DE19903440A1 - Klinkensteuerung in Getriebenaben für Fahrräder - Google Patents

Abstract

Schalteinrichtung für ein Wechselgetriebe in einer Mehrgangnabe zum Antrieb eines Fahrrades, wobei um eine Achse herum eine oder mehrere Schaltscheiben angeordnet sind, die mit einer oder mehreren Schaltstangen verbunden sind, wobei weiter die Schaltstangen in Längsnuten drehbar angeordnet sind, die am Außenumfang der Achse entlang von Mantellinien angeordnet sind, wobei weiter die Schaltstangen Flächen aufweisen, die mit Klinken zusammenwirken, wobei die Klinken zwischen Getrieberädern des Wechselgetriebes und der Achse schaltbare Freiläufe bilden, wobei die Abstützung der Klinke bei Übertragung von Drehmoment, also unter Last ohne Erzeugung von Gleitreibung an ihrem Kraftangriffspunkt ausgesteuert werden kann. Eine Klinkensteuerung gemäß dem Vorschlag der Erfindung hat den Vorteil, eine Klinke eines schaltbaren Freilaufes unabhängig vom Lastzustand der Mehrgangnabe allein durch die Betätigungskraft des Steuerelementes schalten zu können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Wechselgetriebe in einer Mehr­ gangnabe zum Antrieb eines Fahrrades gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem deutschen Patent P 44 02 344 ist eine Steuereinrichtung für Klinkengesperre für Fahrradmehrgang-Antriebsnaben bekannt geworden, bei der das Klinkengesperre mit nach radial innen gegen eine Nabenachse angefederten Klinke ausgestattet ist, und wobei dieses Klinkengesperre einen Ringkörper des Getriebes in einer Drehrichtung mit der Nabenachse drehfest kuppelt, mit mindestens zur Nabenachse parallel verlaufenden Steuereinrichtung zur Steuerung des Klinkeneingriffs zwischen dem Ringkörper und der Nabenachse, wobei die Steuereinrichtung aus mindestens einem Steuerschieber besteht, der in achsparallel zur Nabenachse auf deren Mantellinien verlaufenden Nuten ent­ langgleitet und mindestens einen Nocken aufweist, mit Hilfe dessen die Klinken des Klinkengesperres außer Eingriff zu bringen sind. Je nach Ausbildung des Nockens und der an diesem angeordneten Schräge sind die Klinken des Klinkengesperres teilweise sogar unter Last aussteuerbar, wobei auch mit einem einzigen Steuerschieber mehr als ein Klinkengesperre aus- oder eingesteuert werden kann.

Eine solche Anordnung eines mit einem Nocken versehenen Steuerschiebers erlaubt eine Schaltung unter Last nur in sofern, als die Steuerkraft zum Verschieben des Steuerschie­ bers eine anteilige Kraftkomponente zur Aushebekraft für die Klinken darstellt, wobei die Schräge und ihr Winkel auf dem Nocken dieses Kräfteverhältnis zusätzlich beein­ flußt. Soll eine hohe Aussteuerkraft erreicht werden, so muß ein flacher Winkel der Schräge auf dem Nocken angeordnet sein, wodurch andererseits große Wege des Steu­ erschiebers erforderlich sind.

Gemäß dem deutschen Patent P 44 15 266 ist eine weitere Schalteinrichtung für Wech­ selgetriebe in Mehrgangnaben für Fahrräder bekannt geworden, mit welcher Klinkenge­ sperre auch unter Last ausgesteuert werden können. Dieses besteht aus mehreren koa­ xial aneinander aufgereihten Schaltebenen, innerhalb derer über Nockensteuerungen Schaltnockenstangen, die an der Oberfläche der Nabenachse koaxial zu dieser verlegt sind, um ihre Achse verschwenkt werden und die ein erstes und ein zweites Profil auf­ weisen, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, beliebig viele auf der Nabenachse hinter­ einander liegende Kupplungen der jeweiligen Schaltebenen ein- oder auszusteuern. Die Schaltnockenstangen sind auf Nuten entlang den Mantellinien der Achse angeordnet und tragen in dem Bereich der jeweiligen Klinken ein Profil, welches bei Verdrehung die Klinke einmal vom Angriff in den Nutrand der Nabenachse abweist und bei Verdrehung den Eingriff der Klinke in den Nutrand ermöglicht.

Eine unter Last am Nutrand sich abstützende Klinke erzeugt eine hohe Haftreibung, die nur durch hohe Steuerkräfte ausgesteuert werden kann. Die Verdrehkraft des Profils der Schaltnockenstange ist also direkt proportional zur Last, die auf die Berührungsfläche der Klinke mit dem Nutrand wirkt. Da Steuerkräfte über einen Handschalter und Bow­ denzüge aufgebracht werden, läßt sich leicht folgern, daß die Klinke bei hoher Bela­ stung nur noch mit Schwierigkeiten ausgesteuert werden kann.

Die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Schalteinrichtung weist ebenfalls Schaltstangen in Längsnuten entlang den Mantellinien der Achse auf, die drehbar an­ geordnet sind und im Bereich ihrer Berührung mit den Klinken ein Halbkreisprofil mit je einer Fläche aufweisen, mit Hilfe derer die Klinke entweder abgewiesen wird oder aber zum Eingriff gebracht wird, um den Freilauf in einer Richtung zu stoppen. Im Unter­ schied zum vorgenannten Patent P 44 15 266 wird die Klinke jedoch nicht mehr auf die Achse direkt wirken sondern gegen die Fläche der Schaltstangen, was den Vorteil mit sich bringt, die Klinke aussteuern zu können, ohne eine größere Haftreibung der Klinke am Nutrand überwinden zu müssen. Es wird lediglich die Lagerreibung der Klinke im Freilauf und die Lagerreibung der Schaltstange in den Nuten durch die Steuerkraft zu überwinden sein, die im Fall einer günstigen Schmierung gering ist. Die Steuerkraft hat lediglich die Aufgabe, das Losbrechmoment von Klinke und Schaltstange zu überwin­ den, wodurch die Kombination der Klinke mit der Fläche der Schaltstange in einen Be­ reich kommt, in welchem die Last der Klinke die Steuerbewegung an der Schaltstange unterstützt. Bei Weiterdrehen der Schaltstange gleitet die Klinke von der Fläche der Schaltstange ab und gibt die Drehung für das um die Achse angeordnete Getriebeteil frei.

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine Schalteinrichtung für Mehrgang- Getriebenaben zu schaffen, die steuerbare Freiläufe aufweist, die unter allen Lastbedin­ gungen durch normale Steuerkräfte schaltbar sind, wobei die Steuerkräfte wie üblich über Fernbedienungen und Bowdenzüge erzeugt werden.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben.

Anhand von Schnitt- und Prinzipzeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel einer last­ schaltbaren Mehrgangnabe beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Mehrgangnabe mit zwei Freiläufen und je einer Klinke, die durch Schalt­ stangen von außen steuerbar sind;

Fig. 2 eine Achse mit Längsnuten und einer Schaltstange, die mit einer Klinke zusam­ menwirkt;

Fig. 3 die Schaltstange mit einer Fläche in einer Position, die die Klinke abweist;

Fig. 4 die Schaltstange mit ihrer Fläche in einer Position, in der die Klinke angreifen kann;

Fig. 5 die Schaltstange im Schnitt mit ihrem Halbkreisprofil, wobei die Fläche einen Mit­ tenabstand von einer Drehmitte der Schaltstange aufweist;

Fig. 6 die Kombination Klinke-Schaltstange mit einer Kraftwirkrichtung durch die Drehmitte der Schaltstange;

Fig. 7 die Kombination Klinke-Schaltstange mit einer Kraftwirkrichtung an der Drehmit­ te der Schaltstange vorbei.

Wird mit 1 ein Wechselgetriebe einer Mehrgangnabe bezeichnet, so ist dieses innerhalb einer Nabenhülse 3 um eine Achse 2 angeordnet. Gemäß Fig. 1 wird diese Mehr­ gangnabe von einem Antriebsritzel 4 angetrieben, wobei sich die Drehzahl der Naben­ hülse 3 nach den Gangstufen im Wechselgetriebe 1 richtet. über ein Schaltseil 5 wird eine erste Schaltscheibe 6a und/oder eine zweite Schaltscheibe 6b betätigt, die mit je­ weils einem Hebelteil 8 an einer erstens Schaltstange 7a und einer zweiten Schaltstan­ ge 7b in Wirkverbindung stehen. Das Hebelteil 8 ist über eine Kröpfung 9 mit der Schaltstange 7a, 7b verbunden. Die Schaltstangen 7a, 7b sind in Längsnuten 2a schwenkbar gelagert, wobei die Schaltstangen einen kreisrunden Querschnitt haben und in der ebenfalls kreisrund ausgeformten Längsnut gelagert sind. Die Längsnut 2a mündet im Profil auf der einen Seite mit einer Einlaufschräge 23 im Außendurchmesser der Achse 2, während auf der gegenüberliegenden Seite eine Abweisschräge 24 ange­ ordnet ist. Die Einlaufschräge 23 ist gegen eine Klinke 11 gerichtet, die in einem ersten Getrieberad 12a und einem zweiten Getrieberad 12b schwenkbar gelagert ist und über Federkraft nach radial innen gegen den Außendurchmesser der Achse 2 gedrückt wird. Das erste Getrieberad 12a bildet daher einen in einer Drehrichtung wirkenden Freilauf über die Klinke 11 mit der Achse 2, während das zweite Getrieberad 12b über ebenfalls die Klinke 11 einen zweiten Freilauf gegenüber der Achse 2 bildet. Zum Zwecke des Gangwechsels in der Mehrgangnabe muß im Wechselgetriebe 1 einmal der eine und einmal der andere Freilauf ausgeschaltet werden, um die verschiedenen Gangstufen einzuschalten. Im Falle eines ausgeschalteten Freilaufes muß die Klinke 11 in der Dreh­ richtung, in der sie eigentlich in der Achse 2 eingreifen soll von dieser abgewiesen wer­ den, so daß das erste Getrieberad 12a in beiden Richtungen leer durchdrehen kann. Die in den Längsnuten 2a der Achse 2 schwenkbar angeordneten Schaltstangen 7a, 7b wei­ sen jeweils Flächen 17 auf, die sich bei geeigneter Verdrehung der Schaltstangen 7a, 7b den Klinken 11 derart entgegenstellen, daß die Klinken 11 senkrecht auf die Flächen 17 auflaufen und einen Kraftangriffspunkt 22 bilden, wobei gemäß den Fig. 2, 4, 5 und 6 eine Kraftwirkrichtung 20 entsteht, die durch ein Drehzentrum 26 der Klinke 11 und durch eine Drehmitte 18 der Schaltstangen 7a, 7b verläuft. Die Fläche 17 ist jeweils einer Klinke 11 zugeordnet und derart an der Schaltstange 7a, 7b angeordnet, daß zur Erzie­ lung einer noch ausreichenden Lagerfläche der Schaltstangen 7a, 7b in der Nut 2a im Falle ihrer Verschwenkung ein Mittenabstand 16 zur Drehmitte 18 der Schaltstange 7a, 7b entsteht. Eine Feder 15 legt die Klinke 11 am Außendurchmesser der Achse 2 an, wobei eine ausreichend starke Anpreßkraft entwickelt wird, daß die Klinke 11 entlang der Einlaufschräge 23 gegen die Fläche 17 geleitet wird. Die Klinke 11 weist an ihrer Spitze einen Radius 27 auf, mit welchem sie über den Außendurchmesser der Achse 2 und über die Unebenheiten im Bereich der Längsnut 2a gleiten kann. Der Radius 27 ist jedoch so ausgeführt, daß er gemäß den Fig. 6 und 7 beim Aussteuern der Klinken 11 auf der Fläche 17 der Schaltstange 7a, 7b abrollt, wenn die Schaltstange 7a, 7b im Uhr­ zeigersinn gedreht wird, das heißt wenn die Klinke 11 ausgesteuert werden soll.

Aus den vorgenannten Ausführungen wird deutlich, daß die Klinke 11 von der Flä­ che 17 durch Verdrehen der Schaltstange 7a, 7b dadurch ausgesteuert wird, daß sich bei Drehung der Schaltstange 7a, 7b die Spitze der Klinke 11 am Radius 27 abrollt und bis zur Aufhebung der gegenseitigen Haftreibung nirgends Gleitreibung erfolgt. Abge­ sehen von der Lagerreibung der Klinke 11 sowie der Schaltstange 7a, 7b tritt keine zu­ sätzliche Reibung auf. Die Lagerreibung der beiden am Ausschalten der Freiläufe betei­ ligten Elemente kann durch Schmierung oder aber durch Beschichtung der Lagerstellen minimiert werden.

Gemäß Fig. 7 steht eine konstruktive Ausgestaltung für einer die Steuerkraft an den Schaltstangen 7a, 7b erhöhende Zusatzkraft dadurch zur Verfügung, daß die Einlauf­ schräge 23 derart in Richtung Außendurchmesser der Achse 2 angehoben wird, daß die Kraftwirkrichtung 20 nicht mehr durch die Drehmitte 18 der Schaltstange 7a, 7b geht, sondern an dieser vorbei in einer Abweichung 21, wodurch ein Entlastungsdrehmoment erzeugt wird, welches das durch die Steuerkraft zu überwindende Losbrechmoment erniedrigt. Die Abweichung 21 kann jedoch nicht beliebig vergrößert werden, weil sonst die Klinken 11 unter Last selbständig aussteuern würden. Dem Entlastungsdrehmoment wirkt zur exakten Steuerung ein Steuermoment entgegen. Dieses Steuermoment wird aufgebracht am Ende der Schaltstange 8 durch die Steuerscheibe 6a. Wird dieses Steu­ ermoment durch Drehen der Steuerscheibe 6a mittels Seilzug 5 weggenommen, so schaltet das Wechselgetriebe 1 selbständig durch das anliegende oben beschriebene Entlastungsmoment. Es entsteht ein Servoeffekt, der zu besseren und leichteren Schalt­ barkeit des Wechselgetriebes 1 genutzt werden kann.

Anhand der Fig. 3 und 4 wird gezeigt, welchen Winkel 13 die Schräge 17 zu einem Strahl 25 einnimmt, wenn die Fläche 17 derart gedreht ist, daß die Klinke 11 eingreifen kann. Der Strahl 25 geht von der Mitte der Achse 2 aus und schneidet die Drehmitte 18 der Schaltstange 7a, 7b. Soll hingegen die Klinke 11 nicht eingreifen und der Freilauf unwirksam sein, so wird ein Leerlaufwinkel 14 gegenüber dem Strahl 25 erzielt. Die Dif­ ferenz der Winkel 14 und 13 erbt den Betätigungswinkel für die Schaltstange 7a, 7b, die von den Schaltscheiben 6a, 6b in Drehung versetzt werden.

Eine Klinkensteuerung gemäß dem Vorschlag der Erfindung hat den Vorteil, eine Klin­ ke 11 eines schaltbaren Freilaufes unabhängig vom Lastzustand der Mehrgangnabe al­ lein durch die Betätigungskraft des Steuerelementes schalten zu können.

Claims (9)

1. Schalteinrichtung für ein Wechselgetriebe (1) in einer Mehrgangnabe zum Antrieb eines Fahrrades

• - wobei die Mehrgangnabe eine Achse (2), eben dieses um die Achse (2) herum angeordnete Wechselgetriebe (1) und eine das Wechselgetriebe (1) umschließen­ de Nabenhülse (3) umfaßt,
• - wobei ferner um die Achse (2) herum eine oder mehrere von außen steuerbare Schaltstangen (7a, 7b) angeordnet sind,
• - die Flächen (17) aufweisen, die mit Klinken (11) zusammenwirken,
• - wobei schließlich die Klinken (11) zwischen Getrieberädern (12a, 12b) des Wech­ selgetriebes (1) und der Achse (2) schwenkbar angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Klinken (11) auch bei Übertragung von Drehmoment unter allen Lastzu­ ständen ohne Erzeugung von Gleitreibung an ihrem Kraftangriffspunkt (22) allein mit Hilfe der vom Fahrer aufgebrachten Steuerkräfte ausgesteuert werden können.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (17) der Schaltstange (7a, 7b) im Lastfalle senkrecht zur Kraftwirk­ richtung (20) steht und einen Winkel (13) zu einem Strahl (25) bildet, der die Mitte der Achse (2) und das Drehzentrum (26) der Klinke (11) verbindet.

3. Schalteinrichtung nach Ansprüch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (2a) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, in der die zylindri­ sche Schaltstange (7a, 7b) schwenkbar gelagert ist und dem Kraftangriffspunkt (22) der Klinke (11) die Fläche (17) in beliebigen von außen steuerbaren Winkeln entge­ genstellen kann.

4. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstangen (7a, 7b) zum Ansteuern der Klinke (11) in Richtung Vergröße­ rung des Winkels (13) verdreht wird, bis ein Leerlaufwinkel (14) erreicht ist.

5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Längsnut (2a) in der Kraftwirkrichtung (20) gesehen zuerst von einer Einlaufschräge (23) und auf der der Längsnut (2a) gegenüberliegenden Seite von einer Abweisschräge (24) flankiert ist, wobei die Schrägen (23, 24) den Querschnitt der Längsnut (2a) zu etwa einem Halbkreis reduzieren und durch ihre Verbindung mit dem Außendurchmesser der Achse (2) ein trichterähnliches Längs­ nutprofil erzeugen.

6. Schalteinrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (11), ausgehend vom Kraftangriffspunkt (22), einen Radius (27) auf­ weist, der auf der zur Achse (2) hinweisenden Seite an der Klinke (11) angeordnet ist, und beim Aussteuern der Klinke (11) unter Last durch Verdrehen der Schaltstan­ ge (7a, 7b) und somit der Fläche (17) vom Winkel (13) in Richtung Leerlaufwin­ kel (14) auf der Fläche (17) solange abrollt, bis durch die Überwindung der gegen­ seitigen Haftreibung die Klinke (11) nach radial außen abgewiesen wird.

7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufschrägen (23), bezogen auf die Mitte der Achse (2), nach radial au­ ßen verschoben angeordnet wird, wodurch sich der Kraftangriffspunkt (22), in Kraftwirkrichtung (20) gesehen, derart nach außen verschiebt, daß die Verbin­ dungslinie zwischen dem Drehzentrum (26) und dem Kraftangriffspunkt (22) die Drehmitte der Schaltstange (7a, 7b) nicht mehr schneidet, sondern zur Erzielung ei­ nes Entlastungsdrehmomentes beim Schalten unter Last eine Abweichung (21) auf­ weist, die gerade nicht groß genug ist, um die Selbsthemmungsreibung der Lage­ rungen der Klinke (11) und der Schaltstange (7a, 7b) zuzüglich eines Steuermomen­ tes zu überwinden.

8. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwecks Ausgleich von inneren Kräften im Wechselgetriebe (1) immer zwei gleichwirkende Schaltstangen (7a, 7b) diametral gegenüberstehen.

9. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltstange (7a) von einer ersten Schaltscheibe (6a) und die zweite Schaltstange (7b) von der zweiten Schaltscheibe (6b) über ein jeweils angebogenes Hebelteil (8) gesteuert wird, welches in die jeweilige Schaltscheibe (6a, 6b) eingreift.