DE4342347C1 - Mehrgangnabe für Fahrräder - Google Patents
Mehrgangnabe für FahrräderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Mehrgangnabe für Fahrräder gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Nabe mit der Möglichkeit, eine Vielzahl von Gangstufen
durch zwei nebeneinanderliegende Planetenradsätze zu erzeugen,
ist mit der DE 41 42 867 A1 bekannt geworden, wo ein Hohlrad ei
nes ersten Planetenradsatzes über einer in eine Drehrichtung
wirkende Kupplungseinrichtung mit einer Nabenhülse in Wirk
verbindung steht. Das in einem zweiten Planetenradsatz gewon
nene Übersetzungsverhältnis wird über einen abtreibenden
zweiten Planetenradträger dem ersten Planetenradträger zuge
führt und mit dem Übersetzungsverhältnis des ersten Planeten
radsatzes überlagert. Die Anordnung des ersten und des zweiten
Planetenradsatzes ist vorwiegend als Getriebe mit Vorgelege zu
betrachten, wo hingegen bei der vorliegenden vorgeschlagenen
Mehrgangnabe der erste und der zweite Planetenradsatz als
gleichwertig in bezug auf die Erzeugung von übersetzungsbil
denden Drehzahlen für je zwei Drehzahleingängen eines dritten
Planetenradsatzes zu betrachten sind. Dieser dritte Planeten
radsatz arbeitet sozusagen als Differenzialgetriebe, was be
sagen will, daß dieser dritte Planetenradsatz die Drehzahl des
ersten Hohlrades des ersten Planetenradsatzes und die Drehzahl
des zweiten Hohlrades des zweiten Planetenradsatzes über sein
drittes Hohlrad derart an die Nabenhülse weitergibt, daß ent
weder das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes schneller
als ein dritter Planetenradträger, der mit dem ersten Hohlrad
drehfest gekuppelt ist, dreht oder umgekehrt. Eine derart
aufgebaute Mehrgangnabe beinhaltet eine Vielzahl von Gangstu
fen, die durch den als Differenztialgetriebe wirkenden dritten
Planetenradsatz in beliebiger Spreizung je nach Anwendung der
Nabe an die Nabenhülse weitergegeben werden. Von besonderem
Vorteil erweisen sich hier Kupplungseinrichtungen, die in ei
ner Drehrichtung wirken und je einem Planetenradsatz beigeordnet
sind. In der erfinderischen Ausführung verbindet somit eine
erste Kupplungseinrichtung den ersten gemeinsamen Planeten
radträger mit dem ersten Hohlrad und eine zweite Kupplungs
einrichtung den ersten Planetenradträger mit dem zweiten
Hohlrad. Im Falle einer speziellen Schaltung kann mit Hilfe
wenigstens einer dieser beiden Kupplungseinrichtungen ein di
rekter Gang erzeugt werden; von größerem Interesse jedoch ist
hier die Möglichkeit, mit jeder dieser beiden Kupplungsein
richtungen jedem Planetenradsatz eine zusätzliche Gangstufe
beizuordnen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Nabe zu schaffen,
die eine Vielzahl von Gangstufen mit geringem Aufwand und
ausreichender Gangspreizung für jede Anwendung von Nabenge
trieben im Fahrrad erzeugt.
Die Lösung ist in den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 be
schrieben. Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu ent
nehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier mit Prinzipskiz
zen veranschaulichter Ausführungsbeispiele eines Nabenschalt
getriebes einer Mehrgangnabe erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Nabenschaltgetriebe mit einem ersten, zweiten
und dritten Planetenradsatz innerhalb einer Naben
hülse in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine Variante des Nabenschaltgetriebes gemäß Fig. 1
mit einer von dort verschiedenen Anordnung des
dritten Planetenradsatzes.
Gemäß Fig. 1 wird ein Nabenschaltgetriebe für eine Mehrgang
nabe für die Verwendung im Hinterrad eines Fahrrades be
schrieben. Mit 1 wird eine Nabenachse bezeichnet, über die das
Nabenschaltgetriebe mit dem Fahrradrahmen verbunden ist. Ein
Hebelkonus 2 ist drehfest und axial nicht verschiebbar auf der
Nabenachse 1 angeordnet, wobei ein Hebel 3 diese Drehfestig
keit noch durch eine Abstützung am Fahrradrahmen sicherstellt.
Auf der dem Hebelkonus 2 gegenüberliegenden Seite des Naben
schaltgetriebes ist ein Festkonus 6 starr angeordnet, der über
ein erstes Lager die Lagerbasis für einen Antreiber 7 bildet,
auf welchem ein Antriebsritzel 8 drehfest angeordnet ist. Ein
zweites Lager am größten Durchmesser dieses Antreibers 7 ver
bindet den Antreiber 7 mit einer Nabenhülse 9, die sich über
ein drittes Lager am Hebelkonus 2 abstützt. Der Antreiber 7
ist drehfest mit einem ersten Planetenradträger 18 verbunden,
auf dem ein erstes mehrstufiges Planetenrad 23 und ein zweites
mehrstufiges Planetenrad 27 drehbar angeordnet sind. Das erste
mehrstufige Planetenrad 23 gehört zu einem ersten Planeten
radsatz 20 mit einem ersten Hohlrad 11 und mit Sonnenrä
dern 34, 35 und 36. Das zweite mehrstufige Planetenrad 27 ge
hört zu einem zweiten Planetenradsatz 21 mit einem zweiten
Hohlrad 12 und mit Sonnenrädern 38 und 39.
Im Falle des gezeigten Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 ist
der erste mehrstufige Planetenradsatz 20 dreistufig und das
erste mehrstufige Planetenrad 23 umfaßt die Stufen 24, 25 und
26. Beim zweiten mehrstufigen Planetenradsatz 21 weist das
zweite mehrstufige Planetenrad 27 analog mindestens zwei Stu
fen 28 und 29 auf. Die um die Nabenachse 1 herum angeordneten
Sonnenräder 34, 35, 36, 38 und 39 sind über in einer Drehrichtung
wirkende Freiläufe 44, 45, 46, 48 und 49 mit der Nabenachse 1
verbindbar und lassen sich durch geeignete Steuereinrich
tungen 32 und 33 von außerhalb des Nabenschaltgetriebes ent
lang der Nabenachse 1 aussteuern, wobei sich verschiedene
Übersetzungsverhältnisse innerhalb des Nabenschaltgetriebes
erzielen lassen.
Die Fig. 2 stellt eine Variante zu dem Nabenschaltgetriebe
gemäß Fig. 1 dar. Teile und/oder Elemente dieses Nabenschalt
getriebes, die von denen des Nabenschaltgetriebes gemäß Fig. 1
verschieden sind, werden mit Positionsziffern vermehrt um
Hundert versehen, sofern sie einen Vergleich in Funktion oder
Aussehen zulassen.
Die Anordnung der Nabenachse 1, des Hebelkonus 2 mit dem He
bel 3, des Festkonus 6, des ersten mehrstufigen Planetenrad
satzes 23, des zweiten mehrstufigen Planetenradsatzes 27 sowie
der Sonnenräder 34, 35, 36, 38 und 39 mit ihren Freiläu
fen 44, 45, 46, 48 und 49 auf der Nabenachse 1 entsprechen der
zuvor beschriebenen Anordnung gemäß Fig. 1. Auch ist der An
treiber 7 über das erste Lager gegen den Festkonus 6 und über
das zweite Lager gegen eine modifizierte Nabenhülse 109 abge
stützt, die sich wiederum über das dritte Lager auf dem He
belkonus 2 abwälzt. Der Antreiber 7 ist drehfest mit einem
ersten Planetenradträger 118 verbunden, auf dem das erste
mehrstufige Planetenrad 23 und das zweite mehrstufige Pla
netenrad 27 drehbar angeordnet sind. Das erste mehrstufige
Planetenrad 23 gehört zu einem ersten Planetenradsatz 120 mit
einem ersten Hohlrad 111 und den Sonnenrädern 34, 35 und 36.
Das zweite mehrstufige Planetenrad 27 gehört zu einem zweiten
Planetenradsatz 121 mit einem zweiten Hohlrad 112 und mit
Sonnenrädern 38 und 39. Im Falle des gezeigten Ausführungs
beispiels gemäß Fig. 2 ist der erste mehrstufige Planetenrad
satz 120 dreistufig und das erste mehrstufige Planetenrad 23
umfaßt die Stufen 24, 25 und 26. Beim zweiten mehrstufigen
Planetenradsatz 121 weist das zweite mehrstufige Planeten
rad 27 analog mindestes zwei Stufen 28 und 29 auf.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Freiläufe 44, 45 und 46 der
Sonnenräder 34, 35 und 36 in der entgegengesetzten Drehrichtung
zu den Freiläufen 48 und 49 der Sonnenräder 38 und 39 ange
ordnet und zwar lassen sich die Sonnenräder 34, 35 und 36 auf
der Nabenachse 1 nach rückwärts und die Sonnenräder 38 und 39
nach vorwärts leer durchdrehen.
Wieder bezogen auf die Fig. 1 und 2 ist auf dem ersten
Planetenradträger 18, 118 axial gesehen auf beiden Seiten der
Planetenradsätze 20, 120 und 21, 121 je eine in einer Drehrich
tung wirkende Kupplungseinrichtung 16 und 17 angeordnet, wobei
die Kupplungseinrichtung 16 in Antriebsdrehrichtung und die
Kupplungseinrichtung 17 in Rückwärtsdrehrichtung mitnimmt. Die
antriebsseitige Kupplungseinrichtung 17 wirkt mit dem zweiten
Hohlrad 12, 112 zusammen und die hebelkonusseitige Kupplungs
einrichtung 16 wirkt mit einem zweiten Planetenradträ
ger 22, 122 zusammen, wobei diese entsprechend der Variante
gemäß Fig. 1 über eine Klauenkupplung 30 mit dem ersten Hohl
rad 11 in drehfester Verbindung steht. Bei der Variante gemäß
Fig. 2 wirkt der erste Planetenradträger 118 über die Kupp
lungseinrichtung 16 direkt mit dem ersten Hohlrad 111 zusam
men, das wiederum mit einem zweiten Planetenradträger 122
verbunden ist. Bezogen auf die Fig. 1 und 2 ist der zweite
Planetenradträger 22, 122 Bestandteil eines Differential-Pla
netenradsatzes 40, 140, der sich aus einem zumindest
einstufigen Differential-Planetenrad 41, 141, einem Differen
tial-Hohlrad 13, 113 und einem Differential-Sonnenrad 42, 142
zusammensetzt. Gemäß Fig. 1 wirkt das Differential-Hohlrad 13
über eine in Antriebsdrehrichtung greifende und in Rückwärts
drehrichtung leerlaufende Kupplungseinrichtung 14 mit der Na
benhülse 9 zusammen. Bei der Variante gemäß Fig. 2 steht das
Differential-Sonnenrad 142 über eine in Antriebsdrehrichtung
greifende und in Rückwärtsdrehrichtung leerlaufende Kupp
lungseinrichtung 114 mit der Nabenhülse 109 in Wirkverbindung.
Der erste Planetenradträger 18, 118 trägt an seinem
hebelkonusseitigen Ende eine Gewinde 10, auf welches ein
Bremskonus 5 beweglich aufgeschraubt ist. Das Gewinde 10 ist
als Rechtsgewinde mit steilverlaufenden Gewindegängen ausge
führt, so daß der durch eine hier nicht gezeigte Friktion in
der Drehwilligkeit eingeschränkte Bremskonus 5 bei Drehung
des ersten Planetenradträgers 18 in Antriebsdrehrichtung sich
zur Antriebsseite hin auf Block und beim Rückwärtsdrehen des
ersten Planetenradträgers 18 in Richtung Hebelkonus zu einer
Bremseinrichtung 19 hinbewegt. Zu dieser Bremseinrichtung 19
gehört ein Bremsmantel 4, der mehrteilig ausgeführt ist und
sich zur Erzeugung von Reibungskräften nach außen gegen die
Nabenhülse 9 spreizen läßt, wenn der Bremskonus 5 sich mit
seinen Schrägen unter den Bremsmantel 4 schiebt. Dieser stützt
sich am Hebelkonus 2 ab und überträgt diesem seine Drehkräfte
über eine Klauenkupplung 37, wobei diese Drehkräfte über den
Hebel 3 am Rahmen des Fahrrades abgestützt werden.
Die mit dem ersten Planetenradträger 18,118 in Verbindung
stehende Kupplungseinrichtung 16 ist durch eine Aushebevor
richtung 31 aussteuerbar, wobei diese Aussteuerbarkeit auto
matisch beim Rückwärtstreten arbeitet. Die Kupplungseinrich
tung 16 erzeugt im ersten Planetenradsatz 20, 120 für den Fall,
daß keines der Sonnenräder 34, 35 und 36 auf der Nabenachse
festgelegt wird, eine zusätzliche direkte Gangstufe ebenso wie
die Kupplungseinrichtung 17 am zweiten Planetenradsatz 21.
Zur Schaltung der einzelnen Gangstufen stehen für die manuelle
Steuerung von außerhalb durch den Fahrradfahrer die aushebba
ren Freiläufe 44, 45, 46, 48 und 49 sowie die aushebbare Kupp
lungseinrichtung 17 zur Verfügung. Beachtet man den ersten
Planetenradsatz 20, 120, dessen Aufgabe es ist, ein erstes
Hohlrad 11, 111 anzutreiben, so können die Freiläufe 44, 45 und
46 durch eine erste Steuervorrichtung 32 nacheinander ausge
hoben werden. Hebt man beispielsweise die Freiläufe 44 und 45
aus, so wirkt der erste Planetenradsatz 20, 120 über den Frei
lauf 46 über das Sonnenrad 36, über die dritte Stufe 26 des
ersten mehrstufigen Planetenrades 23 über die zweite Stufe 25
auf das erste Hohlrad 11, 111. Zieht man die erste Steuervor
richtung 32 zurück, so kann der Freilauf 45 eingreifen und das
Sonnenrad 35 gegen die Nabenachse 1 abstützen. Durch die ver
schiedenen Drehzahlen der Sonnenräder 35 und 36 wird in diesem
Falle der Drehzahl 0 am Sonnenrad 35 der Freilauf 46 überholt
und der Kraftfluß läuft über den Freilauf 45, das Sonnen
rad 35, die erste Stufe 25 des ersten mehrstufigen Planeten
rades 20 zum ersten Hohlrad 11, 111. Wird schließlich durch
weiteres Vorausziehen der ersten Steuervorrichtung 32 dem
Freilauf 44 die Möglichkeit des Abstützens an der Nabenhül
senachse 1 gegeben, so werden die beiden Freiläufe 45 und 46
überholt und das Sonnenrad 45 stützt sich an der Nabenachse 1
ab. Werden aber alle Freiläufe 44, 45 und 46 ausgehoben, so ist
es die Kupplungseinrichtung 16, die gegenüber dem ersten
Hohlrad 11, 111 in Antriebsrichtung wirksam wird, nachdem sie
in den drei vorherbeschriebenen Gangstufen überholt worden
war.
Wie aus dem vorbeschriebenen Ausführungen deutlich wird, kön
nen vier Gangstufen dadurch geschaltet werden, daß einmal alle
drei Freiläufe 44, 45 und 46 ausgehoben sind und dadurch ein
direkter Antrieb über die Kupplungseinrichtung 16 erfolgt,
dann die beiden Freiläufe 44 und 45, dann nur der Freilauf 44
und daß schließlich die Steuerung herausgenommen wird und dem
Freilauf 44 die Gelegenheit der Abstützung an der Nabenachse 1
gegeben wird, wodurch die Freiläufe 45 und 46 sowie die Kupp
lungseinrichtung 16 überholt werden.
Betrachtet man den zweiten Planetenradsatz 21, so stehen hier
zwei Freiläufe 48 und 49 und eine Kupplungseinrichtung 17 zu
Gebote. Anstatt beide Freiläufe 48 und 49 durch eine zweite
Steuervorrichtung 33 aussteuerbar zu machen, was man ohne
weiteres könnte, hat man sich in den Varianten gemäß den
Fig. 1 und 2 dafür entschieden, den Freilauf 49 und die Kupp
lungseinrichtung 17 aussteuerbar zu gestalten und den Frei
lauf 48 automatisch wirken zu lassen. Es ergeben sich damit
drei Gangstufen, deren Aufgabe es ist, ein zweites Hohl
rad 12, 112 anzutreiben, das starr mit einem Differential-Son
nenrad 42 verbunden ist. Ein direkter Gang wird durch Aufheben
der Aushebung an der Kupplungseinrichtung 17 erzielt, wobei
die Freiläufe 48 und 49 überholt werden. Der nächstschnellere
Gang ergibt sich durch Ausheben der Kupplungseinrichtung 17,
wobei der Freilauf 48 mitnimmt, und der Freilauf 49 ausgehoben
sein muß. Die schnellste Übersetzungsstufe wird erreicht, wenn
man die Aushebung des Freilaufes 49 aufhebt und diesen
zusätzlich mitnehmen läßt, wodurch der Freilauf 48 überholt
wird. Die Kupplungseinrichtung 17 muß ausgehoben bleiben.
Wie bereits erwähnt, sperren die Freiläufe 44, 45 und 46 sowie
die Kupplungseinrichtungen 14, 114 und 16 vom Antreiber 7 aus
betrachtet vorwärts, die Freiläufe 48 und 49 sowie die Kupp
lungseinrichtung 17 nach rückwärts.
Zur Erreichung der 4 mal 3, also insgesamt 12 Gangstufen, an
der Nabenhülse 9, 109 kommt es zur Zusammenführung des Kraft
flusses aus den beiden Planetenradsätzen 20, 120 und 21, 121 in
dem Differential-Planetenradsatz 40, 140.
Gemäß Fig. 1 wirkt als erster Getriebeausgang aus dem ersten
Planetenradsatz das erste Hohlrad 11 auf den zweiten Pla
netenradträger 22, wobei die Kupplungseinrichtung 16 ebenfalls
diesem Getriebeausgang zuzurechnen ist. Als zweiter Getriebe
ausgang ist das zweite Hohlrad 12 anzusehen, auf welches ana
log zum ersten Getriebeausgang auch die Kupplungseinrich
tung 17 wirkt. Da, wie beschrieben, das zweite Hohlrad 12 mit
dem Differential-Sonnenrad 42 starr verbunden ist, werden die
beiden Getriebeausgänge im Differential-Planetenradsatz 40
vereinigt und über das Differential-Planetenrad 41 mit dem
Differential-Hohlrad 13 über eine in Antriebsdrehrichtung
sperrende Kupplungseinrichtung 14 der Nabenhülse 9 gekoppelt.
Bei der zweiten Variante des Nabenschaltgetriebes gemäß Fig. 2
wirkt als erster Getriebeausgang aus dem ersten Planetenrad
satz 120 das erste Hohlrad 111 auf den zweiten Planetenrad
träger 122, wobei die Kupplungseinrichtung 16, deren An
triebsteil starr mit dem ersten Planetenradträger 118 verbun
den ist, ebenfalls diesem Getriebeausgang zuzurechnen ist, da
sie auf den zweiten Planetenradträger 122 wirkt.
Als zweiter Getriebeausgang ist das zweite Hohlrad 112 anzu
sehen, auf welches analog zum ersten Getriebeausgang auch die
Kupplungseinrichtung 17 wirkt. Das zweite Hohlrad 112 wirkt
mit dem Differential-Hohlrad 113 zusammen und das erste Hohl
rad 111 wirkt mit dem zweiten Planetenradträger 122 zusammen,
wodurch sich die beiden Getriebeausgänge im Differential-Pla
netenradsatz 140 über das Differential-Planetenrad 141 verei
nigen und der Kraftfluß an das Differential-Sonnenrad 142
weitergegeben wird, welches über eine in Antriebsdrehrichtung
sperrende Kupplungseinrichtung 114 mit der Nabenhülse 109 ge
koppelt ist.
Zur Beschreibung der Funktion und der Schaltbarkeit des vor
liegenden Nabenschaltgetriebes wird wegen der Vielzahl der
Gänge ein Schaltschema aufgestellt, das für beide Varianten
des erfindungsgemäßen Nabenschaltgetriebes gültig ist. Es wird
dort mit A die äußere Steuereinwirkung auf das Nabenschaltge
triebe bezeichnet, d. h. der betreffende Freilauf oder die Kupp
lungseinrichtung wird ausgehoben. Die sich daraus ergebende
Folge wird mit s und ü beschrieben, d. h. s bedeutet, daß die
Kupplungseinrichtung bzw. der Freilauf sperrt und ü bedeutet,
daß die Kupplungseinrichtung bzw. der Freilauf überholt wird.
Die Großbuchstaben bedeuten sozusagen die Ursache und die
Kleinbuchstaben die Wirkung.
Die erste Gangstufe wird beispielsweise durch Ausheben der
Freiläufe 44, 45 und 46 sowie der Kupplungseinrichtung 17 er
reicht, wodurch der erste Planetenradträger 18, 118 durch die
Kupplungseinrichtung 16 direkt unter Umgehung des ersten Pla
netenradsatzes 20, 120 mit dem ersten Hohlrad 11, 111 verbunden
ist, während der Freilauf 49 sperrt und das Sonnenrad 38 für
den zweiten Planetenradsatz 21, 121 aktiviert. Der Freilauf 48
läuft leer schneller nach vorwärts durch. Der zweite Pla
netenradträger 22 läuft gemäß Fig. 1 mit Antriebsdrehzahl um,
während das Differential-Sonnenrad 42 mit der höchsten
Übersetzung ins Schnelle umläuft. Dies führt innerhalb des
Differential-Planetenradsatzes 40 zum relativen Zurückbleiben
der Drehzahl des Differential-Hohlrades 13, wodurch die Na
benhülse 9, angetrieben über die Kupplungseinrichtung 14, mit
ihrer langsamsten Drehzahl umläuft, wodurch eine Berggangstufe
mit der höchsten Übersetzung erreicht wird.
Die zweite Gangstufe wechselt die Kraftübertragung vom Frei
lauf 49 auf den automatisch wirkenden Freilauf 48 durch Aus
heben des Freilaufs 49. Die Übersetzung im zweiten Planeten
radsatz 21 wird geringer, das zweite Hohlrad 12 und das Dif
ferential-Sonnenrad 42 laufen langsamer um, wodurch das Dif
ferential-Hohlrad 13 und somit die Nabenhülse 9 bei gleich
bleibender Drehzahl des zweiten Planetenradträgers 21 ent
sprechend schneller umläuft.
Die dritte Gangstufe wird durch Aufheben der Aushebung an der
Kupplungseinrichtung 17 erreicht, wodurch das zweite Hohl
rad 12 direkt mit der gegenüber den beiden vorherbeschriebenen
Drehzahlen langsameren Antriebsdrehzahl angetrieben wird. Da
die Kupplungseinrichtung 16 ebenfalls sperrt und den zweiten
Planetenradträger 22 auf Antriebsdrehzahl bringt, laufen also
das Differential-Sonnenrad 42 und das Differential-Hohlrad 13
ebenfalls mit Antriebsdrehzahl um. Die Differential-Planeten
räder 41 drehen sich relativ zum Differential-Sonnenrad 42 und
zum Differential-Hohlrad 13 nicht. Die Nabenhülse 9 wird somit
mit Antriebsdrehzahl mitgenommen, was einem Direktgang ent
spricht.
Die vierte Gangstufe wird dadurch hergestellt, daß gegenüber
der dritten in dem zweiten Planetenradsatz 21 die Aushebung
des schaltbaren Freilaufs 49 aufgehoben wird, falls der von
der zweiten Gangstufe her noch wirksam gewesen sein sollte.
Ebenso wird die Aushebung im Freilauf 44 des ersten Planeten
rads 20 aufgehoben, wodurch dieser sperrt und die Freiläufe 45
und 46 zum Überholen zwingt, ob sie nun ausgehoben sind oder
nicht. Um den zweiten Planetenradsatz 21 die Möglichkeit zur
Übersetzungsbildung zu geben, wird schließlich die Kupplungs
einrichtung 17 ausgehoben. Zur Bildung der Drehzahl der Na
benhülse 9 dreht das Differential-Sonnenrad 41 wieder mit
höchster Übersetzung und der zweite Planetenradträger 18 in
der für den ersten Planetenradsatz 20 langsamsten Drehzahl,
jedoch schneller als im direkten Gang, wenn die Kupplungsein
richtung 16 sperrt.
Das Prinzip der Gangstufenbildung ist mit der Beschreibung der
ersten vier Gangstufen ausreichend genau beschrieben und es
genügt, nur noch die zwölfte Gangstufe zu erwähnen, die da
durch entsteht, daß zur Erreichung der höchsten Schnellgang
übersetzung das Differential-Sonnenrad 42 möglichst langsam
und der zweite Planetenradträger 18 möglichst schnell dreht.
Erreicht wird die langsamste Gangstellung für das Differenti
al-Sonnenrad 42 durch die Aufhebung der Aushebung für die
Kupplungseinrichtung 17, wodurch das Differential-Sonnenrad 42
in Antriebsdrehzahl umläuft. Die höchste Drehzahl des zweiten
Planetenradträgers 18 durch den ersten Planetenradsatz 20 wird
durch die Aufhebung der Aushebung des Freilaufes 46 erreicht.
Die Freiläufe 44 und 45 müssen für die Sperrung des Freilau
fes 46 ausgehoben sein. Die Kupplungseinrichtung 16 wird dabei
überholt. Das Differential-Hohlrad 13 und somit die Nabenhül
se 9 erreichen ihr höchstes Übersetzungsverhältnis gegenüber
dem mit Antriebsdrehzahl umlaufenden ersten Planetenradträ
ger 18 mit seinem Antreiber 7.
Für das Nabenschaltgetriebe gemäß Fig. 2 gilt für die Gang
stufenbildung das für das Nabenschaltgetriebe gemäß Fig. 1
Gesagte im Hinblick auf die Schaltfolge nach dem Schaltschema.
Die Wirkung auf die Nabenhülse 109 über die Kupplungseinrich
tung 114 ist jedoch je nach Auslegung mehr oder weniger ver
schieden, wobei die Spreizung und die Gangsprünge unter
schiedlich ausfallen können. Im wesentlichen liegt der Unter
schied darin begründet, daß zwar noch der zweite Planetenrad
träger 22/122 vom ersten Planetenradsatz 20/120 angetrieben
wird, daß aber der Krafteinleitung hier vom zweiten
Planetenradsatz 21 auf das Differential-Sonnenrad 42 und dort
die Krafteinleitung vom zweiten Planetenradsatz 121 auf das
Differential-Hohlrad 113 gegenübersteht, was zur Folge hat,
daß hier die Nabenhülse 9 vom Differential-Hohlrad 13 über die
Kupplungseinrichtung 14 und dort die Nabenhülse 109 vom
Differential-Sonnenrad 142 über die Kupplungseinrichtung 114
angetrieben wird. Soll nun ein Berggang geschaltet werden, so
muß der zweite Planetenradträger 122 möglichst langsam und das
Differential-Hohlrad 113 möglichst schnell laufen. Wie der
Vergleich mit dem Berggang der Variante gemäß Fig. 1 zeigt,
kommt die schnelle Drehzahl aus dem zweiten Planetenrad
satz 121 und die langsame Drehzahl aus dem ersten Planeten
radsatz 120. Das Differential-Sonnenrad 142 läuft langsam um
und teilt diese Drehzahl der Nabenhülse 109 mit. Analog
schalten sich die einzelnen Gangstufen ohne Änderung gemäß dem
Schaltschema, das für die Variante gemäß Fig. 1 gilt, wie be
schrieben wurde.
Die Betätigung der Bremse erfolgt durch Rückwärtstreten und
dadurch Rückwärtsdrehen des Antriebsritzels 8 auf dem Antrei
ber 7 des ersten Planetenradträgers 18, 118 und schließlich des
Gewindes 10, das drehfest mit dem ersten Planetenradträ
ger 18, 118 verbunden ist. Der durch eine hier nicht gezeigte
Funktionseinrichtung in seiner Drehfähigkeit eingeschränkte
Bremskonus schraubt sich in Richtung Bremsmantel 4 und spreizt
diesen nach außen gegen die Nabenhülse 9, 109, wodurch die
Bremsung eingeleitet wird. Die Bremsmomente werden über die
Klauenkupplung 37 auf den Fahrradrahmen über den Hebelkonus 2
und den Hebel 3 geleitet. Die Kupplungseinrichtung 16 ist mit
einer Aushebevorrichtung 31 versehen, die den möglichen
Kraftfluß in Antriebsdrehrichtung unterbricht, wenn der
Bremskonus sich in axialer Richtung bewegt, um sicherzustel
len, daß für das Lösen der Bremse ausreichend Leerlauf-Dreh
winkel in Antriebsrichtung bleibt.
Claims (19)
1. Mehrgang-Antriebsnabe für Fahrräder umfassend:
- - eine an einem Fahrradrahmen drehfest anbringbare Naben achse (1);
- - einen an der Nabenachse (1) drehfest angeordneten Fest konus (6);
- - einen an der Nabenachse (1) angeordneten Hebelkonus (2), der über einen Hebel (3) mit dem Fahrradrahmen drehfest verbunden ist;
- - einen an der Nabenachse (1) drehbar gelagerten Antrei ber (7) mit einem Antriebsritzel (8);
- - eine zur Nabenachse (1) konzentrisch auf dem Antrei ber (7) und dem Hebelkonus (2) gelagerte und ein Naben schaltgetriebe umgreifende Nabenhülse (9);
- - eine Bremseinrichtung (19), umfassend einen Bremsman tel (4) und einen Bremskonus (5);
- - ein Nabenschaltgetriebe, bestehend aus einem ersten Pla netenradsatz (20) mit mindestens einer Stufe und einem zweiten Planetenradsatz (21) mit mindestens einer Stufe, als Teile dieses Nabenschaltgetriebes, umfassend
- - einen ersten an der Nabenachse (1) drehbar gelagerten Planetenradträger (18);
- - ein erstes am ersten Planetenradträger (18) drehbar gelagertes mehrstufiges Planetenrad (23);
- - ein zweites am ersten Planetenradträger (18) drehbar gelagertes mehrstufiges Planetenrad (27);
- - jeweils ein den einzelnen Stufen (24, 25, 26) des ersten mehrstufigen Planetenrades (23) zugeordnetes und mit diesen Stufen kämmendes Sonnenrad (34, 35, 36), welches auf der Nabenachse (1) drehbar gelagert ist und in einer jeweiligen axialen Zuschaltposition durch einen Freilauf (44, 45, 46) wahlweise mit der Nabenachse (1) drehfest verbindbar ist;
- - jeweils ein den einzelnen Stufen (28, 29) des zweiten mehrstufigen Planetenrades (27) zugeordnetes und mit diesen Stufen kämmendes Sonnenrad (38, 39), welches auf der Nabenachse (1) drehbar gelagert ist und in einer jeweiligen axialen Zuschaltposition wahlweise mit der Nabenachse (1) drehfest verbindbar ist;
- - ein innerhalb der Nabenhülse (9) konzentrisch um die Nabenachse (1) drehbar gelagertes erstes Hohlrad (11), welches mit einer der Stufen (24, 25 oder 26) des ersten mehrstufigen Planetenrades (23) kämmt;
- - eine innerhalb der Nabenhülse (9) konzentrisch um die Nabenachse (1) drehbar gelagertes zweites Hohl rad (12), welches mit einer der Stufen (28 oder 29) des mehrstufigen Planetenrades (27) kämmt;
dadurch gekennzeichnet, daß ein Differential-Planeten
radsatz (40) mit mindestens einer Stufe im Nabenschalt
getriebe innerhalb der Nabenhülse (9) angeordnet ist,
dessen zweiter Planetenradträger (22) mit dem ersten
Hohlrad (11), dessen Differential-Hohlrad (13) mit der
Nabenhülse (9) und dessen Differential-Sonnenrad mit dem
zweiten Hohlrad (12) zusammenwirkt.
2. Antriebsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Differential-Hohlrad (13) über eine in einer Dreh
richtung wirkende Kupplungseinrichtung (14) mit der Na
benhülse (9) in Wirkverbindung steht.
3. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Hohlrad (12) mit dem Dif
ferential-Sonnenrad (42) des Differential-Planetenrad
satzes (40) eine Baueinheit bildet.
4. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der zweite Planetenradträger (22) bei
spielsweise über eine Klauenkupplung (30) dauernd mit dem
zweiten Hohlrad (11) verbunden ist.
5. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der zweite Planetenradträger (22) über
eine in Drehrichtung einseitig wirkende Kupplungs
einrichtung (16) mit dem ersten Planetenradträger (18) in
Wirkverbindung steht.
6. Antriebsnabe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kupplungseinrichtung (16) beim Rückwärtstreten
während der Zeit des Bremsbetriebes aussteuerbar ist.
7. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der erste Planetenradträger (18) und
der Antreiber (7) drehfest miteinander verbunden sind.
8. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge
kennzeichnet, daß das zweite Hohlrad (12) über eine in
einer Drehrichtung wirkende Kupplungseinrichtung (17) mit
dem ersten Planetenradträger (18) verbunden ist.
9. Antriebsnabe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kupplungseinrichtung (17) aussteuerbar ist.
10. Mehrgang-Antriebsnabe für Fahrräder umfassend:
- - eine an einem Fahrradrahmen drehfest anbringbare Nabenachse (1);
- - einen an der Nabenachse (1) drehfest angeordneten Fest konus (6);
- - einen an der Nabenachse (1) angeordneten Hebelkonus (2), der über einen Hebel (3) mit dem Fahrradrahmen drehfest verbunden ist;
- - einen an der Nabenachse (1) drehbar gelagerten Antrei ber (7) mit einem Antriebsritzel (8);
- - eine zur Nabenachse (1) konzentrisch auf dem Antrei ber (7) und dem Hebelkonus (2) gelagerte und ein Naben schaltgetriebe umgreifende Nabenhülse (109);
- - eine Bremseinrichtung (19), umfassend einen Bremsman tel (4) und einen Bremskonus (5);
- - ein Nabenschaltgetriebe, bestehend aus einem ersten Pla netenradsatz (120) mit mindestens einer Stufe und einem zweiten Planetenradsatz (121) mit mindestens einer Stufe, als Teile dieses Nabenschaltgetriebes, umfassend
- - einen ersten an der Nabenachse (1) drehbar gelagerten Planetenradträger (118);
- - ein erstes am ersten Planetenradträger (118) drehbar gelagertes mehrstufiges Planetenrad (23);
- - ein zweites am ersten Planetenradträger (118) drehbar gelagertes mehrstufiges Planetenrad (27);
- - jeweils ein den einzelnen Stufen (24, 25, 26) des ersten mehrstufigen Planetenrades (23) zugeordnetes und mit diesen Stufen kämmendes Sonnenrad (34, 35, 36), welches auf der Nabenachse (1) drehbar gelagert ist und in einer jeweiligen axialen Zuschaltposition durch einen Freilauf (44, 45, 46) wahlweise mit der Nabenachse (1) drehfest verbindbar ist;
- - jeweils ein den einzelnen Stufen (28, 29) des zweiten mehrstufigen Planetenrades (27) zugeordnetes und mit diesen Stufen kämmendes Sonnenrad (38, 39), welches auf der Nabenachse (1) drehbar gelagert ist und in einer jeweiligen axialen Zuschaltposition wahlweise mit der Nabenachse (1) drehfest verbindbar ist;
- - ein innerhalb der Nabenhülse (109) konzentrisch um die Nabenachse (1) drehbar gelagertes erstes Hohl rad (111), welches mit einer der Stufen (24, 25 oder 26) des ersten mehrstufigen Planetenrades (23) kämmt;
- - ein innerhalb der Nabenhülse (109) konzentrisch um die Nabenachse (1) drehbar gelagertes zweites Hohl rad (112), welches mit einer der Stufen (28 oder 29) des mehrstufigen Planetenrades (27) kämmt;
dadurch gekennzeichnet, daß ein Differential-Planetenrad
satz (140) mit mindestens einer Stufe im Nabenschaltge
triebe innerhalb der Nabenhülse (109) angeordnet ist,
dessen zweiter Planetenradträger (122) mit dem ersten
Hohlrad (111), dessen Differential-Sonnenrad (142) mit
der Nabenhülse (109) und dessen Differential-Hohl
rad (113) mit dem zweiten Hohlrad (112) zusammenwirkt.
11. Antriebsnabe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Differential-Sonnenrad (142) über eine in einer
Drehrichtung wirkende Kupplungseinrichtung (114) mit der
Nabenhülse (109) in Wirkverbindung steht.
12. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Hohlrad (111) mit dem
zweiten Planetenradträger (122) des Differential-Pla
netenradsatzes (140) eine Baueinheit bildet.
13. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite Planetenradträger (122)
über eine in Drehrichtung einseitig wirkende Kupplungs
einrichtung (16) mit dem ersten Planetenradträger (118)
in Wirkverbindung steht.
14. Antriebsnabe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplungseinrichtung (16) beim Rückwärtstreten
während der Zeit des Bremsbetriebes aussteuerbar ist.
15. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 10-14, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Planetenradträger (118) und
der Antreiber (7) drehfest miteinander verbunden sind.
16. Antriebsnabe nach einem der Ansprüche 10-15, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Hohlrad (112) über eine in
einer Drehrichtung wirkende Kupplungseinrichtung (17) mit
dem ersten Planetenradträger (118) verbunden ist.
17. Antriebsnabe nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (17) aus
steuerbar ist.
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