaltglied fertiggestellt
worden ist, muß deshalb die Lage der Vorsprünge auf der Mutter der schnellaufenden
Kupplung in geeigneter Weise ausgewählt werden, damit eine zufriedenstellende Arbeitsweise
des Schaltmechanismus erhalten wird. Die Abstützungen auf der schnelllaufenden Gewindewelle
und die Vorsprünge auf dem schnellaufenden Kupplungsglied müssen vorbestimmte Stellungen
in bezug auf das Schraubgewinde dieser Bauteile einnehmen, und wenn Schraube und
Mutter parallele Schraubgewinde aufweisen, wie dies im allgemeinen üblich ist, können
noch während des Aufsetzens der Kupplungsmutter auf die Gewindewelle Fehler auftreten,
wenn diese Bauteile nicht genau in bezug aufeinander angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist eine mit zwei Geschwindigkeiten arbeitende
Naben- und Freilaufbremse zu schaffen, bei der die Zuordnung der Teile zur Gewährleistung
der gewünschten Wirkungsweise durch die konstruktive Ausbildung der Teile gegeben
ist, so daß während des Zusammenbaues keine vorbestimmte Winkelstellung erforderlich
ist.
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Die Nabe gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützglied
sich unter Reibung auf der schnellaufenden Gewindewelle dreht und mit dem schnellaufenden
Kupplungsglied über ein Zahngesperre verbunden ist.
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Bei einer derartigen Ausbildung ist es nur erforderlich, daß der Winkelabstand
zwischen den Vorsprüngen und Sperrzähnen auf dem Abstützglied gleich dem Winkelabstand
zwischen den Vorsprüngen und den Abstützungen der Zahngesperreverbindung auf dem
schnellaufenden Kupplungsteil ist. Die Stellung dieser Vorsprünge gegenüber den
Schraubgewinden auf dem schnellaufenden Kupplungsteil ist unwesentlich und das schnellaufende
Kupplungsteil kann in jeder beliebigen Stellung auf dar schnelllaufenden Gewindewelle
angeordnet werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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F i g.1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Seitenansicht
teilweise im Schnitt; F i g. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig.1;
F
i g. 3 zeigt das schnellaufende antreibende Kupplungsglied und das Verriegelungs-
und Schaltglied in auseinandergezogenem Zustand in schaubildlicher Ansicht; F i
g. 4 zeigt einen Einzelteil in Ansicht, teilweise im Schnitt, in vergrößertem Maßstab;
F i g. 5 zeigt die Nabe, die Gewindewelle und Kupplungsglieder und zugeordnete Teile
in vergrößertem Maßstab im Schnitt.
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Auf einer Achsel des Antriebes ist ein Verankerungsglied 2
einstellbar angeordnet. Es wird an einer Drehung durch einen Bremshebel 3 verhindert,
der mit dem Rahmen des Fahrzeuges durch eine Klemme 4 in üblicher Weise verbunden
ist.
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Eine langsamlaufende Gewindewelle 5 ist auf der Achse 1 gelagert,
und eine schnellaufende Gewindewelle 6 ist drehbar auf der langsamlaufenden Gewindewelle
mittels Lagern 7 angeordnet. Auf dem Verankerungsglied 2 und der schnellaufenden
Gewindewelle 6 ist eine Nabe 8 durch Lager 9 und 11 drehbar gelagert und innen bei
12 für die Aufnahme von Bremsscheiben 13 verkeilt, die zwischen auf dem Verankerungsglied
2 verkeilten Bremsscheiben 14 dazwischengeschaltet sind. Ein ebenfalls auf dem Verankerunggslied
2 verkeilter Bremsring 15 ist so angeordnet, daß die Bremsscheiben gegen
ein auf dem Verankerungsglied befestigtes Abstützglied 16 zusammengedrückt werden.
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Ein langsamlaufendes Antriebskupplungsglied 17 ist mittels eines Gewindes
auf die langsamlaufende Gewindewelle 5 und ein schnellaufendes Antriebskupplungsglied
18 mittels eines Gewindes auf die schnellaufende Gewindewelle 6 aufgeschraubt, wobei
die Anordnung so getroffen ist, daß durch eine Vorwärtsdrehung der Gewindewellen
die entsprechenden Kupplungsglieder so daraufgeschraubt werden, daß sie sich im
Kupplungseingriff mit den entsprechend ausgebildeten Sitzen 19, 21 auf der
Innenseite der Nabe 8 bewegen.
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Es sind Mittel zum Drehen der beiden Gewindewellen von einer gemeinsamen
Kraftquelle in Form eines Kettenrades 22 vorgesehen, die ein fest auf der schnellaufenden
Gewindewelle angeordnetes Umlaufgetrieberad 23 und ein mit 24 bezeichnetes
Planetenuntersetzungsgetriebe enthalten, um die Drehbewegung des Umlaufgetrieberades
auf die langsamlaufende Gewindewelle bei reduzierter Geschwindigkeit zu übertragen.
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Um eine Querverschiebung der antreibenden Kupplungsglieder auf ihren
Gewindewellen entsprechend der Drehung der Wellen sicherzustellen, ist eine Verzögerungshülse
25 unter Reibung mit dem nicht drehbaren Bremsring 15 verbunden und mit der langsamlaufenden
Kupplungsmutter 17 verkeilt, und ein schnellaufender Verzögerer 26 ist mit
der langsamlaufenden Kupplungsmutter verkeilt und unter Reibung mit der schnellaufenden
Kupplungsmutter mittels Federarm 27 (F i g. 5) verbunden, die sich in Nuten auf
dem Umfang der schnellaufenden Kupplungsmutter abstützen.
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Der schnellaufende Verzögerer 26 ist mit Armen 28 versehen, welche
Axialschlitze 29 in dem Umfang der langsam laufenden Kupplungsmutter durchqueren
und eine Keilverbindung bilden, und die Arme 28 sind in gleicher Weise mit Endhakenteilen
31 versehen, die eine Trennung der Antriebskupplungsglieder begrenzen. Die Haken
31 dienen ferner dazu, den Weg der schnellaufenden Kupplungsmutter 18 weg
von ihrer Eingriffsstellung durch Anschlag gegen die benachbarte Oberfläche des
Bremsringes 15 zu begrenzen.
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Um einen Eingriff des schnellaufenden Antriebskupplungsgliedes mit
der Nabe zu verhindern, damit das langsamlaufende Kupplungsglied einrücken und die
Nabe antreiben kann, sind unter der Kontrolle des Fahrers in Form einer Verriegelungs-
und Schalthülse 32 ( F i g. 3 ) Mittel vorgesehen, die sich auf einem vergrößerten
Teil 30 der schnellaufenden Gewindewelle unter Reibung drehen und mit einem
Zahngesperre zur Verbindung mit dem schnelllaufenden Kupplunggslied 18 versehen
sind. Die Drehverbindung wird durch eine Anzahl von Federarmen 33 gebildet,
die unter Reibung in einer Nut 34
in dem Umfang der schnellaufenden Gewindewelle
6 anliegen. Die Zahngesperreverbindung wird von Sperr- oder Schaltarmen 35 gebildet,
die sich auf eine verkleinerte Erweiterung 36 des schnellaufenden Kupplungsgliedes
18 abstützen, die von einer Anzahl von Sperrzähnen 37 im gleichen Abstand
um ihren ganzen Umfang herum gebildet werden. Die Schaltzähne 37 und die Sperr-
oder Schaltarme 35 sind so gelagert, daß ein Pendeln oder Schwingen der schnelllaufenden,
auf das Verriegelungsglied 32 durch Reibverbindung 33, 34 übertragenen Gewindewelle
6 das Verriegelungsglied nach rückwärts bezüglich des schnellaufenden Antriebskupplungsgliedes
18 weiterschaltet.
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Die Verriegelungsfunktion des Gliedes 32 wird mittels einer Anzahl
von nach innen gerichteten Verriegelungsvorsprüngen 38 mit gleichem Abstand durchgeführt,
die in Verbindung mit einer gleichen Anzahl von axialen Vorsprüngen 39 (F i g. 3
und 4), mit gleichem Abstand gebildet, an dem Ende der verkleinerten Erweiterungen
36 des schnellaufenden Kupplungsgliedes 18 arbeiten.
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Die Vorsprünge 39 an dem Kupplungsglied 18 haben vorzugsweise die
Form von Nocken oder Wellen, wie es dargestellt worden ist. Sie haben um die Endflächen
des Kupplungsgliedes herum gleichen Abstand, und der Abstand ist gleich dem doppelten
Abstand zwischen den Schaltzähnen 37, so daß zweimal soviel Schaltzähne wie Vorsprünge
39 an dem Glied vorhanden sind.
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Die Rückwärtsbewegung des schnellaufenden Kupplungsgliedes
18 wird durch Eingriff der Haken 31 des Verzögerers 26 mit
dem Bremsring 15 so begrenzt, daß die Schaltarme 35 des Verriegelungsgliedes
32 sich nicht aus der Berührung mit der Erweiterung 36 der schnellaufenden
Kupplungsmutter lösen können.
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Geht man beim Betrieb von der in der F i g. 1 dargestellten Stellung
der Teile aus, wobei sich das schnellaufende Kupplungsglied 18 mit der Nabe im Eingriff
befindet, so wird eine Vorwärtsdrehung des Kettenrades 22 unmittelbar auf die schnellaufende
Gewindewelle 6 übertragen, wodurch das schnelllaufende Kupplungsglied
18 mit der Nabe 8 im Eingriff steht und sie mit der gleichen Geschwindigkeit
antreibt.
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Aus der F i g. 5 ist ersichtlich, daß das schnelllaufende Kupplungsglied
18 mit der Nabe dadurch in Eingriff kommen kann, daß der Verriegelungsvorsprung
38 des Verriegelungsringes 32 sich gegenüber einem Zwischenraum
41 bei F i g. 3 befindet.
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Wenn mit niedrigem Übersetzungsverhältnis gearbeitet werden soll,
so dreht der Fahrer das Kettenrad
22 in Richtung des Pfeiles a
ein wenig rückwärts und dreht dabei die schnellaufende Gewindewelle 6 ebenfalls
rückwärts. Diese Rückwärtsdrehung wird auf den Verriegelungsring 32 durch die Reibverbindung
33, 34 übertragen, das schnellaufende Kupplungsglied 18 dreht sich aber auf Grund
seiner Reibverbindung mit dem feststehenden Verankerungsglied 2 durch die Verzögerungshülsen
26, 25 nicht rückwärts. Die Sperrarme 35 der Verriegelungshülse 32 gleiten infolgedessen
über einen Sperrzahn 37 an dem schnellaufenden Kupplungsglied 18.
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Bei einer darauffolgenden Vorwärtsdrehung des Kettenrades 22 und der
Gewindewelle 6 werden die Vorsprünge 38 der Verriegelungshülse 32 mit einem Vorsprung
39 des schnellaufenden Kupplungsgliedes ausgerichtet, wodurch die Eingriffsbewegung
des schnellaufenden Kupplungsgliedes abgestoppt und das Kupplungsglied in Abstand
von der Kupplungsoberfläche der Nabe gehalten wird. Das langsam laufende Kupplungsglied
17 kann so mit der Nabe durch das Planetenuntersetzungsgetriebe 24 in Eingriff kommen
und diese drehen.
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Da das Verhältnis der Sperrzähne 37 und Vorsprünge 39 und das entsprechende
Verhältnis der Schaltarme 35 und Vorsprünge 38 der Verriegelungshülse 32 feststehen
und durch ihre Ausführungsform bestimmt werden, so werden die Vorteile der Einfachheit
der Ausführungsform durch die Tatsache hervorgehoben, daß keine besondere zeitliche
oder Winkeleinstellung zwischen den Teilen bei der Montage notwendig ist. Die Teile
können einfach zusammengefügt werden und arbeiten miteinander, ohne daß sie irgendwie
besonders aufeinander eingestellt werden.