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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fahrradgetriebe und genauer
auf ein inneres Fahrradgetriebe, welches eine Rücktrittbremseinheit aufweist.
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Ein
innenmontiertes Fahrradgetriebe, welches eine Rücktrittbremseinheit aufweist,
ist in der
US-Patentschrift 3,937,309 offenbart.
Diese innere Nabe weist eine Nabenachse, ein Antriebselement, welches
drehbar um die Nabenachse montiert ist, ein Nabengehäuse, welches
drehbar um die Nabenachse montiert ist und einen Planetengetriebemechanismus,
der zwischen dem Antriebselement und dem Nabengehäuse gekoppelt
ist, um Drehkraft vom Antriebselement auf das Nabengehäuse über vielfache Rotationskraftübertragungswege
zu übertragen,
auf.
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Der
Planetengetriebemechanismus weist ein Planetenrad auf, welches von
einem Planetenradträger
zur Drehung um die Nabenachse gelagert ist, sowie ein Hohlrad, welches
mit dem Planetenrad ineinander greift auf. Das Getriebe weist drei
Gänge auf, die
von der axialen Lage einer Kupplungseinheit, die mit einem Antriebselement
gekoppelt ist, abhängen.
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Solche
Getriebe weisen gewöhnlich
eine Rücktrittbremseinheit
auf, wobei die Rückwärtsdrehkraft
des Antriebselements bewirkt, dass sich ein Bremskonus, der am Radträger vorgesehen
ist, in der axialen Richtung bewegt. Diese Bewegung des Bremskonus
in axialer Richtung bewirkt, dass sich ein Bremsschuh ausdehnt,
wodurch eine Bremswirkung erzeugt wird. Unglücklicherweise muss die Drehkraft
vom Antriebselement durch den gleichen Kraftübertragungsweg, der für die Vorwärtsdrehung des
Antriebselements verwendet wird, verlaufen. Daher wird für eine vorgegebene
Kraft, die auf die Pedale in der Bremsrichtung aufgebracht wird,
eine unterschiedliche Bremskraft auf das Rad aufgebracht, welche
von dem Übertragungspfad,
der in dem Moment des Bremsens ausgewählt ist, abhängt. Als
Folge kann die Bremskraft, die auf das Rad aufgebracht wird, unterschiedlich
von dem sein, was der Fahrer beabsichtigte und kann unzureichend
oder zu hoch sein.
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Das
US-Patent Nr. US 4,240,533 offenbart ein
Getriebe mit einer Rücktrittbremse,
welches einen Wechselmechanismus aufweist, der bewirkt, dass eine
Drehkraft in Rückwärtsrichtung,
die durch Rückwärtstreten
des Fahrrades erzeugt wird, auf ein Hohlrad übertragen wird, unabhängig davon,
welcher Gang im Moment des Bremsens ausgewählt ist.
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Das
Europäische
Patent
EP 0 795 461 ,
welches den nächstgelegenen
Stand der Technik darstellt, offenbart ein Nabengetriebe mit einer
Rücktrittbremse.
Die Nabe weist einen Planetenradmechanismus auf, wobei ein Planetenrad
und ein Hohlrad wechselweise abhängig
von der Position einer beweglichen Kupplung in Eingriff stehen.
Die bewegliche Kupplung ist mit Eingriffsmitteln versehen, welche
wahlweise in den Planetenradträger
oder das Hohlrad eingreifen, um ein Schalten zwischen drei Gängen zu
ermöglichen.
Eine Zwangsbewegungseinrichtung ist vorgesehen, um die Kupplung
vom Eingriff mit dem Planetenradträger in Eingriff mit dem Hohlrad
zu bringen, wenn eine Rückwärtstretkraft
auf das Antriebselement aufgebracht wird, das heißt, wenn
Bremskraft aufgebracht wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Nabengetriebe zur Verfügung mit
einer Rücktrittsbremse, wie
sie in Anspruch 1 und 18 definiert ist. Mit der Rücktrittbremseinheit
ist die Bremskraft, die auf die Räder aufgebracht wird, die gleiche, unabhängig von dem
ausgewählten Übertragungspfad.
Das Nabengetriebe weist eine Nabenachse auf, ein Antriebselement,
welches drehbar um die Nabenachse montiert ist, ein Nabengehäuse, welches
drehbar um die Nabenachse montiert ist, und einen Planetengetriebemechanismus,
der zwischen dem Antriebselement und dem Nabengehäuse angeordnet
ist, um Drehkraft vom Antriebselement auf das Nabengehäuse über vielfache
Rotationskraftübertragungspfade
zu übertragen.
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Der
Planetengetriebemechanismus weist ein Planetenrad, welches von einem
Planetenradträger zur
Drehung um die Nabenachse gelagert ist und ein Hohlrad, welches
in das Planetenrad eingreift, auf. Der Radträger weist wenigstens eine Vertiefung,
welche in einer Umfangsrichtung desselben ausgebildet ist, auf,
und das Hohlrad weist wenigstens eine Kerbverzahnung, welche in
einer Umfangsrichtung desselben ausgebildet ist, auf. Eine Kupplung
mit Eingriffsmitteln ist in einer axialen Richtung der Achse zwischen
einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich. Die
Eingriffsmittel greifen mit wenigstens einer Vertiefung im Radträger zur Übertragung
von Vorwärtsdrehkraft
auf den Radträger
ineinander, wenn die Kupplung in der ersten Position angeordnet
ist und greifen mit wenigstens einer Kerbverzahnung im Hohlrad ein,
um Vorwärtsdrehkraft auf
das Hohlrad zu übertragen,
wenn die Kupplung in der zweiten Position angeordnet ist. Ein Zwangsbewegungsmittel
zwingt die Kupplung, mit wenigstens einer der Kerbverzahnungen einzugreifen,
wenn Rückwärtsdrehkraft
auf das Antriebselement aufgebracht wird.
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Die
Vertiefung ist vorzugsweise durch eine Seitenfläche und eine Bodenfläche definiert,
welche in einem ringförmigen
Bereich des Drahtträgers
ausgebildet sind. Die Zwangsbewegungsmittel weisen eine Führungsfläche auf,
um die Eingriffsmittel zu berühren
und die Kupplung in Eingriff mit wenigstens einer Kerbverzahnung
zu bringen, wenn Rückwärtsdrehkraft
auf das Antriebselement aufgebracht wird. Als Folge wird Rückwärtsdrehkraft
immer direkt auf das Hohlrad aufgebracht, um die gleiche Bremskraft auf
die Rücktrittbremse
aufzubringen, unabhängig von
dem ausgewählten Übertragungspfad.
Mit einer speziellen Ausführungsform
der Vertiefungen und Kerbverzahnungen wird die Phasenanpassung der Vertiefungen
und Kerbverzahnungen verbessert. Als Folge wird der Bremswinkel,
der zu der Menge an Drehkraft der Kupplung während der Bremsbetätigung korrespondiert,
vorteilhaft reduziert.
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Weitere
Gegenstände
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen deutlich, bei denen:
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1 eine
teilweise Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines innenmontierten
Fahrradgetriebes ist, welches eine Rücktrittbremseinheit aufweist;
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2 eine
schematische Darstellung des in 1 gezeigten
Getriebes in einem hohen Gang;
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3 eine
schematische Darstellung des in 1 gezeigten
Getriebes in einem mittleren Gang;
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4 ist
eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten
Getriebes in einem niedrigen Gang;
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5 ist
ein Diagramm einer herkömmlichen Anordnung,
die die Lage der Eingriffsmittel einer Kupplung bezüglich einer
Vertiefung, die in dem Radträger
ausgebildet ist und einer Kerbverzahnung, die in dem Hohlrad ausgebildet
ist, zeigt, wenn das Getriebe in einem hohen Gang ist;
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6 ist
ein Diagramm der herkömmlichen Anordnung
aus 5, welches die Lage der Eingriffsmittel einer
Kupplung bezüglich
einer Vertiefung, die in dem Radträger ausgebildet ist, und einer
Kerbverzahnung, die in einem Hohlrad ausgebildet ist, zeigt, wenn
das Getriebe in einem mittleren Gang ist;
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7 ist
ein Diagramm der herkömmlichen Anordnung
aus 5, welches die Lage der Eingriffsmittel einer
Kupplung bezüglich
einer Vertiefung, die in dem Radträger ausgebildet ist, und einer
Kerbverzahnung, die in einem Hohlrad ausgebildet ist, zeigt, wenn
die Kupplung in einem niedrigen Gang ist;
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8 ist
eine Querschnittsseitenansicht eines Radträgers, der in dem in 1 gezeigten
Getriebe verwendet wird;
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9 ist
eine ebene Ansicht des in 8 gezeigten
Radträgers;
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10 ist
eine Querschnittsseitenansicht eines Hohlrads, welches in dem in 1 gezeigten Getriebe
dargestellt ist;
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11 ist
eine ebene Ansicht des in 10 gezeigten
Hohlrads;
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12 ist
eine Querschnittsseitenansicht eines Kupplungsgehäuses, welches
in dem in 1 gezeigten Getriebe verwendet
wird;
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13 ist
eine ebene Ansicht des in 12 gezeigten
Kupplungsgehäuses;
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14 bis 17 zeigen
eine Abfolge von Bewegungen einer Eingriffskomponente von einer Vertiefung
zu einer Kerbverzahnung während
einer Bremsbetätigung,
wenn die Phasenbeziehung am Anfang ungünstig ist.
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18 zeigt
die Bewegung einer Eingriffskomponente von einer Vertiefung zu einer
Kerbverzahnung während
einer Bremsbetätigung,
wenn die Anfangsphasenbeziehung günstig ist;
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19 zeigt
Messergebnisse des Bremswinkels mit einer Ausgestaltung der Vertiefungen
und Kerbverzahnung nach dem Stand der Technik, verglichen mit einer
Ausgestaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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20 zeigt
eine weitere bevorzugte Form der Führungsfläche, um die Eingriffsmittel
in Eingriff mit einer Kerbverzahnung zu bringen.
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1 ist
eine teilweise Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen innenmontierten
Fahrradgetriebes mit einer Rücktrittbremseinheit.
Das Getriebe 1 weist eine Nabenachse 2 auf, die
an dem Fahrradrahmen befestigt ist und eine Achse X aufweist; ein
Antriebselement 3 und ein Nabengehäuse 4 werden von der
Nabenachse 2 so gelagert, dass sie sich um die Achse X
drehen können;
ein Planetengetriebemechanismus 5, der Kraft zwischen dem
Antriebselement und dem Nabengehäuse 4 überträgt; ein
Kupplungskörper 6,
der wahlweise den Kraftübertragungspfad
zwischen dem Antriebselement 3 und dem Nabengehäuse 4 durch
den Planetengetriebemechanismus 5 schaltet; und eine Rollenbremse 8,
die für
sich genommen als Rücktrittbremseinheit
bekannt ist.
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Das
Antriebselement 3, welches als Eingangskomponente für dieses
innere Getriebe 1 arbeitet, weist an seiner äußeren Umfangsoberfläche ein
Kettenrad 31 auf, dass die durch eine Kette übertragene
Kraft aufnimmt. Weiterhin ist das innere Nabengetriebe 1 mit
einem ersten Kugellagermechanismus 11 ausgestattet, der
einen äußeren Laufring 32 aufweist,
welcher um die innere Umfangsoberfläche des Antriebselements 3 zwischen
dem Antriebselement 3 und der Nabenachse 2 aufweist,
einen inneren Laufring 21, welcher in der Nabenachse 2 ausgebildet
ist, und Kugeln 12, die zwischen den beiden Laufringen
ausgebildet sind.
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Das
Nabengehäuse 4,
welches als Ausgangskomponente für
dieses innere Nabengetriebe arbeitet, weist um seine äußere Umfangsoberfläche ein
Paar Nabenflansche 41 auf, die verwendet werden, um die
Speichen (nicht gezeigt) eines Fahrradrades zu verbinden. Ferner
ist das innere Nabengetriebe 1 mit einem zweiten Kugellagermechanismus 13 versehen,
der einen äußeren Laufring 43,
welcher um die innere Oberfläche
des Nabengehäuses 4 zwischen
dem Nabengehäuse 4 und
dem Antriebselement 3 angeordnet ist, einen inneren Laufring 33, welcher
um die äußere Umfangsoberfläche des
Antriebselements 3 gebildet ist, und Kugeln 14,
die zwischen diesen beiden Laufringen angeordnet sind. Ein ähnlicher
dritter Kugellagermechanismus 15 ist zwischen dem Nabengehäuse 4 und
einem Bremsarm 80, der an der Nabenachse 2 befestigt
ist, vorgesehen.
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Der
Planetengetriebemechanismus 5 wird aus einem Sonnenblatt 51,
welches um die äußere Umfangsoberfläche der
Nabenachse gebildet ist, ausgebildet, drei Planetenrädern 53,
die in Umfangsrichtung so angeordnet sind, dass sie mit diesem Sonnenrad 51 ineinander
greifen, ein zylindrischer Radträger 52,
der eine Radwelle 55 verwendet, um drehbar diese Planetenräder 53 zu
lagern und ein Hohlrad 54, das mit diesen Planetenrädern 53 ineinander
greift. Die Einzelheiten des Radträgers 52 sind in den 8 und 9 gezeigt.
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Das
Hohlrad 54 ist so aufgebaut, dass es sich entlang der Achse
X bewegen kann und. wird durch eine Spiralfeder 56 in Richtung
des Radträgers 52 gedrängt. Einzelheiten
einer Ausführungsform des
Hohlrads 54 sind in den 10 und 11 gezeigt.
Ein Ende des Hohlrads 54 ist mit einer Sperrklinkenkupplung 16 ausgestattet,
die als Einwegkupplung arbeitet, die Drehung in der Antriebsrichtung
des Fahrrades überträgt. Diese
Sperrklinkenkupplung 16 ist selbst bekannt und ist aus
einer schwingenden Sperrklinke 16 gebildet, die mit einer Ratsche 44,
die um die innere Umfangsoberfläche des
Nabengehäuses 4 gebildet
ist, ineinander greift, einem Trägerstift 16b,
der diese Schwenkstange 16a schwenkbar an dem Hohlrad 54 befestigt
und einer Sperrklinkenfeder 16c, die diese schwingende
Sperrklinke 16a in die Eingriffsrichtung drängt.
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Eine
Rollenkupplung 17, die als Einwegkupplung arbeitet, die
Drehung in der Antriebsrichtung des Fahrrades überträgt, ist zwischen dem Radträger 52 und
dem Nabengehäuse 4 angeordnet.
Mit anderen Worten verläuft
die Kraftübertragung
vom Planetengetriebemechanismus 5 auf das Nabengehäuse 4 über zwei
Pfade, nämlich
einen Übertragungspfad
vom Hohlrad 54 auf das Nabengehäuse 4 über die
Sperrklinkenkupplung 16 und einen Übertragungspfad vom Hohlrad 52 auf
das Nabengehäuse 4 über die
Rollenkupplung 17.
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Das
Schalten zwischen den oben erwähnten zwei Übertragungspfaden
wird durch das Kupplungsgehäuse 6 durchgeführt. Das
Kupplungsgehäuse 6 kann
in einer ersten Position, einer mittleren Position und einer zweiten
Position in Richtung der Achse X festgelegt werden, wobei ein Kupplungsbetätiger 9 verwendet
wird, der mit einer Schalteinheit über ein Schaltkabel (nicht
gezeigt) verbunden ist. Dabei ist der Kupplungskörper 6 in der Lage,
sich entlang der Achse X zu bewegen und sich auf der Nabenachse 2 zu
drehen. Das Kupplungsgehäuse 6 weist
in dieser Ausführungsform
ein erstes Kupplungselement 60 und ein zweites Kupplungselement 65,
wie in den 12 und 13 gezeigt,
auf.
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Damit
die beiden Elemente so verbunden werden können, dass eine Drehmomentübertragung möglich ist,
ist eine innere Keilnutkomponente 61 an einem Ende des
ersten Kupplungselements 60 vorgesehen, eine äußere Keilnutkomponente 66 ist
an einem Ende des zweiten Kupplungselementes 66 vorgesehen
und der Eingriff dieser Keilnutkomponenten 61 und 66 integriert
die beiden Elemente 60 und 65 so, dass eine Drehmomentübertragung
möglich ist.
Das andere Ende des ersten Kupplungselements 60 ist mit
einer äußeren Keilnutkomponente 62 versehen,
die mit einer inneren Keilnutkomponente 34, die um die
innere Umfangsoberfläche
des Antriebselements 3 gebildet ist, eingreift.
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Als
Folge dreht sich das erste Kupplungselement 60 gemeinsam
mit dem Antriebselement 3 und kann in Richtung der Achse
X bezüglich
des Antriebselements 3 gleiten.
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Eine
Stufe 68, die mit der schwingenden Sperrklinke 16a zusammenwirkt,
ist um die äußere Umfangsoberfläche des
zweiten Kupplungselements 65 vorgesehen. Diese Stufe 68 wirkt
auf die schwingende Sperrklinke 16a und schlägt sie nieder,
wenn das Kupplungsgehäuse 6 sich
nach rechts von der ersten Position bewegt und die mittlere Position
erreicht, was die schwingende Sperrklinke 16a und die Ratsche 44 löst. Die
Form dieser Stufe 68 ist so gestaltet, dass die Stufe 68 auf
die schwingende Sperrklinke 16a innerhalb des Bewegungsbereiches
des Kupplungskörpers 6 von
der mittleren Position zur zweiten Position wirkt und die schwingende
Sperrklinke 16a niedergedrückt hält.
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Die
Kupplung 6 greift wahlweise mit dem Radträger 52 über Vertiefungen 70 oder
mit dem Hohlrad 54 über
Kerbverzahnungen 54a ein. Zu diesem Zweck ist die Kupplung 6 mit
Eingriffsmitteln ausgestattet. In der in den 12 und 13 gezeigten
Ausführungsform
der Kupplung weist das Eingriffsmittel zum Eingreifen in die Vertiefung 70 des Radträgers 52 vier
Eingriffskomponenten 67 auf. Diese gleichen Eingriffskomponenten 67 greifen
auch mit den Kerbverzahnungen 54a (s. 10 und 11)
des Hohlrades 54 ein, wenn die Kupplung nach rechts in 1 bewegt
wird. Die Anzahl und Form der Komponenten 67 ist nicht
auf diejenige, die in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist, begrenzt.
Erfindungsgemäß wird auch
verstanden, dass die Eingriffsmittel ein oder mehrere erste Eingriffselemente
(Komponenten) aufweisen können, die
auf der Kupplung 6 zum Eingriff mit dem Radträger 52 vorgesehen
sind, während
ein anderer Satz von zweiten Eingriffselementen (Komponenten) separat
zum Eingriff mit dem Hohlrad 54 vorgesehen sein können. In
diesem Fall sind die ersten Eingriffselemente auf der Kupplung so
vorgesehen, dass sie einen axialen Abstand von den zweiten Eingriffselementen
aufweisen. Es wird auch verständlich
sein, dass die Anzahl und Form der ersten und zweiten Eingriffselemente
in Abhängigkeit
von der jeweiligen Anwendung variieren können.
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Die
Wechselwirkungen zwischen den Vertiefungen
70 des Radträgers
52,
den Kerbverzahnungen
54a zu Rad
54 und den Eingriffskomponenten
67 der
Kupplung werden nun in Verbindung mit den
5,
6 und
7 beschrieben,
welche die herkömmliche
Anordnung der
EP 0 796 461 zeigen.
Die Dimensionen der Vertiefungen bezüglich der Dimensionen der Kerbverzahnungen
dieser Figuren entsprechen nicht denjenigen der vorliegend beanspruchten
Erfindung. Gleichwohl kann die Betätigung der Kupplung mit diesen
Anordnungen der
5,
6 und
7 zum
Zwecke der Darstellung beschrieben werden. Die Eingriffskomponenten
67 können mit
den Vertiefungen
70, die in Form von axialen Nuten angeordnet
sind und um den Umfang des Radträgers
angeordnet sind (siehe
5,
8 und
9)
eingreifen. Alternativ können
die Eingriffskomponenten
67 mit Kerberzahnungen
54a in
Form von axialen Nuten, die in einer inneren Umfangsoberfläche des
Hohlrads
54 angeordnet sind, in Eingriff kommen (s.
7,
10 und
11).
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5, 6 und 7 zeigen
schematische Diagramme der Vertiefung 70 und der Kerbverzahnungen 54a,
die in der Papierebene als zweidimensionale Darstellungen ausgefaltet
sind, obwohl sie tatsächlich
in der Umfangsrichtung gekrümmt sind.
Die Pfeile auf den Figuren zeigen die Antriebsrichtung des Fahrrades
an, das heißt
die Antriebsrichtung der gekennzeichneten Elemente, wenn eine Vorwärtskraft
durch ein Antriebselement 3 aufgebracht wird. Drehung in
der Antriebsrichtung wird auch als Vorwärtsdrehrichtung bezeichnet
und Drehrichtung in der entgegengesetzten Richtung wird als Rückwärtsdrehrichtung
bezeichnet.
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In
der Anordnung der 5, 6 und 7 ist
die Vertiefung 70 teilweise durch eine erste geneigte Oberfläche 71 und
eine zweite geneigte Oberfläche 72 gebildet,
wobei Seitenoberflächen
die Rückwärtsdrehseite
bilden. Es ist jedoch verständlich,
dass diese geneigte Seite der Vertiefung 70 auch aus einer
einzelnen geneigten Oberfläche 71 gebildet
werden kann, wie in 14 gezeigt, welche unten beschrieben
wird. Die Vertiefung 70 wird auch durch die Seitenoberfläche 74 auf der
Seite der Vorwärtsdrehung,
die Bodenfläche 73,
die Feststellungskomponente 75 und die Endfläche 76 definiert.
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Wenn
das Kupplungsgehäuse 6 in
der ersten Position angeordnet ist, kommt die Eingriffskomponente 67 in
der Position a, die durch die durchgezogene Linie in 5 gezeigt
ist, mit dem Radträger 52 und
die Vorwärtsdrehkraft
des Antriebselements 3 wird auf den Radträger 52 übertragen.
Wenn das Kupplungsgehäuse 6 in
der mittleren Position angeordnet ist, kommt die Eingriffskomponente 67 an
der Position b, die durch die durchgezogene Linie in 6 gezeigt
ist, in Kontakt mit dem Radträger 52 und
die Vorwärtsdrehkraft
des Antriebselements 3 wird auf den Radträger 52 übertragen.
Wenn das Kupplungsgehäuse 6 in
der zweiten Position angeordnet ist, kommt die Eingriffskomponente 67 in
der Position c, die durch die durchgezogene Linie in 7 gezeigt
ist, in Kontakt mit dem Hohlrad 54 und die Vorwärtsdrehkraft
des Antriebselements 3 wird auf das Hohlrad 54 übertragen.
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Wenn
anfangs die Eingriffskomponente 67 in Kontakt mit dem Radträger 52 ist,
wird, wenn das Pedal rückwärts zum
Bremsen getreten wird, die Eingriffskomponente 67 in der
der Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung gedreht. Die Eingriffskomponente 67 kommt
in Kontakt mit der ersten geneigten Fläche 71, deren Neigung
bewirkt, dass die Eingriffskomponente 67 in axialer Richtung
in Richtung des Hohlrads 54 gleitet. Dann gleitet sie zur
zweiten geneigten Fläche 72 und
kommt in Kontakt mit dem Hohlrad 54 oder gleitet in manchen
Fällen,
bis sie die Endfläche 76 erreicht
und auf dieser verläuft
und kommt dann in Kontakt mit dem Hohlrad 54.
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An
einem gewissen Punkt kommt die Eingriffskomponente 67 in
eine Phasenbeziehung mit der Kerbverzahnung 54a und tritt
schließlich
in die Kerbverzahnung 54a ein, um die Rückwärtsdrehkraft des Antriebselements 3 auf
das Hohlrad 54 zu übertragen.
Unter gewissen Umständen
kann die Winkelposition des Radträgers 54 bezüglich des
Hohlrades 54 so sein, dass eine Übereinstimmung der Phasen der
Vertiefungen mit den Kerbverzahnungen nicht sofort auftritt. In
solchen Fällen
wird der sogenannte Bremswinkel vergrößert, das heißt die Menge
an Rückwärtsdrehung
der Kupplung 6 mit ihrer Eingriffskomponente 67 wird
erhöht,
bis die Deckungsphasenbeziehung erreicht ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Gestaltung der Vertiefungen und
der Kerbverzahnung 54a so zur Verfügung, dass diese Phasenbeziehung
früher
erreicht ist, was dazu führt,
dass der Bremswinkel reduziert wird.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Phasenbeziehung verbessert werden kann,
indem bestimmte Dimensionen der Vertiefungen 70 in Bezug
auf die Dimensionen der Kerbverzahnungen 54a vorgesehen werden.
Dieser Aspekt der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 14 bis 20 beschrieben. Wie
in 14 gezeigt, ist ein Umfangsabstand D1 einer Führungsfläche 7,
welche eine Schrägfläche 71 und
die Endfläche 76 aufweist,
so eingestellt, dass er kleiner oder gleich dem Umfangsabstand D2
der Kerbverzahnungen 54a ist. Bei der Ausführungsform von 14 werden
die Kerbverzahnungen 54a mit Rechtecklöchern 57 und Rechteckvorsprüngen 58 gezeigt.
Es wird einsichtig, dass die Vertiefungen mit runden Löchern und
runden Vorsprüngen
und ähnlichen
formschließenden
Formen erwünscht
sind.
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Zwangsbewegungsmittel
sind vorgesehen, um die Kupplung von der Vertiefung 70 in
Eingriff mit der Kerbverzahnung 54a zu bringen, wenn Rückwärtsdrehkraft
auf das Antriebselement aufgebracht wird. Wie in 14 gezeigt,
weisen die Zwangsbewegungsmittel eine Führungsfläche auf, die in ihrer Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 7 versehen ist. In der Ausführungsform
von 14 weist die Führungsfläche 7 eine
Schrägfläche 71 und
eine Endfläche 76 auf.
Wie in der Abfolge von den 14 bis 18,
welche die Bremsbetätigung
zeigen, gezeigt, drängt
die Führungsfläche 7 zuerst
die Eingriffskomponente 67 im Winkel und axial entlang
der Schrägfläche 71.
Wie in den 15 und 16 gezeigt, wird
die Komponente 67 dann einer Winkelbewegung bezüglich des
Radträgers 52 unterzogen,
während
sie auf der Endfläche 76 verläuft. Die
Bewegung über
die Führungsfläche 7 bewirkt schließlich, dass die
Eingriffskomponente 67 in eine Position kommt, in der sie
mit der Kerbverzahnung 54a eingreifen kann, wie es in 17 gezeigt
ist.
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Man
erkennt, dass die Führungsfläche 7 auch
andere Formen annehmen kann. Zum Beispiel kann sie zwei Schrägflächen 71, 72 genauso
wie die Endfläche 76 haben,
wie in der herkömmlichen
Anordnung der 5 und 7 gezeigt.
In diesem Fall ist der Abstand D1 durch die umfängliche Erstreckung der ersten
Schrägfläche 71 und
der zweiten Schrägfläche 72,
die benachbart zur Endfläche 76 gebildet
wird, gemeinsam mit der Erstreckung der Endfläche 76 selbst definiert.
Zusätzlich
müssen
diese Flächen
der Führungsfläche 7 nicht
geradlinige Flächen
sein, sondern können
gekrümmt
sein. Zum Beispiel kann, wie in 20 durch
die durchgezogene Linie gezeigt, die Führungsfläche 7 komplett gekrümmt sein.
Sie kann auch nur teilweise gekrümmt sein.
Beispielsweise kann die Führungsfläche 7 an der
Bodenfläche 73 in 20 als
gerade Linie beginnen und dann in dem Bereich in Richtung der Endfläche gekrümmt werden.
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In
der Ausführungsform
der in 14 gezeigten Führungsfläche kann
die Neigung der geneigten Fläche 71 variieren.
Es hat sich gezeigt, dass eine besonders reibungslose Betätigung mit
einer Neigung von zwischen 40 und 65° bezüglich der Umfangsrichtung erreicht
wird. Noch mehr bevorzugt ist eine Neigung zwischen 40° und 50°.
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Zurückkommend
auf 14 ist eine ungünstige Bedingung bezüglich der
Phasenbeziehung gezeigt. Die Bremskraft wurde auf das Pedal aufgebracht
und die Eingriffskomponente 67 wird in die umgekehrte Richtung
auf die Schrägfläche 71 der Führungsfläche 7 gedrängt. Wie
mit der gepunkteten Linie gezeigt, berührt die Eingriffskomponente 67 einen äußeren Eckbereich
der nächsten
Kerberzahnung und kann nicht sofort in einen Lochbereich 57 des
Hohlrades 54 eintreten. Wie in 15 gezeigt, wird
die Eingriffskomponente 67 dann zwischen den Radträger 52 und
das Hohlrad 54 gedrängt.
Die Eingriffskomponente 67 verläuft dann auf der Endfläche 76 der Führungsfläche 7.
Unter weiterer Drehung in der Rückwärtsrichtung,
wie in 16 gezeigt, erreicht die Eingriffskomponente 67 eine
Position, in welcher sie einen Lochbereich 57 der nächsten Kerbverzahnung
erreichen kann.
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Unter
dieser Bedingung wurde die übereinstimmende
Phasenbeziehung erreicht und die Komponente 67 tritt in
die Kerbverzahnung 54a ein, wo eine Bremskraft in Rückwärtsrichtung
ausgeübt
werden kann, wie in 17 gezeigt. Die Menge der Winkelbewegung
der Eingriffskomponente 67, von wo sie ursprünglich in
einer Antriebsoberfläche 74 der
Vertiefung 70 eingreift, bis sie in einer Kerbverzahnung 54a eingegriffen
wird, ist in 17 als Bremswinkel dargestellt.
Wie erwähnt
zeigen die 14 bis 17 die
ungünstige
Bedingung, unter welcher die Komponente 67 nicht unmittelbar
in eine Lochregion 57 der Kerbverzahnung 54a eingreift,
sondern fehlausgerichtet ist und zuerst über einen Vorsprungsbereich 58 der
Kerbverzahnung 54a verlaufen muss.
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Unter
der günstigsten
Bedingung würde
die Eingriffskomponente 67 unmittelbar über einen Lochbereich 57 hinweg
verlaufen, ohne auf der Endoberfläche 76 verlaufen zu
müssen.
Diese Bedingung ist in 18 gezeigt, bei welcher der
Bremswinkel viel kleiner ist.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
weist die Führungsfläche 7 die
Schrägfläche 71 und
die Endfläche 76 auf.
Wie erwähnt
können
die Oberflächen
unterschiedliche Formen annehmen, wobei wichtig ist, dass sie die
Eingriffskomponente 67 aus der Vertiefung 70 heraus
in winkliger und axialer Richtung bewegen, um mit der Kerbverzahnung 54a ineinanderzugreifen.
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Die
Führungsfläche 7 weist
einen Umfangsabstand D1, wie oben erwähnt, auf, der kleiner oder gleich
ist wie der Schritt D2 der Kerbverzahnungen (siehe 14).
Erfindungsgemäß wurde
herausgefunden, dass mit diesen Anforderungen an die Größen der
Bremswinkel insgesamt, das heißt
für die günstigsten
Phasenbedingungen, die mittleren Phasenbedingungen und die ungünstigsten
Phasenbedingungen, verbessert werden kann.
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Namentlich
kann der Bremswinkel reduziert werden, wodurch die Phasenanpassung
früher
erreicht wird.
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19 zeigt
die Ergebnisse von Versuchen, welche durchgeführt wurden, um diesen Effekt
zu untersuchen. Der Bremswinkel wurde mehrere Male in einer Anordnung
gemessen, in der dieser Umfangsabstand D1 der Führungsfläche 7 kleiner war
als die Teilung D2 der Kerbverzahnungen.
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Diese
Datenpunkte sind mit Kreisen in 19 gezeigt.
Ein zusätzlicher
Satz von Messungen wurde unter der Bedingung ausgeführt, dass
der Umfangsabstand D2 kleiner ist als die Teilung D1, wie im Stand
der Technik. Diese Datenpunkte sind in 19 mit
Dreiecken dargestellt. Die Streuung in den Daten beruht darauf,
dass in einigen Fällen
die Eingriffskomponente 67 günstig mit der Kerbverzahnung 54 ausgerichtet
ist und manchmal weniger günstig.
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Die
Bandbreite der zwei Sätze
von Messungen ist auch in 19 gezeigt.
Wie deutlich zu erkennen ist, ist der Bremswinkel der erfindungsgemäßen Daten
(D1 < D2) reduziert,
verglichen zu demjenigen nach dem Stand der Technik (D1 > D2).
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Zusätzlich zu
der oben erwähnten
Größenbeziehung
wurde auch herausgefunden, dass die Breite W der Eingriffskomponente 67 auch
verwendet werden kann, um eine günstige Übereinstimmungsphasenbeziehung
zu definieren. Wie in 14 gezeigt, ist dabei die breitere
Komponente 67 durch W gezeigt. Wie in den 16 und 17 gezeigt,
ist zu sehen, dass, wenn einmal die Eingriffskomponente 67 die
Lochregion 57 einer Kerbverzahnung 54a zu erreichen
beginnt, sie in Position durch ihren Kontakt mit der Endfläche 76 gehalten
wird. Gleichwohl sollte die Endfläche 76 eine ausreichende
Länge aufweisen,
um optimal mit der Komponente 67 einzugreifen. Um dieser
Situation Rechnung zu tragen, wird vorgesehen, dass die Summe des
Umfangsabstandes D1 der Führungsfläche 7 und
die Breite W des Eingriffsbereiches 20 größer ist
als die Teilung D2 der Kerbverzahnung 54a. Diese Bedingung,
mathematisch ausgedrückt als
D1 + W > D2, ist vorzugsweise
in Verbindung mit der oben erwähnten
Bedingung, dass D1 < oder
gleich D2 ist, vorhanden.
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Es
wurde auch herausgefunden, dass die Dimension der Breite W der Eingriffskomponente 67 bezüglich der
Bodenfläche 73 (s. 14)
der Vertiefung 70 auch optimiert werden kann. Wie in 14 gezeigt,
ist die Breite W geringfügig
kleiner als die Breite in Umfangsrichtung der Bodenfläche 73.
Wenn die Breiten der Komponente 67 und der Bodenfläche 73 gleich
oder ungefähr
gleich wären,
würde die
Bewegung der Komponente 67 aus der Vertiefung 70 entlang
der Schrägfläche 71 heraus
zu Beginn ein wenig behindert werden. Es wurde herausgefunden, dass,
wenn die Breite W der Eingriffskomponente 67 wenigstens
10% kleiner ist als die Breite der Bodenfläche 73, eine optimale
Bewegung der Komponente 67 aus der Vertiefung 70 heraus
erreicht wird, wenn mit dem Bremsen begonnen wird.
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Die
Betätigung
der Dreigang-Innennabe mit einer Rücktrittbremse wird nun in Verbindung
mit den 5 bis 7 beschrieben.
Wie oben erwähnt, stimmen
die Dimensionen in diesen Figuren nicht mit denjenigen der vorliegenden
Erfindung überein.
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Nichtsdestotrotz
gilt die Gesamtbetätigung des
Getriebes mit Bezug auf die Schaltungs- und Bremsbetätigungen,
wie unten dargestellt, gleichermaßen auf die oben in 14 bis 20 beschriebenen
Ausführungsformen.
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Die
hohe Gangstufe kann realisiert werden, indem das Kupplungsgehäuse 6 in
die erste Position gesetzt wird. Dieser Zustand ist in 2 und 5 gezeigt.
Die Vorwärtsdrehkraft,
die durch das Antriebselement 3 über die Kette aufgenommen wird, wird über das
Kupplungsgehäuse 6 auf
den Radträger 52 übertragen,
der mit der Eingriffskomponente 67 des Kupplungsgehäuses in
Eingriff steht. Da die Schwingsperrklinke 16a der Sperrklinkenkupplung 16 mit
der Ratsche 44 über
die Sperrklinkenfeder 16c in Eingriff steht, wird die Vorwärtsdrehkraft,
die auf den Radträger 52 aufgebracht
wird, durch die Arbeit der Planetenräder 53 und das Sonnenrad 51 verstärkt, bevor
sie auf das Hohlrad 54 übertragen
wird und wird dann auf das Nabengehäuse 4 über die Sperrklinkenkupplung 16 übertragen.
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Da
die Geschwindigkeit des Nabengehäuses 4 größer ist
als die Geschwindigkeit des Radträgers 52, wird die
Rollerkupplung 17 überlaufen.
Wenn das Pedal rückwärts in diesem
Zustand getreten wird, um zu bremsen, schlägt die Eingriffskomponente 67 die erste
Schrägfläche 71 der
Führungsfläche 7,
die in der Vertiefung 70 gebildet ist, gleitet über diese
erste Schrägfläche 71,
gleitet weiter, bis sie die zweite Schrägfläche 72 erreicht und
tritt dann in die Kerbverzahnung 54a des Hohlrads 54 ein.
Wenn sie einmal in den Kerbverzahnungen 54a ist, überträgt die Eingriffskomponente 67 die
Rückwärtsdrehkraft
auf das Hohlrad 54 und diese Rückwärtsdrehkraft wird weiter auf
den Radträger 52 über die
Planetenräder 53 übertragen.
Wenn der Radträger 52 rückwärts angetrieben
wird, wird die Rollenkupplung 17 betätigt und das Nabengehäuse gebremst.
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Die
mittlere Gangstufe kann erreicht werden, indem das Kupplungsgehäuse 6 auf
eine mittlere Position gesetzt wird. Dieser Zustand ist in den 3 und 6 gezeigt.
Die Vorwärtsdrehkraft,
die von dem Antriebselement 3 über die Kette aufgenommen wird,
wird über
das Nabengehäuse 6 auf
den Radträger 52 übertragen,
welcher noch mit der Eingriffskomponente 67 des Kupplungsgehäuses 6 in
Eingriff steht. Da die schwingende Sperrklinke 16a der
Sperrklinkenkupplung 16 von der Ratsche 44 durch
die Stufe 68 des zweiten Kupplungselements 65 getrennt
ist, wird die auf den Radträger 52 aufgebrachte Drehkraft
direkt unverändert
auf das Nabengehäuse 4 durch
die Rollenkupplung 17 übertragen.
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Wenn
das Pedal in diesem Zustand rückwärts getreten
wird, um zu bremsen, schlägt
die Eingriffskomponente 67 die erste geneigte Fläche 71 der geneigten
Führungsfläche 7,
die in der Vertiefung 70 ausgebildet ist, wie in der hohen
Gangstufe, gleitet über
die erste geneigte Fläche 71,
gleitet weiter, bis sie die zweite geneigte Fläche erreicht und tritt in die Kerbverzahnungen 54a des
Hohlrads 54 ein. Wenn sie in den Kerbverzahnungen 54a ist, überträgt die Eingriffskomponente 67 die
Rückwärtsdrehkraft
auf das Hohlrad, und diese Rückwärtsdrehkraft
wird weiter auf den Radträger 52 über die
Planetenräder 53 übertragen,
die Rollenkupplung 17 wird betätigt, und das Nabengehäuse wird
gebremst.
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Die
niedrige Gangstufe kann erreicht werden, indem das Kupplungsgehäuse 6 auf
die zweite Position gesetzt wird. Dieser Zustand ist in den 4 und 7 gezeigt.
Die Vorwärtsdrehkraft,
die von dem Antriebselement 3 über die Kette aufgenommen wird,
wird über
das Nabengehäuse 6 auf
das Hohlrad 54 übertragen,
welches mit der Eingriffskomponente 67 des Kupplungsgehäuses 6 in
Eingriff steht. Da die schwingende Sperrklinke 16a der
Sperrklinkenkupplung 16 immer noch von der Ratsche 44 durch
die Stufe 68 des zweiten Kupplungselements 65 getrennt
ist, wird die auf das Hohlrad 54 aufgebrachte Drehkraft
durch die Arbeit der Planetenräder 53 und das
Sonnenrad 51 vermindert, bevor sie auf den Radträger 52 übertragen
wird und wird dann auf das Nabengehäuse 4 durch die Rollenkupplung 17 übertragen.
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Wenn
das Pedal in diesem Zustand rückwärts getreten
wird, um zu bremsen, überträgt die Eingriffskomponente 67 die
schon in die Kerbverzahnung 54a des Hohlrads eingetreten
ist, die Rückwärtsdrehkraft
direkt, wie sie ist, auf das Hohlrad 54 und diese Rückwärtsdrehkraft
wird weiter auf den Radträger 52 über die
Planetenräder 53 übertragen, die
Rollenkupplung 17 wird betätigt und das Nabengehäuse wird
gebremst.
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Die
obige Beschreibung der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird in Form von Beispielen gegeben,
wobei weitere Modifikationen möglich
sind, ohne sich von dem Bereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, zu
entfernen. Beispielsweise weist das Eingriffsmittel der oben genannten
Ausführungsform
Eingriffskomponenten 67 auf, welche betätigbar sind, dass sie sowohl
in die Vertiefungen 70 des Radträgers 52 als auch die
Kerbverzahnungen 54a des Hohlrads 54 eingreifen.
Alternativ können
die Eingriffsmittel einen ersten Satz von Eingriffselementen zum
Eingriff mit den Vertiefungen 70 und einen zweiten Satz
von separaten Eingriffselementen zum Eingriff mit den Kerbverzahnungen
aufweisen. Zusätzlich
können
die Eingriffselemente als Vorsprünge
ausgeführt
sein, die sich axial oder radial von der Kupplung erstrecken.
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Die
oben beschriebene Führungsfläche 7 kann
einen oder mehr geneigte Bereiche 71, 72 und die
Endfläche 76 aufweisen.
Die geneigten Bereiche können
als gerade Linien ausgeführt
sein oder können
auch gekrümmt
sein. Der Übergang
von dem geneigten Bereich zur Endfläche 76 kann auch glatt sein.
Zusätzlich
ist die Endfläche 76 vorzugsweise flach,
aber kann auch leicht gekrümmt
sein.