DE19543704C2

DE19543704C2 - Einrichtung zur automatischen Betätigung von Fahrrad-Mehrgangschaltungen

Info

Publication number: DE19543704C2
Application number: DE1995143704
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl Ing Ehrhardt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-23
Filing date: 1995-11-23
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: DE19543704A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Betätigung von Fahrrad- Mehrgangschaltungen.

Stand der Technik

Es sind bereits einige Einrichtungen zur automatischen Betätigung einer Fahrrad- Mehrgangschaltung bekannt. Diese können in zwei Hauptgruppen unterteilt wer den.

- Automatische Betätigung über das Drehmoment
Hierbei erfolgt die automatische Betätigung über das Drehmoment des Tret kurbelantriebes bzw. über den Kettenzug. Der Nachteil ist allerdings, daß das aufgebrachte Drehmoment bzw. der Kettenzug beim Fahren nicht immer gleichmäßig erfolgen kann und somit die Schaltung nicht präzise genug be tätigt wird. Dies kann sich durch andauerndes Hin- und Herschalten beim Treten der Kurbel auswirken.
- Automatische Betätigung über die Fahrgeschwindigkeit
Hierbei erfolgt die automatische Betätigung über die Umdrehungsgeschwin digkeit, z. B. des Hinterrades. Hierdurch läßt sich eine erheblich gleichmäßi gere Betätigung einer Mehrgangschaltung erreichen. Dies erklärt sich aus der Massenträgheit des sich vorwärts bewegenden Fahrrades nebst Fahrer.

Durch die Veröffentlichung EP 0 246 807 A2 ist eine automatische Mehrgang schaltung bekannt, bei der die automatische Betätigung über im Hinterrad des Fahrrades befindliche Fliehgewichte erfolgt.

Die Fliehkräfte der Gewichte, die sich aus der Umdrehungsgeschwindigkeit des Hinterrades beim Fahren ergeben, werden mittels Drahtzüge auf Federkolben übertragen, welche eine große Scheibe auf der Kettenradseite axial verschieben und damit über einen Übertragungsmechanismus einen Kettenumwerfer einer Kettenschaltung automatisch betätigen. Das jeweilige Gleichgewicht zur betreffen den Fahrgeschwindigkeit ergibt sich über die Fliehkraft der Gewichte und der Rückstellfederkraft in den Kolben.

Bei den bisher bekannten automatischen Fahrradschaltungen bilden Betätigungs einrichtung und automatisches Getriebe eine in sich geschlossene und in ihren Elementen voneinander abhängige Einheit und sind somit nur komplett auf ein Fahrrad umrüstbar.

Vorteile der vorliegenden Erfindung

Aufgabe der nun vorliegenden Erfindung ist es, eine automatische Betätigung von Fahrrad-Mehrgangschaltungen zu ermöglichen und zu schaffen, die konstruktiv einfach, preiswert, zuverlässig arbeitet und auf einfache Weise einer vorhandenen manuellen Schaltung nachgerüstet werden kann.

Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angege benen Merkmale gelöst.

Die vorliegende Erfindung hat gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile:

Die automatische Betätigungsmechanik bildet eine von der vorhandenen Fahrrad- Mehrgangschaltung unabhängige und kompakte Einheit und kann somit, ähnlich wie ein Fahrrad-Dynamo, am Rahmen des Fahrrades befestigt werden und mit dem vorhandenen Schaltmechanismus, z. B. über einen Seilzug verbunden sein.

Bei einer Kettenschaltung wird beispielsweise am Widerlager des zu ersetzenden Bowdenzuges des manuellen Antriebes am Kettenumwerfer eine Umlenkrolle be festigt. Um diese Umlenkrolle wird der Betätigungsseilzug der automatischen Be tägigungseinrichtiung geführt und endet an dem Anschluß (Klemmschraube) des vorhandenen Kettenumwerfers. Durch das Ersetzen des Bowdenzuges durch einen Seilzug nebst Umlenkrolle werden Reibungsverluste beim automatischen Schaltvorgang vermieden, welche zu unerwünschten Schaltverzögerungen der vorhandenen Fahrrad-Mehrgangschaltung führen könnten.

Durch das Mitrotieren des Gehäuses, in welchem sich der Fliehkraftmechanismus des Schaltantriebes befindet, werden Leistungsverluste vermieden, die durch Luftwirbel des rotierenden Fliehkraftantriebes an der äußeren Luftumgebung auf treten und vom Fahrer des Fahrrades zusätzlich aufgebracht werden müßten. Durch Kapselung im mit rotierenden Gehäuse wird die in ihm befindliche Luft menge mit in Rotation gebracht und kann somit gegenüber dem Fliehkraftmecha nismus keinen Luftwiderstand erzeugen.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Einrichtung zur automatischen Betätigung nach Anspruch 1 ist in den Zeichnungen (Fig. 1-3) skizziert und wie folgt beschrieben:

Beschrieben wird nun das Ausführungsbeispiel einer Nachrüsteinheit für eine serienmäßig bereits vorhandene Fahrrad-Kettenschaltung, hierbei zeigen:

Fig. 1: Seitenansicht des rechten hinteren Abschnittes eines Fahrrades nebst Hinterrad und Betätigungseinrichtung.

Fig. 2: Ansicht in das Innere des Gehäuses (Drehtrommel) mit Schaltantrieb.

Fig. 3: Ansicht von Fig. 2 um 90° gedreht.

Fig. 2 und 3 zeigen die Betätigungsmechanik in Originalgröße.

Die Skizzen (Fig. 1-3) zeigen die Einrichtung in einer mittleren Schaltposition, (z. B. bei 6 Gängen im 3. bzw. 4. Gang).

Ausführungsbeispiel in der Übersicht (Fig. 1):

Auf der Felge des Hinterrades (1) läuft seitlich die Andrückrolle (2), die fest mit dem Gehäuse (3) verbunden ist, in der sich die automatische Antriebseinheit be findet. Das Gehäuse (3) ist drehbar an den Rahmenhaltern (4) befestigt. Die Rahmenhalter (4) sind so ausgeführt, daß sie die Andrückkraft der Rolle (2) auf die Felge des Hinterrades (1) gewährleisten. An der Spindel der Schalteinrichtung ist das Wirbellager (5) befestigt. Am Wirbellager (5) ist der Schaltzug (6) befestigt, welcher zwischen Fahrradrahmen, Kettenritzel (10) und vor der Radachse des Hinterrades (1) zur Umlenkrolle (7) verlauft. Von dieser aus verläuft der Schaltzug (6) weiter zum bereits serienmäßig vorhandenen Kettenumwerfer (8) einer Fahrrad- Kettenschaltung. Dort ist der Schaltzug (6) an der serienmäßigen Befestigung des Bowdenzuges (Klemmschraube) befestigt. Die Umlenkrolle (7) selbst wird mittels eines eigens dafür ausgeführten Beschlages am serienmäßig bereits vorhandenen Widerlager des Bowdenzuges am Kettenumwerfer (8) befestigt. Zur Demontage des Hinterrades (1) ist das Wirbellager (5) aufschraubbar, damit der Schaltzug (6) die Entnahme des Hinterrades (1) nicht behindert.

Ausführungsbeispiel der automatischen Betätigungsmechanik im Detail (Fig. 2 und 3):

Die Spindel (12) wird in den Hülsen (13 + 14) axial verschieblich geführt. An der oberen Hülse (13) sind die Andrückrolle (2), das obere Rillenkugellager (15) und der obere Teil des Gehäuses (3) über die Verschraubung der Hutmutter (16) be festigt. An der unteren Hülse (14) sind der untere Halteblock (17), der untere Teil des Gehäuses (3) und das untere Rillenkugellager (18) mittels Sechskantmutter (19) befestigt.

Zur Montage der Betätigungsmechanik ist das Gehäuse (3) in der Mitte (am größten Durchmesser) z. B. mittels einer Verschraubung teilbar, (in Fig. 2 und 3 nicht explizit dargestellt). Die Funktion der automatischen Betätigungsmechanik wird gebildet über die Druckfeder (20) und die Fliehgewichte (21), welche an den Halteblöcken (17 + 22) gelagert sind.

Die seitliche Auslenkung der Fliehgewichte (21) erfolgt über die Kniegelenklager (23). Der obere Halteblock (22) ist mit der Spindel (12) z. B. über eine Stiftverbin dung fest verbunden, so daß bei seitlicher Auslenkung der Fliehgewichte (21) die Spindel (12) über den oberen Halteblock (22) nach unten geschoben wird. Zwischen den Halteblöcken (17 + 22) befindet sich die Druckfeder (20), welche durch die Drehung der Fliehgewichte (21) weiter komprimiert wird.

Die Funktion der hier beschriebenen automatischen Schalteinrichtung setzt voraus, daß der Kettenumwerfer (8) - siehe Fig. 1 - über eine Feder nach außen gezogen wird, die ein fester Bestandteil des serienmäßigen Kettenumwerfers (8) - Fig. 1 - ist. Diese Konfiguration ist am häufigsten bei serienmäßigen Ketten schaltungen anzutreffen, wobei der manuelle Antrieb der Kettenschaltung den Kettenumwerfer (8) - Fig. 1 - über einen Seilzug (Bowdenzug) gegen die Feder kraft der zuvor beschriebenen Feder des Kettenumwerfers nach innen zum größten Ritzel von (10) - Fig. 1 - (1. Gang) bewegt. Diese Konfiguration betrifft die Erfindung nach dem ersten Teil des Anspruches 1.

Das Heraufschalten in die größeren Übersetzungen des Ritzels (10) - Fig. 1 - erfolgt über die Federkraft des Kettenumwerfers (8) - Fig. 1 -, wenn der manuelle Antrieb den Seilzug (Bowdenzug) der serienmäßig vorhandenen Ketten schaltung freigibt.

Für eine derartige Kettenschaltung ist das hier vorgestellte Ausführungsbeispiel gemäß den Ansprüchen 1-10 ausgelegt.

Die Funktion der automatischen Betätigungsmechanik ist nun wie folgt:

Die Druckfeder (20) wird bei der Montage der automatischen Betätigungsmecha nik im Gehäuse (3) befindlich derart vorgespannt, so daß der Kettenumwerfer (8) - Fig. 1 - auf das größte Ritzel von (10) - Fig. 1 - gegen die in ihm wirkende Feder gezogen wird. Mit ansteigender Fahrgeschwindigkeit des Fahrrades wird über die Drehung des Hinterrades (1) - Fig. 1 - die Andrückrolle (2) und somit das Gehäuse (3) mit der Fliehkrafteinrichtung (12-23) derart in Rotation versetzt, so daß die Druckfeder (20) über die axiale Verschiebung der Spindel (12) weiter komprimiert wird und somit sich der Kettenumwerfer (8) - Fig. 1 - durch Nach geben des Seilzuges (6) über seine in sich befindliche Feder nach außen gezogen wird und somit die Schaltung zu größeren Übersetzungen freigibt.

Mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit nimmt die Umdrehungszahl des Gehäuses (3) und damit die Fliehkraft auf die Fliehgewichte (21) wieder ab, so daß die Druckfeder (20) über die Spindel (12) des Wirbellager (5) und dem Seilzug (6) den Kettenumwerfer (8) - Fig. 1 - wieder nach innen gegen die in ihm wirkende Federkraft auf ein größeres Ritzel von (10) - Fig. 1 - und somit auf eine kleinere Übersetzung bewegt.

Somit beruht die Funktionsweise des hier vorgestellten Beispiels der automati schen Betätigungsmechanik auf dem Gleichgewicht der Federkraft von (20), der Fliehkraft der Fliehgewichte (21) und der sich im Kettenumwerfer (8) - Fig. 1 - befindlichen Antriebsfeder.

Durch geeignete Wahl der Kennlinie der Druckfeder (20) und der Masse der Flieh gewichte (21) läßt sich die automatische Schalteinrichtung auf die Verhältnisse der jeweils serienmäßigen Fahrrad-Kettenschaltung abstimmen, so daß der automatische Schaltvorgang in einem für das Fahrrad geeigneten Geschwindig keitsbereich über die Kettenschaltung erfolgt.

Weitere wichtige Bestandteile der hier vorgestellten Ausführung gehören zum Wir bellager (5).

Dies sind:
das Radiallager (24), welches innen mittels Sechskantmutter (25) mit der Spindel (12) verschraubt ist. Der Außenring des Radiallagers (24) ist in dem durch Ver schraubung in dem z. B. teilbaren Wirbellagergehäuse von (5) befestigt. Wie zuvor in der Beschreibung zu Fig. 1 erläutert, ist das Wirbellager (5) deshalb teilbar, damit der Schaltzug (6) die Demontage des Hinterrades (1) - Fig. 1 - nicht be hindert.

Am unteren Teil des Wirbellagers (5) befindet sich die Justierschraube (26) nebst Kontermutter (27). Hierdurch ist die Feinjustierung des Schaltzuges (6) zur Posi tionierung des Kettenumwerfers (8) - Fig. 1 - zum Kettenritzel (10) - Fig. 1 - möglich.

Eine weitere Ergänzung des Ausführungsbeispiels der Erfindung nach den An sprüchen 9 und 10 ist möglich, wenn beispielsweise die Betätigungsmechanik nach Fig. 2 und 3 so modifiziert wird, daß die Hutmutter (18) durch eine Sechs kantmutter wie (19) ersetzt wird, so daß die Spindel (12) auch nach oben verlängert werden kann. Somit lassen sich auch an der oberen Verlängerung der Spindel (12) ein Wirbellager (5) nebst Seilzug wie (6) über die Elemente (24-27) befestigen. An diesem Seilzug können nun eine Justierfeder und oder auch eine manuelle Überschalteinrichtung angebracht werden.

Kurz beschrieben sei noch ein Ausführungsbeispiel nach dem zweiten Teil von Anspruch 1:

Hierbei wird vorausgesetzt, daß die im Kettenumwerfer (8) - Fig. 1 - befindliche Feder diesen nach innen auf die kleinste Übersetzung (größtes Ritzel von (10) - Fig. 1 -) bewegen will. Hierzu muß man sich das Gehäuse (3) - Fig. 2 + 3 - über Kopf gedreht vorstellen. Die Reibrolle (2) ist dann mit der Kombination der Elemente (17-19) fest verbunden. Wenn keine Ergänzung der Erfindung nach den Ansprüchen 9 und 10 erwünscht ist, ist die Sechskantmutter (19) durch eine Hutmutter (16) zu ersetzen. Zur Aufnahme der Reibrolle (2) ist die Hülse (14) ähn lich wie (13) zu verlängern. Das Wirbellager (5) mit den Elementen (24-27) tritt dann auf der Seite mit den Elementen (13 + 15) aus. Die Druckfeder (20) kann nur entfallen, weil die Gegenkraft direkt über die sich im Kettenumwerfer (8) - Fig. 1 - befindliche Feder erfolgen kann.

Für die Ergänzung der Erfindung nach den Ansprüchen 9 und 10 gilt für diese Konfiguration das gleiche, wie zuvor im Ausführungsbeispiel nach dem ersten Teil von Anspruch 1 beschrieben wurde.

Claims

1. Einrichtung zum automatischen Betätigen einer Fahrrad-Kettenschaltung mit ei nem verstellbaren Kettenumwerfer, umfassend einen Fliehkraft-Stellmechanismus mit einer drehbaren Eingangswelle, die mit einem Rad des Fahrrades kuppelbar ist, und mit einem in Abhängigkeit von der Drehzahl der Eingangswelle sich ver stellenden Stellelement, das mit dem Kettenumwerfer verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraft-Stellmechanismus ein nachrüstbares, von der Kettenschaltung unabhängiges Aggregat ist, das am Fahrradrahmen montiert wird, dessen Mechanik über einen mechanischen Abgriff an der Felge oder dem Reifen des Rads in Rotation gebracht wird und dessen Stellmechanismus mit ei nem zur manuellen Verstellung der Kettenschaltung vorgesehenen Übertragungselement (6) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Hülse (13) vorgesehen ist, die ein Reibrad (2) trägt, das an die Felge (1) bzw. den Reifen des Rades andrückbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, für eine Kettenschaltung mit einem Ketten umwerfer, welcher in Richtung einer größeren Übersetzung durch eine Rückstellfeder vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraft- Stellmechanismus eine die Fliehgewichte (21) in Richtung kleinerer Auslenkung belastende Gegenfeder (20) enthält und daß das Übertragungselement (6) bei abnehmender Drehzahl durch die Gegenfeder (20) gegen die Kraft der Rückstell feder eines Kettenumwerfers (8) gespannt, und bei zunehmender Drehzahl freigegeben wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, für eine Kettenschaltung mit einem Ketten umwerfer, welcher in Richtung einer kleineren Übersetzung durch eine Rückstellfeder vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraft- Stellmechanismus das Übertragungselement (6) bei zunehmender Drehzahl spannt, bei abnehmender Drehzahl freigibt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement ein Seilzug ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraft-Stellmechanismus eine über das Gehäuse (3) mit der Hülse (13) verbundene Hülse (14) aufweist, an der über einen Halteblock (17) mehre re über deren Umfang verteilte Kniegelenkgewichte (21) mit einem Ende befestigt sind, und daß die anderen Enden der Kniegelenkgewichte (21) jeweils mit einer in der Hülsen (13, 14) axial verschiebbar gelagerten, mit wenigstens ei nem Ende über die Hülse (13) vorstehenden Spindel (12) verbunden sind, die das Stellelement bildet.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kniegelenk gewichte (21) mit der Spindel (12) drehfest verbunden sind, und daß die Spindel (12) mit dem Übertragungselement (6) über ein erstes Wirbellager (5) verbun den ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flieh kraft-Stellmechanismus in einem Gehäuse (3) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (13, 14) axial beabstandet sind, wobei die Hülse (13) mit dem Reibrad (2) verbun den ist, daß das Gehäuse (3) in einer senkrecht zur Drehachse der Hülsen (13, 14) stehenden Ebene geteilt ist, daß je ein Gehäuseteil mit einer Hülse (13, 14) drehfest verbunden ist, und daß die Gehäuseteile in ihrer Teilungsebene mitein ander verbindbar sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem ersten Wirbellager (5) abgewandten ebenfalls über die Hülse (13) überstehenden Ende der Spindel (12) ein zweites Wirbellager ein weiterer Seil zug befestigt ist, an welchem eine vorgespannte, über Justiermittel in ihrer Vorspannung veränderbare Zugfeder angreift.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der am zweiten Wirbellager befestigte weitere Seilzug mit einem Handhebel zu Spannen bzw. Freigeben des Seilzuges verbunden ist.