DE10145174A1 - Elektrisch angetriebene Betätigungsvorrichtung, insbesondere zur Steuerung von Fahrradkomponenten, beispielsweise von einem vorderen oder hinteren Kettenumwerfer - Google Patents

Abstract

Elektrisch angetriebene Betätigungsvorrichtung, insbesondere zur Steuerung einer Fahrradkomponente, beispielsweise eines vorderen oder rückwärtigen Kettenumwerfers, umfassend einen elektrischen Motor (2) mit einer Ausgangswelle (3), einer Antriebswelle (11), die drehbar im Gehäuse (10) der Betätigungsvorrichtung (1) befestigt und mit der Ausgangswelle (3) des Elektromotors (2) mittels eines Übergangsstückes (9) verbunden ist, sowie einen Winkellagesensor (25) der Antriebswelle (11), der im Gehäuse (10) der Betätigungsvorrichtung eingebaut ist und aus einem Drehpotentiometer besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Betätigungsvorrichtung, insbesondere zur Steuerung einer Fahrradkomponente, beispielsweise eines vorderen oder hinteren Kettenumwerfers, der Bauart umfassend:

• - einen elektrischen Motor mit einer Ausgangswelle,
• - einer angetriebenen Welle, die im Gehäuse der Betätigungsvorrichtung drehbar be­ festigt und mit der Ausgangswelle des elektrischen Motors mittels einer Unterset­ zungsvorrichtung verbunden ist, und
• - einen Winkellagesensor der Antriebswelle.

Eine Betätigungsvorrichtung der obigen Bauart ist in der US-5,480,356 der Anmelderin beschrieben und gezeigt. Bei dieser bekannten Lösung besteht der Winkellagesensor der Antriebswelle aus einem Encoder, der eine optische oder magnetische Leseeinrich­ tung umfasst, die mit einer mit der Antriebswelle verbundenen Platte zusammenwirkt. Bei dieser bekannten Lösung wird die Betätigungsvorrichtung dazu verwendet, den hinteren Kettenumwerfer eines Fahrrads, der eine mit Gelenken versehene Parallelo­ grammverbindung mit der entlang einer Diagonale des Parallelogramms angeordneten Betätigungsvorrichtung umfasst, zu steuern. Die Antriebswelle ist mit einer Schraube verbunden, die in eine Schnecke eingreift, welche wiederum an einem der Scheitel­ punkte der Parallelogrammverbindung befestigt ist, so dass die Drehung der Antriebs­ welle eine Verlängerung oder Verkürzung der Diagonale der Parallelogrammverbindung bewirkt. Als Folge wird die Geometrie der Parallelogrammverbindung verändert und ein Umschalten des beweglichen Teils des Kettenumwerfers bewirkt und dadurch die Kette des Fahrrads auf einer Vielzahl von Zahnrädern, die der Nabe des Hinterrades des Fahrrads zugeordnet ist, umgeschaltet. In der Vergangenheit hat die Anmelderin auch vorgeschlagen, eine Betätigungsvorrichtung der oben beschriebenen Art zu verwenden, um einen vorderen Kettenumwerfer eines Fahrrades anzusteuern. In diesem Fall ist die Betätigungsvorrichtung entweder direkt oder über eine Getriebeeinrichtung mit einem Hebel verbunden, der ein einstückiges Teil des durch einen der Arme der vorderen Pa­ rallelogrammverbindung des Kettenumwerfers gebildeten Körpers ist.

Die Anmelderin hat außerdem einen (vorderen oder hinteren) Kettenumwerfer für ein Fahrrad vorgeschlagen, der mit einer elektrischen Betätigungsvorrichtung der oben be­ schriebenen Bauart ausgestattet ist und anstelle des oben beschriebenen Encoders ei­ nen elektrischen Absolutwertaufnehmer, üblicherweise ein Drehpotientiometer, umfasst, der dem Kettenumwerfer zugeordnet ist, beispielsweise in einer Position, die einer der Gelenke der Parallelogrammverbindung des Kettenumwerfers der vorangegangen italienischen Patentanmeldung entspricht, die am 23. November 1999 angemeldet wurde und zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung noch nicht offengelegt war.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorangehend beschriebenen Vor­ schläge weiter zu verbessern und eine elektrisch angetriebene Betätigungsvorrichtung herzustellen, die vorzugsweise dazu verwendbar ist, einen Kettenumwerfer für ein Fahr­ rad zu steuern, jedoch auch für eine allgemeinere Anwendung geeignet ist, und die sich aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften in Bezug auf Einfachheit und Funktiona­ lität von anderen Lösungen unterscheidet.

Um dieses Ziel zu erreichen, betrifft die Erfindung eine elektrisch angetriebene Betäti­ gungsvorrichtung, insbesondere zur Steuerung einer Fahrradkomponente, beispiels­ weise eines vorderen oder rückwärtigen Kettenumwerfers des Fahrrads, umfassend:

• - einen elektrischen Motor mit einer Ausgangswelle,
• - eine Antriebswelle, die im Gehäuse der Betätigungsvorrichtung drehbar angebracht und mit der Ausgangswelle des elektrischen Motors mittels eines Übergangsstückes verbunden ist, und
• - einen Winkellagesensor der Antriebswelle,

dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Drehpotentiometer ist, das der Antriebs­ welle innerhalb des Gehäuses der Betätigungsvorrichtung zugeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Übergangsstück gemäß einer bekannten Technik ein Planetenuntersetzungsgetriebe, welches einen mit dem Körper des Motors fest verbundenen Innenzahnkranz, ein mit der Ausgangswelle des Motors verbundenes, koaxial im Innenzahnkranz angeordnetes Sonnenrad und einen Zahnrad­ satzhalter umfasst, der drehbar mit der Antriebswelle verbunden ist und zumindest ein Planetenrad hält, das sich um eine von der gemeinsamen Achse des Sonnenrades und des Innenzahnkranzes beabstandeten Achse frei dreht, wobei das Planetenrad sowohl mit dem Sonnenrad als auch dem Innenzahnkranz kämmt. Die Antriebswelle ist drehbar in einem rohrförmigen Gehäuse befestigt, das von einem Ende des Motorkörpers vor­ springt. Des Weiteren ist die Antriebswelle drehbar im Gehäuse mittels zumindest einem Wälzlager von der Bauart eines Axiallagers gehalten. Vorzugsweise wird die An­ triebswelle drehbar mittels des Axiallagers und mittels eines zusätzlichen Radialkugel­ lagers gehalten.

Das Potentiometer als Teil der Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine feste Platte, die elektrische Kontaktspuren auf einer Seite eines Radialringes trägt, der relativ zum Gehäuse feststeht, und zumindest einen Gleitkontakt an der festen Platte, der mit der Antriebswelle verbunden ist. Der Gleitkontakt wird durch eine drehbar mit der Antriebswelle verbundene Platte gehalten und ist in axialer Richtung mittels eines auf der Antriebswelle befestigten Schnappringes gehalten.

Des Weiteren sind Dichtungselemente im Bereich des Potentiometers zum Schutz ge­ gen Eindringen von Wasser vorgesehen.

Gemäß einer zusätzlichen Ausbildung weist das Axiallager eine direkt an der Antriebs­ welle ausgebildete Lauffläche auf, welche Axialbewegungen der Antriebswelle in einer ersten Richtung verhindert, während das Radiallager in axialer Richtung durch einen auf der Antriebswelle befestigten Schnappring gehalten wird, was eine Axialbewegung des letzteren in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung verhindert. Diese konstruktiven Details sind sofort erkennbar im bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie es in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und beschrieben ist, enthalten, wobei eine Vielzahl von Änderungen realisiert werden können, die allesamt von dem die Erfin­ dung charakterisierenden Gesamtkonzept umfasst sind.

Wie dargestellt ist die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung vorzugsweise zur Steuerung des rückwärtigen oder vorderen Kettenumwerfers eines Fahrrads einsetzbar, kann aber auch zur Steuerung anderer an einem Fahrrad oder einem anderen Gerät angebrachter Bauteile verwendet werden.

Folglich betrifft diese Erfindung sowohl die Betätigungsvorrichtung an sich als auch, wie beim bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt, ein Fahrradgetriebesystem, das zu­ mindest einen vorderen oder zumindest einen rückwärtigen Kettenumwerfer umfasst, der mit dieser Betätigungsvorrichtung ausgestattet ist.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die folgende genaue Beschreibung unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen als nicht einschränkende Beispiele genauer erläutert, wobei:

Fig. 1 eine Seitenansicht zum Teil im Querschnitt einer bevorzugten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung zeigt, und

Fig. 2 eine Detailansicht der Fig. 1 in einem größeren Maßstab zeigt.

Mit Bezug auf die Zeichnungen betrifft das Bezugszeichen 1 allgemein eine elektrisch angetriebene Betätigungsvorrichtung, die einen Elektromotor 2 einer beliebigen be­ kannten Bauart umfasst. Die konstruktiven Details des Elektromotors 2 werden im Fol­ genden weder beschrieben noch dargestellt, da sie, wie ausgeführt, auf jede beliebige oder bekannte Weise ausgeführt werden können und da diese Details an sich nicht in­ nerhalb des die Erfindung charakterisierenden Konzepts liegen. Des Weiteren wird durch Auslassung dieser Details in den Zeichnungen deren Verständnis einfacher. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 3 die Ausgangswelle des Elektromo­ tors 2, deren eines Ende von einem Ende des Körpers 4 des Motors 2 herausragt. Des Weiteren ist der Körper 4 verlängert, um eine rohrförmige Verlängerung (bzw. einen rohrförmigen Anhang) 5 zu bilden, an dessen Innenfläche ein Innenzahnkranz 6 ausge­ bildet ist. Die Achse 7 des Innenzahnkranzes 6 stimmt mit der Achse der Ausgangswelle 3 des Elektromotors 2 überein. An der Ausgangswelle 3 ist ein Zahnrad 8, welches das Sonnenrad des Planetengetriebesatzes 9 bildet, ausgebildet.

Der Körper des Elektromotors 2 ist in einem rohrförmigen Gehäuse 10 aufgenommen, das beispielsweise aus Metallblech oder Kunststoffwerkstoffen gefertigt ist und innerhalb dem eine Antriebswelle 11 drehbar befestigt ist. Die Antriebswelle 11 weist einen En­ dabschnitt 12 auf, der aus dem Gehäuse 10 hervorragt und dazu bestimmt ist, auf jedwede herkömmliche Weise die durch die Betätigungsvorrichtung 1 gesteuerte Kom­ ponente zu steuern. Bei dem oben beschriebenen Fall einer dem Kettenumwerfer eines Fahrrades zugeordneten Betätigungsvorrichtung ist der Abschnitt 12 als ein Gewinde 13 tragender Abschnitt ausgebildet, wobei das Gewinde ausgebildet ist, mit einer Schnecke (nicht gezeigt) zu kämmen. Die Schnecke ist mit der kontrollierten Vorrichtung verbunden, wie beispielsweise oben mit Bezug auf die von der Anmelderin vormals vorgeschlagenen Lösungen angeführt ist. Das innere Ende der Antriebswelle 11 trägt eine Getriebesatzhalterung 14, auf der drei Planetenräder 16, die sowohl mit dem In­ nenzahnkranz 6 als auch mit dem Sonnenrad 8 kämmen, drehbar befestigt sind, so dass sie sich frei um die Achse 15 drehen, die bezüglich der Achse 7 an der Außenseite angeordnet ist. Folglich wirkt der Planetengetriebesatz 9 als eine Untersetzungsvorrich­ tung, da er die Drehung der Ausgangswelle 3 des Elektromotors 2 über den Getriebe­ satzhalter 14 mit einer Getriebeuntersetzung an die Antriebswelle 7 überträgt.

Wie im Detail in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Antriebswelle 11 drehbar im Gehäuse 10 mittels zweier Rollenlager 17, 18 befestigt. Das Lager 17 ist ein Kugellager der Axialla­ gerbauart, das an dem Ende des Gehäuses 10 befestigt ist, von dem die Antriebswelle 11 vorspringt. Das Lager 17 weist eine erste Lauffläche 19 auf, die zur Anlage gegen einen Laufflächenanschlag in einer rohrförmigen Box 20 kommt, die wiederum im Ge­ häuse 10 befestigt ist. Außerdem weist das Lager 17 eine zweite Lauffläche 21 auf, die zuerst an der Antriebswelle 11 ausgebildet ist, was somit eine Bewegung der Antriebs­ welle 11 (mit Bezug auf Fig. 2) nach rechts verhindert.

Das Lager 18 ist ein Radialkugellager mit einer ersten äußeren Lauffläche, die in einem Laufflächenanschlag einer an der Verlängerung 5 des Motorkörpers befestigten Buchse 22 aufgenommen ist. Die innere Lauffläche des Lagers 18 ist umgekehrt an der An­ triebswelle 11 mittels einer Buchse 23 angebracht und wird gegen die Buchse 22 durch einen metallenen Schnappring 24 gehalten, der durch Reibung an der Antriebswelle 11 gehalten ist. Auf diese Weise wird eine Bewegung der Antriebswelle 11 nach links ver­ hindert (vgl. Fig. 2).

Des Weiteren ist direkt auf der Antriebswelle 11 ein Lagesensor für die Winkellage der Welle, allgemein mit dem Bezugszeichen 25 versehen, befestigt. Der Sensor 25 umfasst ein elektrisches Drehpotentiometer. Das Potentiometer 25 umfasst eine feste Platte mit zwei konzentrischen elektrischen Spuren 27, die zu jeweiligen Anschlüssen führen, die durch einen flachen Leiter 28 gehalten werden, der zur Versorgungsleitung 40 (Fig. 1) der Betätigungsvorrichtung führt. Des Weiteren umfasst das Potentiometer 25 eine Platte 29, die drehstarr (mittels einer Kupplung auf einer flachen Fläche 30) mit der Antriebswelle 11 verbunden und in axialer Richtung gegen einen Ringanschlag 31 und gegen eine rohrförmige Beilagscheibe 32 mittels eines metallenen Schnappringes 33 ähnlich der Scheibe oder dem Ring 24, der reibschlüssig mit der Antriebswelle 11 verbunden ist, gehalten ist. Die Platte 29 hält die Bürsten 29a in Gleitkontakt mit den Spuren 27 der festen Platte 26, um jeweils die Spuren 27 an einem Punkt in Umfangsrichtung miteinander zu verbinden. Somit wird in Abhängigkeit von der Winkellage der Platte 29 ein Signal erzeugt, das die Winkellage über die Aus­ gangsleitung 28 anzeigt.

Aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaften stellt die Betätigungsvorrichtung eine extrem einfache und kompakte Anordnung dar und ist gleichzeitig in der Lage, ihre Funktion mit überaus großer Effizienz durchzuführen. Außerdem ist die Betätigungsvor­ richtung in der Lage, eine präzise und zuverlässige Signalisierung der Winkellage der Antriebswelle 11 sicherzustellen, um auf diese Weise mittels eines Rechners oder eines Einplatinencomputers eine Systemsteuerung zu ermöglichen.

Das Bezugszeichen 50 betrifft eine aus einem Elastomerwerkstoff gefertigte Dichtung, die in radialer Richtung zwischen der Antriebswelle 11 und dem rohrförmigen Gehäuse 20 und in axialer Richtung zwischen dem Axiallager 17 und der das Potentiometer 25 enthaltenden Kammer angeordnet ist, um ein Eindringen von Wasser oder Fremdkör­ pern in den Bereich des Potentiometers zu verhindern. Das Bezugszeichen 51 bezeich­ net eine weitere Dichtung, die aus einem Elastomerwerkstoff gefertigt und an dem Ende des Gehäuses 10 angeordnet ist, von dem aus sich das rohrförmige Gehäuse 20 er­ streckt. Schließlich ist die Betätigungsvorrichtung mit vorderen Ringdichtungsabschnit­ ten 52 am Eingang der rohrförmigen Box 20, aus der Antriebswelle 11 hervorragt, ver­ sehen.

Natürlich können viele Änderungen am Aufbau und an den Ausführungsformen des hier vorgestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung durchgeführt werden, die alle inner­ halb des die Erfindung charakterisierenden Konzepts, wie es durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, liegen.

Claims (13)

1. Elektrisch angetriebene Betätigungsvorrichtung, insbesondere zur Steuerung einer Fahrradkomponente, beispielsweise eines vorderen oder hinteren Ketten­ umwerfers des Fahrrades, umfassend:
einen elektrischen Motor (2) mit einer Ausgangswelle (3)
eine Antriebswelle (11), die drehbar im Gehäuse (10) der Betätigungsvor­ richtung (1) befestigt und mit der Ausgangswelle (3) des Elektromotors (2) mittels einer Untersetzungsvorrichtung (9) verbunden ist, und
einen Winkellagesensor (25) der Antriebswelle (11),
dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (25) ein der Antriebswelle (11) im Gehäuse (10) zugeordnetes Drehpotentiometer ist.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersetzungsvorrichtung (9) ein Planetenuntersetzungsgetriebe ist, umfassend einen Innenzahnkranz (6), der fest mit dem Körper des Motors (2) verbunden ist, ein Sonnenrad (8), das mit der Ausgangswelle (11) des Motors (2) koaxial im In­ nenzahnkranz (6) angeordnet verbunden ist und einen Zahnradsatzhalter (14), der mit der Antriebswelle (11) drehbar verbunden ist und zumindest ein Plane­ tenrad (16) hält, das um eine von der gemeinsamen Achse (7) des Sonnenrades (8) und des Innenzahnkranzes (7) beabstandete Achse (15) frei drehbar ist, und wobei das Planetenrad (16) mit dem Sonnenrad (8) und dem Innenzahnkranz (7) kämmt.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (11) drehbar in einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse be­ festigt ist, das von einem Ende des Motorkörpers (2) vorspringt.

4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (11) über zumindest ein Wälzlager (17) drehbar befestigt ist.

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (17) ein Axiallager ist.

6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (11) mittels eines Axialkugellagers (17) und mittels eines zusätzli­ chen Radialkugellagers (18) drehbar gehalten ist.

7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer (25) eine feste Platte (26) umfasst, die elektrische Kontaktspuren (27) an der Seite eines Radialringes trägt, der bezüglich des Motorkörpers fest­ steht, und zumindest einen Gleitkontakt (29a) an der mit der Antriebswelle (11) verbundenen festen Platte umfasst.

8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkontakt (29a) von einer Platte (29) getragen ist, welche mit der Antriebswelle (11) drehbar verbunden ist und in axialer Richtung gegen die Welle mittels eines an der Antriebswelle (11) befestigten Schnappringes (33) gehalten ist.

9. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Dich­ telemente (50) zum Schutz vor Eindringen von Wasser in Bereich des Potentio­ meters (25) vorgesehen sind.

10. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (17) eine direkt an der Antriebswelle (11) ausgebildete Lauffläche (21) aufweist, welche Axialbewegungen der Antriebswelle (11) einer ersten Richtung verhindert, während das Radiallager (18) in axialer Richtung durch einen an der Antriebswelle (11) befestigten Schnappring (24) gehalten ist, der eine Axialbewe­ gung des letzteren in eine zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung verhindert.

11. Gangwechselvorrichtung für ein Fahrrad umfassend einen Kettenumwerfer, da­ durch gekennzeichnet, dass der Kettenumwerfer mit einer Betätigungsvorrich­ tung nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche ausgestattet ist.

12. Gangwechselvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kettenumwerfer ein rückwärtiger Kettenumwerfer für ein Fahrrad ist, der Paralle­ logrammverbindungen umfasst, die einen beweglichen Körper des Kettenumwer­ fers mit einem festen Körper des Kettenumwerfers verbinden, und dass die elek­ trische Betätigungsvorrichtung so angeordnet ist, dass ihre Achse im Wesentli­ chen entlang einer Diagonale der Parallelogrammverbindungen verläuft, um den relativen Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Scheitelpunkten der Paral­ lelogrammverbindung zu verändern.

13. Gangwechselvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kettenumwerfer ein vorderer Kettenumwerfer für ein Fahrrad ist, der Parallelo­ grammverbindungen umfasst, die einen beweglichen Körper des Kettenumwer­ fers mit einem festen Körper des Kettenumwerfers verbinden, und dass die elek­ trische Betätigungsvorrichtung mit dem festen Körper verbunden ist und geeignet ist, entweder direkt oder indirekt einen Hebel zu steuern, der fest mit einem zur Parallelogrammverbindung gehörigen Gelenkarm verbunden ist.