DE69934054T2 - Naben-Innenschaltung für Fahrräder - Google Patents

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DE69934054T2
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coupling element
axis
drive
planet carrier
ring gear
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Akihiko Shimonoseki-shi Shoge
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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
    • B62M11/16Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the ground-wheel hub

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Description

  • 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 5052 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.

Claims (13)

  1. Ein Nabengetriebe (10) für ein Fahrrad, umfassend: eine Achse (21); ein Antriebselement (22), welches drehbar auf der Achse (21) gelagert ist; ein Folgegehäuse (23), welches drehbar auf der Achse (21) gelagert ist; ein Kraftübertragungsmechanismus (25), angeordnet zwischen dem Antriebselement (22) und dem Folgegehäuse (23), zur Übertragung von Drehkraft vom Antriebselement (22) zum Folgegehäuse (23) über eine Vielzahl von Kraftübertragungspfaden; ein Kupplungselement (45), welches drehbar und axial verschieblich auf der Achse gelagert ist, um einen aus der Vielzahl von Kraftübertragungspfaden des Kraftübertragungsmechanismus auszuwählen; ein Schaltstift (49), um das Kupplungselement (45) axial zu bewegen; eine Schaltstange (48), axial beweglich auf der Achse (21) gelagert, zum axialen Bewegen des Schaltstifts (49); ein Vorspannmechanismus (60) zum Vorspannen des Kupplungselements (45) gegen den Schaltstift (49); und einen Verbinder (64, 74, 84), zum Verbinden des Kupplungselements (45) mit dem Schaltstift (49) so dass das Kupplungselement (45) im Wesentlichen bezüglich des Schaltstifts (49) axial unbeweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (64, 74, 84) einen Ring umfasst, welcher zwischen dem Schaltstift (49) und dem Kupplungselement (45) eingreift, und die innere Umfangsfläche (62a) des Kupplungselements (45) eine Kupplungselementnut (63) aufweist, wobei die Abschlussfläche des Schaltstifts eine Schaltstiftnut (49b) definiert, und wobei der Ring (64) in der Kupplungselementnut (63) und in der Schaltstiftnut (49b) angeordnet ist.
  2. Das Getriebe gemäß Anspruch 1, wobei eine axiale Länge der Schaltstiftnut (49b) größer ist als die axiale Dicke des Rings (64).
  3. Das Getriebe gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Achse (21) eine sich axial erstreckende Führungsbohrung (21a) aufweist, und wobei die Schaltstange (48) in dieser Führungsbohrung (21a) angeordnet ist.
  4. Das Getriebe gemäß Anspruch 3, wobei die Führungsbohrung (21b) zentral in der Achse (21) angeordnet ist.
  5. Das Getriebe gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Achse (21) einen Schacht (21b) aufweist, welcher sich quer durch die Achse erstreckt, und wobei der Schaltstift (49) im Schacht (21b) angeordnet ist und sich radial von der Achse (21) nach außen erstreckt.
  6. Das Getriebe gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kupplungselement (45) einen inneren Lagerraum (62) aufweist, und wobei der Schaltstift (49) innerhalb des Lagerraums (62) angeordnet ist.
  7. Das Getriebe gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kupplungselement (45) eine rohrförmige Gestalt aufweist.
  8. Das Getriebe gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Schaltstift (49) eine Abschlussfläche (49a) umfasst, welche in Richtung einer inneren Umfangsfläche (62a) des Kupplungselements (45) weist.
  9. Das Getriebe gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftübertragungsmechanismus (25) umfasst: ein Sonnenrad (40), welches konzentrisch um die Achse (21) angeordnet ist; ein Planetenträger (41), welcher drehbar um die Achse (21) gelagert ist; mindestens ein Planetenrad (42), welches drehbar auf dem Planetenträger (4) gelagert ist und mit dem Sonnenrad (40) kämmt; und ein Hohlrad (43), welches drehbar um die Achse (21) gelagert ist und mit dem mindestens einem Planetenrad (42) kämmt.
  10. Das Getriebe gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend: eine erste Freilaufkupplung (50) zum Verbinden des Antriebselements (22) mit dem Hohlrad (43); eine zweite Freilaufkupplung (51) zum Verbinden des Hohlrads (43) mit dem Folgegehäuse (23); und eine dritte Freilaufkupplung (52) zum Verbinden des Planetenträgers (41) mit dem Folgegehäuse (23).
  11. Das Getriebe gemäß Anspruch 10, wobei sich das Kupplungselement (45) in eine höhergeschaltete Position bewegt, um das Antriebselement (22) mit dem Planetenträger (41) zu verbinden und dabei der zweiten Freilaufkupplung (51) ermöglicht das Hohlrad (43) mit dem Folgegehäuse (23) zu verbinden, wobei das Kupplungselement (45) sich in eine direkte Antriebsposition bewegt um das Antriebselement (22) vom Planetenträger (41) zu entkoppeln und dabei der zweiten Freilaufkupplung (51) ermöglicht, das Hohlrad (42) mit dem Folgegehäuse (23) zu verbinden, und wobei sich das Kupplungselement (45) in eine tiefergeschaltete Position bewegt, um das Antriebselement (22) vom Planetenträger (41) zu entkoppeln und die zweite Freilaufkupplung (51) zu entkoppeln und dabei das Hohlrad (43) vom Folgegehäuse (23) zu entkoppeln.
  12. Das Getriebe gemäß irgend einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Achse (21) eine zentral angeordnete und sich axial erstreckende Führungsbohrung (21a) aufweist, welche mit einem Schacht (21b) verbunden ist, welcher sich quer durch die Achse (21) erstreckt und Öffnungen auf sich radial gegenüberliegenden Seiten auf der Achse (21) ausbildet, wobei die Schaltstange (48) in der Führungsbohrung (21a) angeordnet ist, und wobei der Schaltstift (49) im Schacht (21b) angeordnet ist und sich von den gegenüberliegenden Seiten der Achse (21) radial nach außen erstreckt.
  13. Das Getriebe gemäß Anspruch 12, wobei das Kupplungselement (45) eine rohrförmige Gestalt aufweist und eine innere Umfangsfläche (62a) umfasst, welche einen inneren Lagerraum (62) definiert, und wobei der Schaltstift (49) gegenüberliegende Abschlussflächen (49a) umfasst, welche innerhalb des inneren Raums angeordnet sind und in Richtung der inneren Umfangsfläche (62a) des Kupplungselements (45) weisen.
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