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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Reinschrift)
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen Freilaumechanismus zur Verwendung in einem Fahrrad und im Besonderen einen Freilaufmechanismus, welcher eine Mehrzahl von Klinken umfasst, welche im Wesentlichen gleichzeitig mit Klinkenzähnen in Eingriff gelangen, um eine Antriebskraft von Pedalen auf ein Laufrad zu übertragen.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Fahrrad bedient sich eines Freilaufmechanismus, um die Antriebskraft der Pedale und das hintere Laufrad des Fahrrades abwechselnd zu koppeln und voneinander zu lösen. Vor vielen Jahren waren die Pedale und das Hinterrad direkt gekoppelt, so dass sich die Pedale stets drehten, wenn sich das Laufrad drehte. Es wurde jedoch als erstrebenswert erkannt, einen Mechanismus vorzusehen, welcher es dem Fahrrad erlaubt, ”im Freilauf zu rollen”, d. h., dass sich die Laufräder drehen, ohne dass sich die Pedale drehen. Dieser Freilauf wurde für gewöhnlich durch die Verwendung zweier Klinken bewerkstelligt, welche einzeln gefedert sind, was den Klinken gestattet, mit Klinkenzähnen einzugreifen, wenn eine Antriebskraft aufgebracht wird, wobei die Klinken in eine Richtung in Bezug auf die Klinkenzähne gedreht werden, was den Klinken jedoch gestattet, an den Klinkenzähnen vorbei bewegt zu werden, wenn keine Antriebskraft aufgebracht wird, und die Klinken drehen sich in die in Bezug auf die Klinkenzähne andere Richtung und gestatten dadurch dem Laufrad, sich weiterhin zu drehen, ohne die Pedale zu drehen. Seit jener Zeit wurden an diesem Klinkensystem nur wenige Änderungen vorgenommen.
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Verschiedene andere Elemente wurden ebenfalls mit einem Fahrrad auf ähnliche Weise verbunden. Einige Beispiele für andere Befestigungsmechanismen, welche sich eines Klinkensystems bedienen, können den Patenten an Lohman,
US 5 004 083 A ; Yang,
US 5 083 991 A ; den beiden Patenten an Nagano,
US 5 078 664 A und
US 5 322 487 A ; und an Huang et al.,
US 5 660 083 A , entnommen werden. Allerdings sind bei diesen Patenten und bei den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen die Klinken einzeln gefedert. Dies schafft ein Problem, da es u. a. aufgrund von fertigungsspezifischen Grenzen, der ungleichmäßigen Ausdehnung von Werkstoffen unter Wärme und einer Fehlausrichtung von Teilen aufgrund der Verwendung von Kugellagern im Laufradbereich zu Unregelmäßigkeiten bei der Ausrichtung der Klinken und Klinkenzähne kommt. Diese Unregelmäßigkeiten können in ihrer Gesamtheit dazu führen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eine Klinke mit den Klinkenzähnen in Eingriff kommt. Wenn nur eine Klinke in Eingriff kommt, wird diese in vielen Fällen brechen, da die Last der Antriebskraft auf beide Klinken aufgeteilt werden soll und somit keine der Klinken fest genug ausgebildet wird, um die gesamte Kraft alleine zu tragen. Wenn eine der Klinken bricht, so wird die andere Klinke ebenfalls brechen, sobald sie mit den Klinkenzähnen in Eingriff gelangt, zumal sie die Last nicht alleine zu tragen vermag.
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Dieses Problem tritt im Bereich von Mountain-Bike-Rennen verschärft zu Tage. Beim wettkampfartigen Mountain-Bike-Fahren werden eine größere Kraft und ein höheres beim Straßenradfahren angetroffen werden. Darüber hinaus finden Mountain-Bike-Rennen häufig auf Naturpfaden statt, was die Wahrscheinlichkeit, dass Schmutz oder andere Fremdkörper in den Freilaufmechanismus eindringen und die geeignete Funktion der Klinken beeinträchtigen, erhöht. Darüber hinaus ist eine Modifikation des Systems dahingehend, dass es sich einer einzigen Klinke bedient, welche imstande ist, der Last alleine standzuhalten, nicht geeignet, da dies eine übermäßige Größen- und Gewichtszunahme bei der Klinke und beim gesamten Freilaufmechanismus voraussetzen würde, was nicht erstrebenswert ist, da Größen- und Gewichtszunahmen dazu neigen, ein Fahrrad langsamer zu machen, anstatt ihm einen Wettkampfvorteil zu verschaffen.
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Demnach ist ein Freilaufmechanismus erforderlich, welcher sich mehrfacher Klinken bedient und welcher eine Verbindung umfasst, welche das im wesentlichen gleichzeitige Eingreifen der Klinken mit den Klinkenzähnen bewirkt, um das Eingreifen von lediglich einer Klinke zu verhindern. Darüber hinaus ist es erstrebenswert, dass dieser Freilaufmechanismus der Größe oder dem Gewicht nach verglichen mit seiner Standardkonfiguration kleiner bzw. leichter ausgebildet wird. Es ist ebenso erstrebenswert, den Freilaufmechanismus derart auszubilden, dass den Unregelmäßigkeiten, welche auftreten können, Rechnung getragen wird. Die vorliegende Erfindung umfasst diese und andere wichtige Merkmale.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zur Lösung des sich aus dem Stand der Technik ergebenden Problems wird auf den im Patentanspruch angegebenen Fahrradfreilaufmechanismus verwiesen. Vorteilhafte optionale Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrradfreilaufmechanismus. Dieser Mechanismus gestattet das Eingreifen eines Antriebskörpers, welcher mit einem Fahrradzahnrad in Eingriff steht, mit einem Nabenkörper, welcher mit einem Fahrradlaufrad in Eingriff steht. Dieser Mechanismus gestattet es, das Laufrad mit der Antriebskraft zu beaufschlagen, wenn eine Antriebskraft aufgebracht wird, während er ermöglicht, dass das Fahrrad im Freilauf rollt, wenn keine Antriebskraft aufgebracht wird.
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Eine Mehrzahl von primären Klinken ist ineinanderpassend und drehbar in einer Mehrzahl von Vertiefungen in einem der Körper angebracht. Eine Mehrzahl von Klinkenzähnen ist im Allgemeinen kreisförmig am anderen der Körper angeordnet, vorzugsweise in Form eines einstückigen Ringes. Die Klinkenzähne sind so konfiguriert, dass sie mit den primären Klinken in Eingriff gelangen. Die Klinken sind im Allgemeinen kreisförmig um eine Achse angeordnet. Eine Verbindung steht mit jeder primären Klinke in Eingriff. Ein Bewegen der Verbindung dreht jede primäre Klinke und bringt dadurch die primären Klinken und Klinkenzähne im Wesentlichen gleichzeitig in Eingriff.
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Bei einer ersten Ausführungsform ist die Verbindung eine Nockenscheibe. Diese Verbindung steht mit den primären Klinken über eine Mehrzahl von Nockenschlitzen und eine Mehrzahl von Nockenstößeln in Eingriff, wobei jeder Nockenstößel mit einem der Nockenschlitze gleitend ineinanderpasst. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nockenschlitze in der Nockenscheibe ausgebildet, und die Nockenstößel sind Finger auf den primären Klinken, wobei ein Finger einer primären Klinke mit einem der Nockenschlitze in der Nockenscheibe gleitend ineinanderpasst.
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Bei einer ersten alternativen Konfiguration für diese Ausführungsform sind die Vertiefungen im allgemeinen zylindrische Hohlräume in einem der Körper, und jede primäre Klinke umfasst einen Stift, welcher mit einem der im allgemeinen zylindrischen Hohlräume ineinanderpasst. Bei einer zweiten alternativen Konfiguration für diese Ausführungsform sind die Vertiefungen ausgebildet, um im allgemeinen der Form einer Seite einer der primären Klinken zu entsprechen, und eine dieser Vertiefungen kann grösser als die übrigen Vertiefungen sein, wodurch eine sekundäre Klinke, welche in der größeren Vertiefung angebracht ist, gestattet wird, in der Vertiefung in Bezug auf die Achse drehend zu gleiten.
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Bei einer zweiten Ausführungsform ist die Verbindung ein Zahnrad. Das Zahnrad ist vorzugsweise von den primären Klinken konzentrisch außen liegend angeordnet. Jede der primären Klinken umfasst einen Zahnradabschnitt, welcher ausgebildet ist, um mit den Zähnen des Zahnrades ineinanderzupassen. Die Vertiefungen sind ausgebildet, um im allgemeinen der Gestalt einer Seite der primären Klinke zu entsprechen, und eine dieser Vertiefungen ist grösser als die übrigen Vertiefungen und gestattet dadurch der entsprechenden sekundären Klinke, welche in der größeren Vertiefung angebracht ist, in der Vertiefung drehend zu gleiten. Diese Ausführungsform kann des Weiteren eine Feder umfassen, welche die sekundäre Klinke, die in der größeren Vertiefung angebracht ist, im Uhrzeigersinn drehend in der Vertiefung vorbelastet.
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Bei einer dritten Ausführungsform umfasst die Verbindung eine Mehrzahl von Klammern und eine Mehrzahl von Bändern. Jede Klammer ist an einer der primären Klinken angebracht, und jedes Band ist an benachbarten Klammern befestigt. Die Drehung einer Klinke bewegt die Klammer, an welcher sie befestigt ist. Diese Bewegung bewirkt, dass die anderen Klammern, welche an den anderen primären Klinken befestigt sind, sich bewegen, wodurch die Mehrzahl von primären Klinken im Wesentlichen gleichzeitig gedreht wird. Die Klammern sind von den primären Klinken konzentrisch innenliegend angeordnet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Schnittansicht der allgemeinen Anordnung des Fahrradfreilaufmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Vorderansicht einer Mehrzahl von Klinkenzähnen, welche gemäß einer ersten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
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3 ist eine Vorderansicht einer Mehrzahl von Ausnehmungen, welche ausgebildet sind, um eine Mehrzahl von Klinken aufzunehmen, gemäß einer ersten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine Vorderansicht einer Nockenscheibe gemäß einer ersten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine Vorderansicht einer Klinke gemäß einer ersten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ist eine Unteransicht einer Klinke gemäß einer ersten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 ist eine schematische Ansicht, welche das Zusammenwirken der Klinkenzähne, der Klinken und der Nockenscheibe gemäß einer ersten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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8 ist eine Vorderansicht einer Nockenscheibe gemäß einer zweiten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 ist eine Vorderansicht einer Mehrzahl von Ausnehmungen, welche ausgebildet sind, um eine Mehrzahl von Klinken aufzunehmen, gemäß einer zweiten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 ist eine Vorderansicht einer Klinke gemäß einer zweiten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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11 ist eine Unteransicht einer Klinke gemäß einer zweiten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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12 ist eine Vorderansicht einer Mehrzahl von Klinkenzähnen gemäß einer zweiten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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13 ist eine schematische Ansicht, welche das Zusammenwirken der Klinkenzähne, der Klinken und der Nockenscheibe gemäß einer zweiten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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14 ist eine zweite schematische Ansicht, welche das Zusammenwirken der Klinkenzähne, der Klinken und der Nockenscheibe gemäß einer zweiten alternativen Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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15 ist eine schematische Ansicht, welche das Zusammenwirken der Klinkenzähne, der Klinken und des Zahnrades gemäß einer ersten alternativen Konfiguration einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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16 ist eine zweite schematische Ansicht, welche das Zusammenwirken der Klinkenzähne, der Klinken und des Zahnrades gemäß einer ersten alternativen Konfiguration einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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17 ist eine schematische Ansicht, welche das Zusammenwirken der Klinkenzähne, der Klinken und des Zahnrades gemäß einer zweiten alternativen Konfiguration einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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18 ist eine schematische Ansicht, welche das Zusammenwirken der Klinkenzähne, Klinken, Klammern und Bänder gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche in den Zeichnungen dargestellt wird, wird im Sinne der Deutlichkeit eine bestimmte Terminologie verwendet. Es wird jedoch nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese derart gewählten spezifischen Termini zu beschränken, und es wird festgehalten, dass jeder spezifische Terminus alle technischen Äquivalente umfasst, welche auf ähnliche Weise funktionieren, um einen ähnlichen Zweck zu. erfüllen. Beispielsweise werden häufig das Wort ”verbunden” oder diesem ähnliche Begriffe verwendet. Diese sind nicht auf direkte Verbindung beschränkt, sondern umfassen Verbindung über andere Elemente in Fällen, in denen eine derartige Verbindung von einschlägig versierten Fachleuten als gleichwertig erkannt wird. Einschlägig versierten Fachleuten wird auch klar sein, dass es zahlreiche und in Hinkunft zusätzliche alternative Elemente geben kann, welche als gleichwertig erkannt werden, da sie dieselben Funktionen vorsehen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wenden wir uns zunächst 1 zu, welche die allgemeine Konfiguration der Konstruktion eines Fahrrades, welche den Fahrradfreilaufmechanismus 10 umgibt, darstellt. Wie bei Freilaufmechanismen üblich ist, ermöglicht der Fahrradfreilaufmechanismus 10 das Eingreifen eines Antriebskörpers 12 mit einem Nabenkörper 14. Der Antriebskörper 12 steht mit zumindest einem Fahrradzahnkranz (nicht dargestellt) in Eingriff. Der Nabenkörper 14 steht mit einem Fahrradlaufrad (nicht dargestellt) in Eingriff. Beim Gebrauch ist der Fahrradzahnkranz treibend mit den Pedalen des Fahrrades (nicht dargestellt) gekoppelt, für gewöhnlich über eine Kette (nicht dargestellt). Ein Benutzer beaufschlagt das Laufrad durch Treten in die Pedale des Fahrrades mit einer Antriebskraft, und die Kraft wird über den Antriebskörper 12, den Freilaufmechanismus 10 und den Nabenkörper 14 auf das Laufrad übertragen. Wenn ein Benutzer nicht in die Pedale des Fahrrades tritt, ermöglicht der Freilaufmechanismus 10, dass der Antriebskörper 12 und der Nabenkörper 14 außer Eingriff gelangen, um zu ermöglichen, dass sich Laufrad und Nabenkörper 14 weiterhin drehen, ohne dass sich der Antriebskörper 12, die Zahnräder, Zahnkränze und Pedale ebenfalls drehen. Dieser Betrieb entspricht dem herkömmlichen Stand der Technik, und die vorliegend offenbarten Konfigurationen werden dazu verwendet, dieses Ergebnis zu erzielen. Die übrigen Figuren und die Beschreibung gelten in erster Linie der Konstruktion des Freilaufmechanismus 10, welcher die Erfindung darstellt.
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2–7 zeigen eine erste alternative Konfiguration einer ersten Ausführungsform des Freilaufmechanismus 10, wobei die Verbindung eine Nockenscheibe ist. 2 zeigt eine Mehrzahl von Klinkenzähnen 16, welche im Allgemeinen kreisförmig um eine Achse 17 auf dem Antriebskörper 12 angeordnet sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Klinkenzähne 16 einstückig wie darstellt in einem Ring ausgebildet.
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3 zeigt eine Vorderansicht des Nabenkörpers 14, welcher eine Mehrzahl zylindrischer Hohlräume 18 und eine Mehrzahl von im Allgemeinen ovalen Rillen 20 umfasst. Jede Klinke 22 umfasst, wie aus 5 und 6 hervorgeht, einen Stift 24, welcher mit einem der zylindrischen Hohlräume 18 zusammenpasst. Das Anordnen des Stiftes 24 in einen der zylindrischen Hohlräume 18 bewirkt, dass die Klinke 22 drehbar im Hohlraum angebracht ist. Da die zylindrischen Hohlräume 18 im Allgemeinen kreisförmig um die Achse 17 angeordnet sind, sind die Klinken 22 ebenfalls im Allgemeinen kreisförmig um die Achse 17 angeordnet, sobald die Klinken 22 in den Hohlräumen 18 angeordnet wurden.
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4 zeigt die Nockenscheibe 26, welche als Verbindung zwischen den Klinken 22 verwendet wird. Die Nockenscheibe 26 umfasst eine Mehrzahl von Nockenschlitzen 28. Die Nockenscheibe 26 ist in einer mittleren Ausnehmung 30 im Nockenkörper 14 angeordnet und weist eine Mehrzahl von Fortsätzen 32 auf, welche in die Auszackungen 34 der mittleren Ausnehmung 30 passen, jedoch nicht so breit wie die Auszackungen 34 sind, so dass die Nockenscheibe 26 um die Achse 17 drehbar ist, wenn sie in der mittleren Ausnehmung 30 angeordnet wird. Wie am deutlichsten aus 5 und 6 hervorgeht, umfasst jede Klinke 24 einen Finger 36, welcher als Nockenstößel wirkt und mit einem der Nockenschlitze 28 gleitend ineinanderpasst. Der Nockenstößel 36 verläuft durch den Nockenschlitz 28 und in eine der ovalen Rillen 20.
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Das Zusammenwirken dieser Elemente beim Gebrauch wird in 7 ausführlicher beschrieben. Wie gezeigt wird, ist der Stift 24 der Klinke 22 innerhalb des zylindrischen Hohlraumes 18 drehbar gelagert. Der Finger 36 passt gleitend mit dem Nockenschlitz 28 ineinander und wird durch den Nockenschlitz 28 in den ovalen Hohlraum 20 bewegt. Wenn sich die Nockenscheibe 26 in der in 7 dargestellten Position befindet, kommt die Klinke 22 mit den Klinkenzähnen 16 in Eingriff. Wird die Nockenscheibe 26 gegen den Uhrzeigersinn oder nach links gedreht, so wird der Finger 36 als ein Nockenstößel dienen und im Nockenschlitz 28 und in der ovalen Ausnehmung 20 nach außen gleiten. Diese Drehung der Nockenscheibe 26 bringt die Klinke 22 außer Eingriff mit den Klinkenzähnen 16. Steht die Klinke 22 mit den Klinkenzähnen 16 in Eingriff, so wird die Antriebskraft von den Pedalen über diesen Eingriff auf das Laufrad übertragen. Steht die Klinke 22 außer Eingriff, so werden die Pedale nicht gedreht, das Laufrad dreht sich jedoch weiter und das Fahrrad rollt im Freilauf.
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Die Drehung der Nockenscheibe 26 wird durch ein sekundäres Klinkensystem 38 bewirkt. Das sekundäre Klinkensystem umfasst eine Mehrzahl von Ausnehmungen 40, welche in einem Winkel zur Oberfläche der Klinkenzähne 16 ausgebildet sind, wie auch aus 2 hervorgeht, in welchen eine Mehrzahl von Stiftklinken 42 angeordnet werden, von denen jede eine Feder aufweist, welche jene Stiftklinke 42 im Allgemeinen aus der jeweiligen gewinkelten Ausnehmung vorbelastet, in welcher sie angeordnet ist. Wenn das Fahrrad im Freilauf rollt, drehen sich die Klinken 22 und die Nockenscheibe 26 im Uhrzeigersinn in Bezug auf die Stiftklinken 42. Jede Stiftklinke 42 erstreckt sich aus der gewinkelten Ausnehmung 40 und bewegt sich sequentiell in die und aus den Nockenlöchern 44, welche in der Nockenscheibe 26 kreisförmig angeordnet sind, was auch in 4 dargestellt wird. Wenn die Pedale gedreht werden, drehen sich der Antriebskörper 12 und folglich die Klinkenzähne 16 und Stiftklinken 42 im Uhrzeigersinn. Jede Stiftklinke 42 bewegt sich durch eines der Nockenlöcher 44 in der Nockenscheibe 26 und bleibt dort und dreht dadurch die Nockenscheibe 26 im Uhrzeigersinn und in die in 7 dargestellte Position. Zwar wird in 7 nur eine Klinke 22 dargestellt, die anderen Klinken 22 funktionieren aber auf gleiche Weise. Die Drehung der Nockenscheibe 26 im Uhrzeigersinn führt dazu, dass alle Klinken 22 im wesentlichen gleichzeitig mit den Klinkenzähnen 16 in Eingriff gelangen, da sich alle Klinken 22 durch ihren Eingriff mit der Verbindung sich gemeinsam bewegen. Werden die Pedale nicht mehr getreten, so bleiben die Stiftklinken 42 durch die Nockenlöcher 44 in der Nockenscheibe 26 angeordnet, bis die Nockenscheibe 26 zu einer gegen den Uhrzeigersinn liegenden Position gedreht wird, was die Klinken 22 im Wesentlichen gleichzeitig außer Eingriff mit den Klinkenzähnen 16 bringt.
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Eine Vielfalt von Modifikationen kann an dieser ersten alternativen Konfiguration der ersten Ausführungsform vorgenommen werden. Erstens können die Klinken 22 auf dem Antriebskörper 12 angeordnet werden, und Klinkenzähne 16 können auf dem Nabenkörper 14 angeordnet werden. Zweitens können die Klinken 22 von den Klinkenzähnen 16 konzentrisch innenliegend und nicht wie dargestellt außenliegend angeordnet werden. Die Klinkenzähne 16 können, anstatt einstückig in einem Ring ausgebildet zu sein, einzeln an einem der Körper 12, 14 angebracht werden. Darüber hinaus kann der Eingriff des Nockenschlitzes 28 und des Nockenstössels 36 modifiziert werden. Der Nockenstößel kann ein Finger sein, welcher an der Nockenscheibe 26 angebracht oder damit einstückig ausgebildet ist, wobei diesfalls die Klinke 22 einen Nockenschlitz umfassen würde. Darüber hinaus kann eine andere Art von sekundärem Klinkensystem, beispielsweise eine federbelastete Nase oder andere, ähnliche im Stand der Technik bekannte Systeme anstatt der dargestellten Stiftklinken 42 vorgesehen werden. Schließlich zeigt die bevorzugte Ausführungsform die Verwendung von sechs Klinken 22. Die Verwendung von sechs Klinken 22 wird bevorzugt, ist jedoch nicht wesentlich. Da mehr als die standardmäßigen zwei Klinken verwendet werden, können die Klinken 22 kleiner und auch aus einem leichteren Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium, an Stelle des zur Zeit für die Herstellung von Klinken verwendeten Stahls hergestellt werden, da die Last von den Pedalen auf mehr Klinken 22 aufgeteilt wird und somit jede Klinke 22 nicht so fest wie die derzeit verwendeten Klinken zu sein hat. Die genaue Anzahl, Konfiguration, Gestalt und der genaue Werkstoff, welche für die Klinken verwendet werden, können von einem einschlägig versierten Fachmann für eine bestimmte gewünschte Festigkeit modifiziert werden. Alle diese Modifikationen fallen in den Umfang der Erfindung.
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8–14 zeigt eine zweite alternative Konfiguration der ersten Ausführungsform des Freilaufmechanismus 10, wobei die Verbindung eine Nockenscheibe ist. 12 zeigt eine Mehrzahl von Klinkenzähnen 50, welche im Allgemeinen kreisförmig um eine Achse 52 auf dem Nabenkörper 14 angeordnet sind. Die Klinkenzähne 50 weisen vorzugsweise die Form eines Ringes, wie dargestellt wird, auf. 9 ist eine Vorderansicht des Antriebskörpers 12, welcher eine Mehrzahl von Vertiefungen 56 umfasst, welche ausgebildet sind, um im Allgemeinen der Gestalt einer Seite 58 einer der Klinken 60 zu entsprechen, welche am besten in 10 zu ersehen ist. Die Mehrzahl von Vertiefungen 56 sind im Allgemeinen kreisförmig um die Achse 52 angeordnet. Das Anordnen der Klinken 60 in den Vertiefungen 56 bewirkt, dass die Klinken 60 drehbar in den Vertiefungen 56 angebracht werden und demnach im Allgemeinen kreisförmig um die Achse 52 angeordnet sind.
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8 veranschaulicht die Nockenscheibe 62, welche als eine Verbindung zwischen den Klinken 60 verwendet wird. Die Nockenscheibe 62 umfasst eine Mehrzahl von Nockenschlitzen 64. Die Nockenscheibe 62 wird in einer mittleren Ausnehmung 66 im Klinkenzahnring 68 angeordnet. Der Nockenscheibendurchmesser D entspricht annähernd dem Durchmesser d der mittleren Ausnehmung, und die Nockenscheibe 62 kann sich ungehindert um die Achse 52 drehen, wenn sie in der mittleren Ausnehmung 66 angeordnet wird. Wie am deutlichsten aus 10 und 11 hervorgeht, umfasst jede Klinke 60 einen Finger 70, welcher als Nockenstößel dient und mit einem der Nockenschlitze 64 gleitend ineinanderpasst.
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Das Zusammenwirken dieser Elemente beim Gebrauch wird in 13 und 14 ausführlicher dargestellt. Wie aus 13 hervorgeht, werden die Klinken 60 in den Ausnehmungen 56 angeordnet. Der Finger 70 passt mit dem Nockenschlitz 64 gleitend ineinander. Wenn sie sich in der in dieser Figur dargestellten Position befindet, steht die Klinke 60 mit den Klinkenzähnen 50 in Eingriff. Wird die Nockenscheibe 62 im Uhrzeigersinn oder nach rechts gedreht, wirkt der Finger 70 als ein Nockenstößel und gleitet einwärts in den Nockenschlitz 64. Diese Drehung der Nockenscheibe 62 bringt die Klinke 60 außer Eingriff mit den Klinkenzähnen 50.
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Die Klinken 60 sind durch Verwendung einer herkömmlichen Schlingfeder 72 auf herkömmliche Weise vorbelastet, um sich im allgemeinen gegen den Uhrzeigersinn in den Vertiefungen 56 zu drehen. Allerdings setzt die Verwendung der Nockenscheibe 62 voraus, dass alle Klinken 60 im Wesentlichen gleichzeitig mit den Klinkenzähnen 50 in Eingriff kommen und auch im Wesentlichen gleichzeitig außer Eingriff gebracht werden. Die Verwendung der Nockenscheibe 62 verhindert das Eingreifen von nur einer Klinke 60, wenngleich jede Klinke 60 einzeln durch die Schlingfeder 72 gefedert ist, wie der herkömmlichen Praktik entspricht, da sich die Nockenscheibe 62 nur dreht, wenn sich alle Klinken 60 ungehindert bewegen können. Werden eine oder mehrere Klinken 60 daran gehindert, in Eingriff zu gelangen, da ein bestimmter Klinkenzahn 50 nicht passiert wurde, so wird keine der Klinken in Eingriff gelangen, da ihre Bewegung durch die Nockenscheibe 62 vorgegeben wird.
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Bei dieser Ausführungsform kann eine Abänderung vorgenommen werden, welche den im Wesentlichen gleichzeitigen Eingriff aller Klinken 60 weiter absichert. Durch die Fertigung oder das Benützen von Fahrrädern kann es zu verschiedenen Unregelmäßigkeiten beim Freilaufmechanismus kommen. Dazu gehören: Unterschiede in der Größe der Klinkenzähne, der Klinken und anderer Komponenten aufgrund von Toleranzen, das nicht absolut zentrisch Laufen der Nabe aufgrund von Lagergrenzen und die ungleichmäßige Wärmeausdehnung der verwendeten Werkstoffe. Um diese Unregelmäßigkeiten zu kompensieren wird eine Hauptvertiefung 74 verwendet. Die Hauptvertiefung 74 ist grösser als die übrigen Vertiefungen 56. Eine Hauptklinke 76 wird in der Hauptvertiefung 74 angeordnet. Die Verwendung der Hauptvertiefung 74 und der Hauptklinke 76 ist aus 14 deutlicher zu ersehen.
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Wie in 14 dargestellt wird, beaufschlagt die Schlingfeder 72 ein erstes Ende 78, 80 jeder Klinke 60, 76 mit einer Vorbelastung. Diese Vorbelastung treibt das erste Ende 78, 80 in Bezug auf die Achse 52 einwärts und im Uhrzeigersinn in die Vertiefungen 56, 74, und, wie aus 13 hervorgeht, dreht diese die Klinken 60, 76 gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf die Vertiefungen 56, 74, um zu bewirken, dass sich die freien Enden 82, 84 der Klinken 60, 76 nach außen bewegen und mit den Klinkenzähnen 50 in Eingriff gelangen. Allerdings werden sich, wie oben erwähnt wurde, die freien Enden 82, 84 nicht bewegen, bis alle freien Enden 82, 84 die Klinkenzähne 50 passiert haben.
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Bei besonderer Betrachtung der Hauptklinke 76 zeigt sich, dass die Hauptklinke 76 aufgrund der Vorbelastung durch die Feder 72 in Bezug auf die Achse 52 im Uhrzeigersinn drehend in der Hauptvertiefung 74 angeordnet wird. Da die Hauptklinke 76 im wesentlichen dieselbe Größe wie die anderen Klinken 60 aufweist, die Hauptvertiefung 74 jedoch grösser als die übrigen Vertiefungen 56 ist, ist das freie Ende 84 der Hauptklinke 76 das letzte der freien Enden 82, 84, welches beim Rollen im Freilauf einen Klinkenzahn 50 passiert, d. h., wenn sich die Klinkenzähne 50 in Bezug auf die Klinken 60, 76 im Uhrzeigersinn bewegen, da es in Uhrzeigersinnrichtung in Bezug auf die Klinkenzähne 50 ferner liegt als jedwede der übrigen Klinken 60. 14 zeigt die Anordnung jedes der freien Enden 82, 84 zu einem Zeitpunkt, zu dem alle freien Enden 82 außer dem freien Ende 84 der Hauptklinke durch Drehung die Spitzen 86 der Klinkenzähne 50 passiert haben. Da das freie Ende 84 der Hauptklinke nicht passiert hat, können sich die freien Enden 82 der übrigen Klinken 60 infolge des Zwanges durch die Nockenscheibe 62 nicht nach außen drehen. Sobald das freie Ende der Hauptklinke 84 die Spitze 86 des Klinkenzahnes 50 passiert hat, drückt die Feder 72 das freie Ende 84 der Hauptklinke nach außen, wobei die Nockenscheibe 62 gegen den Uhrzeigersinn gedreht und die freien Enden 82 der übrigen Klinken 60 nach außen gedrückt werden. Da die Hauptklinke 76 im Uhrzeigersinn drehend in der Hauptvertiefung 74 bleibt, berührt das freie Ende 84 der Hauptklinke den nächsten Klinkenzahn 50 in der Nähe des Fußes 88 des Klinkenzahnes 50. Die freien Enden 82 der übrigen Klinken werden die entsprechenden Klinkenzähne 50 weiter entlang dem Klinkenzahn 50 oder ungefähr bei 90 berühren. Die Bedeutung dieser Orte liegt in der Positionierung der Klinken 60, 76, wenn eine Last aufgebracht wird.
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Aus einer neuerlichen Betrachtung von 13 geht hervor, dass sich, wenn Last aufgebracht wird, die Klinkenzähne 50 in Bezug auf die Klinken 60, 76 gegen den Uhrzeigersinn drehen, ehe die Klinkenzähne 50 und die Klinken 60, 76 in Eingriff gelangen und sich gemeinsam drehen, wobei jedes der freien Enden 82, 84 gegen den Fuß 88 eines bestimmten Klinkenzahnes 50 anliegt, wodurch eine Last vom Antriebskörper 12 auf den Nabenkörper 14 übertragen wird. Allerdings ist die Lage der Hauptklinke 76 in der Hauptvertiefung 74 modifiziert. Da die Feder 72 die Hauptklinke 76 mit einer im Uhrzeigersinn drehenden Vorbelastung beaufschlagt, berührt die Hauptklinke 76 als erste den Fuß 88 eines bestimmten Klinkenzahnes 50, nachdem die Last aufgebracht wird. Sobald die Hauptklinke 76 den Fuß 88 des Klinkenzahnes 50 berührt, überwindet die Kraft vom Klinkenzahn 50 auf die Hauptklinke 76 die Drehkraft von der Feder 72, wobei die Hauptklinke 76 in der Hauptvertiefung 74 gegen den Uhrzeigersinn verschoben wird. Die Hauptklinke 76 überträgt oder trägt Last nur dann, wenn sie die Rückseite 92 der Hauptvertiefung 74 berührt. Wenn dieser Kontakt erfolgt, kommen auch die übrigen Klinken 60 mit den Füssen 88 der entsprechenden Klinkenzähne 50 in Berührung, wie aus 13 hervorgeht. Sobald keine Last mehr aufgebracht wird, verschiebt die Kraft der Feder 72 die Hauptklinke 76 wiederum im Uhrzeigersinn drehend in der Hauptvertiefung 74, was ermöglicht, dass die Klinken 60, 76 wirken, wie in Zusammenhang mit 14 oben beschrieben wurde.
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Wenn die Hauptklinke 76 verwendet wird, muss die Kraft der Schlingfeder 72 zwischen der Hauptklinke 76 und den übrigen Klinken 60 unterschiedlich sein. Da alle Klinken 60, 76 unter Verwendung der Schlingfeder 72 vorbelastet werden, wird, wenn die Vorbelastungskraft auf die Nebenklinken 60 zu groß ist, diese Kraft über die Nockenscheibe 62 auf die Hauptklinke 76 übertragen. Wenn alle Klinken 60, 76 identisch ausgebildet sind, ist diese Kraft ausreichend, um die Hauptklinke 76 gegen den Uhrzeigersinn in der Hauptvertiefung 74 zu verschieben, wodurch dadurch das freie Ende der Hauptklinke 84 vorzeitig in Eingriff mit einem Klinkenzahn 60 gedrückt und der Zweck des Verwendens der Hauptklinke 76 zunichte gemacht wird.
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Demzufolge muss die Hauptklinke 76 ausgebildet werden, um eine größere Vorbelastungskraft als die übrigen Klinken 60 aufzunehmen. Dies wird vorzugsweise durch Manipulieren der Konfiguration der Klinken 60, 76 bewerkstelligt, um die Schlingfeder 72 dazu zu veranlassen, die Klinken 60 an einem anderen Ort als die Hauptklinke 76 zu berühren, wobei der Berührungspunkt zwischen der Schlingfeder 72 und der Hauptklinke 76 vorzugsweise weiter von der Achse entfernt liegt, um welche sich die Hauptklinke 76 im allgemeinen dreht, als der Berührungspunkt zwischen der Schlingfeder 72 und den übrigen Klinken 60. Die Verwendung dieser Art von Konfiguration bewirkt, dass die Kraft der Schlingfeder 72 auf die Hauptklinke 76 grösser ist als jene auf die übrigen Klinken 60, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines verfrühten Verschiebens der Hauptklinke 76 verringert wird.
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An dieser Ausführungsform können auch eine Vielfalt von Modifikationen vorgenommen werden. Erstens werden, wie bereits festgehalten wurde, die Verwendung einer Hauptklinke 76 und einer Hauptvertiefung 74 bevorzugt, sind jedoch nicht entscheidend, und alle Vertiefungen 56 können dieselbe Größe aufweisen. Zweitens kann der Eingriff des Nockenschlitzes 64 und des Nockenstössels 70 modifiziert werden. Der Nockenstößel kann ein Finger sein, welcher an der Nockenscheibe 62 angebracht oder damit einstückig ausgebildet ist, wobei diesfalls die Klinken 60, 76 Nockenschlitze umfassen würden. Darüber hinaus können die Klinken 60, 76 am Nabenkörper 14 und die Klinkenzähne 50 am Antriebskörper 12 angeordnet werden. Alle diese und andere vorhin erwähnte Modifikationen fallen in den Umfang der Erfindung.
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15 und 16 veranschaulichen eine erste alternative Konfiguration einer zweiten Ausführungsform des Freilaufmechanismus 10, wobei die Verbindung ein Zahnrad ist. Viele der Merkmale dieser Ausführungsform ähneln jenen, welche in Zusammenhang mit der in 8–14 gezeigten Ausführungsform abgebildet und beschrieben wurden. Die Klinkenzähne 102 sind wiederum im Allgemeinen kreisförmig rund um eine Achse 104 auf dem Nabenkörper 14 angeordnet. Der Antriebskörper 12 umfasst eine Mehrzahl von Vertiefungen 106, 108, welche ausgebildet sind, um im Allgemeinen der Form einer Seite 110 einer der Klinken 112, 114 zu entsprechen. Die Klinken 112, 114 sind auf dieselbe Weise ausgestaltet wie die in 11 dargestellte Klinke, jedoch umfassen die Klinken 112, 114 dieser Ausführungsform keinen Finger, da keine Nockenscheibe verwendet wird. Eine Schlingfeder 116 wird wiederum als eine Vorbelastung verwendet, um die freien Enden 118, 120 der Klinken 112, 114 nach außen zu drücken, und die Klinken 112, 114 sind wiederum unterschiedlich konfiguriert, um ungleiche Vorbelastungskräfte zu erreichen. Die Funktion der Konstruktion dieser Ausführungsform ist dieselbe wie jene, welche in Verbindung mit der Ausführungsform von 8–14 besprochen wurde, abgesehen davon, dass anstelle einer Nockenscheibe ein Zahnrad 100 als Verbindung dient.
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Die Klinken 112, 114 sind, um mit den Klinkenzähnen 102 im Wesentlichen gleichzeitig in Eingriff zu gelangen, über ein Zahnrad 100 verbunden, welches um die Achse 104 drehbar ist. Das Zahnrad umfasst Zähne 122, welche mit einem Zahnradabschnitt 124, 126, welcher auf jeder Klinke 112, 114 angeordnet ist, ineinanderpassen. Bei der bevorzugten abgebildeten Ausführungsform befindet sich das Zahnrad 100 konzentrisch außerhalb der Klinken 112, 114.
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Wie in der Ausführungsform aus 8–14 dargestellt wurde, ist es erstrebenswert, auch eine Hauptklinke 114 vorzusehen, welche in einer Hauptvertiefung 108 liegt, die grösser als die übrigen Vertiefungen 106 ist. Allerdings beeinträchtigen die Erfordernisse des Zahnrades 100 die Fähigkeit der Feder 116, die Hauptklinke 114 in der Hauptvertiefung 108 im Uhrzeigersinn drehend vorzubelasten. Da die Verwendung des Zahnrades 100 und des Zahnradabschnittes 126 auf der Hauptklinke 114 erfordern, dass die Zahnradzähne 122 und der Zahnradabschnitt 126 in dauerndem Kontakt bleiben, um geeignet zu funktionieren, ist der zulässige radiale Bewegungsbereich der Hauptklinke 114 im Vergleich mit der früher beschriebenen Ausführungsform aus 8–14 begrenzt. Es ist daher erstrebenswert, eine sekundäre Feder 128 vorzusehen, welche diese Vorbelastung ausführt. Darüber hinaus werden sich, nur wenn sich alle Klinken 112, 114 ungehindert drehen können, um mit den Klinkenzähnen 102 in Eingriff zu gelangen, die Klinken 112, 114 im Wesentlichen gleichzeitig drehen, da das Zahnrad 100 sie daran hindert, sich unabhängig voneinander zu drehen. Bei dieser Ausführungsform wird die Vorbelastung der sekundären Feder 128 wieder durch die Kraft vom Klinkenzahn 102 auf das freie Ende 120 der Hauptklinke 114 überwunden, was bewirkt, dass die Hauptklinke 114 in Bezug auf die Achse 104 gegen den Uhrzeigersinn drehend in der Hauptvertiefung 108 verschoben wird. Die Vorbelastung von der Feder 128 gewinnt wieder die Oberhand, wenn die Hauptklinke 114 und demzufolge die anderen Klinken 112 außer Eingriff mit den Klinkenzähnen 102 gelangen.
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Es ist von Bedeutung, dass, wenn eine Hauptklinke 114 verwendet wird, das Zahnrad 100 im Sinne der Fähigkeit der Hauptklinke 114, in der Hauptvertiefung 108 verschoben zu werden, konzentrisch außerhalb der Klinken 112, 114 angeordnet wird. Wenn die Hauptklinke 114 im Uhrzeigersinn drehend in der Hauptvertiefung 108 verschoben wird, dreht sich das Zahnrad 100 geringfügig im Uhrzeigersinn. Diese Drehung des Zahnrades 100 dreht die übrigen Klinken 112 im Uhrzeigersinn weiter in ihre entsprechenden Vertiefungen, was weiters die freien Enden 118 daran hindert, mit den Klinkenzähnen 102 in Eingriff zu geraten. Wenn das Zahnrad 100 anstatt dessen von den Klinken 112, 114 konzentrisch innenliegend angeordnet und eine Hauptklinke 114 verwendet wird, würde der gegenteilige Effekt eintreten und die freien Enden 118 würden sich drehen, um sich nach außen zu erstrecken, was nicht erstrebenswert ist. Daher wird vorgezogen, ein konzentrisch außenliegendes Ringzahnrad 100 mit der Hauptklinke 114 zu verwenden.
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An der vorliegenden Ausführungsform können einige Modifikationen vorgenommen werden. Wie vorhin erwähnt wurde, kann die Position der Klinkenzähne 102 und Klinken 112, 114 verändert werden. Wenn die Klinken 112, 114 positioniert werden, um von den Klinkenzähnen 102 konzentrisch außen zu liegen, sollte das Zahnrad 100 von den Klinken 112, 114 konzentrisch innen angeordnet werden, wobei die Zahnradzähne 122 nach außen weisen. Darüber hinaus kann bei dieser Ausführungsform anstelle des Zahnrades ein Riemensystem verwendet werden, durch welches ein Zahnrad für gewöhnlich ersetzt werden kann. Alle diese sowie andere vorhin genannte Modifikationen fallen in den Umfang dieser Erfindung.
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Wie oben erwähnt wurde, muss eine andere Konfiguration verwendet werden, wenn das Zahnrad von den Klinken konzentrisch innenliegend angeordnet werden soll. Diese zweite alternative Konfiguration der zweiten Ausführungsform, bei welcher die Verbindung ein Zahnrad ist, wird in 17 dargestellt. Wird diese Konfiguration verwendet, so sind alle Klinken 200 und Vertiefungen 202 im Wesentlichen identisch. Die Schlingfeder 204 beaufschlagt jede Klinke 200 im Wesentlichen gleich. Jede Klinke 200 umfasst einen Zahnradabschnitt 206, welcher mit den Zähnen 208 auf dem Zahnrad 210 zusammenpasst. Da die Verwendung einer Hauptklinke bei dieser bestimmten Konfiguration bewirkt, dass sich die freien Enden 212 der Klinken 200 nach außen drehen, wenn die Hauptklinke im Uhrzeigersinn drehbar ist, was nicht erstrebenswert ist, wird bei dieser Konfiguration keine Hauptklinke verwendet. Die oben in Zusammenhang mit den vorhin beschriebenen Ausführungsformen erwähnten Modifikationen, können auch an dieser Ausführungsform vorgenommen werden.
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Eine dritte Ausführungsform wird in 18 dargestellt. Bei dieser dritten Ausführungsform wird das Zahnrad durch ein Klammer-und-Band-System ersetzt. Diese Ausführungsform bedient sich derselben Hauptklinke und sekundären Vorbelastung wie jene, welche oben dargestellt und beschrieben wurde, und somit werden diese Merkmale an dieser Stelle nicht ausführlich besprochen. Bei dieser Ausführungsform ist eine Klammer 150 an jeder Klinke 152 befestigt. Die Klammer 150 umfasst zwei Seitenplatten 154 und einen Stift 156, welcher die beiden Seitenplatten 154 verbindet. Ein Band 158 ist an den Klammern 150 zweier benachbarter Klinken 152 drehbar befestigt. Das Band 158 ist vorzugsweise relativ unelastisch und kann eine Stange sein. Wenn alle freien Enden 160 der Klinken 152 ungehindert mit den Klinkenzähnen 162 in Eingriff gelangen können, werden sich die Klinken aufgrund der Wirkung der Bänder 158 und Klammern 150, welche die Klinken 152 veranlassen, sich im wesentlichen gleichzeitig zu bewegen, im wesentlichen gleichzeitig drehen. Die Vorsichtshinweise hinsichtlich der Verwendung der Hauptklinke und der Anordnung der Verbindung sind bei dieser Ausführungsform dieselben wie jene, welche in Zusammenhang mit der in 15 und 16 gezeigten Ausführungsform genannt wurden. Andere Modifikationen, welche jenen, die in Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen angeführt wurden, ähneln, können auch hinsichtlich dieser Ausführungsform vorgenommen werden.
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Ein Durchschnittsfachmann ist in der Lage, eine Reihe anderer Modifikationen an den offenbarten bevorzugten Ausführungsformen vorzunehmen, ohne von der Wesensart dieser Erfindung abzuweichen. Beispielsweise bedienen sich die Verbindungen, welche im Besonderen als bevorzugte Ausführungsformen offenbart wurden, allesamt einer Drehbewegung, um jede der Klinken zu drehen, um zu bewirken, dass die Klinken mit den Klinkenzähnen im Wesentlichen gleichzeitig in Eingriff gelangen. Allerdings könnten andere, weniger bevorzugte Konfigurationen verwendet werden. Beispielsweise könnte eine Verbindung verwendet werden, welche eine lineare oder andere nicht drehende Bewegung vorsieht, verwendet werden, um jede Klinke zu drehen. Darüber hinaus könnten die Klinken modifiziert werden, um die Klinken durch eine radial lineare oder andere nicht drehende Bewegung in oder außer Eingriff zu bringen. Diese und andere Modifikationen von einem ähnlichen Typ fallen in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
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Auch wenn bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich offenbart wurden, muss festgehalten werden, dass verschiedene Modifikationen realisiert werden können, ohne von der Wesensart der Erfindung oder dem Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.