DE4208712C2 - Kettentrieb mit Mehrfach-Mitnahmeeinrichtung für Fahrräder oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kettentrieb mit formschlußgebender Mehrfach-Mitnahmeeinrichtung für Fahrräder oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die heutigen Anforderungen an ein Kettengetriebe mit Ketten­ schaltung bei den verschiedenartigsten Spezialfahrrädern haben die Anzahl der Zahnkränze innerhalb des Zahnkranzpakets an der Hinterradnabe wie auch am Tretlager stetig wachsen lassen. Es werden nicht nur ein hoher Abstand zwischen der kleinsten und der größten Übersetzung verlangt, sondern auch minimale Über­ setzungssprünge, was sich dadurch ausdrückt, daß der Unter­ schied in der Zähnezahl an den Zahnkränzen des Zahnkranzpa­ ketes teilweise einen einzigen Zahn ausmacht - speziell bei den kleinen Zahnkränzen. Mit wachsender Zähnezahl werden Übersetzungssprünge kleiner, weshalb ab einer bestimmten Zahnkranzgröße die Zähnezahldifferenz der benachbarten Zahn­ kränze auf zwei ansteigen kann, ohne den Übersetzungssprung anwachsen zu lassen. Größere Zähnezahldifferenzen werden mit wachsender Zahnkranzgröße möglich, wodurch schließlich ein Zahnkranzpaket mit vertretbarer Breite erreicht wird. Die ge­ samte Übersetzungskapazität läßt sich durch die Verwendung von Mehrfachkettenblättern am Tretlager steigern, wodurch sich das gesamte Übersetzungsverhältnis innerhalb eines Bereiches mit dem Faktor 4 auslegen läßt.

Mit der DE-OS 25 01 481 ist ein Antriebselement, bestehend aus in Reihe geschalteten und verketteten Segmenten bekannt geworden, wobei die Segmente auf einer Stützscheibe abrollen und beidseitig mit nach radial innen verlängerten Seitenwangen ausgestattet sind, die als Innenlaschen fungieren und zur Dreipunktarretierung der Segmente dienen, wobei es eigentlich um die Verspannung derselben auf der Stützscheibe zur Dar­ stellung eines Zahnrades oder einer ähnlich gearteten Mitnah­ meeinrichtung ankommt. Eine gewisse Verwandtschaft mit dem Erfindungsgegenstand zeigen die Seitenwangen gemäß Fig. 17 der o. g. Anmeldung, wobei es sich aber nur entfernt um eine Kette im Sinne einer Drehzahlübertagung handelt.

Ferner werden in der Technischen Rundschau Nr. 23 vom 06.06.1978 auf den Seiten 9 und 13 Laschen von Transport- Zahnketten beschrieben, die Laschen nach innen gerichtete Zähne aufweisen, die mit einem Zahnrad zusammenwirken, wobei gleichzeitig je nach der Art des zu transportierenden Gutes auf der nach außen weisenden Seite der Lasche beliebig ge­ formte Mitnahmeansätze angeformt sind. Ebenso werden auch im Firmenprospekt der Firma Westinghouse Bremsen GmbH, Gronau vom Januar 1961 Laschen an Zahnketten gezeigt, die mit Zahnrädern über nach innen gerichtete angeformte Zähne zusammenwirken, wobei durch eine bestimmte Ausbildung der Gelenke hohe Dreh­ zahlen und Drehmomente ermöglicht werden. Der eigentliche Zweck der Erfindung, nämlich schmalbauende Ketten durch ein­ seitige Anordnung von Zahnlaschen auf schmalbauenden Zahn­ kränzen laufen zu lassen, kann dem Stand der Technik nicht entnommen werden.

Schließlich gehört das britische Patent Nr. 305,347 vom 30.12.1927 zum Stand der Technik, wo ein Zahnkranz mit einem anderen Zahnkranz koaxial ohne Zwischenräume verbunden ist (siehe hierzu insbesondere die Fig. 3 und 4). Hier wird durch die Verbindung eine Zahnkranzeinheit hergestellt, die abwech­ selnd versetzt zueinander angeordnete Zähne aufweist, die mit einer rollenlosen Kette gem. Fig. 7 zusammenarbeiten, wobei die Zähne abwechselnd einmal links und einmal rechts zwischen die Laschen eintauchen und über deren Stirnseiten Kraft über­ tragen können. In Anbetracht der beabsichtigten Funktion hätte man auch einen einzigen Zahnkranz verwenden können, bei dem ein Zahn nach in Achsrichtung links und der nächste Zahn nach rechts, der darauf folgende wieder nach links usw. durchgeprägt ist. Das Antriebsprinzip bleibt bei der Kraftübertragung über eine rollenähnlich ausgebildete Form der Stirnseite der Lasche, was mit den erfinderischen Zahnformen der Laschen wenig zu tun hat. Anzufügen ist noch, daß weder mit einer Kette noch mit einem Doppelzahnkranz gem. dem o. g. Patent ein Mehrfach-Zahnkranz in Sinne einer Kettenschaltung nahegelegt ist, geschweige denn ein in Achsrichtung besonders platzsparender.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Zahnformen für Zahnlaschen an kettenschaltungsgeeigneten Ketten zu finden, die zwischen der Kette und den enggepackten Zahnrädern des Zahnkranzpakets Übertragungsverhältnisse schaffen, die den heutigen Kettenan­ trieben hinsichtlich Funktion und Aufwand entsprechen, aber die Verwendung von deutlich mehr Zahnkränzen oder -scheiben innerhalb des Zahnkranzpakets auf der Freilaufnabe am Hinter­ rad und wahlweise am vorderen Kettenblatt am Tretlager erlau­ ben.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im An­ spruch 1 beschrieben.

Neben den beschriebenen Ausführungsformen liegen die Vorteile der Erfindung in erster Linie in der Profilierung der Zähne, sowohl der der Zahnkränze als auch der der Kette. Das Profil, vorzugsweise ein Stufenprofil, sorgt dafür, daß die Kette nicht mehr abspringt und doch die zur Übertragung der Vor­ triebskräfte erforderliche Flankenfläche besitzt. Die V- förmigen Zähne der Kette sind also auf der den jeweils grö­ ßeren Zahnrädern des Zahnkranzpakets zugewandten Seite breiter ausgeführt und werden - axial betrachtet - in Richtung kleinerer Zahnkränze um die Stufenhöhe des Profils schwächer. Eine derart axial geführte Kette muß zum Schalten auf das nächst kleinere oder größere Zahnrad ähnlich der herkömmlichen Schaltweise ausgehoben werden, was aber wegen der geringeren axialen und radialen Wege leichter und geräuscharmer durchführbar ist als bei Systemen, bei welchen die Laschen z. B. beim Steigen auf den benachbarten größeren Zahnkranz über die Zahnspitze des im Eingriff befindlichen Zahnkranzes hin­ weggehoben werden müssen, um anschließend um den Betrag der Zahnhöhe in die neue Arbeitsposition radial zurückzufallen.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kettentriebes ist der nach­ träglich mögliche Einbau in bereits für herkömmliche Produk­ tion geplante oder bereits ausgeführte Fahrräder durch die Verwendung von Rollen in herkömmlicher Bauart zwischen den Zahnlaschen und Normallaschen, die der Kette auf herkömmlichen Kettenblättern am Tretlager eine einwandfreie Funktion ver­ leihen. Für die Erstausrüstung von Fahrrädern ist es jedoch zweckmäßig, auch die vorderen Kettenblätter am Tretlager in derselben Weise zu gestalten wie das am Hinterrad angeordnete Zahnkranzpaket, da hierdurch der bisherige Nachteil, daß die Kette nämlich die Zahnreihe erst mit ihren Laschen übersteigen muß, bevor sie in das Rollenbett des größeren Kettenblattes zurückfällt, entfällt und flüs­ sigeres Schalten gewährleistet ist. Es bietet sich hierfür eine Kettenkonstruktion an, die auf herkömmliche Rollen ver­ zichtet und die Laschen axial über die Bolzenvernietung mit­ einander verbindet.

Schließlich ergeben sich für den Betrieb im Gelände oder auch für das Rückwärtstreten Vorteile durch die beidseitige Profi­ lierung der Zähne, die für axiale Fixierung der Laschenzähne auf dem Zahnkranz sorgt, solange diese vom Schaltwerk nicht ausgesteuert werden.

Weitere formschlußgebende Verzahnungsbeispiele zwischen Kette und Mitnahmeeinrichtung auf der Nabe sind in den Unteransprü­ chen beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispielen eines Kettentriebes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Zahnkranzpaket im Schnitt mit einer Kette im Eingriff;

Fig. 2 ein Zahnrad in der Ansicht aus Richtung "A" gemäß Fig. 1;

Fig. 3 das Zahnrad in der Ansicht auf die Zahnspitzen aus Richtung "B" gemäß Fig. 2 mit einem Profil auf den Zahnflanken;

Fig. 4 die Kette im Eingriff mit dem Zahnrad über Zähne an der Außenlasche;

Fig. 5 eine Außenlasche mit profilierten Zähnen;

Fig. 6 eine Innenlasche;

Fig. 7 ein Zahnkranzpaket im Schnitt mit einer Kette im Eingriff;

Fig. 8 eine Kette und ein Zahnrad gemäß Fig. 7 in gegenseitigem Eingriff;

Fig. 9 ein Zahnkranzpaket im Schnitt mit einer Kette;

Fig. 10 ein Kettenglied im Schnitt mit einem Mitnahmebolzen;

Fig. 11 eine Kette und ein Zahnrad gemäß Fig. 10 im gegenseitigen Eingriff;

Fig. 12 eine Mehrfach-Mitnahmeeinrichtung im Schnitt und eine Kette im wechselseitigem Eingriff;

Fig. 13 eine Mitnahmescheibe und eine Kette gemäß Fig. 12 im wechselseitigen Eingriff;

Fig. 14 eine Mehrfach-Mitnahmeeinrichtung im Schnitt mit zwei geteilten Zahnrädern;

Fig. 15 eine Kette und ein Zahnradpaar gemäß Fig. 14 im Eingriff miteinander;

Fig. 16 ein einteilig ausgeführtes Zahnkranzpaket;

Fig. 17 eine Kette mit gekröpften Laschen, geeignet zum Eingriff in die Mehrfach-Mitnahmeeinrichtung gemäß Fig. 12;

Fig. 18 die Kette gemäß Fig. 17 in Draufsicht;

Fig. 19 eine Kette mit gekröpften Laschen und profilierten Zähnen, geeignet für den Eingriff in das Zahnkranzpaket gemäß Fig. 1;

Fig. 20 die Kette gemäß Fig. 19 in Draufsicht.

Bezeichnet man mit 1 ein Zahnkranzpaket, das sich als starres Paket ähnlich einem herkömmlichen auf dem Außenring des Klin­ kenfreilaufes einer Freilaufnabe am Hinterrad eines Fahrrades darstellt, so sind mit 11, 12, 13 . . . 25 Zahnkränze vom kleinsten bis zum größten bezeichnet, die ohne Zwischenräume koaxial gegeneinander gepreßt angeordnet sind. Auf diesen Zahnkränzen sind Zähne 26 angeordnet mit einem Profil 27, das mit einem Profil 32 der Zähne 31 einer Kette 30 zusammenwirkt. Es handelt sich bei der Kette 30 um eine Zahnkette, deren einseitig außenliegende Lasche 29 mit ihren Zähnen 31 in die Zähne 26 der Zahnkränze 11 . . . 25 abwechselnd eingreift. Die Profile 27 und 23 passen ineinander, ermöglichen einen Flä­ chenschluß an den Flanken und bewirken eine axiale Verankerung der Kette 30 bei allen Betriebszuständen. Wird die Kette ihrer bisherigen Aufgabe enthoben, nämlich über ihre Rollen mit herkömmlichen Kettenblättern am Tretlager zusammenzuwirken, so können solche Rollen entfallen. Es werden Kettenbauarten gemäß den Fig. 19 und 20 möglich, wo Zähne 92 an gekröpften Laschen 91 einer Kette 90 angeformt sind, wobei die Kette 90 dann nur noch aus zwei Einzelteilen besteht und extrem schmal ausgeführt werden kann, was der Steuerbarkeit durch Schalt­ werke zugute kommt.

Als weitere Variante eines Kettentriebs bietet sich ein Zahn­ kranzpaket 40 mit Zahnkränzen 11a . . . 25a an, deren Zähne 41 an ihren Zahnflanken rechtwinklig gestanzt und ohne Profil ausgebildet sind, in deren Zahnlücke aber eine Schräge 42 an­ gebracht ist, in die mindestens ein Zahn 43 einer Außen­ lasche 44 einer Kette 48 eingreift und sich mit seiner Schräge 47 mit geringem Spiel anlegt. Treten nun axiale Kräfte während dem Fahrbetrieb auf, so erzeugen die sich beim axialen Verschieben aufgleitenden Schrägen eine zum großen Zahnkranz hingerichtete Kraftkomponente, die die axiale Sicherung der Kette 48 übernimmt. Vorteilhaft ist die Beteiligung der In­ nenlaschen 45 am Vortrieb durch Anformung mindestens eines gekröpften Zahnes 43a, dessen Ausbildung der Flanke sowie der Schräge 42 an der Zahnspitze mit der des Zahnes 43 identisch ist.

Mit Fig. 9 wird ein Zahnkranzpaket 50 mit Zahnkrän­ zen 11b . . . 25b beschrieben, deren Zähne 52 sehr breit ausge­ bildet und von Zahnlücken 43 getrennt sind, die vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet sind und eine konusförmige Schräge 53 aufweisen, in die konusförmige Formteile 54 mit ihren Schrägen 56 eingreifen, die einteilig mit einem Bol­ zen 55 einer Kette 51 ausgeführt sind. Diese Paarung hat den Vorteil, daß in beiden axialen Richtungen die Fixierung aus­ schließlich von der Kette 51 wahrgenommen wird. Einmal ist es eine Außenlasche 57, die gegen die Planfläche der Zahnkrän­ ze 11b . . . 25b anläuft und zum anderen ist es die Komponente der zusammenwirkenden Schrägen 53 und 56, die die Anlage der Kette 51 an den Zahnkränzen 11b . . . 25b anstrebt. Die Kette 51 selbst kann hinsichtlich ihrer Ausbildung der Laschen und der Rollen beliebig ausgestaltet sein.

Wie eine andere Variante einer Zahnkranz-Kettenpaarung gemäß Fig. 12 zeigt, können kegelstumpfartige Formteile 68 seitlich am äußeren Rand von Mitnahmescheiben 11c . . . 25c eines Mit­ nahmescheibenpakets 60 angeordnet sein, was die Umkehrung der gemäß den Fig. 9, 10 und 11 dargestellten Eingriffsverhältnisse darstellt. Auch hier wirken Schrägen 63 in Zahnlücken 64 an Laschen 65 und evtl. 66 einer Kette 61 mit Schrägen 67 der Formteile 68 zusammen, was den Vorteil der axialen Fixierung der Kette 61 auf den Formteilen 68 mit der geringen Aushebe­ höhe beim Schalten verbindet. Auch hier wird gemäß Fig. 17 und 18 für diesen Verwendungszweck eine weiterentwickelte Kette 69 vorgeschlagen, an deren gekröpfte Laschen 62 ähnlich wie bei der Kette 61 halbkreisförmige Zahnlücken 64 angeformt sind, die mit Schrägen 63 versehen sind und mit den Formteilen 68 der Zahnscheiben 11c . . . 25c zusammenwirken können. Für den Fall, daß benachbarte Mitnahmescheiben, beispielsweise 11c und 12c, nur eine Formteilzahldifferenz von einem Formteil haben, ist es aus Gründen des geringen Durchmesserunterschiedes wegen des geringen Platzangebots nicht mehr möglich, Formteile 68, wie beschrieben anzubringen. Vielmehr sind es Formteilhälf­ ten 64a, die mit der nächstkleineren Mitnahmescheibe einteilig verbunden sein können und so die Mitnahme der Kette 69 garan­ tieren. Diese extrem schmal bauende Kette 69 bietet die gleichen steuertechnischen Vorteile wie die oben beschriebene Zahnkette 90.

Um die axiale Sicherung auch ohne Schrägen und Konizitäten zu gewährleisten, ist es für bestimmte Fälle von Vorteil, Zahn­ kränze als Zahnkranzpaare 11d . . . 25d geteilt auszuführen in der Weise, daß die Zahnlücken 71 einseitig mit Boden einge­ prägt sind und daß die Zahnkränze 72 so montierbar sind, daß die Zahnlücken 71 sich sauber gegenüberliegen und ein ein­ heitliches Zahnprofil ergeben, in das die Zähne 73 von Außen­ laschen 74 einer Kette 75 eingreifen können. Neben fertigungstechnischen Vorteilen ergeben sich hier solche in der Funktion, da auch durch stärkste Erschütterung im Fahrbe­ trieb die Kette nicht abspringen kann.

Die Großzahl möglicher Zahnkränze und der hierfür erforder­ liche Werkzeugaufwand lassen eine einteilige Zahnkranzpaket- Ausführung realistisch erscheinen, auch wenn hier die Über­ schneidungen in den Zahnlücken an den Schrägen zusätzlichen technologischen Aufwand erfordern. Gemäß Fig. 16 wird ein solches einteiliges Zahnkranzpaket 80 vorgeschlagen, das alle Zähne der einzelnen Zahnkränze vorgeprägt aufweist. Ein in dieser Weise hergestelltes Zahnkranzpaket bietet Vorteile für den Kettenwechsel, da sich von Zahnkranz zu Zahnkranz die Stellung der Zähne bzw. der Zahnlücken optimal einstellen läßt.

Claims (12)

1. Kettentrieb mit formschlußgebender Mehrfach-Mitnahmeein­ richtung für Ketten an einem Zahnkranzpaket bzw. Mitnah­ mescheibenpaket als Antriebsteil zum Hinterrad und wahlweise an Kettenblättern auf der Tretlagerachse für Fahrräder oder dergleichen, bestehend aus einer Vielzahl von koaxial auf den Naben angeordneten Zahnkränzen oder Mitnahmescheiben mit verschiedenen Durchmessern

• - zur Übertragung des Antriebsmomentes vom Tretlager über die Kette auf das Hinterrad,
• - zum Einschalten des jeweils günstigsten Übersetzungs­ verhältnisses mit kleinen Gangstufen, angepaßt an die Bedürfnisse des Benutzers bei den verschiedenartigen Fahrradtypen,
• - zum Zusammenwirken mit Ketten-Leitwerken einer an sich bekannten Kettenschaltung, welche mittels Schalter in Achsrichtung hin und her steuerbeweglich sind,
• - mit mindestens einem Freilauf, der zwischen Mitnahme­ einrichtung und Nabe angeordnet sein kann, um das An­ triebsdrehmoment beliebig unterbrechen zu können,

dadurch gekennzeichnet, daß auf Zahnkränzen (11 . . . 25), die ohne oder nahezu ohne Zwischenräume nebeneinander angeordnet sind und ein Zahnkranzpaket (1) bilden, Zäh­ ne (26) bzw. zahnähnliche Mitnahmen angeordnet sind, die mit Zähnen (31) oder zahnähnlichen Mitnahmen an den Laschen (29) einer Kette (30) zusammenwirken.

2. Kettentrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (26) der Zahnkränze (11 . . . 25) ein Profil (27) aufweisen, das in das Profil (32) der Zähne (31) der Kette (30) paßt und daß die Profile (27 und 32) die axi­ ale Verschiebung der Kette (30) in Richtung zum jeweils kleineren Zahnkranz hin verhindern.

3. Kettentrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Außenlaschen (44) einer Kette (48) mindestens ein Zahn (43) angeformt ist, dessen am Kopf angebrachte Schräge (42) mit der Schräge (47) im Zahngrund der Zahn­ kränze (11a . . . 25a) zusammenwirkt und daß an den Innen­ laschen (45) ebenfalls Zähne (43a) angeformt sein können, deren Wirkung durch identische Ausbildung der Zahnform der Wirkung der Zähne (43) entspricht.

4. Kettentrieb mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden Zahnkrän­ ze (11b . . . 25b) eines Zahnkranzpaketes (50) zwischen den Zähnen (52) Zahnlücken aufweisen, deren im wesentlichen halbkreisähnliche Form mit einem Formteil (54) zusammen­ wirkt, welches am Bolzen (55) einer Kette (51) einteilig angeformt ist.

5. Kettentrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (54) aus einem Kegelstumpf besteht, der mit seinem schwächeren Ende mit dem Bolzen (55) einteilig verbunden ist.

6. Kettentrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die halbkreisförmigen Zahnlücken der Zahnkränze (11b . . . 25b) mit je einer Schräge (53) versehen sind, die mit der des kegelstumpfförmigen Formteils (54) zusammenwirken.

7. Kettentrieb mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden Scheiben (11c . . . 25c) eines Mitnahme-Scheibenpakets (60) kegelstumpf­ artige Formteile (68) aufweisen, die im Abstand der Ket­ tenteilung am Umfang der Scheiben (11c . . . 25c) in ko­ axialer Richtung angeordnet sind und mit Schrägen (63) in Zahnlücken (64) an den Außenlaschen (65) und an den In­ nenlaschen (66) einer Kette (61) zusammenwirken.

8. Kettentrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (64) auch nur auf der radial außenliegenden Seite die Kegelstumpfform haben und daß besonders bei Scheiben (11c . . . 25c) mit geringen Durchmesserunter­ schieden auf die radial innenliegende Hälfte der Form­ teile (64) verzichtet wird.

9. Kettentrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Formteilhälften (64a) mit der radial jeweils unter ihnen liegenden Scheibe verbunden sind.

10. Kettentrieb mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahnkranz (11d . . . 25d) aus zwei spiegelbildlichen Scheibenhälften besteht, in die Zahnlücken (71) einseitig eingeprägt sind und die durch Gegeneinanderlegen der Zahnlückenseiten je einen Zahn­ kranz mit axial beidseitig geschlossenen Zahnlücken bil­ den und so als Zahnkränze mit einer Kette (75) zusammen­ wirken, die Zähne (73) vorzugsweise an den Außen­ laschen (74) aufweist, die mit den Zahnkränzen (11d . . . 25d) zusammenwirken.

11. Kettentrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kette (69, 90) aus ausschließlich gekröpften Laschen (62,91) besteht, die mindestens einen Zahn (92) oder mindestens eine Zahnlücke (62) aufweisen, deren Form den Zähnen bzw. den zahnähnlichen Mitnahmen auf der je­ weils eingesetzten Mehrfach-Mitnahmeeinrichtung ent­ spricht.