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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine selbständige Fahrradgangschaltung
gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Eine
Vorrichtung dieser Art ist bereits bekannt (
EP-A-0 383 350 ), und bei
herkömmlichen
selbständigen
Fahrradgangschaltungen (wie sie in der
US-PS Nr. 5.078.664 und der
GB-Patentanmeldung GB-2 166 503 A offenbart
werden), wird eine Vielzahl von Kupplungen in Form von Klauenkupplungen
und von Klauenkupplungen und einer Kupplungsbetätigungseinrichtung zum Schalten
mehrerer Geschwindigkeitsstufen eingesetzt. Bei diesen Beispielen
wird die Betätigung
eines Umschalthebels direkt auf die Kupplungsbetätigungseinrichtung übertragen.
Infolgedessen führt
eine Verschiebung des Umschalthebels gleichzeitig zu einer Schaltung
der Kupplungsbetätigungseinrichtung
ohne dazwischen liegende erhebliche ”Verzögerung”.
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Andererseits
werden die Einrückbereiche
einer Klauenkupplung, die einer Ausrückung der Klauenkupplung entgegenwirkt,
mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagt, was eine reibungslose
Betätigung
der Kupplungsbetätigungseinrichtung
behindert. Bei einem Fahrrad verändert
sich der Antrieb mit den verschiedenen Pedalstellungen, d. h. im
Bereich des oberen und unteren Totpunkts ist der Antrieb aus ergonomischen Gründen schwächer, mit
dem Ergebnis, dass auf die Kupplungen ein verringertes Drehmoment
einwirkt. Infolgedessen ist für
eine reibungslose Gangumschaltung nur eine minimale Betätigungskraft
erforderlich, wenn die Kupplungen dann betätigt werden, wenn sich die
Pedale jeweils im Bereich ihres oberen bzw. unteren Totpunkts befinden.
Die Betätigung
des Gangschalthebels mit derartiger zeitlicher Abstimmung ist jedoch
extrem schwierig. Deshalb wird in der Regel eine Gangumschaltung
mit hoher Betätigungskraft
vorgenommen und dabei ein erheblicher Ausrückwiderstand überwunden.
Dies führt
zu einer wenig bis gar nicht reibungslosen Kupplungsbetätigung und
zu ruckartiger Gangumschaltung.
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Bei
Klauenkupplungen ist gelegentlich eine Feder oder ein ähnliches
Element in eine einzelne Kupplungsmechanik eingebaut, um eine Überlastung
zu vermeiden. Dies führt
zu einer ”Verzögerung” der Kupplungsbetätigungseinrichtung,
wodurch die Kupplung im Zustand eines geringen Widerstands gegenüber einer Ausrückung betrieben
wird. Die einzelnen Kupplungsme chanismen sind jedoch nicht zur Zusammenarbeit
miteinander ausgelegt, was auch für die Kupplungen und die Federn
gilt. Damit trägt
die zusätzliche
Aufnahme solcher Federn nur wenig zum reibungslosen Betrieb der
Gangschaltvorrichtung bei.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt u. a. die Aufgabe zugrunde, eine selbständige Gangschaltvorrichtung
zur automatischen Vornahme einer Gangumschaltung im Bereich des
oberen und unteren Totpunkts der Pedale zugrunde, bei welcher das übertragene
Drehmoment schwach wird.
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Diese
Aufgabe wird mit einer selbständigen
Fahrradgangschaltung nach Anspruch 1 gelöst.
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Bei
der vorgenannten Konstruktion sind die folgenden Funktionen vorgesehen:
Das
zweite Betätigungsteil
wird geschaltet, um die Kupplungen auszurücken, wenn das erste Betätigungsteil. umgeschaltet
wird und das elastische Teil eine Kraft aufbringt, die größer ist
als der der Ausrückung
entgegenwirkende Widerstand zum Schalten des zweiten Betätigungsteils.
Das zweite Betätigungsteil
bleibt ortsfest, wenn das erste Betätigungsteil umgeschaltet wird
und das elastische Teil eine Kraft aufbringt, die kleiner ist als der
der Ausrückung
entgegenwirkende Widerstand, wobei das zweite Betätigungsteil
so schaltbar ist, dass es die Kupplungen nur dann ausrückt, wenn
die Kraft des elastischen Teils den Widerstand gegenüber der
Ausrückung übersteigt.
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Da
außerdem
die Kraft des elastischen Teils zur Überwindung des Widerstands
gegenüber
der Ausrückung
im wesentlichen bei allen Kupplungen gleich ist, ist es möglich, die
Kraft des elastischen Teils so einzustellen, dass der Ausrückwiderstand überwunden
wird, und zwar im wesentlichen zum selben Zeitpunkt, zu dem die
Pedale jeweils ihren oberen bzw. unteren Totpunkt erreichen, je
nachdem, welcher Gang für
die Radfahrt gegebenenfalls gewählt
wird. Wenn somit der Radfahrer versucht, den Gang umzuschalten,
wird eine gewählte
Gangstufe erst dann eingestellt, wenn die Pedale den oberen bzw.
unteren Totpunkt erreichen. Die Gangumschaltung wird tatsächlich am
oberen und unteren Totpunkt vorgenommen, also an Punkten, an denen das übertragene
Drehmoment verringert ist.
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Entsprechend
der vorstehend erläuterten
Konstruktion ist es für
den Radfahrer nicht erforderlich, erst dann eine Gangumschaltung
vorzunehmen, wenn er abgewartet hat, dass die Pedale den oberen
bzw. unteren Totpunkt erreichen, an denen das übertragene Drehmoment verringert
ist. Dies ermöglicht
eine reibungslose und einfache Gangumschaltung des Fahrrads.
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Weitere
und andere Zielsetzungen, Merkmale und Wirkungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche
und ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele
anhand der beiliegenden Zeichnung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
eine Schnittansicht einer selbständigen
Gangschaltvorrichtung mit sieben Gängen.
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1A ist
ein Vertikalschnitt aus 1 mit der Darstellung von Einzelheiten
der Konstruktion, bei welcher eine erste Muffe auf einer Führungsbuchse
abgestützt
ist.
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1B zeigt
einen Schnitt entlang der Linie P-P in 1A.
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2 ist
ein Schnitt in der zu einer feststehenden Welle senkrechten Ebene,
der eine Beziehung zwischen einer Bremskupplung und vierten Übersetzungsklinke
zeigt, gesehen in Richtung von einem Antriebsteil zu Leerlaufbremse.
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3 zeigt
eine fragmentarische Schnittansicht aus 2, in einer
zur feststehenden Welle senkrechten Ebene, mit der Darstellung einer
Beziehung zwischen einer vierten Übersetzungsklinke und einem
Klinkengehäuse.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines Betätigungsteils und von Federn.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Kugeldruckteils.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines Seilbeschlags.
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7 zeigt
eine Drehbegrenzungseinrichtung in perspektivischer Darstellung.
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8 ist
eine Schnittansicht des Betätigungsteils
mit Darstellung der Einrückung
zwischen einem ersten Gabelteil und einem zweiten Gabelteil.
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9 dient zur Erläuterung einer Sonnenradklinke.
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10 ist
ein Schnitt in einer zur feststehenden Welle senkrechten Ebene mit
der Darstellung der Beziehungen zwischen Sonnenradklinken, Begrenzungsvorsprüngen und
Betätigungsbereichen
jeweils bei Stellung der Sonnenradkupplungen im dritten hohen Gang.
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11 ist
ein Schnitt in einer zur feststehenden Welle senkrechten Ebene mit
der Darstellung der Beziehungen zwischen den Sonnenradklinken, Begrenzungsvorsprüngen und
Betätigungsbereichen
jeweils bei Stellung der Sonnenradkupplungen im zweiten hohen Gang.
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12 ist
ein Schnitt in einer zur feststehenden Welle senkrechten Ebene mit
der Darstellung der Beziehungen zwischen den Sonnenradklinken, Begrenzungsvorsprüngen und
Betätigungsbereichen
jeweils bei Stellung der Sonnenradkupplungen im ersten hohen Gang.
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13 ist
ein Schnitt in einer zur feststehenden Welle senkrechten Ebene mit
der Darstellung der Beziehungen zwischen den Sonnenradklinken, Begrenzungsvorsprüngen und
Betätigungsbereichen
jeweils bei Stellung der Sonnenradkupplung in einer mittleren Gangstellung.
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14 ist
ein Schnitt in einer zur feststehenden Weite senkrechten Ebene mit
der Darstellung der Beziehungen zwischen den Sonnenradklinken, Begrenzungsvorsprüngen und
Betätigungsbereichen
jeweils bei Stellung der Sonnenradkupplung in einem ersten niedrigen
Gang.
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15 ist
ein Schnitt in einer zur feststehenden Welle senkrechten Ebene mit
der Darstellung der Beziehungen zwischen den Sonnenradklinken, Begrenzungsvorsprüngen und
Betätigungsbereichen
jeweils bei Stellung der Sonnenradkupplung in einem zweiten niedrigen
Gang.
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16 ist
ein Schnitt in einer zur feststehenden Weite senkrechten Ebene mit
der Darstellung der Beziehungen zwischen den Sonnenradklinken, Begrenzungsvorsprüngen und
Betätigungsbereichen
jeweils bei Stellung der Sonnenradkupplung in einem dritten niedrigen
Gang.
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17 ist
eine schematische Darstellung entsprechend 1.
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18 zeigt
eine Seitenansicht einer Übersetzungsklinke.
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19 ist
eine Seitenansicht einer Sonnenradklinke.
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20 ist
eine Seitenansicht der Sonnenradklinke.
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21 zeigt
eine Vorderansicht einer Kupplungsbetätigungseinrichtung.
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22 ist
eine Seitenansicht der Kupplungsbetätigungseinrichtung.
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23 zeigt
einen Schnitt durch die Kupplungsbetätigungseinrichtung entlang
der Linie Q-Q aus 21.
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24 ist
eine Schnittansicht einer dreistufigen Gangschaltvorrichtung im
hohen Gangzustand.
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25 zeigt
die dreistufige Gangschaltvorrichtung in einem mittleren Gangzustand
im Schnitt.
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26 ist
eine Schnittansicht der dreistufigen Gangschaltvorichtung in niedrigem
Gangzustand.
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27 zeigt
in einer Schnittansicht die Beziehungen zwischen einem zweiten drehbaren Übersetzungsteil, Übersetzungszähnen, Übersetzungsklinken,
und einem ersten drehbaren Übersetzungsteil.
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28 ist
eine Schnittansicht mit der Darstellung der Beziehungen zwischen
einem Nabenkörper,
dritten Übersetzungsklinken
und einer feststehenden Welle.
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29 ist
eine Vorderansicht eines ersten Schaltnockens.
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30 ist
eine Draufsicht auf den ersten Schaltnocken;
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31 zeigt
einen Schnitt durch den ersten Schaltnocken entlang der Linie R-R
in 29.
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32 ist
eine Vorderansicht eines zweiten Schaltnockens.
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33 ist
eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den zweiten Schaltnocken.
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34 dient
zur Erläuterung
einer Federspannkraft, und
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35 zeigt
eine Vorderansicht einer Ausbildung einer dritten Übersetzungsklinke.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend
wird anhand der Zeichnung ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Wie 1 zeigt,
umfasst eine selbständige
Gangschaltvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ganz allgemein eine feststehende Welle 1, die
an einem Fahrradrahmen befestigt ist, sowie ein Antriebsteil 2 und
einen auf der feststehenden Welle drehbar gelagerten Nabenkörper 3.
Das Antriebsteil 2 weist ein Kettenrad 2a auf,
während
auf dem Nabenkörper 3 Nabenstücke 3a zur
Lagerung der Speichen ausgebildet sind. Eine Antriebskette vom Antriebsteil 2 zum
Nabenkörper 3 umfasst
eine erste Planetengetriebemechanik 4 zur Beschleunigung
und eine zweite Planetengetriebemechanik 5 zur Verlangsamung.
Auf einer dem Antriebsteil 2 abgewandten Seite ist eine
Leerlaufbremse 6 vorgesehen. Wie nachstehend noch erläutert wird,
lässt sich die
Antriebskette von einer Mechanik 7 zur Kupplungsbetätigung umschalten
und ist eine rohrförmige
Kupplungsbetätigungseinrichtung 8 drehbar
auf der feststehenden Welle 1 so angebracht, dass sie die
Kupplungsbetätigungsmechanik 7 und
Betätigungsbereiche
von Sonnenrä dern
schaltet, um deren Drehung zu ermöglichen oder zu unterbinden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind sieben Gangstufen vorgesehen, wie nachstehend noch erläutert wird.
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Die
beiden Planetengetriebemechaniken 4 und 5 weisen
einen ersten und einen zweiten Planetenträger 4a bzw. 5a auf,
wobei die beiden Planetenträger
drehfest miteinander in Eingriff stehen. Der erste Planetenträger 4a steht
in relativ drehfestem Eingriff mit einem neben der Leerlaufbremse 6 angeordneten Übertragungsteil 9.
Die erste Planetengetriebemechanik 4 weist außerdem ein
erstes und ein zweites Sonnenrad 11a bzw. 12a auf.
Die zweite Planetengetriebemechanik 5 umfasst des weiteren
ein drittes und ein viertes Sonnenrad 13a bzw. 14a.
Die Sonnenräder 11a–14a stützen sich
vom ersten bis zum vierten auf der feststehenden Welle 1 so
ab, dass sie unabhängig
voneinander drehbar und axial unbeweglich sind. Das erste und das
zweite Sonnenrad 11a bzw. 1a stehen jeweils mit
einem ersten und einem zweiten Planetenrad 11b bzw. 12b in
Eingriff, wobei jeweils das erstem und zweiten Planetenrad bestehende
Paar integral ausgebildet ist. Das dritte bzw. vierte Sonnenrad 13a bzw. 14a steht
jeweils mit einem dritten bzw. vierten Planetenrad 13b bzw. 14b in Eingriff,
wobei jeweils das aus drittem und viertem Planetenrad bestehende
Paar ebenfalls integral ausgebildet ist. Die zweiten Planetenräder 12b greifen
außerdem
in einen ersten Zahnkranz 15 ein. Die vierten Planetenräder 14b stehen
ebenfalls mit einem zweiten Zahnkranz 16 in Eingriff. Mittels
des Kupplungsbetätigungsteils 8 werden
nach Wahl Freilauf- und Feststellschaltungen der Sonnenräder 11a, 12a, 13a und 14a relativ
zur feststehenden Welle 1 in noch näher zu beschreibender Weise
vorgenommen.
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Der
erste Zahnkranz 15 und das Übertragungsteil 9 werden
wahlweise als Abtriebselement herangezogen, um auf den Nabenkörper 3 einzuwirken.
Der zweite Zahnkranz 16 und der zweite Planetenträger 5a werden
wahlweise als Antriebselement zur Übernahme der Antriebskraft
vom Antriebsteil 2 verwendet. Zur selektiven Herbeiführung einer
Antriebsübersetzung
zwischen diesen Bauteilen werden Einwegkupplungen verwendet. Diese
Einwegkupplungen umfassen eine erste Übersetzungskupplung 17,
die zwischen dem Übertragungsteil 9 und
dem Nabenkörper 3 vorgesehen
ist, eine zweite Übersetzungskupplung 18,
die zwischen dem ersten Zahnkranz 15 und dem Nabenkörper 3 vorgesehen
ist, eine dritte Übersetzungskupplung 19,
die zwischen dem zweiten Planetenträger 5a und dem Antriebsteil 2 angeordnet
ist, und eine vierte Übersetzungskupplung 20 zwischen
dem zweiten Zahnkranz 16 und dem Antriebsteil 2.
Diese Einwegkupplungen weisen außerdem eine erste bis vierte Übersetzungsrastklinke 17a, 18a, 19a bzw. 20a sowie
einen ersten bis vierten Übersetzungsrastzahn 17b, 18b, 19b bzw. 20b auf.
Die Übersetzungsklinken 17a, 18a, 19a und 20a werden laufend
federnd in Eingriff mit den entspre chenden Übersetzungszähnen 17b, 18b, 19b und 20b gespannt.
Die ersten Übersetzungsklinken 17a sind
am Übertragungsteil 9 befestigt,
die zweiten Übersetzungsklinken 18a am
ersten Zahnkranz 15, und die dritten und vierten Übersetzungsklinken 18a und 19a am
Antriebsteil 2. Die Übersetzungsklinken 17a, 18a, 19a und 20a sind
so ausgerichtet, dass der Nabenkörper 3,
der zweite Planetenträger 5a bzw.
der zweite Zahnkranz 16 nur dann angetrieben wird, wenn
die Bauteile, die die Klinken tragen, sich in Richtung des Pfeils
K in 1 drehen. Die dritten Übersetzungsklinken 19a greifen
in die dritten Übersetzungszähne 19b über deren
gesamte Breite ein, während
die dritte Übersetzungskupplung 19 durch die
Kupplungsbetätigungsmechanik 7 in
nachstehend noch erläuterter
Weise geschaltet werden kann.
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Gemäß 1 und 10 bis 17 sind
eine erste bis vierte Sonnenradkupplung 21, 22, 23 und 24 in
Form einer Einwegkupplung zwischen der feststehenden Welle 1 und
dem ersten bis vierten Sonnenrad 11a, 12a, 13a und 14a angeordnet.
Diese Sonnenradkupplungen 21, 22, 23 und 24 umfassen
erste bis vierte Sonnenradklinken 21a, 22a, 23a und 24a,
die an den inneren Umfangswandungen des ersten bis vierten Sonnenrades 11a, 12a, 13a und 14a angebracht
sind, und werden jeweils laufend zur feststehenden Welle 1 hin
gespannt. Auf der feststehenden Welle 1 sind ein erster
und ein zweiter Begrenzungsvorsprung 21b bzw. 22b für den Eingriff
mit der ersten bis dritten Sonnenradklinke 21a, 22a bzw. 23a vorgesehen,
um eine Drehung des jeweiligen Sonnenrades in einer Richtung um
die feststehende Welle zu verhindern. Die zweiten Begrenzungsvorsprünge 22b sind
sowohl für
die zweiten wie auch für
die dritten Sonnenradklinken 22a bzw. 23a vorgesehen.
Die ersten und zweiten Sonnenradkupplungen 21 und 22 gestatten
eine Drehbewegung entgegengesetzt zur Antriebsrichtung K, bezogen
auf die feststehende Welle 1, wohingegen die dritte Sonnenradkupplung 23 eine
Drehbewegung in Antriebsrichtung K relativ zur feststehenden Welle 1 ermöglicht (wie
sich leicht aus 10 bis 16 ergibt).
Das erste Sonnenrad 11a weist einen kleinen Durchmesser
auf und umfasst einen Abschnitt, der sich nach links erstreckt und
die erste Sonnenradkupplung 21 bildet. Das Bezugszeichen 24b in 1 gibt
ein Klinkenbefestigungsteil an, wie es in 24 dargestellt
ist, welches drehfest auf der feststehenden Welle 1 zur
Bildung eines Klinkenbefestigungsabschnitts auf der feststehenden
Welle 1 angebracht ist.
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Wie 1 und 4 zeigen,
umfasst das Kupplungsbetätigungsteil 8 eine
erste Muffe 25 und eine zweite Muffe 26, welche
auf der feststehenden Welle 1 drehbar angebracht und in
solcher Reihenfolge angeordnet ist, dass sie sich von einer Position
nahe der Leerlaufbremse erstreckt, sowie einen Seilbeschlag 27 zum
Erfassen eines Nippels am Schaltseil C. In der ersten Muffe 25 ist
ein erstes Gabelteil 25a ausgebildet, das sich nach rechts
erstreckt. In der zweiten Muffe 26 sind ein zweites Gabelteil 26a und
ein drittes Gabelteil 26b ausgebildet, die sich jeweils
nach links bzw. rechts erstrecken. Gemäß 1A und 1B umfasst
die Muffe 26 eine Führungsbuchse 28 zur
Versteifung, welche an einem ihrer Enden nahe der Leerlaufbremse 6 angeordnet
ist und eine Durchbiegung des Endes der Muffe 25 in radialer
Richtung und in Umfangsrichtung der feststehenden Welle verhindert,
sowie eine Sicherungsfeder 29, die eine Bewegung der Muffe 25 in
axialer Richtung der feststehenden Welle 1 zur Leerlaufbremse 6 hin
verhindert. Die beiden Muffen 25 und 26 sind koaxial
so angeordnet, dass sie bezüglich
zueinander nur um einen vorgegebenen Winkel D drehbar sind, wie 8 dies
zeigt, da zwischen einem freien Raum zwischen den Gabelenden des
zweiten Gabelteils 26a in Umfangsrichtung der Muffe 26 und
der Dicke eines Gabelendes des ersten Gabelteils 25a in
Umfangsrichtung der Muffe 25 ein Unterschied gegeben ist. Über den
Winkel D hinaus sind die Muffen 25 und 26 durch
den Kontakt zwischen dem ersten Gabelteil 25a und dem zweiten
Gabelteil 26a zusammen drehbar. Ein Nockenelement 41 ist
so vorgesehen, dass es mit der ersten Muffe 25 durch Eingriff
mit dem ersten Gabelteil 25a drehbar ist. Eine erste Feder
S1 ist an einem Ende mit einer im Nockenelement 41 ausgebildeten
Bohrung 41b zur Federbefestigung verbunden, während ihr
anderes Ende mit einer in der zweiten Muffe 26 ausgebildeten
Bohrung 26c zur Federbefestigung verbunden ist. Die erste
und zweite Muffe 25 und 26 sind über die
erste Feder SI so miteinander verriegelt, dass die erste Muffe 25 mit
der zweiten Muffe 26 drehbar ist, wenn sich die zweite Muffe 26 in
der der Antriebsrichtung K entgegengesetzten Richtung dreht, und
dass die zweite Muffe 26 um den vorgegebenen Winkel D bezüglich der
ersten Muffe 26 drehbar ist, wenn auf die erste Muffe 25 ein
Drehwiderstand einwirkt, der einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Die äußeren Enden
des dritten Gabelteils 26b stehen mit Vertiefungen 27b auf
Vorsprüngen 27a in
Eingriff, welche sich von den inneren Umfangswandungen des Seilbeschlags 27 zur
Mitte hin erstrecken. Damit ist das Betätigungsteil 8 insgesamt
relativ zur feststehenden Welle 1 drehbar.
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Eine
zweite Feder S2 ist an einem ihrer Enden mit einer in dem Klinkenbefestigungsteil 24b ausgebildeten
Bohrung 53 zur Federbefestigung verbunden, während ihr
anderes Ende mit einem in einer Federlagerplatte 54 ausgebildeten
Ausschnitt 54a zur Federbefestigung verbunden ist. In der
Federlagerplatte 54 ist außerdem eine Bohrung 54b zur
Federbefestigung für
den Eingriff mit der ersten Feder S1 ausgebildet. Damit steht die
Federlagerplatte 54 über
die erste Feder S1 und das Nockenelement 41 mit der Muffe 25 in
Eingriff. Wenn sich das Kupplungsbetätigungsteil 8 in einer
Richtung entgegengesetzt zur Antriebsrichtung K dreht, wird die
zweite Feder S2 von der Muffe 25 aufgewickelt, wodurch
die Muffe 25 so vorgespannt wird, dass sie sich nach hinten
in Antriebsrichtung K dreht.
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Die
Federn S1 und S2 sind als gewickelte Torsionsfedern ausgebildet,
um so eine elastische Rückstellkraft
infolge einer Verdrehung aufzubringen. Diese Federn S1 und S2 sind
auf der feststehenden Welle 1 so angebracht, dass sie innerhalb
der Gangschaltvorrichtung liegen.
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Die
Sonnenradkupplungen 21, 22 und 23 sind
bei Drehung der ersten Muffe 25 schaltbar. Wie 4 zeigt,
umfasst die erste Muffe 25 einen ersten Betätigungsbereich 31,
einen zweiten Betätigungsbereich 32 und
einen dritten Betätigungsbereich 33.
Gemäß 10 bis 16 lassen
sich diese Betätigungsbereiche
mit den ersten und zweiten Begrenzungsvorsprüngen 21b und 22b kombinieren,
um die erste bis dritte Sonnenradklinke 21a, 22a und 23a zum
ersten bis dritten Sonnenrad 11a, 12a und 13a hin
und außer
Eingriff mit der feststehenden Welle 1 zu schieben und
einen Eingriff zwischen den Begrenzungsvorsprüngen 21b und 22b und
der ersten bis dritten Sonnenradklinke 21a, 22a und 23a zu
verhindern, wodurch ein Leerlauf der Sonnenräder 11a, 12a und 13a möglich wird.
Wenn der erste bis dritte Betätigungsbereich 31, 32 und 33 außer Zusammenwirkung
mit dem ersten und zweiten Begrenzungsvorsprung 21b und 22b gebracht
ist, richtet sich unter dessen Spannkraft die erste bis dritte Sonnenradklinke 21a, 22a und 23a auf,
um mit der feststehenden Welle 1 in Eingriff zu kommen.
Dann stehen die erste bis dritte Sonnenradklinke 21a, 22a und 23a mit
den Begrenzungsvorsprüngen 21b, 22b und 23b so
ein Eingriff, dass sie das erste bis dritte Sonnenrad 11a, 12a und 13a gegen
eine Drehbewegung sichern. Dabei ist zu beachten, dass die vierte
Sonnenradkupplung 24 keine Betätigung benötigt.
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Gemäß 1 ist
der Seilbeschlag 27 zwischen einem in 5 dargestellten
Kugeldruckteil 34 und einem in 7 ersichtlichen
Drehbegrenzungsteil 35 angeordnet. Das Drehbegrenzungsteil 35 berührt die Vorsprünge 27a zur
Begrenzung der Drehwinkel des Betätigungsteils 8 innerhalb
eines vorgegebenen Bereichs. Das Kugeldruckteil 34 und
das Drehbegrenzungsteil 35 stehen mit einer Befestigungsnut 1a in
Eingriff, die auf der feststehenden Welle 1 so ausgebildet
ist, dass sie nicht bezüglich
der letzteren Drehbar sind. Das Bezugszeichen 36 in 1 bezeichnet
eine Sicherungsmutter, welche die verschiedenen Bauteile in ihrer
Position hält.
Zwischen dem Kugeldruckteil 34 und dem Antriebsteil 2 sowie
zwischen dem Antriebsteil 2 und dem Nabenkörper 3 sind
Kugeln in der Weise angeordnet, dass eine relative Drehbewegung
möglich
ist.
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Wie 1 zeigt,
umfasst die Kupplungsschaltmechanik 7 ein Kupplungsschaltteil 40 zum
Anheben der dritten Übersetzungsklinken 19a mittels
der Spannkraft, damit diese mit dem Plane tenträger 5a in Eingriff kommen,
und so die dritte Übersetzungsklinke 19 in
Eingriff gebracht wird, und zum Drehen der dritten Übersetzungsklinken 19a zum
Antriebsteil 19 hin und vom Planetenträger 5a weg, um die
dritte Übersetzungsklinke 19 außer Eingriff
zu bringen; des weiteren weist sie eine feststehende Platte 42 zur
axial beweglichen Abstützung
des Kupplungsschaltteils 40 und ein ringförmiges Nockenteil 41 auf,
das drehsicher in Eingriff mit dem ersten Gabelteil 25a steht
und drehbar im Inneren der feststehenden Platte 42 eingesetzt
ist. Die feststehende Platte 42 steht mit der Befestigungsnut 1a so
ein Eingriff, dass sie gegenüber
der feststehenden Welle 1 nicht drehbar ist. Das Kupplungsschaltteil 40 weist
innen liegende Umfangsflächen
auf, die auf die feststehende Platte 42 aufgesetzt sind,
wodurch das Kupplungsschaltteil 40 gegenüber der
feststehenden Welle 1 nicht drehbar ist. Das Nockenteil 41 weist,
wie 4 zeigt, ein Gabelteil 41a auf, die zwischen
ihren Gabelspitzen Stifte 43 aufnimmt, die sich von der
feststehenden Platte 42 des Kupplungsschaltteils 40 aus
zur Übertragung eines
Drehmoments vom Kupplungsbetätigungsteil 8 auf
die Stifte 43 zur Drehung des Kupplungsschaltteils nach
innen erstrecken. Mit dem Nockenteil 41 kann über die
feststehende Platte 42 durch das Kugeldruckteil 34 eine
Berührung
in der Weise hergestellt werden, dass eine Bewegung nach rechts
begrenzt wird. Wenn die Köpfe
der Stifte 43 unter Presspassung im Kupplungsschaltteil 40 sitzen
und in ihrer Funktion als Gleitstück gedrückt werden, bewegt sich das
Kupplungsschaltteil 40 nach links. Das Kupplungsschaltteil 40 umfasst,
wie 21 und 22 dies
zeigen, für
den Kontakt mit den dritten Übersetzungsklinken 19a Betätigungsbereiche 40K auf.
Die Betätigungsbereiche 40K umfassen
einen ersten Kontakt 40a zur Berührung mit den dritten Übersetzungsklinken 19a und
zum Anheben und Rückwärtsbiegen
dieser Klinken gegen die äußeren Umfangsflächen des
Kupplungsschaltteils 40, sowie einen zweiten Kontakt 40b zur
Berührung
mit den dritten Übersetzungsklinken 19a und
zum Halten dieser Klinken in der zurückgebogenen Position. Das Kupplungsschaltteil 40 wird
so gespannt, dass es durch eine Druckfeder 44 nach rechts
zurückgeschaltet
wird.
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Die
Leerlaufbremse 6 ist dann betätigbar, wenn sich das Antriebsteil 2 nach
hinten dreht, um die Planetenträger 4a und 5a über eine
Einweg-Bremskupplung 47 nach hinten zu drehen, die zwischen
dem Antriebsteil 2 und dem zweiten Planetenträger 5a angeordnet
ist. Die Leerlaufbremse 6 umfasst ringförmig angeordnete Bremsbacken 48,
die einer innen liegenden Bremsfläche 3b auf dem Nabenkörper 3 gegenüber liegen,
sowie eine Vielzahl von Rollen 49, die auf Innenflächen der
Bremsbacken 48 angeordnet sind, und Nockenflächen, die
auf dem ersten Planetenträger 4a so
ausgebildet sind, dass sie die Rollen 49 radial nach außen drücken, wenn
sich der erste Planetenträger 4a nach
hinten dreht.
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Gemäß 1 bis 3 weist
die Bremskupplung 47 Bremsklauen 47a und die dritten Übersetzungszähne 19b auf.
Die Bremsklauen 47a werden laufend zu den dritten Übersetzungszähnen 19b hin
federgespannt und in einer zur Richtung der dritten Übersetzungszähne 19b entgegengesetzten
Richtung ausgerichtet. Die vierten Übersetzungsklinken 20a stehen über Ausschnitte 51a,
die in einem ringförmigen
Klinkenkäfig 51 ausgebildet
sind, zu den vierten Übersetzungszähnen 20b hin
vor. Der Klinkenkäfig 51 umfasst
Bereiche, die sich zu innen liegenden Enden der Bremsklauen 47a hin
erstrecken. Die innen liegenden Enden der Bremsklauen 47a sind
gegenüber
dem Antriebsteil 2 beweglich, wenn die Bremsklauen 47a mit
den dritten Übersetzungszähnen 19b in
Eingriff stehen. Durch die Bewegung dieser innen liegenden Enden
bewegen sich der Käfig 51 und
die Ausschnitte 51a bezüglich
des Antriebsteils 2 über
die vorstehenden Teile, wodurch die vierten Übersetzungsklinken 20a nach
hinten gebogen werden, um die vierte Übersetzungskupplung 20 zu
lösen.
Infolgedessen ist die Leerlaufbremse 6 über die Bremskupplung 47 und
die Planetenträger 4a und 5a betätigbar,
wenn sich das Antriebsteil 2 nach hinten dreht, ohne dabei
die vierte Übersetzungskupplung 20 und die
Bremskupplung 47 störend
zu beeinflussen. Das Bezugszeichen 52 in 1 gibt
eine Torsionsfeder an, welche den Klinkenkäfig 51 in eine bestimmte
Position zurückspannt,
um die vierte Übersetzungskupplung 20 in
eine schaltfähige
Stellung zu bringen.
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Wenn
der Radfahrer beispielsweise das Fahrrad nach hinten schiebt, um
das Hinterrad nach hinten zu drehen, wird eine Rückwärtsdrehung des Nabenkörpers 3 auf
das Antriebsteil 2 über
die Planetengetriebemechaniken und die vier Übersetzungsklinken 20a übertragen.
Durch die Rückwärtsdrehung
des Antriebsteils 2 werden die Bremsklauen 47a betätigt, um
die vierten Übersetzungsklinken 20a zu
lösen.
Infolgedessen wird das Antriebsteil 2 in seiner Rückwärtsdrehung
angehalten, um die Bremsklauen 47a außer Funktion zu setzen. Da
die Bremsklauen 47a nun nicht schaltbar sind, drehen die
vierten Übersetzungsklinken 20a das
Antriebsteil 2 wieder nach hinten. Wird dieser Ablauf wiederholt,
kann das Fahrrad nicht reibungslos nach hinten geschoben werden,
während
außerdem
ein Geräusch
erzeugt wird. Zur Lösung
dieses Problems ist eine Gleitfeder 16a für den zweiten
Zahnkranz 16 vorgesehen. Nachfolgend wird nun diese Gleitfeder 16a im
einzelnen beschrieben.
-
Gemäß 1D weist
die Gleitfeder 16a eine im wesentlichen runde Form auf,
ausgenommen an einem Endbereich, der zur Kreismitte hin gebogen
ist. Die Spitze des Endbereichs ist weiter so gebogen, dass die
Spitze senkrecht zur Kreisebene steht. Wie 1C entnommen
werden kann, ist diese Spitze in eine im Antriebsteil 2 ausgebildete
Aufnahmeöffnung
so einge setzt, dass sich die Gleitfeder 16a und das Antriebsteil 2 im
Einklang miteinander drehen. Die Gleitfeder 16a weist außerdem auch
ein nicht gebogenes Ende (ohne Bezugszeichen) auf, wie 1D zeigt.
-
Der
runde Bereich der Gleitfeder ist gleitend in einer Vertiefung aufgenommen,
die im zweiten Zahnkranz 16 ausgebildet ist, wie die Schnittansicht
in 1C zeigt. Die Gleitfeder 16a muss in
die Nut eingedrückt werden,
die einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser
des Federkreises ist, so dass die Gleitfeder 16a gegen
die Oberfläche
dieser Vertiefung eine Reibungskraft ausübt. 1D zeigt
die Ausrichtung der Gleitfeder 16a, wenn diese im zweiten
Zahnkranz 16 eingesetzt ist, gesehen in axialer Richtung
zur Leerlaufbremse 6 hin.
-
Wenn
sich der Zahnkranz 16 in eine zur Antriebsrichtung K entgegengesetzte
Richtung dreht, was dann der Fall ist, wenn der Radfahrer das Rad
nach hinten schiebt, so spannt die Reibungskraft zwischen der Gleitfeder 16a und
der im zweiten Zahnkranz 16 ausgebildeten Vertiefung die
Gleitfeder 16a in Drehung in gleicher Richtung. Damit wird
der Spalt zwischen den beiden Enden der Gleitfeder auseinander gespannt,
wodurch sich die radial nach außen
gerichtete Kraft der Feder 16a gegen die Vertiefung erhöht. Dadurch
wird nun die Reibungskraft zwischen der Vertiefung und der Gleitfeder
erhöht,
wodurch sich infolgedessen das Antriebsteil 2 im Einklang
mit dem Zahnkranz 16 dreht.
-
Wenn
sich andererseits der zweite Zahnkranz gegenüber dem Antriebsteil 2 in
Antriebsrichtung K dreht, d. h. wenn sich der zweite Zahnkranz 16 mit
höherer
Winkelgeschwindigkeit als das Antriebsteil 2 dreht, was
dann der Fall ist, wenn die Antriebsbewegung über die dritte Übersetzungsklinke 19 übertragen
wird, wird durch die Reibungskraft zwischen der Vertiefung und der
Gleitfeder 16a der Spalt zwischen den beiden Enden der
Feder zusammengespannt, wodurch sich die radial nach außen gerichtete
Kraft der Gleitfeder gegen die Vertiefung verringert. Damit vermindert
sich ihrerseits die Reibungskraft, so dass der Zahnkranz 16 sich
unabhängig
vom Antriebsteil 2 drehen kann.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Aufbau entfällt das Geräuschproblem, neben dem Problem
einer ungleichmäßigen Bewegung
nach hinten, da sich das Antriebsteil 2 im Einklang mit
dem zweiten Zahnkranz 16 dreht, wenn das Fahrrad nach hinten
geschoben wird, wodurch der unerwünschte Eingriff der Bremsklauen 47a und
deren Lösung
wirksam vermieden werden, ohne dass eine ausgefeilte Konstruktion
wie beispielsweise eine Mechanik mit Kupplungsklaue und Kupplungszähnen zu
Hilfe genommen werden muss.
-
Es
wird nun zur Erläuterung
der Schaltvorgänge
der Antriebsübersetzung,
der grundlegenden Betätigungsabläufe zum
Schalten der Sonnenräder
11a,
12a,
13a und
14a,
was jeweils über
die erste Planetenradmechanik
4 bzw. die zweite Planetenradmechanik
5 erfolgt,
und zum Schalten des ersten bis siebten Ganges auf Tabelle 1 und
die Zeichnung Bezug genommen. In Tabelle 1 bedeutet das Zeichen ”–” einen
Zustand, in dem die Einwegkupplungen
17–
24 funktionslos sind
und deren relative Drehung möglich
ist; dieser Zustand wird nachfolgend als ”außer Betrieb” bezeichnet. Das Zeichen ”O” bezeichnet
einen Zustand, in dem die relative Drehung der Einwegkupplungen
verhindert wird; dieser Zustand wird nachfolgend als ”Einrückzustand” bezeichnet.
Mit dem Zeichen ”X” wird jeweils
ein Zustand angegeben, in dem ein Eingriff der Einwegkupplungen verhindert
wird, um deren relative Drehung zu gestatten; dieser Zustand wird
nachfolgend als ”Ausrückzustand” bezeichnet.
Für die
mit ”X” bezeichneten
Kupplungen sind externe Schaltungen nicht erforderlich. Zum besseren
Verständnis
zeigt
17 schematisch den vorstehend
erläuterten
Aufbau. TABELLE 1
| Gänge | Gangschaltungen |
| 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
| H3 | - | 0 | 0 | - | - | 0 | - | - |
| H2 | - | 0 | 0 | - | 0 | X | - | - |
| H1 | - | 0 | X | 0 | - | 0 | 0 | - |
| M | - | 0 | X | 0 | - | 0 | X | 0 |
| L1 | - | 0 | X | 0 | 0 | X | X | 0 |
| L2 | 0 | - | X | 0 | X | X | 0 | - |
| L3 | 0 | - | X | 0 | X | X | X | 0 |
-
Bei
der ersten Planetenradmechanik 4, die zur Beschleunigung
ausgelegt ist, weist der erste Zahnkranz 15 eine höhere Winkelgeschwindigkeit
als das Übertragungsteil 9 auf,
sobald die erste oder die zweite Sonnenradkupplung 21 bzw. 22 eingerückt ist.
Infolgedessen ist die zweite Übersetzungskupplung 18 eingerückt, während sich
die erste Übersetzungskupplung 17 außer Betrieb
geschaltet ist. Nun wird die Antriebsübersetzungskette zu einer Beschleunigungskette,
die vom ersten Zahnkranz 16 über die zweite Übersetzungskupplung 18 zum
Nabenkörper 3 verläuft. Wenn
andererseits sowohl die erste als auch die zweite Sonnenradkupplung 21 und 22 ausgerückt sind,
wird die zweite Übersetzungskupplung 18 außer Betrieb
geschaltet. Nun bildet die Antriebsübersetzungskette eine direkte
Linie vom Übertragungsteil 9 über die
erste Übersetzungskupplung 17 zum
Nabenkörper 3.
Damit lässt
sich in der ersten Planetenradmechanik 4 die Antriebsübersetzungskette
nur dadurch schalten, dass die erste und die zweite Sonnenradkupplung 21 und 22 betätigt werden. Damit
sind für
die erste und die zweite Übersetzungskupplung 17 und 18 keine
Schaltungen erforderlich, was sich daran erkennen lässt, dass
in den diesen Kupplungen zugeordneten Spalten in Tabelle 1 das Zeichen ”X” fehlt.
-
Bei
der auf Verlangsamung ausgelegten zweiten Planetenradmechanik 5 wird
bei eingerückter
dritten Übersetzungskupplung 19 eine
direkte Antriebsübersetzungskette
gebildet, die sich vom Antriebsteil 2 über die dritte Übersetzungskupplung 19 zum
Planetenträger 5a erstreckt.
Wird andererseits infolge der Wirkung der Kupplungsbetätigungsmechanik
die dritte Übersetzungskupplung 19 ausgerückt, wird
die Antriebsübersetzungskette
zu einer Verlangsamungskette, die vom Antriebsteil 2 über die
vierte Übersetzungskupplung 20 und
den zweiten Zahnkranz 16 zum Planetenträger 5 verläuft. Damit
lässt sich
bei der zweiten Planetenradmechanik 5 die Antriebsübersetzungskette
nur dadurch schalten, dass die Kupplungsschaltmechanik 7 betätigt wird.
-
Eine
Gangumschaltung wird dadurch vorgenommen, dass auf das Schaltseil
C eine Zugwirkung ausgeübt
wird, um das Kupplungsbetätigungsteil 8 schrittweise
in eine zur Antriebsrichtung K entgegengesetzte Richtung zu drehen.
Durch diesen Vorgang werden der erste bis dritte Betätigungsbereich 31–33 und
die Kupplungsschaltmechanik 7 betätigt, die ihrerseits wieder
die Sonnenradkupplungen 21–23 und die dritten Übersetzungsklinken 19a schalten.
Entsprechend den vorgenannten Regelungen sind in Beschleunigungsrichtung
vom langsamsten Gang, d. h. der dritten Schaltstufe im niedrigen
Geschwindigkeitsbereich 13, bis zum schnellsten Gang, d.
h. der dritten Schaltstufe H3 im hohen Geschwindigkeitsbereich,
nacheinander sieben Geschwindigkeitsstufen vorgesehen. Anderseits
wird eine Verlangsamung dadurch vorgenommen, dass die Zugwirkung
auf das Schaltseil C verringert wird, um so das Kupplungsbetätigungsteil 8 unter
der Rückstellkraft
der zweiten Feder S2 in Antriebsrichtung K zurückzustellen, wodurch die sieben
Geschwindigkeitsstufen von der schnellsten Gangstufe, der dritten
Schaltstufe H3 im hohen Geschwindigkeitsbereich, bis zur langsamsten
Geschwindigkeitsstufe, d. h. der dritten Schaltstufe L3 im niedrigen
Geschwindigkeitsbereich, vorgesehen sind. 10 bis 16 zeigen
jeweils die Position der ersten bis dritten Sonnenradkupplung 21–23, die
den jeweiligen Gangstufen vom höchsten
Gang, d. h. der dritten Stufe H3 im hohen Geschwindigkeitsbereich,
bis zum kleinsten Gang, d. h. der dritten Stufe 13 im niedrigen
Geschwindigkeitsbereich, entsprechen.
-
Insbesondere
lässt sich
eine manuelle Gangschaltung 60 mit Schalthebel über das
Schaltseil C zur Drehung des Kupplungsbetätigungsteils 8 betätigen. Infolge
der Drehbewegung des Kupplungsbetätigungsteils 8 gleitet
das Kupplungsschaltteil 40 in der Weise, dass sich die
folgenden Zustände
ergeben:
Wenn die dritte Übersetzungskupplung 19 und
die zweite Sonnenradkupplung 22 eingerückt sind und die erste bis
dritte Sonnenradkupplung 21 und 23 außer Betrieb
geschaltet sind, sind die vierte Sonnenradkupplung 24 und
die erste und vierte Übersetzungskupplung 17 und 20 funktionslos,
während
die zweite Übersetzungskupplung 18 eingerückt ist.
Dadurch ergibt sich die dritte Gangstufe H3 im hohen Geschwindigkeitsbereich,
bei welcher das Drehmoment des Antriebsteils 2 über die
dritte Übersetzungskupplung 19,
den Planetenträger 5a, den
Planetenträger 4a,
den ersten Zahnkranz 15 und die zweite Übersetzungskupplung 18 auf
den Nabenkörper 3 übertragen
wird.
-
Sind
die dritte Übersetzungskupplung 19 und
die erste Sonnenradkupplung 21 eingerückt, die zweite Sonnenradkupplung 22 ausgerückt, und
die dritte Sonnenradkupplung 23 außer Betrieb, so sind die vierte Sonnenradkupplung 24 und
die erste und vierte Übersetzungskupplung 17 und 20 funktionslos,
während
die zweite Übersetzungskupplung 18 eingerückt ist.
Dadurch ergibt sich die zweite Gangstufe H2 im hohen Geschwindigkeitsbereich,
bei welcher das Drehmoment des Antriebsteils 2 über die
dritte Übersetzungskupplung 19,
den Planetenträger 5a,
den Planetenträger 4a,
den ersten Zahnkranz 15 und die zweite Übersetzungskupplung 18 auf
den Nabenkörper 3 übertragen
wird.
-
Wird
die dritte Übersetzungskupplung 19 ausgerückt, ist
die zweite und dritte Sonnenradkupplung 22 und 23 eingerückt und
befindet sich die erste Sonnenradkupplung 21 außer Betrieb,
so sind die vierte Sonnenradkupplung 24 und die erste Übersetzungskupplung 17 funktionslos, während die
zweite und vierte Übersetzungskupplung 18 und 20 eingerückt sind.
Dadurch ergibt sich die erste Gangstufe H1 im hohen Geschwindigkeitsbereich,
bei welcher das Drehmoment des Antriebsteils 2 über die
vierte Übersetzungskupplung 20, den
zweiten Zahnkranz 16, den Planetenträger 5a, den Planetenträger 4a,
den ersten Zahnkranz 15 und die zweite Übersetzungskupplung 18 auf
den Nabenkörper 3 übertragen
wird.
-
Werden
die dritte Übersetzungskupplung 19 und
die dritte Sonnenradkupplung 23 ausgerückt, befindet sich dabei die
erste Sonnenradkupplung 21 im funktionslosen Zustand und
ist die zweite Sonnenradkupplung 22 eingerückt, so
sind die vierte Sonnenradkupplung 24 und die zweite und
vierte Übersetzungskupplung 18 und 20 eingerückt, während die
erste Übersetzungskupplung 17 außer Betrieb
ist. Dadurch ergibt sich die Zwischengangstufe M, bei welcher das
Drehmoment des Antriebsteils 2 über die vierte Übersetzungskupplung 20,
den Planetenträger 5a,
den Planetenträger 4a und
die zweite Übersetzungskupplung 18 auf
den Nabenkörper 3 übertragen
wird.
-
Wenn
nun die dritte Übersetzungskupplung 19 und
die zweite und dritte Sonnenradkupplung 22 und 23 ausgerückt sind
und die erste Sonnenradkupplung 21 eingerückt ist,
so sind die vierte Sonnenradkupplung 24 und die zweite
und vierte Übersetzungskupplung 18 und 20 eingerückt, während die
erste Übersetzungskupplung 17 außer Betrieb
geschaltet ist. Dadurch ergibt sich die erste Gangstufe L1 im niedrigen
Geschwindigkeitsbereich, bei welcher das Drehmoment des Antriebsteils 2 über die
vierte Übersetzungskupplung 20, den
zweiten Zahnkranz 16, den Planetenträger 5a, den Planetenträger 4a,
den ersten Zahnkranz 15 und die zweite Übersetzungskupplung 18 auf
den Nabenkörper 3 übertragen
wird.
-
Sind
die dritte Übersetzungskupplung 19 und
die erste und zweite Sonnenradkupplung 21 und 22 ausgerückt und
die dritte Sonnenradkupplung 23 eingerückt, so befinden sich die vierte
Sonnenradkupplung 24 und die zweite Übersetzungskupplung 18 außer Betrieb
und sind die erste und vierte Übersetzungskupplung 17 und 20 eingerückt. Dadurch
ergibt sich die zweite Gangstufe 12 im niedrigen Geschwindigkeitsbereich,
bei welcher das Drehmoment des Antriebsteils 2 über die
vierte Übersetzungskupplung 20,
den zweiten Zahnkranz 16, den Planetenträger 5a,
den Planetenträger 4a,
das Übertragungsteil 9 und
die erste Übersetzungskupplung 17 auf
den Nabenkörper 3 übertragen
wird.
-
Werden
die dritte Übersetzungskupplung 19 sowie
die erste, zweite und dritte Sonnen radkupplung 21, 22 und 23 ausgerückt, so
sind die vierte Sonnenradkupplung 24 und die erste und
vierte Übersetzungskupplung 17 und 20 eingerückt, während sich
die zweite Übersetzungskupplung 18 außer Betrieb
befindet. Dadurch ergibt sich die dritte Gangstufe 13 im
niedrigen Geschwindigkeitsbereich, bei welcher das Drehmoment des Antriebsteils 2 über die
vierte Übersetzungskupplung 20,
den zweiten Zahnkranz 16, den Planetenträger 5a, den
Planetenträger 4a,
das Übertragungsteil 9 und
die erste Übersetzungskupplung 17 auf
den Nabenkörper 3 übertragen
wird.
-
Gemäß Tabelle
1 und 10 bis 16 geht
eine Umschaltung aus der aufrechten Stellung in die nach hinten
umgebogene Position der dritten Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a mit
einer Beschleunigung bzw. Verlangsamung einher. Werden außerdem die
Pedale des Fahrrads getreten, um das Antriebsteil 2 mit
einem Antriebsdrehmoment zu beaufschlagen, wirken auf die Übersetzungsklinken 19a und
die Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a Übersetzungsbelastungen
ein. Infolgedessen führen
die Übersetzungsbelastungen
zu einem erhöhten
Widerstand gegen ein Ausrücken
der Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a aus
dem Planetenträger 5a bzw.
aus der feststehenden Welle 1. Dieser Ausrückwiderstand
verändert
sich zwischen den umzubiegenden Klinken. Allerdings beaufschlagen
die Federn S1 und S2 das Kupplungsbetätigungsteil 8 und
das Kupplungsschaltteil 40 mit Schaltkräften, und ist eine Drehmoment-Ausgleichseinrichtung
vorgesehen, um im wesentlichen die größtmöglichen Antriebsdrehmomente
auszugleichen, die aufgebracht werden, wenn eine der Übersetzungsklinken 19a und der
Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a so
betätigt
wird, dass sie umgelegt wird. Damit kann eine Gangumschaltung vorgenommen
werden, während
die Pedale des Fahrrads weiter getreten werden. Diese Gangumschaltung
wird für
jede Soll-Gangstufe
vom dritten Gang H3 im hohen Geschwindigkeitsbereich bis zur dritten Gangstufe 13 im
niedrigen Geschwindigkeitsbereich unter der Voraussetzung vorgenommen,
dass das ausgeglichene größtmögliche Antriebsdrehmoment
aufgebracht wird.
-
Im
einzelnen stellt zur Gangumschaltung in Beschleunigungsrichtung
die erste Feder S1 eine Verbindung zwischen der ersten Muffe 25 und
dem Kupplungsschaltteil 40 und der zweiten Muffe 20 her,
die sich durch Betätigung
der Gangschaltung 60 dreht. Wenn der Ausrückwiderstand
der Übersetzungsklinken 19a und der
Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a gegenüber einer
Ausrückung
aus dem Planetenträger 5a bzw.
der feststehenden Welle 1 kleiner ist als die Elastizität der ersten
Feder S1, überwindet
die erste Feder S1 den Ausrückwiderstand
und versetzt die erste Muffe 25 und das Kupplungsschaltteil 40 unmittelbar
nach Drehung der zweiten Muffe 26 in Drehung bzw. verschiebt
dieses. Auf diese Weise legt die erste Muffe 25 die Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a nach
hinten um und legt das Kupplungsschaltteil 40 die Übersetzungsklinken 19a um.
Wenn der Widerstand der Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23 gegenüber einer
Ausrückung
aus dem Planetenträger 5a und
aus der feststehenden Welle größer ist
als die Elastizität der
ersten Feder S1, wird die erste Feder S1 durch den Ausrückwiderstand,
die von Hand aufgebrachte Drehkraft der zweiten Muffe 26,
die durch den vorgegebenen Winkel D vorgesehene Toleranz zwischen
den Muffen 25 und 26 und die Wirkung einer Gangschaltvorrichtung
R elastisch verformt, um die Gangschaltung 60 in einer
gewählten
Gangstellung zu halten. Infolgedessen speichert die erste Feder
S1 nur die auf die erste Muffe 25 und das Kupplungsschaltteil 40 aufzubringende
Betätigungskraft.
Die erste Muffe 25 und das Kupplungsschaltteil 40 bleiben
außer
Betrieb und halten die Übersetzungsklinken 19a und
die Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a trotz
der Betätigung
der Gangschaltung 60 in aufrechter Stellung. Wenn die gerade
gedrehte Kurbel einen oberen oder unteren Totpunkt erreicht bzw.
sich an diesen heranbewegt, um das auf das Antriebsteil 2 aufgebrachte
Antriebsdrehmoment zu verringern, wird der Widerstand der Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a gegenüber einer
Ausrückung
aus dem Planetenträger 5a und
der feststehenden Welle 1 schwächer als die Elastizität der ersten
Feder S1. Nun dreht bzw. schiebt die erste Feder S1 mit darin gespeicherter
Betätigungskraft
die erste Muffe 25 und das Kupplungsschaltteil 40.
Infolgedessen legt die erste Muffe 25 die Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a nach
hinten um, während
das Kupplungsschaltteil 40 die Übersetzungsklinken 19a nach
hinten umbiegt.
-
Zur
Gangumschaltung in Verlangsamungsrichtung dreht bzw. schiebt die
zweite Feder S2 die erste Muffe 25 und das Kupplungsschaltteil 40 mit
einer darin gespeicherten Rückstellkraft,
wenn zum Beschleunigungszeitpunkt die zweite Feder S2 aufgewickelt
ist. Wenn der Widerstand der Übersetzungsklinken 19a und der
Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a gegenüber einer
Ausrückung
aus dem Planetenträger 5a und
der feststehenden Welle 1 geringer ist als die Elastizität der zweiten
Feder 52, dann überwindet
die zweite Feder S2 den Ausrückwiderstand
und dreht bzw. schiebt unmittelbar nach Drehung der zweiten Muffe 26 die
erste Muffe 25 und das Kupplungsschaltteil 40.
Auf diese Weise legt die erste Muffe 25 die Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a um,
während
das Kupplungsschaltteil 40 die Übersetzungsklinken 19a nach
hinten biegt. Wenn der Widerstand der Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a gegenüber einer
Ausrückung
aus dem Planetenträger 5a und
der feststehenden Welle 1 größer ist als die Elastizität der zweiten
Feder S2, wird eine vollständige
elastische Rückstellung
der zweiten Feder S2 über
eine vorgegebene Hublänge durch
den Ausrückwiderstand,
eine Locke rung des Schaltseils C und unter der Einwirkung der Gangschaltvorrichtung
R verhindert, um die Gangschaltung 60 in einer gewählten Gangstellung
zu halten. Infolgedessen speichert die zweite Feder S2 nur die auf
die erste Muffe 25 und das Kupplungsschaltteil 40 aufzubringende Betätigungskraft.
Die erste Muffe 25 und das Kupplungsschaltteil 40 bleiben
außer
Betrieb und halten die Übersetzungsklinken 19a und
die Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a in
aufrechter Stellung, trotz Betätigung
der Gangschaltung 60. Wenn die gerade gedrehte Kurbel den
oberen oder unteren Totpunkt erreicht bzw. sich diesem annähert, um
das auf das Antriebsteil 2 einwirkende Antriebsdrehmoment
zu verringern, wird der Widerstand der Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a gegenüber einer
Ausrückung aus
dem Planetenträger 5a und
der feststehenden Welle 1 geringer als die Elastizität der zweiten
Feder S2. Nun stellt sich die zweite Feder S2 elastisch von selbst
vollständig über die
vorgegebene Hublänge
zurück
und dreht bzw. schiebt die erste Muffe 25 und das Kupplungsbetätigungsteil 40.
Infolgedessen legt die erste Muffe 25 die Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a nach
hinten um, während
das Kupplungsschaltteil 40 die Übersetzungsklinken 19a nach
hinten umbiegt.
-
Die
erste Feder S1 und die zweite Feder S2 erzeugen wie folgt eine weitere
Wirkung. Wenn beispielsweise der erste Betätigungsbereich 31 und
die ersten Sicherungsvorsprünge 21b nicht
absolut übereinstimmen,
rücken
die Sonnenradklinken 21 nicht vollständig in die ersten Sicherungsvorsprünge 21a ein.
Der Eingriff zwischen den Sonnenradklinken 21a und den
ersten Sicherungsvorsprüngen 21b bliebe
unvollständig, wenn
es die Federn S1 und S2 nicht gäbe
und wenn der erste Betätigungsbereich 31 nicht
unter der Eingriffskraft der Sonnenradklinken nachgäbe, wenn
sich das Antriebsdrehmoment erhöht.
Da jedoch die Federn S1 und S2 vorhanden sind, schieben die Sonnenradklinken 21a bei
ansteigendem Antriebsdrehmoment den ersten Betätigungsbereich 31 entgegen
der Elastizität
der Federn S1 und S2, bis ein vollständiges Einrücken in die ersten Sicherungsvorsprünge 21b gegeben
ist. Damit wird ein stabiler Eingriff gewährleistet.
-
18 bis 23 zeigen
eine erste Armlänge
L1, eine zweite Armlänge
L2, einen Klinkenneigungswinkel X, einen Überlappungswinkel Y, einen
Nockenwinkel Z, einen ersten Neigungswinkel A und einen zweiten
Neigungswinkel B als Faktoren für
den weitestgehend möglichen
Ausgleich der auf die Kupplungsklinken infolge des Antriebs von
den Pedalen einwirkenden Drehmomente.
-
Der
Nockenwinkel Z gilt für
die Übersetzungsklinken 19a;
hierbei handelt es sich um ei nen relativen Winkel zwischen dem Widerstand
W gegenüber
einer Ausrückung
aus dem Planetenträger 5a und
der Rückbiegekraft
F des Kupplungsschaltteils 40. Die Rückbiegekraft F wird aus dem
ersten Neigungswinkel A und dem zweiten Neigungswinkel B der Schaltnockenflächen 40a des
Kupplungsschaltteils 40 bestimmt, wie 21 bis 23 zeigen,
die auf die Übersetzungsklinken 19a einwirken.
Der Nockenwinkel Z ist entsprechend den Veränderungen des ersten Neigungswinkels
A und des zweiten Neigungswinkels B veränderbar. Bei dem ersten Neigungswinkel
A handelt es sich um einen Winkel, bei welchem das Kupplungsschaltteil. 40, das
sich in axialer Richtung der feststehenden Welle verschiebt, die Übersetzungsklinken 19a mit
einer Nockenwirkung beaufschlagt. Der zweite Neigungswinkel B ist
ein Winkel, unter dem die Übersetzungsklinken 19a,
die sich relativ zum Kupplungsschaltteil 40 drehen, mit
einer Nockenwirkung beaufschlagt werden.
-
Die
erste Armlänge
L1, die zweite Armlänge
L2, der Winkel der Klinkenneigung X und der Überlappungswinkel Y gelten
für die
Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a.
-
Die
erste Armlänge
L1 entspricht einer Distanz zwischen einer Drehachse P, um die die
Aufrichtung und Rückbiegung
erfolgen, und einem Punkt, an welchem die Rückbiegekraft F des Kupplungsschaltteils 40 aufgebracht
wird. Die zweite Armlänge
L2 ist ein Abstand zwischen der Drehachse P und einem Punkt, an
welchem der Widerstand W gegenüber
einer Ausrückung
aus der feststehenden Welle 1 einwirkt. Die zum Zurückbiegen
der Klinken erforderliche Betätigungskraft
verändert
sich entsprechend den Veränderungen
im Verhältnis
zwischen der ersten Armlänge
L1 und der zweiten Armlänge
L2, auch wenn der Rückbiegewiderstand der
Sonnenradklinken konstant bleibt.
-
Der
Klinkenneigungswinkel X stellt einen Neigungswinkel der Sonnenradklinken
gegenüber
der feststehenden Welle 1 dar. Je größer der Klinkenneigungswinkel
X ist, desto größer ist
auch der Ausrückwiderstand
der Klinke, auch wenn die Übersetzungsbelastung
konstant bleibt. Der Überlappungswinkel
Y stellt den Grad der Überlappung
zwischen einem geometrischen Ort der Bewegung eines außen liegenden
Endes der Klinke und einem Rastbereich der feststehenden Welle 1 dar.
Je größer der Überlappungswinkel
Y ist, desto größer ist
auch der Ausrückwiderstand
der Klinke, auch wenn die Übersetzungsbelastung
konstant bleibt. Damit ist die zum Zurückbiegen der Klinken erforderliche
Betätigungskraft
entsprechend den Veränderungen
im Klinkenneigungswinkel Y und im Überlappungswinkel Y veränderlich.
-
Dies
bedeutet, dass auch bei konstant bleibendem Antriebsdrehmoment der
Widerstand der Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a gegenüber einer
Ausrückung
aus dem Planetenträger 5a und
der feststehenden Welle 1 von Klinke zu Klinke veränderlich
ist. Die Rückbiegekräfte der
Federn S1 und S2 sind entsprechend der einzustellenden Sollgangpositionen
veränderlich.
Allerdings bleibt durch entsprechende Einstellung des Nockenwinkels
Z, des Verhältnisses
zwischen der ersten Armlänge
L1 und der zweiten Armlänge
L2, des Überlappungswinkels
Y und des Klinkenneigungswinkels X der Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a das
größtmögliche Antriebsdrehmoment
im wesentlichen dasselbe, um eine Rückbiegung einer der Übersetzungsklinken 19a und
der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a zu
gestatten.
-
Wie 9(a) bis (c) zeigen, weist jede der Sonnenradklinken 21a, 22a und 23a einen
Hauptklinkenkörper
T auf, der sich an seinem innen liegenden Ende T1 so am Sonnenrad 11, 12a bzw. 13a abstützt, dass er
um die Achse P aufgerichtet oder nach hinten umgelegt werden kann.
Der Hauptklinkenkörper
T weist ein außen
liegendes Ende T2 für
den Eingriff mit den Sicherungsvorsprüngen 21b bzw. 22b auf
der feststehenden Welle 1 und zum Ausrücken aus diesem Eingriff auf.
Außerdem
umfasst der Hauptklinkenkörper
T einen seitlich vom außen
liegenden Ende T2 ausgebildeten Bereich G zur Schaltung der Rücklagebewegung
auf, der für
die Berührung
mit dem Betätigungsbereich 31, 32 oder 33 der
ersten Muffe 25 vorgesehen ist. Der Rückbiegeschaltbereich G und
der Hauptklinkenkörper
T werden in einer zur Aufricht- und Rückbiege-Achse P parallelen
Richtung verlagert, um so die Einstellung eines jeweils gewünschten
Verhältnisses
zwischen der ersten Armlänge
L1 und der zweiten Armlänge
L2 zu vereinfachen.
-
Als
nächstes
wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Gemäß 24 ist
eine selbständige
Gangschaltvorrichtung für
ein Fahrrad so aufgebaut, dass sie drei Gangstufen vorsieht und
eine feststehende Welle 61 aufweist, die drehsicher an
einem (hier nicht dargestellten) Fahrradrahmen befestigt ist, sowie
ein Antriebsteil 2 und einen Nabenkörper 3, der über Kugeldruckteile 62 und
Kugeln 63 auf der feststehenden Welle 1 abgestützt wird.
Das Antriebsteil 2 übernimmt
den Antrieb von einem Kettenrad 2a und überträgt ein Drehmoment auf den Nabenkörper 3 in
drei Gangstufen, nämlich
einer hohen, einer mittleren und einer niedrigen Geschwindigkeitsstufe, über ein
Hauptvorrichtungsteil, das eine erste bis vierte Übersetzungsklinke 66–69 und
Planetenräder 70 aufweist.
Diese Gangschaltvorrichtung umfasst eine Gangschaltmechanik E mit
einem ersten Schaltnocken 71, einem zweiten Schaltnocken 72 und
einer Schaltstange 73 zum Umschalten des Hauptvorrichtungsteils
zur Vornahme einer Gangumschaltung. Einzelheiten dieser Konstruktion
werden nachfolgend erläutert.
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Das
Hauptvorrichtungsteil umfasst ein erstes drehbares Übersetzungsteil 74,
einen Planetenträger 75 und
ein zweites drehbares Übersetzungsteil 7,
das drehbar auf der feststehenden Welle 61 angeordnet ist,
und ein Antriebsteil 2; ferner zwischen dem Antriebsteil 2 und
dem ersten drehbaren Übersetzungsteil 74 angeordnete
erste Übersetzungsklinken 66;
zwischen dem Antriebsteil 2 und dem zweiten drehbaren Übersetzungsteil 76 angeordnete
zweite Übersetzungsklinken 67;
zwischen dem drehbaren Übersetzungsteil 74 und
dem Nabenkörper 3 angeordnete
dritte Übersetzungsklinken 68;
am Planetenträger 75 angebrachte
Planetenräder 70; und
zwischen dem Planetenträger 75 und
dem Nabenkörper 3 angeordnete
vierte Übersetzungsklinken 69.
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Wie 27 zeigt,
sind die ersten Übersetzungsklinken 66 an
den äußeren Umfangsbereichen
des Antriebsteils 2 so angebracht, dass sie bei Drehung
des Antriebsteils 2 umlaufen können und zwischen einer aufrechten
Stellung und einer umgelegten Position verschwenkbar sind. Die ersten Übersetzungsklinken 66 sind in
Form von Rastklinken ausgebildet, die von einer Klinkenfeder 66a in
die aufrechte Position gespannt werden, wobei deren außen liegende
Enden mit angetriebenen Rastzähnen 74a des
ersten drehbaren Übersetzungsteils 74 in
Eingriff stehen. Ein Unterschied in der Drehgeschwindigkeit zwischen
dem Antriebsteil 2 und dem ersten drehbaren Übersetzungsteil 74 schaltet
die ersten Übersetzungsklinken 66 automatisch
zwischen der aufrechten Antriebsposition und der nach hinten umgeklappten
Position ohne Antriebsfunktion um. Bei aufrechter Stellung stehen
die ersten Übersetzungsklinken 74a unter
der Spannkraft mit den Rastzähnen 74a in Eingriff,
um ein Drehmoment vom Antriebsteil 2 auf das erste drehbare Übersetzungsteil 74 zu übertragen.
Bei umgelegter Position werden die ersten Übersetzungsklinken 66 von
den Rastzähnen 74a vom
ersten drehbaren Übersetzungsteil 74 so
weggeschoben, dass eine Drehung desselben relativ zum Antriebsteil 2 möglich wird.
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Die
zweiten Übersetzungsklinken 67,
die ebenfalls in 27 dargestellt sind, sind an
innen liegenden Umfangsbereichen des Antriebsteils 2 so
befestigt, dass sie bei Drehung des Antriebsteils 2 umlaufen
und zwischen einer aufrechten Position und einer nach hinten umgelegten
Position verschwenkbar sind. Bei aufrechter Stellung greifen die
zweiten Übersetzungsklinken 67 mit
ihren außen
liegenden Enden in Übersetzungszähne 76a des
zweiten drehbaren Überset zungsteils 76 ein,
um ein Drehmoment vom Antriebsteil 2 auf das zweite drehbare Übersetzungsteil 76 zu übertragen.
Bei umgelegter Position sind die außen liegenden Enden der zweiten Übersetzungsklinken 67 aus
dem zweiten drehbaren Übersetzungsteil 76 ausgerückt, um
so die Drehmomentübertragung
vom Antriebsteil 2 zum zweiten drehbaren Übersetzungsteil 76 zu
unterbrechen. Die zweiten Übersetzungsklinken 67 werden
von einer Klinkenfeder 67a automatisch in die aufrechte
Position zurückgespannt.
Das zweite drehbare Übersetzungsteil 76 ist
drehbar auf der feststehenden Welle 61 angebracht und steht
mit dem Planetenträger 75 so
in Eingriff, dass sich beide Teile wie ein Teil zusammen, über Übersetzungszähne 76b,
die an einem von den Übersetzungszähnen 76a entfernten
Ende ausgebildet sind, drehen. Die Planetenräder 70 sind drehbar
mit dem Planetenträger 75 so
verbunden, dass sie um eine Befestigungsachse 77 drehbar
sind und bei Drehung des Planetenträgers 75 um eine Achse
desselben umlaufen können.
Die Planetenräder 70 greifen
außerdem
in einen Sonnenradabschnitt 61a auf der feststehenden Welle 61 ein.
Das erste drehbare Übersetzungsteil 74 kämmt über ein
innen liegendes Zahnrad 74b, das an einem von den Rastzähnen 74a entfernten
Ende ausgebildet ist, mit den Planetenrädern 70. Sind die
zweiten Übersetzungsklinken 67 aufgerichtet,
wird das Drehmoment des Antriebsteils 2 auf das zweite
drehbare Übersetzungsteil 76 übertragen,
und wird das Drehmoment vom Planetenträger 75 auf das erste
drehbare Übersetzungsteil 74 mit
der von den Planetenrädern 70 vermittelten
Beschleunigung übertragen.
Zu diesem Zeitpunkt dreht sich das erste drehbare Übersetzungsteil 74 schneller
als das Antriebsteil 2, und zwar unter der beschleunigenden
Wirkung der Planetenräder 70 und
der Umbiegung der ersten Übersetzungsklinken 66 nach hinten.
Wenn die zweiten Übersetzungsklinken 67 nach
hinten umgelegt sind, wird das Drehmoment des Antriebsteils 2 über die
ersten Übersetzungsklinken 66 auf
das erste drehbare Übersetzungsteil 74 übertragen und
wird das Drehmoment des ersten drehbaren Übersetzungsteils 74 auf
den Planetenträger
mit der Verlangsamung übertragen,
die durch die Planetenräder 70 vermittelt
wird.
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Gemäß 28 sind
die dritten Übersetzungsklinken 68 über Drehachsen 78 so
am ersten drehbaren Übersetzungsteil 74 angebracht,
dass sie bei deren Drehung umlaufen können und zwischen einer aufrechten Position
und einer nach hinten umgelegten Stellung verschwenkbar sind. Bei
aufrechter Stellung greifen die dritten Übersetzungsklinken 68 über ihre
außen
liegenden Enden in Übersetzungszähne 3a auf
dem Nabenkörper 3 ein,
um ein Drehmoment vom ersten drehbaren Übersetzungsteil 74 auf
den Nabenkörper 3 zu übertragen.
Bei nach hinten umgeklappter Stellung sind die außen liegenden
Enden der dritten Übersetzungsklinken 68 vom
Nabenkörper 3 ausgerückt und
damit ist die Drehmomentübertragung
vom ersten drehbaren Übersetzungsteil 74 auf
den Nabenkörper 3 unterbrochen.
Die dritten Übersetzungsklinken 68 werden
von einer Klinkenfeder 68a automatisch in die aufrechte
Position zurückgespannt.
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Die
vierten Übersetzungsklinken 69 sind
am Planetenträger 75 so
angebracht, dass sie bei dessen Drehung umlaufen können und
zwischen einer aufrechten Position und einer nach hinten umgeklappten
Stellung verschwenkbar sind. Die vierten Übersetzungsklinken 69 sind
in Form von Rastklinken ausgebildet, die von einer Klinkenfeder 69a in
die aufrechte Stellung zurückgespannt
werden, wobei deren außen
liegende Enden mit den angetriebenen Klinkenzähnen 3b auf dem Nabenkörper 3 in
Eingriff stehen. Ein Unterschied in der Drehgeschwindigkeit zwischen
dem Planetenträger 75 und
dem Nabenkörper 3 führt automatisch
zur Umschaltung der vierten Übersetzungsklinken 69 zwischen
der aufrechten angetriebenen Position und der nach hinten umgeklappten
Stellung ohne Antriebsfunktion. Bei aufrechter Stellung stehen unter
der Spannkraft die vierten Übersetzungsklinken 69 mit
den Rastzähnen 3b so
in Eingriff, dass ein Drehmoment vom Planetenträger 75 auf den Nabenkörper 3 übertragen
wird. Bei nach hinten umgelegter Stellung werden die vierten Übersetzungsklinken 69 von
den Rastzähnen 3b vom
Nabenkörper 3 weggeschoben,
damit eine Drehung desselben relativ zum Planetenträger 75 möglich wird.
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Durch
Umschalten der zweiten und dritten Übersetzungsklinken (67)
und (68) zwischen der aufgerichteten Position und der nach
hinten umgeklappten Position können
auch die ersten und vierten Übersetzungsklinken
(66) und (69) zwischen der antreibenden Position
und einer die Drehung zulassenden (Freilauf-) Position geschaltet
werden. Das liefert in Verbindung mit der geschwindigkeits-übersetzenden
Funktion des Planetenrades (70) die drei Geschwindigkeiten – die hohe,
die mittlere und die niedrige Geschwindigkeit – bei der Übertragung vom Antriebsteil
(2) zur Nabe (3), wie in der nachfolgenden Tabelle
2 gezeigt wird.
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Vor
allem wird, falls die zweiten Übersetzungsklinken
(67) und die dritten Übersetzungsklinken
(68) beide aufgerichtet sind, das Drehmoment von Antriebsteil
(2) über
die zweiten Übersetzungsklinken
(67), das zweite drehbare Übersetzungsteil (76),
den Planetenträger
(75), die Planetenräder
(70), das erste drehbare Übersetzungsteil (74)
und die dritten Übersetzungsklinken
(68) auf den Nabenkörper
(3) übertragen.
Dieser Zustand bewirkt den hohen Gang.
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Falls
die zweiten Übersetzungsklinken
(67) umgeklappt und die dritten Übersetzungsklinken aufgerichtet
sind, wird das Drehmoment vom Antriebsteil (2) über die
ersten Übersetzungs klinken
(66), das erste drehbare Übersetzungsteil (74)
und die dritten Übersetzungsklinken
(68) auf den Nabenkörper
(3) übertragen. Dieser
Zustand bewirkt den mittleren Gang.
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Falls
die zweiten Übersetzungsklinken
(67) und die dritten Übersetzungsklinken
(68) beide umgeklappt sind, wird das Drehmoment des Antreibers
(2) über
die ersten Übersetzungsklinken
(66), das erste drehbare Übersetzungsteil (74),
die Planetenräder
(70), den Planetenradträger
(75) und die vierten Übersetzungsklinken
(69) auf den Nabenkörper übertragen.
Dieser Zustand bildet den niedrigen Gang.
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Die
Gangschaltmechanik E umfasst den ersten Schaltnocken 71 zum
Schalten der zweiten Übersetzungsklinken 67,
den zweiten Schaltnocken 72 zum Schalten der dritten Übersetzungsklinken 68,
eine gewickelte Zustellfeder 79, die zwischen dem ersten
Schaltnocken 71 und einem Kugeldruckteil 62 angeordnet
ist, eine gewickelte Rückstellfeder 80,
die zwischen dem zweiten Schaltnocken 72 und dem Sonnenradteil 61a angeordnet
ist, die innerhalb der feststehenden Welle 61 angeordnete
Schaltstange 73, und eine Gangschaltung 83, die
funktionsmäßig über eine
Sperrmechanik 81 und ein Schaltseil 82 mit der
Schaltstange 73 verbunden ist. Die Gangschaltung 84 umfasst
einen Schalthebel 84, der so betätigbar ist, dass er zur Einstellung
eines gewählten
Gangs die Schaltstange 73 verschiebt.
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Der
erste Schaltnocken 71 ist auf der feststehenden Welle 61 so
angeordnet, dass er in deren axialer Erstreckung relativ zu dieser
durch einen Drehanschlag 85 verschieblich ist. Der erste
Schaltnocken 71 ist zwischen einer Klinkenaufrichtstellung,
wie sie in 24 dargestellt ist, und einer
Klinkenumklappstellung gemäß 25 und 26 verschieblich.
Bei der Klinkenaufrichtstellung berührt der erste Schaltnocken 71 ein
Anschlagteil 2b auf dem Antriebsteil 2, wobei
eine Nockenfläche 86 auf
dem ersten Schaltnocken 71 gemäß 30 von
den zweiten Übersetzungsklinken 67 so
getrennt ist, dass durch die Kraft der Klinkenfeder 67a die zweiten Übersetzungsklinken 67 aufgerichtet
werden können.
Bei der Klinkenumklappstellung drückt die Nockenfläche 86 des
ersten Schaltnockens 71 die zweiten Übersetzungsklinken 67 in
die nach hinten umgelegte Position ohne Antriebsfunktion. Der Drehanschlag 85 ist
relativ zur feststehenden Welle 61 entlang einer darin ausgebildeten
Anschlagaufnahmenut 61b so verschieblich, dass eine Verschiebebewegung
des ersten Schaltnockens 71 möglich wird.
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Der
zweite Schaltnocken 72 wird durch einen Bereich mit großem Durchmesser
auf dem zweiten drehbaren Übersetzungsteil 76 definiert.
Der zweite Schaltnocken 72 ist entlang der axialen Erstreckung
der feststehenden Welle 61 bei einer Verschiebebewegung
des zweiten drehbaren Übersetzungsteils 76 verschieblich,
während
er mit dem Planetenträger 75 in
Eingriff steht. Der zweite Schaltnocken 72 ist zwischen
einer Klinkenaufrichtposition gemäß 24 und 25 und
einer in 26 dargestellten Klinkenumklappstellung verschieblich.
In der Klinkenaufrichtposition berührt der zweite Schaltnocken 72 einen
Anschlagring 88 auf der feststehenden Welle 72,
wobei, wie 33 dies zeigt, eine Nockenfläche 87 des
zweiten Schaltnockens 72 von den zweiten Übersetzungsklinken 67 so
getrennt ist, dass die dritten Übersetzungsklinken 68 unter
der Wirkung der Kraft der Klinkenfeder 68a sich aufrichten
können.
In der Klinkenumklappstellung drückt
die Nockenfläche 87 des
ersten Schaltnockens 72 die dritten Übersetzungsklinken 68 in
die nach hinten umgeklappte Position ohne Antreibfunktion.
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Die
Rückstellfeder 80 spannt
den zweiten Schaltnocken 72 so, dass dieser automatisch
in die Klinkenaufrichtposition zurückkehrt. Die Rückstellfeder 80 beaufschlagt
den zweiten Schaltnocken 72 mit einer Spannkraft P1, die,
wie 34 veranschaulicht, entsprechend der Verschiebebewegung
des zweiten Schaltnockens 72 veränderlich ist. Die Zustellfeder 79 beaufschlagt,
wie in 34 dargestellt, den ersten Schaltnocken 71 mit
einer Spannkraft P2, um so den ersten Schaltnocken 71 in
die Klinkenumklappstellung solange zu spannen, bis das Hauptvorrichtungsteil
aus dem einer hohen Geschwindigkeit entsprechenden Zustand in den mittleren
Gangzustand geschaltet wird. Nach Umschaltung des Hauptvorrichtungsteils
aus dem der hohen Geschwindigkeit entsprechenden Zustand in den
mittleren Gangzustand beaufschlagt die Zustellfeder 7 gemäß 34 den
zweiten Schaltnocken 72 mit einer Spannkraft P3, um so
den zweiten Schaltnocken 72 aus der Klinkenaufrichtposition
in die Klinkenumklappstellung zu spannen. Die Spannkraft P3 wird über den
mit dem zweiten Schaltnocken 72 in Berührung stehenden ersten Schaltnocken 71 aufgebracht,
während
die Spannkraft P1 von der Rückstellfeder 79 ausgeübt wird.
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Wie 24 bis 26 zeigen,
wird bei Betätigung
des Schalthebels 84 dessen Schaltkraft über das Schaltseil 82 und
die Sperrmechanik 81 auf die Schaltstange 73 übertragen.
Danach verschiebt sich die Schaltstange 73 nach innen in
die feststehende Welle 61, um so auf den Drehanschlag 85 entgegen
der Kraft der Zustellfeder 79 zu drücken, dass der erste Schaltnocken 71 geschaltet
wird und dass der zweite Schaltnocken 72 entgegen der Kraft
der Rückstellfeder 80 geschaltet
wird. Oder die Schaltstange 73 gleitet aus der feststehenden
Welle 61 so heraus, dass die Zustellfeder 79 den
ersten und zweiten Schaltnocken 71 und 72 schalten
kann. Die Gang schaltung 83 besitzt eine Funktion zur Verriegelung
des Schalthebels, um so die Schaltstange 73 in einer vorgewählten Stellung
zu halten, damit der erste Schaltnocken 71 entgegen der
Kraft der Zustellfeder 79 in der Klinkenaufrichtposition
bzw. in der Klinkenumklappstellung gehalten wird.
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Im
einzelnen wird, wie sich aus 24 bis 26 ergibt,
bei Betätigung
des Schalthebels 83 zum Umschalten in eine hohe Gangposition
H die Schaltstange 73 in die in 24 dargestellte
Position bewegt. Die Schaltstange 73 versetzt dann den
ersten Schaltnocken 71 in die Klinkenaufrichtposition,
um die zweiten Übersetzungsklinken 67 aufzurichten,
wobei die Rückstellfeder 80 den
zweiten Schaltnocken 72 in die Klinkenaufrichtposition
bringt, um die dritten Übersetzungsklinken 68 aufzurichten.
Bei diesem Schaltzustand ergibt sich eine hohe Geschwindigkeitsstufe.
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Wird
der Schalthebel 83 in eine mittlere Gangstufe M geschaltet,
so bewegt sich die Schaltstange 73 in die in 25 dargestellte
Position. Nun bewegt sich infolge der Verschiebewirkung durch die
elastische Rückstellkraft
der Zustellfeder 79 und infolge der Anschlagwirkung der
Schaltstange 73 der erste Schaltnocken 71 in die
Klinkenumklappstellung, um die zweiten Übersetzungsklinken 67 nach
hinten umzulegen, während die
Rückstellfeder 80 den
zweiten Schaltnocken 72 in die Klinkenaufrichtposition
versetzt, um so die dritten Übersetzungsklinken 68 aufzurichten.
Bei diesem Schaltzustand ergibt sich die mittlere Geschwindigkeit.
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Wird
der Schalthebel
83 in eine niedrige Gangposition L bewegt,
bewegt sich die Schaltstange
73 in die in
26 dargestellte
Position. Nun wird der erste Schaltnocken
71 infolge der
Verschiebewirkung durch die elastische Rückstellkraft der Zustellfeder
79 und
infolge der Anschlagwirkung des zweiten Schaltnockens
72 in
die Klinkenumklappstellung gebracht, um die zweiten Übersetzungsklinken
67 nach
hinten umzulegen. Der zweite Schaltnocken
72 wird unter
der Verschiebewirkung infolge der elastischen Rückstellkraft der Zustellfeder
79 in
die Klinkenumklappstellung versetzt, um die dritten Übersetzungsklinken
68 nach
hinten umzulegen. Bei diesem Schaltzustand ergibt sich die niedrige
Geschwindigkeit. TABELLE 2
| 1.
Nocken | 2.
Nocken | 2.
Klinken | 3.
Klinken | Gang |
| | | | | |
| aufrecht | aufrecht | aufrecht | aufrecht | H |
| umgeklappt | aufrecht | umgeklappt | aufrecht | I |
| umgeklappt | umgeklappt | umgeklappt | umgeklappt | L |
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Die
Nockenfläche 86 auf
dem ersten Schaltnocken 71 und die Nockenfläche 87 auf
dem zweiten Schaltnocken 72 weisen jeweils eine Vielzahl
erster Nockenflächen 86a auf,
die in Umfangsrichtung auf dem Schaltnocken 71 bzw. 72 angeordnet
sind, um die Übersetzungsklinken 67 bzw. 68 nach
hinten umzuklappen, sowie eine zweite Nockenfläche 86b bzw. 87b,
die durchgehend in Umfangsrichtung auf dem Schaltnocken 71 bzw. 72 angeordnet
sind, um die Übersetzungsklinken 67 bzw. 68 in
der umgeklappten Position zu halten.
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In
jeder der ersten Nockenflächen 86a und 87a ist
eine schräg
stehende ebene Fläche
mit einem ersten Neigungswinkel A gegenüber einer Verschiebungsachse
H des Schaltnockens 71 bzw. 72, wie in 30 bzw. 33 dargestellt,
definiert, sowie mit einem zweiten Neigungswinkel B gemäß 29 bzw. 32.
Wegen dieser Winkelanordnung werden die Übersetzungsklinken 67 bzw. 68 durch
die jeweilige relative Verschiebung zwischen den Schaltnocken 71 bzw. 72 und
den Übersetzungsklinken 67 bzw. 68 entweder
in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung des Antriebsteils 2 bzw.
des ersten drehbaren Übersetzungsteils 74 umgeklappt. Während der
erste Schaltnocken 71 und der zweite Schaltnocken 72 sich
aus der jeweiligen Klinkenaufrichtposition verlagern, um mit den Übersetzungsklinken 67 bzw. 68 in
Berührung
zu gelangen, werden infolge der Umklappwirkung, die sich aus der
Nocken Wirkung infolge des ersten Neigungswinkels A ergibt, und
aus der Umklappwirkung, die sich aus der Kombination des Umlaufens
der Übersetzungsklinken 71 bzw. 72 auf
dem Antriebsteil 2 bzw. dem ersten drehbaren Übersetzungsteil 74 mit
der Nockenwirkung infolge des zweiten Neigungswinkels B ergibt,
die Übersetzungsklinken 67 bzw. 68 umgeklappt.
Damit lassen sich die Übersetzungsklinken 67 bzw. 68 rasch,
bezogen auf den Verschiebungshub und die Verschiebekraft der Schaltnocken 71 bzw. 72,
in die umgeklappte Position ohne Antriebswirkung umschalten.
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Die
Feder 79 vermittelt, eine Klinkenschaltkraft an die Schaltnocken 71 und 72,
und die größtmöglichen
Antriebsdrehmomente, die beim Umklappen der Übersetzungsklinken 67 und 68 auftreten
können,
sind wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel im wesentlichen
gleich groß,
unabhängig
davon, welche Klinken umgeklappt sind. Deshalb geschieht dies bei
einem Versuch, in einen anderen Gang umzuschalten, während die
Pedale des Fahrrads getreten werden, nur dann, wenn die (hier nicht
dargestellten) Kurbel sich auf eine Position mit niedriger Antriebsbelastung
zu bewegt oder diese erreicht, die am oder nahe dem oberen oder
unteren Totpunkt liegt.
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Zu
den Fakten für
den Drehmomentausgleich gehören
der erste Neigungswinkel A und der zweite Neigungswinkel B, der
in 29 bis 33 dargestellt
ist, sowie der Nockenwinkel Z der zweiten Übersetzungsklinken 67,
der in 18 dargestellt ist, und eine
erste Armlänge
L1 neben einer zweiten Armlänge
L2 der dritten Übersetzungsklinken 68,
wie 35 dies zeigt.
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Der
Nockenwinkel Z ist ein relativer Winkel zwischen dem Ausrückwiderstand
W infolge des Eingriffs der Übersetzungsklinken 67 und
dem drehbaren Übersetzungsteil 76 und
einer Umklappkraft F des ersten Schaltnockens 71. Der Nockenwinkel
Z ist entsprechend dem ersten Neigungswinkel A und dem zweiten Neigungswinkel
B des Schaltnockens 72 veränderlich.
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Die
erste Armlänge
L1 entspricht einem Abstand zwischen einer Drehachse P, um die die
Aufricht- und Umklappbewegungen erfolgen, und einem Punkt, an dem
die Umklappkraft F des zweiten Schaltnockens 72 wirksam
wird. Die zweite Armlänge
L2 ist ein Abstand zwischen der Drehachse P und einem Punkt, an
dem der Ausrückwiderstand
W infolge des Eingriffs mit dem Nabenkörper 3 aufgebracht
wird. Die zum Umklappen der Klinken 68 erforderliche Schaltkraft
verändert
sich mit den Veränderungen
im Verhältnis
zwischen der ersten Armlänge
L1 und der zweiten Armlänge
L2.
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Die
ersten Nockenflächen
86a des
ersten Schaltnockens
71 und die ersten Nockenflächen
87a des zweiten
Schaltnockens
72 besitzen die ersten Neigungswinkel A und
die zweiten Neigungswinkel B, wie sie in der nachfolgenden Tabelle
3 angegeben sind. Somit besitzen die ersten Nockenflächen
86a und
87a jeweils eine
unterschiedliche Form, damit zwischen der Wirksamkeit der Verschiebekraft
des ersten Schaltnockens
71, die als Umklappkraft gerade
auf die zweiten Übersetzungsklinken
67 ausgeübt wird,
und der Wirksamkeit der Verschiebekraft des zweiten Schaltnockens
72 differenziert
werden kann, die gerade als Umklappkraft auf die dritten Übersetzungsklinken
68 einwirkt. TABELLE 3
| | 1.
Winkel A | 2.
Winkel B |
| | | |
| Nockenfläche 87a | etwa
20° | etwa
75° |
| Nockenfläche 86a | etwa
25° | etwa
40° |
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Auch
wenn eine Gangumschaltung vorgenommen wird, damit die Zustellfeder 79 mit
der Verschiebekraft auf den ersten Schaltnocken 71 und
den zweiten Schaltnocken 72 einwirken kann, stellt, sich
die Zustellfeder 79 nicht selbst elastisch in eine vorgegebene
Position zurück,
um den ersten Schaltnocken 71 und den zweiten Schaltnocken 72 in
die Klinkenumklappstellung umzuschalten, wenn die Kurbel sich in
einer anderen Stellung als der Position befindet, in der die niedrige
Antriebsbelastung gegeben ist, und es wird ein Antriebsdrehmoment übertragen,
das größer ist
als ein vorgegebener Drehmomentwert, der auf das Antriebsteil 2 einwirkt,
und außerdem übernehmen
die zweiten Übersetzungsklinken 67 und
die dritten Übersetzungsklinken 68 einen
Ausrückwiderstand,
der die Elastizität
der Feder 79 übersteigt.
Die Zustellfeder 79 stellt sich selbst elastisch in die
vorgegebene Position zurück,
um den ersten Schaltnocken 71 und den zweiten Schaltnocken 72 in
die Klinkenumklapp-Position zu bringen, wenn die Kurbel die der
niedrigen Antriebslast entsprechende Position erreicht, um so das
auf das Antriebsteil 2 einwirkende Antriebsdrehmoment zu
verringern; dabei sinkt der auf die zweiten Übersetzungsklinken 67 und
die dritten Übersetzungsklinken 68 einwirkende
Ausrückwiderstand
unter die Elastizität
der Feder 79 ab.
-
Die
größtmöglichen
Antriebsdrehmomente, die dann auftreten, wenn die Übersetzungsklinken 67 und 68 umgeklappt
sind, sind im wesentlichen gleich, unabhängig davon, welche Klinken
gerade umgeklappt sind, und zwar trotz der Differenz zwischen einem
größtmöglichen
Ausrückwiderstand,
um ein Ausrücken
der zweiten Übersetzungsklinken 67 aus
dem zweiten Schaltnocken 72 zu ermöglichen, und einem maximalen
Ausrückwiderstand,
um ein Ausrücken
der dritten Übersetzungsklinken 68 aus
dem Nabenkörper 3 zu
ermöglichen,
und trotz der Situation, dass dieselbe Feder 79 die Schaltnocken 71 und 72 mit
der Schaltkraft beaufschlagt. Dies wird wegen des Nockenwinkels
Z und der Armlängen
L1 und L2 der zweiten Übersetzungsklinken 68 und
als Konsequenz aus den ersten Neigungswinkeln A und zweiten Neigungswinkeln
B der Schaltnocken 71 und 72 erreicht.