DE4309490A1 - Fahrradgangschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrradgangschaltung zu Än­ derung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Umdrehun­ gen der Tretkurbel und Umdrehungen des Hinterrades eines Fahrrades.

Fahrradgangschaltungen sind seit langem bekannt. Dabei unterscheidet man meist zwischen Nabenschaltungen und sogenannten Kettenschaltungen. Nabenschaltungen bieten aufgrund sehr komplexer interner Übersetzungsverhältnis­ se nur eine begrenzte Anzahl von wenigen Gängen. In Ket­ tenschaltungen werden jedoch meist mehr Gänge angeboten, wobei die Anzahl der zur Verfügung stehenden Gänge durch die Anzahl der nebeneinanderliegenden Zahnräder am Hin­ terrad multipliziert mit der Anzahl der zur Verfügung stehenden Zahnräder am Vorderrad gegeben ist.

Bei Kettenschaltungen muß jedoch zum Verstellen eines Ganges in einen anderen Gang die Kette von einem Zahnrad abgehoben und auf ein anderes aufgelegt werden. Bei Gangschaltungen mit verschiedenen Zahnrädern sowohl hin­ ten als auch vorne muß der Radfahrer daher genau wissen, in welche Richtung, d. h. ob er von einem größeren zu einem kleineren oder von einem kleineren zu einem größe­ ren Zahnrad wechseln will, und ob er dies ggf. bei den Zahnrädern der Tretkurbel oder den Zahnrädern am Hinter­ rad machen will. Dies setzt eine nicht unerhebliche ge­ dankliche Tätigkeit voraus, die beim Radfahren zusätz­ lich aufgebracht werden muß. Weiter stellt sich natür­ lich das Problem, ob der Radfahrer auch den richtigen Gang wählt. Dies wird sehr häufig nicht der Fall sein.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Schal­ ten der Gänge ohne Umlegen der Kette zu ermöglichen und dieses Schalten möglichst zu optimieren, so daß der Rad­ fahrer nicht mehr im falschen Gang fährt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein in Umfangs­ teile aufgeteiltes Kettenzahnrad gelöst, wobei die Um­ fangsteile radial verlagerbar sind.

Ein derartiges in Umfangsteile aufgeteiltes Kettenzahn­ rad kann durch Verlagern der Umfangsteile entlang des Radius in seiner Umfangsgröße, jedenfalls der für eine umlaufende Kette maßgeblichen Größe verändert werden. Dadurch kann ein Zahnrad unterschiedliche Radii anneh­ men, die unterschiedlichen Gängen entsprechen. Vorteil­ hafterweise wird das Kettenzahnrad bei schneller Ge­ schwindigkeit des Fahrrades kleiner, wenn es an dem Hin­ terrad angesetzt ist, so daß entsprechend gleiche Längen von Kette, die pro Zeiteinheit bewegt werden, mehr Um­ drehungen des Hinterrades bewirkt werden.

Umgekehrt wird sich das Zahnrad, wenn es am Hinterrad angesetzt ist, vergrößern, wenn die Geschwindigkeit nachläßt. Dann bewirken gleiche Längen von bewegter Ket­ te wenige Hinterradumdrehungen, die jedoch mit größerer Kraft ausgeführt werden.

Bevorzugt wird vorgeschlagen, daß fünf Umfangsteile im wesentlichen als Teilsektoren eines Zahnrades ausgebil­ det sind, wobei diese auf radialen Führungen verschieb­ bar gelagert sind.

Eine derartige Anordnung von fünf einzelnen Teilen er­ laubt es selbst bei weit auseinandergeschobenen Umfangs­ teilen einen relativ runden Umlauf der Kette um diese Teile zu gewährleisten.

Die Führungen, auf denen die Teile verschiebbar gelagert sind, stellen eine einfache Möglichkeit der Verlagerung dar.

Weiter wird vorgeschlagen, daß drei Zähne auf der den Außenumfang des aufgeteilten Kettenzahnrades bildenden Seite jedes Umfangteils vorhanden sind.

Eine Anordnung von drei Zähnen auf dem Außenumfang er­ laubt es, die Kette auch dann sicher zu greifen, wenn ein derartiges Umfangsteil mit drei Zähnen rechtwinklig zur Kette steht. Das in Kettenrichtung erste Zahnelement wird die Kette noch nicht genügend halten können, da es gerade erst eingreift. Das dritte jedoch ist gegenüber dem ersten Zahnelement schon derartig geneigt, daß es die Kette sicher hält.

Ein Mehr an Zähnen würde demgegenüber die konstruktive Ausgestaltung unnötig komplizieren und die Zähne zu klein werden lassen.

Weiter wird vorgeschlagen, daß den Umfangsteilen des Kettenzahnrades gegenüberwirkende Gewichtselemente vor­ gesehen sind, deren Fliehkraft bei größeren Geschwindig­ keiten die Umfangsteile nach innen zwingt. Ohne die Ge­ wichtselemente würden die Umfangsteile durch ihr Eigen­ gewicht bei größerer Geschwindigkeit nach außen gezwun­ gen werden. Sieht man jedoch ihnen gegenüberliegende Ge­ wichtselemente vor, die noch schwerer sind, so verhält es sich genau anders: Die Umfangsteile werden bei größe­ ren Geschwindigkeiten nach innen gezogen. Dies stellt eine sehr vorteilhaft mechanische einfache Möglichkeit der fliehkraftabhängigen, also geschwindigkeitsabhängigen Regelung dar.

Vorteilhafterweise werden zwei gegenüberwirkende Ge­ wichtselemente vorgesehen, so daß durch Querkräfte keine zusätzlichen besonderen Abnutzungen auftreten. Das Aus­ tarieren wird einfacher, da vorher der genau gegenüber­ liegende Raum nicht ohne weiteres zur Verfügung stand. So können zwei Elemente seitlich von diesem Raum an­ geordnet werden.

Damit die Umfangselemente nicht nach innen gedrückt wer­ den, wenn auf sie Kraft ausgeübt wird während sie nach außen gedrückt sind, werden Kipprasten an Trägerelemen­ ten vorgeschlagen, die die Umfangszahnradteile führen, wobei die Kipprasten bei Belastung der Kette und dadurch auch der Umfangsteile einrasten und ein Nachinnendrängen der Umfangsteile durch die Zugkraft der Kette verhin­ dern. Die Trägerelemente sind während der Dauer der Be­ lastung dem anhaltenden Treten in ihrer momentanen Stel­ lung eingerastet.

Weiter wird vorgeschlagen, daß Federelemente vorgesehen sind, die derart vorgespannt sind, daß sie die Umfangs­ zahnradteile aus ihrer Innenlage in eine Ruhelage nach außen drängen.

Diese Federelemente führen dazu, auf jeden Fall in der Ruhelage des Fahrrades die Umfangszahnradteile in die Position für ein leichtes Anfahren zu bringen. Weiter dienen die Federelemente vorteilhafterweise dazu, die Umfangszahnradteile aus den Kipprasten in Ruhestellung herauszubewegen, so daß diese nach außen gedrängt wer­ den.

Weiter wird vorgeschlagen einen Kettenspanner am vorde­ ren Zahnrad, dem Tretzahnrad vorzusehen, so daß die Ket­ te in fester Verbindung mit dem Hinterrad beweglich ist und dennoch die die Vorrichtung benutzenden Radfahrer mit dem Treten innehalten können. Vorteilhafterweise wird weiter ein Kettenspanner im Bereich des vorderen Zahnkranzes, des Tretkabelzahnkranzes vorgesehen. Dort steht ihm ein größerer Raum zu seiner Tätigkeit zur Ver­ fügung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Ketten­ zahnrades mit radial nach außen verlagerten Umfangsteilen und nach innen verlagerten Ge­ wichtselementen,

Fig. 2 ein Kettenzahnrad wie in Fig. 1 mit nach in­ nen verlagerten Umfangsteilen, also mit we­ sentlich verringertem Wirkumfang und nach außen verlagerten Gewichtselementen,

Fig. 3 eine entsprechende Schnittansicht, in der die Gewichtselemente nach innen und das Zahnradteil nach außen gedrückt sind,

Fig. 4 die Darstellung aus der Fig. 3 für ein Zahn­ rad, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, mit nach außen verlagerten Gewichtselementen,

Fig. 5 ein Umfangsteil des Kettenzahnrades auf der Kipprastenführung,

Fig. 6 verschiedene Anordnungen des Fliehkraftge­ wichtes in Führungsnuten, und

Fig. 7 die Gesamtvorrichtung mit der Anordnung des Kettenspanners.

Das in Fig. 1 dargestellte Kettenzahnrad, ist in fünf Umfangsteile 10 aufgeteilt. Jedes besitzt drei Zähne 12, die mit der Kette in Verbindung treten. In der in Fig. 1 dargestellten Darstellung befinden sich die Umfangsteile 10 in ihrer äußersten Stellung. Die ihnen zugeordneten Gewichtselemente 14 liegen eng aneinander in der Mitte. Weiter nach innen können sie nicht. In dieser Stellung ist das Zahnrad für langsamste Fahrt eingerichtet. Federelemente 16 sorgen dafür, daß die Umfangsteile 10 nach außen gedrückt werden.

In der Fig. 2 ist die entgegengesetzte Stellung darge­ stellt, in der die Gewichtselemente 10 nach außen durch die Fliehkraft gedrängt sind und die Umfangsteile innen eng aneinanderliegen. In dieser Stellung eignet sich das Kettenzahnrad, wenn es am Hinterrad vorgesehen ist, für schnelle Fahrt. Selbstverständlich ist auch denkbar, das erfindungsgemäße Kettenzahnrad am Tretkurbellager vorzu­ sehen. Dann jedoch müßten die Umfangsteile 10 durch die Fliehkraft nach außen gedrängt werden und einen mög­ lichst großen Radius einnehmen. Gewichtselemente bräuch­ te man dann nicht mehr entgegengesetzt wirkend vorzuse­ hen. Es ergeben sich aber wenigstens Probleme mit dem Freilauf.

In der Fig. 4 ist aber noch in Entsprechung zur Fig. 2 dargestellt, wie die Gewichtselemente nach außen ge­ drängt werden. Ebenso wie hier ist in der Fig. 3 zu er­ kennen, daß ein Umfangselement einstückig mit zwei Ge­ wichtselementen versehen ist, die in U-förmiger Anord­ nung vorgesehen sind. An den beiden offenen Enden des U sind die Gewichtselemente angesetzt, während in der Scheitelbiegung des U das Umfangsteil 10 seine Zähne 12 besitzt.

In der Fig. 5 ist dargestellt, wie die Schenkel des U, als Trägerelemente 18 mit Kipprasten 19 ausgestattet sind, die für ein Einrasten der Trägerelemente 18 in entsprechende Führungen sorgen, wenn das Zahnradumfang­ steil in seiner äußeren Stellung belastet wird. Anson­ sten könnte es durch den Zug der Kette, der schon ausge­ übt wird, wenn das Umfangsteil 10 nicht nur quer zum Trägerelement 18, sondern auch in Richtung nach innen auf die Nabe zu belastet wird, dazu führen, daß das Um­ fangsteil wieder nach innen gezogen wird, obwohl die Fliehkraft an den Gewichtselementen es nach außen hätte drängen sollen.

In der Fig. 6 ist dargestellt, wie die Fliehkraftgewich­ te 14 mit Führungsnuten versehen werden können, um an den Trägerelementen festgesetzt zu werden.

Fig. 7 schließlich zeigt eine gesamte Kettenschaltung eines Fahrrades mit angedeuteten Tretkurbeln und einer Hinterradnabe, wobei in der Mitte ein Kettenspanner 20 vorgesehen ist, der dafür sorgt, daß die Kette immer ge­ spannt bleibt. Er ist mit zwei Laufrollern 22 versehen, die jeweils eine tiefe, mittige Einkerbung zur Aufnahme der Kette besitzen. Die Laufroller sind an den gegen­ überliegenden Seiten der Kette vorgesehen. Anders als bei einer normalen Fahrradgangschaltung ist der Freilauf vorzugsweise an dem vorderen Zahnrad, dem Tretlagerzahn­ rad vorgesehen, da die Kette zur richtigen Einstellung des Hinterrades dieses immer in Bewegung versetzen muß. Sonst würde es in den falschen Gang schalten.

Claims (10)

1. Fahrradgangschaltung zur Änderung des Übersetzungs­ verhältnisses zwischen Umdrehungen der Tretkurbel und Umdrehungen des Hinterrades eines Fahrrades, gekennzeichnet durch ein in Umfangsteile (10) aufgeteiltes Kettenzahnrad, wobei die Umfangsteile (10) radial verlagerbar sind.

2. Fahrradgangschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Umfangsteile (10) im wesentlichen als Teilsektoren eines Zahnrades ausgebildet sind, wobei diese in radia­ len Führungen mit Hilfe von Tragelementen (18) ver­ schiebbar gelagert sind.

3. Fahrradgangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei Zähne (12) auf der den Außenumfang des aufgeteilten Kettenzahnra­ des bildenden Seite jedes Umfangsteils (10) vorhanden sind.

4. Fahrradgangschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß den Umfangsteilen (10) des Kettenzahnrades gegenüber­ wirkende Gewichtselemente (14) vorgesehen sind, die durch eine gegenüber den Umfangsteilen (10) größere Fliehkraft bei höheren Umdrehungsgeschwindigkeiten die Umfangsteile nach innen zwingen, wobei die Fliehkraft­ differenz noch außer der Fliehkraft der übrigen Teile eine weitere geringe konstante Gegenkraft überwindet.

5. Fahrradgangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß pro Umfangsteil (10) zwei dem Umfangsteil über den Drehpunkt hinüber gesehen gegenüberliegende Gewichtselemente (14) in ei­ ner im wesentlichen U-förmigen Anordnung an den freien Enden des U vorgesehen sind, während das Umfangsteil (10) an dem Verbindungsbogen des U angeordnet ist.

6. Fahrradgangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kipprasten (19) an den Tragelementen (18), die die Umfangsteile (10) des Zahn­ rades führen, wobei die Kipprasten (19) bei Belastung der Kette einrasten und dadurch verhindern, daß die Um­ fangsteile nach innen gezogen werden, durch die schon hinter der Nabe als Zugkraft nach innen wirkende Ket­ tenspannung.

7. Fahrradgangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorgespannte Fe­ derelemente (16) vorgesehen sind, daß sie die Umfang­ steile (10) aus ihrer Innenlage in eine Ruhelage nach außen drängen.

8. Fahrradgangschaltung nach den Ansprüchen 7 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (16) schräg vorgespannt sind, so daß sie die Trägerelemente (18) aus der eingerasteten Stellung in den Kipprasten (19) heraus in eine äußere Ruhestellung bewegen, wenn keine wesentliche Rotation vorliegt.

9. Fahrradgangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Freilauf am vorderen Zahnrad, dem Tretzahnrad, vorgesehen wird, so daß sich die Kette auch im Freilauf in fester Verbin­ dung mit dem Hinterrad bewegt.

10. Fahrradgangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kettenspan­ ner (20) im Bereich des Tretkurbellagerzahnrades vorge­ sehen ist, der zwei mit Laufrinnen versehene Laufroller (22) auf gegenüberliegenden Seiten der Kette besitzt.