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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fahrradschaltungen und insbesondere
auf eine interne Fahrradnabenschaltung mit drei oder mehr Gängen.
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Eine
innenliegend eingebaute Nabenschaltung ist beispielsweise im
US-Patent 3,937,309 offengelegt.
Die Innennabe weist eine Nabenachse, einen um die Nabenachse drehbar
gelagerten Antriebskörper, einen Nabenkörper und
einen Planetengetriebemechanismus auf, welcher zwischen den Antriebskörper
und den Nabenkörper gekoppelt ist, um ein Drehmoment vom
Antriebskörper auf den Nabenkörper über
mehrere Drehmomentübertragungswege zu übertragen.
Der Planetengetriebemechanismus weist ein Planetenrad, gelagert
durch eine Planetenradhalterung, und ein Hohlrad im Eingriff mit dem
Planetenrad auf. Die Schaltung stellt drei Gänge zur Verfügung,
abhängig von der axialen Position einer Kupplung, welche
mit dem Antriebskörper gekoppelt ist.
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Das
europäische Patent
EP
0 531 608 legt eine weitere Mehrgangnabenschaltung mit
bis zu sieben Gängen offen, welche zwei Planetengetriebemechanismen
aufweist, von denen jeder einen Satz Planetenräder und
ein entsprechendes Hohlrad aufweist. Mit einer zunehmenden Anzahl
von Gängen ist eine zunehmende Anzahl von Kupplungen erforderlich,
um das Antriebsdrehmoment durch die zugeordneten Sonnenräder,
Planetenräder und Hohlräder und schließlich
zum Nabenkörper zu übertragen. In einigen Fällen
muss die axiale Länge des Hohlrades größer
sein, und/oder die mechanische Last auf das Hohlrad ist ungleichmäßig
oder unregelmäßig, so dass ein unerwünschtes
Taumeln oder eine Rundlaufabweichung bei der Rotation des Hohlrades
entstehen kann. Ein ungenauer Umlauf des Hohlrades zusammen mit
den Planetenrädern kann den Wirkungsgrad der Leistungsübertragung
des gesamten Antriebsstrangs verringern.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Nabenschaltung zur Verfügung zu stellen, durch welche jede
unerwünschte Rundlaufabweichung bei der Drehung des Hohlrades merklich
verringert werden kann.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird eine Nabenschaltung für ein
Fahrrad mit einen Antriebskörper und einem Nabenkörper
zur Verfügung gestellt, welche beide so eingebaut sind,
dass sie jeweils um eine Nabenachse rotieren können. Ein
Planetengetriebemechanismus ist zwischen dem Antriebskörper
und dem Nabenkörper eingefügt, um Drehmoment vom
Antriebskörper auf die Nabe durch mehrere Drehmomentübertragungswege
zu übertragen. Der Planetengetriebemechanismus weist wenigstens
ein Planetenrad auf, welches zum Eingriff mit wenigstens einem Hohlrad
und mit einem Sonnenrad angeordnet ist. Auch ist ein Gangschaltmechanismus
mit wenigstens einer Kupplung vorgesehen, um einen der Drehmomentübertragungswege auszuwählen.
Ein Hohlradführungsring ist zwischen dem Hohlrad und dem
Nabenkörper vorgesehen, um während des Betriebs
eine gleichförmige Rotation des Hohlrades sicherzustellen.
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Der
Hohlradführungsring ist auf einer äußeren
Umfangsfläche des Hohlrades angeordnet, so dass ein Freiraum
zwischen der Außenfläche des Hohlradführungsrings
und einer inneren Umfangsfläche des Nabenkörpers
bestimmt ist. Der Freiraum selbst ist so bestimmt, dass eine zentrierte
oder präzise Drehung des Hohlrades möglich ist,
wohingegen eine größere Abweichung von einem sanften
Umlauf, welche zum Taumeln führen würde, vermieden
wird.
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Der
Werkstoff des Hohlradführungsrings ist erfindungsgemäß ein
Metall, beispielsweise Messing, oder ein Kunststoff (”resin
material”), d. h. ein Kunststoffwerkstoff, insbesondere
ein Kunstharzwerkstoff.
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Weitere
Ziele und Vorteile der Erfindung können der folgenden Beschreibung
von Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen
entnommen werden.
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1 zeigt
ein Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert,
einer Drei-Gang-Nabenschaltung, wobei der Hohlradführungsring
auf einer inneren Umfangsfläche des Nabenkörpers
angeordnet ist.
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2 zeigt
eine Vergrößerung des Beispiels, das das Verständnis
der Erfindung erleichtert, nach 1, welche
die Anbringung des Hohlradführungsrings zeigt.
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform einer Nabenschaltung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine Vergrößerung der Ausführungsform
nach 3, welche die Anbringung des Hohlradführungsrings
zeigt.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
eingesetzt in einer Sieben-Gang-Nabenschaltung.
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Ein
Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert,
sowie Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind
nachfolgend umfassender in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.
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1 stellt
eine Drei-Gang-Nabenschaltung gemäß eines Beispiels,
das das Verständnis der Erfindung erleichtert, dar, wobei
eine Nabenachse 1 an einem Fahrradrahmen (nicht dargestellt)
zu befestigen ist. Ein Antriebskörper 2 und ein
Nabenkörper 3 sind durch Lager 63 drehbar
auf der Nabenachse 1 gelagert. Der Antriebskörper 2 erhält
eine Antriebsdrehung von einem Kettenrad 2a und überträgt
das Drehmoment auf den Nabenkörper 3 in drei Gängen, beispielsweise
große, mittlere und kleine Gänge, über
mehrere Übertragungswege, welche durch Planetengetriebemechanismen
bestimmt sind. Ein Gangschaltungs-Steuerungsmechanismus E mit ersten
und zweiten Kupplungen 71, 72. ist vorgesehen, welche
durch einen Steuerstift 73 betätigt werden.
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Ein
erster Planetengetriebemechanismus ist zum Eingriff mit Planetenrad 70 angeordnet,
welches auf einem Planetenradträger 75 angebracht
ist. Das Planetenrad 70, abhängig vorn Eingriff
der Kupplungen 71 und 72, läuft um eine
Achse des Trägers 75 bei Rotation des Trägers 75.
Das Planetenrad 70 ist ebenfalls im Eingriff mit einem
Sonnenrad 1a, welches an der Nabenachse 1 befestigt
ist.
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Als
ein Beispiel für den Übertragungsweg des kleinen
Gangs wird das Drehmoment vom Antriebskörper 2 auf
den Nabenkörper 3 durch die ersten Getriebesperrklinken 66,
das Hohlrad 7, das Planetenrad 70, den Träger 75 und
die Getriebesperrklinken 69 übertragen.
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Wenn
die axiale Ausdehnung des Hohlrades 7 lang ist und eine
hohe Belastung während des Betriebs auftritt, kann eine
gewisse Rundlaufabweichung oder ein Taumeln des Hohlrades 7 um
die Nabenachse 1 auftreten. Dies kann insbesondere geschehen,
wenn der Übertragungsweg für einen niedrigen Gang
gewählt ist, bei welchem höhere Drehmomente auftreten.
In diesem Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert,
ist ein ringförmiger Hohlradführungsring an einer
inneren Umfangsfläche des Nabenkörpers 3 angebracht,
wie in 1 und detaillierter in 2 dargestellt.
In diesem Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert,
ist der Führungsring 30 als ein separates manschettenartiges
Teil ausgebildet, welches so angeordnet ist, dass es an der inneren
Umfangsfläche 3a des Nabenkörpers 3 anliegt.
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Wie
in 2 zu sehen, bildet eine innere Umfangsfläche
des Hohlradführungsrings 30 einen Freiraum 37 mit
einer äußeren Umfangsfläche 7a des Hohlrades 7.
Der Freiraum 37 ist so ausgebildet, dass er bei normalem
Betrieb einen ruhigen Umlauf des Hohlrades 7 ohne dessen
Berührung mit dem Hohlradführungsring 30 ermöglicht.
Wenn andererseits hohe oder ungleichmäßige Lasten
auf das Hohlrad 7 wirken, welche zu einem Taumeln des Hohlrades 7 führen
würden, wird die äußere Umfangsfläche 7a des
Hohlrades 7 den Hohlradführungsring 30 berühren,
wodurch ein im Wesentlichen gleichmäßiger Umlauf
des Hohlrades 7 sichergestellt ist.
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Der
Freiraum 37 ist üblicherweise innerhalb des Bereichs
zwischen 0,15 und 0,5 mm, vorzugsweise innerhalb des Bereichs von
0,15 mm bis 0,35 mm, bemessen.
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In
dem Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert,
gemäß 2 ist der Hohlradführungsring 30 an
einer inneren Umfangsfläche 3a des Nabenkörpers 3 mittels
einer Presspassung angebracht. In erfindungsgemäßen
Ausführungsformen könnte der Hohlradführungsring 30 auch
gelagert sein, beispielsweise durch Rollen- oder Nadellager.
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Wieder
gemäß 2 ist der Hohlradführungsring 30 gegen
axiale Bewegungen in beide Richtungen durch geeignet bestimmte Anschläge
gesichert. Ein erster Seitenanschlag 31 ist an die Innenfläche
des Nabenkörpers 3 angeformt, um eine axiale Bewegung
nach links in 2 zu verhindern, während
ein zweiter Seitenanschlag 32 an das Hohlrad 7 angeformt
ist, um eine axiale Bewegung nach rechts in 2 zu vermeiden.
Durch den Gebrauch von solchen seitlichen Anschlägen 31, 32 kann
eine axiale Bewegung des Hohlradführungsrings 30 auf
einen kleinen axialen Bereich beschränkt werden. Diese Maßnahme
ist von besonderer Bedeutung, wenn der Hohlradführungsring 30 gelagert
ist.
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Wie
in 1 und 2 zu sehen, ist das Hohlrad 7 an
dem Träger 75 angebracht (rechts in 2),
um sich um die Nabenachse 1 zu drehen. Falls Taumeln auftritt,
ist dieses besonders deutlich an dem freien Ende des Hohlrades 7 links
in 2 oder allgemeiner an dem Ende des Hohlrades,
welches dem Antriebskörper 2 gegenüberliegt.
Folglich ist der Hohlradführungsring 30 außerhalb
des Hohlrades 7 benachbart zu dem axialen Ende des Hohlrades 7,
das dem Antriebskörper 2 gegenüberliegt,
angeordnet. Der Hohlrad führungsring 30 kann auch
an einer axialen Position des Hohlrades 7 angeordnet sein,
welche dem Bereich gegenüberliegt, wo wenigstens ein Planetenrad 70 von
innen im Eingriff mit dem Hohlrad 7 ist. Auf diese Weise
ist der Hohlradführungsring 30 in dem Bereich
des Planetenrades 70 angeordnet, wo die Kräfte
auftreten, welche Rundlaufabweichungen des Hohlrades 7 hervorrufen könnten.
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Eine
erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
den 3 und 4 dargestellt, wobei die mit 1 und 2 gemeinsamen
Bestandteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. In dieser
Ausführungsform ist der Hohlradführungsring 130 auf
einer äußeren Umfangsfläche 17a des
Hohlrades 7 angeordnet.
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Wie
bei dem vorhergehenden Beispiel, das das Verständnis der
Erfindung erleichtert, ist der Freiraum 137 derart vorgesehen,
dass das Hohlrad 7 unter normalen Umständen einem
gleichmäßigen Umlauf unterliegt, ohne dass es
dabei zur Berührung zwischen dem Hohlradführungsring 130 und
der inneren Umfangsfläche 13a des Nabenkörpers
kommt. Andererseits ist der Freiraum derart, dass beim Auftreten
unregelmäßiger Kräfte und Taumeln der
Hohlradführungsring 130 die innere Umfangsfläche 13a berührt,
um das Taumeln zu minimieren.
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Üblicherweise
wird der Hohlradführungsring 130 mittels eines
Presssitzes an der äußeren Umfangsfläche 17a des
Hohlrades 7 befestigt sein, kann jedoch auch mit Lagern
angebracht sein, beispielsweise mit Rollen- oder Nadellagern.
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Um
eine axiale Bewegung des Hohlradführungsrings 130 zu
vermeiden, ist ein seitlicher Anschlag 34 im Hohlrad 7 auf
der Seite des Hohlradführungsrings 130 angeformt,
welche dem Antriebskörper 2 am nächsten
liegt. Wie in 4 zu sehen, verhindert der seitliche
Anschlag 34 Bewegungen des Hohlradführungsrings 130 nach
rechts oder in Richtung des Antriebskörpers 2.
Axiale Bewegungen in entgegengesetzter Richtung, weg vom Antriebskörper 2,
werden durch ein Anschlagelement 33, wie in 4 dargestellt,
vermieden. Das Anschlagelement 33 kann jede Form eines
erhabenen Vorsprungs sein, welcher sich von der äußeren
Umfangsfläche 17a des Hohlrades 7 erstreckt.
Vorzugsweise weist das Anschlagelement 33 ein Federelement
auf, welches in einer in der äußeren Umfangsfläche 17a des Hohlrades 7 gebildeten
Nut 35 angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann der Hohlradführungsring 130 auf
die äußere Umfangsfläche 17a des
Hohlrades 7 geschoben werden, und danach kann das Federelement,
beispielsweise eine runde oder eckige Feder, in die Nut 35 eingesetzt
werden.
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Wie
in dem Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert,
ist der Hohlradführungsring 130 in dieser Ausführungsform
an einem axialen Ende des Hohlrades 7 vorgesehen, insbesondere
an dem axialen Ende links in 4 oder an
dem Ende des Hohlrades 7, welches dem Antriebskörper 2 gegenüberliegt.
Wie ebenfalls in 4 zu sehen, ist der Hohlradführungsring 130 außerhalb
des Hohlrades 7 in einem Bereich gegenüber dem
inneren Bereich des Hohlrades, wo das Planetenrad 70 im
Eingriff mit dem Hohlrad 7 steht, angeordnet.
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Eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
in 5 dargestellt, welche eine Sieben-Gang-Nabenschaltung
zeigt. Der Antriebskörper 2 überträgt
ein Drehmoment auf einen Nabenkörper 3, welcher
drehbar auf der Nabenachse 1 gelagert ist. Der Antriebsstrang
vom Antriebskörper 2 zum Nabenkörper 3 weist
einen ersten Planetengetriebemechanismus 4 mit einem Hohlrad 15 auf.
Die Nabenschaltung in 5 weist auch einen zweiten Planetengetriebemechanismus 5 mit
einem zweiten Hohlrad 16 auf. Die Hohlräder 15 und 16 sind
im Eingriff mit den Planetenrädern 12 bzw. 13.
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In
dieser Ausführungsform ist ein Hohlradführungsring 230 auf
einer äußeren Umfangsfläche des Hohlrades 16 vorgesehen.
In diesem Fall wird eine axiale Bewegung des Hohlradführungsrings 230 in
Richtung des Antriebskörpers 2 durch einen seitlichen
Anschlag 36 im Hohlrad 16 verhindert. Eine axiale
Bewegung weg vom Antriebskörper 2 wird durch einen
seitlichen Anschlag 37 verhindert, welcher an der inneren
Umfangsfläche des Nabenkörpers 3 angeformt
ist.
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Wie
in der vorherigen Ausführungsform ist der Freiraum zwischen
der äußeren Umfangsfläche des Hohlradführungsrings 230 und
der inneren Umfangsfläche des Nabenkörpers 3 derart
vorgesehen, dass bei ruhigem Umlauf der Führungsring 230 die innere
Umfangsfläche des Nabenkörpers 3 nicht
berührt. Der Freiraum ist hingegen klein genug dafür, dass
eine Rundlaufabweichung oder ein Taumeln des Hohlrades 16 durch
Kontakt des Hohlradführungsrings 230 mit der inneren
Umfangsfläche des Nabenkörpers 3 korrigiert
wird.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen
nur zum Zwecke der Erläuterung dargestellt sind, während
die Erfindung selbst nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt ist und Änderungen möglich
sind, welche unter den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen,
wie er durch die angehängten Ansprüche bestimmt
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 3937309 [0002]
- - EP 0531608 [0003]