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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit Fahrradschaltungen und insbesondere mit einer internen
Nabenschaltung mit einem Planetenrad, welches zwei oder mehr Bereichen
unterschiedlicher Durchmesser aufweist.
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Das
europäische
Patent
EP 0 531 608 legt eine
Mehrgangnabenschaltung mit bis zu 7 Gängen offen. Diese weist zwei
Planetengetriebemechanismen auf, welche jeweils mit einer Anzahl
Planetenräder
und einem zugehörigen
Hohlrad ausgestattet sind. Mit einer zunehmenden Zahl von Gängen ist auch
eine zunehmende Anzahl von Kupplungen erforderlich. Diese übertragen
die Antriebskraft über die
zugeordneten Sonnenräder,
Planetenräder,
Hohlräder
und schließlich
zum Nabenkörper.
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Die
Planetenräder
werden zunehmend zu aufwändigen
Strukturen, indem sie zwei oder manchmal mehr Übersetzungsverhältnisse
bereitstellen müssen.
Die Planetenräder
weisen deswegen zwei oder auch mehr Abschnitte mit verschiedenen
Durchmessern auf. Die mechanischen Lasten auf diese verschiedenen
Abschnitte des Planetenrades können
unterschiedlich sein. Beispielsweise kann der Verzahnungsbereich
mit größerem Durchmesser
des Planetenrades im Einsatz für
die Übersetzung
für geringe
Geschwindigkeit einem viel größeren Drehmoment
ausgesetzt sein, als die anderen Abschnitte des Planetenrades mit
kleinerem Durchmesser. Dies kann zu Quer- sowie Torsionskräften innerhalb
des Planetenrades führen.
Möglicherweise
werden diese Kräfte
nicht angemessen durch den Tragstift aufgenommen, auf welchem das
Planetenrad montiert ist. Solche Tragstifte sind üblicherweise
geradlinig ausgebildet. Dabei ist nicht berücksichtigt, dass ein Teil des
Planetenrades höherer
mechanischer Beanspruchung ausgesetzt ist, als ein anderer Abschnitt
des Planetenrades.
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Es
ist daher eine Absicht der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Mehrgangnabenschaltung zur Verfügung
zu stellen. Diese zeichnet sich durch einen verstärkten Tragstift
zur Unterstützung des
Planetenrads aus, welcher den verschiedenen Lasten im Planetenrad
Rechnung trägt.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung weist eine Nabenschaltung für ein Fahrrad
einen Antriebskörper
und einen Nabenkörper
auf. Diese sind zur Rotation um eine Nabenachse montiert. Wenigstens
ein Planetengetriebemechanismus ist vorhanden, um ein Drehmoment
vom Antriebskörper auf
den Nabenkörper
zu übertragen.
Das geschieht über
eine Vielzahl von Drehmomentübertragungswegen.
Der Planetenradgetriebemechanismus weist wenigstens ein Planetenrad
auf einem Tragstift auf, welcher mit einem Planetenradträger verbunden
ist. Ein Gangschaltmechanismus weist wenigstens eine Kupplung zur
Auswahl eines der Drehmomentübertragungswege
auf. Das Planetenrad weist wenigstens einen Verzahnungsbereich mit
größerem Durchmesser
und wenigstens eine Verzahnungsbereich mit kleinerem Durchmesser
auf. Diese bestimmen verschiedene Übersetzungsverhältnisse.
Zusätzlich weist
der Tragstift wenigstens einen Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser
und wenigstens einen Tragstiftbereich mit kleinerem Durchmesser
auf.
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In
Bereichen mit größeren Durchmessern des
Planetenrads tritt eine höhere
mechanische Beanspruchung auf. Dabei sind die Durchmesser von Bereichen
des Tragstifts an die Durchmesser der Verzahnungsbereiche des Planetenrads
angepasst. So ist die mechanische Belastbarkeit des Tragstifts in diesen
Bereichen verstärkt
oder verbessert.
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In
einer Ausführungsform
stützt
der Abschnitt des Tragstifts mit größerem Durchmesser diesen Verzahnungsbereich
mit größerem Durchmesser des
Planetenrades über
mehr als 50% der axialen Breite des Verzahnungsbereichs mit größerem Durchmesser.
In einer weiteren Ausführungsform
unterstützt
der Abschnitt des Tragstifts mit kleinerem Durchmesser den Verzahnungsbereich
mit kleinerem Durchmesser des Planetenrades auf mehr als 50% dessen
axialer Breite. Durch die derartige Konstruktion des Tragstifts
wird sichergestellt, dass der den höchsten mechanischen Ansprüchen ausgesetzte Verzahnungsbereich
mit größerem Durchmesser
immer wesentlich durch einen verstärkten Abschnitt des Tragstifts
gestützt
wird.
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Das
Prinzip der vorliegenden Erfindung ist es, das Lastaufnahmevermögen des
Tragstifts an die in den verschiedenen Abschnitten des Planetenrades
auftretenden Lasten anzupassen. Die Erfindung weist besondere Vorzüge bei Anwendung
auf Mehrgangnabenschaltungen auf. Dort weisen die Planetenräder oft
zwei oder drei Abschnitte mit verschiedenen Durchmessern auf, welche
den verschiedenen Übersetzungsverhältnissen
entsprechen.
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Weiteres
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können den folgenden Beschreibungen der
Ausführungsformen
entnommen werden, in Verbindung mit den Zeichnungen.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer 7-Gang Nabenschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Deren Planetenräder
weisen zwei Abschnitte verschiedener Durchmesser auf. Ebenso weist
der Tragstift zwei Abschnitte verschiedener Durchmesser auf.
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2 zeigt
eine Vergrößerung eines
Planetengetriebemechanismus gemäß der Ausführungsform
nach 1.
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit verändertem Aufbau des Tragstifts.
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Nachfolgend
werden die Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, in Verbindung mit den Zeichnungen, ausführlicher
erklärt.
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1 zeigt
eine 7-Gang Nabenschaltung einer ersten Ausführungsform. Ein Antriebskörper 2 überträgt eine
Rotationskraft auf einen Nabenkörper 3.
Dieser ist drehbar auf der Nabenachse 1 gelagert. Der Antriebsstrang
von Antriebskörper 2 zum
Nabenkörper 3 weist
einen ersten Planetengetriebemechanismus 4 mit einem Hohlrad 15 auf.
Ein zweiter Planetengetriebemechanismus 5 ist mit einem
zweiten Hohlrad 16 ausgestattet. Abhängig vom gewählten Drehmomentübertragungsweg,
oder genauer gesagt dem gewählten
Gang, stehen die Hohlräder 15 und 16 wechselweise
im Eingriff mit den Planetengetrieben 13 bzw. 14.
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Die
Tragstifte 40 und 40a des ersten und zweiten Planetengetriebemechanismus 4, 5 sind
von den Planetenradträgern 4a bzw. 5a getragen.
Die Planetenräder 13 und 14 sind
von den Tragestiften 40 bzw. 40a gestützt und
sind im Eingriff mit Sonnenrädern
auf der Nabenachse 1, welche durch einen Kupplungskontrollkörper 8 ausgewählt werden.
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Der
Kupplungskontrollkörper 8 und
ein Kupplungsbetätigungsmechanismus 7 bilden
einen Gangschaltmechanismus, welcher die Positionen der Sonnenräder und
Kupplungen innerhalb der Nabenschaltung einstellt. Beispielsweise
bestimmt die Einstellung des Gangschaltmechanismus für niedrige Geschwindigkeit
einen Drehmomentübertragungsweg
vom Antriebskörper 2 zum
Nabenkörper 3 über eine Übertragungskupplung 20,
das zweite Hohlrad 16, den Planetenradträger 5a,
den Planetenradträger 4a,
das erste Hohlrad 15 und eine zweite Übertragungskupplung 18.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
des ersten Planetengetriebemechanismus 4, welcher die Einzelheiten
der vorliegenden Ausführungsform
am Besten darstellt. Vom Planetenradträger 4a ist der Tragstift 40 aufgenommen.
Dieser weist einen Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser 9 und
einen Tragstiftbereich mit kleinerem Durchmesser 10 auf. Von
dem Tragstift 40 ist das Planetenrad 13 aufgenommen.
Dieses weist einen Verzahnungsbereich mit größerem Durchmesser 11 und
einen Verzahnungsbereich mit kleinerem Durchmesser 12 auf. Der
Verzahnungsbereich mit größerem Durchmesser 11 ist
im Eingriff mit einem Sonnenrad 11a. Der Verzahnungsbereich
mit kleinerem Durchmesser 12 ist im Eingriff mit einem
anderen Sonnenrad 12a. Der Verzahnungsbereich mit kleinerem
Durchmesser 12 ist auch im Eingriff mit dem Hohlrad 15.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
sind die beiden Verzahnungsbereiche 11 und 12 des
Planetenrads 13 einstückig
ausgebildet. Es ist dennoch möglich,
dass das Planetenrad 13 zwei Verzahnungsbereiche aus getrennten
Körpern
aufweist, welche miteinander verbunden sind. In anderen Ausführungsformen
kann das Planetenrad 13 drei Bereiche verschiedener Durchmesser
aufweisen.
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Gemäß 2 weist
der Verzahnungsbereich mit größerem Durchmesser 11 des
Planetenrads 13 eine Breite w1 auf. Diese erstreckt sich
von der linken Seite des Verzahnungsbereichs 11 bis zur
Trennlinie c. Die Symmetrielinie a des Verzahnungsbereichs mit größerem Durchmesser 11 ist
ebenfalls bezeichnet. Der Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser 9 des
Tragstifts 40 weist den Durchmesser d1 auf. Der Tragstiftbereich
mit kleinerem Durchmesser 10 weist den Durchmesser d2 auf.
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Der
verstärkte
Bereich des Tragstifts 40 wird durch den Tragstiftbereich
mit größerem Durchmesser 9 verkörpert. Dieser
erstreckt sich über
mehr als 50% der axialen Breite w1 des Verzahnungsbereichs mit größerem Durchmesser 11.
Gemäß 2 erstreckt
sich der Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser 9 von
links nach rechts über
die Symmetrielinie a hinaus bis zu einer Radiusstufe 20.
Diese verkörpert
den Übergang
vom Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser 9 zum
Tragstiftbereich mit kleinerem Durchmesser 10. In der Ausführung nach 2 werden
ca. 70% der axialen Breite des Verzahnungsbereichs mit größerem Durchmesser 11 durch den
Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser 9 abgestützt. Allgemein
werden wenigstens 50% der Breite w1 durch den Tragstiftbereich mit
größerem Durchmesser 9 unterstützt. Vorzugsweise
werden mindestens 70% durch den Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser 9 unterstützt.
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In
anderen Ausführungen
kann es wünschenswert
sein, den Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser 9 in
den Bereich des Verzahnungsbereichs mit kleinerem Durchmesser 12 auszudehnen. Jedoch
unterstützt
der Tragstiftbereich mit kleinerem Durchmesser 10 mit einem
Durchmesser d2 den Verzahnungsbereich mit kleinerem Durchmesser 12 zu wenigstens
50% von dessen axialer Breite w2. Vorzugsweise werden mindestens
80% der axialen Breite w2 des Verzahnungsbereichs mit kleinerem Durchmesser 12 durch
den Tragstiftbereich mit kleinerem Durchmesser 10 unterstützt.
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Die
Beziehung zwischen dem Durchmesser d1 des Tragstiftbereichs mit
größerem Durchmesser 9 und
dem Durchmesser d2 des Tragstiftbereichs mit kleinerem Durchmesser 10 hängt von
der jeweiligen Anwendung ab, und zwar von den verschiedenen Durchmessern
der Verzahnungsbereiche 11 und 12 des Planetenrads 13.
Diese Beziehung ist auch davon abhängig, ob ein dritter Verzahnungsbereich
des Planetenrads 13 vorliegt oder nicht. Der Durchmesser
d1 des Tragstiftbereichs mit größerem Durchmesser 9 dient
jedoch der verstärkten
Lagerung des Verzahnungsbereichs mit größerem Durchmesser 11. Üblicherweise
ist dieser Durchmesser d1 wenigstens 10% größer als der Durchmesser d2
des Tragstiftbereichs mit kleinerem Durchmesser 10. In
anderen Ausführungsformen
ist der Durchmesser d1 des Tragstiftbereichs mit größerem Durchmesser 9 bis
zu 20% größer, als
der Durchmesser d2 des Tragstiftbereichs mit kleinerem Durchmesser 10.
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Wie
zuvor erwähnt,
besteht der Übergang vom
Tragstiftbereich mit größerem Durchmesser 9 zum
Tragstiftbereich mit kleinerem Durchmesser 10 der Ausführungsform
der 2 in einer Radiusstufe 20. Die Radiusstufe 20 ist
an einer axialen Position B gebildet, welche zwischen der Symmetrielinie
a der axialen Breite w1 des Verzahnungsbereichs mit größerem Durchmesser 11 und
der Trennlinie c zwischen den Verzahnungsbereichen mit größerem und kleinerem
Durchmesser 11 und 12 angeordnet ist. Die Position
dieser Radiusstufe 20 bestimmt die lasttragende Ausdehnung
des Tragstiftbereichs mit größerem Durchmesser 9.
In den meisten Fällen
ist die axiale Position b zwischen der Symmetrielinie a und der
Trennlinie c angeordnet. In anderen Ausführungsformen mag sich die axiale
Position b der Radiusstufe 20 in die Region des Tragstiftbereichs
mit kleinerem Durchmesser 10 ausdehnen.
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3 stellte
eine weitere Ausführungsform des
Tragstifts 40 dar. Der Übergang
des Tragstiftbereichs mit größerem Durchmesser 9 zum
Tragstiftbereich mit kleinerem Durchmesser 10 ist als ein
Durchmesserübergangsbereich 30 ausgebildet.
Diese erstreckt sich um den Umfang des Tragstifts 40. Der Durchmesserübergangsbereich 30 beginnt
an einer axialen Position b',
welche zwischen der Symmetrielinie a der axialen Breite w1 des Verzahnungsbereichs mit
größerem Durchmesser 11 und
der Trennlinie c zwischen den Verzahnungsbereichen mit größerem und
kleinerem Durchmesser 11 und 12 angeordnet ist.
Der Durchmesserübergangsbereich 30 endet
bei einer axialen Position f, welche zwischen der Trennlinie c und
der Symmetrielinie e der axialen Breite w2 des Verzahnungsbereichs
mit kleinerem Durchmesser 12 angeordnet ist. In dieser
Ausführungsform
erstreckt sich der lasttragende Abschnitt des Tragstiftbereichs
mit größerem Durchmesser 9 über wenigstens
50% der axialen Breite w1 des Verzahnungsbereichs mit größerem Durchmesser 11.
Der lasttragende Anteil des Tragstiftbereichs mit kleinerem Durchmesser 10 beträgt etwas
weniger als 100% der axialen Breite w2 des Verzahnungsbereichs mit
kleinerem Durchmesser 12. Jedoch beträgt der lasttragende Anteil
des Tragstiftbereichs mit kleinerem Durchmesser 10 deutlich
mehr als 50% der axialen Breite w2 des Verzahnungsbereichs mit kleinerem
Durchmesser 12.
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Gemäß 3 kann
ein kleiner Raum bestehen zwischen dem Durchmesserübergangsbereich 30 innerhalb
des Planetenrads 13 und dem Übergangsbereich 30', welcher auf
dem Tragstift 40 angeordnet ist. In diesem Fall stellt
die Region des Durchmesserübergangsbereichs
keinen lasttragenden Anteil des Tragstifts 40 dar. In anderen
Ausführungsformen
können
diese Teile mit hoher Genauigkeit hergestellt werden, so dass kein
Raum zwischen den Durchmesserübergangsbereichen 30 und 30' bleibt. Die
axiale Ausdehnung des Durchmesserübergangsbereichs zwischen den
Linien b' und f
in 3 wäre dann
ein lasttragender Anteil.
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Alternativ
zur Ausführungsform
nach 3 kann der Durchmesserübergangsbereich 30 mit
einer Krümmung
gebildet werden, betrachtet im Schnitt. Gleichgültig ob der Durchmesserübergangsbereich
linear oder gekrümmt
ausgebildet ist, bietet eine Verjüngung des Übertragungsbereichs eine gleichmäßigere Verteilung
mechanischer Beanspruchungen. Diese werden durch das Planetenrad 13 erzeugt,
welches durch den verstärkten
Tragstift 40 unterstützt
ist.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen sind
lediglich zum Zweck der Darstellung aufgeführt. Die Erfindung ist nicht
auf diese Ausführungsformen begrenzt. Änderungen,
wie für
den Fachmann offensichtlich sind, sind möglich. Diese fallen ebenfalls
unter den Wirkungsbereich der vorliegenden Erfindung, welche durch
die angehängten
Ansprüche
bestimmt ist.