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Umlaufräder-Wechselgetriebe
Die Erfindung betrifft einUmlaufräder-Wechsel- getriebe mit zwei zusammenarbeitenden Umlaufrädersätzen, bei dem der Umlaufträger des ersten Satzes mit dem Kranz des zweiten Satzes verbunden ist und das Antriebsorgan am Getriebeeingang wahlweise mit dem Umlaufträger oder dem Kranz des ersten Satzes gekuppelt werden kann, wobei die Kränze beider Sätze mittels Freilaufkupplungen mit dem getriebenen Organ am Getriebeausgang in Eingriff stehen. Solche Getriebe sind insbesondere zum Einbau in Fahrradnaben bestimmt.
Die Erfindung bezweckt eine solche Ausgestaltung eines Getriebes der genannten Art, dass die Zahl der wählbaren Übersetzungen bzw Gänge erhöht wird, ohne dass die Anzahl der Zahnräder vermehrt wird. Die Erfindung besteht in der Anordnung einer Kupplung, durch welche wahlweise das Sonnenrad des ersten Satzes entweder zur Drehung freigegeben oder mit einem ortsfesten Teil verbunden wird, wobei diese Kupplung in letzterem Falle gleichzeitig den Kraftweg vom ersten Satz über den zweiten Satz
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Gemäss Fig. 1 besitzt der Umlaufrädersatz B einen Kranz 11, der in seinem nach rechts verlängerten Teil eine Nut aufweist, in der Antriebsklinken 12 gelagert sind. Dieser verlängerte Teil weist an seiner inneren Bohrung zwei Sätze von Klauen 13 und 14 auf, die in verschiedenen Querebenen liegen und zur Getriebeachse parallel verlaufen. Beide Klauensätze sind gegeneinander in der Umfangsrichtung derart versetzt, dass, in Richtung der Getriebeachse gesehen, die Klauen 14 zwischen den Klauen 13 liegen. Mit dem Kranz 11 kämmen auf Zapfen 16 sitzende, mit je zwei nebeneinander liegenden Verzahnungen versehene Umlaufräder 15. Die Zapfen 16 verlaufen durch Lager eines Umlaufradträgers bzw.
Käfigs 17 und bilden mit ihren Enden Antriebsklauen 18, die in einer von den Ebenen der Klauen 13, 14 verschiedenen Querebene liegen. Der Käfig 17 besitzt links einen Ansatz, welcher Antriebsklinken 20 trägt und als innenverzahnter Kranz 19 für den Umlaufrädersatz A ausgebildet ist. Mit diesem Kranz 19 kämmen Umlaufräder 21, die auf in einem Käfig 22 sitzenden Zapfen 21 Q gelagert sind. Mit dem Käfig 22 aus einem Stuck oder an ihm starr befestigt ist ein Sonnenrad 23, das mit den Umlaufrädern 15 kämmt, wodurch der Umlaufrädersatz B vervollständigt wird.
Die Nabenhülse 33 ist bei 33 b zur Aufnahme eines Stimteiles 26 erweitert, und ein mit den Klinken 20 zusammenarbeitender Sperrzahnring 27 ist in die Na. benhülse einge- schraubt.
Auf der zentralen, hohlen Achse 24 ist ein
Sonnenrad 25 drehbar, das mit den Umlaufrädern 21 kämmt und seitliche Klauen 50 trägt.
Die Achse 24 ist mit Längsnuten 52 versehen, in denen eine verschiebbare Kupplungsmuffe 51 geführt ist, die mit den Klauen 50 in Eingriff gelangen kann, um so das Sonnenrad 25 fallweise mit der Achse 24 auf Drehung zu kuppeln.
Der Käfig 22 besitzt ferner an seiner Bohrung einen Satz von Klauen 53, mit denen die Muffe 51 gleichfalls in Eingnff gelangen kann, so dass der
Käfig 22 und somit das Sonnenrad 23 fallweise mit der Achse 24 auf Drehung gekuppelt werden kann. Ein die Achse 24 durchsetzender Quer- keil 61 liegt hinter der Muffe 51 und kann, wie
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nachstehend beschrieben, zwecks Verstellung der Muffe 51 von einer Schulter 54 c einer Stange 54 axial mitgenommen werden.
In eine nachstehend beschriebene Schaltstange36 ist eine Stange 54 eingeschraubt, die drei Schultern 54 a, 54 b und 54 c aufweist. Die Schulter 54 a liegt an der Stange 36 an, während ein Ring 55 an der Schulter 54 b anliegt. Zwischen dem Ring 55 und einem Querkeil 35 liegt eine Feder 56, die in teilweise zusammengedrücktem Zustand stärker ist als eine Feder 38 in ihrem völlig zusammengedrückten Zustand. Eine weitere Feder 57 stützt sich gegen einen an einer Schulter der Achse 24 anliegenden Teller 58 ab und hält die Muffe 51 normalerweise in Eingriff mit den Klauen 50 des Sonnenrades 25, so dass dieses an der Achse 24 verriegelt wird.
Hinter dem Sonnenrad 25 sitzt auf der Achse 24 eine Scheibe 25 a, an der eine Feder 25 b anliegt, die eine Verschiebung des Sonnenrades 25 verhindert, wenn die Muffe 51 unter der Wirkung der Feder 57 an ihm angreift, und ferner die anderen Getriebeteile in ihrer richtigen Stellung hält. Der Käfig 22 ist bei 22 a und 22 b im Käfig 17 sowie am Umfang der Klauen 50 des Sonnenrades 25 drehbar gelagert, so dass die einzelnen Teile konzentrisch zueinander und zur Achse 24 geführt sind und gute Lagerflächen erhalten werden. Der Teil 33 trägt gleichfalls den Käfig 17, u. zw. mittels des auf den Klinken 20 drehbar gelagerten Sperrzahnringes 27. Überdies ist der Kranz 11 auf den Verlängerungen 18 der Zapfen 16 zentriert.
Der Antrieb wird von den Klinken 20 auf den an der Nabenhülse 33 befestigten Ring 27 über- tragen. Der Stirn teil 26 ist mittels eines Kugellagers auf der auf der Achse 24 aufgeschraubten
Lagerbüchse 28 gelagert. Am gegenüberliegenden
Getriebeende wird der Antrieb durch die
Klinken 12 auf den Stirnteil 29 übertragen, der
Sperrzähne 30 trägt und in gleicher Richtung umläuft wie der Ring 27 (siehe auch Fig. 5).
Im Stirnteil 29 ist mittels eines Kugellagers ein
Mitnehmer 31 gelagert, der mittels eines Kugel- lagers auf der auf der Achse 24 aufgeschraubten
Lagerbüchse 32 gelagert ist. Ein durch den Stirnteil 29 greifender Ansatz des Mitnehmers 31 ist bei 31 a in einem Ansatz des Kranzes 11 gelagert.
An den Stimteilen 26 und 29 ist die
Nabenhülse 33 befestigt, die ein Gehäuse für das gesamte Getriebe bildet und in bekannter
Weise Flanschen 33 a für den Anschluss der Rad- speichen des Fahrrades aufweist.
Auf der Achse 24 ist eine Muffe 34 mittels eines Querkeiles 35, einer Stange 36 und einer
Kette 37 in bekannter Weise verschiebbar. Die
Muffe 34 wird von der Feder 38 nach links gedrückt und nach rechts durch die Kette 37 gezogen. Zwischen einem Ende der Feder 38 und der Lagerbüchse 32 ist eine Hülse : 5S vor- gesehen, während zwischen dem anderen Feder- ende und der Muffe 34 eine Kappe 60 liegt.
Auf der Muffe 34 ist eine Kupplungsmuffe 40 drehbar gelagert, die durch einen Flansch 39 der
Muffe 34 uud den Keil 35 gegen axiale Ver- schiebung gesichert ist und mit den langen Fingern des Mitnehmers 31 derart in Eingriff steht, dass sie mittels der Muffe 34 und des Keiles 95 axial verschoben werden kann.
Auf dem Mitnehmer 31 sitzt ferner das Kettenrad 41 des Fahrradantriebes, das mit dem Mitnehmer durch Klauen auf Drehung gekuppelt ist.
In der Normalstellung steht unter der kombinierten Wirkung der Federn die Kupplungsmuffe 51 mit den Klauen 50 des Sonnenrades 25 in Eingriff, so dass dieses an der Achse 24 verriegelt ist, während die Kupplungsmuffe 40 mit den Antriebsklauen 18 in Eingriff steht, so dass der Mitnehmer 31 mit dem Käfig 17 gekuppelt ist. Die Kupplungsmuffe 40 kann nun durch Anziehen der Kette 37 nach rechts gezogen werden, so dass sie mit den Klauen 13 in Eingriff gelangt, wobei diese Bewegung dadurch ermöglicht wird, dass die Feder ; 6 stärker ist als die Feder 38. Ein weiteres Anziehen der Kette 37 bewirkt zunächst, dass die Kupplungsmuffe 40 mit den Klauen 14 in Eingriff kommt. In dieser Stellung schlägt die Kappe 60 an der Hülse 59 an, so dass eine weitere Verschiebung der Muffe 40 nach rechts verhindert wird.
In dieser Stellung schlägt die Schulter 54 c der Stange 54 gegen den Keil Jl an, so dass bei weiterem Anziehen der Kette 37 die Feder 56 zusammengedrückt und der Keil 61 sowie die Kupplungsmuffe 51 nach rechts gezogen wird. Die Muffe 51 gelangt somit ausser Eingriff mit den Klauen 50 des
Sonnenrades 25 und in Eingriff mit den Klauen 53 des kombinierten Käfigs und Sonnenrades 22,23, während die Muffe 40 weiter mit den Klauen 14 des Kranzes 11 in Eingriff bleibt, so dass die nachstehend beschriebenen Gänge erhalten werden.
Wenn ein Drehmoment auf die Antriebsklauen 18 des Käfigs 17 übertragen wird, wird zufolge der Differentialwirkung der Kranz 11 in gleicher Richtung, jedoch mit erhöhter Ge- schwindigkeit angetrieben, welch letztere durch die
Zähnezahlen des Kranzes 11 und des Sonnen- rades 23 bestimmt ist sowie dadurch, dass dieses
Sonnenrad 23 in derselben Richtung durch den
Kranz 19 angetrieben wird, der einen Fortsatz des Käfigs 17 bildet und daher mit gleicher
Geschwindigkeit umläuft wie dieser. Der Kranz 19 wirkt auf den Käfig 22 mittels der Umlauf- räder 21, die mit dem Kranz 19 und dem Sonnen- rad 25 kämmen, welch letzteres an der Achse 24 verriegelt ist, die im Fahrradrahmen undrehbar festgelegt ist.
DR die Nabenhülse 33 rascher rotiert als der Käfig 17, überläuft der Sperrzahn- ring 27 die Klinken 20, und es besteht daher zwischen dem Kranz 19 bzw. Käfig 17 und der
Nabenhülse 33 keine Verbindung. Diese Getriebe- stellung ergibt einen Schnellgang mit geringem Übersetzungsverhältnis.
Für den direkten Gang wird die Kupplungs- ml. lffe 40 in der beschriebenen Weise in Eingriff mit den Klauen 13 des Kranzes 11 gebracht.
Der Antrieb wird vom Mitnehmer 31 über diese
Muffe 40 auf den Kranz 11 übertragen. Da, wie oben gezeigt, dieser Kranz 77 stets rascher
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läuft als der Käfig 17, wird das Drehmoment durch die vom Kranz 11 getragenen Klinken 12 auf den Stirnteil 29 und damit auf die Nabenhülse 33 übertragen. Die Umlaufräder laufen leer und der Sperrzahnring 27 wird von den Klinken 20 überlaufen.
Wenn hingegen das Drehmoment durch die Klauen 14 auf den Kranz 11 übertragen wird und die Klinken 12 mit dem Sperrzahnring 30 ausser Eingriff gelangen, wie nachstehend beschrieben, wird der Käfig 17 in gleicher Richtung, jedoch mit verringerter Geschwindigkeit gedreht, die durch die Zähnezahlen des Kranzes 11 und Sonnenrades 23 bestimmt wird sowie dadurch, dass dieses Sonnenrad in gleicher Richtung durch den Kranz 19 gedreht wird, der mit gleicher Geschwindigkeit wie der Käfig 17 rotiert. Der Kranz 19 wirkt auf den Käfig 22 mittels der Umlaufräder 21, die mit dem Kranz 19 und dem
Sonnenrad 25 kämmen, welch letzteres, wie vorstehend beschrieben, an der Achse 24 verriegelt ist. Diese Getriebestellung ergibt einen Langsamgang mit geringem Untersetzungsverhältnis.
Wenn bei dieser Getriebestellung durch Ver- schiebung der Muffe 51 das Sonnenrad 25 von der Achse 24 getrennt, hingegen der Käfig 22 und das Sonnenrad 23 an dieser Achse verriegelt werden, so wird der Käfig 17 und mit ihm die
Nabenhülse 33 in gleicher Richtung mit weiter verringerter Geschwindigkeit gedreht, die nun- mehr bloss durch die Zähnezahlen des Kranzes 11, des Sonnenrades 23 und der Umlaufräder 15 bestimmt ist. Hiebei ist der Umlaufrädersatz A ausser Tätigkeit und das Sonnenrad 25 läuft leer auf der Achse 24. Die Stellung ergibt einen zweiten
Langsamgang nut höherem als dem normalen
Untersetzungsverhältnis.
Bei dieser Konstruktion ist, wie beim Getriebe nach der britischen Patentschrift Nr. 483992, die indirekte Übersetzung grosser als die indirekte
Untersetzung. Im beschriebenen Beispiel be- sitzen die Umlaufräder 15 zwei Verzahnungen, sie können) jedoch auch eine einzige Verzahnung haben, da die doppelte Verzahnung zur Erzielung eines speziellen Übersetzungsverhältnisses dient.
Anderseits können auch die UmlaufrÅader 21 doppelte Verzahnungen aufweisen, wenn dies zur Erzielung eines anderen Übersetzungsver- hältnisses erforderlich ist.
Zur Erläuterung, in welcher Weise mit ge- wohnlichen Zahnrädern die niedrigen und hohen Übersetzungsverhältnisse erhalten werden, dienen die nachstehenden, beispielsweisen Angaben. Der
Kranz 11 und das Sonnenrad 23 haben 56 bzw.
20 Zähne, die beiden Verzahnungen der Umlauf- räder 15 haben 14 bzw. 20 Zähne. Der Kranz 19 hat 60, die Umlaufräder 21 haben 15 und das
Sonnenrad 25 hat 30 Zähne. Mit diesem Getriebe ergibt der Schnellgang eine Überse1Zun- steigerung von 9, 2% über den direkten Gang, der erste Langsamgang eine Herabsetzung von 7-65""und der zweite Langsamgang eine Herab- setzung von 20%. Die Übersetzungsverhältnisse betragen somit zu 100 und 109 2.
Das Ausheben der Klinken 12 erfolgt folgendermassen : Wenn die Muffe 40 aus ihrer Eingriffstellung mit den Klauen 13 heraus verschoben wird, so gelangt sie zunächst hinter die Klinken 12 und wird sodann zufolge des ihr vom Mitnehmer 31 erteilten Schwunges sich so lange drehen, bis sie mit dem zweiten Satz von Klauen 14 in Eingriff gelangt, die gegenüber den Klauen 13 im Winkel versetzt sind. Während dieser Drehung um einen kleinen Winkel wird vom Mitnehmer keine Kraft auf das Getriebe übertragen, so dass die Klinken 12 unbelastet sind.
Diese Klinken, die bisher den Antrieb auf die Nabenhülse 33 übertragen haben, sind mit abgeschrägten Schwanzteilen 42 (Fig. 6) versehen, die von der Muffe 40 während dieser geringfügigen Bogendrehung erfasst werden, so dass diese Klinkenenden angehoben und die gegenüberliegenden Klinkenenden niedergedrückt, d. h. ausser Eingriff mit den Sperrzähnen des Stirnteiles 29 gebracht werden. Hierauf gelangt die Muffe 40 mit den Klauen 14 in Eingriff, so dass der Antrieb direkt auf den Kranz 11 übertragen wird. Die gegenseitige Stellung der Drehzapfen der Klinken 12 und Klauen 14 sowie die Breite der Muffe 40 sind derart gewählt, dass, wenn die Muffe in ihre Antriebastellung an den Klauen 14 gelangt, die
Klinken 12 mit den Zähnen 30 des Stimteiles 29 ausser Eingriff gehalten werden.
Beim Übergang vom direkten Gang auf den
Langsamgang wird, wenn der Mitnehmer 31 ortsfest ist und die Nabenhülse 33 rotiert, so dass beide Klinkensätze 12 und 20 überlaufen werden, die Muffe 40 zufolge der Trägheit der umlaufenden Teile an der nicht treibenden
Fläche der Klauen 13 anliegen. In dieser Stellung befinden sich die Antnebsenden der Muffe 40 unnuttelbar neben den Schwanzenden der
Klinken 12, und die Abschragung 42 ermöglicht, dass die Klinken durch axiale Bewegung dieser
Enden angehoben werden. Sobald die Antnebs- enden der Muffe 40 mit den Klauen 13 ausser
Eingriff sind, gelangen sie an den Klinken vorbei an die nicht treibende Fläche der Klauen 14.
Wenn die Muffe 40 den Antrieb wieder aufnimmt, hebt sie die Hinterenden der Klinken 12 an, bevor sie die Klauen 14 antreibt. Die Klinken 72 und 20 bilden ein Freilaufgtriebe in allen
Gängen.
Gemäss Fig. 2 ist de Schaltvorrichtung am rechten Ende dieselbe wie vorhin, wobei der
Keil 35 an der Stange 36 starr befestigt ist. An
Stelle der Verlängerungsstange 54 ist jedoch eine weitere Stange 62 vorgesehen, die am Keil 61 befestigt und mit einer Feder 63 versehen ist, die an einem in die Achse 24 eingeschraubten Ring 64 anliegt. Die Stange 62 ist mit der üblichen Betätigungskette versehen. Die Feder 63 ist stärker als die Feder 57 und hält daher normalerweise die Kupplungsmuffe 51 in Eingriff mit den Klauen 53 des Käfigs 22, so dass letzterer an der Achse 24 verriegelt wird. Wenn die Stange 62 nach links gezogen wird, gibt die Muffe 51 den Käfig 22 frei und gelangt in Eingriff mit den
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Klauen 50, so dass das Sonnenrad 25 an der Achse 24 verriegelt wird.
Der auf diese Weise unmittelbar vom Umlaufrädersatz A erhaltene fünfte Gang ergibt eine Übersetzung von 25%, was der Zahl 125 entspricht.
Es ist ersichtlich, dass bei dieser Konstruktion mittels der Schaltstange 36 der Schnellgang, direkte (Normal-) Gang und Langsamgang eingestellt wird, während die Stellung der Schaltstange 62 dafür massgebend ist, ob der Schnellbzw. Langsamgang mit kleinem oder grossem Übersetzungs-bzw. Untersetzungsverhältnis arbeitet, je nachdem, ob das Sonnenrad 25 oder der Käfig 22 samt Sonnenrad 23 festgehalten wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind zahlreiche Getriebeteile in gleicher Weise ausgebildet wie bei den Fig. 1, 4,5 und 6, und diese Teile sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Die wesentlichen Unterschiede sind die folgenden :
1. Das Sonnenrad 25 ist mittels Rippen 24 a und einer Mutter 24 b ständig an der Achse 24 festgelegt und nicht mit den Klauen 50 des ersten Beispieles versehen.
2. Der Käfig 22 ist vom Sonnenrad 23 getrennt und der scheibenförmige Hinterteil dieses Käfigs besitzt eine Innenverzahnung 22 c. Das Sonnen- rad 23 ist mit langen Klauen 53 a versehen, die den Klauen 53 des ersten Beispieles entsprechen, jedoch bis knapp zur Innenverzahnung 22 c des Käfigs 22 reichen. Das Sonnenrad 23 ist mit einem Flansch 23 a versehen, der einen
Anschlag für eine Feder 53 b bildet, die von den
Klauen 53 a getragen wird und an der Rückseite von nachstehend beschriebenen Klauen 67 an- greift.
3. An Stelle der verschiebbaren Kupplungs- muffe 51 ist ein Schiebekeil 65 vorgesehen, der in der Achse 24 gelagert ist und einen drehbaren
Ring 66 trägt, der gleichfalls in der Achse 24 gelagert ist und an seinem äusseren Umfang mit
Klauen 67 versehen ist. Letztere stehen mit den langen Klauen 53 a ständig in Eingriff und werden fallweise mit der Innenverzahnung 22 c des Käfigs 22 in Eingriff gebracht. Zwischen dem Ring 66 und dem Keil 65 liegt ein Ring 65 a, der an einer Stirnfläche mit einer Nut versehen ist, in die die Enden des Keiles eintreten, während seine andere Stirnfläche ein Spurlager für den Ring 66 bildet. Dieser Ring 66 besitzt ferner innen Klauenzähne 68, die mit unmittelbar neben dem Sonnenrad 23 liegenden Klauen 69 der Achse 24 in Eingriff stehen.
Der Schiebekeil 65 wird durch die Stange 36 in gleicher Weise wie die Muffe 51 im ersten Beispiel betätigt. Die verschiebbaren Teile werden durch die oben beschriebene Feder 53 b normalerweisse in solcher Stellung gehalten, dass der Käfig 22 mit dem Sonnenrad 23 zwecks gemeinsamer Drehung gekuppelt ist.
Es ist somit ersichtlich, dass beim direkten Gang und bei kleinen Übersetzungs-bzw. Untersetzungsverhältnissen der Schiebekeil 65 in einer Stellung verbleibt, in der der Käfig 22 mit dem Sonnenrad 23 gekuppelt ist, wobei die Schalt- Vorrichtung in genau der gleichen Weise arbeitet wie beim ersten Beispiel.
Zur Einschaltung des vierten, d. h. Langsamganges mit besonders hoher Untersetzung verschiebt die Stange 36 den Schiebekeil 65, so dass die Klauen 67 des Ringes 66 ausser Eingriff mit der Innenverzahnung 22 c des Käfigs 22 gelangen, während die Klauenzähne 68 des Ringes 66 mit den Klauen 69 der Achse 24 in Eingriff gelangen, so dass der Käfig 22 freigegeben, das Sonnenrad 23 jedoch festgehalten wird, da die langen Klauen 53 a noch immer mit den äusseren Klauen 67 des Ringes 66 in Eingriff sind.
Zur Bildung eines fünften Ganges wird vorzugsweise eine gesonderte Schaltvorrichtung zur Verstellung des Schiebekeiles 65 und seines Ringes 66 in gleicher Weise vorgesehen, wie dies gemäss Fig. 2 zur Verstellung der Muffe 51 beschrieben ist, so dass in der Stellung, in der der Ring 66 das Sonnenrad 23 festhält, die andere Schaltvorrichtung 40 in die Stellung nach Fig. 3 verschoben werden kann, welche Stellung vorher für den Schnellgang mit kleiner Übersetzung erforderlich war.
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