DE19927700B4

DE19927700B4 - Mehrgangnabe für Fahrräder

Info

Publication number: DE19927700B4
Application number: DE1999127700
Authority: DE
Inventors: Werner Steuer; Michael Kohaupt; Gunter Pehse
Original assignee: SRAM Deutschland GmbH
Current assignee: SRAM Deutschland GmbH
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: DE19927700A1

Abstract

Mehrgangnabe für Fahrräder, umfassend
– eine Nabenachse (1);
– mindestens ein Planetengetriebe (2), jedes Planetengetriebe umfassend die klassischen Elemente, nämlich mindestens ein Hohlrad (3), mindestens einen Planetenradträger (6), Planetenräder (4) und mindestens ein Sonnenrad (5a, 5b, 5c);
– eine das Planetengetriebe (2) umgreifende Nabenhülse;
– einen Antreiber, der zum Antrieb der Nabenhülse antriebswirksam mit mindestens einem der Elemente des Planetengetriebes (2) verbindbar ist;
– eine Steuereinrichtung (8) zur Steuerung mehrerer Gangstufen, mit welcher mindestens eines der Elemente des Planetengetriebes (2) fest gesetzt oder in seiner Lage im Getriebe verändert werden kann;
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Sonnenräder (5a, 5b, 5c) nach Art eines Ziehkeilgetriebes nacheinander durch die axiale Verschiebung einer Schaltstange (9) mit mindestens einer Erhebung (10) festsetzbar sind, wobei jeweils mindestens ein Keil (11) für jedes Sonnenrad (5a, 5b, 5c) vorgesehen ist, der durch einen Schlitz (12) in der Nabenachse (1) nach radial...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrgangnabe für Fahrräder gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8.
Aus der US 3,366,206 ist eine Mehrgangnabe bekannt geworden, die einen Schaltmechanismus zum Schalten von drei Gangstufen aufweist, der durch Rückwärtstreten betätigt wird und der Kugeln aufweist, die durch eine axial verschiebbare innere Hülse mit Erhebungen in axialer Richtung bewegbar sind, wodurch Klinken ausgesteuert werden, die in einem Ring außerhalb der Kugeln angeordnet sind und in Verzahnungen eingreifen, die an Getriebeteilen angeordnet sind, in welche der Kraftfluss eingeleitet werden soll. Da durch Rückwärtstreten geschaltet wird, können die Kugeln jeweils in für diese vorgesehene Aussparungen eingreifen, da im Schaltungsfalle keine Last übertragen werden kann. Nach beendetem Schaltvorgang, also wenn die Kugeln bereits unter den Klinken ihren Platz eingenommen haben, kommt durch Vorwärtstreten wieder Last in das Getriebe der Mehrgangnabe und eine der noch in Eingriff befindlichen Klinken der Dreigangnabe nimmt die Übertragung des Drehmomentes auf.
Die vorgeschlagene Mehrgangnabe weist demgegenüber eine ziehkeilähnliche Schaltung auf, die anstelle von Kugeln Keile aufweist, welche mit Erhebungen auf einer Schaltstange zusammenwirken. Die Keile sind in einem Schlitz der Nabenachse eingelassen und werden von den Erhebungen der Schaltstange nach radial außen gesteuert. Die einzelnen Sonnenräder weisen Nuten auf, in welche die äußeren Bereiche der Keile eingreifen können, sofern sie den Schlitz der Nabenachse an dieser Stelle überfahren. Wird die Schaltstange mit den Erhebungen gegen die Keile geschoben bzw. gedreht, so kann die Schaltstange durch eine Feder vorgespannt werden, so dass der Keil blitzschnell in die Nut des Sonnenrades eintauchen kann, wenn diese sich über den Keil dreht, während sich die Erhebung der Schaltstange unter den Keil schiebt und das Sonnenrad auf der Nabenachse festsetzt. Die Nut in den Sonnenrädern ist etwas breiter als der in diese Nut eingreifende Keil ausgeführt, so dass insbesondere bei schneller Fahrweise ausreichend Zeit bleibt, den Keil in die Nut zu schieben und die Erhebung voll unter den Keil zu bringen. Die Schaltung kann auch unter Last vollzogen werden, was bedeutet, dass andere noch im Eingriff befindliche Keile mit anderen Sonnenrädern außer Eingriff gebracht werden müssen, da die Konstruktion so ausgeführt ist, dass zur gleichen Zeit, wenn die Erhebung unter den Keil geschoben wird, eine andere Erhebung einen anderen Keil unter einem anderem Sonnenrad verlassen haben muss. Ein dann im Eingriff befindlicher Keil wird durch die besondere Geometrie von Schrägen am äußeren Bereich des Keils sowie durch Schrägen an den Rändern der Nuten im Sonnenrad derart unterstützt, dass sich immer eine kleine Kraftkomponente beim Antrieb in Richtung zur Nabenachsenmitte bildet, die im Falle des Fehlens des Widerlagers durch die Erhebung unter dem Keil zur sofortigen Verschiebung des Keils nach radial innen führen wird. Diese nach radial innen gerichtete Kraftkomponente über die noch im Eingriff befindlichen Keile darf jedoch nicht so groß sein, dass die Schaltstange nicht durch Steuerkraft noch schaltbar wäre. Sollte sich ein Keil durch schlechte Schmierung oder längere Standzeit der Nabe nicht aus seinem Eingriff mit der Nut eines Sonnenrades lösen, so wird der Keil spätestens durch die Flankenkräfte an der Nut durch die Differenzgeschwindigkeit der Sonnenräder untereinander herausgepresst.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen unter Last schaltbaren Schaltmechanismus in einer Mehrgangnabe unterzubringen, bei welchem sichergestellt ist, dass beim Gangwechsel geringe Steuerkräfte entstehen, wobei die Schaltkräfte automatisch durch die eingeleiteten Drehmomentkräfte des Fahrers eingeleitet werden.
Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 beschrieben; Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Anhand mehrerer Teilschnittzeichnungen wird die Funktionsweise einer unter Last schaltbaren Ziehkeilschaltanordnung erläutert. Es zeigen:
1 ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad, Planetenrädern und auf einer Nabenachse drehbaren Sonnenrädern, welche durch Keile abwechselnd auf der Nabenachse festsetzbar sind;
2 die Keile in einem Schlitz der Nabenachse mit einer Darstellung des Planetengetriebes;
3 die Nabenachse mit einem Sonnenrad, welches Nuten zur Aufnahme der äußeren Bereiche der Keile aufweist;
4 die Schaltstange mit Erhebungen, die mit seitlich angeordneten Schrägen um die Schaltstange herum angeordnet sind;
5 eine Schaltbetätigung der Keile durch mindestens einen Nocken auf einer drehbaren Schaltstange;
6 die geometrische Form der Nut mit ihren Schrägen sowie des Keiles mit der Ausgestaltung seines äußeren Bereiches.
Wird mit 1 eine Nabenachse für eine Mehrgangnabe bezeichnet, so sind um diese herum konzentrisch mehrere Sonnenräder 5a, 5b, 5c drehbar angeordnet. Die Sonnenräder 5a, 5b, 5c sind im Dauereingriff mit drehfest miteinander verbundenen Planetenrädern 4a, 4b, 4c, die in einem Planetenradträger 6 gelagert sind und über eines der Planetenräder, beispielsweise über das Planetenrad 4b, im Dauereingriff mit einem Hohlrad 3 stehen. Die vorbeschriebenen Elemente des Planetengetriebes sind innerhalb einer hier nicht gezeigten Nabenhülse angeordnet und bilden die Grundlage für die Darstellung mehrerer Gangstufen zur Erzielung unterschiedlicher Fahrgeschwindigkeiten des Fahrrades bei gleichbleibenden Drehzahlen des Tretantriebes.
Die unterschiedlichen Gangstufen werden durch das abwechselnde Stillsetzen der einzelnen Sonnenräder 5a oder 5b oder 5c auf der Nabenachse bewirkt.
Gemäß 1 ist jedem Sonnenrad 5a oder 5b oder 5c ein Keil 11 zugeordnet, welcher jeweils mit einer Schaltstange 9 einer Steuereinrichtung 8 in Wirkverbindung steht. Es ist ersichtlich, dass der zum Sonnenrad 5c gehörende Keil 11 gegenüber den anderen Keilen 11 eine Position eingenommen hat, welche das Sonnenrad 5c blockieren kann. Erreicht wird dies durch eine Erhebung 10, die an der Schaltstange 9 angeordnet ist und den Keil 11 am Zurückfahren in seine ursprüngliche Lage hindert. Es wird ferner ersichtlich, dass bei einer Verschiebung der Schaltstange 9 nach rechts die Erhebung 10 unter dem Keil 11 wegwandert und für diesen den Weg nach radial innen in die Ruheposition freigibt. Bei dieser Verschiebung der Schaltstange 9 nach rechts wird aber eine zweite Erhebung 10 unter den Keil 11 für das mittlere Sonnenrad 5b geschoben, wodurch sich durch Veränderung des Kraftflusses im Planetengetriebe die Übersetzung der Mehrgangnabe ändert.
2 und 3 sind Schnittzeichnungen durch das Planetengetriebe in einer Ebene senkrecht zur Mitte der Nabenachse 1. Es wird die Position des Hohlrades 3 mit dem mittleren Planetenrad 4b und dem mittleren Sonnenrad 5b gezeigt, wobei ersichtlich ist, die Keile 11 noch nicht in Wirkverbindung mit dem mittleren Sonnenrad 5b getreten sind. Das Sonnenrad 5b kann somit um die Nabenachse frei drehen. Wie oben bereits erwähnt, kann ein äußerer Bereich 14 des Keiles 11, der in einem Schlitz 12 der Nabenachse 1 geführt ist, mit einer Nut 13 im Sonnenrad 5b zusammenwirken, sofern die Erhebung 10 unter den Keil 11 geschoben wird.
Aus 6 geht hervor, dass die Nut an ihrer seitlichen Begrenzung einen Winkel 16 aufweist, der mit einem Winkel 15 des äußeren Bereiches 14 des Keiles 11 insbesondere dann zusammenwirken kann, wenn die Erhebung 10 der Schaltstange 9 unter dem Keil 11 weggezogen wird. Die Größe der Winkel 15 und 16 ist abhängig von dem Durchmesser der Nabenachse 1 sowie dem Schmierzustand der Oberflächen um das Sonnenrad 5b und den Keil 11. Die Größe der Winkel 15 und 16 wird experimentell festgelegt, damit bei der tangentialen Kraftübertragung von einer Flanke 18 auf den äußeren Bereich 14 des Keiles 11 immer eine Restkomponente in Richtung nach radial innen übrigbleibt, die den Keil 11 im Falle des Entfernens der Erhebung 10 aus dem Sonnenrad 5b aussteuert. Die Erhebung 10 ist mit der Schaltstange 9 über mindestens eine Schräge 19 verbunden, welche mit einer Schräge 17 am Keil 11 zusammenwirkt für den Fall, dass der Keil 11 in die Nut 13 eines der Son nenräder 5a, 5b, 5c eingreifen soll. Die Schrägen 17 und 19 laufen aufeinander ab, wobei die Schrägen 17 und 19 einen Winkel von etwa 45° aufweisen.
Gemäß 5 wird eine Schaltstange 9a gezeigt, die mindestens einen Nocken 10a aufweist, der unter einen Keil 11a gedreht werden kann. Eine solche Variante kann zum Schalten eines Getriebes 2 herangezogen werden, wenn es aus konstruktiven Gründen keine Möglichkeit für die Axialbewegung einer Schaltstange 9 gibt.
Der Vorteil einer Nabe mit den oben beschriebenen Merkmalen liegt in ihrer Schaltbarkeit unter Last, wobei durch die spezielle Ausbildung der Keile 11 und der Nuten 13 in den Sonnenrädern 5a, 5b, 5c ein Festklemmen des Planetengetriebes durch eine Restkomponente verhindert wird, die bei einem nicht mehr benötigten Eingriff zwischen einem Keil und einem Sonnenrad den Keil 11 zuverlässig in seine Ruhestellung und außer Eingriff mit einem der Sonnenräder 5a, 5b, 5c bringt.

Claims

Mehrgangnabe für Fahrräder, umfassend – eine Nabenachse (1); – mindestens ein Planetengetriebe (2), jedes Planetengetriebe umfassend die klassischen Elemente, nämlich mindestens ein Hohlrad (3), mindestens einen Planetenradträger (6), Planetenräder (4) und mindestens ein Sonnenrad (5a, 5b, 5c); – eine das Planetengetriebe (2) umgreifende Nabenhülse; – einen Antreiber, der zum Antrieb der Nabenhülse antriebswirksam mit mindestens einem der Elemente des Planetengetriebes (2) verbindbar ist; – eine Steuereinrichtung (8) zur Steuerung mehrerer Gangstufen, mit welcher mindestens eines der Elemente des Planetengetriebes (2) fest gesetzt oder in seiner Lage im Getriebe verändert werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sonnenräder (5a, 5b, 5c) nach Art eines Ziehkeilgetriebes nacheinander durch die axiale Verschiebung einer Schaltstange (9) mit mindestens einer Erhebung (10) festsetzbar sind, wobei jeweils mindestens ein Keil (11) für jedes Sonnenrad (5a, 5b, 5c) vorgesehen ist, der durch einen Schlitz (12) in der Nabenachse (1) nach radial außen in mindestens eine Nut (13) des Sonnenrades (5a, 5b, 5c) geschoben wird, um dieses Sonnenrad (5a, 5b, 5c) festzusetzen.
Mehrgangnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (11) an seinem äußeren Bereich (14), der in die Nut (13) beispielsweise des zweiten Sonnenrades (5b) eindringt, auf mindestens einer Seite eine geometrische Form, insbesondere einen Winkel (15), aufweist.
Mehrgangnabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form, insbesondere der Winkel (15), so gestaltet ist, dass bei Einleitung eines Drehmomentes in das zweite Sonnenrad (5b) der Keil (11) nach radial innen bewegt wird, wenn die Erhebung (10) unter dem Keil (11) entfernt wird.
Mehrgangnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (13) Flanken (18) aufweist, die durch ihre tangentiale Berührung mit dem Keil (11), dessen radiale Bewegung nach innen bewirken, wobei diese Flanken (18) eine geometrische Form, insbesondere einen Winkel (16) aufweisen, der mit der geometrischen Form, insbesondere mit dem Winkel (15) des Keils (11) zusammenwirkt.
Mehrgangnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (10) zur Steuerung der Keile (11) durch Verschieben der Schaltstange (9) bewegt werden, wobei die Erhebungen (10) umlaufend angeordnet sind.
Mehrgangnabe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Erhebung (10) an ihrer Kontaktstelle mit dem Keil (11) mindestens eine geometrische Form, insbesondere eine Schräge (19) aufweist, deren Anstieg im Falle einer Schaltung zur Erzielung kurzer Schaltwege möglichst steil ist, sich jedoch unter Einbeziehung eines Reibungswiderstandes an allen, an der Schaltbewegung beteiligten, Teilen in einem Bereich ohne Selbsthemmung bewegt.
Mehrgangnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (11) an seiner Berührungsstelle mit der Schubstange (9) dachförmig ausgebildet ist, wobei diese dachförmige Ausbildung einer geometrischen Form, insbesondere einer Schräge (17), entspricht, die mit der Schräge (19) der Erhebung (10) zur Erzielung kurzer Schaltwege zusammenwirkt, wobei unter Berücksichtigung des Reibungswiderstandes keine Selbsthemmung auftritt.
Mehrgangnabe für Fahrräder, umfassend – eine Nabenachse (1); – mindestens ein Planetengetriebe (2), jedes Planetengetriebe umfassend die klassischen Elemente, nämlich mindestens ein Hohlrad (3), mindestens einen Planetenradträger (6), Planetenräder (4) und mindestens ein Sonnenrad (5a, 5b, 5c); – eine das Planetengetriebe (2) umgreifende Nabenhülse; – einen Antreiber, der zum Antrieb der Nabenhülse antriebswirksam mit mindestens einem der Elemente des Planetengetriebes (2) verbindbar ist; – eine Steuereinrichtung (8) zur Steuerung mehrerer Gangstufen, mit welcher mindestens eines der Elemente des Planetengetriebes (2) fest gesetzt oder in seiner Lage im Getriebe verändert werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sonnenräder (5a, 5b, 5c) nacheinander durch das Verdrehen einer Schaltstange (9a), mit mindestens einer Erhebung (10), die als Nocken (10a) ausgestaltet ist, festsetzbar sind, wobei jeweils mindestens ein Keil (11) für jedes Sonnenrad (5a, 5b, 5c) vorgesehen ist, der durch Verdrehen der Schaltstange (9a) durch einen Schlitz (12) in der Nabenachse (1) nach radial außen in mindestens eine Nut (13) des Sonnenrades (5a, 5b, 5c) geschoben wird, um dieses Sonnenrad (5a, 5b, 5c) festzusetzen.
Mehrgangnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenräder (5a, 5b, 5c) auf der Nabenachse (1) axial festgelegt sind.
Mehrgangnabe nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (15 und 16) eine Größe aufweisen, die im Falle einer Schaltung unter Last von einer Tangentialkraft, die vom Sonnenrad (5b) auf den Keil (11) wirkt, eine im Keil (11) verlaufende, nach radial innen gerichtete, Kraftkomponente auf die Erhebung (10) der Schaltstange (9) erzeugt, die unter Berücksichtigung von Reibung außerhalb des Bereichs von Selbsthemmung liegt und mindestens 5% der Tangentialkraft ausmacht.