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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf
Nabeninnenschaltung für
Fahrräder
und insbesondere auf eine Nabeninnenschaltung mit einer Kupplung
gerichtet, die sich dreht und in axialer Richtung bewegt.
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Fahrräder, insbesondere als Stadtfahrräder bezeichnete
Freizeitfahrräder,
sind günstig
und einfach zu fahren und deshalb weit verbreitet, um zur Arbeit
oder Schule oder zum Einkaufen zu gelangen. Mit dieser Art von Freizeitfahrrad
ist manchmal eine Nabeninnenschaltung am Hinterrad verbunden, um mit
höheren
Geschwindigkeiten über
flaches Gelände
oder mit minimaler Anstrengung bergauf zu fahren.
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Eine Nabeninnenschaltung umfasst
im Allgemeinen einen Nabenachsbolzen, der am Fahrradrahmen befestigt
ist, eine Nabengehäuse,
das um den Nabenachsbolzen drehen kann; ein Planetengetriebemechanismus,
der in dem Nabengehäuse
aufgenommen ist; einen Kupplungsmechanismus zum Wählen einer
Mehrzahl von Antriebsübertragungswegen
mit einem dazwischen angeordneten Planentengetriebemechanismus;
und einem Winkelantrieb zum Bewegen des Kupplungselements. Der Kupplungsmechanismus
weist ein Kupplungselement zum Umschalten des Antriebsübertragungsweges
durch Bewegen in Richtung des Nabenachsbolzens und eine Druckstange
auf, die das Kupplungselement drückt.
Der Winkelantrieb ist über
ein Schaltseil mit einem Schalthebel verbunden, der z.B. an der
Lenkerstange befestigt ist, um Schaltungen zu steuern. Eine solche
Nabeninnenschaltung ist z.B. aus DE-A-3443592 bekannt.
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Bei einer typischen Nabeninnenschaltung wickelt
und zieht die Betätigung
des Schalthebels das innere Seil des Schaltseils und bewirkt so,
dass der Winkelantrieb auf die Druckstange drückt und das Kupplungselement
in einer axialen Richtung bewegt, um eine Gangschaltung von einer
höheren
zu einer niedrigeren Geschwindigkeitsstufe durchzuführen (herunterschalten).
Wenn jedoch das innere Seil gelockert wird, um eine Gangschaltung
von einer niedrigeren zu einer höheren
Geschwindigkeitsstufe durchzuführen
(hochschalten), bewegt sich das Kupplungselement nicht allein durch
Bewegung der Druckstange in die entgegengesetzte Richtung. Daher
wird normalerweise die Vorspannkraft einer Rückhohlfeder oder dergleichen
verwendet, um die Bewegung des Kupplungselements in die andere axiale
Richtung zu unterstützen.
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Bei der herkömmlichen oben beschriebenen Nabeninnenschaltung
wird ein großer
Widerstand zwischen dem Kupplungselement und dem Planetengetriebemechanismus
bildenden Teilen erzeugt, wenn eine große Kraft ausgeübt wird.
Wenn nämlich eine
große
Antriebskraft ausgeübt
wird, erhöht
sich die Reibungskraft in den eingreifenden Abschnitten zwischen
dem Kupplungselement und den den Planentengetriebemechanismus bildenden
Teilen, und dies erschwert es zusätzlich, die Gänge durch
Bewegung des Kupplungselements zu schalten. Um diese zusätzliche
Reibungskraft zu überwinden,
muss das innere Kabel des Steuerseils beim Herunterschalten mit
einer noch größeren Kraft
gezogen werden. Auch die Federkraft der Rückhohlfeder muss groß genug sein,
um die Reibungskraft zu überwinden,
wenn das innere Kabel beim Hochschalten gelockert wird. Wenn die
Federkraft der Rückhohlfeder
jedoch erhöht
wird, dann muss das innere Kabel des Steuerseils mit noch größerer Kraft
beim Herunterschalten gezogen werden. Um zu ermöglichen, dass Gänge ungeachtet
der Schaltungsrichtung geschaltet werden können, wenn eine große Antriebskraft
während des
Fahrens ausgeübt
wird, ist demzufolge eine große
Kraft erforderlich, um den Schalthebel zu betätigen. Dies ist sehr unerwünscht, da
es das Schalten sehr ermüdend
macht, wenn nicht sogar für
einige Fahrer unmöglich.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf
eine Nabeninnenschaltung für
ein Fahrrad gerichtet, die mit einer geringen Kraft unter allen
Fahrbedingungen betätigt
werden kann. Dies wird allgemein durch Verwenden der vorhandenen
Drehkraft der Nabe erreicht, um die Schaltoperation zu unterstützen. Genauer enthält eine
Nabeninnenschaltung für
ein Fahrrad nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform: einen Nabenachsbolzen
mit einer Achsbolzenachse zum Halten einer Schaltung auf einem Fahrradrahmen;
eine Antriebseinrichtung, die relativ zum Nabenachsbolzen drehbar
gelagert ist; ein Ausgabeelement, das relativ zum Nabenachsbolzen
drehbar gelagert ist, und einen Planetengetriebemechanismus. Der
Planetengetriebemechanismus enthält:
ein Sonnenrad, das um den Nabenachsbolzen herum angeordnet ist;
einen Getrieberahmen, der relativ zum Nabenachsbolzen drehbar gelagert
ist; ein Planetengetriebe, das drehbar auf dem Getrieberahmen gelagert
ist und mit dem Sonnenrad verzahnt ist, und ein Hohlrad, das relativ
zum Nabenachsbolzen drehbar gelagert und mit dem Planetengetriebe
verzahnt ist. Ein Kupplungselement ist auf dem Achsbolzen gelagert,
um selektiv den Übertragungsweg
zwischen der Antriebseinrichtung und dem Ausgabeelement zu ändern, wobei
das Kupplungselement um den Achsbolzen im Ansprechen auf die Drehung
der Antriebseinrichtung dreht und sich in axialer Richtung relativ
zum Nabenachsbolzen bewegt. Eine Kupplungssteuerkomponente sorgt
für eine
Bewegung des Kupplungselements in Richtung der Achse des Achsbolzens
und greift in das Kupplungselement ein, um die Drehbewegung des
Kupplungselements in eine Bewegung des Kupplungselements in Richtung
der Achse des Achsbolzens umzuwandeln. Diese axiale Bewegung unterstützt die
Schaltoperation durch Überwinden
der Reibungskraft der Übertragungskomponenten.
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Bei einer noch spezifischeren Ausführungsform
enthält
die Kupplungssteuerkomponente eine Führungsfläche, die in der Achse des Achsbolzens gehalten
wird, eine Schalttaste, die sich entlang der Führungsfläche bewegt, um eine Bewegung
des Kupplungselements in Richtung der Achse des Achsbolzens zu veranlassen,
und eine Schalttastenbewegungskomponente zum Bewegen der Schalttaste. Das
Kupplungselement enthält
eine Nockenfläche, die
sich in Richtung der Achse des Achsbolzens erstreckt, und das die
Schalttaste gegen die Nockenfläche
drückt,
um die Drehbewegung des Kupplungselements in eine Bewegung des Kupplungselements in
Richtung der Achse des Achsbolzens umzuwandeln.
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Bei einer noch spezifischeren Ausführungsform
enthält
der Nabenachsbolzen eine spiralförmige Rille,
wobei die spiralförmige
Rille die Führungsfläche bildet.
Die Führungsfläche ist
relativ zur Achse des Achsbolzens um etwa 10° bis etwa 50° geneigt, und die Nockenfläche ist
relativ zur Achse des Achsbolzens um etwa 20° bis etwa 70° geneigt. Wenn die Schalttaste
gegen die Nockenfläche
des Kupplungselements stößt, läuft die
Schalttaste hoch auf die Nockenfläche als Folge der Drehung des
Kupplungselements, und die Drehantriebskraft wird in eine Verschiebung
in der axialen Richtung des Kupplungselements umgewandelt. Demzufolge
kann die Drehantriebskraft des Kupplungselements mit einem einfachen
Aufbau in eine Verschiebung des Kupplungselements umgewandelt werden.
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Mit den angegebenen Winkeln der Führungsfläche und
der Nockenfläche
ist es für
die Schalttaste schwieriger, sich in axialer Richtung zu bewegen,
als für
die Nockenfläche,
sich axialer Richtung zu bewegen, um sicherzustellen, dass sich
das Kupplungselement in axialer Richtung bewegt, um die Unterstützungskraft
während
des Normalbetriebs bereitzustellen. Wenn jedoch eine extrem große Kraft ausgeübt wird,
wird sich eher die Schalttaste als das Kupplungselement in axialer
Richtung bewegen. Somit wird keine Schaltung ausgeführt, wenn
die Antriebskraft extrem groß ist.
Als Ergebnis wird die Erschütterung
beim Schalten reduziert und Schaden an dem Kraftübertragungsmechanismus verhindert,
der durch zu große
Antriebskraft verursacht wird.
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Bei einer noch spezifischeren Ausführungsform
greift das Kupplungselement selektiv in den Getrieberahmen ein,
um die Drehbewegung der Antriebseinrichtung auf den Getrieberahmen
zu übertragen.
In diesem Fall kann die Schalttastenbewegungskomponente die Bewegung
der Schalttaste in Richtung auf den Getrieberahmen oder vom Getrieberahmen
weg bewirken. In jedem Fall spannt ein erstes Vorspannelement das
Kupplungselements gegen den Getrieberahmen vor, ein zweites Vorspannelement
spannt die Schalttaste gegen das Kupplungselement vor, und ein drittes
Vorspannelement spannt die Schalttaste vom Kupplungselement weg. Die
Vorspannelemente werden verwendet, um die Betätigung des Kupplungselements
auszugleichen, um sicher zu stellen, dass die Drehkraft des Kupplungselements
verwendet wird, um die Schaltoperation nur zu unterstützen, wenn
es nötig
ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrades, in dem eine spezielle Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Nabeninnenschaltung
untergebracht ist;
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2 ist
eine Teilschnittansicht einer speziellen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nabeninnenschaltung;
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3 ist
eine vergrößerte Detailansicht
der Nabeninnenschaltung von 2 in
einer niedrigen Gangstellung;
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4 ist
eine Schrägansicht
eines Betätigungsmechanismus,
der in der Nabeninnenschaltung verwendet wird, die in 2 gezeigt ist;
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5 ist
eine schematische Ansicht, die die Betätigung der Schalttaste und
der Nockenfläche zeigt,
die in 4 gezeigt sind;
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6 ist
eine detaillierte Ansicht der in 4 gezeigten
Druckstangenanordnung;
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7 ist
eine vergrößerte Detailansicht
der Nabeninnenschaltung von 2 in
einer Direktantriebsstellung;
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8 ist
eine vergrößerte Detailansicht
der Nabeninnenschaltung von 2 in
einer hohen Gangstellung;
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9 ist
eine Teilschnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nabeninnenschaltung;
und
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10 ist
eine Teilschnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Nabeninnenschaltung.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsformen
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrads, das eine spezielle Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Nabeninnenschaltung
enthält.
Dieses Fahrrad ist ein Freizeitfahrrad, welches einen Rahmen 1 mit
einem Doppelschleifenrahmenkörper 2 und
einer Vordergabel 3, eine Lenkkomponente 4, eine
Antriebskomponente 5, ein Vorderrad 6, ein Hinterrad 7,
an welchem eine Dreigangnabeninnenschaltung 10 befestigt
wurde, eine vordere Bremseinrichtung 8, eine Gangschaltungskomponenten 9 zum
Betätigen
der Nabeninnenschaltung 10 in Handnähe und einen Sattel 11 umfasst.
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Die Lenkkomponente 4 weist
eine Lenkstange 14 auf, die am oberen Abschnitt der Vordergabel 3 befestigt
ist, und eine Griffstange 15, die an der Lenkstange 14 befestigt
ist. Ein Bremshebel 16, der einen Teil der vorderen Bremseinrichtung 8 bildet,
ein Griff 17 und die Gangschaltungskomponente 19 sind am
rechten Ende der Griffstange 15 befestigt. Die Gangschaltungskomponente 9 ist
am Bremshebel 16 auf der Innenseite des Bremshebels 16 befestigt
und ist mit der Nabeninnenschaltung 10 mit einem Schaltsteuerseil 73 verbunden,
das ein Innenkabel und ein durch ein spiralförmiges äußeres Kabel gebildetes Gehäuse umfasst.
Die Gangschaltungskomponente 9 weist eine gewöhnliche
Struktur auf, wobei sie einen Aufwickelhebel zum Aufwickeln des
inneren Kabels und einen Lösehebel
aufweist, der die Aufwickeloperation des Aufwickelhebels löst und das
innere Kabel freigibt; und diese wird als solche nicht detailliert
an dieser Stelle beschrieben. Die Antriebskomponente 5 weist
ein Kurbelrad 18 auf, die auf dem unteren Abschnitt (Bodenhalteabschnitt)
des Rahmenkörpers
vorgesehen ist, eine Kette 19, die um das Kurbelrad 18 herumläuft, und
die Nabeninnenschaltung 10.
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Die Nabeninnenschaltung 10 ist
eine mit einer Rücktrittsbremse
ausgestattete Nabe mit einem dreistufigen Aufbau, der Kraftübertragungswege
zum Herunterschalten, Direktantrieb und zum Hochschalten enthält. Wie
in 2 gezeigt, weist
die Nabeninnenschaltung 10 einen Nabenachsbolzen 21,
der an dem hinteren Gabelende 2a des Rahmenkörpers 2 des
Fahrrads befestigt ist, einen Antreiber 22, der um den äußeren Rand
in einem Ende des Nabenachsbolzens 21 angeordnet ist, ein
Nabengehäuse 23, das
weiter um den äußeren Rand
des Nabenachsbolzens 21 und den Antreiber 22 angeordnet
ist, einen Planetengetriebemechanismus 24, einen Betätigungsmechanismus 25 zum
Auswählen
des Kraftübertragungsweges,
einen Winkelantrieb (bell crank) 26 zum Betätigungsmechanismus 25 und
eine Rücktrittsbremse 27 auf.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt,
ist der Nabenachsbolzen 21 ein stangenartiges Element,
das einen größeren Durchmesser
in der Mitte und an beiden Enden einen kleineren Durchmesser aufweist. Gewinde
sind an beiden Enden des Nabenachsbolzens 21 ausgebildet.
Ein Betätigungsloch 21a ist
im axialen Abschnitt des Nabenachsbolzens 21 in 2 vom rechten Ende zur Mitte
ausgebildet, und eine Durchgangsrille 21b ist in der Nähe des Bodens
des Betätigungslochs 21a ausgebildet.
Die Durchgangsrille 21b führt durch die Achse des Nabenachsbolzens 21 und
ist mit einem spezifischen Rillenneigungswinkel ß (siehe 5) mit Bezug auf die Achse geneigt.
Die Durchgangsrille 21b ist mit einer Biegung zur Seite
gegenüber
der Vorwärtsrichtung
ausgebildet, wobei sie in 5 von
rechts nach links führt.
Durchgangsrille 21b wird unter Verwendung eines Endbohrers
mit speziellen Durchmesser gebildet, um Löcher auszubilden, die durch
die Achse führen,
und durch anschließendes
Vorschieben des Bohrers in Richtung der Mitte in axialer Richtung, während der
Nabenachsbolzen langsam in Vorwärtsrichtung
gedreht wird. Daher ist die Durchgangsrille 21b als durchgängige Spirale
ausgebildet, in der die Durchgangslöcher, die sich an beiden Enden
schneiden, langsam entsprechend der Bewegung in axialer Richtung
drehen. Der Rillenneigungswinkel β sollte von 10 bis 50° reichen.
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Ein Ende der Antriebseinrichtung 22 ist
auf dem Nabenachsbolzen 21 über Kugeln und einen Nabenkegel 31 drehbar
gelagert, und ein Nabenkamm 32 ist um den äußeren Rand
der Antriebseinrichtung 22 an einem Ende befestigt. Eine
Mehrzahl von inneren Zähnen 22a ist
in axialer Richtung um den inneren Rand am anderen Ende der Antriebseinrichtung 22 ausgebildet.
Das Nabengehäuse 23 ist ein
rohrförmiges
Element, und ein Gehäuseraum 23a um
seinen inneren Rand herum bringt die Antriebseinrichtung 22 und
den Planetengetriebemechanismus 24 darin unter. Das Nabengehäuse 23 kann über Kugeln 33 und 34 sowie
einen Nabenkegel 35 um den Nabenachsbolzen 21 drehen.
Flansche 36 und 37 zum Stützen der Speichen 7a (siehe 1) sind an beiden Enden
des äußeren Randes
des Nabengehäuses 23 befestigt.
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Der Planetengetriebemechanismus 24 weist ein
Sonnenrad 40, das koaxial und integral mit dem Nabenachsbolzen 21 ausgebildet
ist, ein Getrieberahmen 41, der auf dem äußeren Rand
des Nabenachsbolzens 21 angeordnet ist, drei Planetengetriebe 42 (nur
ein Planetengetriebe ist in der Figur gezeigt), die mit dem Sonnenrad 40 verzahnt
sind, und ein Hohlrad 43 auf. Der Getrieberahmen 41 ist
ein röhrenförmiges Element
und wird drehbar auf dem Nabenachsbolzen 21 gelagert. Drei
Stiftlöcher 41a sind
in der Umfangsrichtung im Getrieberahmen 41 ausgebildet,
und die Planetengetriebe 42 werden drehbar durch Stifte 44 in
diesen verschiedenen Zapfenlöchern 41 gehalten.
Die inneren Zähne 41b sind um
den inneren Rand an einem Ende des Getrieberahmens 41 ausgebildet,
und die äußeren Zähne 41c ( 1) sind um den äußeren Rand
am anderen Ende ausgebildet.
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Das Hohlrad 43 ist in etwa
zylindrischer Form ausgebildet und erstreckt sich von den Planetengetrieben 42 zum äußeren Rand
der Antriebseinrichtung 22. Innere Zähne 43b sind um den
inneren Rand am äußeren Ende
des Hohlrads 43 ausgebildet. Die Planetengetriebe 42 sind
wie oben erwähnt
mit dem Umlaufrad 40 verzahnt, sind aber gleichzeitig mit
den inneren Zähnen 43b des
Hohlrads 43 verzahnt. Ein Stiftloch 43a ist am
einen Ende des Hohlrads 43 ausgebildet und eine Kupplungsklinke 53,
die einen Teil einer ersten Freilaufkupplung 50 bildet,
die in 4 gezeigt ist,
wird schwenkbar von einem Stift 54 in diesem Stiftloch 43a gehalten.
Diese Kupplungsklinke 53 wird in Standrichtung durch eine
Torsionsspulenfeder 55 (4)
vorgespannt. Die erste Freilaufkupplung 50 überträgt nur eine
Drehantriebskraft in Vorwärtsrichtung
vom Hohlrad 43 zum Nabengehäuse 23. Die Kupplungs klinke 53 greift
in Klinkenradzähne 23b ein,
die auf der inneren Randfläche
des Nabengehäuses 23 ausgebildet
sind, und zwar nur dann, wenn sich das Hohlrad 43 in Vorwärtsrichtung gedreht
hat. Sogar in einem Schaltungsaktivierungszustand, in dem das Hohlrad 43 in
Vorwärtsrichtung dreht,
kann diese erste Freilaufkupplung 50 zwischen einem Kraftübertragungszustand,
in welchem die Kupplungsklinke 53 in die Klinkenradzähne 23b eingreift,
und einem Schaltungsdeaktivierungszustand zum Zurückziehen
von den Klinkenradzähnen 23b umschalten,
was durch die Bewegung des Kupplungselements erreicht wird, wie
unten beschrieben.
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Eine zweite Freilaufkupplung 51,
die Drehantriebskraft nur in Vorwärtsrichtung von der Antriebseinrichtung 22 zum
Hohlrad 43 überträgt, ist
zwischen der Antriebseinheit 22 und dem Hohlrad 43 angeordnet.
Eine dritte Freilaufkupplung 52, die Drehantriebskraft
nur in Vorwärtsrichtung
vom Getrieberahmen 41 an das Nabengehäuse 23 überträgt, ist zwischen
dem Getrieberahmen 41 und dem Nabengehäuse 23 angeordnet.
Die dritte Freilaufkupplung 52 weist ein röhrenförmiges Kupplungsgehäuse 56 auf,
in dem innere Zähne 56a um
den inneren Rand an dem einen Ende ausgebildet sind. Diese inneren Zähne 56a greifen
in die äußeren Zähne 41c des
Getrieberahmens 41 ein, und das Kupplungsgehäuse 56 dreht
integral mit dem Getrieberahmen 41. Diese beiden Freilaufkupplungen 51 und 52 sind,
anders als die erste Freilaufkupplung 50, nicht in der
Lage, das Umschalten in einen Schaltungsaktivierungszustand durchzuführen.
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Der Betätigungsmechanismus 25 wird
verwendet, um den Kraftübertragungsweg
auszuwählen,
und er umfasst ein Kupplungselement 45 und eine Kupplungssteuerkomponente 46.
Das Kupplungselement 45 schaltet die Antriebseinheit 22 und den
Getrieberahmen 41 zwischen einem verbundenen Zustand und
einem getrennten Zustand um, und schaltet außerdem die erste Freilaufkupplung 50 zwischen
einem Kraftübertragungszustand
und einem kraftlosen Zustand um. Das Kupplungselement 45 ist um
den äußeren Rand
des Nabenachsbolzens 21 herum so angeordnet, dass es sich
drehen und in axialer Richtung bewegen kann.
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Wie in 4 gezeigt
ist, ist das Kupplungselement 45 ein röhrenförmiges Element, und es weist äußere Zähne 45a auf,
die um den äußeren Rand
an seinem einem Ende ausgebildet sind. Die äußeren Zähne 45a stehen im
Schubeinriff mit den inneren Zähnen 22a der
An triebseinheit 22. Eine Komponenten mit großem Durchmesser 45b ist
am anderen Ende Kupplungselements 45 ausgebildet, und äußere Zähne 45c sind
um dessen äußeren Rand
herum ausgebildet. Die äußeren Zähne 45c können in
die inneren Zähne 41b eingreifen,
die im Getrieberahmen 41 ausgebildet sind. Eine sich verjüngende Oberfläche 45d ist
zwischen der Komponente mit großem
Durchmesser 45b und einem Ende ausgebildet. Diese sich
verjüngende
Oberfläche 45d ist
vorgesehen, um die Kupplungsklinke 53 der ersten Freilaufkupplung 50 von
ihrer aufgerichteten Position (Kraftübertragungsposition), die durch
die durchgezogenen Linie angedeutet ist, zu ihrer zurückgezogenen
Position (Energieabschaltposition) abzusenken, die durch die zweifach
gepunktete Kettenlinie angedeutet ist. Wenn das Kupplungselement 45 sich
von der linken zur Herunterschaltposition auf dem rechten Ende bewegt,
folgt die Kupplungsklinke 53 entlang der sich verjüngenden
Oberfläche 45d,
läuft nach
oben auf die Komponente mit großem
Durchmesser 45d und wird auf eine zurückgezogene Einstellung abgesenkt.
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Wie in 3 gezeigt,
sind zwei gestufte Komponenten 45e und 45f um
den inneren Rand des Kupplungselements 45 mit Abständen zwischen
ihnen in axialer Richtung ausgebildet. Wie in 4 gezeigt, ist eine Mehrzahl von Nockenflächen 47 auf
der linken Stufenkomponente 45f mit Zwischenräumen dazwischen
in Umfangsrichtung ausgebildet. Wie in 5 gezeigt, weisen die Nockenflächen 47 eine
flache Oberfläche 47a,
die an einem Ende abgesenkt ist, eine gekrümmte Oberfläche 47b, die stromabwärts in Vorwärtsrichtung
A der flachen Oberfläche 47a führt, und
eine geneigte Oberfläche 47c auf,
die stromaufwärts
führt.
Der Neigungswinkel α bezüglich der Achse dieser geneigten
Oberfläche 47c sollte größer als
der Rillenneigungswinkel β der Durchgangsrille 21b sein
und zwischen 20 und 70° liegen.
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Die Kupplungssteuerkomponente 46 bewegt das
Kupplungselement 45 in axialer Richtung des Nabenachsbolzens 21,
und sie greift mit dem Kupplungselement 45 zusammen, um
die Drehantriebskraft des Kupplungselements 45 in eine
Verschiebung in axialer Richtung umzuwandeln. Die Kupplungssteuerkomponente 46 weist
eine Druckstange 48, auf die sich in axialen Richtung durch
das Betätigungsloch 21a bewegt,
und eine Schalttaste 49 auf, die an die Seite des Getrieberahmens 41 durch
die Druckstange 48 gedrückt
wird, wie es in 3 gezeigt
ist.
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Wie in 6 gezeigt
ist, weist die Druckstange 48 ein Betätigungselement 65 mit
einer spezifischen Länge,
eine Betätigungseinrichtung
(Aktuator) 66, die am entfernten Ende des Bedienungselements 65 derart
befestigt ist, dass sie sich in der axialen Richtung bewegen kann,
und eine erste Spulenfeder 60 auf, die zwischen dem Bedienungselement 65 und der
Betätigungseinrichtung 66 angeordnet
ist. Das Bedienungselement 65 weist eine Stangenkomponente 68 und
eine Stoßkomponente 69 auf,
die auf die Stangenkomponente 68 geschraubt ist. Eine Gewindekomponente 68a ist
auf dem Grundabschnittsende der Stangenkomponente 68 ausgebildet,
und eine Komponente mit großem Durchmesser 68b ist
auf dem entfernten Ende ausgebildet. Diese Gewindekomponente 68a wird
in die Stoßkomponente 69 eingeschraubt.
Die Komponente mit großem
Durchmesser 68b ist verschiebbar in einem Führungsloch 66a montiert,
das im Inneren der Betätigungseinrichtung 66 ausgebildet
ist. Das Führungsloch 66a weist
auf der Seite der Betätigungseinrichtung 66 einen
kleineren Durchmesser auf, was die Betätigungseinrichtung 66 am
Austreten hindert. Die erste Spulenfeder 60 wird in einem
komprimierten Zustand zwischen der Stirnfläche der Betätigungseinrichtung 66 und
der Endkomponente der Schlagkomponente 69 eingesetzt, und
sie spannt die Betätigungseinrichtung 66 und
das Bedienungselement 65 von einander weg. Wenn somit die
Betätigungseinrichtung 66 auf
die Schalttaste 49 drückt, wird
das Kupplungselement 45 in Richtung des Getrieberahmens 41 vorgespannt.
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Wie in 4 gezeigt,
ist die Schalttaste 49 ein stangenartiges Element mit dreieckigem
Querschnitt. Wenn die Schalttaste 49 gedrückt wird,
bewegt sie sich durch die Durchgangsrille 21b, während sie
sich aus der Vorwärtsrichtung
in die entgegengesetzte Richtung dreht, d.h. während des Drehens. Die Kontaktfläche der
Schalttaste 49 mit der Durchgangsrille 21b ist
in einem Winkel ausgebildet, der der Durchgangsrille 21b folgt.
Wenn z.B. der Neigungswinkel β der Durchgangsrille 21b 30° beträgt, beträgt auch
der Winkel der Kontaktfläche 49b bezüglich der
Achse etwa 30°.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Bewegung der Schalttaste 49 durch einen Stoppring 63,
der um den inneren Rand am anderen Ende des Kupplungselements 45 befestigt
ist, auf einen Bereich innerhalb des Kupplungselementes 45 beschränkt. Daher
kann die Schalttaste 49 tatsächlich nicht aus dem Kupplungselement 45 herausgelangen,
wie es in 4 gezeigt
ist. Stattdessen berührt
die Schalttaste 49 den Stoppring 63 und bewegt das
Kupplungselement 45 in 3 nach
links.
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Andererseits kann die Schalttaste 49 gegen die
Nockenflächen 47 innerhalb
des Kupplungselements 45 stoßen. Wenn das Kupplungselement 45 in Vorwärtsrichtung
in einen Zustand gedreht wird, in den die Schalttaste 49 gegen
die flache Komponente 47a der Nockenfläche 47 gestoßen ist,
dann wird die Schalttaste 49 auf die Führungsfläche der Durchgangsrille 21b durch
die geneigte Oberfläche 47c der Nockenfläche 47 gedrückt. Als
Ergebnis bewegt sich das Kupplungselement 45 in axialer
Richtung nach rechts. Insbesondere wird die Drehantriebskraft des Kupplungselements 45 in
eine Verschiebung in axialer Richtung umgewandelt, um die Schaltsteuerung zu
unterstützen.
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Ein Zapfen 49a ist an beiden
Enden der Schalttaste 49 ausgebildet, und gegen diesen
Zapfen 49a wird eine zweite Spulenfeder 61 angehalten,
die an ihrem anderen Ende auf dem Nabenachsbolzen 21 angehalten
wird. Die Schalttaste 49 wird konstant in Richtung des
Kupplungselements 45 durch diese zweite Spulenfeder 61 vorgespannt.
Eine dritte Spulenfeder 62 ist zwischen der Schalttaste 49 und
dem Kupplungselement 45 angeordnet. Die dritte Spulenfeder 62 ist
durch ein (nicht gezeigtes) Beschränkungselement auf eine spezifische
Gesamtlänge
beschränkt.
Wenn die dritte Spulenfeder 62 zusammengedrückt wird,
spannt sie die Schalttaste 49 und das Kupplungselement 45 von
einander weg, bevor erstere gegen letztere stößt. Als Ergebnis verbleibt
das Kupplungselement ordnungsgemäß während der
Bewegung in einem gleichbleibendem Abstand von der Schalttaste 49,
und wird genau positioniert.
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Bei dieser Ausführungsform nehmen die Vorspannkräfte der
ersten bis dritten Spulenfedern 60, 61 und 62 in
dieser Reihenfolge ab. Wenn die Federkraft der ersten Spulenfeder 60 kleiner
als die der zweiten Spulenfeder 61 wäre, dann würde, sogar wenn die Schalttaste 49 durch
die Druckstange 48 gedrückt
wird, die erste Spulenfeder 60 sich zusammenziehen, und
die Schalttaste 49 würde
sich nicht bewegen. Wenn die Federkraft der zweiten Spulenfeder 61 kleiner
als die der dritten Spulenfeder 62 wäre, dann würde, sogar wenn die Schalttaste
durch die zweite Spulenfeder 61 gedrückt würde, die Schalttaste 49 nicht
in die Nockenfläche 47 hineingelangen, und
die Schaltsteuerung würde
nicht unterstützt.
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Die erste Spulenfeder 60 ist
in einem relativ großem
Zwischenraum zwischen dem Bedienungselement 65 und der
Betätigungseinrichtung 66 innerhalb
des Betätigungslochs 21a positioniert,
so dass es möglich
ist, die Anzahl der Spulen zu erhöhen und dadurch die Federkonstante
und die Federkraft zu senken. Folglich können die Federkonstanten und die
Federkräfte
der zweiten und dritten Spulenfedern 61 und 62 weiter
gesenkt werden, was eine Verringerung der Gesamtkraft ermöglicht,
die erforderlich ist, um die Druckstange 48 während des
Hochschaltens zu drücken.
Dies wiederum würde
die Betätigungskraft
des Aufwickelhebels in der Schaltsteuerkomponente 9 senken.
Als Ergebnis liegt weniger Spannung auf dem inneren Kabel, und das
innere Kabel reißt nicht
so häufig.
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Der Winkelantrieb 26 ist
am axialen Ende des Nabenachsbolzens 21 befestigt. Der
Winkelantrieb 26 umfasst eine Stützhalterung 70, die
am axialen Ende befestigt ist, und ein Verbindungselement 71,
das durch die Stützhalterung
schwenkbar gehalten wird. Das äußere Gehäuse 73a des
Schaltsteuerseils 73 wird an dieser Stützhalterung 70 gestoppt, und
ein inneres Kabel 73b wird am Verbindungselement 71 gestoppt.
Das entfernte Ende des Verbindungselements 71 stößt gegen
das Grundabschnittsende der Druckstange 48. Das Ziehen
des inneren Kabels 73b mittels der Schaltsteuerkomponente 9 schwenkt
das Verbindungselement 71, drückt die Druckstange 48 und
führt das
Hochschalten aus. Wenn das innere Kabel gelockert wird, wird das
Kupplungselement 45 durch die zweite Spulenfeder 61 über die
Schalttaste 49 gedrückt,
und ein Herunterschalten wird ausgeführt.
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Wie in 2 gezeigt,
ist eine Rücktrittsbremse 27 am
Kupplungsgehäuse 56 befestigt.
Die Rücktrittsbremse 27 umfasst
eine durch das Kupplungsgehäuse 56 gehaltene
Bremsrolle 57, eine Nockenfläche 41d, die um den äußeren Rand
am anderen Ende des Getrieberahmens 41 ausgebildet ist,
und einen Bremsschuh 58, der eine Bremsaktion auf die innere
Fläche
am anderen Ende des Nabengehäuses 23 ausübt. Die
Bremsrolle 57 ist so ausgestaltet, dass sie durch die Nockenfläche 41d in
radialer Richtung nach außen
gedrückt
wird, wenn die Antriebseinrichtung 22 in die umgekehrte
Richtung dreht. Als Ergebnis kommt der Bremsschuh 58 in
Kontakt mit der Innenfläche
des Nabengehäuses 23 und
bremst diese.
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Eine Blockierung der Bremse neigt
dazu aufzutreten, wenn die Rücktritsbremse 47 eingerichtet ist.
Bremsblockierung ist ein Phänomen,
durch das, wenn die erste Freilaufkupplung
50 sich in einem Kraftübertragungszustand
befindet, wenn der Fahrer die Pedalen zum Bremsen rückwärts bewegt,
die Antriebskraft in einem Zustand übertragen wird, in dem die
Bremse betätigt
wird und die Bremse nicht gelöst werden
kann. Ein Klinkengehäuse 59 ist
an der ersten Freilaufkupplung 50 bei dieser Ausführungsform befestigt,
um dieses Phänomen
zu verhindern. Das Klinkengehäuse 59 schafft
einen spezifischen Winkel für
ein Spiel zwischen den Klinkenradzähnen 23b des Nabengehäuses 23 und
der Kupplungsklinke 53 der ersten Freilaufkupplung 50 und
ermöglicht,
dass die Bremse gelöst
werden kann, während
das Hohlrad 43 sich um diese Menge an Spiel dreht. Speziell verhindert
das Klinkengehäuse 59,
entweder, dass die Kupplungsklinke 53 bei einem spezifischen
Winkel aufgerichtet wird, oder ermöglicht ihr sogar, wenn sie
aufgerichtet ist, das Aufrichten an einer Position, wo sie die Klinkenradzähne 23b an
dem bestimmten Winkel nicht stoppen kann, und sie verzögert die
Zeit, bei der die Kupplungsklinke 53 durch die Klinkenradzähne 23b während des
anfänglichen
Antriebs angehalten wird.
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Wegen des Planetengetriebemechanismus 24 und
der Freilaufkupplungen 50 bis 52 weist diese Nabeninnenschaltung 10 folgendes
auf Einen Kraftübertragungsweg
zum Herunterschalten, welcher aus der Antriebseinrichtung 22,
dem Hohlrad 43, dem Planetengetriebemechanismus 24,
dem Getrieberahmen 41 und dem Nabengehäuse 23 zusammengesetzt
ist; einen Kraftübertragungsweg
für den
Direktantrieb, der aus der Antriebseinheit 22, dem Hohlrad 43 und
dem Nabengehäuse 23 zusammengesetzt
ist, und einen Kraftübertragungsweg
zum Hochschalten, der aus der Antriebseinheit 22, dem Kupplungselement 45,
dem Getrieberahmen 41, dem Planetengetriebemechanismus 24,
dem Hohlrad 43 und dem Nabengehäuse 23 zusammengesetzt
ist.
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Das Schalten wird durch Betätigen der Druckstange 48 mit
dem Winkelantrieb 26 über
das Schaltsteuerkabel 73 durchgeführt. In dem in 3 gezeigten Zustand, in welchem die Druckstange 48 nicht
eingedrückt
ist, ist das Kupplungselement 45 in der Herunterschaltposition
am rechten Ende angeordnet, und die Drehung von der Antriebseinrichtung 22 wird
an das Nabengehäuse 23 übertragen,
nachdem ihre Geschwindigkeit über
den Kraftübertragungsweg
zum Herunterschalten gesenkt worden ist. Genauer gesagt wird die
Dreheingabe an die Antriebseinrichtung 22 über die
zweite Freilaufkupplung 52 an das Hohlrad 43 übertragen.
Jetzt wird die Kupplungsklinke 53 der ersten Freilaufkupplung 50 durch
das Kupp lungselement 45 zur zurückgezogenen Einstellung gedreht,
welche durch die Zweipunktkettenlinie in 4 gezeigt ist, und die erste Freilaufkupplung 50 befindet
sich in einem nicht angetriebenen Zustand. Demzufolge wird die auf
das Hohlrad 43 übertragene
Drehung weiter an das Nabengehäuse 23 über den
Planetengetriebemechanismus 24, den Getrieberahmen 41 und
die dritte Freilaufkupplung 52 übertragen. In diesem Fall wird die
eingegebene Drehung hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit entsprechend
dem Gangschaltungsverhältnis
verringert, welches durch die Anzahl der Zähne des Sonnenrads 40,
der Planetengetriebe 42 und des Hohlrads 43 bestimmt
ist.
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Wenn der Aufwickelhebel der Schaltsteuerkomponente 9 betätigt wird,
schwenkt das Verbindungselement 71 des Winkelantriebs 26 und
drückt die
Druckstange 48 um eine Stufe ein. Da die Federkraft der
ersten Spulenfeder 60 größer als die Federkraft der
zweiten Spulenfeder 61 ist, wird die Schalttaste 49 im
Ergebnis durch das Verbindungselement 71 über die
Druckstange 48 gedrückt,
in die Durchgangsrille 21b geführt und in 3 nach links bewegt, während sie
sich um den Nabenachsbolzen dreht. Das Kupplungselement 45 wird
außerdem über den
Stoppring 63 gedrückt
und nimmt die Direktantriebsposition ein. Sobald sich das Kupplungselement 45 in
der in 7 gezeigten Direktantriebsposition
befindet, wird die Kupplungsklinke 53 der ersten Freilaufkupplung 50,
welche durch die sich verjüngende
Fläche 45d in
eine zurückgezogene
Einstellung versetzt wurde, in die aufgerichtete Einstellung durch
die Federkraft der Torsionsspulenfeder 55 zurückversetzt,
wie es durch die durchgezogene Linie in 4 gezeigt ist. In diesem Zustand kann
die Freilaufkupplung 50 nur eine Drehung in Vorwärtsrichtung
vom Hohlrad 43 zum Nabengehäuse 23 übertragen.
Daher wird die Drehung der Antriebseinrichtung 22 direkt
auf das Nabengehäuse 23 direkt über den Kraftübertragungsweg
für den
direkten Antrieb übertragen.
Genauer gesagt wird die Drehungseingabe an die Antriebseinrichtung 22 zum
Hohlrad 43 über die
zweite Freilaufkupplung 51 übertragen, anschließend wird
sie an das Nabengehäuse 23 über die
erste Freilaufkupplung 50 übertragen, und die Drehung der
Antriebseinrichtung 22 wird direkt über das Hohlrad 43 an
das Nabengehäuse 23 übertragen.
Jetzt wird die Drehung vom Hohlrad 43 über den Planetengetriebemechanismus 24 an
den Getrieberahmen 41 übertragen,
und der Getrieberahmen dreht mit reduzierter Geschwindigkeit, da
aber die Drehung des Nabengehäuses 23 schneller
als die des Getrieberahmens 41 ist, findet keine Übertra gung
der Drehung vom Getrieberahmen 41 an das Nabengehäuse 23 über die
dritte Freilaufkupplung 52 statt.
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Wenn der Aufwickelhebel vom Direktantriebszustand
aus betätigt
und die Druckstange 48 weiter hineingedrückt wird,
bewegt sich die Schalttaste 49 weiter nach links, und das
Kupplungselement 45 bewegt sich entsprechend in die Hochschaltposition.
Wenn das Kupplungselement 45 sich in der in 8 gezeigten Hochschaltposition
befindet, greifen die äußeren Zähne 45c des
Kupplungselements 45 und die inneren Zähne 41b des Getrieberahmens 41 ineinander
ein. Wenn bei dieser Bewegung zur Hochschaltposition die äußeren Zähne 45c und
die inneren Zähne 41b in
Positionen angeordnet sind, in denen sie ineinander greifen, bewegt
sich das Kupplungselement 45 direkt zur Hochschaltposition
nach links, nachdem das Kupplungselement 45 gegen den Getrieberahmen 41 gestoßen ist.
Wenn diese Zähne jedoch
in Positionen angeordnet sind, in denen sie nicht ineinander greifen,
stoppen die Schalttaste 49 und das Kupplungselement 45 ihre
Bewegung nach links vorübergehend
an dem Punkt, an welchem das Kupplungselement 45 auf den
Getrieberahmen 41 stößt. Wenn
dies geschieht, zieht sich die Betätigungseinrichtung der Druckstange 48 zurück, die erste
Spulenfeder 60 wird zusammengedrückt und die Schalttaste 49 wird
gedrückt.
Wenn das Kupplungselement 45 anschließend dreht und die beiden Zahnsätze 45c und 41b ihre
Eingriffspositionen erreichen, bewegt die Federkraft der ersten
Spulenfeder 60 das Kupplungselement 45 über die
Schalttaste 49, und die beiden Zahnsätze 45c und 41b greifen
ineinander.
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In diesem Zustand wird die an die
Antriebseinrichtung 22 übertragene
Drehung über
den Übertragungsweg
zum Hochschalten an das Nabengehäuse 23 übertragen.
Genauer gesagt wird die Drehung von der Antriebseinheit 22 über das
Kupplungselement 45 und zum Getrieberahmen 41 übertragen. Die
an den Getrieberahmen 41 übertragene Drehung wird an
das Nabengehäuse 23 über den
Planetengetriebemechanismus 24, das Hohlrad 43,
und die erste Freilaufkupplung 50 übertragen. In diesem Fall wird die
Geschwindigkeit der Eingangsdrehung erhöht und entsprechend dem Gangschaltverhältnis ausgegeben,
das durch die Anzahl der Zähne
des Sonnenrads 40, der Planetengetriebe 42 und
des Hohlrades 43 festgelegt wird. An dieser Stelle wird
versucht, die Drehung von der Antriebseinheit 22 über die
zweite Freilaufkupplung 51 zum Hohlrad 43 zu übertragen, da
aber die Drehung des Hohlrads 43 schneller als die der
Antriebseinrichtung 22 ist, wird von der zweiten Freilaufkupplung 51 keine
Drehung übertragen.
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Da die Drehung direkt zwischen der
Antriebseinrichtung 22 und dem Hohlrad 43 während einer
derartigen Schaltung von der Herunterschaltseite zur Hochschaltseite übertragen
wird, ist es am besten, das Kupplungselement 45 zu bewegen,
auf welches keine Kraft einwirkt. Entsprechend kann die Federkraft
der ersten Spulenfeder 60 zum Drücken des Kupplungselements 45 reduziert
werden, und da die Federkraft der zweiten Spulenfeder 61 niedriger
ist als diese, kann die Schaltbetätigung mit einer geringen Kraft
ausgeführt
werden.
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Wenn der Lösehebel der Schaltsteuerkomponente 9 in
der in 8 gezeigten Hochschaltposition
betätigt
wird, wird die Vorspannkraft der ersten Spulenfeder 60 entfernt,
und die zweite Spulenfeder 61 drückt auf die Schalttaste 49 und
veranlasst die Druckstange 48, um eine Stufe nach rechts
zurückzufahren.
Die Schalttaste 49 drückt
anschließend
auf das Kupplungselement 45 über die dritte Spulenfeder 62 und
versucht das Kupplungselement 45 zur Direktantriebsposition
zu bewegen. Wenn der Fahrer die Pedalen nicht betätigt und
keine Antriebskraft übertragen
wird, trennt sich das Kupplungselement 45 leicht vom Getrieberahmen 41,
und das Kupplungselement 45 bewegt sich in die Direktantriebsposition.
Wenn der Fahrer jedoch die Pedalen tritt, kann die Reibungskraft,
da Antriebskraft vom Kupplungselement 45 zum Getrieberahmen 41 übertragen
wird, veranlassen, dass die inneren Zähne 41b und die äußeren Zähne 45b miteinander
verzahnt bleiben. In einem Fall wie diesem wird die Federkraft der
zweiten Spulenfeder 61 allein nicht das Kupplungselement 45 in 8 nach rechts bewegen. Wenn
in diesem Zustand die Schalttaste 49 auf die flache Oberfläche 47a der
Nockenfläche 47 des
Kupplungselements 45, das in 5 gezeigt
ist, stößt, wird
die Schalttaste 49 zur Führungsfläche über die gesamte Länge des
in die Durchgangsrille 21b eingeschobenen Abschnitts gedrückt, und
es wird durch Reibungskraft verhindert, dass sie in axialer Richtung
ausbricht. Wenn die Schalttaste 49 auf der geneigten Oberfläche 47c nach
oben läuft,
bewegt sich als Ergebnis das Kupplungselement 45 nach rechts.
Wenn die Verzahnung der inneren Zähne 41b und der äußeren Zähne 45c anschließend aufgehoben
wird, wird das Kupplungselement 45 über die Schalttaste 49 durch die
zweite Spulenfeder 61 gedrückt und bewegt sich zur Direktantriebsposition.
Anders ausgedrückt
unterstützt
die Berührung
zwischen der Nockenfläche 47 des
Kupplungselements 45 und der Schalttaste 49 das
Schalten durch Umwandeln der Drehbewegung des Kupplungselements 45 in
eine Verschiebung in axialer Richtung.
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Die Schalttaste 49 kann
nicht einfach in axialer Richtung nach links ausbrechen, wie es
oben erwähnt
wurde, da sie durch die zweite Spulenfeder 61 gedrückt wird,
und die Durchgangsrille 21b bezüglich der Achse geneigt und
in einer Spirale gedreht ist. Daher bricht die Schalttaste 49 nicht
in axialer Richtung aus, wenn die übertragene Antriebskraft kleiner als
die Vorspannkraft der zweiten Spulenfeder und die Reibungskraft
zwischen der Schalttaste und der Führungsfläche ist. Wenn jedoch eine Antriebskraft ausgeübt wird,
die größer ist
als diese, kann die Schalttaste 49 die Vorspannkraft der
zweiten Spulenfeder 61 und die Reibungskraft mit der Führungsfläche überwinden
und in axialer Richtung nach links entweichen, ohne dass sich das
Kupplungselement 45 bewegt. Die Reibungskraft kann hier
mittels des Rillenneigungswinkels ß eingestellt werden.
Wenn dieser Rillenneigungswinkel ß zu hoch eingestellt wird,
wird es schwierig für
die Schalttaste 49, sich nach links zu bewegen, wenn die
Schalttaste 49 durch die Druckstange 48 geschoben
wird. Wenn der Rillenneigungswinkel ß jedoch zu niedrig
eingestellt wird, wird der Widerstand beim Schieben der Druckstange 48 kleiner,
aber es verringert sich auch die Reibungskraft. Daher sollte der
Rillenneigungswinkel β zwischen 10 und 50° liegen.
Es ist möglich,
die Antriebskraft an der Grenze einzustellen, an der die Schalttaste
während
der Unterstützung
ausweicht, und zwar durch Einstellen dieses Rillenneigungswinkels ß,
des Rillenneigungswinkels ?, der geneigten Oberfläche 47c der
Nockenfläche 47 und
der Federkraft der drei Spulenfedern 60 bis 62.
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Sogar wenn eine Antriebskraft, die
größer als die
eingestellte Antriebskraft ist, ausgeübt wird und die Schalttaste 49 in
axialer Richtung ohne Bewegen des Kupplungselements 45 ausweicht,
wird, sobald das Kurbelrad 18 die Nähe des oberen Mittelpunktes oder
des unteren Mittelpunktes erreicht und die Antriebskraft sinkt,
das Kupplungselement 45 durch die von der Schalttaste 49 erzeugte
Unterstützungskraft gedrückt und
bewegt sich nach rechts. Demzufolge wird keine Schaltung ausgeführt, wenn
eine extrem hohe Antriebskraft ausgeübt wird, wie z.B. auf einem steilen
Hügel,
was die Erschütterung
beim Schalten reduziert und hilft, Schaden an den Antriebskraftübertragungsteilen
wie den Zähnen
und den Freilaufkupplungen zu verhindern. Wenn sich das Kupplungselement 45 schließlich bewegt, trennt
sich die Schalttaste 49 durch die dritte Spulenfeder 62 von der
Nockenfläche 47.
Folglich wird kein Lärm
durch die Berührung
mit der Schalttaste 49 erzeugt, sogar wenn das Kupplungselement 45 gedreht
wird. In der in 7 gezeigten
Direktantriebsposition wird die Drehung von der Antriebseinrichtung 22 an
das Nabengehäuse 23 über den
Direktantriebsübertragungsweg übertragen,
wie es oben diskutiert wurde.
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Wenn der Lösehebel in einem Zustand betätigt wird,
in welchem das Kupplungselement 45 in der Direktantriebsposition
angeordnet ist, zieht sich die Druckstange 48 weiter zurück und die
Schalttaste 49 drückt
auf das Kupplungselement 45. An dieser Stelle kommt die
sich verjüngende
Fläche 45d des
Kupplungselements 45 in Kontakt mit der Kupplungsklinke 53 der
ersten Freilaufkupplung 50 und versucht, die Kupplungsklinke 53 aus
einer aufgerichteten Einstellung in eine zurückgezogene Einstellung zu senken. Da
die Kupplungsklinke 53 jedoch Kraft vom Hohlrad 43 zum
Nabengehäuse 23 überträgt, lässt sie
sich nicht einfach auf eine zurückgezogene
Einstellung allein durch die Vorspannkraft der zweiten Spulenfeder 61 absenken.
Wenn die Schalttaste 49 gegen die Nockenfläche 47 des
Kupplungselements 45 stößt, wird hier
wiederum, genauso wie oben diskutiert, eine Unterstützungskraft
erzeugt das Kupplungselement 45 wird in axialer Richtung
bewegt und die Kupplungsklinke 53 kann abgesenkt werden.
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Da die Drehung direkt an das Hohlrad 43 übertragen
wird, ohne dass sie über
das Kupplungselement 45 erfolgt, gibt es eine Reduzierung
in der Betätigungskraft,
die während
des Schaltens in einer Hochschaltoperation von der Herunterschaltseite
zur Hochschaltseite erforderlich ist. Da die Drehkraft des Kupplungselements 45 dadurch
unterstützt
wird, dass sie in eine Verschiebung in axialer Richtung während einer
Herunterschaltbetätigung
von der Hochschaltseite zur Herunterschaltseite umgewandelt wird,
kann der Fahrer eine Schaltung mit wenig Kraft während des Pedalentretens sogar
beim Hochschalten ausführen.
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In der obigen Ausführungsform
wurde eine Reduzierung der Federkraft während des Hochschaltens, durch
Installieren einer ersten Spulenfeder um die Druckstange herum erreicht,
die Druckstange 48a kann stattdessen aber ein stangenartiges
Element ohne eine damit verbundene Feder sein, wie es in 9 gezeigt ist. In diesem
Fall ist die erste Spulenfeder 60 in einem komprimierten
Zustand zwischen dem Kupplungselement 45 und dem Nabenkegel
31 angeordnet.
Die Federkräfte
der drei Spulenfedern 60 bis 62 werden ansteigend
in Reihenfolge von der zweiten Spulenfeder 61, der dritten
Spulenfeder 62 und der ersten Spulenfeder 60 kleiner.
Wenn die Vorspannkraft der zweiten Spulenfeder 61 kleiner als
die der dritten Spulenfeder 62 wäre, dann würde die Schalttaste 49,
sogar wenn sie beim Zurückziehen
der Druckstange 48a zur Herunterschaltseite gedrückt wird,
nicht das Kupplungselement 45 stoßen, und man erhielte keine
Unterstützungskraft.
Wenn die Vorspannkraft der dritten Spulenfeder 62 außerdem kleiner
als die der ersten Spulenfeder 60 wäre, dann würde sich beim Zurückziehen
der Druckstange 48a zur Herunterschaltseite und beim Drücken der zweiten
Spulenfeder 61 auf die Schalttaste 49 die dritte
Spulenfeder 62 zusammenziehen, es würde sich nur die Schalttaste 49 bewegen,
die Schalttaste 49 und das Kupplungselement 45 wären nicht
in der Lage sich voneinander wegzubewegen und das Kupplungselement 45 kann
nicht positioniert werden.
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Bei dieser Ausführungsform drückt die Schalttaste 49 nur
in der Herunterschaltrichtung gegen das Kupplungselement 45 und
beide bewegen sich unabhängig
in der Hochschaltrichtung. Anders ausgedrückt, ein Stoppring ist nicht
für das
Kupplungselement 45 vorgesehen. Die Gesamtlänge der dritten
Spulenfeder 62 wird durch die spezifische Länge eines
Beschränkungselements
(nicht gezeigt) eingeschränkt,
und der Zwischenraum zwischen dem Kupplungselement 45 und
der Schalttaste 49 wird einfach konstant gehalten, sogar
wenn die beiden sich unabhängig
voneinander bewegen. Der Rest des Aufbaus ist derselbe wie bei der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform
und wird hier nicht beschrieben.
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Bei dieser Ausführungsform wird das Kupplungselement 45 in
dem in 9 gezeigten Zustand, bei
dem die Druckstange 48a nicht hineingedrückt ist, an
der Herunterschaltposition am rechten Ende angeordnet, und die Drehung
von der Antriebseinrichtung 22 wird auf das Nabengehäuse 23 übertragen, nachdem
ihre Geschwindigkeit über
den Herunterschaltkraftübertragungsweg
reduziert worden ist, genauso wie bei der ersten Ausführungsform
oben. Genauer gesagt wird die eingehende Drehung an die Antriebseinrichtung
22 zum Hohlrad 43 über
die zweite Freilaufkupplung 51 übertragen.
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Wenn der Aufwickelhebel der Schaltsteuerkomponente 9 betätigt wird,
wird das Verbindungselement 71 des Winkelantriebs 26 geschwenkt
und die Druckstange 48a um eine Stufe eingedrückt. Als
Ergebnis wird die Schalttaste 49 durch die Druckstange 48a gedrückt und
bewegt sich nach links, während sie
sich um den Nabenachsbolzen dreht, und das Kupplungselement 45,
welches durch die erste Spulenfeder 60 vorgespannt wird,
folgt der Schalttaste 49 und bewegt sich zur Direktantriebsposition.
Wenn das Kupplungselement 45 anschließend in der Direktantriebsposition
angeordnet wird, wird die Kupplungsklinke 53 der ersten
Freilaufkupplung 50, welche durch die sich verjüngende Oberfläche 45d in eine
zurückgezogene
Einstellung versetzt wurde, durch die Federkraft der Torsionsspulenfeder 55 wieder
in die durch die durchgezogene Linie in 4 gezeigte aufgerichtete Einstellung
zurückgeführt, und die
Drehung von der Antriebseinrichtung 22 wird genauso wie
in der ersten Ausführungsform
durch den Direktantriebskraftübertragungsweg
direkt an das Nabengehäuse 23 übertragen.
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Wenn der Windungshebel in der Direktantriebsposition
betätigt
und die Druckstange 48a weiter eingedrückt wird, bewegt sich die Schalttaste 49 weiter
nach links, und das Kupplungselement bewegt sich außerdem in
die Hochschaltposition. Wenn das Kupplungselement 45 in
der Hochschaltposition angeordnet wird, greifen die äußeren Zähne 45c des Kupplungselements 45 und
die inneren Zähne 41b des
Getrieberahmens 41 ineinander. Bei dieser Bewegung zur
Hochschaltposition bewegt sich das Kupplungselement 45,
wenn die äußeren Zähne 45c und
die inneren Zähne 41b in
Positionen angeordnet sind, bei denen sie ineinander greifen, direkt
zur Hochschaltposition nach links, nachdem das Kupplungselement 45 auf
den Getrieberahmen 41 stößt. Wenn diese Zähne jedoch
in einer Position angeordnet sind, in der sie nicht eingreifen,
stoppt das Kupplungselement 45 vorübergehend seine Bewegung nach
links an dem Punkt, an welchem das Kupplungselement 45 auf
den Getrieberahmen 41 stößt. Da jedoch das Kupplungselement 45 durch
die Vorspannkraft der ersten Spulenfeder 60 gedrückt wird, wenn
sich das Kupplungselement 45 dreht und die beiden Zahnsätze 45c und 41b ihre
Eingriffspositionen erreichen, bewegt sich das Kupplungselement 45 und
die beiden Zahnsätze 45c und 41b greifen
ineinander. In diesem Zustand wird die an die Antriebseinrichtung 22 übertragene
Drehung über
den Hochschaltübertragungsweg
genauso wie bei der ersten Ausführungsform
an das Nabengehäuse 23 übertragen.
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Da die Drehung direkt zwischen der
Antriebseinrichtung 22 und dem Hohlrad 43 während eines
derartigen Schaltvorgangs von der Herunterschaltseite zur Hochschaltseite übertragen
wird, ist es am besten, das Kupplungselement 45 zu bewegen,
auf das keine Kraft ausgeübt
wird. Demzufolge kann die Federkraft der ersten Spulenfeder 60 zum Schieben
des Kupplungselements 45 reduziert werden, und die Schaltbetätigung kann
mit einer kleinen Kraft durchgeführt
werden.
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Wenn der Lösehebel der Schaltsteuerkomponente 9 in
der Hochschaltposition betätigt
wird, wird die Schalttaste 49 durch die zweite Spulenfeder 61 vorgespannt
und die Druckstange 48a um eine Stufe nach links zurückgezogen.
Die Schalttaste 49 drückt
dann auf das Kupplungselement 45 und versucht, das Kupplungselement 45 zur
Direktantriebsposition zu bewegen. Wenn der Fahrer die Pedalen tritt,
kann jedoch eine Reibungskraft, da die Antriebskraft vom Kupplungselement 45 an
den Getrieberahmen 41 übertragen
wird, veranlassen, dass die innere Zähne 41b und die äußeren Zähne 45b miteinander
im Eingriff bleiben. In einem Fall wie diesem wird eine Unterstützungskraft
erzeugt und das Kupplungselement 45, genauso wie bei der
ersten Ausführungsform,
zur Herunterschaltseite bewegt.
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Wenn eine Antriebskraft größer als
die eingestellte Antriebskraft ausgeübt wird und die Schalttaste 49 in
axialer Richtung ausweicht, ohne dass sich das Kupplungselement 45 bewegt,
wird das Kupplungselement 45 gedrückt und durch die Unterstützungskraft
bewegt, die durch die Schalttaste 49 erzeugt wurde, sobald
das Kurbelrad 18 die Nähe des
oberen Todpunkts oder unteren Todpunkts erreicht und die Antriebskraft
abnimmt. Demgemäss wird
eine Schaltung nicht ausgeführt,
wenn eine extrem große
Antriebskraft ausgeübt
wird, welche die Erschütterung
beim Schalten reduziert und dabei hilft, Schaden an den Antriebskraftübertragungsteilen
wie den Zähnen
und den Freilaufkupplungen zu verhindern.
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Wenn sich das Kupplungselement 45 schließlich nach
rechts bewegt, wird die Schalttaste 49 von der Nockenfläche 47 durch
die dritte Spulenfeder 62 getrennt. Demzufolge wird durch
den Kontakt mit der Schalttaste 49 kein Geräusch erzeugt, sogar
wenn das Kupplungselement 45 gedreht wird. Wenn das Kupplungselement 45 anschließend in
der Direktantriebsposition angeordnet wird, wird eine Drehung über den
Direktantriebsübertragungsweg übertragen.
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Wenn der Lösehebel in einem Zustand betätigt wird,
in welchem das Kupplungselement 45 in der Direktantriebsposition
angeordnet ist, zieht sich die Druckstange 48a weiter zurück und die
Schalttaste 49 drückt
auf das Kupplungselement 45. An diesem Punkt kommt die
sich verjüngende
Fläche 45d des Kupplungselements 45 in
Kontakt mit der Kupplungsklinke 53 der ersten Freilaufkupplung 50 und
versucht, die Kupplungsklinke 53 von einer aufgerichteten
Einstellung zu einer zurückgezogenen
Einstellung abzusenken. Da die Kupplungsklinke 53 jedoch die
Kraft von dem Hohlrad 43 auf das Nabengehäuse 23 überträgt, lässt sie
sich nicht leicht auf eine zurückgezogene
Einstellung allein durch die Vorspannkraft der zweiten Spulenfeder 61 absenken.
Wenn die Schalttaste 49 die Nockenfläche 47 des Kupplungselements 45 trifft,
kann hier wieder eine Unterstützungskraft
erzeugt und das Kupplungselement 45 in axialer Richtung
bewegt werden, genauso wie es oben beschrieben wurde.
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Man erhält hier dieselben Ergebnisse
wie bei der ersten Ausführungsform.
Zusätzlich
wird die Struktur der Druckstange 48 vereinfacht. Da jedoch in
diesem Fall die Vorspannkraft für
die zweite Spulenfeder 61 am größten ist, die sich in einem
relativ engem Raum befindet, wenn eine ausreichende Biegung sichergestellt
wird, dann ist es schwierig, die Federkonstante der zweiten Spulenfeder 61 zu
reduzieren, und es gibt einen starken Anstieg in der Federkraft
während
des Biegens. Folglich ist während des
Hochschaltens eine größere Betätigungskraft
erforderlich als bei der ersten Ausführungsform.
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Bei der zweiten Ausführungsform
wurde das Kupplungselement in der Herunterschaltposition angeordnet,
wenn es nicht durch die Druckstange gedrückt wurde, aber in der in 10 gezeigten Ausführungsform
wird das Kupplungselement 45 standardmäßig in der Hochschaltposition
angeordnet. In diesem Fall ist die zweite Spulenfeder 61 auf
der Druckstange 48 eingerichtet, und die erste Spulenfeder 60 ist
zwischen dem Kupplungselement 45 und dem Nabenkegel 31 angeordnet.
Außerdem
werden die Vorspannkräfte
der drei Spulenfedern 60 bis 62 in der Reihenfolge
der zweiten Spulenfeder 61, der dritten Spulenfeder 62 und
der ersten Spulenfeder 60 zunehmend kleiner. Der Grund
für das
Einstellen der Vorspannkräfte
der Federn in dieser Weise ist derselbe wie bei der zweiten Ausführungsform.
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Wie in 10 gezeigt,
erstreckt sich das Betätigungsloch 21a entlang
der Achse vom linken Ende des Nabenachsbolzens (der Seite, auf der
die Rücktrittbremse
montiert ist) zur Mitte. Ein Winkelantrieb (nicht gezeigt) ist am
axialen Ende auf der linken Seite des Nabenachsbolzens 21 befestigt.
Da die Druckstange 48 gegen die dreieckige Oberseite der Schalttaste 49a stößt, wird
eine Kontaktfläche 49b in der
Mitte der Schalttaste 49a gebildet, die gegen die Druckstange 48 stößt. Die
erste Spulenfeder 60 ist in einem zusammengedrückten Zustand
zwischen dem Kupplungselement 45 und dem Nabenkegel 31 angeordnet,
genauso wie bei der zweiten Ausführungsform.
Der übrige
Aufbau ist derselbe wie bei der zweiten Ausführungsform und wird hier nicht
beschrieben.
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Bei dieser Ausführungsform wird in dem in 10 gezeigten Zustand, bei
dem die Druckstange 48 nicht eingedrückt wird, wenn der Bindungshebel der
Schaltsteuerkomponente 9 in der Hochschaltposition betätigt wird,
die Schalttaste 49a durch die Druckstange 48 gedrückt, und
das Kupplungselement 45 wird in der Herunterschaltrichtung
gegen die Vorspannkraft der ersten Spulenfeder 60 bewegt. Wenn
an diesem Punkt keine Antriebskraft übermittelt wird, drückt die
Schalttaste 49a das Kupplungselement 45 über die
dritte Spulenfeder 62, und das Kupplungselement 45 wird
zur Direktantriebsposition bewegt. Wenn eine Antriebskraft übertragen
wird, trifft die Schalttaste 49a auf die Nockenfläche 47, während die
dritte Spulenfeder 62 oder die zweite Spulenfeder 61 zusammengedrückt wird.
Als Ergebnis wird das Kupplungselement 45 mit Hilfe der
oben erwähnten
Unterstützungskraft
bewegt. Wenn die Bewegung von der Direktantriebsposition zur Herunterschaltposition
erfolgt, wenn eine Antriebskraft übertragen wurde und es schwierig
für die
Kupplungsklinke 53 ist, eine zurückgezogene Einstellung einzunehmen,
dann wird das Kupplungselement 45 durch die Unterstützungskraft
bewegt, die Kupplungsklinke 53 wird in ihre zurückgezogene
Einstellung versetzt und das Kupplungselement 45 wird in die
Herunterschaltposition bewegt.
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Wenn eine Antriebskraft, die größer als
die eingestellte Antriebskraft ist, ausgeübt wird und die Schalttaste 49a in
axialer Richtung, ohne dass sich das Kupplungselement 45 bewegt,
ausweicht, sobald das Kurbelrad 18 die Nähe des oberen
Todpunkts oder des unteren Todpunkts erreicht und die Antriebskraft
abnimmt, wird das Kupplungselement 45 gedrückt und
durch die Unterstützungskraft
bewegt, die durch die Schalttaste 49a erzeugt wurde. Demzu folge
wird eine Schaltung nicht ausgeführt,
wenn eine extrem große
Antriebskraft ausgeübt
wird, was ein unruhiges Schalten reduziert und dabei hilft, Schaden
an den Antriebskraftübertragungsteilen
wie den Zähnen
und den Freilaufkupplungen zu verhindern.
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Wenn der Lösehebel in der Herunterschaltposition
betätigt
wird, wird das Kupplungselement 45 durch die Vorspannkraft
der ersten Spulenfeder 60 in die Hochschaltrichtung gedrückt, die
Druckstange 48 bewegt sich und das Kupplungselement 45 bewegt sich
zur Direktantriebsposition. Wenn das Kupplungselement 45 anschließend in
der Direktantriebsposition angeordnet wird, wird die Kupplungsklinke 53 der
ersten Freilaufkupplung 50, die durch die verjüngende Oberfläche 45d in
eine zurückgezogene Einstellung
versetzt wurde, in die durch die durchgezogene Linie in 4 gezeigte aufrechte Einstellung durch
die Federkraft der Torsionsspulenfeder 55 zurückversetzt,
und die Drehung der Antriebseinrichtung 22 wird genauso
wie in den beiden ersten Ausführungsformen über den
Direktantriebskraftübertragungsweg
direkt an das Nabengehäuse 23 übertragen.
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Wenn der Lösehebel in der Direktantriebsposition
betätigt
und das Kupplungselement 45 in der Hochschaltrichtung durch
die Vorspannkraft der ersten Spulenfeder 60 gedrückt wird,
bewegt sich die Druckstange, und das Kupplungselement 45 bewegt sich
in die Hochschaltposition. Wenn das Kupplungselement 45 in
der Hochschaltposition angeordnet wird, verzahnen die äußeren Zähne 45c des
Kupplungselements 45 und die inneren Zähne 41b des Getrieberahmens 41 miteinander.
Bei dieser Bewegung zur Hochschaltposition bewegt sich das Kupplungselement 45,
wenn die äußeren Zähne 45c und die
inneren Zähne 41b in
Positionen angeordnet sind, in denen sie ineinander greifen, direkt
nach links zur Hochschaltposition, nachdem das Kupplungselement 45 gegen
den Getrieberahmen 41 stößt. Wenn diese Zähne jedoch
in Positionen angeordnet werden, in denen sie nicht ineinander greifen,
stoppt das Kupplungselement 45 vorübergehend seine Bewegung nach
links an dem Punkt, an welchem das Kupplungselement 45 gegen
den Getrieberahmen 41 stößt. Da jedoch das Kupplungselement 45 durch
die Vorspannkraft der ersten Spulenfeder 60 gedrückt wird,
wenn sich das Kupplungselement 45 dreht und die zwei Zahnsätze 45c und 41b ihre
Eingriffspositionen erreichen, bewegt sich das Kupplungselement 45 und
die beiden Sätze
von Zähnen 45c und 41b greifen
ineinander. In diesem Zustand wird die Drehung, die an die Antriebseinrichtung 22 übertragen wurde,
genauso wie in den beiden ersten Ausführungsformen über den
Hochschaltübertragungsweg an
das Nabengehäuse 23 übertragen.
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Da die Drehung direkt zwischen der
Antriebseinrichtung 22 und dem Hohlrad 23 während einer
Schaltung von der Herunterschaltseite zu der Hochschaltseite übertragen
wird, ist es am besten, das Kupplungselement 45 zu bewegen,
wenn darauf keine Kraft ausgeübt
wird. Folglich kann die Federkraft der ersten Spulenfeder 60 zum
Drücken
des Kupplungselements 45 reduziert werden. Da weiter die
Vorspannkraft für
die zweite Spulenfeder 61 am größten ist, welche ausreichend
Gehäuseplatz
aufweist, kann die Federkraft insgesamt reduziert werden, und eine
Schaltung kann mit einer geringen Kraft in einem Zustand ausgeführt werden,
bei dem während
des Fahrens eine Antriebskraft ausgeübt wird.
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Während
das oben gesagte eine Beschreibung der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen
ist, können
weitere Modifikationen ohne Abkehr vom Umfang der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden. Z.B. können
bei Bedarf die Größe, Form,
Lage oder Orientierung der verschiedenen Komponenten verändert werden.
Die Funktionen eines Elements können
durch zwei oder umgekehrt ausgeführt
werden. Die Druckstange bei der dritten Ausführungsform kann aus einem stangenartigen
Element wie bei der zweiten Ausführungsform bestehen.
Da die Schalttaste in ihrer Bewegung auf die axiale Stirnseite durch
die Druckstange eingeschränkt
ist, kann in diesem Fall eine Durchgangsrille längs der Achse ausgebildet werden.
Bei einer Ausführungsform
wie dieser kann eine Schaltung zu jeder Zeit erfolgen, da eine unterstützende Kraft
sogar dann erzeugt wird, wenn eine große Kraft ausgeübt wird.
Die Druckstange wird hier jedoch einer großen Kraft ausgesetzt, ähnliches
gilt für
das innere Seil. Die Erschütterung
beim Schaltung wird außerdem spürbar sein,
so dass die Kraftübertragungsteile
kräftiger
gemacht werden müssen.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen wurde
ein Klinkengehäuse
zum Verhindern der Bremsblockierung vorgesehen, da eine Rücktrittbremse
eingerichtet wurde, es ist aber kein Klinkengehäuse notwendig, wenn keine Rücktrittsbremse eingerichtet
ist. Der Mechanismus zum Übertragen der
Drehung ist nicht auf einen Planetengetriebemechanismus beschränkt und
kann stattdessen ein Planetenrollmechanismus sein. Der erfindungsgemäße Umfang sollte
daher nicht durch die speziellen offenbarten Strukturen beschränkt sein.
Stattdessen sollte der wahre Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche festgelegt
sein.