DE102008064958B4 - Multiple sprocket for a bicycle - Google Patents
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Abstract
Mehrfach-Kettenzahnrad für eine Nabe am Hinterrad eines Fahrrades mit unterschiedlich großen Zahnkränzen zur Aufnahme einer Kette und zur Übertragung einer von dieser eingeleiteten Umfangkraft auf die Nabe des Hinterrades des Fahrrades mit der Möglichkeit, die Kette durch eine Schalteinrichtung von einem auf einen anderen Zahnkranz zu wechseln, wobei im Übergangsbereich von einem Zahnkranz zum nächst größeren Zahnkranz jeweils ein gedachtes ringförmiges Funktionselement (2) gebildet wird, das am Umfang eine Vielzahl von Durchbrüchen (5) aufweist,dadurch gekennzeichnet,dass die Durchbrüche (5) im Funktionselement (2) den Zahnlücken (7) des kleineren Zahnkranzes (6) zugeordnet sind,das Funktionselement (2) aus einem rohrförmigen Teil (3) und einem scheibenförmigen Teil (4) besteht, wobei der Zahnkranz (6) mit dem rohrförmigen Teil (3) einteilig verbunden ist,die Funktionselemente (2, 2a, ...) sich treppenförmig aneinanderreihen und auf diese Weise einen kegeligen Zahnkranz-Hohlkörper (1) bilden,und die Durchbrüche (5) im rohrförmigen Teil (3) wie auch im scheibenförmigen Teil (4) des Funktionselementes (2) durch ihre Anordnung Stege (8) in der Form eines rechten Winkels entstehen lassen.Multiple chain gear for a hub on the rear wheel of a bicycle with sprockets of different sizes for receiving a chain and for transmitting a circumferential force introduced by it to the hub of the rear wheel of the bicycle with the possibility of changing the chain from one sprocket to another using a switching device , wherein in the transition area from one toothed ring to the next larger toothed ring an imaginary ring-shaped functional element (2) is formed, which has a large number of openings (5) on the circumference, characterized in that the openings (5) in the functional element (2) correspond to the tooth gaps (7) are assigned to the smaller ring gear (6), the functional element (2) consists of a tubular part (3) and a disk-shaped part (4), the ring gear (6) being connected in one piece to the tubular part (3), the functional elements (2, 2a, ...) line up in a staircase shape and in this way form a conical hollow toothed body (1), and the openings (5) in the tubular part (3) as well as in the disc-shaped part (4) of the functional element (2) create webs (8) in the shape of a right angle through their arrangement.
Description
Die Erfindung betrifft ein Mehrfach-Kettenzahnrad mit unterschiedlich großen Zahnkränzen zur Aufnahme einer Kette und zur Übertragung einer von dieser eingeleiteten Umfangkraft auf eine Nabe eines Hinterrades eines Fahrrades mit der Möglichkeit, die Kette durch eine Schalteinrichtung von einem auf einen anderen Zahnkranz zu wechseln, wobei im Übergangsbereich von einem Zahnkranz zum nächst größeren Zahnkranz jeweils ein gedachtes ringförmiges Funktionselement gebildet wird, das am Umfang eine Vielzahl von Durchbrüchen aufweist.The invention relates to a multiple sprocket wheel with sprockets of different sizes for receiving a chain and for transmitting a circumferential force introduced by it to a hub of a rear wheel of a bicycle with the possibility of changing the chain from one sprocket to another using a switching device, whereby in In the transition area from one gear ring to the next larger gear ring, an imaginary ring-shaped functional element is formed, which has a large number of openings on the circumference.
Bei Mehrfach-Kettenzahnrädern der herkömmlichen Art wird eine Kassette, bestehend aus einer Vielzahl von Zahnkränzen mit unterschiedlichen Durchmessern auf einem Mitnehmer einer Nabe angeordnet. Die Zähne eines jeden Zahnkranzes kommen beim Betätigen der Schalteinrichtung abwechselnd in Eingriff mit der Kette und übertragen ein Drehmoment aus den Pedalkräften des Fahrers auf den Mitnehmer über ein Profil, das die Zahnkränze mit dem Mitnehmer drehfest verbindet. Jedes dieser Zahnkränze überträgt also individuell das Drehmoment auf den Mitnehmer, wodurch es sowohl im Bereich der Mitnahme am Profil des Mitnehmers, wie auch am Zahnkranz wegen der seitlich wirkenden Kräfte durch die meist nicht fluchtende Kette stärker und schwerer ausgebildet sein muss. Die Anforderungen im Radrennsport erfordern eine immer leichtere Bauweise für alle Elemente am Fahrrad, weshalb man die Zahnkränze mit Durchbrüchen versehen und leichtere Materialien eingesetzt hat.With multiple sprockets of the conventional type, a cassette consisting of a large number of sprockets with different diameters is arranged on a driver of a hub. When the switching device is actuated, the teeth of each sprocket alternately come into engagement with the chain and transmit torque from the driver's pedal forces to the driver via a profile that connects the sprockets to the driver in a rotationally fixed manner. Each of these sprockets individually transmits the torque to the driver, which means that it has to be stronger and heavier both in the area of driving on the profile of the driver and on the sprocket because of the laterally acting forces caused by the usually non-aligned chain. The requirements of cycling racing require an increasingly lighter construction for all elements on the bicycle, which is why the sprockets have been provided with openings and lighter materials have been used.
Diese leichteren Materialien haben aber meist gegenüber gehärtetem Stahl Nachteile hinsichtlich Härte, Dehnung und Verschleiß, weshalb versucht wird, durch eine massivere Bauweise diese Nachteile auszugleichen. Hierdurch allerdings werden die Vorteile zumindest teilweise wieder geschmälert.However, these lighter materials usually have disadvantages compared to hardened steel in terms of hardness, elongation and wear, which is why attempts are made to compensate for these disadvantages with a more solid construction. However, this at least partially reduces the advantages.
Aus der
Auf ähnliche Weise wird ein Doppelzahnrad mit einer angeformten Speichen-Schutzscheibe gemäß der
Aus der
Als Weiterentwicklung der vorgenannten Kassette wird ein Mehrfach-Kettenzahnrad vorgeschlagen, das sich hinsichtlich der Anzahl und der Zahnkränze von der vorgenannten Kassette nur unwesentlich unterscheidet, jedoch nur aus zwei Teilen besteht, die mit dem Mitnehmer der Nabe verbindbar sind. Der erste Teil ist der größte Zahnkranz, der an seinem kleinsten Durchmesser ein Profil aufweist, das zu dem des Mitnehmers passt und eine drehfeste Verbindung zwischen diesem und dem größten Zahnkranz bei der Montage gewährleistet.As a further development of the aforementioned cassette, a multiple chain gear is proposed, which differs only slightly from the aforementioned cassette in terms of the number and sprockets, but only consists of two parts that can be connected to the driver of the hub. The first part is the largest sprocket, which has a profile at its smallest diameter that matches that of the driver and ensures a rotation-proof connection between it and the largest sprocket during assembly.
Der zweite und wichtigere Teil ist ein Zahnkranz-Hohlkörper, der kegelig ausgeführt ist und alle übrigen Zahnkränze trägt. Mit diesen ist der Zahnkranz-Hohlkörper vom Zweitgrößten bis zum Kleinsten einteilig verbunden und weist an seinem kleinsten Durchmesser ebenfalls ein Profil auf, durch das es auf dem Mitnehmer der Nabe wenn nicht drehfest verbunden, so doch zentriert ist.The second and more important part is a hollow sprocket body, which is conical and supports all the other sprockets. The toothed ring hollow body is connected to these in one piece from the second largest to the smallest and also has a profile on its smallest diameter, through which it is, if not connected in a rotationally fixed manner, then at least centered on the driver of the hub.
Der größte Zahnkranz und der Zahnkranz-Hohlkörper werden zu einer Einheit, wenn man beide Teile über eine ringförmige Verbindung zusammen bringt. Auf diese Weise ist funktionell kein Unterschied mehr zu den herkömmlichen Kassetten gegeben. Für die Verbindung kommen mehrere Fertigungsmethoden, beispielsweise Schwei-ßen, Nieten, Fügen oder ähnliche Verfahren in Betracht, wobei allen das Ziel, nämlich die genaue Zentrierung der beiden Teile gemeinsam ist. Da große Drehmomente übertragen werden, ist auch die Genauigkeit hinsichtlich der Abstützung des größten Zahnkranzes und des Zahnkranz-Hohlkörpers auf dem Profil des Mitnehmers von großer Bedeutung.The largest sprocket and the sprocket hollow body become a unit when both parts are brought together via an annular connection. In this way, there is no longer any functional difference to conventional cassettes. Several manufacturing methods can be used for the connection, for example welding, riveting, joining or similar processes, all of which have the same goal in common, namely the precise centering of the two parts. Since large torques are transmitted, the accuracy with regard to the support of the largest sprocket and the sprocket hollow body on the profile of the driver is also of great importance.
Der Zahnkranz-Hohlkörper ist aus unterschiedlich großen kastenförmigen Funktionselementen aufgebaut, deren Durchmesser sich jeweils nach dem Zahnkranz richtet, der mit dem Funktionselement einteilig verbunden ist. Jedes Funktionselement weist einen scheibenförmigen Teil auf, der mit einem rohrförmigen Teil und dem Zahnkranz einen kastenförmigen Ring bildet. Durch die einteilige Verbindung aller Funktionselemente entsteht ein stabiler Zahnkranz-Hohlkörper, in dessen Umfang eine Vielzahl von Durchbrüchen eingearbeitet sind.The toothed ring hollow body is constructed from box-shaped functional elements of different sizes, the diameter of which depends on the toothed ring, which is connected in one piece to the functional element. Each functional element has a disk-shaped part, which forms a box-shaped ring with a tubular part and the ring gear. The one-piece connection of all functional elements creates a stable hollow gear ring body, in the circumference of which a large number of openings are incorporated.
Diese Durchbrüche sind auf alle Funktionselemente verteilt und den Zahnlücken des jeweils kleineren Zahnkranzes zugeordnet. Dies bedeutet, dass ein Durchbruch von dieser Zahnlücke ausgeht, sich im rohrförmigen Teil fortsetzt, in den scheibenförmigen Teil übergeht und an den nächst größeren Zahn im nächst größeren Funktionselement heranreicht. Hierbei entstehen Stege, die die Form eines rechten Winkels aufweisen und in ihrer Breite aber im Zusammenspiel mit den am Umfang benachbarten Durchbrüchen ausreichend bemessen sind, um die von der Kette übertragenen Kräfte ohne bleibende Verformung des Zahnrad-Hohlkörpers zu übertragen.These openings are distributed across all functional elements and assigned to the tooth gaps of the smaller gear ring. This means that a breakthrough starts from this tooth gap, continues in the tubular part, merges into the disc-shaped part and reaches the next larger tooth in the next larger functional element. This creates webs that have the shape of a right angle and whose width, in conjunction with the openings adjacent to the circumference, are sufficiently dimensioned to transmit the forces transmitted by the chain without permanent deformation of the hollow gear body.
Zum besseren Verständnis der Lage und Richtung dieser Stege wird deren Anbindung am kleineren Zahnkranz mit „erster Koppelpunkt“ und am größeren Zahnkranz mit „zweiter Koppelpunkt“ bezeichnet. Der erste Koppelpunkt liegt wie besprochen im Bereich der Zahnmitte des kleineren Zahnkranzes, wohingegen sich die Position des zweiten Koppelpunktes entsprechend dem Winkel des Steges am größeren Zahnkranz unabhängig von dessen Zähneanordnung ergibt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Stege das Drehmoment am besten übertragen, wenn die zweiten Koppelpunkte am größeren Zahnkranz in einer Antriebsdrehrichtung voreilend gegenüber den ersten Koppelpunkten am kleineren Zahnkranz angeordnet sind, wodurch die Stege einen Winkel gegenüber einem Radialstrahl im scheibenförmigen Teil des Funktionselementes aufweisen.To better understand the position and direction of these webs, their connection to the smaller gear ring is referred to as the “first coupling point” and to the larger gear ring with the “second coupling point”. As discussed, the first coupling point is located in the area of the middle of the teeth of the smaller toothed ring, whereas the position of the second coupling point results from the angle of the web on the larger toothed ring regardless of its tooth arrangement. It has been shown that the webs transmit the torque best if the second coupling points on the larger gear rim are arranged in a drive direction of rotation ahead of the first coupling points on the smaller gear rim, whereby the webs have an angle with respect to a radial beam in the disc-shaped part of the functional element .
Die Durchbrüche haben ferner den Zweck, das Gewicht des Mehrfach-Kettenzahnrades zu verringern und den Schmutz, der sich im Fahrbetrieb bei ungünstigen Bedingungen bilden kann, ins Innere des Zahnrad-Hohlkörpers abzuleiten. Dort kann sich der Schmutz nicht lange halten, da er zur Radmitte hin durch Fenster im größten Zahnkranz ausgeworfen wird. Schmutz bildet sich in den Zwischenräumen der Zahnkränze sowohl als zähes Gemisch von Öl und Staub über längere Zeit, als auch kurzzeitig bei Fahrten durch morastiges Gelände, wobei größere Mengen Schmutz zwischen die Zahnkränze und die Kette geraten können. Hier befördern die Rollen der Kette den Schmutz durch die Durchbrüche unter den Zahnlücken hindurch nach radial innen und halten das Kettengetriebe auch unter ungünstigen Bedingungen dauerhaft funktionstüchtig. Infolge der Anordnung der Durchbrüche auch in axialer Richtung durch das scheibenförmige Teil kann der Schmutz durch die Einwirkung der zugehörigen Kettenrolle auch in axialer Richtung verdängt werden.The openings also have the purpose of reducing the weight of the multiple sprocket and diverting the dirt that can form during driving under unfavorable conditions into the interior of the hollow gear body. The dirt cannot stay there for long because it is ejected towards the center of the wheel through windows in the largest sprocket. Dirt forms in the spaces between the sprockets both as a viscous mixture of oil and dust over a long period of time and briefly when driving through boggy terrain, whereby larger amounts of dirt can get between the sprockets and the chain. Here, the rollers of the chain transport the dirt radially inwards through the openings under the gaps in the teeth and keep the chain drive permanently functional even under unfavorable conditions. As a result of the arrangement of the openings in the axial direction through the disc-shaped part, the dirt can also be displaced in the axial direction by the action of the associated chain roller.
Die Kraft der Kette wird auf einen der Zahnkränze übertragen und setzt sich im Zahnkranz-Hohlkörper zum jeweils nächst größeren Zahnkranz fort, bis die Kraft über die Verbindung auf den größten Zahnkranz übertragen wird, der endlich den Mitnehmer über das Profil antreibt. Es ist daher eine ausreichende Dimensionierung des Profils im größten Zahnkranz erforderlich, um Verschleiß und Flächenpressung über einen längeren Zeitraum beherrschbar zu machen.The force of the chain is transferred to one of the sprockets and continues in the sprocket hollow body to the next larger sprocket until the force is transferred via the connection to the largest sprocket, which finally drives the driver via the profile. It is therefore necessary to adequately dimension the profile in the largest sprocket in order to make wear and surface pressure manageable over a longer period of time.
Es wird schließlich noch ein Verfahren zur Herstellung des kegeligen Zahnkranz-Hohlkörpers vorgeschlagen, welches beim ersten Hinsehen zu vermeiden der Zweck mehrerer Patent-Anmeldungen war. Nichtsdestoweniger soll der kegelige Zahnkranz-Hohlkörper aus dem Vollen herausgearbeitet werden oder durch Bearbeiten eines umgeformten Ausgangsteiles, was für die Drehoperation kein Problem darstellt. Hohe Anforderungen hingegen werden an die Werkzeuge der Fräsmaschinen und deren Automatisierung gestellt, wenn die Zahnlücken und vor allem die Durchbrüche bearbeitet werden sollen. Nachdem die Zähne herausgearbeitet sind, müssen einzelne von ihnen einer weiteren Fräsoperation unterzogen werden. Es sind die Steighilfen, die beim Schalten das Umlegen der Kette von einem auf den anderen Zahnkranz erleichtern, die aber durch eine individuelle Fräsbearbeitung an den Stirnseiten der Zähne realisiert werden müssen.Finally, a method for producing the conical hollow toothed body is proposed, which at first glance was the purpose of several patent applications to avoid. Nevertheless, the conical toothed ring hollow body should be machined from the solid or by machining a formed starting part, which does not pose a problem for the turning operation. However, high demands are placed on the tools of the milling machines and their automation when the tooth gaps and especially the openings are to be machined. After the teeth have been carved out, some of them must undergo further milling operations. These are the climbing aids that make it easier to transfer the chain from one sprocket to the other when changing gears, but they have to be implemented by individual milling on the front sides of the teeth.
Zur Zentrierung des Zahnkranz-Hohlkörpers auf dem Mitnehmer der Nabe wird an seinem kleinsten Durchmesser ein Profil angebracht, das vorzugsweise geräumt wird. Sollte der Zahnkranz-Hohlkörper nur zentriert werden müssen, so könnte der Arbeitsgang Räumen entfallen und der gedrehte Innendurchmesser als Zentrierung genügen. Außerdem ist eine geeignete Anformung zur Bildung einer Verbindung zwischen dem kegeligen Zahnkranz-Hohlkörper und einem eigenständigen größten Zahnkranz erforderlich. Diese wird gemeinsam mit den vorangegangenen Fräsoperationen erledigt. Schließlich wird der Zahnkranz-Hohlkörper einer Wärmebehandlung und einer Oberflächenbehandlung unterzogen, bevor die Montage des größten Zahnkranzes mit dem Zahnkranz-Hohlkörper über die Verbindung erfolgen kann.To center the toothed ring hollow body on the driver of the hub, a profile is attached to its smallest diameter, which is preferably cleared. If the toothed ring hollow body only needs to be centered, the broaching operation could be omitted and the turned inner diameter could be sufficient as centering. In addition, a suitable molding is required to form a connection between the conical toothed ring hollow body and an independent largest toothed ring. This is done together with the previous milling operations. Finally, the sprocket hollow body is subjected to a heat treatment and a surface treatment before the largest sprocket can be assembled with the sprocket hollow body via the connection.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Mehrfach-Kettenzahnrad zu schaffen, das gegen herkömmliche Mehrfach-Kettenzahnräder austauschbar ist, Gewichtsvorteile aufweist und die Funktion beim Gangwechsel durch eine Schalteinrichtung auch unter ungünstigen Fahrbedingungen, beispielsweise im Gelände, beibehält.The invention has set itself the task of creating a multiple sprocket that can be exchanged for conventional multiple sprockets, has weight advantages and maintains the function when changing gears using a switching device even under unfavorable driving conditions, for example off-road.
Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches beschrieben. Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The solution to the problem is described in the characterizing part of the main claim. Further details can be found in the subclaims.
Anhand mehrerer Zeichnungen wird ein Mehrfach-Kettenzahnrad für eine Nabe am Hinterrad eines Fahrrades erläutert. Es zeigen
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1 einen Ausschnitt aus einem Mehrfach-Kettenzahnrad mit einem Funktionselement und einem Zahnkranz im Schnitt; -
2 die Position eines Durchbruchs und zweier Stege zu einer Zahnlücke am Zahnkranz eines Mehrfach-Kettenzahnrades im Schnitt; -
3 den Zusammenbau eines größten Zahnkranzes mit einem Zahnkranz-Hohlkörper auf einem Mitnehmer einer Nabe als Skizze.
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1 a section of a multiple sprocket with a functional element and a ring gear in section; -
2 the position of a breakthrough and two webs to a tooth gap on the ring gear of a multiple sprocket in section; -
3 The assembly of a largest sprocket with a sprocket hollow body on a driver of a hub as a sketch.
Wie aus der
Anhand der
Es wird gemäß der
Von Vorteil ist die erfindungsgemäße Anordnung der Durchbrüche 5 jeweils im Bereich der Zahnlücken 7 der kleineren Zahnkränze 6 zur selbsttätigen Entfernung von Schmutz bei Fahrten durch morastiges Gelände, wobei auch größere Mengen Schmutz von den Rollen der Kette durch die Durchbrüche 5 an den Zahnlücken 7 hindurch gepresst werden und das Kettengetriebe funktionstüchtig gehalten wird.The inventive arrangement of the
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