DE10327899A1

DE10327899A1 - Kettenschaltung

Info

Publication number: DE10327899A1
Application number: DE2003127899
Authority: DE
Inventors: Franz Rottmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kettenschaltung für Fahrräder, umfassend einen treibenden Kettenradsatz und einen angetriebenen Kettenradsatz sowie eine diese beiden Kettenradsätze miteinander verbindende Kette, wobei zum Umlegen der Kette zwischen den Kettenrädern des angetriebenen Kettenradsatzes eine Schalteinrichtung und zum Umlegen der Kette zwischen den Kettenrädern des treibenden Kettenradsatzes ein Kettenumleger vorgesehen ist, die dazu ausgebildet sind, der Kette Bewegungen in einer zur Drehachse der Kettenräder parallelen Richtung zu erteilen. Die Kettenschaltung weist eine auf dem kraftlosen Teil der Kette angeordnete Kettenspanneinrichtung auf, die aus einem Gehäuse besteht, in dem eine Führungsrolle und eine Spannrolle die Kette in eine S-Form legen und diese spannen, wodurch ein Drehmoment entsteht, welches sich über je ein Gleitstück in einem Ketteneingang und einem Kettenausgang an der Kette abstützt und die Position des Gehäuses auf der Kette definiert. Die Kette ist zumindest teilweise gekapselt, wobei diese Kapselung des Kettentriebs durch Abdeckungen der Kettenradsätze vervollständigt werden kann. Der Vorteil des Erfindungsvorschlages liegt in der kostengünstigen gekapselten Kettenspanneinrichtung mit der Möglichkeit, einen großen Übersetzungsbereich bei hoher Schaltgenauigkeit unterzubringen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kettenschaltung, insbesondere für Fahrräder, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.

Kettenschaltungen der vorbeschriebenen Art sind seit langer Zeit bekannt und zu einem hohen Reifegrad entwickelt worden, wo beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung P 44 45 035 A1 insbesondere in 1 ein Antriebssystem hervor geht, in welchem ein mit Pedalen verbundener treibender Kettenradsatz mit einem angetriebenen Kettenradsatz über eine Kette verbunden ist und eine Schalt – und Spanneinrichtung zum Umlegen und Spannen einer Kette am angetriebenen Kettenradsatz und wahlweise einem Kettenumleger zum Umlegen der Kette am treibenden Kettenradsatz aufweist. Die Schalt – und Spanneinrichtung ist an einem Rahmen des Fahrrades im Bereich einer Nabe des hinteren Laufrades befestigt und weist neben ihrer Umlegfunktion mittels eines Parallelogramms die vorgenannte Kettenspanneinrichtung auf, die im kraftlosen Teil der Kette zwischen dem treibenden Kettenradsatz und dem angetriebenen Kettenradsatz angeordnet ist und einen Schaltarm mit einer Führungsrolle und einer Spannrolle umfasst. Die Kraft einer Drehfeder verdreht den Schaltarm mit der Spannrolle und der Führungsrolle und legt die Kette so in eine S-Form, die je nach der Größe der Kettenräder, auf denen die Kette aufliegt, mehr oder weniger stark ausgeprägt ist. Der Schaltarm ist mit einer durch den Fahrer des Fahrrades bedienbaren Betätigungseinrichtung verbunden, die der Kette Bewegungen in einer zur Drehachse der Kettenräder parallelen Richtung erteilt.

Am kraftführenden Teil der Kette ist der üblicherweise aus einer die Kette übergreifenden Gabel bestehende und ebenfalls vom Fahrer bedienbare Kettenumleger in der Nähe des treibenden Kettenradsatzes fest mit dem Rahmen verbunden, wobei die Kette von diesem für den Gangwechsel von einem auf ein anderes Kettenrad durch Einleitung von axial wirkenden Schaltkräften umgelegt werden kann.

Die eben beschriebene Kettenschaltung weist neben den funktionellen Vorteilen auch einige Nachteile auf, die sich zumindest in Sondereinsätzen der Kettenschaltung negativ auswirken können. So wird die Kette bei hohen Gangzahlen und einem hohen Übersetzungsbereich, beispielsweise 1:1 bis 4:1, durch die Verwendung eines relativ langen Schaltarms sehr weit in Richtung zur Fahrbahn ausgelenkt, wodurch die Gefahr besteht, an Hindernissen im Gelände, oder an Bordsteinen, hängen zu bleiben. Lange Schaltarme stellen auch hohe Anforderungen an die Drehfeder am Schaltarm zur Spannung der Kette, die beim Überfahren von Unebenheiten der Fahrbahn vom Kettenrad in Schwingen kommen und abspringen oder zumindest zu ungewollten Schaltvorgängen führen kann. Schließlich spielt bei Fahrten im Gelände die Verschmutzung der Kette eine große Rolle, oder es kommen vom Laufrad hoch gerissene Fremdkörper zwischen das Kettenrad und die auf ihm laufende Kette, was Zerstörungen zur Folge haben kann.

Aus der WO 00/02771 A1 geht eine Kettenschaltung hervor, die im kraftführenden Teil der Kette durch eine Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Kette über eine Kettenschleife mit einem im Scheitelbereich derselben mit einer Achse oder Welle in eine Kulissennut einer Platine entgegen der Federkraft drehmomentabhängig quer verschiebliches Kettenrad geführt ist und dass an der Platine ein Schieber gelagert ist, der durch abgestütztes Vorbeiführen der Achse oder Welle des Kettenrades an einer Schiebereigenen Schrägfläche längsbewegbar und durch einen Bowdenzug od. dgl. mit dem Schaltwerk des Getriebes zu Übersetzungsänderungen kraftschlüssig verbunden ist. Ziel dieser Erfindung ist ein automatischer Wechsel der Gangstufen abhängig von dem jeweils im kraftführenden Teil der Kette ermittelten Wert des Drehmomentes.

Aus der WO 92/17365 A1 geht ein Gehäuse hervor, das am Rahmen des Fahrrades fest montiert ist und gemeinsam mit einer an den Speichen des Hinterrades befestigten umlaufenden Scheibe einen Hohlraum bildet, in welchem eine Schalteinrichtung gemeinsam mit einem angetriebenen Kettenradsatz gegen Schmutz geschützt angeordnet ist.

Das deutsche Gebrauchsmuster G 84 35 526.3 beschreibt eine Kettenschaltung mit einer Schalteinrichtung und einem Kettenwerter mit einer Schutzvorrichtung für eine Kette eines Fahrrades, die aus einer ersten hülsenförmigen Kettenführungen um den kraftlosen Teil der Kette und aus einer zweiten hülsenförmigen Kettenführungen für den kraftführenden Teil der Kette besteht, wobei die Kettenführungen den Bewegungen der Kette speziell in axialer Richtung kraftlos folgen können. Erreicht wird dies durch einen ersten Schlepphebel, der ein Ende der ersten Kettenführung mit der Schalteinrichtung im kraftlosen Teil der Kette verbindet, während ein zweiter Schlepphebel zwischen einem Ende der zweiten Kettenführung und dem Kettenwerfer angeordnet ist. Axiale Schaltkräfte sind weder durch die erste noch durch die zweite Kettenführung auf die Kette übertragbar.

Aus der EP 0343751 A1 geht ein rahmenfestes Schutzgehäuse für die Kette auf ihrem gesamten Umfang hervor, wobei das Schutzgehäuse aus einem hinteren Gehäuseteil, einem vorderen Gehäuseteil, einem ersten trichterförmigen Verbindungsteil um den kraftführenden Teil der Kette und aus einem zweiten trichterförmigen Verbindungsteil um den kraftlosen Teil der Kette besteht. Der hintere Gehäuseteil ist voluminös zur Aufnahme einer Schalteinrichtung und eines Kettenradsatzes ausgestaltet, der vordere ist schmal und umschließt nur ein treibendes Kettenrad. Die Verbindungsteile sind deshalb trichterförmig, weil die Kette aus unterschiedlichen Positionen des Kettenradsatzes über den kraftführenden Teil der Kette zum treibenden Kettenrad hin und vom treibenden Kettenrad weg zu den unterschiedlichen Positionen der Schalteinrichtung verläuft. Der Schutz gegen Schmutz ist wirksam und erfüllt den Zweck der Erfindung.

Ein Kettenschutz für Fahrräder wird auch in der DE 297 04 064 U1 beschrieben, der für Fahrräder ohne Kettenschaltung, allenfalls für Fahrräder mit einer Getriebenabenschaltung geeignet ist. Da die Kette somit ortsfest umläuft, lässt sich ein staubdichter Kettenschutz durch das Zusammenfügen einfach herstellbarer Einzelteile erreichen. Die hülsenförmigen Verbindungen können an die Form der Kette angepasst werden, wobei ein Bewegungsspiel berücksichtigt sein muss, das der Kette aus Geräuschgründen für ihre Bewegungen und für ihren Durchhang ausreichend Raum gibt.

Zur Weiterentwicklung der vorgenannten Schalt – und Spanneinrichtung wird gemäß der vorliegende Erfindung vorgeschlagen, die beiden Funktionen „Schalten" und „Spannen" zu trennen und die Kette in ihrer jeweiligen Position auf dem kraftlosen Teil der Kette zwischen den beiden Kettenrädern in einer Kettenspanneinrichtung weitest gehend zu führen und zu kapseln. Während die Anordnung der Kettenradsätze der herkömmlichen Kettenschaltungen beibehalten wird, ist am Rahmen des Fahrrades eine Schalteinrichtung angeordnet, die lösbar mit der Kettenspanneinrichtung verbunden ist und nicht wie das Parallelogramm ein integraler Bestandteil der Schalt – und Spanneinrichtung bei der Kettenschaltung gemäß dem Stand der Technik ist.

Die vorgeschlagene Kettenschaltung weist zum Umlegen der Kette am angetriebenen Kettenradsatz im kraftlosen Teil der Kette, also in dem von der Antriebskraft beim Antrieb des Fahrrades nicht beaufschlagten Teil der Kette, eine Kettenspanneinrichtung auf, die aus einem Gehäuse mit einem Ketteneingang und einem Kettenausgang besteht, wobei die Kette im Innern des Gehäuses durch eine Führungsrolle und eine Spannrolle in einer Kettenebene S-förmig geführt und gespannt wird. Als kraftloser Teil der Kette wird hier der Teil der Kette verstanden, der bei normalem Antrieb des Fahrrades vom treibenden Kettenradsatz abläuft und auf den angetriebenen Kettenradsatz wieder aufläuft. Dieser kraftlose Teil der Kette wird hier wie auch bei den Kettenschaltungen gemäß dem Stand der Technik mit einer zur Antriebskraft vergleichsweise geringen Federkraft vorgespannt, um die für die unterschiedlichen Gangstufen erforderlichen Kettenlängen zu erzielen. Innerhalb des Gehäuses ist die Führungsrolle gemäß der vorliegenden Erfindung drehbar, aber ortsfest mit dem Gehäuse verbunden und die Spannrolle ist im Abstand zur Führungsrolle ebenfalls innerhalb des Gehäuses veränderbar angeordnet. Die Spannrolle wird von zwei Federn in der Weise verschoben, dass sich die S – Form der Kette solange vergrößert, bis die Kette gespannt ist.

Das Gehäuse ist vorzugsweise aus Kunststoff in Halbschalen-Bauweise ausgeführt, wobei die Halbschalen im Spritzguss-Verfahren hergestellt sind und keiner spanenden Bearbeitung mehr bedürfen. Die beiden Halbschalen können miteinander entweder lösbar verbunden sein oder durch Kleben, Spiegelschweißen oder Ultraschallschweißen zu einem Bauteil vereinigt sein, wobei dieser Zusammenbau die erste Halbschale und die zweiten Halbschale sowie u. A. mehrere Einlegeteile, nämlich die Führungsrolle, die Spannrolle, entsprechende Gleitstücke sowie zwei Federn zum Vorspannen der Spannrolle enthalten muss.

Die Führungsrolle wird gemeinsam mit einer Achse vor der Montage in eine der Halbschalen eingelegt, wo entsprechende Negativformen für die Fixierung der Achse angeordnet sind. Für die ebenfalls auf einer Achse gelagerte Spannrolle sind in den Halbschalen Führungskanäle vorgesehen, in denen je eine Feder angeordnet ist, die mit einem Ende an einem Anschlag in der jeweiligen Halbschale anliegt und mit dem anderen Ende mit einem Gleitelement zusammenwirkt, das die Achse der Spannrolle aufnimmt. Die Richtung des Führungskanals ist so gestaltet, dass sich die Spannrolle auf die Führungsrolle zu bewegen kann, wenn die Kette auf größere Kettenräder umgelegt wird und dadurch weniger freie Kettenlänge zur Verfügung steht. Hierbei werden die Federn vorgespannt und die Kettenspannung durch die Ausbildung einer kleineren S-Form der Kette aufrecht erhalten.

Das Gehäuse wird hinsichtlich seiner Länge zum Kettenausgang am besten so gestaltet, dass zwischen dem Ketteneingang und den Kettenrädern des treibenden Kettenradsatzes sowie zwischen dem Kettenausgang und den Kettenrädern des angetriebenen Kettenradsatzes möglichst geringe Abstände bestehen, wobei bei der Konstruktion darauf zu achten ist, dass die Position der Kettenspanneinrichtung durch ihre Verbindung zu der Schalteinrichtung über ein Führungsgelenk den vorgenannten Abstand zu den Kettenrädern des angetriebenen Zahnradsatzes erhalten bleibt. Die experimentelle Optimierung dieses Abstandes ist für eine einwandfreie Funktion der Kettenschaltung unerlässlich, wobei der Abstand für jedes der unterschiedlich großen Kettenräder ein anderer sein kann. Diesem Umstand kann durch die Auslegung eines Schwenkarmes der Schalteinrichtung entsprochen werden, der am Rahmen des Fahrrades um dessen Hochachse schwenkbar angeordnet ist und der einen ebenfalls zu dieser Hochachse parallel verlaufenden angeordneten Haken aufweist, welcher den Kettenausgang der Kettenspanneinrichtung über das Führungsgelenk an der ersten Halbschale nahe dem Kettenausgang entlang der optimierten Abstandslinie an den Kettenrädern des angetriebenen Kettenradsatzes vorbeiführt.

Das Führungsgelenk verleiht der Kettenspanneinrichtung sowohl eine gelenkige als auch eine auf und ab bewegliche Befestigung an der Schalteinrichtung am Rahmen des Fahrrades, wodurch der Kettenausgang der Kettenspanneinrichtung und die Kette der jeweils veränderten Lage des Führungsgelenkes folgen kann, wobei die Position der Kettenspanneinrichtung nach außen hin kraftlos ist, wenn nicht geschaltet wird und wobei sich die Kettenspanneinrichtung auf der Kette allein durch die herrschende Kraft der vorgespannten Kette im Gleichgewicht hält. Die Schaltkräfte werden vom Haken in das Führungsgelenk eingeleitet, wobei dieses an der ersten Halbschale vorzugsweise nahe dem Kettenausgang angeordnet ist, um am Ketteneingang des Gehäuses nur noch einen minimalen und deshalb unwirksamen Anteil der Schaltkräfte wirken zu lassen. Dort weist das Gehäuse ein Innenprofil auf, das die Kette in einer zur Drehachse der Kettenräder parallelen Richtung über deren Laschen und/oder über deren Bolzen führt, wobei das Gehäuse die Kette um so präziser umlegt, je enger das Bewegungsspiel der Kette in der vorgenannten Richtung ist.

Außerdem kann die Kettenspanneinrichtung selbsttätig in die für das jeweilige Kettenrad erforderliche Höhe über das Führungsgelenk gleiten, ohne aus der Kettenebene heraus gedreht zu werden. Hierfür sorgt neben dem Führungsgelenk die in der S – Form liegende Kette, die mit der Kettenspanneinrichtung gegenüber den Bögen auf den Kettenrädern nur unwesentlich verdreht werden kann. Der Haken der Schalteinrichtung schwenkt um ein Rahmengelenk am Rahmen des Fahrrades, wobei die Lage dieses Rahmengelenks einer der Parameter zur Optimierung der Bewegungen der Kettenspanneinrichtung ist. Außerdem wird die Kette ausgehend von einem der Kettenräder des treibenden Kettenradsatzes über den Ketteneingang und über den Kettenausgang des Gehäuses zu einem der Kettenräder des angetriebenen Kettenradsatzes entlang einer Kettenlaufrichtung geführt, die mangels Durchhang in etwa einer Geraden entspricht. Da die Kette aber im Innern des Gehäuses durch die Führung über die Führungsrolle und die Spannrolle eine S-förmigen Verlauf nimmt, muss die Kette kurz nach ihrem Eintritt in das Gehäuse um einen Winkel abgelenkt werden, wodurch Reibung und Verschleiß entstehen, die durch einfache Maßnahmen, beispielsweise durch die Anordnung je eines Gleitstückes aus Metall am Ketteneingang und am Kettenausgang gering gehalten werden können.

Analog zur Kettenspanneinrichtung mit der Schalteinrichtung im kraftlosen Teil der Kette ist im kraftführenden Teil der Kette eine Kettenführung mit einem Kettenumleger angeordnet, wobei die Kettenführung ebenfalls aus Kunststoff besteht und fahrradseitig in der Nähe eines Kettenauslaufs ein Positionsgelenk aufweist, das über einen in etwa senkrecht zur Hochachse des Fahrrades verlaufenden Haken mit einem Schwenkhebel des Kettenumlegers verbunden ist, der mit dem Rahmen über ein Schwenkgelenk ebenfalls um die Hochachse des Fahrrades schwenkbar verbunden ist. Der Kettenumleger hat in Bezug auf die Kettenführung die gleiche Funktion wie die Schalteinrichtung auf die Kettenspanneinrichtung. Die Kettenführung weist auf ihrer gesamten Länge, zumindest aber im Bereich des Ketteneinlaufs und des Kettenauslaufs das vorbeschriebene Innenprofil auf, um die Kette im Leerlauf des Fahrrades möglichst eng zu fassen und an Hoch -und Querbewegungen zu hindern; außerdem ist zum Umlegen der Kette von einem auf das andere Kettenrad des treibenden Kettenradsatzes parallel zur Drehachse der Kettenräder ebenfalls ein geringes Spiel zwischen der Kette und der Kettenführung die Voraussetzung für störungsfreie Schaltvorgänge ohne Überschaltwege am Betätigungsorgan mit gerasteten Gangpositionen. Die Kettenführung kann zweiteilig ausgeführt sein und aus einer ersten Schiene und einer zweiten Schiene bestehen, wobei das Positionsgelenk an der ersten fahrradseitigen Schiene angeordnet ist. Für den Fall, dass die Kettenführung ein gezogenes Profilrohr ist, muss für eine winkelgerechte Anordnung des Positionsgelenkes nahe am Kettenauslauf gesorgt werden.

Das für die in der zur Drehachse der Kettenräder parallelen Bewegungsrichtung genaue Führung der Kette wichtige Innenprofil führt die Kette im Bereich des Kettenausgangs am Gehäuse der Kettenspanneinrichtung sowie im Bereich des Kettenauslaufs an der Kettenführung mit einem Bewegungsspiel von unter 1 mm, vorzugsweise aber 0,2 bis 0,5 mm.

Das im Bereich des Kettenausgangs am Gehäuse der Kettenspanneinrichtung angeordnete Gleitstück könnte L – förmig derart ausgebildet werden, dass der erste Schenkel, wie beschrieben, die Kette umlenkt und der zweite Schenkel in der fahrradfernen zweiten Halbschale parallel zu den Laschen der Kette verläuft, um das Gehäuse dort, wo beim Schalten von einem kleineren auf ein größeres Kettenrad hohe Reibungskräfte auftreten, gegen Verschleiß zu schützen und die Reibungskräfte gering zu halten.

Ebenso liegt es aus Verschleißgründen nahe, am Kettenauslauf der Kettenführung ein verschleißhemmende Teile zur Führung der Laschen und/oder Bolzen der Kette anzuordnen. Wenigstens kann ein solches verschleißhemmendes Teil in der fahrradnahen ersten Schiene angeordnet sein, um zu verhindern, dass beim Umlegen der Kette von einem kleineren auf ein größeres Kettenrad Verschleiß an der Kettenführung entsteht. Beim Schalten von einem kleineren auf ein größeres Kettenrad sind die einzuleitenden Kräfte nämlich um ein Vielfaches größer, als beim Schalten von einem größeren auf ein kleineres Kettenrad.

Schließlich wird zum Unterschied zu den Vorschlägen in den Schutzrechten G 84 35 526.3, EP 0343751 A1 und DE 297 04 064 U1 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Kette auf dem gesamten Weg durch die Kettenführung zu führen, um weder Durchhang noch Bewegungsmöglichkeiten in einer zur Drehachse der Kettenräder senkrechten Richtung zu zu lassen.

Die hier beschriebene Schalteinrichtung sowie der Kettenumleger sind Vorschläge aus einer Vielzahl von möglichen konstruktiven Ausführungen, die beispielsweise mit einem Parallelogramm oder ähnlichen Hebelkonstruktionen ausgestattet sein können, wobei jedoch die Kosten auf derartige Gebilde einen erheblichen Rationalisierungsdruck ausüben dürften.

Für den Fall aber, dass das Fahrrad mit der erfindungsgemäßen Kettenschaltung in schmutziger Umgebung gefahren werden muss, wird ein zusätzlicher Schutz in Form einer ersten Abdeckung über dem angetriebenen Kettenradsatz vorgeschlagen, mit deren Gestaltung ein möglichst geringer Abstand zwischen ihr und dem Kettenausgang der Kettenspanneinrichtung sowie zwischen ihr und dem Ketteneinlauf der Kettenführung erzielt wird. Wahlweise kann eine zweite Abdeckung über dem treibenden Kettenradsatz die Kette zusätzlich vor Schmutz schützen, wobei auch hier auf einen möglichst geringen Abstand zwischen ihr und dem Kettenauslauf der Kettenführung sowie zwischen ihr und dem Ketteneingang der Kettenspanneinrichtung zu achten ist.

Schließlich sei noch auf ein Montagefenster hingewiesen, das zum Einfädeln der Kette bei der Montage des Fahrrades geöffnet werden muss, um den Anfang der Kette sowohl um die Spannrolle wie auch um die Führungsrolle zu legen und die Position der Kette anschließend und auch später kontrollieren zu können.

Die vorliegenden Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Kettenschaltung für Fahrräder zu schaffen, die eine Schalteinrichtung mit einer Kettenspanneinrichtung zum Umlegen einer Kette auf einem angetriebenen Kettenradsatz kombiniert und/oder einen Kettenumleger mit einer Kettenführung zum Umlegen der Kette auf einem treibenden Kettenradsatz kombiniert, wobei die Kette auf ihrem kraftführenden Teil und auf ihrem kraftlosen Teil zwischen den Kettenradsätzen gekapselt ist und beim Schaltvorgang durch Krafteinleitung in die Schalteinrichtung beziehungsweise in die Kettenführung in einer zur Drehachse der Kettenräder parallelen Richtung das Umlegen der Kette auf jeweils ein anderes Kettenrad ermöglicht, wobei eine hohe Schaltgenauigkeit auf kostengünstige Weise erzielt werden soll.

Die Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 6 beschrieben. Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand mehrerer Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel einer Kettenschaltung mit einer die Kette umschließenden Kettenspanneinrichtung und einer Kettenführung erläutert. Es zeigen
1 eine Anordnung einer Kettenschaltung, bestehend aus einer Kette, einer Kettenspanneinrichtung, einer Schalteinrichtung, einer Kettenführung und einem Kettenumleger zwischen zwei Kettenradsätzen an einem Rahmen eines Fahrrades;
2 eine Anordnung je einer Abdeckung über den Kettenradsätzen zur Kapselung der Kette;
3 eine erste Halbschale eines Gehäuses der Kettenspanneinrichtung mit einer Führungsrolle und einer Spannrolle zur Führung der Kette sowie mit einem Führungsgelenk zu ihrer Verbindung mit dem Rahmen über die Schalteinrichtung;
4 die Anordnung des Führungsgelenks an der ersten Halbschale des Gehäuses der Kettenspanneinrichtung;
5 die Spannrolle mit einem Gleitelement und zwei Federn im Gehäuse der Kettenspanneinrichtung im Teilschnitt;
6 die Anordnung der Federn in Führungskanälen im Gehäuse der Kettenspanneinrichtung im Teilschnitt;
7 eine Kettenführung, bestehend aus einer ersten Schiene und einer zweiten Schiene, mit einem Innenprofil;
8 eine Anordnung eines Positionsgelenks an der ersten Schiene zur Fixierung der Kettenführung am Rahmen über den Kettenumleger;
9 die Anordnung des Positionsgelenks an der Kettenführung.
Wird gemäß 1 mit 1 ein Rahmen eines Fahrrades bezeichnet, so weist dieser eine Kettenschaltung auf, die einen angetriebenen Kettenradsatz 2 mit mehreren Kettenrädern, mindestens aber mit einem kleinsten Kettenrad 3 und einem größten Kettenrad 4 und einen treibenden Kettenradsatz 5 mit mindestens einem kleinsten Kettenrad 6 und einem größten Kettenrad 7 sowie eine die beiden Kettenradsätze 2 und 5 verbindende Kette 8 mit Laschen und Bolzen umfasst. Die Kettenschaltung beinhaltet ferner eine Kettenspanneinrichtung 9, eine Schalteinrichtung 24, eine Kettenführung 28 und einen Kettenumleger 27, wobei die Kettenspanneinrichtung 9 über ein Führungsgelenk 22 mit einem Haken an einem Schwenkarm 40 der Schalteinrichtung 24 mit einem Rahmengelenk 23 am Rahmen 1 in Wirkverbindung steht. Analog hierzu steht die Kettenführung 28 über ein Positionsgelenk 25 mit einem Haken an einem Schwenkhebel 41 des Kettenumlegers 27 mit einem Schwenkgelenk 26 am Rahmen 1 in Wirkverbindung. Die Kettenführung 28 verfügt über einen Ketteneinlauf 35 nahe dem angetriebenen Kettenradsatz 2 und einen Kettenauslauf 36 nahe dem treibenden Kettenradsatz 5, wobei ein Einlaufbereich 33 als Abstand zwischen dem Kettenauslauf 36 und dem Kettenrad des treibenden Kettenradsatzes 5 entsteht, auf dem die Kette 8 gerade abläuft. Dieser Einlaufbereich 33 muss der Gegenstand von Optimierungsversuchen sein, um die Schaltvorgänge für alle Kettenräder 6 bis 7 des treibenden Kettenradsatzes 5 so kurz und geräuschlos wie möglich zu gestalten.
Ebenso erscheint ein Einlaufbereich 33 zwischen einem Kettenausgang 17 und einem der Kettenräder des angetriebenen Kettenradsatzes 2, auf dem die Kette 8 gerade abläuft, wobei dieser Einlaufbereich 33 ebenso zu optimieren ist, um die Schaltvorgänge für alle Kettenräder des angetriebenen Kettenradsatzes 2 so kurz und geräuschlos wie möglich zu gestalten. Der Kettenausgang 17 ist gemeinsam mit einem gegenüberliegenden Ketteneingang 16 derart gestaltet, dass sich für den kraftlosen Teil der Kette 8 eine Kettenlaufrichtung 34 ergibt, die mit der Tangente an die jeweils im Eingriff mit der Kette 8 befindlichen Kettenräder der beiden Kettenradsätze 2 und 5 zusammenfällt. Ferner dient es der genauen Führung der Kette 8, wenn zumindest der Ketteneingang 16 und/oder der Kettenausgang 17 ein Innenprofil 37 aufweisen, welches derart ausgeformt ist, dass es sich zumindest seitlich an die Laschen und/oder die Bolzen der Kette 8 mit einem engen Bewegungsspiel annähert.. Schließlich ist gemäß der 1 ein Montagefenster 39 zu entnehmen, das nach Belieben geöffnet werden kann, um den Verlauf der Kette 8 in der Kettenspanneinrichtung 9 einzurichten und/oder zu kontrollieren.
2 zeigt die Anordnung einer zusätzlichen Kapselung der Kette 8 durch eine erste Abdeckung 31 über dem angetriebenen Kettenradsatz 2 und durch eine zweite Abdeckung 32 über dem treibenden Kettenradsatz 5.
Aus 3 lässt sich die Funktion der Spannung der Kette 8 sowie deren S-förmige Lage in einer Kettenebene 38 erkennen, zu dessen Zweck nur eine erste rahmenseitige Halbschale 13 eines Gehäuses 12 dargestellt ist: Über den Ketteneingang 16 wird die Kette 8 in das Gehäuse 12 eingeführt, an einem Gleitstück 15 um einen Winkel 21 umgeleitet, über eine Führungsrolle 10 um mindestens 180° umgelenkt, dann an einer Spannrolle 11 nochmals um mehr als 180° umgelenkt und schließlich entlang einer Gehäusewand über eine zweites Gleitstück 15 nach abermaliger aber entgegengesetzter Umlenkung um den Winkel 21 zum Kettenausgang hinaus geführt. Der Winkel 21 ist gerade so groß, dass die Glieder der Kette 8 aneinander vorbei laufen können, ohne sich zu berühren und dass die Kettenlaufrichtung 34 als Verbindung der Richtung des Ketteneingangs 16 mit der Richtung des Kettenausgangs 17 trotzdem eingehalten werden kann.
Die Kettenspanneinrichtung 9 nimmt die in 3 gezeigte Lage dadurch selbstständig ein, dass das durch die Federkraft einer Feder 20 zwischen den beiden Spannrollen 10 und 11 erzeugte Drehmoment über deren Achsen auf das Gehäuse 12 wirkt, dieses gemäß der Darstellung in 3 gegen den Uhrzeigersinn solang verdreht, bis die beiden Gleitstücke 15 im Gehäuse 12 mit der Kette 8 in Berührung kommen und dort ein Abstützdrehmoment erzeugen. Vergrößern sich beim Schalten auf ein größeres Kettenrad auf dem angetriebenen Kettenradsatz 2 das durch die Federkraft der Feder 20 erzeugte Drehmoment, so hält ein ebenso sich vergrößerndes Abstützdrehmoment zwischen den Gleitstücken 15 und der Kette 8 diesem das Gleichgewicht. Das Gleichgewicht Kräfte und Drehmomente findet im Innern des Gehäuses 12 statt, wodurch es keiner äußeren Kräfte bedarf, um die Kettenspanneinrichtung 9 in ihrer Position entlang der Kettenlaufrichtung 34 zu halten. Der von der Schwerkraft abhängige Durchhang der Kette 8, nämlich zwischen einem der Kettenräder des treibenden Kettenradsatzes 5 und dem Ketteneingang 16 des Gehäuses 12 sowie zwischen dem Kettenausgang 17 des Gehäuses 12 und einem der Kettenräder des angetriebenen Kettenradsatzes 2 ist minimal, wobei die Kettenspanneinrichtung 9 den Durchhang zwischen den beiden Gleitstücken 15 unterbricht, sodass die sichtbaren Teile der Kette 8 in etwa der geraden Kettenlaufrichtung 34 folgen.
Die Verbindung der ersten Halbschale 13 mit einer zweiten Halbschale 14 zum Gehäuse 12 geschieht am besten im Bereich ihrer größten Erstreckung am Außenumfang in der Kettenebene 38, in der innerhalb des Gehäuses 12 auch die Spannrolle 11 und die Führungsrolle 10 sowie der gesamte S-förmige Verlauf der Kette 8 angeordnet sind.
Gemäß den 5 und 6 ist die Spannrolle 11 mit ihrer Achse in einem Gleitelement 18 gelagert, für welches in der ersten Halbschale 13 und einer zweiten Halbschale 14 je ein Führungskanal 19 vorgesehen ist, in dem sich das Gleitelement 18 mit der Spannrolle 11 auf die Führungsrolle 10 zu und von dieser weg bewegen kann. Außerdem ist in dem Führungskanal 19 die als Druckfeder ausgebildete Feder 20 angeordnet, die mit einem Ende an einem Anschlag in der Halbschale 13 oder 14 anliegt und mit dem anderen Ende mit dem Gleitelement 18 zusammenwirkt, sodass die Kette 8 auf den beiden Rollen 10 und 11 immer in gespanntem Zustand anliegt.
Aus den 7, 8 und 9 geht hervor, dass die Kettenführung 28, wenn sie nicht aus gezogenen Profilrohrmaterial besteht, eine erste Schiene 29 und eine zweite Schiene 30 aufweist, die entlang der Kettenebene 38 miteinander durch Verfahren verbunden sind, wie sie bereits oben bei der Verbindung der beiden Halbschalen 13 und 14 beschrieben worden sind. An der ersten rahmenseitigen Schiene 29 ist das Positionsgelenk 25 angeordnet, das die Verbindung zum Rahmen 1 über den Kettenumleger 27 herstellt. Im Innern der Kettenführung 28 wird die Kette 8 durch das Innenprofil 27 geführt.

1: Rahmen
2: angetriebener Kettenradsatz
3: kleinstes Kettenrad
4: größtes Kettenrad
5: treibender Kettenradsatz
6: kleinstes Kettenrad
7: größtes Kettenrad
8: Kette
9: Kettenspanneinrichtung
10: Führungsrolle
11: Spannrolle
12: Gehäuse
13: erste Halbschale
14: zweite Halbschale
15: Gleitstück
16: Ketteneingang
17: Kettenausgang
18: Gleitelement
19: Führungskanal
20: Feder
21: Winkel
22: Führungsgelenk
23: Rahmengelenk
24: Schalteinrichtung
25: Positionsgelenk
26: Schwenkgelenk
27: Kettenumleger
28: Kettenführung
29: erste Schiene
30: zweite Schiene
31: erste Abdeckung
32: zweite Abdeckung
33: Einlaufbereich
34: Kettenlaufrichtung
35: Ketteneinlauf
36: Kettenauslauf
37: Innenprofil
38: Kettenebene
39: Montagefenster
40: Schwenkarm
41: Schwenkhebel

Claims

Kettenschaltung, insbesondere für Fahrräder, umfassend einen treibenden Kettenradsatz und einen angetriebenen Kettenradsatz sowie eine diese beiden Kettenradsätze miteinander verbindende aus Laschen und Bolzen bestehende Kette, wobei mindestens einer der beiden Kettenradsätze mindestens zwei Kettenräder, nämlich ein größeres und ein kleineres Kettenrad, aufweist, wobei zum Umlegen der Kette zwischen den beiden Kettenrädern des angetriebenen Kettenradsatzes eine Schalteinrichtung und zum Umlegen der Kette zwischen den Kettenrädern des treibenden Kettenradsatzes ein Kettenumleger jeweils nahe einem Einlaufbereich der Kette auf die Kettenradsätze vorgesehen ist, in welchen die Kette bei Antriebs – Umlaufrichtung der Kette in den jeweiligen Kettenradsatz einläuft, wobei beim Antrieb des angetriebenen Kettenradsatzes durch den treibenden Kettenradsatz ein kraftführender Teil der Kette und ein kraftloser Teil der Kette entsteht und wobei die Kettenschaltung dazu ausgebildet ist, der Kette Bewegungen in einer zur Drehachse der Kettenräder parallelen Richtung zu erteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenschaltung eine auf dem kraftlosen Teil der Kette (8) angeordnete und diesen weitgehend umschließende Kettenspanneinrichtung (9) aufweist, die aus einem Gehäuse (12) besteht, in dem eine Führungsrolle (10) und eine Spannrolle (11) die Kette (8) in eine S – Form legen und diese spannen, wodurch ein Drehmoment entsteht, welches sich über je ein Gleitstück (15) in einem Ketteneingang (16) und einem Kettenausgang (17) an der Kette (8) abstützt und die Position des Gehäuses (12) auf der Kette (8) definiert.
Kettenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die außerhalb des Gehäuses (12) verlaufenden Teile der Kette (8), nämlich zwischen einem der Kettenräder des treibenden Kettenradsatzes (5) und dem Ketteneingang (16) des Gehäuses (12) sowie zwischen dem Kettenausgang (17) des Gehäuses (12) und einem der Kettenräder des angetriebenen Kettenradsatzes (2) einer geraden Kettenlaufrichtung (34) folgen.
Kettenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) ein Führungsgelenk (22) nahe am Kettenausgangs (17) aufweist, das mit einem zur Hochachse des Fahrrades parallel verlaufenden Haken eines Schwenkarmes (40) einer Schalteinrichtung (24) schwenkbar verbunden ist, die ihrerseits an einem Rahmengelenk (23) am Rahmen (1) des Fahrrades schwenkbar angeordnet ist.
Kettenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) zumindest im Bereich des Kettenausgangs (17) ein Innenprofil (37) aufweist, das die Kette (8} in der zur Drehachse der Kettenräder parallelen Bewegungsrichtung führt, wobei diese Führung über die Laschen und/oder die Bolzen der Kette (8) erfolgt und wobei das Innenprofil (37) gegenüber der Kette (8) in der Bewegungsrichtung ein Bewegungsspiel von unter 1 mm aufweist.
Kettenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrolle (10) drehbar, aber ortsfest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist und die Spannrolle (11) in ihrem Abstand zur Führungsrolle (10) veränderbar angeordnet ist.
Kettenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) entlang einer durch die Kette (8) gebildeten Kettenebene (38) geteilt ist und aus einer fahrradseitigen ersten Halbschale (13) und einer zweiten Halbschale (14) besteht, wobei mindestens eine der beiden Halbschalen (13) und/oder (14) einen zur Mitte des Gehäuses (12) hin offenen Führungskanal (19) aufweist, in dem eine als Druckfeder ausgebildete Feder (20) unter Vorspannung zwischen einem Anschlag im Gehäuse (12) und einem die Spannrolle (11) tragendes Gleitelement (18) angeordnet ist.
Kettenschaltung, insbesondere für Fahrräder, umfassend einen treibenden Kettenradsatz und einen angetriebenen Kettenradsatz sowie eine diese beiden Kettenradsätze miteinander verbindende aus Laschen und Bolzen bestehende Kette, wobei mindestens einer der beiden Kettenradsätze mindestens zwei Kettenräder, nämlich ein größeres und ein kleineres Kettenrad, aufweist, wobei zum Umlegen der Kette zwischen den beiden Kettenrädern des angetriebenen Kettenradsatzes eine Schalteinrichtung und zum Umlegen der Kette zwischen den Kettenrädern des treibenden Kettenradsatzes ein Kettenumleger jeweils nahe einem Einlaufbereich der Kette auf die Kettenradsätze vorgesehen ist, in welchen die Kette bei Antriebs – Umlaufrichtung der Kette in den jeweiligen Kettenradsatz einläuft, wobei beim Antrieb des angetriebenen Kettenradsatzes durch den treibenden Kettenradsatz ein kraftführender Teil der Kette und ein kraftloser Teil der Kette entsteht und wobei die Kettenschaltung dazu ausgebildet sind, der Kette Bewegungen in einer zur Drehachse der Kettenräder parallelen Richtung zu erteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenschaltung eine auf dem kraftführenden Teil der Kette (8) angeordnete und diesen weitgehend umschließende Kettenführung (28) mit einem Ketteneinlauf (35) und einem Kettenauslauf (36) aufweist, die mit einem Rahmen (1) des Fahrrades über einen dort schwenkbar angeordnete Kettenumleger (27) verbunden ist, der von außerhalb bedienbar ist und so Kräfte in einer zur Drehachse der Kettenräder in etwa parallelen Richtung in die Kettenführung (28) zur Weiterleitung an die Kette (8) einleiten kann, wobei diese Kräfte über ein Positionsgelenk (25) in die Kettenführung (28) nahe am Kettenauslauf (36) übertragen werden.
Kettenschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem zur Hochachse des Fahrrades parallel verlaufenden Haken eines Schwenkhebels (41) am Kettenumleger (27) verbundene Positionsgelenk (25) derart ausgestaltet ist, dass bei Schaltbewegungen eine Drehung der Kettenführung (28) um ihre Längsachse aus der Kettenebene (38) heraus verhindert wird.
Kettenschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenführung (28) zumindest im Bereich des Kettenauslaufs (36) ein Innenprofil (37) aufweist, das die Kette (8) in der zur Drehachse der Kettenräder parallelen Bewegungsrichtung führt, wobei diese Führung über die Laschen und/oder die Bolzen der Kette (8) erfolgt und wobei das Innenprofil (37) gegenüber der Kette (8) in der Bewegungsrichtung ein Bewegungsspiel von unter 1 mm aufweist.
Kettenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenschaltung zusätzlich zu der Kettenspanneinrichtung (9) und der Kettenführung (28) eine erste Abdeckung (31) über dem angetriebenen Kettenradsatz (2) und/oder eine zweite Abdeckung (32) über dem treibenden Kettenradsatz aufweist, um Eindringen von Schmutz in den Bereich der Kette zu verhindern.
Kettenschaltung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckungen (31) und/oder (32) in senkrechter Richtung zu den Achsen der Kettenradsätze (2) und/oder (5) aufschiebbar und befestigbar sind, wobei beide Planflächen der Kettenradsätze (2) und/oder (5) weitgehend abgedeckt werden.