DE4027351C2

DE4027351C2 -

Info

Publication number: DE4027351C2
Application number: DE19904027351
Authority: DE
Inventors: Harald 5300 Bonn De Kutzke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1993-03-25
Also published as: DE4027351A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schaltbares Ketten getriebe für muskelkraftbetriebene Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Kettengetriebe werden für Fahrräder, aber auch für andere muskelkraftbetriebene Fahrzeuge, wie HPV′s verwendet.

Ein z. B. aus der DE 34 11 874 C2 bekanntes schaltbares Kettengetriebe mit 10 oder mehr Gän gen, wie sie beispiels weise für Rennräder, Mountain Bikes oder dgl. verwendet werden, weisen ein antriebsseitiges Kettenradpaket, das in der Regel auf der Welle des Tretlagers angeordnet ist, und ein abtriebsseitigen Kettenradpaket auf, das auf der glei chen Welle wie das Hinterrad angeordnet ist. Die beiden Kettenradpakete sind durch eine Kette verbunden, die von einem Schaltwerk über die einzelnen Kettenräder der beiden Kettenradpakete verschiebbar ist.

Derartige schaltbare Kettengetriebe haben den Vorteil, daß sie bei hohem Wirkungsgrad und geringem Gewicht ein großes Übersetzungsverhältnis abdecken. Darüberhinaus sind sie zu einem günstigen Preis herstellbar und im Falle von Beschä digungen leicht zu reparieren.

Nachteilig bei bekannten Kettengetrieben ist jedoch, daß sie durch vorprogrammierte Spurfehler eine höhere Reibung als notwendig aufweisen und damit einem vergleichsweise großen Verschleiß unterliegen. Darüberhinaus sind durch die offene Bauweise die Verschmutzung und hierdurch wie derum der Verschleiß nach einer bestimmten Betriebszeit groß und die Möglichkeit der Beschädigung des vorstehenden Schaltwerkes bei einem Sturz gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schaltbares Kettengetriebe für muskelkraftbetriebene Fahrzeuge anzuge ben, das eine große Zahl von Gängen, mit denen ein großes Übersetzungsverhältnis abgedeckt werden kann, bei einem weiterhin günstigen Preis realisiert, ohne daß durch Spur fehler die Reibung und der Verschleiß erhöht werden.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, ein schalt bares Kettengetriebe zu schaffen, bei dem während des Betriebs kein Spurfehler auftritt. Hierzu wird ein Ketten getriebe realisiert, bei dem das Schaltwerk die Kette auf den beiden Kettenradpaketen derart verschiebt, daß sie immer einander während der Wirkverbindung gegenüberliegen de Kettenräder verbindet. Damit verläßt die "Schalt"-Kette nur während des Schaltvorgangs die Spur.

Damit ist erfindungsgemäß ein geringer Achsabstand reali sierbar, durch den wiederum ein einfacher und sicherer Schaltvorgang möglich wird. Erfindungsgemäß gilt für den Abstand A der Achsen der beiden Kettenradpakete, die ein ander derart gegenüberliegen, daß das Zahnrad mit dem größten Durchmesser des einen Pakets dem Zahnrad mit dem kleinsten Durchmesser des anderen Pakets gegenüberliegt, (und umgekehrt):

A 2,1 _* (R_zan + R_zab)_max

hierbei ist (R_zan + R_zab)_max der maximale Wert der Summen der maximalen Durchmesser der miteinander jeweils in Wirk verbindung stehenden antriebsseitigen (R_zan) und abtriebs seitigen (R_zab) Kettenräder.

Durch diese Ausbildung erhält man nicht nur eine "kurze Schalt"-Kette, für die bei entsprechender Ausbildung der beiden Zahnkranzpakete nur während des Schaltvorgangs ein Längenausgleich erforderlich ist. Vor allem aber gibt diese Ausbildung die Möglichkeit, das Kettengetriebe kom pakt auszubilden und insbesondere gemäß Anspruch 17 zu kapseln, so daß eine Verschmutzung während des Betriebs weitgehend vermieden wird.

Ferner lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Kettengetrie be ein großer Übersetzungsumfang von beispielsweise 1 : 4 sowie nahezu beliebige, beispielsweise eng gestufte Ent faltungsschritte realisieren (Anspruch 10).

Dennoch bleiben die Vorteile herkömmlicher Kettengetriebe und insbesondere der hohe Wirkungsgrad auch bei dem erfin dungsgemäßen Kettengetriebe erhalten.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß Anspruch 2 weisen die beiden Kettenradpakete die gleiche Zahl von Kettenrädern auf und sind in Richtung ihrer jeweiligen Drehachse stationär angeordnet. Durch diese Ausbildung erhält man einen besonders einfachen Aufbau des Kettengetriebes. Es ist selbstverständlich aber auch möglich, daß die beiden Kettenradpakete eine unglei che Zahl von Kettenrädern aufweisen, und daß das Ketten radpaket mit der geringeren Zahl von Kettenrädern in Rich tung seiner Drehachse verschiebbar ist (Anspruch 3). Na türlich können aber auch beide Zahnkranzpakete beim Schaltvorgang in Richtung ihrer Drehachse verschoben wer den.

In jedem Falle ist es jedoch von Vorteil, wenn ein Füh rungselement vorgesehen ist, das das Schaltwerk längs einer Achse (Anspruch 4) bzw. längs einer gewendelten Linie verschiebt. Durch diese Ausbildung ist es möglich, mit einem einzigen Schalter alle Gänge zu schalten, so daß das bei herkömmlichen Kettengetrieben erforderliche zweite Schaltwerk entfällt.

Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Kettengetriebe den Vorteil, daß das Schaltwerk entsprechend den jeweiligen Einbaubedingungen angeordnet werden kann:
So ist es beispielsweise möglich, das Schaltwerk zumindest teilweise "zwischen" den beiden Kettenradpaketen anzuord nen. In diesem Falle weist das Schaltwerk gemäß Anspruch 5 zwei Leitrollen auf, von denen jede die Umschlingung eines Kettenrades eines Paketes sicherstellt. Eine zusätzliche Spannrolle sorgt für den Längenausgleich insbesondere während des Schaltvorgangs. Dabei ist es gemäß Anspruch 6 lediglich erforderlich, daß beim Schaltvorgang die in Kraftflußrichtung vordere Leitrolle durch das Führungs element verschoben wird, während die hintere Leitrolle durch die Kette verschoben wird.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich, das Schalt werk außerhalb der Verbindungslinie der beiden Kettenrad pakete und insbesondere (in Kraftflußrichtung gesehen) hinter dem angetriebenen Kettenradpaket (Anspruch 8) anzu ordnen: In diesem Falle muß das Schaltwerk nur eine Leit rolle und zum Längenausgleich eine Spannrolle aufweisen, so daß sich ein besonders einfacher und sehr kompakter Aufbau ergibt.

Dieser kompakte Aufbau wird gemäß Anspruch 9 dadurch weiter gefördert, daß für den Abstand A der Achsen der beiden Kettenradpakete die nachstehend angegebene Bezie hung gilt:

A 1,5 _* (R_zan + R_zab)_max

Im Anspruch 11 ist gekennzeichnet, daß das abtriebsseitige Kettenradpaket ein weiteres Kettenrad antreibt, das insbe sondere auf der Welle des abtriebsseitigen Kettenradpakets angeordnet sein kann (Anspruch 11). Dieses weitere Ketten rad treibt dann über eine Abtriebskette das oder die ange triebenen Räder des Fahrzeugs an. Damit muß beispielsweise bei einem Fahrrad das Hinterrad nur ein Ritzel aufweisen und kann somit symmetrisch gespeicht werden, so daß sich ein erheblicher Stabilitätsgewinn ergibt.

Darüberhinaus kann das gesamte Übersetzungsverhältnis durch Austausch der Kettenräder der Abtriebskette einfach geändert werden.

Vor allem aber ist es bei einem gefederten Fahrrad mög lich, das Gewicht der ungefederten Massen praktisch um das Gewicht der Schaltung, die bei herkömlichen Kettengetrie ben am Hinterrad angebracht ist, zu reduzieren.

Der Antrieb des erfindungsgemäßen Kettengetriebes kann auf die verschiedensten Arten erfolgen:
So ist es gemäß Anspruch 14 möglich, das Tretlager auf der gleichen Welle wie das antriebsseitige Kettenradpaket an zuordnen, also das antriebsseitige Kettenradpaket direkt anzutreiben.

Selbstverständlich ist es auch möglich, daß ein auf der Welle des Tretlagers angeordnetes Kettenblatt über eine Antriebskette ein Kettenrad antreibt, das auf der Welle des antriebsseitigen Kettenradpakets angeordnet ist (An spruch 15). In jedem Falle ist es jedoch möglich, die beiden Zahnkranzpakete und die sie verbindende Kette im Bereich des Tretlagers anzuordnen (Anspruch 18) und am Rahmen des muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs zu lagern.

Insbesondere dann, wenn sich die beiden Zahnkranzpakete gegenläufig drehen (Anspruch 7), ist es jedoch von beson derem Vorteil, wenn ein auf der Achse des Tretlagers ange ordnetes Zahnrad mit einem Zahnrad kämmt, das auf der Welle des antriebsseitigen Kettenradpakets angeordnet ist: Durch diese Ausbildung kann vermieden werden, daß die Abtriebskette zur (nochmaligen) Drehrichtungsumkehr in Form einer "8" geführt werden muß. Darüberhinaus wird die Bauhöhe insbesondere im Bereich des Tretlagers reduziert; diese ist gerade bei Mountain Bikes von besonderer Bedeu tung.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbei spiels der Erfindung,

Fig. 2a und 2b das eigentliche schaltbare Kettengetriebe in zwei Schaltzuständen,

Fig. 3 eine Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Teils von oben,

Fig. 4 die Führung der Abtriebskette,

Fig. 5 eine (teilweise) Seitenansicht eines zweiten Aus führungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 6 das eigentliche schaltbare Kettengetriebe in einem anderen Schaltzustand,

Fig. 7 eine Draufsicht des in Fig. 6 gezeigten Teils.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein antriebsseitiges Kettenradpaket 1 und ein abtriebsseitiges Kettenradpaket 2 aufweist. Die beiden Kettenradpakete 1 und 2 liegen - wie Fig. 3 zeigt - einan der derart gegenüber, daß das Zahnrad mit dem größten Durchmesser des einen Pakets dem Zahnrad mit dem kleinsten Durchmesser des anderen Pakets gegenüberliegt, und umge kehrt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist - ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens - jedes Kettenradpaket 12 Kettenräder auf. Die Zahl der Kettenrä der kann jedoch den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Ferner sind - ebenfalls ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens - bei dem ersten Ausfüh rungsbeispiel die beiden Kettenradpakete "gleich" ausge bildet. Selbstverständlich ist aber auch eine "ungleiche" Ausbildung der beiden Kettenradpakete 1 und 2 möglich, die in bestimmten Fällen sogar bevorzugt sein kann.

Weiterhin ist eine erste Kette 10 vorgesehen, die von einem Schaltwerk 3 derart verschoben wird, daß sie immer einander gegenüberliegende Kettenräder der beiden Pakete 1 und 2 verbindet, so daß insgesamt 12 Gänge vorhanden sind. Das Schaltwerk 3 weist hierzu eine Leitrolle 4 und eine Spannrolle 6 auf, die jeweils an einem Grundteil bzw. einem Käfig 31 gehalten sind. Durch diese Ausbildung er gibt sich ein besonders einfacher und betriebssicherer Aufbau des Schaltwerks, durch den insbesondere der Über gang der Kette beim Schalten erleichtert wird.

Die Fig. 1 und 2a zeigen das erfindungsgemäße Kettenge triebe in der Schaltstellung "1. Gang", während Fig. 2b die Schaltstellung "12. Gang" zeigt. Die Drehrichtungen sind jeweils mit Pfeilen bezeichnet.

Wie die Aufsicht in Fig. 3 im einzelnen zeigt, ist auf der gleichen Welle wie das Kettenradpaket 1 ein Kettenrad 11 angeordnet, das über eine von einem Kettenspanner 20 ge spannte Antriebskette 12 mit einem auf der Welle eines Tretlagers 13 angeordneten Kettenblatt 14 verbunden ist, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens 51 Zähne aufweist.

Auf der Welle des abtriebsseitigen Kettenradpaket 2 ist ebenfalls ein weiteres Kettenrad 15 angeordnet, das über eine Abtriebskette 16 ein Kettenrad 17 antreibt, das auf der Welle des oder der angetriebenen Räder des Fahrzeugs angeordnet ist und so diese antreibt.

Da die Kette 10 die beiden Kettenradpakete 1 und 2 derart umschlingt, daß die beiden Pakete sich gegenläufig drehen, muß bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Drehrichtung ein weiteres Mal umgekehrt werden, um die "übliche" Dreh richtung des Tretlagers in Bezug auf das oder die ange triebenen Räder zu erhalten. Hierzu ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Abtriebskette 16 in Form einer "8" geführt. Fig. 4 zeigt die Führung der Abtriebskette 16 sowie die Ausbildung des Kettenspanners 18 im einzelnen. Mit 19 ist eine Abdeckung bezeichnet.

Eine derartige "8-Schleife" der Abtriebskette 16 kann jedoch vermieden werden, wenn keine Antriebskette 12 mit Kettenrad 11 und Kettenblatt 14 verwendet wird, sondern auf der Welle des Tretlagers 13 ein Zahnrad angeordnet wird, das mit einem auf der Welle des antriebsseitigen Kettenradpakets 1 angeordneten Zahnrad kämmt. Diese Aus bildung hat darüberhinaus den Vorteil, daß die beiden Zahnräder einen kleineren Durchmesser als das entsprechen de Kettenrad 11 bzw. das Kettenblatt 14 haben können, so daß insbesondere die Bauhöhe im Bereich des Trelagers reduziert wird.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gilt für den Abstand A der Achsen der beiden Kettenradpakete

A 1,5 _* (R_zan + R_zab)_max

hierbei ist (R_zan + R_zab)_max der maximale Wert der Summen der maximalen Durchmesser der miteinander jeweils in Wirk verbindung stehenden antriebsseitigen (R_zan) und abtriebs seitigen (R_zab) Kettenräder. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, größere Abstände zu wählen, so daß gilt:

A 2,1 _* (R_zan + R_zab)_max

In jedem Falle erlaubt die kompakte Ausbildung der beiden Kettenradpakete 1 und 2 sowie des zugeordneten Schaltwer kes eine vollständige Kapselung dieses Teils des erfin dungsgemäßen Kettengetriebes und eine Anordnung der beiden Kettenradpakete im Bereich des Tretlagers beispielsweise eines Fahrrads.

In den Fig. 4 bis 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt; hierbei sind gleiche oder ähn liche Teile mit den selben Bezugszeichen versehen, so daß auf eine erneute Vorstellung verzichtet wird. In Fig. 4 ist auf die Darstellung verschiedener in Fig. 1 gezeigter Teile, nämlich des Kettenrades 17, der Kettenspanner 18 und 20 sowie der Abdeckung 19 verzichtet.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung des Schalt werks 3, das teilweise zwischen den beiden Kettenradpake ten 1 und 2 angeordnet ist. Hierdurch ist es erforderlich, eine zweite Leitrolle 5 vorzusehen. Mit 4 ist wiederum die (erste) Leitrolle und mit 6 die von einer Feder 61 beauf schlagte Spannrolle 6 bezeichnet.

Zum Schalten ist das Schaltwerk 3 mittels eines Führungs elements 7 längs einer gewendelten 4-Kant-Achse 8 ver schiebbar. Dabei ist es lediglich erforderlich, die Leit rolle 4 "aktiv" zu verschieben; die Leitrolle 5 wird dann "passiv" durch die Kette 10 verschoben.

Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Kettengetriebe in der Schaltstellung "1. Gang", während Fig. 6 die Schaltstel lung "12. Gang" zeigt. Die Drehrichtungen sind jeweils mit Pfeilen bezeichnet.

Wie insbesondere Fig. 7 zeigt, ist es bei diesem Ausfüh rungsbeispiel möglich, die Bedingung für den Abstand A der Achsen der beiden Kettenradpakete

A 1,2 _* (R_zan + R_zab)_max

einzuhalten, so daß sich ein kompakter Aufbau ergibt, der ein einfaches Kapseln der einzelnen Teile möglich macht. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Kettenradpakete 1 bzw. 2 Kettenräder mit einer linearen Abstufung von 11 bis 22 Zähnen auf.

Claims

1. Kettengetriebe für muskelkraftbetriebene Fahrzeuge, mit einem antriebsseitigen Kettenradpaket, das mit einem Tretlager in Wirkverbindung steht,
einem abtriebsseitigen Kettenradpaket, das mit dem oder den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs in Wirkverbindung steht, und
einer (ersten) Kette, die die beiden Kettenradpakete ver bindet, und die von einem Schaltwerk über die einzelnen Kettenräder der beiden Kettenradpakete verschiebbar ist,
wobei für den Abstand A der Achsen der beiden Kettenradpa kete, die einander derart gegenüberliegen, daß das Zahnrad mit dem größten Durchmesser des einen Pakets dem Zahnrad mit dem kleinsten Durchmesser des anderen Pakets gegen überliegt, und umgekehrt, gilt: A 2,1 _* (R_zan + R_zab)_maxhierbei ist (R_zan+R_zab)_max der maximale Wert der Summen der maximalen Durchmesser der miteinander jeweils in Wirk verbindung stehenden antriebsseitigen (R_zan) und abtriebs seitigen (R_zab) Kettenräder,
dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Schaltwerk vorge sehen ist, das die Kette auf die beiden Kettenradpaketen derart verschiebt, daß sie immer einander während der Wirkverbindung gegenüberliegende Kettenräder verbindet, und daß mehrere Ketten im Kraftfluß vom Tretlager mit zugehörigem Kettenblatt oder Zahnrad über das antriebs seitige Kettenradpaket, das abtriebsseitige Kettenradpaket bis zur Welle des angetriebenen Rades bzw. der angetriebe nen Räder des Fahrzeuges angeordnet sind.

2. Kettengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kettenradpakete die gleiche Zahl von Kettenrädern aufweisen und in Richtung ihrer jeweiligen Drehachse stationär angeordnet sind.

3. Kettengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kettenradpakete eine ungleiche Zahl von Kettenrädern aufweisen, und daß das Kettenradpaket mit der geringeren Zahl von Ketten rädern in Richtung seiner Drehachse verschiebbar ist.

4. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungselement vorgesehen ist, das das Schaltwerk längs einer Achse verschiebt.

5. Kettengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk zwei Leitrol len, von denen jede die Umschlingung eines Kettenrades eines Pakets sicherstellt, und eine Spannrolle zum Längen ausgleich während des Schaltvorgangs aufweist.

6. Kettengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schaltvorgang die in Kraftflußrichtung vordere Leitrolle durch das Führungs element und die hintere Leitrolle durch die Kette verscho ben werden.

7. Kettengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk eine Leitrolle und zum Längenausgleich eine Spannrolle aufweist, die außerhalb der Verbindungslinie der beiden Kettenradpakete angeordnet sind.

8. Kettengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrolle und die Spann rolle in Kraftflußrichtung gesehen hinter dem angetriebe nen Kettenradpaket angeordnet sind.

9. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Abstand A der Achsen der beiden Kettenradpakete gilt: A 1,5 _* (R_zan + R_zab)_maxhierbei ist (R_zan + R_zab)_max der maximale Wert der Summen der maximalen Durchmesser der miteinander jeweils in Wirk verbindung stehenden antriebsseitigen (R_zan) und abtriebs seitigen (R_zab) Kettenräder.

10. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der einzelnen Kettenräder der beiden Kettenradpakete derart gewählt ist, daß sich eine in etwa lineare Getriebeabstufung ergibt.

11. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das abtriebsseitige Kettenrad paket ein weiteres Kettenrad antreibt, das über eine Ab triebskette das oder die angetriebenen Räder des Fahrzeugs antreibt.

12. Kettengetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Kettenrad auf der Welle des abtriebsseitigen Kettenradpakets angeordnet ist.

13. Kettengetriebe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle des angetriebe nen Rades des Fahrzeugs ein einzige Kettenrad für die Abtriebskette angeordnet ist.

14. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Tretlager auf der gleichen Welle wie das antriebsseitige Kettenradpaket angeordnet ist.

15. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Welle des Tretla gers angeordnetes Kettenblatt über eine Antriebskette ein Kettenrad antreibt, das auf der Welle des antriebsseitigen Kettenradpakets angeordnet ist.

16. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Welle des Tretla gers angeordnetes Zahnrad mit einem Zahnrad kämmt, das auf der Welle des antriebsseitigen Kettenradpakets angeordnet ist.

17. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnkranzpakete, die Kette und das Schaltwerk gekapselt sind.

18. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnkranzpakete, und die sie verbindende Kette im Bereich des Tretlagers angeordnet sind.