DE2937126C2 - Steuermechanismus für eine Fahrrad-Schaltnabe - Google Patents

Description

— der Haltebereich (31) des Klinkensteuerglieds (30) ist als zylindrischer Umfangsabschnitt ausgebildet,

— der Klinken-Aufnahmebereich (32) weist eine vertiefte Fläche zur Aufnahme der Mitnehmerklinke (7) in der Eingriffslage auf,

— an die vertiefte Fläche schließt beiderseits ein erster Steuerbereich (33a^ an, der die Schrägfläche zum Abheben und Absenken der Mitnehmerklinke bildet, und

— an die Schrägfläche des ersten Steuerbereichs {33a) und den Haltebereich (31) schließt eine zweite Steuerfläche {33b) an, um die Mitnehmerklinke (7) aus der Eingriffslage heraus in die Ruhelage zu führen.

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2. Steuermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen des ersten Steuerbereichs {33a) zur Achsrichtung des Klinkensteuerglieds (30) hin abgeschrägt sind (F i g. 6).

3. Steuermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen des ersten Steuerbereichs (33a^ zur Radialrichtung des Klinkensteuerglieds (30) hin abgeschrägt sind (F i g. 7).

4. Steuermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen des ersten Steuerbereichs {33a) sowohl zur Achs- als auch zur Radialrichtung hin dreidimensional abgeschrägt sind.

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Die Erfindung betrifft einen Steuermechanismus zum Steuern des Abhebens und Absenkens einer umlaufenden Mitnehmerklinke in einer Fahrrad-Schaltnabe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Grundsätzlich weist ein solcher Steuermechanismus ein Klinkensteuerglied und ein Betätigungsglied hierfür auf, welches das Steuerglied vorwärts oder rückwärts in Achsrichtung der Nabe bewegt, um die Mitnehmerklin- f>o ken in einen Ruhezustand oder einen wirksamen Zustand zu versetzen.

Hierbei werden die Mitnehmerklinken nicht glatt bzw. ruckfrei in die Ruhestellung gesteuert, und die Klinken und zugeordnete Teile können daher überbean- *>5 sprucht werden, worunter ihre Haltbarkeit leidet.

Das gleiche Problem tritt auch bei dem eingangs Benannten, bekannten Steuermechanismus auf (CH-PS 2 15 275), bei weichem Schrägflächen vorgesehen sind, deren Zweck darin liegt, eine bisweilen unbeabsichtigt auftretende Sperrstellung des Mechanismus zu verhindern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den genannten Steuermechanismus dahingehend weiterzubilden, daß der Schaltvorgang erleichtert wird und ruckfrei vonstatten geht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Hierbei wird die Relativdrehung zwischen Klinkensteuerglied und Klinken durch die Anordnung von Schrägflächen erleichtert um somit einen sanften Schaltvorgang herbeizuführen.

Hierbei nutzt der Steuermechanismus die Drehung der Mitnehmerklinke, die zusammen mit dem Nabengehäuse um die Nabenachse rotiert, so daß das Steuerglied sanft und zuverlässig die Mitnehmerklinke, die sich mit ihrem inneren Ende in dem klinkenaufnehmenden Bereich befindet, in eine Ruhestellung steuern kann. Darüber hinaus ist das Klinkensteuerglied in der Lage, die Klinke bei leichter Betätigung zuverlässig zu steuern, sogar wenn die Steuerbewegung kurz ist.

Darüber hinaus werden die Klinke und ihre Achse bei der Betätigung nur vergleichsweise geringen Kräften ausgesetzt, wodurch ihre Lebensdauer erhöht wird.

Bevorzugte Ausbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer Schaltnabe für ein Fahrrad, bei der ein Steuermechanismus nach der Erfindung angewandt ist;

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der wesentlichen Teile in F i g. 1;

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie I11-II1 in F i g. 2;

Fig.4 eine Vorderansicht eines Klinkensteuergliedes;

F i g. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Klinkensteuergliedes nach F i g. 4, von rechts gesehen;

Fig.6 und 7 perspektivische Ansichten abgewandelter Ausführungsformen des Klinkensteuergliedes, und

Fig. 8 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines herkömmlichen Klinkensteuermechanismus.

Bei einem herkömmlichen Steuermechanismus, der in Fig.8 gezeigt ist, hat jede Mitnehmerklinke 100 an ihrer Rückseite eine schräge Fläche 101, und ein Klinkensteuerglied 110 ist an der in seiner Bewegungsrichtung (X) mit einer konischen Fläche 111 zur Steuerung der Mitnehmerklinken 100 in eine Ruhestellung versehen, so daß die konische Fläche 111 mit der schrägen Fläche 101 in Berührung kommt, um die Mitnehmerklinken 100 gegen eine Rückstellfeder 120 in den Ruhezustand zu steuern.

Die Mitnehmerklinken 100 werden, wenn sie wie oben gesteuert werden, der Vorspannkraft durch die axiale Bewegung des Steuergliedes 110 unterworfen, um in einer Ruhestellung gehalten zu werden, in der die Vorspannkraft größtenteils axial auf die Mitnehmerklinken 100 wirkt und folglich wirkt nur eine kleine Komponente der Kraft auf die Mitnehmerklinken in radialer Richtung durch die konische Fläche 111, um sie zu schwenken und in der Ruhestellung zu halten.

Dabei ergibt sich das Problem, daß die Mitnehmerklinken 100 nicht glatt bzw. ruckfrei in die Ruhestellung gesteuert werden und die Tragwellen 130 daher überbeansprucht werden, wodurch ihre Haltbarkeit

leidet.

Dieses Problem wird bei der in F i g. 1 bis 3 gezeigten Schaltnabe ausgeräumt.

Eine Zwei-Gang-Schaltnabe ist in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, in denen das Bezugszeichen 1 den nabenkörper bezeichnet. Der Nabenkörper 1 weist ein aus einem Rohr gefertigtes Nabengehäuse 2 un·] zwei Nabenendstücke 3 auf, die an beiden axialen Enden des Nabengehäuses 2 vorgesehene Nabenflansche 5 aufweisen. Der Nabenkörper 1 ist mittels zweier Kugellager B\ und lh drehbar auf einer am Rahmen des Fahrrades befestigten Nabenachse 4 gelagert.

Das eine Nabenendstück 3 erstreckt sich axial nach außen über den Nabenflansch 5 und bildet eine zylindrische Verlängerung 6. Die Verlängerung 6 trägt in ihrem in Längsrichtung mittleren Bereich schwenkbare erste Mitnehmerklinken 7.

Am in Längsrichtung mittleren Bereich der zylindrischen Verlängerung 6 sind zwei durchgehende Bohrungen 6a vorgesehen, die um 180° zueinander versetzt sind. Die Mitnehmerklinken 7 sind in die Bohrungen 6a eingesetzt und werden an der Verlängerung 6 durch zwei Zapfen 8, die parallel zur Nabenachse 4 sind, schwenkbar gehalten und durch eine Klinkenfeder 9 so belastet, daß sich ihre äußeren Enden im Eingriff mit einer Ratschenverzahnung 21 an einem nachfolgend beschriebenen Antriebsteil 20 befinden. Die inneren Enden der Mitnehmerklinken 7 ragen radial nach innen von der inneren Oberfläche der Verlängerung 6 durch die Bohrungen 6a, wenn sich die Klinkenspitzen in Eingriff mit der Ratschenverzahnung 21 befinden.

Schräge Flächen 7a für den Angriff eines nachfolgend beschriebenen Klinkensteuergliedes 30 sind jeweils an den inneren Enden der Mitnehmerklinken 7 vorgesehen, so daß bei Betätigung des Klinkensteuergliedes 30 -i5 dieses an den schrägen Flächen 7a angreift und die Mitnehmerklinken 7 verschwenkt, wodurch die Klinkenspitzen von der Ratschenverzahnung 21 abheben.

Darüber hinaus kann die Klinkenfeder 9 aus einer Schraubenfeder gebildet sein, die um den Zapfen 8 gewunden ist und sich mit dem einen Ende an der jeweiligen Klinke 7 und mit dem anderen Ende an der Verlängerung 6 abstützt. Ferner kann die Klinkenfeder 9, wie in Fi g. 2 und 3 gezeigt, C-förmig ausgebildet und an beiden Enden so nach innen gebogen sein, daß sich Verlängerungen 9a ergeben, die in die Bohrungen 6a an der zylindrischen Verlängerung 6 eingeführt werden.

In diesem Falle ist am äußeren Umfang der Verlängerung 6 eine Umfangsnut 6b vorgesehen, die in den Bohrungen 6a ausmündet. Die Mitnehmerklinken 7 >° haben Nuten Tb, um darin beide Endbereiche der C-förmigen Klinkenfeder 9 aufzunehmen. Die C-förmige Klinkenfeder 9 wird in die Nut 6b und die Nuten Tb eingesetzt und stützt sich an Berührungskanten Tc an einem Ende jeder Nut Tb ab, um dadurch die äußeren Enden oder Spitzen der Klinken 7 in eine Richtung vorzuspannen, in der sie in Eingriff mit der Ratschenverzahnung 21 sind.

Folglich reicht, im Gegensatz zur Benutzung von Schraubenfedern, eine einzige Klinkenfeder 9 aus, wenn *>o sie C-förmig ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die C-förmige Feder °> leicht anzubringen und wenig störanfällig.

An der Nabenachse 4 ist ax'al nach außen über die zylindrische Verlängerung 6 hinaus ein Sonnenrad 10 angeordnet. Ein G^iriebeMeg 12 mit einer Mehrzahl von Planetenrädem 11, die si(:h im Eingriff mit dem Sonnenrad 10 befinden, ist axial auswärts der zylindrischen Verlängerung 6 und axial zu ihr ausgerichtet angeordnet und ist drehbar auf der Nabenachse 4 gelagert. Zwischen der zylindrischer. Verlängerung 6 und dem Getriebesteg 12 ist ein Freilaufgesperre 13 angeordnet. Das Freilaufgesperre 13 weist eine Ratschenverzahnung 14 an der Innenseite des axial äußeren Endbereichs der Verlängerung 6 und zweite Mitnehmerklinken 15 auf, die am Getriebesteg 12 vorgesehen sind und mit der Ratschenverzahnung 14 kämmen. Die zweiten Mitnehmerklinken 15 sind durch mindestens eine Feder 16 zum Dauereingriff mit der Ratschenverzahnung 14 belastet Der Getriebesteg 12 überträgt, wenn er sich in einer Richtung dreht, die Antriebskraft auf die zylindrische Verlängerung 6 und das Nabengehäuse 2, und wenn er sich in die entgegengesetzte Richtung dreht, wird der Getriebesteg 12 frei, die Antriebskraft nicht auf die Verlängerung 6 zu übertragen, da die zweiten Mitnehmerklinken 15 außer Eingriff der Ratschenverzahnung 14 gelangen und überholt werden.

Das Antriebsteil 20 umgibt die zylindrische Verlängerung 6 und den Getriebesteg 12. Das Antriebsteil 20 ist am inneren Umfang seines in axialer Richtung inneren Bereichs eine Ratschenverzahnung 21 zum Eingriff mit den ersten Mitnehmerklinken 7, am inneren Umfang des in axialer Richtung äußeren Bereichs mit einer Innenverzahnung zum Eingriff mit den Planetenrädem 11 und am äußeren Umfang mit mindestens einem Kettenrad 23 versehen. Mittels zweier Kugellager & und Ba ist das Antriebsteil 20 drehbar gegen die Nabenachse 4 gelagert.

Das erste Kugellager B3 ist auf dem äußeren Umfang der Verlängerung 6 angeordnet und trägt das Antriebsteil 20 an seinem in Axial richtung inneren Bereich. Das zweite Kugellager Ät ist am äußeren Umfang eines Tragteils 24 angeordnet, das mit der Nabenachse 4 verschraubt ist und an seinem in Axialrichtung äußerem Bereich das Antriebsglied 20 trägt.

Die obige Konstruktion ist auf eine Zwei-Gang-Kraftübertragung für geringe und hohe Geschwindigkeit anwendbar. Ein Betätigungsgüed 40 am nachfolgend zu beschreibenden Steuermechanismus wird betätigt, um dem Klinkensteuergiied 30 eine Bewegung axial zur Nabenachse 4 zu ermöglichen und dadurch die Zwei-Gang-Übertragung durchzuführen.

Der Gang für hohe Geschwindigkeit, bei dem das Klinkensteuergiied sich außer Eingriff mit den schrägen Flächen 7a der Mitnehmerklinken 7, die in Eingriff mit der Ratschenverzahnung 21 sind, befindet, ist in Fig. 2 und 3 gezeigt.

Demgemäß wird die Antriebskraft vom Kettenrad 23 über das Antriebsglied 20 mit Hilfe der ersten Mitnehmerklinken 7 auf die zylindrische Verlängerung übertragen, wodurch der Nabenkörper 1 im Verhältnis 1 : 1 zum Antriebsteil 20 angetrieben wird.

Dabei dreht sich der Getriebesteg 12 ebenfalls, mit geringerer Geschwindigkeit als die Verlängerung 6, wodurch die zweiten Mitnehmerklinken 15 außer Eingriff geraten und die Verlängerung 6 daher relativ zum Getriebesteg 12 frei dreht.

Zum Schalten aus dem Gang für hohe Geschwindigkeit in den für niedrige Geschwindigkeit wird das Bets'igungsglied 40 in F i g. 2 nach links bewegt, um das Klinkensteuergiied 30 gegen eine nachfolgend zu beschreibende Rückstellfeder 25 zu bewegen, und drückt die schrägen Flächen 7a an die ersten Mitnehmerklinken 7 wodurch diese außer Eingriff mit

der Ratschenverzahnung 21 gelangen.

Folglich wird die Antriebskraft vom Kettenrad 23 über die innere Verzahnung 22 am Antriebsteil 20 auf die Planetenräder 11 übertragen, wodurch sich der Getriebesteg 12 mit verminderter Geschwindigkeit dreht. Die Antriebskraft wird vom Getriebesteg 12 über die zweiten Mitnehmerklinken 15 auf die zylindrische Verlängerung 6 übertragen, um dadurch den Nabenkörper 1 mit geringer Geschwindigkeit anzutreiben.

Der Steuermechanismus der Erfindung dient dazu, die ersten Mitnehmerklinken 7 bei einer wie oben aufgebauten Schaltnabe in einen aktiven oder einen Ruhezustand zu steuern. Der Steuermechanismus weist das Klinkensteuergiied 30 und das Betätigungsglied 40 zum Hin- und Herbewegen des Klinkensteuergliedes 30 axial zur Nabenachse 4 auf.

Das Klinkensteuerglied 30 ist vor dem Getriebesteg 12 und innerhalb der zylindrischen Verlängerung 6 angeordnet und so gelagert, daß es nur axial zur Nabenachse 4 beweglich ist. Es ist durch eine Rückstellfeder 25. die sich an ihrem einen Ende an der Nabenachse 4 abstützt, in dauernde Berührung mit der Endfläche des Getriebesteges 12 belastet.

Das Betätigungsglied 40 weist einen Mitnehmer 41 auf, der in eine Mitnehmernut 30a am Klinkensteuerglied 30 eingreifen kann und eine Stange 42 zum Eingriff gemeinsam mit dem Mitnehmer 41. Der Mitnehmer 41 ist beweglich in einem Schlitz 4a der Nabenachse 4 angeordnet. Die Stange 42 ist axial beweglich durch eine Zentralbohrung 46. die sich axial in der Nabenachse 4 von deren Endfläche bis zum Schlitz 4a erstreckt, eingesetzt, und steht über die Endfläche hinaus über, so daß sie durch die bekannten Betätigungsmittel betätigbar ist.

Das Klinkensteuerglied 30 ist als ganzes von im wesentlichen zylindrischer Form und in der Richtung der Bewegung zur Steuerung der Mitnehmerklinken 7 in die Ruhestellung rückwärts mit einem Haltebereich 31 versehen, der die Umfangsoberfläche umfaßt, durch die die Mitnehmerklinken 7 in der unwirksamen Stellung gehalten werden. An der Vorderseite in der obigen Bewegungsrichtung ist eine Mehrzahl von Klinken-Aufnahrncbereichen 32. die eingesenkte Flächen haben, angeordnet, und zwischen den benachbarten Klinken-Aufnahmebereichen 32 mit Steuerbereichen 33 verseben. die schräge Flächen in Fortsetzung der eingesenkten und der Umfangsfläche des Haltebereiches 31 haben, so daß die Mitnehmerklinken 7. die mit ihren inneren Enden in den Klinken-Aufnahmebereichen 32 aufgenommen sind, mit Hilfe der jeweiligen geneigten v> Flächen in die Ruhestellung gesteuert werden können. Das in F i g. 2 bis F i g. 5 gezeigte Klinkensteuerglied 30 hat zwei Steuprbereiche 33. die urn 180'' zueinander versetzt sind, wie aus F i g. 3 und F i g. 4 ersichtlich, und ist zwischen den Steuerbereichen in einer Halbmondform abgetragen, um so die Klinken-Aufnahmebereiche 32 zu bilden. Die Steuerbereiche 33 haben zwei erste Steuerbereiche 33a. die schräge Flächen in Fortsetzung der Klinkenaufnahmebereiche 32 und zur Steuerung der Mitnehmerklinken 7 in die Ruhestellung aufweisen, t>o sowie eine zweite Steuerfläche 336 als schräge Fläche, die die in die Ruhestellung gesteuerten Mitnehmerklinken 7 zu den Haltebereichen 31 führt, wobei die schrägen Flächen bei den ersten Steuerbereichen 33a axial und radial zum Klinkensteuerglied 30 räumlich gekrümmt sind.

Darüber hinaus kann die Grenze zwischen jedem der ersten Steuerbereiche 33a und den zweiten Steuerflächen 33b winklig sein, aber sie ist vorzugsweise in einer Kreisbogenform ausgeführt.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des oben beschriebenen Klinkensteuergliedes 30 zum Steuern der Mitnehmerklinken 7 beschrieben.

Wenn das Klinkensteuerglied 30 in F i g. 2 nach links bewegt wird, treten die ersten Mitnehmerklinken 7 zuerst an ihren inneren Enden in die jeweiligen Klinken-Aufnahmebereiche 32 ein. In diesem Zustand werden die Mitnehmerklinken 7 noch in Eingriff mit der Ratschenverzahnung 2ί gehalten. Wenn die mitnehmerklinken 7, der Drehung der zylindrischen Verlängerung 6 folgend, um die Nabenachse 4 rotieren, geraten die schrägen Flächen 7a an den inneren Enden der Mitnehmerklinken 7 mit den ersten Steuerbereichen 33a in Berührung, wodurch die Mitnehmerklinken 7 nach und nach um die Zapfen 8 entlang den geneigten Flächen der ersten Steuerabschnitte 33a schwenken, bis sie beinahe im Ruhezustand sind. Danach gehen die Mitnehmerklinken 7 an den inneren Enden von den ersten Steuerbereichen 33a auf die zweiten Steuerflächen 33b über und schwenken durch die schrägen Flächen daran weiter, bis sie völlig in der Ruhestellung sind und dadurch außer Eingriff mit der Ratschenverzahnung 21 gelangen. Dann klettern die inneren Enden der Mitnehmerklinken 7 auf die Umfangsoberfläche am Haltebereich 31 vor. der geneigten zweiten Steuerfläche 33Z> weg, wodurch die Mitnehmerklinken 7 in der Ruhestellung außer Eingriff mit der Ratschenverzahnung 21 gehalten werden.

Demgemäß ist ein, wie oben beschrieben, gebautes Klinkensteuerglied 30 in der Lage, die Mitnehmerklinken 7 ohne Gewalt und zuverlässig in die Ruhestellung zusteuern.

Ein anders als oben aufgebautes Klinkensteuerglied 30 kann entsprechend F i g. 6 oder 7 ausgebildet sein.

Das Steuerglied 30, nach F i g. 6 ist vom Grundaufbau ähnlich dem in Fig. 4 und 5 gezeigten, hat jedoch vier statt zwei Klinkensteuerbereiche 33, und die Klinken-Aufnahmebereiche 32 zwischen jedem Steuerbereich 33 sind aus axial nach hinten konkaven Flächen gebildet, deren ansteigende Enden jeweils mit den Steuerbereichen 33 verbunden sind. Das Klinkensteuerglied 30 aus F i g. 7 hat vier Steuerbereiche 33, und die Klinken-Aufnahmebereiche 32 zwischen den jeweiligen Steuerbereichen 33 sind aus radial nach innen konkaven Flächen gebildet, deren ansteigende Enden jeweils mit den Steuerbereichen 33 verbunden sind.

Auch diese Klinkensteuerglieder 30 sind in der Lage, die Mitnehmerklinken 7 sanft und zuverlässig außer Eingriff mit der Ratschenverzahnung 21 zu bringen, ähnlich den in F i g. 4 und 5 gezeigten.

Die obigen Ausführungsformen weisen zwei oder mehr Steuerbereiche 33 auf, aber ein Steuerbereich 33 reicht aus. wenn nur eine Mitnehmerklinke 7 benutzt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Steuermechanismus zum Steuern des Abhebens und Absenkens einer umlaufenden Mitnehmerklinke in einer Fahrrad-Schaltnabe, wobei die Mitnehmerklinke zwischen einer Eingriffs- und einer Ruhelage schwenkbar an einer zur Nabe parallelen Welle gelagert und durch eine Klinkenfeder in die Eingriffslage versetzbar angeordnet ist, und wobei ein Klinkensteuerglied relativ zur Umlaufbahn der Mitnehmerklinke drehbar angeordnet ist, welches durch ein Betätigungsglied axial beweglich auf der Nabenwelle angeordnet ist und mit der Mitnehmerklinke in Eingriff bringbar einen Klinken-Aufnahmeabschnitt mit einer Schrägfläche sowie einen Halteabschnitt aufweist, in welchem der Mitnehmer in seiner Ruhelage gehalten ist,gekennzeichne t durch die folgenden Merkmale: