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Freilaufnabe für Fahrräder mit über das Kettenrad durch Rückwärtstreten
schaltbarem Zweiganggetriebe Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufnabe für
Fahrräder mit über das Kettenrad durch Rückwärtstreten schaltbarem Zweiganggetriebe,
bei dem dem Kettenrad ein Planetengetriebe nachgeschaltet ist, dessen innenliegendes
Sonnenrad feststeht, dessen Planetenradträger eine mit einem Steilgewinde versehene
axiale Verlängerung aufweist, auf dem axial verschiebbar ein mit dem Steilgewinde
und dem Nabenmantel zusammenwirkender Kupplungskonus gelagert ist und dessen Hohlrad
Sperrklinken trägt, die entweder mit auf dem Umfang eines Schaltkäfigs angeordneten
Schlitzen oder, durch dazwischenliegende Ausnehmungen des Schaltkäfigs hindurchtretend,
mit einer Innenverzahnung des Nabenmantels in Eingriff treten können, um diesen
im Antriebssinn des Kettenrades mitzunehmen, wobei der Schaltkäfig auf einer Verlängerung
des Kupplungskonus gelagert und gegenüber diesem gegen Rückwärtsdrehen gesichert
ist, während der Kupplungskonus seinerseits mittels eines elastisch in eine Rastverzahnung
des Kupplungskonus eingreifenden Federgliedes gegen Rückwärtsdrehen gesichert ist.
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Eine Freilaufnabe mit diesen Merkmalen ist bereits durch die USA.-Patentschrift
3135 368 bekanntgeworden. Bei der bekannten Nabe wird der Nabenmantel entweder von
dem Planetenradträger über den Kupplungskonus (kleiner Gang) oder von dem Hohlrad
des Planetengetriebes, das in diesem Falle selbst das Kettenrad trägt, über die
Sperrklinken mitgeführt (großer Gang). Weiterhin ist in der bekannten Nabe ein Bremslamellenpaket
vorgesehen, das durch den Kupplungskonus bei Rückwärtsdrehung des Kettenrades in
Axialrichtung unter Druck gesetzt wird.
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Ähnliche Freilaufnaben, die allerdings an Stelle der Sperrklinken
mit zugehörigem Schaltkäfig zwei abwechselnd in Eingriff zu bringende Kupplungskonusse
besitzen, sind bereits durch die britische Patentschrift 872 353 und die USA.-Patentschrift
2 993 575 bekanntgeworden.
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Bei der erstgenannten bekannten Freilaufnabe besitzt der Schaltkäfig
eine axiale Verlängerung, mit welcher er unmittelbar auf der Verlängerung des Kupplungskonus
gelagert ist, die an ihrer Außenseite mit einer Verzahnung versehen ist. Die Verlängerung
des Schaltkäfigs ist an zwei einander gegenüberliegenden Stellen L-förmig aufgeschlitzt,
und die dadurch frei stehenden Lappen sind an ihren Enden als Zungen, die mit der
Verzahnung des Kupplungskonus in Eingriff treten, schräg nach innen gerichtet.
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Sinn dieser Maßnahme ist, den Schaltkäfig gegenüber dem Kupplungskonus
gegen Rückwärtsdrehung zu sichern. Es soll nämlich der Sperrklinkensatz zum Zwecke
der Schaltung des Getriebes durch Rückwärtsdrehung des Kettenrades um einen bestimmten
Winkel gegenüber dem Schaltkäfig verdreht werden, so daß die Sperrklinken fortan
anstatt in den ihren Durchtritt ermöglichenden Ausnehmungen in den Schlitzen des
Schaltkäfigs einrasten bzw. umgekehrt. Falls die Sperrklinken durch den Schaltkäfig
daran gehindert sind, mit der Innenverzahnung des Nabenmantels in Eingriff zu treten,
kommt im weiteren Verlauf der auf den Schaltvorgang folgenden Vorwärtsdrehung des
Kettenrades durch das Steilgewinde, auf dem er gelagert ist, der Kupplungskonus
mit dem Nabenmantel in Eingriff.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Nabe, die sich an sich bewährt
hat, noch zu verbessern und insbesondere den Laufwiderstand der Nabe herabzusetzen
und den Schaltvorgang noch müheloser und zuverlässiger zu gestalten.
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In diesem Sinne ist @ es als nachteilig anzusehen, den Schaltkäfig
selbst mit Zungen zu versehen, die mit der Verzahnung des Kupplungskonus in Eingriff
treten. Zum einen weist nämlich das Material des Schaltkäfigs in der Regel nicht
die optimalen Federeigenschaften auf, die für die Zungen wünschenswert wären. Letztere
sind in ihrer Stärke durch die Wandstärke der Verlängerung des Schaltkäfigs festgelegt,
die
erforderlich ist, um den Schaltkäfig sicher auf dem Kupplungskonus zu lagern. Weiterhin
gestattet die einstückige Ausbildung der Zungen mit dem Schaltkäfig nicht, den Zungen
die größtmögliche Länge zu geben, um ihren Eingriff weicher zu gestalten und den
durch sie hervorgerufenen Drehwiderstand bei Vorwärtsdrehung des Schaltkäfigs gegenüber
dem Kupplungskonus herabzusetzen. Da nämlich der Schaltkäfig durch die in seinem
Inneren gelagerten Schaltklauen von dem Hohlrad des Planetengetriebes, der Kupplungskonus
hingegen von dem Planetenradträger mitgenommen wird, muß der Schaltkäfig dem Kupplungskonus
bei Vorwärtsdrehung des Kettenrades beständig voreilen.
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Die oben angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Schaltkäfig unter Zwischenfügung eines die Verlängerung des Kupplungskonus nahezu
umschließenden elastischen Ringes auf der Verlängerung gelagert ist, wobei der elastische
Ring mit einem Ende an dem Schaltkäfig festgelegt ist und sein anderes Ende als
schräg nach innen gerichtete Zunge ausgebildet ist, die mit der Rastverzahnung des
Kupplungskonus in Eingriff tritt.
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Diese Maßnahme setzt den Drehwiderstand des Schaltkäfigs gegenüber
dem Kupplungskonus herab und gewährleistet dennoch einen sicheren Eingriff der Zunge.
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In Weiterbildung der Erfindung wird bei einer Nabe, bei der innerhalb
des Nabenmantels ein Bremslamellenpaket vorgesehen ist, auf das der Kupplungskonus
bei Rückwärtsdrehen des Kettenrades über einen lediglich axial verschiebbaren Betätigungsring
einzuwirken vermag, wobei der Kupplungskonus gegenüber diesem Betätigungsring gegen
Rückwärtsdrehen gesichert ist, der Kupplungskonus gegenüber dem Betätigungsring
des Bremslamellenpakets gleichfalls durch einen in eine Rastverzahnung eingreifenden
elastischen Ring gegen Rückwärtsdrehen gesichert ist wie der Schaltkäfig gegenüber
dem Kupplungskonus. Bisher nämlich befand sich auf dem gegen Drehung gesicherten
Betätigungsring ein elastischer Ring, an dem sich der Kupplungskonus in Drehrichtung
abstützte und der mit dem Betätigungsring lediglich in Reibkontakt stand.
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In der Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand
der Figuren erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Freilaufnabe mit eingeschaltetem langsamem Gang, F i g. 2 bis 5 Querschnitte gemäß
den Linien II-II, III-HI, IV-IV, V-V in F i g.1, F i g. 6 einen dem Schnitt nach
F i g. 1 ähnlichen Schnitt durch einen Teil der Nabe mit eingeschaltetem schnellem
Gang, F i g. 7 einen Querschnitt gemäß der Linie VII-VII in F i g. 6, F i g. 8 einen
Längsschnitt durch einen Teil der Nabe bei betätigter Bremse, F i g. 9 bis 13 perspektivische
Ansichten verschiedener Teile des Bremsbetätigungs- und Getriebeschaltmechanismus
in ihrer einbaumäßigen Aufeinanderfolge und F i g. 14 Einzelheiten des Schaltkäfigs.
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In den Figuren bezeichnet 1 die Hinterachse eines Fahrrades mit einem
rechtsseitigen Nabenkonus 3 und einem linksseitigen Konus 4, auf denen ein Nabenmantel
2 durch Kugellager mit den Kugeln 5, 12, 13 und 14 gelagert ist. Innerhalb des Nabenmantels
2 befindet sich ein Bremslamellenpaket 6, an das sich ein Kupplungskonus 7 anschließt.
Der Kupplungskonus 7, der mit einer Konusfläche 8 auf der Innenseite des Nabenmantels
2 zusammenwirkt, ist axial verschiebbar. 9 ist das Kettenrad, das dem Kupplungskonus
7 so zugeordnet ist, daß der letztere durch Drehung des Kettenrades in Richtung
der Achse 1 hin- und hergeführt werden kann, um sich entweder an das Bremslamellenpaket
6 oder die Konusfläche 8 anzulegen. Der Konus 7 kommt beim Rückwärtsdrehen des Kettenrades
9 um einen verhältnismäßig großen Winkel an dem Bremslamellenpaket zur Anlage, von
dem ein Teil der Lamellen in Umfangsrichtung an dem Nabenmantel 2, der andere Teil
an dem Nabenkonus 4 festgelegt ist, während durch Vorwärtsdrehen des Kettenrades
der Eingriff mit der Konusfläche 8 hergestellt wird. Insofern gleicht die bisher
beschriebene Freilaufnabe im wesentlichen den herkömmlichen Fahrradnaben mit Rücktrittbremse.
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Wie auch bereits in der erwähnten USA.-Patentschrift 3135 368 angegeben,
besitzt die erfindungsgemäße Nabe darüber hinaus jedoch Mittel, um bei Vorwärtsdrehung
des Kettenrades wahlweise entweder den Kupplungskonus 7 oder aber mit dem Hohlrad
10 des Planetengetriebes verbundene Sperrklinken 22 mit dem Nabenmantel 2 zum Eingriff
zu bringen, um den kleinen oder großen Gang herzustellen.
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Der Nabenmantel2 ist am rechten Ende mittels Kugeln 12 auf einer axialen
Fortsetzung des Hohlrades 10 des Planetengetriebes gelagert. Das Hohlrad 10 wird
seinerseits über Kugeln 14 von einer Hülse 18 getragen, die eine Fortsetzung des
Planetenradträgers 11 bildet. Dieser wiederum ruht über Kugeln 13 auf dem Nabenkonus
3, der auf die Achse 1 aufgeschraubt ist. Der Nabenkonus 3 ist mit einem Zahnkranz
15 versehen, der das Sonnenrad des Planetengetriebes bildet und mit den Planetenrädern
17 im Eingriff steht, die ihrerseits mit dem Innenzahnkranz 16 des Hohlrades 10
kämmen. Die Planetenräder 17 sind auf dem Planetenradträger 11 gelagert. Dessen
Verlängerung auf der anderen Seite der Planetenräder dient als Kupplungsschalthülse
18, indem sie ein Steilgewinde 19 besitzt, das in ein ebensolches, 20, des Kupplungskonus
eingreift, und beide so angeordnet sind, daß bei Drehung des Kettenrades 9 in Vorwärtsrichtung
der Kupplungskonus 7 axial in die Konusfläche 8 des Nabenmantels 2 hineingeschoben
wird.
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Andererseits ist die Kupplungsschalthülse 18 der Verlängerung des
Hohlrades 10, welche die Sperrklinken 22 trägt, so zugeordnet, daß die letzteren
bei Drehung des Kettenrades 9 eine höhere Winkelgeschwindigkeit erfahren. Für die
Übertragung der Drehbewegung auf den Nabenmantel2 im kleinen und im großen Gang
finden zwei übertragungssysteme Verwendung, von denen das eine aus dem Kupplungskonus
7 in Verbindung mit der Konusfläche 8 und das andere aus einer Innenverzahnung 21
des Nabenmantels 2 besteht, in welche die auf dem Hohlrad 10 gelagerten Sperrklinken
22 einzufallen vermögen.
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Um die Sperrklinken 22 in bzw. außer Eingriff mit den Zähnen der Verzahnung
21 bringen zu können, ist ein ringförmiger Schaltkäfig 27 mit mehreren axialen Schlitzen
24 von in Umfangsrichtung geringer
Breite und dazwischenliegenden
Ausnehmungen 26 von größerer Breite vorgesehen. Jede Ausnehmung 26 weist auf ihrer
einen Seite eine nach innen vorstehende, sich verjüngende Lippe 25 auf. Der Schaltkäfig
27 besitzt eine linke zylindrische Verlängerung 28, die auf einer axialen Fortsetzung
29 des Kupplungskonus 7 gelagert ist. Bei Drehung des Hohlrades 10 in Vorwärtsrichtung
dreht sich die Verlängerung 28 gegenüber der Fortsetzung 29 des Kupplungskonus 7,
während bei einer Drehung des Hohlrades 10 in der umgekehrten Richtung eine relative
Drehung der Verlängerung 28 unterbunden wird, so daß der Kupplungskonus 7 dabei
durch das Steilgewinde 19 der Kupplungsschalthülse 18 axial gegen das Bremslamellenpaket
6 verschoben wird. Zu diesem Zweck ist die Verlängerung 28 des Käfigs
27 mit einem axialen Schlitz 30 versehen, während die axiale Fortsetzung
29 des Kupplungskonus 7 eine Rastverzahnung 31 besitzt, wie insbesondere
aus F i g. 4 ersichtlich. Zwischen der zylindrischen Verlängerung 28 des Schaltkäfigs
27 und der Fortsetzung 29 des Kupplungskonus 7 ist ein unterbrochener elastischer
Ring 34 eingesetzt, dessen eines Ende zur Bildung eines Anschlags 32 für den Eingriff
mit dem Schlitz 30 nach außen gebogen ist, während sein anderes Ende eine nach innen
gebogene Zunge 33 bildet, die mit der Rastverzahnung 31 des Kupplungskonus 7 in
Eingriff zu treten vermag. Die Fortsetzung 29 des Kupplungskonus ist zur Aufnahme
und Fixierung des erwähnten Ringes 34
mit einer Ringnut 35 versehen.
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Soll der Kupplungskonus 7 nicht auf den Betätigungsring 37 des Bremslamellenpaketes
6 einwirken, so wird er durch die Drehung der Kupplungsschalthülse 18 über das Steilgewinde
nach rechts bewegt. Wird die Kupplungsschalthülse 18 jedoch in Rückwärtsrichtung
um einen größeren Winkel verdreht als demjenigen, der erforderlich ist, um ein Umspringen
der Sperrklinken 22 von den Schlitzen 24 zu den Ausnehmungen 26 bzw. umgekehrt herbeizuführen,
so gerät er schließlich mit dem Betätigungsring 37 in Eingriff, da er an einer Rückwärtsdrehung
gehindert wird. Zu diesem Zweck ist das linke Ende des Kupplungskonus 7 mit einem
axialen Schlitz 38 versehen, während der Betätigungsring 37 eine Rastverzahnung
39 besitzt. Zwischen das linke Ende des Kupplungskonus 7 und die Rastverzahnung
39 ist wiederum ein elastischer Ring 42 eingesetzt, dessen eines Ende zur
Bildung eines Anschlags 40 nach außen gebogen ist, der mit dem Schlitz 38 im Eingriff
steht, während sein anderes Ende eine nach innen gebogene Zunge 41 bildet, die mit
der Rastverzahnung 39 in Eingriff zu treten vermag. Die Teile sind dabei so angeordnet,
daß der Anschlag 40 trotz der axialen Bewegung des Kupplungskonus 7 im Eingriff
mit dem Schlitz 38 verbleibt und daß die Zunge 41 das Bestreben hat, in elastischem
Eingriff mit der Rastverzahnung 39 zu bleiben.
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Nach F i g. 1 und 3 sind die Sperrklinken 22 in die Schlitze 24 des
Schaltkäfigs 27 eingefallen. In dieser Stellung wird, da sich das Hohlrad 10 bei
Drehung des Kettenrades 9 in Vorwärtsrichtung rascher dreht, der Kupplungskonus
7 über den Schaltkäfig 27 der Kupplungsschalthülse 18 nach rechts bewegt, um die
Kraftübertragung im unmittelbaren, langsamen Gang herzustellen. Wenn jedoch die
Sperrklinken 22 durch die breiteren Ausnehmungen 26 hindurchtreten und mit der Innenverzahnung
21 des Nabenmantels 2 in Eingriff treten, erfolgt die Kraftübertragung von dem Hohlrad
10
her über die Sperrklinken 22 auf den Nabenmantel, der somit mit erhöhter
Geschwindigkeit angetrieben wird, während der Kupplungskonus in diesem Falle außer
Eingriff steht.
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Die Mittel, welche den Schaltkäfig an einer Rückwärtsdrehung hindern
und somit das Umspringen der Sperrklinke 22 ermöglichen, bestehen aus der Rastverzahnung
31 in Verbindung mit dem elastischen Ring 34. In gleicher Weise sind innerhalb des
Kupplungskonus 7 mit der Rastverzahnung 39 und dem mit dieser in Eingriff tretenden
elastischen Ring 42 Mittel vorhanden, die den Kupplungskonus an einer Rückwärtsdrehung
hindern. Infolge der Verwendung vorerwähnter Mittel können zum Zeitpunkt des Gangwechsels
und Bremsvorganges, der durch eine Drehung des Kettenrades 9 in Rückwärtsrichtung
erfolgt, Eingriff und Lösung der Sperrklinken 22 zuverlässig und ohne Verzögerung
erreicht werden, während der Kupplungskonus 7 festgehalten wird. Dabei kann jedoch
die axiale Bewegung des Kupplungskonus in Zusammenhang mit dem Bremsvorgang ungehindert
und um so zuverlässiger erfolgen.