DE3405791C2

DE3405791C2 - Vorderes Kettenrad für ein Fahrrad

Info

Publication number: DE3405791C2
Application number: DE3405791A
Authority: DE
Inventors: Masashi Izumi Osaka Nagano
Original assignee: Shimano Industrial Co Ltd
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1983-02-19
Filing date: 1984-02-17
Publication date: 1986-04-30
Also published as: IT8419651A0; JPS59153682A; US4576587A; IT1173809B; DE3405791A1; JPH0241480B2; FR2541223A1; FR2541223B1

Abstract

Ein vorderes Kettenrad für ein Fahrrad ist etwa elliptisch und weist unterschiedliche effektive Durchmesser auf, wobei die Zähne im Bereich des größten effektiven Durchmessers des Kettenrads eine geringere Höhe haben als die Zähne im Bereich des kleinsten effektiven Durchmessers, so daß der Zahnspitzenkreis des Kettenrads nahezu perfekt kreisförmig ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vorderes Kettenrad für ein Fahrrad, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf einen vorderen Kettenradsatz für ein Fahrrad.

Ein vorderer Kettenradsatz an einem Fahrrad weist gewöhnlich mehrere kreisrunde Kettenräder auf, welche verschiedene Anzahlen von Zähnen haben und mit einer Tretkurbel verbunden sind. Zur Änderung des Übertragungsverhältnisses ist die Kette mittels eines vorderen Umwerfers von einem Kettenrad auf ein anderes überführbar.

Beim Treten der Pedale der Tretkurbel ist das vordere Kettenrad einer vom Hinterrad über ein hinteres Kettenrad und die Kette übertragenen gleichmäßigen Belastung unterworfen, das durch das Treten der Pedale ausübbare Drehmoment ändert sich jedoch in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Pedale und Kurbelarme, wobei das größte Drehmoment in einem Bereich erzielbar ist, in welchem der jeweilige Kurbelarm einen Winkel von 70° ±5° vorwärts seines oberen Totpunkts durchläuft, während das kleinste Drehmoment im Bereich des oberen und des unteren Totpunkts auftritt, wie in F i g. 3 dargestellt.

Bei Verwendung eines kreisrunden Kettenrads ändert sich somit also das Drehmoment während einer vollen Drehung der Tretkurbel, die Winkelgeschwindigkeit der das vordere Kettenrad in Drehung versetzenden Tretkurbelarme bleibt indes konstant, so daß die physische Belastung des Fahrers insgesamt größer ist als es der effektiv nutzbaren Leistung entspräche.
In der japanischen Patentanmeldung Sho 57—94,396 (DE-OS 33 19 736) beschreibt die Anmelderin ein nicht kreisrundes sondern nahezu elliptisches Kettenrad, bei welchem sich die Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeln während einer vollen Umdrehung in Abhängigkeit von dem sich ändernden Drehmoment ändert. Dabei wird die Umfangsgeschwindigkeit des jeweiligen Tretkurbelarms im Bereich des größten Drehmoments erhöht, so daß sich eine größere Nutzleistung ohne erhöhte physische Belastung des Fahrers ergibt. Andererseits erbringt eine Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit im Bereich des kleineren Drehmoments eine Verringerung der physischen Belastung. Aufgrund dieser Erwägungen ist das in der genannten Veröffentlichung beschriebene nahezu elliptische Kettenrad derart mit der Tretkurbel verbunden, daß der effektive Durchmesser des Kettenrads in dem Bereich am kleinsten ist, in welchem beim Treten der Tretkurbel zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt des jeweiligen Kurbelarms das größte Drehmoment erzielbar ist, während der größte effektive Durchmesser im Bereich des oberen und des unteren Totpunkts der Kurbelarme zur Wirkung kommt, in welchem das erzielbare Drehmoment am kleinsten ist

Bei einem solchen unrunden Kettenrad ist der Abstand zwischen der Unterseite der Kettenführung und den Spitzen der Zähne im Bereich des größten effektiven Durchmessers des Kettenrades so bemessen, beispielsweise auf etwa 1 bis 5 mm, daß die beiden Teile nicht miteinander in Berührung kommen. Daraus ergibt sich jedoch, daß der Abstand zwischen der Unterseite der Kettenführung und den Spitzen der Zähne im Bereich des kleinsten Durchmessers des Kettenrads um die Hälfte der Differenz zwischen den beiden Durchmessern größer ist als der vorstehend genannte Abstand.

Deshalb ist hier eine größere Verschwenkung der Kettenführung bzw. des Umwerfers erforderlich, um die Kette vom kleineren auf das größere Kettenrad zu überführen. Wenn die Kette bei Überführung von einem kleineren auf das größere Kettenrad mittels einer Kettenführung so weit abgelenkt wird, besteht jedoch die Gefahr, daß sie an der anderen Seite von dem den größeren Durchmesser aufweisenden Kettenrad abspringen kann.
Ausgehend von dem obengenannten Stand der Tcchnik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mil einer geringeren Verschwenkung der Kettenführung bzw. des Umwerfers auszukommen und die Gefahr eines Überspringens des größeren Kettenrades zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt in der Ausbildung eines gattungsgemäßen Kettenrads mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eines gattungsgemäßen Kettenradsatzes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2.
Die Erfindung schafft somit ein vorderes Kettenrad von unrunder Form, bei welchem die Zähne im Bereich des größten effektiven Durchmessers eine kleinere Höhe haben als die Zähne im Bereich des kleinsten effektiven Durchmessers, so daß sich die Differenz zwischen den Durchmessern der Zahnspitzenkreise verringert und der Abstand zwischen der Kettenführung innerhalb eines günstigen Bereichs liegt.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zcigi

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Kettenrads in einer Ausführungsform der Erfindung, mit einer gestrichelt dargestellten Kettenführung,

F i g. 2 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht von Zahnspitzen des Kettenrads nach F i g. 1,

Fig.3 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Drehwinkel und dem beim Treten der Pedale auftretenden Drehmoment,

F i g. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines Kettenrads und dem halben effektiven Durchmesser desselben und

F i g. 5 eine erläuternde Darstellung des Anbaus des erfindungsgemäßen Kettenrads an einem Fahrrad.

Ein in F i g. 1 dargestelltes Kettenrad A hat einen aus starkem Blech geformten, ringförmigen Radkörper 1 und eine Anzahl von in gleichmäßigen Abständen entlang dem äußeren Umfang des Radkörpers 1 angeordneten Zähnen 2, deren Spitzen seitlich abgeschrägt sind (F ig. 2).

Das Kettenrad A ist etwa eiiiptisch und hai verschieden große effektive Durchmesser, wobei dit- Zähne 2b im Bereich des kleinsten Durchmessers D 2 rr.dial auswärts verlängerte Spitzen haben und dadurch eine um beispielsweise etwa 1 mm größere Höhe aufweisen als dem in der japanischen Industrienorm vorgegebenen Normwert von gewöhnlich etwa 6 mm entspricht, wodurch Jer Zahnspitzenkreis im Bereich der Zähne 2b auf ein Höchstmaß vergrößert ist. Die Zahnhöhe i.n Bereich des kleinsten effektiven Durchmessers kann jedoch auch gleich dem vorstehend angeführten Normwert sein.

Die Zähne 2a im Bereich des größten effektiven Durchmessers DX sind dagegen an ihren Spitzen verkürzt, so daß ihre Höhe um beispielsweise etwa 1 mm kleiner äst als der genannte Normwert.

Bei den zwischen den Zähnen 2a und 2b liegenden Zähnen verringert sich die Höhe stetig von der der Zähne 2b im Bereich des kleinsten effektiven Durchmessers D 2 bis aul die der Zähne 2a im Bereich des größten effektiven Durchmessers D 1, wie in F i g. 2 angedeutet. Damit hat das Kettenrad A also ungeachtet eines variablen effektiven Durchmessers einen nahezu kreisförmigen Zahnspitzenkreis.

Die Zähne 2a sind an einer Seite 2c weniger stark und an der anderen Seite 2dstärker abgeschrägt, so daß die Zahnspitzc in bezug auf die Mittelebene des Kettenrads A seitlich in Richtung auf ein rundes Kettenrad B kleineren Durchmessers versetzt ist.

Wie in F i g. 5 dargestellt ist das beschriebene Kettenrad A zusammen mit dem einen kleineren Durchmesser und eine kleinere Anzahl von Zähnen aufweisenden Kettenrad B in Form eines vorderen Kettenradsatzes C 1 an einer Tretkurbelwelle K angebaut. Eine um eines der vorderen Kettenräder A oder B und um ein Kettenrad eines hinteren Kettenradsatzes C 2 geführte Kette C überträgt die durch Treten der Tretkurbel eingespeiste Antriebskraft vom jeweiligen vorderen Kettenrad A oder B auf den hinteren Kettenradsatz G 2 und damit auf das Hinterrad des Fahrrads. Ein zunächst dem vorderen Kettenradsatz G 1 am ziehenden Trum der Kette Cangeordneter vorderer Umwerfer Emit einer Kettenführung F dient dazu, die Kette C auf das eine oder andere Kettenrad A oder ßzu führen, um das Antriebsübertragungsverhältnis zu verändern, wobei die Kettenführung F so angeordnet ist, daß zwischen ihr und der Spitze jedes Zahns 2a dir richtige Abstand 1 von beispielsweise etwa 1 bis 5 mm vorhanden ist.

Damit besteht auch zwischen den Soitzen der Zähne 2b im Bereich des kleinsten effektiven Durchmessers DI und der Kettenführung Fjeweils der richtige Abstand, da die Zähne 2a eine kleinere Höhe haben als die Zähne 2b.

Wie man aus Vorstehendem erkennt, ist der vorgenannte Abstand zwischen der Kettenführung Fund den Zähnen 2b im Bereich des kleinsten effektiven Durchmessers D 2 nicht so groß wie bei einem herkömmlichen ovalen Kettenrad, so daß sich die Kette C ohne Gefahr

ίο des Überspringens des größeren Kettenrads A sicher vom kleineren Kettenrad B auf das größere Kettenrad A überführen läßt.

Da ferner die Spitzen der Zähne 2a im Bereich des größten effektiven Durchmessers DX seitlich in Richtung auf das den kleineren Durchmesser aufweisende Kettenrad B versetzt sind, lassen sich diese Zähne mühelos mit der Kette C in Eingriff bringen, so daß sich der Schaltvorgang mühelos bewerkstelligen läßt.

Das Kettenrad A ist in folgender %'eise an der Tretkurbel K angebaut:

V/ie man in F i g. 5 erkennt, ist das unrunde Kettenrad A so angeordnet und an der Tretkurbel K befestigt, daß sein den größten effektiven Durchmesser aufweisender Bereich DX in der Drehrichtung der Tretkurbel, in F i g. 5 also im Uhrzeigersinn, vor den Kurbelarmen KA liegt. Dadurch kommt der den größten Durchmesser aufweisende Bereich D X zur Wirkung, wenn sich die Tretkurbelarme in den Bereichen des oberen und des unteren Totpunkts 01 bzw. 02 befinden, während der den kleinsten Durchmesser aufweisende Bereich D 2 zur Wirkung kommt, wenn sich ein Tretkurbelarm nach Durchgang durch den oberen Totpunkt in dem Bereich befindet, in welchem das größte Drehmoment erzeugbar ist.

Bei einer derartigen Anordnung des Kettenrads A in bezug auf die Tretkurbelarme KA ist die in F i g. 3 dargestellte zyklische Änderung des Drehmoment', beim Treten der Tretkurbel berücksichtigt.

Beim Durchgang des jeweiligen Tretkurbelarms du. eh den Winkelbereich zwischen etwa 30° und 120° vorwärts vom oberen Totpunktsweg in Antriebsdrehsinn der Tretkurbel ist beim Treten der Peda'e das größte Drehmoment erzeugbar, wobei dann der kleinste effektive Durchmesser des Kettenrads A wirksam ist. Dadurch verringert sich das Übertragungsverhältnis zwischen dem Kettenrad A und dem jeweiligen Kettenrad des hinteren Kettenradsatzes G 2, so daß sich die Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbel erhöht. In dem Bereich, in welchem im wesentlichen das größte Drehmoment erzeugbar ist, wird die ausgeübte Kraft daher in höherem Maße ausgenutzt und dem aus den Beinbewe- gung':n des Fahrers abgeleiteten Bewegungsmuster angepaßt. Im Bereich der oberen und unteren Totpunkte, in welchem nur ei:> kleineres Drehmoment erzeugbar ist, befindet sich das Kettenrad A in einer Stellung, ir. welcher der Bereich des größten effektiven Durchmessers wirksam ist, wodurch sich das Übertragungsverhältnis vergrößert. Dadurch verringert sich die Wirbelgeschwindigkeit der Tretki'rbelarme in Anpassung an das Geschwindigkeitsmuster c'er Beinbewegungen des Fahrers, so daß sich die physikalische Belastung des Fahrers ebenfalls verringert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorderes Kettenrad für ein Fahrrad, welches eine unrunde Form mit einem größten effektiven Durchmesser und einem kleinsten effektiven Durchmesser aufweist, mit einem Radkörper und einer Anzahl von entlang dem äußeren Umfang des Radkörpers angeordneten Zähnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (2a) im Bereich des größten effektiven Durchmessers (D X) eine geringere Höhe aufweisen als die Zähne (2b) im Bereich des kleinsten effektiven Durchmessers (D 2), so daß der Zahnspitzenkreis des Kettenrads (A) nahezu kreisförmig ist.

2. Vorderer Kettenradsatz für ein Fahrrad mit wenigstens einem einen größeren Durchmesser aufweisenden Kettenrad und wenigstens einem einen kleineren Durctimesser aufweisenden Kettenrad, welche eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen aufweisen, und von denen wenigstens das den größeren Durchmesser aufweisende Kettenrad eine unrunde Form mit einem größten effektiven Durchmesser und einem kleinsten effektiven Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichne;, daß die im Bereich des größten effektiven Durchmessers (D 1) angeordneten Zähne (2a) eine kleinere Höhe aufweisen als die im Bereich des kleinsten effektiven Durchmessers (D 2) angeordnete Zähne (2b), so daß der Zahnspitzenkreis t.es betreffenden Kettenrads (A) nahezu kreisförmig ist.

3. Vorderer Ketienra/isatz für ein Fahrrad nach Anspruch 2, dadurch gekennze'-hnet, daß die Spitzen der im Bereich des größten Durchmessers (D 1) angeordneten Zähne (2a) relativ zu denen der im Bereich des kleinsten Durchmessers (D 2) angeordneten Zähne (2b) in Richtung auf das den kleineren Durchmesser aufweisende Kettenrad (B) versetzt sind.