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DE19828829B4 - Fünfgangnabe - Google Patents

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DE19828829B4
DE19828829B4 DE19828829A DE19828829A DE19828829B4 DE 19828829 B4 DE19828829 B4 DE 19828829B4 DE 19828829 A DE19828829 A DE 19828829A DE 19828829 A DE19828829 A DE 19828829A DE 19828829 B4 DE19828829 B4 DE 19828829B4
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DE
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Kun Teng Industry Co Ltd
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    • 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
    • B62M11/18Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears with a plurality of planetary gear units
    • 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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structure Of Transmissions (AREA)

Abstract

Mehrgang-Antriebsnabe für Fahrräder, insbesondere Fünf-Gang-Nabe, mit:
einer Nabenachse (3), einem konzentrisch hierzu angeordneten, ein Hohlrad (7, 8), mehrere Doppel-Planetenräder (10) mit einem Planetenradkäfig (9) und zwei Sonnenräder (11a, 11b) aufweisenden Planetengetriebe, das über Verzahnungen mit einem antriebsseitigen, axial verschiebbaren Kupplungsrad (4) und einem abtriebsseitigen mit einer Nabenhülse (1) verbundenen Kupplungsrad (5) in Verbindung steht, einer koaxial zur Nabenachse (3) angeordneten, federbelasteten Schaltkulisse (12), die eine Mehrzahl hintereinander angeordneter radialer Nocken oder Profilringe (121, 122, 123) aufweist, wobei durch axiales Verschieben der Schaltkulisse (12) das antriebsseitige und das abtriebsseitige Kupplungsrad (4, 5) verschoben werden und die Nocken oder Profilringe (121, 122, 123) nacheinander in Eingriff mit den Sonnenrädern (11a, 11b) bringbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mehrgang-Antriebsnabe für Fahrräder mit einer Nabenachse, einem konzentrisch hierzu angeordneten, ein Hohlrad, einem ein Doppel-Planetenrad mit einem Planetenradträger und zwei Sonnenräder aufweisendes Planetengetriebe. Mehrgang-Antriebsnaben sind beispielsweise aus der EP 0 531 608 A2 oder der EP 0 693 419 A2 bekannt.
  • Bekannte Fünfgangnaben arbeiten generell mit einem zweistufigen Planetengetriebe. Diese Getriebeart ermöglicht bekanntlich die reziproke Umkehrung der Übersetzungsverhältnisse, wie Antrieb-Hohlrad/Abtrieb-Planetenradträger für die Übersetzung ins Langsame und Antrieb-Planetenradträger/Abtrieb-Hohlrad für die reziproke Übersetzung ins Schnelle, jeweils bei feststehendem Sonnenrad. Der direkte Durchgang über Hohlrad oder Planetenradträger ergibt eine Übersetzung im Verhältnis von 1:1 und vervollständigt die fünfstufige Getriebeübersetzung.
  • Zum Schalten solcher Antriebsnaben ist beispielsweise an jedem Ende der Nabenachse ein Zugseil vorgesehen, über das Klinken betätigt werden, die das antriebseitige bzw. das abtriebseitige Kupplungsrad verschieben. Die Schaltbetätigung mit zwei Seilen ist recht aufwendig, da die zwei Seilzüge in einer am Lenker des Fahrrades befestigten Schaltbetätigung zusammengeführt werden müssen.
  • Auch bekannt sind zwei in der Nabe integrierte Schaltbetätigungen, die einseitig über eine Achsbohrung nach außen geführt und durch eine dort an der Nabe angeflanschte Vorrichtung zu einer einteiligen Seilzugbetätigung zusammengeführt werden. Eine solche Vorrichtung wird unter der Bezeichnung "Clickbox" vertrieben. Entsprechende Erläuterungen hierzu sind in: Winkler, Rauch "FAHRRADTECHNIK", 9. Auflage, Bielefelder Verlagsanstalt 1996 enthalten.
  • Die EP 0 446 966 A2 offenbart eine Fünf-Gang-Nabe bei der auf einem Planetenradträger ein Planetenrad mit einem großen Stufenplanetenrad und einem kleinen Stufenplanetenrad gelagert ist. Das kleine Sonnenrad kämmt mit dem großen Stufenplanetenrad und das große Sonnenrad kämmt mit dem kleinen Stufenplanetenrad. Die beiden Sonnenräder sind selektiv auf der Nabenachse über einen Kupplungszahn und eine Schiebehülse, die wahlweise mit ihren Kupplungszähnen in die Kupplungsausnehmung des kleinen Sonnenrades oder in die Kupplungsausnehmung des großen Sonnenrades eingreift, festsetzbar. Das Schalten des Getriebes erfolgt über ein Zugseil, das über Federn mit der Schiebehülse in Verbindung steht. Die Verbindung zwischen dem Antreiber und der Nabenhülse erfolgt über zwei Freiläufe, von denen einer mit dem Planetenradträger und der andere mit dem Hohlrad in Verbindung steht. In den Berggängen treiben die Freilaufklinken des einen Freilaufes über den sich stets langsamer drehenden Planetenträger die Nabe an. Hierzu werden die Klinken des anderen Freilaufes aus dem Eingriff mit dem Hohlrad geschoben. Im Normalgang und in den Schnellgängen treiben die Klinken des anderen Freilaufes über das sich stets schneller drehende Hohlrad die Nabe an.
  • Von der eingangs erläuterten Problemstellung ausgehend soll eine Mehrgang-Antriebsnabe, insbesondere eine Fünf-Gang-Nabe so fortgebildet werden, daß die Schalteinrichtung vereinfacht und ein Schalten mit nur einem einzigen Zugseil möglich ist.
  • Zur Problemlösung weist eine Mehrgang-Antriebsnabe, insbesondere Fünf-Gang-Nabe für Fahrräder folgende Merkmale auf:
    • – eine Nabenachse,
    • – ein konzentrisch hierzu angeordnetes, ein Hohlrad, ein Doppel-Planetenrad mit einem Planetenradträger und zwei Sonnenräder aufweisendes Planetengetriebe, das über Verzahnungen mit einem antriebsseitigen axial verschiebbaren Kupplungsrad und einem abtriebsseitigen mit einer Nabenhülse verbundenen Kupplungsrad in Verbindung steht,
    • – eine koaxial zur Nabenachse angeordnet, federbelastete Schaltkulisse, die eine Mehrzahl hintereinander angeordneter radialer Nocken oder Profilringe aufweist, wobei durch axiales Verschieben der Schaltkulisse das antriebsseitige und das abtriebsseitige Kupplungsrad verschoben werden und die Nocken oder Profilringe nacheinander in Eingriff mit den Sonnenrädern bringbar sind.
  • Durch diese Ausbildung können der erste bis fünfte Gang nacheinander durch Verschieben der Schaltkulisse eingeschaltet werden. Dabei kann aus jedem Gang in jeden Gang geschaltet werden. Die Schaltkulisse ist hülsenförmig ausgebildet und kann kostengünstig gefertigt werden. Durch den vereinfachten Aufbau benötigt die erfindungsgemäße Antriebsnabe gegenüber herkömmlichen Naben wesentlich weniger Einzelteile, so daß die Montage schneller und kostengünstiger erfolgen kann. Durch die Verwendung nur eines Seilzuges können herkömmliche kostengünstige Schaltbetätigungen für den Lenkergriff, wie beispielsweise ein Drehgriff, verwendet werden.
  • Vorzugsweise sind drei radiale Nocken oder Profilringe vorgesehen. Die Profilringe können über eine Feder-/Nutverbindung auf die Schaltkulisse aufgesetzt und mit dieser verbunden werden.
  • An ihrem einen Ende ist die Schaltkulisse mit dem antriebsseitigen Kupplungsrad und an ihrem anderen Ende mit dem abtriebsseitigen Kupplungsrad verbunden, um den Kraftfluß sicherzustellen.
  • Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Kupplungsräder direkt auf der Schaltkulisse drehbar gelagert sind, wodurch eine weitere Bauteilvereinfachung erfolgt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Kupplungsräder nur mit dem Hohlrad oder dem Planetenradträger verbindbar. Die Schaltkulisse ist mit der Nabenachse drehfest und dazu axial relativ verschiebbar verbunden. Hierzu ist zwischen der Schaltkulisse und der Nabenachse eine Nutenprofilierung vorgesehen.
  • Um das Schalten der einzelnen Gänge zu erleichtern, sind die Sonnenräder vorzugsweise mit einem zu den Nocken oder Profilringen komplementären Innenprofil versehen.
  • Die Verbindung zwischen Schaltkulisse und Schaltzug kann über ein Schubklötzchen erfolgen.
  • Um den Gangwechsel in die andere Richtung zu erleichtern, stützt sich zwischen einem axialen äußeren Achsaufbau und der Schaltkulisse eine Druckfeder ab, die beim Schalten in einer Richtung (beispielsweise Steigerung der Übersetzung ins Schnelle) gespannt wird.
  • Das Hohlrad umschließt das Doppel-Planetenrad und ist beidseitig zum Doppel-Planetenrad mit einer Innenverzahnung versehen, in die die Kupplungsräder eingreifen können.
  • Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigts
  • 1 den oberen Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe mit geschaltetem ersten Gang;
  • 1a den oberen Teil-Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe mit geschaltetem zweiten Gang;
  • 1b den oberen Teil-Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe mit geschaltetem dritten Gang;
  • 1c den oberen Teil-Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe mit geschaltetem vierten Gang;
  • 1d den oberen Teil-Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe mit geschaltetem fünften Gang;
  • 2 die Ansicht der Schaltkulisse;
  • 3 den Schnitt entlang der Linie III-III nach 2;
  • 4 den Schnitt entlang der Linie IV-IV nach 3.
  • Wie 1 zeigt, sind koaxial zu einer Nabenachse 3 ein zweiteiliges Hohlrad 7, 8, mehrere Doppelplanetenräder 10, mit den daran ausgebildeten Planetenrädern P1 und P2, zwei Sonnenräder 11a, 11b, ein Antreiber 2, der mit einem Kettenritzel 18 versehen ist, ein Klinkenträger 6 mit einem Klinkenfreilauf 6a sowie beidseitig axial außen vorgesehene Achs-Lagerhülsen 3a, 3b angeordnet. Verschlossen wird die Antriebsnabe durch die Nabenhülse 1 bzw. den mit dieser verschraubten Nabenhülsen-Deckel 1a. Die Nabenhülse 1 und Nabenhülsen-Deckel 1a stützen sich über Wälzlager 21, 22, 23 auf der Nabenachse 3 ab.
  • Der Antreiber 2a ist über ein Kupplungsrad 4 mit dem Hohlrad 7 oder dem Planetenradkäfig 9 verbindbar. Hierzu sind das Hohlrad 7 und der Planetenradkäfig 9 mit einem entsprechenden Kupplungsprofil (Verzahnung) 7a, 9a versehen. Über ein abtriebsseitiges Kupplungsrad 5 ist der Planetenradkäfig 9 oder der Hohlrad-Deckel 8 mit dem Klinkenträger 6 zur Drehmomentübertragung verbindbar. Auf der Nabenachse 3 ist eine hülsenförmige Schaltkulisse 12 aufgesetzt, die drehfest mit der Achse 3 verbunden zu dieser aber in axialer Richtung verschiebbar ist. Die Schaltkulisse 12 weist radiale Nocken bzw. Profilringe 121, 122, 123 auf, die denselben Außendurchmesser aber eine unterschiedliche axiale Länge aufweisen. Die Profilringe 121, 122, 123 sind dazu vorgesehen, bei einer Axialverschiebung der Schaltkulisse 12 in das Kupplungsprofil 11c der Sonnenräder 11a oder 11b einzugreifen und somit die Sonnenräder 11a oder 11b, die mit den Planetenrädern P1, P2 kämmen, zuzuschalten.
  • In der Achse 3 ist eine axiale Bohrung 17 vorgesehen, in die ein Zugstängchen 14 eingesetzt werden kann, das über einen Schubklotz 13 mit der Schaltkulisse 12 verbindbar ist. An das Zugstängchen 14 schließt der Seilzug 24 zur Betätigung der Mehrgangnabe an. Auf der Schaltkulisse 12 sind die beiden drehbaren Kupplungsräder 4, 5 befestigt. Das antriebsseitige Kupplungsrad 4 stützt sich an dem Profilring 121 ab und wird über einen hier nicht näher bezeichneten Sprengring gegen axiale Verschiebung gesichert. Das abtriebsseitige Kupplungsrad 5 stützt sich an einem hier nicht näher bezeichneten axialen Absatz am Sitz 20 für das Kupplungsrad 5 ab und wird über einen ebenfalls nicht näher bezeichneten Sprengring axial gesichert. Der Schubklotz 13 wird durch eine Bohrung 20' durch die Schaltkulisse 12 hindurchgeführt. Zwischen dem abtriebsseitigen Achsaufbau 3b und der Schaltkulisse 12 stützt sich eine Druckfeder 15 ab, die beim Verschieben der Schaltkulisse 12 (auf der Zeichnung nach links) gespannt wird. Wie 3 zeigt, ist die Schaltkulisse 12 innen mit axial verlaufenden Führungsnuten 25 ausgebildet, die in entsprechende, hier nicht näher dargestellte Vorsprünge in der Achse 3 eingreifen, wodurch die Schaltkulisse 12 mit der Achse 3 drehfest aber axial beweglich gekoppelt ist. Die Führungsringe 121, 122, 123 sind mit axialen Nuten 26 ausgebildet, mit denen sie in eine entsprechende komplementäre Profilierung llc in die Sonnenräder 11a, 11b eingreifen können.
  • Anhand der 1 bis 1d soll nachfolgend die Funktionsweise der Mehrgangnabe erläutert werden. 1 zeigt die Stellung mit eingelegtem ersten Gang, also einer Übersetzung ins Langsame. Über das auf der Schaltkulisse 12 drehbar gelagerte antriebsseitige Kupplungsrad 4 wird der Antreiber 2 mit dem Hohlrad 7, dem Sonnenrad 11a und über den Planetenradträger 9, das drehbar auf der Schaltkulisse 12 gelagerte abtriebsseitige Kupplungsrad 5 mit dem Klinkenträger 6 verbunden. Der Profilring 122 schaltet das Sonnenrad 11a zu.
  • Wird die Schaltkulisse 12 nun um einen Schritt weiterbewegt (auf der Zeichnung nach links), wird der zweite Gang mit einer Übersetzung ins Langsame geschaltet. Wie 1a zeigt, ist nun der Antreiber 2 über das Kupplungsrad 4 mit dem Hohlrad 7 und abtriebsseitig über den Planetenradträger 9 sowie dem Kupplungsrad 5 mit dem Klinkenträger 6 verbunden. Der Profilring 122 ist außer Eingriff mit dem Sonnenrad 11a und der Profilring 123 greift in die Profilierung 11c des zweiten Sonnenrades 11b ein und schaltet dieses zu.
  • 1b zeigt den eingelegten dritten Gang, der eine direkte Übersetzung bietet. Der Antreiber 2 ist über das Kupplungsrad 4 weiterhin mit dem Hohlrad 7 verbunden. Abtriebsseitig greift das Kupplungsrad 5 nun in den Hohlrad-Deckel 8 ein und verbindet diesen mit dem Klinkenträger 6, der über den Klinkenfreilauf 6a mit der Nabenhülse 1 in Verbindung steht.
  • Die erste Übersetzung ins Schnelle (vierter Gang) zeigt 1c. Das Kupplungsrad 4 verbindet den Antreiber 2 mit dem Planetenradträger 9 und das Kupplungsrad 5 den Hohlrad-Deckel 8 mit dem Klinkenträger 6. Über den Profilring 123 ist das Sonnenrad 11b zugeschaltet.
  • Die letzte Übersetzungsstufe zeigt 1d. Das antriebsseitige Kupplungsrad 4 verbindet den Antreiber 2 mit dem Planetenradträger 9 und das abtriebsseitige Kupplungsrad 5 den Hohlrad-Deckel 8 mit dem Klinkenträger 6. Über den Profilring 121 ist das Sonnenrad 11a zugeschaltet, das mit dem Planetenrad P1 kämmt, wodurch der Planetenradträger 9 ebenfalls in Umlauf versetzt wird, da die Planetenräder P1, P2 über den Lagerbolzen 9c mit dem Plnetenradkäfig 9 verbunden sind.
  • 1
    Nabenhülse
    1a
    Nabenhülsen-Deckel
    2
    Antreiber
    2a
    Antreiber-Kupplungsprofil
    3
    Achse/Nabenachse
    3a
    Achs-Lagerhülse
    3b
    Achs-Lagerhülse
    4
    antriebsseitiges Kupp
    lungsrad
    5
    abtriebsseitiges Kupp
    lungsrad
    6
    Klinkenträger
    6a
    Klinke
    6b
    Kupplungsprofil Klinken
    träger
    7
    Hohlrad
    7a
    Hohlrad-Kupplungsprofil
    8
    Hohlrad-Deckel
    8a
    Hohlraddeckel-Kupplungs
    profil
    9
    Planetenradkäfig
    9a
    Planetenradkäfig-
    Kupplungsprofil
    9b
    Planetenradkäfig-
    Kupplungsprofil (ab
    triebsseitig)
    9c
    Lagerbolzen
    10
    Doppelplanetenrad
    11a
    Sonnenrad
    11b
    Sonnenrad
    11c
    Sonnenrad-Kupplungsprofil
    12
    Schaltkulisse
    121
    Profilring
    122
    Profilring
    123
    Profilring
    13
    Schubklotz
    14
    Zugstängchen
    15
    Druckfeder
    16
    Führungsnut
    17
    Achsbohrung
    18
    Kettenritzel
    19
    Sitz- und Lauffläche für
    Kupplungsrad
    20
    Sitz- und Lauffläche für
    Kupplungsrad
    20'
    Bohrung
    21
    Wälzlager
    22
    Wälzlager
    23
    Wälzlager
    24
    Seilzug
    25
    Nut
    26
    Nut
    P1
    Verzahnung erstes Plane
    tenrad
    P2
    Verzahnung zweites Plane
    tenrad

Claims (12)

  1. Mehrgang-Antriebsnabe für Fahrräder, insbesondere Fünf-Gang-Nabe, mit: einer Nabenachse (3), einem konzentrisch hierzu angeordneten, ein Hohlrad (7, 8), mehrere Doppel-Planetenräder (10) mit einem Planetenradkäfig (9) und zwei Sonnenräder (11a, 11b) aufweisenden Planetengetriebe, das über Verzahnungen mit einem antriebsseitigen, axial verschiebbaren Kupplungsrad (4) und einem abtriebsseitigen mit einer Nabenhülse (1) verbundenen Kupplungsrad (5) in Verbindung steht, einer koaxial zur Nabenachse (3) angeordneten, federbelasteten Schaltkulisse (12), die eine Mehrzahl hintereinander angeordneter radialer Nocken oder Profilringe (121, 122, 123) aufweist, wobei durch axiales Verschieben der Schaltkulisse (12) das antriebsseitige und das abtriebsseitige Kupplungsrad (4, 5) verschoben werden und die Nocken oder Profilringe (121, 122, 123) nacheinander in Eingriff mit den Sonnenrädern (11a, 11b) bringbar sind.
  2. Mehrgang-Antriebsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei radiale Nocken oder Profilringe (121, 122, 123) vorgesehen sind.
  3. Mehrgang-Antriebsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkulisse (12) an ihrem einen Ende mit dem antriebsseitigen Kupplungsrad (4) und an ihrem anderen Ende mit dem abtriebsseitigen Kupplungsrad (5) verbunden ist.
  4. Mehrgang-Antriebsnabe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsräder (4, 5) auf der Schaltkulisse (12) drehbar gelagert sind.
  5. Mehrgang-Antriebsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsräder (4, 5) nur mit dem Hohlrad (7) oder dem Planetenradträger (9) verbindbar sind.
  6. Mehrgang-Antriebsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkulisse (12) mit der Nabenachse (3) drehfest aber relativ dazu axial verschiebbar verbunden ist.
  7. Mehrgang-Antriebsnabe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkulisse (12) mit der Nabenachse (3) über eine Nutenprofilierung (25) verbunden ist.
  8. Mehrgang-Antriebsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenräder (11a, 11b) ein zu dem Profil (26) der Nocken oder den Profilringen (121, 122, 123) komplementäres Innenprofil aufweisen.
  9. Mehrgang-Antriebsnabe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Schaltkulisse (12) und Schaltzug (24) über ein Schubklötzchen (13) erfolgt.
  10. Mehrgang-Antriebsnabe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen einem axial äußeren Achsaufbau (3b) und der Schaltkulisse (12) eine Druckfeder (15) abstützt.
  11. Mehrgang-Antriebsnabe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7, 8) das Doppel-Planetenrad (10) in Axialrichtung umschließt und beidseitig zum Doppel-Planetenrad (10) mit einer Innenverzahnung (7a, 8a) versehen ist.
  12. Mehrgang-Antriebsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkulisse (12) rohrförmig ausgebildet ist.
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