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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad zum Einsatz an einem Zweirad.
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Stand der Technik
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Bei Zweirädern wie beispielsweise Fahrrädern erfolgt der Antrieb typischerweise mittels einer Tretkurbel die vom Fahrer betätigt wird, wobei die Bewegung der Tretkurbel mittels eines daran befestigten Zahnrads und einer Kette auf ein weiteres Zahnrad am Hinterrad übertragen wird. Zur Realisierung eines Getriebes, können sowohl an der Tretkurbel als auch am Hinterrad mehrere unterschiedlich große Zahnräder verwendet werden, die mittels der so auftretenden änderbaren Übersetzungen den erforderlichen Kraftaufwand bzw. die erreichbare Geschwindigkeit variieren lässt.
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Während sich bei den Fahrrädern am Hinterrad durchgesetzt hat, verschieden große Zahnräder, so genannten Ritzel, miteinander zu Ritzelpaketen zusammenzustellen, werden die Zahnräder, die so genannten Kettenblätter, falls sie nicht fest mit der Tretkurbel verbunden sind, einzeln an einem Kettenblattträger der Tretkurbel befestigt. Hierzu sind innere und äußere Befestigungslöcher vorgesehen, an denen sich die einzelnen Kettenblätter befestigen lassen. Durch die Befestigung der Kettenblätter von verschiedenen Seiten der Tretkurbel lässt sich somit automatisch der notwendige Abstand zwischen den Kettenblättern zum Umschalten von einem in den anderen Gang erreichen. Die Befestigung eines dritten Kettenblatts erfolgt üblicherweise über zusätzliche Befestigungslöcher an der Tretkurbel, die erhaben ausgestaltet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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In der vorliegenden Erfindung wird ein Zahnrad für ein Getriebe eines Zweirads, ein Getriebe mit wenigstens einem derartigen Zahnrad sowie ein Fahrrad beansprucht, welches ein derartiges Zahnrad oder Getriebe aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass das Zahnrad eine erste und eine zweite Ebene aufweist, wobei die Zähne des Zahnrads in der ersten Ebene angeordnet sind und die Befestigung des Zahnrads an einer Achse bzw. Nabe des Zweirads erfolgt. Der wesentliche Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass die beiden Ebenen voneinander beabstandet sind.
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Durch die vorgesehene Verschiebung der beiden Ebenen zueinander kann somit die Befestigung des Zahnrads und die Nutzung der Zähne des Zahnrads zu Antriebs- oder Abtriebszwecken räumlich getrennt werden. Dies hat insbesondere Vorteile beim Aufbau des Getriebes von Zweirädern, indem auf einen separaten Kettenblattträger oder Abstandshalter verzichtet werden kann. Weiterhin kann durch die versetzte Ausgestaltung des Zahnrads die Aufnahme einer Arretierung des Zahnrads an der Achse bzw. an der Narbe in der ersten Ebene vorgesehen sein, so dass ein kompakterer Aufbau ermöglicht wird.
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Um den Abstand zwischen der ersten und zweiten Ebene bei dem Zahnrad am effektivsten zu erhalten, ist eine Anordnung vorgesehen, die im Wesentlichen eine z-förmige Ausgestaltung darstellt. Dabei kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass die Kanten mehr oder weniger geschwungen, d.h. abgerundet sind.
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Das Zahnrad kann sowohl als Kettenblatt für die Treteinheit des Zweirads, z.B. einem Fahrrad oder auch als Ritzel für das Hinterrad vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise weist das Zahnrad eine Befestigung auf, mit der das Zahnrad an einer Achse bzw. einer Nabe befestigt werden kann. Dies kann beispielsweise in Form eines Kraftschlusses durch geeignete Ausbildungen in Form von Nasen oder Ausbuchten ermöglicht werden, die kreisförmig um ein mittiges Loch des Zahnrads ausgebildet sind, welches auf die Achse bzw. Nabe aufgeschoben werden kann. Die Nasen bzw. deren Abstand zueinander können sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig auf dem Innenradius der Öffnung verteilt sein. Ebenfalls können die Nasen oder die Abstände der Nasen gleiche oder unterschiedliche Breiten aufweisen.
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Ein Getriebesatz für ein Zweirad kann dadurch realisiert werden, dass auf einer Achse, z.B. einer Tretachse eines Fahrrads wenigstens zwei Zahnräder montiert sind, wobei wenigstens eines der Zahnräder ein erfindungsgemäßes Zahnrad darstellt. Zur Realisierung des Getriebesatzes kann dabei ein zweites Zahnrad vorgesehen sein, welches ebenfalls eine Öffnung mit Nasen aufweist und zusammen mit dem ersten Zahnrad auf die Achse des Zweirads aufgeschoben wird. Die Befestigung erfolgt dabei vorteilhafterweise über die in den Zahnrädern herausstehenden Nasen, die auf dem Gewinde der Achse zwischen entsprechende Gegenstücke, sogenannte Nocken aufgeschoben werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Nocken des Gewindes eine Stufung aufweisen. So kann das zweite Zahnrad, welches einen etwas größeres Durchmesser der zentralen kreisförmigen Öffnung aufweist, zuunterst auf der Achse aufliegen. Daran anschließend folgt die zweite Ebene des ersten Zahnrads, welches eine etwas kleinere zentrale kreisförmige Öffnung als das zweite Zahnrad aufweist. Die Stufung in den Nocken bewirkt zusätzlich, dass das zweite Zahnrad wenigstens teilweise auf der ersten Stufe der Nocken aufsitzt. Dabei ist selbstverständlich vorgesehen, dass die Höhe der Stufen an die Dicke der Zahnräder, insbesondere an die Dicke der zweiten Ebene des ersten Zahnrads angepasst ist. Durch eine derartige Ausgestaltung der Stufe bzw. der an die Nocken und die Stufen am Gewinde anliegenden kreisförmigen Öffnungen mit den darin befindlichen Nasen kommt es zu einer formschlüssigen Befestigung. Zur Arretierung der Zahnräder an der Achse kann optional eine Zahnradmutter vorgesehen sein, die auf die Achse bzw. das Gewinde aufgebracht wird. Durch diese Arretierung erfolgt eine kraftschlüssige Befestigung, um ein Abrutschen der Zahnräder von der Achse oder auch ein Verdrehen der Zahnräder gegeneinander zu verhindern.
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Das erfindungsgemäße Zahnrad bzw. das erfindungsgemäße Getriebe mit einem derartigen Zahnrad kann vorteilhafterweise sowohl an der Tretachse eines Tretlagers als auch an der Hinterachse des Hinterrads eines Fahrrads eingesetzt werden. Dabei ist vorgesehen, dass bei der Verwendung von wenigstens zwei Zahnrädern an der gemeinsamen Achse der Abstand beider Zahnräder im Wesentlichen durch den Abstand der ersten von der zweiten Ebene des ersten Zahnrads abgeleitet werden kann. Zusätzlich zu diesem Abstand ist lediglich noch die Höhe bzw. die Dicke des zweiten Zahnrads zu berücksichtigen.
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Der Abstand der beiden Ebenen des ersten Zahnrads und somit der Abstand der beiden Zahnräder zueinander ist auf die Breite des Übertragungsmittels abgestimmt, mit dessen Hilfe der Antrieb von den Zahnrädern des Getriebes weitergeleitet wird oder mit dessen Hilfe der Antrieb auf die Zahnräder gelenkt wird. So kann die Breite der für den Einsatz typischerweise vorgesehenen Übertragungsmittel, wie z.B. eine Kette oder ein Riemen, berücksichtigt werden, um die Umformung des ersten Zahnrads in Form einer z-förmigen Ausgestaltung mit den beschriebenen zwei Ebenen zu realisieren. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, den Abstand zwischen den beiden Ebenen in der Größenordnung der Breite des Übertragungsmittels zu wählen.
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Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Zahnrad bzw. ein mit einem solchen Zahnrad ausgestattete Getriebe auch in anderen Fahrzeugen verwendet werden, die einen entsprechenden Antrieb aufweisen. Denkbar sind dabei Mofas, Segways, Rollstühle, eScooter, Ebikes, Kinderwägen, etc.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In den 1a und b sind Schrägansichten eines Getriebeaufbaus mit einem erfindungsgemäßen Zahnrad dargestellt. Dagegen zeigen die 2a und b jeweils Seitenansichten des Getriebeaufbaus. Mit der 3 wird eine Explosionszeichnungen der wesentlichen Teile des Getriebeaufbaus gezeigt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gängige Gangschaltungen von Zweirädern, insbesondere Fahrrädern, nutzen verschieden große Zahnräder sowohl an der Tretachse als auch an der Hinterradachse, um die Übersetzungsverhältnisse entsprechend zu variieren. Dabei sind die Zahnräder bzw. die Kettenblätter an der Tretachse von verschiedenen Seiten an der Tretkurbel oder einem Kettenblatthalter befestigt, um den für die Kette notwendigen Abstand zwischen den Kettenblättern herzustellen. Unter Umständen müssen auch spezielle Abstandshalter verwendet werden, z.B. indem diese direkt an dem Kettenblatthalter vorgesehen sind.
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Dieser Aufbau hat den Nachteil, dass dadurch verschiedene Befestigungsvorrichtungen und -elemente vorgesehen sein müssen, die gerade beim Austausch eines abgenutzten Kettenblatts dazu führen, dass die Montage sehr aufwändig wird. Darüber hinaus ist die Geometrie des Kettenblatthalters sehr aufwändig zu gestalten, um bis zu drei Kettenblätter in dem entsprechenden Abstand zueinander zu befestigen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Aufbau eines Fahrradgetriebes, bzw. eine Gangschaltung vereinfacht werden. Wie in der Schrägansicht der 1a sowie dem Querschnitt der 1b gezeigt wird, ist für die Erfindung eine Tretlagerwelle 100 vorgesehen, welche fest mit der Nabe 110 des Tretlagers verbunden ist. Beides kann Teil eines Mittelmotors 160 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug sein, jedoch kann das Fahrradgetriebe mit dem erfindungsgemäßen Zahnrad auch an konventionell angetriebenen Fahrrädern oder sonstigen per Muskelkraft angetriebenen Zweirädern verwendet werden.
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Der konkrete Zusammenbau des Fahrradgetriebes ist in den Querschnitten der 1b und 2b sowie der Explosionszeichnung der 3 zu erkennen. Auf einem Absatz der Nabe 110 ist ein Gewinde 120 vorgesehen, welches eine Kontur zur Aufnahme der Zahnräder 130 und 140 aufweist. Dabei ist das erste Zahnrad 130 derart gestaltet, dass es in der Seitenansicht (siehe die 1b und 2b) einen z-förmigen Verlauf zeigt. Durch diese z-förmige Verbiegung des ersten Zahnrads 130 kann erreicht werden, dass die erste Ebene 180, auf der sich die Zähne des Zahnrads 130 befinden von der zweiten Ebene 190, in der das Zahnrad 130 auf das Gewinde 120 und somit mit der Nabe 110 verbunden wird, räumlich getrennt wird. Wie in den 1b und 2b zu sehen ist, kann für das vorliegenden Ausführungsbeispiel als zweites Zahnrad 140 ein normales Kettenblatt verwendet werden, welches die Zähne und die Befestigung am Gewinde 120 in einer Ebene aufweist. Somit wird der Abstand 170 zwischen beiden Zahnrädern 130 und 140 sowohl durch die z-förmige Verbiegung als auch durch die Dicke des Kettenblatts 140 bestimmt. Dieser Abstand 170 leitet sich von der Breite der Kette ab, die für die Übertragung der Drehbewegung des Tretlagers verwendet wird. Um ein Zwischenrutschen der Kette bei einem Schaltvorgang zu verhindern, ist der Abstand zwischen der ersten und zweiten Ebene 180 und 190 des ersten Zahnrads 130 daher derart zu wählen, dass er wenigstens der Breite der Kette, abzüglich der Dicke des zweiten Kettenblatts 140 entspricht.
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Die Befestigung der Zahnräder bzw. Kettenblätter 130 und 140 an der Nabe 110 erfolgt über spezielle Strukturen im Außenbereich des Gewindes 120, auf die entsprechende Nasen in den Öffnungen der Kettenblätter 130 und 140 aufgeschoben werden können. Zur Arretierung der Kettenblätter 130 und 140 ist darüber hinaus eine Zahnradmutter bzw. Kettenblattmutter 150 vorgesehen, welche ebenfalls auf die Nabe 110 bzw. das Gewinde 120 aufgebracht wird.
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Um die Zahnräder 130 und 140 mit dem Kopfteil der Nabe 110 und somit mit dem Gewinde 120 zu verbinden, ist in dem Gewinde 120 eine Struktur mittels Nocken vorgesehen, die gestuft ausgebildet ist. Als Gegenstück zu den Nocken sind in den Kettenblättern 130 und 140 kreisförmige Öffnungen 200 und 210 mit Nasen vorgesehen, die zwischen die Nocken eingeführt werden. Zur Stapelung der Kettenblätter auf dem Gewinde weist das tiefer auf der Nabe aufliegende zweite Kettenblatt 140 in einer ersten Ausgestaltung einen etwas größeren Durchmesser der Öffnung 210 auf. Im Gegenzug hierzu ragt ein erster, tiefer liegender Teil der gestuften Nocken weiter heraus. Der zweite höher liegende Teil der Nocken ist dagegen etwas zurück versetzt und somit an die etwas kleinere Öffnung 200 des ersten Kettenblatts 130 angepasst. Um einen optimalen Formschluss der Kettenblätter 130 und 140 an dem Gewinde 120 zu erreichen ist vorgesehen, die Höhe des ersten Teils der Nocken an die Dicke des zweiten Kettenblatts 140 und die Höhe des zweiten Teils der Nocken an die Dicke der zweiten Ebene 190 des ersten Kettenblatts anzupassen. Durch die Anpassung der Höhe der beiden Teile der Nocken an die Dicke der Kettenblätter kann im Zusammenspiel mit der gestuften Ausbildung der beiden Teile erreicht werden, dass das erste Kettenblatt zusätzlich noch auf der Stufe des ersten Teils der Nocken aufliegt. Dies hat der Vorteil, dass durch die nachfolgende Arretierung mittels der Kettenblattmutter 150 eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Kettenblätter 130 und 140 mit dem Gewinde 120 bzw. der Nabe 110 erfolgt. Weiterhin ergibt sich durch die Ausgestaltung des ersten Kettenblatts 130 in Form einer z-förmigen Verbiegung der ersten und zweiten Ebene eine Vertiefung, in der die Kettenblattmutter 150 aufgenommen werden kann und ggf. sogar bündig mit der ersten Ebene 180 des ersten Kettenblatts 130 abschließt (siehe 2b).
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In einer zweiten Ausgestaltung weisen beide Kettenblätter 130 und 140 den gleichen Öffnungsdurchmesser auf. In diesem Fall ist das Gewinde 120 zwar ebenfalls gestuft ausgebildet, jedoch liegt dabei das untere zweite Kettenblatt 140 auf der Stufe auf und das erste Kettenblatt 130 stoffschlüssig auf dem zweiten Kettenblatt 140. Zur Arretierung wird auch durch dieser Ausgestaltung die Kettenblattmutter 150 verwendet, um eine kraftschlüssige Verbindung zu erzeugen.
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Selbstverständlich kann für die vorstehenden Ausführungen auch ein Fahrradgetriebe vorgesehen sein, welches statt den in den Figuren gezeigten zwei Kettenblättern ein weiteres Kettenblatt aufweist. Dieses dritte Kettenblatt müsste dann ebenfalls z-förmig gebogen sein, um es entsprechend auf dem Gewinde aufzubringen. Dabei kann vorgesehen sein, dass in Anlehnung an das vorstehende Ausführungsbeispiel das dritte Kettenblatt auf der Seite des ersten Kettenblatt angebracht wird. In diesem Fall müsste der Abstand der ersten und zweiten Ebene des dritten Kettenblatts ebenfalls an die Breite der verwendeten Kette angepasst werden, wie es vorstehend beschrieben ist. Da das erste Kettenblatt 130 durch die z-förmige Gestaltung eine Vertiefung aufweist (u.a. um die Möglichkeit zu erhalten, die Kettenblattmutter 150 bündig in der Vertiefung zu versenken – siehe 2b), müsste der Abstand der ersten und zweiten Ebene des dritten Kettenblatts größer sein als das des ersten Kettenblatts 130.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann jedoch auch vorgesehen sein, das dritte Kettenblatt auf die gegenüberliegende Seite des zweiten Kettenblatts unterzubringen. Durch eine derartige Anordnung würde eine Änderung der z-förmigen Geometrie des Kettenblatts nicht notwendig sein, da in dieser Ausgestaltung der Abstand sowohl des ersten als auch des dritten Kettenblatts zum zweiten Kettenblatt gleich wäre.
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Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass bei der Verwendung eines dritten Kettenblatts der Radius entsprechend der Position des Kettenblatts in der Reihenfolge auf der Nabe angepasst werden müsste.
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Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Ausgestaltung der Zahnräder mittels z-förmiger Verbiegung der ersten und zweiten Ebene auch am Hinterrad eingesetzt werden kann. So ist ein Ausführungsbeispiel vorgesehen, in dem durch eine Reihe von Ritzeln mit versetzten ersten und zweiten Ebenen entsprechend dem ersten Kettenblatt der vorherigen Ausführungsbeispiels ein Ritzelpaket gebildet werden kann, welches eine kompakten Aufbau aufweist.
