DE69824816T2 - Fahrrad-Schaltung - Google Patents

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DE69824816T2
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clutch
power transmission
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rotational position
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Naohiro Shimonoseki-shi Nishimoto
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Shimano Inc
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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
    • 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
    • B62M25/00Actuators for gearing speed-change mechanisms specially adapted for cycles
    • B62M25/02Actuators for gearing speed-change mechanisms specially adapted for cycles with mechanical transmitting systems, e.g. cables, levers
    • B62M25/04Actuators for gearing speed-change mechanisms specially adapted for cycles with mechanical transmitting systems, e.g. cables, levers hand actuated

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fahrradgetriebe und spezieller auf ein internes Fahrradgetriebe, welches Gänge schaltet, wenn ein Antriebselement in einer vorbestimmten Drehstellung ist.
  • Interne Fahrradgetriebe weisen häufig Planetengetriebemechanismen auf. Ein Planetengetriebemechanismus weist ein Hohlrad, ein Sonnenrad, Planetenräder, welche in das Hohlrad und das Sonnenrad eingreifen, und einen Träger zur Lagerung des Planetengetriebes auf. Es ist bekannt, dass interne Fahrradgetriebe, welche solche Planetengetriebemechanismen aufweisen, dazu verwendet werden, Gänge zu schalten, indem wahlweise irgendeines der einzelnen Elemente des Planetengetriebemechanismus' mit der Hilfe eines Kupplungsmechanismus, welcher Sperrklinken aufweist, ge- oder entsperrt werden. Die Sperrklinken werden durch einen Kupplungsbetätigungsmechanismus, der zur Aufnahme der Spitzen der Sperrklinken eine Aufnahmeöffnung aufweist, zwangsweise in die sperrende Richtung bewegt.
  • Wenn die Sperrklinken des Kupplungsmechanismus in einem gesperrten Zustand sind und es gewünscht ist, den Gang zu schalten, wird eine große Kraft benötigt, um die Sperrklinken zu einem Zeitpunkt auszuklinken, in dem das Getriebe einer Antriebskraft unterworfen ist. Daher ist die Gangschaltungsbetätigung anstrengend und schwierig auszuführen, es sei denn, dass der Radfahrer aufhört, in die Pedale zu treten, wobei auf diese Weise die Komplexität der Schaltungsbetätigung erhöht wird.
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung 64-18792 beschreibt eine vordere Schaltungsvorrichtung, die so zur Vereinfachung des Gangschaltens gestaltet ist, dass die Gänge während des Pedaltretens geschaltet werden können. Diese vordere Schaltungsvorrichtung weist eine Kupplungssperre zum Schalten der Sperrklinken zwischen einer gesperrten und einer ungesperrten Position auf. Die Kupplungssperre wird durch einen Kupplungsbetätigungsmechanismus betätigt und die Sperrklinken werden zwangsweise in die entsperrende Richtung gedrückt. Jedoch werden die Sperrklinken eher indirekt durch die Kupplungssperre betätigt, als direkt durch den Kupplungsbetätigungsmechanismus. Im Ergebnis ist der Mechanismus zum Ausfüh ren des Gangschaltens kompliziert und das Gesamtgewicht und die Kosten des Getriebes sind erhöht.
  • Die EP 0 531 608 offenbart eine Gangschaltungsvorrichtung für ein Fahrrad gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Allgemein ausgedrückt zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein internes Fahrradgetriebe zur Verfügung zu stellen, das leicht zu schalten ist, selbst beim Pedaltreten, wobei das Getriebe eine einfachere Struktur als bekannte Getriebe aufweist. Die Erfindung kann auf ein internes Getriebe, welches an den vorderen Kurbelarmen befestigt ist, auf ein internes Getriebe, welches Teil einer Radnabe bildet, oder irgendein ähnliches Getriebe angewendet werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Fahrradgangschaltungsvorrichtung ein Antriebselement, einen Mitnehmer, einen Kraftübertragungsmechanismus, welcher mit dem Antriebselement und dem Mitnehmer verbunden ist, um eine Rotationskraft von dem Antriebselement auf den Mitnehmer über eine Vielzahl von Kraftübertragungspfaden zu übertragen, und eine Kupplung zur Auswahl eines Kraftübertragungspfads aus der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden in dem Kraftübertragungsmechanismus auf. Ein Kupplungsbetätigungsmechanismus veranlasst die Kupplung nur dann einen der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden auszuwählen, wenn sich das Antriebselement in einer vorbestimmten Drehstellung befindet. Wenn gewünscht kann die vorbestimmte Stellung eine Stellung sein, in der gerade nicht eine starke Antriebskraft auf das Antriebselement ausgeübt wird. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, dass der Kupplungsbetätigungsmechanismus die Kupplung veranlasst, jeden einzelnen der Vielzahl von Kraftübertragungsfaden nur dann aus auszuwählen, wenn sich das Antriebselement in einer vorbestimmten Drehstellung befindet.
  • Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nun als bloße Beispiele mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
  • 1 eine Seitenansicht eines Fahrrads ist, welches ein bestimmtes Ausführungsbeispiel eines internen Fahrradgetriebes gemäß der vorliegenden Erfin dung aufweist;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer bestimmten Ausführungsform einer Schaltsteuervorrichtung zur Verwendung mit dem internen Fahrradgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 eine teilweise Querschnittsansicht des in 1 dargestellten internen Fahrradgetriebes ist;
  • 4 eine bruchstückhaft querschnittsartige Aufrissansicht eines Bereichs des internen Fahrradgetriebes ist, der mit der Kurbel zusammenwirkt;
  • 5 eine Explosionsansicht einer bestimmten Ausführungsform eines Kupplungsbetätigungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 6 eine Detailansicht eines bestimmten Ausführungsbeispiels einer Nockenscheibe und einer Drehscheibe verwendet in dem Kupplungsbetätigungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 7 eine Detailansicht des internen Fahrradgetriebes ist, welche die eingerastete Kupplung zeigt; und
  • 8 eine Detailansicht des internen Fahrradgetriebes ist, welche die Kupplung in ausgekuppeltem Zustand zeigt.
  • 1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads, welches eine bestimmte Ausführungsform eines internen Fahrradgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Das dargestellte Fahrrad ist ein Freizeitfahrrad, welches einen Rahmen 1 mit einer Rahmeneinheit 2 von Doppelringart und einer Vordergabel 3; eine Lenkerkomponente 4; einen Sattel 11; eine Antriebskomponente 5, ausgestattet mit einer 2-Gang internen Gangsschaltungskurbel 18; ein Vorderrad 6; ein Hinterrad 7; Vorder- und Hinterbremsvorrichtung 8 (nur die vordere ist in der Figur gezeigt); und ein Schaltsteuerelement 9 zur bequemen Bedienung der internen Gangsschaltungskurbel 18 aufweist.
  • Die Lenkerkomponente 4 weist einen Lenkervorbau 14 auf, der an dem oberen Bereich der Vordergabel 3 befestigt ist und einen Lenker 15, der an dem Lenkervorbau 14 befestigt ist. Bremshebel 16 und Griffe 17, die einen Teil der Bremsvorrichtung 8 bilden, sind an jedem Ende des Lenkers 15 montiert. Das Schaltsteuerelement 9 ist an dem rechtsseitigen Bremshebel 16 montiert und mit einem Gangschaltungszug (wie unten beschrieben) mit der internen Gangsschaltungskurbel 18 verbunden.
  • Wie in 2 dargestellt, weist das Schaltsteuerelement 9 eine Haupteinheit 20 auf, welche integral mit einem Bremsbügel ausgebildet ist, welcher den rechtsseitigen (Vorderrad)-Bremshebel 16 schwenkbar lagert, und ein Steuerelement 23, welches drehbar an der Haupteinheit 20 montiert ist. Die Haupteinheit 20 weist einen Auswahlanzeiger 22 auf, um den ausgewählten Gang (einer von zwei Gängen: H und L) anzuzeigen. Außerdem ist das äußere Gehäuse 21a eines Gangschaltungszugs 21 an der Haupteinheit 20 befestigt. Der innere Zugdraht 21b des Gangschaltungszugs 21 ist an dem Steuerelement 23 befestigt und wird aus dem äußeren Gehäuse 21a durch Drehung des Steuerelements 23 herausgezogen oder hineingeschoben.
  • Das Antriebselement 5 weist die interne Gangsschaltungskurbel 18 auf, die an der zylindrischen Tretlagerkomponente 2a der Rahmeneinheit 2 montiert ist (3); eine Kette 19, welche um die interne Gangsschaltungskurbel 18 herum gewickelt ist; und eine hintere Nabe 10, an der ein Nabenzahnrad montiert ist. Wie in den 3 und 4 dargestellt, weist die innere Gangsschaltungskurbel 18 eine Tretlagerachse (Antriebselement) 31 auf, ein Tretlager 32, das in der Tretlagerkomponente 2a der Rahmeneinheit 2 montiert ist und welches dazu gestaltet ist, die Tretlagerachse 31 drehbar zu lagern, linke und rechte Kurbelarme 33a und 33b, welche drehfest mit den linken und rechten Enden der Tretlagerachse 31 verbunden sind, eine Komponente 34 der Schaltungsvorrichtung, welche mit zwei Schaltungsübersetzungen ausgestattet und um die Außenseite der Tretlagerachse 31 angeordnet ist, ein Zahnrad (Mitnehmer 35), welches mit der Tretlagerachse 31 über die Schaltvorrichtungskomponente 34 verbunden ist. Die Tretlagerachse 31 ist ein hohles zylindrisches Element, welches (im Querschnitt) ungefähr rechteckige, sich verjüngende Flächen 31a an beiden Enden aufweist, wobei die linken und rechten Kurbelarme 33a und 33b drehfest an den sich verjüngenden Flächen 31a montiert sind. Die Kurbelarme 33a und 33b sind mit Sperrbolzen 31b fixiert.
  • Das Tretlager 32 weist eine zylindrische Hauptlagereinheit 41 zur Lagerung der Tretlagerachse 31 auf, ein zylindrisches Tretlagergehäuse 42, welches integral an dem rechten Ende (3) der Hauptlagereinheit 41 ausgebildet ist, und eine zylindrische Mutter 43, welche an dem linken Ende der Hauptlagereinheit 41 montiert ist. Das Tretlager 32 ist in der Tretlagerkomponente 2a durch Anziehen der Hauptlagerein heit 41, welche durch das rechte Ende der Tretlagerkomponente 2a eingeführt ist, mit der zylindrischen Mutter 43 montiert.
  • Wie in 7 dargestellt, weist das Gehäuse 42 eine Wandkomponente 42a, eine zylindrische Komponente 42b, die integral mit der Wandkomponente 42a um das Äußere der Wandkomponente 42a herum ausgebildet, und einen Vorsprung 42c um das Innere der Wandkomponente 42a auf. Eine ringförmige scheibenartige Führungsscheibe 44 ist mit Bolzen an der Wandkomponente 42a des Gehäuses 42 wie in 5 dargestellt befestigt, so dass das Gehäuse 42 drehfest mit der Führungsscheibe 44 an der Rahmeneinheit 2 befestigt ist. Ein Anschlag 44a, der an der Rahmeneinheit 2 befestigt ist, ein Zughalter 44b, welcher von dem Anschlag 44a nach vorne hervorsteht, und ein Federbefestigungselement 44c (4) sind um einen Umfang der Führungsscheibe 44 ausgeformt. Ein Ende des äußeren Gehäuses 21a des Schaltungszugs 21 (dessen anderes Ende an der Haupteinheit 20 des Schaltungssteuerungselements 9 befestigt ist) ist an dem Zughalter 44b befestigt. Ein Ende einer Spiralfeder 86 zum Zurückdrängen einer nachfolgend erwähnten Drehscheibe 81 (6) ist an dem Federbefestigungselement 44c befestigt.
  • Von den Kurbelarmen 33a und 33b weist der Kurbelarm 33a auf der linken Seite die gleiche Struktur wie ein herkömmlicher Kurbelarm auf. Der Kurbelarm 33b auf der rechten Seite weist ein pfannenförmiges Gehäuseelement 50 in der Nähe seines unteren Endes auf, und ein Ansatz 51 ist in der Mitte des Gehäuseelements 50 ausgebildet. Ein Teil der Komponente 34 der Schaltungsvorrichtung und eine Umkehr-Ein-Wege-Kupplung 52 sind in dem Gehäuseelement 50 montiert. Die Ein-Wege-Kupplung 52 überträgt ausschließlich die Rückwärtsdrehung der Kurbelarme 33a und 33b auf das Zahnrad 35 über die Komponente 34 der Schaltungsvorrichtung. Ein rechtsseitiger Nabenkegel 53 ist um das äußere des Ansatzes 51 montiert, wobei dieser sich um einen vorgeschriebenen Winkel in Drehrichtung drehen kann, und die Ein-Wege-Kupplung 52 mit der Komponente 34 der Schaltungsvorrichtung über den rechtsseitigen Nabenkegel 53 verbunden. Ein Käfig 53a zum Auskuppeln der unten beschriebenen Ein-Wege-Kupplung 55 während einer Rückwärtsdrehung ist an der Fläche auf der linken Seite des rechtsseitigen Nabenkegels 53 befestigt.
  • Die Komponente 34 der Schaltungsvorrichtung weist einen Planetengetriebemechanismus 60 auf, welcher zwei Kraftübertragungspfade (einen direkt verbundenen Übertragungspfad und einen untersetzten Übertragungspfad) aufweist, einen Kupplungsmechanismus 61 zur Auswahl eines der beiden Kraftübertragungspfade und einen Kupplungsbetätigungsmechanismus 62, der dazu gestaltet ist, den Kupplungsmechanismus 61 zur Ausführung der Auswahlvorgänge zu veranlassen, und in dieser Weise zu erlauben, dass wenigstens einer dieser Auswahlvorgänge bei gleicher Ausrichtung der Kurbelarme 33a und 33b mit dem oberen und dem unteren Totpunkt ausgeführt wird.
  • Wie in 7 dargestellt, weist der Planetengetriebemechanismus ein Sonnenrad 63 auf, welches in dem Gehäuse 42 angeordnet und mit der Tretlagerachse 31 über die Ein-Wege-Kupplung 55 verbunden ist, ein Hohlrad 64, welches um das Innere der zylindrischen Komponente 42b des Gehäuses 42 herum ausgebildet ist, drei Planetenräder 65 (nur eines ist dargestellt) in Eingriff mit dem Sonnenrad 63 und dem Hohlrad 64, und einen Träger 66 zur drehbaren Lagerung der drei Planetenräder 65. Das Sonnenrad 63 ist koaxial bezüglich der Tretlagerachse 31 um deren Äußeres angeordnet, und ist mit der Tretlagerachse 31 über die Ein-Wege-Kupplung 55 verbunden. Die Ein-Wege-Kupplung 55 überträgt ausschließlich die Vorwärtsdrehung (Drehung im Uhrzeigersinn in 4) der Tretlagerachse 31 auf das Sonnenrad 63. Die drei Planetenräder 65 sind in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung beabstandet und mit einem großen Zahnrad 65a und einem Nabenzahnrad 65b versehen, welche in axialer Richtung ausgerichtet sind. Das große Zahnrad 65a greift in das Hohlrad 64 ein, und das Nabenzahnrad 65b greift in das Sonnenrad 63 ein. Die Planetenräder 65 sind auf dem Träger 66 durch eine Zahnradachse 67 drehbar gelagert.
  • Der Träger 66 ist ein ungefähr zylindrisches Element, welches in seinem äußeren Umfangsbereich drei Aussparungen zur Aufnahme der drei Planetenräder 65 aufweist. Die äußere Umfangsfläche des linken Endes des Trägers 66 ist in dem Gehäuse 42 durch eine Lagerkomponente 69 drehbar gelagert. Der Träger 66 kann daher um die Tretlagerachse 31 rotieren. Das Zahnrad 35 ist drehfest an dem rechten Ende des Trägers 66 montiert. Die Ein-Wege-Kupplung 52 ist an der inneren Umfangsfläche am rechten Ende des Trägers 66 montiert, und der Kupplungsme chanismus 61 ist an der inneren Umfangsfläche an dem linken Ende des Trägers 66 montiert.
  • Der Kupplungsmechanismus 61 überträgt die Vorwärtsdrehung der Tretlagerachse 31 ausschließlich in dem "Kupplung-Ein" oder eingekuppelten Zustand auf den Träger 66 und trennt den Träger 66 und die Tretlagerachse 31 in dem "Kupplung-Aus" oder ausgekuppelten Zustand. Der Kupplungsmechanismus 61 weist zwei Sperrklinken 70 auf, welche an der Tretlagerachse 31 montiert sind, wobei diese zwischen einem verbundenen Zustand und einem ausgekuppelten Zustand schwenken können, ein Federelement 71, um die zwei Sperrklinken 70 in den verbundenen Zustand zu spannen, und einen Sperrzahn 72, der auf einer inneren Umfangsfläche des Trägers 66 ausgebildet ist. Die Sperrklinken 70 sind so angeordnet, dass sie dem inneren Umfangsbereich am linken Ende des Trägers 66 gegenüberliegen und sind in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung beabstandet. Der Sperrzahn 72 ist in Form einer Welle auf dem inneren Umfang ausgebildet, der den Sperrklinken 70 des Trägers 66 gegenüberliegt. Im Ergebnis dreht sich der Träger 66 rückwärts über die Ein-Wege-Kupplung 52, wenn die Kurbelarme 33a und 33b sich rückwärts drehen (gegen den Uhrzeigersinn in 4), und der Träger 66 dreht sich vorwärts zusammen mit der Tretlagerachse 31, wenn die Tretlagerachse 31 sich vorwärts dreht (im Uhrzeigersinn in 4), wobei der Kupplungsmechanismus 61 im „Ein"-Zustand ist.
  • Der Kupplungsbetätigungsmechanismus 62 ist ein Mechanismus zum zwangsweisen Bewegen der Sperrklinken 70 des Kupplungsmechanismus' 61 aus einem verbundenen in einen getrennten Zustand. Wie in 57 dargestellt, weist der Kupplungsbetätigungsmechanismus 62 eine Nockenscheibe 80 auf, die derart angeordnet ist, dass sie der linken Seite des Trägers 66 über eine Lücke gegenüberliegt, eine gegenüberliegende Drehscheibe 81, die derart angeordnet ist, dass die Wandkomponente 42a des Gehäuses 42 zwischen der Nockenscheibe 80 und der Drehscheibe 81 eingeschoben ist, drei Verbindungsstifte 82, um die Nockenscheibe 80 und die Drehscheibe 81 zu verbinden, und drei Spiralfedern 83, um die Nockenscheibe 80 zum Träger 66 zu spannen.
  • Die Nockenscheibe 80 ist an der Wandkomponente 42a des Gehäuses 42 durch die drei Verbindungsstifte 82 gelagert, wobei sie sich axial nach links und rechts bewe gen kann. Außerdem ist der innere Umfangsbereich der Nockenscheibe 80 durch den Vorsprung 41c des Gehäuses 42 bewegbar gelagert. Nocken 85, welche in Richtung des Trägers 66 hervorstehen, sind an zwei um 180 Grad beabstandeten Positionen ausgebildet. Die Nocken 85 weisen eine ebene Fläche 85a, welche sich in 5 nach rechts erstreckt, und eine geneigte Führungsfläche 85b auf, die derart ausgebildet ist, dass der äußere Umfang der ebenen Fläche 85a über ihren inneren Umfang in Richtung einer Bezugsfläche 85c unter der ebenen Fläche 85a hinausreicht. Die Nocken 85 sind derart gestaltet, dass sie die Sperrklinken 70 des Kupplungsmechanismus' 61 aus dem verbundenen Zustand in den getrennten Zustand bewegen, indem sie die Drehung der Tretlagerachse 31 während der Sperrungsaufhebung verwenden. Genauer sind die Führungsflächen 85b der Nocken 85 gestaltet, um die Sperrklinken 70 entlang der inneren Umfangsfläche der Nockenscheibe 80 zu führen, wenn die Sperrklinken 70 aus dem verbundenen Zustand in den getrennten Zustand durch die Drehung der Tretlagerachse 31 abgesenkt wurden. Diese Führungsflächen 85b sind an Positionen ausgebildet, in welchen die zwei Sperrklinken 70 gleichzeitig in einen getrennten Zustand abgesenkt werden, wenn die Kurbelarme 33a und 33b in der Nähe des oberen und des unteren Totpunkts sind.
  • Wie in 6 dargestellt, ist die Drehscheibe 81 als eingekerbter Ring ausgebildet mit drei Durchgangslöchern 81a, um die drei Verbindungsstifte 82 aufzunehmen, welche in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung beabstandet sind. Die Drehscheibe 81 ist in dem Gehäuse 42 durch den mittleren der drei Verbindungsstifte 82 drehbar gelagert, welche durch die Durchgangslöcher 81a durchgeführt sind. Nockenkomponenten 87 sind auf der linken Seite in 6 in den Gebieten ausgebildet, an denen die Durchgangslöcher 81a vorgesehen sind. Die Nockenkomponenten 87 weisen eine ebene Fläche 87a auf, welche nach links hervorsteht, und eine abgeschrägte Fläche 87b, welche von der ebenen Fläche 87a in Umfangsrichtung zu einer Bezugsfläche 87c unterhalb der ebenen Fläche 87a geneigt ist. Eine Anschlagsscheibe 82a, welche als ein Nockenmitnehmer für die Nockenkomponenten 87 fungiert, ist an den Verbindungsstiften 82 befestigt und wird durch die Drehung der Drehscheibe 81 dazu veranlasst, sich nach links und rechts zu bewegen. Die Spiralfedern 83 sind im gespannten Zustand um die Außenseiten der Verbindungsstifte 82 angeordnet und spannen die Nockenscheibe 80 in dieser Weise in 6 nach rechts.
  • Ein sich radial erstreckender Vorsprung 81b, welcher an einem Ende der Drehscheibe 81 vorgesehen ist, weist eine Höhlung 81c und einen Federnanschlag 81d auf. Eine Anschlagsmutter 89, welche an dem inneren Zugsdraht 21b des Gangschaltungszugs 21 befestigt ist, ist in der Höhlung 81c montiert. Außerdem ist ein Ende der Spiralfeder 86 (deren anderes Ende an dem Federbefestigungselement 44c der Führungsscheibe 44 befestigt ist) an dem Federnanschlag 81d befestigt. Die Drehscheibe 81 wird in dieser Weise ständig in 6 im Uhrzeigersinn gespannt.
  • Die Komponente 34 der Schaltungsvorrichtung überträgt Antriebskraft entlang eines der folgenden beiden Kraftübertragungspfade: 1) einem direkt verbundenen Übertragungspfad um Antriebskraft von der Tretlagerachse 31 direkt auf das Zahnrad 35 über den Kupplungsmechanismus 61 und den Träger 66 zu übertragen; 2) einen untersetzten Übertragungspfad zur Übertragung von Antriebskraft auf das Zahnrad 35 über das Sonnenrad 63, die Planetenräder 65 und den Träger 66.
  • Die Drehscheibe 81 wird durch den inneren Zugdraht 21a gezogen, wenn das Getriebe in dem direkt verbundenen Zustand ist. Wenn dies geschieht, sind die Verbindungsstifte 82 links und die Nockenscheibe 80 fährt in die Bereitschaftsstellung auf der linken Seite ein, wenn die Anschlagsscheibe 82a auf der ebenen Fläche 87a der Nockenkomponente 87 ruht, wie in 7 dargestellt. In diesem Zustand bleiben die Sperrklinken 70 der Tretlagerachse 31 in einem verbundenen Zustand unbehindert durch die Nockenscheibe 80. Im Ergebnis wird die Drehung der Tretlagerachse 31 direkt auf den Träger 66 über die Sperrklinken 70 des Kupplungsmechanismus 61 übertragen und dann auf das Zahnrad 35 des Trägers 66. Das Zahnrad 35 dreht sich daher mit der gleich hohen Geschwindigkeit bezüglich der Tretlagerachse 31.
  • Wenn jedoch das Schaltsteuerelement 9 zu einem niedrigeren Gang bewegt wird, wird der innere Zugdraht 21b des Schaltungszugs 21 gelöst und die Drehscheibe 81 wird durch die Spiralfeder 86 gezogen und veranlasst, sich in 6 im Uhrzeigersinn zu drehen. Wenn dies geschieht, wird die Nockenscheibe 80 durch die Spiralfeder 83 gespannt und nach rechts in die Betriebsposition wie in 8 dargestellt gedrückt, da die Anschlagsscheibe 82a unter der ebenen Fläche 87a angeordnet ist.
  • Eine Drehung der Tretlagerachse 31 bewirkt in diesem Zustand, dass die Spitzen der Sperrklinken 70 entlang des inneren Umfangs geführt werden, wenn die Sperrklinken 70 die Führungsflächen 85b der Nocken 85 als Ergebnis dieser Drehung erreichen. Wenn die geführten Sperrklinken 70 die innere Umfangsfläche der Nockenscheibe 80 erreicht haben, wird die Nockenscheibe 80 durch die Spiralfeder 83 gespannt und weiter nach rechts gedrückt und die Sperrklinken 70 erfassen die innere Umfangsfläche der Nockenscheibe 80, wobei sie aus dem verbundenen Zustand in den getrennten Zustand, wie in 8 dargestellt, zusammenfallen. Die Drehung der Tretlagerachse 31 wird von der Ein-Wege-Kupplung 55 zum Träger 66 über das Sonnenrad 63 übertragen, wenn die Sperrklinken 70 in den getrennten Zustand abgesenkt wurden. Das Zahnrad 35 dreht sich daher mit einer geringeren Geschwindigkeit.
  • Der Zeitpunkt um die Sperrklinken 70 abzusenken, wird durch die Position festgelegt, in welcher die Nocken 85 in der Nähe des oberen oder unteren Totpunkts angeordnet sind, und in diesem Ausführungsbeispiel ist dies mit der Position der Kurbelarme 33a und 33b abgestimmt. Die Sperrklinken 70 können daher sanft abgesenkt werden, weil nahezu keine Antriebskraft durch diese Klinken zu diesem Zeitpunkt übertragen wird.
  • Das Übersetzungsverhältnis R = (T1 × T3)/((T1 × T3) + (T2 × T4)), wobei T1 die Anzahl der Zähne des großen Zahnrads 65a ist, T2 die Anzahl der Zähne des Nabenzahnrads 65b, T3 die Anzahl der Zähne des Sonnenrads 63 und T4 die Anzahl der Zähne des Hohlrads 64. Unter der Annahme, dass T1 = 24, T2 = 15, T3 = 51 und T4 = 90 und Einsetzen dieser numerischen Werte in die obige Gleichung erhält man 0,4755 als Übersetzungsverhältnis R. In anderen Worten führt das Zahnrad 35 0,4755 Umdrehungen jaus, wenn die Tretlagerachse 31 eine volle Umdrehung macht.
  • Hier ist die Drehgeschwindigkeit des Zahnrades 35 während des Herunterschaltens ungefähr ½ derer, welche während der direkten Verbindung erhalten wird. Daher kann im Vergleich mit einem Fall, in dem die Planetenräder aus einer einzigen gezahnten Komponente bestehen, eine größere Untersetzung dadurch erzielt werden, dass die Planetenräder 65 aus einem großen Zahnrad 65a und einem Nabenzahn rad 65b aufgebaut sind, und wobei die Komponenten derart angeordnet sind, dass das große Zahnrad 65a in das Hohlrad 64 eingreift und das Nabenzahnrad 65b in das Sonnenrad 63 eingreift.
  • Eine Rückwärtsdrehung der Kurbelarme 33a und 33b bewirkt, dass sich die Tretlagerachse 31 und der rechtsseitige Nabenkegel 53 um einen vorbestimmten Winkel relativ zueinander drehen, und der Käfig 53a entkoppelt die Klinken der Ein-Wege-Kupplung 55. Dies erfolgt, um eine Situation zu verhindern, in der das Sonnenrad 63, welches durch den Träger 66 über die Planetenräder 65 gedreht wird, während einer Rückwärtsdrehung mit höherer Geschwindigkeit gedreht wird als die Tretlagerachse 31 und durch die zwei Ein-Wege-Kupplungen 52 und 55 gesperrt wird. Im Ergebnis wird keine Antriebskraft auf den Planetengetriebemechanismus 60 durch den Kupplungsmechanismus 61 oder die Ein-Wege-Kupplung 55 in einer beliebigen Gangschaltungsposition übertragen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Antriebskraft auf den Träger 66 über die Ein-Wege-Kupplung 52 übertragen und das Zahnrad 35 dreht sich rückwärts. Im Ergebnis kann ein Bremsen ausgeführt werden, indem die rückwärtige Nabe 10 rückwärts gedreht wird, sogar wenn eine Rücktrittsbremse an der rückwärtigen Nabe 10 montiert ist. Es ist jedoch unnötig, die Ein-Wege-Kupplung 52 oder den Käfig 53a an einer rückwärtigen Nabe zu montieren, welche keine Rücktrittsbremse aufweist.
  • Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung können Gänge in jedem beliebigen Zustand geschaltet werden, da der Kupplungsmechanismus 61 direkt ausgewählt und durch den Kupplungsbetätigungsmechanismus 62 betätigt werden kann und da die Gänge von einer höheren Gangstufe zu einer niedrigeren Gangstufe ausgewählt und geschaltet werden können, wenn die Anordnung bezüglich des oberen oder unteren Totpunkts der Kurbelarme 33a und 33b ausgerichtet ist. Die Gänge können daher unter geringer Kraftanstrengung ohne Erhöhung des Gewichts oder der Kosten geschaltet werden.
  • Obwohl das beschriebene Ausführungsbeispiel den Kupplungsmechanismus durch eine Nocke betätigt zeigt, ist die Struktur des Kupplungsbetätigungsmechanismus' nicht auf diese Nocke allein beschränkt. Obwohl die beschriebene Ausführungsform einen Fall betraf, in dem die vorliegende Erfindung für eine Zweigangschaltungsvor richtung Anwendung fand, ist die Anzahl von Schaltstufen nicht auf zwei beschränkt und kann jede beliebige Anzahl größer als zwei sein. Ferner braucht der direkt verbundene Kraftübertragungspfad, obwohl das beschriebene Ausführungsbeispiel zwei Kraftübertragungspfade durch einen Planetenangetriebenmechanismus zeigte, nicht notwendigerweise einen Planetenangetriebenmechanismus einzubeziehen und kann einen direkt verbundenen Nehmer und Mitnehmer aufweisen.
  • Daher sollte der Schutzbereich dieser Erfindung nicht auf die speziell offenbarten Strukturen beschränkt werden. Statt dessen sollte der wahre Schutzbereich dieser Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims (18)

  1. Fahrradvordergangschaltungsvorrichtung mit: einem Antriebselement (5, 31); einem Mitnehmer (35); einem Kraftübertragungsmechanismus (60), welcher mit dem Antriebselement (5, 31) und dem Mitnehmer (35) verbunden ist, um eine Rotationskraft von dem Antriebselement (5, 31) auf den Mitnehmer (35) über eine Vielzahl von Kraftübertragungspfaden zu überfragen; einer Kupplung (61) zur Auswahl eines der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden in den Kraftübertragungsmechanismus (60); und einem Kupplungsbetätigungsmechanismus (62), dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsbetätigungsmechanismus (62) dazu geeignet ist, die Kupplung (61) zu veranlassen, nur dann einen der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden auszuwählen, wenn sich das Antriebselement (5, 31) in einer vorbestimmten Drehstellung befindet.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Kupplungsbetätigungsmechanismus (62) die Kupplung (61) veranlasst, nur dann jeweils einen der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden auszuwählen, wenn sich das Antriebselement (5, 31) in der vorbestimmten Drehstellung befindet.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Drehstellung die gleiche für jeden ausgewählten Kraftübertragungspfad ist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Antriebselement (5, 31) eine Achse aufweist.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Antriebselement (5) eine Tretlagerachse (31) aufweist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Mitnehmer (35) einen Zahnkranz aufweist, um in eine Kette einzugreifen.
  7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Antriebselement (5) eine Radnabenachse aufweist.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der Mitnehmer (35) ein Nabengehäuse zur Halterung eines Rads (6) aufweist.
  9. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kraftübertragungsmechanismus (60) folgendes aufweist: ein Sonnenrad (63), welches bezüglich des Antriebselements (5) drehbar befestigt ist; einen Planetenradträger (66), welcher bezüglich des Antriebselements (5, 31) drehbar befestigt ist; ein Planetenrad (65), welches bezüglich des Trägers (66) drehbar befestigt ist und in das Sonnenrad (63) eingreift; und ein Hohlrad (64), welches mit dem Planetenrad (65) in Eingriff steht.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Kupplung (61) eine erste Ein-Wege-Kupplung aufweist, welche in einem Übertragungspfad in dem Kraftübertragungsmechanismus (60) zwischen dem Antriebselement (5, 31) und dem Mitnehmer (35) angeordnet ist und zwischen einem Eingriffszustand und einem ausgekuppelten Zustand schaltbar ist.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Kupplungsbetätigungsmechanismus (62) die erste Ein-Wege-Kupplung in den auskuppelten Zustand schaltet, wenn das Antriebselement (5, 31) in der vorbestimmten Drehstellung ist.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die erste Ein-Wege-Kupplung zwischen dem Antriebselement (5, 31) und dem Planetenradträger (66) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die erste Ein-Wege-Kupplung folgendes aufweist: eine Sperrklinke (70), welche an dem Antriebselement (5, 31) befestigt ist und zwischen einer Eingriffsstellung, um die Drehung des Antriebselements (5, 31) mit dem Planetenradträger (66) zu koppeln, und einer ausgekoppelten Stellung bewegbar ist; eine Feder (71), welche die Sperrklinke (70) in Richtung der Eingriffsstellung vorspannt; und wobei der Kupplungsbetätigungsmechanismus (62) die Sperrklinke (70) in die ausgekoppelte Stellung schaltet, wenn das Antriebselement (5, 31) in der vorbestimmten Drehstellung ist.
  14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei ferner eine zweite Ein-Wege-Kupplung (55) vorgesehen ist, um das Sonnenrad (63) und das Antriebselement (5) zu verbinden, wenn das Antriebselement (5, 31) sich in einer Vorwärtsrichtung dreht.
  15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, welche ferner eine dritte Ein-Wege-Kupplung (52) aufweist, um das Antriebselement (5, 31) und den Planetenradträger (66) zu verbinden, wenn sich das Antriebselement (5, 31) in einer Rückwärtsrichtung dreht.
  16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Kupplungsbetätigungsmechanismus (62) eine Nockenscheibe (80) aufweist, welche zwischen einer ersten axialen Stellung und einer zweiten axialen Stellung bewegbar ist, wobei die Nockenscheibe (80) eine erste Führungsfläche (85b) aufweist, um die erste Ein-Wege-Kupplung in den ausgekuppelten Zustand zu schalten, wenn die Nockenscheibe (80) in der zweiten axialen Stellung ist.
  17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei der Kupplungsbetätigungsmechanismus (62) ferner eine Drehscheibe (81) aufweist, zur Drehung zwischen einer ersten Drehstellung und einer zweiten Drehstellung, wobei die Drehscheibe (81) eine Nockenkomponente (87) aufweist, welche mit der Nockenscheibe (80) verbunden ist, so dass die Nockenscheibe (80) in der ersten axialen Stellung ist, wenn die Drehscheibe (81) in der ersten Drehstellung ist, und die Nockenscheibe (80) in der zweiten axialen Stellung ist, wenn die Drehscheibe (81) in der zweiten Drehstellung ist.
  18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Nockenscheibe (80) folgendes aufweist: einen Nockenmitnehmer, welcher mit der Nockenkomponente (87) in Kontakt steht; und einen Vorspannmechanismus (83), welcher zwischen der Nockenscheibe (80) und der Drehscheibe (81) angeordnet ist, um die Nockenscheibe (80) von der Drehscheibe (81) weg vorzuspannen.
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