DE10242207A1

DE10242207A1 - Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen

Info

Publication number: DE10242207A1
Application number: DE2002142207
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr. Rüter; Andreas Dr. Brensing; Arno Eikhof; Jochen Henneberg
Original assignee: Rueter Dirk Dr-Ing
Current assignee: Rueter Dirk Dr-Ing
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Gegenstand dieser Anmeldung ist eine Anordnung zur Speicherung nicht benötigter Glieder einer Kette, insbesondere einer Fahrradkette in einer Kettenschaltungsanlage. Die magnetische Speicherung kann Glieder einer Fahrradkette effektiv aufnehmen und wieder freigeben, je nachdem, ob weniger oder mehr gesamte Kettenlänge beim Schalten in höhere oder niedrigere Gänge benötigt wird. Vorteilhaft gegenüber konventionellen Kettenspannern z. B. mit zwei Umlenkrädern ist die reduzierte mechanische Wechselwirkung der Kette. Das Verfahren arbeitet ohne zusätzliche Berührung der Kette. Entsprechend sind gute Übertragungswirkungsgrade bei einem geringeren Pflegebedarf darstellbar.

Description

Stand der Technik
In gebräuchlichen Kettenschaltungen insbesondere für Fahrräder werden ein Freilauf-Zahnkranz (Zeichnung 1, Teil 1, im weiteren Text bezeichnet mit 1-1) z. B. in 6 bis 9 Abstufungen, die Schaltkette (1-3), das Kettenblatt (1-2) und die Spann- bzw. Verstellräder (1-4) verwendet. Die Spannräder (1-4) dienen

– der axialen Verschiebung der Schaltkette (1-3) zur Gangauswahl auf dem Zahnkranz (1-1)
– der Speicherung nicht benötigter Kettenlänge bei hohen Gängen über geometrische Verschiebung der Spannräder (1-4) mit Hilfe von Federkräften und Auslenkungsarmen.

Das Arbeitsprinzip ist bewährt und ausgereift. Nachteilig ist der hohe Pflege- und Wartungsaufwand sowie die (im ungepflegten Zustand deutlich ansteigende) Verlustleistung an den Spannrädern (1-4) infolge von

– einer Z-förmigen Umlenkung der Kette (1-3) mit interner Gliederreibung,
– 2-fache Kontaktreibung beim Auflaufen der Kette (1-3) auf die 2 Spannräder (1-4),
– 2-fache Kontaktreibung beim Ablaufen der Kette (1-3) von den 2 Spannrädern (1-4),
– 2-fache Lagerreibung der Spannräder (1-4)

Beschreibung der Erfindung
In der neuartigen Ausführung wird die Schaltkette (2-3) über das Kettenblatt (2-2) so geführt, dass eine Ablösung der Kette (2-3) nicht – wie derzeit üblich – nach etwa 180° Umlauf erfolgt, sondern der Ablösepunkt (2-5) liegt später, z. B. zwischen 200° und 300°. Dabei wird die Schaltkette (2-3) mit Hilfe von magnetischen Kräften entgegen der Zugkraft am Kettenblatt (2-2) festgehalten. Die Haltekraft wirkt radial zum Zentrum des Kettenblatts hin.
Der Energieaufwand zum Ablösen der Ketteglieder vom Kettenblatt gegen die magnetische Haltekraft wird prinzipiell genau kompensiert durch den in Form von Zugkraft freiwerdenden Energiegewinn beim Anlegen der Kette auf der Oberseite (dies ist notwendig richtig, denn ansonsten könnte mit einer solchen Anordnung ein Perpetuum Mobile konstruiert werden...).
Beim Verschalten der Kette auf dem Zahnkranz (2-1, 3-1) mit einem Schieber (2-4b, 3-4b) werden entsprechend der veränderten Zahnzahl zusätzliche Kettenglieder freigesetzt oder erfordert. Diese Kettenglieder werden im Bereich der veränderten Umschlingung zwischen (2-5) und (3-5) des Kettenblattes (2-2, 3-2) gespeichert oder entnommen.
Vorteile des Verfahrens:
Der Schieber (2-4b, 3-4b) berührt die Kette (2-3, 3-3) im normalen Betrieb außerhalb von Schaltvorgängen nicht, insofern entfallen hier sämtliche Verlustleistungen im Vergleich zu den o. a. Verlusten von Spannrädern (1-4). Zudem ist aufgrund der Verringerung der Anzahl mechanisch aktiver und kettenberührender Komponenten ein verringerter Pflegeaufwand zu erwarten. Ein höherer Umschließungswinkel auf dem Kettenblatt (3-2) als 180° stellt keinen prinzipiellen Energieverlust dar, weil die Kettenglieder während der Auflagezeit am Kettenblatt ruhig gestellt sind.
Erzeugung der Haltekräfte am Kettenblatt
Mit Hilfe geeigneter Magnetfelder kann die Kette (3-3) am Kettenblatt (3-2) gehalten werden. Dabei kommen prinzipiell in Betracht

– mitlaufende Felder in Umfangsrichtung und z. T. in radialer Richtung des Kettenblatts (3-2) (Zeichnung 4),
– mitlaufende Felder am Kettenblatt (3-2) in axialer Richtung (Zeichnung 5),
– stehende Felder (Zeichnung 6).

Zu Zeichnung 4:
Die Zähne (4-6, 4-7) des Kettenblatts (3-2) stellen abwechselnd jeweils einen magnetischen Nordpol (4-6) und Südpol (4-7) dar. Die entsprechende Versorgung mit magnetischem Fluss kann aus dem Innenbereich (4-8) des Kettenblatts (3-2) z. B. mit Hilfe geeignet angebrachter Hochenergiedauermagnete erfolgen. Dabei sind Anordnungen vorstellbar, dass alle Nordpole (4-6) aus einer gemeinsamen Stahl- oder Eisenscheibe versorgt werden, entsprechend alle Südpole (4-7) aus einer parallelversetzten Scheibe. Zwischen den Scheiben befinden sich ein oder viele Magnetkerne, die die entsprechenden magnetischen „Potentiale" aufbauen. Sinngemäß können auch mehrere Scheibensegmente verwendet werden. Denbar ist auch die individuelle versorgung der Zähne (4-6,4-7) mit Magnetkernen. Für das Kettenblatt (3-2) sind Materialkombinationen aus magnetischem Stahl bzw. Eisen, nichtmagnetischem Hartaluminium und aktiven Magnetkernen sinnvoll.
Zu Zeichnung 5:
Zeichnung 5 in radialer Sicht vom Zahnkranz zum Kettenblatt hin, nur die obere Hälfte des Ketteblatts bis zur Achse (5-12) dargestellt: Das mitlaufende Magnetfeld verläuft quer zur Kette (3-3) in axialer Richtung (5-12) des Kettenblatts (5-2). Dabei erzeugen ein oder mehrere Magnetkerne (5-11) über Hilfsanker (5-9, 5-10) ein Feld quer zu den Kettengliedern von (5-9) nach (5-10). Die Hilfsanker (5-9, 5-10) können dabei als eine komplette Ringstruktur ausgebildet sein, die haben einen etwas geringeren Durchmesser, als das eigentliche Kettenblatt (5-2). Das Kettenblatt (5-2) kann in dieser Anordnung vorteilhaft aus nichtmagnetischem Hartaluminium ausgebildet sein.
Zu Zeichnung 6:
Zeichnung 6b in radialer Sicht vom Zahnkranz zum Kettenblatt hin. Das stehende Magnetfeld erzeugt gewisse Wirbelstromverluste, diese sind jedoch sehr gering aufgrund der geringen Relativgeschwindigkeiten und der schlechten Leitfähigkeit der durchlaufenden Körper.
Das Kettenblatt (6-3) taucht etwa zwischen 180° und 320° Kettenführungswinkel in ein Magnetfeld ein. Das stehende Feld ist so ausgebildet, das die auf dem Kettenblatt (6-2) aufliegende Kette (6-3) eine Haltekraft in Richtung Kettenblattachse (6-12) erfährt. Das Magnetfeld kann mit Hilfe von Stahlstreifen (6-13), Verbindungsankern für den magnetischen Rückfluss (6-14) und Magnetkernen (6-11) ausgebildet werden.

Claims

Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (2-3, 3-3) mit Hilfe von magnetischen Haltekräften in Richtung zum Zentrum des Kettenblatts (2-2, 3-2) über übliche 180° Umschließungswinkel hinaus bis hin zum Ablösepunkt (2-5, 3-5) bei bis zu 320° Umschließungswinkel gehalten wird und somit bei Verschiebung des Ablösepunktes (2-5, 3-5) eine effektive Verlängerung / Verkürzung der Kette (2-3, 3-3) im Hinblick auf verschiedene Zahnzahlen am Zahnkranz (2-1, 3-1) möglich ist. a. Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen entsprechend 1., dadurch gekennzeichnet, das die magnetischen Haltefelder am Kettenblatt (2-3) mit der Kette (3-3) mitlaufen. b. Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen entsprechend 1., dadurch gekennzeichnet, das die magnetischen Haltefelder am Kettenblatt (2-2, 3-2) statisch anstehen und nicht mit der Kette (2-3) mitlaufen.
Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen entsprechend 1a., dadurch gekennzeichnet, dass das mitlaufende magnetische Haltefeld mit radialen Komponenten und umlaufenden Komponenten realisiert ist. Vorteilhaft werden dabei die Zähne (4-6, 4-7) aus einer geeigneten Flussversorgung (4-8) mit lokaler oder globaler Magnetquelle heraus abwechselnd gepolt sein.
Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen entsprechend 1a., dadurch gekennzeichnet, dass das mitlaufende magnetische Haltefeld am Kettenblatt (5-2) mit überwiegend radialen Feldkomponenten realisiert ist. Dabei können die Polschuhe (5-9, 5-10) aus einer lokalen oder auch globalen Quelle (5-11) versorgt werden. a. Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen entsprechend 3., wobei dass zentrale Kettenblatt (5-2) vorteilhaft aus nichtmagnetischem Material gefertigt ist.
Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen entsprechend 1 b., dadurch gekennzeichnet, dass das Kettenblatt (6-3) zwischen 170° und bis zu 340° Kettenumschlingungswinkel in ein Magnetfeld (6-13, 6-11, 6-14) eintaucht, wobei das stehende Feld so ausgebildet ist, das die auf dem Kettenblatt (6-2) aufliegende Kette (6-3) eine Haltekraft in Richtung Kettenblattachse (6-12) erfährt. Das Magnetfeld ist vorteilhaft mit Hilfe von Eisen- bzw. Stahlstreifen (6-13), Verbindungsankern für den magnetischen Rückfluss (6-14) und Magnetkernen (6-11) ausgebildet. a. Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen entsprechend 4., wobei dass zentrale Kettenblatt (6-2) aus nichtmagnetischem Material gefertigt ist.
Magnetischer Gliederspeicher für Kettenschaltungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kettenblatt (3-2) gegenüber einem konventionellen Kettenblatt ((1-2) wegen der zusätzlichen radialen Haltekräfte für die Kette (2-3) vorteilhaft eine geringere Zahnhöhe und Zahnsteilheit aufweist.