DE69202657T4 - Selbstständige Fahrradgangschaltung. - Google Patents

Selbstständige Fahrradgangschaltung.

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DE69202657T4
DE69202657T4 DE1992602657 DE69202657T DE69202657T4 DE 69202657 T4 DE69202657 T4 DE 69202657T4 DE 1992602657 DE1992602657 DE 1992602657 DE 69202657 T DE69202657 T DE 69202657T DE 69202657 T4 DE69202657 T4 DE 69202657T4
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/16Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the ground-wheel hub
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62M11/00Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/18Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears with a plurality of planetary gear units

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine selbständige Fahrradgangschaltung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • 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”.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird mit einer selbständigen Fahrradgangschaltung nach Anspruch 1 gelöst.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 zeigt eine Schnittansicht einer selbständigen Gangschaltvorrichtung mit sieben Gängen.
  • 1A ist ein Vertikalschnitt aus 1 mit der Darstellung von Einzelheiten der Konstruktion, bei welcher eine erste Muffe auf einer Führungsbuchse abgestützt ist.
  • 1B zeigt einen Schnitt entlang der Linie P-P in 1A.
  • 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.
  • 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.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Betätigungsteils und von Federn.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Kugeldruckteils.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Seilbeschlags.
  • 7 zeigt eine Drehbegrenzungseinrichtung in perspektivischer Darstellung.
  • 8 ist eine Schnittansicht des Betätigungsteils mit Darstellung der Einrückung zwischen einem ersten Gabelteil und einem zweiten Gabelteil.
  • 9 dient zur Erläuterung einer Sonnenradklinke.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 17 ist eine schematische Darstellung entsprechend 1.
  • 18 zeigt eine Seitenansicht einer Übersetzungsklinke.
  • 19 ist eine Seitenansicht einer Sonnenradklinke.
  • 20 ist eine Seitenansicht der Sonnenradklinke.
  • 21 zeigt eine Vorderansicht einer Kupplungsbetätigungseinrichtung.
  • 22 ist eine Seitenansicht der Kupplungsbetätigungseinrichtung.
  • 23 zeigt einen Schnitt durch die Kupplungsbetätigungseinrichtung entlang der Linie Q-Q aus 21.
  • 24 ist eine Schnittansicht einer dreistufigen Gangschaltvorrichtung im hohen Gangzustand.
  • 25 zeigt die dreistufige Gangschaltvorrichtung in einem mittleren Gangzustand im Schnitt.
  • 26 ist eine Schnittansicht der dreistufigen Gangschaltvorichtung in niedrigem Gangzustand.
  • 27 zeigt in einer Schnittansicht die Beziehungen zwischen einem zweiten drehbaren Übersetzungsteil, Übersetzungszähnen, Übersetzungsklinken, und einem ersten drehbaren Übersetzungsteil.
  • 28 ist eine Schnittansicht mit der Darstellung der Beziehungen zwischen einem Nabenkörper, dritten Übersetzungsklinken und einer feststehenden Welle.
  • 29 ist eine Vorderansicht eines ersten Schaltnockens.
  • 30 ist eine Draufsicht auf den ersten Schaltnocken;
  • 31 zeigt einen Schnitt durch den ersten Schaltnocken entlang der Linie R-R in 29.
  • 32 ist eine Vorderansicht eines zweiten Schaltnockens.
  • 33 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den zweiten Schaltnocken.
  • 34 dient zur Erläuterung einer Federspannkraft, und
  • 35 zeigt eine Vorderansicht einer Ausbildung einer dritten Übersetzungsklinke.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 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.
  • 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 11a14a 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 1724 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 3133 und die Kupplungsschaltmechanik 7 betätigt, die ihrerseits wieder die Sonnenradkupplungen 2123 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 2123, 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 6669 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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°
  • 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.

Claims (11)

  1. Selbständige Fahrradgangschaltung mit: einer feststehenden Welle (1); einem Antriebsteil (2) und einem auf der feststehenden Welle drehbar gelagerten Nabenkörper (3); und einer zwischen dem Antriebsteil (2) und dem Nabenkörper (3) angeordneten Gangschalteinrichtung, welche folgendes aufweist: eine Vielzahl von Kupplungen (1724), auf die ein dem Ausrücken entsprechender einem Antriebsdrehmoment entgegenwirkender Widerstand einwirkt, sowie eine Kupplungsbetätigungseinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbetätigungseinrichtung (8) ein erstes verschiebliches Schaltteil. (25), ein elastisches Teil (S1, S2) zum Speichern einer der Verschiebung des ersten Schaltteils entsprechenden Energie, und ein verschiebliches zweites Schaltteil (26) aufweist, das zum Schalten der Kupplungen durch das elastische Teil betätigbar ist, bei welcher das zweite Schaltteil (26) dann, wenn sich das erste Schaltteil (26) verschiebt und das elastische Teil eine Kraft abgibt, die größer ist als der dem Ausrücken entgegenwirkende Widerstand, schaltet, um das zweite Schaltteil (26) zu betätigen, und stationär bleibt, wenn sich das erste Schaltteil (25) verschiebt und das elastische Teil eine Kraft abgibt, die kleiner ist als der dem Ausrücken entgegenwirkende Widerstand, wobei das zweite Schaltteil (26) so verschieblich ist, dass es die Kupplungen nur dann außer Eingriff setzt, wenn die Kraft des elastischen Teiles (S1, S2) den dem Ausrücken entgegenwirkenden Widerstand übersteigt; und bei welcher die Kupplungen (1724) so ausgebildet und angeordnet sind, dass die Kraft des elastischen Teils (S1, S2) zum Überwinden des dem Ausrücken entgegenwirkenden Widerstands für alle Kupplungen im wesentlichen gleich groß ist.
  2. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 1, bei welcher die Kupplungen (1720) Rastklinken (17a20a), die zwischen einer aufgerichteten Stellung und einer gekippten Stellung bewegbar sind, sowie Zähne (17b20b) aufweisen, die mit den Rastklinken in Eingriff bringbar sind.
  3. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 1, bei welcher die Gangschalteinrichtung in Form einer Planetengetriebemechanik (4, 5) ausgebildet ist.
  4. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 3, bei welcher eine der Kupplungen (2124) zwischen einem Sonnenrad (11a14a) und einer feststehenden Welle (1) angeordnet ist, wobei das Sonnenrad selektiv zur Drehung ansteuerbar ist und eine Drehung desselben auf der feststehenden Welle durch die Kupplungen verhindert wird, die die am Sonnenrad befestigten Rastklinken (17a20a) sowie die auf der feststehenden Welle (1) ausgebildeten Zähne (17b20b) umfassen.
  5. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 3, bei welcher eine der Kupplungen (1720) zwischen der Planetengetriebemechanik (4, 5) und dem Nabenkörper (3) angeordnet ist, wobei eine Übertragung der Antriebskraft von der Planetengetriebemechanik auf den Nabenkörper selektiv ansteuerbar ist und durch die Kupplungen verhindert wird, die die an der Planetengetriebemechanik befestigten Rastklinken (17a20a) sowie die auf dem Nabenkörper ausgebildeten Zähne (17b20b) umfassen.
  6. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 2, bei welcher die Rastklinken (17a20a) durch Federdruck in Eingriff mit den Zähnen (17b20b) gespannt sind, wobei das Kupplungsschaltteil (40) so betätigbar ist, dass es die Rastklinken (17a20a) entgegen dem Federdruck kippt.
  7. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 2, bei welcher die Rastklinken (17a20a) eine erste Länge zwischen einer Aufricht- und Kippachse und einem Punkt aufweisen, auf den eine vom Kupplungsschaltteil (40) kommende Kippkraft einwirkt, sowie eine zweite Länge zwischen der Aufricht- und Kippachse und einem Berührungspunkt mit den Zähnen (17b20b), wodurch die Kräfte zur Überwindung des dem Ausrücken entgegenwirkenden Widerstands für alle Kupplungen im wesentlichen gleich groß sind.
  8. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 7, bei welcher die Rastklinken (17a20a) außerdem einen gewählten Winkel aufweisen, der zwischen einer durch die Aufricht- und Kippachse verlaufenden Geraden und einer Ebene, in der die Berührung mit den Zähnen (17b20b) stattfindet, gebildet ist, wodurch die Kräfte zur Überwindung des dem Ausrücken entgegenwirkenden Widerstands für alle Kupplungen im wesentlichen gleich groß sind.
  9. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 1, bei welcher das elastische Teil (S1, S2) aus einer Feder besteht.
  10. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 1, bei welcher in unmittelbarer Nähe zu einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt der Pedale die Kraft des elastischen Teils (S1, S2) zum Verschieben des zweiten Schaltteils größer ist als der dem Ausrücken entgegenwirkende Widerstand.
  11. Selbständige Fahrradgangschaltung nach Anspruch 1, bei welcher die Verschiebung des ersten Schaltteils (25) über das elastische Teil (S1, S2) auf das zweite Schaltteil (26) übertragen wird.
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