Sperrvorrichtung

Die im vorangegnangenen Abschnitt erwähnte Sperrvorrichtung hat die Aufgabe die Drehmomentübertragung in eine Drehrichtung zu ermöglichen und in die entgegengesetzte Richtung zu sperren, d.h. keine Drehmomentübertragung zuzulassen. Auf diese Weise kann die Nabenhülse auch dann rotieren, wenn das Ritzel und somit der gesamte Antriebsstrang stillsteht [fahre hierzu mit der Maus über die untere Animation]. Dies hat den Vorteil, dass die Pedale während der Fahrt nicht permanent mitrotieren müssen sondern bspw. bei Bergabfahren stillstehen können. Da die Nabenhülse in diesem Fall praktisch antriebsfrei rotieren kann bezeichnet man eine solche Sperrvorrichtung auch als Freilauf bzw. Freilaufsperre oder Freilaufgesperre.

Animation, Nabenschaltung, Freilauf, Freilaufsperre, Gesperre, Sperrvorrichtung, Sperrklinke

Interaktive Animation: Freilauf des Planetenradträgers 

Im Antriebsfall greift die stirnseitig am Planetenträger angebrachte "Sägezahn"-Verzahnung in die ebenfalls stirnseitig sägeverzahnte Sperrvorrichtung ein und ermöglicht so eine radiale Kraftübertragung. Die Sperrvorrichtung ist zur Kraftübertragung über eine Umfangsverzahnung mit der Nabenhülse verbunden und entgegen angebrachten Druckfedern axial verschiebbar. Im Falle des Freilaufs kann die schneller als der Planetenradträger rotierende Sperrvorrichtung (Nabenhülse) über die "Rampen" der Sägezahn-Verzahnung rutschen. Dabei wird die Sperrvorrichtung einfach entgegen Federn axial weggeschoben. Dies erklärt auch das typische "Ratschen" bei stillstehenden Pedalen und rotierenden Rädern. Wird die Geschwindigkeit des Planetenradträgers für den Antrieb wieder erhöht, dann rastet die Sperrvorrichtung beim Angleichen der Rotationsgeschwindigkeiten über den Federmechanismus wieder in den Planetenradträger ein. 

Anmerkung: In der Praxis kommen auch häufig sogenannte Sperrklinken als Freilaufsperren zum Einsatz. Die untenstehende Abbildung zeigt eine solche Sperrklinke in einer Nabenschaltung. Die Klinke ist aufgrund eines Federrings dabei stets versucht sich aufzurichten. Auf diese Weise können die Sperrklinken bei entsprechender Drehrichtung in die am Umfang angebrachten Vertiefungen einrasten und so eine Drehmomentübertragung ermöglichen. Im umgekehrten Fall werden die Sperrklinken entgegen der Federkraft nach unten weggedrückt und rutschen über die Verzahnungen.

Planetengetriebe, Nabenschaltung, Sperrklinke

Abbildung: Sperrklinken

Die in der oberen Animation im Einsatz befindliche Sperrvorrichtung zeigt die Schaltstellung für den 1. Gang. Im 2. und 3. Gang ist zusätzlich das Hohlzahnrad in die Nabenhülse eingekoppelt (siehe auch Abschnitt Schaltvorgänge). Diese Situation ist in der unteren Animation dargestellt. Auch für das Hohlzahnrad muss folglich ein Freilauf vorhanden sein. Aus diesem Grund ist in der Nabenhülse eine weitere Sperrvorrichtung für das Hohlzahnrad montiert. Die Sperrvorrichtung sitzt in diesem Fall fest in der Nabenhülse, während die axiale Verschiebbarkeit über das Hohlzahnrad selbst realisiert ist, das ohnehin per Federkraft ausrückt und somit je nach Fahrsituation weggeschoben wird oder eingekuppelt bleibt [fahre hierzu mit der Maus über die untere Animation].

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Interaktive Animation: Freilauf des Hohlzahnrades

Nun wird auch deutlich, dass der Freilauf am Planetenradträger bereits deshalb vorhanden sein muss, da im 2. und 3. Gang gleichzeitig das Hohlzahnrad eingekuppelt ist. Auch für diese Fälle muss gewährleistet sein, dass die durch das Hohlzahnrad angetriebene Nabenhülse schneller rotieren kann als der permanent "eingekuppelte" Planetenradträger (siehe obere Animation). Beachte, dass bei feststehendem Sonnenrad das Hohlzahnrad grundsätzlich immer schneller rotiert als der Planetenträger und sich die Drehzahl der Nabenhülse somit nach der Drehzahl des Hohlzahnrades richtet (siehe hierzu auch das Kapitel Übersetzungsverhältnisse)!

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