DE69833391T3 - Umwerfer für ein Fahrrad - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrradumwerfer. In ihren bevorzugten Ausführungsformen bezieht sich die Erfindung auf einen Fahrradumwerfer, der an einem Basiselement und einem beweglichen Element durch Schwenkstifte schwenkbar montierte Verbindungselemente aufweist, wobei an ausgewählten Schwenkstiften Lager angeordnet sind.
  • 1 ist eine Konzeptzeichnung eines herkömmlichen Fahrradumwerfers 10. Der Umwerfer 10 beinhaltet ein Basiselement 14, ein bewegliches Element 18, und Verbindungselemente 22 und 24, die das bewegliche Element 18 mit dem Basiselement 14 derart verbinden, dass das bewegliche Element 18 zu einer Bewegung bezüglich des Basiselements 14 fähig ist. Das Basiselement 14 ist herkömmlich an einem Fahrradrahmen (nicht gezeigt) befestigt, und das bewegliche Element 18 trägt auf herkömmliche Weise eine Kettenführung (nicht gezeigt), um eine Kette über eine Vielzahl von Zahnkränzen (nicht gezeigt) zu bewegen. Das Verbindungselement 22 ist zum Basiselement 14 durch einen Schwenkstift 28 und zum beweglichen Element 18 durch einen Schwenkstift 32 schwenkbar gekoppelt. Auf ähnliche Weise ist das Verbindungselement 24 durch einen Schwenkstift 36 an das Basiselement 14 und durch einen Schwenkstift 40 an das bewegliche Element 18 schwenkbar gekoppelt. Das Basiselement 14, das bewegliche Element 18 und die Verbindungselemente 22 und 24 bilden auf diese Weise einen vier-schienigen Verbindungsmechanismus, der in diesem Fall die Form eines Parallelogramms aufweist. Eine Vorspannfeder 44 kann zwischen den diagonalen Ecken des Verbindungsmechanismus verbunden sein, der durch das Basiselement 14, das bewegliche Element 18 und die Verbindungselemente 22 und 24 gebildet wird, um eine Spannungskraft FB zu erzeugen, die das bewegliche Element 18 in eine gewünschte Richtung spannt. In 1 ist das Basiselement 14 stationär, so dass das bewegliche Element 18 aufwärts gespannt wird, wenn die Vorspannfeder 44 wie gezeigt verbunden wird.
  • Da die Vorspannfeder 44 zwischen den diagonalen Ecken des Verbindungsmechanismus verbunden ist, wird auf alle vier Schwenkpunkte, die an den Schwenkstiften 28, 32, 36 und 40 befindlich sind, eine erhebliche Federkraft aufgebracht, wodurch an jedem Schwenkstift eine erhöhte Reibung erzeugt wird. Um eine solche Reibung zu kompensieren, ist um den Schwenkstift 28 zwischen dem Schwenkstift 28 und dem Verbindungselement 22 ein Lager 50 montiert, um den Schwenkstift 32 zwischen dem Schwenkstift 32 und dem Verbindungselement 22 ein Lager 54 montiert, um den Schwenkstift 36 zwischen dem Schwenkstift 36 und dem Verbindungselement 24 ein Lager 58 montiert, und um den Schwenkstift 40 zwischen dem Schwenkstift 40 und dem Verbindungselement 24 ein Lager 62 montiert. Wenngleich die Lager 50, 54, 58 und 62 dabei helfen, die Reibung zwischen den Schwenkstiften 28, 32, 36 und 40 und den Verbindungselementen 22 und 24 zu überwinden, sind die Kosten des Umwerfers durch die Lager viel größer.
  • Die Schriften DE 3400432A (Fichtel & Sachs) und GB 1008051A (JUY) beschreiben Gangschaltungseinrichtungen für Fahrräder, wobei sich die Letztere auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 bezieht.
  • ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hinteren Fahrradumwerfer gemäß Anspruch 1.
  • Allgemein gesprochen, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Fahrradumwerfer, der eine geringe Reibung zwischen den Verbindungselementen und den Schwenkstiften erzielt, während er weniger Lager zwischen den Verbindungselementen und den Schwenkstiften als herkömmliche Umwerfer benötigt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Fahrradumwerfer ein Basiselement, ein bewegliches Element, dass eine Kettenführung trägt und ein erstes Verbindungselement, das ein erstes und ein zweites Ende aufweist. Das erste Ende des ersten Verbindungselements ist schwenkbar am Basiselement montiert, und das zweite Ende des ersten Verbindungselementes ist schwenkbar am beweglichen Element montiert. Eine Vorspannfeder übt eine Vorspannfederkraft auf einer Seite einer Longitudinalachse des ersten Verbindungselements aus und deutet in eine vom beweglichen Element wegweisende Richtung. Die Federkraft wirkt deshalb in erster Linie auf die Verbindung zwischen dem ersten Verbindungselement und dem Basiselement, wodurch die Kräfte abgebaut werden, die auf die Verbindungen zwischen den anderen Umwerferkomponenten wirken. Im Ergebnis ist es möglich, einen Umwerfer mit geringer Reibung zu konstruieren, der nur ein Lager an der Verbindungsstelle zwischen dem ersten Ende des ersten Verbindungselements und dem Basiselement verwendet, und ein Lager zwischen dem zweiten Ende der Vorspannfeder und dem ersten Verbindungselement verwendet.
  • Das erste Verbindungselement ist durch einen ersten Schwenkstift am Basiselement und durch einen zweiten Schwenkstift am beweglichen Element angekoppelt. In ähnlicher Weise ist das zweite Verbindungselement durch einen dritten Schwenkstift an das Basiselement und durch einen vierten Schwenkstift an das bewegliche Element gekoppelt. Die Vorspannfeder ist in der Weise an den Umwerfer montiert, dass ein festes Ende der Vorspannfeder am Basiselement in einem Abstand vom ersten Schwenkstift montiert ist und ein zweites Ende der Vorspannfeder auf der Strecke des ersten Verbindungselementes montiert ist. Die Vorspannfeder kann zum Beispiel von dem ersten und dem zweiten Verbindungselement weggeneigt sein, und das zweite Ende der Vorspannfeder kann an einer mittleren Position des ersten Verbindungselements oder am zweiten Ende des ersten Verbindungselements am zweiten Schwenkstift lokalisiert sein. Diese Verbindung der Vorspannfeder beseitigt die erheblichen Federkräfte von dreien der vier Schwenkstifte, so dass ein Umwerfer mit geringer Reibung unter Verwendung von nur den genannten zwei Lagern gefertigt werden kann.
  • Das erste Lager ist am ersten Schwenkstift zwischen dem ersten Ende des Verbindungselements und dem Schwenkstift montiert. Das zweite Ende der Vorspannfeder kann am ersten Verbindungselement über einen Montagesockel montiert werden, und das zweite Lager kann am Montagesockel zwischen dem zweiten Ende der Vorspannfeder und dem Montagesockel montiert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER
  • 1 ist eine Konzeptzeichnung eines Umwerfers in herkömmlicher Bauweise;
  • 2 ist eine Konzeptzeichnung einer speziellen Ausführungsform des Umwerfers, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
  • 3 ist eine Seitenansicht einer speziellen Ausführungsform eines tatsächlichen Umwerfers, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
  • 4 ist eine Untersicht des Umwerfers, der in 3 gezeigt ist;
  • 5 ist eine Detailansicht, welche die Verbindung zwischen dem ersten Verbindungselement und dem Basiselement des Umwerfers, der in 4 gezeigt ist, zeigt;
  • 6 ist eine Detailansicht, welche die Verbindung zwischen der Vorspannfeder und dem Basiselement des Umwerfers zeigt, der in 4 gezeigt ist; und
  • 7 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines tatsächlichen Umwerfers, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 2 ist eine Konzeptzeichnung einer besonderen Ausführungsform des Umwerfers 100, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Der Umwerfer 100 Beinhaltet ein Basiselement 114, ein bewegliches Element 118 und Verbindungselemente 122 und 124, welche das bewegliche Element 118 derart an das Basiselement 114 koppeln, dass das bewegliche Element 118 in Bezug auf das Basiselement 114 zu einer Bewegung fähig ist. Das Verbindungselement 122 ist über einen Schwenkstift 128 an das Basiselement 114 und über einen Schwenkstift 132 an das bewegliche Element 118 schwenkbar gekoppelt. In ähnlicher Weise ist das Verbindungselement 124 über einen Schwenkstift 136 an das Basiselement 114 und über einen Schwenkstift 140 an das bewegliche Element 118 schwenkbar gekoppelt. Das Basiselement 114, das bewegliche Element 118 und die Verbindungselemente 122 und 124 bilden deshalb einen vier-schienigen Verbindungsmechanismus.
  • Eine Vorspannfeder 144 ist derart an den Umwerfer 100 montiert, dass ein erstes Ende 148 der Vorspannfeder 144 in einem Abstand vom ersten Schwenkstift 128 an einem ersten Montagesockel 150 montiert ist. Ein zweites Ende 154 der Vorspannfeder ist an einem Montagesockel 158 montiert, der entlang der Strecke des Verbindungselements 122 positioniert ist. In dieser Ausführungsform ist die Vorspannfeder 144 von den Verbindungselementen 122 und 124 weggeneigt und das zweite Ende 154 der Vorspannfeder 144 befindet sich an einer mittleren Position des Verbindungselements 122 zwischen den Schwenkstiften 128 und 132. Ein Schaltarm 155 erstreckt sich von der Seite des Verbindungselements 122 und ein Steuerungselement in Form eines Kabels 156 ist mit dem freien Ende des Schaltarms 155 verbunden, um das bewegliche Element 118 gegen die Spannungskraft FB der Vorspannfeder 144 zu ziehen.
  • Aus der Betrachtung der 2 sollte es offensichtlich sein, dass die Vorspannfeder 144 eine Federkraft FS erzeugt, die gegenüber einer Seite der Longitudinalachse X des Verbindungselements 122 vom beweglichen Element 118 wegweisend geneigt ist und dass das Steuerungskabel 156 eine Steuerungselementkraft FC erzeugt, welche zur entgegengesetzten Seite der Longitudinalachse X des Verbindungselements 122 vom beweglichen Element 118 wegweisend geneigt ist. Diese Verbindung der Vorspannfeder 144 und des Steuerungskabels 156 beseitigt erhebliche Kräfte von den Verbindungen an den Schwenkstiften 132, 136 und 140, so dass an diesen Stellen keine Lager benötigt werden. Erhebliche Kräfte bestehen jedoch weiter an der Verbindung zwischen dem Schwenkstift 128 und dem Verbindungselement 122, so dass ein erstes Lager 162 um den Schwenkstift 128 zwischen dem Verbindungselement 122 und dem Schwenkstift 128 montiert ist und ein zweites Lager (nicht gezeigt) zwischen dem zweiten Ende 154 der Vorspannfeder 144 und dem Verbindungselement 122 montiert ist.
  • 3 ist eine Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform eines tatsächlichen Umwerfers, der gemäß der in 2 gezeigten Konzeptzeichnung konstruiert ist und 4 ist einer Untersicht des in 3 gezeigten Umwerfers. Teile, die den in 2 gezeigten Teilen entsprechen, sind in der selben Weise nummeriert. Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist das Basiselement 114 an dem Fahrradrahmen 180 montiert, und ein bewegliches Element 118 trägt eine Kettenführung 184, die eine Führungsrolle 186 und eine Spannrolle 188 aufweist. Das Lager 162 ist um den Schwenkstift 128 herum montiert. Die Verbindungselemente 122 und 124 dürfen die Schwenkstifte 132, 136 und 140 berühren.
  • 5 ist eine detaillierte Querschnittsansicht, welche die Verbindung zwischen dem Verbindungselement 122 und dem Basiselement 114 des in den 3 und 4 gezeigten Umwerfers zeigt. Wie in 5 gezeigt ist, beinhaltet das Verbindungselement 122 einen oberen Kragen 300 und einen unteren Kragen 304. Dementsprechend ist an jedem der Kragen 300 und 304 ein Lager 162 montiert. Jedes Lager 162 beinhaltet einen inneren Ring 310, einen äußeren Ring 314 und eine Vielzahl von Kugeln 318, die in dem Ringspalt gelagert sind, der durch den inneren Ring 310 und den äußeren Ring 314 festgelegt ist.
  • Da das Verbindungselement 122 während dem Betrieb des Umwerfers 100 erheblichen Bewegungen ausgesetzt ist, kann zwischen dem Federende 154 und dem Montagesockel 158 ebenfalls eine beträchtliche Reibung auftreten. Ein Lager 190 ist um den Montagesockel 158 zwischen dem Montagesockel 158 und dem Federende 154 montiert, um diese Reibung zu vermindern. 6 ist eine detaillierte Ansicht, die zeigt, wie das Federende 154 über dem Lager 190 an dem Montagesockel 158 montiert ist. So wie beim um den Schwenkstift 126 montierten Lager 162 beinhaltet das Lager 190 einen inneren Ring 320, einen äußeren Ring 324 und eine Vielzahl von Kugeln, die in dem Ringspalt gelagert sind, der durch den inneren Ring 320 und den äußeren Ring 328 festgelegt ist.
  • 7 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines tatsächlichen Umwerfers 200, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform, die in den 3 und 4 gezeigt ist, in der Weise, dass zwei Federn verwendet werden und dass das zweite Ende jeder Feder an einem Schwenkstift montiert ist, der das obere Verbindungselement mit dem beweglichen Element verbindet. Insbesondere beinhaltet der Umwerfer 200 ein Basiselement 214, ein bewegliches Element 218 und Verbindungselemente 222 und 224, die das bewegliche Element 218 derart an das Basiselement 214 koppeln, dass das bewegliche Element 218 in bezug auf das Basiselement 214 zu einer Bewegung fähig ist. Das Verbindungselement 222 ist über einen Schwenkstift 228 an das Basiselement 214 und über einen Schwenkstift 232 an das bewegliche Element 218 schwenkbar gekoppelt. In ähnlicher Weise ist das Verbindungselement 224 über einen Schwenkstift 236 an das Basiselement 214 und über einen Schwenkstift 240 an das bewegliche Element 218 schwenkbar gekoppelt. Das Basiselement 214, das bewegliche Element 218 und die Verbindungselemente 222 und 224 bilden daher einen vier-schienigen Verbindungsmechanismus.
  • Eine Vorspannfeder 244 ist an einer Seite des Verbindungselements 222 in der Weise an den Umwerfer 200 gekoppelt, dass ein erstes Ende 248 der Vorspannfeder 244 an einen Montagesockel 250 montiert ist, der sich in einem Abstand vom ersten Schwenkstift 228 befindet. Ein zweites Ende 254 der Vorspannfeder 244 ist an einem Montagesockel 258 montiert, der in dieser Ausführungsform eine Verlängerung des Schwenkstifts 232 ist. Eine andere Vorspannfeder 270 ist an der gegenüberliegenden Seite des Verbindungselements 222 derart montiert, dass ein erstes Ende 274 der Vorspannfeder 270 an einem Montagesockel 278 montiert ist, der sich in einem Abstand vom ersten Schwenkstift 228 befindet. Ein zweites Ende 282 der Vorspannfeder 270 ist an einem Montagesockel 286 montiert, der ebenso eine Verlängerung des Schwenkstifts 232 ist. Falls erwünscht, können die Sockel 250 und 278 als ein einziger Sockel ausgebildet sein, der sich in einer geraden Linie durch das Basiselement 214 erstreckt.
  • So wie bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen sind um den Schwenkstift 280 zwischen dem Schwenkstift 228 und dem Verbindungselement 222 Lager montiert. In dieser Ausführungsform treten jedoch zwischen den Federenden 248 und 274 und ihren zugeordneten Montagesockeln 250 und 278 erhebliche Schwenkbewegungen auf, so dass weitere Lager um die Montagesockel 250 und 278 zwischen den Montagesockeln 250, 278 und den entsprechenden Federenden 248, 274 montiert werden können. Die Lager können so aufgebaut sein, wie in den 5 und 6 gezeigt ist.
  • Während das oben stehende eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, können weitere Abwandlungen vorgesehen sein, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Während zum Beispiel in den beschriebenen Ausführungsformen Lager verwendet wurden, die aus einem inneren Ring, einem äußeren Ring und einer Vielzahl von Kugeln aufgebaut sind, die in einem Ringspalt zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring angeordnet sind, können an Stelle derer andere Arten von Lagern wie Zylinderlager oder Lagerbuchsen verwendet werden. Deshalb ist der Geltungsbereich der Erfindung nicht durch die speziell offenbarten Strukturen begrenzt. Statt dessen sollte der wirkliche Geltungsbereich der Erfindung aus den folgenden Ansprüchen bestimmt werden.

Claims (10)

  1. Ein hinterer Umwerfer (100) für ein Fahrrad, der Folgendes beinhaltet: ein Basiselement (114); ein bewegliches Element (118), das eine Kettenführung trägt; ein erstes Verbindungselement (122); ein zweites Verbindungselement (124) und eine erste Vorspannfeder (144); wobei: ein erstes Ende des ersten Verbindungselements (122) mittels eines ersten Schwenkstiftes (128) schwenkbar am Basiselement (114) montiert ist; ein zweites Ende des ersten Verbindungselements (122) mittels eines zweiten Schwenkstiftes (132) schwenkbar am beweglichen Element (118) montiert ist, so dass das zweite Ende des ersten Verbindungselements (122) in Kontakt mit dem zweiten Schwenkstift (132) ist; ein erstes Ende des zweiten Verbindungselements (124) mittels eines dritten Schwenkstiftes (136) schwenkbar am Basiselement (114) montiert ist, so dass das erste Ende des zweiten Verbindungselements (124) in Kontakt mit dem dritten Schwenkstift (136) ist; ein zweites Ende des zweiten Verbindungselements (124) mittels eines vierten Schwenkstiftes (140) schwenkbar am beweglichen Element (118) montiert ist, so dass das zweite Ende des zweiten Verbindungselements (124) in Kontakt mit dem vierten Schwenkstift (140) ist; und ein zweites Ende (154) der ersten Vorspannfeder (144) entlang dem Pfad des ersten Verbindungselements (122) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende (148) der ersten Vorspannfeder (144) von jeweils dem ersten Schwenkstift (128) und dem dritten Schwenkstift (136) versetzt am Basiselement (114) montiert ist; der Umwerfer ein erstes Lager (162) umfasst, das zwischen dem ersten Ende des ersten Verbindungselements (122) und dem ersten Schwenkstift (128) montiert ist, das zweite Ende (154) der ersten Vorspannfeder (144) mittels eines Befestigungselements (158) am ersten Verbindungselement (122) montiert ist und der Umwerfer ein zweites Lager (190) umfasst, das zwischen dem zweiten Ende (154) der ersten Vorspannfeder (144) und dem Befestigungselement (158) am Befestigungselement (158) montiert ist.
  2. Umwerfer gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Ende (154) der ersten Vorspannfeder (144) in einer Position zwischen dem ersten Schwenkstift (128) und dem zweiten Schwenkstift (132) an dem ersten Verbindungselement (122) montiert ist.
  3. Umwerfer gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Ende (154) der ersten Vorspannfeder (144) an dem zweiten Schwenkstift (132) an dem ersten Verbindungselement (122) montiert ist.
  4. Umwerfer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Vorspannfeder (144) von dem ersten Verbindungselement (122) und dem zweiten Verbindungselement (124) weg geneigt ist.
  5. Umwerfer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Vorspannfeder (144) an einer lateralen Seite des ersten Verbindungselements (122) angeordnet ist.
  6. Umwerfer (200) gemäß Anspruch 5, der weiterhin eine zweite Vorspannfeder (270) beinhaltet, welche an einer entgegengesetzten lateralen Seite des ersten Verbindungselements (222) angeordnet ist, wobei ein erstes Ende (274) der zweiten Vorspannfeder (270) von jeweils dem ersten Stift (228) und dem dritten Schwenkstift (236) versetzt am Basiselement (214) montiert ist, und wobei ein zweites Ende (282) der zweiten Vorspannfeder (270) an dem Pfad des ersten Verbindungselements (222) montiert ist.
  7. Umwerfer gemäß Anspruch 6, wobei das zweite Ende (254) der ersten Vorspannfeder (244) und das zweite Ende (282) der zweiten Vorspannfeder (270) beide in einer Position zwischen dem ersten Schwenkstift (228) und dem zweiten Schwenkstift (232) an dem ersten Verbindungselement (222) montiert sind.
  8. Umwerfer gemäß Anspruch 6, wobei das zweite Ende (254) der ersten Vorspannfeder (244) und das zweite Ende (282) der zweiten Vorspannfeder (270) beide an dem zweiten Schwenkstift (232) an dem ersten Verbindungselement (222) montiert sind.
  9. Umwerfer gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die erste Vorspannfeder (244) und die zweite Vorspannfeder (270) beide von dem ersten Verbindungselement (222) und dem zweiten Verbindungselement (224) weg geneigt sind.
  10. Umwerfer gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das erste Ende (248) der ersten Vorspannfeder (244) mittels eines ersten Befestigungselements (250) an dem Basiselement (214) montiert ist, wobei das erste Ende (274) der zweiten Vorspannfeder (270) mittels eines zweiten Befestigungselements (278) an dem Basiselement (214) montiert ist und weiterhin Folgendes beinhaltet: ein drittes Lager, welches zwischen dem ersten Ende (248) der ersten Vorspannfeder (244) und dem ersten Befestigungselement (250) an dem ersten Befestigungselement (250) montiert ist; und ein viertes Lager, welches zwischen dem ersten Ende (274) der zweiten Vorspannfeder (270) und dem zweiten Befestigungselement (278) an dem zweiten Befestigungselement (278) montiert ist.
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