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Zweigangübersetzungsnabe mit in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit automatisch betätigter Gangschaltung
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gemässe Übersetzungsnabe weist infolge der einfachen Schaltvorrichtung einen kompakten Aufbau und einen geringen Aussendurchmesser auf. Alle Einzelteile sind einfach und daher billig herstellbar, denn es sind für die Nabe nur Planetengetriebeteile und für den Schaltmechanismus nur eine Mitnahmekupplung,
Friktionsfedern für die Drehsicherung und zwei über eine Schraubenführung verbundene Ringkörper erfor- derlich.
Besonders zweckmässige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In den Figuren sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Dabei zeigen :
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Zweigangübersetzungsnabe im halben Längsschnitt und schematischer
Darstellung in der Schaltstellung des direkten Ganges (Normalgang), Fig. 2 eine erfindungsgemässe Zwei- gangübersetzungsnabe, entsprechend Fig. l. jedoch in der Schaltstellung des übersetzten Ganges (Schnell- gang), Fig. 3 einen halben Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zweigangüberset- zungsnabe, gemäss der Erfindung in konstruktiver Darstellung in der Schaltstellung des direkten Ganges,
Fig. 4 einen Querschnitt IV/IV durch die Fig. 3 und Fig. 5 einen Querschnitt V/V durch die Fig. 3.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zweigangübersetzungsnabe hat folgenden Aufbau :
Auf einer Achse 1 ist ein Planetenradträger 2 gelagert, der gleichzeitig als Antreiber ausgebildet ist.
Auf seiner äusseren Seite trägt er einen Zahnkranz 3, während er an seiner inneren Seite mit Planetenrä- dern 4 versehen ist, die auf Planetenradachsen 31 gelagert sind. An seinem äusseren Umfang ist der Pla- netenradträger 2 mit einem Abtriebsorgans, 6 ausgerüstet, das ein Freilauf ist und beliebig z. B. als Klin- kengesperre ausgebildet sein kann. Im Falle der Verwendung eines Klinkengesperres greifen die Klin- ken 5, die auf dem Planetenradträger 2 angeordnet sind, in eine Gesperreverzahnung 6, die mit einer Na- benhülse 7 verbunden ist. Die Nabenhülse ist auf den Wälzlagern 8 und 9 gelagert. Die Planetenräder 4 befinden sich im Eingriff mit einem fest auf der Nabenachse 1 angeordneten Sonnenrad 10 und mit einem Hohlrad 11. Das Hohlrad 11 ist mit einem zweiten Abtriebsorgan 12, 28 verbunden, das ausschaltbar und als Freilauf ausgebildet ist.
Dieses Abtriebsorgan ist vorzugsweise auch als Klinkengepserre ausgebildet und besteht in diesem Fall aus auf dem Hohlrad 11 gelagerten Klinken 12, die in eine mit der Nabenhülse 7 verbundene Gesperreverzahnung 28 eingreifen. Das Aus- bzw. Einschalten des Klinkengesperres 12, 28 erfolgt über einen mit einer konischen Fläche 18 versehenen Schaltring 13. Dieser Schaltring 13 ist einerseits über eine Friktionsfeder 14 mit einem feststehenden Nabenteil, in diesem Fall der Nabenachse 1, und anderseits über eine Schraubenführung 15, die z. B. als Gewinde ausgebildet ist, mit einer Schaltbüchse 16 verbunden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Friktionsfeder 14 unverschiebbar gegenüber der Nabenachse 1 angeordnet und mit dem Schaltring 13 längs verschiebbar in der Weise verbunden, dass ein abgewinkelter Fortsatz 33 der Friktionsfeder in eine Längsnut 34 des Schaltringes 13 eingreift. Auf der Nabenachse ist ein Fliegewichtsträger 24 drehbar gelagert und mit dem Sonnenrad 23 eines Planetengetriebes versehen. Mit dem Sonnenrad 23 befinden sich Planetenräder 21 in Eingriff, die auf einem Lagerteil 20 mittels Planetenachsen 22 drehbar angeordnet sind. Diese Planetenräder 21 befinden sich weiterhin im Eingriff mit einem mit der Nabenhülse 7 verbundenen Hohlrad 19. Das Sonnenrad 23 könnte bei ausreichender Anzahl von Planetanrädern auch fliegend gelagert, d. h. dnrch die Planetenräder ausschliesslich getragen sein.
Auf dem Fliehgewichtsträger 24 sind Fliehgewichte 25 entgegen der Kraft von Rückholfedern27 verschwenkbar angeordnet. Durch das Ausschwenken der Fliehgewichte 25 unter der Einwirkung der Fliehkraft wird der Fliehgewichtsträger 24 über die Fliehgewichte 25 und die an der Schaltbüchse 16 vorhandenen Vorsprünge 26 mit der Schaltbüchse 16 verbunden ; ausserdem ist die Schaltbüchse 16 mit einer Friktionsfeder 17 versehen, die an der Innenseite der Nabenhülse 7 schleift.
Über das Planetengetriebe 19,21, 23 wird der Fliehgewichtsträger 24 mit einer gegenüber der Nabenhülse 7 höheren Drehzahl angetrieben, wodurch die an den Fliehgewichten 25 auftretende Fliehkraft entsprechend dem Übersetzverhältnis des Planetengetriebes gegenüber einem direkten Antrieb von der Nabenhülse 7 her erhöht wird. Die Beschreibung der Wirkungsweise erfolgt in Anschluss an die zunächst nun behandelte Beschreibung eines konstruktiven Ausführungsbeispiels.
Das konstruktive Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3-5 dargestellt ist, unterscheitet sich nur in der Art der Befestigung der Fliehgewichte 25 am Fliehgewichtsträger 24, der Ausbildung des Eingriffs zwischen den Fliehgewichten25 und der Schaltbüchse 16 und hinsichtlich der Ausbildung des Planetenradträ- gers 2 von dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 und 2. Die Fliehgewichte 25 sind bei dem ¯Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 3-5 auf radialen Armen 36 des aus Kunststoff hergestellten Fliehgewichtsträgers 24 nach aussen verschiebbar angeordnet. In ihrer Ruhelage werden sie durch die Rückholfedern 27 gehalten. Zwischen den Fliehgewichten 25 und die Schaltbüchse 16 ist hier eine Reibschlussverbindung vorgesehen.
Der Planetenradträger 2 besteht mit dem Antreiber 30 im Gegen-
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satz zu den Fig. 1 und 2 nicht aus einem Stück, sondern ist mit ihm über eine Zahnkupplung 29 verbun- den. Die Abtriebsorgane 5,6 und 12,28 sind als Klinkengesperre ausgebildet. Die Gesperreverzahnung 6 ist an einer Lagerschale 32 angebracht, die in die Nabenhülse 7 eingeschraubt ist.
Die Wirkungsweise der in den Figuren dargestellten Zweigangübersetzungsnabe ist folgende : Beim
Anfahren wird der direkte Gang eingeschaltet (Fig. 1, 3-5). Die Einschaltung des direkten Ganges ge- schieht durch das Ausschalten des einen Abtriebsorgans 12, 28. Dies erfolgt dadurch, dass durch die Drehung der Nabenhülse über die Friktionsfeder 17 die Schaltbüchse 16 in Drehrichtung der Nabenhülse (s. Pfeil in
Fig. 1 und 2) mitgenommen wird. Durch die Schraubenführung 15 wird die Drehbewegung der Schaltbüchse 16 in eine Axialbewegung des Schaltringes 13 umgewandelt, da der Schaltring 13 durch die Friktionsfeder 14 fest- gehalten wird. Die Steigungsrichtung der Schraubenführung 15 ist nun so gewählt, dass der Schaltring 13 bei- spielsweise über eine konische Fläche 18 durch seine Axialbewegung das Abtriebsorgan 12,28 ausschaltet.
Ist das Abtriebsorgan 12, 18 als Klinkengesperre ausgebildet, so erfolgt die Ausschaltung dadurch, dass die Klinken
12 nach innengeschwenkt werden und somit ausser Eingriff mit der Gesperreverzahnung 28 gelangen. Der An- triebsverlauf in Normalgang ist dabei folgender : Der Zahnkranz 3 wird durch die Kette angetrieben und die Antriebskraft wird über den Planetenradträger 2 und das Abtriebsorgan 5,6 an die Nabenhülse 7 weitergeleitet. Die Ausschaltung des Abtriebsorgans 12, 28 erfolgt schon bei geringster Verdrehung der Nabenhülse 7 in Fahrtrichtung, so dass beim Anfahren sofort der für diesen Betriebszustand günstigste Normalgang eingeschaltet ist.
Nach vollendeter Ausschaltung des Abtriebsorgans 12, 28 wird je nach Reibungskraft entweder die Friktionsfeder 17 durch die Nabenhülse 7 überholt, oder die Friktionsfeder 14 beginnt auf der Nabenachse 1 zu rutschen.
Während der Fahrt wird durch die Drehung der Nabenhülse 7 über das Hohlrad 19, die Planetenräder 21 und das Sonnenrad 23 der Fliehgewichtsträger 24 angetrieben. Zweckmässig ist es, zur Vergrösse- rung der an den Fliehgewichten 25 auftretenden Fliehkraft das Planetengetriebe 19,21, 22 als Übersetzungsgetriebe auszubilden. Da durch dieses Planetengetriebe eine Drehrichtungsumkehr am Sonnenrad 23 erfolgt, laufen die Fliehgewichte 25 entgegengesetzt zur Drehrichtung der Nabenhülse 7 um. Wird eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit und damit eine bestimmte Nabenhülsendrehzahl erreicht, so bewegen sich die Fliehgewichte 25 unter der Einwirkung der Fliehkraft nach aussen und verbinden Fliehgewichtsträger 24 und Schaltbüchse 16 miteinander.
Diese Verbindung kann entweder über Vorsprünge 25 oder Schlitze formschlüssig (Fig. 1 und 2) oder, wie in den Fig. 3-5 durch Reibschluss erfolgen. Dadurch wird die Schaltbüchse 16 entgegengesetzt zur Nabenhülsendrehrichtung mitgenommen und über die Schraubenführung 15 der Schaltring 13 in die gegenüber dem Normalgang entgegengesetzte Richtung verschoben. Durch die Verschiebung des Schaltringes 13 um den Schaltweg S wird das Abtriebsorgan 12, 28 eingeschaltet., Ist dieses Abtriebsorgan als Klinkengesperre ausgebildet, so geschieht die Einschaltung dadurch, dass auf Grund der Verschiebung der konischen Fläche 18 die federbelasteten Klinken 12 nach aussen
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schaltet. Der Antriebsverlauf ist hiebei von dem Zahnkranz 3 über den Planetenradträger 2, die Planetenräder 4, das Hohlrad 11 und das Abtriebsorgan 12, 28 auf die Nabenhülse 7.
Das als Freilauf ausgebildete Abtriebsorgan 5,6 wird in dieser Schaltstellung durch die Nabenhülse 7 überholt.
Der Zeitpunkt der Umschaltung kann in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und damit der dazugehörigen Nabenhülsendrehzahl durch Bemessung der Fliehgewichte 25 und der Rückholfedern 27 beliebig gewählt werden.
Beim Zurückschalten vom Schnellgang in den Normalgang, das bei einem Absinken der Fahrge- schwindigkeit bis unterhalb des Schaltpunktes bewirkt wird, spielen sich die beim Heraufschalten geschilderten Vorgänge in ungekehrter Reihenfolge ab. Zunächst wird also die Verbindung zwischen Fliehgewichtsträger 24 und Schaltbüchse 16 gelöst und die Schaltbüchse 16 dann wieder über die Friktionsfeder 17 in Drehrichtung der Nabenhülse 7 mitgenommen. Dadurch wird wie beim Anfahren das Abtriebsorgan 12, 28 ausgeschaltet. Damit ist der Normalgang eingeschaltet. Wesentlich ist beim Zurückschalten, dass die Umschaltung nicht erfolgt, solange die Nabenhülse über das Abtriebsorgan 12,28 vom Zahnkranz 3 her angetrieben wird.
Erst bei einem, wenn auch nur kurzzeitigen Eintreten der Freilaufstellung, also dann, wenn die Nabenhülse 7 vom Zahnkranz 3 her nicht angetrieben wird,, erfolgt der Gangwechsel durch Verdrehung der Schaltbüchse 16 über die Friktionsfeder 17. Dieser Effekt ist sehr erwünscht, denn dadurch werden Schaltstösse und ein zu häufiges Umschalten vermieden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Wie schon an Hand der Beschreibung der schematischen Fig. 1 und 2 erkennbar, kann die Erfindung konstruktiv weitgehend abgewandelt werden. So kann z. B. das Getriebe zwischen Nabenhülse 7 und Fliehgewichtsträger 24 beliebig ausgebildet werden.
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Two-speed transmission hub with automatically operated gear shift depending on the driving speed
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According to the transmission hub has a compact structure and a small outer diameter due to the simple switching device. All individual parts are easy and therefore cheap to manufacture, because there are only planetary gear parts for the hub and only a driving clutch for the switching mechanism,
Friction springs for the anti-rotation device and two ring bodies connected by a screw guide required.
Particularly useful embodiments of the invention emerge from the subclaims.
In the figures, for example, embodiments of the invention are shown.
Show:
1 shows a two-speed transmission hub according to the invention in half longitudinal section and more schematically
Representation in the shift position of the direct gear (normal gear), FIG. 2 a two-speed transmission hub according to the invention, corresponding to FIG. however, in the shift position of the gear ratio (overdrive gear), FIG. 3 a half longitudinal section through a further embodiment of a two-speed gear ratio hub, according to the invention in a structural representation in the shift position of the direct gear,
FIG. 4 shows a cross section IV / IV through FIG. 3 and FIG. 5 shows a cross section V / V through FIG. 3.
The two-speed transmission hub shown in Figs. 1 and 2 has the following structure:
A planetary gear carrier 2, which is also designed as a driver, is mounted on an axle 1.
On its outer side it carries a ring gear 3, while on its inner side it is provided with planetary gears 4 which are mounted on planetary gear axles 31. On its outer circumference, the planetary gear carrier 2 is equipped with an output member 6, which is a freewheel and can be used as desired, e.g. B. can be designed as a ratchet lock. If a ratchet ratchet is used, the pawls 5, which are arranged on the planetary gear carrier 2, engage in ratchet teeth 6 which are connected to a hub sleeve 7. The hub shell is mounted on the roller bearings 8 and 9. The planet gears 4 are in engagement with a sun gear 10 fixedly arranged on the hub axle 1 and with a ring gear 11. The ring gear 11 is connected to a second output element 12, 28 which can be switched off and is designed as a freewheel.
This output member is preferably also designed as a ratchet ratchet and in this case consists of ratchets 12 mounted on the ring gear 11, which engage in ratchet teeth 28 connected to the hub sleeve 7. The ratchet locking mechanism 12, 28 is switched on and off via a switching ring 13 provided with a conical surface 18. This switching ring 13 is on the one hand via a friction spring 14 with a stationary hub part, in this case the hub axle 1, and on the other hand via a screw guide 15 , the z. B. is designed as a thread, connected to a switching sleeve 16.
In this exemplary embodiment, the friction spring 14 is arranged immovably with respect to the hub axle 1 and is connected to the switching ring 13 in a longitudinally displaceable manner in such a way that an angled extension 33 of the friction spring engages in a longitudinal groove 34 of the switching ring 13. A flyweight carrier 24 is rotatably mounted on the hub axle and is provided with the sun gear 23 of a planetary gear. Planetary gears 21, which are rotatably arranged on a bearing part 20 by means of planetary axles 22, are in engagement with the sun gear 23. These planet gears 21 are still in engagement with a ring gear 19 connected to the hub sleeve 7. If there is a sufficient number of planet gears, the sun gear 23 could also be overhung, ie. H. only be carried by the planetary gears.
On the flyweight carrier 24, flyweights 25 are arranged to be pivotable against the force of return springs27. By pivoting out the flyweights 25 under the action of the centrifugal force, the flyweight carrier 24 is connected to the shift sleeve 16 via the flyweights 25 and the projections 26 present on the shift sleeve 16; In addition, the shift sleeve 16 is provided with a friction spring 17 which rubs against the inside of the hub sleeve 7.
Via the planetary gear 19, 21, 23 the centrifugal weight carrier 24 is driven at a higher speed than the hub sleeve 7, whereby the centrifugal force occurring on the flyweights 25 is increased compared to a direct drive from the hub sleeve 7 according to the transmission ratio of the planetary gear. The description of the mode of operation follows on from the description of a structural embodiment which has now been dealt with.
The structural embodiment shown in FIGS. 3-5 differs only in the way in which the flyweights 25 are fastened to the flyweight carrier 24, the design of the engagement between the flyweights 25 and the switch sleeve 16 and the design of the planetary gear carrier 2 1 and 2. In the embodiment according to FIGS. 3-5, the flyweights 25 are arranged on radial arms 36 of the flyweights carrier 24 made of plastic so that they can be moved outward. They are held in their rest position by the return springs 27. A frictional connection is provided between the flyweights 25 and the shift sleeve 16.
The planetary gear carrier 2 consists of the driver 30 in the opposite
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1 and 2 are not made from one piece, but are connected to it via a toothed coupling 29. The output members 5, 6 and 12, 28 are designed as ratchet ratchets. The locking teeth 6 are attached to a bearing shell 32 which is screwed into the hub sleeve 7.
The mode of operation of the two-speed transmission hub shown in the figures is as follows: When
The direct gear is switched on (Fig. 1, 3-5). The direct gear is switched on by switching off the one output member 12, 28. This takes place in that by rotating the hub sleeve via the friction spring 17, the switching sleeve 16 in the direction of rotation of the hub sleeve (see arrow in FIG
Fig. 1 and 2) is taken. The screw guide 15 converts the rotary movement of the switching sleeve 16 into an axial movement of the switching ring 13, since the switching ring 13 is held in place by the friction spring 14. The direction of inclination of the screw guide 15 is now selected such that the switching ring 13 switches off the output member 12, 28, for example via a conical surface 18, through its axial movement.
If the output member 12, 18 is designed as a ratchet lock, the disengagement takes place in that the pawls
12 can be pivoted inward and thus disengage from the locking toothing 28. The drive course in normal gear is as follows: The ring gear 3 is driven by the chain and the drive force is passed on to the hub sleeve 7 via the planetary gear carrier 2 and the output member 5, 6. The output member 12, 28 is switched off with the slightest rotation of the hub sleeve 7 in the direction of travel, so that the normal gear most favorable for this operating state is switched on immediately when the vehicle starts.
After the output member 12, 28 has been completely switched off, either the friction spring 17 is overtaken by the hub sleeve 7, depending on the frictional force, or the friction spring 14 begins to slide on the hub axle 1.
While driving, the rotation of the hub sleeve 7 drives the flyweight carrier 24 via the ring gear 19, the planet gears 21 and the sun gear 23. It is expedient to design the planetary gear 19, 21, 22 as a transmission gear in order to increase the centrifugal force occurring on the flyweights 25. Since this planetary gear reverses the direction of rotation of the sun gear 23, the centrifugal weights 25 rotate in the opposite direction to the direction of rotation of the hub sleeve 7. If a certain driving speed and thus a certain hub sleeve speed is reached, the flyweights 25 move outward under the action of the centrifugal force and connect the flyweight carrier 24 and switch sleeve 16 to one another.
This connection can either take place positively via projections 25 or slots (FIGS. 1 and 2) or, as in FIGS. 3-5, by frictional engagement. As a result, the shift sleeve 16 is entrained in the opposite direction to the direction of rotation of the hub sleeve and the shift ring 13 is shifted via the screw guide 15 in the direction opposite to the normal gear. The output member 12, 28 is switched on by shifting the switching ring 13 by the switching path S. If this output member is designed as a ratchet lock, the switching takes place in that, due to the displacement of the conical surface 18, the spring-loaded pawls 12 to the outside
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switches. The drive path is from the ring gear 3 via the planetary gear carrier 2, the planetary gears 4, the ring gear 11 and the output member 12, 28 to the hub sleeve 7.
The output member 5, 6 designed as a freewheel is overtaken by the hub sleeve 7 in this switching position.
The point in time of the switchover can be selected as required by dimensioning the flyweights 25 and the return springs 27, depending on the driving speed and thus the associated hub sleeve speed.
When switching back from overdrive to normal gear, which is caused when the driving speed drops below the switching point, the processes described when upshifting take place in reverse order. First, the connection between the flyweight carrier 24 and the switch sleeve 16 is released and the switch sleeve 16 is then taken along again via the friction spring 17 in the direction of rotation of the hub sleeve 7. As a result, the output member 12, 28 is switched off as when starting up. Normal gear is now switched on. When switching back, it is essential that the switching does not take place as long as the hub sleeve is driven by the gear rim 3 via the output member 12, 28.
Only when the freewheeling position occurs, even if only briefly, i.e. when the hub sleeve 7 is not driven by the ring gear 3, does the gear change take place by rotating the shift sleeve 16 via the friction spring 17. This effect is very desirable because it Switching shocks and too frequent switching avoided.
The invention is not limited to the illustrated embodiments. As can already be seen from the description of the schematic FIGS. 1 and 2, the construction of the invention can be largely modified. So z. B. the gear between the hub sleeve 7 and flyweight carrier 24 can be designed as desired.