DE19640681A1 - Schaltbares Kettengetriebe für Fahrräder - Google Patents

Description

Mit den hier beschriebenen Ansprüchen werden dieselben Probleme gelöst wie mit denen der Hauptanmeldung 195 26 382.0

Um die Funktion einer zentralen Steuerung zu verbessern und um den Abstand zwischen den Zahnrädern einer Gruppe zu verringern, muß die Kette genauer geführt werden. Zu diesem Zweck muß die Öffnungsbreite der Führungen redu­ ziert werden, ohne daß die Kette dauernd an den Führungs­ blechen schleift.

Diese Probleme werden durch die im Anspruch 1 aufgeführ­ ten Merkmale gelöst.

Durch ihre Verbindung wird die Führung nicht nur, wie üblich, zum Schalten bewegt, sondern folgt der Kette durch eine zusätzliche Korrekturbewegung, wenn die andere Führung geschaltet wird. Gegenüber der in der Hauptanmel­ dung verwendeten Verbindungsstange ergeben sich Vorteile bezüglich Stabilität und Gewicht.

Um das Schalten zu beschleunigen, besonders beim Klettern der Kette über eine große Durchmesserstufung, wurden bisher verschiedene Zahnmodifikationen und Kletterhilfen an den Flanken der Zahnräder eingesetzt. Diese schwächen häufig die Zahnräder und führen zu einer starken Bean­ spruchung der Kette, ohne die für zentrale Steuerung er­ forderliche zuverlässige Funktion auch bei großem Ketten­ zug zu garantieren.

Diese Probleme werden durch die im Nebenanspruch 2 auf­ geführten Merkmale gelöst.

Der Kettenzug wird durch eine nur zum Schalten zwischen die am Schaltvorgang beteiligten Zahnräder eingefügte, mit umlaufende Stütze aufgefangen. Es können normale Ket­ tenräder verwendet werden. Die Kette wird nur seitlich ausgelenkt und nur gering verdreht. Nach dem Überleiten trifft sie mit ihren Rollen passend in die Zahnzwischen­ räume, so daß beim Treten kein Rucken spürbar ist.

Die Ausführung gemäß Anspruch 3 nutzt die Vorteile der An­ sprüche 1 und 2.

Von den vielen möglichen Prinzipien, ein mechanisches Steuerwerk zu realisieren, passen solche mit Bowdenzügen gut zu der bei Fahrrädern üblichen Bauteilauswahl. Die bekannten, mit Kurvenscheiben ausgerüsteten benötigen viel Platz, weit der Scheibenradius größer als der Weg des Zuges sein muß. Das Steuerwerk nach Schutzanspruch 4 läßt sich wesentlich kleiner realisieren.

Wenn Zähnezahlen und Schaltzeitpunkte gemäß Anspruch 5 gewählt werden, läßt sich das Schaltverhalten antriebs­ seitig verbessern.

Die Ausführung gemäß Anspruch 6 hat den Vorteil, daß die zum Schalten erforderlichen Kräfte nur zu einem geringen Teil von den bedienenden Fingern aufzubringen sind.

Zum besseren Verständnis der Funktionsbeschreibungen dienen folgende Bilder:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung gemäß Anspruch 1.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine umlaufende Kettenstütze gemäß Anspruch 2.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Steuerwerk gemäß Anspruch 4.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Steuerwerk gemäß Anspruch 5.

Fig 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Steuerwerk gemäß Anspruch 6.

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 drei Kurvenscheiben (3, 4, 5) ver­ bunden. Durch Hebel (6, 7, 8) werden die von den Kurven­ scheiben abgegriffenen Wege über Züge auf die Ketten­ führungen (9 und 10) übertragen. Lenkhebel (11, 12, 13 14) erzwingen eine Bewegung der Kettenführungen auf Raumkurven in der Nähe der Zahnradgruppen (15 und 16) auf der Seite, wo die Kette (17) zu den Zahnrädern hinläuft.

Der Kettenlängenausgleich (18) 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.

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.

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. Außerdem sollen die Führungsbleche parallel zum Sollverlauf der Kette ausgerichtet sein, damit kein Breitenzuschlag wegen diagonalen Kettendurchtritts zu berücksichtigen ist. Erreicht wird dies beim Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 durch die Steuerung der vorderen Führung von zwei Kurvenscheiben.

Bei einer Ausführung ohne zentrale Steuerung kann man den Korrekturwert von der hinteren Führung abzweigen und über eine indirekte Verbindung, z. B. über einen Bowdenzug nach vorne leiten.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für Anspruch 2. Der Fahrradrahmen und die übrigen Schaltungsteile wurden weg­ gelassen. Gezeigt ist die Ansicht von links, also von innen auf die vordere Zahnradgruppe, hier mit drei Zahn­ rädern. Oben ist die Ruhestellung dargestellt, unten ein Schaltvorgang vom mittleren zum äußeren Zahnrad.

Die Stütze (19) ist am Rahmen (24) konzentrisch zur Zahnrad­ achse drehbar gelagert und wird in Ruhestellung durch den Stophebel (20) festgehalten. Erhält die Steuerung einen Gangwechselwunsch, der die vordere Zahnradgruppe betrifft, löst sie über den Zug (21) den Stophebel aus. Die Klinke (22) fällt in ein Zahnrad (23) und nimmt die Stütze mit auf einen Umlauf. Durch Auflaufen der Klinke auf die Rampe des Stophebels wird sie aus dem Zahnrad ausgekuppelt und festgehalten.

Die Stufenzahl der Stütze ist um eins kleiner als die Zahl der Zahnräder. Der Radius R der Stufen ist um soviel größer als der des zugehörigen größeren Zahnrades, daß die Kette aus der Flucht des einen in die des anderen übergeführt werden kann, ohne von Zähnen behindert zu sein, und dann passend mit ihren Rollen zwischen die Zähne eintaucht. Bei massiver Ausgestaltung der Stütze kann mit voller Kraft beim Schalten weitergetreten werden. Man kann auch die Stütze federnd ausführen, so daß sie die Kettenkräfte direkt von den Stufen auf die Zahnräder weiterleitet.

Das im unteren Teil von Fig. 1 dargestellte Steuerwerk üb­ licher Bauart kann durch das Ausführungsbeispiel nach An­ spruch 4 ersetzt werden, das in Fig. 3 dargestellt ist. Die Wege der Führungen beim Schalten setzen sich aus zwei Anteilen zusammen: Der für beide Führungen gleiche oder ähnliche Teil ist proportional zur Gangnummer, kann also direkt aus der Gangnummer hergeleitet werden, wenn diese in Wegform vorliegt. In Fig. 3 werden dazu die Züge auf eine Trommel (25) aufgewickelt. Nur der für die drei Züge unterschiedliche Anteil wird von Kurvenscheiben abgegrif­ fen. Die Anteile werden mittels der Bowdenzüge (26, 27, 28), deren Mantel durch die Hebel (6, 7, 8) bewegt wird, addiert.

Ein ruckfreier, unverzögerter Kettenübergang läßt sich auf der Antriebsseite nur bei bestimmten Stellungen der Zähne benachbarter Zahnräder zueinander erzielen. Die Führung muß also zu einem Zeitpunkt bewegt werden, an dem diese Konstellation vorbeikommt. Auch bei Anwendung der umlaufenden Kettenstütze ist eine gezielte Verzö­ gerung der Umwerfbewegung nötig.

Unterscheiden sich zwei benachbarte Zahnräder z. B. um vier Zähne, gibt es pro Umdrehung vier stellen, die ein Überleiten erleichtern. Damit diese stellen bei allen Zahnrädern der Gruppe auf gleichen Drehwinkel gelegt werden können, müssen alle um dieselbe Zähnedifferenz abgestuft sein.

Um eine Schaltung ähnlich der in Fig. 1 dargestellten gemäß Anspruch 5 zu ergänzen, werden auf der Antriebs­ achse Nocken angebracht, die nur zu den richtigen Zeit­ punkten ein Verstellen der Kurvenscheiben zulassen. In Fig. 4 ist der Bedienknopf (1) mit Rastwerk (2) über federnde Züge mit den Kurvenscheiben (29) verbunden, die durch eine über die Nocken (30) laufende Klinke (31) freigegeben werden.

Ersetzt man, wie in Fig. 5 gezeigt, die Nocken durch Zahnradsektoren (32), läßt sich eine Servounterstützung gemäß Anspruch 6 realisieren. Über eine nicht darge­ stellte Fernbedienung wird zum Schalten eines der bei­ den Ritzel (33 und 34) in Eingriffsstellung gebracht, die über das größere Zahnrad (35) die Kurvenscheibe weiterdrehen. Die zum Überwinden der Rast und für die Kettenüberleitung erforderlichen Kräfte werden also vom Tretantrieb abgezweigt.

Claims (6)

1. Schaltbares Kettengetriebe für Fahrräder, bestehend aus einer antriebsseitigen und einer getriebenen Zahnrad­ gruppe mit je einer Kettenführung, die im Betrieb die Kette zum benötigten Zahnrad leitet und beim Schalten zu einem anderen überleitet, weiter bestehend aus einem Kettenlängenausausgleich, aus Bedien- und Speicherele­ menten, und aus einem oder mehreren Steuerwerken, die für den gewünschten Gang die Stellungen der Ketten­ führungen ermitteln und diese beim Durchschalten der Gangfolge in einer vorprogrammierten Abfolge von Schrit­ ten bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Kettenführungen direkt oder indirekt oder über ein sie beide bewegendes, gemeinsames Steuerwerk miteinander verbunden sind,
• - die Stellung einer oder beider Führungen seitlich kor­ rigiert wird in der Richtung, in der die andere von der zahnradparallelen Flucht der korrigierten Führung abweicht, wobei das Verhältnis des Korrekturweges zur Abweichung der anderen Führung etwa gleich dem Ver­ hältnis des Abstandes der korrigierten Führung vom Punkt des Auflaufens der Kette auf das nähere Zahnrad zum Abstand der anderen Führung zu diesem Punkt ist.

2. Schaltbares Kettengetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine bewegliche Stütze zu Beginn des Schaltvorgangs zwi­ schen das Zahnrad, auf dem die Kette läuft, und dem be­ nachbarten, auf das sie übergeleitet werden soll, einge­ fügt wird, während des Überleitens mit den Zahnrädern zum Zweck der Aufnahme der Kettenzugkräfte mitgedreht wird und am Ende wieder in seine Ausgangsposition außer­ halb der Zahnräder zur Ruhe gesetzt wird.

3. Schaltbares Kettengetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 2 erfüllt sind.

4. Schaltbares Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Relativbewegung zwischen Innenzug und Außenmantel eines Bowdenzuges die Kettenführung steuert,
• - ein gleichgerichteter, der Gangfolge proportionaler Wegantei 1, und ein wechselnder Korrekturanteil in beliebiger Zuordnung in den Innenzug und in den Außen­ mantel geleitet werden, wobei der Korrekturanteil von auf Kurvenscheiben laufenden Wegaufnehmern erzeugt wird.

5. Schaltbares Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Differenzen der Zähnezahlen benachbarter Zahnräder der Antriebsgruppe gleich sind,
• - das Steuerwerk die Ausführung eines vom Bediener ein­ geleiteten Schaltvorgangs solange verzögert, bis es von der Antriebsachse die Information erhält, daß die Stellung der Zahnräder ein optimales Überleiten der Kette auf das Nachbarzahnrad erlaubt.

6. Schaltbares Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Schalten benötigte Arbeit von der Antriebs­ achse des Kettengetriebes abgezweigt wird, indem bei manueller Auslösung oder bei einer Änderung des Gang­ wunsches eine Kupplung zwischen Antriebsachse und Steuerwerk eingelegt wird, die nach Ausführung des Gangwechsels selbsttätig getrennt wird.