DE69226840T2

DE69226840T2 - Tragelement für eine Fahrradkettenschaltung

Info

Publication number: DE69226840T2
Application number: DE69226840T
Authority: DE
Inventors: Masashi Izumi-Shi Osaka Nagano
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2012-10-21
Also published as: ATE170476T1; CN1075288A; EP0538780B1; CN1032414C; EP0538780A1; JPH05112278A; US5413534A; DE69226840D1

Description

ALLGEMEINES ZUR ERFINDUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Kettenradbaugruppe zur Verwendung in Verbindung mit der Antriebskette eines Fahrrads, welche mindestens zwei Kettenräder mit unterschiedlichem Durchmesser und mit einer unterschiedlichen Anzahl Zähne und eine Kettenabstützeinrichtung aufweist, die von einer Seitenfläche des größeren Kettenrads zum kleineren Kettenrad hin vorsteht und einen Kontaktbereich umfaßt, welcher eine Berührungsfläche für den eingriffslosen Kontakt mit einer Unterseite der vom kleineren Kettenrad auf das größere Kettenrad umgeschalteten Laufkette definiert.

EINSCHLÄGIGE TECHNIK

Bei einer mehrstufigen Kettenradbaugruppe eines Fahrrads mit Kettenschaltung ist eine Kette durch eine Schaltkraft der Kettenschaltung von einem Kettenrad mit kleinerem Durchmesser auf ein Kettenrad mit größerem Durchmesser bewegbar. Bei einer herkömmlichen Kettenradbaugruppe berührt eine seitliche Fläche der Kette eine Seitenfläche des Kettenrads mit größerem Durchmesser und stützt sich die Kette über eine Reibungskraft auf dem Kettenrad mit größerem Durchmesser ab, die durch die Berührung erzeugt wird. Bei Drehung des Kettenrades mit größerem Durchmesser wird die Kette für den Eingriff mit den Zähnen des Kettenrads mit größerem Durchmesser angehoben.
Die Umschaltung der Kette auf diese Weise setzt jedoch voraus, daß zwischen der Kette und dem großen Kettenrad eine ausreichend hohe Reibungskraft erzeugt wird, um die Kette bei Drehung des Kettenrads sicher aufzunehmen. Mit anderen Worten muß die Kettenschaltung eine hohe Kraft aufbringen, um die Kette auf das große Kettenrad aufzupressen.
Wenn während des Umschaltvorgangs eine hohe Antriebsbelastung entsteht, kann die Kette vom großen Kettenrad abgleiten. Damit wird es sehr schwierig, die Kette mit dem großen Kettenrad aufzunehmen, oder es ergibt sich eine Verzögerung bei der Kettenumschaltung.

STAND DER TECHNIK

Eine mehrstufige Kettenradbaugruppe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist bereits bekannt (JP-A-63-2392). Diese bekannte mehrstufige Kettenradbaugruppe ist zur Verwendung in Verbindung mit der Antriebskette eines Fahrrads bestimmt. Sie umfaßt mindestens zwei Kettenräder mit unterschiedlichem Durchmesser und verschieden vielen Zähnen sowie die Kettenabstützeinrichtung, die von einer seitlichen Fläche des größeren Kettenrades zum kleineren Kettenrad hin vorsteht und einen Kontaktbereich umfaßt, der eine Kontaktfläche für den eingriffslosen Kontakt mit einer Unterseite des oberen Trums der vom kleineren Kettenrad auf das größere Kettenrad umgeschalteten Laufkette. Die Kettenabstützung ist des weiteren zu dem Zweck angeordnet, eine Berührung zwischen der Kontaktfläche und der mit dem kleineren Kettenrad herbeizuführen, um die Kette während einer Kettenumschaltung von einem Punkt unterhalb des Umfangs des größeren Kettenrades zu einem Punkt aufzunehmen und anzuheben, an welchem die Kette mit mindestens einem Zahn auf dem größeren Kettenrad in Eingriff gelangen kann.
Diese bekannte Kettenradbaugruppe ist allerdings unter einer hohen Antriebsbelastung nicht zuverlässig.
Eine andere mehrstufige Kettenradbaugruppe ist ebenfalls bekannt (EP-A- 0313345). Dabei sind die beiden Kettenräder der bekannten Baugruppe in einer Beziehung zueinander so montiert, daß der Mittelpunkt zwischen einem Paar benachbarter Zähne auf dem Kettenrad mit dem größeren Durchmesser auf einer Tangente positioniert ist, die sich von der Mitte zwischen einem Paar benachbarter Zähne auf dem Kettenrad mit dem kleineren Durchmesser aus erstreckt. Außerdem verläuft die Tangente entlang einer Bewegungsbahn einer Antriebskette, wenn diese von dem Kettenrad mit dem kleineren Durchmesser, das mit ihr in Eingriff steht, auf das Kettenrad mit dem größeren Durchmesser umgeschaltet wird. Auf der Innenseite des Kettenrades mit dem größeren Durchmesser ist gegenüber dem Kettenrad mit dem kleineren Durchmesser ein Kettenführungsbereich eingelassen, der es gestattet, daß die Kette zum Kettenrad mit dem größeren Durchmesser hin umgeschaltet wird. Da der Kettenführungsbereich in einem Ausmaß vertieft eingelassen ist, daß die innere Gelenkplatte der Kette auf der Seite des Kettenrades mit dem größeren Durchmesser nicht auf dem ersten Zahn aufsitzt, wenn die innere Gelenkplatte entsprechend zu diesem positioniert ist, liegt die äußere Gelenkplatte gegen das Ende des Kettenführungsbereichs an und damit wird die Bewegung der Kette zur Außenfläche hin eingeschränkt, wodurch verhindert wird, daß die innere Gelenkplatte auf dem ersten Zahn aufsitzt.
Bei dieser mehrstufigen Kettenradbaugruppe verhindert der Kettenführungsbereich, daß die Kette auf dem ersten Zahn des Kettenrades mit dem größeren Durchmesser aufsitzt, doch nimmt sie keinen wesentlichen Einfluß auf die Kraft, die von der Kettenschaltung während des Umschaltvorgangs ausgeübt wird.
Es ist auch eine weitere mehrstufige Kettenradvorrichtung für Fahrräder bekannt (EP-A-0396091). Bei dieser Vorrichtung ist eine Kettenabstützung nahe dem ersten Zahn zur Aufnahme eines Teils der Kette vorgesehen, der sich auf der Seite des ersten Zahns gegenüber dem Kettenrad mit dem kleinen Durchmesser befindet, wenn die Kette zum kleinen Kettenrad hin außer Eingriff mit dem ersten Zahn und einem benachbarten Zahn gelangt, der, bezogen auf die Drehrichtung, vor dem ersten Teilungsmittelpunkt angeordnet ist.
Bei dieser Vorrichtung übernimmt die Kettenabstützung die außer Eingriff gebrachte Kette, die nun auch dann nicht in großem Umfang zum Mittelpunkt der Kettenräder hin verlagert wird, wenn die Kette außer Eingriff mit einem zweiten Zahn kommt, der, bezogen auf die Drehrichtung, vor dem ersten Zahn liegt. Die außer Eingriff mit dem zweiten Zahn gebrachte Kette bewegt sich in im wesentlichen gleicher Weise wie bei der Lösung vom ersten Zahn zum kleinen Kettenrad hin. Dadurch kommt die Kette korrekt mit den Zähnen auf dem kleinen Kettenrad in Eingriff, um eine reibungslosen Gangumschaltung zu gewährleisten, wenn die Kette vom Kettenrad mit dem großen Durchmesser auf das Kettenrad mit dem kleinen Durchmesser wechselt. Wenn die Kette vom Kettenrad mit dem kleineren Durchmesser auf das Kettenrad mit dem größeren Durchmesser wechselt, kann diese Vorrichtung nicht beim Umschaltvorgang unterstützend wirken.
Schließlich ist auch noch eine weitere mehrstufige Kettenradbaugruppe für Fahrräder bekannt (US-A-4,198,876). Die beiden äußeren Kettenräder weisen dabei Vorsprünge auf, die von der jeweiligen Vorderseite dieser äußeren Kettenräder aus vorspringen. Diese Vorsprünge befinden sich an den in axialer Richtung äußersten Seiten der Baugruppe. Wenn sich die Kette von dem Kettenrad löst, kommt sie gegebenenfalls mit dem Vorsprung in Eingriff und verhindert dabei sicher, daß die Kette zwischen eine Nabe oder eine Speiche und das äußerste Kettenrad fällt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kettenrad zum vergleichsweise leichten Umschalten einer Kette von einem kleinen Kettenrad auf ein großes Kettenrad zu schaffen, mit dem die Umschaltung auch unter hoher Antriebsbelastung zuverlässig erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen nach dem Hauptanspruch gelöst.
Erfindungsgemäß soll dabei die Umschaltung der Kette vom kleineren Kettenrad auf das größere Kettenrad in zwei Schaltstufen ablaufen.
Zunächst gelangt die Kette zur Umschaltung in eine erste Ebene zwischen den Zähnen des kleineren Kettenrades mit dem weiteren Vorsprung und mit dem weiteren Vorsprung der Abstützeinrichtung in Eingriff. In einem zweiten Schritt wird die Kette von diesem weiteren Vorsprung der Abstützeinrichtung auf die Zähne des größeren Kettenrades umgeschaltet. Auf diese Weise ist es möglich, daß ein Differenz zwischen dem Durchmesser des kleineren Kettenrades und dem Durchmesser des größeren Kettenrades realisiert werden kann, die größer ist als die Differenz zwischen diesen Durchmessern, die nach dem Stand der Technik realisierbar ist.
Um zu verhindern, daß die Kette bricht, wenn die Kettenspannung extrem hoch wird, ist die Kontaktfläche zu einer Achse des kleineren Kettenrades hin geneigt, während sich die Kontaktfläche zum kleineren Kettenrad hin erstreckt.
Diese und weitere Zielsetzungen, Merkmale und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden ausführlicheren Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Hauptabschnitts eines Fahrrades mit einer zweistufigen Kettenradbaugruppe;
Fig. 2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) zeigen jeweils schematisch eine Möglichkeit, in der die Kettenabstützeinrichtung die Kette bei Drehung der Kettenradbaugruppe aufnimmt;
Fig. 3 ist eine fragmentarische Seitenansicht eines Hauptabschnitts einer Kettenradbaugruppe mit einer Kettenabstützeinrichtung;
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den in Fig. 3 dargestellten Bereich, und
Fig. 5 ist eine fragmentarische Ansicht mit der Darstellung einer modifizierten Kettenabstützeinrichtung mit Schrägfläche zur Berührung der Kette.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt dabei einen Hauptteil eines Fahrrades mit einer mehrstufigen Gangschaltung. Aus der Zeichnung sind Kurbelarme 1 ersichtlich, die drehbar Pedale 3 abstützen, sowie ein großes Kettenrad S1, ein kleines Kettenrad S32, eine Kette 4, ein hinteres Kettenrad 5 und eine vordere Kettenradschaltung 6. Wie bei einer herkömmlichen Antriebsmechanik eines Fahrrades werden die von den Kurbelarmen 1 abgestützten Pedale 3 zum Antreiben der Kettenräder S1 und S2 gedreht, wobei die Antriebskraft über die Kette 4 auf das hintere Kettenrad 5 übertragen wird. Die Kettenschaltung 6 läßt sich so betätigen, daß die Kette 4 von einem vorderen Kettenrad auf das andere umgeschaltet werden kann.
Wenn die Kettenräder S1, S2, S3 bei Betrieb der Kettenschaltung 6 umlaufen, bewegt sich der Kettenabstützvorsprung 20, der mit dem großen Kettenrad S1 umläuft, in eine Position unter der Kette 4 und berührt eine äußere Gelenkplatte 4a der Kette 4, wie Fig. 2(a) dies zeigt.
Bei weiterer Drehung des großen Kettenrades S1 läuft, wie Fig. 2(b) dies zeigt, der Kettenabstützvorsprung 20 weiter um, um die Kette 4 radial außen vom großen Kettenrad S1 aufzunehmen. Die Kettenumschaltung erfolgt auch dann unter Abstützung der Kette 4 durch den Kettenabstützvorsprung 20, wenn die Kettenschaltung 6 eine vergleichsweise schwache Betriebskraft zu diesem Zeitpunkt ausübt und auch wenn die Kettenspannung bei zunehmender Antriebsbelastung sich leicht erhöht.
Bei weiterer Drehung des großen Kettenrades S1 veranlaßt die Umschaltkraft der Kettenschaltung 6 den Eingriff zwischen der Kette 4 und dem Kettenumschaltzahn 19, wie Fig. 2(c) dies zeigt. Sobald die Kette 4 mit dem Kettenumschaltzahn 19 in Eingriff steht, wird sie unter der Führungswirkung des Kettenumschaltzahns 19 zum großen Kettenrad S1 hin gezogen. Infolgedessen gelangt die Kette 4 mit einem Zahn auf dem großen Kettenrad S1 in Eingriff. Bei weiterer Drehung des großen Kettenrades S1 löst sich die Kette 4 aus dem Eingriff mit dem Kettenumschaltzahn 19, wie dies in Fig. 2(d) dargestellt ist. Damit ist eine Umschaltung der Kette 4 vom mittleren Kettenrad S2 auf das große Kettenrad S1 vollzogen.
Fig. 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel. Bei der hier dargestellten dreistufigen Kettenradbaugruppe weist ein großes Kettenrad S1 einen ersten Kettenabstützvorsprung 30 und einen zweiten Kettenabstützvorsprung 31 auf, der auf einer Seitenfläche 7 gegenüber einem mittleren Kettenrad S2 ausgebildet ist. Diese Vorsprünge 30 und 31 gestatten eine Umschaltung der Kette vom mittleren Kettenrad S2 auf das große Kettenrad S1 in einfacher und sicherer Weise.
Insbesondere weisen die Kettenabstützvorsprünge 30 und 31 die Form von Stahlstiften auf, die vom großen Kettenrad S1 aus vorstehen.
Die Position des ersten Kettenabstützvorsprungs 30 wird entsprechend der Größe und Form der Kette 4 bestimmt. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, ist der erste Kettenabstützvorsprung 30 gegenüber dem zweiten Kettenabstützvorsprung 31 zu einer Kettenradachse hin in Umlaufrichtung F der Kettenräder gemäß Fig. 3 versetzt.
Wenn die Kettenräder S1 und S2 bei Betrieb der Kettenschaltung umlaufen, bewegt sich der erste Kettenabstützvorsprung 30, der mit dem großen Kettenrad S1 umläuft, in eine Position unter der Kette 4 und berührt dabei eine äußere Gelenkplatte 4a der Kette 4.
Bei weiterer Drehung des großen Kettenrades S1 läuft der erste Kettenabstützvorsprung 30 weiter um, um die Kette 4 radial außen vom großen Kettenrad S1 aufzunehmen. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der zweite Kettenabstützvorsprung 31 unter die angehobene Kette 4 und erfaßt diese, ohne mit der Kette 4 in Eingriff zu gelangen. Durch das Anheben mittels der Kettenabstützvorsprünge 30 und 31 und infolge der Umschaltwirkung der Kettenschaltung 6 gelangt die Kette 4 mit einem Antriebszahn 15 (Fig. 3) des großen Kettenrades S1 in Eingriff, der die Kette 4 vor jedem anderen Zahn berührt. Auf diese Weise wird die Kette 4 vom mittleren Kettenrad S2 auf das große Kettenrad S1 leicht und sicher umgeschaltet.
Der zweite Kettenabstützvorsprung 31 ist auch an einer Position angeordnet, die entsprechend der Größe und Form der Kette 4 bestimmt wird. Der zweite Kettenabstützvorsprung ist gegenüber dem Antriebszahn 15 in radialer Richtung zur Achse des großen Kettenrades S1 hin in Drehrichtung F der Kettenräder gemäß Fig. 3 versetzt.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann jeder Kettenabstützvorsprung 20, 30 oder 31 eine Fläche zur Berührung mit einer äußeren Gelenkplatte 4a der Kette 4 aufweisen, die einen entsprechenden Neigungswinkel "x" aufweist, der in Fig. 5 dargestellt ist. Dieser Winkel kann so bestimmt werden, daß die Kettenspannung entsprechend eingestellt wird, um die Kette 4 von dem Kettenabstützvorsprung fallen zu lassen. In Fig. 5 repräsentiert der Winkel "x" ei ner Schrägstellung - bezüglich einer Achse Y des Vorsprungs - der Fläche des Kettenabstützvorsprungs für den Eingriff mit der Kette 4.
Wenn eine Vielzahl von Kettenabstützvorsprüngen und eine Vielzahl von Kettenumschaltzähnen vorgesehen sind, wird ein Umschaltvorgang rasch ausgeführt, wobei die Möglichkeit, daß die Kette 4 mit einem Kettenabstützvorsprung und einem Kettenumschaltzahn während der Drehung der Kettenräder in Eingriff gelangt, sich erhöht. Dennoch ist es auch möglich, nur einen Kettenabstützvorsprung bzw. Kettenumschaltzahn vorzusehen.
Die Kettenabstützvorsprünge und Kettenumschaltzähne können nur auf dem mittleren Kettenrad oder auch auf dem großen Kettenrad und dem mittleren Kettenrad vorgesehen sein.

Claims

1. Mehrstufige Kettenradbaugruppe zur Verwendung in Verbindung mit der Antriebskette (4) eines Fahrrads, welche folgendes aufweist:

mindestens zwei Kettenräder (S1, S2) mit unterschiedlichem Durchmesser und mit einer unterschiedlichen Anzahl Zähne,

eine Kettenabstützeinrichtung (30, 31) mit:

einem von einer Seitenfläche (7) des größeren Kettenrads (S1) zum kleineren Kettenrad (S2) hin vorspringenden Vorsprung (31) und

einem Kontaktbereich, welcher eine Berührungsfläche für den eingriffslosen Kontakt mit einer Unterseite der vom kleineren Kettenrad (S2) auf das größere Kettenrad (S1) umgeschalteten Laufkette (4),

wobei die Kettenabstützeinrichtung (30, 31) so angeordnet ist, daß sie die Berührungsfläche in Kontakt mit der Kette bringt und dabei den Eingriff mit dem kleineren Kettenrad (S2) herbeiführt, um während einer Umschaltung der Kette von einem Punkt unterhalb des Umfangs des größeren Kettenrads (S1) zu einem Punkt, an welchem sie in Eingriff mit mindestens einem der Zähne auf dem größeren Kettenrad (S1) kommen kann, die Kette (4) aufzunehmen und anzuheben,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Kettenabstützeinrichtung (30, 31) außerdem einen weiteren Vorsprung (30) aufweist, der von der Seitenfläche (7) des größeren Kettenrads (S1) zum kleineren Kettenrad (S2) hin vorsteht, wobei er von der Berührungsfläche weg zu einer Kettenradachse des größeren Kettenrads (S1) hin und in Drehrichtung des größeren Kettenrads (S1) verlagert wird.

2. Mehrstufige Kettenradbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche konvex gekrümmt ist.

3. Mehrstufige Kettenradbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche zu einer Achse des kleineren Kettenrads (S2) hin geneigt ist, wobei sie zum kleineren Kettenrad (S2) hin verläuft.

4. Mehrstufige Kettenradbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer höheren Abriebfestigkeit der Kontaktbereich gehärtet ist.

5. Mehrstufige Kettenradbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen der Kettenabstützeinrichtung (9, 10, 11) in der Weise festgelegt sind, daß außenliegende Gelenkplatten (4a) der Kette (4) in Kontakt mit der Berührungsfläche stehen und daß die mit der Berührungsfläche in Kontakt stehende Kette (4) zuverlässig mit einem Zahn auf dem größeren Kettenrad (S1) in Eingriff steht.