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Umschalteinrichtung für kettengetriebene Fahrzeuge, insbesondere Tretfahrräder
Die Erfindung bezieht sich auf eine Umschaltvorrichtung für kettengetriebene Fahrzeuge,
insbesondere Tretfahrräder.
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Die meisten bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art bestehen aus
einer Reihe von Kettenrädern verschiedener Größe auf der hinteren Radnabe, die möglichst
dicht aneinandergelegt sind. Zwischen ihnen wird die Kette beim Umschalten ausgetauscht,
indem sie während des Tretens seitlich gedrückt oder gezogen wird, bis sie mit dem
danebenliegenden Kettenrad in Eingriff kommt. Hierbei ist eine besondere Kettenspanneinrichtung
erforderlich, sofern nicht die Kette selbst nachgiebig ausgebildet ist. Die Kette
wird bei solchen Anordnungen infolge der geringen Länge der gebogenen Kettenteile
in seitlicher Richtung stark beansprucht. Dies bewirkt ihren raschen Verschleiß.
Ein anderer Nachteil der bekannten Anordnung ist darin zu sehen, daß der Unterschied
in der Anzahl der Zähne zwischen zwei benachbarten Kettenrädern nicht groß sein
darf. Ein Unterschied von zwei Zähnen dürfte viehmehr etwa den höchsterreichbaren
Betrag darstellen. Daraus folgt, daß viele Kettenräder erforderlich sind, wenn eine
große Änderung des Übersetzungsverhältnisses erwünscht ist.
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Alle diese Nachteile werden nun gemäß der Erfindung durch ein besonderes,
um die Achse der Kettenräder drehbares Organ, das Huborgan, vermieden, das normalerweise
die Kette frei umlaufen läßt und selbst von einer Hemmvorrichtung am Drehen gehindert
wird, beim Umschalten jedoch freigegeben wird und etwa eine volle Umdrehung ausführt:
Ein Teil der Kette wird hierbei vom Zahneingriff gelöst und kann daher leicht auf
das danebenliegende Kettenrad axial verschoben werden.
Das Huborgan
gemäß der Erfindung kann um dieselbe Achse wie die Kettenräder drehbar gelagert
sein und kann zweckmäßig die Form eines zylindrischen Ringsegments oder eines zylindrischen
Bogens haben, dessen Innenhalbmesser etwas größer als der Außenhalbmesser des größten
der fraglichen Kettenräder ist. Der Zylinderbogen erstreckt sich in axialer Richtung
über alle im Getriebe enthaltenen Kettenräder, und der größte Fassungswinkel des
Bogens wird durch den vom Ketteneingriff freien Teil des Radumfangs bestimmt. Beim
normalen Fahren befindet sich das Huborgan zwischen dem auflaufenden und dem ablaufenden
Teil der Kette, ohne an irgendeiner Stelle mit der Kette in Berührung zu stehen.
Beim Umschalten wird das sonst in der Drehrichtung der Räder verriegelte Huborgan
losgelassen. Der erste Teil seiner Bewegung in der Umlaufrichtung wird entweder
durch sein eigenes Gewicht oder durch Reibung an den umlaufenden Teilen der Achse
bzw. der Räder oder aber durch diese beiden Faktoren gleichzeitig bewirkt. Die darauffolgende
Bewegung erfolgt durch Kettenreibung zwischen der Außenseite des Huborgans und der
Innenseite des auflaufenden Teils der Kette. Man kann sagen, daß die Kette sich
selbst anhebt. `Während des ganzen Umschaltvorgangs muß Treten stattfinden und der
auflaufende Teil der Kette leicht seitlich gedrückt werden. Von der hinteren Kante
des Huborgans aus legt sich dabei die Kette auf das danebenliegende Kettenrad. Die
Zeit eines Umschaltvorgangs entspricht etwa einer Umdrehung des Hinterrades des
Fahrrades. Nach dem Niederlegen der Kette auf dem neuen Kettenradkranz wird das
Huborgan wiederum frei und gegen eine, zweckmäßig mit dem seitlichen Druckgliede
der Kette vereinigte Hemmvorrichtung zum Stillstand gebracht.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch eine Ausführungsform
der Erfindung teilweise im Schnitt am Hinterrad eines mit zwei Kettenrädern ausgerüsteten
Tretfahrrades.
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In dieser Zeichnung ist: Fig. i eine Hinteransicht der Vorrichtung,
Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung von der Kettenseite des Fahrrades aus.
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Fig. 3 und Fig. :1 sind Ansichten von verschiedenen Stufen des Umschaltvorgangs.
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In dieser Zeichnung sind i und 2 die hinteren Rahmenrohre des Fahrrades.
3 ist die Nabe und 4 die Radspeichen. Die gezahnte Kettenspannrolle 5, die mit einer
Kugellagernabe 7 versehen ist, ist am Arme 8 befestigt, der um den Zapfen 9 drehbar
gelagert ist, wobei die Spannrolle durch Schwingen des Armes 8 um den Zapfen 9 die
Kette stets gespannt hält. Der Zapfen 9 ist an dem mit Gewinde versehenen Nabenspindeleride
io festgeschraubt und dient außerdem zum Verriegeln der Hinterradachse am Fahrradrahmen.
Die Spannrolle 5 dient gleichzeitig als seitliches Druckorgan für den anlaufenden
Teil 6 der Kette beim Umschalten und muß zu diesem Zwecke axial verschoben werden
können. Am einfachsten geschieht dies durch Befestigung des Armes 8 auf einer um
den Zapfen 9 drehbaren, axial verschieblichen Hülse. Mit Rücksicht auf die beträchtliche
Verschmutzung, mit der man bei Straßenfahrzeugen rechnen muß, ist es aber besser,
die folgende Anordnung zu wählen: Die Hülse ii, die um den Zapfen 9 drehbar gelagert
ist, wird durch eine Drehfeder 12 beeinflußt und ist mit Vorsprüngen i3 versehen,
welche als Befestigungsteile für vier Zapfen 14 dienen. Diese Zapfen bilden die
Drehmittelpunkte für zwei I-förmige Gelenke 15. Der Arm 8 besitzt auch als Zapfenbefestigungsteile
dienende Vorsprünge 16 für Zapfen 17, die in den abwärts gerichteten Enden der Gelenke
15 drehbar gelagert sind.
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Es ergibt sich, daß der Arm 8 infolge dieser Anordnung sich um ein
kleines Stückchen in axialer Richtung durch Schwingen der Gelenke 15 bewegen kann.
Um diese Bewegung zu begrenzen, ist am Arm 8 ein weiterer Vorsprung 18 vorgesehen,
der eine Ausnehmung oder Nut i9 hat. Der Vorsprung iS ist so bemessen, daß gerade
ein richtiger axialer Anschlag erhalten wird, wenn der Vorsprung 18 gegen die Vorsprünge
13 anschlägt und durch diese gehemmt wird. Neben dem Umstande, daß diese Parallelogrammanordnung
Verschmutzungen gegenüber verhältnismäßig unempfindlich ist, hat sie auch den weiteren
Vorteil, daß die Beeinflussung der Rolle 5 durch die Kette eine Kraftkomponente
ergibt, die gegen die Achslinie des Zapfens 9 gerichtet ist.. Diese Kraft ist bestrebt,
den Arm 8 in der einen oder anderen axialen Grenzlage zu halten, vorausgesetzt,
daß die Gelenke 15 kurz sind und folglich um einen großen Winkel ausschlagen. Dies
ist vorteilhaft beim Befahren einer holprigen oder unebenen Fahrbahn. Natürlich
kann man auch die Spannrolle auf andere Weise in axialer Richtung verriegeln, aber
die hier angegebene Methode ist kostenmäßig für den Fall vorteilhaft, daß nur zwei
Stellungen in Frage kommen.
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Das Parallelogrammsystem wird beim Umschalten in axialer Richtung
mittels einer verhätnismäßig schwachen und kurbelförmig gekröpften Welle 2o betätigt,
welche den Schlitz i9 durchsetzt. Die Lagerung 21 dieser Welle besteht z. B. aus
einem Blech, das zwischen dem Zapfen 9 und dem Fahrradrahmen festgeklemmt ist. Am
anderen Ende ist die Welle 2o z. B. am waagerechten Rahmenrohre des Fahrrades in
einem Abstand vor dem Sattel gelagert und mit einem dem Fahrenden leicht zugänglichen
Drehknopf, Hebel o. dgl. verbunden.
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Das bogenförmige Huborgan 22 ist mittels eines Armes 23 zwischen den
Kettenrädern 24
und 25 verschiedener Größe sehr leicht drehbar angeordnet
und besitzt an seiner Außenseite einen kleinen Hemmanschlag 26, welcher gegen einen
Vorsprung 27 des Armes 8 schlägt, so daß das Huborgan im Ruhezustand die in Fig.
2 dargestellte 2 Lage einnimmt. In Fig, i und 2 liegt die Kette auf dem großen Rade
24. Wenn man nun die Kette auf das kleinere Rad 25 umlegen will, wird während des
Tretens durch Betätigung der Welle 2o der Arm 8 nach rechts geführt. Dabei kann
der Hemmanschlag 26 in eine Ausnehmung 28 des Vorsprunges 27 einfallen, wodurch
das Huborgan 22 freigemacht .wird und sich in Richtung des Pfeiles 29 (Fig. 2) zu
drehen beginnt, teils wegen seines eigenen Gewichts, teils infolge der Reibung zwischen
dem Arm 23 und seiner Lagerung zwischen den Kettenrädern 24, 25. Darauf greift die
Innenseite der Kette das Huborgan und führt es weiter in der Drehrichtung (Fig.
3). Während der ganzen Zeit zieht die Spannrolle 5 die Kette ganz leicht nach außen
(nach rechts in Fig. i), so daß die letztere in seitlicher Richtung gebogen wird,
was ohne Beschädigung erfolgen kann, indem ja die Kette jetzt vom Zahneingriff auf
einer verhältnismäßig großen Strecke frei ist. Fig. 4 zeigt den Augenblick, in dem
die Kette auf das kleinere Rad 25 niedergelegt wird. Das Huborgan läuft weiter,
wird von der Kette frei und stellt sich wieder in die in Fig.2 gezeigte Stellung,
sobald der Hemmanschlag 26 gegen die bzw. den Vorsprung 27 angeschlagen hat, und
zwar mit der Ausnehmung 28, diesmal rechts vom Hemmanschlag 26 (Fig, i).
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Die dargestellte Lagerung des Armes 23 eignet sich für unmittelbare
Anbringung an gewöhnlichen Fahrradnaben mit doppelten Radkränzen. Bei Sonderherstellung
ist es zweckmäßig, die Lagerung so auszuführen, daß sie gegen Verschmutzung besser
geschützt ist und gegebenenfalls mit Kugellagern und getrennter Reibungsvorrichtung
versehen wird.
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Bei Verwendung von mehr als zwei Kettenrädern müssen mehrere Ausnehmungen
28 vorgesehen sein oder entsprechende Vorrichtungen getroffen werden, indem z. B.
für vier Kettenräder drei Ausnehmungen angeordnet werden. Desgleichen soll zweckmäßig
bei mehr hals zwei Kettenrädern eine besondere Verriegelung für die verschiedenen
Axiallagen der Spannrolle 5 angeordnet weiden.
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Im Rahmen der Erfindung können selbstverständlich eine Menge von Ausführungsformen
verwirklicht werden. Das Huborgan kann z. B. im Verhältnis zur Achse des Kettenrades
etwas exzentrisch gelagert sein,was übrigens oft sogar notwendig ist. Eine Spannrolle,
die als Seitendruckorgan für die Kette verwendet wird, kann mit glatter Bahn und
seitlichen Flanschen oder sogar mit festen Gliedern an den Seiten ausgeführt sein.
Die Bewegung für eine kombinierte Spann- und Seitendruckrolle sowohl hinsichtlich
ihrer Axialbewegung als auch hinsichtlich ihrer kettenstreckenden Bewegung kann
in jeder beliebigen Weise zustande kommen. Sitzt die Rolle an einem schwenkbaren
Arm, so braucht die Drehachse des letzteren nicht mit der Achse der Kettenräder
zusammenzufallen. Die verschiedenen Kettenkränze brauchen nicht an dem getriebenen
Rade sitzen. Bei einem gewöhnlichen Tretfahrrad können z. B. mehrere Kettenräder
ebensogut an dem Pedalkurbelteil angebracht sein.
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Ein Nachteil bei allen Fahrrädern mit Rücktrittbremse und mit Kettenkranzschaltung
und Spannrolle ist, daß beim Bremsen der obere Teil der Kette schlaff wird und bei
holpriger Fahrbahn dann leicht von demjenigen Kettenkranz abspringen kann, auf dem
sie normalerweise läuft. Bei Fahrrädern mit einem Kettenkranzhuborgan nach der Erfindung
kann dieser Übelstand dadurch beseitigt werden, daß man oberhalb der verschiedenen
Kettenkränze ein federndes Glied anbringt, welches vom Huborgan gehoben wird, wenn
letzteres beim Umschalten eine Umdrehung macht.