DE60218119T2

DE60218119T2 - Fahrradantriebsnabe mit Leistungsregelung für eine Hilfsschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE60218119T2
Application number: DE60218119T
Authority: DE
Inventors: Akihiko Shimonoseki-shi Shoge
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: EP1323627B2; TW590943B; US20030130079A1; ATE353813T1; DE60218119T3; EP1323627A3; EP1323627B1; DE60218119D1; JP3599109B2; CN1429732A; TW200301203A; US6641500B2; CN1206129C; JP2003237678A; EP1323627A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrradgetriebe und genauer innenmontierte Mehrgang-Nabengetriebe für Fahrräder.
Ein innenmontiertes Mehrgang-Nabengetriebe ist mitunter am hinteren Rad eines Fahrrads befestigt, so dass der Fahrer unterschiedliche Übersetzungsstufen wählen kann, um den Tretaufwand zu variieren. Ein typisches Nabengetriebe, wie das als nächster Stand der Technik verstandene Dokument EP 0 383 350 , welches alle Merkmale des Kennzeichens des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart, umfasst eine Nabenachse, welche am Fahrradrahmen befestigt ist, ein Antriebselement, welches drehbar auf der Nabenachse gelagert ist, um die Antriebskraft über Kettenrad und Kette aufzunehmen sowie ein Nabengehäuse, welches drehbar auf der Nabenachse gelagert ist. Ein Kraftübertragungsmechanismus ist zwischen dem Antriebselement und dem Nabengehäuse angeordnet, um Drehkraft vom Antriebselement auf das Nabengehäuse zu übertragen, über eine Vielzahl von Kraftübertragungspfaden, wobei jeder Kraftübertragungspfad typischerweise eine einzigartige Übersetzungsstufe schafft. Der Kraftübertragungsmechanismus umfasst üblicherweise einen Planetenradmechanismus, welcher ein oder mehrere Sonnenräder umfasst, welche drehbar um die Nabenachse gelagert sind, ein Hohlrad, welches drehbar um die Nabenachse gelagert ist, einen Planetenradträger, welcher drehbar um die Nabenachse gelagert ist sowie eine Vielzahl von Planetenrädern, welche drehbar auf dem Planetenradträger gelagert sind und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Die Vielzahl der Kraftübertragungspfade und die dazugehörigen Übersetzungsstufen werden durch wahlweise drehfestes Verbinden der verschienenen Komponenten miteinander ausgewählt. Beispielsweise kann eine Übersetzungsstufe durch drehfestes Verbinden eines Sonnenrades mit der Nabenachse ausgewählt werden, eine andere Übersetzungsstufe kann durch drehfestes Verbinden des Antriebselements zum Planetenradträger ausgewählt werden und eine andere Übersetzungsstufe kann durch drehfestes Verbinden des Antriebselements mit dem Hohlrad ausgewählt werden. Zumeist sind in einem typischen Nabengetriebe eine Vielzahl solcher Kupplungsbeziehungen möglich, woraus sich eine relativ große Zahl möglicher Übersetzungsstufen ergibt.
Ein Schaltmechanismus ist üblicherweise vorgesehen, um die Vielzahl der Kraftübertragungspfade anzuwählen. Der Schaltmechanismus kann eine Schalthülse umfassen, welche die Achse so umgibt, dass Drehen der Schalthülse das drehfeste Verbinden der verschiedenen Komponenten steuert. Eine solche Schalthülse ist gewöhnlich mit einem Betätigungselement außerhalb der Nabe verbunden, wobei das Drehen des Befestigungselements von einem Schaltsteuermechanismus gesteuert wird, der auf die Lenkstange montiert ist oder durch einen Motor, welcher vom Fahrer elektronisch gesteuert wird. Wenn der Fahrer eine große Kraft auf die Pedale aufbringt, um das Fahrrad schnell zu beschleunigen, wird eine sehr große Kraft auf die inneren Komponenten der Nabe aufgebracht, wodurch ein bedeutender Widerstand gegen die Schaltoperation geschaffen wird. Ein solcher Widerstand führt zu einem überhöhten manuellen Schaltaufwand, welcher vom Fahrer gefordert wird oder zu einer inakzeptablen Belastung des Motors, welcher das Betätigungselement antreibt.
Die US-Patentanmeldung Nr. 09/522,703, welche vom vorliegenden Anmelder am 10. März 2000 eingereicht wurde, offenbart eine Vorrichtung, welche die Drehkraft der Nabe selbst nutzt, um den Schaltvorgang zu unterstützen, wenn eine übermäßige Antriebskraft auf die Nabe aufgebracht wird. Diese Vorrichtung erkennt, wenn die Schalthülse einen deutlichen Widerstand gegen den Schaltvorgang erfährt. Ein solcher Widerstand aktiviert einen Klinkenmechanismus, welcher mit der Schalthülse verbunden ist, so dass der Klinkenmechanismus in einen Sperrzahnmechanismus eingreift, welcher auf der inneren Umfangsfläche des Antriebselements ausgebildet ist. Die Drehkraft des Antriebselements wird so auf die Schalthülse übertragen und die Schalthülse wird gedreht, um die Schaltoperation abzuschließen. Aufgrund der festen Verbindung zwischen dem Antriebselement und der Schalthülse durch den Klinkenmechanismus, ist es möglich, dass ein Element in der Nabe beschädigt werden könnte, falls dieses Element den Schaltvorgang nicht ausführen kann. Daher ist es wünschenswert sicherzustellen, dass eine solche Beschädigung nicht auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung, wie durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart, betrifft eine Fahrradnabenschaltung, welche eine Schalthilfefunktion aufweist, worin der Betrag der unterstützenden Kraft gesteuert ist, um eine Beschädigung der Nabe zu vermeiden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Nabenschaltung für ein Fahrrad eine Nabenachse; ein Antriebselement drehbar auf der Nabenachse gelagert; ein Nabengehäuse drehbar auf der Nabenachse gelagert; ein Kraftübertragungsmechanismus zwischen dem Antriebselement und dem Nabengehäuse angeordnet, um Drehkraft vom Antriebselement zum Nabengehäuse über eine Vielzahl von Kraftübertragungspfaden zu übertragen; ein Schaltmechanismus zum Wählen der Vielzahl der Kraftübertragungspfade; ein Schalthilfsmechanismus zur Übertragung von Drehkraft vom Antriebselement zum Schaltmechanismus; und ein Kraftsteuermechanismus, welcher zwischen dem Antriebselement und dem Schalthilfsmechanismus angeordnet ist und das Antriebselement mit dem Schalthilfsmechanismus verbindet, um den Betrag der Drehkraft zu steuern, welche vom Antriebselement zum Schaltmechanismus übertragen wird, dieser Kraftsteuermechanismus umfasst ein erstes Kraftsteuerelement, welches funktionell mit dem Antriebselement verbunden ist, zur Drehung infolge einer Drehung des Antriebselements und ein zweites Kraftsteuerelement, welches in das erste Kraftsteuerelement eingreift und wahlweise mit dem Schaltmechanismus verbunden ist, wobei sich das erste Kraftsteuerelement zusammen mit dem zweiten Kraftsteuerelement dreht, bis das zweite Kraftsteuerelement sich erheblich der Drehung des ersten Kraftsteuerelements widersetzt woraufhin sich das erste Kraftsteuerelement relativ zum zweiten Kraftsteuerelement dreht.
In einer spezifischeren Ausführungsform kann das Betätigungselement drehbar auf der Nabenachse gelagert sein und eine Schaltsteuerhülse kann drehbar auf der Nabenachse gelagert sein, wobei die Schaltsteuerhülse funktionell mit dem Betätigungselement verbunden ist, zur Drehung infolge der Drehung des Betätigungselements. In diesem Fall kann der Schalthilfsmechanismus Drehkraft vom Antriebselement zur Schalthülse übertragen. Falls es gewünscht ist, kann das erste Kraftsteuerelement das zweite Kraftsteuerelement berühren und ein Kraftsteuervorspannelement kann vorgesehen sein, um das erste Kraftsteuerelement und das zweite Kraftsteuerelement gegeneinander vorzuspannen.
Kure Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines hinteren Endes eines Fahrrades, welches ein Nabengetriebe umfasst;
2 ist eine Schnittansicht einer besonderen Ausführungsform eines Nabengetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Explosionsansicht einer besonderen Ausführungsform einer Achse und einer Sonnenradeinrichtung, wie sie im Nabengetriebe eingesetzt ist;
4 ist eine Explosionsansicht einer besonderen Ausführungsform des Planetenradträgers;
5 ist eine Detailansicht der in 4 gezeigten Verbindungselemente;
6 ist eine seitliche Schnittansicht des Planetenradträgers in einem montierten Zustand;
7 ist eine Explosionsansicht eines Bereichs eines Schalthilfsmechanismus, der im Nabengetriebe eingesetzt ist;
8 ist eine Detailansicht, welche den Schalthilfsmechanismus zeigt, der eine besondere Ausführungsform eines Kraftsteuermechanismus aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Ruhezustand;
9 ist eine Detailansicht, welche den Schalthilfsmechanismus mit dem Kraftsteuermechanismus in einem Ruhezustand zeigt;
10 ist eine schematische Darstellung, welche die Vorspannung des Schalthilfsmechanismus zeigt;
11 ist eine Vorderansicht einer besonderen Ausführungsform einer Hilfsnockenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Vorderansicht einer besonderen Ausführungsform eines ersten Kraftsteuerelementes gemäß der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine Vorderansicht einer besonderen Ausführungsform eines zweiten Kraftsteuerelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine Ansicht entlang der Linie XIV-XIV in 8, welche den Schalthilfsmechanismus in einem Ruhezustand zeigt;
15 ist eine Ansicht entlang der Linie XIV-XIV aus 8, welche den Schalthilfsmechanismus in einem Wirkzustand zeigt; und
16 ist eine Ansicht entlang der Linie XIV-XIV in 8, welche den Schalthilfsmechanismus sich zurück in einen Ruhezustand bewegend zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist eine Seitenansicht eines hinteren Endes eines Fahrrads 10, welches eine besondere Ausführungsform eines Nabengetriebes 14 umfasst, welches viele erfinderische Merkmale aufweist. Der hintere Bereich des Fahrrads 10 umfasst einen Rahmen 18 mit einem Sitzrohr 22, welches einen Sattel 24 trägt, ein Paar gewöhnlicher Kettenstreben 26 und ein Paar gewöhnlicher Sitzstreben 30. Ein Rad 34 ist drehbar am Rahmenende 35 um eine Achse 36 des Nabengetriebes 14 gelagert, am Schnittpunkt der Kettenstreben 26 und der Sitzstreben 30 und eine Kurbelanordnung 38 mit Pedalen 42 und einem Kettenblatt 46 ist drehbar am Schnittpunkt des Sitzrohres 22 mit den Kettenstreben 26 gelagert. Eine Kette 50 greift in das Kettenblatt 46 ein und schlingt sich um ein Kettenrad 54, welches das Nabengetriebe 14 drehend antreibt. Ein bowdenartiges Steuerkabel 62 wird in einer Weise zum Wechseln der Übersetzungsstufen im Nabengetriebe 14 eingesetzt, die weiter unten genauer beschrieben wird.
2 ist eine Schnittansicht einer besonderen Ausführungsform des Nabengetriebes 14. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst das Nabengetriebe 14 eine Achse 36, ein Antriebselement 70, welches drehbar auf der Achse 36 gelagert ist, ein Nabengehäuse 74, welches Speichenflansche 78 umfasst, welche drehbar zur Achse 36 gelagert sind, einen Kraftübertragungsmechanismus 82, welcher zwischen dem Antriebselement 70 und dem Nabengehäuse 74 angeordnet ist, um Drehkraft vom Antriebselement 70 über eine Vielzahl von Kraftübertragungspfaden auf das Nabengehäuse 74 zu übertragen, und ein Schalthilfsmechanismus 90 um das Auswählen der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden zu steuern und um die Drehkraft des Antriebselements 70 zu nutzen, um das Wechseln der Kraftübertragungspfade in Kraftübertragungsmechanismus 82 zu unterstützen.
Das Kettenrad 54 ist mit dem Antriebselement 70 über eine Keilverzahnung, welche einen Schnappring 94 nutzt, verbunden und das Antriebselement 70 ist drehbar über die Kugellager 98 und den Lagerkonus 102 auf der Achse 36 gelagert. Der Lagerkonus 102 wird von einer Betätigungsplatte 104, einem Abstandshalter 108, einer Beilagscheibe 112 und einer Wellenmutter 114 an der Stelle festgelegt.
Ein rechtes Becherelement 120 ist an der rechtseitigen inneren Umfangsfläche des Nabengehäuses 74 drehfest eingepasst und ein linkes Becherelement 124 ist drehfest auf der linksseitigen inneren Umfangsfläche des Nabengehäuses 74 eingepasst. Das rechte Becherelement 120 lagert das Nabengehäuse 74 drehbar auf dem Antriebselement 70 über Wälzlager 128 und die inneren Komponenten auf der rechten Seite des Nabengetriebes 14 werden vor externen Fremdkörpern durch eine dichtendes Becherelement 132 geschützt, welches über dem rechten Becherelement 120 sitzt. Das linke Becherelement 124 lagert das Nabengehäuse 74 drehbar auf der Achse 36 über die Wälzlager 136 und einen Konus 138. Der Konus 138 wird auf der Achse 36 von einer Anschlagmutter 142 und einer Wellenmutter 146 gehalten.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, umfasst der Kraftübertragungsmechanismus 82 ein erstes Sonnenrad 160, ein separates zweites Sonnenrad 164, ein separates drittes Sonnenrad 168 und ein separates viertes Sonnrad 172. Das erste Sonnenrad 160 ist drehfest auf der Achse 36 gelagert und umfasst einen Kupplungsnockenbereich 176, eine Vielzahl erster Sonnenradzähne 178 (z. B. 48 Zähne), welche auf einer äußeren Umfangsfläche davon ausgebildet sind sowie eine äußere umfängliche zweites-Sonnenrad-Kontaktfläche 180. Das zweite Sonnenrad 164 ist drehbar um die Achse 36 gelagert, angrenzend zum ersten Sonnenrad 160 und, wie in 3 gezeigt genauer wird, umfasst es eine innere umfängliche erstes-Sonnenrad-Kontaktfläche 192, um die zweites-Sonnenrad-Kontaktfläche 180 auf dem ersten Sonnenrad 160 gleitend zu berühren, eine Vielzahl zweites-Sonnenrad-Sperrzähne 206 (z. B. 12 Zähne), welche auf einer inneren Umfangsfläche davon ausgebildet sind, um mit einer zweites-Sonnenrad-Klinke 207 einzugreifen, eine innere umfängliche Führungsringkontaktfläche 208, um die äußere Umfangsfläche 209 eines Sonnenrad-Führungsrings 210 gleitend zu kontaktieren, eine innere umfängliche drittes-Sonnenrad-Berührungsfläche 200 und eine Vielzahl von zweiten Sonnenradzähnen 198 (z. B. 48 Zähne), welche auf einer äußeren Fläche davon ausgebildet sind. Das dritte Sonnenrad 168 ist drehbar um die Achse 36 gelagert, angrenzend zum zweiten Sonnenrad 164 und es umfasst eine innere umfängliche erstes-Führungsrad-Kontaktfläche 220, um die äußere Umfangsfläche 209 des Sonnenrad-Führungsrings 210 gleitend zu berühren, eine Vielzahl von drittes-Sonnenrad-Sperrzähnen 224 (z. B. 12 Zähne), welche auf einer inneren Umfangsfläche davon ausgebildet sind, um in eine drittes-Sonnenrad-Klinke 226 einzugreifen, eine äußere umfängliche zweites-Sonnenrad-Kontaktfläche 235, um die drittes-Sonnenrad-Kontaktfläche 200 auf dem zweiten Sonnenrad 164 gleitend zu berühren und eine Vielzahl drittes-Sonnenrad-Zähne 236 (z. B. 42 Zähne), welche auf einer äußeren Umfangsfläche davon ausgebildet sind. Das vierte Sonnenrad 172 umfasst eine Vielzahl viertes-Sonnenrad-Zähne 244 (z. B. 36 Zähne), welche auf einer äußeren Umfangsfläche davon ausgebildet sind, eine Vielzahl von viertes-Sonnenrad-Sperrzähnen 248 (z. B. 12 Zähne), welche auf einer inneren Umfangsfläche davon ausgebildet sind, um in eine viertes-Sonnenrad-Klinke 250 einzugreifen und eine innere umfängliche Führungsringkontaktfläche 252, um die äußere Umfangsfläche 254 des Führungsrings 258 gleitend zu kontaktieren.
Die Sperrklinke 207 umfasst einen Klinkensitz 260, welcher schwenkbar in einer Klinkenaufnahmenut 264 sitzt, welche in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Federaufnahmenut 268 zur Aufnahme einer Feder 272, welche in einer Federaufnahmenut 276, die in der Achse 36 ausgebildet ist, montiert ist, eine Klinkensteuerfläche 280 zum Kontaktieren einer inneren Umfangsfläche 282 eines Klinkensteuerarmes 284 einer Schaltsteuerhülse 288 und ein Klinkenzahn 289 zum Eingreifen mit den zweites-Sonnenrad-Sperrzähnen 206. In ähnlicher Weise umfasst die Sperrklinke 226 einen Klinkensitz 290, welcher schwenkbar in einer Klinkenaufnahmenut 294 sitz, die in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Federaufnahmenut 298 zur Aufnahme einer Feder 302, welche in einer Federaufnahmenut 306, die in der Achse 36 ausgebildet ist, montiert ist, eine Klinkensteuerfläche 310 (2) zum Berühren einer inneren Umfangsfläche 312 eines Klinkensteuerarms 314 der Schaltsteuerhülse 288 und ein Klinkenzahn 316 zum Eingreifen mit dem drittes-Sonnenrad-Sperrzähnen 224. Schließlich umfasst die Sperrklinke 250 einen Klinkensitz 320, welcher schwenkbar in einer Klinkenaufnahmenut 324 sitzt, die in der Achse 36 ausgebildet ist, eine Federaufnahmenut 328 zur Aufnahme der Feder 332, welche in einer Federaufnahmenut 336, die in der Achse 36 ausgebildet ist, montiert ist, eine Klinkensteuerfläche 340 zum Berühren einer inneren Umfangsfläche 342 eines Klinkensteuerarms 344 der Schaltsteuerhülse 288 und einem Klinkenzahn 346 zum Eingreifen mit den viertes-Sonnenrad-Sperrzähnen 248. Die Klinkenzähne 289, 316 und 346 der Sperrklinken 207, 226 und 250 sind auf bekannte Weise radial nach außen vorgespannt durch ihre entsprechenden Federn 272, 302 und 332.
In dieser Ausführungsform ist die Hälfte des Sonnenradführungsrings 210 zwischen der Führungsringkontaktfläche 208 des zweiten Sonnenrads 164 und der Achse 36 eingepasst und die andere Hälfte des Sonnenradführungsringes 210 ist zwischen der ersten Führungsringkontaktfläche 220 des dritten Sonnenrades 168 und der Achse 36 eingepasst. Zusätzlich zur äußeren Umfangsfläche 209 umfasst der Sonnenradführungsring 210 eine Sperrvertiefung 360 zum Einrasten einer Sperrleiste 364, welche mit Unterbrechungen in Richtung der Achse X auf der Achse 36 ausgebildet ist, einen Sperrvorsprung 368, zum Einrasten in eine Sperrnut 372, welche mit Unterbrechungen in Richtung der Achse X auf der Achse 36 ausgebildet ist, eine Sperrvertiefung 376 zum Einrasten der Sperrleiste 380, welche mit Unterbrechungen in Richtung der Achse X auf der Achse 36 ausgebildet ist, einen Sperrvorsprung 389 zum Einrasten in eine Sperrvertiefung 388, welche mit Unterbrechungen in Richtung der Achse X auf der Achse 36 ausgebildet ist, eine Sperrnut 392 zum Einrasten in eine Sperrleiste 396, welche mit Unterbrechungen in Richtung der Achse X auf der Achse 36 ausgeformt ist und eine Steuerhülsenlagerfläche 404 zum Lagern einer Basishülse 408 einer Schaltsteuerhülse 288 zwischen dem Sonnenradführungsring 210 und der Achse 36.
Der Sonnenradführungsring 254 ist zwischen der Führungsringkontaktfläche 252 des vierten Sonnenrades 172 und der Achse 36 eingepasst. Anders als der Sonnenradführungsring 210 weist der Sonnenradführungsring 254 eine kreisförmige innere Umfangsfläche 444 auf, welche um die Sperrleisten 264, 380 und 396 auf der Achse 36 eingepasst ist. Ein Bereich der inneren Umfangsfläche 444 bildet eine Steuerhülsenlagerfläche 448 aus, um ein Ende 452 der Basishülse 408 zwischen dem Sonnenradführungsring 258 und der Achse 36 zu lagern. Das Ende 452 der Basishülse 408 endet in einer Nut 454 in einer Beilagscheibe 456.
Die Basishülse 408 der Schaltsteuerhülse 288 ist drehbar innerhalb einer Steuerhülsennut 460 eingepasst, welche in Richtung der Achse X auf der Achse 36 ausgebildet ist, und die Sonnenradführungsringe 210 und 258 lagern sie radial nach außen. Die Sperrklinkensteuerarme 284, 314 und 344 sind gleitend in den Steuerarmnuten 464, 468 bzw. 472 angeordnet, welche am Umfang der Achse 36 ausgebildet sind. Die genaue Gestalt und die Funktionsweise der Schaltsteuerhülse 288 ist bekannt und ist ferner in der US-Patentanmeldung Nr. 09/522,703 beschrieben, welche am 10. März 2000 eingereicht wurde.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Kraftübertragungsmechanismus 82 ferner einen Planetenradträger 550, ein erstes Hohlrad 551 und ein zweites Hohlrad 553, wobei jedes drehbar um die Achse 36 montiert ist. Wie in den 4 und 6 gezeigt ist, umfasst der Planetenradträger 550 ein erstes Trägerelement 554, welches eine erste Trägerelementachsenöffnung 555 aufweist, um die Achse 36 darin durchgehend aufzunehmen, eine Vielzahl von (z. B. 3) erster Planetenradöffnungen 556, welche sich durch die Seite des ersten Trägerelements 554 erstrecken, um eine Vielzahl erster Planetenräder 579 darin aufzunehmen und eine Vielzahl von (z. B. 3) größeren zweiten Planetenradöffnungen 558, welche sich durch die gegenüberliegende Seite des ersten Trägerelements 554 erstrecken, um darin eine Vielzahl von zweiten Planetenrädern 608 aufzunehmen; ein separates zweites Trägerelement 560 weist eine zweite Trägerelementachsenöffnung 561 auf, um die Achse 36 darin durchgehend aufzunehmen; und ein separates drittes Trägerelement 562, welches eine dritte Trägerelementachsenöffnung 563 aufweist, um die Achse 36 darin durchgehend aufzunehmen. In dieser Ausführungsform ist das erste Trägerelement 554 aus einer leichten Metalllegierung wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung ausgeführt, wohingegen das zweite Trägerelement 560 und das dritte Trägerelement 562 aus einem härteren Metall wie beispielsweise Stahl hergestellt sind.
Drei Paare erster Trägerbolzen sind vorgesehen, um das erste Trägerelement 554 mit dem zweiten Trägerelement 560 drehfest zu verbinden, wobei jedes Paar erster Trägerbolzen 564 zwischen einem entsprechenden Paar erster Planetenradöffnungen 556 angeordnet ist. In ähnlicher Weise sind drei Paare zweiter Trägerbolzen 565 vorgesehen, um das erste Trägerelement 554 mit dem dritten Trägerelement 562 drehfest zu verbinden, wobei jedes Paar zweiter Trägerbolzen 565 zwischen einem entsprechenden Paar zweiter Planetenradöffnungen 558 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist jede erste Planetenradöffnung 556 direkt gegenüber einer entsprechenden Planetenradöffnung 558 angeordnet und jedes Paar erster Trägerbolzen 564 ist gegenüber einem entsprechenden Paar zweiter Trägerbolzen 565 angeordnet. Die ersten Trägerbolzen 564 und die zweiten Trägerbolzen 565 arbeiten als Verbinder zwischen dem ersten Trägerelement 554, dem zweiten Trägerelement 560 und dem dritten Trägerelement 562, sie sind in die Seiten des ersten Trägerelements 554 eingepresst und erstrecken sich hieraus. Die ersten Trägerbolzen 564 sind in Bohrungen (nicht gezeigt) eingepresst, welche im zweiten Trägerelement 560 ausgebildet sind und die zweiten Trägerbolzen 565 sind in Bohrungen 566 eingepresst, welche im dritten Trägerelement 562 ausgebildet sind. Das erste Trägerelement 554 ist so gestaltet, dass es das zweite Trägerelement 560 und das dritte Trägerelement 562 direkt berührt. Um eine solche Verbindung zu vereinfachen, umgibt eine Nut, eine Vertiefung oder ein anderer freier Raum 567 jeden Trägerbolzen, wie in 5 gezeigt ist, um als Aufnahme für mögliche Fremdkörper zu dienen, welche durch Fräsen oder Abschälen der Bolzen oder der Trägerelemente entstehen, wenn die Trägerelemente zusammengepresst werden. Ferner erstrecken sich drei Führungsrippen 557 von der inneren Umfangsfläche des ersten Trägerelements 554 radial von jedem Paar Trägerbolzen 564 nach innen, um in die innere Umfangsfläche des zweiten Trägerelements 560 einzugreifen und drei Führungsrippen 559 erstrecken sich von der äußeren Umfangsfläche des dritten Trägerelements 562 radial von jedem Paar Bohrungen 566 nach außen, um in die äußere Umfangsfläche des ersten Trägerelements 554 einzugreifen. Die Führungsrippen 557 und 559 erleichtern die Montage und helfen, die Verbindung zwischen dem ersten Trägerelement 554, dem zweiten Trägerelement 560 und dem dritten Trägerelement 562 weiter zu verstärken.
Drei Niete (nur einer ist in den 4 und 6 gezeigt) verbinden das erste Trägerelement 554 das zweite Trägerelement 560 und das dritte Trägerelement 562 sicher miteinander. Jeder Niet 568 erstreckt sich durch eine Öffnung 569 im zweiten Trägerelement 560, durch eine Öffnung 570 im ersten Trägerelement 554 und durch eine Öffnung 571 im dritten Trägerelement 562, so dass ein Niet zwischen jedem Paar erster Trägerbolzen 564 und jedem Paar zweiter Trägerbolzen 565 angeordnet ist. Drei Buchsen 572 (nur eine ist in den 4 und 6 gezeigt) sind in drei entsprechende Öffnungen 573 im ersten Trägerelement 554 eingepresst, um drei Hauptplanetenradbolzen 574 (nur einer ist in den 4 und 6 gezeigt) zu lagern, jeder umfasst einen ersten Planetenradbolzen 575, der einteilig mit dem zweiten Planetenradbolzen 576 ausgebildet ist. Die Hauptplanetenradbolzen 574 erstrecken sich so durch das erste Trägerelement 554, dass jeder erste Planetenradlagerbolzen 575 in einer ersten Planetenradöffnung 556 angeordnet und in einem Sackloch 577 gelagert ist, welches im zweiten Trägerelement 560 ausgebildet ist und jeder zweite Planetenradbolzen 576 ist in einer zweiten Planetenradöffnung 558 angeordnet und in einer Öffnung 587 gelagert, welche in einem dritten Trägerelement 562 ausgeformt ist. Der Hauptplanetenradbolzen 574 ist axial innerhalb des Planetenradträgers 550 durch einen Stoppring 581 (6) festgelegt, welcher innerhalb einer Stoppringnut 582 eingepasst ist, welche auf der äußeren Umfangsfläche des dritten Trägerelements 562 ausgebildet ist. Jeder erste Planetenradlagerbolzen 575 lagert erst das Planetenrad 579 drehbar, wobei jedes erste Planetenrad 579 einen kleinen Durchmesser-Verzahnungsbereich 580 (z. B. 14 Zähne) aufweist, welcher in eine Vielzahl von ersten Sonnenradzähnen 178 auf dem ersten Sonnenrad 160 eingreift, und einen großen Durchmesser-Verzahnungsbereich 584 (z. B. 22 Zähne), welcher in einen ersten inneren Umfangs-Verzahnungsbereich 585 (z. B. 84 Zähne) des ersten Hohlrads 551 eingreift. In ähnlicher Weise lagert jeder zweite Planetenradbolzen 576 ein zweites Planetenrad 608 drehbar, wobei jedes zweite Planetenrad 608 einen großen Durchmesser-Verzahnungsbereich 612 (z. B. 29 Zähne) aufweist, welcher in die Vielzahl vierter Sonnenradzähne 244 auf dem vierten Sonnenrad 172 eingreift, einen mittleren Durchmesser-Verzahnungsbereich 616 (z. B. 18 Zähne), welcher in die Vielzahl der dritten Sonnenradzähne 236 auf dem dritten Sonnenrad 168 eingreift, und einen kleinen Durchmesser-Verzahnungsbereich 620 (z. B. 14 Zähne), welcher in die Vielzahl zweiter Sonnenradzähne 198 auf dem zweiten Sonnenrad 164 eingreift, sowie einem inneren Umfangs-Verzahnungsbereich 624 (z. B. 78 Zähne) auf dem zweiten Hohlrad 553.
Das erste Trägerelement 554 umfasst ferner eine radial sich nach innen erstreckende Wand 626, zum axialen Halten des zweiten Sonnenrads 164. Das zweite Trägerelement 560 umfasst eine Vielzahl (z.B. 12) von umfänglich angeordneten Kupplungseingreifprofilen 621 auf seiner rechten Seite zum Eingreifen in eine entsprechende Vielzahl von Planetenradträgerprofilen 622, welche auf einem Kupplungsring 623 ausgebildet sind. Das dritte Trägerelement umfasst eine Vielzahl (z. B. drei) an Klinkenaufnahmevertiefungen 907 auf einer äußeren Umfangsfläche davon, um eine entsprechende Vielzahl von umfänglich angeordneten Sperrklinken 908 (2) zu lagern. Die Sperrklinken 908 sind durch Klinkenfedern 912 radial nach außen vorgespannt, um in eine innere Umfangsverzahnung 916 eingreifen, welche auf der rechten Seite des linken Becherelements 124 ausgebildet sind. Die Sperrklinken 908 übertragen die vorwärts gerichtete Drehung des Planetenradträgers 550 auf das linke Becherelement 124 und somit auf das Nabengehäuse 74.
Zusätzlich zum inneren umfänglichen Verzahnungsbereich 585 umfasst das erste Hohlrad 551 einen zweiten inneren umfänglichen Verzahnungsbereich 586 (z.B. 36 Zähne), um in eine Vielzahl von umfänglich angeordneten Sperrklinken 587 einzugreifen, welche an der äußeren Umfangsfläche des Antriebselements 70 montiert sind. Die Sperrklinken 587 sind durch die Klinkenfedern 589 radial nach außen vorgespannt und wirken daher als Freilaufkupplung zwischen dem Antriebselement 70 und dem ersten Hohlrad 551. Das zweite Hohlrad 553 ist mit dem rechten Becherelement 120 und somit mit dem Nabengehäuse 74 verbunden, über eine Freilaufkupplung in Form einer Rollenkupplung 628, welche beispielsweise 18 Rollen und Nockenflächen aufweist.
7 ist eine Explosionsansicht der Bereiche des Schalthilfsmechanismus 90, welche auf der Achse 36 montiert sind. 8 ist eine Detailansicht, welche den Schalthilfsmechanismus 90 zeigt, wenn der Kupplungsring 623 mit dem Planetenradträger 550 verbunden ist, und 9 ist eine Detailansicht, welche den Schalthilfsmechanismus 90 zeigt, wenn der Kupplungsring 623 vom Planetenradträger 550 getrennt ist. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, umfasst der Schalthilfsmechanismus 90 ein ringförmiges Schaltschlüsselelement 700, eine Schaltschlüsselelementführung 704, eine Sicherungsfeder 708, eine Spannscheibe 712, eine Rückholfeder 716, eine Schalthülse 720, eine Spannscheibe 724, eine Klinkenlagerung 728, eine Schalthülse 732 und eine Klinkensteuerscheibe 736. Das Schaltschlüsselelement 700 umfasst sich radial nach innen erstreckende Nockennachläufer 740, welche sich durch den Kupplungsnockenbereich 176 des ersten Sonnenrads 160 (8) in die sich axial erstreckenden Nuten 744 erstrecken, die in einer Seitenwand 748 der Schaltschlüsselelementführung 704 ausgebildet sind. Wie in den 8 und 9 gezeigt ist, umfasst der Kupplungsnockenbereich 176 des ersten Sonnenrads 160 eine Nockenfläche 749, welche eine erste Nockenstufe 750 und eine zweite Nockenstufe 751 definiert. Genauso ist der Kupplungsring 623 zur linken Seite durch eine Kupplungsvorspannfeder 747 vorgespannt. Auf diese Weise greifen die Planetenradträger-Eingreifprofile 622 auf dem Kupplungsring 623 in die Kupplungseingreifprofile 621 auf dem Planetenradträger 550 ein, wenn das Schaltschlüsselelement 700 in der in 8 gezeigten Position 6st, und eine am Umfang auf dem Kupplungsring 623 angeordnete Antriebselement-Keilverzahnung 753 greift drehfest in eine entsprechende Kupplungs-Keilverzahnung 754 auf dem Antriebselement 70 ein, so dass das Antriebselement 70, der Kupplungsring 623 und der Planentenradträger 550 als eine Einheit rotieren. Jedoch, wenn das Schaltschlüsselelement 700 gedreht wird, bewegen sich die Nockennachläufer 740 auf dem Schaltschlüsselelement 700 zur zweiten Nockenstufe 751 auf dem ersten Sonnenrad 160, wie in 9 gezeigt ist. In dieser Position rücken die Planetenradträger-Eingreifprofile 622 auf dem Kupplungsring 623 von den Kupplungs-Eingreifprofilen 621 auf den Planetenradträger 550 aus, so dass der Planetenradträger 550 nicht länger direkt mit dem Antriebselement 70 verbunden ist.
Die Schaltschlüsselelementführung 704 umfasst auch eine Schaltsteuerhülsen-Verbindungsöffnung 752, um ein Ende 756 mit der Schaltsteuerhülse 288 zu verbinden. Die Sicherungsfeder 708 und die Spannscheibe 712 sind beide radial innerhalb der Seitenwand 748 der Schaltschlüsselelementführung 704 angeordnet, wobei ein erstes Ende 756 der Sicherungsfeder 708 an einer sich axial erstreckenden Federleiste 760 gehalten ist, welche auf der Schaltschlüsselelementführung 704 ausgebildet ist, und ein zweites Ende 764 der Sicherungsfeder 708 ist an einem seitlichen Rand der Hülsenverbindungsleiste 768 gehalten, welche auf der Spannscheibe 712 ausgebildet ist.
Ein erstes Ende 772 der Rückholfeder 716 wird an einer Federleiste 776 gehalten, welche auf der Federscheibe 712 ausgebildet ist und ein zweites Ende 780 der Rückholfeder 716 wird an einer Federleiste 784 auf der Spannscheibe 724 gehalten. Die Spannscheibe 724 weist sich radial nach innen erstreckende und sich diametral gegenüberliegende Achseneingriffs-Vorsprünge 792 auf, welche in sich diametral gegenüber liegenden Achsnuten 796, die in der Achse 36 ausgebildet sind, eingepasst sind (nur eine solche Nut ist in 7 gezeigt), so dass die Spannscheibe 724 drehfest mit der Achse 36 verbunden ist. Aufgrund der drehfesten Verbindung der Spannscheibe 724 auf der Achse 36, spannt die Rückholfeder 716 die Spannscheibe 712 im Uhrzeigersinn gegen die Spannscheibe 724.
Diametral gegenüber der linksseitigen Kupplungsbeine 800 auf der Schalthülse 720 greifen entsprechende Ausnehmungen 804 drehfest in die Hülsenverbindungsleisten 768 auf der Spannscheibe 712 ein (nur eine solche Hülsenverbindungsleiste 768 ist in 7 gezeigt) und sich diametral gegenüberliegende rechtsseitige Kupplungsbeine 808 auf der Schalthülse 720 erstrecken sich durch die zentrale Öffnung 812 in der Spannscheibe 724 und rasten drehfest in die entsprechenden Schalthülsen-Verbindungsausnehmungen 816 in der Klinkenlagerung 728 ein. Auf diese Weise drehen sich die Spannscheibe 712, die Schalthülse 720 und die Klinkenlagerung 728 als eine Einheit.
Sich diametral gegenüberliegende Klinken 820 sind mittels Sicherungsscheiben 822 drehbar auf den Klinkenlagerbolzen 824 montiert, welche wiederum an der Spannscheibe 728 montiert sind. In ähnlicher Weise sind die Klinkenvorspannfedern 828 um die Federlagerbolzen 829 gelagert und an der Stelle durch Sicherungsscheiben 830 gehalten. Jede Klinkenvorspannfeder 828 weist ein Ende 832 auf, welches in eine Federaufnahmeleiste 836 auf der Klinkenlagerung 728 eingreift und ein anderes Ende 840 greift in die entsprechende Klinke 820 ein, um die Klinkenenden 844 radial nach außen vorzuspannen. Die Klinkensteuerscheibe 736 umfasst sich diametral gegenüberliegende, axial erstreckende Klinkensteuerleisten 850, welche die Klinken 820 gewöhnlich radial nach innen drücken. Sobald die Klinkensteuerleisten 850 sich weg von den Klinken 820 bewegen, wie weiter unter detaillierter beschrieben ist, schwingen die Sperrklinken 820 radial nach außen und greifen in die Sperrzähne 882 einer Hilfsnockenscheibe 854 ein ( 9).
Sich diametral gegenüberliegende linksseitige Verbindungsbeine 860 auf der Schalthülse 732 berühren die sich diametral gegenüberliegenden rechtsseitigen Verbindungsbeine 808 auf der Schalthülse 720 (wie in 14 gezeigt) und sich diametral gegenüberliegende rechtsseitige Verbindungsbeine 868 auf der Schalthülse 732 erstrecken sich drehfest durch Verbindungsaussparungen 872 in der Klinkensteuerscheibe 736 und durch die Öffnung 876 im Lagerkonus 102 und greifen drehfest in die entsprechenden Schalthülsen-Verbindungsausnehmungen 880 in der Betätigungsplatte 104 ein. Auf diese Weise drehen sich die Schalthülse 732, die Klinkensteuerscheibe 736 und die Betätigungsscheibe 104 als eine Einheit. Jedoch kann sich die Schalthülse 732 im Uhrzeigersinn relativ zur Schalthülse 720 und zum Klinkenlager 728 drehen, wie weiter unten ausführlicher erläutert wird. Da die Rückholfeder 716 die Spannscheibe 712 im Uhrzeigersinn relativ zur Spannscheibe 724 vorspannt, und da die Spannscheibe 712 mit dem Klinkenlager 728 durch die Schalthülse 720 verbunden ist und da das Klinkenlager 728 mit der Betätigungsplatte 104 durch die Schalthülse 732 verbunden ist, ist auch die Betätigungsplatte 104 im Ergebnis im Uhrzeigersinn vorgespannt, wie schematisch in 10 gezeigt ist. Ausgehend von der ursprünglichen Startposition der Betätigungsplatte 104 im Uhrzeigersinn werden die Übertragungspfade im Kraftübertragungsmechanismus 82 nachfolgend durch Rotieren der Betätigungsplatte 104 entgegen des Uhrzeigersinns ausgewählt.
Der Schalthilfsmechanismus 90 umfasst ferner einen Kraftsteuermechanismus 850, welcher den Betrag der Kraft steuert, die vom Antriebselement 70 auf die Schaltsteuerhülse 228 übertragen wird, um eine Beschädigung der Schaltsteuerhülse 228 zu vermeiden in dem Fall, dass die Schaltsteuerhülse 280 einen Schaltvorgang nicht abschließen kann. Wie in den 8 und 9 genauer gezeigt ist, umfasst der Kraftsteuermechanismus 850 eine ringförmige Hilfsnockenscheibe 854, welche durch eine ringförmige Stopperplatte 858 und einen Verriegelungsring 862 an ihrem Platz gehalten wird, ein Paar ringförmiger erster Kraftsteuerelemente 866, welche funktionell zur Drehung mit dem Antriebselement 70 verbunden sind, ein Paar ringförmiger zweiter Kraftsteuerelemente 870, welche funktionell zur Drehung mit der Hilfsnockenscheibe 854 verbunden sind und eine Kraftsteuervorspanneinrichtung in Form eines Paares Federscheiben 874 zum Vorspannen des ersten Kraftsteuerelements 866 und des zweiten Kraftsteuerelements 870 zueinander.
Wie in 11 gezeigt ist, umfasst die Hilfsnockenscheibe 854 eine Vielzahl von Sperrzähnen 878, welche auf einer inneren Umfangsfläche 882 angeordnet ist, um mit den Sperrklinken 820 in einer Weise einzugreifen, wie weiter unten erläutert ist, und eine Hilfsnockenscheibenkeilverzahnung 886 ist auf einer äußeren Umfangsfläche 890 angeordnet. Wie in 12 gezeigt ist, umfasst jedes erste Kraftsteuerelement 866 eine erste Kraftsteuerelementkeilverzahnung 894, welche an einer äußeren Umfangsfläche 898 angeordnet ist. Die erste Kraftsteuerelementkeilverzahnung 894 greift gleitend in eine entsprechende Antriebselementkeilverzahnung 902 ein, welche auf einer inneren Umfangsfläche des Antriebselements 70 ausgebildet ist, so dass das erste Kraftsteuerelement 866 gemeinsam mit dem Antriebselement 70 dreht, jedoch eine axiale Bewegung relativ zum Antriebselement 70 ausführen kann. Wie in 13 gezeigt ist, umfasst das zweite Kraftsteuerelement 870 eine zweite Kraftsteuerelementkeilverzahnung 906, welche auf einer inneren Umfangsfläche 910 angeordnet ist. Die zweite Kraftsteuerelementkeilverzahnung 906 greift gleitend in die Hilfsnockenkeilverzahnung 866 auf der Hilfsnockenscheibe 854 ein, dass sich das zweite Kraftsteuerelement 870 zusammen mit der Hilfsnockenscheibe 854 dreht, aber eine axiale Bewegung relativ zur Hilfsnockenscheibe 854 ausführen kann. Das zweite Kraftsteuerelement 870 umfasst auch eine Vielzahl von umfänglich angeordneten Öffnungen 914, welche dazu dienen können, ein Schmierfett zu speichern.
Im montierten Zustand sind die ersten Kraftsteuerelemente 866 mit den zweiten Kraftsteuerelementen 870 verschachtelt angeordnet und werden von Federscheiben 874 so zusammengepresst, dass sich die ersten Kraftsteuerelemente 866 und die zweiten Kraftsteuerelemente 870 berühren. Auf diese Weise drehen sich das Antriebselement 70, das erste Kraftsteuerelement 866, das zweite Kraftsteuerelement 870 und die Hilfsnockenscheibe 854 zusammen als eine Einheit, bis sich die Hilfsnockenscheibe 854 und die zweiten Kraftsteuerelemente 870 der Drehung des Antriebselements 70 und der ersten Kraftsteuerelemente 866 erheblich widersetzen, woraufhin die Reibungskontaktkraft zwischen den ersten Kraftsteuerelementen 866 und den zweiten Kraftsteuerelementen 870 überwunden ist und die Hilfsnockenscheibe 854 und die zweiten Kraftsteuerelemente 870 sich relativ zum Antriebselement 70 und den ersten Kraftsteuerelementen 866 drehen.
Die Arbeitsweise der Nabe wird nun beschrieben. Die Verbindung der verschiedenen Komponenten für jede Übersetzungsstufe ist in Tabelle 1 gezeigt und der Kraftübertragungspfad für jede Übersetzungsstufe ist in Tabelle 2 gezeigt:
Tabelle 1
Tabelle 2
Beim Schalten der Übersetzungsstufe 4 zur Übersetzungsstufe 5, wenn das Fahrrad beispielsweise beschleunigt, wird die zeitliche Abstimmung der Verbindungsmechanismen gemäß des folgenden Ablaufs gesetzt:
Auf diese Weise ist, wenn das Fahrrad beschleunigt wird und der Fahrer von der Übersetzungsstufe 4 in die Übersetzungsstufe 5 schaltet, das dritte Sonnenrad 168 vorübergehend blockiert, dann wird das zweite Sonnenrad 164 zuerst freigegeben, um den gleichen Zustand wie bei der Übersetzungsstufe 3 zu schaffen. Der Fahrer wird dies als leichte Beschleunigung der Pedale wahrnehmen, aber dies wird erwartet, wenn das Fahrrad beschleunigt. Dann wird der Kupplungsring 623 in den Planetenradträger 550 eingerückt, um den gleichen Zustand wie bei der Übersetzungsstufe 7 zu schaffen. Der Fahrer wird dies als Verzögerung der Pedale wahrnehmen, was erwartet wird, wenn das Schaltgetriebe in eine höhere Übersetzungsstufe schaltet. Danach wird das dritte Sonnenrad 168 freigegeben, um die gewünschte Übersetzungsstufe 4 zu erreichen. Wenn die Sonnenräder gelöst würden, bevor der Kupplungsring 623 eingerückt ist, würde sich das Getriebe im gleichen Zustand als bei der Übersetzungsstufe 1 befinden, was eine äußerst unerwünschte schnelle Beschleunigung der Pedale und einen erheblichen Stoß zur Folge hätte, sobald das Getriebe den Schaltvorgang in die Übersetzungsstufe 5 abschließt.
Diese Abfolge ist auch besonders vorteilhaft, wenn das Fahrrad verzögert und der Fahrer von der Übersetzungsstufe 5 in die Übersetzungsstufe 4 schalten will. In diesem Fall verursacht der zeitweise Übergang von der Übersetzungsstufe 5 in die Übersetzungsstufe 7 eine Verzögerung der Pedale, was aber besser ist als ein vorheriges Ausrücken des Kupplungsrings 623. Wenn der Kupplungsring 623 zuerst ausgerückt werden würde, würde sich das Getriebe im gleichen Zustand wie in der Übersetzungsstufe 1 befinden, mit einer schnellen Beschleunigung der Pedale. Eine solche schnelle Beschleunigung der Pedale ist beispielsweise beim Bergauffahren unerwünscht. Nachfolgend führt das Getriebe einen zeitweisen Übergang von der Übersetzungsstufe 7 auf die Übersetzungsstufe 3 durch. Dies führt zu einer Beschleunigung der Pedale, aber da die Übersetzungsstufe 3 neben der Übersetzungsstufe 4 liegt, in welcher der Fahrer gerade war, ist der Übergang viel angenehmer. Danach führt das Getriebe den Übergang zur gewünschten Übersetzungsstufe 4 durch. Der gesamte Schaltvorgang von der Übersetzungsstufe 5 auf die Übersetzungsstufe 4 vermeidet so eine überhöhte Beschleunigung oder Verzögerung der Pedale unter Umständen, in denen eine solche schnelle Beschleunigung oder Verzögerung am wenigsten erwünscht wäre.
Wie bereits erwähnt, nutzt der Schalthilfsmechanismus 90 auch die Drehkraft des Antriebselements 70, um den Wechsel der Kraftübertragungspfade im Kraftübertragungsmechanismus 82 zu unterstützen. Dies ist wünschenswert, wenn erhebliche Antriebskraft auf das Kettenrad 54 aufgebracht wird und einen großen Widerstand gegen das Verbinden oder das Lösen der verschiedenen Komponenten verursacht. Bei der normalen Funktionsweise drehen sich die Betätigungsplatte 104, die Schalthülse 732, die Klinkensteuerscheibe 736, die Klinkenlagerung 728, die Schalthülse 720, die Spannscheibe 712, die Schaltschlüsselelementführung 704 und die Schaltsteuerhülse 288 als eine Einheit, um die verschiedenen Komponenten zu verbinden und zu lösen. Im Ergebnis sind Position der Kupplungsbeine 860 der Schalthülse 732, die Klinkensteuerleisten 850 der Klinkensteuerscheibe 736, die Sperrklinken 820 und die Kupplungsbeine 808 der Schalthülse 720 so, wie in 14 gezeigt, angeordnet. In diesem Zustand sind die Sperrklinken 820 von der Sperrverzahnung 878 auf der Hilfsnockenscheibe 854 ausgerückt. Jedoch tendiert, sobald eine erhebliche Antriebskraft auf das Kettenrad 54 aufgebracht wird und einen erheblichen Widerstand zur Funktion der Schaltsteuerhülse 288 verursacht, die Schaltsteuerhülse 288 dazu, feststehend zu verbleiben, trotz der Drehung der Betätigungsplatte 104. In diesem Fall dreht sich die Schalthülse 732 im Uhrzeigersinn relativ gegenüber der Schalthülse 720 und veranlasst die Klinkensteuerscheibe 736 dabei, sich im Uhrzeigersinn relativ gegenüber dem Klinkenlager 728 zu drehen, so dass die Klinkensteuerleisten 850 sich weg von den Sperrklinken 820 bewegen, wie in 15 dargestellt. Im Ergebnis drehen sich die Sperrklinken 820 radial nach außen und greifen in die Sperrverzahnung 878 auf der Hilfsnockenscheibe 854 so ein, dass sich das Klinkenlager 728 sich zusammen mit der Hilfsnockenscheibe 854 und dem Antriebselement 70 dreht. Dadurch wird wiederum eine Hilfskraft zum Drehen der Schalthülse 720, der Schaltschlüsselelementführung 704 und der Schaltsteuerhülse 288 zur Verfügung gestellt, um den Schaltvorgang abzuschließen. Sobald der Widerstand der Schaltsteuerhülse 288 überwunden ist, dreht sich das Klinkenlager 728 im Uhrzeigersinn relativ zur Klinkensteuerscheibe 736, wie in 16 gezeigt ist, bis der Schaltvorgang abgeschlossen ist und ein Zustand, wie in 14 gezeigt, erreicht ist. Wie bereits angemerkt, drehen sich das Antriebselement 70, die ersten Kraftsteuerelemente 866, die zweiten Kraftsteuerelemente 870 und die Hilfsnockenscheibe 854 zusammen als eine Einheit, bis sich die Hilfsnockenscheibe 854 und auch die zweiten Kraftsteuerelemente 870 erheblich der Drehung des Antriebselements 70 und der ersten Kraftsteuerelemente 866 widersetzen. Dies würde eintreten, falls die Schaltsteuerhülse 866 nicht fähig wäre, sich zu drehen oder den Schaltvorgang anderweitig abzuschließen. Um eine Beschädigung der Komponenten zu vermeiden, wird die Kontaktreibungskraft zwischen den ersten Kraftsteuerelementen 866 und den zweiten Kraftsteuerelementen 870 von einem solch übermäßigen Widerstand überwunden, dass sich die Hilfsnockenscheibe 854 und die zweiten Kraftsteuerelemente 870 bezüglich des Antriebselements 70 und der ersten Kraftsteuerelemente 866 drehen. Der Schaltvorgang kann dann abgeschlossen werden, wenn der Fahrer den Pedalwiderstand vermindert und die Komponenten können normal arbeiten.
Während das vorhergehende eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, können weitere Veränderungen durchgeführt werden. Zum Beispiel können Änderungen der Größe, der Gestalt, der Anordnung oder Ausrichtung der verschiedenen Komponenten wie gewünscht verändert werden. Die Funktionen eines Elements können von zwei Elementen ausgeführt werden, und anders herum. Es ist nicht nötig, dass alle Vorteile gleichzeitig in einer bestimmten Ausführungsform vorhanden sein müssen. Demnach sollte der Umfang der Erfindung nicht auf die bestimmten Gestaltungen, welche offenbart wurden, oder den scheinbaren Hauptzweck einer besonderen Gestaltung oder eines besonderen Merkmals beschränkt werden.

Claims

Ein Nabengetriebe für ein Fahrrad umfassend: eine Nabenachse (36); ein Antriebselement (70) und ein Nabengehäuse (74), welche drehbar um die Nabenachse (36) gelagert sind; ein Kraftübertragungsmechanismus (82), welcher zwischen dem Antriebselement (70) und dem Nabengehäuse (74) angeordnet ist zur Übertragung von Drehkraft vom Antriebselement zum Nabengehäuse über eine Vielzahl von Kraftübertragungspfade; ein Schaltmechanismus (288) zum Auswählen der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltunterstützungsmechanismus (90) bereit gestellt wird, um Drehkraft vom Antriebselement (70) zum Schaltmechanismus zu übertragen; und ein Kraftsteuermechanismus (850) zwischen dem Antriebselement (70) und dem Schaltunterstützungsmechanismus (90) angeordnet ist und diese verbindet, um einen Betrag der Drehkraft, welche vom Antriebselement (70) auf den Schaltmechanismus (288) übertragen wird, zu steuern, dieser Kraftsteuermechanismus (850) ein erstes Kraftsteuerelement (866) umfasst, welches wirksam mit dem Antriebselement (70) verbunden ist, zur Drehung infolge einer Drehung des Antriebselements, und ein zweites Kraftsteuerelement (870) greift in das erste Kraftsteuerelement (866) ein und ist dabei wahlweise mit dem Schaltmechanismus (288) verbunden, wobei sich das erste Kraftsteuerelement (866) zusammen mit dem zweiten Kraftsteuerelement (870) dreht, solange bis sich das zweite Kraftsteuerelement (870) erheblich der Drehung des ersten Kraftsteuermechanismus (866) widersetzt woraufhin sich das erste Kraftsteuerelement (866) bezüglich des zweiten Kraftsteuerelements dreht.
Das Nabengetriebe gemäß Anspruch 1, wobei der Schaltmechanismus ein Betätigungselement (104) umfasst, welches drehbar auf der Nabenachse (36) gelagert ist und eine Schaltsteuerhülse (288), welche drehbar auf der Nabenachse (36) gelagert ist, wobei die Schaltsteuerhülse (288) wirksam mit dem Betätigungselement (104) verbunden ist, um sich infolge der Drehung des Betätigungselements (104) zu drehen.
Das Nabengetriebe gemäß Anspruch 2 wobei der Schaltunterstützungsmechanismus (90) Drehkraft vom Antriebselement (70) auf die Schaltsteuerhülse (288) überträgt.
Das Nabengetriebe gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, der Schaltunterstützungsmechanismus (90) umfasst ein erstes Schaltelement (732), welches zur Drehung mit dem Betätigungselement (104) verbunden ist, ein zweites Schaltelement (720), welches zur Drehung mit der Schaltsteuerhülse (288) verbunden ist und eine Vorspanneinrichtung, welche das erste Schaltelement (732) und das zweite Schaltelement (720) so zueinander vorspannt, dass sich das erste Schaltelement gemeinsam mit dem zweiten Schaltelement dreht, bis sich die Schaltsteuerhülse (288)) erheblich der Drehung des Betätigungselements (104) widersetzt, woraufhin sich das erste Schaltelement bezüglich des zweiten Schaftelements dreht.
Das Nabengetriebe gemäß Anspruch 4, wobei der Schaltunterstützungsmechanismus weiterhin umfasst eine Klinke (820), welche verbunden ist mit einem des ersten Schaltelements (732) und des zweiten Schaltelements (720) zur Bewegung zwischen einer Eingriffsposition, in welcher die Klinke in den Kraftsteuermechanismus (850) eingreift, und einer Nichteingriffsposition, in welcher die Klinke (820) nicht in den Kraftsteuermechanismus eingreift; ein Klinkenvorspannelement (828), welche die Klinke (820) in die Eingriffsposition vorspannt; und ein Klinkensteuerelement (736), welches mit dem anderen des ersten Schaltelements (732) und des zweiten Schaltelements (720) verbunden ist, um die Klinke in der Nichteingriffsposition zu halten, wenn sich das erste Schaltelement gemeinsam mit dem zweiten Schaltelement dreht und um der Klinke (820) zu ermöglichen, sich in die Eingriffsposition zu bewegen, wenn das erste Schaltelement (732) sich bezüglich des zweiten Schaltelements (720) dreht.
Das Nabengetriebe gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Kraftsteuerelement (866) das zweite Kraftsteuerelement (870) berührt.
Das Nabengetriebe gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kraftsteuermechanismus (850) ferner ein Kraftsteuervorspannelement (874) umfasst, um das erste Kraftsteuerelement (866) und das zweite Kraftsteuerelement (870) gegeneinander vorzuspannen.
Das Nabengetriebe gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Kraftsteuerelement (866) axial verschieblich ist.
Das Nabengetriebe gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das zweite Kraftsteuerelement (870) axial verschieblich ist.
Das Nabengetriebe gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kraftsteuermechanismus (850) weiterhin eine Unterstützungsnockenscheibe (854) umfasst, um das zweite Kraftsteuerelement (870) zu tragen, wobei die Unterstützungsnockenscheibe eine Vielzahl von Sperrzähnen (878) umfasst.
Das Nabengetriebe gemäß Anspruch 10, wobei die Unterstützungsnockenscheibe (854) eine ringförmige Gestalt aufweist, wobei das zweite Kraftsteuerelement (870) eine ringförmige Gestalt aufweist, wobei die Vielzahl von Sperrzähnen (878) auf einer inneren Umfangsfläche der Unterstützungsnockenscheibe angeordnet sind, und wobei eine äußere Umfangsfläche der Unterstützungsnockenscheibe (854) eine Unterstützungsnockenscheiben-Keilverzahnung (886) ausbildet, welche in eine entsprechende zweite Kraftsteuerelement-Keilverzahnung (906) eingreift, welche auf einer inneren Umfangsfläche des zweiten Kraftsteuerelements (870) ausgebildet ist.
Das Nabengetriebe gemäß Anspruch 11, wobei die Unterstützungsnockenscheibe (854) genau zehn Sperrzähne aufweist.
Das Nabengetriebe gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Antriebselement (70) eine ringförmige Gestalt aufweist, wobei das erste Kraftsteuerelement (866) eine ringförmige Gestalt aufweist und wobei eine innere Umfangsfläche des Antriebselements eine Antriebselement-Keilverzahnung (902) ausbildet, welche in eine entsprechende erste Kraftsteuerelement-Keilverzahnung (894) eingreift, welche auf einer äußeren Umfangsfläche des ersten Kraftsteuerelements (866) ausgebildet ist.