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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise sind drei radiale Nocken
oder Profilringe vorgesehen. Die Profilringe können über eine Feder-/Nutverbindung
auf die Schaltkulisse aufgesetzt und mit dieser verbunden werden.
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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.
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Insbesondere vorteilhaft ist es,
wenn die Kupplungsräder
direkt auf der Schaltkulisse drehbar gelagert sind, wodurch eine
weitere Bauteilvereinfachung erfolgt.
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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.
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Um das Schalten der einzelnen Gänge zu erleichtern,
sind die Sonnenräder
vorzugsweise mit einem zu den Nocken oder Profilringen komplementären Innenprofil
versehen.
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Die Verbindung zwischen Schaltkulisse
und Schaltzug kann über
ein Schubklötzchen
erfolgen.
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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.
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Das Hohlrad umschließt das Doppel-Planetenrad
und ist beidseitig zum Doppel-Planetenrad mit einer Innenverzahnung
versehen, in die die Kupplungsräder
eingreifen können.
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Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung nachfolgend näher
erläutert
werden. Es zeigts
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1 den
oberen Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe
mit geschaltetem ersten Gang;
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1a den
oberen Teil-Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe
mit geschaltetem zweiten Gang;
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1b den
oberen Teil-Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe
mit geschaltetem dritten Gang;
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1c den
oberen Teil-Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe
mit geschaltetem vierten Gang;
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1d den
oberen Teil-Halbschnitt einer Fünfgang-Antriebsnabe
mit geschaltetem fünften Gang;
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2 die
Ansicht der Schaltkulisse;
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3 den
Schnitt entlang der Linie III-III nach 2;
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4 den
Schnitt entlang der Linie IV-IV nach 3.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 1
- Nabenhülse
- 1a
- Nabenhülsen-Deckel
- 2
- Antreiber
- 2a
- Antreiber-Kupplungsprofil
- 3
- Achse/Nabenachse
- 3a
- Achs-Lagerhülse
- 3b
- Achs-Lagerhülse
- 4
- antriebsseitiges
Kupp
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- lungsrad
- 5
- abtriebsseitiges
Kupp
-
- lungsrad
- 6
- Klinkenträger
- 6a
- Klinke
- 6b
- Kupplungsprofil
Klinken
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- träger
- 7
- Hohlrad
- 7a
- Hohlrad-Kupplungsprofil
- 8
- Hohlrad-Deckel
- 8a
- Hohlraddeckel-Kupplungs
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- 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