-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung zielt auf ein Fahrradgetriebe, genauer gesagt
auf ein Nabengetriebe fürs
Fahrrad, das einen Schaltstift besitzt, der sich axial relativ zu
einem Kupplungselement für
die Gangschaltung im Getriebe nicht verschieben lässt.
-
Dreigang-Naben-Innenschaltungen
werden üblicherweise
mit dem hinteren Teil des Fahrradrahmens verbunden. Derartige Naben-Innenschaltungen
weisen typischerweise eine Nabenachse bzw. eine Achse auf, die am
hinteren Teil des Fahrradrahmens befestigt ist, einen Antrieb bzw.
ein Antriebselement, der sich um die Nabenachse drehen kann, ein
Nabengehäuse
bzw. Folgegehäuse,
welches oberhalb des Antriebs angebracht ist, ein Kraftübertragungsmechanismus
mit drei Kraftübertragungspfaden
(Schnellgang, Berggang, Normalgang) und bestehend aus einem Planetengetriebe-Mechanismus und einer
Vielzahl von Freilaufkupplungen, und einem Schaltmechanismus für das Umschalten
innerhalb der Kraftübertragungspfade
des Kraftübertragungsmechanismus.
-
Der
Antrieb weist ein Zahnrad an der Nabe auf und Antriebsleistung wird
von der Kettenradwelle mittels einer Kette auf den Antrieb übertragen.
Das Nabengehäuse,
welches ein zylindrisches Teil mit einer Aussparung im Innern ist,
ist deshalb entlang des äußeren Umfangsbereich
mit Nabenflanschen zur Befestigung der Speichen des Hinterrades
versehen. Der Planetengetriebe-Mechanismus umfasst ein Sonnenrad,
welches integral mit der Nabenachse gebildet wird, einen drehbar
um die Nabenachse gelagerten Planetenradträger bzw. Planetenträger, Planetenräder drehbar
im Planetenträger
befestigt und kämmend
mit dem Sonnenrad, und ein Hohlrad, das mit den Planentenrädern kämmt. Freilaufkupplungen sind
zwischen dem Antrieb und dem Hohlrad angeordnet, zwischen dem Hohlrad
und dem Nabengehäuse,
und zwischen dem Planetenträger
und dem Nabengehäuse,
welche die drei Kraftübertragungspfade
bilden. Die Freilaufkupplung, welche zwischen dem Hohlrad und dem
Nabengehäuse
angeordnet ist, lässt
sich zwischen einem geschalteten Zustand und einem nicht angeordnet
ist, lässt
sich zwischen einem geschalteten Zustand und einem nicht geschalteten
Zustand mit Hilfe eines Schaltmechanismus umschalten, und die anderen
Freilaufkupplungen werden nur für
die Übertragung
einer Drehbewegung in einer Richtung (in Fahrtrichtung des Fahrrades)
von dem Planetenträger
zum Nabengehäuse oder
vom Antrieb zum Hohlrad verwendet. Der Schaltmechanismus, der drehbar
gelagert ist und sich axial auf der Achse verschieben kann, umfasst ein
zylindrisches Kupplungselement zur Auswahl eines der drei Kraftübertragungspfade.
Der Mittenbereich der Nabenachse ist mit einer Führungsbohrung ausgestattet,
die sich in axialer Richtung von einer Abschlussfläche bis
zur Mitte erstreckt, und die Mitte der Nabenachse im Endbereich
des Führungsbohrung
verfügt über eine
Nut, die sich entlang der Achse in radialer Richtung erstreckt.
Eine axial verschiebbare Schaltstange befindet sich in der Führungsbohrung
der Nabenachse und ein Schaltstift ist am Achsenschacht montiert,
damit sich das Kupplungselement in Erwiderung der axialen Bewegung der
Schaltstange bewegt. Das Kupplungselement kann in eine der drei
folgenden Schaltstellungen bewegt werden: eine Schnellgang-Stellung;
eine Normalgang-Stellung und eine Berggang-Stellung. Das Kupplungselement
wird in die verschiedenen Schaltstellungen durch das Drücken der
Schaltstange mittels eines Kniehebels gebracht, welcher über ein Schaltseil
mit einem Schalthebel, Drehgriff oder einer anderen Schaltsteuerungseinheit
verbunden ist. Ein erstes Vorspannungsteil spannt das Kupplungselement
gegenüber
der Schnellgang-Stellung vor, entgegen der Richtung, in welche die
Schaltstange drückt.
-
Wenn
sich das Kupplungselement in der Schnellgang-Stellung befindet sind
der Antrieb und der Planetenträger
des Planetengetriebe-Mechanismus über das Kupplungselement miteinander
verbunden. In diesem Zustand dreht sich der Planetenträger mit
der selben Rotationsgeschwindigkeit wie der Antrieb, das Hohlrad
wird in die Schnellgang-Stellung über die Planetenräder gebracht,
und die Antriebsleistung des Antriebs wird somit übersetzt
und auf das Nabengehäuse über eine
Freilaufkupplung übertragen,
die sich zwischen dem Hohlrad und dem Nabengehäuse befindet.
-
Die
Bewegung der Schalteinrichtung um eine Stufe schwenkt den Kniehebel,
der wiederum die Schaltstange gegen die Vorspannkraft des ersten Vorspannungsteils
drückt
und der Schaltstift bewegt das Kupplungselement in die Normalgang-Stellung. Wenn
dies eintritt, dann wird die Verbindung zwischen dem Antrieb und
dem Planetenträger
gelöst, und
die Antriebsleistung des Antriebs wird direkt auf das Hohlrad über die
Freilaufkupplung übertragen, die
sich zwischen dem Antrieb und dem Hohlrad befindet. Die Antriebsleistung
des Antriebs wird dann direkt vom Hohlrad auf das Nabengehäuse über die Freilaufkupplung,
die sich zwischen dem Hohlrad und dem Nabengehäuse befindet, übertragen.
-
Eine
weitere Bewegung der Schalteinrichtung um eine Stufe schwenkt den
Kniehebel, der wiederum die Schaltstange wegdrückt und der Schaltstift bewegt
das Kupplungselement in die Berggang-Stellung. Tritt dies ein, so
wird die Freilaufkupplung, die sich zwischen dem Hohlrad und dem
Nabengehäuse befindet,
vom Kupplungselement ausgekuppelt und die Antriebsleistung des Antriebs
wird untersetzt, indem sie vom Antrieb auf das Hohlrad über die
Freilaufkupplung übertragen
wird, welche sich zwischen dem Antrieb und dem Hohlrad befindet.
Die Antriebsleistung des Antriebs wird im Berggang-Pfad über die Planetenräder auf
den Planetenträger
untersetzt und die Antriebsleistung wird dann vom Planetenträger auf
das Nabengehäuse über die
Freilaufkupplung übertragen,
die sich zwischen dem Planetenträger und
dem Nabengehäuse
befindet.
-
Der
Schaltstift ist im Kupplungselement untergebracht und darf sich
in axialer Richtung integral mit dem Kupplungselement bewegen. Das
erste Vorspannungsteil, welches das Kupplungselement gegenüber der
Schnellgang-Stellung vorspannt, sorgt auch dafür, dass das Kupplungselement
gegenüber dem
Schaltstift vorgespannt ist, und ein zweites Vorspannungsteil sorgt
dafür,
dass der Schaltstift gegenüber
dem Kupplungselement vorgespannt ist, wodurch der Schaltstift dem
Kupplungselement folgt, wenn das Kupplungselement durch die Schaltstange bewegt
wird. Auf diese Weise spannen das erste und zweite Vorspannungsteil
den Schaltstift und das Kupplungselement in entgegen gesetzter Richtung zueinander
vor. Wird die Schalteinrichtung wieder zurück bewegt, um den Normalgang
oder den Schnellgang einzustellen, so bewegen sich das Kupplungselement
und der Schaltstift in Richtung des Planetenträgers, was sich aus der Vorspannkraft
des ersten Vorspannungsteils ergibt.
-
Manchmal
kuppelt das Kupplungselement aus dem Planetenträger aus, was gegen die Vorspannkraft
des ersten Vorspannungsteils geschieht, sobald sich der Antrieb
im leichten Eingriff zwischen dem Kupplungselement und dem Planetenträger dreht.
In solchen Fällen
trennt sich der Schaltstift manchmal vom Kupplungselement, ohne
diesem dabei zu folgen, wenn ein zweites Vorspannungsteil mit geringer
Vorspannkraft verwendet wird. Die Trennung von Schaltstift und Kupplungselement
birgt das Risiko, dass der Schaltstift gekippt wird und das weitere
Drücken
des Kupplungselements unmöglich macht.
-
Die
Vorspannkraft des zweiten Vorspannungsteils lässt sich vergrößern, was
sicherstellt, dass der Schaltstift mit dem Kupplungselement zusammenbleibt
und somit dieses Phänomen
verhindert. Die erhöhte
Vorspannkraft des zweiten Vorspannungsteils sorgt jedoch dafür, dass
die Vorspannkraft des ersten Vorspannungsteils ebenfalls erhöht werden
muss, damit das zweite Vorspannungsteil die Funktion des ersten
Vorspannungsteils nicht zunichte macht und das Kupplungselement
daran hindert, sich auf den Planetenträger zuzubewegen, sobald die
Schaltstange gelöst
wird. Eine höhere
Vorspannkraft des ersten Vorspannungsteils erhöht leider auch die Kraft für die Schaltvorgänge. Deshalb
sollte die Vorspannkraft des zweiten Vorspannungsteils vorzugsweise
so gering wie möglich sein.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung zielt auf ein Nabengetriebe fürs Fahrrad,
dessen Wesensart oben stehend beschrieben wurde, wobei eine Trennung des
Schaltstiftes vom Kupplungselement verhindert wird, sogar wenn ein
leichter Vorspannmechanismus für
das Vorspannen des Schaltstiftes gegenüber dem Kupplungselement verwendet
wird. In einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung besteht das Fahrrad-Nabengetriebe aus
einer Achse, einem Antriebselement, das drehbar auf der Achse gelagert
ist, einem Folgegerät,
das drehbar auf der Achse gelagert ist und einem Kraftübertragungsmechanismus,
der sich zwischen dem Antriebselement und dem Folgegerät befindet,
wodurch eine Drehkraft aus dem Antriebselement auf das Folgegerät über eine
Vielzahl von Kraftübertragungspfaden übertragen
wird. Ein Kupplungselement ist drehbar gelagert und entlang der
Achse verschiebbar, damit lässt
sich von mehreren Kraftübertragungspfaden
des Antriebsübertragungsmechanismus
einer auswählen,
und ein Schaltstift sorgt für
die axiale Verschiebung des Kupplungselements. Eine Schaltstange
ist axial verschiebbar auf der Achse gelagert für die axiale Verschiebung des
Schaltstiftes und ein Vorspannmechanismus sorgt für das Vorspannen
des Kupplungselementes gegenüber
dem Schaltstift. Ein Verbinder sorgt für die Verbindung des Kupplungselementes mit
dem Schaltstift, so dass das Kupplungselement sich im Wesentlichen
in axialer Richtung zum Schaltstift nicht verschieben kann. Im Ergebnis
bewegt sich der Schaltstift immer mit dem Kupplungselement.
-
Bei
einer spezifischeren Ausführungsform
ist das Kupplungselement rohrförmig
und umfasst eine innere Umfangsfläche, wodurch ein Lagerraum
im Inneren gebildet wird. Der Schaltstift umfasst gegenüberliegende
Stirnflächen,
die sich innerhalb des Innenraums erstrecken und zur inneren Umfangsfläche des
Kupplungselements zeigen. Der Verbinder umfasst einen Ring, der
zwischen dem Schaltstift und dem Kupplungselement eingelegt ist.
Auf Wunsch kann die innere Umfangsfläche des Kupplungselement mit
einer Kupplungselementnut vorsehen werden, jede Stirnseite des Schaltstiftes
kann eine Schaltstiftnut begrenzen und der Ring kann in der Kupplungselementnut
und in jeder Schaltstiftnut angeordnet sein. Auf diese Weise sperrt
der Ring den Schaltstift gegenüber
dem Kupplungselement, wodurch sich der Schaltstift immer mit dem
Kupplungselement bewegt.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
-
1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrades, das eine besondere Ausführungsform
eines Nabengetriebes gemäß der vorliegenden
Erfindung einschließt;
-
2 ist
eine Schnittansicht des Nabengetriebes, welches in 1 gezeigt
ist;
-
3 ist
eine detaillierte Schnittansicht, welche den Betrieb eines Schaltstifts
und Kupplungselements gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
4 ist
eine teilweise Explosionsansicht des Kupplungswirkmechanismus, wie
er in 2 gezeigt ist;
-
5 ist
eine detaillierte Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform
eines Schaltstifts und eines Kupplungselements gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
6 ist
eine detaillierte Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
eines Schaltstifts und eines Kupplungselements gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrads, das eine bestimmte Ausführungsform
eines Nabengetriebes gemäß der vorliegenden
Erfindung einschließt.
In dieser Ausführungsform
ist das Fahrrad ein Fahrrad für
die Freizeit, welches einen Rahmen 1 mit einem zweischleifigen
Gestellkörper 2 und
einer Frontgabel 3, eine Lenkerbaugruppe 4, eine
Antriebseinheit 5, ein Vorderrad 6, ein Hinterrad 7 mit
einer drei-gängigen
Naben-Innenschaltung
bzw. Nabengetriebe 10, eine vordere Bremseinrichtung 8, eine
Schalteinrichtung 9 zur bequemen Bedienung der Naben-Innenschaltung 10 und
einen Fahrradsattel 11 umfasst.
-
Die
Lenkerbaugruppe 4 besitzt einen Lenkervorbau 14 und
eine Lenkstange 15, wobei der Lenkervorbau 14 an
der Spitze der Frontgabel 3 befestigt ist, und die Lenkstange 15 ist
am Lenkervorbau 14 montiert. Am rechten Ende der Lenkstange 15 sind
ein Bremshebel 16, ein Handgriff 17 und die Schalteinrichtung 9 montiert,
welche die vordere Bremseinrichtung 8 bilden. Die Schalteinrichtung 9 ist
auf der Lenkstange 15 montiert, welche sich auf der Innenseite
des Bremshebels 16 befindet, und mit der Naben-Innenschaltung 10 über ein
Schaltsteuerseil 73 verbunden ist, welches ein inneres
Seil und eine äußere Ummantelung
umfasst. Die Schalteinrichtung 9 hat einen gewöhnlichen
Aufbau mit einem Wickelhebel zur Aufnahme und zur Betätigung des inneren
Kabels und einen Freigabehebel zum Sperren des Aufwickelns mit dem
Wickelhebel, wodurch das innere Kabel laufen gelassen wird. Eine
genauere Beschreibung wird deshalb weggelassen.
-
Die
Antriebseinheit 5 hat ein Kettenrad 18, welches
im unteren Bereich des Gestellkörpers 2 (Tretlager)
befestigt ist. Die Antriebsleistung des Kettenrades 18 wird über eine
Kette 19, die sich um das Kettenrad 18 wickelt,
auf die Naben-Innenschaltung 10 übertragen.
-
In
dieser Ausführungsform
wird die Naben-Innenschaltung 10 als drei-gängige Nabe
ausgebildet. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Naben-Innenschaltung 10 eine
Nabenachse bzw. Achse 21, die an der Vordergabel (nicht
dargestellt) des Fahrradrahmens 2 befestigt ist, einen
Antrieb bzw. ein Antriebselement 22, der an einem Ende
der Nabenachse 21 anliegt, ein Nabengehäuse 23 (eine Art Folgegerät), welches
um die Außenseite
der Nabenachse 21 und dem Antrieb 22 angeordnet
ist, einen Kraftübertragungsmechanismus 25 mit
einem Planetengetriebe-Mechanismus 24, einen Schaltmechanismus 26 zur
Auswahl des Kraftübertragungspfads und
ein Kniehebel 27 zur Betätigung des Schaltmechanismus 26.
-
Die
Nabenachse 21 ist ein stabförmiges Bauteil, wobei der Innenbereich
einen großen
Durchmesser besitzt, zwei Endbereiche mit kleinem Durchmesser und
Gewinden an beiden Enden. Eine Führungsbohrung 21a,
die sich vom linken Ende zum Mittenbereich in 2 erstreckt
findet sich im mittigen Kernbereich der Nabenachse 21.
Ein Schacht 21b ist über
den mittigen Kern der Nabenachse 21 entlang des mittigen
Kerns ausgebildet, in einer vorgeschriebenen Entfernung dazu. Eine
Seite des Antriebs 22 ist drehbar gelagert auf der Nabenachse 21 über Kugeln 30 und
einem Nabenkegel 31, und ein Ritzel 32 liegt an
einem Ende an. Zusätzlich
sind noch eine Vielzahl von kerbverzahnten Zähnen 22a in der axialen
Richtung im inneren Umfangsbereich des Antriebs 22 am anderen
Ende ausgebildet.
-
Das
Nabengehäuse 23 ist
ein zylindrisches Bauteil und der Bauraum 23a entlang des
inneren Umfangsbereichs hiervon beherbergt den Antrieb 22 und
den Kraftübertragungsmechanismus 25.
Das Nabengehäuse 23 kann
sich um die Nabenachse 21 mittels eines Nabenkegels 35 und
den Kugeln 33 und 34 drehen. Nabenflansche 36 und 37 zur
Lagerung der Radspeichen 7a (siehe 1) sind
an beiden Enden des äußeren Umfangsbereichs
des Nabengehäuses 23 angebracht.
-
Der
Kraftübertragungsmechanismus 25 umfasst
drei Freilaufkupplungen 50–52 zusätzlich zum Planetengetriebe-Mechanismus 24,
und besitzt die drei Kraftübertragungspfade
(Schnellgang, Normalgang und Berggang), wie im Folgenden beschrieben.
-
Der
Planetengetriebe-Mechanismus 24 umfasst ein Sonnenrad 40,
welches konzentrisch und integral zur Nabenachse 21 gebildet
wird, einen Planetenträger 41,
der entlang der Nabenachse 21 gelagert ist, vier Planetenräder 42 (es
werden nur 2 Planetenräder
in der Abbildung gezeigt) kämmend
mit dem Sonnenrad 40, und ein Hohlrad 43. Der
Planetenträger 41 ist
ein zylindrisches Bauteil, das um die Nabenachse 21 drehbar
gelagert ist. Der Planetenträger 41 weist
vier Aussparungen 41a in Umfangsrichtung auf, und ein Planetenrad 42 ist
drehbar um den Stift 44 in jeder der Aussparungen 41a gelagert. Eine
innere Kerbverzahnung 41b ist im inneren Umfangsbereich
an einem Ende des Planetenträgers 41 ausgebildet.
-
Das
Hohlrad 43 ist ein zylindrisches Bauteil, das sich vom
Planetenrad 42 bis zur äußeren Grenze des
Antriebs 22 erstreckt. Eine Innenverzahnung 43b ist
im inneren Umfangsbereich am anderen Ende des Hohlrads 43 ausgebildet.
Die Planetenräder 42 kämmen mit
dem Sonnenrad 40 und gleichzeitig mit der Innenverzahnung 43b des
Hohlrads 43 auf die oben beschriebene Art und Weise.
-
Die
erste Freilaufkupplung 50 ist zwischen dem Antrieb 22 und
dem Hohlrad 43 montiert. Die erste Freilaufkupplung 50 ist
eine Freilaufkupplung mit Sperrklinken, welche nur zur Übertragung
der rotatorischen Antriebskraft des Antriebs 22 auf das Hohlrad 43 in
Fahrtrichtung dient. Die dritte Freilaufkupplung 52 zur Übertragung
der rotatorischen Antriebskraft in Fahrtrichtung vom Planetenträger 41 auf
das Nabengehäuse 23 ist
zwischen dem Planetenträger 41 und
dem Nabengehäuse 23 angeordnet.
-
Die
Aussparungen 43a sind an zwei zugewandten Stellen an einem
Ende des Hohlrads 43 ausgebildet und eine Sperrklinke 53 (siehe 4)
bildet die zweite Freilaufkupplung 51, welche drehbar über einen
Stift 54 in den Aussparungen 43a gelagert ist.
Die Sperrklinke 53 wird über eine spiralförmige Drehfeder 55 in
eine aufgerichtete Stellung (gegenüber dem verbundenen Zustand)
gedrängt,
welche sich um die Außenseite
des Stifts 54 wickelt. Wenn die zweite Freilaufkupplung 51 im
Eingriff ist, dann wird nur die rotatorische Antriebskraft in Fahrtrichtung
vom Hohlrad 43 auf das Nabengehäuse 23 übertragen.
Die Sperrklinke 53 kämmt
mit der Verzahnung 23b, die in der inneren Umfangsfläche des Nabengehäuses 23 ausgebildet
ist, was nur geschieht, wenn das Hohlrad 43 sich in Fahrtrichtung dreht.
Die zweite Freilaufkupplung 51 kann zwischen einem ausgekuppelten
Zustand (bei dem die Sperrklinke 53 von der Verzahnung 23b zurückgeholt
wird) und einem eingekuppelten Zustand (bei dem die Sperrklinke 53 ein
Kämmen
mit der Verzahnung 23b verursacht, was durch die Bewegung
des untenstehend beschriebenen Kupplungselements geschieht) wechseln,
sogar wenn das Hohlrad 43 sich in einem Zustand befindet,
in dem eine Drehung in Fahrtrichtung übertragen werden kann.
-
Die
drei Kraftübertragungspfade
sind wie folgt:
Ein Schnellgang-Pfad, welcher Antrieb 22,
Kupplungselement 45 (untenstehend beschrieben), Planetenträger 41,
Planetengetriebe-Mechanismus 24, Hohlrad 43, zweite
Freilaufkupplung 51 und ein Nabengehäuse 23 umfasst;
Ein
Normalgang-Pfad, welcher Antrieb 22, erste Freilaufkupplung 50,
Hohlrad 43, zweite Freilaufkupplung 51 und das
Nabengehäuse 23 umfasst;
Ein
Berggang-Pfad, welcher Antrieb 22, erste Freilaufkupplung 50,
Hohlrad 43, Planetengetriebe-Mechanismus 24, Planetenträger 41,
dritte Freilaufkupplung 52 und das Nabengehäuse 23 umfasst.
-
Wie
in 4 deutlicher gezeigt wird, umfasst der Schaltmechanismus 26,
der für
die Wahl eines der drei Kraftübertragungspfade
vorgesehen ist, ein Kupplungselement 45 und einen Kupplungsbetätiger 46.
Das Kupplungselement 45 schaltet den Antrieb 22 und
den Planetenträger 41 zwischen
einem gekuppelten Zustand und einem ausgekuppelten Zustand um, und
es schaltet die zweite Freilaufkupplung 51 zwischen einem
gekuppelten und ausgekuppelten Zustand um. Das Kupplungselement 45 ist über der
Nabenachse 21 eingesetzt, wobei es sich in axialer Richtung
bewegen und drehen darf. Das Kupplungselement 45 ist ein
zylindrisches Bauteil. Eine äußere Kerbverzahnung 45a wird
im äußeren Umfangsbereich
an einem Ende des Kupplungselements 45 ausgebildet, und
diese äußere Kerbverzahnung 45a greift
gleitend mit der inneren Kerbverzahnung 22a des Antriebs 22 ein.
Ein Bereich mit großen Durchmesser 45b ist
am anderen Ende des Kupplungselements 45 ausgebildet, und
eine äußere Kerbverzahnung 45c ist
im äußeren Umfangsbereich des
Bereichs mit großem
Durchmesser 45b ausgebildet. Die äußere Kerbverzahnung 45c kann
in die innere Kerbverzahnung 41b eingreifen, wie sie im
Planetenträger 41 ausgebildet
ist. Eine Kegelfläche 45d ist
zwischen dem Bereich mit großem
Durchmesser 45b und einem Ende ausgebildet. Diese Kegelfläche 45d ist
vorgesehen für
das Umschalten der Sperrklinke 53 der zweiten Freilaufkupplung 51 von
einem gekuppelten Zustand (mit einer durchgezogenen Linie dargestellt)
in einen gelösten
Zustand (abgebildet mit der unterbrochenen Linie aus abwechselnd
einer langen Linie und zwei kurzen Strichen). Wenn sich das Kupplungselement 45 von
der linken Seite in die Berggang-Stellung am rechten Ende bewegt,
dann gleitet die Sperrklinke 53 entlang der Kegelfläche 45d,
steigt am Bereich des großen
Durchmessers 45b auf und nimmt den gelösten Zustand an. Ein Lagerraum 62 wird
entlang des inneren Umfangs des Kupplungselements 45 ausgebildet,
und eine Kupplungselementnut 63 wird in der inneren Umfangsfläche davon
gebildet, wie in 3 gezeigt. Das Kupplungselement 45 wird über eine
Spiralfeder 60 zum Planetenträger 41 gespannt.
-
Der
Kupplungsbetätiger 46 ist
vorgesehen für
die Verschiebung des Kupplungselements 45 in axialer Richtung
der Nabenachse 21. Der Kupplungsbetätiger 46 umfasst eine
Schaltstange 48, die sich in axialer Richtung im Inneren
der Führungsbohrung 21a bewegt,
und einen Schaltstift 49, welcher von der Schaltstange 48 gegen
das Kupplungselement 45 gedrückt wird, wie in 3 dargestellt.
Die Schaltstange 48 ist ein stabförmiges Bauteil, dessen Länge größer ist
als der Abstand zwischen dem linken Ende der Nabenachse 21 und
dem rechten Ende des Schachts 21b. Der Schaltstift 49 ist
ein Bauteil, das die Form eines Vierkants besitzt, und sich in axialer
Richtung im Schacht 21b bewegt, wenn es gedrückt wird,
siehe 3. Der Schaltstift 49 ist drehbar im
Lagerraum 62 des Kupplungselements 45 angeordnet,
wobei es sich in axialer Richtung nicht bewegen kann. Die beiden
Enden des Schaltstifts 49 erstrecken sich in radialer Richtung
von der Nabenachse 21 und können mit den gestuften Bereichen 45e des
Kupplungselements 45 in Berührung kommen.
-
Eine
Schaltstiftnut 49b, die zur Kupplungselementnut 63 zeigen
kann, wird in den zwei Abschlussflächen 49a des Schaltstifts 49 ausgebildet, welche
der inneren Umfangsfläche 62a des
Lagerraums 62 des Kupplungselements 45 gegenüber liegen.
Die Schaltstiftnut 49b und die Kupplungselementnut 63 nehmen
einen Ring 64 auf, der zwischen den beiden Nuten eingeschränkt ist.
Der Ring 64 ist für
eine drehbare und axial nicht verschiebbare Verbindung des Schaltstifts 49 mit
dem Kupplungselement 45 gestaltet. Der Ring 64 wird
geformt, in dem ein elastischer Drahtstab in eine kreisförmige Gestalt gebracht
wird, die zwei Endbereiche hiervon sind leicht von einander getrennt.
Im entspannten Zustand ist der Außendurchmesser des Rings 64 leicht größer als
der Innendurchmesser der Kupplungselementnut 63. Der Ring 64 kann
sich deshalb in radialer Richtung aufweiten, wenn er in die Kupplungselementnut 63 montiert
wird. Zusätzlich
ist die Länge (Breite)
der Schaltstiftnut 49b in Richtung der Nabenachse 21 größer als
der Drahtdurchmesser des Rings 64. Somit kann sich das
Kupplungselement 45 sanft drehen, wenn dieses Kupplungselement
sich bezüglich
dem Schaltstift 49 dreht.
-
Der
Kniehebel 27 ist am linken Ende der Nabenachse 21 montiert.
Der Kniehebel 27 umfasst einen Auflagewinkel 70,
der am Ende der Achse befestigt ist und ein Verbindungsteil 71,
das vom Auflagewinkel 70 drehbar gelagert ist. Die äußere Hülse 73a des
Schaltseils 73 ist am Auflagewinkel 70 befestigt, und
das innere Kabel 73b ist am Verbindungsteil 71 befestigt.
Die Spitze des Verbindungsteils 71 wird gegen das Basisende
der Schaltstange 48 gedrückt. In dieser Anordnung ist
das Verbindungsteil 71 drehbar gelagert, indem am inneren
Kabel 73b mit Hilfe der Schalteinrichtung 9 gezogen
wird, worauf die Schaltstange 48 gedrückt wird, das Kupplungselement 45 vom
Schaltstift 49 gedrückt
wird und ein niedrigerer Gang ausgewählt wird. Auf der anderen Seite
sorgt ein Lockern des inneren Kabels dafür, dass die Spiralfeder 60 auf
das Kupplungselement 45 drückt und ein höherer Gang
ausgewählt
wird.
-
Ein
Schaltvorgang wird ausgeführt,
indem die Schaltstange 48 mit dem Kniehebel 27 unter
Verwendung des Schaltseils 73 angesteuert wird. In der Anordnung
aus 2, in der die Schaltstange 48 noch nicht
reingedrückt
wurde, ist das Kupplungselement 45 in der Schnellgang-Stellung
am linken Ende angeordnet, und die Antriebskraft vom Antrieb 22 wird über den
Schnellgang-Pfad geleitet und auf das Nabengehäuse 23 übertragen.
In dieser Anordnung ist die zweite Freilaufkupplung 51 in
einem eingekuppelten Zustand, so wird die Antriebskraft vom Antrieb 22 auf
den Planetenträger 41 über das
Kupplungselement 45 übertragen,
und die auf den Planetenträger 41 übertragene
Antriebskraft wird über
den Planetengetriebe-Mechanismus 24, das Hohlrad 43 und die
zweite Freilaufkupplung 51 auf das Nabengehäuse 23 übertragen.
In diesem Fall wird die eingebrachte Drehbewegung übersetzt
und mit einem Geschwindigkeitsverhältnis ausgebracht, das sich
aus der Anzahl der Zähne
vom Sonnenrad 40, der Planetenräder 42 und dem Hohlrad 43 ergibt.
Wird in diesem Fall versucht, eine Drehbewegung vom Antrieb 22 in
Richtung des Hohlrads 43 über die erste Freilaufkupplung 50 zu übertragen,
so wird keine Drehbewegung von der ersten Freilaufkupplung 50 übertragen,
denn das Hohlrad 43 dreht sich schneller als der Antrieb 22.
-
Betätigt man
den Wickelhebel der Schalteinrichtung 9, so dreht sich
das Verbindungsteil 71 des Kniehebels 27 und drückt die
Schaltstange 48 eine Stufe nach innen. Dadurch wird der
Schaltstift 49 vom Verbindungsteil 71 über die
Schaltstange 48 gegen die Federkraft der Spiralfeder 60 gedrückt, und der
Schaltstift 49 wird in 3 nach rechts
bewegt, während
der Schacht 21b diesen führt. Dabei wird das Kupplungselement 45 ebenfalls
gedrückt
und bewegt sich nach rechts und erreicht somit die Normalgang-Stellung, wie sie
mit unterbrochenen Linien (abwechselnd lange und zwei kurze Striche)
in 3 dargestellt ist, wodurch die Antriebskraft des
Antriebs 22 entlang des Normalgang-Pfades auf das Nabengehäuse übertragen
wird. Ist das Kupplungselement 45 in der Normalgang-Stellung,
so sind der Planetenträger 41 und
der Antrieb 22 nicht mehr über das Kupplungselement 45 verbunden.
In dieser Anordnung kann die Drehbewegung ebenso nur in Fahrtrichtung
vom Hohlrad 43 auf das Nabengehäuse 23 übertragen
werden, weil die zweite Freilaufkupplung 51 im Eingriff
ist. Genauer gesagt wird die an Antrieb 22 eingebrachte
Drehbewegung über
die erste Freilaufkupplung 50 auf das Hohlrad 43 übertragen
und dann auf das Nabengehäuse 23 über die
zweite Freilaufkupplung 51, und die Drehbewegung des Antriebs 22 wird
direkt auf das Nabengehäuse 23 über das
Hohlrad 43 übertragen.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehbewegung vom Hohlrad 43 auf
den Planetenträger 41 über den
Planetengetriebe-Mechanismus 24 übertragen,
und der Planetenträger 41 dreht sich
mit geringerer Geschwindigkeit, da sich das Nabengehäuse 23 aber
schneller als der Planetenträger 41 dreht,
gibt es keine Übertragung
der Drehbewegung vom Planetenträger 41 auf
das Nabengehäuse 23 über die
dritte Freilaufkupplung 52.
-
Wird
der Wickelhebel der Schalteinrichtung 9 in der Normalgang-Stellung
angesteuert und die Schaltstange 48 noch ein bisschen weiter
nach innen gedrückt,
so bewegt sich der Schaltstift 49 mehr nach rechts, und
das Kupplungselement 45 wird entsprechend in die Berggang-Stellung,
wie sie in 3 mit gestrichelten Linien dargestellt
ist, gebracht. Infolge dessen wird die Sperrklinke 53 der
zweiten Freilaufkupplung 51 in den gelösten Zustand über die
Kegelfläche 45d gedreht,
und die Verbindung zwischen dem Hohlrad 43 und dem Nabengehäuse 23 wird
gelöst.
Die Antriebskraft des Antrieb 22 wird deshalb über den
Berggang-Pfad auf das Nabengehäuse 23 übertragen.
Genauer gesagt, wird die eingebrachte Antriebskraft für den Antrieb 22 über die
erste Freilaufkupplung 50 auf das Hohlrad 43 übertragen.
Die auf das Hohlrad 43 übertragene
Drehbewegung wird über
den Planetengetriebe-Mechanismus 24, Planetenträger 41 und
die dritte Freilaufkupplung 52 weiter auf das Nabengehäuse 23 übertragen.
In diesem Fall wird die eingebrachte Drehbewegung untersetzt und mit
einem Geschwindigkeitsverhältnis
ausgebracht, das sich aus der Anzahl der Zähne vom Sonnenrad 40,
der Planetenräder 42 und
des Hohlrads 43 ergibt.
-
Wird
der Lösehebel
von der Schalteinrichtung 9 in einen Berggang-Modus gesteuert,
so wird das Verbindungsteil 71 des Kniehebels 27 zurückgezogen,
der Schaltstift 49 wird vom Kupplungselement 45 gedrückt (welches
im Gegenzug von der Spiralfeder 60 gedrückt wird), und die Schaltstange 48 wird ebenso
gedrückt.
Das Kupplungselement 45 wird dann in eine Normalgang-Stellung
gebracht. Wenn dies geschieht, so wird das Kupplungselement 45 von
der Sperrklinke 53 der zweiten Freilaufkupplung 51 getrennt,
und die Zwangskraft der spiralförmigen Drehfeder 55 bringt
die Sperrklinke 53 in einen verbundenen Zustand. Dadurch
wird die Antriebskraft des Antriebs 22 entlang des oben
beschriebenen Normalgang-Pfades in das Nabengehäuse 23 direkt übertragen.
-
Eine
weitere Betätigung
des Lösehebels bringt
das Verbindungsteil 71 des Kniehebels 27 dazu,
sich noch weiter zurück
zu ziehen, der Schaltstift 49 wird weiter vom Kupplungselement 45 gedrückt (welches
im Gegenzug von der Spiralfeder 60 gedrückt wird), und die Schaltstange 48 wird
ebenso gedrückt.
Das Kupplungselement 45 wird in die Schnellgang-Stellung
bewegt, ein Kämmen
zwischen der äußeren Kerbverzahnung 45c des
Kupplungselements 45 und der inneren Kerbverzahnung 41b des Planetenträgers 41 wird
erreicht, und der Antrieb 22 und der Planetenträger 41 sind
miteinander verbunden. Das Kupplungselement 45 trennt sich
manchmal vom Planetenträger 41 bei
unzureichender Kämmung
während
der Verbindung. In derartigen Fällen ist
der Schaltstift 49 sogar mit dem Kupplungselement 45 über den
Ring 64 verbunden, was es unwahrscheinlich macht, dass
der Schaltstift 49 sich vom Kupplungselement 45 trennt.
-
Während das
obige eine Beschreibung von verschiedenartigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung darstellt, können weitere Veränderungen
eingebracht werden, ohne das Wesen und die Geltung der vorliegenden
Erfindung zu verändern.
Zum Beispiel kann die Größe, Gestalt,
der Ort und die Orientierung von verschiedenen Bauteilen wie gewünscht geändert werden.
Die Funktion eines Elements kann durch zwei ausgeführt werden,
und umgekehrt. Es ist nicht erforderlich, dass alle Vorteile in
einer besonderen Ausführungsform
gleichzeitig vorhanden sind.
-
Obwohl
die oben stehende Ausführungsform in
Bezug auf ein Verbindungsteil in Form eines elastischen Rings 64 mit
Enden beschrieben wurde, ist die Gestalt des Verbindungsteils nicht
auf die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt
und kann jede Konfiguration besitzen, bei welcher der Schaltstift 49 mit
dem Kupplungselement 45 in rotatorischer und axial unbeweglicher
Art verbunden ist. Wie beispielsweise 5 zeigt,
ist es auch möglich
ein ringförmiges
Verbindungsteil 74 in den Endbereich der inneren Umfangsfläche des
Kupplungselements 45 einzupressen und den Schaltstift 49 auf
axial unbewegliche Art zu verbinden. In diesem Fall muss das Kupplungselement 45 keine
ringförmige
Nut besitzen. Alternativ hierzu kann im Endbereich der inneren Umfangsfläche des
Kupplungselements 45 eine Nut ausgebildet werden, und ein
ringförmiges
Verbindungsteil 84, das aus einem O-Ring oder einer Feder gebildet
wird kann dort befestigt werden, wie in 6 gezeigt.
Es ist auch möglich,
das Verbindungsteil als einen Sicherungsring vom Typ C, als Sicherungsring vom
Typ E oder jeder anderen Art von Sicherungsring auszubilden.
-
Obwohl
die oben beschriebene Ausführungsform
einen Fall betrifft, in dem der Schaltstift 49 in einem
Kupplungselement 45 untergebracht ist, gibt es keinen Grund,
dass der Schaltstift im Kupplungselement untergebracht wird, so
lange dieser Stift gegen das Kupplungselement gedrückt werden
kann.
-
Obwohl
die obige Ausführungsform
in Bezug auf eine Naben-Innenschaltung beschrieben wurde, bei der
eine Schaltstange 48 durch das linke Ende der Nabenachse 21 eingeführt wurde,
lässt sich
die vorliegende Erfindung ebenfalls auf eine Naben-Innenschaltung anwenden,
bei der die Schaltstange 48 durch das rechte Ende eingeführt wird.
-
Der
Geltungsbereich der Erfindung soll deshalb durch den offengelegten
spezifischen Aufbau nicht eingeschränkt werden oder den offensichtlichen ursprünglichen
Blickpunkt auf einen besonderen Aufbau oder ein Merkmal.