DE2413957A1

DE2413957A1 - Epizyklische nabenschaltung

Info

Publication number: DE2413957A1
Application number: DE2413957A
Authority: DE
Inventors: David Curtis Munn
Original assignee: Raleigh Industries Ltd
Current assignee: Raleigh Industries Ltd
Priority date: 1973-03-23
Filing date: 1974-03-22
Publication date: 1974-09-26
Also published as: BE812722A; AT340242B; IT1005852B; CH573068A5; JPS5026244A; GB1399434A; CA987931A; ATA226374A; FR2222231B1; FR2222231A1; US3955444A; NL7403817A

Description

RALEIGH INDUSTRIES LIMITED 9 / 1

177 Lenton Boulevard \

Nottingham, NG7 2DD, England Epizyklische Nabenschaltung

Die Erfindung betrifft epizyklische Nabenschaltungen, und zwar insbesondere Nabenschaltungen für Fahrräder u. dgl.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine wirksame und zweckmäßige Nabenschaltung für Fahrräder u. dgl. zu schaffen, die einfach in der Konstruktion und zuverlässig im Betrieb ist.

Die Erfindung richtet sich dementsprechend auf eine epi-

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zyklische Nabenschaltung mit einer Nabenachse, mit einem fest auf der Nabenachse angeordneten Sonnenrad, mit einer Mehrzahl von im Winkelabstand um des Sonnenrad verteilten, in dieses eingreifenden Planetenrädern, mit einem die Planetenräder tragenden und koaxial zur Nabenachse angeordneten Planetensteg, mit einem Innenzahnrad, dessen Innenverzahnung mit den Planetenrädern fluchtet und in diese eingreift, mit einem sich in Axialrichtung mit dem Planetensteg und dem Innenzahnrad überschneidenden Antreiber, mit einem ersten Freilauf zwischen dem Antreiber und dem Planetensteg, mit einem zweiten Freilauf zwischen dem Antreiber und dem Innenzahnrad, mit einem koaxial zur Nabenachse und radial außerhalb des Planetensteges sowie des Innenzahnrades liegenden Nabengehäuse, mit dritten und vierten Freiläufen zwischen dem Planetensteg bzw. dem Innenzahnrad und dem Nabengehäuse, mit einer längs der Nabenachse verschiebbaren Hülsenanordnung, die entsprechend ihrer Axialstellung relativ zur Nabe wahlweise den ersten und vierten Freilauf ausschaltet, und mit einer Verschiebevorrichtung zum Einstellen der Hülsenanordnung in Achsrichtung der Nabe.

Diese Nabenschaltung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenanordnung zwei in Axialrichtung fluchtende, verschieblich auf der Nabenachse angeordnete Hülsenelemente aufweist und daß eine elastische Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die die Hülsenanordnung nach außen und die Hülsenelemente auseinander verspannt, wobei die Hülsenelemente entsprechend ihrer Axialstellung relativ zur Nabe je mit dem

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ersten bzw. mit dem vierten Freilauf zusammenwirken.

Vorzugsweise ist eine vom Antreiber getragene und von der Hülsenanordnung 'betätigbare Lösevorrichtung zum Lösen des vierten Freilaufs vorgesehen.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal weist die Lösevorrichtung einen dehnbaren, auf dem Umfang des Antreibers angeordneten Ring mit Vergrößerungen auf, welche sich zum Zusammenwirken mit der Hülsenanordnung durch den Antreiber hindurcherstrecken.

Vorteilhafterweise sind der erste und der zweite Freilauf seitlich nebeneinander in der Nabe angeordnet.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die Freiläufe aus miteinander zusammenwirkenden Klinken und Klinkenzähnen bestehen, wobei sie dadurch gelöst werden, daß man die Klinken verschwenkt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführüngsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Nabenschaltung nach der Erfindung, wobei die einzelnen Teile ihre Lage für den Schnellgang einnehmen}

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Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie x-x in Fig. 1J

Fig. 3 und 4 Ansichten entsprechend Fig. 1, wobei die Bauteile ihre Lage je für den Normalgang bzw. den Berggang einnehmen.

Die dargestellte Dreigangnabe für ein Fahrrad o. dgl. weist eine Nabenachse 11 mit einem fest darauf angeordneten Sonnenrad 12 auf. Um das Sonnenrad herum ist im Winkelabstand eine Mehrzahl von Planetenrädern 13 angeordnet, welche in das Sonnenrad eingreifen. Ein Planetensteg 14 trägt die Planetenräder auf im Planetensteg befestigten P'lanetenstif ten 15. Koaxial zur Nabenachse und zum Planetensteg ist ein Innenzahnrad 16 angeordnet. Dieses weist eine Innenverzahnung 17 auf_f die in Axialrichtung mit den Planetenrädern fluchtet und in diese eingreift. Ein Antreiber 18 erstreckt sich axial zur Nabe und liegt radial innerhalb des Innenzahnrades und eines Teils des Planetensteges. Auf der Nabenachse sitzt eine verschiebbare HUlsenanordnung 19, die radial innerhalb des Antreibers liegt. Erste und zweite Freiläufe 20 bzw. 21 koppeln den Antreiber mit dem Planetensteg bzw. mit dem Innenzahnrad. Koaxial zur Nabenachse und radial außerhalb des Planetensteges und des Innenzahnrades sitzt ein Nabengehäuse 22. Weiterhin sind dritte und vierte Freiläufe 23 und 24 vorgesehen, wobei der erstgenannte den Planetensteg und der letztgenannte das Innenzahnrad jeweils mit dem Nabengehäuse koppelt.

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Die Nabenachse 11 weist eine axiale, Sackbohrung 11a auf. Ungefähr in der Mitte der Nabenachse sind diametral einander gegenüberliegende Schlitze 11b vorgesehen, und zwar zu einem noch zu beschreibenden Zweck.

Der Planetensteg 14 trägt eine sich in axialer Richtung gegen den Antreiber erstreckende Verlängerung in Form eines Flansches 14a, die radial außerhalb des Endes des Antreibers liegt. Der Flansch ist mit inneren Klinkenzähnen 20a versehen, die mit Klinken 20b zusammenwirken. Letztere sitzen fluchtend mit den Klinkenzähnen im Antreiber und bilden den erstgenannten Freilauf 20» Die Klinken 20b tragen Fortsätze 20c, die sich durch Öffnungen 18a nach innen durch den Antreiber hindurcherstrecken, und zwar ebenfalls zu einem noch zu beschreibenden Zwecke Auf seiner vom Antreiber abgewandten Seite ist der Planetensteg mit einer umlaufenden Nut 14b versehen, in welcher Klinken 23a des dritten Freilaufes sitzen. Diese Klinken sind schwenkbar auf Stiften 23b angeordnet, welche vom Planetensteg getragen werden. Auch fluchten die Klinken mit inneren Klinkenzähnen 23c, in welche sie eingreifen können. Diese Klinkenzähne sind in einem Stirndeckel 25 vorgesehen, der koaxial zum Nabengehäuse 22 liegt und an diesem befestigt ist.

Das Innenzahnrad 16 trägt zwischen seinen Enden Klinkenzähne 21a, die mit Klinken 21b fluchten. Letztere werden vom Antreiber getragen, und zwar unter Verwendung von Stiften 26, welche auch zur Lagerung der Klinken 20b dienen. Die

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Klinkenzähne 21a und die Klinken 21 bilden den oben erwähnten zweiten Freilauf.

An seinem äußersten Ende trägt das Innenzahnrad 16 eine umlaufende Nut 16a, in welche auf Stiften 24a Klinken 24b des vierten Freilaufes sitzen. Diese Klinken fluchten mit inneren Klinkenzähnen 24c eines am Nabengehäuse befestigten Stirndeckels 26. Die Klinken 24b tragen Fortsätze 24d, die sich durch Öffnungen 16b radial nach innen durch das Innenzahnrad hindurcherstrecken. Der Zweck dieser Anordnung wird noch im folgenden erläutert.

Der Antreiber 18 besteht aus zwei axial miteinander fluchtenden Antreiberteilen 18b und 18c, wobei der weiter innen liegende Antreiberteil 18b die Klinken 20b und 21b der ersten und zweiten Freiläufe trägt. Der weiter außen liegende Antreiberteil 18c wird von der Nabenachse 11 unter Zwischenschaltung eines Konus 27 sowie eines gebräuchlichen Kugellagers 28 getragen. Die Antreiberteile 18b und 18c stehen

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über ineinandergreifende Finger 18b und 18c miteinander in Antriebsverbindung. Letztere stehen in Axialrichtung von den beiden Antreiberteilen ab. Der Antreiberteil 18c trägt an seinem Ende eine Stufe, um zusammen mit dem Antreiberteil 18b eine Nut zur Aufnahme eines aus mehreren Teilen bestehenden, dehnbaren Ringes 29 (Fig. 2) zu bilden. Die Teile 29a des Ringes werden von einem elastischen Element 29b zusammengehalten und in die Nut hineingedrückt. Jeder Teil trägt eine Vergrößerung 29c_f die sich durch den Antreiber hindurch in dessen Bohrung erstreckt.

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Die Hülsenanordnung 19 besteht aus zwei Hülsenelementen 19a und 19b, von denen jedes durch einen zugehörigen Stift 19c in der Nabenachse 11 geführt wird. Die Stifte 19c gehen durch die Hülsehelemente jeweils in der Nähe von deren Enden hindurch und greifen in die Schlitze 11b der Nabenachse ein. Die Bewegung der Hülsenelemente axial zur Nabe wird von einer Verschiebungseinrichtung bewirkt, die in gebräuchlicher Weise die Form einer Schaltstange 30 besitzt und sich koaxial in die Sackbohrung 11a der Nabenachse hineinerstreckt. Die Schaltstange 30 sitzt mit ihrem innenliegenden Ende auf dem außenliegenden Stift 19c. Die Hülsenelemente werden von zwei schraubengangförmigen Druckfedern 31 und 32 in Außenrichtung vorgespannt. Eine dieser Druckfedern liegt zwischen den Stiften 19c der beiden Hülsenelemente, während die andere Druckfeder zwischen dem Stift 19c des innenliegenden Hülsenelementes 19a und einem Haltestift 12a angeordnet ist. Letzterer dient dazu, das stationäre Sonnenrad 12 auf der Nabenachse zu befestigen.

Jedes Hülsenelement trägt am inneren Ende eine radiale Ver-

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größerung 19a bzw„ 19b , wobei diese Vergrößerungen derart dimensioniert sind, daß sie bei einer Gleitbewegung der Hülsenelemente axial zur Nabe an den Fortsätzen 20c der Klinken 20 bzw. an den Vergrößerungen 29c des dehnbaren Ringes 29 angreifen und auf diese Bauteile eine Nockenwirkung ausüben. Jede Vergrößerung 19a¹ und 19b¹ trägt auf ihrem Umfang eine Vertiefung oder Nut zur formschlüssigen Aufnahme der Fortsätze der Klinken bzw. der Vergrößerungen des

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dehnbaren Ringes für einen entsprechenden Eingriff.

Die Feder 31 ist hinsichtlich ihrer Federkraft derart ausgelegt, daß sie bei einer Einstellung der Schaltstange 30 die Hülsenelemente lediglich so weit nach rechts verschiebt,

dab die Vergrößerung des Hülsenelementes 19a mit den Fortsätzen 20c der Klinken 20 zum Fluchten bringt. Wird die Schaltstange weiter verstellt, so wird eine weitere Bewegung des Hülsenelementes 19a nach rechts entsprechend der Zeichnung durch den Eingriff der Fortsätze 20c in die Ausnehmung der Vergrößerung und durch die Wirkung der Feder 32 verhindert.

In ähnlicher Weise ist die Kraft der Feder 32 so gewählt, daß sie das Hülsenelement 19b in die Stellung für den Eingriff der Vergrößerungen 19c des dehnbaren Ringes in die Ausnehmung bringen kann, daß die Vorspannung der Feder jedoch nicht ausreicht, das Hülsenelement über diese Stellung hinaus zu bewegen.

Auf diese V/eise erzielt man eine genaue und zwangsläufige Einstellung der Nabe auf die verschiedenen Schaltpositionen.

Die Klinken der verschiedenen Freiläufe sind in üblicher, nicht gezeigter Weise federverspannt, und zwar in Richtung auf ihren Eingriff in die zugehörigen Klinkenzähne.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben,

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Bei der Relativstellung der Bauteile gemäß Fig. 1, die dem Schnellgang der Nabe entspricht, stehen sämtliche Klinken der Freiläufe mit ihren zugehörigen Klinkenzähnen im Eingriff. Wird der Antreiber über sein Kettenrad angetrieben, so wird das Drehmoment über den Freilauf 20 auf den Planetensteg und von hier aus unter Zwischenschaltung der Planetenräder und des Innenzahnrades über den Freilauf 24 auf das Nabengehäuse übertragen. Die Freiläufe 21 und werden aufgrund der Relativ-Drehzahlen derjenigen Teile, zwischen denen sie angeordnet sind, überlaufen.

Eine manuelle oder über äußere, automatische Schaltrnittel vorgenommene Verschiebung der Schaltstange nach rechts läßt die beiden Hülsenelemente unter der Wirkung der Feder 31 gleichzeitig in die gleiche Richtung wandern, so daß sie die in Fig. 3 dargestellte Lage einnehmen. Wie es sich aus dieser Figurergibt, hat die Vergrößerung 19a am innenliegenden Hülsenelement die Fortsätze 20c der Klinken 20b ergriffen und diese Klinken derart verschwenkt, daß sie nicht mehr in ihre zugehörigen Klinkenzähne eingreifen. Die Klinken der Freiläufe 21, 23 und 24 stehen nach wie vor mit ihren zugehörigen Klinkenzähnen im Eingriff. Der Drehmomentenverlauf geht vom Antreiber über den Freilauf 21 zum Innenzahnrad und von dort aus über den Freilauf 24 zum Nabengehäuse. Wie im Falle des Schnellganges, überlaufen die K3inken des Freilaufes 23 ihre zugehörigen Klinkenzähne.

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Eine weitere Verstellung der Steuerstange nach rechts ergibt eine Zuordnung der Bauteile gemäß Fig. 4, die dem Berggang der Nabe entspricht. Dabei haben sich die beiden Hülsenelemente voneinander getrennt. Wie erwähnt, reicht die Kraft der Feder 31 aus, um dis Hülsenelemente gemeinsam zu verschieben, während die Klinken 20b verschwenkt werden. Sie ist jedoch nicht groß genug, um das Hülsenelement 19a über diese Stellung hinauszuschieben. Eine Bewegung des außenliegenden HülsenelemBntes 19b bringt dessen Vergrößerung 19b in Eingriff mit den Vergrößerungen 29c des dehnbaren Ringes. Auf diese Weise dehnt sich der Ring aus, und zwar gegen die Kraft des elastischen Elementes 29b. Der Ring wirkt dann seinerseits derart auf die Fortsätze 24d der Klinken 24b ein, daß diese Klinken verschwenkt werden. Der Drehmornentenverlauf im Berggang geht vom Antreiber über den Freilauf 21 zum Innenzahnrad und von dort aus über die Planetenräder zum Planetensteg. Das Nabengehäuse schließlich wird vom Planetensteg über den Freilauf 23 angetrieben.

Will man von der Stellung nach Fig. 4 in den Normalgang schalten, so geschieht dies über eine Einwärtsbewegung der Schaltstange, die das außenliegende Hülsenelement zurück in die Stellung nach Fig₀ 3 bringt.

Die Erfindung soll nicht auf die Einzelmerkmale des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles eingeschränkt sein, da Alternativlösungen für den Fachmann offensichtlich sind. So kann beispielsweise anstelle einer Radialbewegung

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kleines dehnbaren Ringes zum Verschwenken der Klinken des Freilaufes 24 das Hülsenelement 19b derart ausgebildet sein, daß es diese Schwenkbewegung durch Axialverschiebung eines Klinkenbetatigers bewirkt. Weiterhin können anstelle der beschriebenen Klinkenvorrichtungen zürn Übertragen des Drehmomentes andere bekannte Freiläufe verwendet werden, sofern dies vorgezogen v/ird. Als Alternative für die beiden schraubengangförrnigen Druckfedern kann eine einzige Feder verwendet werden, von der ein Teil sich lediglich über einen begrenzten Weg ausdehnen kann. Außerdem können anstelle von Federn andere elastische Mittel Anwendung finden. Beispielsweise läßt sich jede schraubengangförmige Feder durch einen vorgefertigten Satz von Tellerfedern ersetzen. Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform können die Federn, abweichend von ihrer Anordnung in einer Sackbohrung der Nabenachse, außerhalb der Nabenachse liegen.

In kurzer Zusammenfassung schafft die Erfindung eine epizyklische Nabenschaltung für Fahrräder u„ dgl. mit einem Antreiber, der sich in axialer Richtung sowohl mit dem Planetensteg als auch mit dem Innenzahnrad überschneidet und unter Zwischenschaltung zugehöriger Freiläufe mit dem Planetensteg und mit dem Innenzahnrad kuppelbar ist. Weiterhin ist eine federverspannte, in Axialrichtung der Nabe verschiebbare Kupplungshülse vorgesehen, die entsprechend ihrer axialen Stellung den Drehmomentenverlauf zwischen dem Antreiber und dem Nabengehäuse steuert. Die Kupplungshülse besteht aus zwei Hülsenelementen, von denen das eine die

Kraftübertragung zwischen dem Antreiber und dem Planetensteg 409839/037 3

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steuert, während das andere, je nach seiner Stellung, mit einem Freilauf zwisdnen dem Innenzahnrad und dem Nabengehäuse zur Steuerung dieses Freilaufes zusammenwirkt. Die Federvorspannung der Hülsenelemente greift sowohl zwischen einem stationären Element und der Hülse, als auch zwischen den einzelenen Hülsenelementen an.

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Claims

Patentansprüche

1„)Epizyklische Nabenschaltung mit einer Nabenachse, mit einem fest auf der Nabenachse angeordneten Sonnenrad, mit einer Mehrzahl von im Winkelabstand um das Sonnenrad verteilten, in dieses eingreifenden Planetenrädern, mit einem die Planetenräder tragenden und koaxial zur Nabenachse angeordneten Planetensteg, mit einem Innenzahnrad, dessen Innenverzahnung mit den Planetenrädern fluchtet und in diese eingreift, mit einem sich in Axialrichtung mit dem Planetensteg und dem Innenzahnrad überschneidenden Antreiber, mit einem ersten Freilauf zwischen dem Antreiber und dem Planetensteg, mit einem zweiten Freilauf zwischen dem Antreiber und dem Innenzahnrad, mit einem koaxial zur Nabenachse und radial außerhalb des Planetensteges sowie des Innenzahnrades liegenden Nabengehäuse, mit dritten und vierten Freiläufen zwischen dem Planetensteg bzw. dem Innenzahnrad und dem Nabengehäuse, mit einer längs der Nabenachse verschiebbaren Hülsenanordnung, die entsprechend ihrer Axialstellung relativ zur Nabe wahlweise den ersten und vierten Freilauf ausschaltet, und mit einer Verschiebevorrichtung zum Einstellen der Hülsenanordnung in Achsrichtung der Nabe,

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dadurch gekennzeichnet, daS die Hülsenanordnung (19) zwei in Axialrichtung fluchtende, verschieblich auf der Nabenachse (11) angeordnete Hülsenelemente (19a, 19b) aufweist, und daß eine elastische Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die

und

die Hülsenanordnung nach außen die Hülsenelemente auseinander verspannt, wobei die Hülsenelemente entsprechend ihrer Axialstellung relativ zur Nabe je mit dem ersten (20) bzw„ mit dem vierten Freilauf (24) zusammenwirken.

2. Nabenschaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorspanneinrichtung innerhalb der Nabenachse (11) angeordnet und mit den Hülsenelementen (19a, 19b) durch die Nabenachse hindurch antriebsmäßig verbunden ist.

3. Nabenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorspanneinrichtung aus einer Mehrzahl elastischer Elemente besteht,

4. Nabenschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Hülsenelement (I9a, 19b) ein elastisches Vorspannelement zugeordnet ist.

5. Nabenschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die elastischen Vorspannelemente hintereinanderliegend 409839/0373

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miteinander fluchten.

6. Habenschaltung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet,

daß die elastischen Vorspannelemente jeweils eine unterschiedliche Elastizität aufweisen.

7. Nabenschaltung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet,

daß die elastische Vorspanneinrichtung aus mindestens einer schraubengangförrnigen Feder (31 , 32) besteht.

8. Nabenschaltung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet,

daß die elastische Vorspanneinrichtung mit den zugehörigen Hülsenelementen (I9a, 19b) über Stifte (I9c) verbunden ist, wobei diese Stifte in die Hülsenelemente eingreifen und als Widerlager für die elastische Vorspanneinrichtung dienen.

9. Nabenschaltung nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch eine vom Antreiber (18) getragene und von der Hülsenanordnung (19) betätigbare Lösevorrichtung zum Lösen des vierten Freilaufes (24),

1Oo Nabenschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lösevorrichtung in einer Ebene betätigbar ist,

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die im wesentlichen senkrecht auf der Achse der Habe steht.

11. Nabenschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösevorrichtung einen dehnbaren, auf dem Umfang des Antreibers (13) angeordneten Ring (29) mit Vergrößerungen (29c) aufweist, welche sich zum Zusammenwirken mit der Hülsenanordnung durch den «ntreiber hindurch erstrecken.

12. Nabenschaltung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (20) und der zweite Freilauf (21) seitlich nebeneinander in der Nabe angeordnet sind.

13. Nabenschaltung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Freilauf Klinken und Klinkenzähne aufweist.

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