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Steuermechanismus für Ubertragungsklinken
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bei einer Geschwindigkeitsschaltnabe für ein Fahrrad Die Erfindung
betrifft einen Steuermechanismus für übertragungsklinken bei einer Geschwindigkeitsschaltnabe
für ein Fahrrad. Sie betrifft insbesondere einen Steuermechanismus für die Ubertragungsklinken
der Geschwindigkeitsschaltnabe eines Fahrrades mit übertragungsklinken, deren jede
zwischen einer angehobenen Position und einer abgesenkten Position schwenkbar ist,
mit einem getriebenem Glied, welches eine Sperrverzahnung aufweist, die mit jeder
übertragungsklinke in Eingriff bringbar ist, mit jeweils einer Klinkenf eder, welche
bestrebt ist, die Ubertragungsklinke in ihre gehobene Position im Eingriff mit einem
Sperrzahn zu bewegen, und mit einem Steuerglied zum
Steuern der
Ubertragungsklinke von der gehobenen Position in die abgesenkte Position.
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Im allgemeinen überträgt eine Fahrradgangschaltnabe ein durch Treten
der Pedale ausgeübtes Drehmoment auf ein Antriebsglied mit einem Kettenrad6 so daß
die Antriebskraft durch die Ubertragungsklinke beispielsweise von einem dem Antriebsglied
zugeordneten Ubertragungszylinder auf einen mit Planetenrädeinversehenen Planetenträger
übertragen wird oder auch von einem innenverzahnten Hohlrad, das mit den Planetenräder
im Eingriff sein, auf die Nabenhülse.
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Die Ubertragungsklinken sind so ausgebildet, daß ihre In-und Außereingriffbewegung
durch Betätigung eines Betätigungsgliedes gesteuert werden kann, welches-längs einer
die Nabenhülse tragenden Nabenachse beweglich ist. Dadurch wird der Antrieb vom
Antriebsglied auf die Nabenhülse beschleunigt oder untersetzt übertragen.
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Die Ubertragungsklinken stehen jeweils auch unter dem Einfluß einer
Klinkenfeder, welche bestrebt ist, die Klinken anzuheben und wirken mit Sperrverzahnungen
von getriebenen Gliedern zusammen. Diese können der Planetenträger und die Nabenhülse
sein. Die in Eingriff mit den Sperrverzahnungen befindlichen Klinken sind so ausgebildet,
daß sie durch Betätigung des Betätigungsgliedes in die bgesenkte Position schwenken
können.
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Das Betätigungsglied ist leicht zu betätigen, wenn keine Antriebskraft
auf das Antriebsglied übertragen wird, d.h., wenn die Pedale nicht getreten werden.
Wird jedoch durch Treten der Pedale ein Antriebskraft auf das Antriebsglied übertragen,
so ist es schwierig, die Klinken außer Eingriff mit dem jeweiligen Sperrzahn zu
bringen und sie in die abgesenkten Positionen zu steuern, da die Übertragungsklinken
unter der Antriebslast stehen. In anderen Worten, das
Außereingriffbringen
der Klinken mit den Sperrzähnen hängt von der Größe der Antriebsbelastung ab. Das
führt dazu, daß in manchen Fällen ein Schaltvorgang unmöglich wird.
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Somit war es bisher erforderlich' zum Schalten das Treten der Pedale
zu unterbrechen.
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Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Steuermechanismus für
jede Übertragungsklinke, welche eine leichte Betätigung des Betätigungsgliedes erlaubt,
selbst wenn durch Treten der Pedale eine Antriebskraft auf ein Antriebsglied übertragen
wird und auch dann,wenn die Antriebsbelastung groß ist. - Auf diese Weise soll erreicht
werden, daß bei Betätigung des Übertragungsgliedes die übartragungsklinke automatisch
außer Eingriff mit der Sperrverzahnung kommt, wenn die Antriebsbelastung verringert
wird und in ihre abgesenkte Position gebracht wird, wodurch das Ubersetzungsverhältnis
geändert wird.
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Gemäß der Erfindung wird bei einer Fahrradschaltnabe mit übertragungsklinke,
einem getriebenen in der angehobenen Position der Ubertragungsklinke mit dieser
in Eingriff bringbare Zähne aufweisende Glied, einer Klinkenfeder, welche jede Ubertragungsklinke
in ihre angehobene Position zu bewegen trachtet, und einen Betätigungsglied zum
Steuern der Ubertragungsklinke in die abgesenkte Position derselben, der Ubertragungsklinke
jeweils ein Schubglied zugeordnet, welches im Falle der Betätigung mit dem Betätigungsglied
in Berührung kommt, und die Ubertragungsklinke in die abgesenkte Position bewegt.
Das Schubglied ist mit einem Energiespeicher versehen, welcher sich verformt'wenn
das Betätigungsglied in einem Zustand, in welchem es der Übertragungsklinke den
Eingriff mit einem Sperrzahn unter einer Eingriffsbelastung größer als ein vorbestimmte
Wert erlaubt, betätigt wird, wodurch es auf die Ubertragungsklinke eine Bewegungskraft
ausübt, welche die
Kraft der Klinkenfeder überwindet und die Ubertragungsklinke
in ihre abgesenkte Position drückt.
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Wird das Betätigungsglied in einem Zustand betätigt, in welchem die
Pedalbetätigung eine Antriebskraft auf die Nabenhülse über die Übertragungsklinke
überträgt, so verformt sich selbst dann, wenn die Ubertragungsklinke unter der Antriebskraft
steht und im Eingriff mit einem Klinkenradzahn unter größerer Belastung ist, der
Energiespeicher am Schubglied, um das Betätigungsglied bedienbar zu machen und eine
auf das Betätigungsglied ausgeübte Betätgungskraft wird im Energiespeicher gespeichert.
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Wird die Eingriffsbelastung der Übertragungsklinke in Bezug auf den
entsprechenden Klinkenradzahn weniger als der vorbestimmte Wert, weil entweder die
laufende Belastung abnimmt, um die Antriebskraft zu reduzieren, oder die Pedale
nicht mehr getreten werden, um die auf die Ubertragungsklinke wirkende Kraft zu
beseitigen, so bewegt die in dem Energiespeicher gespeicherte Betätigungskraft gegen
die Kraft der Klinkefeder die Übertragungsklinke aus der angehobenen Position in
die abgesenkte Position, wodurch das Ubersetzungsverhältnis geändert wird.
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Vorzugsweise ist e Übertragungsklinke auf einem dem Antriebsglied
zugeordneten Übertragungszylinder der Fahrradschaltnabe angebracht, so daß sie die
Antriebskraft vom Übertragungszylinder auf den die Planetenräder tragenden Planetenkäfig
überträgt, und oder sie ist von einem Hohlrad getragen, dessen Innenverzahnung mit
den Planetenrädern im Eingriff ist, so daß die Antriebskraft vom Hohlrad auf die
Nabenhülse übertragen werden kann.
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Weitere Ziele, Aufgaben und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
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Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt eines Steuermechanismus für eine
Fahrradschaltnabe mit drei Gängen.
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Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht des Steuermechanismus zur Steuerung
einer ersten UbertragungskGinke der Ausführung gemäß Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt eine Frontansicht eines Steuermechanismus zur Steuerung
einer zweiten Übertragungsklinke der Ausführung gemäß Fig. 1.
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Fig. 4 zeigt perspektivisch ein Schubglied wie es in dem Steuermechanismus
gemäß Fig. 3 verwendet wird.
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Fig. 1 zeigt eine Dreigangfahrradschaltnabe. Der übersichtlichkeitshalber
wird zunächst der Aufbau der Fahrradschaltnabe erläutert.
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Die Fahrradschaltnabe gemäß Fig. 1 ist eine Rtcktrittbremsnabe. Sie
besitzt einen Schaltmechanismus, der eine Anderung des Antriebsübersetzungsverhältnisses
zwischen drei Stufen, hoch, mittel und niedrig erlaubt. An einem axialen Ende einer
am Fahrradrahmen befestigten Nabenachse 1 ist mittels eines Lagers B1 ein Antriebsglied
2 drehbar gelagert, welches ein Kettenrad S besitzt, über welches eine Antriebskette
laufen kann. Am anderen Axialende der Achse 1 befindet sich ein Bremskonus 3, der
ebenfalls in Bezug auf den Fahrradrahmen arretiert ist. Zwischen dem Antriebsglied
2 und dem Bremskonus 3 ist auf Lagern B2 und B3 eine Nabenhülse 4 drehbar gelagert.
Die Nabenhülse 4 enthält das Schaltgetriebe 5 sowie einen Rücktrittbremsmechanismus
6.
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Das Schaltgetriebe 5 besitzt ein Sonnenrad 51 auf der Achse 1 einen
Planetenträger 53 mit einer Mehrzahl von Planetenrädern 52, die mit dem Sonnenrad
51 im Eingriff sind, ein Hohlrad 55, das Innenzähne 54 besitzt, die mit den Planetenrädern
52
in Eingriff sind, einen dem Antriebsglied 2 zugeordneten Übertragungszylinder 56,
erste Ubertragungsklinken 57, die am Übertragungszylinder 56 angebracht sind und
in Eingriff mit einer Sperrverzahnung 53a des Planetenräders 53 sein können, um
eine Antriebskraft vom Ubertragungszylinder 56 auf den Planetenträger 53 zu übertragen,
zweite Ubertragungsklinken58, die am Hohlrad 55 angebracht sind und mit einer Sperrverzahnung
4a im Eingriff sein können, die an der Nabenhülse 4 vorgesehen ist, um die Antriebskraft
vom Hohlrad 55 auf die Nabenhülse 4 zu übertragen, Ubertragungsglieder 59 vom Rollentyp,
die vom Planetenträger 53 getragen sind, um die Antriebskraft von diesem auf die
Nabenhülse zu übertragen, sowie ein Betätigungsglied 60, das von der Achse 1 getragen
ist und axial in Bezug auf diese bewegbar ist, um die ersten und zweiten Ubertragungsklinken
57 und 58 außer Eingriff mit den Sperrverzahnungen 53a und 4a und die Klinken in
die abgesenkte Position bringen zu können.
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Das Betätigungsglied 60 ist zylindrisch und an einem axialen Ende
(links in Fig. 1) am Außenumfang mit einer etwa konischen Steuerfläche 60 a zum
Steuern der Bewegung der ersten und zweiten Klinken 57 und 58 versehen. Am Innenumfang
des anderen axialen Endes besitzt das Betätigungsglied eine Keilnut 60b, in welcher
ein Keil 62 sitzt. Dieser ist mit einer Betätigungsstange 61 für die Betätigung
des Betätigungsgliedes 60 verschraubt. Die Betätigungsstange 61 durchdringt die
Achse 1 längs deren Achse und ragt vom axialen Ende der Achse 1 nach außen. Dadurch
kann sie mittels einer Außensteuerung axial bewegt werden, um das Betätigungsglied
60 längs der Nabenachse 1 mittels des Keiles 62 zu betätigen.
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Zwischen dem Betätigungsglied 60 und dem Sonnenrad 51 ist eine Rückstellfeder
63 angeordnet, welche bestrebt ist, das Betätigungsglied 60 zurückzustellen. Die
Achse 1 bildet einen Anschlag 64, welcher das Betätigungsglied 60 an einer
Bewegung
nach außen hindert.
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Der übertragungszylinder 56 ist in seiner Gesamtheit zylindrisch und
trägt an einem axialen Ende (in Fig. 1 links) mittels der linken Achsen 65 die ersten
Übertragungsklinken 57. Diese sind zwischen einer angehobenen und einer abgesenkten
Stellung verschwenkbar. Am anderen axialen Ende ist ein nur ::n einer Drehrichtung
wirkender Ubertragungsmechanismus 66 vorgesehen, durch welchen eine auf das Antriebsglied
2 ausgeübte Antriebskraft auf den übertragungszylinder 56 nur dann übertragen wird,
wenn das Antriebsglied 2 in der Normalrichtung rotiert.
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Der Drehübertragungsmechanismus 66 ist an der axialen Innenseite desselben
mit dritten übertragungsklinken 67 versehen.
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Diese sind normalerweise im Eingriff mit Klinkenradzähnen 55a die
an der Innenoberfläche des axial äußeren Endteils (rechts in Fig. 1) des Hohlrades
45 vorgesehen sind, so daß wenn die zweiten Ubertragungsklinken in ihre abgesenkten
Positionen gesteuert sind, der Antrieb des Hohlrades 45 durch die dritten Übertragungsklinken
67 vom Ubertragungszylinder 56 erfolgt, welcher an seiner axialen Innenseit Kugeln
68 für die Steuerung der zweiten übertragungsklinken 58 besitzt.
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Zusätzlich werden die zweiten übertragungsklinken 57 durch C-förmige
Klinkenfedern in ihre angehobenen Stellungen gedrückt, um dort in die Sperrverzahnung
53a einzugreifen.
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Die zweiten Ubertragungsklinken 58 sind am Hohlrad 45 am axial äUßerenTeil
desselben an der axialen Innenseite der Klinkenverzahnung 55a mit Hilfe von Klinkenachsen
70 gelagert. Die Klinken 58 können in die angehobenen Stellungen geschwenkt werden,
um in die Sperrverzahnungen 4a der Nabenhülse 4 einzugreifen und auch in die abgesenkten
Stellungen, um außer Eingriff zu kommen. Sie werden von C-förmigen
Klinkenfedern
71 in die angehobene Position gedrückt.
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Die zweiten Übertragungsklinken 58 dienen als Obertragungsklinken
für den hohen Gang. Sie übertragen im Schnellgang aut die Antriebshülse 4 die vom
Planetenträger 53 auf das Hohlrad 55 übertragene Antriebskraft.
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Dic Ubertragungsglieder 59 sind vom Planetenträger 53 getragen und
dienen als Ubertragungsglieder für den niedrigen und den mittleren Gang, um die
Antriebskraft vom Planetenträger 53 auf die Nabenhülse 4 zu übertragen. Ein Käfig
74 hält die Übertragungsglieder 59 zusammen mit Steuerrollen d 73 bei dem F emsmechanismus
6 bildenden Bremsmantel.
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In der obenbeschriebenen Konstruktion der Schaltnabe werden bei der
in Fig. 1 gezeigten Stellung, in der sich das Betätigungsglied 60 nach rechts verschoben
befindet die ersten und die zweiten Übertragungsklinken 57 und 58 in ihren angehobenen
Positionen gehalten, um in die Klinkenradverzahnungen 53a und 4a einzugreifen. Dementsprechend
wird die Antriebsbewegung vom Antriebsglied 2 auf den Planetenträger 53 über den
Ubertragungszylinder 56 und die ersten Ubertragungsklinken 57 übertragen, durch
die Planetenräder 52 beschleunigt und über das Hohlrad 55 und die zweiten Ubertragungsklinken
58 auf die Nabenhülse 4 übertragen, wodurch die Nabenhülse 4 im schnellen Gang umläuft.
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Wird das Betätigungsglied 60 aus dem obenbeschriebenen Zustand bewegt,
so wird die Kugel 68 radial nach auswärts geschoben, um die zweiten Übertragungsklinken
58 in die abgesenkte Position zu bewegen. Dadurch wird die auf den Planetenträger
53 übertragene Antriebsbewegung im mittleren Gang (in direkter Verbindung mit dem
Antriebsglied 2) von den Übertragungsgliedern 59 übertragen.
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Wird das Betätigungsglied 60 weiter aus der obenbeschriebenen Stellung
nach links bewegt, so werden die ersten Übertragungsklinken 57 in die abgesenkte
Position gesteuert, so daß die Antriebsbewegung über die dritten Ubertragungsklinken
67 auf das Hohlrad 55 übertragen, durch den Planetenträger 53 untersetzt, und durch
die übertragungsglieder 59 auf die r;abenhülse 4 übertragen wird.
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Der Steuermechanismus gemäß der Erfindung dient dazu, die ersten und
zweiten Übertragungsklinken 57 und 58 bei der obenbeschriebenen Schaltnabe zu steuern.
Selbst dann wenn die Übertragungsklinken 57 und 58 mit den Sperrverzahnungen 53a
und 4a im Eingriff sind und die Antriebskraft vom Aktriebsglied 2 übertragen, soll
das Betätigungsglied 60 betätigt werden können. Schubglieder 10 und 20 sind wie
in Fig. 2 und 3 vorgesehen, welche bei Betätigung mit dem Betätigungsglied 60 zusammenwirken
und die Ubertragungsklinken 57 und 58 in die abgesenkete Stellung drücken. Die Schubglieder
10 und 20 sind neben den übertragungsklinken 57 und 58 angeordnet und mit Energiespeichern
11 und 21 versehen, welche abgebogen werden, wenn bei in Eingriff mit den Sperrverzahnungen
53a und 4a unter einer Eingriff slast über dem jeweiligen vorbestimmten Wert befindlichen
Ubertragungsklinken 58 und 57, das Betätigungsglied betätigt wird und welche auf
die Schubglieder 10 und 20 Kräfte ausüben, welche diejenigen der Klinkenfedern 59
und 71 übersteigen und die Klinken 57 und 58 in die abgesenkten Positionen derselben
drücken können.
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Die Schubglieder 10 und 20 sind aus elastischem Flachmaterial gefertigt
und besitzen, wie in Fig. 2 und 4 gezeigt, Tragteile 13 und 23, welche in mittleren
Bereichen Tragbohrungen 12 und 22 aufweisen, durch welche die Klingenachsen 56 und
70 ragen. Die Schubglieder 10 und 20 besitzen ferner an einem Ende einstückig mit
ihnen die Energi
speicher 11 und 21, die in von den Tragteilen
13 und 23 wegweisende Richtung ragen. Die Schubglieder 10 und 20 besitzen an den
anderen Enden Eingriff ssegmente 14 und 24, die mit von den Naben der Ubertragungsklinken
57 bzw. 58 abragenden Vorsprüngen 57a und 58a in Eingriff kommen können. Das Schubglied
10 ist für die ersten Ubertragungsklinken 57 ausgebildet; das Schubglied 20 ist
für die zweiten Übertragungsklinken 58 ausgebildet. In Fig. 2 ist der Steuermechanismus
für die erste Ubertragungsklinke 57 gezeigt. Dort ist das Tragteil 16 des Schubgliedes
10 auf die Klinkenachse 65 aufgesetzt. Das außerste Ende des Energiespeichers 11
liegt an der Steuerfläche 60a des Betätigungsgliedes 60 an. Der Steuermechanismus
gemäß Fig. 3 ist für die zweite Ubertragungsklinke 58.
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Auch hier ist der Tragteil 23 des Schubgliedes 20 auf der Klinkenachse
70 gelagert und das außerste Ende des Energispeichers 21 liegt gegen die Kugel 68
an, die durch Bewegen des Betätigungsgliedes 60 betätigt werden kann.
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Wenn sich die Übertragungsklinken 57 und 58 in Eingriff mit den Sperrverzahnungen
53a bzw. 4a finden, so befinden sich auch die Eingriffssegmente 14 und 24 der Schubglieder
10 und 20 im Eingriff mit den Vorsprüngen 57a und 58a der Klinken 57 bzw. 58, so
daß sich die Energiespeicher 11 und 21 in Position in Bezug auf das Betätigungsglied
60 bzw. die Kugel 68 befinden.
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Sind bei der obenbeschriebenen Konstruktion die übertragungsklinken
57 und 58 im Eingriff mit den Sperrverzahnungen 53a bzw. 4a und wird die Antriebskraft
über die Übertragungsklinken 57 und 58 übertragen, so werden bei Betätigung des
Betätigungsgliedes 60 die Energiespeicher 11 und 21 durch die Betätigung des Betätigungsgliedes
60 abgebogen und speichern dadurch Energie für den Schaltvorgang. Die gespeicherte
Energie übersteigt die von den Federn 69 und 71 ausgeübte Kraft. Sie ist
ferner
bestrebt, die Klinken 57 und 58 in die abgesenkten Positionen zu bewegen.
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Nimmt nun die Eingriffsbelastung jeder übertragungsklinke 7 oder 58
in Bezug auf die SX,errverzahnung 53a bzw.
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4a auf einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Wertes ab, so daß
die auf jede Ubertragungsklinke 57 oder 58 zu übertragende Antriebskraft verringert
wird, oder wird mit dem Treten ausgesetzt, so daß keine Antriebskraft mehr ausocübt
wird, so bringt die in jedem Energiespeicher 11 oder 21 gespeicherte Energie die
entsprechende Klinke 57 bzw.
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58 unmittelbar außer Eingriff mit der Sperrverzahnung 53a bzw. 4a
und bewegt dadurch die Klinken 57 und 58 in die jeweilige abgesenkte Position. Somit
wird die Schaltnabe mittels des Betätigungsgliedes 60 in den gewünschten Gang geschaltet.
Das Betätigungsglied 60 kann für einen Schaltvorgang ohne Unterbrechung des Tretens
der Pedale selbst dann betätigt werden, wenn das Antriebsglied 2 durch Pedaltreten
angetrieben ist und ein gewünschter Gangwechsel wird automatisch durch Verringerung
der Last ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht nur im Zusammenhang mit der obenbeschriebenen
Dreigangschaltnabe verwendbar. Die Erfindung kann natürlich auch auf Schaltnaben
mit anderer Gangzahl angewendet werden oder auch auf verschiedene Arten von Naben
wie z.B. solche ohne Bremsmechanismus.
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Wenn auch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung oben unter
Verwendung sehr spezifische Bezeichnungen erläutei -wurde, so geschah dies lediglich
zum Zwecke der besseren Erläuterung. Änderungen und Abweichungen sind möglich ohne
von dem allgemeinen Inhalt und Erfindungsgedanken der nachfolgenden Ansprüche abzugehen.
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Ende der Beschreibung
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