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Fahrrad-Übersetzungsnabe mit zwei wechselweise einschaltbaren Übersetzungen
Die Erfindung betrifft eine Fahrrad-Übersetzungsnabe mit zwei wechselweise einschaltbaren
Übersetzungen, in welcher ein Planetengetriebe und je eine mit dem schnell laufenden
und dem langsam laufenden Getriebeteil verbundene Sperrklinkengruppe für die Übertragung
des Drehmomentes vom antreibenden auf den angetriebenen Radnabenteil eingebaut ist.
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Gegenüber bekannten Übersetzungsnaben für Fahrräder weist die Radnabe
gemäß der Erfindung den Vorteil auf, daß zum Umschalten von einer Übersetzung auf
die andere keine Betätigungen von Hand erforderlich sind, sondern nur eine kurze
Rücktrittbewegung der Pedale. Ein weiterer Vorteil besteht im äußerst vereinfachten
Aufbau der Nabe und ihres innern Schaltwerks, wodurch eine bedeutende Senkung der
Herstellungskosten erzielt wird ohne Berücksichtigung des Wegfalles eines Handschalters.
Die Erfindung besteht darin, daß die Nabe ein Steuernocken- und Steuerexzentersystem
aufweist, welches auf eine Sperrklinkengruppe einwirkt und diese in Abhängigkeit
von kurzen Rücktrittbewegungen der Pedale steuert, so daß die Sperrklinken mit ihren
zugehörigen Sperrzähnen
im Gegengetriebeteil abwechselnd in und
außer Eingriff gelangen und die eine oder die andere Übersetzung einschalten.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dar, und zwar zeigt Fig. i einen axialen Längsschnitt durch die Nabe und Fig. 2
einen ebensolchen, um 9o ° zum ersteren gedrehten Längsschnitt; Fig. 3 ist ein Querschnitt
nach der Linie A-A in Fig. i ; Fig. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie B-B in
Fig. i ; Fig. 5 bis 8 zeigen Einzelheiten des Schaltwerks. In der Nabenhülse i ist
an jedem Ende eine Kugellagerschale 2 bzw. 3 eingeschraubt. Die Kugellagerschale
2 bildet mit dem auf die fest stehende Nabenwelle 4 geschraubten Konus 5 und dem
Kugelkranz 6 ein vollständiges Kugellager. Am anderen Nabenende ist ein Antriebskopf
7 angeordnet. Dieser weist einen zylindrischen Teil 8 auf, der sich in das Nabeninnere
erstreckt und in der Kugellagerschale 3 leicht geführt ist. Am zylindrischen Teil
angrenzend, befindet sich eine Kugellauffläche, die mit dem Kugelkranz 9 und der
Kugellagerschale 3 ein Kugellager bildet, während das nach außen vorstehende Ende
des Antriebskopfes 7 sich über einen Kugelkranz io auf einen zweiten, auf die Nabenwelle
4 geschraubten Konus i i abstützt. Der nach außen vorstehende Antriebskopfteil trägt
außerdem noch ein Kettenzahnrad 12, über welches die Nahe angetrieben wird.
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Innerhalb der Nabenhülse befindet sich auf der Nabenwelle 4 das Sonnenrad
13 des Planetengetriebes, in welches zwei Planetenräder 14 eingreifen. Die Planetenräder
sind in einem Planetenradhalter 15 auf Achsen 16 ,gelagert, wobei der Planetenradhalter
mit den Planetenrädern in einem Planetenkäfig 17 angeordnet ist. Der Planetenkäfig
besitzt im wesentlichen Topfform. Nahe der Bodenplatte ist seine Wandung beidseitig
durchbrochen, und in die so entstandenen Öffnungen kann der Planetenradhalter 15
seitlich eingeschoben werden. Er wird vorteilhaft in der richtigen Lage dadurch
gesichert, daß die Planetenradachsen 16 verlängert und die verlängerten Enden in
passende Bohrungen der Bodenplatte des Planetenkäfigs gelagert werden. Der Durchmesser
der verlängerten Enden wird zweckmäßig größer gemacht als der übrige Teil der Achsen,
um diese in ihrer Längsrichtung zu sichern. Die Zentrierung des Planetenkäfigs 17
in der Nabe wird so bewerkstelligt, daß eine Bohrung in seiner Bodenplatte auf einem
zylindrischen Teil der Nabenwelle 4 gelagert und der offene Rand am entgegengesetzten
Ende des Käfigs durch eine Führung in der Kugellagerschale 2 gestützt ist.
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Der dem Planetengetriebe zugehörige Zahnkranz 18 ist im Getriebegehäuse
i9 eingearbeitet, und der am Zahnkranz angrenzende Teil des Getriebegehäuses zentriert
sich auf einem Teil des äußeren Umfanges des Planetenkäfigs 17, während ein anderer
Teil des Getriebegehäuses auf dem in die Nahe sich erstreckenden zylindrischen Teil
des Antriebskopfes 7 gelagert ist. Mit dem Getriebegehäuse i9 ist eine aus zwei
diametral angeordneten Klinken bestehende Sperrklinkengruppe 20 verbunden. Diese
Sperrklinken sind in im Getriebegehäuse eingearbeiteten Ausnehmungen um Achsen 21
drehbar angeordnet, so daß ihre Sperrkanten, unter dem Einfluß von Federn 34 (Fig.
4), in die Zahnlücken 22 in einem Teil der Kugellagerschale 3 eingreifen können.
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Eine zweite Sperrklinkengruppe 23 (Fig. i) ist gegen das freie Ende
des Planetenkäfigs 17 an diesem angeordnet und wirkt mit den im Innern der Kugellagerschale
2 eingearbeiteten Sperrzähnen 24 zusammen. Zwecks Verstärkung des Planetenkäfigs
kann in denselben, in der Mittelquerebene der Sperrklinkengruppe 23, eine Scheibe
25 von passender Form eingesetzt und gesichert werden, beispielsweise durch Stifte
26.
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Die benachbarten Enden des Antriebskopfes und des Getriebegehäuses
i9 sind starr zusammengekuppelt. Zu diesem Zweck ist der betreffende Teil des Antriebskopfes
mit Kupplungsklauen 27 (Fig. 2) versehen, welche in entsprechende, in das
Getriebegehäuse eingearbeitete Nuten 28 eingreifen, so daß, wenn der Antriebskopf
7 durch das Kettenrad 12 angetrieben wird, das Getriebegehäuse i9 sich stets zwangsweise
mitdreht. Dabei werden die Planetenräder 14 durch den Zahnkranz 18 des Getriebegehäuses
i9 auf dem Sonnenrad 13 abgewälzt, wodurch der Planetenkäfig 17 mitgedreht wird.
Es befinden sich somit in normalem Betriebe, vom Antriebskopf ausgehend, das Getriebegehäuse
i9 und der Planetenkäfig 17 in dauernder, gleichgerichteter Umdrehung, wobei sich
das letztgenannte Organ entsprechend dem Übersetzungsverhältnis der Getriebezahnräder
mit gegenüber dem Antriebskopf 7 und dem Getriebegehäuse i9 verminderter Geschwindigkeit
dreht. Wenn also beim Umdrehen die Sperrklinken 20 mit ihren zugehörigen Zahnlücken
22 im Eingriff sind, dann findet direkte Übertragung statt, und die Nabe dreht sich
mit der gleichen Geschwindigkeit wie das antreibende Kettenrad 12. Dabei wirken
die Sperrklinken 23 als Freilauf, denn ihr Träger, der Planetenkäfig 17, weist eine
durch die Übersetzung verminderte Drehzahl auf, wodurch die Klinken 23 durch ihre
zugehörigen Zahnlücken 24 überholt werden und daher nicht zum Eingriff gelangen
können. Gelangen dagegen, indem durch eine mechanische Einrichtung die Klinken 2o
außer Eingriff gehalten werden, die Klinken 23 zum Eingriff mit ihren Zahnlücken
24, dann wird die Nabe mit der dem Planetenkäfig eigenen verminderten Geschwindigkeit
angetrieben.
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Die erwähnte mechanische Einrichtung ist ein Steuernocken- und Steuerexzentersystem
und besteht im wesentlichen aus einer Nockenscheibe 29 und einer Exzenterscheibe
3o. Diese beiden Scheiben sind nebeneinander auf der Nabenwelle 4 unabhängig voneinander
und auf der Nabenwelle drehbar angeordnet, und zwar zweckmäßig symmetrisch zu einer
senkrecht zur Nabenachse durch die Klinkenmitte gehenden Ebene, und sind
als
flache Scheiben mit ihrer Funktion entsprechender Form ausgebildet. Die Nockenscheibe
29 weist beispielsweise an ihrem kreisrunden Umfang radiale Einschnitte 31, 32 (Fig.
5) von verschiedener Tiefe auf, deren annähernd radial gerichtete Begrenzungsflächen
Nocken 31', 31" und 32', 32" bilden. je ein Einschnitt 31 und 32 ist einer der vorgesehenen
Sperrklinken 2o zugeordnet. Die Exzenterscheibe 30 (Fig. 6) weist für jede der Sperrklinken
2o eine exzentrische Auflauffläche 33 und eine Nase 33' auf. Die Sperrklinken 2o
andererseits weisen auf der der Sperrkante gegenüberliegenden Seite eine hakenförmige
Verlängerung 20' .auf, die mit der Nockenscheibe 29 und der Exzenterscheibe
30 in der Weise zusammenwirkt, daß in der einen Drehrichtung der Nabe der
Haken 2ö sich gegen einen der Nocken 31', 32' und die Nase 33' anlegt und, solange
die Nabe angetrieben wird, beide Scheiben in der gleichen Richtung mitdreht. Sobald
auf die andere Übersetzung umgeschaltet werden soll und zu diesem Zwecke die Pedale
eine kurze lZücl:trittl>e#«egung ausführen, wird in bezug auf die Nockenscheibe
29 der Haken 20', je nach seiner augenblicklichen Betriebsstellung, sich gegen Gien
einen der Nocken 31", 32" anlegen und die Scheibe rückwärts drehen. Die Exzenterscheibe
30 wird dagegen durch die Rücktrittbewegung nicht rückwärts gedreht, weil ihre exzentrischen
Auflaufflächen 33 unter den Haken 20' weggleiten und die Klinken 20 so Weit um ihre
Achsen 21 drehen, bis die Nocken 31" bzw. 32" an den Haken nicht mehr angreifen
können und die Nockenscheibe 29 dadurch frei wird und sich ebenfalls nicht mehr
dreht. Auf diese Weise werden die Haken 20' in einem gewollten Augenblick aus den
Einschnitten 31 in die andern Einschnitte 32 befördert, oder umgekehrt, und die
Sperrkanten der Klinken in eine andere Betriebsstellung in bezug auf die Zahnlücken
22, d. h. mit denselben in oder außer Eingriff gebracht.
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Zwecks Erhöhung der Sicherheit der Wirkung des Steuernocken- und Steuerexzentersystems
muß ein zu leichtes Drehen der Scheiben 29 und 3o auf der Nabenwelle 4 verhindert
werden. Zu diesem Zwecke werden sie mit einer ihre Bewegung hemmenden Spannvorrichtung
zusammengebaut. Diese Spannvorrichtung besteht aus flachen Reibscheiben 35 (Fig.
7), die zwischen den Scheiben 29 und 30 sowie beidseitig derselben auf der
N abenwelle befestigt sind, und einer Druckfeder 36, «-elche das ganze Scheibensystem
gegen die Anlagefläche eines auf der '\@'elle angebrachten Ringes 37 anpreßt. Die
Reibscheiben 35 sind gegen Verdrehung auf der N abenwelle gesichert, indem ihre
Bohrung den seitlichen Abflachungen der Wellenenden angepaßt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Nocken- und Exzentersystem
aus einer einzigen Scheibe 38 bestehen, wie in Fig. 8 dargestellt. Diese
Scheibe (Fig. 8) weist je zwei Nocken oder Nasen 39, 40 und vier exzentrische Auflaufflächen
41 auf. Der Vorteil dieser .Ausfiihrung liegt in einer weiteren Vereinfachung, da
eine Formscheibe und auch eine der Reibscheiben 35 wegfällt. Diese Einrichtung hat
indessen auch einen Nachteil aufzuweisen, der darin besteht, daß die Rücktrittschaltbewegung
der Pedale nur etwa halb so groß sein darf wie beim System mit einer Nocken- und
einer Exzenterscheibe. Es kann sonst leicht vorkommen, daß zu weit geschaltet und
die gleiche Übersetzung wieder eingeschaltet wird, weil mit Rücksicht auf die übersetzung
vom großen auf das kleine Kettenrad der Rücktrittwinkel der Pedale nur etwa den
dritten Teil desjenigen der Nabenwelle betragen kann.