BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein schaltbares Tretlager für ein Fahrrad, welches Tretlager ein am Fahrrad-Rahmen angeordnetes und befestigtes Tretlagergehäuse, eine das Tretlagergehäuse in axialer Richtung durchdringende, mit mindestens einem Kettenrad und mit im Abstand zueinander angeordneten Tretkurbeln wirkverbundene Antriebswelle sowie eine zur Erreichung einer Drehzahländerung ausgebildete Getriebeeinrichtung umfasst.
Schaltbare Tretlager für Fahrräder oder dergleichen sind an sich bekannt. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um sogenannte Vorgelege-Getriebe mit mehreren aufeinerAntriebs- welle angeordneten Zahnrädern, welchen auf einer parallel zur Antriebswelle orientierten zweiten Welle entsprechende, ein Vorgelege bildende Zahnräder zugeordnet sind. Die für den Gangwechsel, beispielsweise vom Normalgang zum Berggang erforderliche Schaltung erfolgt hierbei durch ein kurzes Rückwärtstreten. Nachteilig ist, dass bei Betätigung der Rücktrittsbremse ebenfalls ein Schaltvorgang und somit eine unbeabsichtigte, nicht kontrollierbare Schaltung erfolgt. Das aus den einzelnen, in einem etwa einem Tretlagergehäuse ausgebildeten Gehäuse angeordneten Zahnradpaaren, Lagerelementen usw.
gebildeten Vorgelege-Getriebe hat einen verhältnismässig aufwendigen, konstruktiven und räumlich grossen Aufbau mit relativ hohem Eigengewicht.
Aus der CH-PS 638146 ist ein Tretlager für ein Fahrrad bekannt, welches im wesentlichen eine in einem Tretlagergehäuse gelagerte und mit im Abstand zueinander angeordneten Tretkurbeln wirkverbundene Antriebswelle und an dem einen Ende der Antriebswelle eine Scheibe mit Aussenverzahnung sowie ein ringartiges Kettenrad mit Innenverzahnung umfasst.
An der einen, scheibenartig ausgebildeten Tretkurbel sind satellitenartig angeordnete Zahnritzel gelagert, welche mit der Innenverzahnung des Kettenrades sowie der Aussenverzahnung der Scheibe stets in Eingriff stehen. Dieses Tretlager ist nicht schaltbar.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein schaltbares Tretlager der eingangs genannten Art zu schaffen.
welches einen verhältnismässig einfachen, funktionssicheren Aufbau aufweist und einwandfrei reproduzierbare Schaltvorgänge gewährleistet.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Antriebswelle als Hohlkörper mit einer in axialer Richtung orientierten Durchgangsbohrung zur Aufnahme einer die Antriebswelle durchdringenden Achse ausgebildet ist, und dass die mit Schaltelementen wirkverbundene Achse ein die Antriebswelle radial durchdringendes Kupplungsstück trägt, welches bei axialer Schiebebewegung der Achse zur Kraftübertragung mit dem Kettenrad oder mit einer etwa parallel zum Kettenrad angeordneten Scheibe der Getriebeeinrichtung in Eingriff bringbar ist.
Das erfindungsgemässe, schaltbare Tretlager hat einen verhältnismässig einfachen Aufbau mit geringer Anzahl, wirtschaftlich herstellbarer Einzelteile und kann in jedes handelsübliche Tretlagergehäuse eingebaut oder nachgerüstet werden. Eine Kombination mit bekannten Gangschaltungen, beispielsweise mit einer bewährten Dreigangschaltung (Nabenschaltung) erwei tert den Übersetzungsbereich wesentlich. Das Tretlager kann in jeder beliebigen Stellung durch Druck auf ein entsprechendes Schaltelement geschaltet werden und hat aufgrund seiner in sich geschlossen ausgebildeten Antriebsmechanik unter Beibehaltung eines hohen Bedienungskomforts einen unempfindlichen, extremen äusseren Bedingungen aussetzbaren Aufbau.
Da bei diesem schaltbaren Tretlager kein axialer Versatz der Kette erfolgt, ist eine mechanische Abnützung des Kettenrades oder der Kette weitgehend ausgeschlossen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung in den einzelnen Patentansprüchen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine in Schnittansicht dargestellte erste Ausführungsvariante eines Tretlagers für ein Fahrrad oder dergleichen;
Fig. 2 einen Schnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Tretlager gemäss der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt durch das Tretlager gemäss der Linie 111-111 in Fig. 1, und
Fig. 4 eine zweite, in Schnittansicht dargestellte Ausführungsvariante des Tretlagers für ein Fahrrad oder dergleichen.
Fig. 1 zeigt in grösserem Massstab und in Schnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines in seiner Gesamtheit mit 100 bezeichneten Tretlagers für ein nicht dargestelltes Fahrrad oder dergleichen, wobei das Tretlager 100 hier teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht dargestellt ist.
Das Tretlager 100 umfasst im wesentlichen ein in nicht näher dargestellter Weise am Rahmen des Fahrrades oder dergleichen angeordnetes und befestigtes Tretlagergehäuse 10, in welchem eine als Hohlkörper ausgebildete Antriebswelle 20 gelagert ist.
Zu beiden Seiten des Tretlagergehäuses 10 ist je eine Tretkurbel 55,55' vorgesehen, wobei die einzelne Tretkurbel 55,55' über einen Stift 56,56' mit der Antriebswelle 20 wirkverbunden ist.
Auf der einen Seite ist die Antriebswelle 20 mittels einem ersten Lagerelement 15 und auf der anderen Seite mittels einem zweiten Lagerelement 25 koaxial in dem Tretlagergehäuse 10 angeordnet und um ihre Längsachse X-X in Pfeilrichtung Y drehbar gelagert.
Das im wesentlichen als Kugellager ausgebildete erste Lagerelement 15 besteht aus einem äusseren Lagerring 14, einem inneren Lagerring 13 sowie zwischen den beiden Teilen 13, 14 angeordneten Kugeln 12. Der äussere Lagerring 14 ist mit einem Gewindestück in eine entsprechende Gewindebohrung des Tretlagergehäuses 10 eingeschraubt. Der mit einem Innengewinde auf die Antriebswelle 20 geschraubte Lagerring 13 ist durch eine auf die Antriebswelle 20 aufgeschraubte Scheibe 11 gegen axiales Verschieben gesichert. Die Scheibe 11 kann zusätzlich mit nicht näher dargestellten Mitteln an der Antriebswelle 20 gesichert werden.
Das zweite, scheibenartig ausgebildete Lagerelement 25 besteht aus einem Lagerteil 24, einem Flanschteil 26 und einem mit einer Innenverzahnung 28 versehenen Ringteil 27. Das Lagerteil 24 hat ein als Aussengewinde ausgebildetes Gewindestück, welches in eine entsprechende Gewindebohrung des Tretlagergehäuses 10 eingeschraubt ist. Das aussenseitig zur Lagerung des Tretlagergehäuses 10 ausgebildete Lagerteil 24 ist innenseitig mit einer nicht näher bezeichneten Kugelbahn zur Aufnahme von Kugeln 22 versehen. Dem Lagerteil 24 ist ein mit einer nicht näher bezeichneten Kugelbahn versehener und mittels einem Innengewinde auf die Antriebswelle 20 aufgeschraubter Lagerring 23 zugeordnet. Die Teile 24,22,23 bilden zusammen im wesentlichen ein Kugellager, welches mittels einer Scheibe 21 gegen axiales Verschieben gesichert ist.
Die mit einem Innengewinde auf die Antriebswelle 20 aufgeschraubte Scheibe 21 kann mit nicht dargestellten Mitteln auf der Antriebswelle 20 gesichert werden. An der Innenseite des Ringteils 27 ist die Innenverzahnung 28 vorgesehen, deren Zusammenwirken mit den zugeordneten Teilen später noch beschrieben wird. Das im wesentlichen aus den Teilen 24,26 und 27 scheibenartig ausgebildete Lagerelement 25 ist vorzugsweise einstückig als eine Baueinheit ausgebildet.
Dem am Tretlagergehäuse 10 angeordneten Lagerelement 25 ist als erste Ausführungsvariante eine in ihrer Gesamtheit mit 75 bezeichnete und im wesentlichen von den beiden Tretkurbeln 55, 55' betätigbare Getriebeeinrichtungzugeordnet, welche nachstehend im einzelnen beschrieben wird:
Die Getriebeeinrichtung 75 umfasst im wesentlichen ein als Planetenträger ausgebildetes Kettenrad 30, eine zwischen dem etwa gehäuseartig ausgebildeten Lagerelement 25 und dem Kettenrad 30 angeordnete Scheibe 35 mit Aussenverzahnung 36 sowie mindestens ein, vorzugsweise aber zwei oder mehrere in nicht näher dargestellter Weise gleichmässig am Umfang verteilt angeordnete Zahnritzel 40 mit Aussenverzahnung 41. Das einzelne Zahnritzel 40 steht einerseits mit seiner Verzahnung 41 mit der Verzahnung 36 der Scheibe 35 sowie mit der Innenverzahnung 28 des Ringteils 27 in Eingriff.
Weiterhin erkennt man ein durch eine axiale Schiebebewegungin Pfeilrichtung Z mit dem Kettenrad 30 oder mit der Scheibe 35 in Eingriff bringbares Kupplungsstück 50. In der Antriebswelle 20 ist eine entsprechend ausgebildete, die Antriebswelle 20 radial durchdringende Ausnehmung 51, in der Scheibe 35 mindestens eine Ausnehmung 38,38' und in dem Kettenrad 30 mindestens eine Ausnehmung 33,33' (Fig. 2,3) vorgesehen, so das das Kupplungsstück 50 in den Ausnehmungen 51 und 38,38' sowie 33,33' in axialer Richtung verschiebbar geführt ist.
Das mit einer Verzahnung 31 für eine in Fig. 1 teilweise dargestellte Antriebskette 31' versehene Kettenrad 30istim äusseren Bereich mit einer umlaufenden Nut 32 versehen, in welche eine kreisringförmige Nase 29 des Lagerelements 25 weitgehend abdichtend eingreift, ohne dabei die Drehbewegung des Kettenrades 30 in bezug zu dem feststehenden Lagerelement 25 zu beeinflussen. Das Kettenrad 30 ist einerseits mittels einer aus Kugeln 43 und einer Kugelbahn gebildeten Lagerung an der Scheibe 35 und andererseits mittels einer aus Kugeln 44 uz 1 liner Kugelbahn entsprechend ausgebildeten Lagerung an einer Scheibe 45 gelagert. Die Teile 25,35,40,30 und 45 bilden zusammen eine in sich geschlossene, gegen äusseren Eingriff und Verschmutzung gesicherte Baueinheit.
Das einzelne, als Planetenrad ausgebildete Zahnritzel 40 ist jeweils an einem Bolzen 42 oder dergleichen um die Bolzenachse X' in Pfeilrichtung Y' drehbar gelagert. Die einzelnen, zur Aufnahme und Lagerung des Zahnritzels 40 ausgebildeten Bolzen 42 sind beispielsweise durch ein Gewinde lösbar am Kettenrad 30 befestigt.
Die mit der Verzahnung 36 versehene Scheibe 35 ist mittels einer aus Kugeln 37 und einer Kugelbahn entsprechend ausgebildeten Lagerung am Lagerring 23 angeordnet.
Das Kettenrad 30 ist weiterhin mit den Ausnehmungen 33, 33' und 34,34' und die Scheibe 35 mit den korrespondierend zueinander angeordneten Ausnehmungen 38,38'; 39,39' versehen, welche Ausnehmungen, wie in Fig. 2 dargestellt, für den Eingriff des hier nicht dargestellten Kupplungsstücks 50 entsprechend ausgebildet sind.
Die in oder an den einzelnen Teilen 24,30, 35 und 45 vorgesehenen, im wesentlichen aus den nicht näher bezeichneten Kugelbahnen und Kugeln 22,37,43 und 44 gebildeten Lagerungen gewährleisten eine exakte Parallelität der einzelnen Teile der Getriebeeinrichtung 75 zueinander.
In der mit einer Durchgangsbohrung 20' versehenen und mittels der Tretkurbeln 55,55' um die Längs- oder Symmetrieachse X-X in Pfeilrichtung Y drehbaren Antriebswelle 20 ist eine die Antriebswelle in axialer Richtung durchdringende und in Pfeilrichtung Z verschiebbare Achse 60 angeordnet. Zu beiden Seiten der Tretkurbeln 55,55' ist jeweils ein mit der Achse 60 in nicht näher dargestellter Weise wirkverbundenes Schaltelement 65,66 vorgesehen. Das einzelne Schaltelement 65,66 ist mit einem zylindrischen Teilstück 65', 66' in der Durchgangsbohrung 20' der Antriebswelle 20 gelagert und in axialer Richtung Z verschiebbar geführt.
Zwischen dem Teilstück 65' des einen Schaltelements 65 und dem Kupplungsstück 50 ist eine erste Druckfeder 61 und zwischen dem Kupplungsstück 50 und einem an der Achse 60 angeordneten und befestigten Anschlag 63 eine zweite Druckfeder 62 angeordnet. Das eine Schaltelement 65 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine nicht bezeichnete Schraubverbindung und das andere Schaltelement 66 durch einen lösbaren Spannstift 68 oder dergleichen mit der Achse 60 wirkverbunden.
Zwischen den beiden, seitlich am Tretlagergehäuse 10 angeordneten Lagerelementen 15,25 ist im Inneren des Tretlagergehäuses 10 eine mit der Antriebswelle 20 und der Achse 60 wirkverbundene Einrastmechanik 80 angeordnet. Die Einrastmechanik 80 hat ein Stellglied 81 mit nicht näher bezeichnetem Sackloch, in welchem eine auf eine Kugel 83 wirkende Druckfeder 82 angeordnet ist, Die Kugel 83 steht mit einem auf der Achse 60 angeordneten Rastelement 85 in Wirkverbindung. Das Stellglied 81 hat ein Aussengewinde und ist in eine entsprechend an der Antriebswelle 20 vorgesehene, nicht näher bezeichnete Gewindebohrung eingeschraubt. Mittels dem Stellglied 81 kann der Druck der Kugel 83 auf das Rastelement 85 entsprechend eingestellt und somit der Kraftaufwand für die Schiebebewegung der Achse 60 in Pfeilrichtung Z reguliert werden.
Das Rastelement 85 ist mittels Halteelemente 64,64' in axialer Richtung auf der Achse 60 fixiert und hat im wesentlichen einen etwa keilförmig ausgebildeten Nocken 84 sowie zu beiden Seiten des Nokkens 84 entsprechend ausgebildete Ausnehmungen 84' und 84", in welche die Kugel 83 je nach Stellung entsprechend einrastet.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 und man erkennt einen Ausschnitt der Scheibe 35, das in dieser Stellung beispielsweise mit den Ausnehmungen 38,38' der Scheibe 35 im Eingriff stehende Kupplungsstück 50, die als Hohlkörper ausgebildete Antriebswelle 20 sowie die in der Durchgangsbohrung 20' angeordnete und gelagerte Achse 60.
Diametral, korrespondierend zu den Ausnehmungen 38,38' sind in der Scheibe 35 zwei weitere Ausnehmungen 39,39' vorgesehen. Die Ausnehmungen38, 38' und 39,39' sind vorzugsweise gleichmässig am Umfang der Scheibe 35 verteilt angeordnet.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie III-III in Fig. 1 und man erkennt ein Teilstück des Kettenrades 30, die Antriebswelle 20 mit der Durchgangsbohrung 20', die in der Antriebswelle 20 vorgesehene Ausnehmung 51 für das hier nicht dargestellte Kupplungsstück 50 sowie die Achse 60. Analog zu den Ausnehmungen 38,38' und 39,39' der Scheibe 35 sind in dem Kettenrad 30 die Ausnehmungen 33,33' und 34,34' vorgesehen und entsprechend ausgebildet.
In Fig. 4 ist als zweite Ausführungsvariante ein in seiner
Gesamtheit mit 200 bezeichnetes Tretlager dargestellt und man erkennt eine als Hohlkörper ausgebildete Antriebswelle 120, ein
Tretlagergehäuse 110 sowie zu beiden Seiten des Tretlagergehäu ses 110 angeordnete und mit der Antriebswelle 120 wirkverbun dene Tretkurbeln 155,155'. In der Durchgangsbohrung 120' der
Antriebswelle 120 ist eine in Pfeilrichtung Z' verschiebbare Achse 160 angeordnet, welche mit entsprechend zugeordneten Schaltelementen 165, 166 wirkverbunden ist. Die vorstehend aufgeführtenTeilell0, 120,155,155', 160,165 und 166sindmit den entsprechenden Teilen 10,20,55,55', 60,65 und 66 der ersten Ausführungsvariante gemäss Fig. 1 im wesentlichen identisch.
Eine im wesentlichen mit der Achse 160 wirkverbundene und in der Gesamtheit mit 180 bezeichnete Einrastmechanik ist analog der in Verbindung mit der ersten Ausführungsvariante gemäss Fig. 1 beschriebenen Einrastmechanik 80 identisch.
Auf der einen Seite ist die Antriebswelle 120 mittels einem in dasTretlagergehäuse 110 eingeschraubten Lagerelement 114 und einem auf der Antriebswelle 120 entsprechend angeordneten, handelsüblichen Kugellager 115 koaxial in dem Tretlagergehäuse 110 gelagert. Das Kugellager 115 wird auf der einen Seite mit seinem Innenring gegen eine Distanzhülse 121 gedrückt und ist auf der anderen Seite durch einen Ring 113 und zwei auf die Antriebswelle 120 aufgeschraubte Sicherungselemente 111,111' gesichert.
Auf der anderen Seite ist die Antriebswelle 120 mittels einem in das Tretlagergehäuse 110 eingeschraubten Lagerelement 125 und zwei auf der Antriebswelle 120 entsprechend angeordneten Kugellagern 122, 122' koaxial in dem Tretlagergehäuse 110 gelagert. Die beiden Kugellager 122,122' sind einerseits durch eine am Lagerelement 125 vorgesehene Anlagekante 125' sowie durch die Distanzhülse 121 auf der Antriebswelle 120 in ihrer Lage positioniert und in axialer Richtung fixiert.
Dem am Tretlagergehäuse 110 angeordneten Lagerelement 125 ist bei der zweiten Ausführungsvariante eine in der Gesamtheit mit 175 bezeichnete und im wesentlichen von den beiden Tretkurbeln 155, 155' betätigbare Getriebeeinrichtungzugeordnet, welche nachstehend im einzelnen beschrieben wird:
Die Getriebeeinrichtung 175 umfasst im wesentlichen das Lagerelement 125, eine Scheibe 135, ein oder mehrere Zahnritzel 140 mit Aussenverzahnung 141, ein scheibenartig ausgebildetes Teilstück 132 für ein kreisringartig ausgebildetes Kettenrad 130 mit Verzahnung 131, einen Aussenring 127 mit Innenverzahnung 128 sowie ein in einer Ausnehmung 151 der Antriebswelle 120 in axialer Richtung verschiebbares Kupplungsstück 150.
Abweichend von der ersten Ausführungsvariante gemäss Fig.
1 ist bei der zweiten Ausführungsvariante gemäss Fig. 4 das Lagerelement 125 mit einer Aussenverzahnung 126 versehen und die mittlere Scheibe 135 als Planetenträger für gleichmässig am Umfang verteilt angeordnete Zahnritzel 140 ausgebildet. Das einzelne Zahnritzel 140 hat eine mit einem Innengewinde versehene Lagerbuchse 142 und ist mittels einem in das Innengewinde eingeschraubten Gewindebolzen 136 an der Scheibe 135 um die Achse X' in Pfeilrichtung Y' drehbar gelagert. Das Zahnritzel 140 ist mit seiner Verzahnung 141 einerseits mit der Verzahnung 126 des Lagerelements 125 und andererseits mit der Verzahnung 128 des Aussenringes 127 wirkverbunden.
Das scheibenartige Teilstück 132 ist zur Aufnahme des in Fig. 4 als Ring dargestellten Kettenrades 130 ausgebildet, welches zusammen mit dem Aussenring 127 durch eine Anzahl am Umfang verteilt angeordnete Befestigungselemente, zum Beispiel durch eine Schraubverbindung 129,129' lösbar befestigt ist. Das kreisringförmige Kettenrad 130 kann mit dem scheibenartigen Teilstück 132 auch mit entsprechend ausgebildeter Abkröpfung als eine Baueinheit einstückig ausgebildet sein.
Die die Zahnritzel 140 tragende Scheibe 135 ist mittels einer aus Kugeln 137 und einer Kugelbahn entsprechend ausgebildeten Lagerung an einem auf der Antriebswelle 120 angeordneten Ring 123 gelagert und das Teilstück 132 ist mittels einer aus Kugeln 143 und einer Kugelbahn ausgebildeten Lagerung an der Scheibe 135 und mittels Kugeln 144 an einem auf der Antriebswelle gelagerten Ring 145 gelagert. Die einzelnen Lagerungen gewährleisten eine exakte Parallelität der einzelnen Getriebeeinrichtungsteile zueinander.
Die in der Scheibe 135 und in dem Teilstück 132 für das Kupplungsstück 150 vorgesehenen Ausnehmungen (in Fig. 4 nicht näher bezeichnet) sind analog der in den Fig. 1,2 und 3 dargestelltenAusnehmungen 33,33', 34,34' sowie 38,38', 39, 39' ausgebildet und angeordnet.
Weiterhin erkennt man in Fig. 4 eine auf der einen Seite der
Getriebeeinrichtung 175 angeordnete Abdeckscheibe 146, welche am Aussenring 127 mittels der Schraubverbindung 129, 129' befestigt ist und unter Vorspannung beispielsweise an einem am Tretlagergehäuse 110 angeordneten Rundschnurring 147 abdichtend anliegt. Auf der anderen Seite ist zur Abdeckung der
Kugellagerung 144 eine am Ring 145 angeordnete Ringscheibe
149 vorgesehen, welche an einem Rundschnurring 148 abdichtend anliegt.
Die Funktion des Tretlagers 100,200 in Verbindung mit der aus den einzelnen Elementen gebildeten Getriebeeinrichtung 75, 175 und Einrastmechanik 80, 180 wird nachstehend im einzelnen beschrieben:
Ausgehend von einer ersten, in Fig. 1 nicht näher dargestellten Schaltstellung, in welcher das Kupplungsstück 50 über die entsprechenden Ausnehmungen 33,33' oder 34,34' mit dem Kettenrad 30 im Eingriff steht wird bei der ersten Ausführungsvariante die bei bestimmter Drehzahl von den Tretkurbeln 55, 55' auf die Antriebswelle 20 wirkende Kraft direkt auf das Kettenrad 30 und von dort mittels einer mit der Verzahnung 31 des Kettenrades 30 im Eingriff stehenden und in Fig. 1 teilweise dargestellten Kette 31' auf die Hinterrad-Nabe eines Fahrrades oder dergleichen übertragen.
Das Kettenrad 30 dreht sich hierbei mit gleicher Geschwindigkeit wie die mit den Tretkurbeln 55,55' wirkverbundene Antriebswelle 20. Die vorstehend beschriebene, direkte Kraftwirkung entspricht einem sogenannten Schnellgang.
Bei der zweiten Ausführungsvariante hingegen wird, wie in Fig. 4 dargestellt, der sogenannte Schnellgang dadurch erreicht, dass der von den Tretkurbeln 155, 155' auf die Antriebswelle 120 wirkende Kraftfluss über die Teile 120, 150, 135, 140 und 127 auf das Kettenrad 130 und von dort mittels einer mit der Verzahnung 131 des Kettenrades 130 im Eingriff stehenden Kette 131' auf die Hinterrad-Nabe des Fahrrades oder dergleichen übertragen wird.
Für einen sogenannten Langsamgang wird bei der ersten Ausführungsvariante gemäss Fig. 1 der von den Tretkurbeln 55, 55' auf die Antriebswelle 20 wirkende Kraftfluss über die Teile 20,50,35 und 40,27 auf das Kettenrad 30 und von dort mittels der mit der Verzahnung 31 des Kettenrades 30 im Eingriff stehenden Kette 31' auf die Hinterrad-Nabe des Fahrrades oder dergleichen übertragen. Die Zuordnung ein oder mehrerer Zahnritzel 40 am Kettenrad 30 bewirkt, dass sich das Kettenrad 30 in bezug zur Scheibe 35 und damit auch zur Antriebswelle 40 und den Tretkurbeln 55 und 55' mit geringerer Winkelgeschwindigkeit bewegt, wodurch eine Übersetzung der Tretkurbeldrehzahl entsteht. Die vorstehend beschriebene, indirekte Kraftwirkung entspricht hierbei dem sogenannten Langsamgang.
Bei der zweiten Ausfühmngsvariante (Fig. 4) hingegen wird der sogenannte Langsamgang dadurch erreicht, dass der von den Tretkurbeln 155, 155' auf die Antriebswelle 120 wirkende Kraftfluss, in nicht näher dargestellter Weise, über das Kupplungsstück 150 direkt auf das mittels der Schraubverbindung 129, 129' mit der Scheibe 132 wirkverbundene Kettenrad 130 und von dort mittels der mit der Verzahnung 131 wirkverbundenen Kette 131' auf die Hinterrad-Nabe des Fahrrades oder dergleichen übertragen wird.
Bei beiden Ausführungsvarianten gemäss Fig. 1 und Fig. 4 erfolgt der eigentliche Schaltvorgang je nach Stellung durch geringen Druck auf das eine oder andere Schaltelement 66,166 oder 65,165. Die Achse 60, 160 wird dabei in Pfeilrichtung Z, Z' bewegt und das damit wirkverbundene Kupplungsstück 50, 150 mit Kettenrad 30 oder mit der Scheibe 35 beziehungsweise mit der Kettenradscheibe 132 oder der Scheibe 135 in Eingriff gebracht. Bei beiden Ausführungsvarianten wird die Kugel 83 derEinrastmecharfik 80, gegen die Rückstellkraft der Feder 82 von dem keilförmigen Nocken 84 des Rastelements 85, 185 in die Ausnehmung des Stellgliedes 81, 181 gedrückt, bis die Kugel 83 von dem Nocken 84 freigegeben wird und in die Ausnehmung 84' oder 84" einrastet.
Die federelastisch einstellbare Einrastmechanik 80, 180 verhindert, beziehungsweise erschwert ein unbeabsichtigtes Verschieben der Schaltelemente 66,65 beziehungsweise 166,165 in Pfeilrichtung Z oder Z'.
Beim Betätigen der Schaltelemente 65,66 beziehungsweise 165, 166 wird je nach Schieberichtung Z oder Z' die eine Druckfeder 61, 161 oder die andereDruckfeder 62, 162 entsprechend vorgespannt, wobei die jeweilige Druckfeder solange vorgespannt bleibt, bis das Kettenrad 30, 130 oder die Scheibe 35, 135 mit ihren Ausnehmungen 33,33'; 34,34' oder 38,38'; 39, 39' mit dem Kupplungsstück 50, 150 korrespondiert und somit das Kupplungsstück 50, 150 durch die Rückstellkraft der jeweiligen Druckfeder mit dem Kettenrad 30, 132 oder mit der Scheibe 35, 135 in Eingriff gelangt.
DESCRIPTION
The invention relates to a switchable bottom bracket for a bicycle, which bottom bracket has a bottom bracket arranged and fastened to the bike frame, a bottom bracket housing penetrating the bottom bracket housing in the axial direction, with at least one sprocket and with spaced pedal cranks, and a drive shaft to achieve one Speed change trained gear device includes.
Switchable bottom bracket for bicycles or the like are known per se. These are essentially so-called countershaft gears with several gearwheels arranged on a drive shaft, to which corresponding gearwheels forming a countershaft are assigned on a second shaft oriented parallel to the drive shaft. The shift required for changing gear, for example from normal gear to mountain gear, is done by briefly stepping backwards. The disadvantage is that when the coaster brake is actuated, there is also a switching process and thus an unintentional, uncontrollable switching. The pairs of gearwheels, bearing elements, etc., arranged from the individual housings, which are formed in a bottom bracket housing.
countershaft transmission formed has a relatively complex, constructive and spatially large structure with a relatively high weight.
From CH-PS 638146 a bottom bracket for a bicycle is known which essentially comprises a drive shaft mounted in a bottom bracket housing and operatively connected with spaced-apart cranks and at one end of the drive shaft a disk with external teeth and a ring-like chain wheel with internal teeth.
On one, crank-shaped pedal crank, satellite-like toothed pinions are mounted, which are always in engagement with the internal toothing of the chain wheel and the external toothing of the disc. This bottom bracket is not switchable.
The object of the invention is to provide a switchable bottom bracket of the type mentioned.
which has a relatively simple, reliable construction and ensures perfectly reproducible switching operations.
According to the invention, this object is achieved in that the drive shaft is designed as a hollow body with a through hole oriented in the axial direction for receiving an axis penetrating the drive shaft, and in that the axis, which is operatively connected to the shifting elements, carries a coupling piece which radially penetrates the drive shaft and which, when the axis is axially displaced, moves for power transmission can be brought into engagement with the sprocket or with a disk of the transmission device arranged approximately parallel to the sprocket.
The switchable bottom bracket according to the invention has a relatively simple structure with a small number of economically producible individual parts and can be installed or retrofitted in any commercially available bottom bracket housing. A combination with known gear shifts, for example with a proven three-speed gear shift (hub gear), significantly extends the gear ratio range. The bottom bracket can be switched in any position by pressing a corresponding switching element and, due to its self-contained drive mechanism while maintaining a high level of operating convenience, has an insensitive, extreme external conditions.
Since there is no axial misalignment of the chain in this switchable bottom bracket, mechanical wear of the chain wheel or chain is largely excluded.
Further features of the invention will become apparent from the following description in conjunction with the drawing in the individual claims.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are described below in conjunction with the drawing. It shows:
Figure 1 is a sectional view of a first embodiment of a bottom bracket for a bicycle or the like.
FIG. 2 shows a section through the bottom bracket shown in FIG. 1 along the line II-II in FIG. 1;
Fig. 3 shows a section through the bottom bracket along the line 111-111 in Fig. 1, and
Fig. 4 shows a second variant of the bottom bracket for a bicycle or the like, shown in a sectional view.
1 shows, on a larger scale and in a sectional view, a first exemplary embodiment of a bottom bracket designated in its entirety with 100 for a bicycle or the like (not shown), the bottom bracket 100 here being shown partly in section and partly in view.
The bottom bracket 100 essentially comprises a bottom bracket housing 10 which is arranged and fastened to the frame of the bicycle or the like in a manner not shown in which a drive shaft 20 designed as a hollow body is mounted.
A pedal crank 55, 55 'is provided on each side of the bottom bracket housing 10, the individual pedal crank 55, 55' being operatively connected to the drive shaft 20 via a pin 56, 56 '.
On one side the drive shaft 20 is arranged coaxially in the bottom bracket housing 10 by means of a first bearing element 15 and on the other side by means of a second bearing element 25 and is rotatably supported about its longitudinal axis X-X in the direction of the arrow Y.
The first bearing element 15, which is essentially designed as a ball bearing, consists of an outer bearing ring 14, an inner bearing ring 13 and balls 12 arranged between the two parts 13, 14. The outer bearing ring 14 is screwed into a corresponding threaded hole in the bottom bracket housing 10 with a threaded piece. The bearing ring 13 screwed onto the drive shaft 20 with an internal thread is secured against axial displacement by a washer 11 screwed onto the drive shaft 20. The disk 11 can additionally be secured to the drive shaft 20 by means not shown in detail.
The second, disk-like bearing element 25 consists of a bearing part 24, a flange part 26 and a ring part 27 provided with internal teeth 28. The bearing part 24 has a threaded piece designed as an external thread, which is screwed into a corresponding threaded hole in the bottom bracket housing 10. The bearing part 24, which is designed on the outside for mounting the bottom bracket housing 10, is provided on the inside with a ball track (not designated in more detail) for receiving balls 22. The bearing part 24 is assigned a bearing ring 23 which is provided with a ball track (not designated in any more detail) and which is screwed onto the drive shaft 20 by means of an internal thread. The parts 24, 22, 23 together form essentially a ball bearing which is secured against axial displacement by means of a disk 21.
The disk 21 screwed onto the drive shaft 20 with an internal thread can be secured on the drive shaft 20 by means not shown. On the inside of the ring part 27, the internal toothing 28 is provided, the interaction of which with the assigned parts will be described later. The bearing element 25, which is essentially made of parts 24, 26 and 27, is preferably designed in one piece as a structural unit.
As a first embodiment variant, the bearing element 25 arranged on the bottom bracket housing 10 is assigned a transmission device, designated in its entirety by 75, and which can essentially be actuated by the two pedal cranks 55, 55 'and which is described in detail below:
The transmission device 75 essentially comprises a sprocket 30 designed as a planet carrier, a disk 35 with external teeth 36 arranged between the approximately housing-like bearing element 25 and the sprocket 30, and at least one, but preferably two or more, evenly distributed over the circumference in a manner not shown Toothed pinion 40 with external toothing 41. The individual toothed pinion 40 engages on the one hand with its toothing 41 with the toothing 36 of the disk 35 and with the inner toothing 28 of the ring part 27.
Furthermore, one can see a coupling piece 50 which can be brought into engagement with the chain wheel 30 or the disk 35 by an axial sliding movement in the direction of arrow Z. In the drive shaft 20 there is a correspondingly designed recess 51 which penetrates the drive shaft 20 radially, and in the disk 35 at least one recess 38 , 38 'and in the sprocket 30 at least one recess 33,33' (Fig. 2,3) is provided, so that the coupling piece 50 is guided in the recesses 51 and 38,38 'and 33,33' in the axial direction.
The sprocket 30 provided with a toothing 31 for a drive chain 31 'partially shown in FIG. 1 is provided in the outer region with a circumferential groove 32, in which an annular lug 29 of the bearing element 25 engages in a largely sealing manner without the rotational movement of the sprocket 30 being related to influence the fixed bearing element 25. The sprocket 30 is mounted on the one hand by means of a bearing formed on balls 43 and a ball track on the disk 35 and on the other hand by means of a bearing formed accordingly from balls 44 and 1 liner ball track on a disk 45. The parts 25, 35, 40, 30 and 45 together form a self-contained structural unit that is protected against external interference and contamination.
The individual toothed pinion 40, which is designed as a planetary gear, is rotatably mounted on a pin 42 or the like about the pin axis X 'in the direction of the arrow Y'. The individual bolts 42 designed to receive and support the toothed pinion 40 are detachably fastened to the chain wheel 30, for example by a thread.
The disk 35 provided with the toothing 36 is arranged on the bearing ring 23 by means of a bearing formed appropriately from balls 37 and a ball track.
The sprocket 30 is also provided with the recesses 33, 33 'and 34, 34' and the disk 35 with the correspondingly arranged recesses 38, 38 '; 39,39 ', which recesses, as shown in Fig. 2, are designed accordingly for the engagement of the coupling piece 50, not shown here.
The bearings provided in or on the individual parts 24, 30, 35 and 45 and essentially formed from the ball tracks and balls 22, 37, 43 and 44, which are not described in any more detail, ensure exact parallelism of the individual parts of the gear mechanism 75 to one another.
Arranged in the drive shaft 20, which is provided with a through-bore 20 'and can be rotated about the longitudinal or symmetrical axis X-X in the direction of the arrow Y by means of the pedal cranks 55, 55', is an axis 60 which penetrates the drive shaft in the axial direction and can be displaced in the direction of the arrow Z. A switching element 65, 66, which is operatively connected to the axle 60 in a manner not shown, is provided on both sides of the pedal cranks 55, 55 '. The individual switching element 65, 66 is mounted with a cylindrical section 65 ', 66' in the through hole 20 'of the drive shaft 20 and is guided so as to be displaceable in the axial direction Z.
A first compression spring 61 is arranged between the section 65 'of the one switching element 65 and the coupling piece 50 and a second compression spring 62 is arranged between the coupling piece 50 and a stop 63 arranged and fastened on the axis 60. In the exemplary embodiment shown, one switching element 65 is operatively connected to the axis 60 by a screw connection (not designated) and the other switching element 66 by a releasable dowel pin 68 or the like.
A latching mechanism 80, which is operatively connected to the drive shaft 20 and the axle 60, is arranged in the interior of the bottom bracket housing 10 between the two bearing elements 15, 25 arranged laterally on the bottom bracket housing 10. The latching mechanism 80 has an actuator 81 with a blind hole (not specified in any more detail), in which a compression spring 82 acting on a ball 83 is arranged. The ball 83 is operatively connected to a latching element 85 arranged on the axis 60. The actuator 81 has an external thread and is screwed into a correspondingly provided on the drive shaft 20, unspecified threaded bore. By means of the actuator 81, the pressure of the ball 83 on the latching element 85 can be adjusted accordingly and thus the effort required for the sliding movement of the axis 60 in the direction of the arrow Z can be regulated.
The locking element 85 is fixed by means of holding elements 64, 64 'in the axial direction on the axis 60 and essentially has an approximately wedge-shaped cam 84 and on both sides of the cam 84 correspondingly designed recesses 84' and 84 "into which the ball 83 each according to position.
Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1 and you can see a section of the disc 35, the coupling piece 50 in this position, for example, with the recesses 38, 38 'of the disc 35, which is designed as a hollow body Drive shaft 20 and shaft 60 arranged and supported in through bore 20 ′.
Diametrically, corresponding to the recesses 38, 38 ', two further recesses 39, 39' are provided in the disk 35. The recesses 38, 38 'and 39, 39' are preferably distributed uniformly on the circumference of the disk 35.
Fig. 3 shows a section along the line III-III in Fig. 1 and you can see a portion of the sprocket 30, the drive shaft 20 with the through hole 20 ', the recess 51 provided in the drive shaft 20 for the coupling piece 50, not shown here, and the axis 60. Analogously to the recesses 38, 38 'and 39.39' of the disk 35, the recesses 33, 33 'and 34, 34' are provided in the sprocket 30 and are designed accordingly.
4 is a second embodiment variant in its
The total shown with 200 bottom bracket and one recognizes a drive shaft 120 formed as a hollow body
Bottom bracket housing 110 as well as on both sides of the bottom bracket housing 110 and connected to the drive shaft 120 pedal cranks 155, 155 '. In the through hole 120 'of
Drive shaft 120 has an axis 160 which is displaceable in the direction of arrow Z 'and which is operatively connected to correspondingly assigned switching elements 165, 166. The parts 0, 120, 155, 155 ', 160, 165 and 166 listed above are essentially identical to the corresponding parts 10, 20, 55, 55', 60, 65 and 66 of the first embodiment variant according to FIG. 1.
A snap-in mechanism which is essentially operatively connected to the axis 160 and is designated in its entirety by 180 is identical to the snap-in mechanism 80 described in connection with the first embodiment variant according to FIG. 1.
On the one hand, the drive shaft 120 is coaxially supported in the bottom bracket housing 110 by means of a bearing element 114 screwed into the bottom bracket housing 110 and a commercially available ball bearing 115 correspondingly arranged on the drive shaft 120. The ball bearing 115 is pressed on one side with its inner ring against a spacer sleeve 121 and is secured on the other side by a ring 113 and two securing elements 111, 111 'screwed onto the drive shaft 120.
On the other hand, the drive shaft 120 is mounted coaxially in the bottom bracket housing 110 by means of a bearing element 125 screwed into the bottom bracket housing 110 and two ball bearings 122, 122 ′ arranged accordingly on the drive shaft 120. The two ball bearings 122, 122 'are positioned on the one hand by a contact edge 125' provided on the bearing element 125 and by the spacer sleeve 121 on the drive shaft 120 and fixed in the axial direction.
In the case of the second embodiment variant, the bearing element 125 arranged on the bottom bracket housing 110 is assigned a transmission device, designated in its entirety by 175, and which can essentially be actuated by the two pedal cranks 155, 155 ', which is described in detail below:
The gear device 175 essentially comprises the bearing element 125, a disk 135, one or more toothed pinions 140 with external toothing 141, a disk-shaped section 132 for an annular sprocket 130 with toothing 131, an outer ring 127 with internal toothing 128 and one in a recess 151 of the drive shaft 120 axially displaceable coupling piece 150.
Deviating from the first embodiment variant according to FIG.
1, in the second embodiment variant according to FIG. 4, the bearing element 125 is provided with external toothing 126 and the central disk 135 is designed as a planet carrier for toothed pinions 140 which are distributed uniformly around the circumference. The individual toothed pinion 140 has a bearing bush 142 provided with an internal thread and is rotatably mounted on the disc 135 about the axis X ′ in the direction of the arrow Y ′ by means of a threaded bolt 136 screwed into the internal thread. The toothed pinion 140 is operatively connected with its toothing 141 on the one hand to the toothing 126 of the bearing element 125 and on the other hand to the toothing 128 of the outer ring 127.
The disk-like section 132 is designed to receive the chain wheel 130 shown in FIG. 4 as a ring, which is detachably fastened together with the outer ring 127 by a number of fastening elements distributed around the circumference, for example by a screw connection 129, 129 '. The ring-shaped sprocket 130 can also be formed in one piece with the disk-like section 132, with a correspondingly designed offset, as a structural unit.
The disk 135 carrying the pinion gear 140 is mounted on a ring 123 arranged on the drive shaft 120 by means of a bearing formed appropriately from balls 137 and a ball track, and the section 132 is mounted on the disk 135 by means of a bearing formed of balls 143 and a ball track and by means of Balls 144 are mounted on a ring 145 mounted on the drive shaft. The individual bearings ensure an exact parallelism of the individual gear device parts to each other.
The recesses provided in the disk 135 and in the section 132 for the coupling piece 150 (not designated in more detail in FIG. 4) are analogous to the recesses 33, 33 ', 34, 34' and 38 shown in FIGS. 38 ', 39, 39' designed and arranged.
Furthermore, one can see in Fig. 4 on one side of the
Gear device 175 arranged cover plate 146, which is fastened to the outer ring 127 by means of the screw connection 129, 129 'and bears, for example, sealingly against a round cord ring 147 arranged on the bottom bracket housing 110. On the other hand is to cover the
Ball bearing 144 an annular disc arranged on the ring 145
149 provided, which rests sealingly on a round cord ring 148.
The function of the bottom bracket 100, 200 in connection with the gear mechanism 75, 175 and the locking mechanism 80, 180 formed from the individual elements is described in detail below:
Starting from a first switching position, not shown in FIG. 1, in which the coupling piece 50 is in engagement with the sprocket 30 via the corresponding recesses 33, 33 'or 34, 34', the first embodiment variant is the one at a specific speed of the Pedal cranks 55, 55 'force acting on the drive shaft 20 directly on the chain wheel 30 and from there by means of a chain 31' on the rear wheel hub of a bicycle or the like, which is in engagement with the toothing 31 of the chain wheel 30 and partially shown in FIG. 1 transfer.
The sprocket 30 rotates at the same speed as the drive shaft 20 operatively connected to the pedal cranks 55, 55 '. The direct force effect described above corresponds to a so-called overdrive.
In contrast, in the second embodiment variant, as shown in FIG. 4, the so-called overdrive is achieved in that the force flow acting on the crankshaft 155, 155 'on the drive shaft 120 via the parts 120, 150, 135, 140 and 127 on the chain wheel 130 and from there is transmitted to the rear wheel hub of the bicycle or the like by means of a chain 131 'which engages with the toothing 131 of the chain wheel 130.
For a so-called slow gear in the first embodiment variant according to FIG. 1, the force flow acting on the drive shaft 20 from the pedal cranks 55, 55 'is applied to the chain wheel 30 via the parts 20, 50, 35 and 40, 27 and from there by means of the Transfer teeth 31 of the chain wheel 30 in the engaged chain 31 'to the rear wheel hub of the bicycle or the like. The assignment of one or more pinions 40 on the sprocket 30 causes the sprocket 30 to move at a lower angular speed with respect to the disk 35 and thus also to the drive shaft 40 and the pedal cranks 55 and 55 ', which results in a translation of the pedal crank speed. The indirect force effect described above corresponds to the so-called slow gear.
In the second embodiment variant (FIG. 4), on the other hand, the so-called slow speed is achieved in that the force flow acting on the drive shaft 120 from the pedal cranks 155, 155 ', in a manner not shown, via the coupling piece 150 directly to that by means of the screw connection 129 , 129 'with the disc 132 operatively connected sprocket 130 and from there by means of the chain 131' operatively connected with the toothing 131 'to the rear wheel hub of the bicycle or the like.
In both embodiment variants according to FIG. 1 and FIG. 4, the actual switching process takes place, depending on the position, by applying slight pressure to one or the other switching element 66, 166 or 65, 165. The axis 60, 160 is moved in the direction of the arrow Z, Z 'and the coupling element 50, 150 operatively connected thereto is brought into engagement with the sprocket 30 or with the disk 35 or with the sprocket disk 132 or the disk 135. In both versions, the ball 83 of the latching mechanism 80 is pressed against the restoring force of the spring 82 by the wedge-shaped cam 84 of the latching element 85, 185 into the recess of the actuator 81, 181 until the ball 83 is released by the cam 84 and into the recess 84 'or 84 "snaps into place.
The resiliently adjustable latching mechanism 80, 180 prevents or makes it difficult to inadvertently move the switching elements 66, 65 or 166, 165 in the direction of the arrow Z or Z '.
When actuating the switching elements 65, 66 or 165, 166, depending on the sliding direction Z or Z ', one compression spring 61, 161 or the other compression spring 62, 162 is preloaded accordingly, the respective compression spring remaining preloaded until the chain wheel 30, 130 or the Disc 35, 135 with their recesses 33, 33 '; 34.34 'or 38.38'; 39, 39 'corresponds to the coupling piece 50, 150 and thus the coupling piece 50, 150 comes into engagement with the chain wheel 30, 132 or with the disk 35, 135 by the restoring force of the respective compression spring.