DE19501283A1 - Kettenschaltungsvorrichtung für Fahrräder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kettenschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Kettenschaltungsanordnung der genannten Art ist in der europäischen Patentanmeldung EP-A-529,664 offenbart. Bei dieser bekannten Anordnung treibt der Elektromotor das hintere Schaltwerk über ein flexibles Kabel an. Ein ähnliches Betätigungssystem ist auch für das vordere Schaltwerk vorgesehen, das ebenfalls einen Elektromotor benutzt, welcher mit dem vorderen Schaltwerk über ein flexibles Kabel verbunden ist. Die beiden Elektromotoren sind mit Mitteln zur Befestigung am Fahrradrahmen versehen.

Diese Anordnung hat verschiedene Nachteile: Erstens erfordert die Montage der Einheit und insbesondere die der motorgetriebenen Betätigungsvorrichtungen des hinteren und vorderen Schaltwerks relativ zeitaufwendige und komplizierte Arbeitsgänge, insbesondere was die Einstellung der jeweiligen Steuerungen der flexiblen Kabel betrifft.

Zweitens ist, da die beiden Schaltwerke der Einheit konventioneller Bauart sind, d. h. jeweils mit Rückholfedern versehen sind, die erforderliche Kraft zur Verschiebung derselben relativ groß, was die Verwendung von Motoren und diesen zugeordneten Versorgungsbatterien mit relativ großen Abmessungen und daher relativ großem Gewicht notwendig macht.

Schließlich bringt sowohl die Größe der Motoren und der Batterie als auch deren Positionierung am Fahrradrahmen sperrige und störende Vorsprünge mit sich.

Die oben genannten Nachteile sind insbesondere im Falle der Anwendung dieser bekannten Anordnung bei Rennrädern kritisch, welche eine einfache und schnelle Einstellung und vor allem eine möglichst große Reduzierung des Gewichts und der Abmessungen erfordern.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE-A-39 38 454 ist eine motorgetriebene Kettenschaltungsanordnung bekannt, die teilweise das Problem, das mit einem sperrigen Motor verbunden ist, dadurch löst, daß die motorgetriebene Betätigungsvorrichtung direkt am hinteren Schaltwerk angebracht ist. Wenn es auch auf diese Weise möglich ist, die konventionelle Rückholfeder des Schaltwerks und deshalb auch die entsprechende Reaktionskraft zu vermeiden, ist dieses vorgesehene Betätigungssystem elektro-hydraulischer Art, was die Verwendung einer Zusatzausstattung und folglich sowohl eine schwierigere Bauart als auch höhere Gewichte und sperrigere Abmasse als bei der bekannten und oben beschriebenen Lösung mit sich bringt. Ferner bringt diese Anordnung Präzisionsprobleme des Systems, das die Bewegung des Schaltwerks abtastet, mit sich, welches ebenfalls sperrig ausgeführt und kompliziert zum Anbringen und Justieren ist.

Der Anmelder hat bereits eine motorgetriebene Kettenschaltungsanordnung für Fahrräder in seiner vorherigen italienischen Anmeldung Nr. TO 93A 000 503 vom 8. Juli 1992 (entspricht der DE-A1-44 22 845), die am Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung noch nicht offengelegt worden ist, vorgeschlagen. Bei dieser Lösung ist der Elektromotor direkt am hinteren Schaltwerk angebracht, wohingegen die Abtastvorrichtung eine Meßwandlervorrichtung, die in einer entfernten Position bezüglich des Schaltwerks angeordnet ist und die ein bewegliches Element hat, und ein Übertragungselement aufweist, welche das bewegliche Element der Meßwandlervorrichtung mit dem Schaltwerk verbindet. Diese Lösung hat sich als besser als die bekannten Lösungen, welche oben beschrieben worden sind, erwiesen, aber gleichzeitig hat sie den Nachteil, daß die Anbringung und die Einstellung nicht immer einfach sind.

Um all diese Nachteile der oben genannten Lösungen zu vermeiden, ist gemäß vorliegender Erfindung eine Kettenschaltungsanordnung für Fahrräder der eingangs genannten Art vorgesehen, die mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 ausgestaltet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind bei der Kettenschaltungsanordnung die Merkmale gemäß Anspruch 2 vorgesehen.

Gemäß Anspruch 3 sind der erste und der zweite Körper des Schaltwerks miteinander durch eine Parallelogrammverbindung verbunden, so daß ist der Elektromotor entlang einer Diagonalen der Parallelogrammverbindung angeordnet ist, wobei sein Körper schwenkbar um einen Scheitelpunkt der Parallelogrammverbindung ist und die Gewindespindel, die mit der Abtriebswelle verbunden ist, in eine Mutter eingreift, deren Körper schwenkbar an dem gegenüberliegenden Scheitelpunkt der Parallelogrammverbindung angebracht ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform vorliegender Erfindung sind die Merkmale gemäß Anspruch 4 vorgesehen.

Besitzt die Kettenschaltungsanordnung auch ein vorderes Schaltwerk mit Kettenblättern, sind in vorteilhafter Weise die Merkmale gemäß Anspruch 5 vorgesehen.

Vorzugsweise ist gemäß Anspruch 6 die mit dem Elektromotor des vorderen Schaltwerks verbundene Batterie die gleiche elektrische Versorgungsbatterie wie die des Elektromotors des hinteren Schaltwerks.

Gemäß einem weiteren Merkmal wird die Steuereinrichtung durch eine Mikroprozessoreinheit gebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 ist diese Mikroprozessoreinheit vorgesehen, um über den Elektromotor, der dem vorderen Schaltwerk zugeordnet ist, unabhängig von der Betätigung des vorderen Schaltwerks leichte Korrekturbewegungen des vorderen Schaltwerks automatisch durchzuführen, welche bewirken, daß die Kette beim hinteren Schaltwerk leichter wechselt, wenn das hintere Schaltwerk betätigt wird.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Fahrrades, das mit einer Kettenschaltungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung versehen ist,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine perspektivische Darstellung des Schaltwerks, das einen Teil der erfindungsgemäßen Kettenschaltungsanordnung bildet,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine schematische perspektivische und geschnittene Darstellung des Elektromotors mit zugeordnetem Kodierer als Teil der erfindungsgemäßen Kettenschaltungsvorrichtung; und

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Variante des Schaltwerks nach Fig. 2.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 insgesamt ein Rennrad, das im wesentlichen einen Rahmen 2 aufweist, der in bekannter Weise rohrförmige Elementen besitzt, die einen Hinterbau 3 für ein Hinterrad 4 und eine Gabel 5 für ein Vorderrad 6, mit der ein ebenfalls eine Rohrkonstruktion aufweisender Lenker 70 verbunden ist, bilden.

Der Rahmen 2 nimmt an seinem unteren Bereich eine Tretkurbelwelle bzw. Pedalvorrichtung 7 von im wesentlichen bekannter Bauart auf, mit der das Hinterrad 4 über eine erfindungsgemäße Kettenschaltungsanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet ist, antreibbar ist.

Die Kettenschaltungsanordnung 8 besitzt eine hintere Kettenschaltung 9 und eine vordere Kettenschaltung 10, wobei die erstere eine Vielzahl von Kettenritzel bzw. Zahnkränzen 11 (im Beispiel sind acht Zahnkränze dargestellt) mit unterschiedlichen Durchmessern und koaxial zur Achse A des Hinterrades 4 angeordnet und die letztere eine Reihe von Kettenrädern bzw. -blättern 12 (im Beispiel sind zwei Kettenblätter dargestellt) mit unterschiedlichen Durchmessern und koaxial zur Achse B der Tretkurbelwelle 7 angeordnet aufweist.

Die Zahnkränze 11 und die Kettenblätter 12 können durch eine endlose Übertragungskette 13 wahlweise miteinander verbunden werden, um die verschiedenen Geschwindigkeitsverhältnisse, die durch die Kettenschaltungsanordnung 8 zur Verfügung stehen, durch die Verschiebung eines hinteren Schaltwerks 14 der hinteren Kettenschaltung 9 und eines vorderen Kettenwerfers 15 der vorderen Kettenschaltung 10 vorzusehen.

In Fig. 2 ist das hintere Schaltwerk 14 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Es weist einen ersten Körper 16, der am Rahmen des Fahrrades fest angebracht werden kann, und einen zweiten Körper 17 auf, der mit dem ersten Körper 16 (im Falle des in Fig. 2 dargestellten Beispiels) durch eine Parallelogrammverbindung verbunden ist, die zwei Arme bzw. Hebel 18, 19 hat, deren Enden bei 20, 21 und 22, 23 mit den beiden Körpern 16, 17 gelenkig verbunden sind. Der zweite Körper 17 trägt in an sich bekannter Weise einen Kipphebel 24, der die Zwischenzahnräder (Leit- und Spannrolle) 25, 26 für die Kette trägt.

Durch das Bezugszeichen 27 ist ein Elektromotor mit einem Untersetzungsgetriebe bezeichnet, das mit sechs Volt Gleichspannung betrieben wird und direkt im Schaltwerk 14 eingebaut ist, um die Bewegung des Kipphebels 24 über die verschiedenen Eingriffsstellungen der Kette 13 mit den Zahnkränzen 11 hinweg zu bewirken.

Der Motor und das Untersetzungsgetriebe 27 weisen einen Körper 28 auf, der in vergrößertem Maßstab und im Querschnitt in Fig. 3 dargestellt ist. Der Körper bzw. das Gehäuse 28 selbst umfassen nicht nur den Motor 27, sondern auch ein Planetenuntersetzungsgetriebe 29, das mit der Abtriebswelle des Elektromotors 27 verbunden ist. Der Abtrieb des Planetenuntersetzungsgetriebes 29 bewirkt die Drehung einer Gewindespindel 30.

Wie in Fig. 2 dargestellt, werden das Gehäuse 28 des Motors und das Untersetzungsgetriebe vom Körper 16 des Schaltwerks um eine Achse 22 schwenkbar gehalten, wobei die Gewindespindel 30 mit einer Mutter 31 in Eingriffist, deren Körper um die Achse 21 drehbar am Körper 17 des Schaltwerks angebracht ist. Auf diese Weise sind der Motor und das Untersetzungsgetriebe entlang einer Diagonalen der Parallelogrammverbindung angeordnet und die Rotation des Motors bewirkt eine entsprechende Rotation der Gewindespindel 30 aufgrund des Planetenuntersetzungsgetriebes 29, so daß die Mutter 31 entlang der Gewindespindel bewegt wird, wodurch eine Verlängerung oder Verkürzung des Abstands zwischen den Achsen 21, 22 der Parallelogrammverbindung bewirkt wird.

Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt das Gehäuse 28 von Motor und Untersetzungsgetriebe auch einen Kodierer einer beliebigen bekannten Bauart, der mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet ist und der einen optischen oder magnetischen Abtaster 33 aufweist, welcher in an sich bekannter Weise mit einer Scheibe 34, die von der Gewindespindel 30 gehalten ist, zusammenwirkt. Einzelheiten der Bauart des Kodierers 32 werden im folgenden nicht beschrieben, da, wie bereits angedeutet, diese Vorrichtung von einer beliebigen bekannten Bauart sein kann.

Die elektrische Energieversorgung von Motor 27 und Untersetzungsgetriebe 29 erfolgt durch eine Batterie 30′ (Fig. 1), die in vorteilhafter Weise in einem der Rohre des Rahmens 2, oder alternativ dazu, in einem der Arme des Lenkers 70, oder im Gehäuse einer Mikroprozessorsteuereinheit 40 (nur teilweise sichtbar in Fig. 1), angeordnet ist die bspw. am Rahmen des Fahrrades im Bereich der Tretkurbelwelle befestigt ist und für die Steuerung des Elektromotors 27 ausgehend von Signalen sorgt, die von zwei einem Bremshebel 41 (Fig. 1) zugeordneten manuellen Betätigungshebeln 43, 44 stammen. Die Mikroprozessoreinheit 40 (die ebenfalls in der Bremshebelbaueinheit angeordnet sein kann) ist auch mit dem Kodierer 32 verbunden, welcher die Winkelstellung der Gewindespindel 30 und folglich die Stellung des hinteren Schaltwerks abtastet, so daß sie den Elektromotor stoppt, wenn ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis erreicht ist, wobei dieses Übersetzungsverhältnis durch die manuellen Betätigungshebel 43, 44 ausgewählt wurde (welche zum Verschieben der Kette zu höheren oder niedrigeren Geschwindigkeitsverhältnissen hin betätigbar sind). Die Verbindungen zwischen den elektrischen Komponenten erfolgen durch Kabel (nicht in der Zeichnung dargestellt), die vorteilhaft in den Rohren des Rahmens 2 angeordnet sind.

Die Batterie 30′ ist wiederaufladbar und das hintere Schaltwerk besitzt eine dynamo-elektrische Einheit an sich bekannter Bauart, die im Zwischenkettenrad 26 des Kipphebels 24 angebracht ist.

Gemäß einer möglichen Alternative kann die manuelle Betätigungsvorrichtung anstelle der Betätigungshebel 43, 44 eine Tastatur zur Ansteuerung verwenden.

Die Prinzipien, die zuvor unter Bezugnahme auf das hintere Schaltwerk 14 beschrieben wurden, können auch für das vordere Schaltwerk angewandt werden. In diesem Fall ist auch der vordere Kettenwerfer 15 mit einem zugeordneten, der Betätigung dienenden Elektromotor, dem ein Untersetzungsgetriebe und Kodierer zugeordnet ist, versehen, wobei der weitere Elektromotor ebenfalls von der Mikroprozessoreinheit 40 gesteuert und von derselben Batterie 30′ gespeist ist.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal wird die Mikroprozessoreinheit 40 vorgesehen, um das vordere Schaltwerk 15 auch dann anzutreiben, wenn nur das hintere Schaltwerk 14 betätigt wurde, um Korrekturbewegungen des vorderen Schaltwerks 15 durchzuführen, die keine Verschiebung der Kette über die vorderen Kettenblätter bewirken, sondern nur dazu dienen, Störgeräusche zwischen Kette und den Rahmenseiten des vorderen Schaltwerks zu verhindern, wenn die Kette über die hinteren Zahnkränze bewegt wird.

Schließlich zeigt Fig. 4 eine Variante des hinteren Schaltwerks, bei der der zweite Körper 17 eine Durchgangsgewindebohrung 50 hat, die in Eingriff mit der Gewindespindel 30 steht, und ferner mit dem ersten Körper 16 über zwei Hebel 51 verbunden ist, die auf zirkelartige Weise gelenkig miteinander verbunden sind, so daß eine Betätigung des Motors eine Verschiebung des zweiten Körpers 17 gegenüber dem ersten Körper 16 entlang eines linearen Wegs bewirkt.

Claims (7)

1. Kettenschaltungsanordnung für Fahrräder, mit wenigstens einem hinteren Schaltwerk (14) das einen ersten Körper (16), der an einem Fahrradrahmen befestigbar ist, und einen zweiten Körper (17), der Zwischenkettenräder (25, 26) für eine Fahrradkette (13) trägt, aufweist, wobei der zweite Körper (17) gegenüber dem ersten Körper (16) in eine Vielzahl von Stellungen verschiebbar ist, um den wahlweisen Eingriff der Kette mit einer Vielzahl von Zahnkränzen (11) zu bewirken, die an der Nabe des Hinterrads (4) des Fahrrades gehalten sind, und die verschiedene Übersetzungsverhältnisse der Kettenschaltungsanordnung vorzusehen, mit einem Gleichstrommotor (27) zum Steuern der Bewegung des zweiten Körpers (17) des Schaltwerks (14) mit einer elektronischen Steuereinheit (40) zum Steuern des Elektromotors (27), mit manuell gesteuerte Betätigungsmittel (43, 44), die mit der elektronischen Steuereinheit (40) verbunden sind, zum Betätigen des Elektromotors (27) für ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis, mit elektronischen Mitteln (32) zum Erfassen der Stellung des zweiten Körpers (17) des Schaltwerks (14) und zum Angeben dieser Position der Steuereinheit (40), damit der Elektromotor (27) automatisch abschaltbar ist, wenn das gewünschte Übersetzungsverhältnis erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (27) am ersten Körper (16) des Schaltwerks (14) angebracht ist und eine Abtriebswelle (30) hat, die mit dem zweiten Körper (17) über eine Schrauben/Mutter-Kupplung (30, 31) verbunden ist, und daß die abtastenden elektronischen Mittel (32) einen Kodierer aufweisen, der unmittelbar am Gehäuse (28) des Elektromotors (27) angebracht ist und mit dem die Winkelstellung der Welle des Elektromotors und folglich die Stellung des zweiten Körpers (17) des Schaltwerks (14) abtastbar ist.

2. Kettenschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (27) mit einer wiederaufladbaren Batterie (30′) versehen ist und daß ,die Anordnung eine elektrische Dynamoeinheit (35) zum Laden der Batterie (30′) aufweist, wobei die Dynamoeinheit (35) in einem der Zwischenkettenräder (26) angeordnet ist.

3. Kettenschaltungsanordnung, bei der der erste und der zweite Körper (16, 17) durch eine Parallelogrammverbindung (18, 19) miteinander verbunden sind, nach Anspruch 2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (27) entlang einer Diagonalen der Parallelogrammverbindung angeordnet ist.

4. Kettenschaltungsanordnung, bei der der zweite Körper (17) derart geführt ist, daß er sich entlang eines linearen Wegs gegenüber dem ersten Körper (16) bewegen kann, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle des Elektromotors (27) mit einer Gewindespindel (30) verbunden ist, welche mit einer Durchgangsgewindebohrung (50) in Eingriff ist, die in dem zweiten Körper (17) ausgebildet ist.

5. Kettenschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein vorderes Schaltwerk (15) mit Kettenblättern (12), die koaxial zueinander angeordnet sind, unterschiedliche Durchmesser haben und wahlweise in Eingriff mit der endlosen Kette (13) bringbar sind, wobei das vordere Schaltwerk (15) in eine Vielzahl von Stellungen verschiebbar ist, wobei jede dem Eingriff der Kette (13) mit einem entsprechenden Kettenblatt (12) entspricht, desweiteren einen zweiten Elektromotor zum Bewegen des vorderen Schaltwerks (15) und manuell gesteuerte Betätigungsmittel aufweist, um den zweiten Elektromotor zuzuschalten, wobei der zweite Elektromotor unmittelbar am vorderen Schaltwerk angebracht und mit einem zugeordneten Kodierer versehen ist.

6. Kettenschaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Elektromotor durch die Batterie (30′) gespeist ist, die den dem hinteren Schaltwerk zugeordneten Elektromotor versorgt.

7. Kettenschaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe Mikroprozessoreinheit (40) für die Steuerung der beiden Elektromotoren und dazu vorgesehen ist, leichte Korrekturbewegungen des vorderen Schaltwerks unabhängig von dessen Betätigung durchzuführen, wenn das hintere Schaltwerk betätigt ist.