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Die Erfindung betrifft eine Antriebsnabe für Fahrräder, bestehend aus einer Nabenhülse, einer Nabenachse, mehreren Wälzlagern, einem Antreiber und mindestens einem Klinkengesperre zur direkten oder indirekten Übertragung des Antriebsmomentes über mindestens einen Drehmomentpfad vom Antreiber zur Nabenhülse. Die Sperrklinken des Klinkengesperres sind in einem Klinkenträger z. B. im Antreiber schwenkbar geführt und werden in Richtung Sperrverzahnung vorgespannt. Die Sperrklinken greifen in der Übertragungsphase in die entsprechende Sperrverzahnung ein oder werden in der Freilaufphase von den Sperrzähnen überholt.
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In der
US 4,400,999 A ist eine Antriebsnabe mit zwei Klinkengesperren veröffentlicht. Auf einem mit dem Antreiber drehfest verbundenem Klinkenträger sind sowohl nach außen als auch nach innen gerichtete Sperrklinken angeordnet. Die äußeren Sperrklinken greifen in die Innenverzahnung an der Nabenhülse ein und übertragen das Antriebsmoment vom Antreiber zur Nabenhülse. Die inneren Sperrklinken übertragen im Eingriffsfall das Antriebsmoment vom Antreiber zum Planetenradträger. Die Sperrklinken sind in entsprechenden Taschen am Klinkenträger schwenkbar gelagert und werden jeweils von einer Ringfeder zum einen in die Taschen gedrückt und zum anderen gegen die Sperrverzahnung vorgespannt. Hierbei werden die nach innen gerichteten Sperrklinken vom einen Federring radial nach außen und die nach außen gerichteten Klinken vom anderen Federring radial nach innen gedrückt. Der wirksame Hebelarm für den Angriff der Federkraft an der Sperrklinke ist dabei relativ klein, wodurch ein starker Federring benötigt wird. Werden die Sperrklinken außer Eingriff gebracht, so wird der Federring in Richtung Sperrverzahnung gedrückt. Um einen Kontakt zwischen Federring und Sperrverzahnung zuverlässig zu verhindern wird ein größerer Ringspalt zwischen Klinkenträger und Sperrverzahnung erforderlich.
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Die
DE 10218664 A1 zeigt eine Freilaufnabe mit einem Klinkengesperre. Hierbei greifen die radial nach außen gerichteten Sperrklinken in eine Sperrverzahnung an der Nabenhülse ein. Die Sperrklinken sitzen in Taschen am Kettenradträger und werden von einem Schraubenfederring nach außen vorgespannt. Dieser Schraubenfederring ist in allen Richtungen biegeelastisch und radial aufweitbar. Er verläuft entlang einer Rinne auf der Sperrklinke und spannt sich tangential von Sperrklinke zu Sperrklinke. Er eignet sich für kleine Vorspannkräfte und gewährleistet eine annähernd gleiche Federkraftverteilung auf die einzelnen Sperrklinken. Diese kostengünstige Art der Klinkenvorspannung eignet sich gut für den Einsatz in einer Freilaufnabe. In einer Antriebsnabe, insbesondere in einem Planetengetriebe, werden jedoch höhere Vorspannkräfte benötigt. Zudem steht für den sich im eingezogenen Zustand der Sperrklinken auf einen größeren Durchmesser aufweitenden Schraubenfederring nur wenig Freiraum innerhalb der Sperrverzahnung zur Verfügung.
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Die Sperrklinke weist einen Lagerabschnitt, am einen Ende einen Klinkenabschnitt sowie am anderen Ende eine Steuerkontur auf. Zwischen dem Lagerabschnitt und dem Klinkenabschnitt oder zwischen der Steuerkontur und dem Lagerabschnitt ist seitlich an der Sperrklinke eine Anlagekontur zum Einleiten der Vorspannkraft angeordnet, wie das schon in der
DE 3331347 C1 gezeigt ist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsnabe mit einem Klinkengesperre auszustatten, das mittels eines einteiligen, ringförmigen Federelementes die Sperrklinken in Richtung Sperrverzahnung mit der erforderlichen Kraft vorspannt. Zudem soll sich der maximale Durchmesser des Schraubenfederringes durch die Einziehbewegung der Sperrklinken nicht oder nur unwesentlich vergrößern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen und dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Im Wesentlichen wird die Aufgabe wie folgt gelöst:
Das elastische Federelement, in Form eines Schraubenfederringes bzw. eines Elastomerringes, wird seitlich an der Sperrklinke entlanggeführt. Ein Abschnitt des Schraubenfederringes verläuft, je nach Lage bzw. Ausrichtung der Sperrverzahnung, über oder unter dem Lagerabschnitt bzw. unter dem Lagerbolzen und drückt die Anlagekontur und damit die Sperrklinke in Richtung Sperrverzahnung. Diese geschickte Anordnung des Schraubenfederringes an der Sperrklinke bewirkt zum einen, dass ein, prinzipiell nur auf Zug belastbares und mit einem nach innen gerichteten Kraftverlauf versehenes Federelement, je nach Führung des Schraubenfederringes, die Sperrklinke nach außen oder innen drückt und zum anderen, dass sich der Außendurchmesser des Federelementes im eingezogenen Zustand der Sperrklinken nicht vergrößert, da der Schraubenfederring über den ortsfesten, sich nicht in radialer Richtung verändernden, Lagerabschnitt bzw. Lagerbolzen gespannt ist. Die am Ende des Klinkenabschnittes in Richtung Sperrverzahnung wirkende Klinkenanpresskraft wird durch den wirksamen Hebelarm bzw. dem Abstand des Federberührungspunktes zum Schwenkpunkt der Sperrklinke und von der aktuellen Federkraft des Federelementes definiert. Die Abstimmung der Klinkenanpresskraft erfolgt über die Veränderung folgender Parameter: Lage der Anlagekontur zwischen Klinkenabschnitt und Klinkendrehpunkt; Federkonstante des Federelementes bzw. Federspannung die sich im montierten Zustand einstellt; Länge des ungeführten Federabschnittes bzw. Abstand zwischen dem Ende der Federführung am Klinkenträgerumfang und der Auflage am Lagerabschnitt der Klinke; Eintauchtiefe der Anlagekontur in den ungeführten Federabschnitt zwischen zwei Auflagepunkten des freien, tangential verlaufenden Abschnittes des Schraubenfederringes. Die Abstimmung der Klinkenanpresskraft kann durch Variation einzelner Parameter oder durch eine Kombination aus diesen Parametern erfolgen.
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Der Schraubenfederring wird in einer Vertiefung bzw. Nut am Umfang des Klinkenträgers geführt. Das erfindungsgemäße Klinkengesperre eignet sich sowohl für eine Antriebsnabe mit nach innen als auch nach außen gerichteter Sperrverzahnung. Entsprechend der Ausführung der Sperrverzahnung als Innen- oder Außenverzahnung wird die Sperrklinke vom Schraubenfederring nach innen oder außen vorgespannt. Um die Sperrklinke nach außen zu drücken verläuft der Schraubenfederring, wie im Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 gezeigt, tangential von einem Rand der Klinkenaussparung über den Lagerabschnitt bzw. dem Lagerbolzen der Sperrklinke, dann unter die Anlagekontur, die diesen Schraubenfederabschnitt nach innen auslenkt und schließlich wieder zum nächsten Rand der Klinkenaussparung, wo er wieder in der Umfangsnut des Klinkenträgers geführt wird. Bei einer nach außen gerichteten Sperrverzahnung wird die Sperrklinke vom Schraubenfederring nach innen gedrückt, dabei verläuft der Schraubenfederring tangential von einem Rand der Klinkenaussparung unterhalb des Lagerabschnittes bzw. des Lagerbolzens und dann oberhalb der Anlagekontur, die diesen Schraubenfederabschnitt nach oben auslenkt und schließlich wieder zum nächsten Rand der Klinkenaussparung, wo er wieder in der Umfangsnut des Klinkenträgers axial und radial geführt wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Anordnung der Anlagekontur zwischen der Steuerkontur und dem Lagerabschnitt bzw. dem Lagerbolzen vor, wobei der Schraubenfederring ebenfalls zwischen der Anlagekontur und dem Lagerabschnitt bzw. dem Lagerbolzen verläuft.
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Die Auslenkung des Schraubenfederabschnittes zwischen den Rändern der Klinkenaussparung insbesondere an der Anlagekontur verursacht eine Dehnung des Schraubenfederringes und erzeugt eine Vorspannkraft, die die Sperrklinke in Richtung Sperrverzahnung drückt.
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Im eingezogenen Zustand der Sperrklinken wird der Schraubenfederabschnitt noch weiter ausgelenkt. Während der Aufhebung der Klinkensperre werden mehrere Sperrklinken gleichzeitig eingezogen, der Schraubenfederring erfährt hierbei seine größte Dehnung und muss entsprechend dimensioniert werden.
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Zur Schraubenfederringmontage werden die Sperrklinken, die z. B. in eine nach innen gerichtete Sperrverzahnung eingreifen sollen, mit dem Klinkenabschnitt nach außen zeigend ausgerichtet. In dieser Lage kann der Schraubenfederring leicht in die Ausnehmung der Sperrklinke zwischen der Anlagekontur und dem Lagerabschnitt bzw. dem Lagerbolzen unter Vorspannung eingelegt werden. Der Schraubenfederring springt dann bei einer axialen Verschiebung über den Klinkenträgerumfang quasi von selbst in die Umfangsnut des Klinkenträgers und in die richtige Position an der Sperrklinke, nämlich unter die Anlagekontur.
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In dieser Ausführung benötigt die erfindungsgemäße Antriebsnabe nur einen sehr leichten und einfach zu montierenden Schraubenfederring, der die einzelnen Sperrklinken mit einer gleichmäßigen Federkraft beaufschlägt und in Richtung Sperrverzahnung vorspannt. Die geschickte Federführung unterhalb der Anlagekontur und über den Lagerabschnitt bzw. Lagerbolzen ermöglicht zum einen eine große Federauslenkung und zum anderen wird eine Durchmesservergrößerung des über den Lagerabschnitt bzw. über einen Lagerbolzen geführten Schraubenfederringes beim Einziehen der Sperrklinken vermieden.
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Ein solches Klinkengesperre eignet sich sowohl zur Momentübertragung in einer Antriebsnabe mit Planetengetriebe, als auch zur Momentübertragung in einer Freilaufnabe vom Kettenradträger zur Nabenhülse. Dabei kann beim Einsatz in einer Getriebenabe das Klinkengesperre im beliebig eingesteuertem Drehmomentenpfad zwischen Antreiber und Nabenhülse angeordnet sein. Der Einsatz eines Schraubenfederringes und einer Sperrklinke mit einer Anlagekontur eignet sich für Klinkengesperre mit innen- oder außenliegender Sperrverzahnung.
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Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips wird eine Ausführung als Antriebsnabe anhand von 2 Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung der Antriebsnabe mit dem Schraubenfederring
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2 eine 3-D Darstellung der Sperrklinke
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1 zeigt eine Antriebsnabe im Schnitt entlang des Schraubenfederringes. für ein Fahrrad mit einer Nabenachse 1, einer Nabenhülse 2 und einem Klinkengesperre 3. Das Klinkengesperre 3 besteht aus einem Klinkenträger 4 zur Aufnahme der, mittels eines Federelementes 5 in Form eines Schraubenfederringes, angefederten Sperrklinken 6 sowie einer entsprechenden Sperrverzahnung 7. Die Sperrklinke 6 verfügt über einen Lagerabschnitt 9 mit dem Lagerbolzen 8 und einem Klinkenabschnitt 10 mit einer Klinkenkontur 12. Die Sperrklinken 6 sind jeweils über Lagerbolzen 8 in einer Klinkenaussparung 13 beidseitig im Klinkenträger 4 gelagert. Zwischen dem Lagerabschnitt 9 und dem Klinkenabschnitt 10 ist seitlich an der Sperrklinke 6 die Anlagekontur 11 angeordnet. Im montierten Zustand wird das vorgespannte, ringförmige Federelement 5 in einer Nut am Umfang des Klinkenträgers 4 axial und radial geführt. Im Bereich der Klinkenaussparung 13 verläuft der Schraubenfederring tangential vom Rand der Klinkenaussparung 13 zum Lagerbolzen 8. Dort wird er umgelenkt und anschließend um die Anlagekontur 11 herum wieder tangential zum nächsten Rand der Klinkenaussparung 13 gespannt. Die Lage der Anlagekontur 11 an der Sperrklinke definiert die Auslenkung des Schraubenfederringes und ist somit neben der Federkonstante des Schraubenfederringes und der Länge des ungeführten Abschnittes des Schraubenfederringes ein wichtiger Parameter zur Erzielung der angestrebten Vorspannkraft der Sperrklinke 6 in Richtung Sperrverzahnung 7. In 1 werden die Sperrklinken in verschiedenen Eingriffstellungen dargestellt. Am anderen Ende der Sperrklinke 6, gegenüber der Klinkenkontur 12, befindet sich eine Steuerkontur 14. Diese Steuerkontur befindet sich aufgrund der Klinkenvorspannung in Kontakt mit der Schaltkontur einer hier nicht gezeigten, drehenden Schalthülse. Je nach Winkelstellung der Schalthülse wird die Steuerkontur 14 und damit die vorgespannte Sperrklinke 6 angehoben, wodurch die Sperrklinke 6 mit ihrer Klinkenkontur 12 von einer Eingriffstellung in der Sperrverzahnung 7 sukzessive in die Ausrückstellung gebracht wird. Zur Montage des Schraubenfederringes werden die Sperrklinken 6 radial, mit der Klinkenkontur 12 nach außen ausgerichtet. Beim Aufschnappen des Schraubenfederringes in die Umfangsnut des Klinkenträgers gelangt der Schraubenfederring ungestört in seine Wirkposition zwischen Lagerbolzen 8 und Anlagekontur 11. Der Klinkenträger 4 wird mit eingeklappten Sperrklinken 6 in die Nabenhülse 2 bzw. in die Sperrverzahnung eingeschoben.
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2 zeigt eine 3-D Darstellung der Sperrklinke 6 ohne den Lagerbolzen. Seitlich an der Sperrklinke 6 befindet sich eine Ausnehmung 15 zur Aufnahme des Schraubenfederringes. Diese Ausnehmung erstreckt sich sogar in den Bereich der Bohrung 16 hinein, so dass der Schraubenfederring direkt am Lagerbolzen anliegt. Zwischen dem Klinkenabschnitt 10 mit der nach oben gerichteten Klinkenkontur 12 und dem Lagerabschnitt 9 ist die Anlagekontur 11 positioniert. Der Schraubenfederring tangiert den Lagerbolzen und legt sich je nach Winkelstellung bzw. Eingriffstellung der Sperrklinke 6 mehr oder weniger an die Anlagekontur 11 an. Die Steuerkontur 14 befindet sich am anderen, der Klinkenkontur 12 gegenüberliegenden, Ende der Sperrklinke 6 und ist nach unten gerichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nabenachse
- 2
- Nabenhülse
- 3
- Klinkengesperre
- 4
- Klinkenträger
- 5
- Federelement
- 6
- Sperrklinke
- 7
- Sperrverzahnung
- 8
- Lagerbolzen
- 9
- Lagerabschnitt
- 10
- Klinkenabschnitt
- 11
- Anlagekontur
- 12
- Klinkenkontur
- 13
- Klinkenaussparung
- 14
- Steuerkontur
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Bohrung