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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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DE 37 32 977 A1 zeigt eine Nabenschaltung für ein Fahrrad mit einem Planetengetriebemechanismus, welcher einen gestuften, exzentrischen Planetentragstift aufweist, der zwei getrennte Planetenräder mit unterschiedlichen Durchmessern stützt.
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US 1,490,644 zeigt in
21 eine Nabenschaltung für ein Fahrrad gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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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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Die vorliegende Erfindung weist die Merkmale von Anspruch 1 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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Gemäß der Erfindung 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. Der Abschnitt des Tragstifts mit kleinerem Durchmesser unterstützt 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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Weitere 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 unterstutzt.
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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.