DE102014015365A1

DE102014015365A1 - Elektromechanisches Schaltwerk

Info

Publication number: DE102014015365A1
Application number: DE201410015365
Authority: DE
Inventors: Christopher Shipman; Brian Jordan
Original assignee: SRAM LLC
Current assignee: SRAM LLC
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2015-04-23
Also published as: TW201520127A; US20170253296A1; US20220363338A1; US20150111675A1; US20190329841A1; CN108773454A; US10384743B2; CN110001861A; CN110001861B; CN108773454B; CN104554605B; EP4197892A1; EP3778370A1; EP3778370B1; TWI557020B; EP2865589A1; CN104554605A; EP2865589B1; US11420710B2; US9676444B2

Abstract

Ein elektromechanisches Schaltwerk (hinterer Umwerfer) wird für ein Fahrrad bereitgestellt, das ein Basiselement zum Anbringen entlang einer Montageachse an dem Fahrrad aufweist. Ein bewegliches Element hat eine daran angebrachte Käfiganordnung. Eine Gelenkeinrichtung wird bereitgestellt, die Schwenkachsen aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Montageachse ausgerichtet sind, wobei die Gelenkeinrichtung das bewegliche Element mit dem Basiselement koppelt und dazu funktionsfähig ist, eine Bewegung des beweglichen Elements in Bezug auf das Basiselement in einer Richtung zu ermöglichen, die im Wesentlichen parallel zu der Montageachse ist. Eine Energiequelle treibt einen Elektromotor an, der mit dieser verbunden ist, und ein Getriebe ist mit dem Motor gekoppelt und wird von diesem betätigt, um das bewegliche Element zu bewegen.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Diese Erfindung betrifft Fahrräder und Fahrradumwerfer. Insbesondere betrifft die Erfindung elektromechanische Schaltwerke für Fahrräder.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt in einem Aspekt ein elektromechanisches Schaltwerk (hinterer Umwerfer) für ein Fahrrad bereit, mit einem Basiselement, das entlang einer Montageachse an dem Fahrrad angebracht werden kann. Ein bewegliches Element weist eine daran angebrachte Käfiganordnung auf. Eine Gelenkeinrichtung umfasst Schwenkachsen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Montageachse ausgerichtet sind. Die Gelenkeinrichtung, die das bewegliche Element mit dem Basiselement koppelt, ist dazu ausgebildet, eine Bewegung des beweglichen Elements in Bezug auf das Basiselement in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu der Montageachse ist, zu ermöglichen. Eine Energiequelle ist mit einem Motor versehen, der mit der Energiequelle elektrisch verbunden ist, und ein Getriebe ist mit dem Motor gekoppelt und wird von diesem betätigt, um das bewegliche Element zu bewegen.
Weitere Aspekte der Erfindung stellen ein Schaltwerk bereit, wobei die Energiequelle auf oder in dem Basiselement angeordnet ist. Die Gelenkeinrichtung kann ein äußeres Gelenkelement und ein inneres Gelenkelement umfassen. Die Gelenkeinrichtung kann Gelenkbolzen umfassen, auf denen die Gelenkeinrichtung schwenkt, wobei die Gelenkbolzen die Schwenkachsen definieren. Das Getriebe kann mehrere Zahnräder umfassen, die jeweils um mehrere Zahnradachsen drehbar sind, wobei die Zahnradachsen im Wesentlichen parallel zu den Schwenkachsen sind. Das Getriebe kann auf oder in dem Basiselement angeordnet sein. Der Motor kann auf oder in dem Basiselement angeordnet sein. Die Energiequelle kann auf oder in dem Basiselement angeordnet sein. Die Gelenkeinrichtung kann ein äußeres Gelenkelement und ein inneres Gelenkelement umfassen. Das Schaltwerk kann weiterhin eine Kupplung zwischen dem beweglichen Element und dem Getriebe umfassen, wobei die Kupplung das bewegliche Element als Reaktion auf den Betrieb des Getriebes bewegt. Die Kupplung kann einen Antriebsarm, der mit dem Getriebe gekoppelt ist, und eine Kupplungsfeder in Kontakt mit dem Antriebsarm umfassen. Das Getriebe kann ein Abtriebszahnrad umfassen, und der Antriebsarm ist mit dem Abtriebszahnrad gekoppelt. Die Kupplungsfeder kann an oder in dem inneren Gelenkelement angeordnet sein. Die Kupplungsfeder kann um den Gelenkbolzen herum angeordnet sein, der das innere Gelenkelement an dem beweglichen Element befestigt. Der Motor kann eine Motorwelle mit einer Motorwellenachse aufweisen, die senkrecht zu den Schwenkachsen ist. Die Gelenkeinrichtung kann Gelenkbolzen umfassen, auf denen die Gelenkeinrichtung schwenkt, wobei die Gelenkbolzen die Schwenkachsen definieren, wobei die Schwenkachsen im Wesentlichen parallel zu der Montageachse sind und das Getriebe mehrere Zahnräder umfasst, die jeweils um mehrere Zahnradachswellen drehbar sind, wobei mindestens einige der Zahnradwellen Zahnradachswellenachsen haben, die im Wesentlichen parallel zu den Schwenkachsen sind.
Die Erfindung stellt außerdem in einer alternativen Ausführungsform ein elektromechanisches Schaltwerk für ein Fahrrad bereit, das ein Basiselement umfasst, das an dem Fahrrad angebracht werden kann. Ein bewegliches Element wird bereitgestellt, das eine daran angebrachte Käfiganordnung aufweist. Eine Gelenkeinrichtung wird bereitgestellt, die das bewegliche Element mit dem Basiselement koppelt und dazu funktionsfähig ist, eine Bewegung des beweglichen Elements in Bezug auf das Basiselement zu ermöglichen. Der Umwerfer weist eine Energiequelle und einen Motor auf, der mit der Energiequelle elektrisch verbunden ist. Ein Getriebe ist mit dem Motor gekoppelt und wird durch den Betrieb des Motors betätigt, um das bewegliche Element zu bewegen, und eine Positionserfassungseinrichtungwird bereitgestellt, der einen Magneten, der von dem Getriebe gedreht wird, einen Sensor zum Erfassen einer Drehung des Magneten und eine Magnetführung aufweist, die so bemessen und geformt ist, dass sie einen Teil des Magneten führend aufnimmt und den Magneten innerhalb eines Wirkbereichs des Sensors positioniert.
Alternativen geben vor, dass das Schaltwerk eine Magnethalterung umfasst, die in dem Schaltwerk angeordnet ist, wobei der Magnet von der Magnethalterung gehalten wird. Die Magnethalterung kann mit dem Getriebe gekoppelt sein. Das Schaltwerk kann weiterhin eine Leiterplatte aufweisen, die in dem Basiselement positioniert ist, wobei der Sensor auf der Leiterplatte in einer Position angeordnet ist, um eine Bewegung des Magneten zu erfassen. Eine Magnetführung kann auf der Leiterplatte angeordnet sein, und der Magnet erstreckt sich von der Magnethalterung. Die Magnethalterung kann an einem Positionserfassungszahnrad angebracht sein. Das Positionserfassungszahnrad kann in Kontakt mit einem Abtriebszahnrad des Getriebes sein und von diesem betätigt werden. Das Schaltwerk kann weiterhin ein Positionserfassungszahnrad-Vorspannzahnrad umfassen, das in dem Umwerfer angeordnet ist und mit dem Positionserfassungszahnrad gekoppelt ist, um einen Rückschlag desselben zu verringern.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Verbindung sind anhand der folgenden Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung, zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, vollständiger zu verstehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen:
1 ist ein erfindungsgemäßes Schaltwerk, das an einem Fahrrad installiert ist.
1a ist das Schaltwerk, das als zum Teil betätigt gezeigt ist.
Die 2a, 2b sind zwei Draufsichten einer Gelenkeinrichtung des Schaltwerks in der äußersten bzw. innersten Position seines Arbeitswegs.
3 ist eine Schnittansicht von zwei Gelenkeinrichtungsschwenkzapfen, die sich am „B”-Knuckle des Umwerfers befinden, durch den Schnitt E-E von 2a.
4 ist eine Schnittansicht der zwei Gelenkeinrichtungsschwenkzapfen, die sich am „P”-Knuckle befinden, durch den Schnitt F-F von 2a.
Die 5a, 5b sind perspektivische Ansichten des Umwerfers, wobei die Energiequelle installiert (5a) bzw. abgezogen (5b) ist, wobei der Käfig der Klarheit halber nicht gezeigt ist.
Die 6a, 6b, 6c sind mechanische und elektrische Verbindungen zwischen der Energiequelle und dem Umwerfer und zeigen außerdem den Sequenzablauf zum Abziehen der Batterie von dem Umwerfer durch Schnitt D-D von 2a.
7 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer Getriebekastenanordnung des Umwerfers.
7a ist eine Draufsicht der Getriebekastenanordnung.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Motormoduls des Umwerfers.
8a ist eine Draufsicht des Motormoduls.
8b ist eine Seitenansicht des Motormoduls.
9 ist eine Schnittansicht des Motormoduls entlang dem Schnitt H-H von 8b, die die Motor-/Schnecken-/Schneckengetriebeanordnung zeigt.
10 ist eine Schnittansicht der Getriebekastenanordnung durch Schnitt K-K von 7a, die drei (3) der Zahnräder/Achswellen zeigt.
11 ist eine Schnittansicht der Getriebekastenanordnung durch Schnitt J-J von 7a, die die Teile in Bezug auf die Positionserfassungseinrichtung/Magneten zeigt.
12 ist eine Schnittansicht des Motormoduls durch Schnitt G-G von 8a, die ein Element zum Lokalisieren des Positionserfassungschips in Bezug den Positionserfassungsmagneten zeigt.
13 ist eine Schnittansicht der Getriebekastenanordnung durch Schnitt A-A von 1a, die eine Taste und ihre Betätigeranordnung und zusätzlich dazu eine LED und eine Linse zeigt.
14 ist eine Schnittansicht der Umwerferanordnung durch Schnitt B-B von 1a, die die untere Einstellschraube zeigt.
15a ist eine Schnittansicht der Umwerferanordnung durch Schnitt C-C von 1a, die die Kupplung in der nicht betätigten Position zeigt.
15b ist eine Schnittansicht der Umwerferanordnung durch Schnitt C-C von 1a, die die Kupplung in einer zum Teil betätigten Position zeigt.
15c ist eine Schnittansicht der Umwerferanordnung durch Schnitt C-C von 1a, die die Kupplung in ihrer vollständig betätigten Position zeigt, wobei eine weitere Bewegung von einem Endanschlag zwischen dem Antriebsarm und dem inneren Gelenk verhindert wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der Erfindung werden hierin in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die hierin dargelegten Zeichnungen und Beschreibungen lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt werden und die Erfindung nicht einschränken, wie sie von den hieran angefügten Ansprüchen und beliebigen und allen ihrer Äquivalente definiert wird. Die Begriffe „erste” und „zweite”, „vorne” und „hinten” oder „links” und „rechts” werden beispielsweise der Klarheit halber und nicht als einschränkende Begriffe verwendet. Darüber hinaus beziehen sich die Begriffe auf Fahrradmechanismen, die herkömmlich an ein Fahrrad montiert werden, wobei das Fahrrad standardgemäß ausgerichtet und verwendet wird, sofern nicht anderweitig angegeben.
Die 1 und 1a sind eine Übersicht der Umwerferanordnung. Die Grundstruktur des elektromechanischen Schaltwerks (hinterer Umwerfer) oder Gangwechslers 20 umfasst ein Basiselement 22, das auch als „B-Knuckle” („B-Gelenk”) bezeichnet wird und das an einem Fahrradrahmen 19 auf herkömmliche Weise angebracht werden kann, und ein äußeres Gelenk 24 und ein inneres Gelenk 26, die schwenkbar an dem Basiselement durch beispielsweise Gelenkbolzen 28a–28d angebracht sind. Ein bewegliches Element oder eine bewegliche Anordnung 30, die auch als „P-Knuckle” („P-Gelenk”) bekannt ist, ist schwenkbar mit dem äußeren und dem inneren Gelenk an einem Ende verbunden, das dem Basiselement gegenüberliegt, um die Verlagerung der beweglichen Anordnung in Bezug auf das Basiselement 22 zu ermöglichen.
Das äußere Gelenk 24 und das innere Gelenk 26 können zusammengenommen als Komponenten einer Gelenkeinrichtung oder eines Gelenkmechanismus 32, beispielsweise eines Gelenkmechanismus vom Parallelogramm-Typ, angesehen werden. Eine Käfiganordnung 34 ist auf herkömmliche Weise schwenkbar mit der beweglichen Anordnung 30 verbunden. Eine Fahrradkette 36 kann mit einem Ritzel einer herkömmlichen Ritzelanordnung 38 in Eingriff stehen und in der Käfiganordnung 34 auf herkömmliche Weise positioniert sein und kann bei Montage durch die Bewegung der beweglichen Anordnung 30 und der Käfiganordnung in Bezug auf das Basiselement 22 in einer seitlichen Richtung von einem Ritzel zu einem anderen der Ritzelanordnung verlagert werden.
Der Umwerfer 20 ist vom „geraden P”- oder geraden Parallelogramm-Typ im Gegensatz zu einem Umwerfer vom „schrägen Parallelogramm”-Typ. Gerade P-Umwerfer oder anders ausgedrückt nicht abgeschrägte Parallelogramm-Umwerfer haben eine Gelenkeinrichtung 32 mit den Schwenkachsen „PA” der Bolzen 28 (siehe 5b), die die Gelenkstücke der Gelenkeinrichtung bilden, die im Wesentlichen senkrecht (d. h. innerhalb einiger weniger Grade) zu der A'-Achsenrichtung, z. B. der Montageachse, ist (siehe 2b). Die Montageachse kann von der Achse eines Montagebolzens „B” des Umwerfers oder beispielsweise der Achse der Hängeröffnung des Fahrradrahmenausfallendes (nicht gezeigt) definiert werden. Die Schwenkachsen können auch als parallel zu den Ebenen angesehen werden, die von den Ritzeln 38 definiert werden (1). Dies bewirkt, dass die bewegliche Anordnung 30 sich im Wesentlichen horizontal bewegt. Die Schwenkachsen PA können auch vertikal oder nicht vertikal sein (siehe 1).
Da der Umwerfer 20 ein gerades P ist, hat er ein versetztes Schaltungsrädchen 42, was bedeutet, dass die Drehachse des Schaltungsrädchens nicht mit der Achse der Drehung des Käfigs um das P-Knuckle 30 zusammenfällt, d. h. von dieser versetzt ist, um die verschiedenen Durchmesser der Ritzel 38 aufzunehmen. Der Umwerfer kann auch mit einer Dämpferanordnung 40 und einem Cage-Lock (Käfigsperre) 41 am P-Knuckle ausgestattet sein, wie von einigen mechanischen Umwerfern bekannt ist.
Ein Getriebekasten 44, der in dem B-Knuckle 22 angeordnet ist und/oder Teil dieses oder den gesamten B-Knuckle 22 bildet, treibt das Gelenk 32 und die Käfiganordnung 34 durch den Bewegungsumfang an, wie in den 2a und 2b gezeigt. Der Getriebekasten 44 umfasst ein Getriebe 80.
Unter Bezugnahme auf 15a (bei der es sich um den Schnitt C-C von 1a handelt) umfasst der Getriebekasten 44 eine Abtriebswelle 46e. Ein Antriebsarm 48 ist an der Abtriebswelle 46 mittels einer Kronengeometrie montiert, die eine entsprechende Kronengeometrie auf dem Antriebsarm in Eingriff nimmt. Der Antriebsarm 48 und die Abtriebswelle 46 werden dadurch drehbar aneinander befestigt.
Um die Gelenkeinrichtung 32 in die Innenrichtung, d. h. zu dem größeren Durchmesser eines der Ritzel 38 hin, anzutreiben, werden die Abtriebswelle 46 und der Antriebsarm 48 in 15a von dem Getriebekasten 44 im Uhrzeigersinn gedreht, was das innere Gelenk 26 mittels eines direkten Eingriffs zwischen dem Antriebsarm und einem Vorsprung 50 auf dem inneren Gelenk im Uhrzeigersinn antreibt. Um die Gelenkeinrichtung 32 in die Außenrichtung, d. h. zu den Ritzeln 38 mit kleineren Durchmessern hin, anzutreiben, drehen sich die Abtriebswelle 46 und der Antriebsarm 48 in 15a entgegen dem Uhrzeigersinn, was das innere Gelenk 26 mittels eines Eingriffs mit einer vorgespannten Kupplungsfeder 52, deren Position und Funktion später beschrieben werden, entgegen dem Uhrzeigersinn antreibt. Anders ausgedrückt, der Antriebsarm 48 drückt nicht direkt auf das innere Gelenk 26, um es in die Außenrichtung anzutreiben. Der Antriebsarm 48 drückt stattdessen auf die Kupplungsfeder 52 und die Kupplungsfeder treibt das innere Gelenk 26 in die Außenrichtung an. Der Antriebsarm 48 und die Kupplungsfeder 52 werden als eine Kupplung 192 angesehen, um den Umwerfer zu bewegen oder das Getriebe von dem Umwerfer auszukuppeln, wie im Folgenden ausführlicher erläutert wird.
Wie in 3 (bei der es sich um den Schnitt E-E von 2a handelt) gezeigt, ist eine Vorspannfeder 54 um einen der Gelenkeinrichtungsschwenkbolzen 28b herum angeordnet. Ein Schenkel 54a der Vorspannfeder 54 nimmt das äußere Gelenk 24 in Eingriff und der andere Schenkel (nicht gezeigt) nimmt das Basiselement 22 in Eingriff. Die Vorspannfeder 54 kann eine Zugfeder 54' sein (2a). Die Wirkung der Vorspannfeder 54 zwängt die Gelenkeinrichtung 32 in die Außenrichtung, um den Rückschlag aus dem Getriebekasten 44 und der Gelenkeinrichtung herauszunehmen.
14 (bei der es sich um den Schnitt B-B von 1a handelt) zeigt die untere Einstellschraube 56. Die untere Einstellschraube 56 ist in der Getriebekastenanordnung 44 angeordnet und durch Vorschieben und Zurückziehen der Schraube wird der Bewegungsumfang des inneren Gelenks 26 nach innen begrenzt. Die Einstellschraube 56 wird auf werkzeuglose Weise justiert, indem die Einstellschraube 56 von Hand gedreht wird. Dieses werkzeuglose Design verringert das maximale Drehmoment, das die Einstellschraube 56 erfährt, deutlich, da die menschliche Hand ein viel geringeres Drehmoment auf die Schraube ausüben kann, als eine menschliche Hand, die durch einen Schraubenzieher oder ein anderes Werkzeug unterstützt wird, und begrenzt folglich die Kraft deutlich, die auf die Zahnräder (siehe 7) des Getriebekastens 44 von der Einstellschraube ausgeübt wird. Dies ist wünschenswert, da eine übermäßige Kraft auf die Zahnräder diese zerreißen könnte.
7 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Getriebekastenanordnung 44. Die Getriebekastenanordnung 44 kann den Strukturteil des B-Knuckle 22 bilden. Wie in 7 gezeigt, wird ein Motormodul 60 (später ausführlich beschrieben) in einer Öffnung 62 im Boden des Gehäuses 64 des Getriebekastens 44 aufgenommen und mit Befestigungselementen 66, beispielsweise sechs Schrauben, gesichert. Das Gehäuse 64 weist eine Federkontaktstift-/Dichtungsanordnung 68 (im Folgenden ausführlich beschrieben) auf, die in einer Aussparung 70 in der Rückwand 72 des Getriebekastengehäuses 64 aufgenommen wird und mit Befestigungselementen 74, beispielsweise zwei Schrauben, gesichert wird.
Eine Übersicht des Motormoduls 60 ist in 8 gezeigt. Ein Motor 76 ist an einer Motormodulbasis 78 angebracht, bei der es sich um ein oder mehrere Kunststoffspritzgussteile aus einem beliebigen geeigneten Material handeln kann, und der Großteil des Getriebes 80 ist auf Achswellen 82 aufgebaut, die in der Basis 78 aufgenommen werden. Eine Platte 104, bei der es sich um gestanztes Metall oder ein beliebiges geeignetes Material handeln kann, ist an der Basis 78 angebracht, beispielsweise durch Schrauben, und trägt das andere Ende der Achswellen 82 eines oder mehrerer der Zahnräder, beispielsweise von drei der Zahnräder.
Der Getriebekasten 44 weist eine Positionserfassungseinrichtung 84 auf (siehe die 10, 11). Mit der Positionserfassungseinrichtung, die hierin im Folgenden ausführlich beschrieben wird, in Zusammenhang stehende Zahnräder befinden sich auf oder in der Nähe der Motormodulbasis 78. Leiterplatten 86, die Schaltkreise zum Betreiben verschiedener Funktionen des Umwerfers 20 umfassen, sind durch flexible Kabel 88 miteinander verbunden. Die Leiterplatten 86 können drei starre Platten oder eine beliebige geeignete Anzahl von Platten sein. Zwei der drei Leiterplatten 86 können an die Basis 78 geschraubt sein und die andere Leiterplatte kann beispielsweise an die Rückseite des Motors 76 gelötet sein. Eine flexible Dichtung 90 ist auf der Basis 78 vorgesehen, um zwischen der Basis und einem Motormodulgehäuse 92 abzudichten, nachdem die Basis an das Motormodulgehäuse angebaut wurde.
9 ist eine Schnittansicht des Motormoduls 60, die einen Querschnitt des Motors 76 (Schnitt H-H von 8b) zeigt. Unter Bezugnahme auf 9 kann der Motor 76 an der Motormodulbasis 78 mit zwei Schrauben (in dieser Ansicht nicht sichtbar) angebracht werden. Eine Schnecke 94 ist an einer Welle 96 des Motors 76 befestigt und ein fernes Ende 98 der Motorwelle wird in einem Lager 100, wie einem Kugellager, aufgenommen, das wiederum in der Motormodulbasis 78 aufgenommen wird. Ein Schneckenrad 102 steht mit der Schnecke 94 in Eingriff.
10 ist eine Schnittansicht des Getriebekastens 44, die drei der Zahnradanordnungen (Schnitt K-K von 7a) zeigt. Unter Bezugnahme auf 10 kann ein Ende jeder der drei Achswellen 82 jeweils drehbar in der Motormodulbasis 78 aufgenommen werden und das andere Ende jeder Achswelle wird in einem entsprechenden Loch in der zuvor erörterten Metallplatte 104 aufgenommen. Drei Zahnradanordnungen 106–106c des Getriebes 80 werden drehbar jeweils auf den drei Achswellen 82 aufgenommen. Die Zahnradanordnung 106a auf der rechten Seite in 10 hat das Schneckenrad 102 auf dem Boden. Das Schneckenrad 102, wie zuvor erörtert, steht mit der Schnecke 94 auf der Motorwelle 96 in Eingriff (siehe 7a). Das Schneckenrad 102 ist starr an einem ersten Ausgleichskegelrad 108 angebracht, das damit koaxial ist. Das erste Ausgleichskegelrad 108 steht mit einem Stirnrad 110 in Eingriff, das drehbar auf der Mitte der drei Achswellen 82b aufgenommen wird. Dieses Stirnrad 110 ist starr an einem zweiten Ausgleichskegelrad 112 angebracht, das damit koaxial ist. Das zweite Ausgleichskegelrad 112 steht mit einem zweiten Stirnrad 114 in Eingriff, das drehbar auf der Achswelle 82c aufgenommen wird, die auf der linken Seite in 10 gezeigt ist. Das zweite Stirnrad 114 ist starr an einem dritten Ausgleichskegelrad 116 angebracht, das damit koaxial ist. Das dritte Ausgleichskegelrad 116 steht mit einem Abtriebszahnrad 118 (siehe 7a) des Getriebekastens 44 in Eingriff (in dieser Schnittansicht nicht sichtbar). Es sollte auch beachtet werden, dass die auf der linken Seite in 10 gezeigte Achswelle 82c ihr oberes Ende in einem Lager 120 in dem Motormodulgehäuse 92 getragen hat, das der Metallplatte 104 einen wesentlichen Tragumfang hinzufügt. Anders ausgedrückt, die Metallplatte 104 wird von der Achswelle 82c ganz links getragen, die wiederum von dem Lager 120 in dem Motormodulgehäuse 92 getragen wird.
3 ist eine Schnittansicht des Umwerfers 20, die einen Querschnitt der zwei Gelenkeinrichtungsschwenkbolzen 28a, 28b, die sich an dem B-Knuckle 22 befinden, (Schnitt E-E von 2a) zeigt. Unter Bezugnahme auf die rechte Seite von 3 hat das Abtriebszahnrad 118 des Getriebekastens 44 einen gezahnten Teil 122 und zwei rohrförmige Teile 124a, 124b, die von beiden Seiten des gezahnten Teils hervorragen. Der untere rohrförmige Teil 124a wird drehbar in einem Lager in der Motormodulbasis 78 aufgenommen und der obere rohrförmige Teil 124b wird drehbar in einem Lager in dem Motormodulgehäuse 92 aufgenommen. Das Ende des unteren rohrförmigen Teils 124a hat die oben erwähnte Kronengeometrie, die den Antriebsarm 48 in Eingriff nimmt, wie zuvor beschrieben (siehe 15a). Das innere Gelenk 26 hat zwei Arme 126a, 126b, von denen einer sich über dem oberen rohrförmigen Teil 124b des Abtriebszahnrads 118 befindet und der andere sich unter dem unteren rohrförmigen Teil 124a des Abtriebszahnrads befindet. Ein Loch 128 in den Armen 126a, 126b des inneren Gelenks ist mit einem Loch 130 in dem Abtriebszahnrad 118 koaxial, und der zugehörige Gelenkbolzen 28a wird in diesen Löchern aufgenommen. Der Gelenkbolzen 28a ist in Bezug auf das Abtriebszahnrad 118 drehbar, ist jedoch vorzugsweise drehbar an dem inneren Gelenk 26 befestigt.
11 ist eine Schnittansicht des Getriebekastens 44, die einen Querschnitt der Positionserfassungseinrichtung 84 zeigt. Die Positionserfassungseinrichtung 84 wird dazu verwendet, die Position des Umwerfers zu bestimmen, indem die Drehung des Getriebes 80 (siehe 8) erfasst wird. Die Positionserfassungseinrichtung 84 weist einen Sensor in der Form eines Positionserfassungschips 132, eines Positionserfassungszahnrads 134, eines Positionserfassungsmagneten 136 und eines fakultativen Positionserfassungszahnradvorspannzahnrads 138 auf (Schnitt J-J von 7a). Unter Bezugnahme auf 11 ist die Positionserfassungseinrichtung 134 drehbar auf einer Positionserfassungsachswelle 140 montiert, die von der Motormodulbasis 78 getragen wird. Das Positionserfassungszahnrad 134 nimmt das Abtriebszahnrad 118 in Eingriff. Eine Magnethalterung 142 ist an dem Positionserfassungszahnrad 134 befestigt und der Positionserfassungsmagnet 136 ist an der Magnethalterung befestigt. Folglich drehen sich das Positionserfassungszahnrad 134, die Magnethalterung 142 und der Magnet 136 alle zusammen als eine Einheit.
Eine Positionserfassungszahnrad-Vorspannzahnradachswelle 144 wird von der Motormodulbasis 78 getragen. Das Positionserfassungszahnrad-Vorspannzahnrad 138 wird drehbar auf der Positionserfassungszahnrad-Vorspannzahnradachswelle 144 aufgenommen. Ein Schenkel einer Drehfeder 146 steht mit der Motormodulbasis 78 in Eingriff und der andere Schenkel der Drehfeder steht mit dem Positionserfassungszahnrad-Vorspannzahnrad 138 in Eingriff. Folglich übt die Drehfeder 146 ein Drehmoment auf das Positionserfassungszahnrad-Vorspannzahnrad 138 aus, das wiederum ein Drehmoment auf das Positionserfassungszahnrad 134 ausübt, um jegliches Spiel oder jeglichen Rückschlag zwischen dem Positionserfassungszahnrad und dem Abtriebszahnrad 118 wirksam zu eliminieren.
12 ist eine Schnittansicht des Motormoduls 60, die einen Querschnitt des Mittels zeigt, durch das der Positionserfassungschip 132 in Bezug auf den Positionserfassungsmagneten 136 genau lokalisiert wird (Schnitt G-G von 8a). Unter Bezugnahme auf 12 ist ein Positionserfassungschip 132 auf einer der drei Leiterplatten 86 angeordnet. Eine Magnetführung 148 hat zwei Ansätze 150, die zylindrisch sein können und die in zwei entsprechende Löcher 152 in der Leiterplatte 86 passen. Zwei Befestigungselemente, z. B. Schrauben, werden in die Ansätze 150 eingesetzt, um die Magnetführung 148 auf der Leiterplatte 86 zu befestigen. Folglich bilden die Leiterplatte 86, der Positionserfassungschip 132, die Magnetführung 148 und zwei Schrauben eine Unteranordnung. Während des Zusammenbauens des Motormoduls 60 wird diese Unteranordnung an das Motormodul angebaut, so dass der Magnet 136 in der Magnetführung 148 aufgenommen wird. Folglich wird die Achse des Positionserfassungschips 132 genau auf die Achse des Positionserfassungsmagneten 136 ausgerichtet.
Um eine Drehung der Leiterplatte 86 in Bezug auf das Motormodul 60 zu verhindern, nimmt ein Schlitz 154 im anderen Ende der Leiterplatte einen Ansatz 156 auf der Motormodulbasis 78 in Eingriff (siehe 11). Erneut unter Bezugnahme auf 11 wird dann eine Schraube 158 in ein Loch in dem Ansatz 156 geschraubt, bis die Schraube aus dem Boden des Ansatzes heraus kommt. So wird die Ausrichtung zwischen dem Positionserfassungschip 132 und dem Positionserfassungsmagneten 136 sehr genau gehalten. Eine fakultative Druckfeder 160 spannt in 11 die Leiterplattenanordnung 86 nach unten vor. Alternativ dazu könnte die Magnetführung 148 eine Geometrie haben, die sich direkt auf dem Positionserfassungschip 132 befindet, anstatt sich in zwei Löchern 152 in der Leiterplatte 86 zu befinden.
13 ist eine Schnittansicht des Getriebekastens 44, die einen Querschnitt einer Taste 162 und ihrer Betätigeranordnung 164 (Schnitt A-A von 1a) zeigt. Die Taste 162 kann eine elektrische Komponente auf der Leiterplatte 86 sein. Die Betätigeranordnung 164 weist einen Kolben 166, eine Rückstellfeder 168, einen O-Ring 170 und eine Halteklammer 172 auf. Wenn der Kolben 166 von dem Benutzer gedrückt wird, betätigt dieser die Taste 162. Ebenfalls sichtbar zum Boden von 13 hin ist eine LED 174, bei der es sich um eine andere Komponente auf der Leiterplatte 86 handelt. Diese LED 174 leuchtet durch eine transparente Linse 176 (ebenfalls zum Teil in 13 sichtbar) in der Motormodulbasis 78.
Die 5a und 5b zeigen den Umwerfer 20, wobei eine Energiequelle 178, bei der es sich um eine Batterie handeln kann, installiert ist (5a) und die Energiequelle abgezogen ist (5b). Die Käfiganordnung wurde in diesen Ansichten der Klarheit halber weggelassen. Die Batterie kann ein Akku sein und kann von der Lithium-Polymer-Art sein.
Die 6a, 6b, 6c (Schnitt D-D von 2a) zeigen die elektrische und mechanische Anschlussfähigkeit zwischen der Batterie 178 und dem Umwerfer 20 und zeigen außerdem die Vorgehensweise zum Abziehen der Batterie von dem Umwerfer. Unter Bezugnahme auf die 6a, 6b, 6c und 7 umfasst die Federkontaktstiftanordnung 68 eine Federkontaktstiftbasis 180, ein Federkontaktstiftbasisdichtungselement 182 und zwei Federkontaktstifte 184 (nur einer sichtbar), zwei Rückstellfedern 186 (eine sichtbar) und zwei O-Ringe 188 (einer sichtbar). Die Federkontaktstiftanordnung 68 kann mit zwei Schrauben an dem Motormodulgehäuse 92 angebracht werden, wie in 7 gezeigt. Unter Bezugnahme auf die 6a, 6b, 6c berührt ein Ende der Rückstellfedern 186 den Federkontaktstift 184, und das andere Ende der Rückstellfedern berührt elektrische Kontaktpads 190 (7) auf einer Leiterplatte 86. Wenn die Batterie 178 wie in 6a gezeigt installiert ist, kann folglich Elektrizität von der Batterie durch den Federkontaktstift 184 und durch die Rückstellfeder 186 und in die Leiterplatte 86 fließen. Die Energieversorgung 178 kann mit einem Haken 196 mechanisch auf dem Umwerfer 20 gehalten werden.
Wendet man sich den 15a–15c und außerdem 4 zu, so ist der Umwerfer 20 mit einem Abreißmechanismus oder einer Kupplung 192 ausgestattet, der bzw. die die Zahnräder 106 des Getriebes 80 in dem Getriebekasten 44 (8) in dem Fall eines Zusammenstoßes oder anderen Seitenaufpralls auf den Umwerfer schützt. Die 15a, 15b und 15c zeigen eine Schnittansicht des Umwerfers 20 (Schnitt C-C von 1a), wobei die Kupplung 192 in ihrer nicht betätigten (d. h. normalen) Position (15a), ihrer zum Teil betätigten Position (15b) und ihrer vollständig betätigten Position (15c) ist. Während einer normalen Fahrt sind die Elemente der Kupplung 192 wie in 15a gezeigt, die die Feder 52 und den Antriebsarm 48 umfasst, angeordnet.
Im Fall eines Zusammenstoßes oder anderen Seitenaufpralls (einer Kraft, die in den 15a, 15b und 15c von links nach rechts gerichtet ist), wenn die Kraft des Aufpralls die Vorspannkraft der Kupplungsfeder 52 vom Drehfeder-Typ übersteigt, drehen sich die Gelenke der Gelenkeinrichtung 32 im Uhrzeigersinn um ihre Schwenkbolzen 28 herum, wodurch der Schenkel 52a der Feder abgelenkt wird, wie in 15b gezeigt. Folglich ist die Gelenkeinrichtung 32 dazu in der Lage, sich zu bewegen, ohne jegliche Bewegung auf die Zahnräder 106 in dem Getriebekasten 44 weiterzugeben. Wenn die Aufprallkraft von dem Umwerfer 20 abgezogen wird, wird der Federschenkel 52a gegen den Antriebsarm 48 drücken und bewirken, dass der Umwerer in seinen normalen Zustand zurückkehrt, wie in 15a gezeigt.
Im Falle eines Zusammenstoßes oder Seitenaufpralls mit mehr Kraft können sich die Gelenke der Gelenkeinrichtung 32 im Uhrzeigersinn um ihre Schwenkbolzen 28 herum den ganzen Weg bis zu der in 15c gezeigten Position drehen. In dieser Position wird eine weitere Drehung der Gelenke 32 im Uhrzeigersinn verhindert, wenn der Antriebsarm 48 und der Vorsprung 50 zusammenwirken, und jegliche zusätzliche Kraft, die an die Gelenke weitergeleitet wird, wird an die Zahnräder 106 übertragen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung, der die Zahnräder 105 schützt, ist die gerade P-Anordnung des Umwerfers 20. Wenn ein Fahrrad sich über unebenes Gelände bewegt, erfährt der P-Knuckle 30 des Umwerfers 20 Kräfte in der vertikalen Richtung. In einem schrägen P-Umwerfer sind die Achsen der Gelenkbolzen in Bezug auf die vertikale Richtung abgewinkelt, und diese Kräfte können durch die Gelenkeinrichtung/das Parallelogramm übertragen werden, wodurch unerwünschte Kräfte an die Zahnräder in dem Getriebe weitergeleitet werden, da die Gelenkeinrichtung dazu in der Lage ist, sich in einer Richtung zu bewegen, die eine wesentliche vertikale Komponente hat. Die Bewegung der Gelenkeinrichtung 32 der vorliegenden Erfindung ist jedoch im Wesentlichen seitlich anstelle von vertikal, zumindest aufgrund der vertikalen Ausrichtung der Gelenkbolzen 28, und die Elemente des Umwerfers werden folglich von den vertikalen Kräften isoliert, die erzeugt werden, wenn das Fahrrad sich über unebenes Gelände bewegt, wodurch die Zahnräder 106 des Getriebes 80 vor einer Beschädigung geschützt werden. Die Achsen der Gelenkbolzen 28 befinden sich vorzugsweise alle innerhalb von 30 Grad der Vertikalen (zusätzlich dazu, dass sie zu der A'-Achsenrichtung lotrecht sind).
Ein Funkchip 194 ist auf der Leiterplatte 86 derart positioniert, dass Funksignale, die zwischen dem Umwerfer 20 und einer Gangschaltung (oder anderen Steuervorrichtungen) übertragen werden, maximiert werden. Unter Bezugnahme auf 11 ist der Funkchip 194 auf dem unteren Teil der Leiterplatte 86 ganz rechts positioniert, so dass er im Wesentlichen in der Motormodulbasis 78 untergebracht ist, die aus Kunststoff oder einem beliebigen geeigneten Material, dass die Übertragung von Funksignalen nicht stört, hergestellt sein kann. Anders ausgedrückt, der Funkchip 194 ist vorzugsweise nicht auf dem oberen Teil der Leiterplatte 86 positioniert, da der obere Teil der Leiterplatte im Wesentlichen in dem Motormodulgehäuse 92 untergebracht ist, das vorzugsweise aus Aluminium hergestellt ist, bei dem es sich um ein Material handelt, das dem Übertragen von Funksignalen nicht förderlich ist.
Obwohl diese Erfindung unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben wurde, sollte verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Sinns und Schutzumfangs der beschriebenen erfinderischen Konzepte vorgenommen werden könnten. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass sie den vollständigen Schutzumfang aufweist, der von der Sprache der folgenden Ansprüche zugelassen wird.

Claims

Elektromechanisches Schaltwerk für ein Fahrrad, das Folgendes umfasst: ein Basiselement, das entlang einer Montageachse an dem Fahrrad anbringbar ist; ein bewegliches Element, das eine daran angebrachte Käfiganordnung aufweist; eine Gelenkeinrichtung, die Schwenkachsen aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Montageachse ausgerichtet sind, wobei die Gelenkeinrichtung das bewegliche Element mit dem Basiselement koppelt und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des beweglichen Elements in Bezug auf das Basiselement zu ermöglichen; eine Energiequelle; einen Motor, der mit der Energiequelle elektrisch verbunden ist; und ein Getriebe, das mit dem Motor gekoppelt ist und von diesem betätigt wird, um das bewegliche Element zu bewegen.
Schaltwerk nach Anspruch 1, wobei die Energiequelle auf oder in dem Basiselement angeordnet ist.
Schaltwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gelenkeinrichtung ein äußeres Gelenkelement und ein inneres Gelenkelement aufweist.
Schaltwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gelenkeinrichtung Gelenkbolzen aufweist, auf denen die Gelenkeinrichtung schwenkt, wobei die Gelenkbolzen die Schwenkachsen definieren, wobei insbesondere der Motor eine Motorwelle mit einer Motorwellenachse aufweist, die senkrecht zu den Schwenkachsen ist.
Schaltwerk nach Anspruch 4, wobei das Getriebe mehrere Zahnräder aufweist, die jeweils um mehrere Zahnradachsen drehbar sind, wobei die Zahnradachsen im Wesentlichen parallel zu den Schwenkachsen sind.
Schaltwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Getriebe auf oder in dem Basiselement angeordnet ist.
Schaltwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motor auf oder in dem Basiselement angeordnet ist.
Schaltwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiequelle auf oder in dem Basiselement angeordnet ist.
Schaltwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin eine Kupplung zwischen dem beweglichen Element und dem Getriebe umfasst, wobei die Kupplung das bewegliche Element als Reaktion auf den Betrieb des Getriebes bewegt.
Schaltwerk nach Anspruch 10, wobei die Kupplung einen Antriebsarm, der mit dem Getriebe gekoppelt ist, und eine Kupplungsfeder in Kontakt mit dem Antriebsarm aufweist, wobei insbesondere das Getriebe ein Abtriebszahnrad aufweist und der Antriebsarm mit dem Abtriebszahnrad gekoppelt ist.
Schaltwerk nach Anspruch 10, wobei die Kupplungsfeder auf dem inneren Gelenkelement angeordnet ist und/oder wobei die Kupplungsfeder um den Gelenkbolzen herum angeordnet ist, der das innere Gelenkelement an dem beweglichen Element befestigt.
Elektromechanisches Schaltwerk für ein Fahrrad, das Folgendes umfasst: ein Basiselement, das an dem Fahrrad anbringbar ist; ein bewegliches Element, das eine daran angebrachte Käfiganordnung aufweist; eine Gelenkeinrichtung, die das bewegliche Element mit dem Basiselement koppelt und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des beweglichen Elements in Bezug auf das Basiselement zu ermöglichen; eine Energiequelle; einen Motor, der mit der Energiequelle elektrisch verbunden ist; ein Getriebe, das mit dem Motor gekoppelt ist und durch Betrieb des Motors betätigt wird, um das bewegliche Element zu bewegen; und eine Positionserfassungseinrichtung, die Folgendes umfasst: einen Magneten; einen Sensor zum Erfassen einer relativen Bewegung zwischen dem Magneten und dem Sensor; eine Magnetführung, die so bemessen und geformt ist, dass sie einen Teil des Magneten führend aufnimmt und den Sensor und den Magneten innerhalb eines Wirkbereichs zueinander positioniert.
Schaltwerk nach Anspruch 12, wobei der Magnet von dem Getriebe gedreht wird.
Schaltwerk nach Anspruch 12 oder 13, das weiterhin eine Magnethalterung aufweist, die in dem Schaltwerk angeordnet ist, wobei der Magnet von der Magnethalterung gehalten wird, wobei insbesondere die Magnethalterung mit dem Getriebe gekoppelt ist.
Schaltwerk nach Anspruch 14, das weiterhin eine Leiterplatte aufweist, die in dem Basiselement positioniert ist, und wobei der Sensor auf der Leiterplatte in einer Position angeordnet ist, um eine Bewegung des Magneten zu erfassen, wobei insbesondere die Magnetführung auf der Leiterplatte angeordnet ist und der Magnet sich von der Magnethalterung erstreckt.
Schaltwerk nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Magnethalterung an einem Positionserfassungszahnrad angebracht ist, wobei insbesondere das Positionserfassungszahnrad von einem Abtriebszahnrad des Getriebes berührt und betätigt wird.
Schaltwerk nach Anspruch 16, das weiterhin ein Positionserfassungszahnradvorspannzahnrad aufweist, das in dem Umwerfer angeordnet ist und mit dem Positionserfassungszahnrad gekoppelt ist, um einen Rückschlag desselben zu verringern.