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Zweigangübersetzungsnabe mit in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
automatisch betätigter Gangschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweigangnabe
mit in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit automatisch betätigter Gangschaltung,
bei der die Schaltung der Gänge durch die Drehung der Nabenhülse über eine durch
die Fliehgewichte einschaltbare Mitnahmekupplung erfolgt, bestehend aus einer Nabenhülse,
einem mit dem Kettenrad verbundenen Antreiber, einem in dem Kraftfluß zwischen Antreiber
und Nabenhülse einschaltbaren Planetengetriebe, ebenfalls im Kraftfluß zwischen
Antreiber und Nabenhülse befindlichen ein- und ausschaltbaren Abtriebsorganen, Schaltmitteln
zur Betätigung der Abtriebsorgane sowie einem zwischen der Nabenhülse und den Fliehgewichten
angeordneten Planetengetriebe.
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Bekannt ist eine im Tretlager angeordnete, durch Fliehkraft betätigte
Schalteinrichtung. Hierbei wird eine auf der Tretkurbelwelle gelagerte Scheibe vom
Hinterradreifen über Reibräder und eine biegsame Welle angetrieben. Durch Blattfedern,
welche die Fliehgewichte tragen, ist diese Scheibe mit einem auf der axial verschiebbaren
Schalthülse gelagerten Teil verbunden. Bei Drehzahländerung der Scheibe erfolgt
ein entsprechendes Durchbiegen der Blattfedern und damit ein axiales Verschieben
der Schalthülse. Eine Arretierung, die erst bei einer bestimmten axialen Verschiebung
von der Schalthülse betätigt wird, gibt die auf der Tretkurbelwelle drelifest, aber
axial verschiebbar angeordnete Schaltmuffe, welche durch Druckfedern und Bolzen
mit der Schalthülse verbunden ist, frei und schaltet damit eine andere übersetzungsstufe
für das Kettenrad am Tretlager. Diese bekannte Schalteinrichtung kann nicht durch
nachträglichen Einbau im Fahrradrahmen untergebracht werden, sondern es ist ein
speziell hierfür ausgebildeter Fahrradrahmen erforderlich. Ferner ist das auf den
Hinterradreifen' wirkende Reibrad für den Antrieb der auf der Tretkurbelwelle gelagerten
Scheibe einer starken Verschmutzung ausgesetzt, was leicht zu Betriebsstörungen
der Schalteinrichtung führen kann.
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Bei einer bekannten Übersetzungsnabe mit Planetengetriebe ist der
Antreiber als Planetenradträger ausgebildet, welcher ständig in ein drehbar auf
der Nabenachse angeordnetes Nabenteil eingreift. Im direkten Gang überträgt die
auf diesem Nabenteil angeordnete Klemmrollenfreilaufkupplung die Bewegung des Antreibers
auf die Nabenhülse. Das Hohlrad des Planetengetriebes trägt an seinem Außenumfang
ebenfalls eine Klemmrollenfreilaufkupplung und weist Aussparungen auf, in welche
Nasen eines Gehäuses eingreifen. In diesem Gehäuse sind die Fliehgewichte auf Bolzen
gelagert und wirken auf den Käfig der Klemmrollenfreilaufkupplung. Bei einer
bestimmten Drehzahl des Hohlrades überwinden diese Fliehgewichte die Rückstellkraft
von Federn, bewegen sich nach außen und verdrehen den Käfig um den zum Einschalten
der zweiten Klemmrollenfreflaufkupplung notwendigen Winkel, wodurch der ins Schnelle
übersetzte Gang eingeschaltet wird. Der Nachteil dieser Konstruktion ist, daß die
automatische Schaltung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antreibers erfolgt,
wodurch beim Umschalten vom direkten auf den schnellen Gang die Drehzahl des Antreibers
und damit auch die der Fliehgewichte herabgesetzt wird. Ein Unterbrechen der Antriebskraft
in diesem Drehzahlbereich bewirkt sofort ein Lösen der zweiten Klemmrollenfreilaufkupplung
und ein ungewolltes Zurückschalten auf den direkten Gang, wodurch die Fahrsicherheit
stark beeinträchtigt wird.
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Eine in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit automatisch betätigte
übersetzungsnabe weist gegenüber den üblichen durch Hand- bzw. Fußschaltung betätigten
übersetzungsnaben wesentliche Vorteile auf. An den Fahrer werden keine Anforderungen
im Hinblick auf die richtige Einstellung am Schaltzug der Nabe und auf das richtige
Schalten der Gänge bei der richtigen Drehzahl gestellt. Hierdurch wird die Fahrsicherheit
erhöht und das Fahren mit Mehrgangnaben wesentlich vereinfacht. Durch richtige Auslegung
der automatischen Nabe kann die optimale übersetzungsstufe für jede Fahrgeschwindigkeit
automatisch eingeschaltet werden. Außerdem kann die Nabe so gestaltet sein, daß
sie in jedem Gang die günstigste Tretkurbeldrehzahl zuläßt. Dadurch ist eine weniger
ermüdende Fahrweise als bei den bekannten übersetzungsnaben möglich.
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Ein weiterer Vorteil der in der Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
automatisch betätigten Übersetzungsnabe ist der gleichförmige Verlauf der Regelgröße.
Ein zu häufiges Umschalten der Gänge tritt auf Grund dessen im Gegensatz zu Übersetzungsnaben,
die in Abhängigkeit vom Antriebsmoment geschaltet werden, nicht auf.
Bei
den durch Fliehkraft geschalteten Naben tritt die Schwierigkeit auf, daß die Fliehkräfte,
selbst bei relativ größter Gestaltung der Fliehgewichte, bei weitem nicht ausreichen,
um den Umschaltvorgang vorzunehmen. Die geringen Fliehkräfte sind auf die kleinen
Durchmesser und die geringfügigen Umdrehungszahlen der übersetzungsnaben zurückzuführen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten
Konstruktionen zu vermeiden und für eine in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
geschaltete übersetzungsnabe einen einfachen Schaltmechanismus vorzuschlagen, der
das Umschalten der Gänge auch bei geringen Fliehkräften gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei übersetzungsnaben
der eingangs bezeichneten Gattung als Schaltmittel zwei über eine Schraubenführung
verbundene Ringkörper, nämlich eine Schaltbüchse und ein Schaltring, vorgesehen
sind, von denen die Schaltbüchse über eine Friktionsfeder mit einem in Drehrichtung
der Nabenhülse umlaufenden Teil in Verbindung steht und über die von den Fliehgewichten
beeinflußte Mitnahmekupplung mit einem entgegengesetzt zur Drehrichtung der Nabenhülse
umlaufenden Teil verbindbar ist und der durch Drehung der Schaltbüchse axial verschiebbare
Schaltring über eine Friktionsfeder an einem feststehenden Nahenteil schleift und
zur Ein- bzw. Ausschaltung eines Abtriebsorgans dient, wodurch die Gangschaltung
erfolgt. Durch diese Ausbildung der übersetzungsnabe kann eine Gangschaltung schon
durch ganz geringe Kräfte ausgelöst werden, so daß die an den Fliehgewichten innerhalb
einer übersetzungsnabe auftretenden Fliehkräfte schon zur Umschaltung ausreichen.
Die Schaltung selbst wird nämlich nicht durch die an den Fliehgewichten auftretende
Fliehkraft, sondern durch die Drehung der Nabenhülse ausgeführt. Die Fliehgewichte
selbst dienen nur zur Einschaltung einer Mitnahmekupplung, wodurch die Schaltbüchse,
die vorher über eine Friktionsfeder in Drehrichtung der Nabenhülse mitgenommen wurde,
nun mit einem Teil verbunden wird, das entgegengesetzt zur Nabenhülse hinläuft.
Durch den Wechsel der Drehrichtung an der Schaltbüchse wird über die Schraubenführung
am Schaltring eine Verschiebung und dadurch eine Aus-bzw. Einschaltung eines Abtriebsorgans
bewirkt. Dies hat dann jeweils eine Gangumschaltung zur Folge. Die erfindungsgemäße
übersetzungsnabe weist infolge der einfachen Schaltvorrichtung einen kompakten Aufbau
und einen geringen Außendurchmesser auf. Alle Einzelteile sind einfach und daher
billig herstellbar, denn es sind für die Nabe nur Planetengetriebeteile und für
den Schaltmechanismus nur eine Mitnahmekupplung, Friktionsfedern und zwei über eine
Schraubenführung verbundene Ringkörper erforderlich.
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Besonders zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt.
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Dabei zeigt F i 1 eine erfindungsgemäße Zweigangübersetzungsnabe
im halben Längsschnitt und schematischer Darstellung in der Schaltstellung des direkten
Ganges (Normalgang), F i g. 2 eine erfindungsgemäße Zweigangübersetzungsnabe, entsprechend
F i g. 1, jedoch in der Schaltstelluno, des übersetzten Ganges (Schnellgang),
F i g. 3 einen halben Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Zweigangübersetzungsnabe, gemäß der Erfindung in konstruktiver Darstellung
in der Schaltstellung des direkten Ganges, F ig.4 einen Querschnitt IV/IV durch
die Nabe nach F i g. 3 und F i g. 5 einen Querschnitt V V durch die
Nabe nach F i g. 3.
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Die in den F i g. 1 und 21 dargestellte Zweigangübersetzungsnabe
hat folgenden Aufbau: Auf der Achse 1 ist der Planetenradträger 2 gelagert,
der gleichzeitig als Antreiber ausgebildet ist. Auf seiner äußeren Seite trägt er
einen Zahnkranz 3, während er an seiner inneren Seite mit Planetenrädem 4
versehen ist, die auf den Planetenradachsen 31 gelagert sind. An seinem äußeren
Umfang ist der Planetenradträger 2 mit einem Abtriebsorgan 5, 6 ausgerüstet,
das ein Freilauf ist und beliebig z. B. als Klinkengesperre ausgebildet sein kann.
In diesem Fall greifen die Klinken 5, die auf dem Planetenradträger 2 angeordnet
sind, in eine Gesperreverzahnung 6, die mit der Nabenhülse 7 verbunden
ist. Die Nabenhülse ist auf den Wälzlagern 8 und 9 gelagert. Die Planetenräder
4 befinden sich im Eingriff mit dem fest auf der Nabenachse 1 angeordneten
Sonnenrad 10 und mit dem Hohlrad 11. Das Hohlrad 11, ist mit
einem zweiten Abtriebsorgan 12, 28 verbunden, das ausschaltbar und als Freilauf
ausgebildet ist. Dieses Abtriebsorgan ist vorzugsweise als Klinkengesperre ausgebildet
und besteht in diesem Fall aus auf dem Hohlrad 11 gelagerten Klinken 12,
die in eine mit der Nabenhülse 7
verbundene Gesperreverzahnung 28 eingreifen.
Das Aus- bzw. Einschalten des Klinkengesperres 12, 28
erfolgt über den mit
einer konischen Fläche 18 versehenen Schaltring 13. Dieser Schaltring
13 ist einerseits über eine Friktionsfeder 14 mit einem feststehenden Nabenteil,
in diesem Fall der Nabenachse 1, und andererseits über eine Schraubenführung
15, die z. B. als Gewinde ausgebildet ist, mit einer Schaltbüchse
16 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Friktionsfeder 14 unverschiebbar
gegenüber der Nabenachse 1 angeordnet und mit dem Schaltring 13
längs
verschiebbar in der Weise verbunden, daß ein abgewinkelter Fortsatz 33 der
Friktionsfeder in eine Längsnut 34 des Schaltringes 13 eingreift. Auf der
Nabenachse ist der Fliehgewichtsträger 24 drehbar gelagert und mit dem Sonnenrad
23 eines Planetengetriebes versehen. Mit dem Sonnenrad 23 befinden
sich die Planetenräder 21 in Eingriff, die auf dem Lagerteil 20 mittels Planetenachsen
22 drehbar angeordnet sind. Diese Planetenräder 21 befinden sich weiterhin in Eingriff
mit dem mit der Nabenhütse 7 verbundenen Hohlrad 19. Auf dem Flieligewichtsträger
24 sind die Fliehgewichte 25 entgegen der Kraft von Rückholfedern
27 verschwenkbar angeordnet. Durch das Ausschwenken der Flieligewichte
25 unter der Einwirkung der Flichkraft wird der Fliehgewichtsträger 24 über
die Fliehgewichte 25 und die an der Schaltbüchse 16 vorhandenen Vorsprünge
26 mit der Schaltbüchse verbunden. Außerdem ist die Schaltbüchse
16 mit einer Friktionsfeder 17 versehen, die an der Innenseite der
Nabenhülse 7 schleift. über das Planetengetriebe 19, 21.,
23 wird der Fliehgewichtsträger 24 mit einer gegenüber der Nabenhülse
7 höheren Drehzahl angetrieben. wodurch die an den Flichgewichten
25 auftretende Fliehkraft entsprechend dem übersetzverhältnis des Planetengetriebes
gegenüber einem direkten Antrieb von der Nabenhülse 7 her erhöht wird.
Das
konstruktive Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3 bis 5 dargestellt
ist, unterscheidet sich nur in der Art der Befestigung der Fliehgewichte
25 am Fliehgewichtsträger 24, der Ausbildung des Eingriffs zwischen den Fliehgewichten
25 und der Schaltbüchse 16 und hinsichtlich der Ausbildung des Planetenradträgers
2 von dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig.
1 und 2. Die Fliehgewichte 25 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
den F i a. 3 bis 5 auf radialen Armen 36 des Fliehgewichtsträgers
24 nach außen verschiebbar angeordnet. In ihrer Ruhelage werden sie durch die Rückholfedern
27 aehalten. Zwischen den Fliehgewichten 25
und der Schaltbüchse
16 ist hier eine Reibverschlußverbindung vorgesehen. Der Planetenradträger
2 besteht mit dem Antreiber 30 im Gegensatz zu den F i g. 1 und 2
nicht aus einem Stück, sondern ist mit ihm über eine Zahnkupplung 29 verbunden.
Die Abtriebsorgane 5, 6 und 12, 28 sind als Klinkengesperre ausgebildet.
Die Gesperreverzahnung 6 ist an einer Lagerschale 32 angebracht, die
in die Nabenhülse 7
eingeschraubt ist.
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Die Wirkungsweise der in den Figuren dargestellten Zweigangübersetzungsnabe
ist folgende: Beim Anfahren ist der direkte Gang eingeschaltet (F i g. 1, 3
bis
5). Die Einschaltung des direkten Ganges geschieht durch das Ausschalten
des einen Abtriebsorgans 12, 28. Dies erfolgt dadurch, daß durch die Drehung
der Nabenhülse 7 über die Friktionsfeder 17
die Schaltbüchse
16 in Drehrichtung der Nabenhülse (siehe Pfeil in F i g. 1 und 2)
mitgenommen wird. Durch die Schraubenführung 15 wird die Drehbewegung der
Schaltbüchse 16 in eine Axialbewegung des Schaltringes 13 umgewandelt,
da der Schaltring 13
durch die Friktionsfeder 14 festgehalten wird. Die Steigungsrichtung
der Schraubenführung 15 ist nun so gewählt, daß der Schaltring
13 beispielsweise über eine konische Fläche 18 durch seine Axialbewegung
das Abtriebsorgan 12, 28 ausschaltet. Ist das Abtriebsorgan 12,
28 als Klinkengesperre ausgebildet, so erfolgt die Ausschaltung dadurch,
daß die Klinken 12 nach innen geschwenkt werden und somit außer Eingriff mit der
Gesperreverzahnung 28 gelangen. Der Antriebsverlauf im Normalgang ist dabei folgender:
Der Zahnkranz 3 wird durch die Kette, angetrieben, und die Antriebskraft
wird über den Planetenradträger 2 und das Abtriebsorgan 5, 6 an die Nabenhülse
7
weitergeleitet. Die Ausschaltung des Abtriebsorgans 12, 28 erfolgt
schon bei geringster Verdrehung der Nabenhülse 7 in Fahrtrichtung, so daß
beim Anfahren sofort der für diesen Betriebszustand günstigste Normalgang eingeschaltet
ist. Nach vollendeter Ausschaltung des Abtriebsorgans 12, 28 wird
je nach Reibungskraft entweder die Friktionsfeder 17 durch die Nabenhülse
7 überholt, oder die Friktionsfeder 14 beginnt auf der Nabenachse
1 zu rutschen.
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Während der Fahrt wird durch die Drehung der Nabenhülse
7 über das Hohlrad 19, die Planetenräder 21 und das Sonnenrad
23 der Fliehgewichtsträger 24 angetrieben. Zweckmäßig ist es, zur Vergrößerung
der an den Fliehgewichten 25 auftretenden Fliehkraft das Planetengetriebe
19, 21, 22 als übersetzungsgetriebe auszubilden. Da durch dieses Planetengetriebe
eine Drehrichtungsumkehr am Sonnenrad 23 erfolgt, laufen die Fliehgewichte
25 entgegengesetzt zur Drehrichtung der Nabenhülse 7 um. Wird eine
bestimmte Fahrgeschwindigkeit und damit eine bestimmte Nabenhülsendrehzahl erreicht,
so bewegen sich die Fliehgewichte 25 unter der Einwirkung der Fliehkraft
nach außen und verbinden Fliehgewichtsträger 24 und Schaltbüchse 16 miteinander.
Diese Verbindung kann entweder über Vorsprünge 26 oder Schlitze formschlüssig
oder wie in den F i g. 3 bis 5 durch Reibschluß erfolgen. Dadurch
wird die Schaltbüchse 16
entgegengesetzt zur Nabenhülsendrehrichtung mitgenommen
und über die Schraubenführung 15 der Schaltring 13 in die gegenüber
dem Normalgang entgegengesetzte Richtung verschoben. Durch die Verschiebung des
Schaltringes 13 um den Schaltweg s wird das Abtriebsorgan 12, 28 eingeschaltet.
Ist dieses Abtriebsorgan als Klinkengesperre ausgebildet, so geschieht die Einschaltung
dadurch, daß auf Grund der Verschiebung der konischen Fläche 18 die federbelasteten
Klinken 12 nach außen schwenken und zum Eingriff mit der Gesperreverzahnung 28 gelangen.
Damit ist der Schnellgang eingeschaltet. Der Antriebsverlauf ist hierbei von dem
Zahnkranz 3 über den Planetenradträger 2, dir- Planetenräder 4, das Hohlrad
11 und das Abtriebsorgan 12, 28 auf die Nabenhülse 7. Das als
Freilauf ausgebildete Abtriebsorgan 5, 6 wird in dieser Schaltstellung durch
die Nabenhülse 7 überholt.
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Der Zeitpunkt der Umschaltung kann in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
und damit der dazugehörigen Nabenhülsendrehzahl durch Bemessung der Fliehgewichte
25 und der Rückholfedern 27 beliebig gewählt werden.
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Beim Zurückschalten vom Schnellgang in den Normalgang, das bei einem
Absinken der Fahrgeschwindigkeit bis unterhalb des Schaltpunktes bewirkt wird, spielen
sich die beim Heraufschalten geschilderten Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab.
Zunächst wird also die Verbindung zwischen Fliehgewichtsträger 24 und Schaltbüchse
16 gelöst und die Schaltbüchse 16 dann wieder über die Friktionsfeder
17 in Drehrichtung der Nabenhülse 7 mitgenommen. Dadurch wird wie
beim Anfahren das Abtriebsorgan 12, 28 ausgeschaltet. Damit ist der Normalgang
eingeschaltet. Wesentlich ist beim Zurückschalten, daß die Umschaltung nicht erfolgt,
solange die Nabenhülse über das Abtriebsorgan 12, 28 vom Zahnkranz
3 her angetrieben wird. Erst bei Eintreten der Freilaufstellung, also dann,
wenn die Nabenhülse 7 vom Zahnkranz 3 her nicht angetrieben wird,
erfolgt der Gangwechsel durch Verdrehung der Schaltbüchse 16 über die Friktionsfeder
17. Dieser Effekt ist sehr erwünscht, denn dadurch werden Schaltstöße und
ein zu häufiges Umschalten vermieden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele.
Wie schon an Hand der Beschreibung der schematischen F i g. 1 und 2 erkennbar,
kann die Erfindung konstruktiv weitgehend abgewandelt werden. So kann z. B. das
Getriebe zwischen Nabenhülse 7 und Fliehgewichtsträger 24 beliebig ausgebildet
werden, entscheidend ist nur, daß ein Nabenteil vorhanden ist, welches entgegengesetzt
zur Drehrichtung der Nabenhülse 7 umläuft und mit der Schaltbüchse
16 kuppelbar ist.