DE3408371C2

DE3408371C2 -

Info

Publication number: DE3408371C2
Application number: DE3408371A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Sakai Osaka Jp Ozaki
Original assignee: MAEDA INDUSTRIES Ltd SAKAI OSAKA JP
Current assignee: MAEDA INDUSTRIES Ltd SAKAI OSAKA JP
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1984-03-07
Publication date: 1988-05-11
Also published as: US4593799A; GB8405962D0; JPS6223171B2; GB2139714B; JPS59164423A; GB2139714A; DE3408371A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung für eine Fahr radfreilaufnabe, mit

a) einem treibenden Teil, welches zumindest ein darauf befestigtes Kettenrad aufweist und auf einer stationären Achse drehbar gelagert ist,
b) einer auf der Achse drehbar angeordneten, eine nach innen gerichtete konische Kupplungsfläche aufweisenden ge triebenen Nabenschale,
c) einem inneren, mit einem Gewinde versehenen Kupplungs konus, welcher koaxial zu einem Gewindeabschnitt des trei benden Teiles angeordnet und relativ zu diesem drehbar sowie axial bewegbar ist, wobei
d) der Kupplungskonus eine dem Eingriff mit der nach innen gerichteten konischen Kupplungsfläche dienende äußere koni sche Kupplungsfläche aufweist,
e) einer Scheibe, die auf der Achse axial verschiebbar angebracht ist, und mit einer Federeinrichtung, die koaxial angeordnet ist und eine Axialkraft auf die Scheibe ausübt.

Bei einer Freilaufkupplung der genannten Art wird Dreh moment auf die Nabenschale übertragen, wenn die Kupplungs flächen im Eingriff miteinander stehen, jedoch ist freie Drehung der Nabenschale ermöglicht, wenn die Kupplungsflächen voneinander getrennt sind.

Bei einer bekannten Freilaufkupp lung der genannten Art (US-PS 37 09 341) wird im eingekup pelten Zustand Drehmoment lediglich mittels Reibung zwischen der inneren konischen Kupplungsfläche und der äußeren koni schen Kupplungsfläche übertragen. Um hierbei wirksame Dreh momentübertragung bei gleichzeitiger Minimierung des Schlupfes zu erhalten, ist der Konuswinkel der konischen Kupplungsflächen kleiner als 30°, so daß der Bereich dieser Flächen vergrößert ist, in welchem Reibungsberührung auf tritt. Zusätzlich ist eine Feder vorgesehen, die axial dahingehend wirkt, die beiden Kupplungsflächen gegeneinander zudrücken. Hierdurch soll die Zuverlässigkeit des Betriebs eingriffes zwischen den Kupplungsflächen verbessert werden. Nachteilig ist es bei diesem bekannten Einwegkupplungsmecha nismus, daß nicht immer gewährleistet sein kann, daß bei der Drehmomentübertragung kein Schlupf auftritt, und daß ein schnelles und leichtes Lösen oder Trennen der Kupplungs flächen schwierig zu erzielen ist. Dies beruht auf dem relativ großen Berührungsbereich der Kupplungsflächen, auf dem kleinen Konuswinkel der Kupplungsflächen und auf der Anordnung der Feder, welche die Kupplungsflächen gegeneinan derzudrücken sucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Freilaufkupplung der einleitend genannten Art derart auszuführen, daß einwand freie Drehmomentübertragung gewährleistet ist und die Kupplungsflächen schnell und bequem voneinander getrennt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß

f) die Federeinrichtung eine Druckschraubenfeder ist, die mit der Scheibe zusammenarbeitet, um den Kupplungskonus zum Lösen der äußeren konischen Kupplungsfläche von der inneren konischen Kupplungsfläche axial einwärts zu drücken, und daß
g) die Kupplungsflächen mit einer Ratscheneinrichtung ver sehen sind, deren Teile in Eingriff miteinander treten, wenn der Kupplungskonus sich in Richtung gegen das treibende Teil bewegt.

Durch die Ausbildung der Federeinrichtung als Druckschrauben feder ist gewährleistet, daß zu jedem gewünschten Zeitpunkt die beiden Kupplungsflächen schnell, leicht und zuverlässig voneinander getrennt werden. Weiterhin wird durch die Schaffung der Ratscheneinrichtung in den Kupplungsflächen gewährleistet, daß im Eingriffszustand der Kupplungsflächen schlupffreie Berührung zwischen ihnen vorhanden ist, wobei gleichzeitig die bekannten klimpernden Geräusche im wesent lichen eliminiert werden. Eine Freilaufkupplung gemäß der Erfindung kann mit vergleichsweise kurzer axialer Baulänge ausgeführt werden, weil für die Kupplungsflächen ein grö ßerer Konuswinkel verwendet werden kann, wobei sich der Raum bedarf in radialer Richtung nicht vergrößert, weil die Kupplungsflächen kürzer gemacht werden können. Darüber hinaus kann eine Freilaufkupplung gemäß der Erfindung auch bei einer Freilaufnabe mit Freilaufbremse verwendet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bei spielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise auf ihrer Achse im Schnitt darge stellte Ansicht einer Freilaufnabe der Erfindung, bei der der Kupplungskonus sich in seiner axial äußersten Lage befindet,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, bei der der Kupplungskonus in seiner axial innersten Lage sich befindet,

Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der Aufbauelemente der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform,

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht des Kupplungskonus,

Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht mit der Darstellung eines zylindrischen Teiles,

Fig. 6 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht mit der Darstellung eines treibenden Teiles,

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 der Fig. 4,

Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 8-8 der Fig. 5,

Fig. 9 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, jedoch mit der Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 10 und 11 Teilschnittansichten mit der Darstellung der Positionsverhältnisse des Kupplungsgliedes hinsichtlich des zylindrischen Teiles.

In den Zeichnungen ist eine Fahrradfreilauf nabenanordnung dargestellt, welche auf einer stationären Achse 1 angebracht ist. Diese Achse 1 hat Gewindeendab schnitte und ist durch herkömmliche Klemmuttern 2, 3 auf einem nicht dargestellten Fahrradrahmen befestigt. Auf die Gewindeendabschnitte der Achse 1 sind mit einem Innen gewinde versehene Lagerglieder 4, 5 einstellbar angebracht. Ein Kugellager 6 auf dem Lagerglied 5 stützt drehbar einen treibenden Teil 7 ab, welcher ein bekanntes Kettenrad 8 ist, welches damit integriert ausgebildet ist, wie dies der Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, wobei ein Antrieb durch eine bekannte, nicht dargestellte Kette erfolgt. Wenn es gewünscht ist, kann natürlich eine Vielzahl von Ketten rädern 8 auf herkömmliche Weise auf dem Antreiber 7 befestigt sein, wie dies der Fig. 9 zu entnehmen ist.

Ein zylindrisches Teil 9, welches eine innere, verzahn te konische Kupplungsfläche 10 aufweist, ist relativ zum treibenden Teil 7 drehbar, und zwar mittels eines zusätz lichen Kugellagers 11, welches sich dazwischen befindet.

Eine zylindrische Nabenschale 12 mit einem Paar von bekann ten gelochten Speichenflanschen 13 wird drehbar durch ein weiteres Kugellager 14 an ihrem einen Ende abgestützt und ist integriert an seinem anderen Ende mittels eines Ge windes 15 auf einen Innenendabschnitt 16 des zylindri schen Teiles 19 geschraubt, welches frei auf dem Kugel lager 11 drehbar ist. So ist die Nabenschale 12 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung frei drehbar. Tatsäch lich jedoch ist die Nabenschale 12 an einer solchen freien Drehung mittels eines Einwegkupplungsmechanismus gemäß der Erfindung gehindert. Mehr, insbesondere ist die Nabenschale 12 zusammen mit dem treibenden Teil 7 in Vorwärts richtung drehbar, jedoch von solch einer gemeinsamen Drehung in Rückwärtsrichtung gelöst (Rücktrittrichtung). In anderen Worten bedeutet dies, daß die Nabenschale 12 so angeordnet ist, daß nur die Vorwärtsdrehbewegung des treibenden Teils 7 auf die Nabenschale für eine gemeinsame Drehung damit übertragen werden kann, und zwar mit dem Ergebnis, daß die Nabenschale 12 von einer gemeinsamen Drehung frei ist, wenn der treibende Teil 7 in Rückwärtsrich tung oder nicht in Drehung gedreht wird. Das zylindri sche Teil 9 und die Nabenschale 12 können wunschgemäß von einstückigem Aufbau sein.

Der Einwegkupplungsmechanismus der Erfindung umfaßt einen Kupplungskonus 17, welcher zwischen dem Innenumfang des zylindrischen Teiles 9 und dem Außenum fang des treibenden Teils 7 so angeordnet ist, daß er damit koaxial angeordnet ist und bildet so eine konische, nach außen gerichtete Kupplungsfläche 18 mit einer Viel zahl von darin ausgebildeten Klauen 19. Die konischen Winkel der konischen Kupplungsflächen 10, 11 hinsichtlich ihrer Achsen können vorzugsweise mehr als 30° (bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ungefähr 45°) betra gen.

Die in der inneren konischen Kupplungsfläche 10 des zylindrischen Teiles 9 ausgebildeten Zähne können vorzugsweise die Form von Ratschenzähnen 10 a haben, während die Klauen 19 des Kupplungskonus 17 eine solche Form haben, daß sie betriebsmäßig mit den Zäh nen 10 a in Eingriff gelangen können, so daß das Dreh moment oder die Vorwärtsdrehung des Kupplungskonus 17 über das zylindrische Teil 19 wirksam auf die Naben schale 12 übertragen werden kann. Die Anzahl und die Gestalt der Zähne 10 a und der Klauen 19 kann geändert werden, so daß die Erfindung auf die dargestellte Aus führungsform nicht beschränkt ist.

Der Kupplungskonus 17 ist weiterhin mit einem Innenge winde 20 versehen, welches mit einem Außengewinde 21 des treibenden Teils in Eingriff bringbar ist, so daß der Kupplungskonus 17 sich in Richtung eines Pfeiles P nach außen bewegt, bis die Klauen 19 in Berührung mit den Zähnen 10 a gelangen, wenn der treibende Teil 7 in Vor wärtsdrehung angetrieben wird, während der Kupplungskonus 17 sich axial nach innen in Richtung eines Pfeiles Q bewegt, um den Eingriff zwischen den Klauen 19 und den Zähnen 10 a zu lösen.

Der Kupplungsmechanismus umfaßt weiterhin eine Druck schraubenfeder 22, welche innerhalb eines Ringraumes 23 angeordnet ist, der über den Umfang zwischen dem treibenden Teil 7 und der Achse 1 angeordnet ist und dabei die Achse 1 umgibt, daß sie normalerweise den Kupp lungskonus 17 in Axialrichtung des Pfeiles Q drückt, um die Klauen 19 von den Zähnen 10 a wegzudrücken. Vor zugsweise kann die Schraubenfeder 22 so angeordnet sein, daß deren äußeres Ende 22 a in Druckberührung mit einer ringförmigen Innenendwand 5 a des Lagergliedes 5 steht, während deren inneres Ende 22 b mit einer Öffnung 24 im Eingriff steht, welche in einer Ringreibungsschei be 25 ausgebildet ist, die axial verschiebbar auf der Achse 1 befestigt ist und gegen eine Außenwand eines bekannten geschlitzten Anschlagringes 26 drückt, der in einer Ringnut 27 (Fig. 4) befestigt ist, welche in der inneren zylindrischen Wand eines inneren Endab schnittes des Kupplungskonus 17 ausgebildet ist. So werden die Scheibe 25 und daher die Feder 22 durch die Reibung zwischen der Scheibe und dem Anschlagring an einer Drehung gehindert, und zwar mit dem Ergebnis, daß ein bestimmter Widerstandsgrad vorhanden ist, um eine Drehung des Kupplungskonus 17 um dessen Achse einzu schränken. Der Widerstandsgrad kann einstellbar dadurch geändert werden, daß eine Federkonstante der Schrauben feder 22 ausgewählt wird und/oder ein Reibungsfaktor zwischen der Scheibe 25 und dem Anschlagring 26 ausgewählt wird. Auf diese Weise wirken die Feder 22, die Reibungs scheibe 25 und der Anschlagring 26 dahingehend zusammen, den Kupplungskonus 17 in Axialrichtung Q zu drücken und somit einen bestimmten Widerstandsgrad hinsichtlich der Einschränkung der Drehung des Kupplungskonus 17 um des sen Achse aufzubringen.

Die Druckschraubenfeder 22 kann, sofern dies gewünscht ist, durch eine Zugschraubenfeder (nicht dargestellt) ersetzt werden, die an der Innenseite der Reibungsschei be 25 angeordnet ist, um so die Scheibe 25 axial nach in nen in Richtung des Pfeiles Q zu ziehen.

Die Reibungsscheibe 25 kann in einem Falle weggelassen werden, wenn das innere Ende 22 b der Feder 22 direkt am Anschlagring 26 anliegt. Weiterhin kann der Anschlagring 26 durch einen inneren Ringflansch (nicht dargestellt) ersetzt werden, welcher integriert mit der Innenwand des Kupplungskonus 17 ausgebildet ist.

Ein weiterer geschlitzter Anschlagring 28 ist vorge sehen, um eine übermäßige Axialbewegung des Kupplungs konus 17 in Richtung des Pfeiles Q zu verhindern. Solch ein Anschlagring 28 kann in einer Ringnut 29 befestigt sein (Fig. 5), die in der inneren zylindri schen Wand des Teiles 9 ausgebildet ist.

Wenn dies erwünscht ist, können zusätzliche Mittel vorgesehen sein, um den auf den Kupplungskonus 17 zum Einschränken der Relativdrehung hinsichtlich der statio nären Achse 1 aufzubringenden Widerstandsgrad zu erhöhen. Solche zusätzliche Mittel können ein geflanschtes rohr förmiges Teil 30 umfassen, welches fest an der Achse 1 angebracht ist, sowie eine Flachmaterialfeder 31, die koaxial zwischen dem Kupplungskonus 17 und dem rohrförmi gen Teil 30 auf solche Weise angebracht ist, daß die Feder 31 hinsichtlich der Innenwand des Kupplungskonus 17 relativ verschiebbar ist, wie dies in Fig. 9 darge stellt ist. Für den Fall, daß solche Einschränkungsmit tel vorgesehen sind, kann das innere Ende 22 b der Schrau benfeder 22 nur in Druckberührung mit der Reibungs scheibe 22 stehen, wie dies ebenso in Fig. 9 dargestellt ist.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform kann eine übermäßige axiale Innenbewegung des Kupplungskonus 17 durch einen Anschlagring 32 verhindert werden, welcher auf einer nach innen gerichteten Verlängerung 33 des treibenden Teils 7 angebracht ist, so daß eine innere verti kale Schulter 34, die in Position mit dem Kupplungskonus 17 ausgebildet ist, mit dem Anschlagring 32 so in Berührung gelangt, daß eine übermäßige Nachinnenbewe gung desselben verhindert wird. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 35 eine bekannte Scheibe, die ein unbeabsichtigtes Herunterfallen der Antriebskette (nicht dargestellt) von dem größten Kettenrad 8 verhindert.

Wenn im Betrieb der Kupplungskonus 17 sich in seiner äußersten Lage gemäß Fig. 2 befindet, wird die Kupplungs fläche 18 von der Kupplungsfläche 10 gelöst, so daß die Nabenschale 12 von einem antreibenden Drehmoment des Antrei bers frei ist. In dieser Stellung dreht sich der Kupp lungskonus 17 gemeinsam mit dem treibenden Teil 7, weil der Kupplungskonus 17 an seiner axial nach innen gerichteten Bewegung (Richtung Q) mittels des Anschlagrings 28 gehin dert ist.

Wenn der treibende Teil 7 in seiner Vorwärtsbewegung angetrieben wird, so wird die Drehung des Kupplungskonus 17 durch den durch die Druckschraubenfeder 22, die Reibungsschei be 25 und den Anschlagring 26 aufgebrachten Reibungswider stand unterbrochen. Folglich bewegt es sich in Richtung des Pfeiles P axial nach außen, bis die Kupplungsfläche 18 in Betriebseingriff mit der Kupplungsfläche 10 gelangt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Daraus resultiert, daß der Kupplungskonus 17 sich nach vorne zusammen mit dem treibenden Teil 7 dreht, da die Kupplungsfläche 10 gehindert ist, wie dies Fig. 10 und 11 entnehmbar ist. Als Resultat werden der treibende Teil 7, der Kupplungskonus 17, das zylindrische Teil 9 und die Nabenschale 12 mit derselben Drehzahl von vorne gedreht, wie die dem Pedalbetrieb des Fahrradfahrers entspricht. So wird ein Fahrrad nach vorne bewegt.

Wenn andererseits der Fahrradfahrer den Pedalbetrieb be endet, kommt auch der treibende Teil 7 zur Ruhe. Das zylindri sche Teil 9 und somit die Nabenschale 12 setzen jedoch ihre Drehung in Richtung eines Pfeiles in Fig. 11 fort.

In diesem Betriebszustand tritt ein bestimmter Reibungs eingriff zwischen dem Ratschenrad 10 a und den Klauen 19 auf, welches ein zwangsweise gemeinsames Drehen des Kupplungskonus 17 mit dem zylindrischen Teil 9 und somit der Nabenschale 12 verursacht, und zwar mit dem Ergebnis, daß der Kupplungskonus 17 sich dreht, um eine Bewegung axial nach innen in Richtung des Pfeiles Q vor zunehmen, bis dessen Kupplungsfläche 18 vollständig von der Kupplungsfläche 10 gelöst ist und somit die in Fig. 2 dargestellte Lage einnimmt.

Da der Kupplungskonus 17 durch die Federkraft der Feder 22 stets nach innen gedrückt wird, wird ein geringer Widerstand auf den Kupplungskonus 17 aufgebracht, wenn er in dem Gewinde 21 relativ nach vorne gedreht wird, um eine Axialbewegung in Richtung Q auszuführen und zwar im Vergleich dazu, wenn es auf dem Gewinde 21 umgekehrt relativ gedreht wird, um sich in Richtung P axial zu bewegen. So kann die gemeinsame Drehung des Kupplungskonus 17 und der Nabenschale 12 glatt und weich vollzogen werden. Ebenso einfach kann das Lösen der Kupplung erzielt werden. Dieser Vorteil kann ebenso erzielt werden, wenn der treibende Teil 7 absichtlich durch einen Rücktrittbetrieb des Fahrradfahrers in Umkehrrich tung angetrieben wird, da der Kupplungskonus 17 an einer Relativdrehung hinsichtlich der stationären Achse durch die Federwirkung der Feder 22 entwickelt wird und durch die Feder 22 stets axial in Richtung Q gedrückt wird.

Claims

1. Freilaufkupplung für eine Fahrradfreilaufnabe, mit

a) einem treibenden Teil (7), welches zumindest ein darauf befestigtes Kettenrad (8) aufweist und auf einer stationären Achse (1) drehbar gelagert ist,
b) einer auf der Achse drehbar angeordneten, eine nach innen gerichtete konische Kupplungsfläche (10) aufweisenden getriebenen Nabenschale (12),
c) einem inneren, mit einem Gewinde versehenen Kupplungskonus (17), welcher koaxial zu einem Gewinde abschnitt (21) des treibenden Teiles angeordnet und relativ zu diesem drehbar sowie axial bewegbar ist, wobei
d) der Kupplungskonus eine dem Eingriff mit der nach innen gerichteten konischen Kupplungsfläche (10) die nende äußere konische Kupplungsfläche (18) aufweist,
e) einer Scheibe (25), die auf der Achse axial ver schiebbar angebracht ist, und mit einer Federeinrich tung (22), die koaxial angeordnet ist und eine Axial kraft auf die Scheibe ausübt,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Federeinrichtung eine Druckschraubenfeder (22) ist, die mit der Scheibe (25) zusammenarbeitet, um den Kupplungskonus (17) zum Lösen der äußeren konischen Kupplungsfläche (18) von der inneren konischen Kupp lungsfläche (10) axial einwärts zu drücken, und daß
g) die Kupplungsflächen (10, 18) mit einer Ratschen einrichtung (10 a, 19) versehen sind, deren Teile in Eingriff miteinander treten, wenn der Kupplungskonus (17) sich in Richtung gegen das treibende Teil (7) bewegt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, wobei weiterhin ein inneres, mit einem Gewinde versehenes Lagerglied (5) einstell bar auf einem Gewindeabschnitt der Achse (1) ange bracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (22) sich zwischen einer inneren Endwand (5 a) des Lagergliedes (5) und der Scheibe (25) erstreckt, welche in Druckberührung mit einer Anschlageinrichtung (26) steht, die am Kupplungskonus (17) befestigt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (22 b, 24) zum Begrenzen der Relativ drehbewegung der Druckschraubenfedern (22) um die Achse vorgesehen ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlageinrichtung (28; 32) für die Begrenzung einer übermäßigen axialen Bewegung des Kupplungskonus (17) nach innen vorgesehen ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindriches Teil (9) fest mit einem Ende der Nabenschale (12) verbunden ist und daß die innere konische Kupplungsfläche (10) an diesem zylindrischen Teil ausgebildet ist.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konuswinkel der inneren und äußeren konischen Kupplungsfläche (10, 8) hinsichtlich der Achse (1) größer als 30° sind.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (31) zum Begrenzen der Relativdrehung des Kupplungskonus (17) relativ zur Achse (1) vorgesehen ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Begrenzen der relativen Drehbe wegung des Kupplungskonus (17) relativ zur Achse (1) eine Flachmaterialfeder umfaßt, die mit einem bestimm ten Teil in Gleitberührung mit dem Kupplungskonus (17) steht.