-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Fahrradgetriebe und insbesondere
eine eingebaute Getriebenabe für
ein Fahrrad.
-
Eine
eingebaute mehrstufige Getriebenabe wird manchmal am Hinterrad eines
Fahrrades montiert, so dass der Radfahrer verschiedene Übersetzungen
auswählen
kann, um die Pedalkraft zu verändern.
Eine übliche
Getriebenabe weist eine an den Fahrradrahmen montierte Nabenachse
auf, ein drehbar auf der Nabenachse gelagertes Antriebselement zum
Aufnehmen der Pedalkraft über
Kettenrad und Kette und ein drehbar auf der Nabenachse gelagertes
Nabengehäuse.
Ein Kraftübertragungsmechanismus
ist zwischen dem Antriebselement und dem Nabengehäuse angeordnet,
um eine Drehbewegung vom Antriebselement über eine Vielzahl von Kraftübertragungspfaden
auf das Nabengehäuse
zu übertragen,
wobei jeder Kraftübertragungspfad üblicherweise
ein einmaliges Übersetzungsverhältnis erzeugt.
Der Kraftübertragungsmechanismus
umfasst normalerweise einen Planetengetriebemechanismus mit einem
oder mehreren drehbar um die Nabenachse gelagerten Sonnenrädern, einem
drehbar um die Nabenachse gelagerten Hohlrad, einem drehbar um die
Nabenachse gelagerten Planetenradträger sowie eine Vielzahl von
drehbar auf dem Planetenradträger
gelagerten Planetenrädern,
welche mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Die Vielzahl der Kraftübertragungspfade
mit der jeweils entsprechenden Übersetzung
werden ausgewählt,
indem verschiedene Elemente jeweils drehfest aneinander gekuppelt
werden. Beispielsweise kann eine Übersetzung gewählt werden,
indem ein Sonnenrad drehfest mit der Nabenachse gekuppelt wird,
eine andere Übersetzung
kann gewählt
werden, indem das Antriebselement bezüglich des Planetenradträgers drehfest
angekuppelt wird, und eine andere Übersetzung kann gewählt werden,
indem das Antriebselement bezüglich
des Hohlrades drehfest angekuppelt wird. In einer üblichen
Getriebenabe sind zumeist eine Vielzahl solcher Kupplungsverhältnisse
möglich,
wodurch sich eine relativ große
Anzahl möglicher Übersetzungen
ergibt.
-
Wenn
eine Übersetzung
gewählt
wird, indem das Sonnenrad drehfest mit der Achse gekuppelt wird, kann
die Kupplung durch einen Sperrklinkenmechanismus erreicht werden,
welcher zwischen einer Innenumfangsfläche des Sonnenrades und der
Nabenachse angeordnet ist. Genauer ausgedrückt kann eine Vielzahl von
Sperrklinken so an die Innenumfangsfläche des Sonnenrades montiert
werden, dass jeweils ein Ende der Sperrklinke durch eine Feder radial
nach innen vorgespannt wird. Auf der äußeren Umfangsfläche der
Nabenachse ist üblicherweise
eine Vielzahl von Rastzähnen
oder Anschlägen
ausgebildet, welche mit den Enden der Sperrklinken eingreifen und
somit das Sonnenrad drehfest an die Nabenachse kuppeln, und eine
Steuerhülse ist
drehbar an der Nabenachse gelagert, so dass die Anschläge wahlweise
frei liegen. Demzufolge kann das Sonnenrad bezüglich der Nabenachse frei rotieren,
wenn die Anschläge
durch die Steuerhülse
verdeckt sind und das Sonnenrad ist drehfest an die Nabenachse gekuppelt,
wenn die Anschläge
frei liegen.
-
Sonnenräder werden
gewöhnlich
mittels einer Vielzahl von Sperrklinken auf der Nabenachse gelagert. Hieraus
resultiert häufig
ein gewisses Spiel in der Lagerung des Sonnenrads auf der Nabenachse,
welches die Genauigkeit des Sperrklinkenmechanismus reduziert. Ein
solches Spiel kann durch eine Steigerung der Anzahl der Sperrklinken
ausglichen werden, jedoch erhöht
dies den Aufwand und die Komplexität des Getriebes, abgesehen
vom Risiko des Versagens. Zusätzlich
ist der umfängliche
Abstand zwischen aufeinander folgenden Rastzähnen oder Anschlägen auf
der Nabenachse gewöhnlich
relativ groß.
Daher müssen
Sonnenräder üblicherweise
relativ weit drehen, bevor die Sperrklinken in die Rastzähne oder
Anschläge
eingreifen. Dieses verursacht eine unerwünschte Verzögerung im Schaltvorgang.
-
Eine
andere Art Nabenschaltung beinhaltet ein Sonnenrad, welches drehbar
um die Achse montiert ist, wobei an der inneren Umfangsfläche des
Sonnenrads eine Vielzahl von Sperrklinken ausgebildet sind. Eine oder
mehrere Sperrklinken können
in einer Öffnung
ausgebildet sein, welche in einer hohlen Achse ausgebildet ist um
wahlweise in die Vielzahl der Rastzähne einzugreifen. Jedoch ist
eine hohle Achse nicht sehr stabil und nicht für harte Betriebsbedingungen
geeignet. Ein weiterer Typ Nabenschaltung nutzt auch Sperrklinken, welche
an der Achse angebracht sind, jedoch werden diese Klinken mittels
einer Steuerhülse
geschaltet, welche die Sonnenräder
direkt lagert. Ein solcher Aufbau bewirkt eine übermäßige Reibung an der Steuerhülse.
-
Ein
weiterer Nachteil gewöhnlicher
Nabenschaltungen ist, wenn von einer Getriebeübersetzung in eine andere Getriebeübersetzung
geschaltet wird, dass das Getriebe manchmal kurzzeitig eine weitere Übersetzungsstufe
durchläuft,
welche nicht nahe an der Zielübersetzung
ist, da die verschiedenen Komponenten ihre Übertragungsbeziehungen ändern. Dieses
Phänomen
wird in der anschließenden
detaillierten Beschreibung ausführlicher
diskutiert. Beispielsweise wird beim Schalten von einer kleinen Übersetzungsstufe,
bei der das Nabengehäuse
im Vergleich zum Antriebselement relativ langsam um die Achse dreht,
in eine höhere Übersetzungsstufe,
bei der das Nabengehäuse
im Vergleich zum Antriebselement relativ schnell um die Achse dreht
(so wie es beim Verzögern
des Fahrrads erfolgt), dann kann das Getriebe kurzzeitig in eine Übersetzungsstufe
schalten, welche kleiner ist als die ursprüngliche Übersetzungsstufe. Dies führt dazu,
dass die Pedale kurzzeitig beschleunigen, was gegenteilig zum erwünschten
Effekt ist und den Radler stark verwirren kann.
-
Ein
weiterer Nachteil gebräuchlicher
Nabenschaltungen ist, dass die Sonnenrad-Sperrklinkenmechanismen normalerweise
mittels relativ dünner
Hülsen
gesteuert werden, welche drehbar auf der Nabenachse gelagert sind.
Wie oben bereits erwähnt,
wird eine solche Hülse
oft genutzt, um wahlweise die Anschläge der Nabenachse freizulegen
um in die Sperrklinken der Sonnenräder einzugreifen. Die Hülse ist üblicherweise
relativ lang und wird von außerhalb
des Nabengehäuses
geschaltet, wobei erhebliche Drehbeanspruchungen der Hülse entstehen.
Solche Kräfte
verursachen das Risiko einer Biegung oder Verdrehung der Hülse.
-
Ein
weiterer Nachteil üblicher
Nabenschaltungen ist, dass die Hülse,
welche den Sperrklinkenmechanismus steuert (und auch jeden anderen
gewünschten
Verbindungsmechanismus) manchmal mit einem äußeren Betätigungselement, wie einem Betätigungsring,
durch eine oder mehrere Rückholfedern
verbunden ist, welche den Betätigungsring
in eine Anfangsposition vorspannen. Eine solche Vorspannkraft wird
nicht nur dazu genutzt, eine geeignete Spannung auf die Komponenten
während
des Schaltvorgangs aufzubringen, sondern auch dazu, eine Schaltunterstützungsfunktion
zu steuern. Eine solche Schaltunterstützungsfunktion nutzt die Kraft
des drehenden Antriebselements um den Widerstand gegen die Schaltoperation
zu überwinden, welcher
auftritt, wenn eine erhebliche Tretkraft auf die Nabe aufgebracht
wird. Genauer gesagt wird ein Verbindungsmechanismus aktiviert,
welcher üblicherweise
in einen neutralen Zustand vorgespannt ist, um die Hülse mit
dem Antriebselement so zu verbinden, dass die Kraft vom Antriebselement
den erhöhten
Widerstand überwindet.
Wenn ein solcher vorgespannter Betätigungsring mittels eines batteriebetriebenen
Motors angetrieben wird, muss der Motor in jedem Fall die Vorspannkraft
der Rückholfeder überwinden.
Dies erfordert typischerweise einen relativ großen Motor, welcher ein beträchtliches
Maß Energie
verbraucht, was die Batterielebensdauer deutlich einschränkt.
-
Die
europäische
Patentanmeldung
EP
0 795 460 A2 offenbart eine Getriebenabe, welche einen
Sonnenradmechanismus gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zeigt. Es stellt ein Sperrklinkenunterstützungselement
zur Verfügung,
welches außen
an der Nabenachse angebracht wird.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sonnenradvorrichtung
und ein Nabengetriebe zur Verfügung
zu stellen, wobei die Sonnenräder
fest auf der Getriebeachse gelagert sind und der Vorgang des Gangwechsels
präzise
und minimaler Verzögerung
ausgeführt
wird. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Sonnenradvorrichtung zur
Verfügung
zu stellen, in welcher eine Steuerhülse zur Steuerung eines Sperrklinkenmechanismus
eingesetzt wird, welcher fest gelagert ist, um das Risiko einer
Verformung oder eines anderen Schadens der Komponenten zu minimieren.
Das Betätigungselement,
welches für
den Schaltvorgang genutzt wird, soll keinen übermäßigen Energieverbrauch aufweisen,
wenn es durch einen batteriebetriebenen Motor angetrieben wird.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Sonnenradanordnung zur Verfügung gestellt, wie sie in Anspruch
1 beschrieben ist. Darüber
hinaus wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Fahrradnabenschaltung, welche die Sonnenradanordnung
nutzt, in Anspruch 14 zur Verfügung
gestellt.
-
Die
Sonnenradanordnung umfasst eine Achse, ein Sonnenrad, welches drehbar
um die Achse gelagert ist und einen Sonnenradführungsring, der zwischen einer
Fläche
am Innenumfang des Sonnenrads und der Achse angeordnet ist. Der
Sonnenradführungsring
reduziert oder beseitigt ein Spiel in der Verbindung zwischen dem
Sonnenrad und der Achse. Ein oder mehrere solche Führungsringe
können
zur Lagerung eines einzigen Sonnenrads eingesetzt werden oder ein
Führungsring
kann zur Lagerung einer Vielzahl von Sonnenrädern eingesetzt werden.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Sperrklinke zwischen einer inneren
Umfangsfläche
des Sonnenrades und der Achse angebracht, um sich zwischen einer
Eingriffsposition (wobei das Sonnenrad drehfest mit der Achse verbunden
ist) und einer Ausrückposition
(wobei sich das Sonnenrad relativ zur Achse dreht) zu bewegen. Die
Sperrklinke wird dabei so zur Achse gehalten, dass ein Ende der
Sperrkllinke radial nach außen
geneigt ist, um in eine der Vielzahl von Sperrklinken auf dem Sonnenrad
einzugreifen. Um die Verzögerung
beim Schalten des Sonnenrads vom Eingriffszustand in den Ausrückzustand
zu minimieren, wird vorzugsweise nur eine solche Sperrklinke zur
Verfügung
gestellt und das Sonnenrad umfasst vorzugsweise mehr als zehn Sperrklinken
(z. B. zwölf)
um einen schnellen Eingriff zwischen der Sperrklinke und einem der
Rastzähne
sicher zu stellen. Falls die Anordnung in einer Nabenschaltung verwendet
wird von dem Typ, welcher ein Antriebselement und ein Nabengehäuse, welches
drehbar auf der Nabenachse gelagert ist, umfasst, wobei der Sonnenradmechanismus
Teil eines Planetengetriebemechanismus der oben beschriebenen Art
ist, kann eine Freilaufkupplung zwischen dem Hohlrad und dem Nabengehäuse angeordnet
werden, um die Verzögerung
beim Schalten von einer Übersetzungsstufe
in die andere Übersetzungsstufe
weiter zu reduzieren.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann ein Sperrklinkensteuerungselement
vorgesehen sein, um die Sperrklinke zwischen einer Eingriffsposition
und einer Ausrückposition
zu bewegen. Falls das Sperrklinkensteuerungselement ein längliches
Element ist, welches zwischen dem Sonnenradführungsring und der Achse angeordnet
ist, dann lagert der Sonnenradführungsring
das Sonnenrad nicht nur fest auf der Achse, sondern bietet dem Sperrklinkensteuerungselement
ebenso eine Verstärkung
beim Minimieren oder Beseitigen des Risikos einer Verformung oder
anderer Schäden
des Sperrklinkensteuerungselement.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Seitenansicht des hinteren Bereichs eines Fahrrades mit einer
Getriebenabe;
-
2 ist
eine Querschnittsdarstellung einer speziellen Ausführungsform
einer Getriebenabe gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
3 ist
eine Explosionsansicht einer Achse sowie einer Sonnenradanordnung,
welche in der Getriebenabe verwendet werden;
-
4 ist
eine Zusammenbauansicht der Achse und Sonnenradanordnung;
-
5 ist
eine Seitenansicht und zeigt, wie ein Sonnenrad-Führungsring,
welcher entweder für
das zweite oder das dritte Sonnenrad verwendet wird, auf der Achse
sitzt;
-
6 ist
eine Seitenansicht und zeigt, wie ein Sonnenrad-Führungsring,
welcher für
das vierte Sonnenrad verwendet wird, auf der Achse sitzt;
-
7 ist
eine Seitenansicht einer Schaltsteuerhülse, welche in der Getriebenabe
verwendet wird;
-
8 ist
eine Ansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7;
-
9 ist
eine Ansicht entlang der Linie IX-IX in 7;
-
10 ist
eine Ansicht entlang der Linie X-X in 7;
-
11 ist
eine Ansicht entlang der Linie XI-XI in 2 und zeigt
die Schaltsteuerhülse
in einer ersten Stellung;
-
12 ist
eine Ansicht entlang der Linie XI-XI in 2 und zeigt
die Schaltsteuerhülse
in einer zweiten Stellung;
-
13 ist
eine Ansicht entlang der Linie XI-XI in 2 und zeigt
die Schaltsteuerhülse
in einer dritten Stellung;
-
14 ist
eine Ansicht entlang der Linie XI-XI in 2 und zeigt
die Schaltsteuerhülse
in einer vierten Stellung;
-
15 ist
eine Explosionsansicht eines Schalthilfemechanismus, welcher in
der Getriebenabe verwendet wird;
-
16 ist
eine Schrägansicht
und zeigt die Sonnenradanordnung und den Schalthilfemechanismus
in zusammengebautem Zustand;
-
17 ist
eine Detailansicht und zeigt den Schalthilfemechanismus, wenn das
Antriebselement mit dem Planetenradträger verbunden ist;
-
18 ist
eine Detailansicht und zeigt den Schalthilfemechanismus, wenn das
Antriebselement von dem Planetenradträger abgekoppelt ist;
-
19 ist
eine schematische Darstellung und zeigt das Vorspannen des Schalthilfemechanismus;
-
20 ist
eine Ansicht entlang der Linie XX-XX in 17 und
zeigt den Schalthilfemechanismus in ruhendem Zustand;
-
21 ist
eine Ansicht entlang der Linie XX-XX in 17 und
zeigt den Schalthilfemechanismus im Betriebszustand;
-
22 ist
eine Ansicht entlang der Linie XX-XX in 17 und
zeigt den Schalthilfemechanismus bei Bewegung zurück in den
ruhenden Zustand;
-
23 ist
eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Getriebenabe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
24 ist
eine Explosionsansicht des Schalthilfemechanismus, welcher in der
in 23 gezeigten Getriebenabe verwendet wird; und
-
25 ist
eine schematische Darstellung und zeigt das Vorspannen des Schalthilfemechanismus.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 ist
eine Seitenansicht des hinteren Bereichs eines Fahrrades 10 das
eine besondere Ausführungsform
der Getriebenabe 14 umfasst. Der hintere Bereich des Fahrrades 10 weist
einen Rahmen 18 mit einem Sitzrohr 22 auf, welches
einen Sattel 24 trägt,
zwei herkömmliche
Kettenstreben 26 und zwei herkömmliche Sitzstreben 30.
Ein Laufrad 34 ist um eine Achse 36 der Getriebenabe 14 herum
am Schnittpunkt der Kettenstreben 26 mit den Sitzstreben 30 drehbar
am Rahmenende 35 gelagert, und eine Kurbelbaugruppe 38 mit
Pedalen 42 und einem Kettenblatt 46 ist am Schnittpunkt
des Sitzrohrs 22 mit den Kettenstreben 26 drehbar
gelagert. Eine Kette 50 greift in das Kettenblatt 46 ein
und wickelt sich um ein Kettenrad 54, welches die Getriebenabe 14 drehend
antreibt. Ein bowdenartiger Schaltzug 62 wird zum Schalten
der Getriebeübersetzungen
in der Getriebenabe 14 in der unten noch genauer beschriebenen
Weise eingesetzt.
-
2 ist
eine Querschnittsdarstellung einer speziellen Ausführungsform
der Getriebenabe 14. Wie in 2 gezeigt,
weist die Getriebenabe 14 die Achse 36 auf, ein
drehbar auf der Achse 36 gelagertes Antriebselement 70,
ein Nabengehäuse 74 mit
Speichenflanschen 78, welche drehbar auf der Achse 36 gelagert
sind, einen Kraftübertragungsmechanismus 82,
welcher zwischen dem Antriebselement 70 und dem Nabengehäuse 74 angeordnet
ist und über
eine Vielzahl von Kraftübertragungspfaden
Drehkraft von dem Antriebselement 70 auf das Nabengehäuse 74 überträgt, eine
Rücktrittbremse 86,
welche die Drehung des Nabengehäuses 74 bezüglich der
Achse 36 abbremst und einen Schalthilfemechanismus 90,
welcher die Auswahl der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden steuert und
die Drehkraft des Antriebselements 70 nutzt, um das Umschalten
zwischen den Kraftübertragungspfaden
in dem Kraftübertragungsmechanismus 82 zu
unterstützen.
-
Das
Kettenrad 54 ist mit dem Antriebselement 70 mittels
Kerbverzahnung verbunden und durch einen Sprengring 94 gesichert,
und das Antriebselement 70 ist mittels Kugellagern 98 und
einem Lagerkonus 102 drehbar auf der Achse 36 gelagert.
Der Lagerkonus 102 wird mittels einer Antriebsscheibe 104,
einem Distanzstück 108,
einer Unterlegscheibe 112, einer drehfesten Sicherungsscheibe 113 und
einer Wellenmutter 114 ortsfest gehalten.
-
Eine
rechte Schale 120 sitzt drehfest auf der rechten Seite
der Innenumfangsfläche
des Nabengehäuses 74,
und eine linke Schale 124 sitzt drehfest auf der linken
Seite der Innenumfangsfläche
des Nabengehäuses 74.
Die rechte Schale 120 stützt das Nabengehäuse 74 mittels
Kugellagern 128 drehbar am Antriebselement 70 ab,
und die Innenelemente auf der rechten Seite der Getriebenabe 14 werden
durch die Dichtmanschette 132, die über der rechten Schale 120 sitzt,
vor Verschmutzung von außen
geschützt.
Die linke Schale 124 stützt
das Nabengehäuse 74 mittels
der Kugellager 136 und des Bremskonus 138 drehbar
auf der Achse 36 ab. Der Bremskonus 138 wird mittels
einer Sicherungsmutter 142 und einer Kontermutter 146 auf
der Achse 36 gehalten. Ein Bremsbügel 150 ist drehfest
mit dem Bremskonus 138 verbunden und auf wohl bekannte
Weise an der Kettenstrebe 26 befestigt. Die innenliegenden Komponenten
auf der linken Seite der Getriebenabe 14 werden durch eine
Dichtmanschette 152 vor Verschmutzung von außen geschützt.
-
Wie
in 2 bis 6 gezeigt, weist der Kraftübertragungsmechanismus 82 ein
erstes Sonnenrad 160, ein separates zweites Sonnenrad 164,
ein separates drittes Sonnenrad 168, sowie ein separates
viertes Sonnenrad 172 auf. Das erste Sonnenrad 160 ist
drehfest auf der Achse 36 gelagert und umfasst einen Kupplungsnockenabschnitt 176,
eine Vielzahl von ersten Sonnenradzähnen 178 (z. B. 48
Zähne),
welche auf dessen Außenumfangsfläche ausgebildet
sind, und an der Außenumfangsfläche eine
zweite Sonnenrad-Kontaktfläche 180.
Das zweite Sonnenrad 164 ist um die Achse 36 herum
drehbar gelagert, und zwar benachbart zum ersten Sonnenrad 160 und
weist, wie in 3 deutlicher zu erkennen ist,
am Innenumfang eine erste Sonnenrad-Kontaktfläche 192 auf, um mit
der zweiten Sonnenrad-Kontaktfläche 180 auf
dem ersten Sonnenrad 160 in Gleitkontakt zu kommen, eine
Vielzahl von zweiten Sonnenrad-Rastzähnen 206 (z. B. 12
Zähne)
auf, welche auf dessen Innenumfangsfläche ausgebildet sind, um in
eine zweite Sonnenradsperrklinke 207 einzugreifen, eine
innere umfängliche
Führungsring-Kontaktfläche 208,
um mit einer Außenumfangsfläche 209 eines
Sonnenrad-Führungsrings 210 in
Gleitkontakt zu kommen, am Innenumfang eine dritte Sonnenrad-Kontaktfläche 200,
sowie eine Vielzahl von zweiten Sonnenradzähnen 198 (z. B. 48
Zähne),
welche auf dessen Außenumfangsfläche ausgebildet
sind. Das dritte Sonnenrad 168 ist um die Achse 36 herum
benachbart zum zweiten Sonnenrad 164 drehbar gelagert und
umfasst eine innere umfängliche
erste Führungsring-Kontaktfläche 220, um
mit der Außenumfangsfläche 209 des
Sonnenrad-Führungsrings 210 in
Gleitkontakt zu kommen, eine Vielzahl von dritten Sonnenrad-Rastzähnen 224 (z.
B. 12 Zähne),
welche auf dessen Innenumfangsfläche
ausgebildet sind, um in eine dritte Sonnenrad-Sperrklinke 226 einzugreifen,
am Innenumfang eine zweite Führungsring-Kontaktfläche 228,
um mit einer Außenumfangsfläche 232 eines
Sonnenrad-Führungsrings 234 in
Gleitkontakt zu kommen, am Außenumfang
eine zweite Sonnenrad-Kontaktfläche 235,
um mit der dritten Sonnenrad-Kontaktfläche 200 auf dem zweiten
Sonnenrad 164 in Gleitkontakt zu kommen, sowie eine Vielzahl
von dritten Sonnenrad-Zähnen 236 (z.
B. 42 Zähne),
welche auf dessen Außenumfangsfläche ausgebildet
sind. Das vierte Sonnenrad 172 weist eine Vielzahl von
vierten Sonnenrad-Zähnen 244 (z.
B. 36 Zähne)
auf, welche auf dessen Außenumfangsfläche ausgebildet
sind, eine Vielzahl von vierten Sonnenrad-Rastzähnen 248 (z. B. 12
Zähne),
welche auf dessen Innenumfangsfläche
ausgebildet sind, um mit einer vierten Sonnenrad-Sperrklinke 250 einzugreifen,
und am Innenumfang eine Führungsring-Kontaktfläche 252,
um mit der Außenumfangsfläche 254 eines
Führungsrings 258 in
Gleitkontakt zu kommen.
-
Die
Sperrklinke 207 weist einen Sperrklinkensitz 260 auf,
welcher schwenkbar in einer Sperrklinkenaufnahmenut 264 sitzt,
welche in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Federaufnahmenut 268 zur
Aufnahme einer Feder 272, welche in einer Federaufnahmenut 276 montiert
ist, welche in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Sperrklinkensteuerfläche 280,
welche mit einer Innenumfangsfläche 282 eines
Sperrklinkensteuerschenkels 284 einer Sperrklinkensteuerhülse 288 in
Kontakt kommt, sowie einen Sperrklinkenzahn 289 zum Eingriff mit
zweiten Sonnenrad-Rastzähnen 206.
In ähnlicher
Weise weist die Sperrklinke 226 einen Sperrklinkensitz 290 auf,
welcher schwenkbar in einer Sperrklinkenaufnahmenut 294 sitzt,
welche in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Federaufnahmenut 298 zur
Aufnahme einer Feder 302, welche in einer Federaufnahmenut 306 montiert
ist, die in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Sperrklinkensteuerfläche 310 (2),
welche mit einer Innenumfangsfläche 312 eines
Sperrklinkensteuerschenkels 314 der Sperrklinkensteuerhülse 288 in
Kontakt kommt, sowie einen Sperrklinkenzahn 316 zum Eingriff
mit dritten Sonnenrad-Rastzähnen 224.
Schließlich weist
die Sperrklinke 250 einen Sperrklinkensitz 320 auf,
welcher schwenkbar in einer Sperrklinkenaufnahmenut 324 sitzt,
welche in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Federaufnahmenut 328 zur
Aufnahme der Feder 332, welche in einer Federaufnahmenut 336 montiert
ist, welche in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Sperrklinkensteuerfläche 340 (2),
welche mit einer Innenumfangsfläche 342 eines
Sperrklinkensteuerschenkels 344 der Sperrklinkensteuerhülse 288 in
Kontakt kommt, sowie einen Sperrklinkenzahn 346 zum Eingriff
mit vierten Sonnenrad-Rastzähnen 248.
Die Sperrklinkenzähne 289, 316 und 346 sowie
die Sperrklinken 207, 226 und 250 sind
jeweils mittels ihrer Federn 272, 302 bzw. 332 auf
wohl bekannte Weise radial nach außen vorgespannt.
-
Bei
dieser Ausführungsform
sitzt eine Hälfte
des Sonnenrad-Führungsrings 210 zwischen
der Führungsring-Kontaktfläche 208 des
zweiten Sonnenrades 164 und der Achse 36, und
die andere Hälfte
des Sonnenrad-Führungsrings 210 sitzt
zwischen der ersten Führungsring-Kontaktfläche 220 des
dritten Sonnenrades 168 und der Achse 36. Wie
in 3 und 5 gezeigt ist, weist der Sonnenrad-Führungsring 210 zusätzlich zur
Außenumfangsfläche 209 eine
Rastausnehmung 360 auf zum Eingriff mit einer unterbrochenen
Rastleiste 364, welche in Richtung der Achse X auf der
Achse 36 ausgebildet ist, einen Rastvorsprung 368 zum
Eingriff mit einer Rastnut 372, welche in Richtung der
Achse X unterbrochen auf der Achse 36 ausgebildet ist,
eine Rastausnehmung 376 zum Eingriff mit einer unterbrochenen
Rastleiste 380, welche in Richtung der Achse X auf der
Achse 36 ausgebildet ist, einen Rastvorsprung 384 zum
Eingriff mit einer unterbrochenen Rastausnehmung 388, welche
in Richtung der Achse X auf der Achse 36 ausgebildet ist,
eine Rastnut 392 zum Eingriff mit einer Rastleiste 396,
welche in Richtung der Achse X unterbrochenen auf der Achse 36 ausgebildet
ist, sowie einer Steuerhülsenlagerfläche 404 zum
Lagern einer Basishülse 408 der
Sperrklinkensteuerhülse 288 zwischen
dem Sonnenrad-Führungsring 210 und
der Achse 36.
-
Der
Sonnenrad-Führungsring 234 sitzt
zwischen der zweiten Führungsring-Kontaktfläche 228 des
dritten Sonnenrades 168 und der Achse 36. Wie
in 3 und 5 gezeigt, weist der Sonnenrad-Führungsring 234 zusätzlich zur
Außenumfangsfläche 232 eine
Rastausnehmung 420 auf zum Eingriff mit einer Rastleiste 364,
welche auf der Achse 36 ausgebildet ist, einen Rastvorsprung 424 zum
Eingriff mit einer Rastnut 372, welche auf der Achse 36 ausgebildet
ist, eine Rastausnehmung 428 zum Eingriff mit einer Rastleiste 380,
welcher auf der Achse 36 ausgebildet ist, einen Rastvorsprung 432 zum
Eingriff mit einer Rastausnehmung 388, welche auf der Achse 36 ausgebildet
ist, eine Rastnut 436 zum Eingriff mit einer Rastleiste 396,
welche auf der Achse 36 ausgebildet ist, sowie eine Steuerhülsenlagerfläche 440 zum
Lagern der Basishülse 408 der
Sperrklinkensteuerhülse 288 zwischen
dem Sonnenrad-Führungsring 234 und
der Achse 36.
-
Der
Sonnenrad-Führungsring 254 sitzt
zwischen der Führungsring-Kontaktfläche 252 des
vierten Sonnenrades 172 und der Achse 36. Wie
in 3 und 6 gezeigt ist, hat der Sonnenrad-Führungsring 254 im Unterschied
zu den Sonnenrad-Führungsringen 210 und 234 eine
kreisförmige
Innenumfangsfläche 444,
welche um die Rastleisten 364, 380 und 396 herum
auf der Achse 36 sitzt. Ein Abschnitt der Innenumfangsfläche 444 bildet
eine Lagerfläche 448 für die Steuerhülse zum
Lagern eines Endes 452 der Basishülse 408 zwischen dem
Sonnenrad-Führungsring 258 und
der Achse 36. Das Ende 452 der Basishülse 408 endet
in einer Nut 454 in der Scheibe 456.
-
Die
Basishülse 408 der
Sperrklinkensteuerhülse 288 sitzt
in der Steuerhülse
drehbar in einer Nut 460, welche in Richtung der Achse
X auf der Achse 36 ausgebildet ist, und durch die Sonnenrad-Führungsringe 210, 234 und 258 radial
nach außen
abgestützt
wird. Die Sperrklinkensteuerschenkel 284, 314 und 344 sind verschieblich
in den am Umfang der Achse 36 ausgebildeten Steuerschenkelnuten 464, 468 bzw. 472 angeordnet.
Wie in 8 gezeigt ist, weist der Sperrklinkensteuerschenkel 344 eine
Ausnehmung 480 mit abgeschrägten Seitenflächen 484 und 486 auf,
und eine Ausnehmung 490 mit abgeschrägten Seitenflächen 492 und 494.
Wie oben erwähnt,
kommt die Innenumfangsfläche 342 des
Sperrklinkensteuerschenkels 344 in Kontakt mit der Sperrklinkensteuerfläche 340 der
Sperrklinke 250. Da die Sperrklinke 250 mittels
der Feder 332 radial nach außen vorgespannt ist, wird die
Sperrklinke 250 radial nach innen und von den vierten Sonnenrad-Rastzähnen 248 ausgerückt gehalten,
solange die Innenumfangsfläche 342 des
Sperrklinkensteuerschenkels 344 in Kontakt mit der Sperrklinkensteuerfläche 340 ist,
außer
wenn die Ausnehmung 480 bzw. 490 mit der Sperrklinkensteuerfläche 340 fluchtet.
In diesem Fall hebt sich die Sperrklinkensteuerfläche 340 in
die Ausnehmung 480 oder 490, und der Sperrklinkenzahn 346 greift
mit einem der vierten Sonnenrad-Rastzähne 248 ein, so dass
das vierte Sonnenrad 172 drehfest mit der Achse 36 gekoppelt
wird. Die abgeschrägten
Flächen 484, 486, 492 und 494 erleichtern
den Eintritt der Sperrklinkensteuerfläche 340 in die Ausnehmungen 480 bzw. 490 und
den Austritt daraus, während
die Sperrklinkensteuerhülse 288 um
die Achse 36 rotiert.
-
Wie
in 9 gezeigt, weist der Sperrklinkensteuerschenkel 314 in ähnlicher
Weise eine Ausnehmung 500 mit abgeschrägten Seitenflächen 502 und 504 auf
sowie eine Ausnehmung 510 mit abgeschrägten Seitenflächen 512 und 514.
Wie oben erwähnt,
ist die Innenumfangsfläche 312 des
Sperrklinkensteuerschenkels 314 in Kontakt mit der Sperrklinkensteuerfläche 310 der
Sperrklinke 226. Da die Sperrklinke 226 mittels
der Feder 302 radial nach außen vorgespannt wird, wird
die Sperrklinke 226 radial nach innen und von den dritten Sonnenrad-Rastzähnen 224 ausgerückt gehalten,
solange die Innenumfangsfläche 312 des
Sperrklinkensteuerschenkels 314 mit der Sperrklinkensteuerfläche 310 in
Kontakt ist, außer
wenn die Ausnehmung 500 bzw. 510 mit der Sperrklinkensteuerfläche 310 fluchtet.
In diesem Fall steigt die Sperrklinkensteuerfläche 310 in die Ausnehmung 500 bzw. 510,
und der Sperrklinkenzahn 316 greift mit einem der dritten
Sonnenrad-Rastzähne 224 ein,
so dass das dritte Sonnenrad 168 drehfest mit der Achse 36 gekuppelt
wird. Die abgeschrägten
Flächen 502, 504, 512 und 514 erleichtern
den Eintritt der Sperrklinkensteuerfläche 310 in die Ausnehmungen 500 bzw. 510 und
den Austritt daraus, während
die Sperrklinkensteuerhülse 288 um
die Achse 36 rotiert.
-
Wie
in 10 gezeigt, weist schließlich der Sperrklinkensteuerschenkel 284 eine
Ausnehmung 520 mit abgeschrägten Seitenflächen 522 und 524 auf.
Eine abgeschrägte
Fläche 526 ist
ebenfalls am Ende 527 des Sperrklinkensteuerschenkels 284 angeordnet.
Wie oben erwähnt,
ist die Innenumfangsfläche 282 des Sperrklinkensteuerschenkels 284 in
Kontakt mit der Sperrklinkensteuerfläche 280 der Sperrklinke 207.
Da die Sperrklinke 207 mittels der Feder 272 radial
nach außen
vorgespannt wird, wird die Sperrklinke 207 radial nach innen
und von den zweiten Sonnenrad-Rastzähnen 206 ausgerückt gehalten,
solange die Innenumfangsfläche 282 des
Sperrklinkensteuerschenkels 284 in Kontakt mit der Sperrklinkensteuerfläche 280 ist,
außer
wenn die Ausnehmung 520 mit der Sperrklinkensteuerfläche 280 fluchtet.
In diesem Fall steigt die Sperrklinkensteuerfläche 280 in die Ausnehmung 520,
und der Sperrklinkenzahn 289 greift mit einem der Rastzähne 206 des zweiten
Sonnenrades ein, so dass das zweite Sonnenrad 164 drehfest
mit der Achse 36 gekuppelt wird. Die abgeschrägten Flächen 522 und 524 erleichtern
den Eintritt der Sperrklinkensteuerfläche 280 in die Ausnehmung 520 und
den Austritt daraus, und die abgeschrägte Fläche 526 erleichtert
den Eingriff der Sperrklinkensteuerfläche 280 unterhalb
des Sperrklinkensteuerschenkels 284, während die Sperrklinkensteuerhülse 288 um
die Achse 36 rotiert.
-
11 bis 14 zeigen
die Funktionsweise der Sperrklinkensteuerhülse 288 am Beispiel
des zweiten Sonnenrades 164. In der in 11 gezeigten
Position befindet sich die Sperrklinkensteuerhülse 288 an ihrer äußersten
Position entgegen dem Uhrzeigersinn, die Sperrklinke 207 befindet
sich außerhalb
des Sperrklinkensteuerschenkels 284, der Sperrklinkenzahn 289 ist
mit den zweiten Sonnenrad-Rastzähnen 206 in
Eingriff und das zweite Sonnenrad 164 ist drehfest mit
der Achse 36 verbunden.
-
Wenn
der Sperrklinkensteuerschenkel 284 im Uhrzeigersinn bis
zu der in 12 gezeigten Position rotiert,
gleitet die Sperrklinkensteuerfläche 280 die
abgeschrägte
Fläche 526 hinunter
und legt sich an die Innenumfangsfläche 282 des Sperrklinkensteuerschenkels 284 an.
Folglich wird der Sperrklinkenzahn 289 radial nach innen
und von den Rastzähnen 206 des
zweiten Sonnenrades ausgerückt
gehalten. In diesem Zustand ist das zweite Sonnenrad 164 gegenüber der
Achse 36 frei drehbar. Da die Basishülse 408 der Sperrklinkensteuerhülse 288 zwischen
der Steuerhülsenlagerfläche 404 des
Sonnenrad-Führungsrings 210 und
der Nut 460 für
die Steuerhülse
auf der Achse 36 sitzt, wird durch Torsions- und andere
Kräfte,
welche auf die Basishülse 408 aufgebracht
werden, keine unerwünschte
Biegung der Sperrklinkensteuerhülse 288 verursacht.
-
Wenn
der Sperrklinkensteuerschenkel 284 weiter im Uhrzeigersinn
bis in die in 13 gezeigte Position rotiert,
dann tritt die Sperrklinkensteuerfläche 280 in die Ausnehmung 520 ein,
so dass der Sperrklinkenzahn 289 sich radial nach außen bewegen
kann, bis er mit einem zweiten Sonnenrad-Rastzahn 206 in
Eingriff kommt, wodurch das zweite Sonnenrad 164 wiederum
drehfest mit der Achse 36 gekuppelt wird. Da das zweite Sonnenrad 164 zwölf Rastzähne 206 des
zweiten Sonnenrades und nur eine Sperrklinke 207 aufweist,
erfolgt der drehfeste Eingriff zwischen dem zweiten Sonnenrad 164 und
der Achse 36 sehr rasch. Bei Vorrichtungen des Standes
der Technik mit mehr als einer Sperrklinke (üblicherweise an der Innenumfangsfläche des
Sonnenrades montiert) und weniger Rastzähnen (üblicherweise auf der Achse
ausgebildet) führen
der Umfangsabstand der Rastzähne
und das Erfordernis, dass alle Sperrklinken mit den Rastzähnen fluchten
müssen,
zu erheblicher Verzögerung
beim Kuppelvorgang.
-
Wenn
der Sperrklinkensteuerschenkel 284 weiter im Uhrzeigersinn
bis in die in 14 gezeigte Position rotiert,
gleitet die Sperrklinkensteuerfläche 280 entlang
der abgeschrägten
Fläche 522 aus
der Ausnehmung 520 heraus, bis die Sperrklinkensteuerfläche 280 durch
die Innenumfangsfläche 282 des
Sperrklinkensteuerschenkels 284 radial nach innen abgestützt wird.
Demzufolge rückt
der Sperrklinkenzahn 289 aus den zweiten Sonnenrad-Rastzähnen 206 aus,
und das zweite Sonnenrad 164 kann gegenüber der Achse 36 frei rotieren.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, weist der Kraftübertragungsmechanismus 82 ferner
einen ersten Planetenradträger 550,
ein erstes Hohlrad 551, einen zweiten Planetenradträger 552 und
ein zweites Hohlrad 553 auf, welche sämtlich um die Achse 36 drehbar
montiert sind. Der Planetenradträger 550 weist
auf seiner rechten Seite eine Vielzahl (z. B. 12) von am Umfang
angeordneten Kupplungseingreif-Keilnuten 554 zum Eingreifen mit
einer entsprechenden Vielzahl von Planetenradträgereingreif-Keilnuten 558 auf,
welche auf einem Kupplungsring 562 ausgebildet sind, eine
Vielzahl (z. B. 12) von am Umfang angeordneten zweiten Planetenradträgereingreif-Keilnuten 564,
welche auf seiner linken Seite ausgebildet sind, zum Eingriff mit
am Umfang entsprechend angeordneten ersten Planetenradträgereingreif-Keilnuten 568,
welche auf der rechten Seite des zweiten Planetenradträgers 552 ausgebildet
sind, und eine Vielzahl von am Umfang angeordneten Planetenradlagerzapfen 572,
welche jeweils ein Planetenrad 576 drehbar lagern. Jedes
Planetenrad 576 weist einen Zahnradbereich 580 mit
kleinem Durchmesser (z. B. 14 Zähne)
auf, welcher mit der Vielzahl von ersten Sonnenradzähnen 178 auf
dem ersten Sonnenrad 160 eingreift, und einen Zahnradbereich 584 mit
großem
Durchmesser (z. B. 22 Zähne),
welcher mit einem ersten Zahnradbereich 585 (z. B. 84 Zähne) am
Innenumfang des ersten Hohlrades 551 eingreift.
-
Zusätzlich zum
inneren umfänglichen
Zahnradbereich 585 weist das erste Hohlrad 551 einen
zweiten inneren umfänglichen
Zahnradbereich 586 (z. B. 36 Zähne) auf, zum Eingriff mit
einer Vielzahl von am Umfang angeordneten Sperrklinken 587,
welche auf einer entsprechenden Vielzahl von am Umfang angeordneten Sperrklinkenzapfen 588 montiert
sind, welche am Antriebselement 70 befestigt sind. Die
Sperrklinken 587 sind mittels einer Sperrklinkenfeder 589 radial
nach außen
vorgespannt und wirken damit als Freilaufkupplung zwischen dem Antriebselement 70 und
dem ersten Hohlrad 551. Eine Vielzahl von Sperrklinken 590 sind
auch am Umfang auf den Sperrklinkenzapfen 588 angeordnet,
um das erste Hohlrad 551 auf wohl bekannte Weise in Rückwärtsrichtung
anzutreiben.
-
Zusätzlich zu
der Vielzahl von am Umfang angeordneten ersten Planetenradträgereingreif-Keilnuten 568,
welche den zweiten Planetenradträger 552 mit
der Vielzahl von zweiten Planetenradträgereingreif-Keilnuten 564 auf
dem ersten Planetenradträger 550 drehfest
kuppeln, weist der zweite Planetenradträger 552 eine Vielzahl
von am Umfang angeordneten Bremsrollenkäfigeingreif-Keilnuten 592 auf
zum Eingreifen mit einer entsprechenden Vielzahl von zweiten Planetenradträgereingreif-Keilnuten 596,
welche auf einem Bremsrollenkäfig 597 ausgebildet
sind, und eine Vielzahl (z. B. 18) von am Umfang angeordneten Außenumfangs-Nockenflächen 904,
welche mit einer entsprechenden Vielzahl von Rollen 900 in
der Rücktrittbremse 86 eingreifen.
-
Der
zweite Planetenradträger 552 weist
auch eine Vielzahl von am Umfang angeordneten Planetenradlagerzapfen 604 auf,
welche jeweils ein Planetenrad 608 drehbar lagern. Jedes
Planetenrad 608 weist einen Zahnradbereich 612 mit
großem
Durchmesser auf (z. B. 29 Zähne),
welcher mit der Vielzahl von vierten Sonnenrad-Zähnen 244 auf
dem vierten Sonnenrad 172 eingreift, einen Zahnradbereich 616 mit
mittlerem Durchmesser (z. B. 18 Zähne), welcher mit der Vielzahl
von dritten Sonnenrad-Zähnen 236 auf
dem dritten Sonnenrad 168 eingreift, sowie einen Zahnradbereich 620 mit
kleinem Durchmesser (z. B. 14 Zähne),
welcher mit der Vielzahl von zweiten Sonnenrad-Zähnen 198 auf dem zweiten
Sonnenrad 164 eingreift, sowie einen Zahnradbereich 624 (z.
B. 78 Zähne)
am Innenumfang des zweiten Hohlrades 553. Das zweite Hohlrad 553 ist
mit der rechten Schale 120 gekuppelt und damit auch mit
dem Nabengehäuse 74,
mittels einer Freilaufkupplung in Form einer Rollenkupplung 628 mit
z. B. 18 Rollen und Nockenflächen.
-
15 ist
eine Explosionsansicht des Schalthilfemechanismus 90, 16 ist
eine Schrägansicht
und zeigt den Schalthilfemechanismus 90, welcher auf der
Achse 36 montiert ist, 17 ist
eine Detailansicht und zeigt den Schalthilfemechanismus 90,
wenn der Kupplungsring 562 mit dem ersten Planetenradträger 550 gekuppelt
ist, und 18 ist eine Detailansicht und
zeigt den Schalthilfemechanismus 90, wenn der Kupplungsring 562 vom
ersten Planetenradträger 550 abgekuppelt
ist. Wie in diesen Figuren gezeigt wird, weist der Schalthilfemechanismus 90 ein
ringförmiges
Schaltelement 700 auf, eine Schaltelementführung 704,
eine Sicherungsfeder 708, eine Federscheibe 712,
eine Rückstellfeder 716,
eine Schalthülse 720,
eine Federscheibe 724, ein Sperrklinkenlager 728,
eine Schalthülse 732,
und eine Sperrklinkensteuerungsscheibe 736. Das Schaltelement 700 weist
sich radial nach innen erstreckende Nockenzapfen 740 auf,
welche sich durch den Kupplungsnockenabschnitt 176 des
ersten Sonnenrades 160 erstrecken (17) und
zwar in sich axial erstreckende Nuten 744 hinein, welche
in einer Seitenwand 748 der Schaltelementführung 704 ausgebildet
sind. Wie in 17 und 18 gezeigt
ist, weist der Kupplungsnockenabschnitt 176 des ersten
Sonnenrades 160 eine Nockenfläche 749 auf, welche
eine erste Nockenstufe 750 und eine zweite Nockenstufe 751 definiert. Ebenso
ist der Kupplungsring 562 durch eine Kupplungsvorspannfeder 747 nach
links vorgespannt. Wenn daher das Schaltelement 700 sich
in der in 17 gezeigten Position befindet,
greifen die Planetenradträgereingreif-Keilnuten 558 auf
dem Kupplungsring 562 mit den Kupplungseingreif-Keilnuten 554 auf
dem ersten Planetenradträger 550 ein,
und eine Vielzahl von am Umfang angeordneten Antriebselementeingreif-Keilnuten 753 auf
dem Kupplungsring 562 greifen drehfest mit einer komplementären Vielzahl
von Kupplungseingreif-Keilnuten 754 auf dem Antriebselement 70 ein,
so dass das Antriebselement 70, der Kupplungsring 562 und
der erste Planetenradträger 550 als
eine Einheit rotieren. Wenn jedoch das Schaltteil 700 rotiert
wird, bewegen sich die Nockenzapfen 740 auf dem Schaltelement 700 zu
der zweiten Nockenstufe 751 auf dem ersten Sonnenrad 160,
wie in 18 gezeigt. In dieser Position
rücken
die Planetenradträgereingreif-Keilnuten 558 auf
dem Kupplungsring 562 aus den Kupplungseingreif-Keilnuten 554 auf
dem ersten Planetenradträger 550 aus,
so dass der Planetenradträger 550 nicht
mehr direkt mit dem Antriebselement 70 verbunden ist.
-
Die
Schaltelementführung 704 weist
auch eine Schaltsteuerhülse-Kupplungsöffnung 752 auf,
zur Verbindung mit einem Ende 756 der Schaltsteuerhülse 288.
Sowohl die Sicherungsfeder 708 als auch die Federscheibe 712 sind
radial nach innen innerhalb der Seitenwand 748 der Schaltelementführung 704 angeordnet, wobei
ein erstes Ende 756 der Sicherungsfeder 708 an
einem sich axial erstreckenden Federvorsprung 760 gehalten
wird, welcher auf der Schaltelementführung 704 ausgebildet
ist, und ein zweites Ende 764 der Sicherungsfeder 708 ist
an einer Seitenkante eines Hülsenkupplungsvorsprungs 768 gehalten,
welcher auf der Federscheibe 712 ausgebildet ist.
-
Ein
erstes Ende 772 der Rückstellfeder 716 wird
an dem Federvorsprung 776 gehalten, welcher auf der Federscheibe 712 ausgebildet
ist, und ein zweites Ende 780 der Rückstellfeder 716 wird
an einem Federvorsprung 784 auf der Federscheibe 724 gehalten.
Die Federscheibe 724 weist sich radial nach innen erstreckende
und diametral einander gegenüber
liegende Achseingriffsvorsprünge 792 auf,
welche innerhalb der diametral einander gegenüberliegenden Achsnuten 796 sitzen,
welche wiederum auf der Achse 36 ausgebildet sind (15 zeigt
nur eine solche Nut 796), so dass die Federscheibe 724 drehfest
mit der Achse 36 verbunden ist. Aufgrund der drehfesten
Kupplung der Federscheibe 724 auf der Achse 36 spannt
die Rückstellfeder 716 die
Federscheibe 712 im Uhrzeigersinn bezüglich der Federscheibe 724 vor.
-
Diametral
einander gegenüber
liegende linksseitige Kupplungsschenkel 800 auf der Schalthülse 720 greifen
drehfest in entsprechende Ausnehmungen 804 in den Hülsenkupplungsvorsprüngen 768 auf
der Federscheibe 712 ein (15 zeigt
nur einen solchen Hülsenkupplungsvorsprung 768),
und diametral einander gegenüber
liegende rechtsseitige Kupplungsschenkel 808 auf der Schalthülse 720 erstrecken
sich durch die zentrale Öffnung 812 in
der Federscheibe 724 und greifen drehfest mit entsprechenden
Ausnehmungen 816 zum Ankuppeln der Schalthülse in der
Sperrklinkenlagerung 728 ein. Daher rotieren die Federscheibe 712,
die Schalthülse 720 und
die Sperrklinkenlagerung 728 als Einheit.
-
Diametral
einander gegenüberliegende
Sperrklinken 820 sind mittels der Sicherungsscheiben 822 an den
Sperrklinkenlagerzapfen 824 montiert, welche wiederum an
der Federscheibe 728 montiert sind. Sperrklinkenvorspannfedern 828 greifen
jeweils mit einem Ende 832 in einen Federhaltevorsprung 836 auf
der Sperrklinkenlagerung 728 ein und das andere Ende 840 greift
in die entsprechende Sperrklinke 820 ein, um die Sperrklinkenenden 844 radial
nach außen
vorzuspannen. Die Sperrklinkensteuerscheibe 736 weist diametral
einander gegenüberliegende
und sich axial erstreckende Sperrklinkensteuervorsprünge 850 auf,
welche normalerweise die Sperrklinken 820 radial nach innen
drücken.
Wenn die Sperrklinkensteuervorsprünge 850 sich von den
Sperrklinken 820 weg bewegen, wie weiter unten näher beschrieben
wird, schwenken die Sperrklinken 820 radial nach außen und
greifen in die Schalthilfezähne 854 (17)
ein, welche auf der Innenumfangsfläche des Antriebselements 70 ausgebildet
sind.
-
Diametral
einander gegenüberliegende
linksseitige Verbindungsschenkel 860 auf der Schalthülse 732 berühren die
diametral einander gegenüberliegenden
rechtsseitigen Verbindungsschenkel 808 auf der Schalthülse 720 (wie
in 20 gezeigt), und diametral einander gegenüberliegende
rechtsseitige Verbindungsschenkel 868 auf der Schalthülse 732 erstrecken
sich drehfest durch die Kupplungsausnehmungen 872 in der Sperrklinkensteuerungsscheibe 736 und
durch die Öffnung 876 im
Lagerkonus 102 und greifen drehfest in entsprechende Kupplungsausnehmungen 880 der
Schalthülse
in der Antriebsscheibe 104 ein. Daher rotieren die Schalthülse 732,
die Sperrklinkensteuerungsscheibe 736 und die Antriebsscheibe 104 als
Einheit. Allerdings kann die Schalthülse 732 bezüglich der
Schalthülse 720 und
der Sperrklinkenlagerung 728 im Uhrzeigersinn rotieren,
wie unten noch im einzelnen erläutert
wird. Da die Rückstellfeder 716 die
Federscheibe 712 im Uhrzeigersinn bezüglich der Federscheibe 724 vorspannt,
da die Federscheibe 712 mit der Sperrklinkenlagerung 728 durch
die Schalthülse 720 gekuppelt
ist, und da die Sperrklinkenlagerung 728 durch die Schalthülse 732 mit
der Antriebsscheibe 104 gekuppelt ist, weist die Antriebsscheibe 104 auch
eine Nettovorspannung im Uhrzeigersinn auf, wie schematisch in 19 gezeigt
ist. Aufgrund der anfänglichen
Startposition der Antriebsscheibe 104 im Uhrzeigersinn
werden die Übertragungspfade
im Kraftübertragungsmechanismus 82 darauf folgend
ausgewählt,
indem die Antriebsscheibe 104 gegen den Uhrzeigersinn gedreht
wird.
-
Die
Kupplung der verschiedenen Elemente für jede Gangstufe ist in Tabelle
1 gezeigt, und der Kraftübertragungspfad
für jede
Gangstufe ist in Tabelle 2 gezeigt:
-
-
-
-
Beim
Schalten von Gangstufe 4 in Gangstufe 5, beispielsweise wenn das
Fahrrad beschleunigt, sind die Schritte der Kupplungsmechanismen
auf die folgende zeitliche Abfolge eingestellt:
-
-
Daher
wird, wenn das Fahrrad beschleunigt und der Radfahrer von der 4.
Gangstufe in die 5. Gangstufe schaltet, zunächst das zweite Sonnenrad 164 freigegeben,
um denselben Zustand wie in der 3. Gangstufe herzustellen. Der Radfahrer
empfindet dies als leichte Beschleunigung der Pedale, was jedoch
zu erwarten ist, wenn das Fahrrad beschleunigt. Dann ist der Kupplungsring 562 mit
dem ersten Planetenradträger 550 in
Eingriff, um denselben Zustand wie in der 7. Gangstufe herzustellen.
Der Radfahrer empfindet dies als Verlangsamung der Pedale, was zu
erwarten ist, wenn das Getriebe in ein höheres Übersetzungsverhältnis schaltet.
Danach wird das dritte Sonnenrad 168 freigegeben, um die
gewünschte
Gangstufe 4 einzustellen. Würden die
Sonnenräder freigegeben,
bevor der Kupplungsring 562 in Eingriff ist, dann wäre das Getriebe
in demselben Zustand wie in der 1. Gangstufe, was eine sehr unerwünschte schnelle
Beschleunigung der Pedale und einen deutlichen Ruck hervorrufen
würde,
wenn das Getriebe die Schaltung in die 5. Gangstufe vollendet.
-
Diese
Abfolge ist auch besonders vorteilhaft, wenn sich das Fahrrad verlangsamt
und der Radfahrer von der 5. in die 4. Gangstufe umschalten möchte. In
diesem Fall wird durch den zeitweiligen Übergang von der 5. Gangstufe
in die 7. Gangstufe eine Verlangsamung der Pedale verursacht, was
aber wesentlich besser ist, als wenn der Kupplungsring 562 zuerst
ausrücken
würde.
Wenn der Kupplungsring 562 zuerst ausrücken würde, dann wäre das Getriebe in demselben
Zustand wie in der 1. Gangstufe, mit einer starken Beschleunigung
der Pedale. Eine solche starke Beschleunigung der Pedale ist beispielsweise
bei Berganfahrten unerwünscht.
Danach erfolgt im Getriebe ein zeitweiliger Übergang von der 7. Gangstufe
in die 3. Gangstufe. Dies ruft eine Beschleunigung der Pedale hervor,
aber da die 3. Gangstufe benachbart zur 4. Gangstufe ist, die der Radfahrer
gerade verlassen hat, ist der Übergang
viel eher akzeptabel. Danach erfolgt im Getriebe der Übergang
zur gewünschten
Gangstufe 4. Insgesamt wird daher beim Übergang von der 5. Gangstufe
in die 4. Gangstufe eine übermäßige Beschleunigung
oder Verlangsamung der Pedale in den Situationen vermieden, in denen
eine solche starke Beschleunigung oder Verlangsamung äußerst unerwünscht wäre.
-
Wie
bereits erwähnt,
weist die Getriebenabe 14 auch eine Rücktrittbremse 86 auf,
um die Drehung des Nabengehäuses 74 bezüglich der
Achse 36 abzubremsen, wenn das Zahnrad 54 (und
damit auch das Antriebselement 70) in Rückwärtsrichtung gedreht wird. Wie
in 2 gezeigt ist, weist die Rücktrittbremse 86 eine linke
Schale 124 auf, welche drehfest am Nabengehäuse 74 gelagert
ist und eine am Umfang angeordnete Bremsfläche 890 definiert,
eine Vielzahl von am Umfang angeordneten bogenförmigen Bremsbacken 894,
welche mittels einer Bremsfeder 898 von der Bremsfläche 890 radial
nach innen vorgespannt werden, einen Rollenkäfig 597, welcher die
Vielzahl von am Umfang angeordneten Rollen 900 hält, und
die Vielzahl von Nockenflächen 904,
welche am Umfang der Außenumfangsfläche des
zweiten Planetenradträgers 552 angeordnet sind.
Eine Vielzahl von am Umfang angeordneten Sperrklinken 908 sind
an dem Rollenkäfig 597 montiert
und mittels der Sperrklinkenfedern 912 radial nach außen vorgespannt
zum Eingreifen in eine Innenverzahnung 916, welche auf
der rechten Seite der linken Schale 124 ausgebildet ist.
Die Sperrklinken 908 übertragen
die Vorwärtsdrehung
des zweiten Planetenradträgers 552 zur
linken Schale 124 somit auf das Nabengehäuse 74.
-
Die
Rücktrittbremse 86 wird
durch Rückwärtsdrehen
des Ritzels 54 betätigt.
Die Planetenradträger-Keilnuten 558 des
am Kupplungsring 562 und die Kupplungseingreif-Keilnuten 554 auf
dem ersten Planetenradträger 550 sind
so abgeschrägt,
dass dann, wenn der Kupplungsring 562 mit dem ersten Planetenradträger 550 in
Eingriff ist und das Kettenrad 54 rückwärts gedreht wird um die Rücktrittbremse 86 zu
betätigen, der
Kupplungsring 562 von dem ersten Planetenradträger 550 ausrückt. Daher
wird, unabhängig
von der in der Getriebenabe 14 gerade eingelegten Gangstufe,
die Drehkraft des Antriebselements 70 über den folgenden Pfad übertragen:
Antriebselement 70 ÷ Sperrklinken 590 ÷ erstes
Hohlrad 551 ÷ erster
Planetenradträger 550 ÷ zweiter
Planetenradträger 552 ÷ Bremsrolle 900 ÷ Bremsbacke 898 ÷ Bremsfläche 890 ÷ Nabengehäuse 74.
Dieser Pfad erzeugt eine 1,3 mal größere Bremskraft, als wenn der Übertragungspfad
durch den Kupplungsring 562 geht.
-
Wie
bereits erwähnt,
nutzt der Schalthilfemechanismus 90 auch die Drehkraft
des Antriebselements 70 zur Unterstützung beim Wechseln der Kraftübertragungspfade
im Kraftübertragungsmechanismus 82.
Dies ist wünschenswert,
wenn eine beträchtliche
Antriebskraft auf das Kettenrad 54 aufgebracht wird und
zu großem
Widerstand beim Einkuppeln bzw. Auskuppeln der verschiedenen Elemente
führt.
Im normalen Betrieb rotieren die Antriebsscheibe 104, Schalthülse 732,
Sperrklinkensteuerscheibe 736, Sperrklinkenlagerung 728, Schalthülse 720,
Federscheibe 712, Schaltelementführung 704 und die
Schaltsteuerhülse 288 als
Einheit und kuppeln die einzelnen Elemente ein und aus. Demzufolge
befinden sich die Schalthülse 732,
Sperrklinkensteuerscheibe 736, die Sperrklinken 820 und
die Schalthülse 720 in
den Positionen, die in 20 gezeigt sind. In diesem Zustand
sind die Sperrklinken 820 von den Schalthilfezähnen 854 auf
dem Antriebselement 70 ausgerückt. Wenn jedoch eine beträchtliche
Antriebskraft auf das Kettenrad 54 aufgebracht wird und
bei der Betätigung
der Schaltsteuerhülse 288 beträchtlichen
Widerstand erzeugt, steht die Schaltsteuerhülse 288 häufig still,
obwohl die Antriebsscheibe 104 rotiert. In diesem Fall
rotiert die Schalthülse 732 bezüglich der
Schalthülse 720 und
führt somit
dazu, dass die Sperrklinkensteuerscheibe 736 gegenüber der
Sperrklinkenlagerung 728 rotiert, so dass sich die Sperrklinkensteuervorsprünge 850 von
den Sperrklinken 820 weg bewegen, wie in 21 gezeigt
ist. Demzufolge rotieren die Sperrklinken 820 radial nach
außen
und greifen in die Schalthilfezähne 854 auf
dem Antriebselement 70 ein, so dass die Sperrklinkenlagerung 728 zusammen
mit dem Antriebselement 70 rotiert. Dies erzeugt wiederum
eine Unterstützungskraft
zur Rotation der Schalthülse 720,
der Schaltelementführung 704 und
der Schaltsteuerhülse 288,
um den Schaltvorgang zu vollenden. Wenn der Widerstand der Schaltsteuerhülse 288 überwunden
ist, rotiert die Sperrklinkenlagerung 728 im Uhrzeigersinn
bezüglich
der Sperrklinkensteuerscheibe 736, wie in 22 gezeigt
ist, bis der Schaltvorgang vollendet ist und der in 20 gezeigte
Zustand wieder hergestellt wird.
-
23 ist
eine Querschnittsdarstellung einer Getriebenabe 14', welche eine
alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Konstruktion der Getriebenabe 14' ist im Wesentlichen
die gleiche wie die der Getriebenabe 14, daher sind identische
Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführungsform
ist insoweit unterschiedlich, als die Rücktrittbremse 86 und
die Sperrklinken 590 weggelassen sind (ein Bremsscheibenrotor
ist durch die Montagelöcher 950 an
die Getriebenabe 74 montiert), eine Rollenkupplung 952 ersetzt
die Sperrklinken 908, und der Aufbau des Schalthilfemechanismus 90' unterscheidet sich
etwas von dem Schalthilfemechanismus 90 der ersten Ausführungsform. 24 ist
eine Explosionsansicht der relevanten Bereiche des Schalthilfemechanismus 90'. Bei dieser
Ausführungsform
ist eine Federscheibe 724' drehbar
um die Achse 36 montiert, und die linksseitigen Schenkel 860' auf der Schalthülse 732' greifen in
die Federscheibe 724' ein.
Demzufolge bewirkt die Feder 716, dass die Sperrklinkenlagerung 728 und
die Sperrklinkensteuerscheibe 736 in zueinander entgegengesetzte
Richtungen vorgespannt sind, um die Hilfswirkung zu erzeugen, aber
die Sperrklinkensteuervorsprünge 850 stoßen an die
Sperrklinken 820 an und verhindern somit eine weitere Drehung
der Sperrklinkensteuerscheibe 736 bezüglich der Sperrklinkenlagerung 728.
Demzufolge wird durch die Rückstellfeder
keine Nettovorspannkraft auf die Antriebsscheibe 104 aufgebracht.
Dieser Aufbau ist nützlich,
wenn die Antriebsscheibe 104 mittels eines batteriebetriebenen
Motors rotiert wird, da die nicht vorgespannte Antriebsscheibe 104 während des
Betriebs des Motors nicht zu einer wesentlichen Leistungsabgabe
der Batterien führt.
-
Während das
Vorstehende eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
ist, können
weitere Abwandlungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die
Größe, die
Gestalt, die Anordnung oder Ausrichtung der verschiedenen Komponenten
wie gewünscht
verändert
werden. Die Funktionen eines Elements können durch zwei Elemente ausgeführt werden
oder andersherum. Es ist nicht erforderlich, dass alle Vorteile
in einer einzigen Ausführungsform
gleichzeitig vorhanden sind.
