DE19526382A1

DE19526382A1 - Engageable chain gear for bicycle

Info

Publication number: DE19526382A1
Application number: DE1995126382
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl Ing Sangmeister
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1997-01-23

Abstract

Operation of the engagement process occurs by means of a toggle rotary knob (1), the position of which indicates the selected gear via a scale. For maintaining the gear after release of the knob, a securing mechanism (2) is used. On the same shaft, two curve discs (3,4) are connected with the knob and securing mechanism. By means of levers (5,6), the paths used by the curve discs are transmitted to the chain guides (9,10). Steering levers (11,12) bring about a movement of the chain guides on space curves in the vicinity of the gearwheel groups (13,14) on the side where the chain (15) runs to the gearwheels. They undertake also the alignment of the guides in two space directions, whilst the third space direction is determined by a telescopic-type connecting rod (16).

Description

Bei einem schaltbaren Kettengetriebe üblicher Bauart sind auf der antreibenden und auf der getriebenen Achse mehre re Zahnräder mit unterschiedlichem Durchmesser nebenein ander angeordnet. Je eine Kettenführung auf der Seite, wo die Kette zu der Zahnradgruppe hinläuft, bestimmt, über welches Zahnrad die Kette läuft. Für das Schalten in bei den Drehrichtungen muß jede Führung beide von einem Zahn rad wegführenden Kettenläufe federnd umfassen. Der Über sichtlichkeit wegen ist im Folgenden, wie bei Fahrrädern üblich, nur eine Drehrichtung berücksichtigt.In a switchable chain gear are of a conventional design more on the driving and on the driven axis right gears with different diameters next to each other arranged differently. One chain guide on each side, where the chain runs to the gear group, determines, over which gear the chain runs. For switching in at In the directions of rotation, each guide must both have one tooth embrace the wheel-leading chain runs. The About In the following, visibility is the same as for bicycles usual, only one direction of rotation is taken into account.

Die Lage der Kettenführungen wird gemäß dem Stand der Technik über Züge von mechanischen Gangspeichern, meist von Rastwerken bestimmt, oder von elektronischen Spei chern über elektrische Antriebe.The position of the chain guides is according to the state of the Technology using trains from mechanical gear stores, mostly determined by grids, or by electronic memory about electrical drives.

Es ist üblich, die Zahnräder so anzuordnen, daß sich das größte Zahnrad der Antriebsgruppe auf derselben Seite wie das kleinste der angetriebenen Gruppe befindet, um wenigstens bei einigen Übersetzungsverhältnissen einen geraden Kettenverlauf mit wenig Verlusten zu erreichen. Bei einer getrennten Betätigungen der beiden Führungen können viele Zahnradkombinationen gewählt werden, die einen stark abgeknickten Kettenverlauf zur Folge haben. Ganz ohne solche kann man bei Schaltungen mit vielen Gängen auch dann nicht auskommen, wenn die Führungen von einer einzigen zentralen Steuerung bewegt werden.It is common to arrange the gears so that the largest gear of the drive group on the same side as the smallest of the powered group is located around at least in some gear ratios straight chain with little loss. When the two guides are operated separately can be selected many gear combinations that result in a strongly bent chain run. With circuits with many, you can do so without them Gears do not get along even if the guides from be moved by a single central control.

Der abgeknickte Kettenverlauf hat zwei Folgen: Kann man, wie bei der getrennten Betätigung, ein Abknicken zum be nachbarten größeren Zahnrad nicht ausschließen, muß man den Abstand zwischen den Zahnrädern vergrößern, damit die Kette nicht am Nachbarzahnahnrad schleift. Zweitens muß die vordere Führung, die üblicherweise par allel zu den Zahnrädern ausgerichtet und seitlich bewegt wird, eine dem wechselnden Durchtritt der Kette angpaßte, breitere Öffnung haben. Ihre Wirkung ist daher ungenauer, so daß ebenfalls ein vergrößerter Abstand der Zahnräder erforderlich ist. Störender ist die Auswirkung auf die Schaltzuverlässigkeit bei Anwendung einer zentralen Steu erung, denn dabei lassen sich Ungenauigkeiten oder ein zu hoher Kettenzug nicht durch einen Überhub ausgleichen.The broken chain run has two consequences: as with the separate operation, a kink to be not exclude neighboring larger gear, you have to increase the distance between the gears so the chain does not drag on the adjacent gear. Second, the front guide, usually par allel aligned with the gears and moved laterally is adapted to the changing passage of the chain, have a wider opening. Their effect is therefore less precise, so that also an increased distance between the gears is required. The more disruptive is the impact on the Switching reliability when using a central control because inaccuracies or a Do not compensate for a high chain hoist by overstroke.

Diese Probleme werden durch die im Anspruch 1 aufgeführ ten Merkmale gelöst.These problems are outlined by those in claim 1 characteristics solved.

Durch ihre Verbindung wird eine Führung nicht wie üblich nur zum Schalten bewegt, sondern folgt der Kette durch eine zusätzliche Korrekturbewegung, wenn die andere Führung geschaltet wird. Das erlaubt es, die Führungs öffnung schmaler zu gestalten, ohne daß die Kette häufi ger an den Führungsblechen schleift. Through their connection, a tour is not as usual only moves to shift, but follows the chain an additional corrective move if the other Leadership is switched. That allows the leadership to make the opening narrower without the chain frequently grinds on the guide plates.

Die Anzahl der Einzelteile ist geringer: Statt der üb lichen Paare von Parallelogrammhebeln wird nur je ein Lenkhebel benötigt. Auch die Schubführung bedeutet keinen wesentlichen Mehraufwand, erlaubt aber für alle Gänge eine Optimierung des Abstandes zwischen einer Führung und dem Punkt, wo die Kette auf das Zahnrad aufläuft.The number of individual parts is lower: instead of the usual pairs of parallelogram levers is only one Steering lever needed. The thrust guide also means no significant additional effort, but allowed for everyone Gears an optimization of the distance between one Guide and the point where the chain is on the gear accumulates.

Wegen der kettenparallelen Ausrichtung dürfen seitliche Bleche die Kette auf eine längere Strecke führen. Zusammen mit dem geringen Abstand vom Zahnrad ergibt das eine Genauigkeit, die einen der Kettenbreite ent sprechenden Zahnradabstand erlaubt.Because of the chain parallel alignment, lateral Guide the chain over a longer distance. Together with the small distance from the gear results this is an accuracy that corresponds to the chain width speaking gear spacing allowed.

Der bei Fahrrädern knapp bemessene Einbauraum auf der Antriebsachse kann so statt der üblichen drei Zahnräder fünf aufnehmen. Die Stufung wird so halbiert, und das Klettern der Kette schneller. Beschränkt man sich gemäß Anspruch 2 auf Gänge mit einem nur um ein halbes Raster abgeknickten Kettenverlauf, erhält man zwar nur zehn Gänge, diese aber mit optimalem Wirkungsgrad. Der Ket tenlängenausgleich kann kleiner, die Kette kürzer sein.The tight installation space for bicycles on the Drive axle can instead of the usual three gears record five. The gradation is halved, and that Climb the chain faster. If you restrict yourself according to Claim 2 to aisles with only half a grid kinked chain course, you only get ten Gears, but with optimal efficiency. The ket The length compensation can be smaller and the chain shorter.

Von den vielen möglichen Prinzipien, ein mechanisches Steuerwerk zu realisieren, hat das in Anspruch 3 genannte den Vorteil der leichten Anpassung an Anwenderwünsche, weil die Kurvenscheiben leicht ausgetauscht werden können. Es paßt wegen der Bowdenzüge gut zu der bei Fahrrädern üblichen Bauteilauswahl. Die bekannten Ausführungen be nötigen aber viel Platz, weil der Scheibenradius größer als der Weg des Zuges sein muß. Das Steuerwerk nach An spruch 3 läßt sich wesentlich kleiner realisieren.Of the many possible principles, a mechanical one Realizing control unit has that mentioned in claim 3 the advantage of easy adaptation to user requirements, because the cams can be easily replaced. It fits well with bicycles because of the Bowden cables usual component selection. The known designs be but require a lot of space because the disc radius is larger than the way of the train must be. The control unit according to An saying 3 can be realized much smaller.

Wenn Zähnezahlen und Schaltzeitpunkte gemäß Anspruch 4 gewählt werden, läßt sich das Schaltverhalten antriebs seitig verbessern.If the number of teeth and switching times according to claim 4 can be selected, the switching behavior can be drive improve each other.

Die Ausführung gemäß Anspruch 5 hat den Vorteil, daß die zum Schalten benötigten Kräfte nur zu einem geringen Teil von den bedienenden Fingern aufzubringen sind.The embodiment according to claim 5 has the advantage that the forces required for switching only a small one Part of the operating fingers are to be applied.

Zum besseren Verständnis der Funktionsbeschreibungen dienen folgende Bilder:For a better understanding of the functional descriptions serve the following pictures:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein schalt bares Kettengetriebe gemäß Anspruch 1. Fig. 1 shows an embodiment for a switchable chain transmission according to claim 1.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Verteilung der Gänge auf die Zahnräder gemäß Anspruch 2. Fig. 2 shows an example of the distribution of the gears on the gear wheels according to claim 2.

Fig. 3 zeigt die zu Fig. 2 gehörenden Lageveränderungen der Führungen. FIG. 3 shows the changes in position of the guides belonging to FIG. 2.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Steuerwerk gemäß den Ansprüchen 3 bis 5. Fig. 4 shows an embodiment for a control unit according to claims 3 to 5.

Anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels sollen nun die Teile der Schaltung erklärt werden:
Die Bedienung erfolgt mittels eines Knebeldrehknopfes (1), dessen Stellung über einer Skala den gewählten Gang an zeigt. Zur Speicherung des Ganges nach dem Loslassen des Knopfes dient das Rastwerk (2). Auf derselben Achse sind mit Knopf und Rastwerk zwei Kurvenscheiben (3 und 4) ver bunden. Durch Hebel (5 und 6) werden die von den Kurven scheiben abgegriffenen Wege über Züge (7 und 8) auf die Kettenführungen (9 und 10) übertragen. Lenkhebel (11 und 12) erzwingen eine Bewegung der Kettenführungen auf Raum kurven in der Nähe der Zahnradgruppen (13 und 14) auf der Seite, wo die Kette (15) zu den Zahnrädern hinläuft. Sie übernehmen auch die Ausrichtung der Führungen in zwei Raumrichtungen, während die dritte Raumrichtung durch die teleskopartige Verbindungsstange (16) bestimmt wird.The parts of the circuit will now be explained on the basis of the exemplary embodiment shown in FIG. 1:
It is operated by means of a toggle knob ( 1 ), the position of which indicates the selected gear on a scale. The locking mechanism ( 2 ) is used to save the gear after releasing the button. Two cams ( 3 and 4 ) are connected on the same axis with a button and a ratchet mechanism. Levers ( 5 and 6 ) transfer the paths tapped from the cams via trains ( 7 and 8 ) to the chain guides ( 9 and 10 ). Steering levers ( 11 and 12 ) force the chain guides to move in space near the gear groups ( 13 and 14 ) on the side where the chain ( 15 ) runs to the gears. They also take over the alignment of the guides in two spatial directions, while the third spatial direction is determined by the telescopic connecting rod ( 16 ).

Der Kettenlängenausgleich (17) ist nur angedeutet. Er kann wie üblich in die hintere Führung (9) integriert sein, so daß das nahe bei den Zahnrädern laufende kleine Rad die Führungsfunktion übernimmt. Die seitlichen Leitbleche die nen dazu nur bei starken Stößen. Diese hintere Anordnung erfüllt bereits die für eine zentrale Steuerung erforder liche Genauigkeit, während die vordere zu verbessern ist.The chain length compensation ( 17 ) is only hinted at. As usual, it can be integrated into the rear guide ( 9 ), so that the small wheel running close to the gears takes over the guiding function. The side baffles are only used for strong impacts. This rear arrangement already meets the accuracy required for central control, while the front one has to be improved.

Bei üblichen Fahrrädern fluchtet das innerste vordere Zahnrad etwa mit dem vierten hinteren, von innen gezählt. Auch wenn die zentrale Steuerung eine Kombination des in nersten hinteren mit dem mittleren oder äußeren vorderen Zahnrad unterbindet, muß also ein um vier Raster abge knickter Kettenverlauf berücksichtigt werden. Daher wird die Öffnung der vorderen Führung meist etwa vier Millime ter breiter als die Kette dimensioniert.With normal bicycles, the innermost front is aligned Gear wheel with the fourth rear, counted from the inside. Even if the central control is a combination of the in serious rear with the middle or outer front Prevents gear, so must abge by four grids kinked chain course are taken into account. Therefore the opening of the front guide usually about four millimes dimensioned wider than the chain.

Weil mit der Annäherung der Führungen an die Zahnräder der störende Bewegungsspielraum der Kette sinkt,optimiert man die Bahnen durch das Kippen der Lenkhebelachsen oben nach hinten und innen, wie es bei der hinteren Führung schon üblich ist. Die so erzielbare Verringerung der Führungsbreite ist allerdings nicht ausreichend.Because with the approach of the guides to the gears the disruptive freedom of movement of the chain decreases, optimized the tracks by tilting the steering lever axles up backwards and inwards, as with the rear guide is already common. The reduction that can be achieved in this way Guide width is not sufficient, however.

Die engste Führungsöffnung läßt sich anwenden, wenn ihre Stellung beim Schalten der anderen Führung seitlich um soviel korrigiert wird, daß die Kette wieder mittig hin durchläuft. Das wird durch eine Verbindungsstange zwi schen den Führungen erreicht. Sie bewirkt gleichzeitig eine zum Sollverlauf der Kette parallele Ausrichtung, so daß auch kein Breitenzuschlag wegen diagonalen Ketten durchtritts berücksichtigt werden muß.The narrowest guide opening can be used if their Position when switching the other guide sideways so much is corrected that the chain is back in the middle goes through. This is through a connecting rod between reached the guides. It works at the same time an alignment parallel to the nominal course of the chain, see above that there is no extra surcharge due to diagonal chains passage must be taken into account.

Eine genaue Korrektur wird erreicht, wenn die Angriffs punkte der vom Steuerwerk kommenden Züge direkt über oder unter den Punkten liegen, wo die Kette auf die Zahn räder aufläuft. Die Führungen liegen also zwischen ihnen. A precise correction is achieved when the attack points of the trains coming from the control unit directly above or lie below the points where the chain is on the tooth wheels runs up. So the guides are between them.

Um diese Bedingung für die ganze Zahnradgruppe zu er füllen, muß die Achse zwischen Lenkhebel und Führung geneigt sein und nahe beim Angriffspunkt des Zuges lie gen. Wenn der Zug am Lenkhebel angreift, wie es bisher bei Umwerfern üblich ist,, muß sie nahe bei dem Punkt liegen, wo die Kette auf das Zahnrad läuft.To meet this requirement for the whole gear group the axis between the steering lever and the guide be inclined and lie close to the point of attack of the train If the train attacks the steering lever, as it has been so far is common with derailleurs, it must be close to the point where the chain runs on the gear.

Die Verbindungsstange muß sich an den veränderlichen Abstand zwischen den Führungen anpassen. In Fig. 1 ist daher ein teleskopartiger Schubbereich dargestellt. Dieser kann an beliebiger Stelle der Verbindung liegen. Vorteilhaft ist die Kombination einer üblichen hinteren Führung mit einer kettenparallel korrigierten vorderen Führung. Dann braucht die fest mit der vorderen Führung verbundene Stange lediglich längsverschiebbar durch eine an der hinteren Führung befestigte Öse zu laufen.The connecting rod must adapt to the variable distance between the guides. Therefore, in FIG. 1 is a telescopic thrust area is shown. This can be anywhere on the connection. The combination of a conventional rear guide with a chain guide corrected front guide is advantageous. Then the rod, which is fixedly connected to the front guide, only needs to move longitudinally through an eyelet attached to the rear guide.

Wenn der Platz ausreicht, kann gemäß Anspruch 2 eine Zahnradgruppierung N zu N+1 gewählt werden. Dann ist eine abwechselnde, gleichgerichtete Bewegung der Führungen vorteilhaft. Fig. 2 zeigt das Schaltschema und Fig. 3 die zu den Gängen (18) gehörenden Wege (19, 20) der Führungen.If the space is sufficient, a gear group N to N + 1 can be selected according to claim 2. Then an alternating, rectified movement of the guides is advantageous. Fig. 2 shows the circuit diagram and Fig. 3 shows the paths ( 19 , 20 ) of the guides belonging to the gears ( 18 ).

Das im unteren Teil von Fig. 1 dargestellte Steuerwerk üb licher Bauart kann durch das Ausführungsbeispiel nach An spruch 3 ersetzt werden, das in Fig 4 dargestellt ist. Wie in Fig. 3 zu sehen, setzen sich die Wege der Führungen aus zwei Anteilen zusammen:The control unit shown in the lower part of FIG. 1 can be replaced by the embodiment according to claim 3, which is shown in FIG. 4 . As can be seen in Fig. 3, the paths of the guides are composed of two parts:

Der für beide Führungen gleiche oder ähnliche Teil (unter brochene Linie in Fig. 3) ist proportional zur Gangnummer, kann also direkt aus der Ganginformation hergeleitet wer den, wenn diese in Wegform vorliegt. In Fig. 4 werden dazu die Züge auf eine Trommel (21) aufgewickelt.The same or similar part for both guides (broken line in Fig. 3) is proportional to the gear number, so it can be derived directly from the gear information, if it is in the form of a path. In Fig. 4, the trains are wound on a drum ( 21 ).

Der für die beiden Führungen unterschiedliche Anteil wird von Kurvenscheiben geliefert. Die Addition der Anteile erfolgt mittels der Bowdenzüge (22, 23). Wenn beim Aufwickeln des Zuges gleichzeitig der Außenmantel um denselben Weg zur Achse verschoben wird, bleibt die Kettenführung un bewegt. In Fig. 4 ist das auf der rechten Seite gezeichnet. Auf der linken Seite ist hier beim Aufwickeln die Bewegung von Zug und Mantel entgegengesetzt gerichtet, so daß die linke Führung um einen Schritt bewegt wird.The different proportion for the two guides is supplied by cam disks. The shares are added using the Bowden cables ( 22 , 23 ). If the outer casing is simultaneously moved by the same path to the axis when the train is being wound up, the chain guide remains stationary. In Fig. 4 this is drawn on the right side. On the left side, the movement of the train and the jacket is directed in the opposite direction during winding, so that the left guide is moved by one step.

Ein ruckfreies Überleiten der Kette auf ein größeres Nach barzahnrad läßt sich nur erzielen, wenn die Rollen des ersten, über das gewünschte Zahnrad eingeschwenkten Ket tengliedes Zahnzwischenräume vorfinden. Unterscheiden sich die Zahnräder z. B. um zwei Zähne, gibt es am Umfang zwei Stellen, die diese Bedingung erfüllen. Damit diese Stellen bei allen Zahnrädern einer Gruppe auf gleichen Drehwinkel gelegt werden können, müssen alle um dieselbe Zähnedif ferenz abgestuft sein. Zu dem Zeitpunkt,an dem der Antrieb diesen Drehwinkel erreicht, wird die Führung bewegt. A smooth transfer of the chain to a larger post bar gear can only be achieved if the rollers of the first ket swung in over the desired gear Find the interdental spaces between the teeth. Differ the gears z. B. by two teeth, there are two on the circumference Bodies that meet this condition. So these posts all gears in a group have the same angle of rotation can all be placed around the same tooth dif be graduated. At the time the drive reaches this angle of rotation, the guide is moved.

Um eine Schaltung ähnlich der in Fig. 1 dargestellten ge mäß Anspruch 4 zu ergänzen, wird auf der Antriebsachse ein Nockenrad angebracht. Eine Klinke, die in ein mit den Kurvenscheiben verbundenes Zahnrad eingreift, ver hindert deren Betätigung, bis sie durch einen Nocken herausgehoben wird. In Fig. 4 ist ein anderes Prinzip mit derselben Wirkung dargestellt: Auf der Antriebsachse befindet sich ein Zahnrad, das auf z. B. zwei schmale Sek toren reduziert ist. Durch eine nicht dargestellte Fern bedienung wird eines der beiden Ritzel (24, 25) in Ein griffsstellung zum Sektorzahnrad (26) gebracht, so daß die Kurvenscheiben beim richtigen Drehwinkel des Antriebs um ein Raster weitergeschaltet werden.In order to supplement a circuit similar to that shown in FIG. 1 according to claim 4, a cam wheel is attached to the drive axle. A pawl, which engages in a gear connected to the cam discs, prevents their actuation until it is lifted out by a cam. In Fig. 4, another principle is shown with the same effect: On the drive axis is a gear that z. B. two narrow gates is reduced. By a remote control, not shown, one of the two pinions ( 24 , 25 ) is brought into a handle position for the sector gear ( 26 ), so that the cams are switched by a grid at the correct angle of rotation of the drive.

Mit diesem Prinzip wird auch eine Servounterstützung ge mäß Anspruch 5 realisiert, denn die zum Überwinden der Rast und für die Kettenüberleitung erforderlichen Kräfte werden vom Tretantrieb abgezweigt.This principle is also used for servo support realized according to claim 5, because that to overcome the Rest and forces required for chain transfer are branched off from the pedal drive.

Claims

1.Switchable chain transmission for bicycles, consisting of two gear groups, of two chain guides which, when shifting, transfer the chain to another gear by being positioned by steering elements that engage near the points where the chain hits the gears, further consisting of a chain length compensation, of operating and storage elements, and one or more control units which he determine the positions of the chain guides for the desired gear and move them in a pre-programmed sequence of steps when switching the gear sequence, characterized in that

a connecting rod between the chain guides aligns one or both chain guides in alignment with one another and approximately parallel and centrally to the desired course of the chain,
- a sliding guide in the bar or between the bar and a chain guide absorbs changes in the distance of the chain guides.

2. Switchable chain transmission according to claim 1, characterized in that

the number of gears of the two groups is the same or differs by a maximum of one,
- A common control unit alternately moves the two chain guides by one step in the same direction when shifting through the gear sequence.

3. Switchable chain transmission according to claim 1 or 2, characterized in that

the relative movement between the inner cable and the outer jacket of a Bowden cable controls the chain guide,
- A rectified, the gear sequence proportional path component, and a changing correction component in arbitrary assignment in the inner cable and the outer jacket tel are directed, the correction component being generated by displacement transducers running on cams.

4. Switchable chain transmission according to one of claims 1 to 3, characterized in that

- The differences in the number of teeth of adjacent gears of the drive group are the same.
- The control unit delays the execution of a switching operation directed by the operator until it receives information from the drive axle that the position of the gearwheels allows the chain to be optimally transferred to the neighboring gearwheel.

5. Switchable chain transmission according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the work required for switching from the drive axis of the chain transmission is branched off by the manual change of gear storage at the same time Coupling between drive axle and control unit switched on is placed after the gear change itself is actively separated.