DE4231761C2 - Schubstange für Schwenkbewegungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schubstange als Getriebekomponente zur direkten Erzeugung schwenkender Bewegungen, insbesondere für eine elektromechanische Fahrradgangschaltung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schubstangen als Übertragungselemente von Bewegungen sind aus den Offenlegungsschriften DE 32 44 795 A1 und GB 22 12 591 A bekannt. Es werden auch Schubstangen gezeigt, die als Zahnstangen ausgebildet sind. Speziell beim Antrieb von Schwenkhebeln bei Kettenschaltungen und bei motorisch angetriebenen Kraftfahrzeugkomponenten, wie Zentralverriegelungen, Fensterhebern etc., werden teilweise Hebelsysteme verwendet, die, da sie ausschließlich für die Bewegungsübertragung konstruiert sind, zwar billig, jedoch platzraubend eingesetzt werden. Auch war es bisher schwierig, von einem Festpunkt aus elektromotorisch Schwenkbewegungen, beispielsweise an einem Parallelogramm einer Kettenschaltung, zu erzeugen, ohne Relativbewegungen in der Hebelmechanik in Kauf zu nehmen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zur Übertragung der Stellbewegung von einem Stellmotor auf ein parallelogrammgeführtes Kettenschaltwerk bekannt. So wird in der Offenlegungsschrift DE 40 22 473 A1 die Drehbewegung vom Elektromotor über ein Getriebe auf einen, mit dem Parallelogrammarm verbundenen Gelenkkopf übertragen. Das Motor-Getriebegehäuse ist über eine Drehachse mit einem weiteren, lagefesten Gelenkkopf verbunden. Die Offenlegungsschrift FR 25 87 079 zeigt neben einer linearen Kettenumwerfmechanik auch eine Einleitung der Drehbewegung des Elektromotors in das Parallelogramm über eine Schnecke und ein am Parallelogrammarm in der Nähe des Gelenkes angeordnetes Zahnsegment. In einer weiteren Variante wird der Abstand der Parallelogrammarme durch eine motorisch angetriebene Spreizscheibe verändert, die zwischen den Parallelogrammarmen angreift. In der Patentschrift US 39 19 891 wird die Drehbewegung des Elektromotors mittels vier Getriebestufen untersetzt und am Gelenk eines Parallelogrammarmes eingeleitet und in eine Schwenkbewegung umgeformt. Die in den Druckschriften aufgezeigten Lösungen leiten die Stellbewegung in Form einer Drehbewegung direkt am Gelenkpunkt eines Parallelogrammarmes oder zwischen den zwei Gelenkpunkten eines Parallelogrammarmes ein. Diese direkte Einleitung der Drehbewegung und ihre Umformung in eine sehr kleine Schwenkbewegung am Parallelogrammarm erfordert eine entsprechend große Untersetzung mit vielen Getriebestufen und sehr hohe Stellkräfte. Besser wäre die Einleitung der Verstellkräfte direkt am horizontal beweglichen Gelenkkopf, dort wo auch die Schaltkräfte auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schubstangenmechanik zu finden, die zum einen die Stellkräfte bzw. die Schaltkräfte direkt am beweglichen Gelenkkopf einleitet und zum anderen die Schwenkbewegungen von Schwenkhebeln bzw. Parallelogrammarmen ohne äußerliche von der Bewegungsrichtung abweichende Raumbewegung von einem Getriebe antreibbar macht.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben. Als vorteilhaftes Konstruktionsdetail bei der als Ausführungsbeispiel herangezogenen Kettenschaltung ergibt sich die Möglichkeit, das gekapselte Getriebe mit dem frei liegenden Parallelogramm über die besagte Schubstange in der Weise zu verbinden, dass nur geringe Mittel erforderlich sind, das gekapselte Getriebe am Austrittsfenster im Gehäuse für die Schubstange während ihrer Bewegung gegen Schmutz abzudichten.

Da die gekrümmte Schubstange als Hohlradsegment mit einem nicht vorhandenen Drehpunkt, also als Getriebeelement anzusehen ist, ergibt sich eine Einsparung an Teilen im Untersetzungsgetriebe und die Möglichkeit der weiteren Miniaturisierung des Getriebes, was bei Fahrradkomponenten von Bedeutung ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale hinsichtlich der funktionsbestimmenden Ausgestaltung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines mit Skizzen veranschaulichten Ausführungsbeispiels einer elektromechanisch verstellbaren Kettenschaltung für Fahrräder veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Skizze mit dem geöffneten Gehäuse für den elektromechanischen Antrieb und die Elemente für die Steuerung des Parallelogramms einer Kettenschaltung;

Fig. 2 den Antrieb gemäß Fig. 1 mit einer Stellung des Parallelogramms in der gegenüberliegenden Extremposition;

Fig. 3 eine Schubstange mit modifizierten Anschlagverhältnissen.

Für einen elektromechanischen Antrieb 1, beispielsweise einer Kettenschaltung, ist ein Gehäuse 2 vorgesehen, welches über ein Gelenk 9 direkt oder oder aber über eine Lasche 4 mit dem hier nicht veranschaulichten Fahrradrahmen verbunden ist. Dieses Gehäuse 2 ist beispielsweise mit einem hier nicht gezeigten Deckel verschließbar und beinhaltet einen Elektromotor 5 und ein Getriebe 3, das aus einem Antriebsritzel 7, einem Getrieberad 21, einem Getrieberad 23 und schließlich aus einer Schubstange 25 mit einer Verzahnung 27 besteht. Das Gehäuse 2 weist einen Fortsatz 6 auf, auf dem zwei Schwenkhebel 11 und 13 mit Gelenken 17 und 19 schwenkbar gelagert sind. Die Schwenkhebel 11 und 13 bilden zusammen mit dem Fortsatz 6 und einem unteren Gelenkkopf 15, mit welchem diese Schwenkhebel 11 und 13 über Gelenke 29 und 31 verbunden sind, ein an sich bekanntes Parallelogramm.

Das Getriebe 3 ist mit einem der beiden Schwenkhebel - hier 11 - über die Schubstange 25 verbunden, welche in der Nähe des Gelenkes 29 am unteren Gelenkkopf 15 eine Koppelstelle 33 aufweist, die durch eine mit der Schubstange 25 verbundene Koppelbuchse 35 in Gelenkform ausgebildet ist. Die Konturen der Schubstange weisen Krümmungen mit Radien auf, deren gemeinsamer Mittelpunkt das Gelenk 17 darstellt. Innerhalb des Getriebes 3 ist die Lage der Schubstange 25 dadurch definiert, dass diese mit dem Rücken auf einem Gegenlager 37 abrollt, während sie auf der konkaven Seite mit ihrer Verzahnung 27 am Antriebsrad 23 festgehalten wird. Wird der Elektromotor 5 bestromt, so dreht sich mit seiner Antriebswelle mit dem Antriebsritzel 7 auch das mit diesem über eine Schneckenverzahnung verbundene Getrieberad 21 und das mit diesem starr verbundene Antriebsrad 23, wodurch sich die Schubstange 25 langsam zwischen dem Antriebsrad 23 und dem Gelenklager 37 hindurch bewegt. Sie tut dies solange, wie der Motor läuft, längstens aber bis die Nase 41 gegen den Anschlag 47 oder gegen das Gelenklager 37 anläuft. Die Anschlagpunkte 47 und 37 bzw. 41 können zum Zwecke der Justierung der Schaltung verstellbar sein, wodurch es möglich wird, ein mit dem unteren Gelenkkopf 15 verbundenes Kettenleitwerk 39 so zu justieren, dass die Kette genau zwischen dem größten und dem kleinsten Zahnkranz des hier nicht dargestellten Zahnkranzpaketes an der Hinterradnabe hin und her umwerfbar ist. Der Elektromotor 5 arbeitet als Schrittmotor und stoppt in jeder gewünschten Stellung, wodurch sich die vom Fahrer beispielsweise durch Knopfdruck gewählten Gänge einstellen.

Die Koppelstelle 33 kann an jeder beliebigen Stelle des Schwenkhebels 11 angeordnet sein; die Funktion des Antriebs hinsichtlich der Größe der Schaltschritte und der übertragbaren Kräfte wird aber um so besser, je größer der Abstand der Koppelstelle 33 vom Gelenk 17 ist. Dies bedeutet auch einen größeren Krümmungsradius der Schubstange 25 und dadurch eine höhere Untersetzung im Getriebe 3. Innerhalb des Bewegungsspielraumes ragt die Schubstange 25 nur so weit aus einem Fenster 51 im Gehäuse 2 heraus, wie es aufgrund der jeweiligen Parallelogrammstellung notwendig ist. Durch die hohe Übersetzung des selbsthemmenden Getriebes 3 kann durch zeitlich definierte Laufdauer des Motors die jeweils für den gewünschten Gang erforderliche Stellung des unteren Gelenkkopfes 15 angefahren werden. Mit diesem ist das vorerwähnte Kettenleitwerk 39 über ein Gelenk 49 in an sich bekannter Weise verbunden, wobei das Gelenk 49 eine hier nicht gezeigte Feder enthält, die zum Spannen der hier ebenfalls nicht gezeigten Antriebskette das Kettenleitwerk 39 verdreht.

Eine Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 steht für die übrigen Ausführungsvarianten, die sich von den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Endanschlägen unterscheiden. Hier wird innerhalb des Getriebes 3 ein gehäusefester Anschlagbolzen 43 angebracht, der mit einem in den Radien der Schubstange 25 ausgeführten Langloch 45 zusammenwirkt und in den Extremstellungen je einen Anschlag ermöglicht. Der Anschlagbolzen 43 durchgreift im gezeigten Beispiel gemäß Fig. 3 die Schubstange 25 und ist erforderlichenfalls in seiner Lage verstellbar, wodurch sich die bereits vorher beschriebene Justierung des Kettenleitwerkes 39 zum Zahnkranzpaket darstellen läßt.

Claims (9)

1. Schubstange als Getriebekomponente zur Erzeugung schwenkender Bewegungen, insbesondere für eine elektromechanische Fahrrad- Gangschaltung, die ein am Rahmen befestigtes, einen Elektromotor und ein Untersetzungsgetriebe enthaltendes Gehäuse aufweist, welches mit zwei Schwenkhebeln und einem unteren Gelenkkopf ein Parallelogramm bildet, wobei am unteren Gelenkkopf ein Kettenleitwerk drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schubstange (25) den elektromechanischen Antrieb (1) mit einem der beiden Schwenkhebel (11) des Parallelogramms verbindet und eine Krümmung aufweist, deren Radius dem Abstand vom Gelenk (17) zur Koppelstelle (33) entspricht.

2. Schubstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (1) in einem Gehäuse (2) angeordnet ist, welches im wesentlichen staub- und schmutzdicht verschließbar ist und welches ein Fenster (51) für die Schubstange (25) aufweist, das dem Querschnitt der Schubstange (25) zuzüglich eines Bewegungsspiels entspricht.

3. Schubstange nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (25) eine Verzahnung (27) aufweist, die mit einem Antriebsrad (23) zusammenwirkt.

4. Schubstange nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (25) durch ein Gegenlager (37) in Verbindung mit dem Antriebsrad (23) und der Koppelstelle (33) als Segment eines Getrieberades wirkt.

5. Schubstange nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstelle (33) über die Koppelbuchse (35) als Gelenk ausgebildet ist, welches theoretisch keine Winkelbewegung durchläuft.

6. Schubstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstelle (33) den Schwenkhebel (11) und die Schubstange (25) starr verbindet.

7. Schubstange nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel (11) und die Schubstange (25) einteilig ausgebildet sind.

8. Schubstange nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (25) im Inneren des Gehäuses (2) in ihrem Hub durch eine Nase (41) begrenzt wird, die einmal gegen einen Anschlag (47) und einmal gegen das Gegenlager (37) anläuft.

9. Schubstange nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (25) ein Langloch (45) aufweist, welches ein Anschlagbolzen (43) durchgreift und so die beiden Extremstellungen der Schubstange (25) festlegt.