DE4133988A1 - Gangschaltnabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung für Fahrräder und dergleichen und bezieht sich insbesondere auf Naben, in denen zwei oder mehr Sonnen­ räder wahlweise mit entsprechenden Zahnradelementen eines zusammengesetzten oder Verbundplanetenrades zur Antriebs­ übertragung in Eingriff bringbar sind.

Es ist bekannt, eine Nabe mit Planetengetriebe als Gang­ schaltung mit fünf Gängen für ein Fahrrad vorzusehen, bei der zusammengesetzte Antriebsräder mit einem gemeinsamen Zahnkranz kämmen und geeignet sind, jeweils mit einem Son­ nenrad zusammenzuwirken, welches zur Antriebsübertragung wahlweise mit ihnen in Eingriff bringbar ist.

Bei dieser Anordnung sind die Sonnenräder auf der Naben­ welle drehbar und verschiebbar zur einheitlichen Bewegung in axialer Richtung angebracht, um das eine oder andere Sonnenrad wahlweise in eine entsprechende Formation einzu­ rücken, die drehfest auf der Welle sitzt.

Bei der genannten Anordnung ist der Planetenradkäfig mit der Nabenhülse verbindbar, um je nach dem Nabenzustand eine Antriebsverbindung vom Planetenradkäfig zur Nabenhülse her­ zustellen. Hierzu dienen axial bewegliche Klinken, die im Planetenradkäfig angebracht und geeignet sind, mit Rastzäh­ nen zusammenzuwirken, die in einer Stirnkappe auf der Nabe vorgesehen sind. Der Zahnkranz ist mit der Nabenhülse mit­ tels radialer Klinken verbindbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Einrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der die jeweiligen Sonnenrä­ der wahlweise in eine Arbeitsweise der Antriebsübertragung gebracht werden können und insbesondere eine Einrichtung zu schaffen, die einfacher als die bekannte aufgebaut ist und weniger Platz erfordert, so daß innerhalb der Nabe Raum zur Verfügung steht für eine andere Anordnung oder Auslegung weiterer Einheiten.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe geht im einzelnen aus Anspruch 1 hervor. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Umlaufgetriebeanordnung einer bekannten Fünfgangnabe mit den Einrichtungen, durch die die Sonnenräder wahlweise drehfest auf der Welle festgesetzt werden;

Fig. 2 eine Umlaufgetriebeanordnung gemäß der Erfindung in einer Ansicht ähnlich Fig. 1;

Fig. 3A, 3B und 3C einen in der Anordnung gemäß Fig. 2 vor­ gesehenen Gangwählkeil in einer Ansicht im Schnitt, von vorn bzw. von oben;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Wählkeils gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Vorderansicht eines ersten Sonnenrades der in Fig. 2 gezeigten Anordnung; und

Fig. 6 eine Ansicht entsprechend Fig. 5, die aber ein zweites Sonnenrad zeigt.

Zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung einer bekannten Fünf­ gangnabe für Fahrräder mit durch Seilzug betätigter Bremse gehört ein erstes Sonnenrad 11 und ein zweites Sonnenrad 12, die drehbar und verschiebbar auf einer Nabenwelle 13 angeordnet sind und mit entsprechenden Zahnradelementen 14, 15 von Verbundplanetenrädern 16 zusammenwirken, die in ei­ nem Planetenradkäfig 17 abgestützt sind, der koaxial mit der Nabenwelle 13 angeordnet ist. Außerhalb der Verbundpla­ netenräder 16 ist ein Zahnkranz 18 angeordnet, der mit ih­ nen in Antriebseingriff steht.

Zu der Nabe gehören ferner in einer Richtung wirksame Kupp­ lungsmittel 19, 20 zwischen dem Planetenradkäfig 17 und der Nabenhülse 21 sowie zwischen dem Zahnkranz 18 und der Na­ benhülse 21 und ein von Hand betätigbarer Wählmechanismus 22, mit dem der Antriebsübertragungsweg zu dem Umlaufge­ triebe und durch dasselbe und damit das von der Nabe zur Verfügung gestellte Übersetzungsverhältnis bestimmt werden kann, dies alles auf bekannte Weise.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird das eine oder andere der beiden Sonnenräder 11, 12 auf der Naben­ welle 13 verriegelt, um als Reaktionsglied für die Verbund­ planetenräder 16 zu dienen durch Gleitbewegung derselbe in zusammenwirkenden Eingriff mit einer entsprechenden Forma­ tion, die entweder drehfest auf der Welle befestigt oder an ihr vorgesehen ist.

Im einzelnen weist das Sonnenrad 11 in axialer Richtung weisende Klauen 23 zur Zusammenwirkung mit radial ausge­ richteten Klauen 24 an der Nabenwelle 13 auf, während das erste Sonnenrad 12 mit einem Kragen 25 in Eingriff bringbar ist, der eine Innenverzahnung 26 zur Aufnahme der Zähne 27 des Sonnenrades 12 hat. Eine Bewegung der Sonnenräder 11, 12 in axialer Richtung der Nabe zum wahlweisen Verriegeln auf der Nabenwelle 13 wird durch axiale Einstellung einer An­ zeigestange 28 bewirkt, die über einen Klotz oder Keil 29 wirkt, welcher in einem Schlitz 30 in der Welle gegen eine Innenschulter 31 am Sonnenrad 11 verschiebbar ist, wobei die Bewegung der Sonnenräder 11, 12 in Richtung nach außen aus der Nabe heraus entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 32 erfolgt.

Es ist ersichtlich, daß für die axiale Bewegung der Sonnen­ räder 11, 12, die nötig ist, um den Eingriff des jeweiligen Zahnrades mit den Verriegelungsmitteln 24, 27 herzustellen, damit das betreffende Zahnrad drehfest auf der Nabenwelle 13 gehalten und das nicht gewählte Sonnenrad aus seinem Eingriff mit den entsprechenden Verriegelungsmitteln 27, 24 gelöst wird, Raum innerhalb der Nabe erforderlich ist, und das hat eine einschränkende Wirkung auf den in der Nabe für andere Einheiten verfügbaren Platz. Beispielsweise ist klar, daß die in einer Richtung wirkenden Kupplungsmittel 19 zwischen dem Planetenradkäfig 17 und der Nabenhülse 21 axiale Klinken aufweisen, die auf die Stirnkappe 34 der Nabe wirken, da nicht genügend Platz zur Verfügung steht für radiale Klinken.

Ferner ist die Anordnung der Sonnenräder und der Einrich­ tungen zum wahlweisen Verriegeln derselben auf der Naben­ welle verhältnismäßig kompliziert und entsprechend teuer.

Mit diesem besonderen Bereich der Nabe befaßt sich die Er­ findung, gemäß der vorgeschlagen wird, statt axial bewegli­ cher Sonnenräder, die wahlweise mit entsprechenden Verrie­ gelungseinrichtungen in Eingriff bringbar sind, Sonnenräder vorzusehen, die in bezug auf die Nabenspindel axial fixiert sind und daß deren wahlweise Verriegelung auf der Naben­ welle mittels eines Wählklotzes oder Wählkeils bewirkt wird, der in axialer Richtung der Nabenwelle zwischen und in Eingriff mit den Zahnrädern bewegbar ist und mit ihnen so zusammenwirken kann, daß er das gewählte Zahnrad auf der Nabenwelle gegen eine Umdrehung sichert.

Fig. 2 zeigt eine Fahrradnabe mit einer Gangschaltung in Form eines Umlaufgetriebes und mit einer durch Seilzug be­ tätigten Bremse, die ein erstes und ein zweites Sonnenrad 41, 42 aufweist, die beide auf der Nabenwelle 33 frei dreh­ bar und axial in bezug auf dieselbe lokalisiert sind. Die Sonnenräder 41, 42 stehen in Antriebseingriff mit entspre­ chenden Zahnradelementen 43, 44 von zusammengesetzten oder Verbundplanetenrädern 45, die in einem Planetenradkäfig 46 drehbar abgestützt sind und dabei in Antriebseingriff ste­ hen mit einem Zahnkranz 47.

Zwischen dem Planetenradkäfig 46 und der Nabenhülse 50 und zwischen dem Zahnkranz 47 und der Nabenhülse 50 sind in ei­ ner Richtung wirksame Kupplungen 48, 49 vorgesehen, und mit einem von Hand betätigbaren Wählmechanismus 51 kann der An­ triebsübertragungsweg zu dem in Betrieb zu setzenden Um­ laufgetriebe und durch dasselbe festgelegt werden.

Um das eine oder andere Sonnenrad 41, 42 wahlweise drehfest auf der Nabenwelle 33 zu fixieren und damit das gewählte Sonnenrad 41, 42 in Bereitschaft zur Antriebsübertragung zu bringen, ist ein Wählklotz oder Wählkeil 52 radial inner­ halb der Sonnenräder 41, 42 vorgesehen, der in einem diame­ tralen Schlitz 53 in der Nabenwelle 33 frei verschiebbar ist und sich daraus zum wahlweisen Antriebseingriff mit den Sonnenrädern 41, 42 erstreckt. Zu der Nabe gehört eine am Wählkeil 52 befestigte Einstelleinrichtung 54, bei deren Betätigung der Wählkeil 52 in axialer Richtung der Naben­ welle 33 verschiebbar ist, wobei er unter der Steuerung ei­ ner Rückstellfeder 55 steht, die zwischen einer in die Na­ benwelle 33 eingeschraubten Anschlagshülse 56 und der ande­ ren Stirnseite des Wählkeils 52 abgestützt ist.

Der Wählkeil 52 hat, wie Fig. 3 und 4 im einzelnen zeigen, in Draufsicht eine sechseckige Gestalt, wobei die Oberseite 57 und die Unterseite 58 des Wählkeils teilzylindrische Form haben und die Flanken 59 eben sind. Der Wählkeil hat Seitenflächen 60, 61, die so spitz zulaufen, daß sich zu beiden Seiten einer führenden/nachlaufenden Kante 63 eine Abschrägung 62 ergibt.

Die äußerste Seitenfläche 60 des Wählkeils 52 ist bei 64 mit einer Ausnehmung versehen und in der Mitte dieser Aus­ nehmung hat der Wählkeil ein Gewindeloch 65 zur Aufnahme des mit Gewinde versehenen Endes einer Wählstange 66 der Einstelleinrichtung 54. Im Boden der Ausnehmung ist koaxial mit dem Gewindeloch eine Nut 67 vorgesehen, die das innere Ende der Rückstellfeder 55 aufnimmt.

Das erste Sonnenrad 54 ist, wie Fig. 5 zeigt, an seiner In­ nenfläche mit einer Keilverzahnung 68 zur Aufnahme der En­ den des Wählkeils 52 versehen, der frei, aber in enger Gleitberührung mit der Keilverzahnung aufgenommen wird, so daß die Bohrung im Sonnenrad folglich kreuzförmige Gestalt hat, damit der Keil darin in verschiedenen relativen Win­ kelstellungen aufgenommen werden kann.

Das zweite Sonnenrad 42 ist, wie Fig. 6 zeigt, ähnlich mit einer Keilverzahnung versehen, wobei die dem ersten Sonnen­ rad benachbarte Fläche des zweiten Sonnenrades eine Ansen­ kung 69 hat, damit freier Raum für die führende Fläche des Wählkeils 52 zur Verfügung steht, wenn dieser anfangs in Eingriff gleitet, insbesondere aber um sicherzustellen, daß die Flanken 59 des Wählkeils sich ordentlich von der Keil­ verzahnung des einen Sonnenrades 41 oder 42 lösen, ehe sie mit der Keilverzahnung des anderen Sonnenrades 42 oder 41 in Eingriff treten, wenn die Einstelleinrichtung 54 betä­ tigt wird.

Um eine Fehlausrichtung im Winkel zwischen dem Wählkeil 52 und der Keilverzahnung des jeweiligen Sonnenrades 41, 42, auf das sich der Keil zubewegt, auszugleichen und insbeson­ schen dem Sonnenrad und dem Wählkeil im Fall einer Fehlaus­ richtung bei der Einstellung zu vermeiden, ist das zweite Sonnenrad 42 so angebracht, daß es entgegen der Kraft einer zwischen dem Sonnenrad 42 und dem Planetenradkäfig 46 ange­ ordneten Rückstellfeder 70 begrenzt axial in Richtung aus der Nabe heraus bewegbar ist. Die Rückstellfeder 70 erlaubt allerdings nur eine geringfügige axiale Verlagerung des zweiten Sonnenrades 42, während der Wählkeil 52 und die Keilverzahnung 68 sich in fluchtende Ausrichtung miteinan­ der begeben, was es dem zugespitzten führenden Ende des Wählkeils ermöglicht, in die Keilverzahnung einzugreifen.

Der Wählkeil ist in axialer Richtung der Nabe so bemessen, daß ein gleichzeitiger Antriebseingriff der Flanken des Wählkeils mit dem ersten und zweiten Sonnenrad vermieden wird, wobei die spitz zulaufenden Stirnflächen so gestaltet sind, daß sie die axiale Bewegung des Wählkeils in Ein­ stellrichtung bei Eingriff mit beiden Zahnrädern fördern durch die Reaktion zwischen der Abschrägung und der Keil- Verzahnüng des betreffenden Sonnenrades.

Es hat sich gezeigt, daß durch axiale Lokalisierung der frei drehbaren Sonnenräder in bezug auf die Nabenwelle und durch das wahlweise Festsetzen der Sonnenräder auf der Na­ benwelle entsprechend dem erforderlichen Umlaufgetriebe Raum im Kern für andere Einheiten der Nabe freigemacht wird. Bei der hier gezeigten Nabe können radial wirkende Klinken zur Übertragung von Antriebskraft vom Planetenrad­ käfig auf die Nabenhülse anstatt der axial wirkenden Klin­ ken beim Stand der Technik benutzt werden.

Ferner ist der komplizierte Aufbau vermieden, der beim Stand der Technik nötig ist für eine Einrichtung zum Ver­ riegeln der axial beweglichen Sonnenräder auf der Naben­ welle, und es ist eine vereinfachte Konstruktion möglich.

Es ist klar, daß die Erfindung wahlweise den Einschluß ei­ nes von mehreren Sonnenrädern in das wirksame Getriebe ei­ nes Umlaufgetriebes mit zusammengesetzten Planetenzahnrä­ dern betrifft und sich auf die Art und Weise sowie Mittel bezieht, mit denen diese Wahl getroffen wird und das ge­ wählte Sonnenrad in Antriebsübertragungseingriff gelangt.

Die Verstellung zwischen den einzelnen Antriebsübertra­ gungspfaden von einem Eingabeglied, beispielsweise einem Fahrer zur Gangschaltungsnabe für das ausgewählte wirksame Getriebe erfolgt auf bekannte Weise, so daß weder die Ein­ richtungen noch das Verfahren zum Bewirken der Verstellung hier im einzelnen beschrieben zu werden braucht.

Auch ist die Konstruktion und Arbeitsweise einer mittels Seilzug betätigten Bremse, falls eine solche vorgesehen ist, bekannt und braucht nicht naher beschrieben zu werden.

Zwar weist das unter Hinweis auf Fig. 2 beschriebene Aus­ führungsbeispiel zwei Sonnenräder auf, so daß sich eine Nabe mit einer Fünfgangschaltung ergibt, es ist jedoch klar, daß auch eine Schaltung mit sieben Gängen erzielbar ist, wenn drei Sonnenräder vorgesehen werden, die jeweils in bezug auf die Nabenwelle frei drehbar und wahlweise festsetzbar sind durch eine entsprechende Einstellung des Wählkeils in axialer Richtung der Nabe.

Claims (8)

1. Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung mit einer Nabenwelle, einer Vielzahl von nebeneinander auf der Naben­ welle frei drehbar angebrachten Sonnenrädern, die wahlweise auf drehfeste Weise mit der Nabenwelle verbindbar sind, ei­ nem mit der Nabenwelle koaxialen Planetenradkäfig, einer Vielzahl zusammengesetzter Planetenräder, die in dem Käfig drehbar angebracht sind und jeweils ein Zahnradelement auf­ weisen, das mit einem entsprechenden Sonnenrad radial fluchtet und mit diesem in Antriebseingriff steht, einem mit dem Planetenzahnrad und den Sonnenrädern koaxial ange­ ordneten und mit dem Verbundplanetenrad in Antriebseingriff stehenden Zahnkranz, einer Nabenhülse, zwischen dem Plane­ tenradkäfig und der Nabenhülse sowie zwischen dem Zahnkranz und der Nabenhülse angeordneten, in einer Richtung wirksa­ men Kupplungsmitteln und Kupplungsmitteln, die so betätig­ bar sind, daß sie ein ausgewähltes der Vielzahl von Sonnen­ rädern drehfest mit der Nabenwelle verbinden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sonnenräder (41, 42) in bezug auf die Nabenwelle (33) axial fixiert sind, und daß die Kupplungs­ mittel einen Wählkeil (52) aufweisen, der in axialer Rich­ tung der Nabenwelle (33) bewegbar und wahlweise mit einem entsprechenden der Vielzahl von Sonnenrädern in Eingriff bringbar ist und dasselbe auf der Nabenwelle drehfest macht.

2. Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählkeil (52) in einem Schlitz in der Nabenwelle (33) in Längsrichtung be­ grenzt bewegbar aufgenommen ist, und daß die Sonnenräder (41, 42) Ringform haben und an ihren jeweiligen Innenflä­ chen eine Keilverzahnung (68) aufweisen, in der der Wähl­ keil (52) zum Zusammenwirken aufnehmbar ist.

3. Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählkeil (52) an seinen entgegengesetzten Enden spitz zulaufende Flächen (62) hat, die an den Enden eine führende bzw. nach­ laufende Kante (63) bestimmen.

4. Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung nach An­ spruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählkeil (52) ebene Flanken (59) zum führenden Eingriff mit dem Schlitz aufweist.

5. Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sonnenräder (41, 42) vorgesehen sind.

6. Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der einander benachbarten Flächen von zwei beliebigen aufeinanderfolgenden Sonnenrädern mit einer An­ senkung (69) versehen ist.

7. Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sonnenrad in axialer Richtung gegen eine fe­ dernd nachgiebige Hemmung begrenzt bewegbar angebracht ist.

8. Nabe mit Planetengetriebe als Gangschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählkeil (52) im Grundriß sechseckige Gestalt hat, und daß die Oberseite und Unterseite (57, 58) desselben teilzy­ lindrische Form haben.