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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Fahrradgetriebe
und, genauer noch, auf interne Getriebevorrichtungen und eine Methode,
die automatisch in Übereinstimmung
mit der Drehung der Nabenkomponenten Gänge umschaltet.
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Es
ist manchmal schwierig mit einem Fahrrad aus einer Ruhestellung
heraus mit dem Pedalieren anzufangen, denn die Fahrer lassen oftmals
im Fahrrad einen relativ hohen Gang nach dem Abstellen des Fahrrades
eingestellt und vergessen dabei das Herunterschalten in einen niedrigeren
Gang. Zur Lösung
dieses Problems wurden zwei Arten von Lösungen vorgeschlagen. Eine
davon ist eine elektrische Lösung
und die zweite ist eine mechanische Lösung. Elektrische Lösungen beinhalten
typischer Weise einen Motor, elektrische Schaltungen, eine Batterie
und eine Steuervorrichtung mit einem Schaltmechanismus. Die Steuervorrichtung
schaltet dabei elektronisch in ein niedriges Übersetzungsverhältnis, wenn
das Fahrrad angehalten wird. Aber diese Lösung ist teuer und der Fahrer
muss die Batterien oft wechseln.
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Die
meisten mechanischen Lösungen
umfassen einen Zentrifugalkraftmechanismus in der Nabe, welcher
das Übersetzungsverhältnis auf
einen niedrigen Gang setzt, wenn das Fahrrad angehalten wird und ändern das Übersetzungsverhältnis wieder,
nachdem eine vorbestimmte Radgeschwindigkeit erreicht wird. Das US-Patent
Nr. 3,603,178 zeigt ein Fahrrad, welches mit einer internen Getriebeeinrichtung
ausgerüstet
ist, wobei das Übersetzungsverhältnis automatisch
in Übereinstimmung
mit einer Zentrifugalkraft, welche vom sich drehenden Rad erzeugt
wird, umgeschaltet werden kann. Solch eine Fahrradnabeninnenschaltung
umfasst eine Nabenachse, einen Antrieb, der sich um die Nabenachse
drehen kann, ein Nabengehäuse,
einen Planetengetriebemechanismus zur Änderung der Rotationsgeschwindigkeit
des Antriebs und zur Übertragung
des Ergebnis auf das Nabengehäuse,
einen Kupplungsmechanismus zur Übertragung
der Abgabe des Planetengetriebemechanismus auf das Nabengehäuse oder
zum Beenden solcher Übertragungen,
einen Kupplungsschaltmechanismus zum Schalten des Kupplungsmechanismus
durch Zentrifugalkraft und eine Trägerhülse, welche zwischen dem Planetengetriebemechanismus
und dem Nabengehäuse
angeordnet ist.
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Der
Planetengetriebemechanismus umfasst eine innere Kerbverzahnung,
ein Sonnenrad, eine Vielzahl von Planetenrädern, welche mit der inneren
Kerbverzahnung und dem Sonnenrad kämmen und einen Planetengetriebeträger zur
Lagerung der Vielzahl von Planetenrädern. Der Planetengetriebeträger ist
integral mit dem Antrieb ausgebildet. Die Trägerhülse ist drehbar auf der Nabenachse
gelagert und über
eine Verzahnung mit dem Planetengetriebeträger verbunden. Eine Freilaufkupplung
ist zwischen der Trägerhülse und
dem Nabengehäuse
montiert.
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Der
bekannte Kupplungsmechanismus hat eine Sperrklinke, welche zwischen
der inneren Kerbverzahnung und dem Nabengehäuse angeordnet ist und die
beiden verbindet, wenn die Sperrklinke eingerückt ist und welche die beiden
trennt, wenn die Sperrklinke ausgerückt. Das Nabengehäuse wird
angetrieben in einem Schnellgangmodus über den Planetengetriebemechanismus,
wenn der Kupplungsmechanismus sich in einer gekuppelten Stellung
befindet, und das Nabengehäuse
wird angetrieben, während
es direkt mit dem Antrieb verbunden ist, wenn die Sperrklinke sich
in einer ausgekuppelten Stellung befindet.
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Der
bekannte Kupplungsschaltmechanismus von
US 3,603,178 umfasst ein Gewichtselement,
welches mittels Zentrifugalkraft schwingt und ein Steuerteil, das
sich in Abhängigkeit
des Schwingens des Gewichtsteils dreht. Das Gewichtsteil und das
Steuerteil sind auf einem Gewichtslager befestigt, welches selbst drehbar
auf der Trägerhülse befestigt
ist. Das Gewichtslager ist nicht drehbar mit der Innenkerbverzahnung verbunden.
Das Steuerteil verwendet umlaufende Bewegungen, um die Sperrklinke
des Kupplungsmechanismus zwischen der gekuppelten Stellung und der
getrennten Stellung umzuschalten. Ein vertikaler Steuerstift zur
Verriegelung mit dem Steuerteil besitzt einen Spalt zum Verriegeln
mit dem Steuerstift und mit einer Kontrollaussparung zur Steuerung
der Sperrklinke. Das Verriegeln des Steuerstifts und des Spalts
wandelt die schwingende Bewegung des Gewichtsteils in eine umlaufende
Bewegung des Steuerteils um.
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In
solch einer konventionellen internen Getriebeeinrichtung wird die
Sperrklinke des Kupplungsmechanismus über das Steuerloch des Steuerteils
in einer Stellung gehalten, bei der die Klinke vom Nabengehäuse so lange
getrennt wird, bis eine Drehgeschwindigkeit erreicht wird, welche
eine nach außen
gerichtete Schwingbewegung des Gewichtsteils begünstigt. Während dieser Zeit wird eine
Drehbewegung, welche vom Kettenrad auf den Antrieb übertragen
wird, vom Träger
auf das Nabengehäuse übertragen über die
Trägerhülse und
der Freilaufkupplung, und das Nabengehäuse wird dabei im direkt gekuppelten
Modus angetrieben. Wenn eine bestimmte Drehgeschwindigkeit erreicht
wird und das Gewichtsteil nach außen geschwungen ist, dreht
sich der Steuerstift, während
er relativ zum Spalt gleitet und sorgt dafür, dass das Steuerteil sich
dreht. Wenn dies passiert, erhebt sich die Sperrklinke in die eingerückte Stellung,
welche gesteuert wird durch das Steuerloch, bei der sie mit dem
Nabengehäuse
verriegelt ist. In diesem Zustand wird die Drehung, die vom Kettenrad
auf den Antrieb übertragen
wurde, in den Schnellgang geschaltet und wird vom Träger auf
die innere Kerbverzahnung über
das Planetengetriebe abgegeben und anschließend auf das Nabengehäuse über den Kupplungsmechanismus übertragen,
wodurch das Nabengehäuse
in einem Schnellgangmodus angetrieben wird.
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In
dieser bekannten Anordnung, worin der Kupplungsmechanismus geschaltet
wird und die Geschwindigkeit über
Zentrifugalkraft geändert
wird, schwingt das Gewichtsteil nur sehr wenig, denn das Gewichtsteil hat
ein begrenztes Gehäuse.
Zusätzlich
besitzt der Steuerstift einen kurzen Umlaufpfad in Bezug auf das Schwingen
des Gewichtsteils, denn der Steuerstift ist in der Nähe des Zentrums
der Schwingbewegung des Gewichtslagers angeordnet. Das Steuerteil
kann sich deshalb nicht über
signifikante Entfernungen drehen, weshalb es notwendig ist, dass
die Sperrklinke zwischen der eingerückten Stellung und der ausgerückten Stellung über einen
sehr kleinen Betrag einer umlaufenden Bewegung umgeschaltet wird.
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Ein
weiterer Nachteil ist, dass große
Zentrifugalkräfte
nur schwierig zu erzielen sind, weil das Gehäuse für das Gewichtsteil begrenzt
ist. Es ist deshalb notwendig, die Effizienz zu erhöhen, mit
der die schwingende Bewegung in eine umlaufende Bewegung im Kupplungswechselmechanismus
umgewandelt wird. Jedoch ist die Effizienz der oben beschriebenen
konventionellen Anordnung gering, mit der die schwingende Bewegung in
eine umlaufende Bewegung umgewandelt wird, die umlaufende Bewegung
des Steuerteils wird in Relation zum Schwingen des Gewichtsteils
behindert und ein weiches Schalten lässt sich schwer erreichen,
denn der Steuerstift, welcher mit dem Spalt verriegelt ist, muss
entlang des Spalts gleiten, um die schwingende Bewegung des Gewichtsteils
in eine Drehbewegung des Steuerteils umzuwandeln.
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Dementsprechend
wird angestrebt, eine Nabenschaltungsvorrichtung für ein Fahrrad
zur Verfügung zu
stellen, die einfach im Aufbau ist, ein geringes Gewicht besitzt
und die Nachteile des Standes der Technik bewältigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine interne Getriebeeinrichtung für ein Fahrrad
vorgestellt, wie in Anspruch 1 definiert. Die Einrichtung beinhaltet
einen Nachläufer,
einen Antrieb, einen Planetengetriebemechanismus, welcher zwischen
Antrieb und dem Nachläufer
angeordnet ist, und einen selbsttätigen Schaltsteuerungsmechanismus,
welcher relativ zu einem Drehwinkel des Antriebs in Fahrtrichtung
betätigt wird.
Der selbsttätige
Schaltsteuerungsmechanismus beinhaltet eine erste Freilaufkupplung,
ein Kupplungssteuerungselement und ein erstes Anschlagelement, welches
an der inneren Umfangsfläche
des Nachläufers angeordnet
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt der selbsttätige
Schaltsteuerungsmechanismus ein zweites Anschlagelement, welches
an der inneren Umfangsfläche
des Nachläufers
angeordnet ist. Das zweite Anschlagelement ist vorzugsweise daran
angrenzend und mit dem ersten Anschlagelement etwas versetzt angeordnet.
Das erste Anschlagelement ist so angeordnet, dass es von der ersten
Freilaufkupplung gekuppelt wird und das zweite Anschlagelement ist
so angeordnet, dass es von dem Kupplungssteuerungselement gekuppelt
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Kupplungssteuerungselement einen Kupplungskäfig, wie
zum Beispiel einen Klinkenkäfig,
und kann sich relativ zum Planetengetriebemechanismus drehen und
kann sich ebenfalls mit dem Nachläufer drehen. Vorzugsweise besitzt
das Kupplungssteuerungselement ein Ende, welches radial nach außen abgewinkelt
ist. Im Betrieb dreht sich ein spitzes Ende der ersten Freilaufkupplung
vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung zur Fahrtrichtung. Der
Planetengetriebemechanismus kann in radialer Richtung innen liegend
vom Nachläufer
oder des Antriebs/Hohlrads angeordnet sein oder es kann seitlich
angrenzend an den Nachläufer
angeordnet sein.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet die Vorrichtung einen Kupplungskörper, der sich um die Achse
drehen kann und in axialer Richtung beweglich ist. Der Kupplungskörper kann
ein Schaltelement enthalten und von außen über eine Schubstange betätigt werden
und kann in mindestens einer ersten, einer mittel- und einer zweiten
Stellung sich befinden, wobei das Übersetzungsverhältnis unveränderlich
ist, wenn der Kupplungskörper
sich in der ersten Stellung befindet, das Übersetzungsverhältnis wird
automatisch aus einem niedrigen Übersetzungsverhältnis in
ein mittleres Übersetzungsverhältnis in
der Mittelstellung verändert,
und worin das Übersetzungsverhältnis automatisch
von einem mittleren Übersetzungsverhältnis in
ein hohes Übersetzungsverhältnis in
der zweiten Stellung verändert
wird.
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Das
automatische Schaltsteuerungsteil kann relativ zum Drehwinkel des
Antriebs in Fahrtrichtung betätigt
werden mit unterschiedlichen Drehwinkeln zwischen dem Hohlrad und
dem Nachläufer.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Antrieb eine erste Sperrklinke,
welche drehbar daran befestigt ist, welche sich zwischen einer eingerückten Stellung
und einer ausgerückten
Stellung dreht. Der Nachläufer
besitzt einen Satz von Zähnen,
welche an der inneren Fläche
davon ausgebildet sind. Der Planetengetriebemechanismus beinhaltet
ein Hohlrad mit einem ersten und zweiten Satz einer inneren Verzahnung,
ein Planetenrad und einen Träger,
der drehbar auf der Nabenachse montiert ist und der das Planetenrad
trägt.
Das Planetenrad ist zwischen dem Sonnenrad und dem zweiten Satz
der Zähne
auf dem Hohlrad angeordnet und der Träger hat eine zweite Sperrklinke,
welche daran drehbar befestigt ist, zum Kuppeln des Satz von Zähnen an
der inneren Fläche
des Nachläufers.
Der selbsttätige
Schaltsteuerungsmechanismus umfasst eine dritte Sperrklinke, welche
am Hohlrad montiert ist, ein Kupplungssteuerungselement, welches
an einem Ende radial nach außen
abgewinkelt ist und eine definierte Aussparung darin aufweist, und
ein erstes Anschlagelement, welches an der inneren Umfangsfläche des
Nachläufers
angeordnet ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Methode der Kraftübertragung einer Getriebeeinrichtung,
wie in Anspruch 35 definiert, vorgestellt. Die Methode beinhaltet
die Schritte für
den rotatorischen Antrieb eines Antriebs, wobei der Antrieb ein
Hohlrad mittels Drehbewegung antreibt, wobei das Hohlrad einen Planetengetriebeträger mittels
Drehbewegung antreibt, wobei der Planetengetriebeträger einen
Nachläufer
mittels Drehbewegung antreibt, welcher einen selbsttätigen Schaltsteuerungsmechanismus
betätigt,
durch das Einkuppeln einer ersten Freilaufkupplung an das Hohlrad
mit dem Nachläufer,
und wobei die erste Freilaufkupplung den Nachläufer mittels Drehbewegung antreibt,
unabhängig
vom Planetengetriebeträger.
Der selbsttätige Schaltsteuerungsmechanismus
wird relativ zu einem Drehwinkel des Antriebs in Fahrtrichtung betätigt.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine interne Getriebeeinrichtung
vorgestellt, welche eine niedrige Getriebekonfiguration besitzt,
wobei das Hohlrad über
den Planetengetriebeträger
Kraft auf den Nachläufer überträgt, und
eine Hochgangkonfiguration, wobei das Hohlrad Kraft direkt auf den
Nachläufer überträgt.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine interne Getriebeeinrichtung
für ein
Fahrrad vorgestellt, welche einen Antrieb, einen Nachläufer mit
einem ersten Bereich, einen Planetengetriebemechanismus, welcher
zwischen dem Antrieb und dem ersten Bereich des Nachläufers angeordnet
ist und einen selbsttätigen
Schaltsteuerungsmechanismus, welcher relativ zu einem Drehwinkel
des Antriebs in Fahrtrichtung betätigt wird. Der selbsttätige Schaltsteuerungsmechanismus
umfasst eine erste Freilaufkupplung, ein Kupplungssteuerungselement
und ein erstes Anschlagelement. Das Kupplungssteuerungselement umfasst
teilweise den ersten Bereich des Nachläufers und ist davon drehbar
unabhängig.
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In Übereinstimmung
mit einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine interne Getriebeeinrichtung
für ein
Fahrrad vorgestellt, welche einen Kupplungskörper, der in axialer Richtung
beweglich ist und positionierbar in mindestens einer ersten, mittel-
und dritten Stellung und einen selbsttätigen Schaltsteuerungsmechanismus,
welcher relativ zu einem Drehwinkel des Antriebs in Fahrtrichtung
betätigt
wird, umfasst. Der selbsttätige
Schaltsteuerungsmechanismus umfasst eine erste Freilaufkupplung,
ein Kupplungssteuerungselement und ein erstes Anschlagelement. Der
selbsttätige
Schaltsteuerungsmechanismus wird nicht betätigt, wenn der Kupplungskörper sich
in der ersten Stellung befindet. Der selbsttätige Schaltsteuerungsmechanismus
schaltet zwischen einem niedrigen Übersetzungsverhältnis und
einem mittleren Übersetzungsverhältnis um,
wenn der Kupplungskörper
sich in der Mittelstellung befindet. Der selbsttätige Schaltsteuerungsmechanismus
wechselt zwischen einem mittleren Übersetzungsverhältnis und
einem hohen Übersetzungsverhältnis, wenn
der Kupplungskörper
in der zweiten Stellung ist.
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Andere
Gegenstände
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann offensichtlich aus
den folgenden detaillierten Beschreibungen der Ausführungsformen.
Es versteht sich jedoch, dass die detaillierte Beschreibung und
die spezifischen Beispiele, welche bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verdeutlichen, nur zur Illustration dienen
und diese damit nicht begrenzen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung lässt
sich leichter verstehen, indem auf die beiliegenden Zeichnungen
verwiesen wird mit:
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1 ist
eine teilweise Halbschnittansicht einer internen Getriebeeinrichtung,
welche Sperrklinke 60 in der ausgerückten Stellung zeigt, gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine teilweise Halbschnittansicht der internen Getriebeeinrichtung
von 1, welche Sperrklinke 60 in der eingerückten Stellung
zeigt.
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3 ist
eine teilweise Halbschnittansicht einer internen Getriebeeinrichtung,
welche den Kupplungskörper
in der ersten Stellung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
eine teilweise Halbschnittansicht der internen Getriebeeinrichtung
von 3, welche den Kupplungskörper in der Mittelstellung
zeigt.
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5 ist
eine teilweise Halbschnittansicht der internen Getriebeeinrichtung
von 3, welche den Kupplungskörper in der zweiten Stellung
zeigt.
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6a ist
eine Seitenansicht des selbsttätigen
Schaltsteuerungsmechanismus, inklusive des Nachläufers, Kupplungssteuerungselement
und Sperrklinke in einer ersten Anfahrtsstellung, wobei die Sperrklinke mit
dem Kupplungssteuerungselement im Eingriff ist, aber nicht mit der
ersten Verzahnung.
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6b ist
eine Seitenansicht des selbsttätigen
Schaltsteuerungsmechanismus, inklusive des Nachläufers, Kupplungssteuerungselement
und Sperrklinke in einer Schnellgangstellung, wobei die Sperrklinke
mit dem Kupplungssteuerungselement und der ersten Verzahnung im
Eingriff ist, nachdem sich der Nachläufer relativ zum Hohlrad und Kupplungssteuerungselement
gedreht hat (ausgehend von der ersten Anfahrtsstellung).
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7a ist
eine Seitenansicht des selbsttätigen
Schaltsteuerungsmechanismus, inklusive des Nachläufers, Kupplungssteuerungselement
und Sperrklinke in einer zweiten Anfahrtsstellung, wobei die Sperrklinke nicht
mit dem Kupplungssteuerungselement oder der ersten Verzahnung im
Eingriff ist, aber radial innenliegend vom Kupplungssteuerungselement
angeordnet ist.
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7b ist
eine Seitenansicht des selbsttätigen
Schaltsteuerungsmechanismus, inklusive des Nachläufers, Kupplungssteuerungselement
und Sperrklinke in einer Stellung, in der die Sperrklinke nicht
mit dem Kupplungssteuerungselement oder der ersten Verzahnung im
Eingriff ist, aber radial innenliegend von dem Kupplungssteuerungselement
angeordnet ist. Das Kupplungssteuerungselement ist mit der zweiten
Verzahnung im Eingriff, nachdem der Nachläufer sich relativ zum Hohlrad
und Kupplungssteuerungselement gedreht hat (ausgehend von der zweiten
Anfahrtsstellung).
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7c ist
eine Seitenansicht des selbsttätigen
Schaltsteuerungsmechanismus, inklusive des Nachläufers, Kupplungssteuerungselement
und Sperrklinke in einer Schnellgangstellung, wobei die Sperrklinke
mit dem Kupplungssteuerungselement und der ersten Verzahnung im
Eingriff ist, nachdem der Nachläufer
sich mit dem Kupplungssteuerungselement gedreht hat.
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8a ist
eine teilweise perspektivische Ansicht der Sperrklinke 60 im
Eingriff mit dem Kupplungssteuerungselement, wie in den 6a, 6b und 7c dargestellt.
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8b ist
eine teilweise perspektivische Ansicht der Sperrklinke 60,
die nicht im Eingriff mit dem Kupplungssteuerungselement ist, wie
in den 7a und 7b dargestellt.
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9 ist
eine teilweise Halbschnittansicht einer internen Getriebeeinrichtung,
welche Sperrklinke 60 in einer ausgerückten Stellung zeigt, gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine teilweise Halbschnittansicht einer internen Getriebeeinrichtung
von 9, welche Sperrklinke 60 in einer eingerückten Stellung
zeigt.
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Gleiche
Nummern beziehen sich auf die gleichen Bauteile über sämtliche Ansichten der Zeichnungen.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im
Allgemeinen sorgt die vorliegende Erfindung für ein niedriges Übersetzungsverhältnis in
der hinteren Nabe eines Fahrrades oder dergleichen, wenn das Fahrrad
anfährt
oder abgestellt ist. Sobald der Fahrer das Kettenrad in Fahrtrichtung
eine vorbestimmte Anzahl gedreht hat (typischerweise nur wenige
mal), wird das Übersetzungsverhältnis automatisch
auf ein höheres
Verhältnis
umgeschalten. Es versteht sich, dass Ausdrücke wie "oben", "rechts", "unten", "im Uhrzeigersinn", "gegen den Uhrzeigersinn", "vorne", "oberhalb", "nach vorne" und andere Positionsangaben,
die hierin verwendet werden, nur zur leichteren Beschreibung verwendet werden
und sich auf die Orientierung der Komponenten gemäß den Figuren
beziehen. Es ist verständlich,
dass jede Orientierung der Elemente, welche hierbei beschrieben
werden, sich auf den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung erstreckt.
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Bezugnehmend
auf 1–2 wird
eine erste Ausführungsform
der Erfindung für
eine interne Getriebeeinrichtung 10 für ein Fahrrad gezeigt. Wie
in 1 dargestellt, umfasst die interne Getriebeeinrichtung 10 eine
Nabenachse 12, welche an den hinteren Gabelenden 14 befestigt
ist, einen Antrieb 16, welcher drehbar um die Außenseite
von einem Ende der Nabenachse 12 montiert ist, einen Nachläufer 18,
welcher weiter außenliegend
um die Außenseite
der Nabenachse 12 angeordnet ist und den Antrieb 16,
der mit dem Hinterrad (nicht dargestellt) verbunden ist und welcher
einen Nachläufer-Innenraum 20 festlegt,
einen Planetengetriebemechanismus 22, welcher im Nachläufer-Innenraum 20 angeordnet
ist, und ein Kettenrad 24, welches drehbar mit dem Antrieb 16 gekoppelt
ist. Der Nachläufer 18 umfasst
ein Nabengehäuse 19.
Das rechte Ende des Nachläufers 18 ist
drehbar gelagert über
eine Lagerungskomponente 25, welche auf dem Antrieb 16 sitzt,
und das linke Ende des Nachläufers 18 ist
drehbar gelagert über eine
Lagerungskomponente 26, welche auf einem kegelförmigen Bauteil 30a sitzt,
welches an der Nabenachse 12 befestigt ist. Der Antrieb 16 ist
drehbar gelagert über
eine Lagerungskomponente 27, welche auf einem konischen
Bauteil 30b sitzt, welches mit der Nabenachse 12 verbunden
ist.
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Wie
obenstehend beschrieben ist die Nabenachse 12 an den hinteren
Gabelenden 14 des Fahrradrahmens (nicht dargestellt) befestigt.
Das Sonnenrad 32 des Planetengetriebemechanismus 22 (untenstehend beschrieben)
ist auf der Nabenachse 12 angeordnet und wird dort vorzugsweise
integral ausgebildet. Die Nabenkegelbauteile 30a und 30b besitzen
armförmige
Nabenkegelsitze 26a und 27a für die Lagerungskomponenten 26 und 27 und
sind entsprechend auf den Montagebereichen der Nabenachse 12 verschraubt,
welche innenliegend in Bezug zu den hinteren Gabelenden 14 liegen.
Die Lagerungskomponente 25 umfasst Kugellaufflächen 25a und 25b und
eine Vielzahl von Kugeln 25c, welche zwischen den Kugellaufflächen 25a und 25b eingefügt sind.
Die Lagerungskomponente 26 umfasst die Nabenkegelfläche 26a,
eine Kugellauffläche 26b und
eine Vielzahl von Kugeln 26c, welche zwischen der Kugellauffläche 26b und
der Nabenkegelfläche 26a eingefügt sind.
Die Lagerungskomponente 27 umfasst die Nabenkegelfläche 27a,
eine Kugellauffläche 27b und
eine Vielzahl von Kugeln 27c, welche zwischen der Kugellauffläche 27b und
der Nabenkegelfläche 27a eingefügt sind.
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Antrieb 16 ist
ein Bauteil zur Übertragung
der Drehung von dem Kettenrad 24. Wie in 1 dargestellt, umfasst
der Antrieb 16 einen ersten Bereich 16a, an dem
das Kettenrad 24 nicht drehbar angebracht ist und einen
zweiten Bereich 16b, an dem eine Freilaufkupplung (vorzugsweise
Sperrklinke 36) angebracht ist. Die Sperrklinke 36 ist
ein Teil des Kupplungsmechanismus 64, wie untenstehend
beschrieben. Sperrklinke 36 ist vorgesehen zur Einrückung in
einen Satz von Zähnen 38 auf
der rechten Seite des Hohlrades 40 des Planetengetriebemechanismus 22 (untenstehend
beschrieben). Das rechte Ende des ersten Bereichs 16a von
Antrieb 16 ist auf der Lagerungskomponente 27 drehbar
gelagert.
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Abdichtungen 42 umgeben
die äußeren Bereiche
rund um den Antrieb 16, Kegel 30b und Kettenrad 24 zum
Schutz vor fremden Objekten, wie z.B. Staub, Nässe und dergleichen, damit
diese nicht in den Nachläufer-Innenraum 20 gelangen.
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Der
Nachläufer 18,
welcher als zylinderförmiges
Teil ausgebildet sein kann und aus Stahl oder einem anderen unnachgiebigen
Werkstoff besteht, weist vorzugsweise eine abgestufte Gestalt auf,
wobei ein Ende 18a einen größeren Durchmesser und ein Ende 18b einen
kleineren Durchmesser besitzt. Der Antrieb 16 ist vorzugsweise
im Ende 18a mit dem großen Durchmesser angeordnet
und der Planetengetriebemechanismus 22 erstreckt sich vom
Ende 18a mit dem größeren Durchmesser
bis zum Ende 18b mit dem kleineren Durchmesser. Es ist
verständlich,
dass in einer anderen Ausführungsform
der Nachläufer 18 über seine
gesamte Länge
einen konstanten Durchmesser besitzen kann. Nabenflansche 44a und 44b zur
Sicherung der Speichen (nicht dargestellt) des Hinterrades (nicht
dargestellt) werden auf den äußeren Umfangsflächen des
Mechanismusgehäuses 46 integral
ausgebildet.
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Der
Planetengetriebemechanismus 22 umfasst das Sonnenrad 32,
welches auf der Nabenachse 12 ausgebildet ist, das Hohlrad 40,
einen Planetenträger 48,
welcher drehbar auf der Nabenachse 12 befestigt ist und
mindestens ein Planetenrad 50, welches auf dem Träger 48 drehbar
gelagert ist. Vorzugsweise umfasst der Planetengetriebemechanismus 22 drei
Planetenräder 50,
welche rings um das Sonnenrad 32 angeordnet sind. Der Träger 48 besitzt
vorzugsweise die Gestalt eines Überwurfflansches,
wobei die Nabenachse 12 durch ihn hindurchgeht. Eine Getriebeachse 52 zur
drehbaren Lagerung des Planetenrades 50 ist auf dem Träger 48 befestigt.
Das Planetenrad 50 kämmt
mit einem Satz von Zähnen 54 auf
der linken Seite des Hohlrades 40 und dem Sonnenrad 32.
Der Träger 48 beinhaltet
eine Freilaufkupplung (vorzugsweise Sperrklinke 56), welche wahlweise
mit einer Innenverzahnung 58, welche sich auf der inneren
Umfangsfläche
des Nachläufers 18 befindet,
kämmt.
Die Sperrklinke 56 ist ein Teil des Kupplungsmechanismus 68,
wie untenstehend beschrieben.
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Wie
am besten aus den 6a und 6b ersichtlich
wird, ist ein selbsttätiger
Schaltsteuerungsmechanismus 59 radial innerhalb des Nachläufers 18 angeordnet.
Der selbsttätige
Schaltsteuerungsmechanismus 59 umfasst vorzugsweise eine
Freilaufkupplung (vorzugsweise eine Sperrklinke 60), ein
Anschlagselement 62, welches sich auf der inneren Umfangsfläche des
Nachläufers 18 befindet
und ein Kupplungssteuerungselement oder Klinkenkäfig 72. Ein federartiges
Bauteil 70 (dargestellt in 1) ist ebenso
zum Vorspannen der Sperrklinke 60 beinhaltet. Die Sperrklinke 60 kann
zwischen einem eingekuppelten Zustand, wie in 6a gezeigt
(es ist verständlich,
dass der eingekuppelte Zustand bedeutet, dass die Sperrklinke 60 sich in einer
Stellung befindet, in der sie mit der ersten Verzahnung 62 verbunden
ist, aber das heißt
nicht notweniger Weise, dass die Sperrklinke 60 mit der
ersten Verzahnung 62 im Eingriff ist, wie 6a verdeutlicht),
und einem ausgekuppelten Zustand, wie in 7a gezeigt,
wechseln. Die Sperrklinke 60 ist normalerweise im Eingriff
vorgespannt. Die Funktionsweise der Elemente des selbsttätigen Schaltsteuerungsmechanismus 59 wird untenstehend
ausführlicher
beschrieben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Sperrklinke 60 auf dem Hohlrad 40 angeordnet.
Vorzugsweise ist die Sperrklinke 60 drehbar gegen das Hohlrad 40 auf
einer Achse 40a gesichert, so dass sie wahlweise mit dem
Anschlagelement 62 kämmen
kann, welches sich auf der inneren Umfangsfläche des Nachläufers 18 befindet.
Vorzugsweise ist das Anschlagelement 62 eine erste Verzahnung 62.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt, beinhaltet die
interne Getriebeeinrichtung 10 ebenfalls Kupplungsmechanismen 64 und 68.
Der Kupplungsmechanismus 64 beinhaltet eine Verzahnung 38,
welche mit Sägezähnen auf
der inneren Umfangsfläche
des Hohlrads 40 ausgebildet ist, die Sperrklinke 36 und
ein federartiges Bauteil 70 zur Vorspannung der Sperrklinke 36.
Die Sperrklinke 36 ist auf der äußeren Umfangsfläche des
zweiten Bereichs 16b vom Antrieb 16 befestigt
und kann zwischen einem eingekuppelten Zustand, in dem sie mit der
Verzahnung 38 kämmt,
und einem ausgekuppelten Zustand, in dem sie von der Verzahnung 38 getrennt
ist, wechseln. Die Sperrklinke 36 ist normalerweise im
eingekuppelten Zustand vorgespannt.
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Der
Kupplungsmechanismus 68 beinhaltet eine Verzahnung 58,
welche auf der inneren Umfangsfläche
des Nachläufers 18 mittels
Sägezähnen ausgebildet
ist, eine Sperrklinke 56 und ein federartiges Bauteil 70 zur
Vorspannung der Sperrklinke 56. Die Sperrklinke 56 ist
auf der äußeren Umfangsfläche des
Trägers 48 befestigt
und kann zwischen einem eingekuppelten Zustand, bei dem sie mit
der Verzahnung 58 kämmt,
und einem ausgekuppelten Zustand, in dem sie von der Verzahnung 58 getrennt
ist, wechseln. Im Kupplungsmechanismus 68 wird normalerweise
die Sperrklinke 56 im Eingriff aufgestellt und die Drehung
des Trägers 48 wird
auf den Nachläufer 18 übertragen,
wenn sich der Träger
in Fahrtrichtung dreht. Keine Drehung wird übertragen, wenn der Nachläufer 18 sich
in Fahrtrichtung mit einer höheren
Geschwindigkeit dreht als diejenige des Trägers 48 (was sich
ergibt aus dem Antrieb des Nachläufers 18 über die
Sperrklinke 60, wie untenstehend beschrieben).
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Wie
in den 1, 2 und 6–8 dargestellt, umgibt ein Kupplungssteuerungselement 72 teilweise das
Hohlrad 40. Das Kupplungssteuerungselement 72 besitzt
eine kreisförmige
Gestalt mit einer Lücke 72b zwischen
seinen Enden. Eines der Enden 72a ist radial nach außen abgewinkelt
und hat eine Aussparung 74 darin ausgebildet. Wie sich
am besten in 8a zeigt, kann die Sperrklinke 60 mit
der Aussparung 74 verbunden sein (der entsprechende Zweck
wird unten noch ausführlicher
beschrieben). Das Kupplungssteuerungselement 72 kann sich
unabhängig
vom Hohlrad 40 drehen.
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Bezugnehmend
auf die 1–2 und 6a–6b ist
die erste Ausführungsform
der internen Getriebeeinrichtung 10 im Betrieb ein automatischer
Zweigang-Schaltmechanismus. 1 zeigt
die Sperrklinke 60, welche nicht mit der ersten Verzahnung 62 im
Eingriff ist. In diesem Zustand besitzt die interne Getriebeeinrichtung 10 ein
niedriges Übersetzungsverhältnis. 2 zeigt
die Sperrklinke 60 im Eingriff mit der ersten Verzahnung 62.
In diesem Zustand besitzt die interne Getriebeeinrichtung 10 ein
hohes Übersetzungsverhältnis.
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Wie
in 6a dargestellt, beinhaltet die innere Umfangsfläche des
Nachläufers 18 eine
zweite Verzahnung 76, welche an die erste Verzahnung 62 angrenzt.
Wie oben erläutert
ist die erste Verzahnung 62 dafür vorgesehen, mit der Sperrklinke 60 in
Eingriff zu sein (z.B. Sperrklinke 60 fluchtet mit der
ersten Verzahnung 62 in Umfangsrichtung). Die zweite Verzahnung 76 ist
vorgesehen, mit dem Ende 72a des Kupplungssteuerungselements 72 im
Eingriff zu sein (z.B. fluchtet das Ende 72a mit der zweiten
Verzahnung 76 in Umfangsrichtung). Wird das Fahrrad angehalten,
so kann der Nachläufer 18 frei
gedreht werden, während
die zweite Verzahnung 76 mit dem Ende 72a des
Kupplungssteuerungselements 72 im Eingriff ist, dadurch
dreht sich das Kupplungssteuerungselement 72 im Uhrzeigersinn,
so dass das Kupplungssteuerungselement 72 wie in 6a platziert
ist, was hierbei als die erste Anfahrtsstellung bezeichnet werden
soll, in der die Sperrklinke 60 gegen die zweite Verzahnung 76 steht.
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Tritt
der Fahrer während
des Anfahrens in die Pedale und treibt das Fahrrad voran, wird die
resultierende Drehung auf den Antrieb 16 über das
Kettenrad 24 übertragen.
Zu diesem Zeitpunkt besitzt die interne Getriebeeinrichtung 10 ein
niedriges Übersetzungsverhältnis. Der
Antrieb 16 treibt das Hohlrad 40 drehend an, weil
Sperrklinke 36 mit den Zähnen 38 des Hohlrads 40 in
einer eingerückten
Stellung ist. Das Hohlrad 40 treibt das Planetenrad 50 drehend
an und folglich den Planetengetriebeträger 48. Die Drehung
des Planetengetriebeträgers 48 über die
Sperrklinke 56 führt
zu einer Drehung des Nachläufers 18.
Wie in 6a dargestellt, ist in diesem
Zustand die Sperrklinke 60 nicht mit der ersten Verzahnung 62 im
Eingriff. Folglich ist das Hohlrad 40 nicht mit dem Nachläufer 18 verbunden.
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In
diesem niedrigen Gang drehen sich der Antrieb 16 und das
Hohlrad 40 schneller als der Nachläufer 18. Nachdem der
Fahrer die Kurbeln (und folglich den Antrieb 16 und das
Hohlrad 40) eine vorbestimmte Anzahl in Fahrtrichtung gedreht
hat, wird sich der Nachläufer 18 folglich
in einer Richtung entgegen des Uhrzeigersinns bewegen (siehe hierzu
Pfeil D in 6a), relativ zum Hohlrad 40,
dem Kupplungssteuerungselement 72 und der Sperrklinke 60,
bis die Sperrklinke 60 mit der ersten Verzahnung 62 eingerückt ist.
Es ist verständlich,
dass sich der Nachläufer 18 nicht
tatsächlich
entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, aber weil das Hohlrad 40 sich
im Uhrzeigersinn schneller als der Nachläufer 18 bewegt, dreht
sich der Nachläufer 18 relativ
zum Hohlrad 40 in eine Richtung, welche entgegen dem Uhrzeigersinn
weist. Sobald die Sperrklinke 60 mit der ersten Verzahnung 62 im
Eingriff ist, treibt das Hohlrad 40 den Nachläufer 18 rotatorisch
an, wodurch automatisch in ein höheres Übersetzungsverhältnis (was
hierin als die Schnellgangstellung bezeichnet werden soll) umgeschalten
wird. Weil sich der Nachläufer 18 schneller
als der Planetenträger 48 dreht,
trennt sich die Sperrklinke 56 dementsprechend von der
Verzahnung 58, welche ein Teil des Nachläufers 18 ist,
und sich somit mit der selben Geschwindigkeit des Hohlrads 40 dreht.
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Zur
Ausbildung von Übersetzungsverhältnissen
besitzen die verschiedenen Elemente des Planetengetriebemechanismus 22 eine
geeignete Anzahl von Zahnradzähnen.
Beispielhaft soll nur ein niedriges Übersetzungsverhältnis von
1:0,73 betrachtet werden. Mit anderen Worten dreht sich der Nachläufer 18 0,73
mal für
jeden einzelnen Umlauf des Antriebs 16 und des Hohlrads 40.
Ein derart niedriges Übersetzungsverhältnis kann
erreicht werden, wenn das Sonnenrad 32 16 Zähne besitzt,
der linke Satz von Zähnen 54 auf
dem Hohlrad 40 hat 44 Zähne,
das Planetenrad 50 hat 13 Zähne und der Satz von Zähnen 58 auf
dem Nachläufer 18 umfasst
16 Zähne.
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Wenn
das Fahrrad aus der ersten Anfahrtsstellung bewegt wird, beträgt das Übersetzungsverhältnis 1:0,73.
Dementsprechend drehen sich das Hohlrad 40 und der Antrieb 16 in
Fahrtrichtung, aber der Nachläufer 18 dreht
sich relativ langsamer als das Hohlrad 40. Für dieses
Beispiel, wie es in 6b dargestellt ist, nehmen wir
an, dass die Entfernung, die sich der Nachläufer 18 relativ zum
Hohlrad 40 aus der Anfangsstellung heraus (6a)
bewegen muss, bis er in der ersten Verzahnung 62 (6b)
eingerückt
ist, sei ungefähr
335° (noch
genauer 335° 18' und 23''). Eine Umdrehung des Hohlrads 40 sorgt
dabei für
0,73 Umdrehungen des Nachläufers 18.
Dies bedeutet, dass der Nachläufer 18 sich
0,2666 mal in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn dreht (relativ
zum Hohlrad 40). 0,2666 × 360° = 96°. Mit anderen Worten dreht sich
der Nachläufer 18 96° weniger
als das Hohlrad 40 mit jeder einzelnen Umdrehung des Hohlrads 40.
335°/96° = 3,49.
Deshalb muss sich das Hohlrad 40 in diesem Beispiel aus
der ersten Anfahrtsstellung 3,49 mal drehen, bevor
sich die erste Verzahnung 62 relativ zum Hohlrad die erforderlichen
335° dreht,
damit die Sperrklinke 60 mit der ersten Verzahnung 62 eingerückt ist.
Bei einem typischen Fahrrad beträgt
das Übersetzungsverhältnis zwischen
dem vorderen Kettenrad und dem hinteren Kettenrad 24 ungefähr 2:1.
3,49/2 = 1,75. Deshalb sorgen 1,75 Drehungen des vorderen Kettenrades
für 3,49
Umdrehungen des hinteren Kettenrades 24. Anders gesagt,
sobald der Fahrer anfängt
zu treten, wird die interne Getriebeeinrichtung 10 nach
1,75 Umdrehungen der Kurbeln aus einem niedrigen Übersetzungsverhältnis in
ein hohes Übersetzungsverhältnis umschalten.
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Es
ist verständlich,
dass die oben angegebenen Zahlen nur beispielhaft sind und dazu
dienen, den Leser mit einem besseren Verständnis für die Erfindung zu versehen.
Der Fachmann wird in der Lage sein, sich das Übersetzungsverhältnis und
die Getriebegröße auf eine
bestimmte Anwendung hin zuzuschneiden. Dementsprechend sind die
Zahlen und Abmaße,
welche hierin dargelegt wurden, keine Begrenzung der vorliegenden
Erfindung.
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Sobald
ein Fahrrad angehalten wird, sogar nachdem der Nachläufer 18 frei
gedreht sein kann, befindet sich die Sperrklinke 60 nicht
immer in einer Stellung gemäß 6a,
sondern kann statt dessen wie in 7a positioniert
sein, wo die Sperrklinke 60 radial innenliegend von dem
Kupplungssteuerungsteil 72 angeordnet ist. Diese Stellung
(die Stellung, wie in 7a dargestellt) wird hierin
als die zweite Anfahrtsstellung bezeichnet. In dieser Situation,
nachdem der Antrieb 16 und das Hohlrad 40 3,49
Umdrehungen (wie obenstehend beschrieben) absolviert haben, erreicht
der Nachläufer 18 die
Stellung gemäß 7b.
In dieser Stellung ist die Sperrklinke 60 jedoch noch immer
radial innenliegend vom Kupplungssteuerungselement 72 (siehe 8b)
positioniert. Würden
das Kupplungssteuerungselement 72 und das Hohlrad 40 sich
weiterhin mit der selben Drehgeschwindigkeit drehen, dann wäre die erste
Verzahnung 62 nie im Eingriff mit der Sperrklinke 60 und
der höhere
Gang würde
nie erreicht werden. Nachdem der Nachläufer 18 die Position,
wie in 7b dargestellt, einnimmt, hakt
das abgewinkelte Ende 72a des Kupplungssteuerungselements
ein und ist mit der zweiten Verzahnung 76 im Eingriff (siehe 7b).
Dadurch dreht sich das Kupplungssteuerungselement 72 gleichzeitig
mit dem Nachläufer 18.
Deshalb wird das Kupplungssteuerungselement 72, welches
sich mit der selben Drehgeschwindigkeit wie das Hohlrad 40 gedreht
hat, anfangen sich mit der selben Drehgeschwindigkeit wie der Nachläufer 18 zu
drehen (für
eine Umdrehung des Hohlrads 40 ergeben sich 0,73 Umdrehungen des
Kupplungssteuerungselements 72).
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Aus
der gemeinsamen Drehung des Nachläufers 18 mit dem Kupplungssteuerungselement 72 folgt, dass
es einen Zeitpunkt geben wird, an dem die Sperrklinke 60 die
Lücke 72b erreichen
wird, welche sich zwischen den Enden des Kupplungssteuerungselements 72 befindet.
Da die Sperrklinke 60 gegenüber dem eingerückten Stellung
vorgespannt ist, wird sie in die Lücke 72b hinein ragen
und dadurch mit der inneren Fläche des
Nachläufers 18 Kontakt
aufnehmen. Die Sperrklinke gleitet dann entlang der inneren Fläche des
Nachläufers 18 so
lange, bis sie in der Aussparung 74 aufgenommen ist und
mit der ersten Verzahnung 62 (siehe 7c) eingerückt ist,
wodurch in einen höheren
Gang umgeschalten wird.
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Wie
in 7c dargestellt, welche die Zahlen und Abmaße gemäß dem obigen
Beispiel enthält,
müssen
sich das Kupplungssteuerungselement 72 und der Nachläufer 18 335° relativ
zum Hohlrad 14 bewegen, bevor die Sperrklinke 60 mit
der ersten Verzahnung 62 eingerückt ist und ein Umschalten
stattfindet. Nimmt man diese Zahlen, dann können wir berechnen, wie viele
Umdrehungen der Kurbeln notwendig sind, damit ein Antrieb aus einem
niedrigen in einen hohen Gang schaltet. 335° (aus der ersten Anfahrtsstellung
bis zur Position dargestellt in 7b) +
355° (aus
der Position, wie in 7b dargestellt bis zur Schnellgangstellung)
= 690°.
Deshalb muss der Nachläufer 18 um
690° zum
Schalten gedreht werden (355° kommen
aus der Drehung mit dem Kupplungssteuerungselement 72),
und zwar relativ zum Hohlrad 40. 690°/96° = 7,2 Umdrehungen für das Hohlrad 40,
Antrieb 16 und Kettenrad 24. 7,22 = 3,6. Dem entsprechend
sind 3,6 Umdrehungen der Kurbeln notwendig, damit der selbsttätige Schaltungssteuerungsmechanismus 59 aus
einem niedrigen in einen hohen Gang umschaltet, wenn man aus der
zweiten Anfahrtsstellung losfährt.
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Die
interne Getriebeeinrichtung 10 besitzt die folgenden Kraftübertragungspfade
aufgrund der Anwesenheit des Antriebs 16, des Planetengetriebemechanismus 22,
des selbsttätigen
Schaltsteuerungsmechanismus 59 und des Nachläufers 18:
Einen
Berggangübersetzungspfad
(niedriger Gang), gebildet aus dem Kettenrad 24, Antrieb 16,
Kupplungsmechanismus 64, Hohlrad 40, Planetenrad 50,
Träger 48,
Kupplungsmechanismus 68 und Nachläufer 18; und
einen
direkt gekoppelten Kraftübertragungspfad
(hoher Gang), gebildet aus dem Kettenrad 24, Antrieb 16, Kupplungsmechanismus 64,
Hohlrad 40, Freilaufkupplung 60 und Nachläufer 18.
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Bezugnehmend
auf die 3–4 wird eine
interne Getriebeeinrichtung 100 für ein Fahrrad gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform arbeitet ähnlich der
ersten Ausführungsform,
besitzt jedoch einen niedrigen, mittleren und hohen Gangübersetzungspfad.
Die Nabe 100 umfasst ein Schaltelement 102 und
einen Kupplungskörper 104,
welche in eine erste Stellung (3), eine Mittelstellung
(4) und eine zweiten Stellung (5)
in der Axialrichtung der Achse 12 unter Verwendung des
Kupplungsbetätigers 106 gesetzt
werden können.
Der Kupplungskörper 104 kann
sich entlang der Achse A bewegen und kann sich um die Nabenachse 12 drehen.
Der Kupplungskörper 104 besitzt
eine äußere Verzahnung 108,
welche mit der inneren Verzahnung 110 im Eingriff ist und
um die innere Umfangsfläche
des Antriebs ausgebildet ist. Daraus folgt, dass sich der Kupplungskörper 104 mit
dem Antrieb 16 integral dreht und in Richtung der Achse
A bezüglich
des Antriebs 16 gleiten kann.
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Mindestens
eine Zahneingriffskomponente 112 (und vorzugsweise eine
Vielzahl von Zahneingriffskomponenten 112) ragt nach außen aus
dem linken Ende des Kupplungskörpers 104 heraus.
Die Zahneingriffskomponente 112 ist vorgesehen, mit der
Sperrklinke 60 im Eingriff zu sein, wenn sich der Kupplungskörper 104 in
der ersten Stellung befindet und eine Senke 116 wird im
Träger 48 ausgebildet,
wenn sich der Kupplungskörper 104 in
der zweiten Stellung befindet. Der Kupplungskörper 104 umfasst ebenso
ein Anschlagende 114, welches davon gegen den Anschlag 102 in
der ersten, mittel- und zweiten Stellung angrenzt. Ein Paar Federn 118 und 120 sorgen
dafür,
dass der Anschlag 102 in entgegen gesetzten Richtungen
vorgespannt wird.
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Zur
neuen Positionierung des Kupplungskörpers 104 wird der
Kupplungsbetätiger 106,
welcher eine Druckstange sein kann, die sich entlang einer Öffnung in
der Achse 12 erstreckt, gedrückt oder vom Fahrer gezogen,
zur Neupositionierung des Anschlags 102 und damit des Kupplungskörpers 104.
Wird der Kupplungsbetätiger 106 gedrückt, so
muss das Drängen
der Feder 120 überwunden
werden, damit der Anschlag neu positioniert wird. Beim Ziehen des
Kupplungsbetätigers
muss das Drängen
der Feder 118 überwunden werden,
um den Anschlag neu zu positionieren.
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Wird
der Kupplungskörper 104 in
die erste Stellung gebracht, so ist die Zahneingriffskomponente 112 mit
einer abgeschrägte
Senke 60a (siehe 6a) in
der Sperrklinke 60 eingerückt, wodurch sich die Sperrklinke 60 in
die ausgerückte
Stellung dreht, in dem die Sperrklinke 60 keinen Kontakt
zur ersten Verzahnung 62 besitzt. In diesem Zustand ist
die Sperrklinke 60 nicht im Eingriff mit der ersten Verzahnung 62.
Dementsprechend ist der selbsttätige
Schaltsteuerungsmechanismus 59 nie in der Schnellgangstellung
und die Nabe 100 verbleibt in einem niedrigen Übersetzungsverhältnis (1:0,73
im obigen Beispiel).
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Wenn
der Kupplungskörper 104 in
die Zwischenstellung gesetzt wird, wie in 4 dargestellt,
ist die Zahneingriffskomponente 112 mit nichts in Kontakt,
wodurch das Getriebe 100 in der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform
(Getriebe 10) betrieben werden kann.
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Befindet
sich der Kupplungskörper 104 in
der zweiten Stellung, wie in 5 dargestellt,
so ist die Zahneingriffskomponente 112 in Kontakt mit Senke 116 im
Träger 48 und
die nach vorne gerichtete Antriebsleistung des Antriebs 16 wird
auf den Träger 48 übertragen.
Wenn das Getriebe 100 in seiner Anfangsstellung ist (wie
in 6a dargestellt), in der die Sperrklinke 60 nicht
mit der ersten Verzahnung 62 eingerückt ist, kämmt der Träger 48 über den
Kupplungsmechanismus 68 mit dem Nachläufer 18, dadurch dreht
sich der Nachläufer 18 mit
der gleichen Drehgeschwindigkeit wie der Antrieb und stellt ein Übersetzungsverhältnis von 1:1
(was hierin als mittleres Übersetzungsverhältnis bezeichnet
werden soll) ein.
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Es
ist verständlich,
dass in der zweiten Stellung, während
der Antrieb 16 (über
den Kupplungskörper 104)
den Träger 48 antreibt,
der Träger 48 im
Gegenzug dafür
sorgt, dass sich das Hohlrad 40 und die Sperrklinke 60 dreht.
Wie obenstehend beschrieben, wenn der selbsttätige Schaltsteuerungsmechanismus 59 nicht im
Eingriff ist (6a), bringt die Sperrklinke 60 den
Nachläufer 18 nicht
dazu, sich zu drehen. Sobald der selbsttätige Schaltsteuerungsmechanismus 59 jedoch
die Schnellgangstellung (6b) erreicht
und die Sperrklinke 60 mit der ersten Verzahnung 62 im
Eingriff ist, dreht sich der Nachläufer 18 synchron mit
dem Hohlrad 40 in einem Übersetzungsverhältnis, welches
höher als
1:1 ist. In diesem Zustand wird die nach vorne gerichtete Antriebsleistung,
welche vom Antrieb 16 über
das Kettenrad 24 und die Kette aufgenommen wird, über den
Kupplungskörper 104 auf
den Träger 48 übertragen,
wie obenstehend beschrieben. Da die Sperrklinke 60 mit
der ersten Verzahnung 62 im Eingriff ist, wird die nach
vorne gerichtete Antriebsleistung, die auf den Träger 48 weitergegeben
wird, über
die Arbeit des Planetenrads 50 und des Sonnenrads 32 verstärkt, bevor sie
auf das Hohlrad 40 übertragen
wird, und wird dann auf den Nachläufer 18 über die
Sperrklinke 60 übertragen.
Mit den beispielhaften Zahlen, welche oben dargelegt wurden, beträgt das hohe Übersetzungsverhältnis 1:1,36.
Wenn dies eintritt, so drehen sich Hohlrad 40 und Nachläufer 18 schneller
als der Antrieb 16 und der Träger 48 und somit sind
die Sperrklinken 36 und 56 ausgerückt von
den Zähnen 38 und 58 und überlaufen diese
jeweils.
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Die
Nabe
100 stellt die folgenden Übersetzungsverhältnisse
bereit (die Übersetzungen
in runden Klammern ergeben sich unter Anwendung der beispielhaften
Zahlen, wie oben beschrieben):
Kupplungskörperstellung | Übersetzungsverhältnis |
Erste | Immer
niedriger Gang (1:0,73) |
Mittel | Fängt niedrig
an (1:0,73) und schaltet automatisch in den mittleren (1:1) um |
Zweite | Fängt im mittleren
an (1:1) und schaltet automatisch zu höherem (1:1,36) um |
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Befindet
sich der Kupplungskörper 104 in
der ersten Stellung, so besitzt die interne Getriebeeinrichtung 100 nur
einen Kraftübertragungspfad
durch die Anwesenheit eines Antriebs 16, Planetengetriebemechanismus 22,
Kupplungskörper 104 und
Nachläufer 18.
Dieser Übertragungspfad
lautet:
Ein niedriger Getriebekraftübertragungspfad (niedriger
Gang), bestehend aus dem Kettenrad 24, Antrieb 16, Kupplungsmechanismus 64,
Hohlrad 40, Planetenrad 50, Träger 48, Kupplungsmechanismus 68 und
Nachläufer 18 (1:0,73).
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Wenn
sich der Kupplungskörper 104 in
der mittleren Stellung befindet, so besitzt die interne Getriebeeinrichtung 100 die
folgenden Kraftübertragungspfade
durch die Anwesenheit eines Antriebs 16, selbsttätigen Schaltsteuerungsmechanismus 59,
Planetengetriebemechanismus 22, Kupplungskörper 104 und
Nachläufer 18:
Ein
niedriger Getriebekraftübertragungspfad
(niedriger Gang), bestehend aus dem Kettenrad 24, Antrieb 16, Kupplungsmechanismus 64,
Hohlrad 40, Planetenrad 50, Träger 48, Kupplungsmechanismus 68 und
Nachläufer 18 (1:0,73);
und
einen mittleren Getriebeübertragungspfad bestehend aus
dem Kettenrad 24, Antrieb 16, Kupplungsmechanismus 64,
Hohlrad 40, selbsttätigem
Schaltsteuerungsmechanismus 59 und Nachläufer 18 (1:1).
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Wenn
der Kupplungskörper 104 in
der zweiten Stellung ist, so besitzt die interne Getriebeeinrichtung 100 die
folgenden Kraftübertragungspfade
durch die Anwesenheit eines Antriebs 16, selbsttätigen Schaltsteuerungsmechanismus 59,
Planetengetriebemechanismus 22, Kupplungskörper 104 und
Nachläufer 18:
Einen
mittleren Getriebeübertragungspfad,
bestehend aus dem Kettenrad 24, Antrieb 16, Kupplungskörper 104,
Träger 48,
Kupplungsmechanismus 68 und Nachläufer 18 (1:1); und
einen
hohen Getriebekraftübertragungspfad,
bestehend aus dem Kettenrad 24, Antrieb 16, Kupplungskörper 104,
Träger 48,
Planetenrad 50, Hohlrad 40, selbsttätigem Schaltsteuerungsmechanismus 59,
Kupplungsmechanismus 68 und Nachläufer 18.
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Bezugnehmend
auf die 9–10 wird
eine interne Getriebeeinrichtung 150 für ein Fahrrad gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform sind das Hohlrad 40 und
Antrieb 16 der ersten Ausführungsform als ein integrales
Teil ausgebildet. Mit anderen Worten besitzt Antrieb 16 einen
Satz von Zähnen 54 auf
einer inneren Fläche
davon, wodurch der Antrieb 16 im Wesentlichen ein Hohlrad
bildet. Da das Hohlrad und der Antrieb integral miteinander ausgebildet
sind, entfällt
der Kupplungsmechanismus 64. Der Planetengetriebemechanismus 22 ist
seitlich angrenzend dazu angeordnet und auf der rechten Seite des
Nachläufers 18 davon,
wodurch insgesamt weniger Komponenten in der internen Getriebeeinrichtung 150 benötigt werden.
Die meisten der Komponenten in der dritten Ausführungsform (Getriebe 150)
sind die selben wie in der ersten Ausführungsform (Getriebe 10).
Deswegen erhalten die Komponenten die gleichen Zahlen in 9 und 10 wie
in 1 und 2. Dies gilt ebenso für die 6a bis 7b der
dritten Ausführungsform,
wie in der ersten und zweiten Ausführungsform.
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Radial
innenliegend vom Hohlrad 40 angeordnet und drehbar um die
Nabenachse 12 gelagert befindet sich ein erster Bereich 152 des
Nachläufers 18.
Der erste Bereich 152 ist drehbar auf der Nabenachse 12 über Lagerungskomponenten 154 und 156 gelagert.
Lagerungskomponente 154 umfasst Nabenkegelfläche 26a, Kugellauffläche 154a und
eine Vielzahl von Kugeln 154b, welche zwischen der Nabenkegelfläche 26a und
der Kugellauffläche 154a eingefügt sind.
Die Lagerungskomponente 156 umfasst die Kugellaufflächen 156a und 156b und
eine Vielzahl von Kugeln 156c, welche zwischen den Kugellaufflächen 156a und 156b eingefügt sind.
Der erste Bereich 152 steht auch in einer drehbaren Verbindung
mit dem Antrieb 16 über
Lagerungskomponente 158, welche die Kugellaufflächen 158a und 158b und
eine Vielzahl an Kugeln 158c, welche zwischen den Kugellaufflächen 158a und 158b eingefügt sind,
umfasst.
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Der
selbsttätige
Schaltsteuerungsmechanismus 59 ist zwischen dem ersten
Bereich 152 und Hohlrad 40 angeordnet, wie in
den 9 und 10 dargestellt. Die erste und
zweite Verzahnung 62, 76 sind auf der inneren
Fläche
von Antrieb 16/Hohlrad 40 angeordnet. Freilaufkupplung 60 ist
auf dem ersten Bereich 152 des Nachläufers 18 montiert.
Das Kupplungssteuerungselement 72 umgibt teilweise den
ersten Bereich 152 und wirkt mit diesem rotatorisch zusammen.
Kupplungsmechanismus 68 ist zwischen Träger 48 und erstem
Bereich 152 angeordnet. Es versteht sich, dass der erste
Bereich 152 direkt mit dem Rest des Nachläufers 18 verbunden
ist. Deshalb dreht sich der Nachläufer 18 immer synchron
mit dem ersten Bereich 152.
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Die
interne Getriebeeinrichtung 150 hat die folgenden Kraftübertragungspfade:
Einen
Berggangkraftübertragungspfad
(niedriger Gang), bestehend aus dem Kettenrad 24, Antrieb 16 (Hohlrad 40),
Planetenrad 50, Träger 48,
Kupplungsmechanismus 68 und Nachläufer 18 (erster Bereich 152);
und
einen direkt gekoppelten Kraftübertragungspfad (hoher Gang),
bestehend aus dem Kettenrad 24, Antrieb 16 (Hohlrad 40),
selbsttätigem
Schaltsteuerungsmechanismus 59 und Nachläufer 18 (erster
Bereich 152).
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Die
hierin vorgetragenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sollen nur beispielhaft sein und der
Fachmann kann eine Vielzahl von Veränderungen daran vornehmen,
ohne dabei den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen,
wie in den angehängten
Ansprüchen
festgelegt.