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Die Erfindung betrifft eine hülsenlose Schaltungskette für Fahrräder mit einer erhöhten Flexibilität gegenüber Querbeanspruchung.
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Schaltungsketten werden nachfolgend teilweise auch nur kurz als Kette bezeichnet. Ferner werden nachfolgend die Begriffe Hülsen und Buchsen synonym verwandt.
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Es ist nach dem Stand der Technik üblich, Fahrräder, insbesondere Mountainbikes und Rennräder, mit einer Kettenschaltung zu versehen.
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Hierbei wird das Fahrrad an dessen Hinterrad mit einem Ritzelpaket und tretlagerseitig mit mehreren Kettenblättern versehen.
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Die Verbindung zwischen jeweils einem Ritzel und einem Kettenblatt wird über eine umlaufende Schaltungskette hergestellt, wobei die Wahl der jeweiligen Übersetzung jeweils durch ein Schaltwerk erfolgt.
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Bei einer ungünstigen Wahl der Übersetzung kommt es zwangsläufig zu einem Schräglauf der Schaltungskette zwischen Ritzel und Kettenblatt, bei welcher es zu einer erhöhten Belastung der Schaltungskette in Querrichtung kommt.
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Die Querbelastung durch den Schräglauf tritt vor allem im Moment des Abrollens von dem jeweiligen Ritzel, sowie im Moment des Aufrollens auf das jeweilige Kettenblatt auf.
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Ferner kommt es während eines Gangwechsels durch das Schaltwerk zu einem zusätzlichen Schräglauf der Schaltungskette im Bereich zwischen Schaltwerk und Ritzel.
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Um der Schaltungskette gegenüber dem auftretenden Schräglauf eine erhöhte Flexibilität zu ermöglichen, ist es zum Beispiel aus der Druckschrift
DE 20 2007 010 066 U1 bekannt, eine mit Buchsen und Bolzen versehene Fahrradkette so auszubilden, dass die Buchsen jeweils eine Schrägfläche aufweisen welche bewirkt, dass der, durch die Buchsen verlaufende Bolzen, nicht vollflächig an den Innenwänden der jeweiligen Buchse anliegt.
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Der Buchse wird es somit ermöglicht, sich bei einer auftretenden Querbelastung relativ zum Bolzen so zu bewegen, dass die Richtungen der Längsachsen von Buchse und Bolzen zueinander abweichen können, wodurch die Flexibilität der Fahrradkette erhöht wird. Hierbei wird speziell eine konvexe Ausbildung des Bolzens und eine konkave Ausbildung der Buchseninnenseite beschrieben.
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Weiterhin weisen sowohl Buchseninnenseite als auch Bolzen zusätzlich gerade Abschnitte auf, welche sich bei Geradeauslauf der Kette im Kontakt befinden.
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Dies birgt unter Umständen die Gefahr, dass bei einer Querbelastung und dem daraus resultierenden Schräglauf, insbesondere in der Einlaufphase der Kette, die Zuglast auf einen verhältnismäßig kleinen Abschnitt des geraden Bereichs der Buchse bzw. des Bolzens einwirkt und sich dieser Bereich entsprechend vorrangig und stark abnutzt.
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Aufgrund der Kombination aus Buchsen und Bolzen weist eine derartige Fahrradkette weiterhin eine entsprechend große und somit nachteilige Laschenbreite auf.
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Da sich im Laufe der Zeit die Übersetzungsbreiten bei Fahrrädern mit Kettenschaltung und zugleich die Anzahl der Ritzel stetig vergrößert haben, die maximale Einbaubreite eines Fahrradhinterrades inklusive Ritzelpaket zwischen den Kettenstreben des Fahrrads jedoch gleich geblieben ist, hat sich der maximal vorhandene Abstand zwischen den einzelnen Ritzeln immer weiter verringert.
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Dieser geringe Ritzelabstand macht eine uneingeschränkte Nutzung einer oben beschriebenen Schaltungskette mit Buchsen unmöglich.
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Um diesen Nachteil zu beheben ist es aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, Schaltungsketten ohne die üblichen Buchsen auszubilden.
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Eine derartige Schaltungskette weist eine Mehrzahl Zwischenverbindungsglieder, äußere Verbindungsglieder und diesen zugeordnete Verbindungsbolzen auf.
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Dabei wird mittels eines Verbindungsbolzens jeweils ein Zwischenverbindungsglied mit einem Paar äußerer Verbindungsglieder verbunden.
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Das jeweilige Zwischenstück übernimmt hierbei erfindungsgemäß die Aufgabe der sonst üblichen Buchse und ist daher so ausgeformt, dass dieses den Eingriff eines Zahns des jeweiligen Ritzels ermöglicht und der Kontakt zwischen Ritzel und Kette über das Zwischenstück erfolgt.
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Eine derartige Kette weist jedoch keinerlei Mittel zur Erhöhung der Flexibilität gegenüber Querbelastungen auf und schränkt somit die Schräglauffähigkeiten der Kette ein. Hierdurch kommt es unter Umständen zu einer erhöhten Geräuschentwicklung während des Abrollens der Kette und zu einer erhöhten Belastung der Zähne von Ritzel und Kettenblatt.
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In
EP 0 396 701 B1 wird als eine Lösung zur Ermöglichung eines ausreichenden Schräglaufs und zur Verbesserung der Geradeauslaufeigenschaften eine buchsenlose Schaltungskette beschrieben, bei der anstelle des sonst vorgsehen Laufspiels zwischen dem Innenloch der Innenglieder und dem Bolzen die Aufnahmeöffnung der Innenglieder als Langloch ausgebildet ist. Der Bolzen lässt sich in der Längsrichtung des Langlochs schräg verschwenken und ermöglicht dadurch einen ausreichenden Schräglauf auch ohne Laufspiel. Dadurch können im Wesentlichen exakt die gleichen Radien von Bolzen und dem lastseitigen Abschnitt des Langlochs gewählt werden, wodurch sich der Bolzen in Lastrichtung flächig und mit geringer Gelenkpressung in den lastseitigen Langlochabschnitt einlegt und dadurch gute Geradeauslaufeigenschaften erreicht. Wesentliche Nachteile dieser Lösung bestehen darin, dass unterschliedliche Laufeigenschaften bei Geradeauslauf und Schräglauf bestehen und dass bei einem Schräglauf durch das Verschwenken des Bolzens im Langloch keine flächige Passung mehr vorliegt sondern nachteilige Lastspitzen in den seitlichen Abschnitten von Bolzen und Langloch auftreten.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der aufgeführten Nachteile, eine hülsenlose Schaltungskette für Fahrräder mit Kettenschaltung bereitzustellen, welche einen Schräglauf zulässt und gleichzeitig gute Laufeigenschaften aufweist.
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Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine erfindungsgemäße hülsenlose Schaltungskette für Fahrräder weist eine Mehrzahl Innenglieder mit jeweils zwei, sich gegenüberliegenden Innenlaschen auf.
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Die Innenlaschen weisen jeweils zwei, sich gegenüberliegende und zueinander gerichtete Kragen auf.
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Des Weiteren weist eine erfindungsgemäße Schaltungskette eine Mehrzahl Außenglieder, welche durch jeweils zwei, sich gegenüberliegende Außenlaschen gebildet werden, sowie eine Mehrzahl Bolzen, welche eine Zugkraft aufnehmende Verbindung zu den Außenlaschen der Außenglieder herstellen, auf.
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Die Bolzen stellen erfindungsgemäß weiterhin eine formschlüssige und bewegliche Zugkraft aufnehmende Verbindung zu den Innengliedern in dem Bereich der jeweiligen, sich gegenüberliegenden Kragen der Innenlaschen, her.
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Eine erfindungsgemäße Schaltungskette weist ebenso eine Mehrzahl Rollen auf, wobei jede Rolle das ihr zugeordnete Innenglied im Bereich der sich gegenüberliegenden Kragen der Innenlaschen umgreift.
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Die Schaltungskette ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche jedes Bolzens eine konkave Wölbung aufweist und das der, der Umfangsfläche jedes Bolzens zugewandte Abschnitt des jeweiligen Innenglieds mit einer, mit der konkaven Wölbung des Bolzens korrespondierenden, konvexen Wölbung versehen ist.
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Der Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungskette erfolgt vorzugsweise derart, dass jeweils ein, mit Rollen versehenes Innenglied mittels zweier Bolzen mit den Außenlaschen zweier Außenglieder verbunden wird.
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Der jeweilige Bolzen wird dabei dem Innenglied so zugeordnet, dass die konkave Wölbung des Bolzens mit der konvexen Wölbung des jeweiligen Kragenbereichs der Innenlaschen des Innenglieds korrespondiert.
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Dabei bildet sich im lastfreien Zustand der Kette ein Spiel zwischen der konkav gewölbten Umfangsfläche des Bolzens und den zugeordneten, konvex gewölbten Kragenbereichen der Innenlaschen des Innenglieds aus.
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Wird die Kette während deren Verwendung mit einer Zugbelastung beaufschlagt, so wird ein konvex gewölbter Kragenbereich der Innenlaschen des Innenglieds mit dem korrespondierenden Bereich der konkav gewölbten Umfangsfläche des Bolzens in Druckkontakt gebracht.
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Durch den sich ausbildenden Kontakt zwischen Bolzen und Innenlaschen des Innenglieds wird die einwirkende Zugbelastung innerhalb der Kette auf vorteilhafte Art und Weise von den Innenlaschen des Innenglieds auf den Bolzen und durch diesen auf die Außenlaschen übertragen.
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Diese Art der Kraftübertragung bleibt auch bei Einstellung einer schrägen Kettenlinie erhalten.
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Die konkav/konvex-Paarung wirkt erfindungsgemäß im Sinne eines Pendellagers, welches es besonders vorteilhaft bewirkt, dass auch bei einem Schräglauf der Kette eine flächige Übertragung und Verteilung der einwirkenden Zugbelastung von den Kragenbereichen der Innenlaschen der Innenglieder auf die jeweils korrespondierenden Umfangsbereiche der Bolzen erfolgt. Es entstehen somit bei einem Schräglauf der Schaltungskette keinerlei lokale Kraftspitzen auf der Umfangsfläche des Bolzens, wodurch ein verstärktes Abnutzen des Bolzens an einer einzelnen Stelle vorteilhaft vermieden wird.
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Weiterhin wird durch das geschaffene Pendellager ein Schrägstellen des jeweiligen Innenglieds gegenüber den Außenlaschen des zugehörigen Außenglieds ermöglicht und dadurch die Schräglaufeigenschaften der Schaltungskette gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ketten deutlich verbessert.
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Als besonderer Vorteil wird mit der erfindungsgemäßen Schaltungskette durch die Verwendung eines konkaven Bolzens eine Lösung bereitgestellt, bei der bei Zuglastbeaufschlagung die Innenlaschen bestrebt sind, axial zur dem Bolzen eine Position in Richtung der Mitte, also dem Abschnitt des Bolzens mit dem geringsten Durchmesser einzunehmen. Damit werden die Innenlaschenpaare gegeneinander gedrückt. Es stellt sich selbstjustierend beidseitig zwischen den Innenlaschen und den Außenlaschen stets ein, in seiner Größe durch das Spiel vorbestimmter, Abstand ein.
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Durch diesen Abstand wird als besonderer Vorteil Lösung mit den dargestellten vorteilhaften Schräglaufeigenschaften für eine hülsenlose Schaltungskette bereitgestellt. Damit wurde überwunden, dass konkav/konvex-Paarungen mit konkaven Bolzenabschnitten nach dem Stand der Technik stets Hülsenketten erforderten.
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Weiterhin weist die erfindungsgemäße Schaltungskette durch die selbstjustierende Abstandsbildung als besonderen Vorteil verbesserte Laufeigenschaften, insbesondere auch verbesserte Geradeauslaufeigenschaften auf. Durch die beschriebene selbstjustierende Abstandsbildung werden Reibungen zwischen Innenlaschen und Außenlaschen vermieden und somit wirkungsgradmindernde Reibungsverluste reduziert. Die Kosten für die Bereitstellung besonderer tribologischer Eigenschaften der Innenlaschen und Außenlaschen können reduziert werden. Bei ausreichendem Spiel wird dieser besondere Vorteil auch bei Schräglaufbedingungen wirksam, weil auch dann durch die selbstjustierende Abstandsbildung ein Reibungskontakt zwischen Innenlaschen und Außenlaschen vermieden werden kann.
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Das maximal mögliche Schrägstellen des Innenglieds wird durch den vorgesehenen Abstand zwischen Innen- und Außenlaschen begrenzt.
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Aufgrund der bereits erwähnten Selbstjustierungseigenschaften der Kette kann der Abstand zwischen Innen- und Außenlaschen besonders vorteilhaft vergrößert werden, ohne dass die Geradeauslaufeigenschaften der Kette beeinträchtigt werden. Das seitliche Spiel der Innenglieder kann somit gegenüber herkömmlichen Ketten vergrößert werden, wodurch die Schräglaufeigenschaften einer erfindungsgemäßen Schaltungskettenochmals durch größere zulässige Achsabweichungen verbessert werden können.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Rollen der Schaltungskette stellen bei deren Verwendung den Kontakt zwischen Kette und Ritzeln beziehungsweise zwischen Kette und Kettenblättern her.
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Um dies zu ermöglichen sind die Rollen dem Innenglied gattungsgemäß derart zugeordnet, dass diese rollbar die jeweiligen Kragenbereiche umgreifen.
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Unter rollbar wird im vorliegenden Fall verstanden, dass zwischen Rollen und den zugehörigen Kragenbereichen ein Spiel vorhanden ist und die Rolle die Kragenbereiche bewegbar umgreift.
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Durch den beschriebenen Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungskette entfällt die sonst bei, aus dem Stand der Technik bekannten, Ketten vorgesehene Hülse und die Gesamtbreite der Kette wird entsprechend reduziert. Die Schaltungskette eignet sich somit besonders vorteilhaft zur Verwendung bei großen Übersetzungsbreiten mit einer entsprechend großen Anzahl an Ritzeln.
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Vorzugsweise sind sowohl die Laschen der Kettenglieder, als auch die verwendeten Bolzen aus Stahl gefertigt.
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Nach einer bevorzugten Variante sind die Bolzen an deren Abschnitt mit dem größten Durchmesser im Verhältnis zu dem kleinsten Innendurchmesser der Aufnahmeöffnungen an den Innengliedern so ausgebildet, dass die Bolzen zum Zweck der Montage noch durchführbar sind. Als nicht wesentlich größerer Durchmesser wird dabei verstanden, dass bei der Durchführung des Bolzens unter etwaiger elastischer Verformung der beteiligten Partner keine gebrauchsaufhebende Beschädigung eintritt. Als besonderer Vorteil lässt die selbstjustierende Eigenschaft der Schaltungskette es zu, ein hierfür ausreichend großes Spiel der konkav/konvex Paarung vorzusehen. Das zwischen Innenglied und Bolzen belassene Spiel ist vorzugsweise gerade so bemessen, dass der Bolzen aus dem Verbund von Innen- und Außenglied entnommen, beziehungsweise in diesen eingesetzt werden kann.
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Hinsichtlich Herstellung und Wartung bietet eine erfindungsgemäße Schaltungskette in dieser bevorzugten Variante erhebliche Vorteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ketten.
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Insbesondere wird es durch die konkave Ausbildung des Bolzens und das zwischen Bolzen und Innenglied vorgesehene Spiel vorteilhaft ermöglicht, dass der Bolzen nach dem Vorpositionieren von Innenglied und Außenglied in den daraus entstehenden Verbund durch ein Einschieben eingesetzt werden kann.
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Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Wartung der Kette bei dem jeweiligen Anwender aus, da bei einem eventuell notwendig werdenden Auswechseln einzelner Kettenglieder der Bolzen mit einem handelsüblichen Werkzeug aus dem Verbund der Kettenglieder herausgedrückt und nach dem Wechseln des jeweiligen Kettenglieds wieder in den Verbund eingesetzt werden kann.
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Die Herstellung der Schaltungskette kann aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Ausbildung des Bolzens sowohl auf herkömmliche Art und Weise durch ein nacheinander ausgeführtes Aufschieben der einzelnen Laschen von Innen- und Außenglied auf den Bolzen und anschließendes Verpressen oder aber durch ein Zusammenführen von vormontiertem Innen- und Außenglied mit anschließendem Einsetzen des Bolzens erfolgen.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Bolzen der Schaltungskette mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen sind.
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Durch eine derartige Beschichtung werden sowohl der Gesamtwirkungsgrad, als auch die Selbstjustierungseigenschaften und somit der Geradeauslauf einer erfindungsgemäßen Schaltungskette nochmals verbessert.
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Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Schaltungskette sieht vor, dass Kragen der Innenlaschen auf deren, der jeweiligen Rolle zugewandten Fläche mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen sind.
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Hierdurch wird besonders vorteilhaft die Rollbewegung der Rolle bei deren Kontakt zu dem jeweiligen Ritzel oder Kettenblatt erleichtert und dadurch die Laufeigenschaften der Kette verbessert.
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Um die Rollbewegung der erfindungsgemäß vorgesehenen Rollen während deren Kontakts zu dem jeweiligen Ritzel oder Kettenblatt nochmals zu verbessern, wird in einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung auf die, den Rollen zugewandten Flächen der Innenlaschen ebenfalls eine reibungsmindernde Beschichtung aufgebracht.
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Die reibungsmindernden Beschichtungen auf Bolzen und/oder Innenlaschen und/oder Rollen tragen besonders vorteilhaft zu einem verringerten Verschleiß der Schaltungskette und somit zu einer, gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Ketten, erhöhten Laufleistung, sowie zu einer verringerten Geräuschentwicklung bei der Verwendung der Kette bei.
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De Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
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1 Draufsicht in zuglastfreiem Zustand
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2 Draufsicht in zubelastetem Zustand näher erläutert.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungskette in zuglastfreiem und somit unbelasteten Zustand.
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Zwischen dem konvex gewölbten Kragen 2, und der, mit diesen, korrespondierenden konkav gewölbten Umfangsfläche des Bolzens 4 bildet sich im zuglastfreien Zustand ein definiertes Spiel aus.
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Dieses Spiel ist so bemessen, dass der Bolzen 4 in den sich ergebenden Verbund aus Innen- und Außenglied eingesetzt, beziehungsweise aus diesem entnommen werden kann.
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Erfindungsgemäß weist eine Schaltungskette der eingangs genannten Art eine Mehrzahl Innenglieder auf, welche ihrerseits aus je zwei, sich gegenüberliegenden Innenlaschen 1.1 und 1.2 bestehen.
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Die Innenlaschen 1.1 und 1.2 weisen jeweils sich gegenüberliegende und im Kontakt miteinander stehende Kragen 2.1 und 2.2 auf.
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Die Kragen 2 der Innenlaschen 1 sind einseitig mit einer konvexen Wölbung versehen, welche mit der entsprechend konkaven Wölbung der Umfangsfläche eines Bolzens 4 korrespondiert.
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Die hier gezeigte Schaltungskette weist eine Mehrzahl solcher Bolzen 4 auf, wobei jeder Bolzen 4 eine formschlüssige und bewegliche Verbindung mit den Innenlaschen 1 des Innenglieds eingeht.
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Weiterhin weist eine erfindungsgemäße Schaltungskette eine Mehrzahl Außenglieder, bestehend aus je zwei, sich gegenüberliegenden Außenlaschen 3.1 und 3.2, auf.
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Die jeweiligen Außenlaschen 3.1 und 3.2 werden durch den Bolzen 4 derart miteinander verbunden, dass eine Zugkraft aufnehmende Verbindung zwischen Bolzen 4 und den Außenlaschen 3 des Außenglieds entsteht.
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Wird, wie in 2 dargestellt, eine erfindungsgemäße Schaltungskette mit einer Zugbelastung beaufschlagt (Pfeile), so kommt es zum Kontakt zwischen den Kragen 2 der Innenlaschen 1 und dem, der einwirkenden Zugbelastung abgewandten Bereich der Umfangsfläche des zugehörigen Bolzens 4.
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Die sich hierdurch ausbildende konkav/konvex Paarung wirkt bei Geradeauslauf der Schaltungskette selbstjustierend, was sich wiederum positiv auf die Laufeigenschaften der Kette auswirkt.
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Die einwirkende Zugbelastung wird von den Innenlaschen 2 auf den Bolzen 4 und durch diesen auf die Außenlaschen 3 übertragen.
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Bei einem Einstellen einer schräg verlaufenden Kettenlinie ermöglicht die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung des Bolzens 4 und der Innenlaschen 1 besonders vorteilhaft, dass das Innenglied innerhalb eines definierten Bereichs gegenüber den Außenlaschen 3 eine Schrägstellung einnehmen kann.
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Die maximal einnehmbare Schrägstellung des Innenglieds gegenüber den Außenlaschen 3 wird hierbei durch den vorhandenen Abstand zwischen Innenlaschen 1 und Außenlaschen 3 und somit das seitliche Spiel des jeweiligen Innenglieds begrenzt.
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Somit ist es erfindungsgemäß möglich, die Schräglaufeigenschaften der Kette nochmals zu verbessern, wenn das seitliche Spiel der Innenlaschen 1 erhöht wird.
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Aufgrund der Selbstjustierungseigenschaften der Schaltungskette hat ein Erhöhen des seitlichen Spiels des Innenglieds in vorteilhafter Weise keine negativen Auswirkungen auf die Geradeauslaufeigenschaften der Schaltungskette.
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Eine erfindungsgemäße Schaltungskette weist weiterhin eine Mehrzahl Rollen 5 auf.
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Die Rollen 5 stellen bei der Verwendung der Kette an einem Fahrrad deren Kontakt zu den Ritzeln (nicht dargestellt) und den Kettenblättern (nicht dargestellt) her.
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Um ein bestmögliches Abrollverhalten der Schaltungskette auf den Ritzeln, beziehungsweise auf den Kettenblättern zu ermöglichen, ist jede Rolle 5 dem jeweiligen Innenglied derart zugeordnet, dass diese die Kragen 2 der Innenlaschen 1 an der, dem Bolzen 4 entgegengesetzten Seite bewegbar umgreift.
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Während des Eingriffs des jeweiligen Ritzels oder Kettenblatt in eine erfindungsgemäße Schaltungskette kommt es somit zu einem Abrollen der Rollen 5 an den Flanken der Ritzel- oder Kettenblattzähne.
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Um die Rollbewegung der Rollen 5 auf den Kragen 2 der Innenlaschen 1 zu verbessern, sind sowohl die Kragen 2, als auch die, den Kragen 2 zugewandte Fläche der Rollen 5 mit einer reibungsmindernden Beschichtung (nicht dargestellt) versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1.1
- erste Innenlasche
- 1.2
- zweite Innenlasche
- 2.1
- erster Kragen
- 2.2
- zweiter Kragen
- 3.1
- erste Außenlasche
- 3.2
- zweite Außenlasche
- 4
- Bolzen
- 5
- Rolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007010066 U1 [0009]
- DE 69700492 T2 [0017]
- EP 0396701 B1 [0022]
