DE69836521T2

DE69836521T2 - Antriebsnabe für Fahrrad

Info

Publication number: DE69836521T2
Application number: DE69836521T
Authority: DE
Inventors: Koshi Sakai-shi Tabe
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2018-08-06
Also published as: TW404911B; JP3204929B2; DE69836521D1; CN1098787C; JPH1149073A; US6004240A; EP0895926A3; EP0895926B1; CN1208000A; EP0895926A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltnabe und genauer eine interne Fahrradschaltnabe zum Wechsel der Drehgeschwindigkeit einer Eingangseinheit und zum Übertragen des Ergebnisses an eine Ausgangseinheit.
Kleinere Fahrräder (als "BMX" bezeichnet) haben 20-Zoll Reifen und werden in Off-Road Motocross Rennen verwendet. Bei solchen BMX Fahrrädern wird das Hinterrad gebräuchlicherweise mit einer bestimmten Übersetzung angetrieben von etwa 43 Zähnen auf dem Kettenrad und etwa 16 Zähnen auf dem Hinterradzahnkranz.
Ein schneller Startsprint ist ein wichtiges Element eines BMX Motocross-Rennens. Während der Startphase ist ein Zurückschalten auf eine geringfügig leichtere Übersetzung als während des normalen Fahrens empfehlenswert, um eine höhere Anfangsbeschleunigung zu erreichen. Für diesen Zweck weisen BMX Räder, welche in Motocross-Rennen eingesetzt werden, eine Ausrüstung mit einem externen Schalter (umfassend einen hinteren Umwerfer und einen Zahnkranz mit zwei Crossübersetzungskettenrädern) und einem Schalthebel auf, welcher über ein Kabel mit dem hinteren Umwerfer verbunden ist.
Das Anbringen eines externen Schaltwerks macht es jedoch erforderlich, dass der Fahrer dieses Schaltwerk durch Betätigung eines Schalthebels steuert. Da BMX Motocrossrennen das Navigieren auf einem Kurs einschließen, welcher aufeinanderfolgend kleine Bodenwellen und Kurven umfasst, ist der Fahrer mit dem Steuern beschäftigt und hat nicht viel Zeit zum Schalten. Folglich ist es sehr schwer während des Rennens Gänge zu schalten.
In dieser Hinsicht ist es möglich einen Ansatz zu verfolgen, bei dem das Hinterrad mit einer internen Schaltnabe ausgestattet ist und die Gänge automatisch bei einem Wechsel der Geschwindigkeit von der internen Schaltnabe entsprechend der Fahrradge schwindigkeit geschaltet werden. Eine solche interne Schaltnabe umfasst eine Nabenachse, einen Antreiber, welcher um die Nabenachse drehbar ist, ein Nabengehäuse, einen Planetenradmechanismus zum Wechseln der Rotationsgeschwindigkeit des Antreibers und zur Übertragung des Ergebnisses an das Nabengehäuse, einen Kupplungsmechanismus, um den Ausgang des Planetenradmechanismus zum Nabengehäuse zu übertragen oder zum Abbrechen einer solchen Übertragung und einen Kupplungsschaltmechanismus um den Kupplungsmechanismus zum Beispiel durch eine Zentrifugalkraft zu schalten.
Lagerkomponenten sind zwischen einem Ende des Antreibers und der Nabenachse, zwischen einem Ende des Nabengehäuses und dem anderen Ende des Antreibers, und zwischen dem anderen Ende des Nabengehäuses und der Nabenachse vorgesehen, welche es dem Antreiber und dem Nabengehäuse ermöglichen, sich um die Nabenachse zu drehen. Der Planetenradmechanismus umfasst ein Hohlrad, ein Sonnenrad, eine Vielzahl von Planetenrädern, welche mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmen und einen Träger zur Lagerung der Vielzahl von Planetenrädern. Der Kupplungsschaltmechanismus schaltet den Kupplungsmechanismus zwischen einer eingerückten und einer ausgerückten Stellung durch die Wirkung einer Zentrifugalkraft, welche durch die Drehung des Nabengehäuses entsteht. Beispiele für solche internen Schaltnaben sind in DE 4229023A , US 2747708 , DE 1150592 und US 4973297 gezeigt.
Wird das Übersetzungsverhältnis einer so gestalteten inneren Schaltnabe gesenkt, wird eine Crossübersetzung erreicht (dies erfolgt, wenn die Drehung des Nabengehäuses weitgehend unverändert bezüglich der Drehung des Antreibers bleibt), hierbei muss die Anzahl der Zähne des Hohlrades relativ hoch bezüglich der Zähnezahl des Sonnenrads sein. Demzufolge vergrößert sich die Lücke zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad, wie auch der äußere Durchmesser der Planetenräder.
Zusätzlich sind die Außendurchmesser der Planetenräder manchmal vergrößert, wenn das Übersetzungsverhältnis erhöht wird. Wenn beispielsweise ein Planetengetriebe aus zwei Getriebeelementen besteht (ein großes Element und ein kleines Element), muss das Sonnenrad mit dem kleinen Getriebeelement kämmen und das Hohlrad muss mit dem großen Getriebeelement kämmen, dann erhöht das Anheben der Übersetzungsstufe den äußeren Durchmesser des großen Getriebeelements.
Der äußere Durchmesser des Antreibers erhöht sich, wenn sich die äußeren Durchmesser der Planetenräder auf diese Weise erhöhen. (Dies tritt auf, wenn beispielsweise ein Hohlrad auf der inneren Umfangsfläche des Antreibers ausgebildet ist, und das Zurückschalten durchgeführt wird durch Einbringen der Antriebskraft vom Hohlrad und ein Ausgang von einem Träger über die Planetenräder zur Verfügung gestellt wird). Eine Erhöhung des äußeren Durchmessers des Antreibers resultiert in einer weiteren Erhöhung des äußeren Durchmessers von zumindest einem der Lagerelemente, welche an den beiden Enden des Antreibers zur Verfügung gestellt werden, um den Antreiber zu lagern, da ein Planetenradmechanismus im Inneren in axialer Richtung montiert werden kann. Der Außendurchmesser der Innenschaltnabe erhöht sich in der Folge.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den äußeren Durchmesser der gesamten Anordnung zu vermindern, selbst wenn die Planetenräder große äußere Durchmesser aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrradnabenschaltung gemäß Anspruch 1. Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst eine Nabenachse, einen Antreiber und einen Planetenradmechanismus. Die Nabenachse ist eine Achse, welche auf einem Fahrradrahmen befestigt werden kann. Der Antreiber ist ein Element, welches einen ersten zylindrischen Körper aufweist, welcher mit der Eingangseinheit verbindbar ist und einem zweiten zylindrischen Körper, welcher drehfest bezüglich des ersten zylindrischen Körpers verbunden ist, innerhalb welchem ein Gehäuseraum in zumindest in einem der zwei zylindrischen Körper vorgesehen ist und welches sich um die Nabenachse drehen kann. Der Nachläufer ist ein Element, welches zumindest teilweise um die Innenseite des zweiten zylindrischen Körpers angeordnet ist, welcher sich um die Nabenachse drehen kann, und welcher mit der Ausgangseinheit verbindbar ist. Der Planetenradmechanismus ist ein Mechanismus, welcher im Gehäuseraum angeordnet ist, und welcher zum Wechseln der Geschwindigkeit der Antriebsleistung vom Antreiber und zum Übertragen des Ergebnisses auf den Nachläufer gestaltet ist.
Mit der internen Schaltnabe wird die Drehung der Eingangseinheit vom Antreiber über den Planetenradmechanismus auf den Nachläufer übertragen, und dabei die Geschwindigkeit des Nachläufers geändert. Dieser Antreiber weist einen ersten zylindrischen Körper und einen zweiten zylindrischen Körper auf und der Planetenschaltmechanismus ist im Gehäuseraum von einem der zylindrischen Körper angeordnet, aber nicht im anderen. Im Ergebnis kann ein Antreiber erhalten werden, dessen äußerer Durchmesser geringer ist als der von dem einen der zylindrischen Körper, welcher Gehäuseräume aufweist, indem jeder der zylindrischen Körper mit Lagerelementen mit kleinem Durchmesser ausgestattet ist, zur Lagerung des Antreibers. Folglich kann der äußere Durchmesser der gesamten internen Schaltnabe vermindert werden, auch wenn der Gehäuseraum des Antreibers einen Planetenradmechanismus beherbergt, welcher Planetenräder mit großem äußeren Durchmesser umfasst.
Vorzugsweise ist der äußere Durchmesser eines des ersten zylindrischen Körpers und des zweiten zylindrischen Körpers gleich oder geringer als der äußere Durchmesser des anderen zylindrischen Körpers. Da in diesem Fall der äußere Durchmesser von einem der zylindrischen Körper nicht den äußeren Durchmesser des anderen zylindrischen Körper übersteigt, auch wenn der vorige einen Planetenradmechanismus beherbergt, weist der Antreiber einen geringen äußeren Durchmesser auf, welcher es für die interne Schaltnabe ermöglicht, klein bezüglich des äußeren Durchmessers zu bleiben.
Vorzugsweise weist der erste zylindrische Körper einen Eingangseinheit-Anlegepunkt zur drehfesten Verbindung der Eingangseinheit mit der äußeren Umfangsfläche auf. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, eine solche Eingangseinheit wie ein Kettenrad lösbar zur äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Körpers zu montieren.
Vorzugsweise sind die Kugellaufflächen, welche eine Drehung um die Nabenachse ermöglichen, an den inneren Umfangsflächen des ersten zylindrischen Körpers und des zweiten zylindrischen Körpers vorgesehen. In diesem Fall können die Lagerkomponenten leicht an den entsprechenden zylindrischen Körpern des Antreibers vorgesehen werden.
Vorzugsweise sind der erste zylindrische Körper und der zweite zylindrische Körper miteinander verschraubt mittels interner/externer Gewinde in gegenseitig drehfester Weise. In diesem Fall können die zwei zylindrischen Körper leicht mittels einer Verschraubung verbunden werden.
Alternativ können der erste zylindrische Körper und der zweite zylindrische Körper einfach mittels einer Verzahnung in drehfester Weise zusammengefügt werden.
Vorzugsweise hat einer der ersten oder zweiten zylindrischen Körper einen Anschlag, welcher am Ende des anderen zylindrischen Körpers anliegt. In diesem Fall können die beiden zylindrischen Körper in axialer Richtung mit höherer Genauigkeit zueinander positioniert sein.
Vorzugsweise umfasst der Planetenradmechanismus ein Hohlrad, welches an der inneren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Körpers angeordnet ist; ein Sonnenrad, welches an der äußeren Umfangsfläche der Nabenachse vorgesehen ist; ein oder mehr Planetenrädern, welche mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmen und einen Trägerkörper, welcher sich um die Nabenachse drehen kann und der so gestaltet ist, dass er die Planetenräder drehbar lagert und welcher mit dem Nachläufer verbunden ist; die Drehung des Antreibers wird dabei bezüglich der Geschwindigkeit reduziert und auf den Nachläufer übertragen. In diesem Fall ist der äußere Durchmesser des Antreibers nicht über dessen des ersten zylindrischen Körpers erhöht, und der äußere Durchmesser der internen Schaltnabe kann klein bleiben, auch wenn die Drehgeschwindigkeit des Antreibers auf ein geringes Übersetzungsverhältnis reduziert ist.
Vorzugsweise weist das Planetengetriebe ein erstes Getriebeelement mit kleinem Durchmesser zum Kämmen mit dem Hohlrad auf und ein zweites Getriebeelement mit großem Durchmesser, welches in der Nähe und konzentrisch mit der axialen Richtung des ersten Getriebeelements angeordnet und welches so gestaltet ist, dass es mit dem Sonnenrad kämmt. In diesem Fall kann das Übersetzungsverhältnis des Planetenradmechanismus weiter vermindert werden, ohne dass der äußere Durchmesser des Hohlrads erhöht wird.
Vorzugsweise weist der erste zylindrische Körper einen großen Durchmesserbereich auf, welcher mit dem zweiten zylindrischen Körper verbunden ist, und welcher das zweite Verzahnungselement der Planetenräder aufnimmt und einen kleinen Durchmesserbereich, welcher das erste Verzahnungselement aufnimmt und in welchem das Hohlrad an der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist. In diesem Fall kann der äußere Durchmesser der Eingangseinheit reduziert werden, indem die Eingangseinheit an der äußeren Umfangsfläche des kleinen Durchmesserbereichs des zweiten zylindrischen Körpers befestigt wird.
Vorzugsweise umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin einen Kupplungsmechanismus, welcher geeignet ist, den Nachläufer und den zweiten zylindrischen Körper zu verbinden und zu lösen, und einen Kupplungsschaltmechanismus zum Schalten des Kupplungsmechanismus zwischen einem eingerückten Zustand und einem ausgerückten Zustand. In diesem Fall wird die Drehung der Eingangseinheit mittels dem Antreiber und dem Nachläufer unverändert zur Ausgangseinheit übertragen, wenn der Kupplungsmechanismus durch den Kupplungsschaltmechanismus geschaltet ist und der Nachläufer und der zweite zylindrische Körper verbunden sind. Sobald die Kupplung den Nachläufer und den zweiten zylindrischen Körper voneinander löst, wird die Drehung der Eingangseinheit vom Antreiber zum Planetenradmechanismus übertragen, die Geschwindigkeit wird durch die Wirkung des Nachläufers und des Rahmenkörpers reduziert und das Ergebnis wird auf die Ausgangseinheit übertragen. Hier kann die Ausgangseinheit mit zwei Übersetzungen gedreht werden (direkte Verbindung und untersetzte Verbindung) durch Schalten des Kupplungsmechanismus mit der Hilfe des Kupplungsschaltmechanismus.
Vorzugsweise schaltet der Kupplungsschaltmechanismus den Kupplungsmechanismus durch die Wirkung der Zentrifugalkraft von einem ausgerückten Zustand in einen ausgerückten Zustand. In diesem Fall ist der Kupplungsmechanismus in einem ausgerückten Zustand wenn der Fahrer während der Startphase in die Pedale tritt und die Drehung der Eingangseinheit auf die Ausgangseinheit mit verminderter Geschwindigkeit mittels einem Planetenuntersetzungsmechanismus übertragen wird. Der Kupplungsmechanismus wird geschaltet von einem ausgerückten Zustand in einem eingerückten Zustand, der Antreiber und der Nachläufer sind direkt gekuppelt und die Drehung der Eingangseinheit wird unverändert auf die Ausgangseinheit übertragen, wenn sich die Fahrgeschwindigkeit über einen vorbestimmten Wert erhöht und eine vorbestimmte Zentrifugalkraft auf den Kupplungschaltmechanismus wirkt. Daher ist es möglich, automatisch einen Hochschaltvorgang zu erzielen und den gewünschten Startsprint ohne Durchführung irgend einer Schaltbetätigung auszuführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrrads gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen Längsschnitt einer internen Schaltnabe gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt einen Teilquerschnitt einer internen Schaltnabe gemäß der vorliegenden Erfindung.
4a und 4b zeigen schematische Zeichnungen eines Planetenradmechanismus.
5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer internen Schaltnabe gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt den Querschnittsbereich VI-VI der 3 mit der Kupplung in einem ausgerückten Zustand.
7 zeigt eine Vorderansicht einer Steuerplatte, mit der Kupplung in einem ausgerückten Zustand.
8 zeigt den Querschnittsbereich VI-VI der 3 mit der Kupplung in einem eingerückten Zustand.
9 zeigt eine Vorderansicht der Steuerplatte, mit der Kupplung in einem eingerückten Zustand.
10a zeigt den Querschnittsbereich VI-VI der 3 mit der Kupplung in einem ausgerückten Zustand, gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen.
10 zeigt den Querschnittsbereich VI-VI der 3 mit der Kupplung in einem eingerückten Zustand, gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer internen Schaltnabe gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt ein BMX Rad umfassend einen Rahmen 1, welcher aus einem diamantförmigen Rahmenkörper 2 und einer Vordergabel 3 zusammengesetzt ist, einer Lenkstangenkomponente 4, einer Antriebseinheit 5, einem vorderen Rad 6, einem hinteren Rad 7, welches mit einer zweigang-internen Schaltnabe 10 ausgestattet ist, und einer tragarm förmigen, seitlich gezogenen hinteren Bremseinrichtung 9 zum Bremsen des hinteren Rades 7.
Komponenten wie beispielsweise der Sattel 11, die Lenkstangenkomponente 4, das vordere Rad 6 und das hintere Rad 7 sind am Rahmen 1 montiert.
Die Lenkstangenkomponente 4 weist einen Lenkstangenschaft 14 auf, welcher an die Vorderseite der vorderen Gabel 3 befestigt ist und ein Lenkstange 15, welche am Lenkstangenschaft 14 befestigt ist. Ein Bremshebel 16 und ein Griff 17, welche die hintere Bremseinrichtung 9 bilden, sind am rechten Ende der Lenkstange 15 montiert.
Die Antriebseinheit 5 umfasst ein Kettenrad 18, welches am unteren Bereich (Tretlager) des Rahmenkörpers 2 befestigt ist, eine Kette 19, welche um das Kettenrad 18 geschlungen ist und eine interne Schaltnabe 10, welche mit einem Kettenrad 20 ausgestattet ist.
Die interne Schaltnabe 10 ist eine zweistufige Nabe, welche einen untersetzen und einen direkt verbundenen Kraftübertragungspfad umfasst. Dieser interne Schaltnabe 10 ist zwischen einem Paar hinteren Gabelenden 2a des Fahrradrahmenkörpers 2 montiert, wie in 2 gezeigt ist. Die interne Schaltnabe 10 umfasst eine Nabenachse 21, welche an den hinteren Gabelenden 2a befestigt ist, einen Antreiber 22, welcher um das Äußere des einen Endes der Nabenachse 21 montiert ist, während er sich im Kreis um die Nabenachse drehen kann, ein Nachläufer 23, welcher weiter außen um das Äußere der Nabenachse 21 und den Antreiber 22 angeordnet ist und welcher mit dem hinteren Rad 7 verbunden ist, ein Planetenradmechanismus 24, welcher um das Innere des Antreibers 22 angeordnet ist, ein Kupplungsmechanismus 25, um den Antreiber 22 und den Nachläufer 23 ein- und auszurücken, einen Kupplungsschaltmechanismus 26, um den Kupplungsmechanismus 25 zu schalten und einen Freilaufkupplungsmechanismus 27 zum Übertragen der Drehung nur in Fahrtrichtung vom Planetenradmechanismus 24 zum Nachläufer 23. Das rechte Ende des Antreibers 22 (2) ist drehbar durch eine Lagerkomponente 31 auf der Nabenachse 21 gelagert und das linke Ende ist von einer Lagerkomponente 32 im Nachläufer 23 drehbar gelagert. Die beiden Enden des Nachläufers 23 sind durch die Lagerkomponenten 33 und 34 auf der Nabenachse 21 drehbar gelagert.
Die Nabenachse 21 ist ein Element, welches an den hinteren Gabelenden 2a des Fahrrad-Rahmenkörpers 2 befestigt ist. Mit Gewinden versehene Bereiche zur Befestigung oder anderweitigen Sicherung der Achse an den hinteren Gabelenden sind an beiden Enden der Nabenachse 21 ausgebildet. Ein Bereich mit großem Durchmesser 21a ist an der Nabenachse 21 auf der rechte Seite (in 2) des zentralen Bereichs ausgebildet und das Sonnenrad 50 des Planetenradmechanismus 24 ist auf der rechten Seite des großen Durchmesserbereichs 21a ausgebildet. Die Nabenkonuselemente 37 und 38 weisen armförmige Nabenkonusflächen 31a und 34a für die Lagerkomponenten 31 bzw. 34 auf und sind an den Befestigungsbereichen der Nabenachse 21 angeschraubt, welche in Bezug auf die hinteren Gabelenden 2a innen liegen.
Der Antreiber 22 ist ein Element zum Übertragen der Drehung des Kettenrades 20. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Antreiber 22 eine erste zylindrische Komponente 40 (das rechte Ende dieser Komponente ist drehbar durch die Lagerkomponente 31 gelagert), und eine zweite zylindrische Komponente 41, welche nicht drehbar mit der ersten zylindrischen Komponente 40 (das linke Ende der zweiten zylindrischen Komponente ist drehbar durch die Lagerkomponente 32) verbunden ist.
Die erste zylindrische Komponente 40 umfasst einen kleinen Durchmesserbereich 42 mit auf der rechen Seite der 3 und einen großen Durchmesserbereich 43, welcher auf der linken Seite des Abschnitts 42 mit kleinem Durchmesser aufgeweitet ist. Ein Gehäuseraum 44 zur Aufnahme des Planetenradmechanismus 24 ist innerhalb der ersten zylindrischen Komponente 40 ausgebildet. Die äußere Umfangsfläche am Ende des kleinen Durchmesserbereichs 42 ist mit einem äußeren Gewinde 42a versehen, und eine Wellenmutter 45 zur Befestigung des Kettenrads 20 ist darauf geschraubt. Ein Kettenradbefestigungsbereich 42b, welcher aus einer Außenverzahnung besteht, ist an der äußeren Umfangsfläche des Bereichs 42 mit kleinem Durchmesser ausgeformt, in der Nähe des Außengewindes 42a, mit dem Kettenrad 20 darauf drehfest befestigt. Das Hohlrad 51 des Planetenradmechanismus 24 ist auf der inneren Umfangsfläche des kleinen Durchmesserbereichs 42 auf der Seite, die in Richtung des großen Durchmesserbereichs 43 weist, ausgebildet. Eine armförmige Kugellauffläche 31b für die Lagerkomponente 31 ist auf der inneren Umfangsfläche am Ende des kleinen Durchmesserbereichs 42 ausgebildet. Die Lagerkomponente 31 umfasst die Kugellauffläche 31b, die Nabenkonusfläche 31a und eine Vielzahl von Lagerkugeln 31c, welche zwischen der Kugellauffläche 31b und der Nabenkonusfläche 31a angeordnet sind.
Ein internes Gewinde 43a, welches auf einer inneren Umfangsfläche am Ende des großen Durchmesserbereichs 43 ausgebildet ist, ist auf das externe Gewinde 41a aufgeschraubt, welches an der Endfläche der zweiten zylindrischen Komponente 41 ausgebildet ist und die zweite zylindrische Komponente 41 drehfest verbindet. Ein Dichtungsring 28 zum Abdichten des Spalts, der. durch den Nachläufer 23 ausgebildet wird, ist um die äußere Umfangsfläche des großen Durchmesserbereichs 43 aufgesetzt.
Die zweite zylindrische Komponente 41 ist ein Element, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der ersten zylindrischen Komponente 40, der mit der inneren Umfangsfläche der ersten zylindrischen Komponente verschraubt ist. Das äußere Gewinde 41a, welches mit dem inneren Gewinde 43a verschraubt werden soll, ist auf der äußeren Umfangsfläche des Endbereichs ausgebildet. Ein Stopp 41b, welcher an der Stirnfläche des großen Durchmesserbereichs 43 der ersten zylindrischen Komponente 40 in der Nähe des äußeren Gewindes 41a anliegt, ist auf der äußeren Umfangsfläche der zweiten zylindrischen Komponente 41 ausgebildet. Der äußere Durchmesser des Anschlags 41b ist notwendigerweise genau so groß wie der äußere Durchmesser des großen Durchmesserbereichs 43 der ersten zylindrischen Komponente 40. Die Lagerkomponente 32 und der Kupplungsmechanismus 25 sind entlang der Innenseite der zweiten zylindrischen Komponente 41 angeordnet. Aus diesem Grund ist die Kugellauffläche 32b der Lagerkomponente 32 und die Sperrzähne 70 des Kupplungsmechanismus 25 auf der inneren Umfangsfläche der zweiten zylindrischen Komponente 41 ausgebildet. Die Lagerkomponente 32 umfasst die Kugellauffläche 32b, eine Nabenkonusfläche 32a, welche auf der äußeren Umfangsfläche am Ende eines Kraftübertragungskörpers 61 (siehe unten) für den Nachläufer 23 ausgebildet ist, und eine Vielzahl von Kugeln 32c, welche zwischen der Kugellauffläche 32b und der Nabenkonusfläche 32a angeordnet sind.
Das Ausbilden des Antreibers in Form einer zweiteiligen Struktur, welche aus der ersten zylindrischen Komponente 40 und der zweiten zylindrischen Komponente 41 besteht, ermöglicht es, den Planetenradmechanismus 24 entlang der Nabenachse 21 zu montieren, ohne den äußeren Durchmesser des Abschnitts zu erhöhen, welcher aus der zweiten zylindrischen Komponente 41 verglichen mit dem äußeren Durchmesser des Abschnitts, welcher aus der ersten zylindrischen Komponente 40 besteht, auch wenn eine Lagerkomponente 32 vorgesehen ist. Der Außendurchmesser der gesamten Nabe kann daher reduziert werden.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Nachläufer 23 ein zylindrisches Element, welches durch den Antreiber 22 angetrieben ist und zum Drehen des Hinterrads 7 gestaltet ist. Der Nachläufer 23 umfasst ein Nabengehäuse 60, welches teilweise um das äußere des Antreibers 22 angeordnet ist und einen Kraftübertragungskörper 61, welcher am Nabengehäuse 60 mittels eines Befestigungsbolzens 66 befestigt ist und welcher um das Innere des Antreibers 22 herum angeordnet ist. Dieser Kraftübertragungskörper 61 dient zusätzlich zur Funktion als Körper zur Übertragung von Leistung vom Antreiber 22 oder von dem Planetenradmechanismus 24 zum Nabengehäuse 60 auch als Lastaufnahme des Kupplungsschaltmechanismus 26, der unten beschrieben ist.
Das Nabengehäuse 60, welches ein zylindrisches Element aus Aluminium sein kann, weist einen Mechanismusgehäuse 62 mit großem Durchmesser auf, um den Antreiber 22, den Kupplungsschaltmechanismus 26 usw. aufzunehmen und eine schmale zylindrische Komponente 63 mit kleinem Durchmesser, welche einstückig mit dem Mechanismusgehäuse 62 ausgebildet ist. Die Nabenflansche 64 und 65 zur Befestigung der Speichen (nicht gezeigt) auf dem Hinterrad 7 sind einstückig ausgebildet auf den äußeren Umfangsflächen des Mechanismusgehäuses 62 und der schmalen zylindrischen Komponente 63. Wie in 3 gezeigt ist, ist das rechte Ende der schmalen zylindrischen Komponente 63 mit einer äußeren Verzahnung 63a ausgestattet, um drehfest den Kraftübertragungskörper 61 zu sichern, und die innere Umfangsfläche ist mit einem Innengewinde 63b ausgeführt, zur Verschraubung mit dem Befestigungsbolzen 66. Ein Raum zur Aufnahme der Lagerkomponente 34 ist am linken Ende (2) der schmalen zylindrischen Komponente 63 ausgebildet und ein Kugellagerelement 35, welches eine Kugellauffläche 34b (welche ein Element der Lagerkomponente 34 ist) umfasst, ist in diesem Raum gesichert. Die Lagerkomponente 34 umfasst die Nabenkonusfläche 34a, die Lagerlauffläche 34b und ein Vielzahl von Kugeln 34c, welche zwischen der Kugellauffläche 34b und der Nabenkonusfläche 34a angeordnet sind. Eine Staubkappe 36 ist über der Lagerkomponente 34 angebracht.
Der Kraftübertragungskörper 61 kann ein gestuftes zylindrisches Element sein, welches aus Chrom-Molybdän-Stahl hergestellt ist. Wie in 3 gezeigt, ist eine innere Verzahnung 61a auf der inneren Umfangsfläche des linken Endes ausgebildet, um mit der äußeren Verzahnung 63a der schmalen zylindrischen Komponente 63 zu kämmen. Die Nabenkonusfläche 32a der Lagerkomponente 32 ist auf der äußeren Umfangsfläche am rechten Ende des Kraftübertragungskörpers 61 ausgebildet und eine Sperrverzahnung 80, welche einen Teil des Freilaufkupplungsmechanismus 27 bildet, ist an der inneren Umfangsfläche des rechten Endes ausgebildet. Zusätzlich ist eine Kugellauffläche 33b der Lagerkomponente 33 auf der inneren Umfangsfläche in der Nähe der Sperrverzahnung 80 ausgebildet. Die Lagerkomponente 33 umfasst die Kugellauffläche 33b, eine Nabenkonusfläche 33a, welche in Form eines Arms am linken Ende des kleinen Durchmesserbereichs 21a der Nabenachse 21 ausgebildet ist und eine Vielzahl von Kugeln 33c, welche zwischen der Nabenkonusfläche 33a und der Kugellauffläche 33b angeordnet sind. Ein sich verjüngender Abschnitt 61b ist auf der inneren Umfangsfläche des Kraftübertragungskörpers 61 ausgebildet, in der Nähe des Abschnitts, der die Kugellauffläche 33b bildet.
Wie in 2 gezeigt, ist der Befestigungsbolzen 66 ein hohler zylindrischer Bolzen und das Nabengehäuse 60 und der Kraftübertragungskörper 61 sind fest in konzentrischer Weise miteinander verbunden. Der Kopf 66a des Befestigungsbolzens 66 umfasst eine sich verjüngende Fläche 66b, zum Ineinandergreifen mit dem sich verjüngenden Abschnitt 61b, dies ermöglicht eine Ausrichtung und Verbindung des Kraftübertragungskörpers 61 und des Nabengehäuse 60.
Wie in 3 gezeigt, umfasst der Planetenradmechanismus 24 das Sonnenrad 50, welches auf der Nabenachse 21 ausgebildet ist, das Hohlrad 51, welches auf dem kleinen Durchmesserbereich 42 der ersten zylindrischen Komponente 40 des Antreibers 22 ausgebildet ist, einen Träger 52, welcher drehbar auf dem großen Durchmesserbereich 21a der Nabenachse 21 ausgebildet ist und drei Planetenräder 53, welche drehbar auf dem Träger 52 gelagert sind. Der Träger 52 ist ein Element in Form eines Überwurfflansches, durch den die Nabenachse 21 läuft; und drei Radgehäuse 52a, welche in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung auf der äußeren Umfangsfläche dieses Elements ausgebildet sind. Drei Radachsen 54 zur drehbaren Lagerung der Planetenräder 53 sind auf dem Träger 52 befestigt. Die Planetenräder 53 weisen ein erstes Verzahnungselement 53a mit kleinem Durchmesser auf, welches mit dem Hohlrad 51 kämmt und ein zweites Zahnradelement 53b mit großem Durchmesser, um mit dem Sonnenrad 50 zu kämmen. Das erste Verzahnungselement 53a und das zweite Verzahnungselement 53b sind in axialer Richtung nebeneinander ausgeformt. Die Planetenräder 53 setzen sich daher aus zwei Verzahnungselementen 53a und 53b zusammen und ermöglichen so das Erreichen eines Übersetzungsverhältnisses entsprechend einem Doppelverhältnis mit einer geringeren Zähnezahl auf dem Hohlrad als bei einem einzigen Verzahnungselement.
Hier kann, wie in 4a gezeigt, das Übersetzungsverhältnis G_R durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden für eine Untersetzung bei einem Eingang über das Hohlrad und einem Ausgang über den Planetenträger: GR = 1/(1 + (Zs/Zr) × (Zp2/Zp1)),wobei Z_s die Zahl der Zähne des Sonnenrads 50, Z_r die Zähnezahl des Hohlrads 51, Z_p1 ist die Zähnezahl des ersten Verzahnungselements 53a eines Planetenrads 53 und Z_p2 ist die Zähnezahl des zweiten Verzahnungselements 53b.
Hierdurch kann das folgende Ergebnis erhalten werden, falls die Zähnezahl Z_s des Sonnenrads auf 15 gesetzt wird, die Zähnezahl Z_r des Hohlrads auf 57, die Zahl der Zähne Z_p1 des ersten Verzahnungselements auf 28 und die Zähnezahl Z_p2 des zweiten Verzahnungselements auf 13: GR = 1/(1 + (15/57) × (13/28)) = 0,891
Folglich ist das Übersetzungsverhältnis G_R 0,891 und eine einzige Umdrehung des Antreibers 21 wird auf den Nachläufer übertragen nachdem es auf 0,891 Umdrehungen untersetzt wurde.
Das Übersetzungsverhältnis des Planetenradmechanismus 24 sollte sich innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 0,95 bewegen. In diesem Fall kann der Startsprint beschleunigt werden und der äußere Durchmesser der internen Schaltnabe 10 kann verringert werden, auch wenn in einem Doppelverhältnis untersetzt ist.
Das Übersetzungsverhältnis G_R kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden, wenn das Untersetzen mit der Hilfe von Planetenrädern geschieht, welche nur ein einziges Verzahnungselement aufweisen. GR = 1/(1 + (Zs/Zr))
In diesem Fall ist das Übersetzungsverhältnis G_R nur durch die Zähnezahl Z_r des Hohlrads und der Zähnezahl Z_s auf dem außenverzahnten Zahnrad festgelegt. Bei einer Auflösung der Gleichung 0,891 = 1/1 (1 + (15/Z_r)) in dem Versuch, ein Übersetzungsverhältnis von 0,891 zu erhalten mit dem vorgenannten Doppelverhältnis und der Annahme, dass die Zähnezahl Z_s des Sonnenrads 15 ist. Im Ergebnis ist die Zähnezahl Z_r des Hohlrads 123 und der äußere Durchmesser des Antreibers 22 ist mindestens auf das Zweifache erhöht im Vergleich mit einem Fall, in welchem das Zahnrad zwei Verzahnungselemente aufweist.
Wie in den 3, 5 und 6 gezeigt, weist der Kupplungsmechanismus 25 eine Sperrverzahnung 70 auf (welche auf der inneren Umfangsfläche der zweiten zylindrischen Komponente 41 des Antreibers 22 ausgebildet ist), zwei Kupplungsklinken 71, welche in die Sperrverzahnung 70 eingreifen können und ein Federelement 72 zum Vorspannen der Kupplungsklinken 71. Die Sperrverzahnung 70 wird durch Sägezähne auf der inneren Umfangsfläche der zweiten zylindrischen Komponente 41 ausgebildet. Die Kupplungsklinken 71 sind auf der äußeren Umfangsfläche des Kraftübertragungskörpers 61 montiert, wobei sie zwischen einem eingerückten Zustand, in welchem sie in die Sperrverzahnung 70 eingreifen und einem ausgerückten Zustand, in welchem sie von der Sperrverzahnung 70 getrennt sind, wechseln können. Klinkengehäuse 73 zur Aufnahme der Kupplungsklinken 71 sind an zwei Positionen auf der äußeren Umfangsfläche des Kraftübertragungskörpers 61 vorgesehen. Das Federelement 72, welches in einem gewickelten Zustand in einer Nut 74 angeordnet ist, welche auf der äußeren Umfangsfläche des Kraftübertragungskörpers 61 ausgebildet ist, drückt die Kupplungsklinken 71 in einen eingerückten Zustand. Nur wenn die Kupplungsklinken 71 in einem eingerückten Zustand sind und der Antreiber 22 in Fahrtrichtung rotiert, wird die Drehung des Kupplungsmechanismus 25 auf den Kraftübertragungskörper 61 des Nachläufers 23 übertragen.
Der Kupplungsschaltmechanismus 26 umfasst eine Steuerplatte 75 zum Schalten der Kupplungsklinken 71 zwischen einem eingerückten Zustand und einem ausgerückten Zustand, einen Schiebemechanismus 76 zum Schieben der Steuerplatte 75 in einer Hin- und Herbewegung um die Nabenachse sowie eine Lastaufnahme, welche die Kraft des Kraftübertragungskörpers 61 verdoppelt.
Wie in 7 gezeigt, ist die Steuerplatte 75 ein flaches Element, das wie ein modifizierter Ring geformt ist und drehbar in seinem zentralen Bereich vom Kraftübertragungskörper 61 gelagert wird. Ein Haken 75a, welcher sich radial nach außen erstreckt, ist am äußeren Rand der Steuerplatte 75 ausgebildet. Zusätzlich sind zwei Steuerfenster 75b zwischen dem inneren und äußeren Umfang ausgebildet, um die Kupplungsklinken 71 zu steuern. Die Kupplungsklinken 71 sind so angeordnet, dass sie sich von den Steuer fenstern 75b aus in Richtung des Schiebemechanismus 76 erstrecken. Die Steuerfenster 75b sind mit Ausrückrahmen 75d zum Halten der Kupplungsklinken 71 im ausgerückten Zustand versehen und mit Einrückrahmen 75e zum Schalten der Klinken in einen eingerückten Zustand. Die Kupplungsklinken 71, welche vom Federelement 72 vorgespannt sind, können dadurch in einen eingerückten Zustand angehoben werden, dass die Einrückrahmen 75e so geformt sind, dass sie sich radial nach außen von den Ausrückrahmen 75d aus erstrecken. Der Haken 75a, die Steuerfenster 75b und alle anderen Komponenten sind um 180° voneinander (abhängig von der Anzahl der Elemente) versetzt, um eine abgestimmte Drehung zu erreichen. Zusätzlich nehmen zwei Durchgangslöcher 75c die schwenkbaren Achsen 87 der Lastaufnehmer 85 (siehe unten) auf und sind zwischen dem inneren und äußeren Umfang ausgebildet. Die Steuerplatte 75 wird normalerweise durch den unten beschriebenen Federmechanismus 79 in einer ausgerückten Position (gezeigt in den 6 und 7) gehalten. Dabei werden die Spitzen der Kupplungsklinken 71 von den Ausrückrückrahmen 75d der Steuerfenster 75b gestoppt und die Klinken in einem ausgerückten Zustand gehalten.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst der Schiebemechanismus 76, welcher an der linken Seite der Steuerplatte 75 angeordnet ist, zwei schwenkbare Lastelemente 77, Verbindungselemente 78 zum Verbinden der beiden jeweiligen Lastelemente 77 und der Steuerplatte 75 und einen Federmechanismus 79 zum Vorspannen der Steuerplatte 75 im Uhrzeigersinn in 6.
Die Lastelemente 77 umfassen zwei Lastaufnehmer 85, welche schwenkbar an der Stirnfläche 61c des Kraftübertragungskörpers 61 montiert sind und Lasten 86, welche an der Spitze der Lastaufnehmer 85 montiert sind. Die beiden Lastaufnehmer 85 können aus einem Polyacetalharz hergestellt sein. Die Lastaufnehmer 85 sind so ausgeformt, dass sie einen Bogen um den Kraftübertragungskörper 61 bilden und sind in der gleichen Weise um 180° voneinander versetzt um den Kraftübertragungskörper 61 angeordnet.
Nocken 85a sind integral mit dem Grundelement der Lastaufnehmer 85 ausgebildet und Lastbefestigungskomponenten 85b, welche aus zwei hervorstehenden Stiften bestehen, sind integral mit den Spitzen der Lastaufnehmer ausgebildet. Die schwenkbaren Achsen 87 gehen durch die Nocken 85a. Die schwenkbaren Achsen 87 gehen ebenfalls durch die Durchgangslöcher 75c und die Spitzen dieser Achsen sind am Kraftübertragungskörper 61 befestigt. Zusätzlich sind Verbindungsstifte 85d integral mit den Spitzen der Lastaufnehmer 85 ausgebildet auf der den Lastbefestigungskomponenten 85b gegenüberliegenden Seite. Die Verbindungsstifte 85d dienen zur drehbaren Befestigung der Verbindungselemente 78. Die Lasten 86, welche fächerförmige Elemente aus Stahl oder Blei sein können, werden von den zwei Stiften der Lastbefestigungskomponenten 85c befestigt.
Die Verbindungselemente 78 sind Elemente zum Drehen des Bremselements 75 infolge der Bewegung der Spitzen der Lastelemente 78, welche durch das Grundelement geschwenkt werden. Die Steuerplatte 75 und die Spitzen der Lastaufnehmer 85 sind mit den beiden Enden dieser Verbindungselemente verbunden. Die Verbindungselemente 78 sind flache, aus Metall hergestellte Elemente. Ein Ende jedes Verbinders ist mit einem runden Loch zum Einzuschieben der Verbindungsstifte 85d versehen, und das andere Ende ist mit einem runden Loch versehen, um einen Verbindungsstift 78a einzuschieben, welcher dazu dient, eine Verbindung mit der Bremsplatte 75 zu erzielen.
Wie in 6 gezeigt ist, umfasst der Federmechanismus 79 eine Schraubenfeder 88 deren ein Ende am Haken 75a gesichert ist und einen Federkraftabstimmmechanismus 89 zum Abstimmen der Federkraft der Schraubenfeder 88. Die Schalteinstellung kann durch Abstimmen der Federkraft der Schraubenfeder 88 eingestellt werden. Die Schalteinstellung kann auch durch Austauschen der Lasten 86 variiert werden.
Wie in 6 gezeigt ist, umfasst die Freilaufkupplung 27, welche eine Klinkenkupplung sein kann, eine Sperrverzahnung 80, welche auf der inneren Umfangsfläche des Kraftübertragungskörpers 61 ausgeformt ist, Kupplungsklinken 81, welche auf der äußeren Umfangsfläche des Trägers 52 des Planetenradmechanismus 24 montiert ist, welche zwischen einem eingerückten Zustand und einem ausgerückten Zustand wechseln kann und ein Federelement (nicht gezeigt) zum Vorspannen der Kupplungsklinken 81 in einen eingerückten Zustand. In der Freilaufkupplung 27 sind die Kupplungsklinken 81 normalerweise in einen eingerückten Zustand erhoben und die Drehung des Trägers 52 wird zum Kraftübertragungskörper 61 übertragen, wenn sich dieser Träger in Fahrtrichtung dreht. Keine Drehung wird übertragen, wenn sich der Kraftübertragungskörper 61 schneller in Fahrtrichtung dreht als der Träger 52.
Die interne Schaltnabe 10 weist aufgrund des Vorhandenseins eines solchen Planetenradmechanismus 24, des Kupplungsmechanismus 25, des Kupplungsschaltmechanismus 26 und der Freilaufkupplung 27 folgende Kraftübertragungspfade auf:
Ein untersetzter Kraftübertragungspfad, bestehend aus dem Antreiber 22, dem Hohlrad 50, dem Planetenradmechanismus 24, dem Träger 52 und dem Nachläufer 23; und einem direkt verbundenen Kraftübertragungspfad, bestehend aus dem Antreiber 22, dem Kupplungsmechanismus 25 und dem Nachläufer 23.
Wenn der Fahrer während der Startphase in die Pedale tritt und so das Fahrrad antreibt, wird die resultierende Drehung über das Kettenrad 20 auf den Antreiber 22 übertragen. Zu dieser Zeit ist die Steuerplatte 75 in einer ausgerückten Position und die Kupplungsklinken 71 werden von der Steuerplatte 75 in einem ausgerückten Zustand gehalten. Folglich besteht keine Verbindung zwischen dem Antreiber 22 und dem Kraftübertragungskörper 61 und die Drehung des Antreibers 22 wird auf den Kraftübertragungskörper 61 über den untersetzten Kraftübertragungspfad übertragen. Im Ergebnis wird während der Startphase die Drehung des Kettenrades 20 auf das Nabengehäuse 60 übertragen, nachdem ihre Geschwindigkeit beispielsweise auf 0,891 reduziert wurde. So ist es möglich, während der Startphase leicht in die Pedale zu treten und einen Startsprint zu erreichen.
Wie in den 8 und 9 gezeigt ist, schwenken die Lastelemente 77 gegen den Einfluss der Vorspannkraft, welche durch die Schraubenfeder 88 der Steuerplatte 75 aufgebracht wird, nach außen, sobald der Kraftübertragungskörper 61 eine Drehgeschwindigkeit oberhalb einer vorbestimmten Schwelle erreicht. Diese Schwelle wird festgelegt durch die Abstimmung des Federmechanismus 79, der Masse der Last oder ähnlichem. Sobald sich die Lastelemente 77 auf diese Weise bewegen, wird die Steuerplatte 75 entgegen dem Uhrzeigersinn in 8 gedreht durch die Wirkung der Verbindungselemente 78, bis sie eine eingerückte Position erreicht. Sobald die Steuerplatte 75 die eingerückte Position erreicht hat, positionieren sich die Einrückrahmen 75e der Steuerfenster 75b selbst an den Spitzen der Kupplungsklinken 71 und die Kupplungsklinken 71 sind in einen eingerückten Zustand erhoben durch die Vorspannkraft des Federelements 72. Im Ergebnis wird die Drehung des Antreibers 22 in Fahrtrichtung direkt zum Kraftübertragungskörper 61 über den direkt verbundenen Kraftübertragungspfad übertragen und die Drehung des Kettenrads 20 wird unverändert auf das hintere Rad 7 übertragen. Folglich wird, sobald die Drehgeschwindigkeit eine bestimmte Schwelle überschreitet, ein Hochschaltvorgang durchgeführt. Es gibt keine Verringerung der Übersetzungseffizienz des Planetenradmechanismus 24 während dieser normalen Fahrt, weil der Antreiber 22 und der Nachläufer 23 direkt verbunden sind.
Sobald die Drehgeschwindigkeit des Kraftübertragungskörpers 61 während einer Kurvenfahrt oder ähnlichem unter eine vorbestimmte Schwelle fällt, werden die Lastelemente 77 durch die Schraubenfeder 88 in ihren anfänglichen ausgerückten Zustand zurückgeführt und die Drehung des Antreibers 22 wird auf den Nachläufer 23 entlang des untersetzten Kraftübersetzungspfads übertragen.
Die Zahl der Lastelemente oder Kupplungsklinken ist nicht auf zwei begrenzt. Ein Element oder eine Klinke kann genauso eingesetzt werden wie drei oder mehr Elemente oder Klinken. Wenn drei oder mehr Elemente oder Klinken eingesetzt werden, sollten sie entsprechend ihrer Anzahl in gleichmäßigen Abständen angeordnet werden. Wenn es beispielsweise drei Lastelemente 77 gibt, so sollten sie in gleicher Weise 120° voneinander beabstandet um die Nabenachse angeordnet sein, wie in 10a gezeigt ist. Weiterhin kann eine einzige Kupplungsklinke 71 eingesetzt werden genauso wie eine Vielzahl solcher Klinken. In diesem Fall schwenken die Lastelemente 77 nach außen, wenn die Drehgeschwindigkeit eine bestimmte Grenze überschreitet (wie in 10b gezeigt), dabei wird die Steuerplatte 75 durch die Wirkung der Verbindungselemente 78 gedreht und die Kupplungsklinken 71 erheben sich in einen eingerückten Zustand vom ausgerückten Zustand. Auf diese Weise erhöhen sich die Zentrifugalkräfte mit einer Erhöhung der Zahl von Lastelementen 77 und die Bremsplatte 75 rotiert stabiler.
Die oben beschriebene Ausführungsform den Fall der Änderung von direkter zu untersetzter Geschwindigkeit betraf, aber ein Schalten von einer direkten Geschwindigkeit zu einer übersetzten Geschwindigkeit ist auch möglich. In diesem Fall sollte der Antreiber 22 mit dem Träger 52 verbunden sein und die Kraft sollte vom Träger 52 zum Hohlrad 51 übertragen werden, wie in 4b gezeigt ist. Dabei kann eine Übersetzung erreicht werden mit einem Hohlrad, dessen äußerer Durchmesser geringer ist als das eines einfachen Verzahnungselements, wenn das zweite Verzahnungselement 53b (welches von den beiden Verzahnungselementen 53a und 53b den größeren Durchmesser aufweist) veranlasst wird, mit dem Hohlrad 51 zu kämmen und das erste Verzahnungselement 53 mit kleinem Durchmesser wird veranlasst, mit dem Sonnenrad 50 zu kämmen. Ferner sollten der Träger 52 und der Antreiber 22 miteinander verbunden werden mittels der Anordnung, welche in 4a gezeigt ist, falls es das Ziel ist, ein Übersetzungsverhältnis zu erreichen, welches einem Doppelverhältnis entspricht.
Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform einen Fall betraf, im welchem die erste zylindrische Komponente 40 und die zweite zylindrische Komponente 41 des Antreibers 22 mit Hilfe einer Verschraubung verbunden waren, ist es beispielsweise auch möglich, die erste zylindrische Komponente 40 und die zweite zylindrische Komponente 41 mit Verzahnungen 40c bzw. 41c zu versehen und die beiden zylindrischen Komponenten durch ein Eingreifen der Verzahnungen zu verbinden, wie in 11 gezeigt ist.

Claims

Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad, umfassend: eine Nabenachse (21), einen Antreiber (22), drehbar auf der Nabenachse (21) gelagert, wobei der Antreiber (22) umfasst: ein erstes Antriebselement (40), mit einem kleineren Durchmesserbereich (42) mit einer, einen kleinen Durchmesser aufweisenden inneren Umfangsfläche, ein zweites Antriebselement (41), welches axial mit dem ersten Antriebselement (40) ausgerichtet ist und drehfest mit dem ersten Antriebselement (40) verbunden ist, wobei das zweite Antriebselement (41) einen kleineren Durchmesserbereich mit einer, einen kleinen Durchmesser aufweisenden inneren Umfangsfläche aufweist, und wobei mindestens eines des ersten Antriebselements (40) und des zweiten Antriebselements (41) einen größeren Durchmesserbereich (43) mit einer, einen großen Durchmesser aufweisenden, inneren Umfangsfläche umfasst, welche einen Gehäuseraum (44) axial zwischen der, einen kleineren Durchmesser aufweisenden, inneren Umfangsfläche des ersten Antriebselements (40) und der einen kleineren Durchmesser aufweisenden, inneren Umfangsfläche des zweiten Antriebselements (41) bestimmt; ein Nachläufer (23), der drehbar auf der Nabenachse (21) angeordnet ist; und ein Kraftübertragungsmechanismus, welcher zumindest teilweise innerhalb des Gehäuseraums (44) angeordnet ist, zur Veränderung einer Drehgeschwindigkeit des Antreibers (22) und zur Übertragung von Drehkraft vom Antreiber (22) auf den Nachläufer (23); gekennzeichnet dadurch, dass der Nachläufer (23) ein Nabengehäuse (60) sowie einen Kraftübertragungskörper (61) umfasst, wobei der Kraftübertagungskörper (61) zumindest teilweise innerhalb des zweiten Antriebselements (41) angeordnet und drehfest am Nabengehäuse (60) befestigt ist.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß Anspruch 1, wobei das erste Antriebselement (40) einen ersten zylindrischen Körper und das zweite Antriebselement (41) einen zweiten zylindrischen Körper umfasst.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß Anspruch 2, wobei der Außendurchmesser eines des ersten oder zweiten zylindrischen Körpers (40, 41) gleich oder kleiner als der Außendurchmesser des anderen zylindrischen Körpers (40, 41) ist.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei eine äußere Umfangsfläche des ersten zylindrischen Körpers (40) eine Anlagestelle (42b) für die Eingangseinheit zur drehfesten Befestigung der Eingangseinheit (20) daran umfasst.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß irgend einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei Kugellager (31, 32), welche eine Drehung um die Nabenachse (21) ermöglichen, an den inneren Umfangsflächen des ersten zylindrischen Körpers (40) und des zweiten zylindrischen Körpers (41) angebracht sind.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß Anspruch 5, wobei eines der Kugellager (32) zwischen der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Körpers (41) und einer äußeren Umfangsfläche des Nachläufers (23) angeordnet ist.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß irgend einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der erste zylindrische Körper (40) und der zweite zylindrische Körper (41) mit Hilfe von Innen-/Außengewinden (41a, 43a) in beiderseits drehfester Weise miteinander verschraubt sind.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß irgend einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der erste zylindrische Körper (40) und der zweite zylindrische Körper (41) mittels einer Verzahnungsverbindung in beiderseits drehfester Weise miteinander verbunden sind.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß irgend einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei einer der ersten und zweiten zylindrischen Körper (41) einen Anschlag (41b) aufweist, welcher am Rand des anderen zylindrischen Körpers (40) anliegt.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß irgend einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Kraftübertragungsmechanismus einen Planetenradmechanismus (24) umfasst.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß der Anspruch 10, wobei der Planetenradmechanismus (24) umfasst: ein Hohlrad (51), welches am ersten zylindrischen Körper angeordnet ist; ein Sonnenrad (50), welches an der Nabenachse bereitgestellt wird; ein oder mehrere Planetenräder (53), welche mit dem Hohlrad (51) und dem Sonnenrad (50) eingreifen; und einem Planetenträger (52), welcher sich frei um die Nabenachse (21) drehen kann, zur drehbaren Lagerung der Planetenräder (53) ausgelegt ist und mit dem Nachläufer (23) verbunden ist; die Drehgeschwindigkeit des Antreibers reduziert und auf den Nachläufer (23) überträgt.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß Anspruch 11, wobei die Planetenräder (53) umfassen: ein erstes Verzahnungselement (53a) mit kleinem Durchmesser, zum Eingriff mit dem Hohlrad (51); und ein zweites Verzahnungselement (53b) mit großem Durchmesser, welches in axialer Richtung konzentrisch mit und in der Nähe des ersten Verzahnungselements (53a) angeordnet ist, und welches für einen Eingriff mit dem Sonnenrad (50) gestaltet ist.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß Anspruch 12, wobei der erste zylindrische Körper (40) einen großen Durchmesserbereich (43) umfasst, welcher das zweite Verzahnungselement (53b) der Planetenräder (53) beherbergt.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß irgend einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Hohlrad (51) auf der einen kleinen Durchmesser aufweisenden, inneren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Körpers (40) ausgebildet ist.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß irgend einem der Ansprüche 2 bis 14, weiterhin umfassend: einen Kupplungsmechanismus (27), welcher geeignet ist, den Nachläufer (23) und den zweiten zylindrischen Körper (41) zu verbinden und zu lösen; und einen Kupplungsschaltmechanismus (26) zum Schalten des Kupplungsmechanismus (27) zwischen einer verbundenen Stellung und einer gelösten Stellung.
Eine Antriebsnabe für ein Fahrrad gemäß Anspruch 15, wobei der Kupplungsschaltmechanismus (26) den Kupplungsmechanismus (27) von einer gelösten Stellung in eine verbundene Stellung mit Hilfe der Zentrifugalkraft schaltet.