DE60209410T3

DE60209410T3 - Schaltstellungsanzeigevorrichtung für ein Fahrrad

Info

Publication number: DE60209410T3
Application number: DE60209410T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Fujii
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2022-08-02
Also published as: EP1281611B1; CN100347037C; ATE318753T1; DE60209410T2; CN1400135A; DE60209410D1; EP1281611A2; EP1281611A3; US6993995B2; TW590950B; US20030024339A1; JP3501781B2; JP2003040187A; EP1281611B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Fahrräder und insbesondere eine Schaltpositioniervorrichtung zum Positionieren des Betätigungselementes einer Fahrradgangschaltung.
Fahrradgangschaltungen beinhalten innenliegende Gangschaltungen und außenliegende Gangschaltungen. Innenliegende Gangschaltungen beinhalten für gewöhnlich einen in die hintere Laufradnabe eingebauten Planetengetriebemechanismus. Außenliegende Gangschaltungen weisen für gewöhnlich eine Mehrfachkettenräderkassette auf, die an der hinteren Laufradnabe oder der Kurbel angebracht ist, und ein Umwerfer führt eine Kette über die Vielzahl von Kettenrändern. In jedem Fall ist ein Schaltsteuerkabel mit der Gangschaltung und mit einer am Fahrradrahmen angebrachten Schaltsteuervorrichtung verbunden. In der Vergangenheit wurde die Schaltsteuervorrichtung vom Fahrer betätigt, um einen gewünschten Gang der Gangschaltung auszuwählen.
In letzter Zeit wurden automatische Fahrradgangschaltungen entwickelt, welche die Gangschaltung automatisch auf höhere Übersetzungsverhältnisse umschalten, wenn sich das Fahrrad mit großen Geschwindigkeiten bewegt, und welche die Gangschaltung auf niedrigere Übersetzungsverhältnisse umschalten, wenn sich das Fahrrad mit niedrigen Geschwindigkeiten bewegt. Derartige automatische Gangschaltungen sind für gewöhnlich mit einem Elektromotor zur Betätigung des Schaltsteuerkabels, einem Geschwindigkeitssensor zum Erfassen der Fahrradgeschwindigkeit, einer Schaltsteuervorrichtung, die einen Mikrocomputer zum Steuern des Elektromotors reagierend auf die Fahrradgeschwindigkeit enthält, und einem Gehäuse ausgerüstet, das am Fahrradrahmen befestigt ist und dazu dient, diese Bauteile aufzunehmen.
Eine Schaltpositioniervorrichtung für eine bekannte Schaltsteuervorrichtung weist auf: ein Basiselement, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, einen Wickelkörper, der mit dem Basiselement drehbar verbunden ist, um das Schaltsteuerkabel aufzuwickeln, ein Positionierelement, das am Wickelkörper zurückgehalten ist und dem erlaubt ist, sich in axialer Richtung zu bewegen, ein Freigabeelement, das benachbart zum Positionierelement angeordnet ist und am Basiselement drehbar angebracht ist, einen Elektromotor und einen Untersetzungsmechanismus, welcher die Drehzahl des Elektromotors untersetzt und dann an das Freigabeelement überträgt. Das Positionierungselement ist durch ein Vorspannelement gegen das Freigabeelement in axialer Richtung vorgespannt. Das Freigabeelement ist letztendlich mit dem Wickelkörper verbunden, wobei es ihm dabei gestattet ist, dass es ein spezifisches Spiel in Drehrichtung hat.
Das Positionierelement und das Basiselement weisen Gegenstückflächen auf, die einander in Axialrichtung zugewandt sind und einen Positioniermechanismus bilden, welcher das Positionierelement gemäß den Gangstufen positioniert. Das Positionierelement und das Freigabeelement weisen ebenfalls Gegenstückflächen auf, die einander in axialer Richtung zugewandt sind, um einen unidirektionalen Verriegelungsmechanismus zu bilden, so dass sich das Positionierelement, das Freigabeelement und der Wickelkörper als Einheit drehen, wenn sich das Freigabeelement in Aufwickelrichtung des Schaltsteuerkabels dreht. Der unidirektionale Verriegelungsmechanismus gibt ebenfalls das Positionierelement aus seiner aktuellen Position frei, wenn sich das Verriegelungselement in der Abwickelrichtung des Schaltsteuerkabels dreht, so dass sich der Wickelkörper in Abwickelrichtung des Schaltsteuerkabels dreht. Sowohl der unidirektionale Verriegelungsmechanismus als auch der Positioniermechanismus weisen eine Mehrzahl von in entgegengesetzten Richtung geneigten, die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisenden Nockenflächen auf, und diese sind derart ausgebildet, dass die Nockenflächen des unidirektionalen Verriegelungsmechanismus höher sind als die Nockenflächen des Positioniermechanismus.
Wenn bei einem auf diese Weise konfigurierten Mechanismus das Freigabeelement durch den Elektromotor in Kabelwickelrichtung gedreht wird, dreht das Freigabeelement das Positionierelement und bewirkt, dass sich die Nockenflächen des Positioniermechanismus des Positionierelementes über die Nockenflächen des Positioniermechanismus des Basiselementes bewegen. Danach kommen die Nockenflächen des Positioniermechanismus des Positionierelementes erneut mit den Nockenflächen des Positioniermechanismus des Basiselementes in Eingriff, jedoch haben sich dieses Mal das Positionierelement, und somit der Wickelkörper, um das Äquivalent einer einzigen Gangstufe in Kabelzugrichtung gedreht. Das Schaltsteuerkabel wird in ähnlicher Weise um das Äquivalent von einer einzigen Gangstufe eingezogen.
Wenn das Freigabeelement in Kabelabwickelrichtung gedreht wird, wird das Positionierelement durch die Nockenflächen des unidirektionalen Verriegelungsmechanismus in axialer Richtung bewegt, und das Positionierelement wird vom Basiselement freigegeben, da die Nockenflächen des unidirektionalen Verriegelungsmechanismus höher sind als die Nockenflächen des Positioniermechanismus. Danach kommen die Nockenflächen des Positioniermechanismus des Positionierelementes erneut mit den Nockenflächen des Positioniermechanismus des Basiselementes in Eingriff, jedoch haben sich dieses Mal das Positionierelement und somit der Wickelkörper um das Äquivalent von einer einzigen Gangstufe in Kabelabwickelrichtung gedreht. Das Schaltsteuerkabel wird in gleicher Weise um das Äquivalent von einer einzigen Gangstufe freigegeben.
Bei derartigen Vorrichtungen wird die Position des Wickelelementes durch eine Axialbewegung eines Positionierelementes relativ zu einem Freigabeelement gesteuert, und ein Vorspannmechanismus muss vorgesehen sein, um das Positionierelement und das Freigabeelement zueinander hin vorzuspannen. Demgemäß muss ein Zwischenraum vorgesehen sein, um einer derartigen axialen Bewegung Rechnung zu tragen, sowie auch der Vorspannmechanismus. Dies macht es schwierig, eine in axialer Richtung kompakte Vorrichtung herzustellen.
Dokument WO-A-00/07871 offenbart einen Schalter für eine Fahrrad-Gangwechselvorrichtung, aufweisend ein Gehäuse, das ausgebildet ist, um mit einem Fahrrad verbunden zu werden, einen ersten Drehkörper in der Form eines Wickelkörpers, einen zweiten Drehkörper in der Form eines Klinkensteuerelementes, ein Positionierelement, das am Gehäuse befestigt ist und eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, eine Klinke, die für eine Bewegung mit dem Wickelkörper verbunden ist, wobei die Klinke sich zwischen der einer Positionierelement-Eingreifposition und einer Positionierelement-Freigabeposition bewegt, und einen Klinkenvorspannmechanismus, der die Klinke in Richtung der Positionierelement-Eingreifposition vorspannt. Dokument DE-C-1902021 offenbart eine innenliegendes Nabenrad mit einer Klinke und einem Klinkensteuerelement, das eine Klinkensteueröffnung aufweist, wobei die Klinkensteueröffnung eine bogenförmige Öffnung ist, die einen Öffnungsabschnitt von kleinerem Durchmesser und einen Öffnungsabschnitt von größerem Durchmesser und sowie geneigte Fläche zwischen dem Öffnungsabschnitt von kleinerem Durchmesser und den Öffnungsabschnitt von größerem Durchmesser aufweist, wobei die Klinkensteueröffnung die Bewegung der Klinke steuert.
INHALT DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Schaltpositioniervorrichtung für eine Fahrradgangschaltung, welche erlaubt, dass die Vorrichtung kompakter als bekannte Vorrichtungen aufgebaut ist, und zwar gemäß Anspruch 1.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades, das eine spezielle Ausführungsform einer Fahrradgangschaltung gemäß der Erfindung beinhaltet;
2 stellt dar, wie eine Schaltsteuereinrichtung, eine Schaltsteuereinheit, ein Generator und eine Gangschaltung miteinander verbunden sind;
3 ist ein seitlicher Querschnitt der in 2 dargestellten Schaltsteuereinheit;
4 ist eine Querschnittsansicht von oben der in 2 dargestellten Schaltsteuereinheit;
5 eine Schnittperspektive einer Positioniereinheit;
6 eine Draufsicht einer Positioniereinheit bei offenem zweiten Gehäuseelement;
7 eine Ansicht entlang Linie VII-VII von 5;
8 eine explodierte perspektivische Ansicht der Positioniervorrichtung;
9(A)–9(D) Diagramme, welche die Art und Weise darstellen, auf welche die Positioniervorrichtung in Abwärtsschaltrichtung bewegt wird;
10(A)–10(D) Diagramme, welche die Art und Weise darstellen, auf welche die Positioniervorrichtung in Aufwärtsschaltrichtung bewegt wird;
11 ist eine perspektivische Ansicht der Schaltsteuereinrichtung;
12 ist eine Reihe von Tabellen, welche die Schaltkennzahlen für verschiedene automatische Schaltmodi darstellen;
13 ist ein schematisches Blockdiagramm der Schaltsteuervorrichtung;
14 stellt dar, wie die Schaltsteuereinrichtung, die Schaltsteuereinheit, der Generator und die Gangschaltung miteinander verbunden sind, und zwar bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
15 ist eine Draufsicht der Schaltsteuereinrichtung und der Schaltsteuereinheit, die in 14 dargestellt sind;
16 stellt dar, wie die Schaltsteuereinrichtung, die Schaltsteuereinheit, der Generator und die Gangschaltung miteinander verbunden sind, und zwar bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
17 ist eine Ansicht, welche der Ansicht entlang Linie VII-VII von 5 entspricht, und zwar für eine weitere Ausführungsform einer Positioniervorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades, das eine spezielle Ausführungsform einer elektronischen Fahrradgangschaltung gemäß der Erfindung beinhaltet. Das Fahrrad ist ein Freizeitfahrrad, das aufweist: einen Rahmen 1, welcher einen aus verschweißten Rohren ausgebildeten Doppelschleifen-Rahmenkörper 2 aufweist, eine Vordergabel 3, die am Rahmenkörper 2 drehbar angebracht ist, einen Lenker 4, eine Antriebskomponente 5, ein Vorderrad 6, an dem eine Dynamonabe 8 mit Bremsen angebracht ist, ein Hinterrad 7, an welchem eine innenliegende Schaltnabe 10 angebracht ist, einen Sattel 11, eine Schaltsteuereinheit 12, um das Schalten der innenliegenden Schaltnabe 10 zu steuern, und eine Schaltsteuereinrichtung 20, um die Schaltsteuereinheit 12 manuell zu betätigen.
Der Lenker 4 weist einen Lenkervorbau 14, der am oberen Teil der Vordergabel 3 befestigt ist, und eine Lenkstange 15 auf, die am Lenkervorbau 14 befestigt ist. Bremshebel 16 und Griffe 17 sind an beiden Enden der Lenkstange 15 angebracht. Bei dieser Ausführungsform ist die Schaltsteuereinrichtung 20 mit dem rechten Bremshebel 15 integral ausgebildet. Die Antriebskomponente 5 weist auf: eine Kurbel 37, die am unteren Teil (Tretlageraufnahme) des Rahmenkörpers 2 angebracht ist, und eine Kette 38, die mit der Kurbel 37 und der innenliegenden Schaltnabe 10 in Eingriff ist. Die innenliegende Schaltnabe 10 ist in der Lage, drei Gangstufen zu erzeugen, welche eine niedrige Gangstufe (Gang 1), eine mittlere Gangstufe (Gang 2) und eine hohe Gangstufe (Gang 3) beinhalten. Diese drei Gangstufen können mittels einer Positioniereinheit 29 (3) in der Schaltsteuereinheit 12 gewählt werden. Die Dynamonabe 8 des Vorderrades 6 kann mit einer Vorderbremse vom Rollentyp ausgerüstet sein, und sie beherbergt einen Wechselstromgenerator 19 (14), der reagierend auf die Rotation des Vorderrades 6 Elektrizität erzeugt. Wie in 2 dargestellt, ist die Schaltsteuereinheit 12 mit dem in der Dynamonabe 8 untergebrachten Wechselstromgenerator 19 durch eine elektrische Verdrahtung 40 elektrisch verbunden, und ist mit der Schaltsteuereinrichtung 20 durch eine elektrische Verdrahtung 41 elektrisch verbunden. Die Schaltsteuereinheit 12 ist mit der innenliegenden Schaltnabe 10 durch ein Schaltsteuerkabel 42 mechanisch verbunden.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, weist die Schaltsteuereinheit 12 ein Lampengehäuse 13 auf, das an einer Lampenstrebe 3a montiert ist, die sich auf halbem Weg entlang der Vordergabel 3 befindet, um eine Lampe 18 unterzubringen. Die Positioniereinheit 29 und eine Schaltungseinheit 30 sind im Lampengehäuse 13 untergebracht. Die Schaltungseinheit 30 weist ein Schaltsteuerelement 25 (12) auf, das einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem RAM, einem ROM und einer Ein-/Ausgabeschnittstelle beinhaltet.
Wie in den 5 bis 8 dargestellt, weist die Positioniereinheit 29 auf: ein Gehäuse 50; einen ersten Drehkörper in Form eines Wickelkörpers 51, der um eine Spindel 58 drehbar angebracht ist; ein Positionierelement 52, das am Gehäuse 50 befestigt ist; ein Klinkenelement 53, das am Wickelkörper 51 angebracht ist, um sich zwischen einer (verriegelten) Positionierelement-Eingreifposition und einer (getrennten) Positionierelement-Freigabeposition zu drehen; ein kreisförmiges Federelement (54), welches das Klinkenelement 53 in Richtung der Positionierelement-Eingreifposition vorspannt; einen zweiten Drehkörper in Form eines Klinkensteuerelementes 55, das um die Spindel 58 herum drehbar angebracht ist, um die Bewegung des Klinkenelementes 53 zwischen der Positionierelement-Eingreifposition und der Positionierelement-Freigabeposition zu steuern; eine Positionserfassungseinrichtung 56 zum Erfassen der Position des Klinkensteuerelementes 55; und einen elektrischen Antriebsmechanismus 57 zum Antreiben des Klinkensteuerelementes 55.
Das Gehäuse 50 kann am Fahrrad mittels des Lampengehäuses 13 montiert werden. Das Gehäuse 50 enthält ein erstes Gehäuseelement 60, ein zweites Gehäuseelement 61, an dem das erste Gehäuseelement 60 verschraubbar befestigt ist, und ein Abdeckungselement 62, das am zweiten Gehäuseelement 61 verschraubbar befestigt ist. Das erste Gehäuseelement 60 begrenzt einen eine offene Seite aufweisenden ersten rechteckigen Speicherraum 60a mit einem auf der Unterseite ausgebildeten Bossen-Bauelement 60b. Das eine Ende der Spindel 58 ist nicht-drehbar an diesem Bossen-Bauelement 60b befestigt, und das andere Ende der Spindel 58 ist durch das Abdeckungselement 62 gelagert. Das zweite Gehäuseelement 61 deckt den ersten Aufnahmeraum 60a des ersten Gehäuseelementes 60 ab und bildet einen zylindrischen zweiten Aufnahmeraum 61a. Eine kreisförmige Öffnung 61b, welche einen Durchgang durch den ersten Aufnahmeraum 60a begrenzt, ist in der Mitte des zweiten Aufnahmeraums 61a ausgebildet. Ein äußeres Verriegelungselement 61c (5), an dem eine Kabelhülle 62b des Schaltsteuerkabels 42 befestigt ist, ist ausgebildet, um sich aus der Seite des zweiten Gehäuseelementes 61 heraus zu erstrecken. Ein Elektromotor 70 des elektrischen Antriebsmechanismus 57 ist in einer Weise angebracht, dass er das erste Gehäuseelement 60 und das zweite Gehäuseelement 61 überspannt.
Der Wickelkörper 51 weist ein Kabelaufwickelelement 53 auf, das im zweiten Aufnahmeraum 61a angeordnet ist, sowie ein Klinkenbefestigungselement 64, das im ersten Aufnahmeraum 60a angeordnet ist. Ein Keilprofil 63c, das auf einer Innenumfangsfläche des Kabelaufwickelelementes 63 ausgebildet ist, kommt mit einem ein Gegenstück bildenden Keilprofil 64e in Eingriff, das auf einer Außenumfangsfläche einer Spindel 64c des Klinkenbefestigungselementes 64 ausgebildet ist, um das Kabelaufwickelelement 63 mit dem Klinkenbefestigungselement 64 nicht-drehbar zu verbinden.
Das Kabelaufwickelelement 63 weist beispielsweise ein aus Kunststoff bestehendes tropfenförmiges zylindrisches Element auf, welches ein Kabelverriegelungselement 63a in Form einer zylindrischen Öffnung aufweist. Das Kabelverriegelungselement 63a verriegelt eine Kabelendwulst 42c, die am Ende der Kabelseele 42a des Schaltsteuerkabels 42 befestigt ist. Eine Kabelaufwickelnut 63b, um die herum die Kabelseele 42a gewunden ist, ist auf der Außenumfangsfläche des Kabelaufwickelelementes 63 ausgebildet.
Das Klinkenbefestigungselement 64 ist ein zylindrisches Metallelement, welches einen Abschnitt 64b von großem Durchmesser und eine Spindel 64c aufweist. Der einen großen Durchmesser aufweisende Abschnitt 64b weist eine Außenumfangsfläche auf, die ein im Wesentlichen zylindrisches Klinkenträgerelement 64a definiert, welches das Klinkenelement 53 drehbar aufnimmt. Eine kreisförmige Nut 64d, in welcher die Feder 54 montiert ist, ist ebenfalls auf der Außenumfangsfläche des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 64b ausgebildet. Ein Verriegelungsstift 64h (7) erstreckt sich von dem einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 64b in eine Öffnung 55c im Klinkensteuerelement 55, um das Klinkenbefestigungselement 64 (und somit das Kabelaufwickelelement 63) mit dem Klinkensteuerelement 55 zu verriegeln. Die Spindel 64c erstreckt sich durch die Öffnung 61b im zweiten Gehäuseelement 61 hindurch und kommt mit dem Kabelaufwickelelement 63 in Eingriff, wie zuvor beschrieben wurde. Ein wasserdichter O-Ring 59a ist zwischen einer kreisförmigen Nut 64f, die in der Außenumfangsfläche der Spindel 64c ausgebildet ist, und der die Öffnung 61b bildenden Fläche ausgebildet. Ein weiterer wasserdicht abschließender O-Ring 59b ist zwischen einer weiteren kreisförmigen Nut 64g ausgebildet, die auf der Außenumfangsfläche der Spindel 64c und der Spindel 58 ausgebildet ist. Der O-Ring 59a verhindert, dass Flüssigkeit vom zweiten Aufnahmeraum 61a in den ersten Aufnahmeraum 60a fließt, und der O-Ring 59b verhindert, dass Flüssigkeit von außen her in den ersten Aufnahmeraum 60a hineinfließt.
Bei dieser Ausführungsform wird das Positionierelement 52 verwendet, um den Wickelkörper 51, und somit die Kabelseele 42a des Schaltsteuerkabels 42, bei drei Gangstufenpositionen mittels des Klinkenelementes 53 zu positionieren. Das Positionierelement 52 ist ein im Wesentlichen rechteckiges Metallplattenelement, welches eine im Wesentlichen kreisförmige Positionieröffnung 52a aufweist. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die Positionieröffnung 52a durch die Ecke des Positionierelementes 52 hindurch (ist bei dieser ausgeschnitten). Dies ist deshalb so, um einen Konflikt mit anderen Strukturkomponenten zu vermeiden, und es besteht keine Notwendigkeit, bei Abwesenheit eines Konfliktes die Ecke auszusparen. Drei Positionierelemente in Form von Vorsprüngen (52b, 52c und 52d) erstrecken sich von der Innenumfangsfläche der Positionieröffnung 52a in radialer Richtung nach innen und sind in regelmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung (Drehrichtung) angeordnet, um die gewünschte Positionierung der Kabelseele 42a des Schaltsteuerkabels 42 zu bewerkstelligen. Der Vorsprung 52b ist an der Vorderseite der Kabelwickelrichtung A positioniert, der Vorsprung 52c ist in der Mitte der Kabelwickelrichtung A positioniert, und der Vorsprung 52d ist am Ende der Kabelwickelrichtung A positioniert. Eine typische innenliegende Schaltnabe 10 mit drei Gangstufen befindet sich in einer niedrigen Gangposition, ohne dass am Schaltkabel 42 gezogen wird, und die Nabe 10 schaltet in die mittlere und die hohe Gangschaltposition, indem an der Kabelseele 42a des Schaltsteuerkabels 42 gezogen wird. Somit bewerkstelligt der Vorsprung 52b die niedrige Gangstufe, der Vorsprung 52c bewerkstelligt die mittlere Gangstufe und der Vorsprung 52d bewerkstelligt die hohe Gangstufe. Selbstverständlich hängt die Anzahl der Vorsprünge von der Anzahl der Gangstufen ab und kann beispielsweise 7 bis 9 (oder mehr) Vorsprünge umfassen, um modernen Naben Rechnung zu tragen.
Das Klinkenelement 53 ist ein Metallelement, das eine Drehung zwischen einer Positionierelement-Eingreifposition, bei welcher das vordere Ende 53b der Klinke 53 in radialer Richtung nach außen vorsteht, um mit einem der drei Vorsprünge 52b bis 52d in Eingriff zu kommen, und einer Positionierelement-Freigabeposition ausführt, bei der das vordere Ende 53b der Klinke 53 in radialer Richtung nach innen angeordnet ist und von jedem der drei Vorsprünge 52b bis 52d außer Eingriff ist. Das Klinkenelement 53 beinhaltet eine Nut 53c, welche eine Feder 54 in allgemein bekannter Weise aufnimmt, derart, dass die Klinke 53 zur Positionierelement-Eingreifposition hin vorgespannt wird. Die Positionierelement-Freigabeposition ermöglicht dem Wickelkörper 51, sich in der Kabel-Abwickelrichtung B zu drehen, jedoch ist in der Positionierelement-Eingreifposition verhindert, dass sich der Wickelkörper 51 in der Kabelabwickelrichtung B dreht. Andererseits verhindert die Positionierelement-Eingreifposition nicht, dass sich der Wickelkörper 51 in der Kabelaufwickelrichtung A dreht. Insbesondere ist das Klinkenelement 53 im Klinkenträgerelement 64a des Klinkenbefestigungselementes 64 drehbar angebracht, und der Drehmittelpunkt 53a (6) der Klinke 53 ist in Kabelaufwickelrichtung A hinter dem vorderen Ende 53b angeordnet. Dies ermöglicht, dass sich das vordere Ende 53b des Klinkenelementes 53 in radialer Richtung nach innen in die Positionierelement-Freigabeposition bewegt, wenn sich das Aufwickelelement 51 in Kabelaufwickelrichtung A dreht und das vordere Ende 53b des Klinkenelementes 53 mit dem Vorsprung 52b in Kontakt ist. Im Gegensatz dazu ist, wenn sich das Aufwickelelement 51 in der Kabelabwickelrichtung B dreht und sich die Klinke 53 in der Positionierelement-Eingreifposition befindet, das vordere Ende 53a der Klinke 53 mit dem Vorsprung 52b in Eingriff und verhindert ein weiteres Drehen des Wickelkörpers 51.
Das Klinkensteuerelement 55 ist ein scheibenförmiges Metallelement, welches Außenumfangs-Getriebezähne 55a aufweist, die mit dem elektrischen Antriebsmechanismus 57 in Eingriff sind. Das Klinkensteuerelement 55 ist an der Drehspindel 58 koaxial mit dem Wickelkörper 51 angebracht. Wie in 8 dargestellt, sind auf der Seitenfläche des Klinkensteuerelementes 55 ausgebildet: eine Klinkensteueröffnung 55b, welche die Bewegung der Klinke 53 zwischen der Positionierelement-Eingreifposition und der Positionierelement-Freigabeposition steuert; eine bogenförmige Verriegelungsöffnung 55c, welche mit dem Verriegelungsstift 64h des Klinkenbefestigungselementes 64 in Eingriff kommt; und ein Verriegelungsloch 55d, welches mit einem Verriegelungsstift 69 eines Positioniersensors 56 in Eingriff kommt.
Die Klinkensteuerungsöffnung 55b ist eine bogenförmige Öffnung, welche einen Öffnungsabschnitt 55e von geringem Durchmesser und einen Öffnungsabschnitt 55f von großem Durchmesser aufweist, der in Kabelaufwickelrichtung A vor dem Öffnungsabschnitt 55e von geringem Durchmesser angeordnet ist. Ein Klinkensteuerelement, welches eine geneigte Fläche 55g beinhaltet, ist zwischen dem einen geringen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt 55e und dem einen großen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt 55f ausgebildet. Wenn das vordere Ende 53a des Klinkenelementes 53 im den kleinen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt 55e angeordnet ist, dann wird das Klinkenelement 53 in der Positionierelement-Freigabeposition gehalten. Wenn sich das vordere Ende 53a des Klinkenelementes 53 im den großen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt 55f befindet, dann wird dem Klinkenelement 53 ermöglicht, sich zur Positionierelement-Eingreifposition hin zu bewegen. Demgemäß wird, wenn sich das Klinkensteuerungselement 55 in der Kabelabwickelrichtung B relativ zum Klinkenbefestigungselement 64 dreht und die geneigte Fläche 55g das vordere Ende 53a des Klinkenelementes 53 passiert, das Klinkenelement 53 in die Positionierelement-Freigabeposition gedrängt, und es wird dem Wickelkörper 51 gestattet, sich als Ergebnis der Vorspannkraft der Kabelseele 42a des Schaltsteuerkabels 42 in der Kabelabwickelrichtung B zu drehen. Wenn andererseits sich das Klinkensteuerungselement 55 in der Kabelabwickelrichtung A relativ zum Klinkenbefestigungselement 64 dreht und sich die geneigte Fläche 55g am vorderen Ende 53a des Klinkenelementes 53 vorbeibewegt, dann wird es dem Klinkenelement 53 gestattet, sich gemäß der Vorspannkraft einer Feder 54 in die Positionierelement-Eingreifposition zurückzudrehen.
Die Verriegelungsöffnung 55c ist eine bogenförmige Öffnung, welche mit dem Verriegelungsstift 64h in Eingriff kommt, so dass das Klinkensteuerungselement 55 den Wickelkörper 51 in einer nachstehend erläuterten Weise in der Kabelaufwickelrichtung A drehen kann. Da der Wickelkörper 51 normalerweise durch die Kabelseele 42a des Schaltsteuerkabels 42 in Kabelabwickelrichtung B vorgespannt ist, kommt der Verriegelungsstift 64h normalerweise mit der linken Kante der Verriegelungsöffnung 55c in Kontakt. Die Länge der Verriegelungsöffnung 55c in Umfangsrichtung ist größer als der Umfangsspalt zwischen den Vorsprüngen 52b.
Die Positionserfassungseinrichtung 56 ist zwischen dem Klinkensteuerungselement 55 und der Unterseite des ersten Gehäuseelementes 60 angeordnet. Die Positionserfassungseinrichtung 56 beinhaltet ein rotierendes Positionselement 66 und ein feststehendes Positionselement 67, wobei das feststehende Positionselement 67 an einem ersten Gehäuseelement 60 befestigt ist. Ein Bürste 68 ist auf der Oberfläche des Drehpositionselementes 66 dem feststehenden Positionselement 67 zugewandt angebracht, und der Verriegelungsstift 69 ist auf der Fläche des rotierenden Positionselementes 66 angebracht, welche dem Klinkensteuerelement 55 zugewandt ist. Die Bürste 68 weist drei miteinander leitend verbundene und parallel zueinander angeordnete Bürstenkontakte 68a, 68b und 68c auf. Die Bürste 68 ist in elektrischem Kontakt mit dem feststehenden Positionselement 67 und sorgt für das Aufbringen einer sanften Bremskraft auf das rotierende Positionselement 66 und somit auf das Klinkensteuerelement 55.
Der Verriegelungsstift 69 des rotierenden Positionselementes 66 ist in Eingriff mit dem Verriegelungsloch 55d des Klinkensteuerelementes 55, so das sich das rotierende Positionselement 66 und das Klinkensteuerelement 55 als Einheit drehen. Die Länge des Verriegelungsloches 55d in Drehrichtung ist geringfügig größer als der Durchmesser des Verriegelungsstiftes 69. Daher ist ein gewisses Spiel (Zwischenraum) in Drehrichtung zwischen dem Verriegelungsloch 55 und dem Verriegelungsstift 69 ausgebildet. Das Vorhandensein eines derartigen Spieles zusammen mit der durch die Bürste 68 gelieferten Bremskraft ermöglicht, dass sich das rotierende Positionselement 66 geringfügig später zu drehen beginnt als das Klinkensteuerelement 55. Mit anderen Worten erfolgt, wenn sich beispielsweise das Klinkensteuerelement 55 in der Kabelaufwickelrichtung A dreht, ein Voreilen des Klinkensteuerelementes 55 gegenüber dem drehenden Positionselement 66, und ein Überlaufen des Klinkensteuerelementes 55 wird durch die Verzögerung erzeugt, bevor die Positionserfassungseinrichtung 56 die nächste Position erfasst. Dieses Überlaufen bewirkt eine Hubvergrößerung bei der Kabelseele 42a, wenn das Kabel aufgewickelt wird. Das heißt, die Kabelseele 42 wird geringfügig weiter als die zum Schalten der Gänge erforderliche Strecke aufgewickelt. Dieser vergrößerte Hub wird in bekannter Weise verwendet, um für eine Kompensation für lockere Maschinenelemente, einen Gangschaltungswiderstand, Fehler bei der Produktion usw. zu bewirken.
Das feststehende Positionselement 67 weist eine leitende Spur auf, welche vier feststehende Kontakte 64a bis 64d bildet, die zu bogenförmigen Formen unterschiedlicher Länge ausgebildet sind, welche mit den drei Bürstenkontakten 68a bis 68c in Kontakt kommen. Der radial am weitesten innen befindliche feststehende Kontakt 67a wird zur Erdung verwendet und erstreckt sich bogenförmig um den vollen Rotationsbereich des Klinkensteuerelementes 55. Der feststehende Kontakt 67a steht auf diese Weise permanent mit dem Bürstenkontakt 68a in Kontakt. Der feststehende Kontakt 67b befindet sich radial außerhalb des feststehenden Kontaktes 67a, um mit dem Bürstenkontakt 68b in Kontakt zu sein, wenn sich das rotierende Positionselement 66 in einer Position befindet, die einer mittleren Gangposition entspricht. Der feststehende Kontakt 67c befindet sich radial außerhalb des feststehenden Kontaktes 67b, ist jedoch mit dem feststehenden Kontakt 67b elektrisch verbunden. Der feststehende Kontakt 67c ist mit dem Bürstenkontakt 68c in Kontakt, wenn sich das rotierende Positionselement 66 in einer Position befindet, welche einer niedrigen Gangposition entspricht. Der feststehende Kontakt 67d befindet sich im gleichen Radialabstand wie der feststehende Kontakt 67c und ist mit dem Bürstenkontakt 68c in Kontakt, wenn sich das rotierende Positionselement 66 in einer Position befindet, welche einer hohen Gangposition entspricht.
Wie in 6 dargestellt, weist der elektrische Antriebsmechanismus 57 einen Elektromotor 70 (z. B. einen Gleichstrommotor) und einen Untersetzungsgetriebemechanismus 71 auf, welcher die Drehzahl des Klinkensteuerelementes 55 relativ zum Elektromotor 70 verringert (z. B. auf das 1/1500fache der Rotation des Elektromotors 70). Der Untersetzungsgetriebemechanismus 71 beinhaltet: einen Schneckenantrieb 72, der an der Antriebsspindel des Elektromotors 70 befestigt ist; ein erstes Untersetzungsgetriebe 73 mit einem Schneckenzahnrad 73a, welches mit dem Schneckenantrieb 72 in Eingriff ist; in zweites Untersetzungszahnrad 74, welches mit dem ersten Untersetzungszahnrad 73 in Eingriff ist; und ein drittes Untersetzungszahnrad 75, welches mit dem zweiten Untersetzungszahnrad 74 in Eingriff ist. Die Untersetzungszahnräder haben typischerweise ein einen großen Durchmesser aufweisendes Zahnrad und ein einen kleinen Durchmesser aufweisendes Zahnrad, und eine Verringerung der Drehzahl erfolgt, immer wenn das einen kleinen Durchmesser aufweisende Zahnrad mit dem einen großen Durchmesser aufweisenden Zahnrad eines weiteren Untersetzungszahnrades in Eingriff ist. Das einen kleinen Durchmesser aufweisende Zahnrad des dritten Untersetzungszahnrades 75 ist in Kraftübertragungsrichtung in Eingriff mit der Außenumfangsverzahnung 55a des Klinkensteuerelementes 55.
Die Funktionsweise der Positioniereinheit 29 beim Schalten von einer höheren Gangposition in eine niedrigere Gangposition ist in 9(A) bis 9(D) dargestellt. Es sei angenommen, dass sich der Wickelkörper 51 in der in 9(A) dargestellten mittleren Gangposition befindet, und es wird angestrebt, ein Schalten in die niedrige Gangposition vorzunehmen. Ein Strom wird dem Motor 70 zugeführt, so dass sich das Klinkensteuerelement 55 in der Kabelabwickelrichtung B dreht. Wenn sich das Klinkensteuerelement 55 in der Kabelabwickelrichtung B dreht, wird der Verriegelungsstift 64h von der linken Kante der Verriegelungsöffnung 55C weggezogen, und die geneigte Fläche 55g des Klinkensteuerungselementes 55 kommt in Kontakt mit dem Klinkenelement 53. Dann wird das Klinkenelement 53 in eine Positionierelement-Freigabeposition gedrängt, wie in 9(B) dargestellt, und der Wickelkörper 51 dreht sich in Kabelabwickelrichtung B, bedingt durch die Vorspannkraft der Kabelseele 42a des Schaltsteuerkabels 42, wie in 9(C) dargestellt. Wenn sich das Klinkenelement 53 an der geneigten Fläche 55g der Klinkensteueröffnung 55b vorbei bewegt und erneut in der Öffnung 55f großen Durchmessers positioniert wird, bewirkt die Feder 54, dass sich das Klinkenelement 53 in die Positionierelement-Eingreifposition bewegt, und das Aufwickelelement 51 wird in der niedrigen Gangposition durch den Vorsprung 52b verriegelt, wie in 9(D) dargestellt, um die Herunterschaltoperation abzuschließen. Die Funktionsweise ist die gleiche, wenn ein Schalten eines Ganges von der hohen Gangstufe auf die mittlere Gangstufe durchgeführt wird.
Die Funktionsweise der Positioniereinheit 29 bei einem Schalten von einer niedrigen Gangposition auf eine höhere Gangposition ist in den 10(A) bis 10(D) dargestellt. Es sei angenommen, dass sich der Wickelkörper 51 in der in 10(A) dargestellten niedrigen Gangposition befindet, und es wird angestrebt, ein Schalten in die mittlere Gangposition vorzunehmen. Ein Strom wird dem Motor 70 zugeführt, so dass sich das Klinkensteuerelement 55 in der Kabelaufwickelrichtung A dreht. Die linke Kante der Verriegelungsöffnung 55c drückt gegen den Verriegelungsstift 64h, so dass sich das Klinkensteuerelement 55 und das Aufwickelelement 51 als Einheit drehen, wie in 10(B) dargestellt. Wenn das Klinkenelement 53 mit dem Vorsprung 52c in Kontakt kommt, dreht sich das Klinkenelement 53 im Gegenuhrzeigersinn und läuft über das vordere Ende des Vorsprungs 52c hinweg, wie in 10(B) dargestellt. Wie zuvor angemerkt, gibt es Spiel zwischen dem Verriegelungsstift 69 in der Positionserfassungseinrichtung 56 und dem Verriegelungsloch 55d des Klinkensteuerelementes 55. Somit dreht sich das Klinkensteuerelement 55 weiter als die erforderliche Strecke, bevor die Positionserfassungseinrichtung 56 die mittlere Gangposition erfasst, wie in 10(C) dargestellt. Dies verursacht einen übermäßig großen Hub der Kabelseele 42a des Schaltsteuerkabels 42, wie zuvor angemerkt. Wenn der Strom vom Motor 70 weggenommen wird, dreht sich der Elektromotor 70 geringfügig in der Kabelabwickelrichtung B, und das Klinkenelement 53 kommt mit dem Vorsprung 52c in Eingriff, um den Hochschaltvorgang abzuschließen. Die Funktionsweise ist die gleiche, wenn ein Gangschaltvorgang von der mittleren Gangstufe zur hohen Gangstufe durchgeführt wird.
Mit diesem Aufbau arbeitet der Positioniermechanismus mittels eines Klinkenelementes 53, das sich in radialer Richtung nach innen und nach außen bewegt. Dies beseitigt die Notwendigkeit, dass ein Raum zur Bewerkstelligung der Axialbewegung eines Positioniermechanismus vorhanden sein muss, wie dies beim Stand der Technik der Fall war, ganz zu schweigen vom Vorspannmechanismus für den Positioniermechanismus. Dies macht es möglich, eine flachere Schaltpositioniervorrichtung zu gestalten.
Wie in 11 dargestellt, weist die Schaltsteuereinrichtung 20 auf: zwei Bedienknöpfe 21 und 22 in Form von benachbart zueinander angeordneten dreieckigen Druckknöpfen, einen Bediendrehwähler 23, der oberhalb der Bedienknöpfe 21 und 22 angeordnet ist, und ein Flüssigkristallanzeigebauelement 24, das links vom Bediendrehwähler 23 angeordnet ist. Der Bedienknopf 21 auf der linken Seite dient zum manuellen Schalten von der niedrigen Gangstufe auf die mittlere Gangstufe und auf die hohe Gangstufe. Der Bedienknopf 22 auf der rechten Seite dient zum manuellen Schalten von der hohen Gangstufe auf die mittlere Gangstufe und auf die niedrige Gangstufe. Der Bediendrehwähler 23 wird verwendet, um zwischen einem manuellen Modus (M) und sieben automatischen Schaltmodi (A1 bis A7) unter Verwendung von acht Rastpositionen umzuschalten.
Die sieben automatischen Schaltmodi A1 bis A7 sind Modi zum automatischen Schalten der innenliegenden Schaltnabe 10 gemäß einem Fahrradgeschwindigkeitssignal, das von dem Wechselstromgenerator 19 in einer später noch beschriebenen Weise hergeleitet wird. Die sieben automatischen Schaltmodi sind ausgelegt, um zu ermöglichen, dass die Schaltzeitpunkte (d. h. die Geschwindigkeit, bei welcher der Schaltvorgang erfolgt) automatisch während des Hochschaltens (einem Schalten von einer niedrigen Stufe auf eine hohe Stufe) oder einem Herunterschalten (einem Schalten von einer hohen Gangstufe auf eine niedrige Gangstufe) automatisch verändert wird. Die Schaltzeitpunkte für die verschiedenen Modi sind in 12 dargestellt. Die Hoch- und Herunterschalt-Zeitpunkte nehmen vom Modus 1 bis zum Modus 7 allmählich ab, derart, dass der Modus 1 bei der höchsten Geschwindigkeit schaltet und der Modus 7 bei der niedrigsten Geschwindigkeit schaltet. Es ist für gewöhnlich zu bevorzugen, die Schaltsteuereinrichtung ungefähr auf den Modus 4 einzustellen. Zum Hochfahren von Hügeln kann ein Modus in Übereinstimmung mit der Steilheit des Hügels festgelegt werden. Wenn beispielsweise der automatische Schaltmodus 4 ausgewählt ist, erfolgt ein Hochschalten der Nabe von dem Gang 1 auf den Gang 2, wenn die Fahrradgeschwindigkeit 12,7 km/h erreicht. In ähnlicher Weise erfolgt ein Hochschalten der Nabe auf den Gang 3, wenn die Fahrradgeschwindigkeit 17,1 km/h erreicht. Wenn andererseits die Fahrradgeschwindigkeit später auf 15,6 km/h abfällt, erfolgt ein Herunterschalten der Nabe auf Gang 2, und erneut ein Herunterschalten auf Gang 1, wenn die Fahrradgeschwindigkeit auf 11,5 km/h abfällt. Zwischen dem Hochschaltzeitpunkt und dem Herunterschaltzeitpunkt wird der Herunterschaltzeitpunkt als niedrigerer Punkt dieser beiden festgelegt, um ein „Flattern” während des Schaltvorgangs zu verhindern.
13 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur der Schaltsteuervorrichtung darstellt. Fette Linien in 13 bezeichnen Leitungen, welche ca. 1 A Strom führen, durchgezogene Linien bezeichnen Leitungen, welche ca. 5 mA Strom führen, und gestrichelte Linien bezeichnen Signalleitungen. Das Schaltsteuerelement 25 ist funktionsmäßig mit einem Bedienschalter 26 (welcher schematisch den Bediendrehwähler 23 und die Bedienknöpfe 21 und 22 in der Schaltsteuereinrichtung 20 repräsentiert), mit dem Flüssigkristallanzeigebauelement 24, einem Lichtsensor 36 (Beleuchtungssensor zum Steuern der Lampe 18), einer Dynamo-Wellenform-Vorwärtsschaltung 34, die ein vom Ausgang des Wechselstromgenerators 19 hergeleitetes Geschwindigkeitssignal erzeugt, mit einer Motoransteuereinrichtung 28, dem aktiven Positionssensor 57 der Motoreinheit 29, und mit weiteren Ein-/Ausgabebauelementen verbunden.
Das Schaltsteuerelement 25 führt ein automatisches Steuern der innenliegenden Schaltnabe 10 gemäß der Fahrtgeschwindigkeit durch und steuert die Information, die auf dem Flüssigkristallanzeigebauelement 24 angezeigt wird, das in der Schaltsteuereinrichtung 20 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform werden die aktuelle Fahrtgeschwindigkeit und die während des Schaltens aktivierte Gangstufe gemeinsam auf dem Flüssigkristallanzeigebauelement 24 angezeigt. Das Schaltsteuerelement 25 steuert auch die Lampe 18, indem es diese anschaltet, wenn die Lichtbedingungen unterhalb einer gewisse vorgeschriebene Helligkeit sinken, und indem es diese ausschaltet, wenn die Umgebungslichtbedingungen oberhalb der vorgeschriebenen Helligkeit liegen.
Eine Ladungssteuerschaltung 33, ein Stromspeicherelement 32 und eine automatische Lichtschaltung 35 sind über eine Stromsparschaltung 31 funktionsmäßig mit dem Schaltsteuerelement 35 verbunden. Ein vom Wechselstromgenerator 19 kommendes Signal wird der Stromsparschaltung 31 zugeführt, und es wird basierend auf diesem Signal bestimmt, ob das Fahrrad angehalten wurde oder nicht. Die Stromsparschaltung 31 versorgt das Schaltsteuerelement 25, die Motoransteuereinrichtung 28, die Ladesteuerschaltung 33 und die automatische Lichtschaltung 35 mit elektrischem Strom, der durch das Stromspeicherelement 32 gespeichert ist, wenn das Fahrrad fährt, und für einen normalen Betrieb dieser Bauelemente zu sorgen, und unterbricht die Zufuhr von elektrischem Strom zu diesen Bauelementen, wenn das Fahrrad angehalten wurde, um ein nutzloses Vergeuden der im Stromspeicherelement 32 gespeicherten elektrischen Energie zu vermeiden. Die Motoransteuereinrichtung 28 arbeitet mit einem von der Stromsparschaltung 31 zugeführten Strom von 1 mA, und sie steuert einen Strom von 1 A, der vom Stromspeicherelement 32 zugeführt wird, um den Schaltmotor 35 zu betreiben.
Die Ladungssteuerschaltung 33 weist beispielsweise eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung auf, die einen vom Wechselstromgenerator 19 ausgegebenen Wechselstrom beispielsweise auf einem Gleichstrom von 1 A und 5 mA gleichrichtet. Das Stromspeicherelement 32 weist beispielsweise einen Kondensator hoher Kapazität auf, welcher die Energie des Gleichstroms speichert, der von der Ladesteuerschaltung 33 ausgegeben wird. Das Stromspeicherelement 32 kann ebenfalls sekundäre Batterien, wie beispielsweise Nickel-Kadmium-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien, etc., anstelle eines Kondensator beinhalten.
Die Dynamowellenform-Formungsschaltung 34 erzeugt ein Geschwindigkeitssignal aus dem vom Wechselstromgenerator 19 kommenden Wechselstromausgangssignal. Insbesondere wird ein Halbzyklus aus einem sinuswellenförmigen Wechselstromsignal extrahiert, durch eine Schmitt-Schaltung oder eine andere geeignete Wellenform-Formungsschaltung hindurchgeleitet, und zu einem einer Geschwindigkeit entsprechenden Impulssignal ausgebildet. Das Schaltsteuerelement 25 verwendet dieses Signal, um den automatischen Schaltvorgang der innenliegenden Schaltnabe 10 zu steuern.
Die automatische Lichtschaltung 35 führt ein Zuführen oder Unterbrechen des vom Wechselstromgenerator 19 abgegebenen Stroms von 1 A zur Lampe 18 durch, reagierend auf ein An-/Aussignal, das vom Schaltsteuerelement 25 ausgegeben wird. Das Schaltsteuerelement 25 erzeugt diese Signale basierend auf den Signalen vom Lichtsensor 36, derart, dass die Lampe 18 automatisch angeschaltet wird, wenn der Lichtpegel unterhalb einer vorgeschriebenen Grenze sinkt, und abgeschaltet wird, wenn der Lichtpegel die vorgeschriebene Grenze überschreitet. Bei dieser Ausführungsform wird die Lampe 18 vom Wechselstromgenerator 19 so betrieben, dass bei dem von ihr gezogenen Strom eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, dass er das Stromspeicherelement 32 nachteilig beeinflusst, jedoch ist dies nicht erforderlich. Ein Austauschen und Neuladen der Batterie ist unnötig, da das Stromspeicherelement 32 vom Wechselstromgenerator 19 kommenden elektrischen Strom speichert und Bauelemente wie beispielsweise das Schaltsteuerelement 25 unter Verwendung dieses elektrischen Stromes betrieben werden. Eine Überwachung der verbleibenden Batterieenergie und ein Mitführen von Reservebatterien wird ebenfalls unnötig, und der Schaltvorgang kann automatisch erfolgen, ohne die umständlichen Prozeduren durchzuführen, die bei herkömmlichen Stromquellen erforderlich sind. Die elektrische Energie vom Wechselstromgenerator 19, die herkömmlicherweise während des Tages nicht verwendet wird, kann bei der Schaltsteuereinheit 12 effektiv eingesetzt werden.
Außerdem wird die Fahrradgeschwindigkeit basierend auf dem vom Wechselstromgenerator 19 ausgegebenen Wechselstromsignal erfasst, und ein Schalten wird gemäß der erfassten Fahrradgeschwindigkeit gesteuert. Da Wechselstromgeneratoren im Allgemeinen eine Mehrzahl von am Umfang angeordneten magnetischen Polen aufweisen, gibt der Wechselstromgenerator ein Wechselstromsignal aus, dessen Frequenz in Beziehung zur Fahrradgeschwindigkeit und der Anzahl der Magnetpole steht. Demzufolge ist es möglich, während jeder Radumdrehung eine größere Anzahl von Signalimpulsen vom Wechselstromsignal zu erhalten, im Vergleich zu einem Geschwindigkeitssignal, das sich beispielsweise von einem herkömmlichen Geschwindigkeitssensor erzielen lässt, der einen am Fahrradlaufrad angebrachten Magneten erfasst. Daher kann die Fahrradgeschwindigkeit innerhalb des Raums einer einzigen Radumdrehung genau erfasst werden, und ein Schalten kann in Echtzeit mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Da außerdem der Schaltvorgang basierend auf dem vom Wechselstromgenerator 19 kommenden Wechselstromsignal gesteuert wird, ist es nicht länger erforderlich, die Schaltsteuereinheit 12 in der Nähe des Fahrradlaufrades anzuordnen. Keine Einschränkung ist der Befestigungsposition der Schaltsteuereinheit 12 auferlegt.
Die Fähigkeit, eine flachere Positionierungseinheit 29 herzustellen, ermöglicht, dass die gesamte automatische Schaltvorrichtung kompakter und leichter gemacht wird, und die Positioniereinheit 29 kann parallel zur Schaltungseinheit 30 im Inneren des Lampengehäuses 13 angeordnet werden. Elektrische Energie vom Wechselstromgenerator 19 kann als Stromquelle für die Schaltungseinheit 30 und den Elektromotor 70 verwendet werden.
Auch wenn im Vorhergehenden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, können weitere Modifikationen verwendet werden. Beispielsweise war die Schaltsteuereinheit 12 in der vorhergehenden Ausführungsform unter Verwendung des Lampengehäuses 13 aufgebaut, jedoch kann, wie in den 14 und 15 dargestellt, eine Schaltsteuereinheit 112 ebenfalls unter Verwendung eines Gehäuses 121 einer Schaltsteuereinrichtung 120 aufgebaut sein. In diesem Fall können eine Lampe 118 und eine Schaltsteuereinheit 112 unter Verwendung einer elektrischen Verdrahtung 43 verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 121 an der Lenkstange 15 in der Nähe des Lenkervorbaus 14 angebracht, und ein Anzeigenbauelement 124 und ein Bediendrehwähler 122 sind derart positioniert, dass sie auf der Außenseite freiliegen. Schalteinheiten und Motoreinheiten sind innenliegend untergebracht. Bei dieser Ausführungsform kann eine aktuell verfügbare Lampe als Lampe 118 verwendet werden, und eine Einheit für ein automatisches Schalten kann als Modifikation an einem bereits vorhandenen Dreigangfahrrad angebracht werden.
Eine Positioniereinheit 29 zum Schalten war bei den vorhergehenden Ausführungsformen in der Schaltsteuereinheit angeordnet. Falls jedoch eine Positioniereinheit 229 gewünscht wird, die einen Motor für den Gangschaltvorgang beinhaltet, kann ein Positionsdetektor oder dergleichen in der Nähe einer Gangschaltvorrichtung 110 angeordnet sein, wie in 10 dargestellt. Bei einem derartigen Fall können das Schaltsteuerelement 212 und die Schaltvorrichtung 110 lediglich unter Verwendung einer elektrischen Verdrahtung 48 anstelle eines Schaltsteuerkabels verbunden sein.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen erfolgte ein gesteuertes Schalten einer innenliegenden Schaltnabe, jedoch braucht die Schaltvorrichtung nicht innenliegend angebracht sein. Die Schaltvorrichtung könnte einen Umwerfer, wie beispielsweise einen vorderen und/oder hinteren Umwerfer beinhalten. Falls gewünscht, können zwei Motoreinheiten zum Steuern jedes Umwerfers verwendet werden.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen war ein Schaltsteuerkabel als Beispiel einer Verbindung zwischen der Schaltsteuereinheit und der Nabe 10 dargestellt, jedoch kann ein Verbindungsglied oder eine andere derartige Konfiguration ebenfalls verwendet werden.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist der Wickelkörper 51 mittels des Schaltkabels 42 in Kabelabwickelrichtung vorgespannt. Jedoch kann der Wickelkörper 51 in der Kabelabwickelrichtung durch einen Vorspannmechanismus wie beispielsweise eine Torsionsschrauben-Rückstellfeder 101 vorgespannt sein, wie beispielsweise in 17 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist das eine Ende der Rückstellschraubenfeder 101 an der Seite des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 64b des Klinkenbefestigungselementes 64 des Wickelkörpers 51 befestigt, und das andere Ende der Rückstellschraubenfeder 101 ist an der Unterseite des zweiten Gehäuseelementes 60 angebracht.
Größe, Form, Ort und Orientierung der verschiedenen Bauelemente können nach Wunsch verändert werden. Bauelemente, die als direkt miteinander verbunden oder in Kontakt stehend dargestellt sind, können zwischen ihnen angeordnete Zwischenstrukturen haben. Die Funktionen eines Einzelelementes können von zwei Elementen übernommen werden, und umgekehrt. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform können in einer weiteren Ausführungsform verwendet werden.

Claims

Schaltpositioniervorrichtung für Fahrräder, aufweisend: ein Basiselement, bei dem es sich um ein Gehäuse (50) handelt, das ausgebildet ist, an einem Fahrrad montiert zu werden; einen ersten rotierenden Körper (51) in Form eines drehbar um eine Achse (58) montierten Wickelkörpers (51), der drehbar bezüglich des Basiselementes (50) montiert ist; einen zweiten rotierenden Körper (55) in Form eines drehbar um die Achse (58) montierten Klinkensteuerelementes, der drehbar bezüglich des ersten rotierenden Körpers (51) montiert ist; ein Positionierelement (52), das am Basiselement (50) befestigt ist und eine Mehrzahl von Positionierelementen (52b, 52c, 52d) in Form von Vorsprüngen aufweist; eine Klinke (53), die für eine Bewegung mit dem ersten rotierenden Körper (51) verbunden ist, wobei die Klinke (53) sich zwischen einer Positionierelement-Eingreifposition und einer Positionierelement-Nichteingreifposition bewegt; einen Klinkenvorspannmechanismus (54), um die Klinke (53) hin zur Positionierelement-Eingreifposition vorzuspannen; wobei die Schaltpositioniervorrichtung für Fahrräder weiter aufweist: ein Klinkensteuerelement, das für eine Bewegung mit dem zweiten rotierenden Körper (55) verbunden ist; ein kreisförmiges Federelement (54), um die Klinke (53) hin zur Positionierelement-Eingreifposition vorzuspannen; und einen elektrischen Antriebsmechanismus (57), um den zweiten rotierenden Körper (55) anzutreiben; wobei der zweite rotierende Körper (55) eine Klinkensteueröffnung (55b) beinhaltet, um die Bewegung der Klinke (53) zwischen der Positionierelement-Eingreifposition und der Positionierelement-Nichteingreifposition steuert, und der zweite rotierende Körper (55) eine bogenförmige Verriegelungsöffnung (55c) beinhaltet, die mit einem Verriegelungsstift (64h) eines Klinkenbefestigungselementes (64) des ersten rotierenden Körpers (51) in Eingriff kommt, wobei der zweite rotierende Körper (55) für ein Rotieren des ersten rotierenden Körpers (51) verbunden ist, wobei die Länge der Verriegelungsöffnung (55c) in Umfangsrichtung größer als ein Umfangsspalt zwischen den Vorsprüngen (52b, 52c, 52d) ist; und die Klinkensteueröffnung (55b) eine bogenförmige Öffnung ist, die einen geringen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt (55e) und einen großen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt (55f) aufweist, der in Kabelaufwickelrichtung (A) vor dem geringeren Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt (55e) angeordnet ist, wobei das Klinkensteuerelement, das eine geneigte Fläche (55g) beinhaltet, zwischen dem kleinen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt (55e) und dem großen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt (55f) ausgebildet ist, wobei die Klinke (53) in der Positionierelement-Nichteingreifposition gehalten wird, wenn eine Spitze (53b) der Klinke (53) in dem kleinen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt (55e) der Klinkensteueröffnung (55b) angeordnet ist, und wobei der Klinke (53) gestattet wird, sich hin zur Positionierelement-Eingreifposition zu bewegen, wenn die Spitze (53b) der Klinke (53) in dem großen Durchmesser aufweisenden Öffnungsabschnitt (55f) der Klinkensteueröffnung (55b) angeordnet ist; und wobei das Klinkensteuerelement der Klinkensteueröffnung (55b) der Klinke (53) gestattet, sich hin zur Positionierelement-Eingreifposition zu bewegen, wenn der erste rotierende Körper (51) sich in einer ersten Drehposition bezüglich des zweiten rotierenden Körpers befindet, und wobei das Klinkensteuerelement der Klinkensteueröffnung (55b) bewirkt, dass sich die Klinke (53) in der Positionierelement-Nichteingreifposition befindet, wenn sich der erste rotierende Körper in einer zweiten Rotationsposition bezüglich des zweiten rotierenden Körpers befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wickelkörper eine Kabelaufwickelnut (63b) beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Klinkensteuerelement (55g) eine Klinkensteuerfläche aufweist, welche die Klinke (53) hin zur Positionierelement-Eingreifposition und hin zur Positionierelement-Nichteingreifposition bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Vorsprüngen (52b, 52c, 52d) radial außerhalb von dem Wickelkörper (51) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von Vorsprüngen (52b, 52c, 52d) am Umfang bezüglich des Wickelkörpers (51) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jeder von der Mehrzahl von Vorsprüngen (52b, 52c, 52d) sich radial nach innen erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Klinkensteuerelement (55g) der Klinke (53) gestattet, sich hin zur Positionierelement-Eingreifposition zu bewegen, wenn das Klinkensteuerelement (55) in einer ersten Richtung bezüglich des Wickelkörpers (51) rotiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Klinkensteuerelement (55g) der Klinke (53) gestattet, sich hin zur Positionierelement-Nichteingreifposition zu bewegen, wenn das Klinkensteuerelement (55) in einer zweiten Richtung bezüglich des Wickelkörpers (51) rotiert, wobei die zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die weiter einen Vorspannmechanismus des Wickelkörpers (51) aufweist, um den Wickelkörper (51) in der zweiten Richtung vorzuspannen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Vorspannmechanismus des Wickelkörpers (51) ein Schaltsteuerkabel (42) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Schaltsteuerkabel (42) um den Wickelkörper (51) aufgewickelt wird, wenn der Wickelkörper (51) in der ersten Richtung rotiert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Wickelkörper (51) und das Klinkensteuerelement (55) um eine gemeinsame Drehachse rotieren.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei sich die Klinke (53) radial bezüglich der Drehachse zwischen der Positionierelement-Eingreifposition und einer Positionierelement-Nichteingreifposition bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Wickelkörper (51) ein Kabelverriegelungselement (63a) aufweist, welches das Schaltsteuerkabel (42) verriegelt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Wickelkörper (51) ein zylindrisches Klinkenträgerelement (64a) beinhaltet, wobei die Klinke (53) durch das Klinkenträgerelement drehbar getragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine Positionserfassungseinrichtung (56) aufweist, um eine Position des Klinkensteuerelementes (55) zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Positionserfassungseinrichtung (56) aufweist: ein rotierendes Positionselement (66), das mit dem zweiten rotierenden Körper (55) rotiert; ein feststehendes Positionselement (67); eine Bürste (68), die auf dem einen von dem rotierenden Positionselement (66) und dem feststehenden Positionselement (67) angeordnet ist; und eine Leiterspur, die auf dem anderen von dem rotierenden Positionselement (66) und dem feststehenden Positionselement (67) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Bürste (68) mit der Leiterspur in Kontakt ist, um dem zweiten rotierenden Körper (55) eine Bremskraft zu liefern.