DE3819065A1 - Gangschaltgetriebe-nabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Gangschalt-Planetengetriebe, insbesondere solche mit eingebauter Rücktrittbremse.

Es sind für Fahrräder Gangschalt-Planetengetriebe be­ kannt, bei denen die Bewegung eines Antreibers wahlweise auf einen Planetenradträger bzw. Steg oder auf ein Hohl- bzw. Außenrad mittels einer Wählvorrichtung übertragen wird, wobei die Bewegung des Steges oder des Außenrades als Abtrieb zum Antreiben einer Radnabe benutzt wird.

Bei herkömmlichen Gangschaltgetriebe-Naben der vorste­ hend beschriebenen Art kann es vorkommen, daß während des Gangwechsels der Antriebsübertragungsweg zwischen dem Antreiber und der Nabe unterbrochen ist, was sich für den Fahrer gefährlich auswirken kann.

Herkömmliche Naben mit Gangschalt-Planetengetriebe haben, wie angedeutet, häufig eine eingebaute Rücktritt­ bremse, wobei es sein kann, daß deren Wirksamkeit nicht konstant ist. Beispielsweise ist die Bremswirkung in ei­ nem gegebenen Zeitpunkt durch die gewählte Getriebe­ schaltstellung bestimmt und ist bei normalem und kleinem Gang (Normal- und Berggang) größer als im großen Gang (Schnellgang). Ein weiterer Nachteil ist, daß unter be­ stimmten Umständen die Einstellung der Anordnung so sein kann, beispielsweise zwischen den Schaltstellungen für Schnell- und Normalgang, daß durch das Rückwärtstreten der Pedale keine Bremswirkung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nabe mit Gangschalt-Planetengetriebe und Rücktrittbremse zu schaffen, die unter allen Umständen für gleichmäßige Bremswirkung sorgt und der der natürliche Nachteil her­ kömmlicher Naben dieser Art bezüglich einer möglichen Unterbrechung der Antriebsübertragung während eines Gangwechsels oder als Folge einer ungenauen Einstellung nicht anhaftet.

Diese Aufgabe ist bei einer Nabe mit einem Gangschaltge­ triebe für ein Zweirad, Dreirad o. dgl. mit eingebauter Rücktrittbremse, mit einem in einem Nabenmantel angeord­ neten Planetengetriebe und einer Antriebsvorrichtung, die, wenn sie in einer ersten Richtung verstellt wird, für eine Vorwärtsantriebsbewegung des Nabenmantels über einen aus einer Vielzahl von Antriebsübertragungswegen ausgewählten Übertragungsweg durch ein Bauteil oder Bau­ teile des Planetengetriebes manuell einstellbar mit dem Nabenmantel verbindbar ist und, wenn sie in einer zwei­ ten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung ver­ stellt wird, zum Bremsen über einen vorbestimmten Über­ tragungsweg durch das Planetengetriebe mit der Bremse verbindbar ist, erfindungsgemäß gelöst durch ein zwi­ schen der Antriebsvorrichtung und dem Außenrad des Pla­ netengetriebes angeordnetes zweisinnig wirkendes Klin­ kengesperre, das eine Bewegung zwischen der Antriebsvor­ richtung und dem Außenrad bei Verstellung der Antriebs­ vorrichtung in der ersten Richtung und zwischen ihnen bei Verstellung der Antriebsvorrichtung in der zweiten Richtung zu übertragen vermag.

Gemäß einem anderen Lösungsgedanken der Erfindung zeich­ net sich eine Nabe mit einem Gangschaltgetriebe für ein Zweirad, Dreirad o. dgl. mit einem Nabenmantel, einem Planetengetriebe, das ein Sonnenrad, ein mit diesem gleichachsig und in radialer Deckungsstellung angeordne­ tes Außenrad, einen ebenfalls mit dem Sonnenrad gleich­ achsigen Planetenradträger (Steg) und eine Vielzahl von im Steg drehbar gelagerten und mit dem Sonnenrad und dem Außenrad kämmenden, im Nabenmantel angeordneten Plane­ tenrädern umfaßt, zugehörigen, zwischen dem Nabenmantel und dem Außenrad und dem Steg angeordneten einsinnig wirkenden Kupplungen, einem Antreiber zur Aufnahme eines Antriebs, einer manuell einstellbaren Wählvorrichtung, die mit dem Antreiber antriebsmäßig verbunden ist und mit dem Steg und dem Außenrad wahlweise in antriebsmäßi­ gen Eingriff bringbar ist, und mit einer durch das Pla­ netengetriebe betätigbaren Rücktrittbremse, aus durch ein zusätzliches Klinkengesperre, welches den Antreiber mit dem Außenrad verbindet und mit dem Außenrad an­ triebsmäßig verbindbar ist, derart, daß auf es auf das Außenrad eine Antriebsbewegung in beiden Richtungen zu übertragen vermag.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung umfaßt die Bremsbetätigungsvorrichtung ein Klinkengesperre und Mit­ tel, wodurch die Klinke zumindest im großen Gang (Schnellgang) im Antriebszustand der Anordnung außer Eingriff bringbar ist, und es sind Mittel vorgesehen, die beim Bremsen eine antriebsmäßige Trennung der Wähl­ hülse vom Steg sicherzustellen vermögen, wobei das Klin­ kengesperre mit dem zusätzlichen Klinkengesperre fest bzw. einstückig verbunden ist.

Bezüglich weiterer Ausbildungen und Vorteile der Erfin­ dung wird auf die Beschreibung und die Ansprüche verwie­ sen.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaf­ ten Einzelheiten anhand von zwei schematisch dargestell­ ten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeich­ nungen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Planetengetriebe, wobei die obere Zeichnungshälfte die Schalt­ stellung für den Schnellgang, die untere die Schaltstellung für den Berggang zeigt,

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III in Fig. 1,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 und 6 je eine der Fig. 1 und 2 ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform und

Fig. 7 eine auseinandergezogene Perspektive mit einer Darstellung verschiedener Bauteile der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 5 und 6.

Das in Fig. 1 bis 4 dargestellte Schaltgetriebe umfaßt eine Radnabe 11, in welcher angeordnet sind: ein um die Achse einer feststehenden Radwelle 13 drehbarer Antrei­ ber 12, eine Wählhülse 14, die auf der Radwelle 13 ange­ ordnet und axial zu ihr durch eine Schaltstange 15 ver­ schiebbar ist, ein feststehendes Sonnenrad 16 auf der Radwelle 13, eine Vielzahl von Planetenrädern 17, die in einem Planetenradträger bzw. Steg 18 gelagert und mit dem Sonnenrad 16 in Zahneingriff sind, wobei der Steg 18 um die Radwelle 13 frei drehbar gelagert ist, ein Außen­ rad 19, das radial außerhalb der Planetenräder 17 ange­ ordnet ist und an seinem Innenumfang eine mit den Plane­ tenrädern 17 in Eingriff stehende Verzahnung trägt, ein Klinkengesperre 20 für großen bzw. Schnellgang und Nor­ malgang zwischen dem Außenrad 19 und der Radnabe 11, und ein Klinkengesperre 24 für kleinen bzw. Berggang zwi­ schen einem mit einem axialen Verlängerungsstück des Steges 18 verschraubten Bremskonus 21 und der Radnabe 11. Bei relativer Drehbewegung zwischen dem Bremskonus 21 und dem Steg 18 in der entsprechenden Richtung vermag der Bremskonus 21 einen Bremsbelag 22 mit Reibschluß an eine Bremstrommel 23 anzulegen. In der Radnabe 11 ist eine Bremsbetätigungsvorrichtung 25 angeordnet, mit der sich der Bremskonus 21 durch Drehung des Außenrades 19 und des Steges 18 so bewegen läßt, daß er den Reibbelag 22 in den beschriebenen Reibeingriff verbringt. Es kann sein, daß die Wählhülse 14, wenngleich in Eingriff mit dem Antreiber 12, nicht notwendigerweise in Eingriff mit dem Steg 18 oder dem Außenrad 19 ist.

Der Antreiber 12 weist eine axiale Durchgangsbohrung auf, in welcher ein Innenvielnutprofil 26 ausgebildet ist, und ferner Klinken 27, die in ihm in zugehörigen Taschen schwenkbar gelagert sind für den Eingriff in eine Innensperrverzahnung 28 am Außenrad 19. Die Klinken 27 sind gewöhnlich durch nicht dargestellte Federn in Eingriff mit der Sperrverzahnung 28 vorgespannt, derart, daß auf sie ein Antrieb in der Vorwärtsrichtung übertra­ gen wird.

Die einzelnen Planetenräder 17 sind im Steg 18 mittels Planetenradwellen 29 drehbar gelagert, die sich vom Steg 18 axial in Richtung auf den Antreiber 12 erstrecken und an Innenmitnehmernasen 30 anlegbar sind, die an dem am weitesten innen gelegenen Ende der Wählhülse 14 ausge­ bildet sind, wogegen das äußere Ende der Wählhülse 14 ein Vielnutprofil 31 für den Eingriff mit dem Vielnut­ profil 26 des Antreibers 12 trägt.

Gleichachsig mit der Radwelle 13 ist eine Rückstellfeder 33 angeordnet, die zwischen einer Nase 34 eines festste­ henden Lagerkonus 35 und einem Kupplungsklotz 36, der in die Wählhülse 14 eingreift, eingespannt ist.

Die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Planeten­ getriebes ist folgende:

Bei der in der oberen Hälfte der verschiedenen Zeich­ nungsfiguren dargestellten relativen Anordnung der Bau­ teile, welche der Schnellgang-Schaltstellung des Getrie­ bes entspricht, wird durch Vorwärtsdrehung eines mit dem Antreiber 12 verbundenen Kettenrades 37 dank des Ein­ griffs zwischen der Wählhülse 14 und dem Antreiber 12 einerseits und den Endstücken der aus dem Steg 18 her­ ausragenden Planetenradwellen 29 andererseits eine Dre­ hung des Steges 18 hervorgerufen, und somit dreht sich das Außenrad 19. Durch das Klinkengesperre 20 wird durch die Drehung des Außenrades 19 der Radnabe 11 die ge­ wünschte Bewegung erteilt und somit der Antrieb erzeugt.

In der Schnellgang-Stellung der Radnabe dreht sich das Außenrad 19 rascher als der Antreiber 12, und somit werden die Klinken 27 von den Sperrzähnen 28 überholt.

Zum Einrücken des Normalganges wird die Wählhülse 24 zurückgezogen, bis die Innenmitnehmernasen 30 von den Enden der Planetenradwellen 29 angehoben sind. Der An­ trieb geht dann vom Antreiber 12 über das von den Klin­ ken 27 und den Sperrzähnen 28 gebildete zusätzliche Klinkengesperre zum Außenrad 19 und von dort, wie zuvor, über das Klinkengesperre 20 zur Radnabe 11.

Zum Schalten in den Berggang wird die Wählhülse 14 noch weiter zurückgezogen, bis die Innenmitnehmernasen 30 mit ihrer Rückseite an die hinteren Abschnitte 38 der Klin­ ken 39 vom Klinkengesperre 20 anstoßen und die Klinken 39 aus den zugehörigen Sperrzähnen 40 lösen. In diesem Falle wird der Antrieb vom Antreiber 12 über die Klinken 27 und die Sperrzähne 18 auf das Außenrad 19 und von dort auf die Planetenräder 17 übertragen. Durch die Dre­ hung der Planetenräder 17 um das festgehaltene Sonnenrad 16 wird eine Drehbewegung des Steges 18 hervorgerufen, mit dem sich der Bremskonus 21 mitdreht, wobei Bewegung auf die Radnabe 11 über das Klinkengesperre 24 übertra­ gen wird.

Beim Fahren im Schnell- und Normalgang arbeitet das Klinkengesperre 24 im Freilauf- bzw. Überholbetrieb.

Gemäß Fig. 3 benutzt die Bremsbetätigungsvorrichtung 25 die beiden Klinken 27, welche auf dem Antreiber 12 ge­ lagert und so angeordnet sind, daß sie mit den im Außen­ rad 19 ausgebildeten, nach innen gerichteten Sperrzähnen 28 in Eingriff bringbar sind, wobei die Klinken 27 und die Sperrverzahnung 28 zweisinnig wirken. Bei einer Be­ wegung des Antreibers 12 in der Vorwärtsrichtung wird die Nase 41 jeder Klinke 27 so positioniert, daß sie sich an eine Antriebsflanke 42 eines Sperrzahnes 28 an­ legt, wobei sie in diese Stellung durch Federkraft vor­ gespannt ist, aber in der Schnellgang-Schaltstellung der Anordnung, wie zuvor schon angegeben, von den Sperrzähnen 28 überholt wird.

Bei Umkehr der Bewegungsrichtung des Antreibers 12 kommt das Vielnutprofil 31 der Wählhülse 14 in Eingriff mit einer Nockenfläche 43 an jeder Klinke 27 und schwenkt die Klinke 27 gegen die Rückhaltekraft der Feder so, daß ihr hinterer Abschnitt 44 in eine Eingriffsstellung mit der Bremsflanke 45 eines Sperrzahnes 28 gebracht wird, wobei zwischen dem Vielnutprofil 31 der Wählhülse 14 und dem Vielnutprofil 26 des Antreibers 12 "Totgang" vorhan­ den ist, um die notwendige Relativbewegung zwischen der Wählhülse 14 und dem Antreiber 12 zu ermöglichen.

Soll in der Schnellgangstellung die Bremse in zufrieden­ stellender Weise betätigt werden können, ist es notwen­ dig, daß entweder die Innenmitnehmernasen 30 von den Planetenradwellen 29 gelöst werden, oder daß die Brems­ betätigung erfolgt, bevor der Antrieb durch die Wählhülse 14 in umgekehrter Richtung auf die Planetenradwellen über­ tragen wird. Mittel zum Erreichen beider Ziele sind dem Fachmann bekannt.

Die Arbeitsweise der Rücktrittbremse ist insoweit her­ kömmlich, als durch die Bewegung des Antreibers 12 in der umgekehrten Richtung der hintere Abschnitt 44 jeder Klinke 27 zum Zusammenwirken mit der Bremsflanke 45 ei­ nes zugehörigen Sperrzahnes 28 an diese Bremsflanke an­ gelegt wird und bei Fortsetzung dieser Bewegung dem Außenrad 19 eine Bewegung in umgekehrter Richtung er­ teilt wird. Somit wird Bewegung auf den Steg 18 übertra­ gen, und die Bewegung des Steges 18 in der umgekehrten Richtung bewirkt eine axiale Verschiebung des Bremskonus 21 und bringt den Reibbelag 22 zur Reibschlußanlage an der Bremstrommel 23. Weil der Antriebsübertragungsweg beim Bremsen ausnahmslos über das Außenrad 19 zum Steg 18 führt, wird eine konstante Bremswirkung erzielt.

Dank der Erfindung läßt sich ein "antriebsloser" Zustand der Radnabe 11 vermeiden, insofern als der neue Antriebsübertragungsweg sowohl beim Herstellen als auch Lösen der direkten Antriebsverbindung zwischen der Wählhülse 14 und dem Steg 18 wirkungsmäßig ohne Verzöge­ rung zustande kommt.

Ferner wird unabhängig von der jeweiligen Schaltstellung eine gleichmäßige Bremsung sichergestellt.

Bei der in Fig. 5 bis 7 dargestellten anderen Ausfüh­ rungsform sind statt doppeltwirkender Klinken am Antrei­ ber 12 für den Vorwärtsantrieb und den Bremsbetrieb ge­ trennte Klinken für diese verschiedenen Funktionen vor­ gesehen. Gemäß Fig. 5 bis 7 sind im Umfang des Antrei­ bers 12, in einer sich radial mit der Innensperrverzah­ nung 28 am äußeren Ende des Außenrades 19 deckende Ebe­ ne vier um 90° gegeneinander versetzte Klinkentaschen 51 bis 54 ausgebildet, wobei die Paare sich diametral ge­ genüberliegender Taschen 51, 53 bzw. 52, 54 bezogen auf die Umgangsrichtung des Antreibers 12 entgegengesetzt gerichtet sind und von einem Paar Antriebsklinken 55 bzw. Bremsklinken 56 jeweils eine Klinke aufnehmen. Auf der Wählhülse 14 ist in fester Winkelstellung ein kreis­ ringförmiges Klinkenbetätigungsglied 57 angeordnet, das in Achsenrichtung der Wählhülse 14 bewegbar und durch eine Kupplungsfeder 58 in Richtung auf den Antreiber 12 elastisch vorgespannt ist. Die einzelnen Antriebsklinken 55 und Bremsklinken 56 sind durch eine Klinkenfeder 59 vom Antreiber 12 nach außen und in Eingriff mit den In­ nensperrzähnen 28 des Außenrades 19 vorgespannt.

Mit dem Klinkenbetätigungsglied 57 ist an seinem Außen­ umfang eine axiale Lippe bzw. Ansatz 60 fest bzw. ein­ stückig verbunden, der an zwei sich diametral gegenüber­ liegenden Stellen Ausnehmungen aufweist, die über einen Bogen von 90° sich erstrecktende Fenster 61 bilden, durch welche die Klinken 55 und 56 hindurchragen (sh. Fig. 6). Beim gezeigten Beispiel weist der Antreiber 12 an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen und zwischen benachbarten, nach innen gerichteten Klinken 55 und 56 je einen radialen Vorsprung 62 auf, der eine einwand­ freie Einbaustellung des Klinkenbetätigungsgliedes 57 relativ zum Antreiber 12 sicherstellt, insofern als der Durchmesser des Antreibers 12 im Bereich der Vorsprünge 62 größer ist als der Innendurchmesser des Ansatzes 60 und folglich falsches Zusammenbauen ausschließt. In der in Fig. 6 gezeichneten Stellung dient der Ansatz 60 des Klinkenbetätigungsgliedes 57 auch dazu, die richtige Anordnung der Klinken 55 und 56 in ihren zugehörigen Taschen 51 bis 54 aufrechtzuerhalten.

Bei einer relativen Drehbewegung zwischen dem Antreiber 12 und der Wählhülse 14 entsprechend einem Wechsel aus dem Antriebs- in den Bremsbetrieb, dreht sich das Klin­ kenbetätigungsglied 57 relativ zum Antreiber 12 und legt sich an die Rückseiten der Bremsklinken 56 an und schwenkt sie außer Eingriff mit den Sperrzähnen 28, die bei einer Relativbewegung zwischen dem Antreiber 12 und der Wählhülse 14 in der umgekehrten Richtung wieder in die Eingriffsstellung zurückgehen.

Die Arbeitsweise der abgewandelten Ausführungsform ist derjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 4 direkt ähnlich. Eine nochmalige Beschreibung wird als unnötig erachtet.

Die Erfindung ist nicht auf die genauen Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, weil sich Abwandlungen dem Fachmann ohne weiteres erge­ ben. Wenngleich für die Herstellung einer Antriebsver­ bindung zwischen der Wählhülse 14 und dem Steg 18 die Planetenradwellen 29 bevorzugt werden, kann es in eini­ gen Fällen vorteilhaft sein, am Steg 18 Innenmitnehmer­ nasen vorzusehen, in welche ein Vielnutprofil am inneren Ende der Wählhülse 14 eingreift.

Claims (5)

1. Nabe mit einem Gangschaltgetriebe für ein Zweirad, Dreirad o. dgl. mit eingebauter Rücktrittbremse, mit ei­ nem in einem Nabenmantel angeordneten Planetengetriebe und einer Antriebsvorrichtung, die, wenn sie in einer ersten Richtung verstellt wird, für eine Vorwärtsan­ triebsbewegung des Nabenmantels über einen aus einer Vielzahl von Antriebsübertragungswegen ausgewählten Übertragungsweg durch ein Bauteil oder Bauteile des Pla­ netengetriebes manuell einstellbar mit dem Nabenmantel verbindbar ist und, wenn sie in einer zweiten, der er­ sten Richtung entgegengesetzten Richtung verstellt wird, zum Bremsen über einen vorbestimmten Übertragungsweg durch das Planetengetriebe mit der Bremse verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Außenrad (19) des Planetengetriebes angeordnetes zweisinnig wir­ kendes Klinkengesperre (27, 55, 56), das eine Bewegung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Außenrad (19) bei Ver­ stellung der Antriebsvorrichtung in der ersten Richtung und zwischen ihnen bei Verstellung der Antriebsvorrich­ tung in der zweiten Richtung zu übertragen vermag.

2. Nabe mit einem Gangschaltgetriebe für ein Zweirad, Drei­ rad o. dgl. mit einem Nabenmantel, einem Planetengetrie­ be, das ein Sonnenrad (16), ein mit diesem gleichachsig und in radialer Deckungsstellung angeordnetes Außenrad (19), einen ebenfalls mit dem Sonnenrad (16) gleichach­ sigen Planetenradträger (Steg) (18) und eine Vielzahl von im Steg (18) drehbar gelagerten und mit dem Sonnen­ rad (16) und dem Außenrad (19) kämmenden, im Nabenmantel angeordneten Planetenrädern (17) umfaßt, zugehörigen, zwischen dem Nabenmantel und dem Außenrad (19) bzw. dem Steg (18) angeordneten einsinnig wirkenden Kupplungen (20, 24), einem Antreiber (12) zur Aufnahme eines Antriebs, einer manuell einstellbaren Wählvorrichtung (14), die mit dem Antreiber (12) antriebsmäßig verbunden ist und mit dem Steg (18) und dem Außenrad (19) wahlweise in antreibs­ mäßigen Eingriff bringbar ist, und mit einer durch das Planetengetriebe betätigbaren Rücktrittbremse, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Klinkengesperre (27, 55, 56), welches den An­ treiber (12) mit dem Außenrad (19) verbindet und mit dem Außenrad (19) antriebsmäßig verbindbar ist, derart, daß auf es auf das Außenrad (19) eine Antriebsbewegung in beiden Richtungen zu übertragen vermag.

3. Nabe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bremsbetätigungsvorrichtung (25) ein Klinkenge­ sperre und Mittel umfaßt, wodurch die Klinke zumin­ dest im großen Gang (Schnellgang) im Antriebszustand der Anordnung außer Eingriff bringbar ist,
und daß Mittel vorgesehen sind, die beim Bremsen eine antriebsmäßige Trennung der Wählhülse (14) vom Steg (18) sicherzustellen vermögen,
wobei das Klinkengesperre mit dem zusätzlichen Klinken­ gesperre (27) zusammengefaßt ist.

4. Nabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Außen­ rad (19) angeordnete zweisinnig wirkende Klinkengesperre entgegengesetzt gerichtete Antriebs- und Brems­ klinken (55 bzw. 56), die elastisch in Eingriff mit zu­ gehörigen Rasten (51, 53 bzw. 52, 54) vorgespannt sind, und ein Klinkenbetätigungsglied (57) umfaßt, welches in der Vorwärtsantrieb-Stellung der Nabe (11) die Brems­ klinken (56) außer Eingriff zu bringen vermag.

5. Nabe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Klinkenbetätigungsglied (57) einen mit Fenstern (61) versehenen Ansatz (60) aufweist, der über den Bremsklinken (56) angeordnet und in ihrer Umfangsrichtung in eine erste und eine zweite Stellung verbringbar ist, die der Eingriffs- bzw. der Nichteingriffsstellung der Klinken (56) entsprechen, wobei der Ansatz (60) an die Klinken (56) anlegbar ist, derart, daß er letztere aus dem Eingriff mit den sich gegenüberliegenden Rasten (52, 54) löst.