DE9416051U1

DE9416051U1 - Chain changer and derailleur in integral design, especially made of fiber composite materials

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Publication number: DE9416051U1
Application number: DE9416051U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2004-10-07

Description

Kettenwechsler und Umwerfer in Integralbauweise insbesondere aus FaserverbundwerkstoffenDerailleurs and front derailleurs in integral design, particularly made of fibre composite materials

Die Erfindung betrifft einen hinteren Kettenwechsler und einen vorderen Umwerfer insbesondere für Rennräder und Mountainbikes.The invention relates to a rear derailleur and a front derailleur, in particular for racing bikes and mountain bikes.

An Fahrrad- Kettenschaltungen werden hohe Anforderungen an die Funktionssicherheit auch bei mangelhafter Wartung gestellt. Sie sollen möglichst unempfindlich gegen Verschmutzung und Korrosion sein. Zudem sollte das Gewicht möglichst gering sein.Bicycle derailleur gears are subject to high demands in terms of functional reliability, even if they are not properly maintained. They should be as resistant to dirt and corrosion as possible. They should also be as light as possible.

Fahrrad- Kettenschaltungen bestehen aus mehreren Einzelteilen, die in der Regel jeweils für sich nur eine einzige Funktion erfüllen. Es sind dies in der Hauptsache die Schenkel der Parallelogrammführung, die Schaltungsbolzen, der Käfig zur Aufnahme der Schaltungsrädchen und die Rückholfedern.Bicycle derailleurs consist of several individual parts, each of which usually only fulfills a single function. These are mainly the legs of the parallelogram guide, the gear pins, the cage for holding the gear wheels and the return springs.

Die Dreh/Schwenklagerungen der Parallelogrammführung sind meistens als Gleitlagerungen, bei besseren Ausführungen allerdings als Nadellagerung ausgeführt. Separate Rückholfedern sind in Aussparungen und/oder Befestigungshaken mit den Bauteilen des Kettenwechslers bzw. des Umwerfers verbunden und sind während der Schaltungsbetätigung (Bewegung der Schenkel des Parallelogramms) durch Reibung beansprucht. Während der Bewegung der Schaltungen reiben sich Rückholfeder bzw. Rückholfedern (aus Federstahl) an den Befestigungspunkten (in der Regel Aluminium). An diesen Punkten tritt verstärkt Korrosion und somit Materialabtrag auf. Aufgrund des Straßenschmutzes kommt es zu einem zusätzlichen Materialabtrag an bzw. in den Befestigungspunkten. Zwischen den einzelnen Bauteilen der Schaltung kann sich Schmutz und Staub ansammeln, was die Beweglichkeit stark einschränken kann, d.h. es tritt eine zunehmende Schwergängigkeit ein; im Extremfall kann die Schaltung festsitzen und nicht mehr betätigt werden. Staub und Schmutz kann auch bei guter Abdichtung in die Lager eindringen. Dadurch werden die Drehlager abgenutzt und im Laufe der Zeit der Lageirsitz zerstört. Es ist als Nachteil zu bezeichnen, wenn in regelmäßigen Abständen eine Schaltung auseinandergenommen und gereinigt werden muß.The rotating/pivoting bearings of the parallelogram guide are usually designed as plain bearings, but in better versions as needle bearings. Separate return springs are connected to the components of the derailleur or front derailleur in recesses and/or fastening hooks and are subjected to friction during gear shifting (movement of the legs of the parallelogram). During gear shifting, the return spring or return springs (made of spring steel) rub against the fastening points (usually aluminum). Corrosion and thus material loss occurs at these points. Due to road dirt, additional material loss occurs at or in the fastening points. Dirt and dust can accumulate between the individual components of the gear shifting system, which can severely restrict mobility, i.e. it becomes increasingly difficult to operate; in extreme cases, the gear shifting system can become stuck and can no longer be operated. Dust and dirt can penetrate the bearings even if they are well sealed. This causes the rotary bearings to wear out and the bearing seat to be destroyed over time. It is a disadvantage if a circuit has to be taken apart and cleaned at regular intervals.

Da für jede Funktion ein separates Bauteil verwendet werden muß, ergibt sich ein relativ hohes Gesamtgewicht der Schaltungseinheit, ein hoher konstruktiver und fertigungstechnischer Aufwand sowie eine hohe Stückzeit. Da bei dem Konstruktionsprinzip eines herkömmlichen Kettenwechslers bzw. Umwerfers die Anwendung von Faserverbundwerkstoffen nur sehr eingeschränkt möglich ist, können diese zur Reduzierung der Masse einer Schaltung kaum eingesetzt werden.Since a separate component must be used for each function, the overall weight of the gear unit is relatively high, the design and manufacturing effort is high, and the production time is long. Since the design principle of a conventional derailleur or front derailleur only allows the use of fiber composite materials to a very limited extent, they can hardly be used to reduce the mass of a gear system.

Desweiteren kann sich die Einstellung durch Ansammlung von Schmutz und Staub zwischen den Rückholfedern und den anderen Bauteilen im Betrieb im Laufe der Zeit verstellen. Generell neigt die aus vielen Einzelteilen bestehende Bauweise eines herkömmlichen Kettenwechslers bzw. Umwerfers aufgrund ihrer verästelten Bauweise dazu, Schmutz und Staub aufzufangen und festzuhalten.Furthermore, the setting can become misaligned over time due to the accumulation of dirt and dust between the return springs and the other components during operation. In general, the design of a conventional derailleur or front derailleur, which consists of many individual parts, tends to collect and hold dirt and dust due to its complex structure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Nachteile, die eine aus mehreren Teilen aufgebaute Fahrrad - Kettenschaltung d.h. der an der Hinterachse befindliche Kettenwechsler und der beim Tretlager befindliche Umwerfer besitzt, zu eliminieren bzw. zu minimieren.The invention is based on the object of eliminating or minimizing the disadvantages of a bicycle derailleur system made up of several parts, i.e. the derailleur located on the rear axle and the front derailleur located at the bottom bracket.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs- Geometrie und -Bauweise und ein Herstellungsverfahren zu entwickeln, die die rationelle bzw. sinnvolle Verwendung von Faserverbundwerkstoffen als Werkstoff für Kettenwechsler und Umwerfer ermöglichen. Desweiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulisch zu aktivierende Schaltung zu entwerfen, die ohne konventionellen Hydraulikzylinder und mit möglichst wenig Einzelteilen auskommt.Furthermore, the invention is based on the task of developing a gearshift geometry and design and a manufacturing process that enable the rational and sensible use of fiber composite materials as a material for derailleurs and front derailleurs. Furthermore, the invention is based on the task of designing a hydraulically activated gearshift that does not require a conventional hydraulic cylinder and uses as few individual parts as possible.

Außerdem liegt der Erfindung die Idee und Aufgabe zugrunde, eine Ketten wechsler- bzw. Umwerfer- Struktur zu gestalten bzw. zu entwerfen, die aus deutlich weniger Einzelteilen als eine konventionelle Bremse aufgebaut ist; möglichst sogar nur aus einem Teil besteht. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die sehr hohen elastischen Dehnungen, d.h. die im Vergleich zu anderen Werkstoffen sehr hohen Streckgrenzen für die Konstruktion von Gelenken an Fahrrad- Schaltungen auszunützen.The invention is also based on the idea and task of designing or creating a chain changer or derailleur structure that is made up of significantly fewer individual parts than a conventional brake; if possible, even consists of just one part. The invention is based on the idea of exploiting the very high elastic elongations, i.e. the very high yield strengths compared to other materials, for the construction of joints on bicycle gears.

Die Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine möglichst integrale Konstruktion zur Anwendung kommt, d.h. daß eine Schaltungseinheit aus möglichst wenig Einzelteilen aufgebaut ist. Daher ist für die einzelnen Bauteile anzustreben, daß diese nicht nur eine Funktion sondern mehrere Funktionen übernehmen können. Bei der erfindungsgemäßen Integralbauweise werden artikulierende Gelenke bzw. Gelenke, die um einen Bolzen drehen durch solche, die durch konstruktive Schwächung der Struktur entstehen, ersetzt, d.h. bei einem Balken- Struktur- Element wird ein Gelenkpunkt erzeugt indem der Querschnitt an dieser Stelle verringert wird und ohne am Rand die Bruchdehnung zu erreichen über einen möglichst großen Winkel biegbar wird. Da an den durch konstruktive Schwächung entstandenen Biege- bzw. Drehgelenkstrukturen trotzdem sehr große Randdehnungen auftreten können werden hier erfindungsgemäß vorzugsweise Faserverbundwerkstoffe als Konstruktionswerkstoffe eingesetzt. Bei kleinen zuerwartenden Randdehnungen können auch andere Werkstoffe mit geringeren Streckgrenzen eingesetzt werden.The objects are achieved according to the invention by using a construction that is as integral as possible, i.e. that a circuit unit is made up of as few individual parts as possible. Therefore, the aim is for the individual components to be able to perform not just one function but several functions. In the integral construction according to the invention, articulating joints or joints that rotate around a bolt are replaced by those that arise from structural weakening of the structure, i.e. in a beam structural element, a hinge point is created by reducing the cross-section at this point and making it bendable over as large an angle as possible without reaching the breaking strain at the edge. Since very large edge strains can nevertheless occur on the bending or swivel joint structures created by structural weakening, fiber composite materials are preferably used as construction materials here according to the invention. If the expected edge strains are small, other materials with lower yield strengths can also be used.

Es sollte - allerdings je nach Anwendungsfall - darauf geachtet werden, daß die entstehenden Schwenkachsen so orientiert und positioniert werden, daß die bei der Betätigung entstehenden Zusatzverformungen und Zusatzverdrehungen der einzelnen Komponenten so gewählt werden, daß sich diese in funktionsoptimierterweise relativ zu Zahnkränzen bzw. Kettenblättern bewegen können. Für bestimmte Anforderungen können jedoch - weil wünschenswert-Zusatzverformungen und/oder Zusatzverdrehungen konstruktiv erzielt werden. Der Aufgabenteil der Verringerung des Strukturgewichts sowie der Korrosionsanfälligkeit wird erfindungsgemäß unter anderem dadurch gelöst, daß eine Kettenwechsler- bzw. Umwerfer- Konfiguration entworfen wird, die ebenfalls die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen als Konstruktionswerkstoff ermöglicht. Ferner dadurch, daß die einzelnen Bauteile multifunktional sind und somit auf verschiedene Teile wie z.B. auf die Bolzen und Lagerteile und Federn verzichtet werden und somit Gewicht eingespart werden kann.Care should be taken - depending on the application - to ensure that the resulting pivot axes are oriented and positioned in such a way that the additional deformations and additional twists of the individual components that occur during operation are selected in such a way that they can move in a functionally optimized manner relative to the sprockets or chainrings. For certain requirements, however, additional deformations and/or additional twists can be achieved structurally - because they are desirable. The task of reducing the structural weight and susceptibility to corrosion is solved according to the invention, among other things, by designing a derailleur or front derailleur configuration that also enables the use of fiber composite materials as a construction material. Furthermore, by the fact that the individual components are multifunctional and thus various parts such as bolts and bearing parts and springs are dispensed with, thus saving weight.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß anstelle einer Vielzahl verschiedener Teile für Ketten wechsler bzw. Umwerfer nun wesentlich weniger erforderlich sind. Bei optimaler integration der einzelnen Teile kann eine erfindungsgemäße Struktur für einen Kettenwechsler bzw. Umwerfer aus nur einem einzigen Teil bestehen. Dies verringert die Produktionskosten erheblich.The advantages that can be achieved with the invention are in particular that instead of a large number of different parts for the chain changer or derailleur, significantly fewer are now required. With optimal integration of the individual parts, a structure according to the invention for a chain changer or derailleur can consist of just a single part. This reduces the production costs considerably.

Für eine Fertigung in hohen Stückzahlen bieten sich faserverstärkte Thermoplaste insbesondere die sog. Organo- Bleche an, welche in einem Pressverfahren unter Druck und Temperatur in kurzen Taktzeiten umgeformt werden können und sich durch ihre Wiederverwertbarkeit als Spritzgußqualität auszeichnen.For high-volume production, fiber-reinforced thermoplastics, especially so-called organo sheets, are suitable, which can be formed in a pressing process under pressure and temperature in short cycle times and are characterized by their recyclability as injection molding quality.

Vorteilhaft ist die geringe Anfälligkeit eines erfindungsgemäßen Kettenwechslers bzw. Umwerfers mit integraler Struktur gegen Verschmutzung und Korrosion. Aufgrund ihrer unverzweigten klaren fließenden Formgebung kann sich nur sehr wenig Schmutz und Staub festsetzen. Ein weiterer Vorteil ist das geringe Gewicht, was insbesondere für den Sportbereich von Bedeutung ist.The advantage of a derailleur or front derailleur according to the invention with an integral structure is that it is less susceptible to dirt and corrosion. Due to its unbranched, clear, flowing shape, very little dirt and dust can settle. Another advantage is the low weight, which is particularly important for the sports sector.

Ein in der Zukunft immer wichtiger werdender weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß eine erfindungsgemäße integrale Struktur vorzugsweise nur aus einem einzigen Werkstoff aufgebaut sein kann und somit die Recyclierbarkeit einer derartigen Bremse aufgrund des entfallenden Zeriegungszwangs sehr vereinfacht und somit wesentlich wirtschaftlicher wird.A further advantage that will become increasingly important in the future is that an integral structure according to the invention can preferably be constructed from only a single material, thus greatly simplifying the recyclability of such a brake due to the elimination of the need for dismantling and thus becoming significantly more economical.

Fig. 1a, 1b, 1c zeigen eine erfindungsgemäße Hinterradschaltung, d.h. einen Kettenwechsler, bei der zwischen dem Käfig KR für die Schaitungsrädchen R und der Parallelogrammführung PF ein flaches Struktur-Element T vorhanden ist, welches aufgrund seiner Torsionselastizität den Käfig KR federnd in eine die Kette spannende Position mit einem konstruktiv festlegbaren Drehmoment dreht. Die Verschiebung des Parallelogrammgelenks erfolgt wie bei einer konventionellen Hinterradschaltung; jedoch sind keine herkömmlichen Dreh-/ Schwenkgelenke mit Bolzen/ Buchsen- Verbindung vorhanden, sondern die Beweglichkeit wird durch die erfindungsgemäße Schwächung des Parallelogramm- Verbundes an den Punkten F in der Nähe der Eckpunkte der Parallelogrammführung PF erreicht.Fig. 1a, 1b, 1c show a rear wheel gearshift according to the invention, i.e. a derailleur changer, in which a flat structural element T is present between the cage KR for the gearshift wheels R and the parallelogram guide PF, which, due to its torsional elasticity, rotates the cage KR in a spring-loaded manner into a position that tensions the chain with a torque that can be determined by the design. The parallelogram joint is moved in the same way as in a conventional rear wheel gearshift; however, there are no conventional rotary/swivel joints with bolt/socket connections, but the mobility is achieved by the weakening of the parallelogram connection according to the invention at the points F near the corner points of the parallelogram guide PF.

Fig. 2a und 2b zeigen einen erfindungsgemäßen Umwerfer. Der Ketten- Käfig KK ist zusammen mit der Parallelogamm- Führung PF und der Schelle BS zur Befestigung am Rahmen- Rohr RR ein integrales Bauteil. Die gezeigte Stellung ist die Stellung bei nicht betätigtem Seilzug SZ. Aufgrund der inneren Federwirkung der Parallelogrammführung PF befindet sich die Parallelogrammführung PF bei entspanntem Seilzug SZ in der gezeigten Stellung.Fig. 2a and 2b show a derailleur according to the invention. The chain cage KK is an integral component together with the parallelogram guide PF and the clamp BS for fastening to the frame tube RR. The position shown is the position when the cable SZ is not actuated. Due to the internal spring effect of the parallelogram guide PF, the parallelogram guide PF is in the position shown when the cable SZ is relaxed.

Claims

Expectations:

1. Derailleur or front derailleur characterized in that the individual functional elements or functional groups or parts or components or assemblies are combined to form an integral structure, which according to the invention represents as few as possible a single component, in such a way that in a special case the small deflection devices (guide rollers) for the chain can also be part of the integral structure through a fixed structural element.

A chain changer according to the invention can be characterized in that the parallelogram guide PF, for example, has an integral structure together with the carrier T and the cage KR. In this case, the carrier T is designed as an extension of the lower parallelogram part towards the rear wheel. The chain is pre-tensioned by the cage KR and the wheels R held in it. For this purpose, the carrier T must be able to be twisted. For this purpose, the carrier T functions according to the invention as a torsion spring element. Furthermore, a chain changer according to the invention can be characterized in that the upper leg SG of the parallelogram guide PF is integrally connected to the fastening bracket B via a web ST lying transversely to the direction of travel, the connection between the web ST and the fastening bracket B being very rigid in order to prevent the cage KR from pivoting in an axis other than an axis parallel to the rear wheel axis, and the connection between the upper leg SG of the parallelogram guide PF and the web ST being flexible about an axis parallel to the rear axle in order to achieve pivotability of the chain changer in this direction. This connection can preferably be designed as a leaf spring element BF and effect the return or preload of the chain changer. This connection is also characterized in that it extends over the entire width of the web ST in order to prevent the chain changer from pivoting about axes that are not parallel to the rear axle.

2. Derailleur or front derailleur according to claim 1, characterized in that by reducing the structural rigidity at certain structurally defined points of an integral structure according to the invention, e.g. a cast and/or milled body, but in particular an integral structure made of fiber composite materials, rotary or torsion joint-like points or areas are created in this integral structure, which make it possible to deform the integral structure without too much effort, i.e. to bring it into different configurations, i.e. to bring the wheels R into different positions relative to the individual sprockets, in order to thereby transfer the chain from one sprocket to the other or from one chainring to the other.

For this purpose, the cross-section of the structure is reduced in the corners or near the corners (points F) of the parallelogram guides PF of the derailleur or front derailleur in order to be able to set a variable parallelogram geometry.

3. Derailleur or derailleur according to claim 1, characterized in that a structural area of a derailleur or derailleur according to the invention can take on several functions due to its corresponding structural design, such that, for example, in the derailleur, the structural element carrier T connects the cage Kr to the parallelogram guide PF and, due to its design as a torsion spring element, twists the cage KR and thereby causes the pre-tension of the chain.

4. Chain changer according to claim 1, characterized in that, for example, the device for a perpendicular displacement of the cage KR to the plane in which the chain lies and the device for the chain tension and the device for resetting the parallelogram joint as well as the device for fastening to the dropout A as a whole represent an integral component i.e. that no separate return springs and no axle bolt-like connections are required, in order to specifically enable the use of fiber composite materials for the production in a material-appropriate manner.

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5. Derailleur or derailleur according to claims 1 to 4, characterized in that the integral structure can be, for example, a cast and/or injection-molded and/or milled and/or forged and/or laminated part.

6. Derailleur or front derailleur according to claims 1 to 4, characterized in that the integral structure or parts of an integral structure can be made of fiber composite materials or to the greatest possible extent of fiber composite materials.

7. Derailleur or front derailleur according to claims 1 to 6, characterized in that the fiber composite material can be mainly a plastic or metal matrix reinforced with carbon fibers, but at one or more or all of the articulation points F a matrix reinforced with another type of fiber, e.g. glass fibers, can be used.

8. Derailleur or derailleur according to claims 1 to 4, characterized in that the same material can be present at all places.

9. Derailleur or front derailleur according to claims 1 to 4, characterized in that fiber reinforcements can be inserted in a casting or injection molding tool during the casting or injection molding of the integral or partially integral structure or another process, particularly in the areas of the articulation points.

10. Derailleur or front derailleur according to claims 1 to 9, characterized in that at one or more points, instead of the joints created by structurally reduced bending stiffness and/or torsional stiffness, conventional joints with bolts and bushings (also ball bearings) are present if at least one joint is created by a measure according to the invention, e.g. the carrier T with the cage KR represents an integral structure.

11. Derailleur or derailleur according to claims 1 to 10, characterized in that the device for moving the parallelogram legs is a hydraulic cylinder, which can be arranged, for example, in a diagonal of the parallelogram structure PF.

12. Derailleur or front derailleur according to claims 1 to 10, characterized in that within the parallelogram guide PF there is a hydraulically or pneumatically or similarly operated bellows structure, the cross section of which is approximately equal to an ellipse in the position for the smallest sprocket or the smallest chainring and approaches a circular cross section when shifted towards the largest sprocket or chainring.

13. Derailleur or derailleur according to claims 1 to 3 and 6 to 12, characterized in that an integral structure of a parallelogram guide PF according to the invention can be made from a prismatic semi-finished product, e.g. the section of an extruded or drawn rod.

14. Chain changer or derailleur according to claims 1 to 12, characterized in that a hollow body that can be deformed by internal pressure, e.g. hydraulic internal pressure, and that is somewhat inflatable can be present, which has a four-bar or elliptical cross section or another suitable cross section, which is pressed apart or deformed by the application of pressure in such a way that the cage KR or KK can be displaced parallel.