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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf innen montierte Fahrradgetriebe, und genauer gesagt auf
innen montiertes Fahrradgetriebe, welches Rollenkupplungen im Übertragungspfad
verwendet.
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Innen montierte Fahrradgetriebe werden
innerhalb eines Nabengehäuses
des Hinterrades des Fahrrades montiert, und weisen die folgenden
Hauptkomponenten auf:
(a) eine befestigte Welle, die gegenüber dem
Rahmen des Fahrrades befestigt ist, (b) einen Planetengetriebemechanismus,
(c) Ein-Wege-Kupplungen, und
(d) ein Betätigungselement.
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Der in einem innen montierten Fahrradgetriebe
mit einem herkömmlichen
Vierganggetriebe verwendete Planetengetriebemechanismus ist hergestellt
aus
(a) drei Sonnenrädern,
welche um den äußeren Umfang
der festen Welle eingebaut sind, (b) Planetenrädern, welche mit den jeweiligen
Sonnenrädern
in Eingriff stehen und (c) einem Hohlrad, welches mit den Planetenrädern in
Eingriff steht.
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Die entsprechenden Sonnenräder können wahlweise
mit der festen Welle mittels des Betätigungselements verbunden werden.
Die Planetenräder
werden von einem Radrahmen gelagert, der auf dem äußeren Umfang
der festen Welle eingebaut ist. Zusätzlich sind entsprechende Ein-Wege-Kupplungen
zwischen dem Hohlrad und dem Nabengehäuse eingebaut und zwischen
dem Radrahmen und dem Nabengehäuse.
Das Übertragungsverhältnis wird geändert, indem
das Betätigungselement
verwendet wird, um dasjenige Sonnenrad auszuwählen, welches mit der festen
Welle verbunden ist. Wenn kein Sonnenrad mit der befestigten Welle
verbunden ist, werden der Radrahmen und das Nabengehäuse direkt
miteinander verbunden.
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Herkömmliche Ein-Wege-Kupplungen,
die in innen montierten Fahrradgetrieben benutzt werden, weisen
eine Vielzahl von Ratschensperrklinkenelementen auf, welche eingebaut
sind (zum Beispiel) zwischen dem Hohlrad und dem Nabengehäuse. Diese
Ratschensperrklinkenelemente sind gewöhnlich lange, schlanke Elemente,
die um ein Ende schwenken. Durch Schwenken und Eingreifen mit den
Ratschenzähnen
auf dem Nabengehäuse übermitteln
diese Ratschensperrklinken die Antriebskraft nur in eine Richtung.
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Im Falle einer Leerdrehung in der
entgegengesetzten Richtung bezüglich
der Eingriffsrichtung schwenken die Ratschensperrklinkenelemente
und schlagen an das Nabengehäuse,
so dass ein Schlaggeräusch
erzeugt wird. Dies erzeugt einen bedeutenden Lärm. Danach wird, wenn das System
von einem Leerlaufzustand in einen Eingriffszustand schaltet, Zeit
benötigt,
damit die Ratschensperrklinkenelemente mit den Ratschenzähnen in
Eingriff kommen, da das Maß des
Spiels relativ groß ist.
Weiterhin tritt, da die Ratschensperrklinkenelemente und die Ratschenzähne abrupt
ineinander eingreifen, ein bedeutender Schlag anstelle eines weichen Übergangs
auf. Das Gleiche gilt auch im Falle von Gangwechseln. Daher kann
das Schalten der Ein-Wege-Kupplung nicht auf weiche Art und Weise
durchgeführt
werden. Dies gilt insbesondere im Falle des Herunterschaltens, wobei
die Pedale nach dem Gangwechsel schneller gedreht werden müssen als
vor dem Gangwechsel. Das Maß an
Spiel empfindet der Fahrradfahrer durch den Unterschied im Übertragungsverhältnis verstärkt, was
auf diese Weise das Gefühl
eines Mangels an Weichheit während
des Gangwechsels verstärkt.
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Die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 1
bezieht sich auf ein innen montiertes Fahrradgetriebe, welches das
Geräusch,
welches während
des Leerlaufs des Getriebes erzeugt wird, minimiert, was weiche Übergänge von
dem Leerlaufzustand in den Eingriffszustand ermöglicht, und welches weiche Übergänge von
einem Gang in den nächsten
ermöglicht.
All diese Vorteile werden durch Verwendung einfacher und billiger
Mechanismen erreicht.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
weist das Fahrradgetriebe eine Welle auf, ein Antriebselement, das
um die Welle zur Verbindung mit dem Eingangselement gelagert ist,
ein angetriebenes Element, das um die Welle gelagert ist, um mit
dem Ausgangselement zu kuppeln, und einem Planetengetriebemechanismus,
der zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Element angeordnet
ist, um das Übersetzungsverhältnis der
aufgebrachten Antriebskraft von dem Antriebselement auf das angetriebene
Element zu ändern.
Der Planetengetriebemechanismus weist ein Sonnenradgetriebe auf,
welches um die Welle gelagert ist, ein Ausgangsrad, um Antriebskraft
auf das angetriebene Element zu übertragen,
ein Rahmenelement, das um die Welle gelagert ist, und mit den Antriebselementen verbunden
ist, und ein Planetenrad, welches drehbar mit dem Rahmenelement
verbunden ist, und zwischen dem Sonnenrad und dem Ausgangsrad angeordnet
ist, um in das Sonnenrad und das Ausgangsrad einzugreifen. Eine
Kupplung mit Rolle ist an einem Zwischenpunkt entlang des Transmissionspfades
zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Element angeordnet,
um die Antriebskraft von dem Antriebselement auf das angetriebene
Element in nur eine Richtung zu übertragen.
Eine erste Kupplung dieser Art ist zwischen dem Ausgangsrad und
dem angetriebenen Element angeordnet, und eine zweite Kupplung dieser
Art ist zwischen dem Rahmenelement und dem angetriebenen Element vorgesehen,
um den Radrahmen direkt mit dem angetriebenen Element zu verbinden.
In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist der Planetengetriebemechanismus
weiterhin eine Schalteinheit auf, um wahlweise den Radrahmen mit dem
Antriebselement zu verbinden, und den Radrahmen von dem Antriebs element
zu entkoppeln. In dieser Ausführungsform
kann eine erste Kupplung der angegebenen Art zwischen dem Ausgangsrad
und dem angetriebenen Element angeordnet sein, eine zweite Kupplung
der oben genannten Art kann zwischen dem Rahmenelement und dem angetriebenen Element
angeordnet sein, und eine dritte Kupplung der oben genannten Art
kann zwischen dem Antriebselement und dem Ausgangsrad vorgesehen
sein.
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In jeder Ausführungsform weist die Kupplung Innen-
und Außenelemente
auf, die um die Welle herum angeordnet sind und geeignet sind, sich
relativ zueinander zu drehen. Eine Fläche des Innenelements und eine
Oberfläche
des Außenelements
bilden eine Vielzahl von oben beschriebenen Räumen, wobei jeder davon eine
Rolle aufweist. Die Vielzahl von Rollen wird gemeinsam innerhalb
einer Halteeinrichtung gehalten, und eine Vorspanneinrichtung, welche
mit der Halteeinrichtung befestigt ist, um die Vielzahl von Rollen
in Richtung der engeren Abschnitte und deren zugeordneten Räumen vorzuspannen.
Die Elemente können
als ein Teil mit Antriebselement, dem Radrahmen und/oder dem Antriebselement
ausgebildet sein, um die Struktur weiter zu vereinfachen.
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Da die Antriebskraft von dem Antriebselement
auf das angetriebene Element über
rollenartige Kupplungen übertragen
wird, wird das Stoßgeräusch von
Ratschen- und Sperrklinkenelementen, was in einer herkömmlichen
Ein-Wege-Kupplung während des
Leerlaufs erzeugt wird, minimiert oder eliminiert. Da die Rollen
in Richtung der Eingriffsposition vorgespannt sind, tritt sehr wenig,
wenn überhaupt,
Spiel zwischen dem Kupplungsmechanismus auf, so dass Stöße während des Übergangs
von dem Freilaufzustand in den eingegriffenen Zustand, und beim
Schalten von einem Gang in den anderen weiterhin minimiert oder
eliminiert werden.
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Die DE-A-2819 471 offenbart ein innen
montiertes Fahrradgetriebe mit einer ratschenartigen Kupplung, welche
hinsichtlich ihrer Funktion mit der ersten rollenartigen Kupplung
des vorliegenden Anspruchs 1 über einstimmt,
und eine rollenartige Kupplung, die in ihrer Funktion mit der zweiten
rollenartigen Kupplung des vorliegenden Anspruchs 1 übereinstimmt.
Die rollenartige Kupplung aus der DE-A-2819 471 weist keinerlei
Vorspanneinrichtungen gemäß dem vorliegenden
Anspruch 1 auf.
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1 ist
eine Querschnittsdarstellung einer speziellen Ausführungsform
eines innen montierten Fahrradgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine teilweise Querschnittsdarstellung einer speziellen Ausführungsform
der Rollenkupplung, die in dem innen montierten, erfindungsgemäßen Fahrradgetriebe
verwendet werden;
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3 ist
eine vergrößerte, teilweise
Ansicht einer speziellen Ausführungsform
der in 2 gezeigten neuen
Kupplungen;
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4 ist
eine Ansicht entlang der Linie IV-IV in 3;
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5 ist
eine teilweise Draufsicht einer speziellen Ausführungsform einer der in 3 gezeigten Rollenkupplungen;
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6 ist
eine teilweise Ansicht einer speziellen Ausführungsform einer der in 3 gezeigten Rollenkupplungen
vom inneren Umfang her; und
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7 ist
eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform des innen montierten Fahrradgetriebes
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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1 ist
eine Querschnittsdarstellung einer besonderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen innen
montierten Fahrradgetriebes. Das in 1 gezeigte,
innen montierte Gangwechselgetriebe kann zum Beispiel im Hinterrad
eines Fahrrades montiert werden. Die Hauptbestandteile dieser Vorrichtung
sind (a) eine feste Welle (1), welche an dem Rahmen des
Fahrrades befestigt ist, (b) ein Antriebselement (2), welches
um den äußeren Umfang
der befestigten Welle an einem Ende der befestigten Welle (1)
eingebaut ist, (c) ein Nabengehäuse
(3), welches um den äußeren Umfang
der festen Welle (1) und des Antriebselements (2)
eingebaut ist, und (d) ein Planetengetriebemechanismus (4),
der verwendet wird, um eine Antriebskraft zwischen dem Antriebselement
(2) und dem Nabengehäuse
(3) zu übertragen.
Dieser Planetengetriebemechanismus ist so konstruiert, dass er eine
direkte Verbindung und drei höhere
Gänge für eine Gesamtheit
von vier Gängen
aufweist.
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Das Antriebselement (2)
ist ein grob zylindrisches Element, dessen eines Ende auf der festen Welle
(1) über
Kugeln (5) und Halter (6) so gelagert ist, dass
das Antriebselement (2) frei in der Drehung ist. Ein Kettenrad
(7), welches als Eingangselement benutzt wird, ist an dem äußeren Umfang
eines Endes des Antriebselementes (2) befestigt. Ausgeschnittene
Elemente (2a), welche sich nach außen in einer radialen Richtung
von einem zentralen Raum ausweiten, sind in dem Antriebselement
(2) gebildet. Diese ausgeschnittenen Elemente (2a)
sind an drei Positionen, die unter gleichen Winkelintervallen in der
Umfangsrichtung angeordnet sind, ausgebildet.
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Das Nabengehäuse (3) ist ein zylindrisches Element,
welches eine Vielzahl von Stufenelementen in axialer Richtung aufweist;
das Antriebselement (2) ist innerhalb des inneren Einbauraums
(3a) des Nabengehäuses
(3) untergebracht. Ein Ende des Nabengehäuses (3)
ist im äußeren Umfang
des Antriebselements (2) über Kurbeln (10) gelagert,
während das
andere Ende des Nabengehäuses
(3) auf der festen Welle (1) über Kugeln (11) und
Halter (12) gelagert ist, so dass das Nabengehäuse in der
Drehung frei ist. Darüber
hinaus sind Flansche (13) und (14), welche verwendet
werden, um die beiden Speichen zu stützen, an beiden Enden des äußeren Umfangsbereichs
des Nabengehäuses
(3) befestigt. Eine Hülse
(15) ist an der äußeren Seitenwand
an einem Ende des Antriebselements (2) befestigt. Die Spitze dieser
Hülse erstreckt
sich in der Art, dass sie die äußere Umfangsfläche eines
Endes des Nabengehäuses
(3) bedeckt. Weiterhin ist ein Abdichtelement (16) zwischen
der inneren Umfangsfläche,
der Spitze der Hül se
(15) und der äußeren Umfangsoberfläche des Nabengehäuses (3)
eingebaut.
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Der Planetengetriebemechanismus (4)
ist innerhalb des inneren Einbauraums (3a) des Nabengehäuses (3)
untergebracht. Dieser Mechanismus (4) weist die ersten,
zweiten und dritten Sonnenräder (20),
(21) und (22) auf, und drei Planetenräder (23) (nur
ein Planetenrad ist in den Figuren gezeigt), welche in die Sonnenräder eingreifen,
und ein Hohlrad (24). Die jeweiligen Sonnenräder (20)
bis (22) sind in einer axialen Linie in Richtung auf den
inneren Umfangsbereich des Antriebselements (2) um den äußeren Umfang
der festen Welle (1) eingebaut, und können sich bezüglich der
festen Welle (1) frei drehen. Die Planetenräder (23)
sind innerhalb der ausgeschnittenen Elemente (2a) des Antriebselements
(2) über
Stützstifte
(25) so gestützt,
dass die Planetenräder
in der Drehung frei sind. In jedem Planetengetriebe (23)
sind ein erstes Planetenrad (23a), ein zweites Planetenrad
(23b) und ein drittes Planetenrad (23c) als Einheit
ausgebildet. Das erste Rad (23a) greift mit dem ersten
Sonnenrad (20) ineinander, das zweite Rad (23b)
greift mit dem zweiten Sonnenrad (21) ineinander, und das
dritte Rad (23c) greift mit dem dritten Sonnenrad (22)
ineinander. Das Hohlrad (24) ist um die äußeren Umfänge der
Planetenräder
(23) ausgebildet, und weist innen Zähne auf, die an seinem Innenumfangsbereich
ausgebildet sind. Dieses Hohlrad (24) greift mit dem zweiten
Rad (23b) jedes Planetengetriebes (23) ineinander.
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Ein wahlweiser Kupplungsmechanismus (30),
der verwendet wird, um die jeweiligen Sonnenräder (20) bis (22i)
dazu zu bringen, sich (i) entweder frei bezüglich der festen Welle (1)
oder (ii) nicht frei bezüglich
der festen Welle (1) zu drehen, ist zwischen der festen
Welle (1) und den jeweiligen Sonnenrädern (20) bis (22)
angeordnet. Dieser wahlweise Kupplungsmechanismus (30)
hat die Funktion, wahlweise eines der drei Sonnenräder (20 bis 22)
mit der festen Welle (1) zu verbinden, und die Funktion jedes
der Sonnenräder
(20) bis (22) von der festen Welle (1)
zu entkoppeln. Der wahlweise Kupplungsmechanismus (30)
hat (a) eine Vielzahl von Sperrklinken (31), (32)
und (33), die an den Berei chen des inneren Umfangs der
jeweiligen Sonnenräder
(20) bis (22) angeordnet sind, und welche mit
den Innenflächen
der Sonnenräder
(20) bis (22) ineinander greifen können, (b)
ringförmige
Drahtfedern (34), (35) und (36), welche
verwendet werden, um die jeweiligen Sperrklinken (31) bis
(33) zu stützen,
und (c) eine Hülse
(37). Die Hülse
(37) wird in den äußeren Umfang
der festen Welle (1) eingesetzt, und hat eine Vielzahl
von Eingriffsnuten, die in ihrem äußeren Umfang ausgebildet sind.
Ein Betätigungselement
(38) ist an einem Ende der Hülse (37) befestigt,
so dass veranlasst werden kann, dass die Hülse (37) durch die
Betätigung
dieses Betätigungselements
(38) gedreht wird. Die Verbindung der jeweiligen Sonnenräder (20)
bis (22) mit der festen Welle (1) wird durch die
Drehung der Hülse
(37) gesteuert.
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Als Folge dieser Konstruktion wird
ein großer Antriebskraftübertragungspfad
beim Hochschalten (der das höchste
Hochschaltverhältnis
aufweist) gebildet, wenn das erste Sonnenrad (20) ausgewählt ist,
ein mittlerer Antriebskraftübertragungspfad
beim Hochschalten (welcher das zweitgrößte Hochschaltverhältnis aufweist),
wird gebildet, wenn das zweite Sonnenrad (21) ausgewählt ist,
und ein kleiner Antriebskraftübertragungspfad
für das
Hochschalten (der das kleinste Hochschaltverhältnis aufweist) wird gebildet,
wenn das dritte Sonnenrad (22) ausgewählt ist. Wenn kein Sonnenrad
ausgewählt
ist, wird ein Direktverbindungs-Antriebskraftübertragungspfad gebildet.
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Die erste Ein-Wege-Kupplung (41)
ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Hohlrads (24) und der inneren Umfangsfläche des Nabengehäuses (3)
eingebaut, und eine zweite Ein-Wege-Kupplung (40) ist zwischen
der äußeren Umfangsfläche des
anderen Endes des Antriebselements (2) und der inneren
Umfangsfläche
des Nabengehäuses
(3) eingebaut. Wie in 2 gezeigt,
sind die ersten und zweiten Ein-Wege-Kupplungen (41) und
(40) jeweils mit (a) einem Nockenelement (42),
das als einheitliches Element der äußeren Umfangsfläche des
Antriebselements (2) oder der äußeren Umfangsfläche des Hohlrads
(24) ausgebildet ist, (b) einer Vielzahl von Rollen (43),
die zwischen dem Nockenelement (42) im Nabengehäuse (3)
eingebaut sind, (c) einer Halteeinrichtung, die die Vielzahl von
Rollen (43) hält,
und (d) einer Spiralfeder (45), die die Halteeinrichtung (44)
in die entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende Richtung in 2 (das heißt, in Richtung
des Eingriffs) treibt, ausgestattet.
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Jedes der Nockenelemente (42)
hat eine Vielzahl von Nockenflächen
(42a), welche in der Umfangsrichtung geneigt sind. Diese
Nockenflächen (42a)
sind in Positionen ausgebildet, welche zu jeder der Vielzahl von
Rollen (43) gehören.
Wenn die Rollen (43) über
die Nockenflächen
(42a) rollen, können die
Rollen (43) frei in den Bereichen rotieren, die am meisten
in Richtung der Innenumfangsseite geneigt sind, das heißt in Bereichen,
die am weitesten von der Innenumfangsfläche des Nabengehäuses (3) entfernt
sind. Gleichwohl sind die Rollen (43) in Zwischenpunkten
entlang den Nockenflächen
(42a) bezüglich
der Umfangsrichtung zwischen dem Nabengehäuse (3) und den Nockenflächen (42a)
eingeklemmt, so dass die Drehung der Nockenelemente (42)
auf das Nabengehäuse
(3) übertragen
werden kann.
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Wie in den 3 bis 6 gezeigt,
ist die Halteeinrichtung (44) U-förmig im Querschnitt ausgebildet, und
weist ein erstes Halteelement (44a) und ein zweites Halteelement
(44b) auf. Ausgeschnittene Halteelemente (44c)
sind in den jeweiligen Halteelementen (44a) und (44b)
unter gleichen Winkelintervallen in der Umfangsrichtung ausgebildet,
und die Rollen (43) können
in diesen ausgeschnittenen Elementen (44c) gehalten werden.
Die Öffnungsabmessungen der
ausgeschnittenen Elemente (44c), die in den jeweiligen
Halteelementen (44a) und (44b) ausgebildet sind,
sind so gewählt,
dass sie kleiner sind als der Durchmesser der Rollen (43).
Als Folge davon können
die Rollen (43) nicht aus der Halteeinrichtung (44)
nach außen
oder innen herausgleiten. Weiterhin ist, wie in 5 gezeigt, ein Paar Eingriffselemente (44d),
welche mit dem Endteil jeder Rolle (43) eingreifen, auf
den Randbereichen der ausgeschnittenen Elemente (44c) in
dem ersten Halteelement (44a) ausgebildet. Diese Eingriffselemente
(44d) verhindern, dass die Rollen (43) aus der
Halteeinrichtung (44) in der axialen Richtung herausgleiten.
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Wie in 2 gezeigt,
ist die Torsionsfeder (45) eine Spiralfeder, die aus im
Wesentlichen zwei Umdrehungen besteht, deren Spiraldurchmesser im Wesentlichen
genauso groß ist,
wie der Durchmesser der Nockenflächen
(42a). Ein Ende dieser Torsionsfeder (45) ist
an dem Nockenelement (42) befestigt, während das andere Ende an der
Halteeinrichtung (44) befestigt ist. Als Folge dieser Konstruktion können alle
der Vielzahl von Rollen (43) in der gleichen Richtung mittels
der einzigen Torsionsfeder (45) angetrieben werden.
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Die Gangwechsel werden durch Betätigung des
Betätigungselements
(38) mittels eines Kabels durchgeführt, wodurch eine Hülse (37)
zur Drehung gebracht wird. Wenn das erste Sonnenrad (20)
mit der festen Welle (1) mittels des Betätigungselements (38)
verbunden ist, wird die auf das Antriebselement (2) übertragene
Drehung von dem Kettenrad (7) um das größte Hochschaltverhältnis hochgeschaltet, welches
durch die jeweilige Anzahl von Zähnen
des ersten Sonnenrades (20), der ersten und zweiten Räder (23a)
und (23b) jedes Planetengetriebes (23) und des
Hohlrades (24) bestimmt wird. Die Drehung wird dann auf
das Nabengehäuse
(3) über
die erste Ein-Wege-Kupplung (41) übertragen. Währenddessen
wird, wenn das zweite Sonnenrad (21) ausgewählt und
mit der festen Welle (1) verbunden wird, die Drehung des
Antriebselements (2) um das mittlere (zweitgrößte) Hochschaltverhältnis hochgeschaltet, welches
durch die entsprechende Anzahl der Zähne des zweiten Sonnenrades
(21), des zweiten Rades (23b) jedes Planetengetriebes
(23) und des Hohlrades (24) bestimmt wird. Die
Drehung wird dann auf das Nabengehäuse (3) über die
erste Ein-Wege-Kupplung
(41) übertragen.
Weiterhin wird, wenn das dritte Sonnenrad (22) ausgewählt mit
der ersten Welle (1) verbunden ist, die Drehung des Antriebselements
(2) um das kleinste Hochschaltverhältnis hochgeschaltet, wobei
das Verhältnis
durch die jeweiligen Anzahlen von Zähnen des dritten Sonnenrads
(22), der dritten und zweiten Räder (23c) und (23b)
jedes Planetengetriebes (23) und des Hohlrads (24)
festgelegt ist. Diese Drehung wird dann auf das Nabengehäuse (3) über die
Ein-Wege-Kupplung (41) übertragen.
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In den Fällen, in denen keines der Sonnenräder (20)
bis (22) ausgewählt
ist, wird die Drehung des Antriebselements (2) auf das
Nabengehäuse
(3) direkt über
die zweite Ein-Wege-Kupplung (40) übertragen. Diejenigen Sonnenräder, die
nicht ausgewählt
sind, drehen sich bezüglich
der festen Welle (1). In Fällen, in denen irgendeines
der Sonnenräder ausgewählt ist,
so dass eine Hochschalttätigkeit durch
den Planetengetriebemechanismus (4) durchgeführt wird,
drehen sich das Antriebselement (2) und das Nabengehäuse (3)
relativ zueinander in einer solchen Richtung, dass die zweite Ein-Wege-Kupplung
(40) ausgekoppelt wird.
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In den ersten und zweiten Ein-Wege-Kupplungen
(41) und (40) werden die Rollen permanent in der
Eingriffsrichtung angetrieben. Daher ist die Zeitverzögerung zum
Eingriff der Kupplung extrem kurz. Weiterhin gibt es wenig Erschütterung
während
der Schaltungsbetätigung,
da dieser Eingriff gleichmäßig erfolgt.
Außerdem
wird der Lärm
während
des Leerlaufs reduziert, da es keine schwenkenden Sperrklinken wie
in herkömmlichen
Ein-Wege-Kupplungen gibt.
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In dem direkt gekoppelten Zustand
der oben beschrieben wurde, ist die zweite Ein-Wege-Kupplung im
Eingriff. Im Falle einer Schaltung von diesem Zustand in den Zustand
kleiner Übersetzung
ist das dritte Sonnenrad (22) mit der festen Welle (1)
verbunden. Nachdem das dritte Sonnenrad so verbunden wurde, wird
die Antriebskraft über
die erste Ein-Wege-Kupplung (41) abgeführt. Während dieses Gangwechsels tritt
eine Verschiebung vom Eingriff der zweiten Ein-Wege-Kupplung (40)
zu einem Eingriff der ersten Ein-Wege-Kupplung (41) auf,
so dass kein Leerlaufzustand auftritt. Folglich wird kein besonders großer Schlag
wahrgenommen.
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Im Falle eines Schaltens von einem
Zustand kleiner Übersetzung
oder mittlerer Übersetzung
in den Zustand mittlerer Übersetzung
oder großer Übersetzung,
wird das Schalten der Sonnenräder
mit der ersten Ein-Wege-Kupplung
(41), die in einem Eingriffszustand gehalten wird, durchgeführt. Folglich tritt,
wie in dem obengenannten Fall, kein Zustand des Leerlaufs auf, so
dass kein besonders großer Schlag
wahrgenommen wird.
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Im Falle eines innen montierten Gangwechselgetriebes,
welches herkömmliche
Ratschensperrklinkenelemente benutzt, wird die Antriebskraft abrupt übertragen,
wenn die Sperrklinken eingreifen, so dass ein großer Schlag
im Falle eines Hochschaltens auftritt. Als Folge kann das Treten
nicht gleichmäßig durchgeführt werden.
Aber im Falle von rollenartigen Ein-Wege-Kupplungen wird die Antriebskraft über einen
schrittweisen Eingriff der Rollen mit den Nockenelementen durchgeführt, so
dass die Antriebskraft mehr schrittweise übertragen wird als im Falle
von Gangwechselgetrieben, welche herkömmliche Ratschensperrklinken
benutzen. Als Folge gibt es keine abrupte Aufbringung von Kraft
auf die Pedale. Folglich kann der Schlag abgemildert werden, so
dass gleichmäßiges Treten
während
eines derartigen Hochschaltens möglich
ist.
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Im Falle eines Gangwechsels von dem
Zustand hoher Übersetzung
in den Zustand mittlerer Übersetzung
wird das Sonnenrad, welches an die feste Welle (1) gekoppelt
ist, vom ersten Sonnenrad (20) zum zweiten Sonnenrad (21)
geschaltet. In diesem Fall würde,
wenn die zweite Ein-Wege-Kupplung (40)
nicht eingebaut wäre,
ein Zustand des Leerlaufs erzeugt werden, während der Periode, die sich
von dem Zeitpunkt, bei welchem die Verbindung des ersten Sonnenrades
(20) mit der festen Welle (1) gelockert wird,
bis zu dem Zeitpunkt, bei welchem das zweite Sonnenrad (21)
mit der festen Welle (1) verbunden wird, auftreten. Jedoch
greift in der vorliegenden Ausführungsform,
da die zweite Ein-Wege-Kupplung
(4) ständig
in einem Zustand ohne Spiel wartet, die zweite Ein-Wege-Kupplung
(40) sofort ein, wenn die Verbindung des ersten Sonnenrads
(20) gelöst wird.
Dann, wenn das zweite Sonnenrad (21) mit der festen Welle
(1) verbunden wird, greift die erste Ein-Wege-Kupplung (41)
ein, so dass die Antriebskraft auf das Nabengehäuse (3) über die
erste Ein-Wege-Kupplung (41) übertragen wird. Mit anderen
Worten, wenn kein Sonnenrad mit der festen Welle (1) wäh rend eines
Gangwechsels verbunden ist, ist die Vorrichtung in einem direkt
gekoppelten Zustand. Andere Betätigungen
zur Gangherunterschaltung sind ähnlich;
da eine Schaltung zu kleineren Gängen immer über den
direkt gekoppelten Zustand während des
Wechsels der Sonnenräder
während
der Gangwechselbetätigung
durchgeführt
wird, ist der Schlag im Vergleich zu den Fällen, in denen ein Leerlaufzustand
erzeugt wird, reduziert.
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Sowohl vor als auch nach einem Gangwechsel
dreht sich der Reifen gewöhnlich
mit der im Wesentlichen gleichen Drehgeschwindigkeit. Folglich kann
eine Antriebskraft in den Fällen,
in denen das Treten nach einer Gangherunterschaltung fortgesetzt wird,
nicht aufgebracht werden, es sei denn, dass die Pedale mit einer
Drehgeschwindigkeit gedreht werden, die um einen Betrag erhöht ist,
der mit dem Verhältnis
der Gangherabschaltung übereinstimmt
(bezüglich
der Geschwindigkeit vor dem Gangwechsel). Hier entspricht das Spiel
der Ein-Wege-Kupplung,
die in dem Ausgangselement des Planetengetriebemechanismus (4)
untergebracht ist, dem Leerlaufabstand der Pedale. Entsprechend
ist der Leerlaufabstand der Pedale groß in den Fällen, in denen ein großes Maß an Spiel
vorliegt, wie im Falle von herkömmlichen
Ein-Wege-Kupplungen. Weiterhin ist der Leerlaufabstand erhöht, wenn
das Treten bei der gleichen Geschwindigkeit erfolgt, da es im Falle
eines Wechsels in einen kleineren Gang nötig ist, die Pedale mit einer
Drehgeschwindigkeit zu drehen, welche um das Maß erhöht ist, das dem Gangreduzierungsverhältnis (wie
oben beschrieben wurde) entspricht. Mit anderen Worten wird das
Spiel durch einen Betrag verstärkt,
der der Gangreduzierung entspricht. Andererseits ist in Fällen, in
denen rollenartige Ein-Wege-Kupplungen verwendet werden, praktisch
kein Spiel in den Ein-Wege-Kupplungen; folglich tritt auch in Fällen, in
denen der Unterschied in der Drehgeschwindigkeit vor und nach dem
Gangwechsel groß ist,
keine Verstärkung
des Spiels, wie oben beschrieben, auf. Als Folge kann das Treten
gleichmäßig während Gangwechseln
durchgeführt
werden.
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7 ist
eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen innen
montierten Fahrradgetriebes. Das in 7 gezeigte
innen montierte Fahrradgetriebe weist eine Dreigangkonstruktion
auf, welche direkt verbundene, gangerhöhende und gangmindernde Übertragungspfade
aufweist. Dieses Gangwechselgetriebe kann an dem Hinterrad eines
Fahrrades, wie oben beschrieben montiert werden. Dieses innen montierte Gangwechselgetriebe
weist eine Konstruktion auf, die im Wesentlichen gleich ist wie
diejenige der ersten Ausführungsform.
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Die grundlegenden Elemente des Gangwechselgetriebes
sind (a) eine feste Welle (51 ), welche an dem Rahmen des
Fahrrades befestigt ist, (b) ein Antriebselement (52),
welches um den äußeren Umfang
eines Endes der festen Welle (51) montiert ist, (c) ein
Nabengehäuse
(53), welches um den äußeren Umfang
der festen Welle (51) und des Antriebselements (52)
montiert ist, und (d) ein Planetengetriebemechanismus (54).
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Das Antriebselement (52)
ist auf der festen Welle (51) über Kugeln (55) und
Halter (56) so gelagert, dass das Antriebselement (52)
in der Drehung frei ist. Ein Kettenrad (57) ist an dem äußeren Umfang
eines Endes des Antriebselementes (52) befestigt. Eine
Vielzahl von Führungsnuten
(52a) sind in der axialen Richtung in dem Innenumfangsbereich des
anderen Endes des Antriebselements (52) ausgebildet.
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Das Nabengehäuse (53) ist ein zylindrisches Element.
Das Antriebselement (52) und der Planetengetriebemechanismus
(54) sind in dem inneren Einbauraum (53a) des
Nabengehäuses
(53) untergebracht. Das Nabengehäuse (53) ist auf der
festen Welle (51) über
Kugeln (60, 61) und Halter (62) so gelagert,
dass das Nabengehäuse
(53) in der Drehung frei ist. Die Flansche (63)
und (64) welche verwendet werden, um Speichen zu stützen, sind
an beiden Enden des äußeren Umfangsbereichs
des Nabengehäuses
(53) befestigt.
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Der Planetengetriebemechanismus (54) weist
(a) ein Sonnenrad (70) auf, welches konzentrisch mit und
als integrales Element der festen Welle (51) ausgebildet
ist, (b) ein Radrahmen (71 ), welcher um den äußeren Umfang
der festen Welle (51) montiert ist, (c) drei Planetenräder (72)
(nur ein Planetenrad ist in 7 gezeigt),
welche mit dem Sonnenrad (70) ineinander greifen, und (d)
ein Hohlrad (73).
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Der Radrahmen (71) ist ein
zylindrisches Element und ist so gelagert, dass es bezüglich der festen
Welle (1) frei in der Drehung ist. Drei ausgeschnittene
Bereiche (71a) sind in einen Radrahmen (71) in
Umfangsrichtung ausgebildet, und die Planetenräder (72) sind in diesen
ausgeschnittenen Bereichen (71a) mittels Stiften (74)
so gelagert, dass die Planetenräder
(72) frei in der Drehung sind. Weiterhin ist eine Vielzahl
von eingreifenden Ausnehmungen (71b) im inneren Umfangsbereich
eines Endes des Radrahmens (71) ausgebildet. Das Hohlrad
(73) ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet,
und ist so eingebaut, dass es in axialer Richtung frei beweglich
ist über
den äußeren Umfang des
Radrahmens (71). Ein Flanschelement (73a) des inneren
Umfangs, welcher sich nach innen erstreckt, ist auf dem mittleren
Bereich (bezüglich
der axialen Richtung) des inneren Umfangs des Hohlrades (73) ausgebildet,
und Innenzähne
(73b) sind auf der anderen Seite des Hohlrades (73)
ausgebildet. Die Planetenräder
(72) greifen mit den Innenzähnen (73b) des Hohlrades
(73) zur gleichen Zeit ein, zu welcher sie mit dem Sonnenrad
(70), wie oben beschrieben, eingreifen.
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Ein Kupplungselement (75)
ist um den äußeren Umfang
der festen Welle (51) montiert, so dass das Kupplungselement
(75) in axialer Richtung frei beweglich ist. Dieses Kupplungselement
(75) wird permanent in Richtung des Radrahmens (71)
durch eine Feder (76) getrieben. Führungsvorsprünge (75a)
sind auf dem äußeren Umfangsbereich
eines Endes des Kupplungselements (75) ausgebildet; diese
Führungsvorsprünge (75a)
greifen mit den Führungsnuten
(52a) so ineinander, dass die Führungsvorsprünge (75a)
frei gleiten können.
Weiterhin ist eine Vielzahl von Sperrklinkenelementen (75b)
auf dem äußeren Umfangsbereich
des anderen Endes des Kupplungselements (75) aus gebildet;
diese Sperrklinkenelemente (75b) können in die Eingriffsausnehmungen
(71b) des Radrahmens (71) eingreifen. Das Kupplungselement
(75) ist so angeordnet, dass es in Richtung des Antriebselements
(52) durch eine Druckstange (77) bewegt werden
kann, wobei die Druckstange im mittleren Bereich der festen Welle
(51) in der Art angeordnet ist, dass die Druckstange (77)
sich frei in axialer Richtung bewegen kann. Genauer wird das Kupplungselement
(75) durch die Betätigung
der Druckstange (77) mit dem Radrahmen (71) verbunden
oder von diesem entkoppelt. Eine Feder (78) ist zwischen
den Führungsvorsprüngen (75a)
des Kupplungselements (75) und dem innenumfänglichen
Flanschelement (73a) des Hohlrades (73) angeordnet,
so dass das Hohlrad (73) in Richtung des Rahmenelementes
(71) durch diese Feder (78) getrieben wird.
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Eine dritte Ein-Wege-Kupplung (80)
ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des
in Richtung des Radrahmens gerichteten Endes des Antriebselements
(52) und der Innenumfangsfläche des Hohlrads (73)
ausgebildet. Eine vierte Ein-Wege-Kupplung (81) ist zwischen
der äußeren Umfangsfläche des
anderen Endes des Radrahmens (71) und der inneren Umfangsfläche des
Nabengehäuses
(53), und eine fünfte
Ein-Wege-Kupplung (82) ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Hohlrads (73) und der inneren Umfangsfläche des Nabengehäuses (53) montiert.
Ein Leerring (83) ist an einer Position montiert, an der
das Hohlrad (73) aufhört,
die innere Umfangsfläche
des Nabengehäuses
(53) zu berühren, wenn
das Hohlrad (53) sich in Richtung des Antriebselements
(52) bewegt. Dieser Leerring (83) wird verwendet,
um die Übertragung
der Bewegung der Kraft von der fünften
Ein-Wege-Kupplung
(82) auf das Nabengehäuse
(53) auch dann zu verhindern, wenn der Leerring (83)
mit der fünften
Ein-Wege-Kupplung (82) in Eingriff steht. Die jeweiligen
Ein-Wege-Kupplungen (80), (81) und (82)
weisen die gleiche Konstruktion wie in dem vorangegangen beschriebenen
Ausführungsbeispiel
auf, wonach die Nockenelemente der Ein-Wege-Kupplungen als integrale Elemente der äußeren Umfangsflächen der
Antriebselemente (52), des Radrahmens (71) und
des Hohlrades (73) jeweils ausgebildet sind.
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Als Folge des oben erwähnten Planetengetriebemechanismus
(54) und der Ein-Wege-Kupplungen (80) bis (82)
weist dieses montierte Gangwechselgetriebe (a) einen gangerhöhenden Antriebskraftübertragungspfad
auf, der von dem Antriebselement (52), dem Kupplungselement
(75), dem Radrahmen (71), dem Planetengetriebemechanismus
(54), dem Hohlrad (73) und dem Nabengehäuse (53)
gebildet wird, (b) einen direkt gekoppelten Antriebskraftübertragungspfad,
der von dem Antriebselement (52), dem Hohlrad (73)
und dem Nabengehäuse
(53) gebildet wird, und (c) einen gangreduzierenden Antriebskraftübertragungspfad,
der von dem Antriebselement (52), dem Hohlrad (73),
dem Planetengetriebemechanismus (54), dem Radrahmen (71)
und dem Nabengehäuse
(53) gebildet wird.
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Gangwechsel werden durch Betätigung der Druckstange
(77) durchgeführt.
In dem in 7 gezeigten
Zustand, in dem die Druckstange (77) nicht eingedrückt ist,
wird die Drehung des Antriebselements (52) über den
gangerhöhenden
Antriebskraftübertragungspfad übersetzt
und auf das Nabengehäuse
(53) übertragen.
Genauer wird die Drehung, die in das Antriebselement (52)
eingegeben wird, auf den Radrahmen (71) über das
Kupplungselement (75) übertragen.
Die Drehung, die so auf den Radrahmen (71) übertragen
wird, wird durch ein Übertragungsverhältnis übersetzt,
welches durch die jeweilige Anzahl von Zähnen des Sonnenrades (70),
der Planetenräder
(72) und des Hohlrades (73) bestimmt wird, und
auf das Nabengehäuse
(53) über
die fünfte Ein-Wege-Kupplung (82) übertragen.
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Währenddessen
wird, wenn die Druckstange (77) eingedrückt wird, das Kupplungselement
(75) auch in Richtung des Antriebselements (52) über das Flanschteil
(51a) der festen Welle (51) bewegt. Infolgedessen
gleiten die Sperrklinkenelemente (75b) des Kupplungselements
(75) aus den Eingriffsausnehmungen (71b) des Rahmenelements
(71). In diesem Zustand wird die Drehung vom Antriebselement (52)
direkt auf das Nabengehäuse
(53) über
den direkt verbundenen Antriebskraftübertragungspfad übertragen.
Mit anderen Worten wird die in das An triebselement (52)
eingegebene Drehung über
die dritte Ein-Wege-Kupplung
(80) auf das Hohlrad (73) übertragen und wird über die
fünfte
Ein-Wege-Kupplung (82) auf das Nabengehäuse übertragen.
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Wenn die Druckstange (77)
von dem direkt verbundenen Zustand noch weiter eingedrückt wird, wird
das Kupplungselement (75) auch weiter in Richtung des Antriebselements
gedrückt.
Als Folge drücken
die Sperrklinkenelemente (75b) des Kupplungselements (75)
das innenumfängliche
Flanschteil (73a) des Hohlrads (73) so, dass bewirkt
wird, dass sich das Hohlrad (73) in Richtung des Antriebselements
(52) bewegt. Entsprechend greift die fünfte Ein-Wege-Kupplung (82),
die um den äußeren Umfang
des Hohlrads (73) angebracht ist, in den Leerring (83)
ein. In diesem Zustand überträgt die fünfte Ein-Wege-Kupplung
(82) keine Antriebskraft; als Folge wird die Drehung von
dem Antriebselement (52) über den gangreduzierenden Antriebskraftübertragungspfad
heruntergeschaltet, und dann auf das Nabengehäuse (53) übertragen.
Mit anderen Worten wird die Drehung, die auf das Antriebselement
(52) aufgebracht wird, auf das Hohlrad (73) über die
dritte Ein-Wege-Kupplung (80) übertragen, und dann weiter
auf das Nabengehäuse
(53) über
den Planetengetriebemechanismus (54), den Radrahmen (71 ),
und die vierte Ein-Wege-Kupplung (81) übertragen. In diesem Fall wird
die Eingangsdrehung um ein Übersetzungsverhältnis heruntergesetzt,
welches durch die jeweilige Anzahl der Zähne des Sonnenrades (70),
der Planetenräder
(72) und des Hohlrads (73) bestimmt ist.
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Im Falle eines Gangwechsels von dem
gangerhöhenden
Pfad zur direkten Verbindung, oder von der direkten Verbindung in
den gangreduzierenden Pfad, wird ein direkt gekoppelter Zustand
beibehalten, ohne dass ein Leerlaufzustand erzeugt wird. Daher wird
der Schlag reduziert, wie im Fall der oben beschriebenen Ausführungsform.
Genauer wird im Falle eines Gangwechsels von dem gangerhöhenden Pfad
in die direkte Kopplung der Eingriff des Kupplungselements (75)
mit dem Radrahmen (71) gelöst. In diesem Falle tritt ein
Schalten vom Eingriff der vierten Ein-Wege-Kupplung (81)
zum Eingriff der fünften
Ein-Wege-Kupplung
(82) auf. Wenn das Kupplungselement (75) von dem
Rad rahmen (71) gelöst
wird, greift die dritte Ein-Wege-Kupplung (80), die sich
in einem Wartezustand ohne Spiel befindet, unmittelbar ein. Entsprechend
wird die Antriebskraft vom Antriebselement (52) auf das
Nabengehäuse (53) über das
Hohlrad (73) und die fünfte
Ein-Wege-Kupplung
(82) übertragen.
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Im Falle eines Gangwechsels von einer
direkten Verbindung in den gangreduzierenden Pfad, wird der Eingriff
der fünften
Ein-Wege-Kupplung
(82) mit dem Nabengehäuse
(53) gelöst,
und es tritt eine Schaltung in den Eingriff der vierten Ein-Wege-Kupplung
(81) auf. In diesem Falle wird die vierte Ein-Wege-Kupplung
(81 ), obwohl der Eingriff der fünften Ein-Wege-Kupplung (82)
gelöst
ist, ständig
in einem Wartezustand ohne Spiel gehalten, und greift daher unmittelbar
ein, so dass kein Leerlaufzustand erzeugt wird.
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Während
das oben genannte eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist, können unterschiedliche Modifikationen
angewandt werden. Beispielsweise ist der Aufbau der Schaltmittel
nicht auf die in den jeweiligen, oben beschriebenen Ausführungsformen
dargestellten Konstruktionen beschränkt; verschiedene Modifikationen
sind möglich.
In ähnlicher
Weise kann der Planetengetriebemechanismus auch auf unterschiedliche
Weise konstruiert sein. Beispielsweise wäre es auch möglich, den
Planetengetriebemechanismus aus zwei Planetengetriebeeinheiten zu
konstruieren, die Seite an Seite auf der linken und rechten Seite
eingebaut sind, wobei eine rollenartige Ein-Wege-Kupplung zwischen
diesen Planetengetriebeeinheiten angeordnet ist. In diesem Fall
würden die
betreffenden Planetengetriebeeinheiten aus Sonnenrädern aufgebaut
sein, aus Planetenrädern
und einem Hohlrad, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Entsprechend ist die Erfindung nicht auf die im speziellen beschriebenen
Ausführungsformen
begrenzt. Anstelle dessen sollte der eigentliche Bereich der Erfindung
durch die folgenden Ansprüche
festgelegt sein.