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Die Erfindung betrifft eine Kettenschaltung.
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Kettenschaltungen werden in Verbindung mit Kettenumschlingungsgetrieben eingesetzt. In einer einfachen Ausführungsform weist ein Kettenumschlingungsgetriebe zwei beabstandet zueinander angeordnete Wellen auf, die durch eine Kette miteinander verbunden sind. Die Kette überträgt dabei durch auf den Wellen angeordnete Zahnräder eine Kraft zwischen den Wellen. Weist eine Achse mehrere benachbart zueinander angeordnete Zahnräder auf, kann durch Umwerfen der Kette von einem auf ein anderes Zahnrad ein Gangwechsel vorgenommen werden. Ein solcher Gangwechsel wird in der Regel mithilfe einer Kettenschaltung realisiert.
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Insbesondere durch die Anwendung bei Fahrrädern sind derartige Kettenschaltungen bereits seit Jahrzehnten bekannt. Während die Antriebswelle dabei in der Regel an der sich in Verlängerung der Sattelstütze befindenden Tretkurbel angeordnet ist, liegt die Abtriebswelle auf der Drehachse des Hinterrades.
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Bei heutigen Fahrrädern ist es üblich, dass sowohl auf der Antriebs- als auch auf der Abtriebswelle mehrere zu Zahnradpaketen zusammengefasste Zahnräder angeordnet sind und damit auf beiden Wellen die Kette zwischen den Zahnrädern hin- und hergeschaltet werden kann. Eine Möglichkeit zur Kettenschaltung an der Abtriebswelle eines Fahrrades beschreibt zum Beispiel die
DE 29 15 447 C2 . Eine Kettenschaltung an der Antriebswelle eines Fahrrades zeigt die
DE 28 44 122 C2 .
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Bauartbedingt weisen derartige Kettenschaltungen jedoch mehrere Nachteile auf.
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So liegt jedes Zahnrad eines Zahnradpakets in einer eigenen Ebene. Da bei heute üblichen Kettenschaltungen ein antriebsseitiges Zahnradpaket ein bis drei Zahnräder aufweist, das abtriebseitige Zahnradpaket jedoch in der Regel deutlich mehr, unter Umständen bis zu elf Zahnrädern umfasst, liegen die beiden auf Antriebs- und Abtriebsseite gleichzeitig mit der Kette im Eingriff stehenden Zahnräder nur selten in einer Ebene. Eine derartige Anordnung geht daher in der Regel mit einer Schrägstellung der Kette einher. Die Folgen reichen von einem verminderten Wirkungsgrad über einen höheren Verschleiß bis hin zu verstärkter Geräuschbildung.
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Einen Lösungsvorschlag für das Problem der Schrägstellung wird in der
WO 2016/009 456 A1 vorgestellt. Zwischen Antriebs- und Abtriebswelle wird dort eine zusätzliche Zwischenwelle angeordnet. Mit einer ersten Kette wird die Kraft von der Antriebswelle auf das erste Zahnrad der Zwischenwelle übertragen. Auf der Zwischenwelle ist ein zweites Zahnrad axial verschiebbar angeordnet, das durch eine zweite Kette mit dem abtriebsseitigen Zahnradpaket verbunden ist und sich durch seine axiale Verschiebbarkeit in die Ebene des sich jeweils auf der Abtriebswelle aktuell im Eingriff befindlichen Zahnrads bewegen kann. Insbesondere durch die Anordnung einer zusätzlichen Zwischenwelle und die Verwendung einer zweiten Kette, stellt eine solche Kettenschaltung einen großen Herstellungsaufwand dar.
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Weist eine Kettenschaltung sowohl antriebs- als auch abtriebsseitig Zahnradpakete mit mehreren Zahnrädern auf, können auf dem antriebsseitigen Zahnradpaket und dem abtriebseitigen Zahnradpaket unabhängig voneinander Schaltungen vorgenommen werden. Damit ergibt sich eine Vielzahl von Zahnradkombinationen, von denen sich viele jedoch in ihrer Übersetzung nicht wesentlich unterscheiden. Eine derartige Kettenschaltung ist damit nicht eindeutig schaltbar. Insbesondere bei ungeübten Benutzern besteht daher häufig Unklarheit darüber, welche Zahnradkombination in der jeweiligen Situation am vorteilhaftesten ist.
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Die
US 2006/0 270 499 A1 , die
DE 10 2017 103 734 A1 , die
US 2009/0 098 964 A1 sowie die
US 2010/0 190 593 A1 schlagen Lösungen vor, die antriebsseitig und abtriebsseitig dieselbe Anzahl an Zahnrädern vorsehen. Bei diesen Lösungen sind jedoch zumindest zwei Umwerfersysteme, ein antriebsseitiges und ein abtriebsseitiges, erforderlich, die die Kette von einem Zahnrad auf ein anderes Zahnrad umwerfen. Dadurch wird die Komplexität und damit die Fehleranfälligkeit der Systeme erhöht. Darüber hinaus bringen diese Lösungen einen hohen Herstellungsaufwand mit sich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kettenschaltung bereitzustellen, bei der eine Schrägstellung der Kette vermieden wird, die einfach herzustellen sowie wenig fehleranfällig ist und bei der eine eindeutige Schaltbarkeit gegeben ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kettenschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Kettenschaltung weist eine Antriebswelle mit einer Antriebswellenachse und einem antriebsseitigen Zahnradpaket sowie eine Abtriebswelle mit einer Abtriebswellenachse und einem abtriebsseitigen Zahnradpaket auf, wobei die Antriebswellenachse und die Abtriebswellenachse beabstandet zueinander und orthogonal zu einer Längsachse der Kettenschaltung angeordnet sind, das antriebsseitige Zahnradpaket und das abtriebsseitige Zahnradpaket im gleichen Abstand zur Längsachse angeordnet sind und die gleiche Anzahl an Zahnrädern aufweisen.
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Darüber hinaus weisen das antriebsseitige Zahnradpaket und das abtriebsseitige Zahnradpaket zwei oder mehr als zwei Zahnräder mit unterschiedlichen Durchmessern auf, wobei das antriebsseitige Zahnradpaket mit dem den kleinsten antriebsseitigen Durchmesser aufweisenden Zahnrad und das abtriebsseitige Zahnradpaket mit dem den größten abtriebsseitigen Durchmesser aufweisenden Zahnrad zur Längsachse hin orientiert sind, oder das antriebsseitige Zahnradpaket mit dem den größten antriebsseitigen Durchmesser aufweisenden Zahnrad und das abtriebsseitige Zahnradpaket mit dem den kleinsten abtriebsseitigen Durchmesser aufweisenden Zahnrad zur Längsachse hin orientiert sind.
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Das antriebsseitige Zahnradpaket und das abtriebsseitige Zahnradpaket sind so ausgebildet, dass die Differenz zwischen zwei benachbarten Zahnrädern eines Zahnradpakets einen Zahn oder zwei Zähne beträgt. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen zwei benachbarten Zahnrädern eines Zahnradpakets zwei Zähne. Das antriebsseitige Zahnradpaket und das abtriebsseitige Zahnradpaket weisen vorzugsweise jeweils eine Anzahl von zwölf Zahnrädern auf.
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Ferner weist eine erfindungsgemäße Kettenschaltung eine Kette zum Übertragen einer Kraft vom antriebsseitigen Zahnradpaket zum abtriebsseitigen Zahnradpaket und einen Umwerfer auf, der parallel verschiebbar zur Längsachse angeordnet ist und derart mit der Kette zusammenwirkt, dass beim Verschieben des Umwerfers die Kette auf dem antriebsseitigen Zahnradpaket und dem abtriebsseitigen Zahnradpaket gleichzeitig um die gleiche Anzahl von Zahnrädern verschoben wird. Eine Verschiebung auf beiden Zahnradpaketen um jeweils ein Zahnrad kann damit als Übersetzungsänderung um einen Gang bezeichnet werden. Bei einer Differenz zwischen zwei benachbarten Zahnrädern eines Zahnradpakets von zwei Zähnen und der beschriebenen, einander entgegengesetzt orientierten Anordnung der beiden Zahnradpakete zur Längsachse hin, ergibt sich damit zwischen zwei benachbarten Gängen bevorzugt eine Differenz von vier Zähnen.
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Eine Ausführung der Erfindung, bei der die Differenz zwischen zwei benachbarten Zahnrädern eines Zahnradpakets zwei Zähne beträgt, ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da vor allem das Umwerfen der Kette von einem Zahnrad eines Zahnradpakets auf das benachbarte größere Zahnrad desselben Zahnradpakets durch einfaches Verschieben der Kette möglich ist. Dadurch, dass auf beiden Zahnradpaketen die Kette mit demselben Umwerfer umgeworfen wird, ist keine separate Umwerfmechanik an einem der beiden Zahnradpakete erforderlich. Insbesondere auf das im Fahrradbereich als abtriebsseitige Umwerfmechanik weit verbreitete Schrägparallelogramm kann verzichtet werden. Außerdem kann auf zusätzliche Wölbungen oder Rampen, sogenannte Steighilfen, an dem Zahnrad, auf das die Kette umgeworfen werden soll, verzichtet werden. Unter anderem kann der Herstellungsaufwand der Kettenschaltung dadurch reduziert werden. Darüber hinaus kann insbesondere bei einer Differenz von zwei Zähnen ein mit herkömmlichen Kettenschaltungen vergleichbares Verhältnis zwischen größter und kleinster Übersetzung bei gleichzeitig kompaktem Bauraum erreicht werden. Mit einer Differenz zwischen zwei benachbarten Zahnrädern von zwei Zähnen ergibt sich außerdem, insbesondere beim Einsatz der Kettenschaltung an einem Fahrrad, ein optimaler Übersetzungsunterschied zwischen zwei benachbarten Gängen.
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Mit der orthogonalen Anordnung der Antriebswellenachse und der Abtriebswellenachse zur Längsachse kann definiert werden, dass die Antriebswellenachse und die Abtriebswellenachse parallel zueinander angeordnet sind. Eine erfindungsgemäße Kettenschaltung weist zusätzlich das Merkmal auf, dass das antriebsseitige Zahnradpaket und das abtriebsseitige Zahnradpaket im gleichen Abstand zur Längsachse angeordnet sind. Dadurch kann erreicht werden, dass eine zu übermäßigem Verschleiß und übermäßigen Wirkungsgradverlusten führende Schrägstellung der Kette im Wesentlichen vermieden wird, wenn diese mit den einander entsprechenden Zahnrädern des antriebsseitigen Zahnradpakets und des abtriebsseitigen Zahnradpakets im Eingriff steht. Als einander entsprechende Zahnräder werden dabei die Zahnräder bezeichnet, die bei Nummerierung der Zahnräder eines Zahnradpakets ausgehend aus Richtung der Längsachse die gleiche Nummer aufweisen, wobei das Zahnrad eines Zahnradpakets, das am nächsten an der Längsachse angeordnet ist, die Nummer 1 erhält. Die Begriffe „einander entsprechende Zahnräder“ und „Zahnradpaarung“ werden im Folgenden äquivalent verwendet.
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Mithilfe der unterschiedlichen Durchmesser der Zahnräder eines Zahnradpakets und die gegensinnige Anordnung des antriebsseitigen Zahnradpakets und des abtriebseitigen Zahnradpakets in Bezug auf die Längsachse können die verschiedenen Zahnradpaarungen unterschiedliche Übersetzungen aufweisen. Die Übersetzung beschreibt dabei das Verhältnis der Zähnezahl eines antriebsseitigen Zahnrads zur Zähnezahl des entsprechenden abtriebsseitigen Zahnrads. Ausgehend von einer konstanten Drehzahl der Antriebswelle gilt damit: je größer die Übersetzung, desto größer die Drehzahl der Abtriebswelle. Bevorzugt ist die Zähnezahl eines Zahnrads dabei proportional zu dessen Durchmesser.
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Je nachdem, ob das antriebsseitige Zahnradpaket mit dem den kleinsten Durchmesser aufweisenden Zahnrad und das abtriebsseitige Zahnradpaket mit dem den größten Durchmesser aufweisenden Zahnrad zur Längsachse hin orientiert sind, oder das antriebsseitige Zahnradpaket mit dem den größten Durchmesser aufweisenden Zahnrad und das abtriebsseitige Zahnradpaket mit dem den kleinsten Durchmesser aufweisenden Zahnrad zur Längsachse hin orientiert sind, wird damit die größte Übersetzung der Kettenschaltung erreicht, wenn die Kette mit der am weitesten von der Längsachse entfernten Zahnradpaarung bzw. mit der am kürzesten von der Längsachse entfernten Zahnradpaarung im Eingriff steht.
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Dadurch, dass der Umwerfer parallel verschiebbar zur Längsachse angeordnet ist und derart mit der Kette zusammenwirkt, dass beim Verschieben des Umwerfers die Kette auf dem antriebsseitigen Zahnradpaket und dem abtriebsseitigen Zahnradpaket gleichzeitig um die gleiche Anzahl von Zahnrädern verschoben wird, verbindet die Kette vorzugsweise in jedem geschalteten Gang die einander entsprechenden Zahnräder des antriebsseitigen und des abtriebsseitigen Zahnradpakets, womit eine Schrägstellung der Kette vermieden werden kann. Gleichzeitig kann damit eine Kettenschaltung dargestellt werden, deren Anzahl an schaltbaren Gängen vorzugsweise der Anzahl der Zahnräder entspricht, die das antriebsseitige Zahnradpaket oder das abtriebsseitige Zahnradpaket aufweisen. „Parallel verschiebbar zur Längsachse“ bedeutet dabei insbesondere, dass der Umwerfer jederzeit parallel zur Längsachse ausgerichtet ist, der Abstand zwischen Umwerfer und Längsachse jedoch durch Verschieben des Umwerfers veränderbar ist. Der Umwerfer kann entlang einer Verschiebeachse verschiebbar sein, die mit der Längsachse vorzugsweise einen Winkel von 45° aufspannt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet das antriebsseitige Zahnradpaket pro Zahnrad jeweils einen ersten Kopfkreis, wobei die Durchmesser der Zahnräder des antriebsseitigen Zahnradpakets vorzugsweise so gewählt werden, dass die ersten Kopfkreise auf einer gedachten ersten Linie liegen, welche mit der Längsachse einen ersten Winkel einschließt. Vorzugsweise ist die Distanz zwischen allen Zahnrädern des antriebsseitigen Zahnradpakets gleich, sodass sich daraus ergibt, dass die Durchmesserdifferenz und damit die Zähnedifferenz zwischen allen benachbarten Zahnrädern des antriebsseitigen Zahnradpakets gleich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet das abtriebsseitige Zahnradpaket pro Zahnrad jeweils einen zweiten Kopfkreis, wobei die Durchmesser der Zahnräder des abtriebsseitigen Zahnradpakets so gewählt sind, dass die zweiten Kopfkreise auf einer gedachten zweiten Linie liegen, welche mit der Längsachse einen zweiten Winkel einschließt. Vorzugsweise ist die Distanz zwischen allen Zahnrädern des abtriebsseitigen Zahnradpakets gleich, sodass sich daraus ergibt, dass die Durchmesserdifferenz und damit die Zähnedifferenz zwischen allen benachbarten Zahnrädern des abtriebsseitigen Zahnradpakets gleich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Antriebswelle, die Abtriebswelle und der Umwerfer an mindestens einer Rahmenstruktur angeordnet. Als Rahmenstruktur kann dabei ganz allgemein die Struktur bezeichnet werden, an der die Kettenschaltung angeordnet ist. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Fahrradrahmen aber auch um die tragende Struktur einer Maschine handeln, an der die Kettenschaltung eingesetzt wird. Mittels der Anordnung der Antriebswelle, der Abtriebswelle und des Umwerfers an einer Rahmenstruktur können insbesondere die auf diese Bauteil wirkenden Kräfte und Momente abgestützt werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Umwerfer mittels einer Linearführung verschiebbar an der Rahmenstruktur gelagert. Die Linearführung weist vorzugsweise eine Schiene und einen auf der Schiene entlang einer Verschiebeachse verschiebbaren Schlitten auf, wobei die Verschiebeachse mit einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene den ersten Winkel oder den zweiten Winkel einschließt. Dadurch kann der Umwerfer bei einem Verschieben entlang der Verschiebeachse in Richtung der gedachten ersten Linie und der gedachten zweiten Linie bewegt werden, sodass er vorzugsweise entlang der Kontur des antriebsseitigen Zahnradpakets und des abtriebsseitigen Zahnradpakets bewegt wird. So kann der Abstand des Umwerfers zu dem jeweiligen Zahnradpaket konstant gehalten werden, woraus über alle Gänge hinweg eine gleichbleibende und hohe Schaltqualität erreicht werden kann. Dies ist mit herkömmlichen Kettenschaltungen, insbesondere solche, die eine Umwerfermechanik mit Schrägparallelogramm aufweisen, nicht darstellbar.
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Die Linearführung kann dabei beispielsweise als Linearkugelführung oder Lineargleitführung ausgebildet sein, wodurch der Kraftaufwand zur Betätigung der Linearführung besonders weit reduziert werden kann. Die Linearführung kann mindestens einen Führungsbolzen aufweisen, der vorzugsweise an dem Schlitten angeordnet ist. Die Schiene kann mindestens eine Führungsbohrung aufweisen, in der der mindestens eine Führungsbolzen verschiebbar gelagert ist. Entlang des mindestens einen Führungsbolzens können Schiene und Schlitten relativ zueinander geführt werden.
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Vorzugsweise sind der erste Winkel und der zweite Winkel gleich groß und betragen 45°. Darüber hinaus können die Winkel gleich groß sein und zwischen 40° und 50° betragen. Die Größe der beiden Winkel können sich daraus ergeben, dass das antriebsseitige Zahnradpaket und das abtriebsseitige Zahnradpaket so ausgebildet sind, dass die Differenz zwischen zwei benachbarten Zahnrädern eines Zahnradpakets einen Zahn oder zwei Zähne beträgt. Insbesondere bei der Verwendung einer handelsüblichen Fahrradkette und den damit einhergehenden Distanzen zwischen den Zahnrädern eines Zahnradpakets können sich der erste Winkel und der zweite Winkel zu 45° ergeben.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Linearführung eine Rastvorrichtung auf, wodurch mindestens eine Position des Schlittens vorgebbar ist. Bevorzugt sind die Positionen des Schlittens vorgebbar, die einem bestimmten Gang der Kettenschaltung zugeordnet werden können. Durch die Anordnung der Rastvorrichtung an der Linearführung können eine dauerhafte Funktionsfähigkeit sowie eine hohe Genauigkeit der Rastvorrichtung erreicht werden.
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Bevorzugt weist die Rastvorrichtung eine der Anzahl der Zahnräder eines Zahnradpakets entsprechende Anzahl an Senken auf. Die Senken können insbesondere als Sacklochbohrungen ausgeführt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Senken an einem Rastbolzen angeordnet, der an dem Schlitten angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Schiene eine Rastbohrung auf, in der der Rastbolzen verschiebbar anordenbar ist.
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Darüber hinaus kann die Rastvorrichtung mindestens ein Rastelement aufweisen, wobei das mindestens eine Rastelement zum Zusammenwirken mit mindestens einer der Senken ausgebildet ist. Bevorzugt ist das mindestens eine Rastelement derart ausgebildet, dass es in der mindestens einen Senke anordenbar ist. Das mindestens eine Rastelement ist vorzugsweise an der Schiene angeordnet. Das mindestens eine Rastelement kann ferner zumindest teilweise in der Rastbohrung angeordnet sein.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Rastelement eine Rolle mit einer Rollenbohrung sowie einen Lagerstift auf, wobei der Lagerstift in der Rollenbohrung angeordnet ist. Das Rastelement kann gegen mindestens eine Rastfeder an der Schiene oder dem Schlitten gelagert sein. Bevorzugt ist das Rastelement an der Schiene gelagert. Besonders bevorzugt ist das Rastelement derart an der Schiene gelagert, dass die Rolle in einer Senke des in der Rastbohrung angeordneten Rastbolzens anordenbar ist. Durch die Anordnung der Rolle am Rastelement kann das Rastelement auf dem Rastbolzen abrollen. So kann bei einer Relativbewegung zwischen Schlitten und Schiene die Reibung zwischen Rastelement und Rastbolzen minimiert werden.
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Die Rollenbohrung ist vorzugsweise zentral in der Rolle entlang der Rotationsachse der Rolle angeordnet. Die Rolle kann eine sphärische Kontaktfläche aufweisen, sodass zwischen Rolle und Rastbolzen vorzugsweise ein Punktkontakt entsteht. In der Rollenbohrung kann ein Lagerstift angeordnet sein, um den die Rolle drehbar angeordnet ist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Rastfeder an dem Lagerstift angeordnet, sodass das mindestens eine Rastelement federnd an der Schiene angeordnet ist.
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Der Rastbolzen kann vorzugsweise derart entlang des mindestens einen Rastelements bewegt werden, dass die Rolle auf dem Rastbolzen abrollt. Sobald die Rolle eine der Senken erreicht, kann die Rolle durch die federnde Lagerung des mindestens einen Rastelements selbsttätig in der Senke angeordnet und somit das Rastelement in die Senke eingerastet werden.
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Die Senken weisen bevorzugt einen V-förmigen Querschnitt auf und sind ohne Ausbildung einer Zwischenfläche nebeneinander angeordnet. Durch eine derartige Anordnung kann sichergestellt werden, dass die Rolle nicht zwischen zwei zueinander benachbarten Senken zu liegen kommt, sondern stets genau definiert in einer der Senken einrastet. Insbesondere wenn jede der Senken einem Gang der Kettenschaltung zugeordnet ist, kann damit eine undefinierte Einstellung der Kettenschaltung durch eine Positionierung des Umwerfers „zwischen den Gängen“ vermieden werden. Der Schlitten und/oder die Schiene können darüber hinaus einen Anschlag aufweisen, sodass im montierten Zustand der Linearführung der Schlitten vorzugsweise in keine Position gebracht werden kann, in dem das mindestens eine Rastelement mit nicht mindestens einer der Senken zusammenwirkt.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Umwerfer mittels eines auf Zug und/oder Druck belastbaren Drahts oder Bowdenzugs verschiebbar sein. Im Folgenden gelten sämtliche Bezugnahmen auf den Draht gleichermaßen für den Bowdenzug. Der Draht kann dabei am Umwerfer direkt oder an der Linearführung angeordnet sein und verbindet vorzugsweise die Kettenschaltung mit einer Bedienerschnittstelle, beispielsweise einem Schalthebel. Insbesondere durch die Verwendung eines auf Zug und Druck belastbaren Drahts kann auf eine aufwendige, insbesondere aus dem Fahrradbereich bekannte, Mechanik verzichtet werden, die insbesondere erforderlich ist, um einen nur auf Zug belastbaren Draht permanent unter Spannung zu halten.
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Besonders bevorzugt ist die Kettenschaltung derart ausgebildet, dass die Zahnräder des antriebsseitigen Zahnradpakets dem Durchmesser nach geordnet auf der Antriebswelle und/oder die Zahnräder des abtriebsseitigen Zahnradpakets dem Durchmesser nach geordnet auf der Abtriebswelle angeordnet sind. Durch eine solche Anordnung wird erreicht, dass die Übersetzung durch Verschieben der Kette in die eine oder die andere Richtung schrittweise angepasst werden kann. Für den Bediener kann eine derartige Anordnung leicht verständlich und gut bedienbar sein.
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Vorzugsweise weist der Umwerfer einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung einen Träger auf, der ein antriebsseitiges Kettenkontaktelement aufweist, das in Laufrichtung der Kette benachbart vor dem antriebsseitigem Zahnradpaket angeordnet ist, und der ein abtriebsseitiges Kettenkontaktelement aufweist, das in Laufrichtung der Kette benachbart vor dem abtriebsseitigen Zahnradpaket angeordnet ist. Dabei wird die Strecke zwischen dem antriebsseitigen Kettenkontaktelement und dem benachbarten antriebsseitigen Zahnradpaket sowie die Strecke zwischen dem abtriebsseitigen Kettenkontaktelement und dem benachbarten abtriebsseitigen Zahnradpaket vorzugsweise so kurz gewählt, dass der Einfluss der Querflexibilität der Kette so gering ist, dass ein genaues Positionieren der Kette quer zur Laufrichtung der Kette und damit ein definiertes Schalten möglich ist. Bevorzugt wird diese Strecke gleichzeitig so lang gewählt, dass die Querflexibilität der Kette so viel Spiel zulässt, dass beim Umwerfen der Kette kein Verkanten, insbesondere zwischen dem jeweiligen Kettenkontaktelement, der Kette und dem jeweils zu verlassenden Zahnrad, auftritt. Als Querflexibilität wird dabei die Flexibilität der Kette quer zu ihrer Laufrichtung bezeichnet. Dadurch, dass der erste Winkel und der zweite Winkel sowie der Winkel zwischen der Linearführung und der Längsachse den gleichen Betrag aufweisen, kann die Strecke zwischen dem jeweiligen Kettenkontaktelement und dem jeweiligen Zahnradpaket konstant gehalten werden. Damit kann über alle Gänge eine gleichbleibend hohe Schaltqualität gewährleistet werden. Dies ist mit herkömmlichen Kettenschaltungen, insbesondere solcher, die eine Umwerfermechanik mit Schrägparallelogramm aufweisen, nicht darstellbar.
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Die Kettenschaltung kann dabei derart ausgebildet sein, dass das antriebsseitige Kettenkontaktelement und/oder das abtriebsseitige Kettenkontaktelement die Kette vollständig umschließen. Dabei kann das Kettenkontaktelement insbesondere quer zur Laufrichtung der Kette einen Rahmen bilden, durch den die Kette hindurchläuft. Je nach Ausführungsform kann dabei das Kettenkontaktelement permanent mit der Kette in Kontakt stehen oder nur in manchen Situationen, beispielsweise beim Verschieben der Kette.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen das antriebsseitige Kettenkontaktelement und/oder das abtriebsseitige Kettenkontaktelement eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, welche zumindest anteilig senkrecht zur Antriebswellenachse oder zur Abtriebswellenachse verlaufen. Bevorzugt ist die erste Fläche auf einer zur Längsachse zugewandten Seite der Kette und die zweite Fläche auf einer gegenüberliegenden, der Längsachse abgewandten Seite der Kette angeordnet.
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Dabei können die erste Fläche oder die zweite Fläche beim Verschieben des Umwerfers mit der Kette zusammenwirken.
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Vorzugsweise sind beim Schaltvorgang und damit beim Verschieben des Umwerfers die Antriebswellenachse und die Abtriebswellenachse mit einer Drehzahl beaufschlagt, sodass sich die Kette in Laufrichtung bewegt. Die erste Fläche und die zweite Fläche können beim Verschieben des Umwerfers derart mit der Kette zusammenwirken, dass bei einem Verschieben des Umwerfers hin zu der Längsachse ein Gleitkontakt zwischen der ersten Fläche und der Kette entsteht und bei einem Verschieben des Umwerfers weg von der Längsachse ein Gleitkontakt zwischen der zweiten Fläche und der Kette entsteht. Durch das Verschieben des Umwerfers kann so eine Kraft auf die Kette quer zur Laufrichtung der Kette ausgeübt werden, die ein Umwerfen der Kette von einem auf ein anderes Zahnrad eines Zahnradpakets bewirkt. Der Umwerfer einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass beim Verschieben des Umwerfers die Kette auf dem antriebsseitigen Zahnradpaket und dem abtriebsseitgen Zahnradpaket gleichzeitig um die gleiche Anzahl von Zahnrädern verschoben wird.
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Die erste Fläche und die zweite Fläche können insbesondere derart anteilig senkrecht zur Antriebswellenachse oder zur Abtriebswellenachse verlaufen, dass die erste Fläche und/oder die zweite Fläche mit der Antriebswellenachse oder die Abtriebswellenachse einen Winkel ungleich 0° einschließen oder, dass nur ein Abschnitt der ersten Fläche und/oder der zweiten Fläche senkrecht zu der Antriebswellenachse oder der Abtriebswellenachse angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung können sich die erste Fläche und die zweite Fläche des Kettenkontaktelements entgegen der Laufrichtung der Kette öffnen, um insbesondere bei einem Verschieben des Umwerfers ein Verkanten des Kettenkontaktelements am Eintritt der Kette in das Kettenkontaktelement zu vermeiden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Kettenkontaktelement permanent mit der Kette in Kontakt stehen. Dabei kann das Kettenkontaktelement beispielsweise ein Umwerferzahnrad aufweisen, dessen Rotationsachse parallel zur Antriebs- oder Abtriebswellenachse ausgerichtet ist und das permanent mit der Kette im Eingriff steht.
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Insbesondere kann der Umwerfer derart ausgebildet sein, dass das antriebsseitige Kettenkontaktelement eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist, die mit der Kette in Gleitkontakt treten können, während das abtriebsseitige Kettenkontaktelement ein Zahnrad aufweist.
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Besonders bevorzugt weist der Träger eine Kettenspannvorrichtung auf. Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere eine Spannfeder aufweisen, die über ein Spannkontaktelement wie beispielsweise ein Spannzahnrad oder ein Gleitelement mit der Kette in Kontakt tritt und dadurch die Kette stets unter Spannung halten kann. Damit können die Unterschiede in der Kettenspannung ausgeglichen werden, die vor allem durch das Umwerfen der Kette auf eine andere Zahnradpaarung entstehen können: zum einen durch die unterschiedlichen Durchmesser der verschiedenen Zahnräder und zum anderen durch das Ausheben der Kette aus den Zähnen des zu verlassenden Zahnrads, das beim Umwerfen der Kette zwingend erforderlich ist. Eine Kettenspannvorrichtung kann damit das Umwerfen der gespannten Kette ermöglichen. Damit kann die Kettenschaltung vorteilhafterweise im Betrieb, also bei rotierender Antriebsachse und rotierender Abtriebsachse, geschaltet werden.
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Vorzugsweise ist die Kettenspannvorrichtung in Laufrichtung zwischen dem antriebsseitigen Zahnradpaket und dem abtriebsseitigen Zahnradpaket, dem sogenannten Leertrum, angeordnet, da in diesem Abschnitt die Kette in der Regel keine Kraft überträgt und daher ohne Kettenspannvorrichtung durchhängen würde.
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Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kettenschaltung in Verbindung mit einem Fahrzeug, insbesondere einem Fahrrad, oder einer Werkzeugmaschine verwendet. Eine Werkzeugmaschine mit einer Kettenschaltung kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass sie im Betrieb, also bei rotierender Antriebsachse und rotierender Abtriebsachse, ohne Entspannen der Kette, geschaltet werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung an einem Fahrrad,
- 2 eine schematische Seitenansicht des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,
- 3 eine schematische Darstellung eines Zahnrads des antriebsseitigen Zahnradpakets oder des abtriebsseitigen Zahnradpakets des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,
- 4 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung einer Linearführung in einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung,
- 5A einen schematischen Querschnitt einer Kette und eines Kettenkontaktelements einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung in Laufrichtung der Kette, wobei die Kette von dem Kettenkontaktelement vollständig umschlossen wird,
- 5B einen schematischen Querschnitt einer Kette und eines Kettenkontaktelements einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung in Laufrichtung der Kette, wobei die Kette von dem Kettenkontaktelement nicht vollständig umschlossen wird,
- 6A eine Vorderansicht einer Schiene einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung mit eingezeichneter Schnittlinie A-A,
- 6B den Querschnitt A-A der in 6A dargestellten Schiene,
- 7A die Vorderansicht eines Schlittens einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung,
- 7B die Seitenansicht von rechts des in 7A dargestellten Schlittens,
- 7C die Untersicht des in 7A dargestellten Schlittens,
- 7D die Seitenansicht von links des in 7A dargestellten Schlittens mit der in einen Rastbolzen eingezeichneten Schnittlinie B-B,
- 8A einen Ausschnitt des Querschnitts B-B des Rastbolzens des in 7D dargestellten Schlittens,
- 8B einen dem in 8A entsprechenden Ausschnitt eines Rastbolzens mit Zwischenflächen.
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Die 1 und 2 zeigen verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung 10. Zum besseren Verständnis sind dabei verdeckte Kanten dargestellt. Insbesondere eine Kette 12 ist in 1 der Übersichtlichkeit halber nur angedeutet.
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Der Übersichtlichkeit halber werden nicht alle Bezugszeichen in jeder Figur verwendet. Die 3 bis 8A zeigen schematisch Details erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele. Für gleiche und funktionsgleiche Teile in den 1 bis 8B werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung 10 an einem Fahrrad. Daher sind in 1 eine Tretkurbel 16 sowie ein Hinterrad 18 dargestellt.
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Die Kettenschaltung 10 weist eine Antriebswelle 20 mit einer Antriebswellenachse 22 und eine Abtriebswelle 24 mit einer Abtriebswellenachse 26 auf, die beabstandet zueinander und orthogonal zu einer Längsachse 28 angeordnet sind.
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Sowohl die Antriebswelle 20 als auch die Abtriebswelle 24 sind an einer Rahmenstruktur 30 gelagert. Auf der Antriebswelle 20 ist ein antriebsseitiges Zahnradpaket 32, auf der Abtriebswelle 24 ein abtriebsseitiges Zahnradpaket 34 angeordnet. Dabei weisen das antriebsseitige Zahnradpaket 32 und das abtriebsseitige Zahnradpaket 34 jeweils zehn Zahnräder 35 mit unterschiedlichen Durchmessern d auf. Sowohl die Zahnräder 35 des antriebsseitigen Zahnradpakets 32 als auch die Zahnräder 35 des abtriebsseitigen Zahnradpakets 34 sind nach dem Durchmesser d geordnet. Das antriebsseitige Zahnradpaket 32 ist derart angeordnet, dass das den kleinsten antriebsseitigen Durchmesser dan,min aufweisende Zahnrad 35 zur Längsachse 28 hin orientiert ist. Das Zahnrad 35 mit dem größten antriebsseitigen Durchmesser dan,max weist dementsprechend die größte Distanz zur Längsachse 28 auf. Das abtriebsseitige Zahnradpaket 34 ist entgegengesetzt angeordnet, sodass es mit dem den größten abtriebsseitigen Durchmesser dab,max aufweisenden Zahnrad 35 zur Längsachse 28 hin orientiert ist. Das Zahnrad 35 mit dem kleinsten abtriebsseitigen Durchmesser dab,min weist dementsprechend die größte Distanz zur Längsachse 28 auf. Das antriebsseitige Zahnradpaket 32 und das abtriebsseitige Zahnradpaket 34 sind dabei im selben Abstand b zur Längsachse 28 angeordnet.
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Eine schematische Darstellung eines Zahnrads 35, wie es das antriebsseitige Zahnradpaket 32 und das abtriebsseitige Zahnradpaket 34 mit unterschiedlichen Durchmessern d aufweisen, findet sich in 3. Daraus ist ersichtlich, dass ein Zahnrad 35 mit einem Durchmesser d einen Kopfkreis 36 bildet. Die Kopfkreise 36 der Zahnräder 35 des antriebsseitigen Zahnradpakets 32 werden dabei als erste Kopfkreise bezeichnet. Die Kopfkreise 36 der Zahnräder 35 des abtriebsseitigen Zahnradpakets 34 werden entsprechend als zweite Kopfkreise bezeichnet.
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Wie 1 zeigt, sind die Durchmesser d der Zahnräder 35 des antriebsseitigen Zahnradpakets 32 so gewählt, dass die ersten Kopfkreise auf einer gedachten ersten Linie 38 liegen, welche mit der Längsachse 28 einen ersten Winkel a1 einschließt. Die Durchmesser d der Zahnräder 35 des abtriebsseitigen Zahnradpakets 34 sind entsprechend so gewählt, dass die zweiten Kopfkreise auf einer gedachten zweiten Linie 40 liegen, welche mit der Längsachse 28 einen zweiten Winkel a2 einschließt.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kettenschaltung 10 weist ferner die Kette 12 auf, die eine Kraft von dem antriebsseitigen Zahnradpaket 32 auf das abtriebsseitige Zahnradpaket 34 überträgt. In der Darstellung in 1 verbindet Kette 12 das vierte Zahnrad 35 des antriebsseitigen Zahnradpakets 32 mit dem vierten Zahnrad 35 des abtriebsseitigen Zahnradpakets 34, wobei die Nummerierung der Zahnräder 35 jeweils ausgehend von der Längsachse 28 mit Nummer 1 beginnt. Die Kette 12 kann durch Betätigung des Umwerfers 14 von einer Zahnradpaarung auf eine andere Zahnradpaarung umgeworfen werden. Der Umwerfer 14 ist dafür mittels einer Linearführung 42 parallel verschiebbar zur Längsachse 28 an der Rahmenstruktur 30 angeordnet.
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Der Umwerfer 14 weist einen Träger 44 auf, an dem ein antriebsseitiges Kettenkontaktelement 46 und ein abtriebsseitiges Kettenkontaktelement 48 angeordnet sind. Der Träger 44 ist dabei als einstückiges Bauteil ausgeführt.
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Das antriebsseitige Kettenkontaktelement 46 kann entsprechend dem Querschnitt in 5A ausgebildet sein. Dabei bildet das antriebsseitige Kettenkontaktelement 46 einen Rahmen 50 bildet, der die Kette 12 vollständig umschließt. Alternativ kann das antriebsseitige Kettenkontaktelement 46 beispielsweise gemäß der Darstellung in 5B mit einem Rahmen 50 ausgebildet sein, der die Kette 12 nicht vollständig umschließt.
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Beide in 5A und 5B dargestellten Ausführungsformen eines antriebsseitigen Kettenkontaktelements 46 weisen eine erste Fläche 52 und eine zweite Fläche 54 auf, die mit der Kette 12 insofern zusammenwirken können, dass sie bei einer Betätigung und damit Verschiebung des Umwerfers 14 mit der sich in Laufrichtung p1 (2) bewegenden Kette 12 in einen Gleitkontakt treten können. Bei weiterer Verschiebung des Umwerfers 14 wird eine seitliche Kraft auf die Kette 12 ausgeübt, die ein Umwerfen der Kette 12 auf das im Zahnradpaket benachbart angeordnete Zahnrad 35 bewirkt. In 5A und 5B ist das antriebsseitige Kettenkontaktelement 46 jeweils in einem Zustand abgebildet, in dem kein Schaltvorgang abläuft und der Umwerfer 14 dementsprechend nicht aktiv ist. Zwischen der ersten Fläche 52 und der Kette 12 sowie der zweiten Fläche 54 und der Kette 12 besteht daher ein Spalt 56. Derartige, in 5A und 5B dargestellte Kettenkontaktelemente können genauso abtriebsseitig angeordnet sein.
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Das abtriebsseitige Kettenkontaktelement 48 des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels weist ein am Träger 44 gelagertes Umwerferzahnrad 58 auf, das mit der Kette 12 permanent im Eingriff steht. Damit gibt das in Laufrichtung p1 der Kette 12 vor dem abtriebsseitigen Zahnradpaket 34 angeordnete Umwerferzahnrad 58 die Position der Kette 12 auf dem abtriebsseitigen Zahnradpaket 34 in Richtung der Abtriebswellenachse 26 vor. Durch eine Verschiebung des Umwerfers 14 kann diese Position entsprechend auf ein anderes Zahnrad des abtriebsseitigen Zahnradpakets geändert werden.
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In einer nicht dargestellten Weiterbildung der Erfindung können axial benachbart links und rechts des Umwerferzahnrads 58 Anlaufscheiben angeordnet sein, die im Falle einer großen Krafteinwirkung auf die Kette 12 quer zur Laufrichtung p1 , beispielsweise bei sehr schnellen Schaltvorgängen über mehrere Gänge hinweg oder einer starken Verschmutzung der Kettenschaltung 10, ein seitliches Abspringen der Kette 12 von dem Umwerferzahnrad 58 verhindern können.
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Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Kettenspannvorrichtung 60 auf, die an dem Träger 44 angeordnet ist. Die Kraftübertragung vom antriebsseitigen Zahnradpaket 32 zum abtriebsseitigen Zahnradpaket 34 findet in Laufrichtung p1 der Kette 12 zwischen dem abtriebsseitigen Zahnradpaket 34 und dem antriebsseitigen Zahnradpaket 32 statt. In diesem Abschnitt, dem sogenannten Lasttrum, wird die Kette 12 dementsprechend auf Zug beansprucht und steht unter Spannung. Ein zusätzliches Spannen der Kette 12 durch eine dafür vorgesehene Vorrichtung ist daher in der Regel im Lasttrum nicht erforderlich.
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Zwischen dem antriebsseitigen Zahnradpaket 32 und dem abtriebsseitigen Zahnradpaket 34 (ebenfalls in Laufrichtung p1 der Kette 12), findet keine Kraftübertragung statt. Es handelt sich um den sogenannten Leertrum. In diesem Abschnitt ist die Kette 12 entspannt, sodass sie hier durchhängen würde und daher die Kettenspannvorrichtung 60 angeordnet ist, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
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Die Kettenspannvorrichtung 60 weist einen Hebelarm 62 auf, der drehbar an dem Träger 44 gelagert ist. Auf der einen Seite des Hebelarms 62 ist ein Spannzahnrad 64 angeordnet, das permanent mit der Kette 12 im Eingriff steht. Eine Spannfeder 66, die auf der anderen Seite des Hebelarms 62 angeordnet ist und sich an dem Träger 44 abstützt, gewährleistet eine Spannung der Kette 12. Damit können insbesondere die Unterschiede in der Kettenspannung ausgeglichen werden die aus der unterschiedlichen Länge des sich im Leertrum befindenden Kettenabschnitts in den unterschiedlichen Gängen ergeben. Die Stärke der Kettenspannung kann beispielsweise durch die Länge der Hebelverhältnisse des Hebelarms 62 sowie der Auswahl der Spannfeder 66 bestimmt werden. Vorzugsweise ist das Spannzahnrad 64 so weit vom Ende des Hebelarms 62 entfernt angeordnet, dass die damit im Eingriff stehende Kette 12, wie in 2 dargestellt, von dem Ende des Hebelarms 62 flankiert wird. Durch diese Anordnung kann einem Abspringen der Kette 12 von dem Spannzahnrad 64 vorgebeugt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Umwerferzahnrad 58 entfallen. In diesem Fall übernimmt das Spannzahnrad 64 zusätzlich die Funktion des Umwerferzahnrads 58.
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Um die Verschiebbarkeit des Umwerfers 14 parallel zur Längsachse 28 zu ermöglichen, ist der Umwerfer 14 mittels der Linearführung 42 verschiebbar an der Rahmenstruktur 30 gelagert. Wie in 1 und 4 dargestellt ist, weist die Linearführung 42 eine Verschiebeachse 68 auf und ist derart an der Rahmenstruktur 30 angeordnet, dass die Verschiebeachse 68 mit einer senkrecht zur Längsachse 28 angeordneten Ebene einen Verschiebewinkel av einschließt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Verschiebewinkel av gleich dem ersten Winkel a1 und dem zweiten Winkel a2 und beträgt 45°. Bei der Verschiebung des Umwerfers 14 parallel zur Längsachse 28 wird dabei die Strecke zwischen dem antriebsseitigen Kettenkontaktelement 46 und dem antriebsseitigen Zahnradpaket 32 sowie zwischen dem abtriebsseitigen Kettenkontaktelement 48 und dem abtriebsseitigen Zahnradpaket 34 konstant gehalten, wodurch über alle Gänge hinweg ein zuverlässiges Umwerfen der Kette 12 und damit eine gleichbleibende Schaltqualität erreicht werden kann.
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Wie in 4 dargestellt, weist die Linearführung 42 einen Schlitten 70 sowie eine Schiene 72 auf, in der der Schlitten 70 verschiebbar angeordnet ist. An dem Schlitten 70 ist einerseits der Träger 44 angeordnet. Andererseits ist an dem Schlitten 70 das eine Ende eines Drahts 74 angeordnet, der mit seinem anderen Ende mit einem Schalthebel 76 verbunden ist. Der Draht 74 ist dabei auf Zug und Druck belastbar, sodass durch Betätigung des Schalthebels 76 in eine der Betätigungsrichtungen p2 der Umwerfer 14 in beide Verschieberichtungen p3 entlang der Verschiebeachse 68 verschoben werden kann. Da der Träger 44, an dem das antriebsseitige Kettenkontaktelement 46 und das abtriebsseitige Kettenkontaktelement 48 angeordnet sind, starr und einstückig ausgebildeten ist, erfolgt das Umwerfen der Kette 12 bei Betätigung des Schalthebels 76 auf dem antriebsseitigen Zahnradpaket 32 und dem abtriebsseitigen Zahnradpaket 34 gleichzeitig und um die gleiche Anzahl von Zahnrädern 35. Damit ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur ein Schalthebel 76 zur Betätigung der Kettenschaltung 10 erforderlich. Außerdem kann eine Schrägstellung der Kette 12 weitestgehend vermieden werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der Gänge der Kettenschaltung 10 unmittelbar durch Abzählen der Zahnräder 35 des antriebsseitigen Zahnradpakets 32 oder des abtriebsseitigen Zahnradpakets 34 ermittelt werden. Die in dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Kettenschaltung 10 weist dementsprechend zehn Gänge auf.
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Die 6A und 6B zeigen die Vorderansicht sowie die Schnittansicht A-A einer Schiene 72. In den 7A bis 7D sind verschiedene Ansichten eines mit der Schiene 72 zusammenwirkenden Schlittens 70 dargestellt.
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Die Schiene 72 weist zwei Führungsbohrungen 78 sowie eine Rastbohrung 80 auf. Die Führungsbohrungen 78 sind zur Aufnahme von Führungsbolzen 90 (siehe 7B) vorgesehen. In der Rastbohrung 80 ist ein Rastbolzen 92 anordenbar. Die Führungsbolzen 90 und die Führungsbohrungen 78 haben die Aufgabe, eine genaue, robuste und leichtgängige Funktion der Linearführung 42 sicherzustellen. Im Unterschied zu dem Rastbolzen 92 werden die Führungsbolzen 90 daher in nicht dargestellten Lagerbuchsen geführt. Die Lagerbuchsen werden in den Führungsbohrungen 78 angeordnet. Obwohl die Führungsbolzen 90 und der Rastbolzen 92 den gleichen Durchmesser aufweisen, weisen die Führungsbohrungen 78 daher einen größeren Durchmesser als die Rastbohrung 80 auf.
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An der Schiene 72 ist darüber hinaus eine Rastvorrichtung 82 angeordnet. Die Rastvorrichtung 82 weist eine Rolle 84 mit einer Rollenbohrung 86 auf. Die Rollenbohrung 86 ist zentral in der Rolle 84 angeordnet und nimmt einen Lagerstift 88 auf, durch den die Rastvorrichtung 82 an der Schiene 72 angebunden ist. Die Rastvorrichtung 82 kann mittels einer nicht dargestellten Feder gegen die Schiene 72 gelagert sein, sodass die Rastvorrichtung 82, insbesondere die Rolle 84, in den Querschnitt der Rastbohrung 80 hineinragt. Trifft der in die Rastbohrung 80 eingeführte Rastbolzen 92 auf die Rolle 84, wird die Rastvorrichtung 82 in der Darstellung in 6A gegen die Feder nach links ausgelenkt. Die Rolle 84 wird dadurch federkraftbelastet an den Rastbolzen 92 angelegt. Bei einer Linearbewegung des Schlittens 70 in der Schiene 72, und damit des Rastbolzens 92 in der Rastbohrung 80, kann die Rolle 84 auf dem Rastbolzen 92 abrollen. Die Rolle 84 weist dabei vorzugsweise eine sphärische Kontaktfläche 85 auf. Dadurch kann zwischen der Rolle 84 und dem Rastbolzen 92 ein Punktkontakt entstehen, wodurch die Reibung zwischen Rolle 84 und Rastbolzen 92 gering gehalten werden kann. Wird der Schlitten 70 in der Schiene 72 bewegt, und eine am Rastbolzen 92 angeordnete Senke 94 erreicht die Rolle 84, rastet die federkraftbeaufschlagte Rolle 84 in die Senke 94 ein. Vorzugsweise ist die Kettenschaltung 10 so eingestellt, dass die Position einer Senke 94 einem Gang der Kettenschaltung 10 entspricht. Damit entspricht die Anzahl der Senken 94 der Anzahl der Gänge der Kettenschaltung 10 und damit der Anzahl der antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Zahnräder 35. Der in 7D gezeigte Rastbolzen 92 weist zwölf Senkungen 94 auf, ist also für eine 12-Gang-Kettenschaltung vorgesehen.
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8A zeigt einen Querschnitt durch die in 7D dargestellten Senken 94. Die Senken 94 weisen einen V-förmigen Querschnitt auf. Dieser Querschnitt gibt der in einer Senke 94 eingerasteten Rolle 84 ausreichend Halt und gewährleistet gleichzeitig, dass bei ausreichender Kraft in Richtung der Verschiebeachse 68 auf den Schlitten 70 die Rolle 84 und damit das Rastelement 82 aus der Senke 94 ausgerastet werden kann.
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In 8B ist ein Querschnitt der Senken 94 eines weiteren Ausführungsbeispiels dargestellt. Zwischen den Senken 94 sind Zwischenflächen 96 angeordnet.
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Das in 8A dargestellte Ausführungsbeispiel weist hingegen keine Zwischenflächen 96 zwischen den Senken 94 auf. Dadurch wird sichergestellt, dass die Rolle 84 nicht zwischen zwei zueinander benachbarten Senken 94 zu liegen kommt, sondern stets genau definiert in einer der Senken 94 einrastet. Insbesondere wenn jede der Senken 94 einem Gang der Kettenschaltung 10 zugeordnet ist, wird damit eine undefinierte Einstellung der Kettenschaltung 10 durch eine Positionierung des Umwerfers 14 „zwischen den Gängen“ vermieden. Der Schlitten 70 und/oder die Schiene 72 können darüber hinaus einen Anschlag aufweisen, sodass im montierten Zustand der Linearführung 42 der Schlitten in keine Position gebracht werden kann, in dem das Rastelement 82 mit nicht mindestens einer der Senken 94 zusammenwirkt.
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Die nachstehend dargestellte Tabelle zeigt einen Vergleich der als Ausführungsbeispiel beschriebenen Kettenschaltung 10 mit zehn Gängen mit heute verfügbaren, handelsüblichen Fahrradschaltungen. Daraus wird deutlich, dass eine erfindungsgemäße Kettenschaltung 10 eine vergleichbare Übersetzung und damit auch eine vergleichbare Entfaltung sowie einen vergleichbaren Geschwindigkeitsbereich gegenüber diesen Fahrradschaltungen darstellen kann.
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Übersetzung
(jeweilige Zähnezahl Antriebsseite / jeweilige Zähnezahl Abtriebsseite)
| Gang Nr. | Ausführungs-beispiel | Vergleichsschaltung 1 | Vergleichsschaltung 2 |
| 1 | 0,8 | 0, 63 | 0,73 |
| 2 | 0, 928 | 0,71 | 0,83 |
| 3 | 1, 077 | 0,79 | 0, 95 |
| 4 | 1,25 | 0,88 | 1, 07 |
| 5 | 1,454 | 0, 98 | 1,22 |
| 6 | 1,7 | 1,09 | 1,39 |
| 7 | 2,0 | 1,22 | 1,58 |
| 8 | 2,375 | 1,36 | 1,79 |
| 9 | 2, 857 | 1,52 | 2,03 |
| 10 | 3,5 | 1, 69 | 2,31 |
| 11 | - | 1,88 | 2, 63 |
| 12 | - | 2,1 | 2, 98 |
| 13 | - | 2,34 | 3,39 |
| 14 | - | 2, 61 | 3, 85 |
| 15 | - | 2, 91 | - |
| 16 | - | 3,25 | - |
| 17 | - | 3,62 | - |
| 18 | - | 4,04 | - |
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Entfaltung
(zurückgelegte Wegstrecke pro Umdrehung der Tretkurbel
16) in m
| Gang Nr. | Ausführungs-beispiel | Vergleichsschaltung 1 | Vergleichsschaltung2 |
| 1 | 1,78 | 1,39 | 1,6 |
| 2 | 2, 07 | 1,55 | 1, 82 |
| 3 | 2,4 | 1,73 | 2,07 |
| 4 | 2,78 | 1, 93 | 2,35 |
| 5 | 3,24 | 2,15 | 2, 67 |
| 6 | 3,79 | 2,4 | 3, 04 |
| 7 | 4,46 | 2, 67 | 3,45 |
| 8 | 5,29 | 2, 98 | 3, 92 |
| 9 | 6,37 | 3,32 | 4,45 |
| 10 | 7, 8 | 3,7 | 5,06 |
| 11 | - | 4,13 | 5,75 |
| 12 | - | 4,6 | 6,52 |
| 13 | - | 5,13 | 7,43 |
| 14 | - | 5,72 | 8,43 |
| 15 | - | 6,38 | - |
| 16 | - | 7,11 | - |
| 17 | - | 7, 93 | - |
| 18 | - | 8, 84 | - |
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Geschwindigkeit
in km/h bei 70 Umdrehungen der Tretkurbel 16 pro Minute
| Gang Nr. | Ausführungs-beispiel | Vergleichsschaltung 1 | Vergleichsschaltung2 |
| 1 | 7,476 | 5,838 | 6, 72 |
| 2 | 8,694 | 6,51 | 7,644 |
| 3 | 10,08 | 7,266 | 8, 694 |
| 4 | 11,676 | 8,106 | 9,87 |
| 5 | 13,608 | 9,03 | 11,214 |
| 6 | 15,918 | 10,08 | 12,768 |
| 7 | 18,732 | 11,214 | 14,49 |
| 8 | 22,218 | 12,516 | 16,464 |
| 9 | 26,754 | 13,944 | 18,69 |
| 10 | 32,76 | 15,54 | 21,252 |
| 11 | - | 17,346 | 24,15 |
| 12 | - | 19,32 | 27,384 |
| 13 | - | 21,546 | 31,206 |
| 14 | - | 24,024 | 35,406 |
| 15 | - | 26,796 | - |
| 16 | - | 29,862 | - |
| 17 | - | 33,3 | - |
| 18 | - | 37,128 | - |
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kettenschaltung
- 12
- Kette
- 14
- Umwerfer
- 16
- Tretkurbel
- 18
- Hinterrad
- 20
- Antriebswelle
- 22
- Antriebswellenachse
- 24
- Abtriebswelle
- 26
- Abtriebswellenachse
- 28
- Längsachse
- 30
- Rahmenstruktur
- 32
- antriebsseitiges Zahnradpaket
- 34
- abtriebsseitiges Zahnradpaket
- 35
- Zahnrad
- 36
- Kopfkreis
- 38
- erste Linie
- 40
- zweite Linie
- 42
- Linearführung
- 44
- Träger
- 46
- antriebsseitiges Kettenkontaktelement
- 48
- abtriebsseitiges Kettenkontaktelement
- 50
- Rahmen
- 52
- erste Fläche
- 54
- zweite Fläche
- 56
- Spalt
- 58
- Umwerferzahnrad
- 60
- Kettenspannvorrichtung
- 62
- Hebelarm
- 64
- Spannzahnrad
- 66
- Spannfeder
- 68
- Verschiebeachse
- 70
- Schlitten
- 72
- Schiene
- 74
- Draht
- 76
- Schalthebel
- 78
- Führungsbohrung
- 80
- Rastbohrung
- 82
- Rastelement
- 84
- Rolle
- 85
- Kontaktfläche
- 86
- Rollenbohrung
- 88
- Lagerstift
- 90
- Führungsbolzen
- 92
- Rastbolzen
- 94
- Senken
- 96
- Zwischenfläche
- a1
- erster Winkel
- a2
- zweiter Winkel
- av
- Verschiebewinkel
- b
- Abstand
- d
- Durchmesser
- dab,max
- größter abtriebsseitiger Durchmesser
- dab,min
- kleinster abtriebsseitiger Durchmesser
- dan,max
- größter antriebsseitiger Durchmesser
- dan,min
- kleinster antriebsseitiger Durchmesser
- p1
- Laufrichtung
- p2
- Verschieberichtungen
- p3
- Betätigungsrichtungen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2915447 C2 [0004]
- DE 2844122 C2 [0004]
- WO 2016/009456 A1 [0007]
- US 2006/0270499 A1 [0009]
- DE 102017103734 A1 [0009]
- US 2009/0098964 A1 [0009]
- US 2010/0190593 A1 [0009]
