DE60319321T3

DE60319321T3 - Mehrstufiger Hinterradzusammenbau für ein Fahrrad

Info

Publication number: DE60319321T3
Application number: DE60319321T
Authority: DE
Inventors: Yu Wei
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: US20050119080A1; TW200405875A; EP1413508B1; DE60319321T2; CN1611413A; US6923741B2; EP1413508B2; CN100408422C; EP1413508A2; US7004867B2; DE60319321D1; EP1413508A3; JP2004090914A; CN1490213A; JP3779706B2; CN1254404C; TWI256937B; US20040043855A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein ein Kettenrad für ein Fahrrad. Insbesondere betrifft die Erfindung ein oberes Kettenrad für eine hintere Kettenradbaugruppe, und eine hintere Kettenradbaugruppe für ein Fahrrad, die eine vereinfachte Befestigungsstruktur aufweist und für einen leichtgängigen und zuverlässigen Schaltvorgang sorgt.
Hintergrundinformationen
Fahrradfahren wird gerade zunehmend populär, sowohl als Form der Erholung als auch als Transportmittel. Außerdem hat sich Fahrradfahren zu einem sehr populären Wettkampfsport entwickelt, und zwar sowohl für Amateure als auch für professionelle Fahrer. Unabhängig davon, ob das Fahrrad für Erholungs-, Transport- oder Wettkampfzwecke verwendet wird, führt die Fahrradindustrie laufend eine Verbesserung der verschiedenen Bauteile des Fahrrades, sowie auch des Rahmens des Fahrrades durch. Ein Fahrradbauteil, das in den vergangenen Jahren umfassend neu gestaltet wurde, ist der Antriebsstrang des Fahrrades. Insbesondere haben Hersteller von Fahrradbauelementen fortlaufend die Schaltleistung der verschiedenen Schaltbauelemente, wie beispielsweise des Schalthebels, des Schaltkabels, des Umwerfers, der Kette sowie des Kettenrades oder der Kettenräder verbessert.
Ein spezielles Bauelement des Antriebsstrangs, das in den letzten Jahren umfassend neugestaltet wurde, ist die Kettenradbaugruppe für das Fahrrad. Insbesondere wurde die Fahrradkettenradbaugruppe mit verbesserten Kettenrädern gestaltet, um für einen leichtgängigeren Schaltvorgang zu sorgen. insbesondere wurde die Hyper-Glide-Kettenradbaugruppe (hintere HG-Kettenradbaugruppe), die im U.S.-Patent Nr. 4,889,521 von Nagano beschrieben wurde und die den nächsten Stand der Technik darstellt, entwickelt und weltweit vertrieben. Diese Kettenradbaugruppe hat auf dem Markt gute Akzeptanz gefunden, und dieses Konstruktionsdesign für die Kettenradbaugruppe wurde einer der Industriestandards. Insbesondere wurde die hintere HG-Kettenradbaugruppe, die bei Umwerfern in Rennrädern und Mountainbikes verwendet wird, ein Industriestandard.
Die HG-Kettenräder weisen typischerweise eine Kettenführungsfläche auf der Seite des kleineren Kettenrades von jedem Kettenrad auf, außer beim kleinsten Kettenrad. Die Kettenführungsfläche ist positioniert, um eine Verbindungsplatte und einen Stift der Kette aufzunehmen, so dass die Kette für ein leichtgängiges Herunterschalten viel näher bewegt wird. Herunterschalten bedeutet typischerweise einen Schaltvorgang von einem kleineren hinteren Kettenrad auf ein größeres hinteres Kettenrad, so dass ein Übersetzungsverhältnis verringert wird. Ein Paar von benachbarten Kettenrädern ist relativ zueinander und relativ zur Kettenführungsfläche mit einer speziellen Phasenbeziehung positioniert. Um eine derartige Phasenbeziehung beizubehalten, ist bei jedem Kettenrad an dessen Innenumfang eine Keilverzahnung ausgebildet. Einer der Keilzähne weist eine von den anderen Keilzähnen verschiedene Form auf, so dass die Kettenräder auf Gegenstücke darstellenden Keilzähnen geführt werden, die auf dem Außenkörper einer Mehrfachfreilaufnabe ausgebildet sind. Die unterschiedlich geformten Keilzähne sorgen dafür, dass benachbarte Kettenräder in der korrekten Phasenbeziehung orientiert sind.
Typischerweise weist bei diesem Typ von Kettenradbaugruppe auch das kleinste Kettenrad auf seinem Innenumfang ausgebildete Keilzähne auf, und ein Verriegelungsring wird verwendet, um das kleinste Kettenrad am Mehrfachfreilauf zu befestigen. Bei diesem Aufbau weisen alle Kettenräder, vom kleinsten bis zum größten, Innenkeilverzahnungen auf. Zwar sorgt eine derartige Kettenradgestaltung für einen leichtgängigen zuverlässigen Schaltvorgang, jedoch kann dieser Aufbau relativ kompliziert und teuer in Fertigung und Montage sein.
Demgemäß wurde in den letzten Jahren das kleinste Kettenrad mit Gewindegängen als herkömmliches Kettenrad ausgebildet, hingegen sind die übrigen Kettenräder mit einer Innenkeilverzahnung ausgebildet. Bei diesem Aufbau entfällt der Verriegelungsring, so dass eine Kettenradbaugruppe erzielt wird, die sich einfacher und kostengünstiger fertigen und montieren lässt. Jedoch tritt bei einer derartigen Kettenradbaugruppe, da das kleinste Kettenrad auf den äußeren Körper aufgeschraubt wird, eine instabile Phasenbeziehung zum zweiten Kettenrad auf. Diese instabile Phasenbeziehung bewirkt einen instabilen Herunterschaltvorgang von dem kleinsten Kettenrad auf das zweite Kettenrad. Demgemäß besteht ein starker Bedarf, den Schaltvorgang von dem kleinsten Kettenrad auf das zweite Kettenrad bei einer derartigen Kettenradbaugruppe zu verbessern, ohne dass die Komplexität bei Fertigung und Montage der Kettenradbaugruppe signifikant vergrößert wird und somit die Kosten der Kettenradbaugruppe vergrößert werden.
In Anbetracht des zuvor Erwähnten, besteht ein Bedarf nach einem oberen Kettenrad für eine hintere Kettenradbaugruppe, sowie einer hinteren Kettenradbaugruppe für ein Fahrrad, welche die zuvor erwähnten Probleme des Standes der Technik überwindet. Die Erfindung zielt auf diesen Mangel des Standes der Technik sowie weitere Mängel ab, wie für Fachleute aus dieser Beschreibung klar hervorgeht.
INHALT DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein oberes Kettenrad für eine Kettenradbaugruppe bereitzustellen, das in einer Vielzahl von Phasenbeziehungen bezüglich einem zweiten Kettenrad angeordnet werden kann, und es dabei für einen leichtgängigen zuverlässigen Schaltvorgang sorgt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kettenradbaugruppe bereitzustellen, die ein vereinfachtes Montageverfahren für das obere Kettenrad verwendet, wobei dabei für einen leichtgängigen, zuverlässigen Schaltvorgang gesorgt wird.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein oberes Kettenrad für eine Kettenradbaugruppe sowie eine Kettenradbaugruppe für ein Fahrrad bereitzustellen, die relativ einfach und kostengünstig in Fertigung und Montage sind.
Die zuvor erwähnten Ziele können im Wesentlichen dadurch erreicht werden, dass ein oberes Kettenrad gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereitgestellt wird.
Die zuvor erwähnten Ziele können auch im Wesentlichen dadurch erreicht werden, dass eine mehrstufige Kettenradbaugruppe gemäß Anspruch 14 für ein Fahrrad bereitgestellt wird, die ein erstes Kettenrad und ein zweites Kettenrad beinhaltet, das größer als das erste Kettenrad ist. Das erste Kettenrad weist erste und zweite in axialer Richtung weisende Seiten mit einer zwischen diesen angeordneten Mittelebene, einen ersten Kettenradkörper und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten ersten Zähnen auf, die sich von einem Außenumfang des ersten Kettenradkörpers radial nach außen erstrecken, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zahnfüßen zu bilden, die in abwechselnder Anordnung zwischen den ersten Zähnen angeordnet sind. Der erste Kettenradkörper weist ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungsteilstück auf, das sich an einem Innenumfang von diesem befindet. Ein erster Herunterschaltzahn der ersten Zähne beinhaltet einen am äußeren Ende befindlichen Abschnitt und eine vertiefte Seitenfläche. Der am äußeren Ende befindliche Abschnitt weist eine erste Seitenfläche, die sich an der ersten Seite befindet, eine zweite Seitenfläche, die sich auf der zweiten Seite befindet, und eine Stirnfläche auf, die sich zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen erstreckt. Die vertiefte Seitenfläche erstreckt sich in einer Umfangsrichtung auf der ersten Seite. Die vertiefte Seitenfläche befindet sich radial innerhalb des am äußeren Ende befindlichen Abschnitt auf der ersten Seite. Die vertiefte Seitenfläche ist so angeordnet und konfiguriert, dass sie sich zumindest teilweise axial näher an der zweiten Seite entlang eines hinteren Abschnittes der vertieften Seitenfläche als ein vorderer Abschnitt der vertieften Seitenfläche befindet. Das zweite Kettenrad ist benachbart zum ersten Kettenrad angeordnet. Das zweite Kettenrad weist eine dritte in axialer Richtung weisende Seite benachbart zur zweiten Seite des ersten Kettenrades auf, eine vierte in axialer Richtung weisende Seite, einen zweiten Kettenradkörper, und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten Zähnen, die sich von einem Außenumfang des zweiten Kettenradkörpers radial nach außen erstrecken.
Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen für Fachleute aus der folgenden detaillierten Beschreibung klar hervor, die in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist durch Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen leichter verständlich, in welchen sind:
1 eine Seitenansicht eines Fahrrades, das ein hinteres Kettenrad mit einer Kettenradbaugruppe gemäß der Erfindung aufweist;
2 eine Seitenansicht der sechsstufigen Kettenradbaugruppe gemäß der Erfindung;
3 eine partielle diagrammartige Seitenansicht von hinten der sechsstufigen Kettenradbaugruppe gemäß der Erfindung, wobei die obere Hälfte im Querschnitt dargestellt ist;
4 eine vergrößerte partielle Draufsicht eines Abschnittes der Kette, die mit der in 2 und 3 dargestellten Kettenradbaugruppe gemäß der Erfindung verwendet wird;
5 eine äußere Seitenansicht eines ersten oder oberen Kettenrades der in 1 bis 3 dargestellten Kettenradbaugruppe, das vierzehn Zähne aufweist;
6 eine innere Seitenansicht oder Ansicht von der Seite des größeren Kettenrades her des in 5 dargestellten ersten oder oberen Kettenrades;
7 eine partielle diagrammartige Seitenansicht des in 5 und 6 dargestellten ersten oder oberen Kettenrades, wobei die obere Hälfte im Querschnitt dargestellt ist;
8 eine partielle Seitenansicht von der Seite des großen Kettenrades her, und zwar eines ersten Herunterschaltzahns des in 5 bis 7 dargestellten ersten oder oberen Kettenrades;
9 eine partielle Ansicht von oben her des ersten Herunterschaltzahns des in 8 dargestellten ersten oder oberen Kettenrades;
10 eine partielle Seitenansicht von außen des ersten Herunterschaltzahns des in 8 und 9 dargestellten ersten oder oberen Kettenrades;
11 eine partielle Seitenansicht vom hinteren Ende her des ersten Herunterschaltzahns des in 8 bis 10 dargestellten ersten oder oberen Kettenrades, gesehen in einer Vorwärtsdrehrichtung des ersten oder oberen Kettenrades;
12 eine Seitenansicht von der Seite eines kleineren Kettenrades her, und zwar eines zweiten Kettenrades der in 1 bis 3 dargestellten Kettenradbaugruppe, welches sechzehn Zähne aufweist;
13 eine Seitenansicht von der Seite des großen Kettenrades her, und zwar des in 12 dargestellten zweiten Kettenrades;
14 eine partielle Seitenansicht von der Seite des großen Kettenrades her, und zwar eines zweiten Antriebszahns des in 12 und 13 dargestellten zweiten Kettenrades;
15 eine partielle Draufsicht von oben des zweiten Antriebszahns des in 4 dargestellten zweiten Kettenrades;
16 eine partielle Seitenansicht von der Seite des kleinen Kettenrades her, und zwar des zweiten Antriebszahns des in 14 und 15 dargestellten zweiten Kettenrades;
17 eine partielle Seitenansicht vom hinteren Ende her, und zwar des zweiten Antriebszahns des in 14 bis 16 dargestellten zweiten Kettenrades, gesehen entlang einer Vorwärtsdrehrichtung des zweiten Kettenrades;
18 eine partielle Seitenansicht von der Seite des großen Kettenrades her, und zwar eines zweiten Herunterschaltzahns des in 12 und 13 dargestellten zweiten Kettenrades;
19 eine partielle Draufsicht von oben her des zweiten Herunterschaltzahns des in 18 dargestellten zweiten Kettenrades;
20 eine partielle Seitenansicht von der Seite des kleinen Kettenrades her, und zwar eines zweiten Herunterschaltzahns des in 18 und 19 dargestellten zweiten Kettenrades;
21 eine partielle Seitenansicht vom hinteren Ende her, und zwar des zweiten Herzunterschaltzahns des in 18 bis 20 dargestellten zweiten Kettenrades, gesehen entlang einer Vorwärtsdrehrichtung des zweiten Kettenrades;
22 eine partielle Ansicht von unten der ersten und zweiten Kettenräder, wobei gerade die Kette von dem ersten Kettenrad auf das zweite Kettenrad heruntergeschaltet wird; und
23 eine perspektivische Ansicht von außen (der Seite des kleinen Kettenrades her), und zwar eines dritten Kettenrades der in 2 und 3 dargestellten Kettenradbaugruppe, welches achtzehn Zähne aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zu Anfang Bezug nehmend auf 1 bis 3, ist ein herkömmliches Fahrrad 10 dargestellt, das eine hintere Fahrradnabe 11 mit einer hinteren mehrstufigen Kettenradbaugruppe 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die mehrstufige Kettenradbaugruppe 12 beinhaltet vorzugsweise erste und zweite Kettenräder S₁ und S₂ gemäß der Erfindung, sowie dritte bis sechste herkömmliche Kettenräder S₃–S₆, wie später noch erläutert wird. Insbesondere sind die ersten und zweiten Kettenräder S₁ und S₂ derart gestaltet, dass die genaue Phasenbeziehung zwischen den Zähnen der ersten und zweiten Kettenräder S₁ und S₂ für einen leichtgängigen, zuverlässigen Schaltvorgang nicht kritisch ist. Außerdem sind aufgrund der Gestaltung der Zähne der ersten und zweiten Kettenräder S₁ und S₂ die ersten bis sechsten Kettenräder S₁–S₆ vorzugsweise an einem Freilauf 13 der hinteren Nabe 11 in vereinfachter Weise montiert.
Das Fahrrad 10 weist im Wesentlichen einen Rahmen 14 mit vorderen und hinteren Laufrädern 15 und 16 auf, die mit diesem drehbar verbunden sind. Eine Vordergabel 17 ist zwischen dem Rahmen 14 und dem Vorderrad 1 in herkömmlicher Weise verbunden. Durch Drehen einer Lenkstange 18, die mit der Vordergabel 17 fest verbunden ist, wird das Vorderrad 15 gedreht. Das Hinterrad 16 ist mit einem hinteren Abschnitt des Rahmens 14 über die hintere Nabe 11 drehbar verbunden. Der Rahmen 14 weist auch einen Sattel 19 auf, der mit dem Rahmen 14 einstellbar verbunden ist, und einen Antriebsstrang 20 für den Vortrieb des Fahrrades 10. Das Fahrrad 10 ist von herkömmlicher Art, abgesehen von ausgewählten Teilen des Antriebsstrangs 20, wie später noch erläutert wird.
Da die verschiedenen Teile des Fahrrades 10 und der überwiegende Teil der Teile der Antriebsstrangs 20 in der Fahrradtechnik allgemein bekannt sind, werden diese Teile des Fahrrades 10 hier nicht detailliert erörtert oder dargestellt, außer wenn sie gemäß der Erfindung modifiziert wurden. Außerdem können verschiedene herkömmliche Fahrradteile, wie beispielsweise Bremsen, zusätzliche Kettenräder etc., welche hier nicht detailliert dargestellt und/oder erörtert werden, in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden.
Wie hier verwendet, beziehen sich die Begriffe ”vorne, hinten, oben, unten, seitlich und in Querrichtung”, auf die Richtungen eines Fahrrades in normaler Fahrposition, an die Kettenradbaugruppe 12 angebracht ist. Demgemäß sind diese Begriffe, welche zur Beschreibung der Kettenradbaugruppe 12 in den Ansprüchen verwendet werden, als bezogen auf ein Fahrrad 10 in dessen normaler Fahrposition zu interpretieren. Jedoch sollten die Begrifffe ”Herunterschalten” und ”Hochschalten”, wie hier in Bezug auf die hintere Kettenradbaugruppe 12 verwendet, so interpretiert werden, dass sie einen Schaltvorgang von einem kleineren auf ein größeres Kettenrad bzw. von einem größeren auf ein kleineres Kettenrad bedeuten, wie in 3 dargestellt. Außerdem sollten die Begriffe ”Phasenrelation”, ”Phasenbeziehung” und ”Winkelphasenbeziehung”, wie hier verwendet, so verstanden werden, dass sie die Winkelbeziehung zwischen einem Paar von benachbarten Kettenräder bedeuten.
Bezug nehmend auf 1–4 beinhaltet der Antriebsstrang 20 im Wesentlichen die hintere mehrstufige Kettenradbaugruppe 12 der Erfindung, ein Paar von Pedalen 21, eine vordere mehrstufige Kettenradbaugruppe 22, die so montiert ist, dass sie mit den Pedalen 21 rotiert, und eine Kette 23, die sich zwischen der hinteren mehrstufigen Kettenradbaugruppe 12 und der vorderen mehrstufigen Kettenradbaugruppe 22 erstreckt. Wie zuvor erwähnt, ist die Kettenradbaugruppe 12 vorzugsweise mit der hinteren Nabe 11 über den Freilauf 13 verbunden. Die Pedale 21 sind mit der vorderen mehrstufigen Kettenradbaugruppe 22 mittels eines herkömmlichen Kurbelsatzes verbunden, um eine Kraft von einem Fahrer auf die Kette 23 zu übertragen. Die Kraft von der Kette 23 wird dann wahlweise zum Hinterrad 16 über die hintere Nabe 11 (z. B. über die hintere Kettenradbaugruppe 12 und den Freilauf 13 in Abhängigkeit von der Drehrichtung) in herkömmlicher Weise übertragen.
Der Antriebsstrang 20 wird im Wesentlichen durch herkömmliche ”ordere und hintere Schalteinheiten 25 und 26 gesteuert, welche die seitlichen Positionen von vorderen und hinteren Umwerfern 27 und 28 in herkömmlicher Weise steuern. Somit erfolgt, wenn der Fahrer in die Pedale tritt, ein Rotieren der vorderen und hinteren Kettenradbaugruppen 22 und 12, so dass die Kette 23, bedingt durch die Bewegung der Pedale 21, umläuft. Die Schalteinheiten 25 und 26 können durch den Fahrer betätigt werden, um die Position der vorderen und/oder hinteren Umwerfer 27 und/oder 28 zu steuern. Somit können, wenn die Kette 23 in Richtung nach vorn umläuft (im Uhrzeigersinn in 1), die Schalteinheiten 25 und 26 betätigt werden, um das Übersetzungsverhältnis des Antriebsstrangs 20 durch Steuern der seitlichen Position der Kette 23. mittels der Umwerfer 27 und 28 zu steuern. Die Umwerfer 27 und 28 bringen wahlweise eine seitliche Kraft F nach innen/nach außen auf die Kette 23 auf, um ein Hoch-/Herunterschalten zu bewirken. Der Antriebsstrang 22 ist im Wesentlichen herkömmlich, abgesehen von der hinteren mehrstufigen Kettenradbaugruppe 12. Daher wird der Antriebsstrang 20 hier nicht detailliert erörtert und/oder dargestellt, außer insofern er in Bezug zur hinteren mehrstufigen Kettenradbaugruppe 12 steht.
Bezug nehmend auf 2 und 3, wird nun die hintere Kettenradbaugruppe 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die hintere Kettenradbaugruppe 12 eine sechsstufige Kettenradbaugruppe mit Kettenrädern S₁–S₆, die voneinander in vorbestimmten Abständen angeordnet sind. Die Kettenräder S₁–S₆ sind am Freilauf 13 der hinteren Nabe 11 in relativ herkömmlicher Weise fest montiert, derart, dass die Kettenräder S₁–S₆ gemeinsam um eine mittige Nabendrehachse O rotieren. Die Kettenräder S₁–S₆ rotieren typischerweise gemeinsam in Vorwärtsdrehrichtung R (z. B. im Uhrzeigersinn bei Betrachtung von 2), wenn der Fahrer in Richtung nach vorn (im Uhrzeigersinn) in die Pedale tritt, um das Fahrrad 10 in Vorwärtsrichtung anzutreiben, wie aus 1 zu ersehen.
Für Fachleute geht aus dieser Beschreibung klar hervor, dass eine Kettenradbaugruppe gemäß der Erfindung eine geringere oder eine größere Anzahl von Kettenrädern aufweisen kann. Mit anderen Worten kann es sich um die Erfindung um eine beliebige mehrstufige Kettenradbaugruppe für ein Fahrrad handeln, die einen Umwerfer oder dergleichen verwendet und die mindestens ein großes Kettenrad und mindestens ein kleines Kettenrad beinhaltet.
Die mehrstufige Kettenradbaugruppe 12 ist ausgebildet, um mit der Antriebskette 23 in Eingriff zu kommen, bei dem es sieh um eine Fahrradkette herkömmlicher Bauart handelt, wie aus 4 zu ersehen. Die Antriebskette 23 ist eine Endlosschlinge, die eine Mehrzahl von inneren Gelenkstückplatten 23a und eine Mehrzahl von äußeren Gelenkstückplatten 23b aufweist, die miteinander durch Gelenkstifte und Rollen schwenkbar verbunden sind. Während eines Kettenschaltprozesses wird die Kette 23 von einem der Kettenräder S₁–S₆ auf das nächste benachbarte Kettenrad S₁–S₆ geschaltet, und zwar mittels des hinteren Umwerfers 28, der die Kette 23 in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse O der Kettenräder S₁–S₆ bewegt.
Bezug nehmend auf 3, ist die Kettenradbaugruppe 12 in partiellem Querschnitt dargestellt, wobei Pfeile die Richtungen eines Hochschaltens und eines Herunterschaltens darstellen. Ein Hochschalten erfolgt, wenn die Kette 23 von einem großen Kettenrad auf das nächstkleinere Kettenrad bewegt wird, hingegen erfolgt ein Herunterschalten, wenn die Kette 23 von einem kleineren Kettenrad auf das nächstgrößere Kettenrad verschoben wird. Die Kettenräder S₁–S₆ sind so gestaltet, dass die Kette 23 leichtgängige Herunterschalt- und Hochschaltbewegungen ausführen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kettenräder S₃–S₆ von herkömmlicher Art, hingegen beinhalten die Kettenräder S₁ und S₂ modifizierte Zähne, um das Herunterschalten der Kette 23 von dem obersten (kleinsten ersten) Kettenrad S₁ auf das zweite Kettenrad S₂, und vom zweiten Kettenrad S₂ auf das dritte Kettenrad S₃ zu verbessern.
Insbesondere sind die Kettenräder S₃–S₆ im Wesentlichen gemäß U.S.-Patent Nr. 4,889,521 konfiguriert, abgesehen davon, dass die Kettenräder S₃–S₆ eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen aufweisen. Insbesondere weisen die Kettenräder S₃–S₆ Zahnkonfigurationen jeweils 18T-21T-24T-28T auf. Demgemäß werden die Kettenräder S₃–S₆ hier nicht detailliert erörtert und/oder dargestellt, außer insofern sie in Bezug zu Schaltvorgängen zum/vom Kettenrad S₂ stehen. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das erste Kettenrad S₁ vorzugsweise 14 (14T) Zähne auf, hingegen weist das zweite Kettenrad S₂ vorzugsweise 16 (16T) Zähne auf. Die Erfindung ist dafür optimiert, dass das kleine erste Kettenrad S₁, das zweite Kettenrad S₂ und das dritte Kettenrad S₃ eine geradzahlige Anzahl von Zähnen aufweisen, wie später noch detaillierter erläutert wird.
In jedem Fall geht für Fachleute der Fahrradtechnik aus dieser Beschreibung klar hervor, dass die verschiedenen Kettenräder S₁–S₆ der Erfindung, je nach Anforderung und/oder Wunsch, verschiedene Konfigurationen aufweisen können. Insbesondere können zumindest die Kettenräder S₄–S₆ mit einer geradzahligen oder ungeradzahligen Anzahl von Zähnen ausgebildet sein, solange das dritte Kettenrad S₃ konfiguriert ist, um benachbart zum zweiten Kettenrad S₂ der Erfindung und dem vierten Kettenrad S₄ verwendet zu werden.
Die ersten und zweiten Kettenräder S₁ und S₂ weisen vorzugsweise eine geradzahlige Anzahl von Zähnen auf, derart, dass die genaue Phasenbeziehung zwischen den Zähnen des ersten Kettenrades S₁ und des zweiten Kettenrades S₂ für ein Herunterschalten zwischen diesen nicht kritisch ist. Mit anderen Worten sind die ersten und zweiten Kettenräder S₁ und S₂ derart konfiguriert, dass ungeachtet der Winkelphasenbeziehung zwischen diesen zwei Kettenrädern zumindest ein Paar von leichtgängigen Herunterschaltwegen zwischen diesen ausgebildet sein kann, wie später noch detaillierter erläutert wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die Kettenräder S₁–S₆ variierende Dicken und variierende, zwischen diesen ausgebildete axiale Zwischenräume auf. Insbesondere weist das Kettenrad S₁ eine Dicke von ca. 2,2 mm auf, hingegen weisen die Kettenräder S₂–S₄ Dicken von ca. 1,8 mm auf. Die Kettenräder S₅ und S₆ weisen Dicken Von ca. 1,6 mm auf Der axiale Zwischenraum zwischen den ersten und zweiten Kettenrädern S₁–S₂ beträgt vorzugsweise 3,8 mm, hingegen beträgt der axiale Zwischenraum zwischen dem zweiten Kettenrad S₂ und dem dritten Kettenrad S₃ vorzugsweise ca. 3,68 mm. Der axiale Zwischenraum zwischen dem dritten Kettenrad S₃ und dem vierten Kettenrad S₄ beträgt vorzugsweise ca. 3,6 mm. Der axiale Zwischenraum zwischen dem vierten Kettenrad S₄ und dem fünften Kettenrad S₅ beträgt vorzugsweise 3,7 mm, hingegen beträgt der axiale Zwischenraum zwischen dem fünften Kettenrad S₅ und dem sechsten Kettenrad S₆ vorzugsweise ca. 3,9 mm. Abstandsstücke werden in relativ herkömmlicher Weise verwendet, um den optimalen Zwischenraum zwischen den Kettenrädern S₁–S₆ zu erzeugen. Somit gibt es variierende axiale Zwischenräume zwischen den Kettenrädern S₁–S₆ und veränderliche Dicken der Kettenräder S₁–S₆, um ein Schalten der Kette 23 zwischen diesen zu optimieren. Die Kettenräder S₁–S₆ sind vorzugsweise aus einem geringes Gewicht aufweisenden steifen Material aufgebaut, beispielsweise einem Metallmaterial.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das erste Kettenrad S₁ in vereinfachter Weise montiert, wie zuvor erwähnt. Insbesondere ist das erste Kettenrad S₁ am Freilauf 13 verschraubbar montiert. Somit kann ein (nicht dargestellter) Verriegelungskonus, der typischerweise verwendet wird, um die Kettenräder, wie beispielsweise S₁, S₂, S₃ etc. am Laufrad 13 zu befestigen, entfallen. Außerdem ist das erste Kettenrad S₁ vorzugsweise mit einem integrierten Abstandsstück ausgebildet, um das erste Kettenrad S₁ in optimalem Abstand vom zweiten Kettenrad S₂ anzuordnen.
Wie zuvor erwähnt, sind die Kettenräder S₁–S₆ vorzugsweise am Freilauf 13 montiert, um sich mit diesem zu drehen. Der Freilauf 13 ist von relativ herkömmlicher Bauart und wird daher hier nicht erläutert und/oder dargestellt, außer insofern er in Bezug zur Kettenradbaugruppe 12 der Erfindung steht. Insbesondere beinhaltet der Freilauf 13 im Wesentlichen ein äußeres rohrförmiges Element 13, ein inneres rohrförmiges Element 32, eine Einwegkupplung 34, ein Rückhalteelement 36 und eine Mehrzal von Kugellagern 38a und eine Mehrzahl von Kugellagern 38b.
Das äußere rohrförmige Element 30 ist mit dem inneren rohrförmigen Element 32 über die Einwegkupplung 34 und die Lager 38a und 38b in herkömmlicher Weise verbunden, um sich relativ zum inneren rohrförmigen Element 32 in Rückwärtsrichtung (im Gegenuhrzeigersinn bei Betrachtung von 2) frei zu drehen, und sich mit dem inneren rohrförmigen Element 32 in Vorwärtsdrehrichtung (im Uhrzeigersinn) in herkömmlicher Weise zu drehen. Mit anderen Worten arbeitet der Freilauf 13 in herkömmlicher Weise, so dass, wenn der Fahrer in Vorwärtsrichtung in die Pedale tritt, die Kette 23 ein Drehmoment nach vorn (im Uhrzeigersinn) auf den Freilauf 13 überträgt, der seinerseits ein Drehmoment auf das Hinterrad 16 überträgt.
Das äußere rohrförmige Element 30 ist vorzugsweise ein stufenförmiges Element, das im Wesentlichen einen ersten äußeren rohrförmigen Abschnitt 40 und einen zweiten äußeren rohrförmigen Abschnitt 42 beinhaltet. Der erste äußere rohrförmige Abschnitt 40 weist einen Rückhalteflansch 41a und eine Mehrzahl von Keilzähnen 41b auf, die ausgebildet sind, um mit den Kettenrädern S₄–S₆ in herkömmlicher Weise nicht-drehbar in Eingriff zu kommen. Einer der Keilzähne 41b weist vorzugsweise unterschiedliche Gestalt auf, so dass die Phasenbeziehung der Kettenräder S₄–S₆ relativ zueinander orientiert wird und das dritte Kettenrad S₃ relativ zum vierten Kettenrad S₄ orientiert wird. Der Durchmesser des ersten rohrförmigen Abschnittes 40 ist größer als der des zweiten rohrförmigen Abschnittes 42.
In ähnlicher Weise beinhaltet der zweite äußere rohrförmige Abschnitt 42 Keilzähne 43, die gestaltet sind, um mit den Kettenrädern S₂ und S₃ in herkömmlicher Weise nicht-drehbar in Eingriff zu kommen, und die Kettenräder S₂ und S₃ mit diesem nicht-drehbar zu verbinden. Der eine der Keilzähne 41b weist vorzugsweise eine unterschiedliche Gestalt auf, so dass die Phasenbeziehung der Kettenräder S₂ und S₃ relativ zueinander orientiert wird, und das dritte Kettenrad S₃ relativ zum vierten Kettenrad S₄ orientiert wird. Der zweite äußere rohrförmige Abschnitt 42 beinhaltet auch vorzugsweise einen mit einem Gewinde versehenen Endabschnitt 44, der an einem freien Ende vom diesem ausgebildet ist, um das erste oder obere Kettenrad S₁ mit diesem verschraubbar zu verbinden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der mit einem Gewinde versehene Endabschnitt 44 mit einem Außengewinde ausgebildet. Somit hält das erste Kettenrad S₁ die übrigen Kettenräder S₂–S₆ in axialer Richtung auf dem äußeren rohrförmigen Element 30.
Das innere rohrförmige Element 32 ist auch vorzugsweise ein stufenförmiges Element mit einem ersten inneren rohrförmigen Abschnitt 46 und einem zweiten inneren rohrförmigen Abschnitt 48. Die Lager 38a sind zwischen den ersten inneren und äußeren rohrförmigen Abschnitten 46 und 40 der inneren und äußeren rohrförmigen Elemente 32 bzw. 30 verbunden. Die Lager 38a sind zwischen den zweiten inneren und äußeren rohrförmigen Abschnitten 48 und 42 der inneren und äußeren rohrförmigen Elemente 32 und 30 verbunden. Die Einwegkupplung 34 ist in axialer Richtung zwischen den Lagern 38a und 38b angeordnet. Der zweite innere rohrförmige Abschnitt 48 des inneren rohrförmigen Elementes 32 weist auch vorzugsweise ein Außengewinde auf, das an einem freien Ende von diesem ausgebildet ist, um das Rückhalteelement 36 verschraubbar aufzunehmen, um das äußere rohrförmige Element 30 mit dem inneren rohrförmigen Element 32 zu verbinden. Der Freilauf 13 arbeitet in herkömmlicher Weise. Somit wird der Freilauf 13 hier nicht detaillierter erörtert und/oder dargestellt, außer insofern er in Bezug zur Kettenradbaugruppe 12 der Erfindung steht.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 5 bis 11, beinhaltet das erste obere Kettenrad S₁ gemäß der Erfindung im Wesentlichen einen ersten Kettenradkörper 50 und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten ersten Zähnen 52, die mit dem Außenumfang des ersten Kettenradkörpers 50 verbunden sind. Die ersten Zähne 52 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung in gleichen Abständen voneinander angeordnet, so dass sie eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordneten ersten Mulden oder Füßen 54 bilden, die abwechselnd zwischen den ersten Zähnen 52 angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Zähne 52 vorzugsweise verdrehte Zähne, die zueinander identisch sind. Außerdem weist bei der dargestellten Ausführungsform das Kettenrad S₁ vorzugsweise vierzehn Zähne 52 und vierzehn Zahnfüße 54 auf. In jedem Fall beinhaltet das erste Kettenrad S₁ vorzugsweise eine geradzahlige Anzahl von Zähnen 52 und Zahnfüßen 54, um die korrekte Phasenbeziehung zwischen dem ersten Kettenrad S₁ und dem zweiten Kettenrad S₂ zu erzeugen, was nachfolgend erläutert wird.
Wie zuvor erwähnt, sind alle Zähne 52 vorzugsweise verwundene Zähne, die identisch zueinander sind. Bedingt durch diese Anordnung sind alle Zähne 52 fähig, als Herunterschaltzähne zu fungieren, um die Kette 23 vom kleinsten Kettenrad S₁ auf das zweite Kettenrad S₂ herunterzuschalten. Jedoch fungieren bei der dargestellten Ausführungsform typischerweise zwei der Zähne 52 tatsächlich als Herunterschaltzähne, insofern, als lediglich zwei Zähne typischerweise in korrekter Phase mit dem zweiten Kettenrad S₂ sind, wenn die Kettenradbaugruppe 12 miteinander verbunden ist. Genauer gesagt fungieren vorzugsweise zwei in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnete Zähne 52 als Herunterschaltzähne, die sich in korrekter Phasenbeziehung bezüglich Zähnen des zweiten Kettenrades S₂ befinden, wie später noch detaillierter erläutert wird. Mit anderen Worten hängt die Tatsache, welche zwei Zähne 52 als Herunterschaltzähne fungieren, von der Phasenbeziehung zwischen dem Kettenrad S₁ und dem Kettenrad S₂ ab, sobald diese zusammengebaut sind.
Der erste Kettenradkörper 50 ist, im Querschnitt betrachtet, im Wesentlichen ein L-förmiges Element. Der erste Kettenradkörper 50 beinhaltet im Wesentlichen einen mittigen Befestigungsabschnitt 56 und einen sich in radialer Richtung erstreckenden Zahnbefestigungsabschnitt 58. Eine erste Mittelebene P₁ des ersten Kettenradkörpers 50 ist zwischen ersten und zweiten in axialer Richtung weisenden Seiten 50a und 50b des Zahnbefestigungsabschnittes 58 angeordnet. Die ersten Zähne 52 sind vorzugsweise integral mit dem Zahnbefestigungsabschnitt 58 und dem Befestigungsabschnitt 56 als einstückiges unitäres Element ausgebildet.
Vorzugsweise ist der mittige Befestigungsabschnitt 56 ein rohrförmiges Element mit einem an diesem ausgebildeten Innengewinde, derart, dass das erste Kettenrad S₁ am äußeren rohrförmigen Element 30 des Freilaufs 13 verschraubbar montiert werden kann. Der mittige Befestigungsabschnitt 56 weist eine axiale Dicke auf, die größer als die des Zahnbefestigungsabschnittes 58 und der Zähne 52 ist. Somit fungiert der mittige Befestigungsabschnitt 56 als Abstandsstück zwischen dem ersten Kettenrad S₁ und dem zweiten Kettenrad S₂. Bei der dargestellten Ausführungsform erfordert das Gewinde des mittigen Befestigungsabschnitte 56 keine speziellen Anfangs- und Endpunkte, die eine spezielle Phasenbeziehung mit dem zweiten Kettenrad S₂ gewährleisten würden. Mit anderen Worten befinden sich, egal welche Drehposition des ersten Kettenrades S₁ relativ zum zweiten Kettenrad S₂ vorliegt, mindestens zwei der Zähne 52 in korrekter Phase zum zweiten Kettenrad S₂.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 8 bis 11, werden nun die ersten Zähne 52 und die ersten Zahnfüße 54 des ersten Kettenrades S1 detaillierter erläutert. Die Zähne 52 und die Zahnfüße 54 sind vorzugsweise identisch zueinander. Somit sind alle Zähne 52 vorzugsweise relativ zur ersten Mittelebene P₁ und den ersten und zweiten Axialseiten 50a und 50b vorzugsweise verwunden oder unter einem Winkel angeordnet. Da die Zähne 52 und Zahnfüße 54 identisch zueinander sind, wird hier lediglich ein einziger der Zähne 52 und lediglich ein einziger der Zahnfüße 54 detailliert erörtert und dargestellt. Speziell beinhaltet jeder Zahn 52 im Wesentlichen einen äußeren Endabschnitt 60 und einen Verbindungsabschnitt 62. Der äußere Endabschnitt 60 befindet sich radial außerhalb vom Verbindungsabschnitt 62. Der Verbindungsabschnitt 62 erstreckt sich von einem Außenumfang des ersten Kettenradkörpers 50 zu dem äußeren Endabschnitt 60.
Der äußere Endabschnitt 60 beinhaltet im Wesentlichen eine erste Seitenfläche 64a, eine zweite Seitenfläche 64b und eine Stirnfläche 67c, die sich zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen 64a und 64b erstreckt. Die Stirnfläche 64c ist vorzugsweise eine verwundene, sich in Umfangsrichtung erstreckende ebene Fläche, die einen Außenumfang des Zahns 52 bildet. Die zweite Seitenfläche 64b ist von der Stirnfläche 64c zur zweiten Axialseite 50b des Zahnbefestigungsabschnittes 58 abgeschrägt. Außerdem ist die zweite Seitenfläche 64b vorzugsweise in Umfangsrichtung abgeschrägt. Die zweite Seitenfläche 64b ist vorzugsweise eine ebene planare Fläche.
Die erste Seitenfläche 64a ist vorzugsweise aus einer Mehrzahl von ebenen planaren Flächenabschnitten facettenartig ausgebildet. Insbesondere beinhaltet die erste Seitenfläche 64a vorzugsweise einen nach außen abgeschrägten Abschnitt 65a, einen nach innen abgeschrägten Abschnitt 65b und einen nicht-abgeschrägten Abschnitt 65e. Der nach außen abgeschrägte Abschnitt 65a erstreckt sich vorzugsweise radial nach innen und ist nach außen hin zur ersten Axialseite 50a des Zahnbefestigungsabschnittes 58 hin abgeschrägt. Der nach innen abgeschrägte Abschnitt 65b erstreckt sich vorzugsweise radial nach innen vom nach außen abgeschrägten Abschnitt 65a und ist von diesem aus zur zweiten Axialseite 50b des Zahnbefestigungsabschnittes 58 hin abgeschrägt. Der nicht-abgeschrägte Abschnitt 65c erstreckt sich nach hinten von einer Vorderkante des äußeren Endabschnittes 60 und kreuzt die nach außen und nach innen abgeschrägten Abschnitte 65a und 65b.
Der nicht-abgeschrägte Abschnitt 65c ist vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur ersten Axialseite 50a des Kettenradbefestigungsabschnitts 68. Außerdem ist der nicht-abgeschrägte Abschnitt 65c vorzugsweise axial fluchtend mit der ersten Axialseite 50a ausgerichtet. Die nach außen und nach innen abgeschrägten Abschnitte 65a und 65b sind vorzugsweise in Umfangsrichtung (Vorwärtsdrehrichtung) zur ersten Axialseite 50a hin abgeschrägt, so dass der äußere Endabschnitt 60 relativ zur ersten Mittelebene P₁ im Wesentlichen verwunden ist. Der nach außen abgeschrägte Abschnitt 65a, der nach innen abgeschrägte Abschnitt 65b und der nicht-abgeschrägte Abschnitt 65c der ersten Seitenfläche 64a sind nicht-parallel zur zweiten Seitenfläche 64a. Somit ist die erste Seitenfläche 64a vorzugsweise nicht-parallel zur zweiten Seitenfläche 64b.
Der Verbindungsabschnitt 64 des Zahns 52 beinhaltet eine vertiefte Seitenfläche 66, die auf der ersten Axialseite 50a des Zahns 52 angeordnet ist. Die zweite Seitenfläche 64b des am äußeren Ende befindlichen Abschnittes 60 erstreckt sich radial nach innen, um die zweite Seite des dazwischenliegenden Verbindungsabschnittes 62 zu bilden. Mit anderen Worten weist der Zahn 52 im Wesentlichen das gleiche Profil sowohl am äußeren Endabschnitt 60 als auch dem Verbindungsabschnitt 62 an seiner zweiten Axialseite 50b auf. Die vertiefte Seitenfläche 66 ist von der ersten Axialseite 50a des Zahnbefestigungsabschnittes 58 axial versetzt. Somit ist die vertiefte Seitenfläche 66 ebenfalls vorzugsweise gegen den nicht-abgeschrägten Abschnitt 65c der ersten Seitenfläche 64a axial versetzt.
Die vertiefte Seitenfläche 66 ist vorzugsweise in Umfangsrichtung nach vorne zur ersten Axialseite 50a des Zahnbefestigungsabschnittes 58 hin abgeschrägt. Insbesondere ist die vertiefte Seitenfläche 66 vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur ersten Axialseite 50a des Zahnbefestigungsabschnittes 58 in der Zone, die sich in Umfangsrichtung nach hinten vom äußeren Endabschnitt 60 aus befindet, und ist dann in Umfangsrichtung nach vorne zur ersten Axialseite 50a des Zahnbefestigungsabschnitts 58 hin abgeschrägt. Die vertiefte Seitenfläche ist vorzugsweise zwischen ca. 0,2 und ca. 0,6 mm gegen die erste Axialseite 50a versetzt. In jedem Fall sind alle Flächen/Abschnitte auf der ersten Seite des Zahns 52 zumindest teilweise in Umfangsrichtung abgeschrägt, abgesehen vom nicht-abgeschrägten Abschnitt 65c des äußeren Abschnittes 60 und dem nach hinten hin angeordneten Abschnitt der vertieften Seitenfläche 66. Somit ist die vertiefte Seitenfläche 66 so angeordnet und konfiguriert, dass sie zumindest teilweise axial näher an der zweiten Axialseite 50h des Zahnbefestigungsabschnittes 58 entlang einer hinteren Kante der vertiefen Seitenfläche 66 als die erste Seitenfläche 64a des äußeren Endabschnitts 60 ist. Außerdem ist die vertiefte Seitenfläche 66 so angeordnet und konfiguriert, dass sie zumindest teilweise axial näher an der zweiten Axialseite 50b des Zahnbefestigungsabschnitts 58 als die erste Seitenfläche 64a des äußeren Endabschnitts 60 ist.
Außerdem ist die vertiefte Seitenfläche 66 vorzugsweise näher an der zweiten Axialseite 50b des Zahnbefestigungsabschnittes 58 entlang der Hinterkante als zumindest ein Teilstück der Vorderkante des Zahns 52 (z. B. aufgrund der abgeschrägten Konfiguration der vertieften Seitenfläche 66). Somit ist die vertiefte Seitenfläche 66 vorzugsweise zur zweiten Axialseite 50b des Zahnbefestigungsabschnittes 58 vom äußeren Endabschnitt 60 aus axial versetzt, um eine Vertiefung zu bilden, damit ein Herunterschalten der Kette 23 vom ersten Kettenrad S₁ auf das zweite Kettenrad S₂ erleichtert wird. Insbesondere sorgt die Vertiefung, die durch die vertiefte Seitenfläche 66 gebildet wird, für einen Freiraum für eine der inneren Gelenkstückplatten 23a der Kette 23, so dass diese axial näher zur zweiten Axialseite 50b des Zahnbefestigungsabschnittes 58 zu bewegen ist. Somit kann die Kette 23 in effizienter Weise heruntergeschaltet werden, ungeachtet dessen, ob die inneren oder äußeren Gelenkstückplatten 23a oder 23b auf dem Zahn 52 angeordnet sind, der sich in korrekter Phasenbeziehung zu den Zähnen des zweiten Kettenrades S₂ befindet.
Die ersten Zahnfüße 54 sind vorzugsweise identisch zueinander, wie zuvor erwähnt wurde. Somit wird hier lediglich ein einziger der ersten Zahnfüße 54 detailliert erörtert und dargestellt. Jeder Zahnfuß 54 beinhaltet eine abgefaste Fläche 68a und eine Umfangsfläche 68b. Sowohl die abgefaste Fläche 68a als auch die Umfangsfläche 68b erstrecken sich zwischen benachbarten Paaren von ersten Zähnen 52. Jede abgefaste Fläche 68a befindet sich auf der ersten Axialseite 50a des Zahnbefestigungsabschnitts 58. Somit kreuzt jede abgefaste Fläche 68a gegenüberliegende Enden eines Paars der vertieften Seitenfläche 66 von benachbarten Zähnen 52. Außerdem kreuzt, am vorderen Umfangsende eines jeden Zahns 52, die abgefaste Fläche 68a auch die erste Seitenfläche 64a des äußeren Endabschnitts 60. Insbesondere kreuzt die abgefaste Fläche 68a den nach innen abgeschrägten Abschnitt 65b und den nicht-abgeschrägten Abschnitt 65c der ersten Seitenfläche 64a des äußeren Endabschnitts 60.
Die abgefaste Fläche 68a ist in axialer Richtung nach außen und in radialer Richtung nach innen von der Umfangsfläche 68b zur ersten Axialseite 50a des Zahnbefestigungsabschnitts 58 abgeschrägt. Diese Anordnung begrenzt eine Kollision der Zahnfüße 54 mit den inneren Gelenkstückplatten 23a der Kette 23. Die abgefaste Fläche 68a bildet vorzugsweise einen Winkel Von ca. 45° mit der ersten Axialseite 50a. Die abgefaste Fläche 68a weist vorzugsweise eine maximale axiale Abmessung von ca. 1,0 mm und eine maximale Radialabmessung von ca. 1,0 mm auf. Selbstverständlich sind die Axial- und Radialabmessungen der abgefasten Flächen 68a geringfügig kleiner in den Zonen, in denen die abgefasten Flächen 68a die vertiefte(n) Seitenfläche(n) 66 kreuzen.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 12–22, wird nun das zweite Kettenrad S₂ detaillierter erläutert. Das zweite Kettenrad S₂ beinhaltet vorzugsweise einen zweiten Kettenradkörper 70, ein Paar von zweiten Herunterschaltzähnen 72, eine Mehrzahl von zweiten Antriebszähnen 73 und eine Mehrzahl von Zahnfüßen 74, die in einer in Umfangsrichtung abwechselnden Weise zwischen den zweiten Herunterschaltzähnen 72 und den zweiten Antriebszähnen 73 angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die zweiten Herunterschaltzähne 72 vorzugsweise in Umfangsrichtung in gleichen Abständen voneinander angeordnet, wobei sieben (7) der zweiten Antriebszähne 73 zwischen diesen angeordnet sind. Somit weist das zweite Kettenrad S₂ vorzugsweise insgesamt sechzehn Zähne auf.
Der zweite Kettenradkörper 70 weist eine dritte in axialer Richtung weisende Seite 70a, eine vierte in axialer Richtung weisende Seite 70b und einen mit Keilzahnprofilen versehenen Befestigungsabschnitt 71 auf, der konfiguriert ist, um am zweiten äußeren rohrförmigen Abschnitt 72 des äußeren rohrförmigen Elementes 30 des Freilaufes 13 montiert zu werden. Somit ist das zweite Kettenrad S₂ ausgelegt, um in einer speziellen Phasenbeziehung relativ zum dritten Kettenrad S₃ angeordnet zu werden, wie später noch kurz erläutert wird. Insbesondere weist die dritte Axialseite 70a zum ersten Kettenrad S₁, hingegen weist die vierte Axialseite 70b zum dritten Kettenrad S₃. Somit sind die zweiten Herunterschaltzähne 72 in einer speziellen Phasenbeziehung relativ zu gewissen Zähnen des dritten Kettenrades S₃ angeordnet. Insbesondere ist das zweite Kettenrad S₂ derart gestaltet, dass die zweiten Herunterschaltzähne 72 so angeordnet sind, dass sie zumindest teilweise in Umfangsrichtung mit einer auf dem dritten Kettenrad S₃ ausgebildeten Schaltvertiefung fluchten, um ein Herunterschalten vom zweiten Kettenrad S₂ auf das dritte Kettenrad S₃ über ein Paar von Herunterschaltwegen zu erleichtern.
Alle zweiten Zähne 72 und 73 des zweiten Kettenrades S₂ sind in Umfangsrichtung verwunden, derart, dass, wenn die Kette 23 vom ersten Kettenrad S₁ heruntergeschaltet wird, sie auf einem beliebigen der Zähne 72 oder 73 aufgenommen werden kann, in Abhängigkeit von der Phasenbeziehung zwischen den ersten und zweiten Kettenrädern S₁ und S₂. Mit anderen Worten sind, obschon ein beliebiger der zweiten Zähne 72 und 73 die Ketten 23 vom ersten Kettenrad S₁ empfangen kann, lediglich zwei der zweiten Zähne 72 und 73 tatsächlich in korrekter Phase mit den Zähnen 52 des ersten Kettenrades S₁, und zwar bei einer gegebenen Montageorientierung des ersten Kettenrades S₁. Insbesondere sind, da der Befestigungsabschnitt 56 des ersten Kettenrades S₁ mit dem Freilauf 13 verschraubbar verbunden ist, gewisse Zähne der Zähne 72 und 73 in korrekter Phasenbeziehung angeordnet, um die Kette 23 vom ersten Kettenrad S₁ aufzunehmen.
Die zwei Herunterschaltzähne 72 des zweiten Kettenrades S₂ sind auch gestaltet, um unterstützend beim Herunterschalten der Kette 23 vom zweiten Kettenrad S₂ auf das dritte Kettenrad S₃ zu wirken, wie zuvor erwähnt wurde. Insbesondere weist jeder der Herunterschaltzähne 72 eine vertiefte Seitenfläche 76 auf, die auf der dritten Axialseite 70a von diesem ausgebildet ist. Die dritte Axialseite 70a weist in gleicher Richtung wie die erste Axialseite 50a des ersten Kettenrades S₁. Somit ist die dritte Axialseite 70a der zweiten Axialseite 50b des ersten Kettenrades S₁ zugewandt. Die vertiefte Seitenfläche 76 arbeitet in ähnlicher Weise wie die vertiefte Seitenfläche 66 des ersten Kettenrades S₁. Insbesondere gestattet die vertiefte Seitenfläche 76, dass eine innere Gelenkstückplatte 23a der Kette 23 sich axial näher zur vierten Axialseite 70b bewegt, während eines Herunterschaltens vom zweiten Kettenrad S₂ auf das dritte Kettenrad S₃.
Die vertiefte Seitenfläche 76 weist in ihrer Vorwärtsdrehzone (d. h. parallel zur dritten Seitenfläche 70a) eine Tiefe von ca. 0,25 mm auf, die sich in ihrer hinteren Zone auf eine Tiefe Von ca. 0,6 mm verjüngt. Somit ist die dritte Axialseite 70a vorzugsweise um ca. 0,25 mm gegen eine Vorderkante des äußeren Endes des äußeren Endabschnittes des Zahns 72 in axialer Richtung versetzt. Eine Hinterkante des Zahns 72 ist vorzugsweise im Wesentlichen fluchtend zur vierten Axialseite 70b angeordnet. Insbesondere ist die Hinterkante des Zahns 72 vorzugsweise um ca. 0,1 mm gegen die vierte Axialseite 70b versetzt. In ähnlicher Weise ist die Hinterkante des Zahns 73 ebenfalls vorzugsweise im Wesentlichen fluchtend zur vierten Axialseite 70b oder um ca. 0,1 mm gegen diese versetzt angeordnet. Die Vorderkante des Zahns 73 ist vorzugsweise in axialer Richtung fluchtend mit der dritten Axialseite 70a angeordnet.
Da das zweite Kettenrad S₂ einen mit einer Keilverzahnung versehenen Befestigungsabschnitt 71 aufweist, ist die Phasenbeziehung zwischen den zweiten und dritten Kettenrädern S₂ und S₃ vorbestimmt, und somit wird lediglich ein Paar von Herunterschaltzähnen 72 benötigt. Selbstverständlich geht für Fachleute der Fahrradtechnik aus dieser Beschreibung klar hervor, dass die Anzahl von Herunterschaltzähnen 72 von der Anzahl von gewünschten Herunterschaltwegen vom dritten Kettenrad S₃ abhängt. Somit hängt die Anzahl der Herunterschaltzähne 72 von der Anzahl von Herunterschaltzonen ab, die am dritten Kettenrad S₃ ausgebildet sind. Jedoch ist die Erfindung für erste-dritte Kettenräder S₁–S₃ optimiert, die eine geradzahlige Anzahl von Zähnen aufweisen, und die ein Paar von Herunterschaltwegen zwischen den zweiten und dritten Kettenrädern S₂–S₃ aufweisen.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 23 wird nun das dritte Kettenrad S₃ detaillierter erläutert. Das dritte Kettenrad S₃ ist im Wesentlichen gemäß U.S.-Patent Nr. 4,899,521 gestaltet, abgesehen davon, dass das dritte Kettenrad S₃ eine Achzehn-Zahn-(18T)-Konfiguration hat. Somit beinhaltet das dritte Kettenrad S₃ im Wesentlichen einen dritten Kettenradkörper 80 mit in entgegengesetzte Richtungen weisenden Axialseiten, und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich vom Kettenradkörper 80 nach außen erstrecken. Insbesondere beinhaltet das dritte Kettenrad S₃ ein Paar von Kettenführungsabschnitten 82, die gemäß den Kettenführungsabschnitten 4 des U.S.-Patents Nr. 4,899,521 gestaltet sind, was der Kette gestattet, zur vierten Kettenradseite des zweiten Kettenrades S₂ abzuweichen, wenn ein Herunterschalten der Kette 23 vom zweiten Kettenrad S₂ auf das dritte Kettenrad S₃ erfolgt. Die Kettenführungsabschnitte 82 sind in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen zueinander angeordnet, um mit den zweiten Herunterschaltzähnen 72 des zweiten Kettenrades S₂ in korrekter Weise zu fluchten, damit ein leichtgängiger, zuverlässiger Herunterschaltvorgang zwischen diesen erfolgen kann.
MODIFIZIERTES OBERES KETTENRAD
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein (nicht dargestelltes) modifiziertes erstes/oberes Kettenrad bereitgestellt werden, das dreizehn Zähne aufweist (d. h. eine 13T-Konfiguration). Dieses modifizierte obere Kettenrad ist gestaltet um, anstelle des Kettenrades S₁, mit der Kettenradbaugruppe 12 verwendet zu werden. Da dieses modifizierte obere Kettenrad im Wesentlichen identisch zum Kettenrad S₁ ist, wird dieses modifizierte obere Kettenrad hier nicht detailliert erörtert und/oder dargestellt. Vielmehr geht für Fachleute der Fahrradtechnik aus dieser Beschreibung klar hervor, dass die Beschreibungen und/oder Darstellungen des Kettenrades S₁ auch für dieses modifizierte obere Kettenrad Gültigkeit haben, außer wie nachfolgend erläutert wird.
Speziell ist dieses modifizierte obere Kettenrad identisch zum Kettenrad S₁, abgesehen von der Zähnezahl. Mit anderen Worten weist dieses modifizierte Kettenrad dreizehn in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen zueinander angeordnete Zähne auf, die identisch zu den Zähnen 52 (siehe 5 bis 11) des Kettenrades S₁ sind, so dass dreizehn in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen angeordnete Zahnfüße gebildet werden, die identisch zu den Zahnfüßen 54 des Kettenrades S₁ sind. Außerdem beinhaltet dieses modifizierte obere Kettenrad vorzugsweise einen Kettenradkörper, der zum Kettenradkörper 50 des Kettenrades S₁ identisch ist und am Freilauf 13 in identischer Weise zum Kettenrad S₁ montiert ist. Selbstverständlich geht für Fachleute der Fahrradtechnik aus dieser Beschreibung klar hervor, dass geringfügige Modifikationen an den Zähnen, den Zahnfüßen und dem Kettenradkörper bei diesem modifizierten oberen Kettenrad erforderlich sein könnten, und zwar aufgrund der geringeren Zähnezahl.
Mit diesem modifizierten oberen Kettenrad wird mindestens ein leichtgängiger Herunterschaltweg ausgebildet, um die Kette 23 vom modifizierten oberen Kettenrad auf das zweite Kettenrad S₂ zu schalten. Insbesondere sind vorzugsweise zwei leichtgängige Herunterschaltwege zwischen einem derartigen modifizierten oberen Kettenrad und dem zweiten Kettenrad S₂ ausgebildet. Jedoch sind bei diesem modifizierten oberen Kettenrad die zwei Herunterschaltwege nicht in Umfangsrichtung in gleichen Abständen zueinander angeordnet, aufgrund der ungeradzahligen Zahl (13T) der Zähne dieses modifizierten oberen Kettenrades. Mit anderen Worten ist die präzise Phasenbeziehung dieses modifizierten oberen Kettenrades bezüglich dem zweiten Kettenrad S₂ nicht kritisch, um für einen leichtgängigen zuverlässigen Herunterschaltvorgang zu sorgen.
Die einen Grad oder ein Ausmaß bezeichnenden Begriffe wie beispielsweise ”im Wesentlichen”, ”etwa” und ”näherungsweise” wie hier verwendet bedeuten ein sinnvolles Ausmaß an Abweichung eines modifizierten Begriffes, derart, dass das Endergebnis nicht wesentlich verändert wird. Diese Begriffe sollten so verstanden werden, dass sie eine Abweichung von mindestens ±5% des modifizierten Begriffes einschließen, wenn diese Abweichung der Bedeutung des Wortes, das sie modifizieren, nicht widerspricht.
Es wurden hier zwar lediglich ausgewählte Ausführungsformen verwendet, um diese Erfindung zu erläutern, jedoch geht für Fachleute aus dieser Beschreibung klar hervor, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an diesen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den anliegenden Ansprüchen definiert ist. Außerdem dient die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung lediglich zu Darstellungszwecken und nicht dem Zweck einer Einschränkung der Erfindung, die durch die anliegenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.

Claims

Oberes Kettenrad (S1) für eine hintere Kettenradbaugruppe (12) für ein Fahrrad (10), das erste und zweite in axialer Richtung weisende Seiten (50a, 50b) mit einer zwischen diesen angeordneten Mittelebene (P1) aufweist, aufweisend: einen Kettenradkörper (50); und in Umfangsrichtung beabstandete Zähne (52), die sich von einem Außenumfang des Kettenradkörpers (50) radial nach außen erstrecken, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zahnfüßen (54) zu bilden, die in abwechselnder Anordnung zwischen den Zähnen (52) angeordnet sind, wobei die Zähne (52) beinhalten einen an der Spitze befindlichen Abschnitt (60), der eine erste Seitenfläche (64a) aufweist, die sich auf einer ersten Seite (50a) befindet, eine zweite Seitenfläche (64b), die sich auf der zweiten Seite (50b) befindet, und eine Stirnfläche (64c), die sich zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen (64a, 64b) erstreckt, und eine vertiefte Seitenfläche (66), die sich in einer Umfangsrichtung auf der ersten Seite (50a) erstreckt, wobei sich die vertiefte Seitenfläche (66) radial innerhalb des am vorderen Ende befindlichen Abschnittes (60) auf der ersten Seite (50a) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die vertiefte Seitenfläche (66) so angeordnet und konfiguriert ist, dass sie zumindest teilweise axial näher an der zweiten Seite (50b) entlang eines hinteren Abschnittes der vertieften Seitenfläche (66) als ein vorderer Abschnitt der vertieften Seitenfläche (66) ist, die vertiefte Seitenfläche (66) so angeordnet und konfiguriert ist, dass sie zumindest teilweise axial näher an der zweiten axialen Seite (50b) als die erste Seitenfläche (64a) des am vorderen Ende befindlichen Abschnittes (60) ist, und die vertiefte Seitenfläche (66) näher an der zweiten Kettenradaxialseite (50b) eines Zahnbefestigungsabschnitts (58) des Kettenradkörpers (50) benachbart zu den Zähnen (52) entlang einer hinteren Kante als zumindest ein Abschnitt einer vorderen Kante der Zähne (52) ist, wobei alle Zähne (52) des oberen Kettenrads (S1) verwundene Zähne sind, die identisch zueinander sind.
Kettenrad nach Anspruch 1, bei dem mindestens einer der Zahnfüße (54), die benachbart zum ersten Zahn (52) angeordnet sind, auf seiner ersten Seite (50a) abgeschrägt ist.
Kettenrad nach Anspruch 2, bei dem der abgeschrägte Zahnfuß (54) vom ersten Zahn (52) in Richtung nach vorn positioniert ist.
Kettenrad nach Anspruch 3, bei dem ein Paar der Zahnfüße (54) auf ihrer ersten Seite (50a) abgeschrägt sind, wobei einer der abgeschrägten Zahnfüße (54) benachbart zum ersten Zahn (52) in Richtung nach hinten vom ersten Zahn (52) angeordnet ist.
Kettenrad nach Anspruch 1, bei dem die vertiefte Seitenfläche (66) in Umfangsrichtung zulaufend ist, so dass sie unter einem Winkel relativ zur Mittelebene (P1) angeordnet ist.
Kettenrad nach Anspruch 5, bei dem die vertiefte Seitenfläche (66) eine ebene Fläche ist.
Kettenrad nach Anspruch 1, bei dem die Stirnfläche (64c) des am vorderen Ende befindlichen Abschnittes (60) relativ zur Mittelebene (P1) verwunden ist.
Kettenrad nach Anspruch 7, bei dem zumindest ein Teil des am vorderen Ende befindlichen Abschnittes (60) mit der ersten Seite (50a) des Kettenradkörpers (50) axial fluchtet.
Kettenrad nach Anspruch 1, bei dem die Zähne (52) identisch zueinander sind und die Zahnfüße (54) identisch zueinander sind.
Kettenrad nach Anspruch 1, bei dem der Kettenradkörper (50) ein mittleres Befestigungsteilstück (56) aufweist.
Kettenrad nach Anspruch 10, bei dem das mittlere Befestigungsteilstück (56) mit einem Gewinde versehen ist.
Kettenrad nach Anspruch 1, bei dem die ersten und zweiten Seitenflächen (64a, 64b) des am vorderen Ende befindlichen Abschnittes (60) erste bzw. zweite Außenkanten aufweisen, und die ersten und zweiten Außenkanten im Wesentlichen parallel sind.
Kettenrad nach Anspruch 1, bei dem die ersten und zweiten Seitenflächen (64a, 64b) des am vorderen Ende befindlichen Abschnittes (60) nichtparallele ebene Flächen sind.
Mehrstufige Kettenradbaugruppe für ein Fahrrad (10), aufweisend: ein erstes Kettenrad (S1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, das erste und zweite in axialer Richtung weisende Seiten (50a, 50b) mit einer zwischen diesen angeordneten Mittelebene (P1) aufweist, wobei das erste Kettenrad (S1) beinhaltet: einen ersten Kettenradkörper (50), der ein mit einem Gewinde versehenes. Befestigungsteilstück (56) aufweist, das sich an einem Innenumfang von diesem befindet, und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten ersten Zähnen (52), die sich von einem Außenumfang des ersten Kettenradkörpers (50) radial nach außen erstrecken, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten ersten Zahnfüßen (54) zu bilden, die in abwechselnder Anordnung zwischen den Zähnen (52) angeordnet sind, wobei ein erster Herunterschaltzahn (52) der ersten Zähne (52) beinhaltet einen an der Spitze befindlichen Abschnitt (60), der eine erste Seitenfläche (64a) aufweist, die sich auf einer ersten Seite (50a) befindet, eine zweite Seitenfläche (64b), die sich auf der zweiten Seite (50b) befindet, und eine Stirnfläche (64c), die sich zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen (64a, 64b) erstreckt, und eine vertiefte Seitenfläche (66), die sich in einer Umfangsrichtung auf der ersten Seite (50a) erstreckt, wobei sich die vertiefte Seitenfläche (66) radial innerhalb des am vorderen Ende befindlichen Abschnittes (60) auf der ersten Seite (50a) befindet, wobei die vertiefte Seitenfläche (66) so angeordnet und konfiguriert ist, dass sie zumindest teilweise axial näher an der zweiten Seite (50b) entlang eines hinteren Abschnittes der vertieften Seitenfläche (66) als ein vorderer Abschnitt der vertieften Seitenfläche (66) ist, und ein zweites Kettenrad (S2), das benachbart zum ersten Kettenrad (S1) angeordnet ist und das größer als das erste Kettenrad (S1) ist, wobei das zweite Kettenrad (S2) eine dritte in axialer Richtung weisende Seite (70a) benachbart zur zweiten Seite (50b) des ersten Kettenrades (S1) und eine vierte in axialer Richtung weisende Seite (70b) aufweist, wobei das zweite Kettenrad (S2) beinhaltet: einen zweiten Kettenradkörper (70), und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten Zähnen (72, 73), die sich von einem Außenumfang des zweiten Kettenradkörpers (70) radial nach außen erstrecken.
Mehrstufige Kettenradbaugruppe nach Anspruch 14, bei der das mit einem Gewinde versehene Befestigungsteilstück (56) ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungsloch beinhaltet.
Mehrstufige Kettenradbaugruppe nach Anspruch 14, bei der alle zweiten Zähne (72, 73) des zweiten Kettenrades (S2) in Umfangsrichtung verwunden sind.
Mehrstufige Kettenradbaugruppe nach Anspruch 14, bei der das zweite Kettenrad (S2) ein mit einem Keilzahnprofil versehenes mittleres Befestigungsteilstück (71) aufweist.
Mehrstufige Kettenradgruppe nach Anspruch 14, weiter aufweisend: ein drittes Kettenrad (S3), das benachbart zum zweiten Kettenrad (S2) angebracht ist und das größer als das zweite Kettenrad (S2) ist.
Mehrstufige Kettenradgruppe nach einem der Ansprüche 14 oder 16 oder 18, bei der mindestens einer der zweiten Zähne (72, 73) ein Herunterschaltzahn (72) ist, der eine vertiefte dritte Seitenfläche (76) aufweist, die gegen die dritte Seite (70a) des zweiten Kettenradkörpers (70) versetzt ist.
Mehrstufige Kettenradgruppe nach Anspruch 19, bei der die vertiefte dritte Seitenfläche (76) in Umfangsrichtung zulaufend ist.
Mehrstufige Kettenradgruppe nach einem der Ansprüche 14 oder 16 oder 18, bei der ein Paar der zweiten Zähne (72, 73) Herunterschaltzähne (72) sind, von denen jeder eine vertiefte dritte Seitenfläche (76) aufweist, die gegen die dritte Seite (70a) des zweiten Kettenradkörpers (70) versetzt ist.
Mehrstufige Kettenradgruppe nach Anspruch 21, bei der die Herunterschaltzähne (72) in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnet sind.